(57)【要約】【課題】センシング装置、センシングシステム及びセンシング装置の製造方法において、測定範囲を広くすることを目的とする。【解決手段】少なくとも一端がスペーサにより支持された梁層と、前記梁層と接し、弾性体内に機能性流体が封入された機能性流体層と、前記機能性流体に電磁場を印加する印加部と、前記梁層の撓み量を検知する検知部と、を備え、前記電磁場は、前記機能性流体層のバネ定数を決定して、前記梁層に外力が加えられた場合に前記検知部が検知する撓み量に基づく前記外力の測定範囲を設定するように構成する。【選択図】図１
2018141720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一端がスペーサにより支持された梁層と、
前記梁層と接し、弾性体内に機能性流体が封入された機能性流体層と、
前記機能性流体に電磁場を印加する印加手段と、
前記梁層の撓み量を検知する検知手段と、
を備え、
前記電磁場は、前記機能性流体層のバネ定数を決定して、前記梁層に外力が加えられた場合に前記検知手段が検知する撓み量に基づく前記外力の測定範囲を設定することを特徴とする、センシング装置。
【請求項２】
前記機能性流体層は、前記弾性体内の対向する位置に設けられた一対の磁性体を有し、
前記機能性流体は、前記一対の磁性体間に挟まれた磁性流体であり、
前記印加手段は、前記一対の磁性体を介して前記機能性流体に磁場を印加することを特徴とする、請求項１記載のセンシング装置。
【請求項３】
前記機能性流体層は、前記弾性体内の対向する位置に設けられた一対の電極を有し、
前記機能性流体は、前記一対の電極間に挟まれた電気粘性流体であり、
前記印加手段は、前記一対の電極を介して前記機能性流体に電場を印加することを特徴とする、請求項１記載のセンシング装置。
【請求項４】
少なくとも一端がスペーサにより支持された梁層と、前記梁層と接し、弾性体内に機能性流体が封入された機能性流体層と、前記機能性流体に電磁場を印加する印加手段と、前記梁層の撓み量を検知する検知手段と、を有するセンシング装置と、
前記印加手段が前記機能性流体に印加する電磁場を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記電磁場を制御することで前記機能性流体層のバネ定数を制御して、前記梁層に外力が加えられた場合に前記検知手段が検知する撓み量に基づく前記外力の測定範囲を可変設定することを特徴とする、センシングシステム。
【請求項５】
少なくとも一端がスペーサにより支持された梁層と、前記梁層上に設けられ前記梁層の撓み量を検知する検知部及び前記検知部の電極と、前記梁層、前記検知部及び前記電極の表面をある面積だけ覆う絶縁膜とを有するセンサ本体を作成し、
収納部と、端子と、注入口と、対向する極板を有するパッケージを作成し、
前記センサ本体を前記パッケージの前記収納部内に固定し、
前記端子と前記電極とを電気的に接続し、
前記電気的に接続された部分を含む、前記梁層上で露出した導体部分をモールド材で覆い絶縁し、
前記パッケージに弾性材料層を接着し、
前記注入口から機能性流体を前記収納部内に注入して前記梁層の一部を前記機能性流体で囲むと共に、前記機能性流体を前記対向する極板で挟み、
前記注入口を封止材で塞いで前記機能性流体を前記収納部内に封入して封止パッケージを形成する、
ことを特徴とする、センシング装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センシング装置、センシングシステム及びセンシング装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
触覚センサ等のセンシング装置は、様々な分野で利用されている。例えばロボットのアームに設けられた触覚センサの場合、アームが周囲の物体又は人間を傷つけないように、例えば対象物の接触面に加わる圧力又は剪断力を検知する。このような触覚センサは、例えば接触の有無を判定するための比較的小な力から、例えば対象物を押しつぶすための比較的大きな力までの、比較的広い測定範囲で圧力又は剪断力を検知できることが望ましい。なお、触覚センサ等の測定範囲は、測定レンジと呼ばれることもある。
【０００３】
触覚センサの一例は、外力が加えられることにより変形する片持ち梁と、片持ち梁の付け根付近に設けられたピエゾ抵抗素子とを有する。この触覚センサの場合、片持ち梁のバネ定数に応じて、外力を検知可能な測定範囲が決まる。つまり、比較的小さな力を検知するために片持ち梁のバネ定数を比較的小さくして片持ち梁を撓み易くすると、触覚センサの感度が向上する。しかし、比較的大きな力が撓み易い片持ち梁に加わると、片持ち梁が比較的大きく変形するので、片持ち梁の強度が不足して破損する可能性がある。一方、比較的大きな力を検知するために片持ち梁のバネ定数を比較的大きくして片持ち梁を撓みにくくすると、触覚センサの感度が低下する。また、比較的小さな力が撓みにくい片持ち梁に加わると、片持ち梁が殆ど変形しないので、比較的小さな力を正確に検知できない可能性がある。このように、この触覚センサの一例の場合、片持ち梁の強度と触覚センサの感度とがトレードオフの関係にあるため、強度と感度の一方を犠牲にすることなく測定範囲を広くすることは難しい。
【０００４】
走査プローブ顕微鏡のカンチレバーの一例は、バネ定数を変化させる手段を有する（例えば、特許文献２参照）。このカンチレバーの場合、カンチレバー上の圧電層を変形させて、カンチレバーに圧縮又は引張応力を持たせることで、バネ定数を変化させる。しかし、圧電層に電圧を印加しても、圧電層自体の剛性は殆ど変化しないため、カンチレバーの剛性、即ち、バネ定数の変化は比較的小さいものであり、測定範囲を広くすることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１６９７４９号公報
【特許文献２】特開２００６−７８２１９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５７２９９号公報
【特許文献４】特開２００２−３７２０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のセンシング装置では、測定範囲を広くすることが難しい。
【０００７】
そこで、１つの側面では、測定範囲を広くすることがきるセンシング装置、センシングシステム及びセンシング装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの案によれば、少なくとも一端がスペーサにより支持された梁層と、前記梁層と接し、弾性体内に機能性流体が封入された機能性流体層と、前記機能性流体に電磁場を印加する印加手段と、前記梁層の撓み量を検知する検知手段と、を備え、前記電磁場は、前記機能性流体層のバネ定数を決定して、前記梁層に外力が加えられた場合に前記検知手段が検知する撓み量に基づく前記外力の測定範囲を設定するセンシング装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
一態様によれば、測定範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】センシング装置の実施例１を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例１の変形例を模式的に示す断面図である。
