(57)【特許請求の範囲】
【請求項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部を有する支持膜、及び前記ダイアフラム部上に設けられて、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の内周縁と重なる位置、または前記開口部の内周縁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、を備える圧力センサーが複数配置されてなるセンサーアレイであって、
隣り合う前記圧力センサーの枠体間には、間隙が形成されていることを特徴とするセンサーアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサーアレイであって、
第２開口部を有する第２支持体、前記第２支持体上に設けられて、前記第２開口部を閉塞する第２ダイアフラム部を有する第２支持膜、及び前記第２ダイアフラム部上に設けられて、電圧の印加により撓む第２圧電体を備えた超音波トランスデューサー部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。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサーアレイであって、
前記超音波センサーは、前記超音波トランスデューサー部上に、前記第２支持膜の膜厚み方向に沿う筒状の第２空洞部を有するとともに、前記第２支持膜を膜厚み方向から見た平面視において、前記第２空洞部の筒状内周壁が前記第２開口部の内周縁と重なる位置、または前記第２開口部の内周縁よりも外側に形成される第２枠体を更に備えることを特徴とするセンサーアレイ。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサーアレイであって、
複数の前記圧力センサー及び複数の前記超音波センサーを備え、
隣り合う前記圧力センサーの枠体の間、隣り合う前記超音波センサーの第２枠体の間、または隣り合う前記圧力センサーの枠体と前記超音波センサーの第２枠体との間には、間隙が形成されていることを特徴とするセンサーアレイ。
【請求項５】
請求項４に記載のセンサーアレイであって、前記支持体と前記第２支持体は共通の共通支持体であり、前記共通支持体から前記圧力センサーの頂部までの高さは、前記共通支持体から前記超音波センサーの頂部までの高さより高く形成されていることを特徴とするセンサーアレイ。
【請求項６】
請求項４または５に記載のセンサーアレイであって、
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次元アレイ構造を備えていることを特徴とするセンサーアレイ。
【請求項７】
請求項１または４に記載のセンサーアレイであって、
前記間隙は、前記圧力センサーに対して第１の圧力が印加された際に、前記枠体が撓んで、隣の前記圧力センサーの前記枠体、または隣の前記超音波センサーの前記第２枠体と接触する寸法に設定されており、
前記第１の圧力は、前記圧力センサーの許容圧力よりも小さいことを特徴とする、センサーアレイ。
【請求項８】
複数の圧力センサーを含むセンサーアレイの製造方法であって、
支持体上に支持膜を形成し、前記支持膜上に圧電体を形成して、複数の圧力検出部を形成する圧力検出部形成工程と、
前記複数の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、隣り合う枠体間に間隙を有するように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、
ロールコート法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センサーアレイの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のセンサーアレイの製造方法であって、
前記支持膜を膜厚み方向から見た平面視で前記間隙と重なる位置において前記支持膜を分割する溝を形成する工程、をさらに備えることを特徴とするセンサーアレイの製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載のセンサーアレイの製造方法であって、
前記支持体の下側にセンサー基板を貼る工程と、
前記センサー基板の少なくとも一部を残して、前記支持膜を膜厚み方向から見た平面視で前記間隙と重なる位置において前記支持体を分割する溝を形成する工程と、
をさらに備えることを特徴とするセンサーアレイの製造方法。
【請求項１１】
請求項８に記載のセンサーアレイの製造方法であって、
前記膜形成工程を行った後、前記圧力センサーを一つ以上含むブロックに分割する行程と、
前記ブロックを、前記圧力センサーの下側がセンサー基板側にくるよう前記センサー基板に貼り付ける行程と、をさらに備えることを特徴とするセンサーアレイの製造方法。
【請求項１２】
複数の圧力センサーと複数の超音波センサーとを含むセンサーアレイの製造方法であって、
支持体上に支持膜を形成し、前記支持膜上に圧電体を形成して、複数の圧力検出部及び複数の超音波トランスデューサー部を形成する圧電体センサー部形成工程と、
前記複数の圧力検出部及び複数の超音波トランスデューサー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、かつ間隙により区分される複数の枠体を形成する枠体形成工程と、
一部の前記空洞部内に圧力媒体を充填する充填工程と、
ロールコート法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センサーアレイの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のセンサーアレイの製造方法であって、
前記支持膜を膜厚み方向から見た平面視において、前記間隙と重なる位置において前記支持膜を分割する溝を形成する工程をさらに備えることを特徴とするセンサーアレイの製造方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載のセンサーアレイの製造方法であって、
前記支持体の下側にセンサー基板を貼る工程と、
前記センサー基板の少なくとも一部を残して、前記支持膜を膜厚み方向から見た平面視で前記間隙と重なる位置において前記支持体を分割する溝を形成する工程をさらに備えることを特徴とするセンサーアレイの製造方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のセンサーアレイの製造方法であって、
前記膜形成工程を行った後、前記圧力センサーまたは超音波センサーを少なくとも一つ以上含むブロックに分割する行程と、
前記ブロックを、前記圧力センサーの下側がセンサー基板側にくるよう前記センサー基板に貼り付ける行程とを、さらに備えることを特徴とするセンサーアレイの製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサーアレイを備え、物体を把持する把持装置であって、
前記物体を把持するとともに、前記物体に接触する接触面に少なくとも１つの前記センサーアレイが設けられる一対の把持アームと、
前記センサーアレイから出力される電気信号に基づいて、前記物体の把持状態を検出する把持検出手段と、
前記把持状態に基づいて、前記把持アームの駆動を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする把持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサー、センサーアレイ、センサーアレイの製造方法、及び把持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１９９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、物体と外部に露出する圧電膜とが直接接触することから、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り、メンブレンの圧電体やダイアフラムが破損し易くなるという課題がある。
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかる圧力センサーは、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部を有する支持膜、及び前記ダイアフラム部上に設けられて、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の内周縁と重なる位置、または前記開口部の内周縁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。
【０００７】
これによれば、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部となっており、このダイアフラム部、及びダイアフラム部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。
そして、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。また、枠体は封止膜で封止されている。
そのため、この圧力センサーを、物体を把持する把持装置に適用した場合、封止膜と物体との間に生じる圧力は、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部に分散された力が加わることとなる。従って、ダイアフラム部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。なお「上」とは、特定の部材が支持体から支持膜へ向かう方向に位置することを示すものとし、互いに接触していない場合も含むものとする。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかる圧力センサーであって、前記枠体は、可撓性を有することを特徴とする。
【０００９】
上記した適用例によれば、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。そのため、この力が枠体の内部空間に充填される圧力媒体を介して、ダイアフラム部に伝達されるため、圧力を良好に検知できる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例にかかる圧力センサーが複数配列されてなるセンサーアレイであって、隣り合う前記圧力センサーの枠体間には、間隙が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
上記した適用例によれば、圧力センサーの枠体間には、間隙が形成されている。間隙として、例えば圧力センサーの変形限界未満の値で互いに接触する幅に設定する。すると、圧力センサーが圧力で変形し、変形限界以上に変形する前に、隣り合う圧力センサーの枠体と接触する。すると圧力センサーの枠体が互いに補強材として機能するため、センサーアレイの信頼性（圧力耐性）を高めることが可能となる。
【００１２】
［適用例４］本適用例にかかるセンサーアレイは、上述した圧力センサーと、第２開口部を有する第２支持体、前記第２支持体上に設けられて、前記第２開口部を閉塞する第２ダイアフラム部を有する第２支持膜、及び前記第２ダイアフラム部上に設けられて、電圧の印加により撓む第２圧電体を備えた超音波トランスデューサー部を有する超音波センサーと、を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記した適用例によれば、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、物体を把持す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、枠体を、圧力センサーを構成する枠体と同じ工程で形成できる。そして、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。
【００１４】
［適用例５］上記適用例にかかるセンサーアレイであって、前記超音波センサーは、前記超音波トランスデューサー部上に、前記第２支持膜の膜厚み方向に沿う筒状の第２空洞部を有するとともに、前記第２支持膜を膜厚み方向から見た平面視において、前記第２空洞部の筒状内周壁が前記第２開口部の内周縁と重なる位置、または前記第２開口部の内周縁よりも外側に形成される第２枠体を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
上記した適用例によれば、センサーアレイは、超音波センサーも第２枠体を含むので、例えば、物体を把持する把持装置のアーム等に適用する場合に超音波センサーが物体と接触して劣化あるいは破損することを防止できる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例にかかるセンサーアレイであって、複数の前記圧力センサー及び複数の前記超音波センサーを備え、隣り合う前記圧力センサーの枠体の間、隣り合う前記超音波センサーの第２枠体の間、または隣り合う前記圧力センサーの枠体と前記超音波センサーの第２枠体との間には、間隙が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記した適用例によれば、超音波センサー及び圧力センサーは、間隙を介して隣り合う。そのため、超音波センサーの第２ダイアフラム部の振動は間隙部により伝達が抑えられる。そのため、超音波センサーからの振動は減衰された状態で圧力センサーに達するため、圧力を精度良く検知できるセンサーアレイを提供することが可能となる。
【００１８】
