(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸力センサ機能を有するセンサチップであり、
該センサチップが半導体基板を備え、
該半導体基板は、
外力が印加される作用部と、外部構造体に固定される支持部と、前記作用部と前記支持部とを連結する、各々が剛性の高い領域と剛性の低い領域とからなる平面形状を有する少なくとも４本以上からなる連結部とから構成され、前記連結部の表面に該連結部と一体に形成された歪み検出素子が前記剛性の高い領域の長軸方向に対して各々が平行になるよう複数配置され、各々の歪み検出素子が前記支持部に配置された対応する電極に配線されていることを特徴とする多軸力センサチップ。
【請求項２】
前記半導体基板を貫通する複数の穴により、該半導体基板の中央に島状に形成された前記作用部と、該半導体基板における外周部分の前記支持部と、該作用部及び支持部を連結する連結部とに、該半導体基板が分離されていることを特徴とする請求項１に記載の多軸力センサチップ。
【請求項３】
前記半導体基板を貫通する複数の穴により、前記連結部が前記剛性の高い領域と、前記剛性の低い領域を有するよう形成され、該剛性の高い領域の一方が前記作用部に接続され、該剛性の高い領域の他方が前記剛性の低い領域に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の多軸力センサチップ。
【請求項４】
前記複数の穴における前記支持部に沿って設けられた長穴により長尺状に形成された前記剛性の低い領域の両端が該支持部に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の多軸力センサチップ。
【請求項５】
多軸力センサ機能を有するセンサチップであり、
該センサチップが半導体基板を備え、
該半導体基板は、
外力が印加される作用部と、外部構造体に固定される支持部と、前記作用部と前記支持部とを連結する、各々が剛性の高い領域と剛性の低い領域とからなる少なくとも４本以上からなる連結部とから構成され、前記剛性の低い領域は他の領域より薄く形成され、
前記連結部の表面に該連結部と一体に形成された歪み検出素子が前記剛性の高い領域の長軸方向に対して各々が平行になるよう複数配置され、
各々の歪み検出素子が前記支持部に配置された対応する電極に配線されている
ことを特徴とする多軸力センサチップ。
【請求項６】
前記半導体基板を貫通する複数の穴により、該半導体基板の中央に島状に形成された前記作用部と、該半導体基板における外周部分の前記支持部と、該作用部及び支持部を連結する連結部とに、該半導体基板が分離されていることを特徴とする請求項５に記載の多軸力センサチップ。
【請求項７】
前記半導体基板を貫通する穴がドライエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項４または請求項６に記載の多軸力センサチップ。
【請求項８】
前記半導体基板の形状が矩形であり、前記剛性の低い領域の両端が、矩形の角部に対応する支持部に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の多軸力センサチップ。
【請求項９】
前記歪み検出素子が、前記剛性の高い領域の表面において、大きな歪みの発生する領域に配置されることを特徴とする請求項８記載の多軸力センサチップ。
【請求項１０】
前記歪み検出素子が前記作用部と前記剛性の高い領域との接続部近傍の表面に配置されることを特徴とする請求項９に記載の多軸力センサチップ。
【請求項１１】
前記歪み検出素子が前記作用部と前記剛性の高い領域との接続部の表面に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の多軸力センサチップ。
【請求項１２】
前記歪み検出素子が、前記剛性の高い領域に形成されたくびれ部に配置されることを特徴とする請求項９に記載の多軸力センサチップ。
【請求項１３】
前記歪み検出素子が前記半導体基板に形成された活性層から形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の多軸力センサチップ。
【請求項１４】
前記活性層が不純物のイオン注入または熱拡散にて形成されていることを特徴とする請求項１３記載の多軸力センサチップ。
【請求項１５】
前記歪み検出素子が前記活性層からなる抵抗素子であることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の多軸力センサチップ。
【請求項１６】
前記活性層が複数回折り返して形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の多軸力センサチップ。
【請求項１７】
前記歪み検出素子が、前記剛性の高い領域毎に、その長軸方向に対して平行に複数配置されていることを特徴とする請求項９から請求項１６のいずれかに記載の多軸力センサチップ。
【請求項１８】
前記連結部及び前記作用部の接続部と、該連結部及び前記支持部の接続部と、前記剛性の低い領域及び該剛性の高い領域の接続部とにおける内角部が各々円弧状に加工形成されていることを特徴とする請求項９から請求項１７のいずれかに記載の多軸力センサチップ。
【請求項１９】
温度補償用の半導体抵抗素子が支持部に配置され、対応する電極に配線されていることを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれかに記載の多軸力センサチップ。
【請求項２０】
接地電位であるガード配線が、歪み検出素子の接地電位ではない配線を、包囲するように配置されることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれかに記載の多軸力センサチップ。
【請求項２１】