【図３】磁場を印加する印加部の第１の例を説明する模式図である。
【図４】図３の印加部をより詳細に示す断面図である。
【図５Ａ】図３のＡ−Ａ線に沿った断面の上面図である。
【図５Ｂ】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面の上面図である。
【図６】磁場を印加する印加部の第２の例を説明する模式図である。
【図７】図６の印加部をより詳細に示す断面図である。
【図８Ａ】図７のＡ−Ａ線に沿った断面の上面図である。
【図８Ｂ】図７のＢ−Ｂ線に沿った断面の上面図である。
【図９】磁場を印加する印加部の第３の例を説明する模式図である。
【図１０】図９の印加部をより詳細に示す断面図である。
【図１１Ａ】図１０のＡ−Ａ線に沿った断面の上面図である。
【図１１Ｂ】図１０のＢ−Ｂ線に沿った断面の上面図である。
【図１２】磁場を印加する印加部の第４の例を説明する模式図である。
【図１３】図１２の印加部をより詳細に示す断面図である。
【図１４Ａ】図１３のＡ−Ａ線に沿った断面の上面図である。
【図１４Ｂ】図１３のＢ−Ｂ線に沿った断面の上面図である。
【図１５】実施例１におけるセンシング装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図１６】実施例１におけるセンシング装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図１７】梁層の一例であるシリコーンチューブを示す図である。
【図１８】圧縮方向へ異なる力を加えた時の変形量と反力を測定した結果の一例を示す図である。
【図１９】剪断方向へ異なる力を加えた時の変形量と反力を測定した結果の一例を示す図である。
【図２０】片持ち梁に加える力と、梁層の撓み量との関係の一例を、ＭＲ流体層に印加する異なる外部磁場について示す図である。
【図２１】測定処理の一例を説明するフローチャートである。
【図２２】外部磁場の大きさと外力の測定範囲との関係の一例を示す図である。
【図２３】センシング装置の実施例２を模式的に示す断面図である。
【図２４】実施例２の変形例を模式的に示す断面図である。
【図２５】センシング装置の実施例３を模式的に示す断面図である。
【図２６】実施例３の変形例を模式的に示す断面図である。
【図２７】センシング装置の実施例４を模式的に示す断面図である。
【図２８】センシング装置の実施例５を模式的に示す断面図である。
【図２９】センシング装置の実施例６を模式的に示す図である。
【図３０】実施例６の変形例を模式的に示す図である。
【図３１】実施例６の変形例におけるセンシング装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図３２】実施例６の変形例におけるセンシング装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図３３】センシングシステムの一実施例を説明するブロック図である。
【図３４】センシング装置の実施例７を模式的に示す断面図である。
【図３５】実施例７におけるセンシング装置のセンサ本体の一例を説明する図である。
【図３６】実施例７におけるセンシング装置のパッケージの一例を説明する図である。
【図３７】実施例７におけるセンシング装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図３８】実施例７におけるセンシング装置の製造方法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
開示のセンシング装置、センシングシステム及びセンシング装置の製造方法では、少なくとも一端がスペーサにより支持された梁層と接し、弾性体内に機能性流体が封入された機能性流体層の機能性流体に、電磁場を印加する。電磁場は、機能性流体層のバネ定数を決定して、梁層に外力が加えられた場合に検知する梁層の撓み量に基づく外力の測定範囲を設定する。
【００１２】
以下に、開示のセンシング装置、センシングシステム及びセンシング装置の製造方法の各実施例を図面と共に説明する。
【実施例】
【００１３】
以下に説明する断面図、上面図及び平面図では、装置の各部を見やすく模式的に図示しているため、各部の膜厚等を含む寸法は、各部の相対的な寸法の関係を正確に示すものではない。
（実施例１）
図１は、センシング装置の実施例１を模式的に示す断面図である。図１に示すように、センシング装置１−１は、基板２と、基板２上に設けられたスペーサ３と、スペーサ３上に設けられた梁層４と、梁層４上に設けられた磁性（ＭＲ：Magneto Rheological）流体層５と、梁層４の撓み量を検知する検知部７とを有する。基板２の材料は、特に限定されない。梁層４及びスペーサ３は、例えばポリイミド、エポキシ等の樹脂で形成可能である。梁層４は、例えばＳｉで形成しても良い。ＭＲ流体層５は、例えばパリレン、ポリイミドやシリコーン樹脂等の絶縁性の弾性体５ａと、弾性体５ａ内に封入されたＭＲ流体５ｂとを有する。ＭＲ流体５ｂは、電磁場の一例である磁場を印加することによってレオロジー（Rheology）挙動（又は、粘度）が可逆的に変化する機能性流体の一例であり、ＭＲ流体層５は、機能性流体層の一例である。
【００１４】
この例では、梁層４の一端がスペーサ３により支持されており、ＭＲ流体層５は梁層４と接している。従って、梁層４及びＭＲ流体層５は、スペーサ３に支持された片持ち梁８を形成し、外力Ｆが片持ち梁８の先端部分に加えられると、片持ち梁８は図１中破線で示すように変形する。検知部７は、梁層４の撓み量を検知する検知手段の一例である。この例では、検知部７は、梁層４上の、片持ちの梁８の付根部分に設けられており、例えばピエゾ抵抗素子（又は、圧電素子）により形成可能である。梁層４に外力Ｆが加わり、図１中破線で示すように片持ち梁８が変形して梁層４に撓みが生じると、検知部７が矢印で示すように伸張し、ピエゾ抵抗素子の抵抗が変化する。なお、図１に破線で示す撓みとは反対方向に撓みが生じると、検知部７は圧縮されて、ピエゾ抵抗素子の抵抗が変化する。このように、ピエゾ抵抗素子を用いた場合、梁層４の撓み量は、抵抗値として検知することができる。ＭＲ流体５ｂに印加される磁場は、ＭＲ流体層５のバネ定数を決定して、片持ち梁８に外力Ｆが加えられた場合に検知部７が検知する撓み量に基づく外力Ｆの測定範囲を設定する。
【００１５】
図２は、実施例１の変形例を模式的に示す断面図である。図２中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。本変形例では、センシング装置１−１ＡのＭＲ流体層５と接する弾性材料層９が設けられている。つまり、ＭＲ流体層５は、弾性材料層９と梁層４との間に設けられている。弾性材料層９の熱膨張係数及び膜厚は、梁層４の熱膨張係数及び膜厚と異なっても良い。また、外力Ｆが弾性材料層９の先端部分に加えられると、片持ち梁８及び弾性材料層９は図２中破線で示すように変形する。つまり、外力Ｆは、弾性材料層９を介して片持ち梁８に伝わる。従って、弾性材料層９は、ＭＲ流体層５等を保護する保護層として機能することができる。
【００１６】
このように、センシング装置１−１，１−１Ａでは、検知部７の近傍を支点とし、梁層４及びＭＲ流体層５を含む片持ち梁８を形成できる。