［適用例７］上記適用例にかかるセンサーアレイであって、前記支持体と前記第２支持体は共通の共通支持体であり、前記共通支持体から前記圧力センサーの頂部までの高さは、前記共通支持体から前記超音波センサーの頂部までの高さより高く形成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記した適用例によれば、圧力センサーの頂部が当接面となる。即ち、超音波センサーの頂部に先んじて当接するため、この状態では超音波センサーの頂部は物体とは接触しない。そのため、超音波センサーは圧力による劣化から逃れることができ、高い信頼性（圧力耐性）を保つことが可能となる。
【００２０】
［適用例８］上記適用例にかかるセンサーアレイであって、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次元アレイ構造を備えていることを特徴とする。
【００２１】
上記した適用例によれば、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が物体の略同じ位置を検出する。そのため、超音波センサーによる位置制御と、圧力センサーによる圧力制御とを滑らかに切り替えることが可能となる。
【００２２】
［適用例９］上記適用例にかかるセンサーアレイであって、前記間隙は、前記圧力センサーに対して第１の圧力が印加された際に、前記枠体が撓んで、隣の前記圧力センサーの前記枠体、または前記超音波センサーの前記第２枠体と接触する寸法に設定されており、前記第１の圧力は、前記圧力センサーの許容圧力よりも小さいことを特徴とする。
【００２３】
上記した適用例によれば、隣り合う前記圧力センサー間、または超音波センサー間、あるいは圧力センサーと超音波センサーとの間には、間隙が形成されている。ここで間隙を、第１の圧力を受けて、圧力センサーの枠体が変形した場合に、圧力センサーの許容圧力よりも小さい状態で隣の圧力センサーの枠体、または超音波センサーの第２枠体と接触する寸法に設定する。すると、圧力センサーの許容圧力範囲内にある第１の圧力で圧力センサーの枠体または超音波センサーの第２枠体と接触することで互いに補強材として機能する。そのため、センサーアレイの信頼性（圧力耐性）を高めることが可能となる。なお、ここでいう許容圧力とは、圧力センサーや超音波センサーのダイアフラム部または第２ダイアフラム部が破損しない最大の圧力をいう。
【００２４】
［適用例１０］本適用例にかかるセンサーアレイの製造方法は、複数の圧力センサーを含むセンサーアレイの製造方法であって、支持体上に支持膜を形成し、前記支持膜上に圧電体を形成して、複数の圧力検出部を形成する圧力検出部形成工程と、前記複数の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、隣り合う枠体間に間隙を有するように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、ロールコート法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。
【００２５】
これによれば、間隙を持って区画された複数の圧力センサーを含むセンサーアレイを製造することができる。間隙を圧力センサーの枠体が変形した場合に、圧力センサーの許容圧力よりも小さい状態で隣の圧力センサーの枠体と接触する寸法に設定することで、圧力センサーの許容圧力範囲内で圧力センサーの枠体を互いに補強材とする枠体を形成することが可能となる。また、間隙を設けることで、隣り合う圧力センサーからの干渉を抑制しうるセンサーアレイの製造方法を提供することが可能となる。
【００２６】
［適用例１１］上記適用例にかかるセンサーアレイの製造方法であって、前記支持膜を膜厚み方向から見た平面視で前記間隙と重なる位置において前記支持膜を分割する溝を形成する工程、をさらに備えることを特徴とする。
【００２７】
上記した適用例によれば、圧力センサー間の干渉を避けることが可能となる。圧力センサーは、互いに溝を介して接続されているため互いに干渉が抑えられ、高い精度で圧力を検知しうるセンサーアレイの製造方法を提供することが可能となる。
【００２８】
［適用例１２］上記適用例にかかるセンサーアレイの製造方法であって、前記支持体の下側にセンサー基板を貼る工程と、前記センサー基板の少なくとも一部を残して、前記間隙に前記支持体を分割する溝を形成する工程とをさらに備えることを特徴とする。
【００２９】
上記した適用例によれば、圧力センサー間の干渉を避けるセンサーアレイの製造方法を提供することが可能となる。圧力センサー間は、支持体を取り除く溝が形成されているため、互いに干渉することはなく、高い精度で圧力を検知しうるセンサーアレイの製造方法を提供することが可能となる。なお、「下側」とは、上記した「上」と反対側の方向を指すものとする。
【００３０】
［適用例１３］上記適用例にかかるセンサーアレイの製造方法であって、前記膜形成工程を行った後、前記圧力センサーを一つ以上含むブロックに分割する行程と、前記ブロックを、前記圧力センサーの下側がセンサー基板側にくるよう前記センサー基板に貼り付ける行程とを、さらに備えることを特徴とする。
【００３１】
上記した適用例によれば、圧力センサーを一旦分割してからセンサー基板に貼り付けるため、支持体よりも大きなセンサー基板に対しても対応することができる。
【００３２】
［適用例１４］本適用例にかかるセンサーアレイの製造方法は、複数の圧力センサーと複数の超音波センサーとを含むセンサーアレイの製造方法であって、支持体上に前記支持膜を形成し、前記支持膜上に圧電体を形成して、複数の圧力検出部及び複数の超音波トランスデューサー部を形成する圧電体センサー部形成工程と、前記複数の圧力検出部及び複数の超音波トランスデューサー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、かつ間隙により区分される複数の枠体を形成する枠体形成工程と、一部の前記空洞部内に圧力媒体を充填する充填工程と、ロールコート法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。
【００３３】
これによれば、間隙を持って区画された複数の圧力センサーと複数の超音波センサーを含むセンサーアレイを製造することができる。間隙を圧力センサーの枠体が変形した場合に、圧力センサーの許容圧力よりも小さい状態で隣の圧力センサーまたは超音波センサーの第２枠体と接触する寸法に設定することで、圧力センサーの許容圧力範囲内で圧力センサーの枠体または超音波センサーの第２枠体を互いに補強材とする枠体を形成する製造方法を提供することが可能となる。また、間隙を設けることで、隣り合う圧力センサーや超音波センサーからの干渉を抑制しうるセンサーアレイの製造方法を提供することが可能となる。
【００３４】
［適用例１５］上記適用例にかかるセンサーアレイの製造方法であって、前記支持膜を膜厚み方向から見た平面視において、前記間隙と重なる位置において前記支持膜を分割する溝を形成する工程をさらに備えることを特徴とする。
【００３５】
上記した適用例によれば、超音波センサー及び圧力センサーは、支持膜を取り除くことで形成された溝を介して、隣り合うように形成される。そのため、超音波センサーの第２ダイアフラム部の振動がこの溝部により吸収される。つまり、超音波センサーからの振動は減衰された状態で圧力センサーに達するため、圧力を精度良く検知できる圧力センサーを備えたセンサーアレイの製造方法を提供することが可能となる。
【００３６】
［適用例１６］上記適用例にかかるセンサーアレイの製造方法であって、前記支持体の下側にセンサー基板を貼る工程と、前記センサー基板の少なくとも一部を残して、前記支持膜を膜厚み方向から見た平面視で前記間隙と重なる位置において前記支持体を分割する溝を形成する工程をさらに備えることを特徴とする。
【００３７】
上記した適用例によれば、圧力センサーや超音波センサー間の干渉を避けることを可能とする製造方法が提供できる。圧力センサーや超音波センサーの間は、支持体も含めて機械的に分断して形成されるため、互いに干渉することはなく、高い精度で圧力を検知しうるセンサーアレイの製造方法を提供することが可能となる。
【００３８】
［適用例１７］上記適用例にかかるセンサーアレイの製造方法であって、前記膜形成工程を行った後、前記圧力センサーまたは超音波センサーを少なくとも一つ以上含むブロックに分割する行程と、前記ブロックを、前記圧力センサーの下側がセンサー基板側にくるよう前記センサー基板に貼り付ける行程とを、さらに備えることを特徴とする。
【００３９】
上記した適用例によれば、超音波センサーや圧力センサーを一旦分割してからセンサー基板に貼り付けるため、支持体よりも大きなセンサー基板に対しても対応することができる。
【００４０】
［適用例１８］本実施形態にかかる把持装置は、上述のセンサーアレイを備え、物体を把持する把持装置であって、前記物体を把持するとともに、前記物体に接触する接触面に少なくとも１つの前記センサーアレイが設けられる一対の把持アームと、前記センサーアレイから出力される電気信号に基づいて、前記物体の把持状態を検出する把持検出手段と、前記把持状態に基づいて、前記把持アームの駆動を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００４１】
これによれば、物体が把持アームから離れている場合、把持アームの駆動速度を上げて動作させることで、把持アームが物体に近づくまでの時間を短縮することが可能となる。また、物体が把持アームに近づいた場合、把持アームの駆動速度を下げることで、把持アームと物体との衝突を避けることができる。そして、物体が把持アームと接触した後は、圧力センサーからの信号を用いることで、把持圧力を調整することが可能となる。即ち、物体を短時間で精密な把持圧力で把持できる把持装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】把持装置の概略図。
【図２】センサーアレイを示す斜視図。
【図３】超音波センサー及び圧力センサーを示す断面図。
【図４】センサーアレイの製造工程を示す図。
【図５】センサーアレイの製造工程を示す図。
【図６】センサーアレイの製造工程を示す図。
【図７】センサーアレイの製造工程を示す図。
【図８】実施形態１に係る変形例を示す図。
【図９】センサーアレイを示す斜視図。
【図１０】センサーアレイを示す平面図及び断面図。
【図１１】センサーアレイの製造工程を説明するための工程断面図。
【図１２】センサーアレイの製造工程を説明するための工程断面図。
【図１３】センサーアレイを示す斜視図。
【図１４】センサーアレイを示す平面図及び断面図。
【図１５】センサーアレイに圧力をかけた場合の断面図。
【図１６】センサーアレイの製造工程を説明するための工程断面図。
【図１７】センサーアレイの製造工程を説明するための工程断面図。
【図１８】センサーアレイを示す斜視図。
【図１９】センサーアレイを示す平面図及び断面図。
【図２０】センサーアレイを示す斜視図。
【図２１】センサーアレイを示す平面図及び断面図。
【図２２】把持装置の把持動作を説明するための構成図。
【図２３】把持装置の把持動作を説明するためのフローチャート。
【図２４】把持装置の把持動作を説明するためのタイミングチャート。
【図２５】センサーアレイを示す断面図。
【図２６】センサーアレイの製造工程を示す図。
【図２７】センサーアレイの製造工程を示す図。
【図２８】センサーアレイを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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。
［実施形態１］
【００４４】
［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、把持アームとしてのアーム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。
【００４５】
［センサーアレイの構成］
図２は、超音波センサーと、圧力センサーと、を備えるセンサーアレイを示す斜視図である。そして、図７（Ｂ）は、センサーアレイの製造工程を示す工程断面図と、超音波センサー５、及び圧力センサー６を支持する共通支持体５１，６１を備えた図２に示すセンサーアレイの構造を示す断面図とを兼ねている。
図７（Ｂ）に示すセンサーアレイ４は、圧力センサーが設けられる支持体６１と、超音波センサーが設けられる第２支持体５１とが共通である共通支持体５１，６１を有しており、当該共通支持体５１，６１上に実装される複数の超音波センサー５と、複数の圧力センサー６と、を備えている。また、センサーアレイ４では、超音波センサー５、圧力センサー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配置される２次元アレイ構造を備えている。
超音波センサー５、圧力センサー６は、超音波センサー５、圧力センサー６に対して共通に設けられた共通支持体５１，６１上に設けられ共通支持体５１，６１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。そして、第２枠体５４同士、枠体６４同士、第２枠体５４と枠体６４間には間隙が備えられている。
以下の説明では共通支持体５１，６１を適宜、支持体６１と第２支持体５１とに分けて説明する。
なお、「上」とは、特定の部材が共通支持体５１、６１から枠体６４，第２枠体５４に向かう方向に位置することを示すものとし、互いに接触していない場合も含むものとする。
【００４６】
［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、第２支持体５１上に順に積層される第２支持膜５２、第２圧電体５３、第２枠体５４、及び保護膜５５を備えている。
また、第２支持膜５２及び第２圧電体５３により、超音波トランスデューサー部１１が構成される。
