JP2011099675A - 圧力センサー、センサーアレイ、及び圧力センサーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メンブレンの破損を防止できる圧力センサー、センサーアレイ、圧力センサーの製造方法を提供すること。
【解決手段】圧力センサー６は、開口部６１Ａを有する支持体６１と、支持体６１上に設けられて、開口部６１Ａを閉塞するダイアフラム７を有する支持膜６２、及びダイアフラム７上に設けられて、撓むことで電気信号を出力する圧電体６３を備えた圧力検出部９と、圧力検出部９上に、支持膜６２の膜厚み方向に沿う筒状の空洞部６４Ａを有するとともに、支持膜６２を膜厚み方向から見た平面視において、空洞部６４Ａの筒状内周壁６４１が開口部６１Ａと重なる位置、または開口部６１Ａよりも外側に形成される枠体６４と、枠体６４を閉塞する封止膜６５と、空洞部６４Ａの筒状内周壁６４１、封止膜６５、圧力検出部９により形成される内部空間６６に充填されるシリコーンオイル２０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧力センサー、前記圧力センサーを備えたセンサーアレイ、及び前記圧力センサーの製造方法に関する。

従来、ダイアフラム型の超音波センサー素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この超音波センサー素子は、開口部を有する半導体基板と、開口部を閉塞して半導体基板の表面に形成された絶縁膜層上に２層の電極と、これらの２層の電極の間で挟んだＰＺＴセラミックス薄膜層（圧電膜）と備える。そして、開口部に対して平面的に積層される多層膜構造のダイアフラムと、圧電膜及び２層の電極で構成される圧電体とを有するメンブレンが形成される。この超音波センサー素子では、上下の電極からＰＺＴセラミックス薄膜層に所定の電圧を印加すると、ＰＺＴセラミックス薄膜層が面内方向に対して伸縮し、これに伴ってダイアフラムが面方向に直交する方向に撓んで振動して、超音波が出力される。
特許文献１において、ＰＺＴセラミックス薄膜層の一部は、外部に露出する構成となっている。
ところで、このような超音波センサー素子は、一般的に、圧力センサーにも適用できることが知られている。

特開２００６−３１９９４５号公報

例えば、物体を把持する把持装置に前記圧力センサーを適用した場合、当該圧力センサーは、前記把持装置のアーム等により物体を把持した際の圧力をメンブレンの圧電体の撓み状態から検出する。
この場合、物体が、外部に露出する圧電膜に直接、接触してしまい、メンブレンの圧電体やダイアフラムに局所的に力が加わるおそれがある。そのため、メンブレンの圧電体やダイアフラムが破損し易いという問題がある。

本発明の目的は、メンブレンの破損を防止できる圧力センサー、センサーアレイ、圧力センサーの製造方法を提供することにある。

本発明の圧力センサーは、開口部を有する支持体と、前記支持体上に設けられて、前記開口部を閉塞するダイアフラムを有する支持膜、及び前記ダイアフラム上に設けられて、撓むことで電気信号を出力する圧電体を備えた圧力検出部と、前記圧力検出部上に、前記支持膜の膜厚み方向に沿う筒状の空洞部を有するとともに、前記支持膜を膜厚み方向から見た平面視において、前記空洞部の筒状内周壁が前記開口部と重なる位置、または前記開口部よりも外側に形成される枠体と、前記枠体を閉塞する封止膜と、前記空洞部の筒状内周壁、前記封止膜、前記圧力検出部により形成される内部空間に充填される圧力媒体とを備えることを特徴とする。