【００１７】
図３は、磁場を印加する印加部の第１の例を説明する模式図である。ＭＲ流体層５は、図３に示すように、弾性体５ａ中にＭＲ流体５ｂが封入された構造を有する。また、ＭＲ流体５ｂの両端の対向する位置に、例えばＮｉ箔又はＮｉメッキにより形成された磁性体２１Ａ，２１Ｂが設けられている。磁性体２１Ａ．２１Ｂ間に接続された、例えばＮｉで形成されたヨーク２２の周囲に巻かれたコイル２３に電流を流すことで、磁性体２１Ａ，２１Ｂ間のＭＲ流体５ｂに磁場を印加することができる。コイル２３は、ＭＲ流体５ｂに磁場を印加する印加部６の一例である。この例では、印加部６はＭＲ流体層５の長さ方向（図３中、左右方向）に磁場を印加する。印加部６は、ＭＲ流体５ｂに電磁場の一例である磁場を印加する印加手段の一例である。
【００１８】
図４は、図３の印加部をより詳細に示す断面図である。また、図５Ａは、図４のＡ−Ａ線に沿った断面の上面図であり、図５Ｂは、図４のＢ−Ｂ線に沿った断面の上面図である。図４は、図５Ａ及び図５ＢのＣ−Ｃ線に沿った断面に相当する。図４に示すように、コイル２３は、ヨーク２２の周囲に巻かれ、図５Ａに示す下部電極２３Ａと、図５Ｂに示す上部電極２３Ｂとを有する。また、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、例えばＣｕ−Ｎｉ系のピエゾ抵抗素子等で形成された検知部７は、一対の検出電極７Ａ，７Ｂを有する。ヨーク２２の一端は磁性体２１Ａと接続され、ヨーク２２の他端は磁性体２１Ｂに接続されている。下部電極２３Ａ、上部電極２３Ｂ及び検出電極７Ａ，７Ｂは、例えばＡｕ／Ｃｕ積層膜により形成可能である。ＭＲ流体層５のバネ定数を決定する、対向する位置に設けられた磁性体２１Ａ，２１Ｂ間のＭＲ流体５ｂに印加する磁場は、下部電極２３Ａ及び上部電極２３Ｂとの間を流れる電流により制御可能である。また、梁層４の撓み量は、検出電極７Ａ，７Ｂ間の抵抗値から検知可能である。
【００１９】
図６は、磁場を印加する印加部の第２の例を説明する模式図である。図６中、図３と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図６に示すように、弾性体５ａ内に、ＭＲ流体５ｂの上下を挟むように磁性体２１Ｂ，２１Ａが設けられている。この例では、印加部６はＭＲ流体層５の厚さ方向（図６中、上下方向）に磁場を印加する。
【００２０】
図７は、図６の印加部をより詳細に示す断面図である。また、図８Ａは、図７のＡ−Ａ線に沿った断面の上面図であり、図８Ｂは、図７のＢ−Ｂ線に沿った断面の上面図である。図７は、図８Ａ及び図８ＢのＣ−Ｃ線に沿った断面に相当する。図７、図８Ａ及び図８Ｂ中、図４、図５Ａ及び図５Ｂと同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。ヨーク２２の一端は磁性体２１Ａに接続され、ヨーク２２の他端は磁性体２１Ｂに接続されている。ＭＲ流体層５のバネ定数を決定する、磁性体２１Ａ，２１Ｂ間のＭＲ流体５ｂに印加する磁場は、下部電極２３Ａ及び上部電極２３Ｂとの間を流れる電流により制御可能である。また、梁層４の撓み量は、検出電極７Ａ，７Ｂ間の抵抗値から検知可能である。
【００２１】
図９は、磁場を印加する印加部の第３の例を説明する模式図である。図９中、図３と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図９に示すように、ヨーク２２で磁路を閉じることで、ＭＲ流体５ｂにより効率良く磁場を印加することができる。この例では、印加部６はＭＲ流体層５の長さ方向（図９中、左右方向）に磁場を印加する。
【００２２】
図１０は、図９の印加部をより詳細に示す断面図である。また、図１１Ａは、図１０のＡ−Ａ線に沿った断面の上面図であり、図１１Ｂは、図１０のＢ−Ｂ線に沿った断面の上面図である。図１０は、図９Ａ及び図９ＢのＣ−Ｃ線に沿った断面に相当する。図１０、図１１Ａ及び図１１Ｂ中、図４、図５Ａ及び図５Ｂと同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１１Ｂに示すように、閉ループ状のヨーク２２の一端が磁性体２１Ａに接続され、当該ヨーク２２の他端が磁性体２１Ｂに接続されることで、閉じた磁路を形成可能である。ＭＲ流体層５のバネ定数を決定する、磁性体２１Ａ，２１Ｂ間のＭＲ流体５ｂに印加する磁場は、下部電極２３Ａ及び上部電極２３Ｂとの間を流れる電流により制御可能である。また、梁層４の撓み量は、検出電極７Ａ，７Ｂ間の抵抗値から検知可能である。
【００２３】
図１２は、磁場を印加する印加部の第４の例を説明する模式図である。図１２中、図３と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１２に示すように、ヨーク２２で磁路を閉じることで、ＭＲ流体５ｂにより効率良く磁場を印加することができる。この例では、印加部６はＭＲ流体層５の厚さ方向（図１２中、上下方向）に磁場を印加する。
【００２４】
図１３は、図１２の印加部をより詳細に示す断面図である。また、図１４Ａは、図１３のＡ−Ａ線に沿った断面の上面図であり、図１４Ｂは、図１３のＢ−Ｂ線に沿った断面の上面図である。図１３は、図１４Ａ及び図１４ＢのＣ−Ｃ線に沿った断面に相当する。図１３、図１４Ａ及び図１４Ｂ中、図４、図５Ａ及び図５Ｂと同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１４Ｂに示すように、閉ループ状のヨーク２２の一端が磁性体２１Ａに接続され、当該ヨーク２２の他端が磁性体２１Ｂに接続されることで、閉じた磁路を形成可能である。ＭＲ流体層５のバネ定数を決定する、磁性体２１Ａ，２１Ｂ間のＭＲ流体５ｂに印加する磁場は、下部電極２３Ａ及び上部電極２３Ｂとの間を流れる電流により制御可能である。また、梁層４の撓み量は、検出電極７Ａ，７Ｂ間の抵抗値から検知可能である。
【００２５】
次に、実施例１におけるセンシング装置の製造方法の一例を、図１５及び図１６と共に説明する。説明の便宜上、この例では、印加部の第４の例を用いるセンシング装置を製造する場合について説明する。図１５及び図１６中、図１３、図１４Ａ及び図１４Ｂと同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２６】
先ず、図１５に示すように、基板２上に、スペーサ３と梁層４を順次形成する。次に、例えばＳｉで形成された梁層４の一部に不純物を注入して検知部７を形成する。次に、梁層４上に、コイル２３の下部電極２３Ａと、検知部７の検出電極７Ａ，７Ｂとを形成する。次に、下部電極２３Ａ上に、ヨーク２２を形成する。
【００２７】
次に、図１６に示すように、下部電極２３Ａと上部電極２３Ｂとの間で、ヨーク２２の周囲を螺旋状に覆うコイル２３を形成する。次に、検知部７上に、ＭＲ流体層５を形成する。このＭＲ流体層５は、弾性体５ａと、弾性体５ａ内に設けられたＭＲ流体５ｂ及び磁性体２１Ａ，２１Ｂとを有する。磁性体２１Ｂ，２１Ａは、ＭＲ流体５ｂの上下を挟むように弾性体５ａ内に設けられている。また、磁性体２１Ａ，２１Ｂは、一部が弾性体５ａより外側に突出しており、磁性体２１Ａがヨーク２２の一端に接続し、磁性体２１Ｂがヨーク２２の他端に接続する。次に、スペーサ３の一部（この例では、図１６中右側の部分）を除去して検知部７の近傍を支点とする片持ち梁８を形成し、図１３、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すセンシング装置が得られる。