【００４７】
第２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、第２支持体５１には、第２支持膜５２を膜厚み方向から見た平面視において、円形状の第２開口部５１Ａがドライエッチングにより形成されている。
【００４８】
第２支持膜５２は、第２支持体５１の第２開口部５１Ａを閉塞し、第２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、第２支持膜５２により第２開口部５１Ａを閉塞される部分が、第２ダイアフラム部５７となっている。この第２ダイアフラム部５７と、第２ダイアフラム部５７上に設けられて、電圧の印加により撓む第２圧電体５３とでメンブレン８が構成される。
【００４９】
第１酸化膜５２Ａは、例えば、ＳｉＯ2により形成されて、第２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。
【００５０】
第２酸化膜５２Ｂは、例えば、ＺｒＯ2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最終的に約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、第２圧電体５３の後述する第２圧電膜５３１の焼成形成時の第２圧電膜５３１の剥離を防止するための層である。すなわち、第２圧電膜５３１（例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate））の焼成時、第２酸化膜５２Ｂが形成されていない場合、Ｐｂ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、この気泡により第２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、第２圧電膜５３１の歪みに対する撓み効率が低下するなどの課題もある。これに対して、第２酸化膜５２Ｂを第１酸化膜５２Ａ上に形成することで、第２圧電膜５３１の剥離や、撓み効率の低下などの不都合を回避できる。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。
【００５１】
ここで、第２開口部５１Ａの径寸法Ｄ’は、第２ダイアフラム部５７の固有振動数に応じて、例えば約１００μｍ〜数１００μｍ程度の範囲で適宜設定されている。この第２ダイアフラム部５７が振動することで、超音波が物体１０（図１参照）側に向けて発信される。
【００５２】
第２圧電体５３は、センサー平面視において、第２開口部５１Ａと同心円に形成される膜状部材であり、第２圧電体５３の径寸法は、第２開口部５１Ａの径寸法Ｄ’よりも小さく形成されている。この第２圧電体５３は、第２圧電膜５３１と、第２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。なお圧電体の径寸法とは、下部電極、圧電膜、及び上部電極の３層が積層されている領域の径を言う。
【００５３】
圧電膜５３１は、例えばＰＺＴ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・伸長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（ＰｂＴｉＯ3）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ3）などを用いてもよい。
【００５４】
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、第２圧電膜５３１の下に形成されている。上部電極５３３は、第２圧電膜５３１の上に形成されている。
これらの上部電極５３３及び下部電極５３２は、それぞれ第２ダイアフラム部５７の裏面側（第２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の図示せぬ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。
【００５５】
第２枠体５４は、可撓性を有する合成樹脂材の永久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、第２枠体５４に設けられる筒状内周壁５４１によって、第２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、第２支持膜５２の膜厚み方向から見た平面視で筒状の空洞部５４Ａの筒状内周縁が、第２開口部５１Ａの内周縁と重なる位置、または内周縁よりも外側の位置となるよう第２枠体５４が形成されている。ここでは、第２枠体５４の内径寸法を、第２開口部５１Ａの寸法と略同一寸法（重なる場合）となるよう形成している。そして、第２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。例えば、第２枠体５４は東京応化工業株式会社のＴＭＭＲ（登録商標）TMＳ２０００の永久レジストを用いることで形成可能である。
なお、第２枠体５４を形成する材料としては、永久レジストの他、ドライフィルムレジスト等の感光性樹脂膜を用いてもよい。
【００５６】
保護膜５５は、物体１０と接触する部分であり、第２枠体５４と同様に可撓性を有する合成樹脂材の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、第２枠体５４の上端面を覆っている。例えば、保護膜５５は東京応化工業株式会社のＴＭＭＦTMＳ２０００のドライフィルムレジストを用いることで形成可能である。
【００５７】
［超音波センサーの動作］
上述の超音波センサー５では、制御部から第２圧電体５３の下部電極５３２及び上部電極５３３間に所定の周期を持つ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、第２ダイアフラム部５７の第２圧電体５３側が面方向に収縮されて、第２ダイアフラム部５７が第２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、第２ダイアフラム部５７の第２圧電体５３側が面方向に伸長されて、第２ダイアフラム部５７が第２圧電体５３側に向かって凸状に撓む。
これにより、第２ダイアフラム部５７が第２支持膜５２の面方向に直交する方向に振動し、第２ダイアフラム部５７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、第２ダイアフラム部５７は、物体１０（図１参照）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、この第２ダイアフラム部５７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。
【００５８】
［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、例えば把持装置１（図１参照）のアーム３の把持面３１が物体１０を把持した際の圧力を検知するものである。把持面３１に備え付けられた圧力センサー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は音波センサー５の第２支持体５１と共通の共通支持体であり、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の第２支持膜５２、第２圧電体５３、及び第２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。
【００５９】
枠体６４は、超音波センサー５の第２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部６７と、ダイアフラム部６７上に設けられる圧電体６３とを備えたメンブレン８が収納されている。
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が充填されている。
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。そして、支持膜６２の膜厚み方向から見た平面視で、筒状の空洞部６４Ａの筒状内周縁が、開口部６１Ａの内周縁と重なる位置、または内周縁よりも外側の位置となるよう枠体６４が形成されている。ここでは、枠体６４の内径寸法を、開口部６１Ａの径寸法Ｄと略同一寸法（重なる場合）となるよう形成している。
【００６０】
封止膜６５は、保護膜５５と同様に、物体１０（図１参照）と接触する部分であり、内部空間６６を閉塞してシリコーンオイル２０を封止するように、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。例えば、封止膜６５は東京応化工業株式会社のＴＭＭＦTMＳ２０００のドライフィルムレジストを用いることで形成可能である。
なお、封止膜６５を形成する材料としては、ドライフィルムレジストの他、永久レジスト等の感光性樹脂膜を用いてもよい。
シリコーンオイル２０が内部空間６６に充填されていることで、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。
なお、内部空間６６に充填される圧力媒体がポリマーゲルなどのような漏れ出ない材質である場合は、封止膜６５は無くても良い。
【００６１】
［圧力センサーの動作］
上述した圧力センサー６では、図１に示すように物体１０がアーム３により把持されると、図３（Ｂ）に示す封止膜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、力がダイアフラム部６７へ伝達される。そして、ダイアフラム部６７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。
【００６２】
［センサーアレイの製造方法］
次に、センサーアレイの製造方法について説明する。
図４〜図７は、当該構造を備えるセンサーアレイの製造工程を示す工程断面図である。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。
以下の説明では、一対の超音波センサー５と圧力センサー６について記載しているが、これは、共に複数個の場合（図２参照）の場合についても対応可能である。
【００６３】
まず、開口部６１Ａ，第２開口部５１Ａが形成されていない共通支持体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、ＳｉＯ2で形成された第１酸化膜５２Ａ，６２Ａを約１μｍ程度の厚さとなるよう成膜する。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形成されたＺｒＯ2を用いて、厚さが約３μｍ程度の厚さとなるよう第２酸化膜５２Ｂ，６２Ｂを成膜する。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図４（Ａ）に示す。
【００６４】
次に、所定の圧力下のアルゴンガスの雰囲気内において、下部電極用の物質を第２酸化膜５２Ｂ，６２Ｂ上にスパッタリング成膜する。そして、共通支持体５１，６１に重ねて共通支持膜５２，６２が形成された面に図示せぬ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。ここで、下部電極５３２，６３２の間隔は、接触しない状態であれば任意の値をとることができる。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図４（Ｂ）に示す。
【００６５】
次に、圧電膜５３１，６３１用の物質を下部電極５３２，６３２上にスパッタリング成膜する。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パターニングし、圧電膜５３１，６３１を形成する。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図４（Ｃ）に示す。
【００６６】
次に、上部電極５３３，６３３用の物質を、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する。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パターニングし、上部電極５３３，６３３を形成する。これにより、超音波センサー５側には、超音波トランスデューサー部１１が、圧力センサー６側には、圧力検出部９が形成される（圧電体センサー部形成工程）。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図５（Ａ）に示す。
【００６７】
次に、共通支持体５１，６１を厚さが約２００μｍとなるように研削する。これは、最初の工程で、共通支持体５１，６１を所望の厚さ寸法に研削したものを用意すると、製造工程中に共通支持体５１，６１が反ってしまうおそれがあるためである。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図５（Ｂ）に示す。
【００６８】
次に、上部電極５３３，６３３上に枠体層７０として永久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、圧電体６３，第２圧電体５３を覆うように枠体層７０を形成する（枠体層形成工程）。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図５（Ｃ）に示す。
【００６９】
次に、上部電極５３３，６３３上に塗布された枠体層７０をフォトリソグラフィ法により露光・現像することで、枠体層７０を所望の形状にパターニングする。この工程で空洞部５４Ａ，６４Ａを有し、互いに独立する枠体６４，第２枠体５４が形成される（枠体形成工程）。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図６（Ａ）に示す。