ところで、支持膜により開口部を閉塞する部分が、圧力を検知するダイアフラムとなっており、このダイアフラム、及びダイアフラムに積層される圧電体でメンブレンが形成されている。すなわち、圧力検出部上に形成される枠体の空洞部には、圧力検出部の一部（メンブレン）が収納されている。
本発明では、圧力検出部の圧電体が枠体に収納されて、枠体の内部空間に力を分散させる圧力媒体が充填されている。そして、枠体は封止膜で封止されている。
本発明の圧力センサーを、例えば、把持装置等に適用すると、把持装置が物体を把持する際に、物体は封止膜に当接して、圧力媒体を介して圧電体に伝達される。すなわち、物体は直接、圧電体に接触することがなく、物体が封止膜に接触する際の力が圧力媒体を介して圧力検出部に伝達される。これにより、圧力を検知する圧力検出部のダイアフラムに分散された力が加わることとなる。従って、ダイアフラムに局所的に力が加えられることを防止し、圧力検出部の破損を防止でき、ひいては、メンブレンの破損を防止できる。

本発明の圧力センサーにおいて、前記枠体は、可撓性を有することが好ましい。

ところで、枠体が可撓性を有しない材質で形成される場合において、枠体に力が加わると、枠体が収縮することがないため、ダイアフラムに力が伝達されず、圧力を検知できないおそれがある。
そこで、本発明によれば、枠体が可撓性を有するので、枠体に力が加わると、枠体が収縮する。そして、力が枠体の内部空間に充填される圧力媒体を介して、ダイアフラムに伝達されて、圧力を良好に検知できる。

本発明のセンサーアレイは、上述の圧力センサーと、開口部を有する支持体、前記支持体上に設けられて、前記開口部を閉塞するダイアフラムを有する支持膜、及び前記ダイアフラム上に設けられて、電圧の印加により撓む圧電体を有する超音波センサーとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、センサーアレイは、圧力センサー及び超音波センサーの２種類のセンサーを備えるので、例えば、本発明のセンサーアレイを物体が把持される把持装置のアーム等に適用することで、超音波センサーで物体を認識し、アーム等で物体を把持した状態の圧力を圧力センサーで検知することができる。
また、超音波センサーは、圧力センサーを構成する枠体、圧力媒体、及び封止膜を除いた構成部材で構成すればよいので、超音波センサーを容易に製造できる。すなわち、圧力センサーを製造する過程で、超音波センサーを製造することができる。従って、センサーアレイの製造工程を簡素化でき、製造コストを低減できる。

本発明のセンサーアレイにおいて、複数の前記圧力センサー及び前記超音波センサーを備え、前記圧力センサー及び前記超音波センサーは、交互に配置される２次元アレイ構造に形成されることが好ましい。

ここで、例えば、圧力センサーのみが形成される箇所、または超音波センサーのみが形成される箇所を有するセンサーアレイを構成する場合では、超音波センサーにより物体を認識する位置と、圧力センサーにより物体を把持する力を検出する位置とが異なる場合があり、各センサーの検出位置にばらつきが生じるおそれがある。
これに対して、本発明では、圧力センサー及び超音波センサーが交互に配置される２次元アレイ構造を有するので、超音波センサーにより物体を認識する位置と、圧力センサーにより物体を把持する力を検知する位置とにばらつきが生じることがない。

本発明のセンサーアレイにおいて、前記圧力センサー及び前記超音波センサーが配置されるセンサー基板を備え、前記圧力センサー及び前記超音波センサーは、前記センサー基板上にそれぞれ互いに独立して配置されていることが好ましい。

ここで、例えば、超音波センサーと圧力センサーとが隣接して配置されている場合には、超音波センサーの圧電体の振動が隣接する圧力センサーのダイアフラムに伝達され、ダイアフラムが圧力を正確に検知できないおそれがある。
これに対して、本発明では、超音波センサー及び圧力センサーは、センサー基板上に互いに独立して配置されるので、超音波センサーのダイアフラムの振動が圧力センサーに伝達されることがない。すなわち、圧力センサーの圧電体やダイアフラムに超音波センサーからの振動により影響を受けることがないので、圧力センサーは圧力を精度良く検知できる。

