(57)【要約】【課題】  検出感度が向上した力検知素子、あるいは、作用する力と出力の間に比例関係が得られる範囲が拡大した力検知素子を提供する。【解決手段】  基礎ブロック４と、基礎ブロックの表面に密着している受圧ブロック２を備えている。受圧ブロック２に力が作用すると、受圧ブロック２と基礎ブロック４の密着面に応力分布が生じる。最大応力と最小応力の間に設定されている閾値よりも低い応力が分布している領域（すなわち応力非集中領域）と前記閾値よりも高い応力が分布している領域（すなわち応力集中領域）のいずれか一方に、ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗路が選択的に形成されている。ピエゾ抵抗効果が出現する抵抗路が、応力非集中領域または応力集中領域のいずれか一方にのみ形成されていると、力と出力の間に比例関係が得られる範囲が拡大し、あるいは力検知素子の検知感度が向上する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路が表面に形成されている基礎ブロックと、
その基礎ブロックの表面に密着している受圧ブロックを備えており、
その受圧ブロックに力が作用した時に受圧ブロックと基礎ブロックとの密着面に現れる最大応力と最小応力の間に設定されている閾値よりも低い応力が分布している領域と高い応力が分布している領域のいずれか一方に、前記抵抗路が選択的に形成されていることを特徴とする力検知素子。
【請求項２】
ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路が一方の領域に選択的に形成されており、
ピエゾ抵抗効果が現れない抵抗路が他方の領域に選択的に形成されていることを特徴とする請求項１の力検知素子。
【請求項３】
ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路が、閾値よりも高い応力が分布している領域に選択的に形成されていることを特徴とする請求項２の力検知素子。
【請求項４】
ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路が、閾値よりも低い応力が分布している領域に選択的に形成されていることを特徴とする請求項２の力検知素子。
【請求項５】
シリコン単結晶ブロックと、
そのシリコン単結晶ブロックの表面に密着している受圧ブロックを備えており、
そのシリコン単結晶ブロックは、長辺と短辺を有する長方形の表面を備えており、
その受圧ブロックは、前記長辺の中間部の一部と前記短辺のほぼ全長において、シリコン単結晶ブロックに密着しており、
受圧ブロックで被覆されていないシリコン単結晶ブロックの長辺に沿って離れた両端部に１対の電極パッドが形成されており、
シリコン単結晶ブロックの表面に、一対の電極パッド間に亘って伸びる抵抗路が形成されており、
シリコン単結晶ブロックの表面は（110）面であり、短辺が<110>方向であることを特徴とする力検知素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作用する力を電気信号に変換する力検知素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、素子に作用する力を電気信号に変換する素子を開発した。その技術が、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平６−３４４５５号公報
【０００３】
特許文献１の力検知素子は、図１に模式的に示すように、基礎ブロック４と、その基礎ブロック４の表面に密着している受圧ブロック２を備えている。
基礎ブロック４は不動部に固定されて用いられる。例えば、エンジンの燃焼圧力を検知する場合には、エンジンのシリンンダブロック等の不動部に固定される。受圧ブロックの表面には、検知したい力が作用する。エンジンの燃焼圧力を検知する場合には、燃焼圧力によって変形するダイアフラム状の加圧部材が受圧ブロック２の表面に押し付けられる。
【０００４】
