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JPH0660855B2 - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor

Info

Publication number
JPH0660855B2
JPH0660855B2 JP63143630A JP14363088A JPH0660855B2 JP H0660855 B2 JPH0660855 B2 JP H0660855B2 JP 63143630 A JP63143630 A JP 63143630A JP 14363088 A JP14363088 A JP 14363088A JP H0660855 B2 JPH0660855 B2 JP H0660855B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure sensor
silicon cell
rubber sheet
terminals
flexible printed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP63143630A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01312433A (en
Inventor
恒樹 篠倉
Original Assignee
工業技術院長
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 工業技術院長 filed Critical 工業技術院長
Priority to JP63143630A priority Critical patent/JPH0660855B2/en
Publication of JPH01312433A publication Critical patent/JPH01312433A/en
Publication of JPH0660855B2 publication Critical patent/JPH0660855B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Pressure Sensors (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、圧覚センサに関し、詳しくはロボットのハン
ド等に装着され、把握物から受ける力を検出するに好適
な圧覚センサに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensor, and more particularly to a pressure sensor mounted on a hand of a robot or the like and suitable for detecting a force received from a grasped object.

[従来の技術] 従来のロボットはマニピュレータ,シーケンス型ロボッ
ト,プレイバック型ロボット等のように、固定された場
所で作業するものが多く、従ってその作業範囲や機能に
も限界があり、例えば車輛工業用の溶接ロボットは生産
ライン上のある特定個所に設置され、溶接アームの移動
によって車体の溶接を行うものでロボット自体が自ら判
断して溶接を行うものではない。
[Prior Art] Many conventional robots, such as manipulators, sequence-type robots, and playback-type robots, work in a fixed place. Therefore, their working range and functions are limited. The welding robot for use is installed at a specific place on the production line and welds the vehicle body by moving the welding arm, and the robot itself does not perform the welding on its own judgment.

しかし、最近では人間の五感に相当する感覚機能や認識
機能をもついわゆる知能ロボットが開発され、しだいに
実用化されつつある。
However, in recent years, so-called intelligent robots having sensory and cognitive functions equivalent to the five senses of humans have been developed and gradually put into practical use.

ところで、これらの知能ロボットには各種感覚を検知す
るためのセンサを取付ける必要がある。その代表的なセ
ンサは視覚センサと圧覚(触覚)センサであり、特に圧
覚センサは物の把握,把持などの作業に不可欠なものと
いってよい。
By the way, these intelligent robots need to be equipped with sensors for detecting various sensations. Typical sensors are a visual sensor and a pressure sensor (tactile sensor), and in particular, the pressure sensor can be said to be indispensable for work such as grasping and grasping an object.

なお、このような知能ロボット用の圧覚センサに要求さ
れる機能には次のような項目をあげることができる。
The functions required for such a pressure sensor for an intelligent robot include the following items.

(1)高感度:力を検出する感度が高く、例えば一素子で
数グラムの荷重の検出が可能であること。
(1) High sensitivity: Sensitivity to detect force is high, for example, one element can detect a load of several grams.

(2)広ダイナミックレンジ:できるだけ動作範囲が広い
こと。
(2) Wide dynamic range: The operating range is as wide as possible.

(3)高信頼性・耐久性:過酷な環境に耐えること。(3) High reliability and durability: To withstand harsh environments.

(4)線形性・少ヒステリシス:圧力と出力が比例し、ヒ
ステリシスが少ないこと。
(4) Linearity and little hysteresis: Pressure and output are proportional and there is little hysteresis.

(5)応答速度:信号処理の応答速度が高いこと。(5) Response speed: High response speed of signal processing.

(6)柔軟性:人間の手の皮膚のように柔軟性が保たれ、
把持物をソフトに把持できること。
(6) Flexibility: Flexibility is maintained like the skin of human hands,
Be able to grasp the grasped object softly.

(7)すべり感覚:圧力だけでなく、できればすべりをも
検出できること。
(7) Slip feeling: Not only the pressure but also the slip can be detected if possible.

(8)小型でかつ安価:薄くて小型で製造コストや材料コ
ストが低廉であること。
(8) Small size and low cost: Thin and small size with low manufacturing cost and material cost.

