(57)【要約】【課題】簡単な構成及び製造工程で、シリコン受圧部の耐久性を向上させることが可能なフォースセンサ及びその製造方法を得る。【解決手段】シリコン基板からなる変位部とシリコン基板上に突設されて外部手段からの荷重を変位部に伝えるシリコン受圧部を備え、変位部の変位量に応じた電気信号を出力するフォースセンサにおいて、シリコン受圧部に、高さ位置及び平面位置を異ならせた複数段の受圧面を形成し、さらに、各段の受圧面の外周エッジに、高さ位置が低くなるほど径を広げる傾斜面を設けた。【選択図】図１
2011191103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板からなる変位部と前記シリコン基板上に突設されて外部からの荷重を前記変位部に伝えるシリコン受圧部とを備え、前記変位部の変位量に応じた電気信号を出力するフォースセンサにおいて、
前記シリコン受圧部は、高さ位置及び平面位置を異ならせた複数段の受圧面を有し、各段の受圧面の外周エッジに、高さ位置が低くなるほど径を広げる傾斜面を形成したことを特徴とするフォースセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のフォースセンサにおいて、前記複数段の受圧面は、前記シリコン基板の表裏面と平行なフラット面であるフォースセンサ。
【請求項３】
請求項１記載のフォースセンサにおいて、前記複数段の受圧面は、高さ位置が低くなるほど径を広げる断面Ｒ形状をなす第１受圧面と、この第１受圧面の外周に位置して前記シリコン基板の表裏面と平行なフラット面からなる第２受圧面で構成されているフォースセンサ。
【請求項４】
シリコン基板からなる変位部と前記シリコン基板上に突設されて外部手段からの荷重を前記変位部に伝えるシリコン受圧部とを備え、前記変位部の変位量に応じた電気信号を出力するフォースセンサの製造方法であって、
前記シリコン受圧部は、
前記シリコン基板の中央に、基板表面との間に所定の段差を生じさせる円柱状の凸部を設ける工程と、
この凸部の上面に、該凸部の外周エッジを露出させた状態で、第１のレジストを塗布する工程と、
前記シリコン基板の基板表面から前記凸部の周面にかけて第２のレジストを塗布する工程と、
加熱処理を施し、前記凸部の上面に塗布した第１のレジストに、高さ位置が低くなるほど径が広がるＲ形状を付与する工程と、
前記第１及び第２のレジストを残した状態で反応性イオンエッチング処理を実行して、前記凸部の上面に段差を形成しつつ、該段差の外周エッジ及び前記凸部の外周エッジに、高さ位置が低くなるほど径を広げる傾斜面を同時に形成する工程と、
を有することを特徴とするフォースセンサの製造方法。
【請求項５】
請求項４記載のフォースセンサの製造方法において、前記凸部の上面に第１のレジストを残した状態で前記反応性イオンエッチング処理を終了させ、前記シリコン基板の表裏面と平行なフラット面からなる二段の受圧面を形成するフォースセンサの製造方法。
【請求項６】
請求項４記載のフォースセンサの製造方法において、前記凸部の上面に設けた第１のレジストがなくなるまで前記反応性イオンエッチング処理を続行し、前記第１のレジストのＲ形状が転写された断面Ｒ形状をなす第１の受圧面と、基板表面と平行なフラット面からなる第２の受圧面を形成するフォースセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの荷重を受けるシリコン受圧部を備えたフォースセンサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、モバイル機器のタッチパネルやコントローラのようなユーザーインターフェースに荷重測定用のフォースセンサが用いられている。例えばピエゾ抵抗方式のフォースセンサは、一般に、ダイヤフラムを設けたシリコン基板と、ダイヤフラム上に形成した複数のピエゾ抵抗からなるブリッジ回路と、ダイヤフラム上に突設したシリコン受圧部とを備えており、シリコン受圧部を介して受けた荷重に応じてダイヤフラムが変位し、その変位量に応じてブリッジ回路の出力が変化することから荷重を検出することができる。従来構造のフォースセンサは、特許文献１−３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平５−７７３０４号公報