【００７０】
次に、圧力センサー６の枠体６４の空洞部６４Ａに、シリコーンオイル２０を充填する（充填工程）。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図６（Ｂ）に示す。
【００７１】
次に、枠体６４，第２枠体５４の上面に、保護膜５５及び封止膜６５に対応するドライフィルムレジストを、ロールコート装置を用いて塗布する（膜形成工程）。この工程により、内部空間６６が形成される。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図６（Ｃ）に示す。
【００７２】
次に、保護膜５５及び封止膜６５に対応する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、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。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図７（Ａ）に示す。
次に、共通支持体５１，６１の下面側をドライエッチングし、枠体６４，第２枠体５４の内径寸法と略同一の径を有する開口部６１Ａ，第２開口部５１Ａを形成する。
以上により、図７（Ｂ）に示す、共通支持体５１，６１上に複数の超音波センサー５、及び複数の圧力センサー６を備えるセンサーアレイ４が形成される。
【００７３】
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，及びセンサーアレイ４の製造方法によれば、以下の効果を奏する。
【００７４】
図３（Ｂ）に示すように、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のダイアフラム部６７に分散された力が加わることとなる。従って、ダイアフラム部６７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。
【００７５】
図３（Ｂ）に示すように、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に充填されているシリコーンオイル２０を介して、メンブレン８のダイアフラム部６７に伝達されて、圧力を良好に検知できる。
【００７６】
図２に示すように、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。
【００７７】
センサーアレイの製造方法に示すように、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。
【００７８】
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、図２に示すように、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。
【００７９】
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の振動の圧力センサー６への伝達を抑制できる。すなわち、圧力センサー６のメンブレン８の圧電体６３やダイアフラム部６７に超音波センサー５からの振動により受ける影響が減少するので、圧力センサー６は圧力を精度良く検知できる。
【００８０】
以下、本発明に係る別の実施形態（実施形態２）を図面に基づいて説明する。
［実施形態２］
【００８１】
［センサーアレイの構成］
図９は、実施形態２に係るセンサーアレイ１８０を示す斜視図である。図１０（Ａ）は、図９に示すセンサーアレイ１８０の平面図、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示す、物体１０が接触した場合のＡ−Ａ’線断面図、図１０（Ｃ）は、物体１０を把持した状態で通常よりも大きな圧力が加えられた場合のＡ−Ａ’線断面図である。
センサーアレイ１８０は、例えば、耐圧力性に優れた触覚センサーであり、図１０に示すように物体１０とセンサーアレイ１８０との間の圧力を電気信号として出力する。このセンサーアレイ１８０は、支持体１６１上に実装される複数の圧力センサー１０６を備えている。実施形態１のセンサーアレイとは、圧力センサー１０６の許容圧力近傍で、許容圧力よりも小さい圧力が掛った場合において、隣り合う圧力センサー１０６の枠体同士が押し合わされる（接触する）ことで互いに補強材として機能するよう間隙（ギャップ）である溝Ｇが配置されている点が異なっている。これらの点以外は上述した実施形態で説明したものと同様であり、例えば圧力センサー１０６の間の一部のみに溝Ｇを形成しても良い。
【００８２】
圧力センサー１０６は、上述した「圧力センサーの構成」で示された構造を備える。すなわち、図１０（Ｂ）において、圧力センサー１０６の頂部を感圧面（当接面）として、シリコーンオイル１２０を介してメンブレン１０８に圧力を受けることから、物体１０からの衝撃をメンブレン１０８全体に分散できる。メンブレン１０８が圧力の集中から保護されることから、圧力センサー１０６の信頼性を向上させることができる。
また、圧力センサー１０６は、上述した「圧力センサーの動作」で示された動作を行う。すなわち、物体１０から圧力を受けることで、圧電膜７３１が撓み、この撓み量に応じた電圧が発生する。これにより、メンブレン１０８から発生した電圧を基に圧力が検出できる。
図９、図１０（Ｂ）に示すように、センサーアレイ１８０は、開口部１２１を備えた、複数の圧力センサーに対して共通に設けられた支持体１６１に、枠体１６４の外形が矩形（ここでは一例として正方形）形状を備えた圧力センサー１０６が所定の第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）に沿って同じ幅の溝Ｇを挟んで並んでいる。換言すれば、枠体１６４間には、互いを分離するための間隙が形成されている。
溝Ｇの幅については、後述する「センサーアレイの動作」で説明する。
そして、圧力センサー１０６同士の隙間には、支持体１６１が露出するよう分離されて配置されている。
【００８３】
なお、図９に示す好適例においては、支持体１６１の面の位置まで溝Ｇが形成されているが、支持体１６１の一部を窪ませた構造を用いても良い。特に、支持体１６１にシリコンを用い、支持膜１６２に酸化シリコンやＺｒＯ2を用いた場合、エッチングを行う場合に高い選択比が得られるため、形状再現性を高く取ることが可能となる。
【００８４】
また、支持膜１６２が露出する程度の深さまで溝Ｇを備える構成を用いても良い。この場合、特に枠体１６４に永久レジストを用いた場合、支持膜１６２でエッチングが停止するため、形状再現性を高く取ることが可能となる。また、現像液を用いて、枠体１６４を作ることと同時にエッチングを行うことができるため、製造工程を短縮化することが可能となる。
【００８５】
また、溝Ｇはその支持体側底部に枠体１６４の形成に用いられる永久レジストの枠体層１７０を薄く残した構造を用いても差し支えない。なお、ここでは、上述した構成を得るための加工方法について説明しているが、これは、加工方法について限定するものではなく、構造を得るための一例として紹介したもので、加工方法に関わらず、上述した形状を備えていれば良い。また、圧力センサー１０６を個別に分割し（縁切り）、別途用意したセンサー基板（図示せず）に再度配列しても良い。また、センサー基板を支持体１６１に貼り付け、支持体１６１まで切り込んで（縁切り）も良い。この場合、圧力センサー１０６間の干渉が防げるため、より高精度で圧力を計測することが可能となる。
ここで、[縁切り」とは、完全に分離する場合に加え、完全に分離せずとも機能的に干渉を起こさない程度に繋がっている場合を含むものとする。
【００８６】
［センサーアレイの動作］
次に、センサーアレイ１８０の動作について図１、図１０を引用して説明する。なお、センサーアレイ１８０（図１では図示せず）は、ここでは把持面３１に貼り付けられているものとする。
【００８７】
まず、図１０（Ｂ）に示すように物体１０と把持面３１とが接触した場合、圧力センサー６は物体１０に与える圧力を検出する。そして、把持面３１から物体１０に圧力をかけることで、物体１０を把持する。
【００８８】
ここで、圧力センサー１０６に、過大な応力が掛かった場合には、圧力センサー１０６が過度に潰れて劣化するおそれがある。圧力センサー１０６に過度の圧力がかかった場合、枠体１６４はその高さ方向に対して、中央部が両端よりも膨らむよう変形し、溝Ｇで分離した領域が埋まり、隣り合う圧力センサー１０６の枠体と押し合わされる。そのため、図１０（Ｃ）に示すように、隣り合う圧力センサー１０６が互いに補強材として機能し、過度に潰れることで生じる圧力センサー１０６の劣化を防止することができる。換言すれば、溝Ｇの幅は、破壊強度未満の圧力が掛かった場合に枠体１６４同士が接する幅であることが好ましい。
【００８９】
［センサーアレイの製造方法］
次に、圧力センサー１０６を含むセンサーアレイ１８０の製造方法について説明する。
図１１、図１２は、複数の圧力センサー１０６を製造する製造工程を説明するための工程断面図である。
【００９０】
まず、支持体１６１（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、ＳｉＯ2で形成された第１酸化膜１６２Ａを約１μｍ程度の厚さとなるよう成膜する。そして、第１酸化膜１６２Ａ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、ＺｒＯ2を形成する。そして、ＺｒＯ2からなる第２酸化膜１６２Ｂが最終的には約３μｍ程度の厚さとなるよう成膜し、支持膜１６２を形成する。ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１１（Ａ）に示す。
【００９１】
ここで、圧力センサー１０６間に支持体１６１の一部まで溝Ｇを形成する場合には、支持膜１６２が形成されたこの状態で溝Ｇを形成する工程を行うことが製造工程上好ましい。本実施形態では、この工程よりも後の工程で、支持体１６１が露出し、支持膜１６２を分割する溝Ｇを形成した工程を用いた場合について説明する。なお、溝Ｇは、各々の圧力センサー１０６の間隙と重なる位置に形成する。
【００９２】
次に、所定の圧力下のアルゴンガスの雰囲気内において、スパッタリング成膜を用いて下部電極７３２を構成するための導体膜が、第２酸化膜１６２Ｂを覆うように成膜される。そして、支持体１６１の、支持膜１６２が形成された面側に図示せぬ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７３２をパターニングする。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１１（Ｂ）に示す。
【００９３】
次に、圧電膜７３１を形成するための膜が、下部電極７３２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（フォトリソ法）、及びエッチング処理により、圧電膜７３１をパターニングする。この圧電膜７３１は圧力検出部として機能する。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１１（Ｃ）に示す。
【００９４】
次に、支持体１６１の下部電極７３２が配置された面側に、上部電極７３３を構成する導体膜を、スパッタリング法により成膜する。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７３３をパターニングし、複数の、島状の圧電体１６３を形成する。これにより、島状の圧力検出部１７５（支持膜１６２、圧電体１６３を含む）を形成する。ここで島状の圧力検出部とは、支持膜、下部電極、圧電膜、上部電極の４層が積層されている領域の形状が島状に独立している形状であることをいう（圧力検出部形成工程）。そして次に、支持膜１６２を分割する溝Ｇを形成する（溝を形成する工程）。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１１（Ｄ）に示す。
【００９５】
次に、支持体１６１を、厚さが約２００μｍとなるように例えばＢＧ（バックグラインド）により研削する。これは、ここまでの工程で、支持体１６１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１６１が反ってしまうおそれがあるためである。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１１（Ｅ）に示す。
【００９６】
次に、上部電極７３３に、枠体層１７０として永久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、枠体層１７０が圧電体１６３を覆うように形成される（枠体層形成工程）。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１１（Ｆ）に示す。
枠体層１７０を形成した後の工程で溝Ｇを形成すると、枠体層１７０に損傷が生じるおそれがある。そこで、ここまでの工程で溝Ｇを形成することが好適である。溝Ｇは、具体的には、隣り合う枠体１６４との間で、枠体１６４と同じ物質を用いて厚さが薄い領域を備える、または、隣り合う枠体１６４とのとの間で、圧電体１６３が露出している領域を備える、または、隣り合う枠体１６４との間で、支持体１６１が露出する領域を備える（本実施形態の場合）、または、隣り合う枠体１６４との間で、支持体１６１が露出し、さらに支持体１６１が窪んだ領域を備えるように加工しても良い。もちろん、溝Ｇを形成しても枠体層１７０の損傷が防げる場合には、この後の工程で溝Ｇを形成する工程を行っても良い。
【００９７】