これらのうちいくつかの要求を満足する圧覚センサがこ
れまでに提案ないし実用化されており、たとえばマイク
ロスイッチのオン・オフを利用するものや感圧ゴムシー
ト(導電ゴムシート)を利用するもの、あるいは光の反
射量の変化を利用するものなどがある。
A pressure sensor that satisfies some of these requirements has been proposed or put into practical use so far, for example, one that uses on / off of a microswitch or one that uses a pressure-sensitive rubber sheet (conductive rubber sheet). Alternatively, there is one that utilizes a change in the amount of light reflection.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、マイクロスイッチのオン・オフを利用す
るものは、通常“オフ”の状態にあるセンサが力を受け
ると“オン”の状態になるものであるが、これは力の有
無を検出するだけで、その力の大きさを連続的に検出す
ることには適していない。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the one utilizing the on / off of the microswitch is such that the sensor, which is normally in the “off” state, turns into the “on” state when a force is applied, This only detects the presence or absence of force, and is not suitable for continuously detecting the magnitude of the force.

また、感圧ゴムシートを利用するものは、1枚の導電ゴ
ムシートを2枚の電極で挟み、電極に力を加えることに
よってシート抵抗が変化することを利用したものである
が、加えられた力とセンサ信号出力との間に直線性が得
られない上にヒステリシスが生じやすく、またゴムシー
トが使用されるために耐熱性が低いという問題がある。
In addition, the one using a pressure-sensitive rubber sheet is one in which one conductive rubber sheet is sandwiched between two electrodes and the sheet resistance is changed by applying a force to the electrodes. There is a problem that linearity cannot be obtained between the force and the sensor signal output, hysteresis is likely to occur, and the heat resistance is low because a rubber sheet is used.

更にまた、光の反射量の変化を利用するものは、透明な
アクリル板の表面に多数の円錐状の突起を有するゴムシ
ートをあてがい、そのアクリル板の裏面に鏡体または受
光素子を配置しておき、そのアクリル板の横方向からア
クリル板内に光を照射すると、外力の大きさに応じて上
述のゴムシートの突起が変化するので、そのへこみ具合
を鏡かまたは受光素子で検知するものである。しかしの
光の反射を利用する圧覚センサは外力の絶対値を正確に
知ることがむずかしく、検出精度が悪いなどの問題があ
る。
Furthermore, in the case of utilizing the change in the reflection amount of light, a transparent acrylic plate is coated with a rubber sheet having a large number of conical projections, and a mirror body or a light receiving element is arranged on the back surface of the acrylic plate. Then, when the acrylic plate is irradiated with light from the lateral direction of the acrylic plate, the protrusion of the rubber sheet changes according to the magnitude of the external force.Therefore, the degree of dent should be detected by a mirror or a light receiving element. is there. However, it is difficult for the pressure sensor that uses the reflection of light to know the absolute value of the external force accurately, and there is a problem that the detection accuracy is poor.

なお、以上のような圧覚センサ以外にも、各種形態の圧
覚センサが提案ないし試作されているが、いずれも上述
の機能を十分に満足するに至っておらず、そのため高感
度で真に実用性の高い圧覚センサの開発が強く望まれて
いる。
In addition to the pressure sensor as described above, pressure sensors of various forms have been proposed or prototyped, but none of them have sufficiently satisfied the above-mentioned functions, and therefore have high sensitivity and are truly practical. The development of a high pressure sensor is strongly desired.

本発明は、上述の問題点に鑑み、実用的性能が高く、し
かも構造が簡単で製作が容易であり、薄型かつ高密度に
配列できる圧覚センサを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a pressure sensor that has high practical performance, has a simple structure, is easy to manufacture, and can be thinly and densely arranged.

[問題点を解決するための手段] かかる目的を達成するために、本発明は、窓型枠部がマ
トリックス状に形成された支持台と、半導体歪ゲージを
組込んだブリッジ回路、および該ブリッジ回路に対する
スイッチ手段および端子が配設された面を下側にして、
窓型枠部の支持部によって両端が支持された複数個の方
形型シリコンセルと、複数個の方形型シリコンセルの上
面に共通の配設され、端子のうちの所定の端子と電気的
に接続された導電ゴムシートとを具えたことを特徴とす
る。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, the present invention provides a support platform in which window form parts are formed in a matrix, a bridge circuit incorporating a semiconductor strain gauge, and the bridge. With the surface on which the switch means and the terminals for the circuit are arranged facing down,
A plurality of rectangular silicon cells, both ends of which are supported by the supporting portion of the window frame, and a common arrangement on the upper surfaces of the plurality of rectangular silicon cells, which are electrically connected to predetermined terminals of the terminals. And a conductive rubber sheet that has been formed.