本発明の圧力センサーの製造方法は、上述の圧力センサーの製造方法であって、センサー基板上に支持膜を形成し、この支持膜上に圧電体を形成して、圧力検出部を形成する圧力検出部形成工程と、前記圧力検出部上に前記圧電体を覆う枠体層を形成する枠体層形成工程と、前記枠体層形成工程により形成される前記枠体層の一部を除去して、筒状内周壁を有する空洞部を備えた枠体を形成する枠体形成工程と、前記空洞部内に圧力媒体を充填する充填工程と、ロールコートにより前記空洞部を閉塞し、前記圧力媒体を封止する封止膜を形成する膜形成工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、上述したメンブレンを収納する空洞部を有する枠体を形成する枠体形成工程と、枠体の内部空間に圧力媒体が充填される充填工程と、圧力媒体を封止する膜形成工程とを備えるので、上述した圧力センサーと同様の効果を奏する。

本発明の本実施形態に係るロボットの概略図。 前記実施形態に係るセンサーアレイを示す斜視図。 前記実施形態に係る超音波センサー及び圧力センサーを示す断面図。 前記センサーアレイの製造工程を示す図。 前記センサーアレイの製造工程を示す図。 前記センサーアレイの製造工程を示す図。 前記センサーアレイの製造工程を示す図。 本発明に係る変形例を示す図。

以下、本発明に係る本実施形態を図面に基づいて説明する。
［把持装置の概略構成］
図１は、把持装置１の概略図である。
把持装置１は、例えば、物体１０を把持する装置であり、物体１０の位置を認識して物体を把持するものである。この把持装置１は、支持部材２と、支持部材２から延出する一対のアーム３とを備えている。
支持部材２は、長手棒状に形成され、一対のアーム３を互いに近接離間させる駆動機構を備えるものである。
各アーム３は、物体１０を把持する部分であり、互いに近接離間する方向に動作する。このアーム３と物体１０とが接触する部分には、例えば、略矩形状の把持面３１が形成される。この把持面３１には、センサーアレイ４（図２参照）が取り付けられている。

［センサーアレイの構成］
図２は、センサーアレイ４を示す斜視図である。
センサーアレイ４は、例えば、触覚センサーであり、物体１０の位置を検知した後、物体１０を把持した状態を検知するものである。このセンサーアレイ４は、センサー基板４１と、センサー基板４１上に実装される複数の超音波センサー５及び圧力センサー６とを備えている。また、センサーアレイ４には、これらセンサー５，６が例えば、所定の第１方向（Ｘ方向）、及びこの第１方向（Ｘ方向）に直交する第２方向（Ｙ方向）に沿ってそれぞれ交互に等間隔に設けられている。これらのセンサー５，６は、それぞれ独立してセンサー基板４１上に設けられ、センサー基板４１上に形成される電極パターンを介して図示しない制御部に導通される。

［超音波センサーの構成］
図３（Ａ）は、超音波センサー５の構成を示す断面図である。
超音波センサー５は、物体１０に対して超音波を発信して、反射波を受信することで物体１０の有無や物体１０までの距離を検知するものである。この超音波センサー５は、支持体５１上に順に積層される支持膜５２、圧電体５３、枠体５４、及び保護膜５５を備えている。

支持体５１は、単結晶シリコン基板により形成され、約２００μｍ程度の厚さに形成されている。また、支持体５１には、支持膜５２を膜厚み方向から見た平面視において、円形状の開口部５１Ａがドライエッチングにより形成されている。

支持膜５２は、支持体５１の開口部５１Ａを閉塞し、支持体５１の表面に積層される第１酸化膜５２Ａと第２酸化膜５２Ｂとで構成され、２層で形成されている。そして、支持膜５２により開口部５１Ａを閉塞される部分が、ダイアフラム７となっている。このダイアフラム７と、ダイアフラム７に積層される圧電体５３とでメンブレン８が構成される。

第１酸化膜５２Ａは、例えば、ＳｉＯ_２により形成されて、支持体５１の単結晶シリコン基板の表面を熱酸化させることで約１μｍ程度の厚さに形成されている。なお、第１酸化膜５２Ａは、表面を熱酸化させる以外に、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン）を用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法、スパッタリング、蒸着、塗布等によって形成してもよい。