そして、上部電極７３３上に塗布された枠体層１７０（永久レジスト）をフォトリソグラフィ法により露光・現像して、図１０に示すように、枠体層１７０の枠体１６４となるべき領域の外形が矩形（ここでは一例として正方形）形状となるようパターニングし、枠体１６４となるべき領域の内側に検出部１７５を露出する空洞部１６４Ａを形成すべくパターニングすることで複数の枠体１６４が形成される（枠体形成工程）。ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１１（Ｇ）に示す。
【００９８】
そして、枠体１６４の空洞部１６４Ａに、圧力媒体としてのシリコーンオイル１２０を充填する（充填工程）。これは、圧力を分散する材料であればよく、シリコーンオイル１２０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。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１１（Ｈ）に示す。
【００９９】
次に、枠体１６４の上面に封止膜としてドライフィルムレジスト１６５Ａをロールコート装置により塗布する（膜形成工程）。これにより空洞部１６４Ａは封止されて内部空間１６６となる。ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１２（Ａ）に示す。
この場合、気泡を含まぬようコートするためには、減圧雰囲気で行われることが好ましい。また、レジスト１６５Ａを密着させるためには、加熱しながらコートするのも好適である。
【０１００】
次に、枠体１６４と重なる領域及び枠体１６４の内側にあるレジスト１６５Ａを残してパターニングし、感圧面となる感圧膜としての封止膜１６５を形成する。ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１２（Ｂ）に示す。
【０１０１】
次に、支持体１６１の、支持膜１６２が無い側の面（背面）を、支持体１６１の平面視で、枠体１６４の内側の開口部と略重なるようドライエッチングする。すると枠体１６４の内側の開口部と略重なるように開口部１６１Ａが形成される。ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１２（Ｃ）に示す。
ここまでの工程を終えることで、圧力センサー１０６を含むセンサーアレイ１８０が形成される。
【０１０２】
また、上述した製造方法の工程に加え、支持体１６１にセンサー基板４５Ｄを貼り付け、支持体１６１を切り離し、圧力センサー１０６を分離する工程を加えても良い。この場合、図１２（Ｄ）に示す構造を得ることができる。即ち、圧力センサー１０６は、センサー基板４５Ｄにより支持される。
また、支持体１６１を先に切り離して後、センサー基板４５Ｄに貼り付けても良い。
【０１０３】
上述した本実施形態の圧力センサー１０６の構成、センサーアレイ１８０の構成、及びセンサーアレイ１８０の製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
【０１０４】
圧力センサー１０６に過度の圧力がかかった場合、枠体１６４はその高さ方向に対して、中央部が両端よりも膨らむよう変形し、溝Ｇが埋まり、隣り合う圧力センサー１０６の枠体と押し合わされる。そのため、図１０（Ｃ）に示すように、隣り合う圧力センサー１０６が互いに補強材として機能し、過度に潰れることで生じる圧力センサー１０６の劣化を防止することができる。
【０１０５】
枠体１６４の外形が矩形（ここでは一例として正方形）形状を備えた圧力センサー１０６が所定の第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）に沿って同じ値の溝Ｇをもって並んでいる。そのため、圧力センサー１０６に過度の圧力がかかった場合、隣り合う枠体１６４と面で押し合わされることとなるため、例えば枠体１６４の外形が円形等で隣り合う枠体１６４と線で押し合わされる場合と比べ、高い圧力に対してより耐性を向上させることができ、信頼性が高いセンサーアレイ１８０を提供することが可能となる。
【０１０６】
ある程度製造プロセスを行った後、支持体１６１の厚さを約２００μｍとなるように例えばＢＧ（バックグラインド）により研削する工程を用いている。そのため、製造工程中に支持体６１が反ってしまう不良の発生を抑制することが可能となる。
【０１０７】
以下、本発明に係る別の実施形態（実施形態３）を図面に基づいて説明する。
［実施形態３］
【０１０８】
［センサーアレイの構成］
図１３は、センサーアレイ２８１を示す斜視図である。図１４（Ａ）は、図１３に示すセンサーアレイ２８１の平面図、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示す平面図のＡ−Ａ’線断面図である。センサーアレイ２８１は、圧力センサー２０６に加え、超音波センサー２０５を合わせて備えている。
センサーアレイ２８１は、例えば距離情報と圧力情報とを検知可能な触覚センサーであり、物体１０とセンサーアレイ２８１が離れている場合に、距離情報を電気信号として出力する複数の超音波センサー２０５と、物体１０とセンサーアレイ２８１とが接触した場合に、物体１０とセンサーアレイ２８１との間の圧力を電気信号として出力する複数の圧力センサー２０６とを備えている。このセンサーアレイ２８１は、共通支持体２５１，２６１上に実装される複数の圧力センサー２０６に加えて、複数の超音波センサー２０５を備えていることが実施形態２（例えば、図１０（Ａ），（Ｂ）参照）でのセンサーアレイ１８０と異なっている。
そして、共通支持体２５１，２６１を基準とした圧力センサー２０６の頂部が、超音波センサー２０５の頂部と比べ、高い位置にあるように形成されていることと、圧力センサー２０６と超音波センサー２０５とが、センサーアレイ２８１の許容圧力近傍で、許容圧力よりも小さい圧力が掛った場合、隣り合う圧力センサー２０６または超音波センサー２０５と押し合わされる（接触する）ことで互いに補強材として機能するよう所定の間隙（ギャップ）である溝Ｋを介して配置されている点を特長としている。これらの点以外は、上述した実施形態１、実施形態２での説明と同様である。例えば圧力センサー２０６、超音波センサー２０５との間の一部のみに溝Ｋを形成しても良い。
【０１０９】
超音波センサー２０５を備えることで、把持装置１（図１参照）のアーム３が物体１０と離れている状態でも物体１０との距離を測定することができる。そのため、より高速かつ精密に物体１０を把持することを可能としている。例えば、物体１０との距離が測定できることから、物体１０と接触するまでは高速でアーム３を動かし、接触後は圧力センサー２０６で把持状態を維持することで、把持圧力の精度を保った状態で物体１０を把持することができる。
【０１１０】
超音波センサー２０５は、上述した「超音波センサーの構成」で示された構造を備える。すなわち、図３（Ａ）に示されるように、自由振動しうる第２ダイアフラム部５７を備えており、この第２ダイアフラム部５７にはＰＺＴ等を用いた圧電膜７３１が接続されている。そして、圧電膜７３１に電圧を印加する下部電極７３２及び上部電極７３３を備えている。
【０１１１】
超音波センサー２０５は、上述した「超音波センサーの動作」で示された動作を行う。すなわち、電圧の印加により第２ダイアフラム部２０７Ｂを第２支持膜２５２の面方向に直交する方向に振動させ、第２ダイアフラム部２０７Ｂから所定の駆動電圧の周期に応じた振動数の超音波を発信する。そして、物体１０（図１参照）からの反射波を受信することで物体１０の位置を検出する。
センサーアレイ２８１は、一体化した支持体２５１，２６１に、枠体２６４，第２枠体２５４の外形が矩形（ここでは一例として正方形）形状を備えた超音波センサー２０５と圧力センサー２０６とが所定の第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）に沿って所定の間隔（溝Ｋの幅）をもって交互に並んでいる。溝Ｋの幅については、後述する［センサーアレイを備える把持装置］で説明する。
【０１１２】
超音波センサー２０５は、共通支持体２５１，２６１を基準とした超音波センサー２０５の頂部が、圧力センサー２０６の頂部と比べ、封止膜２６５分低い位置にあるように形成されている。ここで、頂部位置の差は封止膜２６５分に限定されることは必須ではなく、圧力センサー２０６の頂部よりも低い頂部を持つ超音波センサー２０５を備えていても良い。
そして、超音波センサー２０５と圧力センサー２０６との隙間には、共通支持体２５１，２６１が露出するよう分離されて配置されている。
【０１１３】
ここで、共通支持体２５１，２６１の一部が露出した形状を備えることに代えて、溝Ｋの構造として、共通支持体２５１，２６１を窪ませた構造を用いても良い。特に、共通支持体２５１，２６１にシリコンを用い、共通支持膜２５２，２６２に酸化シリコンやＺｒＯ2を用いた場合、形状再現性を高く取ることが可能となる。
【０１１４】
また、共通支持膜２５２，２６２が露出する程度の深さまで溝Ｋを形成する工程を用いても良い。この場合、特に枠体２６４，第２枠体２５４に永久レジストを用いた場合、共通支持膜２５２，２６２でエッチングが停止するため、形状再現性を高く取ることが可能となる。また、現像液を用いて、枠体２６４，第２枠体２５４を作ることと同時にエッチングを行うことができるため、製造工程を短縮化することが可能となる。
【０１１５】
また、溝Ｋはその支持体側底部に枠体２６４，第２枠体２５４の形成に用いられる永久レジストの枠体層２７０を薄く残した構造を用いても差し支えない。なお、ここでは、上述した構成を得るための加工方法について説明しているが、これは、加工方法について限定するものではなく、構造を得るための一例として紹介したもので、加工方法に関わらず、上述した形状を備えていれば良い。
【０１１６】
［センサーアレイの製造方法］
次に、センサーアレイの製造方法について説明する。ここでは、超音波センサー２０５と、圧力センサー２０６と、が同一の基板（共通支持体２５１，２６１）に形成される。図１６，１７は、センサーアレイの製造工程を説明するための工程断面図である。
【０１１７】
まず、共通支持体２５１，２６１（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、ＳｉＯ2で形成された第１酸化膜２５２Ａ，２６２Ａを約１μｍ程度の厚さとなるよう成膜する。そして、第１酸化膜２５２Ａ，２６２Ａ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、ＺｒＯ2で形成された第２酸化膜２５２Ｂ，２６２Ｂを約３μｍ程度の厚さとなるよう成膜し、共通支持膜２５２，２６２を形成する。ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１６（Ａ）に示す。
【０１１８】
ここで、超音波センサー２０５と圧力センサー２０６との間に共通支持体２５１，２６１の一部まで溝Ｋを形成する場合には、共通支持膜２５２，２６２が形成されたこの状態で溝Ｋを形成する工程を行うことが製造工程上好ましい。本実施形態では、この工程よりも後の工程で、共通支持体２５１，２６１を露出させるべく溝Ｋを形成した工程を用いた場合について説明する。
【０１１９】
次に、所定の圧力下のアルゴンガスの雰囲気内において、スパッタリング成膜を用いて下部電極９３２，８３２を構成するための導体膜が、第２酸化膜２５２Ｂ，２６２Ｂを覆うように成膜される。そして、共通支持体２５１，２６１の、共通支持膜２５２，２６２が形成された面側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パターニングし、下部電極９３２，８３２を形成する。このパターニングは、完成体としての圧力センサー２０６同士の間隔または超音波センサー２０５と圧力センサー２０６との間隔が、圧力センサー２０６に許容圧力以下の所定圧力が印加されたときに、隣り合う圧力センサー２０６または隣り合う超音波センサー２０５と接触する溝Ｋが得られるよう行う。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１６（Ｂ）に示す。
【０１２０】
次に、圧電膜９３１，第２圧電膜８３１を形成するための膜を、下部電極９３２，８３２を覆うようにスパッタリング成膜する。そして、フォトリソグラフィ法（フォトリソ法）、及びエッチング処理によりパターニングして圧電膜９３１，第２圧電膜８３１を形成する。この圧電膜９３１，第２圧電膜８３１は圧力検出部及び超音波トランスデューサー部として機能する。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１６（Ｃ）に示す。
【０１２１】
次に、共通支持体２５１，２６１の下部電極９３２，８３２が配置された面側に、上部電極９３３，８３３を構成する導体膜が、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パターニングすることで上部電極９３３，８３３が得られると共に島状の圧電体２６３，第２圧電体２５３が形成される。これにより、複数の島状の超音波トランスデューサー部２７５（第２支持膜２５２、第２圧電体２５３を含む）、及び複数の島状の圧力検出部２８５（支持膜２６２、圧電体２６３を含む）が形成される。ここで島状の超音波トランスデューサーブ及び島状の圧力検出部とは、支持膜、下部電極、圧電膜、上部電極の４層が積層されている領域の形状が島状に独立している形状であることをいう（圧電体センサー部形成工程）。
次に、共通支持膜２５２，２６２を分割する溝Ｋを形成する（溝を形成する工程）。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１６（Ｄ）に示す。
【０１２２】