[作用] 本発明によれば、マトリックス状に枠部を具えた支持台
のそれぞれの支持部に方形型シリコンセルの両端を支持
させるようになし、半導体歪ゲージの組込まれたホイー
トストンブリッジ、スイッチ手段,はんだバンプと共に
接地端子が形成されたシリコンセル下面側にフレキシブ
ルプリント配線基板をその電極を介して接合させ、シリ
コンセルの下面側に設けた接地端子を導電性のあるシリ
コンセル自体を介してその上面側に布設した導電ゴムシ
ートと電気的に接続させ、接地が得られるようにしたの
で、個々のシリコンセルに接地端子を設けて、それぞれ
の接地端子から接地線を引出す必要がなくなり、複数の
シリコンセル間に跨って配設されるプリント基板内の信
号線をそれぞれ簡略化することができ、コスト低減に貢
献すると共に実用性の高い薄型で高密度に配列できる圧
覚センサを提供することができる。
[Operation] According to the present invention, both ends of the rectangular silicon cell are supported by the respective supporting portions of the supporting table having the frame portion in a matrix shape, and the Wheatstone bridge in which the semiconductor strain gauge is incorporated and the switch means. , The flexible printed wiring board is bonded to the lower surface side of the silicon cell on which the ground terminal is formed together with the solder bump via the electrode, and the ground terminal provided on the lower surface side of the silicon cell is connected via the conductive silicon cell itself. Since it is electrically connected to the conductive rubber sheet laid on the upper surface side so that grounding can be obtained, it is not necessary to provide a ground terminal for each silicon cell and draw a ground wire from each ground terminal. It is possible to simplify the signal lines in the printed circuit board that are arranged across the silicon cells, contributing to cost reduction. It is possible to provide a thin and highly practical pressure sensor that can be arranged in high density.

[実施例] 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。
Embodiments Embodiments of the present invention will be described in detail and specifically below with reference to the drawings.

まず、第6A図および第6B図によって両端支持梁とし
た本発明にかかるシリコンセルが撓む原理について述べ
ることとし、いま、はんだバンプ3を有するシリコンセ
ル1の両端が第6A図に示すように支持台2によって支
持された状態でその上面の中央部に力が加えらえたとす
ると、第6B図に示す如くシリコンセル1が撓むことに
よってその下面側に引張応力が発生する。
First, referring to FIGS. 6A and 6B, the principle of bending of the silicon cell according to the present invention, which is a support beam for both ends, will be described. Now, as shown in FIG. 6A, both ends of the silicon cell 1 having the solder bumps 3 are shown in FIG. 6A. Assuming that a force is applied to the central portion of the upper surface of the silicon base 1 while being supported by the support base 2, as shown in FIG. 6B, the silicon cell 1 bends to generate tensile stress on the lower surface side.

そこで、上述したようなシリコンセル1の下面側に、第
7A図に示すように4つの歪ゲージR1,R2,R3およびR4
配置し、更にこれらの歪ゲージR1〜R4を第7C図に示す
ようにしてブリッジ回路に組込み、相対する頂点間に電
圧Vを印加すると共にその一端を接地し(G)、また、他
方の相対する頂点間から引出した出力線のそれぞれにス
イッチング素子S1およびS2を配設することによって、歪
ゲージR1〜R4に上記の撓みによって発生した抵抗変化を
スイッチング素子S1およびS2の“オン”により端子Tお
よびtから出力信号として取出すことができる。なお、
Eは電圧計である。
Therefore, as shown in FIG. 7A, four strain gauges R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are arranged on the lower surface side of the silicon cell 1 as described above, and these strain gauges R 1 to R 4 are further arranged. Is incorporated in a bridge circuit as shown in FIG. 7C, a voltage V is applied between opposite vertices, one end thereof is grounded (G), and the output lines drawn from between the other opposite vertices are connected to each other. By disposing the switching elements S1 and S2, it is possible to take out the resistance change generated in the strain gauges R 1 to R 4 due to the above-mentioned deflection as an output signal from the terminals T and t by turning on the switching elements S1 and S2. it can. In addition,
E is a voltmeter.

