JP5243988B2

JP5243988B2 - 多軸力覚センサおよび加速度センサ

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Publication number: JP5243988B2
Application number: JP2009029110A
Authority: JP
Inventors: 伸弘櫻井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-02-10
Also published as: US20100199783A1; US8250934B2; JP2010185725A

Description

本発明は、多軸力覚センサおよび加速度センサに係り、特に、Ｚ軸方向の力成分のノイズを相殺する多軸力覚センサおよび加速度センサに関する。

従来、圧力センサの分野では、シリコン基板に形成されたダイアフラムの表面に半導体歪ゲージ（拡散ゲージ）が形成されたものが知られている（例えば、特許文献１）。この圧力センサでは、４つの拡散ゲージにより１つのブリッジ回路を構成しており、引張応力に対して正負の方向に抵抗値を変化させるようにしている。このため、抵抗値変化の絶対値を等しくすることが可能となり、検出出力の直線性を良好にすることができる。

また、力を検出する多軸力センサの分野では、半導体基板に梁構造を形成し、その梁上に歪検出素子を形成することで、軸力・偶力を検出するものが知られている（例えば、特許文献２）。この多軸力センサでは、１軸方向の力だけではなく複数軸の力を検出するため、複数組のブリッジ回路により構成されていた。

特開平９−２３２５９５号公報特開２００１−２６４１９８号公報

しかしながら、従来の多軸力センサにおいては、Ｚ軸方向の力成分Ｆｚについては、複数の歪検出素子に含まれるノイズ成分（コモンモードノイズ）がすべて重畳されて演算されてしまうため、検出精度に悪影響を及ぼすという弊害があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、Ｚ軸方向の力成分のノイズを相殺して、検出精度を向上させることができる多軸力覚センサおよび加速度センサを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、外力が印加される作用部と、この作用部を支持する支持部と、この支持部と前記作用部とを連結する連結部と、この連結部に形成され前記外力による歪を発生させる歪発生部と、前記歪発生部に配設された第１群の歪検出用抵抗素子および第２群の歪検出用抵抗素子と、前記第１群の歪検出用抵抗素子の抵抗値をそれぞれ検出する第１のブリッジ回路群および前記第２群の歪検出用抵抗素子の抵抗値をそれぞれ検出する第２のブリッジ回路群と、を備えた多軸力覚センサであって、前記歪み発生部は、同一平面上で互いに直交する２軸上に形成され、前記第１群の歪検出用抵抗素子を一方の軸上において前記作用部を挟んで対峙する位置に対向して配設し、前記第２群の歪検出用抵抗素子を他方の軸上において前記作用部を挟んで対峙する位置に対向して配設するとともに、前記第１のブリッジ回路群は、それぞれ前記第１群の歪検出用抵抗素子が前記外力により引張力を受けた場合に正電圧を出力し、圧縮力を受けた場合に負電圧を出力するように構成し、前記第２のブリッジ回路群は、それぞれ前記第２群の歪検出用抵抗素子が前記外力により引張力を受けた場合に負電圧を出力し、圧縮力を受けた場合に正電圧を出力するように構成したこと、を特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、前記第１のブリッジ回路群は、それぞれ前記第１群の歪検出用抵抗素子が前記外力により引張力を受けた場合に正電圧を出力し、前記第２のブリッジ回路群は、それぞれ前記第２群の歪検出用抵抗素子が前記外力により引張力を受けた場合に負電圧を出力するようにして、第１群の歪検出用抵抗素子の出力と第２群の歪検出用抵抗素子の出力とが互いに逆の極性となるようにしたことで、Ｚ軸方向（外力が作用する方向）の力成分Ｆｚのように、第１群および第２群の歪検出用抵抗素子がいずれも同様に引張力または圧縮力を受けるような場合であっても、第１群および第２群の歪検出用抵抗素子が互いに正負逆の電圧を出力するため、第１群の歪検出用抵抗素子によるノイズ（コモンモードノイズ）と第２群の歪検出用抵抗素子によるノイズが相殺される。