図１では図示されていないが、基礎ブロック４の表面に、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路が形成されている。基礎ブロック４は、ｎ型のシリコン単結晶で形成されており、図３に示すように、その（110）面が基礎ブロック４の表面とされている。基礎ブロック４の表面の局所的範囲に、ｐ型不純物がドープされた領域１２が形成されている。ｐ型ドープ領域１２は浅く、ｐ型ドープ領域１２の全周囲が、ｎ型のシリコン単結晶で取り囲まれている。ｐ型ドープ領域１２は、基礎ブロック４の表面の長辺に沿って伸びており、受圧ブロック２の密着面を横断するのみならず、密着面の左右にまで伸びている。基礎ブロック４の表面は、ｐ型ドープ領域１２をも含めて、絶縁層で覆われている。
【０００５】
シリコン単結晶ブロック４の長辺に沿って離れた両端部は、受圧ブロック２で被覆されていない。そこに、１対の電極パッド６，８が形成されている。電極パッド６とドープ領域１２は、絶縁層に形成されているコンタクトウインドウ１６を介して接触している。電極パッド８とドープ領域１２は、絶縁層に形成されているコンタクトウインドウ１８を介して接触している。
【０００６】
電極パッド６と電極パッド８の間に電位差を加えると、ｐ型のドープ領域１２を電流が流れる。ｐ型のドープ領域１２は、ｎ型のシリコン単結晶で取り囲まれており、電流がｐ型のドープ領域１２からｎ型のシリコン単結晶に漏れでることはない。ｐ型のドープ領域１２の不純物濃度は、電極パッド６と電極パッド８の間に、適当な抵抗が得られる濃度に調整されている。ドープ領域１２は、電極パッド６と電極パッド８の間に形成されている抵抗路を提供する。
【０００７】
図３に示すように、抵抗路（ドープ領域）１２は、シリコン単結晶の（110）面を<110>方向に伸びている。シリコン単結晶の（110）面を<110>方向に伸びている抵抗路１２にはピエゾ抵抗効果が現れる。すなわち、抵抗路１２の抵抗率は、抵抗路１２に作用する応力によって変化する。
【０００８】
特許文献１の力検知素子１０は、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路１２が表面に形成されている基礎ブロック４と、基礎ブロック４の表面に密着している受圧ブロック２を備えており、電極パッド６と電極パッド８の間の抵抗を測定することによって、受圧ブロック２に作用している力を検知する。実際には、電極パッド６と電極パッド８の間に定電流電源を接続し、電極パッド６と電極パッド８の一方を接地し、電極パッド６と電極パッド８の他方の電圧を出力電圧とする。出力電圧は、受圧ブロック２に作用している力に依存して変化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
力検知素子には、検知感度が高いこと、あるいは素子に作用する力と出力の間に比例関係が成立すること等が望まれている。
図４は、素子に作用する力と出力の関係を示し、ライン９２は、高感度であり、しかも広い検知範囲で比例関係が得られる関係を例示している。
それに対してライン９４は感度が低い場合を例示しており、ライン９６は比例関係が損なわれる場合を例示している。
従来の力検知素子は、ライン９６の特性であり、感度の面でも、比例関係（直線性）の面でも、改良の余地を残している。
【００１０】
図２の（１）は、力検知素子の平面図を示している。本発明者らが、基礎ブロック４と受圧ブロック２の密着面に生じる応力分布を調べたところ、極めて興味深い事象が見出された。
図２の（１）に示されているように、受圧ブロック２の左右に受圧ブロック２で被覆されない基礎ブロック４が広く残っている場合、受圧ブロック２の力が加えられると、受圧ブロック２の左右両端近傍に応力が集中し、中央部では応力が低下する。図２の（２）のカーブａは、図２（１）のａ―ａ線に沿った応力分布を示している。それに対して、受圧ブロック２の上下には受圧ブロック２で被覆されない基礎ブロック４がほとんど残っていない場合、受圧ブロック２の力が加えられた時に、受圧ブロック２の上下両端近傍に顕著な応力集中は生じない。図２の（２）のカーブｂは、図２（１）のｂ―ｂ線に沿った応力分布を示しており、それほど大きな応力分布は生じない。図２（２）のカーブｃは、図２（１）のｃ―ｃ線に沿った応力分布を示しており、やはりそれほど大きな応力分布は生じない。