第２酸化膜５２Ｂは、例えば、ＺｒＯ_２により形成されて、Ｚｒをスパッタリングで成膜し、熱酸化させることにより約３μｍ程度の厚さとなるように、第１酸化膜５２Ａ上に形成されている。この第２酸化膜５２Ｂは、圧電体５３の後述する圧電膜５３１の焼成形成時の圧電膜５３１の剥離を防止するための層である。すなわち、圧電膜５３１（例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛））の焼成時、第２酸化膜５２Ｂが形成されていない場合、Ｐｈが第１酸化膜５２Ａに拡散することで、第２酸化膜５２Ｂの融点が下がり、第１酸化膜５２Ａの表面に気泡が生じて、この気泡により圧電膜５３１が剥離してしまう。また、第２酸化膜５２Ｂがない場合、圧電膜５３１の歪みに対する撓み効率が低下するなどの問題もある。これに対して、第２酸化膜５２Ｂが第１酸化膜５２Ａ上に形成される場合、圧電膜５３１の剥離や、撓み効率の低下などの不都合を回避することが可能となる。
なお、第２酸化膜５２Ｂは、スパッタリング法以外に、ＣＶＤ法、蒸着、塗布等によって形成してもよい。

ここで、開口部５１Ａの径寸法Ｄは、ダイアフラム７の固有振動数に応じて、例えば約１００μｍ〜数百μｍ程度の範囲で適宜設定されている。このダイアフラム７が振動することで、超音波が圧電体５３側に向けて発信されている。

圧電体５３は、センサー平面視において、開口部５１Ａと同心円に形成される膜状部材であり、圧電体５３の径寸法は、開口部５１Ａの径寸法Ｄよりも小さく形成されている。この圧電体５３は、圧電膜５３１と、圧電膜５３１に電圧を印加する電極（下部電極５３２及び上部電極５３３）とを備えている。

圧電膜５３１は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）を膜状にして形成されている。なお、本実施形態では、圧電膜５３１としてＰＺＴを用いるが、電圧を印加することで、面内方向に収縮することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ_３）などを用いてもよい。

下部電極５３２及び上部電極５３３は、圧電膜５３１を挟んで形成される電極である。
下部電極５３２は、圧電膜５３１のダイアフラム７に対向する面に形成されている。上部電極５３３は、圧電膜５３１のダイアフラム７に対向する面とは反対側の面に形成されている。
これらの上部電極５３３および下部電極５３２は、それぞれダイアフラム７の裏面側（開口部５１Ａ側）に形成される図示しない引出部により引き出されて、センサーアレイ４の制御部に接続されており、制御部から入力される電圧信号により圧電膜５３１に所定の電圧を印加する。

枠体５４は、可撓性を有する合成樹脂材の永久レジスト（ドライフィルムレジスト）で円筒状に形成され、約１００μｍ〜６００μｍの厚さに形成されている。また、枠体５４に設けられる筒状内周壁５４１によって、支持膜５２の膜厚方向に沿う空洞部５４Ａが形成される。そして、枠体５４の内径寸法は、開口部５１Ａの径寸法Ｄと略同一寸法となっているため、枠体５４の空洞部５４Ａには、メンブレン８が収納されるようになっている。

保護膜５５は、物体１０と接触する部分であり、枠体５４と同様に可撓性を有する合成樹脂材の永久レジスト（ドライフィルムレジスト）で形成され、約１００μｍの厚さに形成されている。また、この保護膜５５は、リング状に形成されて、枠体５４の上端面を覆っている。
なお、枠体５４または保護膜５５を形成する材料としては、永久レジストの他、感光性樹脂膜を用いてもよい。