【特許文献２】米国特許第４７４５８１２号
【特許文献３】特開平８−２７１３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来構造では、繰り返し荷重を受けることによってシリコン受圧部が破損してしまうことが課題となっている。特許文献１では、シリコン受圧部の破損を回避するため、シリコン受圧部の替わりにサファイヤ球をダイヤフラム上に設け、このサファイヤ球で荷重を受けている。しかし、この球を介してダイヤフラムに荷重を与える構造では、センササイズに対して球サイズが大きく、センサの小型化及び低背化に不利である。球サイズを小さくすると、球の接触面積も小さくなるため狭いエリアに荷重が集中することとなり、センサが壊れやすくなってしまう。特許文献２ではシリコン受圧部を絶縁膜で覆って保護しているが、シリコン受圧部の磨耗を防ぐには絶縁膜の厚さが一定以上必要となるので、絶縁膜を設ける厚さ分だけセンサの小型化及び低背化に不利であり、絶縁膜を形成する製造工程も増えて好ましくない。さらに特許文献３では、シリコン受圧部の替わりに、矩形状をなす結晶化ガラス製の力伝達ブロックを用いているが、別部材としての力伝達ブロックを要することから、別部材を付加する工程が新たに追加されるため工数上不利であり、また、低背化にも不利である。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑み、簡単な構成及び製造工程で、シリコン受圧部の耐久性を向上させることが可能なフォースセンサ及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、（１００）系単結晶シリコンからなるシリコン受圧部がその結晶方位により荷重を受ける方向に対して垂直な面で割れやすいこと、すなわち、シリコン受圧部の外周エッジが受圧面に対して垂直であることが、繰り返し荷重により外周エッジからの割れを生じさせる要因になっていることに着目して完成されたものである。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、シリコン基板からなる変位部と前記シリコン基板上に突設されて外部からの荷重を前記変位部に伝えるシリコン受圧部とを備え、前記変位部の変位量に応じた電気信号を出力するフォースセンサにおいて、前記シリコン受圧部は、高さ位置及び平面位置を異ならせた複数段の受圧面を有し、各段の受圧面の外周エッジに、高さ位置が低くなるほど平面位置が外側に向かう傾斜面を形成したことを特徴としている。
【０００８】
複数段の受圧面は、前記シリコン基板の表裏面と平行なフラット面とすることができる。または、高さ位置が低くなるほど径を広げる断面Ｒ形状をなす第１受圧面と、この第１受圧面の外周に位置して前記シリコン基板の表裏面と平行なフラット面からなる第２受圧面により構成してもよい。
【０００９】