次に、共通支持体２５１，２６１を、厚さが約２００μｍとなるように例えばＢＧ（バックグラインド）により研削する。これは、ここまでの工程で、共通支持体２５１，２６１を所望の厚さ寸法に研削したものを用意すると、製造工程中に共通支持体２５１，２６１が反ってしまうおそれがあるためである。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１６（Ｅ）に示す。
【０１２３】
次に、上部電極９３３，８３３に、枠体層２７０として永久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し、乾燥させる。これにより、枠体層２７０が圧電体２６３，第２圧電体２５３を覆うように形成される（枠体層形成工程）。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１６（Ｆ）に示す。
枠体層２７０を形成した後の工程で溝Ｋを形成すると枠体層２７０に損傷が生じるおそれがある。そこで、ここまでの工程で溝Ｋを形成することが好適である。溝Ｋは、具体的には、隣り合う枠体２６４，第２枠体２５４との間で、枠体層２７０と同じ物質を用いて厚さが薄い領域を備えている。または、溝Ｋが、隣り合う枠体２６４，第２枠体２５４とのとの間で、圧電体２６３，第２圧電体２５３が露出している領域を備えていても良い。または、溝Ｋが、隣り合う枠体２６４，第２枠体２５４との間で、共通支持体２５１，２６１が露出する領域を備えていても良い（本実施形態の場合）。または、溝Ｋが、隣り合う枠体２６４，第２枠体２５４との間で、共通支持体２５１，２６１が露出し、さらに共通支持体２５１，２６１が窪んだ領域を備えるように加工しても良い。もちろん、溝Ｋを形成しても枠体層２７０の損傷が防げる場合には、この後の工程で溝Ｋを形成する工程を行っても良い。
【０１２４】
そして、上部電極８３３，９３３上に形成された枠体層２７０をフォトリソグラフィ法により露光・現像して、枠体層２７０の枠体２６４，第２枠体２５４となるべき領域の外形が矩形（ここでは一例として正方形）形状にパターニングし、枠体２６４，第２枠体２５４となるべき領域の内側に超音波トランスデューサー部２７５及び圧力検出部２８５を露出する空洞部２５４Ａ及び空洞部２６４Ａを形成すべくパターニングすることで複数の枠体２６４，第２枠体２５４が形成される（枠体形成工程）。ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１６（Ｇ）に示す。
【０１２５】
次に、最終的に圧力センサー２０６となる枠体２６４の空洞部２６４Ａに、シリコーンオイル２２０を充填する（充填工程）。この場合、最終的に超音波センサー２０５となる第２枠体２５４の空洞部２５４Ａにはシリコーンオイル２２０の充填は行わない。ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１７（Ａ）に示す。
【０１２６】
次に、枠体２６４，第２枠体２５４の上面に封止膜２６５Ａとしてドライフィルムレジストをロールコート装置により塗布する（膜形成工程）。これにより空洞部２６４Ａは封止されて内部空間２６６となる。この場合、気泡を含まぬようコートするためには、減圧雰囲気で行われることが好ましい。また、レジスト２６５Ａを密着させるためには、加熱しながらコートするのも好適である。なお、第２枠体２５４に封止膜２６５Ａを形成する必要はないが、ロールコート装置を用いて封止膜２６５Ａであるドライフィルムレジストを選択的に形成するのは技術的に困難であることから、後述するように、一旦封止膜２６５Ａを形成してから取り除く処理を行っている。
ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１７（Ｂ）に示す。
【０１２７】
次に、枠体２６４と重なる領域及び枠体２６４の内側にある封止膜２６５を残してパターニングし、封止膜２６５Ａを選択的に除去する。ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１７（Ｃ）に示す。
【０１２８】
次に、共通支持体２５１，２６１の、第２支持膜２５２，支持膜２６２が無い側の面（背面）を、共通支持体２５１，２６１の平面視で、枠体２６４，第２枠体２５４の内側の開口部と略重なるようドライエッチングする。すると枠体２６４，第２枠体２５４の内側の開口部と重なるように、内径寸法と略同一の寸法を有する第２開口部２５１Ａ，開口部２６１Ａが形成されることで超音波センサー２０５と、圧力センサー２０６とが形成される。ここまでの工程を終えた状態での工程断面図を図１７（Ｄ）に示す。
ここまでの工程を終えることで、センサーアレイ２８１が形成される。
【０１２９】
ここで、上記した製造工程を終了した後、共通支持体２５１，２６１側にセンサー基板（図示せず）を貼り付け、圧力センサー２０６同士の間隙、超音波センサー２０５同士の間隙、及び圧力センサー２０６と超音波センサー２０５の間隙に位置する共通支持体２５１，２６１をエッチング等の手段により切り離しても良い。この場合、センサー基板により圧力センサー２０６と超音波センサー２０５との間では、振動の伝達が抑制される。そのため、精密に圧力を測定できるセンサーアレイ２８１が得られる。
【０１３０】
［センサーアレイを備える把持装置］
次に、図２２、図２３、図２４を用いてセンサーアレイ２８１を備える把持装置１の動作について説明する。図２２は、把持装置１の把持動作を説明するためのブロック図、図２３は、把持装置１の把持動作を説明するためのフローチャート、図２４は、把持装置１の把持動作を説明するためのタイミングチャートである。
【０１３１】
図２２は、図１では省略していた把持装置１の制御装置、及び駆動機構ブロックを追記したに記載したブロック図である。把持装置１は、図１での記載と同様に、支持部材２と、支持部材２から延出する一対の、把持アームとしてのアーム３とを備えている。アーム３は、物体１０を挟持するものであり、アーム３と物体１０とが接触する把持面３１には、センサーアレイ４（図２参照）、２８１（図１３参照）、４８１（図２０参照）のいずれが取り付けられていてもよいが、本実施形態ではセンサーアレイ２８１が取り付けられた場合で説明する。
図２２に示すように、把持装置１は、アーム３を駆動制御するための制御装置１０４と、駆動機構１０５とを備えている。
制御装置１０４は、信号検出手段１０１、把持検出手段１０２、駆動制御手段１０３等を備えている。
【０１３２】
信号検出手段１０１は、物体１０とセンサーアレイ２８１とが離れている場合に、例えば超音波センサー２０５（図１４（Ａ），（Ｂ）参照）からの距離信号を検出するものである。
把持検出手段１０２は、物体１０と把持面３１に備えられたセンサーアレイ２８１の圧力センサー２０６（図１４（Ａ），（Ｂ）参照）からの圧力信号を検出するものである。
本実施形態では、信号検出手段１０１から検出された信号と、把持検出手段１０２から検出された信号とを、駆動制御手段１０３に伝達している。物体１０とセンサーアレイ２８１とが離れている場合には、信号検出手段１０１（超音波センサー２０５）から検出された信号を後述する駆動機構１０５に伝達する。物体１０とセンサーアレイ２８１とが接触している場合には、把持検出手段１０２（例えば圧力センサー２０６）から検出された圧力信号を駆動制御手段１０３から駆動機構１０５に伝達する。ここでは、距離信号と圧力信号がデジタル信号として出力されている例を示したが、アナログ信号出力の場合も同様に処理できる。例えば、ＯＰアンプ等を用いて制御しても良く、また、信号をＡＤ変換して処理しても良い。
【０１３３】
駆動機構１０５は、動力源１１６と、動力伝達部１１７とを備えている。
動力源１１６は、例えばモーターである。このモーターには、駆動制御手段１０３から回転速度を制御する信号（制御信号）が伝達される。物体１０とセンサーアレイ２８１とが粗略な位置精度を満たせば良い（十分に離れている）場合、駆動制御手段１０３からは、モーターの回転速度を一定に保つ信号が伝達される。
物体１０とセンサーアレイ２８１とが精密な位置精度を必要とする、すなわち、近づいている場合、駆動制御手段１０３からは、モーターの回転速度を減速する信号が伝達される。モーターの回転速度を切り替える設定距離（ＰＣ）１０９は、制御装置１０４が備えるメモリー１１８に予めデータテーブルとして書き込まれている。つまり、設定距離（ＰＣ）１０９は、駆動速度を切り替える閾値であり、把持装置１の大きさや、物体１０の態様に応じて適宜設定される。
そして、圧力信号が物体１０の把持を行える値（設定圧力（ＳＰ）１１０）に過不足なく一致した場合、モーターを停止し、アーム３の位置を保持させる。モーターを停止させる設定圧力についても、制御装置１０４が備えるメモリー１１８に予め書き込まれている。
動力伝達部１１７は、動力源１１６から伝達された機械的出力を、図示しないギア等によりアーム３の挟持運動に変換する。
【０１３４】
続いて、図２４のグラフ（タイミングチャート）について説明する。
図２４に示すグラフでは、横軸（Ｘ軸）は、グラフＡ，Ｂ，Ｃに対して同じ時系列を示す時間軸を取っている。以下、各々のグラフについて説明する。
図２４（Ａ）は、アーム３の移動速度（把持動作の速度）と時間との関係を示すグラフである。図２４（Ａ）に示すグラフの縦軸（Ｙ軸）は、アーム３の移動速度（把持動作の速度：ＳＡ）と方向を示しており、正の値（Ｙ軸のプラス方向）の場合、物体１０に近づく方向にアーム３が移動することを示す。
把持動作の速度は、本実施形態では３段階に分かれており、遠隔（Ｒ）１１１の場合一定速度（ＣＳ）、近接検知（ＰＰ）１１２の場合速度低（ＬＳ）、把持動作（ＭＳ）１１３の場合微動作（ＳＳ）の速度を取る。
図２４（Ｂ）は、超音波センサー２０５と物体１０との間の距離と、時間との関係を示すグラフである。図２４（Ｂ）に示すグラフの縦軸（Ｙ軸）は、超音波センサー２０５と物体１０との距離を示す距離信号（ＤＳ）である。超音波センサー２０５と物体１０とが接触した場合、原理的には０を出力する。
図２４（Ｃ）は、圧力センサー２０６の圧力信号と、時間との関係を示すグラフである。図２４（Ｃ）に示すグラフの縦軸（Ｙ軸）は、圧力センサー２０６と物体１０との間の圧力を示す圧力信号（ＰＳ）である。圧力センサー２０６と物体１０とが離れている場合、原理的には０を出力する。
【０１３５】
図２３は、把持方法の流れを示したフローチャートである。次に、把持装置１による把持動作を、図２３に示すフローチャートに従い説明する。なお、各ステップにおける動作は、前述した制御装置１０４からの制御信号に基づき実行される。
【０１３６】
ステップＳ１では、図２２における把持アームとしてのアーム３の把持面３１が物体１０と遠隔している（上述した設定距離（ＰＣ）１０９よりも把持面３１と物体１０との距離が大きい）場合、図２４（Ａ）に示すようにアーム３を等速度（一定速度（ＣＳ））で物体１０に近づける動作を行う。
この動作は、図２４（Ｂ）に示す距離信号が上述した設定距離（ＰＣ）１０９以上の場合に適用され、図２４におけるタイミングチャートでのＴ０以前の状態を示す。
【０１３７】
ステップＳ２では、超音波センサー２０５が検知した距離信号により、把持面３１と物体１０との距離が設定距離（ＰＣ）１０９を切っているかを判断する。アーム３とセンサーアレイ２８１の距離信号が上述した設定距離（ＰＣ）１０９を切った場合にはステップＳ３に進む。切っていない場合には、ステップＳ１に戻る。この動作は、図２４におけるタイミングチャートでのＴ０−Ｔ１に相当する。
【０１３８】
ステップＳ３では、アーム３の駆動速度を速度低（ＬＳ）に減速させる。減速させることで、アーム３と物体１０との距離をより精密に調整できる。この動作は、図２４におけるタイミングチャートでのＴ１−Ｔ３に相当する。
【０１３９】
ステップＳ４では、把持検出手段１０２が検知した圧力信号により、把持面３１と物体１０との接触について判断する。
把持面３１と物体１０とが接触していない場合、ステップＳ３で減速した駆動速度を維持する。
把持面３１と物体１０との接触検知（ＣＤ）が為された場合、ステップＳ５に進む。この動作は、図２４におけるタイミングチャートでのＴ３―Ｔ４に相当する。
【０１４０】
ステップＳ５では、把持検出手段１０２が検知した圧力信号に基づき、図２２に示すアーム３を微動作（ＳＳ）させ物体１０に与える圧力を微調整する。この動作は、図２４におけるタイミングチャートでのＴ４―Ｔ５に相当する。
【０１４１】
ステップＳ６では、圧力センサー２０６が受ける圧力と、下限圧力と上限圧力の範囲を持って設定される設定圧力（ＳＰ）１１０との上下関係に基づき判断する。圧力センサー２０６が受ける圧力が設定圧力（ＳＰ）１１０の下限圧力よりも低い場合、ステップＳ５に戻る。圧力センサー２０６の圧力が設定圧力１１０の上限圧力よりも高い場合、ステップＳ８を実行する。そして、圧力センサー２０６が受ける圧力が、下限圧力と上限圧力との間に入った場合にステップＳ７に進む。この動作は、図２４におけるタイミングチャートでのＴ５―Ｔ９に相当する。
【０１４２】
ステップＳ７では、押圧制御を停止し、保持動作を行う。この動作は、図２４におけるタイミングチャートでのＴ９以降に相当する。
【０１４３】
以上の動作を行うことで、把持装置１により物体１０を高速、かつ高精度の圧力で把持することが可能となる。
【０１４４】
保持動作中では、圧力センサー２０６と超音波センサー２０５とは、封止膜２６５分高さが異なっていることから、圧力センサー２０６が圧力により若干圧縮されても超音波センサー２０５と物体１０とは接触しない。そのため、普通に挟んだ状態では、超音波センサー２０５は圧力による劣化から逃れることができ、高い信頼性を保つこととなる。
ここで、なんらかの要因により、圧力が異常に大きくなり、圧力センサー２０６の枠体２６４の撓みが大きくなる（強く挟んだ状態）と、図１４（Ｂ）、図１５（Ａ）に示すように、溝Ｋが埋まり、圧力センサー２０６の枠体２６４と、超音波センサー２０５の第２枠体２５４とが接触する。枠体２６４が第２枠体２５４と接触することで、超音波センサー２０５の特性が変わる。