【００２８】
なお、印加部の第１乃至第３の例を用いるセンシング装置を製造する場合は、ＭＲ流体層５及びヨーク２２のうち少なくとも一方を適宜変更すれば良い。
【００２９】
次に、ＭＲ流体に印加する磁場と、ＭＲ流体層のバネ定数の関係を、図１７乃至図１９と共に説明する。なお、ＭＲ流体層のバネ定数は、磁場が印加されていない状態では梁層のバネ定数より小さい。
【００３０】
図１７は、梁層の一例であるシリコーンチューブを示す図である。図１６に示すように、シリコーンチューブ３００中の磁性体３２１Ａ，３２１ｂ間に封入されたＭＲ流体３０５に磁場を印加し、圧縮方向Ｆｚ及び剪断方向Ｆｓへ力を加えた時のシリコーンチューブ３００の変形量と反力を測定した。図１８は、圧縮方向Ｆｚへ０ｍＴ，４０ｍＴ，６６ｍＴの力を加えた時の変形量と反力を測定した結果の一例を示す図である。図１９は、剪断方向Ｆｓへ０ｍＴ，４０ｍＴ，６６ｍＴの力を加えた時の変形量と反力を測定した結果の一例を示す図である。図１８及び図１９中、破線で示すグラフは０ｍＴの力を加えた場合、一点鎖線で示すグラフは４０ｍＴの力を加えた場合、二点差線で示すグラフは６６ｍＴの力を加えた場合を示す。また、図１８及び図１９において、グラフの傾きは、バネ定数を示しており、印加する磁場の大きさによりＭＲ流体層５のバネ定数は大きく変化することが確認された。
【００３１】
次に、センシング装置による外力の測定処理の一例を、図２０乃至図２２と共に説明する。
【００３２】
図２０は、片持ち梁８に加える外力Ｆ（任意単位）と、梁層４の撓み量ｌ（任意単位）との関係の一例を、ＭＲ流体層５に印加する外部磁場Ｍについて示す図である。図２０において、外力Ｆの値Ｆ０〜Ｆ２は、Ｆ０＜Ｆ１＜Ｆ２であり、梁層４の撓み量ｌの値ｌ０〜ｌ３は、ｌ３＜ｌ２＜ｌ１＜ｌ０であり、外部磁場Ｍの値Ｍ０〜Ｍ３は、Ｍ０＜Ｍ１＜Ｍ２＜Ｍ３である。
【００３３】
図２１は、測定処理の一例を説明するフローチャートである。図２１において、ステップＳ１では、例えば図３３と共に後述するプロセッサ（図示せず）がｎをｎ＝３に設定する。ステップＳ２では、プロセッサが印加部６を制御して外部磁場ＭｎをＭＲ流体５ｂに印加する。ステップＳ３では、梁層４の撓み量ｌが下限値ｌｎより小さいか否かを判定し、判定結果がＹｅｓであると処理はステップＳ４へ進み、判定結果がＮｏであると処理はステップＳ５へ進む。ステップＳ４では、プロセッサが、ｎをｎ＝ｎ−１にデクリメントし、処理はステップＳ２へ戻る。一方、ステップＳ５では、プロセッサが、撓み量ｌに基づき所定の演算式により検出した、梁層４に加えられた外力Ｆの計測値を出力する。
【００３４】
このように、予め梁層４の最大撓み量ｌmaxを決めて、外部磁場Ｍｎに応じた、梁層４の撓み量ｌの下限値ｌｎを設定する。この例では、外部磁場Ｍが最も大きな場合の値がＭ３であり、外部磁場ＭがＭ３より小さくなるに従って値がＭ２，Ｍ１となり、外部磁場Ｍが無い状態（＝０）の値がＭ０となる。先ず、最も大きな磁場Ｍ３を印加し、対象物との接触時の梁層４の撓み量ｌが、磁場Ｍ３を印加時の梁層４の下限値ｌ３と比較して小さければ、磁場を小さくして、再度当該磁場における下限値と比較する。梁層４の撓み量ｌが磁場における下限値より小さくなったら、磁場の大きさに応じた所定の演算式により検出した外力Ｆの値を出力する。
【００３５】
図２２は、外部磁場の大きさと外力の測定範囲との関係の一例を示す図である。この例では、外部磁場Ｍ０を印加した場合の外力Ｆの測定範囲は０≦Ｆ＜Ｆ０、外部磁場Ｍ１を印加した場合の外力Ｆの測定範囲はＦ０≦Ｆ＜Ｆ１、外部磁場Ｍ２を印加した場合の外力Ｆの測定範囲はＦ１≦Ｆ＜Ｆ２、...である。上記の如く外部磁場Ｍを変化させることで、感度が高く測定範囲の広いセンシング装置を提供可能になることが確認された。
【００３６】
上記実施例１及び変形例によれば、測定範囲を広くすることができる。また、片持ち梁の強度とセンシング装置の感度の一方を犠牲にすることなく測定範囲を広くすることができる。
（実施例２）
上記実施例１では、センシング装置は、梁層上にＭＲ流体層が積層された構造を有する。これに対し、実施例２では、ＭＲ流体層が梁層下に積層された構造、或いは、ＭＲ流体層が梁層の一部を形成する構造を有する。
【００３７】
図２３は、センシング装置の実施例２を模式的に示す断面図である。図２３中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２３において、センシング装置１−２のＭＲ流体層５は、スペーサ３と隣接するように、基板２と梁層４との間に配置されている。つまり、ＭＲ流体層５は、梁層４下に設けられており、梁層４と共に片持ち梁８を形成する。
【００３８】
図２４は、実施例２の変形例を模式的に示す断面図である。図２４中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２４において、センシング装置１−２Ａの梁層４は、一対のスペーサ３間に架けられている。また、図２４中、検知部７は、梁層４上の左側のスペーサ３の付近に配置されている。更に、ＭＲ流体層５は、梁層４の右側のスペーサ３の付近に配置されており、梁層４と共に片持ち梁８を形成する。このように梁層４の一部を形成するＭＲ流体層５は、梁層４の下面側に埋め込まれていても、梁層４の内部に埋め込まれていても、梁層４の上面側に埋め込まれていても良い。
【００３９】
このように、センシング装置１−２，１−２Ａでは、検知部７の近傍を支点とし、梁層４及びＭＲ流体層５を含む片持ち梁８を形成できる。
【００４０】
上記実施例２及び変形例によれば、測定範囲を広くすることができる。また、片持ち梁の強度とセンシング装置の感度の一方を犠牲にすることなく測定範囲を広くすることができる。
（実施例３）
上記実施例１，２では、梁層及びＭＲ流体層を用いて片持ち梁を形成している。これに対し、実施例３では、梁層及びＭＲ流体層を用いて両持ち梁又はメンブレンを形成する。このように、梁層の少なくとも一端が、スペーサにより支持されていれば良い。
【００４１】
図２５は、センシング装置の実施例３を模式的に示す断面図である。図２５中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２５において、センシング装置１−３の梁層４は、一対のスペーサ３間に架けられている。つまり、梁層４の両端がスペーサ３により支持されており、ＭＲ流体層５は梁層４と接している。一対の検知部７は、梁層４上の左右のスペーサ３の付近に配置されている。ＭＲ流体層５は、梁層４上に設けられており、梁層４と共に両持ち梁（又は、メンブレン）１８を形成する。
【００４２】
図２６は、実施例３の変形例を模式的に示す断面図である。図２６中、図２５と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２６において、センシング装置１−３ＡのＭＲ流体層５は、一対のスペーサ３間の、基板２と梁層４との間に配置されている。つまり、ＭＲ流体層５は、梁層４下に設けられており、梁層４と共に両持ち梁（又は、メンブレン）１８を形成する。
【００４３】