本発明は、製造方法の態様によれば、シリコン基板からなる変位部と前記シリコン基板上に突設されて外部手段からの荷重を前記変位部に伝えるシリコン受圧部とを備え、前記変位部の変位量に応じた電気信号を出力するフォースセンサの製造方法であって、前記シリコン受圧部は、前記シリコン基板の中央に、基板表面との間に所定の段差を生じさせる柱状の凸部を設ける工程と、この凸部の上面に、該凸部の外周エッジを露出させた状態で、第１のレジストを塗布する工程と、前記シリコン基板の基板表面から前記凸部の周面にかけて第２のレジストを塗布する工程と、加熱処理を施し、前記凸部の上面に塗布した第１のレジストに、高さ位置が低くなるほど径が広がるＲ形状を付与する工程と、前記第１及び第２のレジストを残した状態で反応性イオンエッチング処理を実行して、前記凸部の上面に段差を形成しつつ、該段差の外周エッジ及び前記凸部の外周エッジに、高さ位置が低くなるほど径を広げる傾斜面を同時に形成する工程と、を有することを特徴としている。
【００１０】
上記製造方法では、前記凸部の上面に第１のレジストを残した状態で前記反応性イオンエッチング処理を終了させると、前記シリコン基板の表裏面と平行なフラット面からなる二段の受圧面を形成することができる。これに対し、前記凸部の上面に設けた第１のレジストがなくなるまで前記反応性イオンエッチング処理を続行すると、前記第１のレジストのＲ形状が転写された断面Ｒ形状をなす第１の受圧面と、基板表面と平行なフラット面からなる第２の受圧面を形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シリコン受圧部に高さ位置及び平面位置を異ならせて受圧面が複数段で設けられ、かつ、各段の受圧面の外周エッジには傾斜面が形成されているので、外周エッジからの割れを防ぐことができ、単一の受圧面を設ける場合よりもシリコン受圧部の寿命（耐久性）を延ばすことができる。これにより、簡単な構成及び製造工程で、シリコン受圧部の耐久性を向上させることが可能なフォースセンサ及びその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態によるフォースセンサを示す断面図である。
【図２】図１のシリコン基板を上面側から見て示す平面図である。
【図３】図１のシリコン基板を下面側から見て示す平面図である。
【図４】本発明によるフォースセンサの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図５】図４の次工程を示す断面図である。
【図６】図５の次工程を示す断面図である。
【図７】図６の次工程を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるフォースセンサを示す断面図である。
【図９】比較例１のシリコン受圧部を示す断面図である。
【図１０】比較例１のシリコン受圧部に６万回荷重を加えた後の状態を示すＳＥＭ画像である。
【図１１】比較例２のシリコン受圧部を示す断面図である。
【図１２】比較例２のシリコン受圧部に６万回荷重を加えた後の状態を示すＳＥＭ画像である。
【図１３】比較例２のシリコン受圧部に２００万回荷重を加えた後の状態を示すＳＥＭ画像である。
【図１４】実施例のシリコン受圧部に２００万回荷重を加えた後の状態（凹みが生じている場合）を示すＳＥＭ画像である。
【図１５】実施例のシリコン受圧部に２００万回荷重を加えた後の状態（欠け及び凹みが生じていない場合）を示すＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明を適用したフォースセンサの第１実施形態を示す断面図、図２はフォースセンサのシリコン基板を上面側から見て示す平面図、図３はフォースセンサのシリコン基板を下面側から見て示す平面図である。フォースセンサ１は、ピエゾ抵抗方式のフォースセンサであって、一対のシリコン基板１０とベース基板２０を備えている。
【００１４】
単結晶シリコンからなるシリコン基板１０は、その中央部が、基板下面１０ｂに突設した複数の電気接続支持部１１を介して変位自在に支持された変位部１２を構成している。このシリコン基板１０には、外部からの荷重を受けて変位部１２に伝えるシリコン受圧部３０が基板上面１０ａ側に突出した状態で設けられている。