第7A図はこのようにして半導体シリコン材料によりシ
リコンセル1を形成し、その上に歪ゲージR1〜R4とブリ
ッジ回路からの出力線にスイッチング素子S1およびS2
を、更にまた、出力端子Tおよびt,スイッチ信号端子
S,接地端子G,電圧端子Vを設けたものである。これ
らT,t,S,Vは第7B図に示すごとく、はんだバン
プ3で形成される。
In FIG. 7A, the silicon cell 1 is thus formed of the semiconductor silicon material, and the strain gauges R 1 to R 4 and the switching elements S1 and S2 are connected to the output line from the bridge circuit.
Furthermore, output terminals T and t, a switch signal terminal S, a ground terminal G, and a voltage terminal V are provided. These T, t, S and V are formed by solder bumps 3 as shown in FIG. 7B.

なお、第6A図および第6B図で示したような梁部材と
なるものに半導体シリコンを使用した理由は、半導体シ
リコンであればウエハプロセスによって歪ゲージR1〜R4
およびスイッチング素子S1,S2や配線ならびにT,t,
S,Vの各端子に形成されるはんだバンプ3を一貫した
成膜技術の処理工程で形成することができることによ
る。更にまた、このようなシリコンセルの形成によって
梁部材の小型化、薄型化を実現することが可能となる。
またここで形成されるスイッチング素子S1,S2は、例え
ば電界効果型トランジスタである。
The reason why semiconductor silicon is used for the beam member as shown in FIGS. 6A and 6B is that the strain gauges R 1 to R 4 are formed by the wafer process in the case of semiconductor silicon.
And switching elements S1, S2, wiring, T, t,
This is because the solder bumps 3 formed on each of the S and V terminals can be formed by a consistent process of film forming technology. Furthermore, by forming such a silicon cell, the beam member can be made smaller and thinner.
The switching elements S1 and S2 formed here are, for example, field effect transistors.

第1図は本発明の基本的構成を示す図であり、ここで、
4は支持台であり、支持台4は窓形の枠部5、枠部5に
嵌込まれたシリコンセル1の両端部を支持する支持部6
とを有し、絶縁部材で構成される。またここで、シリコ
ンセル1には第2図に示すように、その母体をなす導電
部1A(P層)の面にいわゆるPN接合による絶縁層7
(N層)を形成しておき、その絶縁層7に歪ゲージ8が
P層として形成されるもので、更にアルミニウム等によ
る配線パターン9が形成され、また、接地用端子10が半
導体プロセスにより導電部1Aをそのまま残すようにし
て、その上に形成される。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of the present invention, in which:
Reference numeral 4 denotes a support base, and the support base 4 is a window-shaped frame portion 5 and a support portion 6 for supporting both ends of the silicon cell 1 fitted in the frame portion 5.
And an insulating member. Further, here, in the silicon cell 1, as shown in FIG. 2, an insulating layer 7 by what is called a PN junction is formed on the surface of the conductive portion 1A (P layer) which is the base thereof.
(N layer) is formed in advance, and the strain gauge 8 is formed as a P layer on the insulating layer 7, a wiring pattern 9 made of aluminum or the like is further formed, and the grounding terminal 10 is made conductive by a semiconductor process. The part 1A is left as it is, and is formed thereon.