［超音波センサーの動作］
上述の超音波センサー５では、制御部から圧電体５３の電極５３２，５３３間に所定の駆動電圧が印加されると、圧電膜５３１が面方向に伸長したり、収縮したりする。
圧電膜５３１が面方向に収縮すると、ダイアフラム７の圧電体５３側が面方向に収縮されて、ダイアフラム７が支持体５１側に向かって凸状に撓む。また、圧電膜５３１が面方向に伸長すると、ダイアフラム７の圧電体５３側が面方向に伸長されて、ダイアフラム７が圧電体５３側に向かって凸状に撓む。
これにより、ダイアフラム７が支持膜５２の面方向に直交する方向に振動し、ダイアフラム７から所定の駆動電圧の周期に応じた振動数の超音波が発信される。すなわち、ダイアフラム７は、物体１０へ向けて超音波を発信する発信部として機能する。さらに、このダイアフラム７は、物体１０で反射された超音波を受信する受信部としても機能する。すなわち、センサーアレイ４の制御部では、超音波を発信してから物体１０で反射された超音波を受信するまでの時間及び振動の強さにより、物体１０の位置を検出できる。

［圧力センサーの構成］
図３（Ｂ）は、圧力センサー６を示す断面図である。
圧力センサー６は、把持装置１のアーム３が物体１０を把持した際の圧力を検知するものである。この圧力センサー６は、支持体６１上に順に積層される支持膜６２、圧電体６３（圧電膜６３１、下部電極６３２、及び上部電極６３３）、枠体６４、及び封止膜６５を備えている。
ここで、支持体６１、支持膜６２、圧電体６３、及び枠体６４の構成は、超音波センサー５の支持体５１、支持膜５２、圧電体５３、及び枠体５４とそれぞれ同様の構成であるため、説明を省略する。
また、支持膜６２及び圧電体６３により、圧力検出部９が構成される。

枠体６４は、超音波センサー５の枠体５４と同様に円筒状に形成され、空洞部６４Ａを有する。そして、空洞部６４Ａには、支持膜６２により開口部６１Ａを閉塞する部分であるダイアフラム７と、ダイアフラム７上に設けられる圧電体６３を備えたメンブレン８とが収納されている。
これにより、空洞部６４Ａの筒状内周壁６４１と、封止膜６５と、圧力検出部９とで形成される内部空間６６には、圧力媒体としてのシリコーンオイル２０が充填される。
封止膜６５は、内部空間６６を閉塞して、シリコーンオイル２０を封止するものである。なお、内部空間６６に充填される材料としては、圧力を分散する材料であればよく、シリコーンオイル２０の他、例えば、シリコーンゴム、ポリマーゲル、合成ゲル、天然ゲル、ポリマー樹脂等を用いてもよい。

封止膜６５は、保護膜５５と同様に、物体１０と接触する部分であり、内部空間６６を閉塞するように、円形状に形成されている。また、封止膜６５は、シリコーンオイル２０を封止するとともに、物体１０に接触する部分である。なお、この封止膜６５は、保護膜５５と同様の材質で形成されている。
シリコーンオイル２０が内部空間６６に充填されることで、物体１０が封止膜６５に接触する際の衝撃をメンブレン８全体に分散している。

［圧力センサーの動作］
上述した圧力センサー６では、物体１０がアーム３により把持されると、封止膜６５に当接して、枠体６４が厚さ方向において収縮する。この際、枠体６４の内部空間６６に充填されるシリコーンオイル２０によって、物体１０が封止膜６５に当接した際の力をメンブレン８全体に分散し、力がダイアフラム７へ伝達される。そして、ダイアフラム７が伝達された力で撓み、圧電膜６３１に撓み量に応じた電圧が発生する。これにより、上部電極６３３及び下部電極６３２から発生した電圧に応じた電気信号が出力されて、圧力を検出する。