【００１５】
シリコン受圧部３０は、円柱状の凸部で、外部からの荷重を受ける高さ位置及び平面位置を異ならせた第１の受圧面３１と第２の受圧面３２を有している。第１の受圧面３１は、シリコン受圧部３０の最上面であって、シリコン受圧部３０の最大径よりも小さな径を有する平面視円形をなしている。第２の受圧面３２は、第１の受圧面３１よりも一段低く、第１の受圧面３１の外周に位置して第１の受圧面３１の径よりも大きな内周径を有する平面視円環状をなしている。第１の受圧面３１及び第２の受圧面３２はいずれも、シリコン基板１０の上下面１０ａ、１０ｂに対して平行なフラット面（巨視的な凹凸のない平坦面）であり、外部からの荷重を面に対して垂直方向（図示上下方向）に受ける。具体的に、本実施形態のシリコン受圧部３０の寸法は、径５０〜５００μｍ程度、高さ５０〜５００μｍ程度である。そして、第１の受圧面３１の外径はシリコン受圧部３０の径より数〜数十μｍ程度小さく、第２の受圧面３２の内径は第１の受圧面３１の外径より１０〜数百μｍ程度小さく、第１の受圧面３１と第２の受圧面３２の段差は数〜数十μｍ程度である。
【００１６】
上記第１の受圧面３１及び第２の受圧面３２には、各々の外周エッジに、該フラット面に対して傾斜させた傾斜面３３、３４が形成されている。図２では、傾斜面３３、３４にハッチングを付して示した。傾斜面３３、３４は、反応性イオンエッチング処理により同時に形成され、高さ位置が低くなるほど第１の受圧面３１及び第２の受圧面３２の径を広げる方向に傾斜する截頭（切頭）円錐面である。第１の受圧面３１と第２の受圧面３２は傾斜面３３を介して連続し、第２の受圧面３２は傾斜面３４を介してシリコン受圧部３０の周面３０ａに連続している。シリコン受圧部３０の周面３０ａは、第１の受圧面３１及び第２の受圧面３２に対して垂直であるが、傾斜面３３、３４が存在することで第１受圧面３１及び第２受圧面３２に直接連なってはいない。（１００）単結晶シリコンは、その結晶方位により、荷重を受ける基板表面（（００１）面）に対して（１００）面、（０１０）面が割れやすい性質を有する。（００１）面は、荷重を受ける基板表面と平行なので割れにくい。本実施形態では、基板表面を（００１）面としたシリコン基板１０（シリコン受圧部３０）に、最も脆弱なエッジ部に応力がかかることを防ぐため上記上記傾斜面３３、３４を設けることで、第１の受圧面３１及び第２の受圧面３２の外周エッジからの割れを防止できる。
【００１７】
シリコン受圧部３０は、第２の受圧面３２の外周エッジからシリコン基板１０の基板上面１０ａにかけて傾斜面を形成することにより、周面３０ａを省略することも可能である。
【００１８】
一方、シリコン基板１０の基板下面１０ｂには、図３に示されるように、上記複数の電気接続支持部１１と、歪検出素子としての複数のピエゾ抵抗素子１３と、電気接続支持部１１と複数のピエゾ抵抗素子１３の間を電気的に接続した複数の回路配線部１４とが設けられている。図３は、電気接続支持部１１、ピエゾ抵抗素子１３、回路配線部１４の平面的な位置関係を示すもので、上下関係を無視して、全てを実線で描いている。複数の電気接続支持部１１は、ニッケル合金または低抵抗シリコンからなり、変位部１２を変位自在に支持する支持部としての機能と、複数のピエゾ抵抗素子１３を外部実装可能な状態に保持する電気接続部としての機能とを有する。各電気接続支持部１１は、本実施形態では四角柱状をなし、平面矩形状をなす基板下面１０ｂの４つの角部にそれぞれ配置されている。この複数の電気接続支持部１１は、シリコン基板１０の対角線上で対向する一対が変位部１２の平面中心に関して対称な位置関係にあるので、変位部１２を安定に支持することができる。複数のピエゾ抵抗素子１３は、変位部１２の周縁部に沿って、隣り合う素子同士が９０°異なる位相（互いに直交する位置関係）で配置されている。シリコン受圧部３０で受けた荷重により変位部１２が変位すると、その変位量に応じて複数のピエゾ抵抗素子１３の電気抵抗が変化し、この複数のピエゾ抵抗素子１３によって構成されたブリッジ回路の中点電位が変化し、この中点電位がセンサ出力として公知の測定装置に出力される。複数のピエゾ抵抗素子１３と回路配線部１４は、絶縁膜１５で覆われており、シリコン基板１０の基板下面１０ｂに露出しない。絶縁膜１５は図３では図示省略されている。