このように、センシング装置１−３，１−３Ａでは、検知部７の近傍を支点とし、梁層４及びＭＲ流体層５を含む両持ち梁１８を形成できる。
【００４４】
上記実施例３及び変形例によれば、測定範囲を広くすることができる。また、両持ち梁の強度とセンシング装置の感度の一方を犠牲にすることなく測定範囲を広くすることができる。
（実施例４）
上記実施例１乃至３では、ＭＲ流体層のバネ定数が、磁場が印加されていない状態では梁層のバネ定数より小さい。これに対し、実施例４では、梁層と同じ熱膨張係数を持つ弾性材料層を更に備え、弾性材料層のバネ定数は、梁層のバネ定数より小さい。
【００４５】
図２７は、センシング装置の実施例４を模式的に示す断面図である。図２７中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２７において、センシング装置１−４は、梁層４と同じ熱膨張係数を持ち、ＭＲ流体層５と接する弾性材料層３１が設けられている。また、この例では、弾性材料層３１の膜厚は、梁層４の膜厚と同じである。つまり、ＭＲ流体層５は、互いに同じ熱膨張係数を持つ梁層４と弾性材料層３１（又は、一対の梁層）との間に設けられている。また、弾性材料層３１のバネ定数は、梁層４のバネ定数より小さい。これにより、梁層４とＭＲ流体層５の温度変化による応力差の発生を抑制し、温度特性に優れたセンシング装置１−４を提供できる。なお、弾性材料層３１の材質、膜厚、構造及び特性（熱膨張係数を含む）は、梁層４の材質、膜厚、構造及び特性と同一であっても良い。
【００４６】
このように、センシング装置１−４では、検知部７の近傍を支点とし、梁層４、ＭＲ流体層５及び弾性材料層３１を含む片持ち梁８を形成できる。
【００４７】
上記実施例４によれば、測定範囲を広くすることができる。また、片持ち梁の強度とセンシング装置の感度の一方を犠牲にすることなく測定範囲を広くすることができる。
（実施例５）
上記実施例１乃至４では、検知部がピエゾ抵抗素子で形成されている。これに対し、実施例５では、検知部が容量素子で形成されている。
【００４８】
図２８は、センシング装置の実施例５を模式的に示す断面図である。図２８中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２８において、センシング装置１−５の検知部７は、容量素子の一例であるコンデンサにより形成されている。コンデンサは、図２８において例えば梁層４の下面部分と、当該下面部分に対向する基板２の上面部分とに設けられた一対の電極が弾性誘電体を挟む周知の構造を有する。弾性誘電体は、空気であっても良い。この例では、梁層４に外力Ｆが加わり、図２８中破線で示すように片持ち梁８が変形して梁層４に撓みが生じると、コンデンサの一対の電極間の距離が変化して容量が変化する。このように、コンデンサを用いた場合、梁層４の撓み量は、容量値として検知することができる。
【００４９】
このように、センシング装置１−５では、検知部７の近傍を支点とし、梁層４及びＭＲ流体層５を含む片持ち梁８を形成できる。
【００５０】
上記実施例５によれば、測定範囲を広くすることができる。また、片持ち梁の強度とセンシング装置の感度の一方を犠牲にすることなく測定範囲を広くすることができる。
【００５１】
なお、上記実施例１乃至４及び後述する実施例６においても、検知部７を容量素子で形成可能であることは言うまでもない。従って、両持ち梁の強度とセンシング装置の感度の一方を犠牲にすることなく測定範囲を広くすることもできる。
（実施例６）
上記実施例１乃至５では、機能性流体がＭＲ流体であるが、機能性流体は電気粘性（ＥＲ：Electro Rheological）流体であっても良い。ＥＲ流体は、電磁場の一例である電場を印加することによってレオロジー挙動（又は、粘度）が可逆的に変化する機能性流体の一例である。
【００５２】
図２９は、センシング装置の実施例６を模式的に示す図である。図２９において、センシング装置１−６のＥＲ流体層５０は、例えばパリレン、ポリイミドやシリコーン樹脂等の絶縁性の弾性体５０ａと、弾性体５０ａ内に封入されたＥＲ流体５０ｂとを有する。また、ＥＲ流体５０ｂの両端の対向する位置に、カーボン、Ａｕメッキ等で形成された電極２０１Ａ，２１０Ｂが設けられている。このように、図２９のＥＲ流体層５０の構造は、図３のＭＲ流体層５の構造と類似している。電圧源５１は、電極２１０Ａ，２１０Ｂを介してＥＲ流体５０ｂに電場を印加する印加部６０の一例である。印加部６０は、ＥＲ流体５０ｂに電磁場の一例である電場を印加する印加手段の一例である。この例では、印加部６０はＥＲ流体層５０の長さ方向（図２９中、左右方向）に電場を印加する。なお、図２９では、基板、スペーサ、梁層及び検知部の図示は省略するが、例えば上記実施例１乃至５と同様の基板、スペーサ、梁層及び検知部を用いることができる。ＥＲ流体層５０のバネ定数を決定する、電極２１０Ａ，２１０Ｂ間のＥＲ流体５０ｂに印加する電場は、電極２１０Ａ，２１０Ｂ間に印加する電圧により制御可能である。また、梁層４（図示せず）の撓み量は、例えばピエゾ抵抗素子で形成された検知部７（図示せず）の検出電極７Ａ，７Ｂ間の抵抗値から検知可能である。
【００５３】
図３０は、実施例６の変形例を模式的に示す図である。図３０において、センシング装置１−６Ａには、ＥＲ流体５０ｂの上下の対向する位置に、電極２１０Ｂ，２１０Ａが設けられている。このように、図３０のＥＲ流体層５０の構造は、図６のＭＲ流体層５の構造と類似している。電圧源５１は、電極２１０Ａ，２１０Ｂを介してＥＲ流体５０ｂに電場を印加する印加部６０の一例である。この例では、印加部６０はＥＲ流体層５０の厚さ方向（図３０中、上下方向）に電場を印加する。ＥＲ流体層５０のバネ定数を決定する、電極２１０Ａ，２１０Ｂ間のＥＲ流体５０ｂに印加する電場は、電極２１０Ａ，２１０Ｂ間に印加する電圧により制御可能である。また、梁層４（図示せず）の撓み量は、検知部７（図示せず）検出電極７Ａ，７Ｂ間の抵抗値から検知可能である。
【００５４】
なお、ＥＲ流体層５０のバネ定数は、電場が印加されていない状態では梁層４のバネ定数より小さい。
【００５５】
次に、実施例６の変形例におけるセンシング装置の製造方法の一例を、図３１及び図３２と共に説明する。図３１及び図３２中、図１５及び図１６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５６】
先ず、図３１に示すように、基板２上に、スペーサ３と梁層４を順次形成する。次に、例えばＳｉで形成された梁層４の一部に不純物を注入して検知部７を形成する。次に、梁層４上に、例えばＡｕ／Ｃｕ積層膜により形成された一対の制御電極２３０Ａ，２３０Ｂと、検知部７の検出電極７Ａ，７Ｂとを形成する。
【００５７】
次に、図３２に示すように、検知部７上にＥＲ流体層５０を形成する。このＥＲ流体層５０は、弾性体５０ａと、弾性体５０ａ内に設けられたＥＲ流体５０ｂ及び電極２１０Ａ，２１０Ｂとを有する。電極２１０Ｂ，２１０Ａは、ＥＲ流体５０ｂの上下を挟むように弾性体５０ａ内に設けられている。電極２１０Ａは、制御電極２３０Ａと接しており、電極２１０Ｂは、制御電極２３０Ｂと接している。次に、スペーサ３の一部（この例では、図３２中右側の部分）を除去して検知部７の近傍を支点とする片持ち梁８を形成し、センシング装置１−６Ａが得られる。
【００５８】
なお、実施例６におけるセンシング装置１−６を製造する場合は、ＥＲ流体層５０を適宜変更すれば良い。