このため、Ｘ軸およびＹ軸方向（外力の方向に直交する平面に沿う方向）も含めてすべての力成分についてノイズが相殺されるように演算することが可能となり、検出精度を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の多軸力覚センサであって、前記第１群の歪検出用抵抗素子は、ｐ型の半導体歪ゲージからなり、前記第２群の歪検出用抵抗素子は、ｎ型の半導体歪ゲージからなることを特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、第１群の歪検出用抵抗素子をｐ型の半導体歪ゲージとし、第２群の歪検出用抵抗素子をｎ型の半導体歪ゲージとすることで、第１群および第２群の歪検出用抵抗素子が互いに正負逆の電圧を出力するため、簡易な構成により、第１群の歪検出用抵抗素子によるノイズと第２群の歪検出用抵抗素子によるノイズが互いに相殺されるように演算することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の多軸力覚センサであって、前記第１群の歪検出用抵抗素子は、それぞれ前記第１のブリッジ回路群におけるグランド側に組み込まれ、前記第２群の歪検出用抵抗素子は、前記第２のブリッジ回路群における電圧入力側に組み込まれていることを特徴とする。

請求項３に係る発明によれば、ブリッジ回路を電圧入力側のハーフブリッジ回路と、グランド側のハーフブリッジ回路と、を組み合わせて構成し、第１群の歪検出用抵抗素子を当該第１のブリッジ回路群のグランド側に組み込み、第２群の歪検出用抵抗素子を当該第２のブリッジ回路群の電圧入力側に組み込むことで、第１群および第２群の歪検出用抵抗素子が互いに正負逆の電圧を出力する。このため、簡易な構成により、第１群の歪検出用抵抗素子によるノイズと第２群の歪検出用抵抗素子によるノイズが互いに相殺されるようにすることができる。

請求項４に係る発明は、質量をもった重錘体を有する作用部と、外部構造体に固定され前記重錘体を支持する枠部と、前記作用部と前記支持部を連結する連結部と、この連結部に形成され前記重錘体の変位により変形を発生させる変形発生部と、前記変形発生部に配設された第１群の歪検出用抵抗素子および第２群の歪検出用抵抗素子と、前記第１群の歪検出用抵抗素子の抵抗値をそれぞれ検出する第１のブリッジ回路群および前記第２群の歪検出用抵抗素子の抵抗値をそれぞれ検出する第２のブリッジ回路群と、を備えた加速度センサであって、前記変形発生部は、同一平面上で互いに直交する２軸上に形成され、前記第１群の歪検出用抵抗素子を一方の軸上において前記作用部を挟んで対峙する位置に対向して配設し、前記第２群の歪検出用抵抗素子を他方の軸上において前記作用部を挟んで対峙する位置に対向して配設するとともに、前記第１のブリッジ回路群は、それぞれ前記第１群の歪検出用抵抗素子が前記外力により引張力を受けた場合に正電圧を出力し、圧縮力を受けた場合に負電圧を出力するように構成し、前記第２のブリッジ回路群は、それぞれ前記第２群の歪検出用抵抗素子が前記外力により引張力を受けた場合に負電圧を出力し、圧縮力を受けた場合に正電圧を出力するように構成したこと、を特徴とする。

請求項４に係る発明によれば、Ｚ軸方向の力成分Ｆｚについてもノイズ（コモンモードノイズ）が第１群および第２群の歪検出用抵抗素子において互いに相殺されるように演算して、ノイズを低減することができる。このため、すべての力成分についてノイズが相殺されるように演算することが可能となり、検出精度を向上させることができる。