図２（１）のｅ１，ｅ２は、応力集中箇所を示しており、受圧ブロック２で被覆されない基礎ブロック４が広く広がっている辺に沿って応力集中箇所ｅ１，ｅ２が発達する。受圧ブロック２で被覆されないために基礎ブロック４が圧縮されない領域と、受圧ブロック２によって基礎ブロック４が圧縮される領域の境界（正確には、受圧ブロック２と基礎ブロック４の密着面を画定する輪郭の内側）に、応力集中領域ｅ１，ｅ２が現れる。
【００１１】
図３は、従来の力検知素子１０における、ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗路１２と応力集中箇所ｅ１，ｅ２の関係を示しており、抵抗路１２は、応力が集中する箇所ｅ１と、応力が集中しない箇所ｆと、応力が集中する箇所ｅ２を横断している。
【００１２】
従来の力検知素子１０では、図３に示す現象が生じていることが判明したために、下記のことがわかってきた。
(1)  ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗路１２が応力の弱い領域ｆを通過しているために、検出感度が低下していることがわかる。応力集中箇所ｅ１及び／又はｅ２に、選択的にピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗路１２を形成すれば、検出感度をさらに向上させられることがわかる。
(2)  ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗路１２が、応力集中箇所ｅ１，ｅ２と、応力非集中箇所ｆの両者を横断しているために、素子に作用する力と出力の間に比例関係（直線性）が得られる範囲が狭い。応力集中箇所ｅ１，ｅ２のみに抵抗路１２を形成すれば、あるいはその逆に、応力非集中箇所ｆのみに抵抗路１２を形成すれば、比例関係が得られる範囲を拡大できる可能性がある。
【００１３】
本発明は、上記の知見によって創作されたものであり、検出感度が向上した力検知素子、あるいは素子に作用する力と出力の間に比例関係が得られる範囲が拡大した力検知素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明で実現された力検知素子は、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路が表面に形成されている基礎ブロックと、基礎ブロックの表面に密着している受圧ブロックを備えている。本発明の力検知素子は、受圧ブロックに力が作用した時に受圧ブロックと基礎ブロックの密着面に現れる最大応力と最小応力の間に設定されている閾値よりも低い応力が分布している領域（即ち、応力非集中領域）と高い応力が分布している領域（即ち、応力集中領域）のいずれか一方に、ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗路が選択的に形成されていることを特徴とする。
なお、抵抗路の中には、ピエゾ抵抗効果が現れない方向に伸びている部分が存在することがある。本発明で重要なのは、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路の存在位置であり、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路が応力非集中領域または応力集中領域のいずれか一方にのみ形成されていれば、本発明の構成要件を満たす。ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗路と発揮しない抵抗路の全体を観察すると、応力非集中領域と応力集中領域の両者にまたがっていても、ピエゾ抵抗効果が出現する抵抗路について観察すると、応力非集中領域または応力集中領域のいずれか一方にのみ形成されていれば、本発明の構成要件を満たす。
【００１５】
本発明の力検知素子では、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路について観察すると、応力非集中領域または応力集中領域のいずれか一方にのみ形成されているために、素子に作用する力と出力の間に比例関係が得られる範囲が拡大する。特に、ピエゾ抵抗効果が出現する抵抗路が応力非集中領域のみに選択的に形成されていると、比例関係が得られる力の範囲が大きく拡大する。
あるいは、ピエゾ抵抗効果が出現する抵抗路が応力集中領域のみに選択的に形成されていると、力検知素子の検知感度が向上する。
【００１６】