【００１９】
ベース基板２０は、シリコン基板１０を接合して支持する支持基板であって、シリコン基板１０との接合面に、複数の電気接続支持部１１に対応する複数の電気接続部２１と、この電気接続部２１から引き出した電気配線の端部にワイヤーボンディング可能に設けた複数の電極パッド２５を有している。シリコン基板１０とベース基板２０は、互いの電気接続支持部１１、２１を接合することで、一体化されている。
【００２０】
次に、図４〜図７を参照し、本発明によるフォースセンサの製造方法について説明する。図４〜図７は、本発明を適用したフォースセンサの製造方法の一工程を示す断面図である。
【００２１】
先ず、図４に示すように、シリコン基板１０に、基板上面１０ａのほぼ中央に位置させて、基板上面１０ａとの間に所定の段差を生じさせる円柱状の凸部３０’を形成する。ここで、凸部３０’は、例えばエッチング処理によってシリコン基板１０の上面を凸形状に削って（凸部３０’を残して基板上面を削って）形成し、または、別のシリコン基板で形成した凸部をシリコン基板１０の基板上面１０ａに接合して形成することができる。
【００２２】
次に、図５に示すように、凸部３０’の上面にその外周エッジを露出させるようにして第１のレジストＲ１を塗布し、かつ、基板上面１０ａから凸部３０’の周面にかけて該凸部３０’の周囲を埋めるように第２のレジストＲ２を塗布する。レジスト塗布後は加熱処理を行い、第１のレジストＲ１及び第２のレジストＲ２を固化させる。このレジストベークにおいて、凸部３０’の上面に塗布した第１のレジストＲ１は、熱収縮により、高さ位置が低くなるほど径が広がるＲ形状が付与される。図５はＲ形状付与後の形状を模式的に示している。ここまでの工程により、凸部３０’の外周エッジを除いて、基板上面全体がレジストＲ１、Ｒ２で覆われる。
【００２３】
続いて、図６に示すように、反応性イオンエッチング処理（ＲＩＥ）を実行する。ＲＩＥを開始すると、レジストで覆われていない凸部３０’の上面の外周エッジが削られ、同時に、第１のレジストＲ１及び第２のレジストＲ２も削られて時間経過とともに第１のレジストＲ１で覆われた凸部３０’の上面に第１のレジストＲ１のＲ形状が転写される。これにより、凸部３０’の上面に段差ができて高さ位置及び平面位置が異なる第１の受圧面３１と第２の受圧面３２が形成され、さらに、各受圧面３１、３２の外周エッジに、高さ位置が低くなるほど該各受圧面３１、３２の径を広げる方向に傾斜する傾斜面３３、３４が形成される。第１の受圧面（図６の工程の段階では第１のレジストＲ１で覆われている面）３１と第２の受圧面３２は、シリコン基板１０の基板上面１０ａと平行なフラット面で保持されている。この１回のＲＩＥ工程で二段の受圧面３１、３２と傾斜面３３、３４が同時に形成されるので、一段の受圧面と傾斜面を設ける場合に比べて、傾斜面３３、３４となる高さ分を二倍確保できる。本実施形態では、図６に示すように、凸部３０’の上面に第１のレジストＲ１が残っている状態でＲＩＥを終了させる。
【００２４】
ＲＩＥ終了後は、図７に示すように、残った第１のレジストＲ１及び第２のレジストＲ２を剥離する。これにより、高さ位置及び平面位置が異なる第１の受圧面３１と第２の受圧面３２を有し、これら受圧面３１、３２の外周エッジにそれぞれ傾斜面３３、３４が形成されたシリコン受圧部３０が得られる。
【００２５】