【００５９】
なお、上記実施例６及び変形例において、上記実施例１乃至５及び変形例の構造を適宜組み合わせても良いことは、言うまでもない。
【００６０】
上記実施例６及び変形例によれば、測定範囲を広くすることができる。また、片持ち梁又は両持ち梁の強度とセンシング装置の感度の一方を犠牲にすることなく測定範囲を広くすることができる。
（センシングシステム）
図３３は、センシングシステムの一実施例を説明するブロック図である。図３３に示すセンシングシステム１００は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、印加部６と、センシング装置１とを有する。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に格納されたプログラムを実行することで、印加部６がセンシング装置１に印加する電磁場を制御する処理と、検知部７が検知したセンシング装置１の梁層の撓み量に基づいて外力を計測する処理等を実行できる。プロセッサ１０１は、図２１に示す測定処理を実行することもできる。メモリ１０２は、コンピュータ読取可能な記録媒体であれば特に限定されず、例えば半導体記憶装置、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体等で形成可能である。この例では、印加部６は、センシング装置１とは別体であり、センシング装置１外に設けられている。しかし、印加部６の少なくとも一部は、センシング装置１内に設けられていても良い。
【００６１】
センシング装置１の機能性流体層に封入されている機能性流体がＭＲ流体である場合、プロセッサ１０１は、ＭＲ流体層が目的とするバネ定数を持つように、印加部６がＭＲ流体に印加する磁場を制御する。この場合、プロセッサ１０１は、例えば印加部６を形成するコイルに流す電流を制御する。また、プロセッサ１０１は、センシング装置１の検知部７が検知した梁層の撓み量に基づき、所定の演算式により梁層に加えられた外力を計測する。
【００６２】
一方、センシング装置１の機能性流体層に封入されている機能性流体がＥＲ流体である場合、プロセッサ１０１は、ＥＲ流体層が目的とするバネ定数を持つように、印加部６がＥＲ流体に印加する電場を制御する。この場合、プロセッサ１０１は、例えば印加部６を形成する電圧源からＥＲ流体を挟む電極間又は磁性体間に印加する電圧を制御する。また、プロセッサ１０１は、センシング装置１の検知部７が検知した梁層の撓み量に基づき、所定の演算式により梁層に加えられた外力を計測する。
【００６３】
このように、電磁場は、機能性流体層のバネ定数を決定して、梁層に外力が加えられた場合に検知部７が検知する撓み量に基づく外力の測定範囲を設定する。従って、プロセッサ１０１は、電磁場を制御することで機能性流体層のバネ定数を制御して、梁層に外力が加えられた場合に検知部７が検知する撓み量に基づく外力の測定範囲を可変設定する制御手段の一例を形成する。
【００６４】
このようなセンシングシステム１００によれば、センシング装置の測定範囲を広くすることができる。また、センシング装置の片持ち梁又は両持ち梁の強度と感度の一方を犠牲にすることなく測定範囲を広くすることができる。
【００６５】
なお、上記実施例１乃至６におけるセンシング装置は、触覚センサの一例であるが、センシング装置は、半導体歪みゲージ、加速度センサ、力覚センサ、ジャイロセンサ等を形成しても良い。
（実施例７）
上記第１乃至第６実施例では、機能性流体が梁層の上側又は下側に配置されている。これに対し、実施例７では、機能性流体が梁層の上下に配置されている。また、梁層の一部は、機能性流体に囲まれている。
【００６６】
図３４は、センシング装置の実施例７を模式的に示す断面図である。図３４において、左側の図はセンシング装置の横断面、右側の図は左側の図中Ｄ−Ｄ線に沿ったセンシング装置の縦断面である。図３４中、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。センシング装置の実施例７は、半導体の電気抵抗率が応力により変化するピエゾ抵抗効果を利用する半導体歪みゲージの一例を形成可能である。
【００６７】
図３４に示すように、センシング装置１−７は、収納部７１Ａを有するパッケージ７１と、パッケージ７１を封止する弾性材料層７２とを有する。パッケージ７１及び弾性材料層７２は、絶縁性の弾性材料で形成されており、例えばパリレン、ポリイミドやシリコーン樹脂等で形成可能である。パッケージ７１及び弾性材料層７２は、同じ弾性材料で形成されていても、互いに異なる弾性材料で形成されていても良い。例えば、パッケージ７１及び弾性材料層７２は、同じ熱膨張係数を持つ。
【００６８】
パッケージ７１の収納部７１Ａ内には、スペーサ３と、酸化膜７３と、梁層４と、検知部７と、機能性流体７５等が収納されている。スペーサ３は、例えばＳｉで形成されている。スペーサ３上には、例えばＳｉＯ２で形成された酸化膜７３が設けられている。梁層４は、例えばＳｉで形成されており、酸化膜７３を介してスペーサ３上に支持されている。この例では、梁層４／酸化膜７３／スペーサ３がＳｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉであり、ＳＯＩ構造の半導体歪みゲージの一例を形成する。
【００６９】
検知部７は、例えばドープドＳｉで形成されたピエゾ抵抗素子である。検知部７の検出電極７Ａ，７Ｂは、ワイヤボンディング７６Ａ，７６Ｂにより端子７７Ａ，７７Ｂに接続されている。ワイヤボンディング７６Ａ，７６Ｂを含む、梁層４上で露出した導体部分は、例えばエポキシで形成された絶縁性のモールド材７８により覆われて絶縁されている。端子７７Ａ，７７Ｂは、ワイヤボンディング７６Ａ，７６Ｂと接続する部分からパッケージ７１内を通り図３４中縦方向へ延びる引出電極を含む。
【００７０】
極板３１０Ａ，３１０Ｂは、機能性流体７５がＭＲ流体の場合は磁極を形成し、機能性流体７５がＥＲ流体の場合は電極を形成する。極板３１０Ａ，３１０Ｂは、収納部７１Ａの対向する内側面に、図３４の左側の図で長手方向に沿って設けられている。また、極板３１０Ａ，３１０Ｂは、図３４の右側の図でパッケージ７１の下面で左右に延びる端子部分を含む。従って、機能性流体７５がＭＲ流体の場合、例えばＮｉ磁性体を形成する極板３１０Ａ，３１０Ｂが、ＭＲ流体を挟むように配置される。同様に、機能性流体７５がＥＲ流体の場合、例えばステンレス電極を形成する極板３１０Ａ，３１０Ｂが、ＥＲ流体を挟むように配置される。
【００７１】
なお、極板３１０Ａ，３１０Ｂを、例えば収納部７１Ａの底面（即ち、パッケージ７１の収納部７１Ａ内の上面）及び弾性材料層７２の下面の対向する位置に、機能性流体７５を挟むように設けても良い。
【００７２】
機能性流体７５は、梁層４の少なくとも上下に配置されており、梁層４の一部は、機能性流体７５に囲まれている。この例では、機能性流体７５は、図３４の右側の図で梁層４の左右にも配置されている。ただし、機能性流体７５が検出電極７Ａ，７Ｂ等と接しないように、梁層４と、検知部７と、検出電極７Ａ，７Ｂの表面は、ある面積だけ、絶縁膜７３Ａにより覆われている。
【００７３】