受圧ブロックに覆われていない電極パッドに抵抗路を接続する必要があることから、抵抗路の全体を、応力非集中領域または応力集中領域のいずれか一方に形成することは難しい。
そのために、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路が応力非集中領域または応力集中領域の一方に選択的に形成されており、ピエゾ抵抗効果が現れない抵抗路が応力非集中領域または応力集中領域の他方に選択的に形成されていることが好ましい。
この場合、比較的簡単に、受圧ブロックに覆われていない電極パッドに抵抗路を接続することが可能となる。しかも、力検知素子に求められる特性を悪化させることもない。
【００１７】
本発明の一つの態様では、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路が、閾値よりも高い応力が分布している領域に選択的に形成されている。力検知素子の検知感度が向上する。
【００１８】
本発明の他の一つの態様では、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路が、閾値よりも低い応力が分布している領域に選択的に形成されている。素子に作用する力と出力の間に比例関係が得られる範囲が拡大した力検知素子が得られる。
【００１９】
本発明の力検知素子を別の観点で説明すると、下記のように説明することができる。すなわち、本発明の力検知素子は、シリコン単結晶ブロックと、そのシリコン単結晶ブロックの表面に密着している受圧ブロックを備えている。シリコン単結晶ブロックは、長辺と短辺を有する長方形の表面を備えている。受圧ブロックは、前記した長辺の中間部の一部においてシリコン単結晶ブロックに密着しているとともに、前記した短辺のほぼ全長においてシリコン単結晶ブロックに密着している。受圧ブロックで被覆されていないシリコン単結晶ブロックの長辺に沿って離れた両端部に、１対の電極パッドが形成されている。シリコン単結晶ブロックの表面に、一対の電極パッド間に亘って伸びる抵抗路が形成されている。シリコン単結晶ブロックの表面は（110）面であり、短辺が<110>方向である。
【００２０】
図３に示したように、従来の力検知素子は長辺が<110>方向である。そのために、一対の電極パッド間に亘って伸びる抵抗路が、応力集中領域ｅ１，ｅ２と応力非集中領域ｆの両者を横断する。それに対して、短辺が<110>方向であると、ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗路は短辺に沿って伸びることになる。すなわち、応力集中領域ｅ１，ｅ２と平行に伸びる抵抗路がピエゾ抵抗効果を発揮するために、ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗路を、応力集中領域ｅ１，ｅ２内のみに配置する関係、あるいは、応力集中領域ｅ１，ｅ２を避けて配置する関係が得やすい。短辺が<110>方向であると、検知感度が高い力検知素子、あるいは素子に作用する力と出力の間に比例関係が得られる範囲が拡大した力検知素子が得られる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗路を、応力集中領域内のみに選択的に配置して高い感度を得ること、あるいは、応力集中領域を避けて配置することによって素子に作用する力と出力の間に比例関係が得られる範囲を拡大すること等、素子に必要とされる特性に柔軟に対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。
（第１特徴）  ピエゾ抵抗効果を発揮しない抵抗路については、その幅を広げることによって低抵抗化している。
（第２特徴）  ピエゾ抵抗効果を発揮しない抵抗路については、電極パッドとのコンタクトを確保することによって低抵抗化している。
【実施例】
【００２３】
（第１実施例）
図５は、第１実施例の力検知素子２０の平面図を示している。図示の明瞭化のために、受圧ブロック２を取り外した状態を図示している。全体構成は、図１と同様である。