そこで、このようにして構成したシリコンセル1を歪ゲ
ージ8等が形成されている面を下側にして第1図に示す
ように支持部6に支持させた上、導電ゴムシート11をシ
リコンセル1の上面(第2図では下面側に相当する)に
例えば導電性接着剤21により密着させて、更にその上に
柔軟な保護用の例えば絶縁性ゴムシート等による皮膜12
を設け、電気的,熱的に導電ゴムシート11を保護する。
すなわち、このように構成することによって、第2図に
示した接地用端子10はシリコンセル1の導電部1Aを介
して導電ゴムシート11に電気的に接続されることにな
り、従ってシリコンセル1自体にスルーホールを設ける
必要もなく、導電ゴムシート11が接地用配線の役目を担
持する。
Therefore, the silicon cell 1 thus constructed is supported on the support portion 6 as shown in FIG. 1 with the surface on which the strain gauges 8 and the like are formed facing downward, and the conductive rubber sheet 11 is attached to the silicon cell. The upper surface (corresponding to the lower surface side in FIG. 2) of 1 is closely adhered by, for example, a conductive adhesive 21, and a film 12 made of, for example, an insulating rubber sheet for soft protection is further provided thereon.
Is provided to electrically and thermally protect the conductive rubber sheet 11.
That is, with this configuration, the grounding terminal 10 shown in FIG. 2 is electrically connected to the conductive rubber sheet 11 via the conductive portion 1A of the silicon cell 1, and therefore the silicon cell 1 It is not necessary to provide a through hole in itself, and the conductive rubber sheet 11 carries the role of grounding wiring.

13はシリコンセル1の下面側に配設されるフレキシブル
プリント配線基板であり、フレキシブルプリント配線基
板13にはその両面に後述するようなプリント配線がなさ
れており、シリコンセル1の下面側に設けられた各端子
のはんだバンプ3がフレキシブルプリント配線基板13上
の不図示の電極とはんだ付けによって接続される。
Reference numeral 13 denotes a flexible printed wiring board disposed on the lower surface side of the silicon cell 1. The flexible printed wiring board 13 has printed wiring on both surfaces thereof, which will be described later, and is provided on the lower surface side of the silicon cell 1. The solder bumps 3 of each terminal are connected to electrodes (not shown) on the flexible printed wiring board 13 by soldering.

以上で単体の圧覚センサにおける構成について述べてき
たが、一般にかかる圧覚センサは上記のような単体を複
数マトリックス状に配列されたアレイとして使用され
る。そこで、以下に、圧覚センサをアレイ状に構成して
いくことについて述べることとする。
Although the configuration of the pressure sensor as a single unit has been described above, such a pressure sensor is generally used as an array in which a plurality of the above single units are arranged in a matrix. Therefore, the configuration of the pressure sensor in an array will be described below.

第3A図〜第3C図は単体の圧覚センサを3個ずつ3列
に配置する場合を示す図である。第3A図において、支
持台4は電気的絶縁性のある剛体で形成され、その下面
側には例えば第3B図に示すように列方向に形成された
溝14を有する。また、第3C図は、支持台4の個々の枠
の支持部6にシリコンセル1を嵌込んだ上、支持台下面
側の溝14に、列方向にフレキシブルプリント配線基板13
が取付けられた状態を示し、15はそのフレキシブルプリ
ント配線基板13の両面に形成された導体回路である。
FIG. 3A to FIG. 3C are diagrams showing the case where three pressure sensors are arranged in three rows, three pressure sensors each. In FIG. 3A, the support base 4 is formed of a rigid body having electrical insulation, and has a groove 14 formed in the column direction on the lower surface side thereof as shown in FIG. 3B, for example. Further, FIG. 3C shows that the flexible printed wiring board 13 is arranged in the column direction in the groove 14 on the lower surface side of the support, after the silicon cell 1 is fitted into the support portion 6 of each frame of the support 4.
Is attached, and 15 is a conductor circuit formed on both sides of the flexible printed wiring board 13.

次に、1個のシリコンセル1から引出されるべき信号線
を第4A図〜第4C図を参照して検討すると、1個のシ
リコンセル1上に第4A図に示すように構成されたホイ
ートストンブリッジ回路に対して、端子V,S,T,t
およびGが設けられるため、このシリコンセル1に対応
するフレキシブルプリント配線基板13上には、第4B図
および第4C図に示すように上記端子に対応した電極
VE,SE,TE,tEと電極のそれぞれからの引出し配線LV,
LS,LT,LTとが配設されなければならない。ただ
し、ここで接地用端子Gについては先に述べたように電
極および配線の必要がなく、配線1本分が節約される。
Next, the signal line to be drawn out from one silicon cell 1 will be examined with reference to FIGS. 4A to 4C, and Wheatstone configured on one silicon cell 1 as shown in FIG. 4A will be described. For the bridge circuit, terminals V, S, T, t
And G are provided, the electrodes corresponding to the terminals are provided on the flexible printed wiring board 13 corresponding to the silicon cell 1 as shown in FIGS. 4B and 4C.
V E , S E , T E , t E and the lead wiring LV from each of the electrodes,
LS, LT, LT must be provided. However, here, the ground terminal G does not require an electrode and wiring as described above, and one wiring is saved.