本発明に係る多軸力覚センサおよび加速度センサは、Ｚ軸方向の力成分のノイズを相殺して、検出精度を向上させることができる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る多軸力覚センサの概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は本発明に係る多軸力覚センサを外部構造体に固定した構造を示す断面図である。本発明の第１実施形態に係る多軸力覚センサにおける半導体素子の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はｐ型の半導体素子の構成を示す（ａ）のＸ′−Ｘ′断面図、（ｃ）はｎ型の半導体素子の構成を示すＹ′−Ｙ′断面図である。（ａ）は本発明の第１実施形態に係る多軸力覚センサにおける歪検出用抵抗素子とブリッジ回路との関係を模式的に示した平面図であり、（ｂ）はＺ軸方向の力成分−Ｆｘが作用した場合の歪検出用抵抗素子の状態を模式的に示す断面図である。本発明の第１実施形態に係る多軸力覚センサにおける歪抵抗素子の歪の状態および出力電圧を示す表である。（ａ）は本発明の第２実施形態に係る多軸力覚センサにおける歪検出用抵抗素子とブリッジ回路との関係を模式的に示した平面図であり、（ｂ）は第１のブリッジ回路、（ｃ）は第２のブリッジ回路を示す回路図である。である。本発明の変形例に係る加速度センサの概略構成を説明するための斜視図である。

本発明の実施形態に係る多軸力覚センサ１の全体構成について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。なお、参照する図において、説明の便宜上、主要な構成を模式的に示し、配線や電極等の付随的な構成は図示を省略する。

本発明の第１実施形態に係る多軸力覚センサ１は、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、平面視で略正方形の偏平な形状からなる半導体基板１ａ上に形成され、外力Ｐが印加される作用部２と、この作用部２を支持する支持部３と、この支持部３と作用部２とを連結する連結部４と、この連結部４に形成され外力Ｐによる歪を発生させる歪発生部４１と、を備えている。

ここで、多軸力覚センサ１は、図１（ａ）に示すように、外力Ｐを６軸成分について力成分およびモーメント成分を検出できる６軸の多軸力覚センサ１を例として説明する。具体的には、力成分は、直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向について、それぞれＦｘ，Ｆｙ，Ｆｚとする。そして、モーメント成分は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りについて、それぞれＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚとする。

また、多軸力覚センサ１は、図３（ａ）に示すように、歪発生部４１に配設された第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４および第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｎ１〜Ｓｎ４と、第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４の抵抗値をそれぞれ検出する第１のブリッジ回路群Ｂｐ１〜Ｂｐ４、および第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｎ１〜Ｓｎ４の抵抗値をそれぞれ検出する第２のブリッジ回路群Ｂｎ１〜Ｂｎ４と、を備えている。
そして、第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４は、ｐ型の半導体素子からなり、第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｎ１〜Ｓｎ４は、ｎ型の半導体素子からなる。

多軸力覚センサ１は、図１（ｂ）に示すように、外部部材である減衰装置９に装着して外力Ｐの６軸成分を検出する。
減衰装置９は、外力Ｐが入力される入力部９１と、入力部９１に加えられた外力Ｐを減衰して多軸力覚センサ１の作用部２に伝達する伝達部９２と、多軸力覚センサ１を固定する固定部９３と、固定部９３と入力部９１とを連結する減衰部９４と、を備えている。

多軸力覚センサ１において、作用部２は、図１（ａ）に示すように、多軸力覚センサ１の中央に設けられ、減衰装置９の伝達部９２から外力が減衰されて印加される（図１（ｂ）参照）。
かかる構成により、多軸力覚センサ１の耐力を超えるような過大な外力Ｐが印加された場合であっても、適宜減衰された力が作用部２に印加されてバランス良く高精度に外力Ｐを検出することができる。

連結部４は、図１（ａ）に示すように、作用部２と支持部３とを連結する領域である。また、細長いスリット状の貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｅ〜Ｈが所定の箇所に形成されている。連結部４には、外力Ｐにより歪が発生することで引張力または圧縮力が作用する歪発生部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄが設けられている。