図５に示すように、シリコン単結晶ブロック（基礎ブロック）４は、長方形の表面を備えており、その短辺が<110>方向となっている。シリコン単結晶ブロック４は、（110）面が表面に露出している。シリコン単結晶ブロック４の（110）面に形成されている抵抗路２２は、<110>方向（短辺に平行な方向）に伸びている部分ではピエゾ抵抗効果が現れ、長辺に平行な方向に伸びている部分ではピエゾ抵抗効果が現れない。
【００２４】
ｎ型シリコン単結晶ブロック４の（110）面には、局所的にｐ型不純物が導入されて抵抗路２２が形成されている。抵抗路２２は、長辺方向に伸びているためにピエゾ抵抗効果が現れない抵抗部分２２ａと、短辺方向に伸びているためにピエゾ抵抗効果が現れる抵抗部分２２ｂと、長辺方向に伸びているためにピエゾ抵抗効果が現れない抵抗部分２２ｃと、短辺方向に伸びているためにピエゾ抵抗効果が現れる抵抗部分２２ｄと、長辺方向に伸びているためにピエゾ抵抗効果が現れない抵抗部分２２ｅが直列に接続されて構成されている。ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗部分２２ｂ、２２ｄは、応力集中箇所ｅ１，ｅ２内にのみに形成されている。なお、参照符号６，８は電極パッドであり、２６，２８はコンタクトウインドウであり、これらは従来技術と同一であるので、重複説明はしない。
【００２５】
第１実施例の力検知素子２０では、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗部分２２ｂ、２２ｄが、応力集中箇所ｅ１，ｅ２内にのみに形成されているために、受圧ブロック２に作用する力に対して、抵抗路２２の抵抗が敏感に変動する。図４のライン９２に示すように、高い感度を得ることができる。
抵抗部分２２ａ，２２ｃ，２２ｅは、主として応力非集中箇所ｆに形成されている。しかしながら抵抗部分２２ａ，２２ｃ，２２ｅは、ピエゾ抵抗効果を有しないために、応力非集中箇所ｆに形成されていれも、力検知素子２０の検出感度を低下させることはない。
【００２６】
（第２実施例）
図６は、第２実施例の力検知素子３０の平面図を示している。図示の明瞭化のために、受圧ブロック２を取り外した状態を図示している。全体構成は、図１と同様である。
図６に示すように、シリコン単結晶ブロック（基礎ブロック）４は、長方形の表面を備えており、その短辺が<110>方向となっている。シリコン単結晶ブロック４は、（110）面が表面に露出している。シリコン単結晶ブロック４の（110）面に形成されている抵抗路３２は、<110>方向（短辺に平行な方向）に伸びている部分ではピエゾ抵抗効果が現れ、長辺に平行な方向に伸びている部分ではピエゾ抵抗効果が現れない。
【００２７】
ｎ型シリコン単結晶ブロック４の（110）面には、局所的にｐ型不純物が導入されて抵抗路３２が形成されている。抵抗路３２は、長辺方向に伸びているためにピエゾ抵抗効果が現れない抵抗部分３２ａと、短辺方向に伸びているためにピエゾ抵抗効果が現れる抵抗部分３２ｂと、長辺方向に伸びているためにピエゾ抵抗効果が現れない抵抗部分３２ｃが直列に接続されて構成されている。ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗部分３２ｂは、応力非集中箇所ｆ内にのみに形成されている。なお、参照符号６，８は電極パッドであり、３６，３８はコンタクトウインドウであり、これらは従来技術と同一であるので、重複説明はしない。
【００２８】
第２実施例の力検知素子３０では、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗部分３２ｂが、応力集中非箇所ｆ内にのみに形成されているために、受圧ブロック２に作用する力に対して、抵抗路２２の抵抗が敏感には変動しない。しかしながら、ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗部分３２ｂが、応力非集中箇所ｆ内にのみに形成されているために、受圧ブロック２に作用する力と出力の間に比例関係が得られる範囲を拡大することができる。図４のライン９４に示すように、直線性に優れた特性を得ることができる。
抵抗部分３２ａ，３２ｃは、応力集中箇所ｅ１，ｅ２を横切っている。しかしながら抵抗部分３２ａ，３２ｃは、ピエゾ抵抗効果を有しないために、応力集中箇所ｅ１，ｅ２を横切っていても、力検知素子３０の直線性(作用する力と出力の間に成立する比例関係)を損ねることはない。
【００２９】
（第３実施例）