しかし、シリコンセル1が1個でなく、マトリックス状
に配列される場合には、その列方向においても配線数が
増えるので、第4B図や第4C図で示したようにフレキ
シブルプリント配線基板13の片面だけを使用する訳にい
かなくなる。そこでいま、列方向において5個のシリコ
ンセル1が配列させる場合について、第5A図および第
5B図を参照して説明することとする。
However, when the silicon cells 1 are arranged in a matrix form instead of one, the number of wirings increases in the column direction, so that the flexible printed wiring board 13 as shown in FIGS. It becomes impossible to use only one side. Therefore, the case where five silicon cells 1 are arranged in the column direction will now be described with reference to FIGS. 5A and 5B.

第5A図および第5B図は、この場合のフレキシブルプ
リント配線基板13上の電極と引出し配線の布設状態を示
すもので、ここで、1-1〜1-5はこのフレキシブルプリン
ト配線基板13に接続されるべき列方向の5個のシリコン
セル1の位置を示す。すなわち、このように、5個のシ
リコンセル1-1〜1-5に対し、その個々に設けられる端子
の対向位置に電極VE,SE,TEおよびtEが設けられるが、ス
イッチ信号用の電極SEは個々の単体に対してオン・オフ
されなければならないために、シリコンセル1-1〜1-4に
対応する電極SEにはスルーホール20が設けられていて、
スルーホール20を介して裏面側にスイッチ駆動用の配線
LS1〜LS4が配設される。LV,Lt,LTはそれ
ぞれ上面側に設けられたVE,tEおよびTE用の引出し配線
である。
FIG. 5A and FIG. 5B show the installation state of the electrodes and the lead wiring on the flexible printed wiring board 13 in this case, where 1-1 to 1-5 are connected to this flexible printed wiring board 13. The position of five silicon cells 1 in the column direction to be performed is shown. That is, as described above, the electrodes V E , S E , T E, and t E are provided at the positions opposite to the terminals provided individually for the five silicon cells 1-1 to 1-5, but the switch signal Since the electrode S E for use in must be turned on / off for each individual unit, a through hole 20 is provided in the electrode S E corresponding to the silicon cells 1-1 to 1-4.
Wirings LS1 to LS4 for driving the switches are arranged on the back surface side through the through holes 20. LV, Lt, and LT are lead wires for V E , t E, and T E provided on the upper surface side, respectively.

このようにマトリックス状に構成した圧覚センサにおけ
る信号処理について述べると、まず1つのシリコンセル
に設けたスイッチ信号端子Sに信号を送信することによ
り、このシリコンセル1から2つの信号が端子Tとtを
介して得られるが、第5A図および第5B図に示すよう
に5個のシリコンセル1-1〜1-5から同時に信号を得たの
では信号処理が困難である。そこで、まず、シリコンセ
ル1-1から信号を取出す場合は、信号線LS1を介して
そのスイッチング素子を“オン”とするが、この場合他
の信号線LS2〜LS5には信号が送給されない。かく
して、順次に信号線を介して各シリコンセルにおけるス
イッチング素子を“オン”にしていけばよい。
Signal processing in the pressure sensor configured in a matrix like this will be described. First, by transmitting a signal to the switch signal terminal S provided in one silicon cell, two signals from the silicon cell 1 are transmitted to the terminals T and t. However, if signals are simultaneously obtained from the five silicon cells 1-1 to 1-5 as shown in FIGS. 5A and 5B, signal processing is difficult. Therefore, first, when a signal is taken out from the silicon cell 1-1, the switching element is turned on via the signal line LS1, but in this case, no signal is sent to the other signal lines LS2 to LS5. Thus, the switching elements in each silicon cell may be sequentially turned "on" via the signal lines.