［センサーアレイの製造方法］
次に、センサーアレイ４の製造方法について説明する。
図４〜図７は、センサーアレイ４の製造工程を示す図である。これらの図４〜図７では、左側に超音波センサー５の製造工程、右側に圧力センサー６の製造工程を示している。
まず、開口部５１Ａ，６１Ａが形成されていない支持体５１，６１（厚さが約６５０μｍ）となる単結晶シリコン基板を用意し、表面を熱酸化させることで、図４（Ａ）に示すように、ＳｉＯ_２で形成された第１酸化膜５２Ａ，６２Ａを約１μｍ程度の厚さで積層する。そして、第１酸化膜５２Ａ，６２Ａ上に、Ｚｒをスパッタリングで成膜し、熱酸化させることにより、ＺｒＯ_２で形成された第２酸化膜５２Ｂ，６２Ｂを約３μｍ程度の厚さで積層し、支持膜５２，６２（図３参照）を形成する。

次に、所定の圧力下のアルゴンガスの雰囲気内において、下部電極５３２，６３２が、図４（Ｂ）に示すように、第２酸化膜５２Ｂ，６２Ｂ上にスパッタリング成膜される。そして、支持体５１，６１上に支持膜５２，６２が形成された面と反対側の面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により露光・現像して、さらにエッチング処理により、下部電極５３２，６３２をパターニングする。
次に、圧電膜５３１，６３１が、図４（Ｃ）に示すように、下部電極５３２，６３２に対してスパッタリング成膜される。そして、フォトリソグラフィ法、及びエッチング処理により、圧電膜５３１，６３１をパターニングする。
次に、上部電極５３３，６３３が、図５（Ａ）に示すように、下部電極５３２，６３２、及び第２酸化膜５２Ｂ，６２Ｂを覆うように、スパッタリング成膜される。そして、フォトリソグラフィ法、及びエッチング処理により、上部電極５３３，６３３をパターニングする。これにより、圧力センサー６側には、圧力検出部９が形成される（圧力検出部形成工程）。

次に、支持体５１，６１が、図５（Ｂ）に示すように、厚さが約２００μｍとなるように研削される。これは、最初の工程で、支持体５１，６１を所望の厚さ寸法に研削したものを用意すると、製造工程中に支持体５１，６１が反ってしまうおそれがあるためである。
次に、上部電極５３３，６３３上に、図５（Ｃ）に示すように、ドライフィルムレジストをスピンコート装置、またはスキージを用いて塗布する。これにより、空洞部５４Ａ，６４Ａが形成されていない枠体層７０が圧電体５３，６３を覆うように形成される（枠体層形成工程）。
そして、上部電極５３３，６３３上に塗布されたドライフィルムレジストをフォトリソグラフィ法により露光・現像して、さらにエッチング処理により、図６（Ａ）に示すように、枠体層７０を所望の形状にパターニングすることで空洞部５４Ａ，６４Ａを有し、互いに独立する枠体５４，６４が形成される（枠体形成工程）。

そして、圧力センサー６の枠体６４の内部空間６６には、図６（Ｂ）に示すように、シリコーンオイル２０が充填される（充填工程）。この際、連なって形成される上部電極５３３，６３３、支持膜５２，６２、及び支持体５１，６１を枠体５４と枠体６４との間で直線Ｌに沿って縁切りする。
次に、枠体５４，６４の上面にドライフィルムレジストをロールコーター装置により、図６（Ｃ）に示すように塗布する。そして、塗布されたドライフィルムレジストをフォトリソグラフィ法により露光・現像して、さらにエッチング処理により、図７（Ａ）に示すように、保護膜５５及び封止膜６５を所望の形状にパターニングする（膜形成工程）。
そして、支持体５１，６１の下面側をドライエッチングすることで、図７（Ｂ）に示すように、枠体５４，６４の内径寸法と略同一の径寸法Ｄを有する開口部５１Ａ，６１Ａが形成される。
以上により、支持体５１，６１上に複数の超音波センサー５、及び圧力センサー６が形成される。