歪発生部４１は、多軸力覚センサ１の同一平面上で互いに直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）上に形成され、Ｘ軸上において作用部２を挟んで歪発生部４１ａ，４１ｃが設けられ、Ｙ軸上において作用部２を挟んで歪発生部４１ｂ，４１ｄが設けられている。

そして、図１（ａ）に示すように、Ｘ軸上に形成された歪発生部４１ａ，４１ｃには、Ｘ軸方向に沿って第１群の歪検出用抵抗素子Ｓ（ｐ型の半導体素子、Ｓｐ１〜Ｓｐ４）が配設されている（図３（ａ）参照）。具体的には、歪発生部４１ａには、Ｘ軸を挟んで横並びに歪検出用抵抗素子Ｓｐ１，Ｓｐ２がそれぞれ配設され、歪発生部４１ｃには、Ｘ軸を挟んで横並びに歪検出用抵抗素子Ｓｐ３，Ｓｐ４がそれぞれ配設されている。

他方、Ｙ軸上に形成された歪発生部４１ｂ，４１ｄには、Ｙ軸方向に沿って第２群の歪検出用抵抗素子Ｓ（ｎ型の半導体素子、Ｓｎ１〜Ｓｎ４）が配置されている（図３（ａ）参照）。すなわち、歪発生部４１ｂには、Ｙ軸を挟んで横並びに歪検出用抵抗素子Ｓｎ１，Ｓｎ２がそれぞれ配設され、歪発生部４１ｄには、Ｙ軸を挟んで横並びに歪検出用抵抗素子Ｓｎ３，Ｓｎ４がそれぞれ配設されている。

なお、本実施形態においては、Ｘ軸上にｐ型の半導体素子を配設し、Ｙ軸上にｎ型の半導体素子を配設しているが、これに限定されるものではなく、Ｘ軸上にｎ型の半導体素子を配設し、Ｙ軸上にｐ型の半導体素子を配設してもよい。また、歪検出用抵抗素子Ｓは、４箇所の歪発生部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄにそれぞれＸ軸またはＹ軸を挟んで２本形成しているが、これに限定されるものではなく３本であってもよく歪検出用抵抗素子Ｓの配置は特に限定されるものではない。

支持部３は、図１（ａ）に示すように、多軸力覚センサ１の周縁部に位置し、連結部４に形成された直線状の貫通孔Ａ〜Ｄのさらに外側の部分であって、その全部または一部が減衰装置９の固定部９３に固定されている（図１（ｂ）参照）。

歪検出用抵抗素子Ｓ（Ｓｐ１〜Ｓｐ４，Ｓｎ１〜Ｓｎ４）は、図１（ａ）に示すように、半導体基板１ａの表面（上層部）に形成された長方形の形状の活性層（拡散層）であり、図示は省略するが、その長手方向に外力Ｐが作用して変形すると抵抗が変化するように構成されている。

具体的には、ｐ型の半導体素子Ｓ（Ｓｐ１〜Ｓｐ４）は、引張力が作用すると抵抗値が増大して正電圧を出力し、圧縮力が作用すると抵抗値が減少して負電圧を出力する物理的特性を有する。一方、ｎ型の半導体素子Ｓ（Ｓｎ１〜Ｓｎ４）は、引張力が作用すると抵抗値が減少して負電圧を出力し、圧縮力が作用すると抵抗値が増大して正電圧を出力する物理的特性を有する。
このように、ｐ型の半導体素子Ｓ（Ｓｐ１〜Ｓｐ４）からなる第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４の出力と、ｎ型の半導体素子Ｓ（Ｓｎ１〜Ｓｎ４）からなる第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｎ１〜Ｓｎ４の出力とは、引張力または圧縮力が作用すると互いに逆の極性となる特性を有する。