以上の工程によりシリコン受圧部３０を形成したら、シリコン基板１０の基板下面１０ｂに、複数の電気接続支持部１１、複数のピエゾ抵抗素子１３及び回路配線部１４を形成し、互いの電気接続部１１、２１を電気的に接続してシリコン基板１０とベース基板２０を接合することで、図１に示す完成状態のフォースセンサ１が得られる。この基板下面１０ｂの回路形成と基板上面１０ａのシリコン受圧部３０の形成は、順番が逆であってもよい。
【００２６】
図１に示す完成状態のフォースセンサ１において、シリコン受圧部３０の最上面は、第１の受圧面３１である。よって、フォースセンサ１の使用初期状態では、外部からの荷重を第１の受圧面３１で受ける。繰り返し荷重を受けることで第１の受圧面３１は磨耗し、その表面高さが徐々に低くなってくる。そして、第１の受圧面３１が第２の受圧面３２と同じ高さになると両方の受圧面３１、３２で荷重を受け、さらに第１の受圧面３１が第２の受圧面３２よりも低くなると、第２の受圧面３２で荷重を受けることとなる。このように外部からの荷重を受ける受圧面がスイッチすることで、繰り返し荷重による受圧面の割れを防止でき、シリコン受圧部３０の寿命を延ばすことができる。
【００２７】
この第１実施形態によれば、シリコン受圧部３０に高さ位置及び平面位置を異ならせた複数段の受圧面３１、３２を設けたので、上段の受圧面３１の磨耗具合によって外部からの荷重を受ける受圧面が下段の受圧面３２にスイッチし、シリコン受圧部３０の寿命を延ばすことができる。そして、各段の受圧面３１、３２の外周エッジには傾斜面３３、３４が形成されているので、各段の受圧面３１、３２のエッジ部への応力集中が緩和され、各段の受圧面３１、３２の外周エッジからの割れを防げる。さらに、受圧面及びその外周エッジの傾斜面は１回のＲＩＥ工程により複数段同時に形成できるので、製造容易であり、一段の受圧面及び傾斜面を形成する場合に比べて傾斜面の高さ分を段数倍確保できるので、より耐久性が向上する。
【００２８】
図８は、本発明を適用したフォースセンサの第２実施形態を示す断面図である。このフォースセンサ２は、シリコン受圧部３０の第１の受圧面３１’を、高さ位置が低くなるほど径を広げる断面Ｒ形状で形成した実施形態であり、第１の受圧面３１’以外の構成は第１実施形態と同一である。断面Ｒ形状をなす第１の受圧面３１’は、上述した第１実施形態のＲＩＥ工程（図６）を第１のレジストＲ１が完全になくなるまで続行することで、形成できる。第２の受圧面３２は、シリコン基板１０の上下面１０ａ、１０ｂに対して平行なフラット面（巨視的な凹凸のない平坦面）であり、第１の受圧面３１’の外周に位置している。第１の受圧面３１’及び第２の受圧面３２はいずれも、外部からの荷重を面に対して垂直方向（図示上下方向）に受ける。第１の受圧面３１’を断面Ｒ形状で設けることで、第１実施形態の第１の受圧面３１の外周エッジに傾斜面３３を設けた場合と同様に、第１の受圧面３１’と第２の受圧面３２の段差を滑らかに連続させることができる。この第２実施形態においても、第１の受圧面３１’が繰り返し荷重を受けることで磨耗し、第１の受圧面３１’が第２の受圧面３２と同じ高さになると第２の受圧面３２で荷重を受けるので、シリコン受圧部３０の寿命を延ばすことができる。また、第１の受圧面３１’及び第２の受圧面３２のエッジへの応力集中が緩和され、第１の受圧面３１’及び第２の受圧面３２の外周エッジからの割れを防止できる。さらに、第１の受圧面３１’、第２の受圧面３２及び該第２の受圧面３２の外周エッジの傾斜面３４は１回のＲＩＥ工程により同時に形成できるので、製造容易であり、一段の受圧面及び傾斜面を形成する場合に比べて傾斜面の高さ分を段数倍確保できるので、より耐久性が向上する。
【００２９】