パッケージ７１には、機能性流体７５を収納部７１Ａ内に注入する際に用いる注入口７１Ｂが設けられているが、機能性流体７５の注入後は、例えばエポキシ樹脂で形成された封止材７９により塞がれている。機能性流体７５は、ＭＲ流体であっても、ＥＲ流体であっても良い。この例では、機能性流体７５がＭＲ流体である場合に磁場を印加する印加部６、或いは、機能性流体７５がＥＲ流体である場合に電場を印加する印加部６０は、パッケージ７１の外部に設けられている。しかし、印加部６又は印加部６０の少なくとも一部をパッケージ７１内に設けても良い。
【００７４】
弾性材料層７２は、収納部７１Ａを覆って、スペーサ３と、酸化膜７３と、梁層４と、検知部７と、機能性流体７５と、極板３１０Ａ，３１０Ｂ等をパッケージ７１内に封止する。弾性材料層７２は、例えば接着剤によりパッケージ７１に接着される。パッケージ７１及び弾性材料層７２は、機能性流体７５を収納部７１Ａ内に封入するので、上記実施例１乃至５においてＭＲ流体５ｂを封入する弾性体５ａ、又は、上記実施例６においてＥＲ流体５０ｂを封入する弾性体５０ａに相当する。
【００７５】
なお、この例では、梁層４が片持ち梁を形成しているが、梁層４が両持ち梁を形成するようにしても良い。また、センシング装置１−７の形状は、図３４に示す如き直方体に限定されるものではない。
【００７６】
印加部６又は印加部６０が機能性流体７５に印加する電磁場は、パッケージ７１及び弾性材料層７２で形成された封止パッケージのバネ定数を決定して、封止パッケージ（及び梁層４）に外力が加えられた場合に検知部７が検知する撓み量に基づく外力の測定範囲を設定する。
【００７７】
図３５は、実施例７におけるセンシング装置のセンサ本体の一例を示す図であり、図３６は、実施例７におけるセンシング装置のパッケージの一例を示す図である。また、図３７及び図３８は、実施例７におけるセンシング装置の製造方法の一例を説明する図である。図３５乃至図３８中、図３４と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００７８】
図３５の上側の図、下側の図及び右下側の図は、夫々梁層４等を含むセンサ本体の平面、横断面及び縦断面である。また、図３６の左側の図及び右側の図は、夫々パッケージの横断面及び縦断面である。図３６に示すパッケージ７１には、極板３１０Ａ，３１０Ｂが形成されている。
【００７９】
上記実施例１におけるセンシング装置の製造方法では、弾性体５ａによりＭＲ流体５ｂが予め封入されたＭＲ流体層５を用いる。また、上記実施例６の変形例におけるセンシング装置の製造方法では、弾性体５０ａによりＥＲ流体５０ｂが予め封入されたＥＲ流体層５０を用いる。つまり、上記の製造方法では、弾性体により機能性流体が予め封入された機能性流体層を用いている。これに対し、実施例７におけるセンシング装置の製造方法では、パッケージングの過程で機能性流体を封入する。
【００８０】
先ず、図３５に示す如きセンサ本体と、図３６に示す如きパッケージとを作成して用意しておく。
【００８１】
次に、図３７に示すように、図３５に示すセンサ本体を、図３６に示すパッケージ７１の収納部７１Ａ内に固定する。図３７において、図３４の場合と同様に、左側の図はセンシング装置の横断面、右側の図は左側の図中（図３４のＤ−Ｄ線と同様な線に沿った）センシング装置の縦断面である。
【００８２】
次に、ワイヤボンディング７６Ａ，７６Ｂにより、検知部７の検出電極７Ａ，７Ｂと、端子７７Ａ，７７Ｂとを電気的に接続する。また、梁層４と、検知部７と、検出電極７Ａ，７Ｂの表面を、ある面積だけ絶縁膜７３Ａにより覆う。
【００８３】
次に、モールド材７８により、ワイヤボンディング７６Ａ，７６Ｂと、ワイヤボンディング７６Ａ，７６Ｂが接続する検出電極７Ａ，７Ｂの領域及び端子７７Ａ，７７Ｂの領域等の、梁層４上で露出した導体部分を覆い絶縁する。この状態では、検知部７と検出電極７Ａ，７Ｂの表面は絶縁膜７３Ａにより覆われており、ワイヤボンディング７６Ａ，７６Ｂとワイヤボンディング７６Ａ，７６Ｂが接続する検出電極７Ａ，７Ｂの領域及び端子７７Ａ，７７Ｂの領域とはモールド材７８により覆われている。従って、検知部７、検出電極７Ａ，７Ｂ、ワイヤボンディング７６Ａ，７６Ｂ及び端子７７Ａ，７７Ｂは、梁層４の表面において露出していないので、後述するように機能性流体７５を収納部７１Ａ内に注入しても、機能性流体７５と接することはない。
【００８４】
次に、図３８に示すように、弾性材料層７２を、収納部７１Ａを覆うように、例えば接着剤によりパッケージ７１に接着する。次に、パッケージ７１の注入口７１Ｂから機能性流体７５を収納部７１Ａ内に注入する。この状態では、梁層４の一部が機能性流体７５に囲まれている。また、機能性流体７５は、収納部７１Ａの対向する内側面に、図３８の左側の図で長手方向に沿って設けられた極板３１０Ａ，３１０Ｂにより、挟まれている。機能性流体７５の注入後、注入口７１Ｂを封止材７９により塞ぐ。これにより、センサ本体及び機能性流体７５は、パッケージ７１及び弾性材料層７２により収納部７１Ａ内に封止され、封止パッケージが形成される。
【００８５】
上記実施例７によれば、測定範囲を広くすることができる。また、片持ち梁又は両持ち梁の強度とセンシング装置の感度の一方を犠牲にすることなく測定範囲を広くすることができる。
【００８６】
なお、上記実施例７において、上記実施例１乃至６及び変形例の構造を適宜組み合わせても良いことは、言うまでもない。
【００８７】
例えば、一端が固定されたばねの他端に付けた錘の加速度は、ばね定数と錘の質量が既知であれば、錘の変位を検出することにより計測できる。錘の変位の計測には、ピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化や、静電容量の変化等を使用できる。また、錘を付けたばねを共振周波数で振動させ、錘に加速度が生じると、ばねに加わる応力が変化するためばねの共振周波数が変化する。そこで、ばねの共振周波数の変化を検出することで、加速度を検出しても良い。センシング装置の実施例７は、ばねを封止パッケージで形成することで、これらの如き加速度センサの一例を形成可能である。更に、センシング装置の実施例７を、互いに直交する３軸の各々について設けることで、３軸加速度センサを形成可能である。
【００８８】
同様にして、センシング装置の実施例７は、力とトルク(モーメント)の大きさと方向を３次元空間ベクトルで示す、触覚の一部の感覚を測定する力覚センサの一例を形成可能である。この場合、梁層４の両面の対応する位置に検知部７を設ければ、梁層４の一方の面の検知部７が伸張する際に梁層４の他方の面の検知部７が圧縮される。この場合、一対の検知部７が検知する撓み量の正負は逆となるため、これらの変位量をブリッジ回路等を用いて計測してセンシング装置１−７に加えられた剪断力を検出することができる。
【００８９】
さらに同様にして、センシング装置の実施例７は、物体の角度（又は、姿勢）、角速度、或いは角加速度等を検出するジャイロセンサの一例を形成可能である。例えば、共振して動作する１組の音叉を振動させ、振動面からのずれを検出して角速度信号を作り出す音叉型のジャイロセンサでは、２つの直交する振動モードを電気的に独立に駆動して検出する。そこで、センシング装置の実施例７は、１組の音叉を一対の封止パッケージで形成することで、音叉型のジャイロセンサを形成可能である。
【００９０】
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