ベース部材にｐ型半導体基板を用いる場合の実施例を図２に示す。
この実施例では、ｎ型半導体素子は、図２（ｃ）に示すように、ｐ型半導体基板上に形成される。また、ｐ型半導体素子は、図２（ｂ）に示すように、ｐ型半導体基板上に形成されたｎ型半導体領域の表面領域に形成される。本実施例では、バイアス電圧は各半導体素子とその下地のｐｎ接合について逆バイアスとなるように印加される。すなわち、各素子にＧＮＤ電位と駆動電圧Ｖｄという電圧印加がされている場合、ｎ型半導体素子については、ｐ型半導体基板側をＧＮＤ以下の電位に、ｐ型半導体素子については、ｎウェル（ｎ型半導体領域）をｐ型半導体素子の駆動電圧以上の電位になるようにバイアスをかける。このようなバイアス電圧を印加することで、各半導体素子に対する基板側の電位を安定させ、デバイス動作を安定することができる。これによって、安定したセンサ出力を得ることができる。

第１のブリッジ回路群Ｂｐ１〜Ｂｐ４および第２のブリッジ回路群Ｂｎ１〜Ｂｎ４は、同様のブリッジ回路で構成されている。
具体的には、第１および第２のブリッジ回路群Ｂｐ１〜Ｂｐ４，Ｂｎ１〜Ｂｎ４は、電圧入力側（Ｖｉｎ）のハーフブリッジと、グランド側（Ｇ）のハーフブリッジと、からなり、各歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４，Ｓｎ１〜Ｓｎ４は、それぞれグランド側（Ｇ）のハーフブリッジに組み込まれている。

なお、本実施形態においては、各歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４，Ｓｎ１〜Ｓｎ４は、グランド側（Ｇ）のハーフブリッジに組み込まれているが、これに限定されるものではなく、各歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４，Ｓｎ１〜Ｓｎ４をそれぞれ電圧入力側（Ｖｉｎ）のハーフブリッジに組み込んでもよい。

かかる構成により、第１のブリッジ回路群Ｂｐ１〜Ｂｐ４では、それぞれ出力電圧Ｖｏを検出して第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４の抵抗値を求め、第２のブリッジ回路群Ｂｎ１〜Ｂｎ４では、それぞれ出力電圧Ｖｏを検出して第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｎ１〜Ｓｎ４の抵抗値を求めることができる。

貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｅ〜Ｈは、直線状の貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと、鉤状に直角に曲がった貫通孔Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈとを組み合わせて構成されている。そして、全体として作用部２の周りに略正方形の形状となるように、貫通孔Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの直角の部分が正方形の四隅に形成されている。

そして、貫通孔Ｅ〜Ｈは、貫通孔ＥとＦの間に歪発生部４１ａが形成され、貫通孔ＦとＧの間に歪発生部４１ｂが形成され、貫通孔ＧとＨの間に歪発生部４１ｃが形成され、貫通孔ＨとＥの間に歪発生部４１ｄが形成されるように配設されている。

このように、貫通孔Ｅ〜Ｈを設けることで、貫通孔Ｅ〜Ｈに接する内側（作用部側）の縁部は自由にストレスがなく移動することができるため、作用部２に外力Ｐ（図１参照）が作用しても、外力Ｐによる引張力や圧縮力が作用しない自由端となっている。
これに対して、歪発生部４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ）においては、引張力や圧縮力が作用する。

なお、本実施形態においては、直線状の貫通孔Ａ〜Ｄと鉤状の貫通孔Ｅ〜Ｈを略正方形の形状になるように形成し、この貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｅ〜Ｈによって生じる歪みを考慮して歪検出用抵抗素子Ｓを配置したが、これに限定されるものではなく、検出される軸力およびモーメントを考慮して、例えば、貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｅ〜Ｈを円形等他の形状に設けてもよい。

続いて、本発明の第１実施形態係る多軸力覚センサ１の動作について、表１を参照しながら説明する。参照する表１は、本発明の第１実施形態に係る多軸力覚センサにおいて、外力Ｐに含まれる６軸成分による各歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４，Ｓｎ１〜Ｓｎ４の歪の状態（圧縮、引張）および出力電圧Ｖｏを示す。