即ち、溝Ｋの幅を、圧力センサー２０６の許容圧力に近い、許容圧力よりも小さい値が掛けられた場合に、超音波センサー２０５の第２枠体２５４と接触させるよう設定することが好ましい。このような幅を備えさせておくことで、圧力センサー２０６の信頼性を向上させることが可能となる。
【０１４５】
また、圧力センサー２０６に、短時間で過大な、許容圧力以上の圧力が掛かった場合に超音波センサー２０５からの制御信号が遅れてしまい、圧力センサー２０６が過度に潰れて劣化するおそれがある。圧力センサー２０６に過度の圧力がかかり、封止膜２６５の厚み（頂点の差分）以上に厚さ方向に変形すると、超音波センサー２０５が第２枠体２５４の高さ方向に対して、中央部が両端よりも膨らむよう変形を開始する。そのため、図１５（Ｂ）に示すように、隣り合う圧力センサー２０６と、超音波センサー２０５と、が互いに補強材として機能し、過度に潰れることで生じる圧力センサー２０６や超音波センサー２０５の劣化を防止することができる。
【０１４６】
上述した本実施形態の圧力センサーの構成、センサーアレイの製造方法、センサーアレイを備える把持装置によれば、以下の効果を奏する。
【０１４７】
圧力センサー２０６と超音波センサー２０５とは、封止膜２６５分高さが異なっているため、圧力センサー２０６が若干圧縮されても超音波センサー５と物体１０とは接触しない。そのため、普通に挟んだ状態では、超音波センサー２０５は圧力による劣化から逃れることができ、高い信頼性を保つことが可能となる。
【０１４８】
圧力センサー２０６の枠体２６４の撓みが大きくなると、溝Ｋが埋まり、圧力センサー２０６の枠体２６４と、超音波センサー２０５の第２枠体２５４とが接触する。枠体２６４が第２枠体２５４と接触することで、超音波センサー２０５の特性が変わる。ここで、溝Ｋを、圧力センサー２０６の弾性限界以内に変形した場合に超音波センサー２０５の第２枠体２５４と接触させるよう設定しておくことで、圧力センサー２０６の信頼性を向上させることが可能となる。
【０１４９】
圧力センサー２０６に過度の圧力がかかり、封止膜２６５の厚み以上に厚さ方向に変形すると、超音波センサー２０５が第２枠体２５４の高さ方向に対して、中央部が両端よりも膨らむよう変形を開始する。そのため、隣り合う圧力センサー２０６と、超音波センサー２０５と、が互いに補強材として機能し、過度に潰れることで生じる圧力センサー２０６や超音波センサー２０５の劣化を防止することができる。
【０１５０】
枠体２６４と重なる領域及び枠体２６４の内側にある封止膜２６５を残してパターニングし、封止膜２６５Ａを選択的に除去することで、第２枠体２５４と枠体２６４との高さを変えることができ、製造工程数を増やすことなく段差を備えた圧力センサー２０６と超音波センサー２０５とを形成することが可能となる。
【０１５１】
図２２に示すフローチャートに従って把持動作を行うことで、把持装置１により物体１０を高速、かつ高精度の圧力で把持することが可能となる。
【０１５２】
以下、本発明に係る別の実施形態（実施形態４）を図面に基づいて説明する。
［実施形態４］
【０１５３】
［センサーアレイの構成］
図２５は、実施形態４に係るセンサーアレイ４Ｃを示す断面図である。このセンサーアレイ４Ｃは、超音波センサー５Ｃ、及び圧力センサー６Ｃを支持するセンサー基板４５Ｃを備えている。
また、超音波センサー５Ｃ、圧力センサー６Ｃは、それぞれの第２支持体５１Ｃ，支持体６１Ｃに貫通電極４１Ｃを備えるとともに、センサー基板４５Ｃに設けられている配線４３Ｃが前記貫通電極４１Ｃと接続され、前記配線を介して図示しない制御部に導通される。そして、第２枠体５４Ｃ同士、枠体６４Ｃ同士、第２枠体５４Ｃ，枠体６４Ｃ間には間隙が備えられていると共に、第２支持体５１Ｃ，支持体６１Ｃ間にも間隙である溝ＬＢが備えられている。この溝ＬＢにより隣り合う超音波センサー間、圧力センサー間、及び超音波センサーと圧力センサー間は、縁切りされて分割（独立化）されている。これらのセンサー基板４５Ｃを備えていることと、第２支持体５１Ｃ，支持体６１Ｃ間に溝ＬＢを備えていること以外は、以下に説明するように上述した実施形態１での説明と同様である。また、第２支持体５１Ｃ，支持体６１Ｃは共通の支持体を用いても良い。
【０１５４】
ここで、「縁切り」とは、隣り合う超音波センサーまたは圧力センサーを独立化している状態を意味し、支持体を完全に分離せず、部分的に分離溝が形成されている状態も、「縁切り」と呼称する。
そして、圧力センサーや超音波センサーは、それぞれセンサー基板により支持されて、支持体も含めて機械的に分断されているため、互いに干渉することはなく、高い精度で圧力を検知することが可能となる。
また、センサーアレイ４Ｃでは、上記センサー５Ｃ，６Ｃ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もよい。
またここで、保護膜５５Ｃを除去した構造を用いてもよい。そうすると、センサー基板４５Ｃから圧力センサー６Ｃの頂部までの高さは、センサー基板４５Ｃから超音波センサー５Ｃの頂部までの高さよりも高く形成されるため、超音波センサー５Ｃの頂部は物体とは接触しない。そのため、超音波センサー５Ｃは圧力による劣化から逃れることができ、高い信頼性（圧力耐性）を保つことが可能となる。
【０１５５】
［超音波センサーの構成］
図２５は、超音波センサー５Ｃを含むセンサーアレイ４Ｃの構成を示す断面図である。
超音波センサー５は、第２支持体５１Ｃ上に順に積層される第２支持膜、第２圧電体５３Ｃ、第２枠体５４Ｃ、及び保護膜５５Ｃを備えている。
また、第２支持膜及び第２圧電体５３Ｃにより、超音波トランスデューサー部が構成される。
【０１５６】
第２支持体５１Ｃ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、第２支持体５１Ｃには、第２支持膜を膜厚み方向から見た平面視において、円形状の第２開口部５１Ｄがドライエッチングにより形成されている。
【０１５７】
第２支持膜は、第２支持体５１Ｃの第２開口部５１Ｄを閉塞し、第２支持体５１Ｃの表面に積層される第１酸化膜５２Ｃと第２酸化膜５２Ｄとで構成されている。第１酸化膜５２Ｃは、例えば、ＳｉＯ2により形成されて、第２支持体５１Ｃ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。第２酸化膜５２Ｄは、例えば、ＺｒＯ2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５２Ｃ上に形成されている。
【０１５８】
ここで、第２開口部５１Ｄの径寸法は、第２ダイアフラム部の固有振動数に応じて、例えば約１００μｍ〜数１００μｍ程度の範囲で適宜設定されている。この第２ダイアフラム部が振動することで、超音波が物体１０（図１参照）側に向けて発信される。
【０１５９】
第２圧電体５３Ｃは、センサー平面視において、第２開口部５１Ｄと同心円に形成される膜状部材であり、第２圧電体５３Ｃの径寸法は、第２開口部５１Ｄの径寸法Ｄ’よりも小さく形成されている。この第２圧電体５３Ｃは、第２圧電膜５３１Ｃと、第２圧電膜５３１Ｃに電圧を印加する電極（下部電極５３２Ｃ及び上部電極５３３Ｃ）とを備えている。なお圧電体の径寸法とは、下部電極、圧電膜、及び上部電極の３層が積層されている領域の径を言う。
【０１６０】
第２圧電膜５３１Ｃ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。下部電極５３２Ｃは、第２圧電膜５３１Ｃの下に形成されている。上部電極５３３Ｃは、第２圧電膜５３１Ｃの上に形成されている。
これらの上部電極５３３Ｃ及び下部電極５３２Ｃは、それぞれ超音波センサー５Ｃの裏面側（第２開口部５１Ｄ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４Ｃの図示せぬ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５３１Ｃに所定の電圧を印加する。
【０１６１】
第２枠体５４Ｃは、可撓性を有する合成樹脂材の永久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、第２枠体５４Ｃに設けられる筒状内周壁によって、第２支持膜の膜厚方向に沿う空洞部が形成される。そして、第２支持膜の膜厚み方向から見た平面視で筒状の空洞部の筒状内周縁が、第２開口部５１Ｄの内周縁と重なる位置、または内周縁よりも外側の位置となるよう第２枠体５４Ｃが形成されている。ここでは、第２枠体５４Ｃの内径寸法を、第２開口部５１Ｄの寸法と略同一寸法（重なる場合）となるよう形成している。そして、第２枠体５４Ｃの空洞部には、メンブレンが収納されるようになっている。例えば、第２枠体５４Ｃは東京応化工業株式会社のＴＭＭＲTMＳ２０００の永久レジストを用いることで形成可能である。
【０１６２】
保護膜５５Ｃは、物体１０と接触する部分であり、第２枠体５４Ｃと同様に可撓性を有する合成樹脂材の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、第２枠体５４Ｃの上端面を覆っている。例えば、保護膜５５Ｃは東京応化工業株式会社のＴＭＭＦTMＳ２０００のドライフィルムレジストを用いることで形成可能である。
【０１６３】
［圧力センサーの構成］
図２５は、圧力センサー６Ｃを含むセンサーアレイ４Ｃの構成を示す断面図である。
圧力センサー６Ｃは、例えば把持装置１（図１参照）のアーム３の把持面３１が物体１０を把持した際の圧力を検知するものである。圧力センサー６Ｃは、支持体６１Ｃ上に順に積層される支持膜、圧電体６３Ｃ（圧電膜６３１Ｃ、下部電極６３２Ｃ、及び上部電極６３３Ｃ）、枠体６４Ｃ、及び封止膜６５Ｃを備えている。
また、支持膜は、支持体６１Ｃの開口部６１Ｄを閉塞し、支持体６１Ｃの表面に積層される第１酸化膜６２Ｃと第２酸化膜６２Ｄとで構成されている。支持膜及び圧電体６３Ｃにより、圧力検出部９Ｃが構成される。
【０１６４】
枠体６４Ｃは、超音波センサー５Ｃの第２枠体５４Ｃと同様に円筒状に形成され、空洞部を有する。そして、空洞部には、支持膜により開口部６１Ａを閉塞する部分であるダイアフラム部と、ダイアフラム部上に設けられる圧電体６３Ｃとを備えたメンブレンが収納されている。
これにより、空洞部の筒状内周壁と、封止膜６５Ｃと、圧力検出部とで形成される内部空間６６Ｃには、圧力媒体としてのシリコーンオイル２０Ｃが充填されている。
封止膜６５Ｃは、内部空間６６Ｃを閉塞して、シリコーンオイル２０Ｃを封止するものである。なお、内部空間６６Ｃ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２０Ｃ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。そして、支持膜の膜厚み方向から見た平面視で、筒状の空洞部の筒状内周縁が、開口部６１Ｄの内周縁と重なる位置、または内周縁よりも外側の位置となるよう枠体６４Ｃが形成されている。ここでは、枠体６４Ｃの内径寸法を、開口部６１Ｄの径寸法Ｄと略同一寸法（重なる場合）となるよう形成している。
【０１６５】
封止膜６５Ｃは、保護膜５５Ｃと同様に、物体１０（図１参照）と接触する部分であり、内部空間６６Ｃを閉塞してシリコーンオイル２０Ｃを封止するように、円形状に形成されている。また、封止膜６５Ｃは、シリコーンオイル２０Ｃ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６５Ｃは、保護膜５５Ｃと同様の材質で形成されている。例えば、封止膜６５Ｃは東京応化工業株式会社のＴＭＭＦTMＳ２０００のドライフィルムレジストを用いることで形成可能である。
シリコーンオイル２０Ｃが内部空間６６Ｃに充填されていることで、物体１０が封止膜６５Ｃ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。
なお、内部空間６６Ｃに充填される圧力媒体がポリマーゲルなどのような漏れ出ない材質である場合は、封止膜６５Ｃは無くても良い。
【０１６６】
［センサーアレイの製造方法］
次に、センサー基板４５Ｃを共通支持体５１Ｃ，６１Ｃの下面側に貼り付けた後、センサー基板４５Ｃの少なくとも一部を残し、かつ共通支持体５１Ｃ，６１Ｃを縁切りする溝ＬＢを形成する工程を用いるセンサーアレイの製造方法について説明する。図２６〜図２７は、センサーアレイの製造工程を示す工程断面図である。図２６〜図２７では、左側に超音波センサー５Ｃの製造工程、右側に圧力センサー６Ｃの製造工程を示している。
以下の説明では、一対の超音波センサー５Ｃと圧力センサー６Ｃについて記載しているが、これは、共に複数個の場合（図２参照）の場合についても対応可能である。
また、分割の仕方は、一旦圧力センサー６Ｃや超音波センサー５Ｃを個別に分割した後、改めてセンサー基板４５Ｃに貼り付けても良い。また、いくつかの圧力センサー６Ｃや超音波センサー５Ｃをひとくくりにして分割しても良い。
【０１６７】
まず、共通支持体５１Ｃ，６１Ｃとなる単結晶シリコン基板を用意し、その一面に共通支持膜（第１酸化膜５２Ｃ、６２Ｃと第２酸化膜５２Ｄ、６２Ｄからなる）、圧電体６３Ｃ、第２圧電体５３Ｃ、枠体６４Ｃ、第２枠体５４Ｃを形成してから圧力センサー６Ｃとなる枠体６４Ｃの空洞部に、シリコーンオイルを充填し保護膜５５Ｃ及び封止膜６５Ｃに対応するドライフィルムレジストを、ロールコート装置を用いて塗布する工程までの説明は、上述した実施形態１のセンサーアレイの製造方法と同様なので省略し、上記保護膜５５Ｃ及び封止膜６５Ｃとを、塗布する工程を終えた状態での断面図を図２６に示す。ここで支持膜及び圧電体６３Ｃにより、圧力検出部９Ｃが構成されている。
そして、この工程以降のセンサー基板４５Ｃを共通支持体５１Ｃ，６１Ｃの下面側に貼り付けた後、センサー基板４５Ｃの少なくとも一部を残し、かつ第２支持体５１Ｃ，支持体６１Ｃを縁切りする溝ＬＢを形成する例を以下に説明する。
【０１６８】