なお、第5A図および第5B図の例ではシリコンセル1
に5個配設した例について述べたが、これは、両面使用
のフレキシブルプリント配線基板13に4列の配線をして
信号処理が可能なのは最高で5個迄ということによる。
従って列方向に配列されるシリコンセル1を4個や3個
とすることは猶更に容易である。かくして支持台4に形
成した行および列方向の枠にシリコンセル1を嵌込むよ
うにしてアレイ状の圧覚センサを得ることができる。
In the example of FIGS. 5A and 5B, the silicon cell 1 is used.
Although an example in which five pieces are arranged is described above, this is because up to five pieces of signal processing can be performed by wiring four rows on the flexible printed wiring board 13 for double-sided use.
Therefore, it is much easier to use four or three silicon cells 1 arranged in the column direction. Thus, the array of pressure sensors can be obtained by fitting the silicon cells 1 into the frames formed on the support base 4 in the row and column directions.

[発明の効果] 以上説明してきたように、本発明によれば、半導体歪ゲ
ージを組込んだブリッジ回路、そのスイッチ手段および
各種の端子が配設された方形型シリコンセルの下面をマ
トリックス状の枠部を具えた支持台の枠の支持部に両端
支持させ、そのシリコンセルのたわみを検出するように
したので、検出感度を高く保つことができ、また、上記
シリコンセルの下面側にフレキシブルプリント配線基板
を接合させて、スイッチ手段等への電気信号の供給およ
び歪ゲージからの信号の取出しを行うと共に、上記シリ
コンセルの上面側に導電ゴムシートを支持台の全面にわ
たって接続し、シリコンセルの下面側に設けた接地端子
に導電性のあるシリコンセル自体を介して上記導電ゴム
シートが電気的に接続されるようにしたので、接地用線
をフレキシブルプリント配線基板に配設する必要がなく
なり、それだけでフレキシブルプリント配線基板上の配
線がし易くなり、全体として薄型でかつ検出精度の優れ
た圧覚センサを提供することが可能となった。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the lower surface of a rectangular silicon cell in which a bridge circuit incorporating a semiconductor strain gauge, its switch means and various terminals is arranged is formed in a matrix. Since both ends are supported by the frame support part of the support base that includes the frame part and the deflection of the silicon cell is detected, the detection sensitivity can be kept high, and the flexible print on the lower surface side of the silicon cell. Joining the wiring boards, supplying electric signals to the switch means and taking out signals from the strain gauge, and connecting the conductive rubber sheet to the upper surface of the silicon cell over the entire surface of the supporting base, Since the conductive rubber sheet is electrically connected to the ground terminal provided on the lower surface side through the conductive silicon cell itself, the ground wire should be Since it is not necessary to dispose on the flexible printed wiring board, the wiring on the flexible printed wiring board can be easily performed by itself, and it is possible to provide a pressure sensor that is thin as a whole and has excellent detection accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明圧覚センサの基本的構成を示す断面図、 第2図はそのシリコンセルの部分断面図、 第3A図,第3B図および第3C図は本発明にかかる支
持台の一例を示す斜視図,部分拡大図およびその支持台
にシリコンセルを装着した状態の斜視図、 第4A図はそのシリコンセル上の配線図、 第4B図および第4C図は本発明にかかるフレキシブル
プリント配線基板上の基本的配線状態の一例を示す平面
図および側面図、 第5A図および第5B図は本発明にかかるフレキシブル
プリント配線基板上の配線の一実施例を示すそれぞれ平
面図およびシリコンセル単位ごとの断面図、 第6A図および第6B図はそのシリコンセルの支持状態
および負荷状態をそれぞれ示す模式図、 第7A図および第7B図はそのシリコンセル上に配設さ
れる回路の構成図およびそのシリコンセルの断面図、 第7C図はそのシリコンセル上のブリッジ回路の構成図
である。 1,1-1〜1-5…シリコンセル、 1A…導電部、 3…はんだバンプ、 S1,S2…スイッチング素子、 R1〜R4,8…歪ゲージ、 4…支持台、 5…枠部、 6…支持部、 7…絶縁層、 9…配線パターン、 10…接地用端子、 11…導電ゴムシート、 12…皮膜、 13…フレキシブルプリント配線基板、 14…溝、 15…導体回路、 V,S,T,t,G…端子、 VE,SE,TE,tE…電極、 LV,LS,LS1〜LS4,LT,Lt…配線、 20…スルーホール。