減衰装置９に種々の軸成分を含んだ外力Ｐが入力されると（図１）、予め設計された割合で外力Ｐが減衰されて減衰後の力が多軸力覚センサ１に伝達される。
そして、６軸成分を含む外力Ｐが多軸力覚センサ１の作用部２に入力されると、各歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４，Ｓｎ１〜Ｓｎ４は、表１に示すように、引張力または圧縮力を受けて、抵抗値が変化する。この抵抗値の変化をそれぞれ第１および第２のブリッジ回路群Ｂｐ１〜Ｂｐ４，Ｂｎ１〜Ｂｎ４により正電圧または負電圧の出力電圧Ｖｏとして検出する。

このようにして、検出された出力電圧Ｖｏを公知の所定の演算式に適用して、外力Ｐに含まれる６軸成分を求めることができる（例えば、特開２００３−２０７４０５号公報の段落００７０参照）。

ここで、表１に示すように、Ｚ軸方向の力成分Ｆｚは、各歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４，Ｓｎ１〜Ｓｎ４に対して、同じように引張力または圧縮力を作用させる（−Ｆｚの場合にはすべて引張力が作用、図３（ｂ）参照）。
したがって、従来技術のように、第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４と、第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｎ１〜Ｓｎ４との極性を逆にしない場合には、すべての信号を同符号の正電圧（−Ｆｚの場合にはすべて引張力が作用）として演算し、コモンモードノイズもすべて重畳されるから検出精度に悪影響を及ぼす。

そこで、本発明の実施形態に係る多軸力覚センサ１では、第１群および第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４，Ｓｎ１〜Ｓｎ４がすべて引張力を受けたような場合であっても、第１のブリッジ回路群Ｂｐ１〜Ｂｐ４は、それぞれ第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４が外力Ｐにより引張力を受けた場合に正電圧を出力し、第２のブリッジ回路群Ｂｎ１〜Ｂｎ４は、それぞれ第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｎ１〜Ｓｎ４が外力Ｐにより引張力を受けた場合に負電圧を出力するようにした。

このように、第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４の出力と第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｎ１〜Ｓｎ４の出力とが互いに逆の極性となるようにしたことで、Ｚ軸方向の力成分Ｆｚに対しても、第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４によるノイズ（コモンモードノイズ）と第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｎ１〜Ｓｎ４によるノイズが相殺される。

この場合において、Ｚ軸方向の力成分Ｆｚ以外の５軸成分は、表１に示すように、第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４においても、第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｎ１〜Ｓｎ４においても、いずれも引張力を受けるものと圧縮力を受けるものが半数ずつであるから、第１のブリッジ回路群Ｂｐ１〜Ｂｐ４と第２のブリッジ回路群Ｂｎ１〜Ｂｎ４の極性を逆にしても（逆にしなくても）コモンモードノイズは相殺される。

このため、Ｘ軸およびＹ軸方向（外力Ｐの方向に直交する平面に沿う方向）も含めてすべての力成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）についてノイズが相殺されるように演算することが可能となり、検出精度を向上させることができる。

続いて、本発明の第２実施形態に係る多軸力覚センサ１′について、図５を参照しながら説明する。以下の説明において、前記した第１実施形態に係る多軸力覚センサ１との相違点について主として説明し、同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

多軸力覚センサ１′は、第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｇ１〜Ｓｇ４と、第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｕ１〜Ｓｕ４と、がいずれも同じタイプの半導体素子（ｐ型またはｎ型の半導体素子Ｓ）から構成され、第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｇ１〜Ｓｇ４は、それぞれ第１のブリッジ回路群Ｂｇ１〜Ｂｇ４におけるグランド側（図５（ｂ）参照）に組み込まれ、第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｕ１〜Ｓｕ４は、第２のブリッジ回路群Ｂｕ１〜Ｂｕ４における電圧入力側（図５（ｃ）参照）に組み込まれている点で、前記した第１実施形態とは相違する。