上述した本実施形態の圧力センサー６、センサーアレイ４、及び圧力センサー６の製造方法によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態よれば、メンブレン８の圧電体６３が枠体６４に収納されて、枠体６４の内部空間６６に力を分散させるシリコーンオイル２０が充填されている。そして、枠体６４は封止膜６５で封止されている。これによれば、把持装置１のアーム３が物体１０を把持すると、物体１０は封止膜６５に当接して、この状態での力がシリコーンオイル２０を介してメンブレン８に伝達される。すなわち、物体１０は直接、圧電膜６３１に接触することがなく、物体１０が封止膜６５に接触する際の力がシリコーンオイル２０を介してメンブレン８に伝達されるため、圧力を検知するメンブレン８のダイアフラム７に分散された力が加わることとなる。従って、ダイアフラム７に局所的に力が加えられることを防止でき、メンブレン８の破損を防止できる。
また、枠体６４が可撓性を有する合成樹脂の永久レジストで形成されるので、枠体６４に力が加わると、枠体６４が収縮する。そして、力が枠体６４の内部空間６６に充填されるシリコーンオイル２０を介して、メンブレン８のダイアフラム７に伝達されて、圧力を良好に検知できる。

さらに、センサーアレイ４は、圧力センサー６と、超音波センサー５の２種類のセンサーを備えるので、センサーアレイ４を備える把持装置１は、超音波センサー５で物体１０を認識し、アーム３で物体１０を把持した状態の圧力を圧力センサー６で検知することができる。
また、超音波センサー５は、圧力センサー６を構成するシリコーンオイル２０、及び封止膜６５を除いた構成部材で構成すればよいので、超音波センサー５を容易に製造できる。すなわち、圧力センサー６を製造する過程で、超音波センサー５を製造することができる。従って、センサーアレイ４の製造工程を簡素化でき、製造コストを低減できる。

ところで、圧力センサー６のみが形成される箇所、または超音波センサー５のみが形成される箇所を有するセンサーアレイを構成する場合では、超音波センサー５により物体１０を認識する位置と、圧力センサー６により物体１０を把持する力を検出する位置とが異なる場合があり、各センサー５，６の検出位置にばらつきが生じるおそれがある。
これに対して、本実施形態では、圧力センサー６及び超音波センサー５が互いに等間隔に配置されているので、超音波センサー５により物体１０を認識する位置と、圧力センサー６により物体１０を把持する力を検知する位置とにばらつきが生じることがない。
また、超音波センサー５及び圧力センサー６は、互いに独立して配置されるので、超音波センサー５のメンブレン８の振動が圧力センサー６に伝達されることがない。すなわち、圧力センサー６のメンブレン８の圧電体６３やダイアフラム７に超音波センサー５からの振動により影響を受けることがないので、圧力センサー６は圧力を精度良く検知できる。

枠体６４の内部空間６６には、メンブレン８が収納され、さらに、シリコーンオイル２０が充填される充填工程と、圧力媒体を封止する膜形成工程とを備えるので、上述した圧力センサー６と同様の効果を奏する。

［実施形態の変形］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
図８は、本発明に係る変形例を示す図である。
前記実施形態では、枠体６４の内径寸法は、開口部６１Ａの径寸法Ｄと略同一寸法であったが、本変形例では、枠体６４の内径寸法は、開口部６１Ａの径寸法Ｄよりも大きく形成されている点で相違する構成となっている。

前記実施形態では、センサーアレイ４に圧力センサー６と超音波センサー５を備える構成であったが、圧力センサー６のみで構成してもよい。
前記実施形態では、圧力センサー６と超音波センサー５とが、センサー基板４１上に互いに等間隔となるように配置されていたが、これに限定されず任意の配置であってもよい。具体的には、圧力センサー６と超音波センサー５とがセンサー基板４１の面内に均一に分散配置されていれば、超音波センサー５により物体を認識する位置と、圧力センサー６により物体を把持する力を検知する位置とにばらつきが生じることがない。