図７は、第３実施例の力検知素子４０の平面図を示している。図示の明瞭化のために、受圧ブロック２を取り外した状態を図示している。
第３実施例の力検知素子４０は、第２実施例の抵抗部分３２ａ，３２ｃの抵抗値を減少させたものである。そのために、第２実施例の抵抗部分３２ａ，３２ｃに相当する抵抗部分４２ａ，４２ｃの上方に、電極パッド６，８から延長部分６ａ，８ａが伸びている。抵抗部分４２ａと延長部分６ａは、広い範囲でコンタクトウインドウ４６によって導通しており、抵抗部分４２ｃと延長部分８ａは、広い範囲でコンタクトウインドウ４８によって導通している。
【００３０】
図８は、図７のVIII−VIII線断面図を示している。図８の（ａ）は、基礎ブロック４に受圧ブロック２を密着固定する前段階を示している。図示４Ｐは、ｐ型不純物がドープされた領域を示しており、この場合、抵抗路４２ａに相当する。図示４４は、絶縁膜である。抵抗路４２ａ上では絶縁膜４４が除去されており、コンタクトウインドウ４６が形成されている。そのコンタクトウインドウ４６にアルミ配線６ｂが伸びてきている。アルミ配線６ｂは、アルミで形成されている電極パッド６から伸びてきている。アルミ配線６ｂは、絶縁膜４４よりも厚く、コンタクトウインドウ４６よりも幅が狭く形成されている。
【００３１】
図８（ｂ）は、基礎ブロック４に受圧ブロック２を密着固定した状態を示している。アルミ配線６ｂは受圧ブロック２によって押しつぶされ、コンタクトウインドウ４６を充填し、受圧ブロック２に密着している。この状態で、電極パッド６の延長部分６ａとなっている。電極パッド６の延長部分６ａが、長く伸びているコンタクトウインドウ４６を介して、抵抗路４２ａに接触しているので、図７の抵抗路４２ａが伸びている範囲での実質的な抵抗は低い。なお、電極パッド８側でも同じ処理と構成となっている。
【００３２】
図７の第３実施例の力検知素子４０によると、電極パッド６，８間の抵抗は、実質的にピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗部分４２ｂによる抵抗のみとなり、出力から力に変換する回路を簡単に構成することができる。
【００３３】
図９は、第４実施例の力検知素子５０の平面図を示している。図示の明瞭化のために、受圧ブロック２を取り外した状態を図示している。
第４実施例の力検知素子５０は、第２実施例の抵抗部分３２ａ，３２ｃの抵抗値を減少させたものである。そのために、第２実施例の抵抗部分３２ａ，３２ｃに相当する抵抗部分５２ａ，５２ｅが極めて幅広に形成されている。スリット５２ｂ、５２ｄによって、ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗部分５２ｃが形成されており、残部が抵抗部分５２ａ，５２ｅとされている。
【００３４】
図９の第４実施例の力検知素子５０によると、電極パッド６，８間の抵抗の大部分は、ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗部分５２ｃによる抵抗となり、出力から力に変換する回路を簡単に構成することができる。
【００３５】
（第５実施例）
図１０は、第５実施例の力検知素子７０の平面図を示している。図示の明瞭化のために、受圧ブロック２を取り外した状態を図示している。全体構成は、図１と同様である。
図１０に示すように、シリコン単結晶ブロック（基礎ブロック）４は、長方形の表面を備えており、その長辺が<110>方向となっている。この点において、いままでの実施例と相違する。シリコン単結晶ブロック４は、（110）面が表面に露出している。シリコン単結晶ブロック４の（110）面に形成されている抵抗路７２は、<110>方向（長辺に平行な方向）に伸びている部分ではピエゾ抵抗効果が現れ、短辺に平行な方向に伸びている部分ではピエゾ抵抗効果が現れない。
【００３６】
図１０に示すように、第５実施例の力検知素子７０では、ピエゾ抵抗効果が現れる抵抗路７２が、応力非集中領域ｆ内にのみ形成されている。応力集中部ｅ１，ｅ２を、電極パッド６，８が通過しており、抵抗路７２は通過していない。なお、７６,７８は、コンタクトウインドウである。
