多轴传感器单元及使用它的多轴传感器制造技术

本发明专利技术在降低功耗的同时，可以简化布线并降低成本。测量从外部施加的多个轴上的力、力矩、加速度和角加速度中的任何一个或多个参数的多轴传感器单元１０包括配置在一个平面上的８个应变计Ｒ１１～Ｒ２４和连接各应变计Ｒ１１～Ｒ２４形成的１个桥式电路１１。因此，与过去相比，减少了桥式电路１１和应变计Ｒ１１～Ｒ２４，在降低功耗的同时，简化了布线并降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多轴传感器单元及使用它的多轴传感器
本专利技术涉及能够测量从外部施加给第1部件和第2部件的多个轴上的力、力矩、加速度和角速度中的任何一种的多轴传感器单元及使用它的多轴传感器。
技术介绍
作为这一类的多轴传感器，已知的有利用半导体的单结晶衬底检测力或力矩的装置。在专利文献1中公开了一种多轴传感器105，如图21、图22和图23A～C所示，包括具有设在中央的受力部100、设在周围的固定部101及连接它们的圆环状的隔膜部102的应变体103和由安装在该应变体103上的压电元件等构成的检测元件R11～R34。检测元件R11～R34设在各应变体103的上面。在各应变体103的上面设定以受力部100为中心相互正交的X轴和Y轴，以及它们中间倾斜的轴S。检测元件R11～R34配置在各轴上的隔膜部102的边缘部分。在该多轴传感器105中，为了测定X、Y、Z轴的3轴方向的力或力矩，由各检测元件R11～R34构成桥式电路。具体地说，利用X轴上的检测元件R11～R14构成图23A所示的桥式电路106，由此得到电压Vx。利用Y轴上的检测元件R21～R24构成图23B所示的桥式电路107，由此得到电压Vy。利用S轴上的检测元件R31～R34构成图23C所示的桥式电路108，由此得到电压Vz。利用由这3个桥式电路106～108得到的电压Vx、Vy、Vz的组合，可以算出X、Y、Z轴3轴方向的力或力矩。专利文献1：特开平4-194634号公报(图2、图3、图7、第3页左下栏第3行～右下栏第6行、第4页右下栏第9行～第15行)在专利文献1记载的技术中，因使用3个桥式电路106～108，故功耗大。为了构成3个桥式电路106～108，使布线变得复杂。特别，当在硅半导体衬底上形成检测元件R11～R14时，因必须进行使作为检测元件R14～R14的压电元件的端子信号暂时向半导体衬底的外部引-->出布线等处理，故当桥式电路106～108是3个时，结构就会变得复杂。从而提高了成本。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种多轴传感器单元和使用它的多轴传感器，在降低功耗的同时，可以简化布线并降低成本。本专利技术的第1方面提供的多轴传感器单元，测量从外部施加的多个轴上的力、力矩、加速度和角加速度中的任何一个或多个，具备配置在一个平面上的8个应变计和连接各应变计形成的1个桥式电路。若按照该结构，因应变计仅仅是8个且只有1个桥式电路，故和过去将12个应变计分成每4个为1组，驱动3个桥式电路的情况相比，可以将功耗降低到约为原来的1/6。即，因每一个桥式电路的应变计的个数增加了2倍，故合成电阻也变为2倍，因桥式电路由3个变成1个，故功耗是原来的1/3。这里，因功耗W＝V2/R，故(1/3)×(1/2)变成1/6。此外，因桥式电路只有1个，故布线简单。因此，引线不会立体交叉，容易构成桥式电路。进而，因可以减少应变计的数量，故部件数少，减少了粘贴作业的工时，从而降低了成本。本专利技术的第2方面提供的多轴传感器单元，测量从外部施加的多个轴上的力、力矩、加速度和角加速度中的任何一个或多个，具备配置在一个平面上的8个应变计和连接各应变计形成的2个桥式电路。。若按照该结构，因应变计仅仅是8个且由2个桥式电路构成，故和过去将12个应变计分成每4个为1组，驱动3个桥式电路的情况相比，可以将功耗降低至约2/3。此外，因桥式电路只有2个，故布线简单。因此，引线不会立体交叉，容易构成桥式电路。因此，当利用IC工艺或溅射技术形成桥时，不必使引线交叉，因此可以减少应变计的数量，故部件数少，减少了粘贴作业的工时，从而降低了成本。在本专利技术的多轴传感器单元中，在具有具备设在中央的受力部和设在外围的固定部及连接它们的圆环状的隔膜部的应变体，并且，上述应变计的配置位置是与上述隔膜的中心线正交的线上上述隔膜的外缘部和内缘部的4个位置及在与上述线正交的线上上述隔膜的外缘部-->和内缘部的4个位置。若按照该结构，可以检测出向2个正交的轴方向的力和力矩，进而向与这些轴正交的轴方向的力。在本专利技术的多轴传感器单元中，上述应变计也可以是压阻元件。若按照该结构，因压电元件与薄膜应变计相比，应变率大10倍或以上，所以，与使用金属箔应变计的情况相比，灵敏度可以大10倍或以上。