かかる構成により、第１実施形態と同様に、第１のブリッジ回路群Ｂｇ１〜Ｂｇ４は、それぞれ第１群の歪検出用抵抗素子Ｓｇ１〜Ｓｇ４が外力Ｐにより引張力を受けた場合に正電圧を出力し、第２のブリッジ回路群Ｂｕ１〜Ｂｕ４は、それぞれ第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｕ１〜Ｓｕ４が外力Ｐにより引張力を受けた場合に負電圧を出力するようにしている。

なお、第１実施形態における歪検出用抵抗素子Ｓｐ１〜Ｓｐ４，Ｓｎ１〜Ｓｎ４は、半導体基板１ａの表面（上層部）に形成された活性層（拡散層）であるが、これに限定されるものではなく、第２実施形態における第１群および第２群の歪検出用抵抗素子Ｓｇ１〜Ｓｇ４，Ｓｕ１〜Ｓｕ４は、基板となるベース部材上にいわゆる金属歪ゲージを配設して構成することができる。

以上、本発明の第１および第２実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、前記した第１および第２実施形態においては、多軸力覚センサ１，１′に適用する場合について説明したが、多軸力覚センサに限定されるものではなく、印加された外力を加速度として検出する加速度センサであっても同様に適用することができる。

例えば、図６に示すように、本発明の変形例に係る加速度センサ１００は、質量をもった重錘体を有する作用部２００と、外部構造体に固定され重錘体（作用部２００）を支持する枠部３００と、
作用部２００と枠部３００を連結する連結部４００と、この連結部４００に形成され重錘体の変位により変形を発生させる変形発生部４１０と、変形発生部４１０に配設された第１群の歪検出用抵抗素子Ｓ１００，Ｓ１００および第２群の歪検出用抵抗素子Ｓ２００，Ｓ２００と、を備えて構成される。

本発明の変形例に係る加速度センサ１００は、検出する加速度によって生じる３軸成分の外力（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）を計測する点で前記した多軸力覚センサ１，１′と同様である。
すなわち、加速度センサ１００は、第１群の歪検出用抵抗素子Ｓ１００，Ｓ１００の抵抗値をそれぞれ検出する第１のブリッジ回路群（不図示）および第２群の歪検出用抵抗素子Ｓ２００，Ｓ２００の抵抗値をそれぞれ検出する第２のブリッジ回路群（不図示）と、を備え、第１のブリッジ回路群（不図示）は、それぞれ第１群の歪検出用抵抗素子Ｓ１００，Ｓ１００が印加される外力（加速度）により引張力を受けた場合に正電圧を出力し、圧縮力を受けた場合に負電圧を出力するように構成し、第２のブリッジ回路群（不図示）は、それぞれ第２群の歪検出用抵抗素子Ｓ２００，Ｓ２００が外力により引張力を受けた場合に負電圧を出力し、圧縮力を受けた場合に正電圧を出力するように構成される。

また、前記した第１および第２実施形態においては、多軸力覚センサ１，１′において、中央部に作用部２を設け、作用部２の外側に連結部４および支持部３を設けているが、これに限定されるものではなく、中央部に支持部を設け、その外側に連結部を設け、さらにその外側に作用部を設ける構成とすることもできる。要するに、連結部は、作用部に隣接する位置で連結部に配置された歪検出用抵抗素子Ｓで作用部に伝達された外力Ｐを検出でき、支持部で連結部および作用部を支持できるような構成であればよい。

また、前記した第１および第２実施形態においては、多軸力覚センサ１，１′を略正方形としているが、これに限定されるものではなく、矩形としてもよいし、円形としてもよい。また、減衰装置９も立方体や直方体の形状とすることもできる。本発明は、多軸力覚センサ１，１′の形状や減衰装置９の形状、およびこれらの組合せに関して、多様な形態を採用することができる。