前記実施形態では、各センサー５，６を直線Ｌで縁切りして各々を独立させていたが、縁切りする構成でなくてもよい。ただし、縁切りしない場合には、超音波センサー５からの振動が圧力センサー６のメンブレン８の圧電体６３やダイアフラム７に伝達されるおそれがあるため、縁切りすることが好ましい。
前記実施形態では、超音波センサー５は、メンブレン８側に向けて超音波を発信する構成であったが、開口部５１Ａ側にも超音波を発信する構成であってもよい。

前記実施形態では、枠体５４，６４を円筒状に形成して円筒内にメンブレン８を収納する構成であったが、支持膜５２，６２上に圧電体５３，６３を挟んで枠体層を設け、この枠体層にメンブレン８を収納する内周筒状の空洞部を設けてもよい。この場合には、空洞部にメンブレン８が収納される。
前記実施形態では、各センサー５，６の枠体５４，６４は、それぞれ独立して形成されていたが、対向する枠体５４と枠体６４とを一体にして、圧力センサー６及び超音波センサー５が一対となるように構成してもよい。

４…センサーアレイ、５…超音波センサー、６…圧力センサー、７…ダイアフラム、９…圧力検出部、２０…シリコーンオイル（圧力媒体）、４１…センサー基板、５１，６１…支持体、５１Ａ，６１Ａ…開口部、５２，６２…支持膜、５３，６３…圧電体、６４…枠体、６４Ａ…空洞部、６５…封止膜、６６…内部空間、７０…枠体層、６４１…筒状内周壁。

Claims (6)

1. 開口部を有する支持体と、
   前記支持体上に設けられて、前記開口部を閉塞するダイアフラムを有する支持膜、及び前記ダイアフラム上に設けられて、撓むことで電気信号を出力する圧電体を備えた圧力検出部と、
   前記圧力検出部上に、前記支持膜の膜厚み方向に沿う筒状の空洞部を有するとともに、前記支持膜を膜厚み方向から見た平面視において、前記空洞部の筒状内周壁が前記開口部と重なる位置、または前記開口部よりも外側に形成される枠体と、
   前記枠体を閉塞する封止膜と、
   前記空洞部の筒状内周壁、前記封止膜、前記圧力検出部により形成される内部空間に充填される圧力媒体とを備える
   ことを特徴とする圧力センサー。
2. 請求項１に記載の圧力センサーにおいて、
   前記枠体は、可撓性を有する
   ことを特徴とする圧力センサー。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧力センサーと、
   開口部を有する支持体、前記支持体上に設けられて、前記開口部を閉塞するダイアフラムを有する支持膜、及び前記ダイアフラム上に設けられて、電圧の印加により撓む圧電体を有する超音波センサーとを備える
   ことを特徴とするセンサーアレイ。
4. 請求項３に記載のセンサーアレイにおいて、
   複数の前記圧力センサー及び前記超音波センサーを備え、
   前記圧力センサー及び前記超音波センサーは、交互に配置される２次元アレイ構造に形成される
   ことを特徴とするセンサーアレイ。
5. 請求項３または請求項４に記載のセンサーアレイにおいて、
   前記圧力センサー及び前記超音波センサーが配置されるセンサー基板を備え、
   前記圧力センサー及び前記超音波センサーは、前記センサー基板上にそれぞれ互いに独立して配置されている
   ことを特徴とするセンサーアレイ。
6. 請求項１または請求項２に記載の圧力センサーの製造方法であって、
   センサー基板上に支持膜を形成し、この支持膜上に圧電体を形成して、圧力検出部を形成する圧力検出部形成工程と、
   前記圧力検出部上に前記圧電体を覆う枠体層を形成する枠体層形成工程と、
   前記枠体層形成工程により形成される前記枠体層の一部を除去して、筒状内周壁を有する空洞部を備えた枠体を形成する枠体形成工程と、
   前記空洞部内に圧力媒体を充填する充填工程と、
   ロールコートにより前記空洞部を閉塞し、前記圧力媒体を封止する封止膜を形成する膜形成工程とを備える
   ことを特徴とする圧力センサーの製造方法。

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