少なくとも一端がスペーサにより支持された梁層と、
前記梁層と接し、弾性体内に機能性流体が封入された機能性流体層と、
前記機能性流体に電磁場を印加する印加手段と、
前記梁層の撓み量を検知する検知手段と、
を備え、
前記電磁場は、前記機能性流体層のバネ定数を決定して、前記梁層に外力が加えられた場合に前記検知手段が検知する撓み量に基づく前記外力の測定範囲を設定することを特徴とする、センシング装置。
（付記２）
前記機能性流体層は、前記弾性体内の対向する位置に設けられた一対の磁性体を有し、
前記機能性流体は、前記一対の磁性体間に挟まれた磁性流体であり、
前記印加手段は、前記一対の磁性体を介して前記機能性流体に磁場を印加することを特徴とする、付記１記載のセンシング装置。
（付記３）
前記機能性流体層は、前記弾性体内の対向する位置に設けられた一対の電極を有し、
前記機能性流体は、前記一対の電極間に挟まれた電気粘性流体であり、
前記印加手段は、前記一対の電極を介して前記機能性流体に電場を印加することを特徴とする、付記１記載のセンシング装置。
（付記４）
前記検知手段は、前記梁層の支点近傍に設けられ、前記機能性流体層の物理的な変化から前記撓み量を検知するピエゾ抵抗素子を含むことを特徴とする、付記１乃至３のいずれか１項記載のセンシング装置。
（付記５）
前記検知手段は、前記機能性流体層の容量変化から前記撓み量を検知する容量素子を含むことを特徴とする、付記１乃至３のいずれか１項記載のセンシング装置。
（付記６）
前記機能性流体層と接する弾性材料層を更に備え、
前記機能性流体層は、前記梁層と前記弾性材料層との間に設けられたことを特徴とする、付記１乃至５のいずれか１項記載のセンシング装置。
（付記７）
前記弾性材料層は、前記梁層と同じ熱膨張係数を持ち、前記梁層のバネ定数より小さいバネ定数を持ち、
前記機能性流体層のバネ定数は、前記電磁場が印加されていない状態では前記梁層のバネ定数より小さいことを特徴とする、付記６記載のセンシング装置。
（付記８）
前記梁層及び前記機能性流体層は、単一のスペーサにより支持された片持ち梁を有することを特徴とする、付記１乃至７のいずれか１項記載のセンシング装置。
（付記９）
前記梁層及び前記機能性流体層は、一対のスペーサにより支持された両持ち梁又はメンブレンを有することを特徴とする、付記１乃至７のいずれか１項記載のセンシング装置。
（付記１０）
前記スペーサと、前記梁層と、前記機能性流体と、前記検知手段とを収納する収納部を有するパッケージと、
前記収納部を覆うように前記パッケージに接着され、前記機能性流体を前記収納部内に封入する弾性材料層と、
を更に備えたことを特徴とする、付記８又は９記載のセンシング装置。
（付記１１）
前記梁層の一部は、前記機能性流体に囲まれていることを特徴とする、付記１０記載のセンシング装置。
（付記１２）
基板を更に備え、
前記スペーサは前記基板上に設けられ、
前記機能性流体層は、前記スペーサに隣接するように、前記梁層と前記基板の間に設けられていることを特徴とする、付記１乃至９のいずれか１項記載のセンシング装置。
（付記１３）
少なくとも一端がスペーサにより支持された梁層と、前記梁層と接し、弾性体内に機能性流体が封入された機能性流体層と、前記機能性流体に電磁場を印加する印加手段と、前記梁層の撓み量を検知する検知手段と、を有するセンシング装置と、
前記印加手段が前記機能性流体に印加する電磁場を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記電磁場を制御することで前記機能性流体層のバネ定数を制御して、前記梁層に外力が加えられた場合に前記検知手段が検知する撓み量に基づく前記外力の測定範囲を可変設定することを特徴とする、センシングシステム。
（付記１４）
前記センシング装置の前記機能性流体は、磁性流体であり、
前記センシング装置の前記印加手段は、前記機能性流体に磁場を印加することを特徴とする、付記１３記載のセンシングシステム。
（付記１５）
前記センシング装置の前記機能性流体は、電気粘性流体であり、
前記センシング装置の前記印加手段は、前記機能性流体に電場を印加することを特徴とする、付記１３記載のセンシングシステム。
（付記１６）
前記センシング装置の前記検知手段は、前記機能性流体層の物理的な変化から前記撓み量を検知するピエゾ抵抗素子を含むことを特徴とする、付記１３乃至１５のいずれか１項記載のセンシングシステム。
（付記１７）
前記センシング装置の前記検知手段は、前記機能性流体層の容量変化から前記撓み量を検知する容量素子を含むことを特徴とする、付記１３乃至１５のいずれか１項記載のセンシングシステム。
（付記１８）
基板上にスペーサ及び梁層を順次形成し、
前記梁層上に、前記梁層の撓み量を検知する検知部、前記検知部の電極及び機能性流体層を順次を形成し、
前記機能性流体層は、弾性体と、弾性体内に封入された機能性流体を有し、
前記スペーサの一部を除去して、前記検知部の近傍を支点とし、前記梁層及び前記機能性流体層を含む片持ち梁又は両持ち梁を形成する、
ことを特徴とする、センシング装置の製造方法。
（付記１９）
少なくとも一端がスペーサにより支持された梁層と、前記梁層上に設けられ前記梁層の撓み量を検知する検知部及び前記検知部の電極と、前記梁層、前記検知部及び前記電極の表面をある面積だけ覆う絶縁膜とを有するセンサ本体を作成し、
収納部と、端子と、注入口と、対向する極板を有するパッケージを作成し、
前記センサ本体を前記パッケージの前記収納部内に固定し、
前記端子と前記電極とを電気的に接続し、
前記電気的に接続された部分を含む、前記梁層上で露出した導体部分をモールド材で覆い絶縁し、
前記パッケージに弾性材料層を接着し、
前記注入口から機能性流体を前記収納部内に注入して前記梁層の一部を前記機能性流体で囲むと共に、前記機能性流体を前記対向する極板で挟み、
前記注入口を封止材で塞いで前記機能性流体を前記収納部内に封入して封止パッケージを形成する、
ことを特徴とする、センシング装置の製造方法。
（付記２０）
前記機能性流体は、磁性流体又は電気粘性流体であることを特徴とする、付記１８又は１９記載のセンシング装置の製造方法。
【００９１】
以上、開示のセンシング装置、センシングシステム及びセンシング装置の製造方法を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９２】
１−１〜１−７，１−１Ａ〜１−３Ａ，１−６Ａ      センシング装置
２      基板
３      スペーサ
４      梁層
５      ＭＲ流体層
５ａ，５０ａ      弾性体
５ｂ      ＭＲ流体
６，６０      印加部
７      検知部
８      片持ち梁
９，３１      弾性材料層
１８      両持ち梁
５０      ＥＲ流体層
５０ｂ      ＥＲ流体
７１      パッケージ
７１Ａ      収納部
７２      弾性材料層
７５      機能性流体
１００      センシングシステム
１０１      プロセッサ
１０２      メモリ
３１０Ａ，３１０Ｂ      極板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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