１，１′ 多軸力覚センサ
２作用部
３支持部
４連結部
９減衰装置（外部構造体）
４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ）歪発生部
１００加速度センサ
２００作用部
３００枠部
４００連結部
４１０変形発生部
Ｂｐ１〜４第１のブリッジ回路群
Ｂｇ１〜４第２のブリッジ回路群
Ｓｐ１〜４第１群の歪検出用抵抗素子
Ｓｎ１〜４第２群の歪検出用抵抗素子
Ｐ外力
Ｓ１００第１群の歪検出用抵抗素子
Ｓ２００第２群の歪検出用抵抗素子

Claims

外力が印加される作用部と、
この作用部を支持する支持部と、
この支持部と前記作用部とを連結する連結部と、
この連結部に形成され前記外力による歪を発生させる歪発生部と、
前記歪発生部に配設された第１群の歪検出用抵抗素子および第２群の歪検出用抵抗素子と、
前記第１群の歪検出用抵抗素子の抵抗値をそれぞれ検出する第１のブリッジ回路群および前記第２群の歪検出用抵抗素子の抵抗値をそれぞれ検出する第２のブリッジ回路群と、を備えた多軸力覚センサであって、
前記歪発生部は、同一平面上で互いに直交する２軸上に形成され、
前記第１群の歪検出用抵抗素子を一方の軸上において前記作用部を挟んで対峙する位置に対向して配設し、前記第２群の歪検出用抵抗素子を他方の軸上において前記作用部を挟んで対峙する位置に対向して配設するとともに、
前記第１のブリッジ回路群は、それぞれ前記第１群の歪検出用抵抗素子が前記外力により引張力を受けた場合に正電圧を出力し、圧縮力を受けた場合に負電圧を出力するように構成し、前記第２のブリッジ回路群は、それぞれ前記第２群の歪検出用抵抗素子が前記外力により引張力を受けた場合に負電圧を出力し、圧縮力を受けた場合に正電圧を出力するように構成したこと、
を特徴とする多軸力覚センサ。
前記第１群の歪検出用抵抗素子は、ｐ型の半導体歪ゲージからなり、前記第２群の歪検出用抵抗素子は、ｎ型の半導体歪ゲージからなることを特徴とする請求項１に記載の多軸力覚センサ。
前記第１群の歪検出用抵抗素子は、それぞれ前記第１のブリッジ回路群におけるグランド側に組み込まれ、前記第２群の歪検出用抵抗素子は、前記第２のブリッジ回路群における電圧入力側に組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の多軸力覚センサ。
質量をもった重錘体を有する作用部と、
外部構造体に固定され前記重錘体を支持する枠部と、
前記作用部と前記枠部を連結する連結部と、
この連結部に形成され前記重錘体の変位により変形を発生させる変形発生部と、
前記変形発生部に配設された第１群の歪検出用抵抗素子および第２群の歪検出用抵抗素子と、
前記第１群の歪検出用抵抗素子の抵抗値をそれぞれ検出する第１のブリッジ回路群および前記第２群の歪検出用抵抗素子の抵抗値をそれぞれ検出する第２のブリッジ回路群と、を備えた加速度センサであって、
前記変形発生部は、同一平面上で互いに直交する２軸上に形成され、
前記第１群の歪検出用抵抗素子を一方の軸上において前記作用部を挟んで対峙する位置に対向して配設し、前記第２群の歪検出用抵抗素子を他方の軸上において前記作用部を挟んで対峙する位置に対向して配設するとともに、
前記第１のブリッジ回路群は、それぞれ前記第１群の歪検出用抵抗素子が前記外力により引張力を受けた場合に正電圧を出力し、圧縮力を受けた場合に負電圧を出力するように構成し、前記第２のブリッジ回路群は、それぞれ前記第２群の歪検出用抵抗素子が前記外力により引張力を受けた場合に負電圧を出力し、圧縮力を受けた場合に正電圧を出力するように構成したこと、を特徴とする加速度センサ。