まず共通支持体５１Ｃ，６１Ｃにドライエッチングを用いて貫通孔４０Ｃを形成した後、ＣＶＤなどにより貫通孔４０Ｃの側壁に絶縁層を形成する。次に貫通孔４０ＣにめっきによりＡｕを埋め込むことによって貫通電極４１Ｃが形成される。次には、塗布された保護膜５５Ｃ及び封止膜６５Ｃに対応する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、保護膜５５Ｃ及び封止膜６５Ｃを所望の形状にパターニングした後、共通支持体５１Ｃ，６１Ｃの下面側をドライエッチングし、第２枠体５４Ｃ，枠体６４Ｃの内径寸法と略同一の径を有する第２開口部５１Ｄ，開口部６１Ｄを形成する。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図２７（Ａ）に示す。
【０１６９】
次に、縁切りを行い、超音波センサー５Ｃ、及び圧力センサー６Ｃを分割する。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図２７（Ｂ）に示す。
【０１７０】
次に、センサー基板４５Ｃ上に超音波センサー５Ｃ、及び圧力センサー６Ｃを溝ＬＢの幅を持って配列し固定することで、センサー基板４５Ｃ上に複数の超音波センサー５Ｃ、及び圧力センサー６Ｃを備えるセンサーアレイ４Ｃが形成される。ここまでの工程を終えた状態での断面図を図２７（Ｃ）に示す。
【０１７１】
なお、本実施形態では、超音波センサー５Ｃ、及び圧力センサー６Ｃを備える例について説明したが、圧力センサー６Ｃのみのセンサーアレイを形成することも同様に可能である。
【０１７２】
本実施形態のセンサーアレイでは実施形態１〜３における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０１７３】
超音波センサー５Ｃ及び圧力センサー６Ｃは、互いに溝を介して（独立して）配置されるので、超音波センサーのメンブレンの振動の圧力センサーへの伝達を抑制できる。すなわち、圧力センサーのメンブレンの圧電体やダイアフラム部に超音波センサーからの振動により受ける影響が減少するので、圧力センサーは圧力を精度良く検知できる。
【０１７４】
超音波センサー５Ｃ及び圧力センサー６Ｃを一旦分割してからセンサー基板４５Ｃに貼り付けるため、第２支持体５１Ｃ，支持体６１Ｃよりも大きなセンサー基板４５Ｃに対しても対応することができる。また、第２支持体５１Ｃ，支持体６１Ｃは通例センサー基板４５Ｃよりも高額であるため、一旦分割してからセンサー基板４５Ｃに貼り付けることで製造コストを低減することが可能となる。
【０１７５】
［実施形態の変形］
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【０１７６】
［変形例１］
図８を引用して説明する。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。
【０１７７】
［変形例２］
図２を引用して説明する。図２では、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、共通支持体５１，６１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とが共通支持体５１，６１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。
【０１７８】
［変形例３］
図３を引用して説明する。図３（Ａ）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、第２開口部５１Ａ側にも超音波を発信する構成であってもよい。
【０１７９】
［変形例４］
図７（Ｂ）を引用して説明する。図７（Ｂ）では、超音波センサー５及び圧力センサー６の枠体６４，第２枠体５４は、それぞれ独立して形成されていたが、隣り合う第２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。
【０１８０】
［変形例５］
図９、図１０（Ａ）を引用して説明する。図９、図１０（Ａ）に示すように、センサーアレイ１８０が備える支持体１６１に、枠体１６４の外形が正方形形状を備えた圧力センサー１０６が溝Ｇを介して配列された例について説明したが、外形は矩形に限定されることなく、例えば二等辺三角形、直角三角形、台形、正六角形等、平面を埋め尽くす形状を溝Ｇ分空けて配列しても良い。上述した外形を用いると、圧力センサー１０６に過度の圧力がかかった場合、隣り合う枠体１６４と面で押し合わされることとなるため、例えば枠体１６４の外形が円形等で隣り合う枠体１６４と線で押し合わされる場合と比べ、高い圧力に対してより耐性を向上させることができる。
また、図１３に示すように、超音波センサー２０５を合わせ持つセンサーアレイ２８１に対応させる場合、圧力センサー２０６の一部を超音波センサー２０５と入れ替えても良く、この場合でも同様な効果が得られる。
【０１８１】
［変形例６］
図１０（Ａ）、図１４（Ａ）を引用して説明する。図１０（Ａ）、図１４（Ａ）に示すように、センサーアレイ１８０、２８１の説明として、ダイアフラム部１０７、２０７、および第２ダイアフラム部２０７Ｂの平面形状として、円形形状を備えるものについて説明したが、これは、楕円、矩形、正六角形、その他の形状を備えていても良い。また、例えば、楕円、矩形にすることで、枠体６４，第２枠体５４内におけるダイアフラム部１０７、２０７、および第２ダイアフラム部２０７Ｂの有効面積を向上させることが可能である。また、正六角形にし、枠体６４，第２枠体５４の外形もそれに合わせて正六角形にすることで、ダイアフラム部１０７、２０７、および第２ダイアフラム部２０７Ｂの有効面積を高く確保することができる。
【０１８２】
［変形例７］
図１４（Ａ）を引用して説明する。図１４（Ａ）に示す、圧力センサー２０６に加えて超音波センサー２０５を備えるセンサーアレイ２８１の場合、平面を埋め尽くす形状に限らず、枠体２６４（２５４）の外形が円形や、その他の形状を備えていても良い。圧力センサー２０６、超音波センサー２０５を溝Ｋだけ離して配置していれば、圧力センサー２０６の弾性限界以内に変形した場合に超音波センサー２０５の第２枠体２５４と接触し、この接触により超音波センサー２０５からの信号が変調されるため、この変調分を検出し、圧力を加減することで、圧力センサー２０６の信頼性を向上させることが可能となる。
【０１８３】
［変形例８］
図１０、図１３、図１４、図１８〜図２１を引用して説明する。
図１８は、センサーアレイの斜視図、図１９（Ａ）は、センサーアレイの平面図、図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）に示す平面図のＡ−Ａ’線断面図、図１９（Ｃ）は物体１０から圧力を受けた場合の模式断面図である。図２０は、センサーアレイの斜視図、図２１（Ａ）は図２０に示すセンサーアレイの平面図、図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）に示す平面図のＡ−Ａ’線断面図である。
図１８に示すセンサーアレイ３００は、支持体３６１上に実装される複数の圧力センサー３０６を備えている。図１０に示すセンサーアレイ１８０では、圧力センサー１０６のみに封止膜１６５が備えられているが、これは図１８に示すように、各枠体３６４に共通となるようにセンサーアレイ全面にわたる封止膜３６５を備える構成を持っていても良い。この場合、圧力センサー３０６にかかる圧力は、図１８、及び図１９（Ａ）に示される構造を有することから図１９（Ｂ），（Ｃ）に示されるように封止膜３６５により分散される。そのため、より壊れにくいセンサーアレイ３００を提供することが可能となる。
また、圧力センサー４０６に加えて超音波センサー４０５を含むセンサーアレイ４８１での場合、図１３、図１４に示す封止膜２６５に代えて図２０に示すように、超音波センサー４０５の領域を除いて封止膜４６５を備える構成を持っていても良い。図２０に示すセンサーアレイ４８１は、共通支持体４５１，４６１上に実装される複数の圧力センサー４０６に加えて、複数の超音波センサー４０５を備え、図２１（Ａ）、（Ｂ）に示すように枠体４６４上には封止膜４６５が備えられ第２枠体４５４上には封止膜４６５が備えられていない。この場合、圧力センサー４０６にかかる圧力は、図２０、及び図２１（Ａ），（Ｂ）に示される構造を持つことで封止膜４６５により分散される。そのため、より壊れにくいセンサーアレイ４８１を提供することが可能となる。
【０１８４】
［変形例９］
図２を引用して説明する。
実施形態１では一つの基板に圧力センサー６と超音波センサー５を集積する例について説明したが、これは、例えばダイシングにより分離した後、他の基板に貼り付けて使用しても良い。この場合、特に圧力センサー６や超音波センサー５を広い範囲に形成する場合に、大きい基板を必要としないことから、コストを低減することが可能となる。
【０１８５】
［変形例１０］
図１４、図２８を引用して説明する。
実施形態３では、図１４（Ｂ）に示すように、超音波センサー２０５、圧力センサー２０６と、超音波センサー２０５、圧力センサー２０６とを制御する図示せぬ制御部とは、第２支持膜２５２，支持膜２６２上（共通支持体２５１，２６１から枠体２６４，第２枠体２５４に向かう方向）に形成される電極パターン（配線）を介して導通が取られている。即ち、センサーアレイ２８１の上側に配線が形成され、この配線を介して超音波センサー２０５、圧力センサー２０６は制御部と導通される。この場合、縁切り用の溝Ｋと重なる領域の配線は除去されるため、溝Ｋの部分を避けて配線を形成することとなる。一方、本変形例では、図２８に示すように貫通電極，４１Ｃと導通するための配線４４Ａ，４４Ｂを、Ａｕをスパッタして後パターニングすることで形成している。配線４４Ａ，４４Ｂを備えている。そのため、共通支持体２５１，２６１の平面視で、縁切り用の溝Ｋの部分を含めて配線４４Ａ，４４Ｂを形成することができる。即ち、配線領域を、縁切り用の溝Ｋの領域を含めて形成することが可能となり、配線パターンの自由度を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１８６】
１…把持装置、２…支持部材、３…把持アームとしてのアーム、４…センサーアレイ、４Ｃ…センサーアレイ、５…超音波センサー、５Ｃ…超音波センサー、６…圧力センサー、６Ｃ…圧力センサー、７…ダイアフラム部、８…メンブレン、９…圧力検出部、１０…物体、１１…超音波トランスデューサー部、２０…シリコーンオイル、２０Ｃ…シリコーンオイル、３１…把持面、４０Ｃ…貫通孔、４１Ｃ…貫通電極、４３Ｃ…配線、４４Ａ…配線、４４Ｂ…配線、４５Ｃ…センサー基板、４５Ｄ…センサー基板、５１…第２支持体、５１Ａ…第２開口部、５１Ｃ…第２支持体、５１Ｄ…第２開口部、５２…第２支持膜、５２Ａ…第１酸化膜、５２Ｂ…第２酸化膜、５２Ｃ…第１酸化膜、５２Ｄ…第２酸化膜、５３…第２圧電体、５３Ｃ…第２圧電体、５４…第２枠体、５４Ａ…空洞部、５４Ｃ…空洞部、５４Ｄ…枠体、５５…保護膜、５５Ｃ…保護膜、５７…第２ダイアフラム部、６１…支持体、６１Ａ…開口部、６１Ｃ…支持体、６１Ｄ…開口部、６２…支持膜、６２Ａ…第１酸化膜、６２Ｂ…第２酸化膜、６２Ｃ…第１酸化膜、６２Ｄ…第２酸化膜、６３…圧電体、６３Ｃ…圧電体、６４…枠体、６４Ａ…空洞部、６４Ｃ…枠体、６５…封止膜、６５Ｃ…封止膜、６６…内部空間、６６Ｃ…内部空間、６７…ダイアフラム部、７０…枠体層、１０１…信号検出手段、１０２…把持検出手段、１０３…駆動制御手段、１０４…制御装置、１０５…駆動機構、１０６…圧力センサー、１０７…ダイアフラム部、１０８…メンブレン、１０９…設定距離、１１０…設定圧力、１１１…遠隔（Ｒ）、１１２…近接感知（ＰＰ）、１１３…把持動作（ＭＳ）、１１６…動力源、１１７…動力伝達部、１１８…メモリー、１２０…シリコーンオイル、１２１…開口部、１６１…支持体、１６１Ａ…開口部、１６２…支持膜、１６２Ａ…第１酸化膜、１６２Ｂ…第２酸化膜、１６３…圧電体、１６４…枠体、１６５…封止膜、１６５Ａ…レジスト、１６６…内部空間、１７０…枠体層、１７５…検出部、１８０…センサーアレイ、２０５…超音波センサー、２０６…圧力センサー、２０７…ダイアフラム部、２０７Ｂ…第２ダイアフラム部、２２０…シリコーンオイル、２５１…第２支持体、２５１Ａ…第２開口部、２５２…第２支持膜、２５２Ａ…第１酸化膜、２５２Ｂ…第２酸化膜、２５３…第２圧電体、２５４…第２枠体、２６１…支持体、２６１Ａ…開口部、２６２…支持膜、２６２Ａ…第１酸化膜、２６２Ｂ…第２酸化膜、２６３…圧電体、２６４…枠体、２６５…封止膜、２６５Ａ…封止膜、２６６…内部空間、２７０…枠体層、２７５…超音波トランスデューサー部、２８１…センサーアレイ、２８５…圧力検出部、３００…センサーアレイ、３０６…圧力センサー、３６１…支持体、３６４…枠体、３６５…封止膜、４０５…超音波センサー、４０６…圧力センサー、４５１…支持体、４５４…第２枠体、４６１…支持体、４６４…枠体、４６５…封止膜、４８１…センサーアレイ、５３１…圧電膜、５３１Ｃ…圧電膜、５３２…下部電極、５３２Ｃ…下部電極、５３３…上部電極、５３３Ｃ…上部電極、５４１…筒状内周壁、６３１…圧電膜、６３１Ｃ…圧電膜、６３２…下部電極、６３２Ｃ…下部電極、６３３…上部電極、６３３Ｃ…上部電極、６４１…筒状内周壁、７３１…圧電膜、７３２…下部電極、７３３…上部電極、８３１…圧電膜、８３２…下部電極、８３３…上部電極、９３１…圧電膜、９３２…下部電極、９３３…上部電極、Ｇ…溝、Ｋ…溝、ＬＢ…溝、Ｍ…溝、Ｎ…溝。
【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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【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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