同样，在本专利技术的多轴传感器单元中，上述应变计也可以是利用溅射法形成的应变计。利用该制造方法形成的应变计与一般的金属箔应变计相比，应变率大10倍或以上，所以，与使用一般的金属箔应变计的情况相比，灵敏度可以大10倍或以上。本专利技术的第3方面提供的多轴传感器单元具备多个上述任何一方面记载的多轴传感器单元。若按照该结构，可以高精度检测3个轴的力和力矩或加速度和角加速度。在本专利技术的多轴传感器中，上述多轴传感器单元也可以以上述多轴传感器的中心点为中心等角度间隔，且距上述中心点等距离配置。若按照该结构，可以根据各多轴传感器单元的应变计的电阻值的变化通过较简单的计算算出多个轴上的力、力矩、加速度和角加速度。在本专利技术的多轴传感器中，上述角度可以是90度。若按照该结构，可以容易地算出以多轴传感器的中心点作为原点的直角坐标的X轴和Y轴的力、力矩、加速度和角加速度。在本专利技术的多轴传感器中，上述多轴传感器单元可以分别配置在以上述中心点作为原点的X轴和Y轴的正负方向上。若按照该结构，可以极为容易地算出X轴和Y轴的力、力矩、加速度和角加速度。在本专利技术的多轴传感器中，上述角度可以是120度。若按照该结构，通过3个多轴传感器单元，可以算出多个轴上的力、力矩、加速度和角加速度，所以，能够更加简化多轴传感器的结构。在本专利技术的多轴传感器中，上述应变计的配置位置可以是连接上述多轴传感器的中心点和上述多轴传感器单元的中心点的线上上述隔膜的外缘部和内缘部，以及，上述多轴传感器单元的中心点的上述线的正交线上上述隔膜的外缘部和内缘部。若按照该结构，可以将应变计安装在多轴传感器单元中应变最大的部位，所以，能提高灵敏度。在本专利技术的多轴传感器中，也可以具有：第1部件，包括具备上述应变计的上述多轴传感器单元；和第2部件，包括与上述多轴传感-->器单元对置而且不具备上述应变计的上述应变体，并且，将对置的应变体的上述受力部彼此连接起来，测量作用在上述第1部件和上述第2部件之间的多个轴上的力和力矩。若按照该结构，只要在一方部件上设置多轴传感器单元，就可以测量多个轴上的力和力矩。在本专利技术的多轴传感器中，具备上述多轴传感器单元和设在上述多轴传感器单元的中央部上的作用体，并且，测量作用于该多轴传感器单元上的多个轴上的加速度和角加速度。若按照该结构，只要在一方部件上设置多轴传感器单元，就可以测量多个轴上的加速度和角加速度。附图说明图1A是描述本专利技术第1实施方式的多轴传感器单元的图，是描绘应变计的配置的平面图。图1B是描述本专利技术第1实施方式的多轴传感器单元的图，是中央纵剖面的正面图。图2是表示当对多轴传感器加力Fx时的位移和应变计的电阻值的变化的中央纵剖面的正面图。图3是表示当对多轴传感器加力Fz时的位移和应变计的电阻值的变化的中央纵剖面的正面图。图4是表示一例桥式电路的电路图。图5是表示使用了OP放大器的节点电压的计算处理的例子的图。图6A是表示用来计算Fx的一例桥式电路的电路图，是整体的电路图。图6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多轴传感器单元，测量从外部施加的多个轴上的力、力矩、加速度和角加速度中的任何一个或多个，其特征在于，具备配置在一个平面上的８个应变计和连接各应变计形成的１个桥式电路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-9-30 341451/20031、一种多轴传感器单元，测量从外部施加的多个轴上的力、力矩、加速度和角加速度中的任何一个或多个，其特征在于，具备配置在一个平面上的8个应变计和连接各应变计形成的1个桥式电路。2、一种多轴传感器单元，测量从外部施加的多个轴上的力、力矩、加速度和角加速度中的任何一个或多个，其特征在于，具备配置在一个平面上的8个应变计和连接各应变计形成的2个桥式电路。3、权利要求1或2记载的多轴传感器单元，其特征在于，具有具备设在中央的受力部和设在外围的固定部及连接它们的圆环状的隔膜部的应变体，并且，上述应变计的配置位置是与上述隔膜的中心线正交的线上上述隔膜的外缘部和内缘部的4个位置及在与上述线正交的线上上述隔膜的外缘部和内缘部的4个位置。4、权利要求1～3中的任何一项记载的多轴传感器单元，其特征在于，上述应变计是由压阻元件或利用溅射法形成的应变计。5、一种多轴传感器，其特征在于，具备多个权利要求1～4中的任何一项记载的上述多轴传感器单元。6、权利要求5记载的多轴传感器，其特征在于，上述多轴传感器单元以上述多轴传感器的中心点为中...

【专利技术属性】
技术研发人员：森本英夫，
申请(专利权)人：新田株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]