FIG. 1 is a sectional view showing the basic structure of a pressure sensor of the present invention, FIG. 2 is a partial sectional view of a silicon cell thereof, and FIGS. 3A, 3B and 3C are examples of a support base according to the present invention. FIG. 4 is a perspective view showing a partially enlarged view and a perspective view of a state in which a silicon cell is mounted on the support, FIG. 4A is a wiring diagram on the silicon cell, and FIGS. 4B and 4C are flexible printed wiring boards according to the present invention. A plan view and a side view showing an example of the above basic wiring state, and FIGS. 5A and 5B show a plan view and an example of wiring on a flexible printed wiring board according to the present invention respectively for each silicon cell unit. Sectional views, FIGS. 6A and 6B are schematic views showing the supported state and the loaded state of the silicon cell, respectively, and FIGS. 7A and 7B are the diagrams showing the circuit arranged on the silicon cell. FIG. 7C is a configuration diagram of a bridge circuit on the silicon cell, and FIG. 1,1-1~1-5 ... silicon cell, 1A ... conductive portion, 3 ... solder bumps, S1, S2 ... switching element, R 1 to R 4, 8 ... strain gauge, 4 ... support stand, 5 ... frame portion , 6 ... Supporting part, 7 ... Insulating layer, 9 ... Wiring pattern, 10 ... Grounding terminal, 11 ... Conductive rubber sheet, 12 ... Film, 13 ... Flexible printed wiring board, 14 ... Groove, 15 ... Conductor circuit, V, S, T, t, G ... terminal, V E, S E, T E, t E ... electrode, LV, LS, LS1~LS4, LT , Lt ... wire, 20 ... through hole.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】窓型枠部がマトリックス状に形成された支
持台と、 半導体歪ゲージを組込んだブリッジ回路、および該ブリ
ッジ回路に対するスイッチ手段および端子が配設された
面を下側にして、前記窓型枠部の支持部によって両端が
支持された複数個の方形型シリコンセルと、 該複数個の方形型シリコンセルの上面に共通に配設さ
れ、前記端子のうちの所定の端子と電気的に接続された
導電ゴムシートと を具えたことを特徴とする圧覚センサ。
1. A support base in which window form parts are formed in a matrix shape, a bridge circuit incorporating a semiconductor strain gauge, and a surface on which switch means and terminals for the bridge circuit are arranged is set to a lower side. A plurality of rectangular silicon cells whose both ends are supported by the supporting portions of the window frame, and a plurality of rectangular silicon cells, which are commonly disposed on the upper surfaces of the plurality of rectangular silicon cells and which have predetermined terminals among the terminals. A pressure sensor comprising a conductive rubber sheet electrically connected.
【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の圧覚センサに
おいて、 前記導電ゴムシートは前記複数個の方形型シリコンセル
を前記支持台の全面にわたり覆蓋することを特徴とする
圧覚センサ。
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the conductive rubber sheet covers the plurality of rectangular silicon cells over the entire surface of the support base.
【請求項3】特許請求の範囲第1項または第2項記載の
圧覚センサにおいて、前記所定の端子は接地用端子であ
り、前記導電ゴムシートによって接地用配線を行うこと
を特徴とする圧覚センサ。
3. The pressure sensor according to claim 1 or 2, wherein the predetermined terminal is a ground terminal, and the conductive rubber sheet is used for grounding wiring. .
【請求項4】特許請求の範囲第1項ないし第3項のいず
れかの項に記載の圧覚センサにおいて、フレキシブルプ
リント配線基板を前記方形型シリコンセルの下面側に配
置し、該フレキシブルプリント配線基板の電極が前記所
定の端子以外の端子に電気的に接続されるようにしたこ
とを特徴とする圧覚センサ。
4. The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a flexible printed wiring board is arranged on a lower surface side of the rectangular silicon cell, and the flexible printed wiring board is provided. The electrode according to claim 1 is electrically connected to a terminal other than the predetermined terminal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103486225A (en) * 2013-09-25 2014-01-01 深圳先进技术研究院 Harmonic reducer with torque sensing function

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103486225A (en) * 2013-09-25 2014-01-01 深圳先进技术研究院 Harmonic reducer with torque sensing function
CN103486225B (en) * 2013-09-25 2015-12-02 深圳先进技术研究院 There is the harmonic speed reducer of torque sensing function

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