第５実施例の力検知素子７０でもピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗部分７２が、応力非集中箇所ｆ内にのみに形成されているために、力と出力の間に比例関係が得られる範囲を拡大することができる。図４のライン９４に示すように、直線性に優れた特性を得ることができる。
【００３７】
（第６実施例）
図１１は、第６実施例の力検知素子６０の平面図を示している。図示の明瞭化のために、受圧ブロック２を取り外した状態を図示している。全体構成は、図１と同様である。
図１１に示すように、第６実施例の力検知素子６０は、４個の電極パッド５，６，７，８と、４個の抵抗路６２ｂ，６２ｄ，６２ｇ，６２ｅを備えている。抵抗路６２ｄ，６２ｅはピエゾ抵抗効果を発揮するものであり、応力集中領域ｅ１，ｅ２に形成されている。抵抗路６２ｂ，６２ｇはピエゾ抵抗効果を発揮しないものであり、応力非集中領域ｆに形成されている。なお、抵抗６２ａ、６２ｃ、６２ｆ、６２ｈは、４個の電極パッド５，６，７，８に接続するものであり、ピエゾ抵抗効果を発揮しない。
【００３８】
第６実施例の力検知素子６０は、ブリッジを構成しており、電極パッド５，８間に電圧を加え、電極パッド６，７間に生じる電位差を検出する。この場合、温度による影響を補償することができる。
第６実施例の力検知素子６０は、ピエゾ抵抗効果を発揮する抵抗路６２ｄ，６２ｅが応力集中領域ｅ１，ｅ２に選択的に形成されているために、検出感度が高い。
【００３９】
以上では、表面が長方形の基礎ブロック４を用いる場合を説明した。図１２に示すように、正方形の表面を有する基礎ブロック９０を用いる場合にも本発明は、有用である。
図１３（ｂ）は、図１２の受圧ブロック２の表面に力が作用したときに生じる応力分布であり、図１３（ａ）の種々の断面における応力分布を示している。図１３（ａ）に示す場合、参照番号８０,８２,８４,８６で示す領域は応力集中領域となり、参照番号８８で示す領域は応力非集中領域となる。図１３のｘ軸方向が、<110>の結晶方位であれば、領域８０，８２内をｘ軸方向に伸びる抵抗路を形成することによって、高感度の素子を実現することができる。領域８８内をｘ軸方向に伸びる抵抗路を形成することによって、作用する力の広い範囲で線形性を有する素子を実現することができる。領域８４，８６内をｙ軸方向に伸びる抵抗路は、応力集中領域に配置されていても、ピエゾ抵抗効果を発揮しない。これらの特性を活用しながら抵抗路の配置位置と抵抗路の伸びる方向を選択することによって、力検知素子に多様な特性を具備することができる。
【００４０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】力検知素子の全体概観斜視図を示す。
【図２】力検知素子の平面図と応力分布を示す。
【図３】従来の力検知素子の抵抗路パターンを示す。
【図４】力検知素子に作用する力と出力の関係を示す。
【図５】第１実施例の力検知素子の抵抗路パターンを示す。
【図６】第２実施例の力検知素子の抵抗路パターンを示す。
【図７】第３実施例の力検知素子の抵抗路パターンを示す。
【図８】図７のVIII−VIII線断面図を示す。
【図９】第４実施例の力検知素子の抵抗路パターンを示す。
【図１０】第５実施例の力検知素子の抵抗路パターンを示す。
【図１１】第６実施例の力検知素子の抵抗路パターンを示す。
【図１２】基礎ブロックの表面が正方形である力検知素子の全体概観斜視図を示す。
【図１３】基礎ブロックの表面が正方形である力検知素子の応力分布を示す。
【符号の説明】
【００４２】
２：    受圧ブロック
４：    基礎ブロック（シリコン単結晶ブロック）
６：    電極パッド
８：    電極パッド
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０：力検知素子
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２：抵抗路
【図１】
2007248371.tif 000003
【図２】
2007248371.tif 000004
【図３】
2007248371.tif 000005
【図４】
2007248371.tif 000006
【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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