表１に、シリコン受圧部に荷重７[Ｎ]を６万回、１００万回、２００万回と繰り返し与え、シリコン受圧部の耐久性を調べた荷重試験結果をまとめた。表１の×印はシリコン受圧部が破損した場合を、△印はシリコン受圧部に欠けや凹みが生じている場合を、○印はシリコン受圧部に欠けや凹みが生じていない場合を、それぞれ示している。
【００３０】
（表１）
2011191103.tif 000003
【００３１】
比較例１は、図９に示すように、受圧面１３１の外周エッジに傾斜面を形成していない、すなわち、受圧面１３１と周面１３３が直角に当たる円柱状（断面矩形状）のシリコン受圧部１３０を有するフォースセンサを用いた場合である。おこの比較例１では、６万回で、資料番号１〜５すべてのシリコン受圧部１３０が破損した。図１０は、６万回荷重を加えた後のシリコン受圧部１３０の表面状態を示すＳＥＭ画像（走査型電子顕微鏡画像）である。図１０から明らかなように、シリコン受圧部１３０は外周エッジ側から大きく割れている。
【００３２】
比較例２は、図１１に示すように、単一の受圧面２３１を有し、この受圧面２３１の外周エッジに傾斜面２３３を形成したシリコン受圧部２３０を有するフォースセンサを用いた場合である。この比較例２では、６万回で破損したもの(資料番号８)、２００万回で凹みができたもの（資料番号９、１０）があった。図１２は資料番号８のシリコン受圧部２３０に、６万回荷重を加えた後のその表面状態を示すＳＥＭ画像であり、図１２のシリコン受圧部２３０は外部エッジ側から大きく割れている。図１３は、資料番号１０のシリコン受圧部２３０に、２００万回荷重を加えた後のその表面状態を示すＳＥＭ画像であり、図１３のシリコン受圧部２３０は、外周エッジに大きな凹みができており、この凹みから割れやすい状態にある。
【００３３】
実施例は、図１に示すように、第１の受圧面３１及び第２の受圧面３２を有し、これら受圧面３１、３２の両方の外周エッジに傾斜面３３、３４を設けたシリコン受圧部３０を有するフォースセンサ１を用いた場合である。実施例では、１００万回で資料番号１１〜１５のすべてに欠けや凹みがなく、２００万回で凹みができたもの（資料番号１１、１４）があった。しかし、図１４のシリコン受圧部３０は、第１の受圧面３１の内側が凹んでいるが、これは繰り返し荷重による磨耗であって外周エッジに欠けはなく、第１の受圧面３１は依然、受圧面として機能できる状態である。図１４は、資料番号１１のシリコン受圧部３０に、２００万回荷重を加えた後のその表面状態を示すＳＥＭ画像である。シリコン受圧部に設ける傾斜面の一段分の高さを同一とするなら、一段の傾斜面を具備する比較例１に比べて二段の傾斜面を具備する本実施例のほうが、傾斜面となる高さを２倍で確保でき、耐久性を向上させるのに有利である。図１５は、資料番号１２のシリコン受圧部３０に、２００万回荷重を加えた後の表面状態を示すＳＥＭ画像である。図１５のシリコン受圧部３０は、第１の受圧面３１が欠けや凹みのないフラットな状態で保持されていて、２００万回以上の耐久性を有していることが明らかである。
【００３４】
上記結果から、二段の受圧面３１、３２を有し、各受圧面３１、３２の外周エッジに傾斜面３３、３４を設けた実施例は、傾斜面を具備しない比較例１及び一段の傾斜面を具備した比較例２に比べて、耐久性を大幅に向上させることが明らかである。
【符号の説明】
【００３５】
１、２  フォースセンサ
１０  シリコン基板
１０ａ  基板上面
１０ｂ  基板下面
１１  電気接続支持部
１２  変位部
１３  ピエゾ抵抗素子
１４  回路配線部
１５  絶縁膜
２０  ベース基板
２１  電気接続部
２５  電極パッド
３０  シリコン受圧部
３１  第１の受圧面
３２  第２の受圧面
３３、３４  傾斜面
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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