前記半導体基板にバイアスを印加するバイアス電極が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれかに記載の多軸力センサチップ。
【請求項２２】
前記半導体基板において、前記剛性の高い領域の前記歪み検出素子が配置される領域に相対する裏面の領域に、少なくとも１個以上の歪み検出素子が、前記剛性の高い領域の長軸方向に対して平行に形成され、配線により電極に接続されていることを特徴とする請求項９から請求項２１のいずれかに記載の多軸力センサチップ。
【請求項２３】
前記半導体基板が結晶方向が（１００）面であり、前記活性層の電流軸が＜０１１＞または＜０−１１＞であることを特徴とする請求項１３から請求項２２に記載の多軸力センサチップ。
【請求項２４】
前記半導体基板が結晶方向が（１１０）面であり、前記活性層の電流軸が＜１−１０＞または＜００−１＞であることを特徴とする請求項１３から請求項２２に記載の多軸力センサチップ。
【請求項２５】
前記半導体基板が結晶方向が（１１０）面であり、前記活性層の電流軸が＜１−１−１＞または＜−１１−２＞であることを特徴とする請求項１３から請求項２２に記載の多軸力センサチップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体抵抗素子を用いた力覚センサに係わり、力とモーメントの６成分の検知が可能な、小型・高精度な力覚センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、工作機械などで、ロボットやマニピュレータが多用されるようになり、かつ対象物の小型化に対応するため、これらロボット用力覚センサやマンマシンインターフェイスとして用いる、高精度な多軸力センサの必要性が高まっている。
多軸力センサは、外力が印加されることによって弾性変形する起歪体に、機械的変形により電気抵抗が変化する歪み抵抗素子を配置し、これらの抵抗素子の抵抗変化を電気信号として取り出して、この電気信号に基づいて、上記起歪体にかかる、２成分以上（例えば、Ｘ軸方向とＹ軸方向）の力の強さを検出する。
【０００３】
しかしながら、上記従来例においては、複数個の歪みゲージ（上記歪み抵抗素子等）を、上記起歪体に対して個々に独立して貼付するため、その取り付けの位置精度により、設計通りの、すなわち、各々の歪みゲージから、歪みの程度に対して想定した電圧レベルの電気信号を得ることが困難である。
このため、上記従来例は、取り付け位置の精度に起因して、検出精度を確保することが難しく、さらに同一特性の多軸力センサを再現性良く生産することが困難である。
【０００４】
さらに、上記従来例には、複数の歪みゲージを高い位置精度で貼付する必要があるため、貼付工程に手間がかかり、生産性を向上させることができず、かつ小型化も困難となるという欠点がある。
【０００５】
加えて、上記従来例には、繰り返しの衝撃荷重の印加により、あるいは貼付された歪みゲージと起歪体との熱膨張率が大きく異なる場合、温度ストレスにより、経時的に起歪体からの歪みゲージの剥がれが発生して、歪みゲージに対して起歪体の歪みが十分に伝達されずに、歪みゲージから正確な電気信号が出力されなくなり、正確な測定できなくなるという問題がある。
【０００６】
上述した従来例の問題を解決する多軸力センサとして、半導体プロセスを利用して、半導体単結晶基板に複数の半導体抵抗素子を作成して、起歪体に対する歪みゲージの貼付の必要性を排除することで、起歪体に半導体抵抗素子を貼付する工程の精度の問題を解決し、小型化を可能にする構成が提案されている（特許第２７４６２９８号，特公平７−９３４４５）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した半導体プロセスを利用した多軸力センサにおいては、各軸方向の力又はモーメントの印加に対して基板全体が等方的に歪む構造であり、かつ各半導体抵抗素子の配置が適切でないため、未知方向から印加される外力を各成分に精度良く分離することが困難である。
すなわち、各成分に対応する抵抗素子から検出される電気信号成分に、他軸の成分が重畳してしまい、力又はモーメントの各成分の測定感度が低下してしまう。
【０００８】
一般に、多軸力センサの場合、各成分を求めるために、各成分の力又はモーメントと抵抗変化率との関係を示すマトリクスが必要となる。
６軸力センサの場合を例にとり、さらに詳しく説明する。６軸力センサでは、直行するｘ軸，ｙ軸及びｚ軸方向それぞれの力Ｆx，Ｆy，Ｆzと、ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸におけるそれぞれのモーメントＭx，Ｍy，Ｍzとを求めることができる。これらを各々力Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4，Ｆ5，Ｆ6とする。
また、６軸力センサに配置された各半導体抵抗素子の抵抗変化率から求めた演算抵抗変化率をＳ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4，Ｓ5，Ｓ6とする。
【０００９】
そして、上記演算抵抗変化率Ｓiと力Ｆiとの間には（ｉは１〜６の整数）、行列で表すと、
（Ｓi）＝（ｍij）×（Ｆi）                    （ｊは１〜６の整数）
の関係、すなわち、
Ｓ1＝ｍ11・Ｆ1＋ｍ12・Ｆ2＋ｍ13・Ｆ3＋ｍ14・Ｆ4＋ｍ15・Ｆ5＋ｍ16・Ｆ6
Ｓ2＝ｍ21・Ｆ1＋ｍ22・Ｆ2＋ｍ23・Ｆ3＋ｍ24・Ｆ4＋ｍ25・Ｆ5＋ｍ26・Ｆ6……
Ｓ6＝ｍ61・Ｆ1＋ｍ62・Ｆ2＋ｍ63・Ｆ3＋ｍ64・Ｆ4＋ｍ65・Ｆ5＋ｍ66・Ｆ6
の関係がある。
ここで、（Ｓi），（Ｆi）はｉ行の行列であり、（ｍij）はｉ行ｊ列の行列である。
【００１０】
あらかじめ、単一成分のみの入力に対する上記各演算抵抗変化率を求めることにより、行列（ｍij）の各行列要素ｍijを求めることができる。
そして、この行列（ｍij）の逆行列（ｍ'ij）を求めることにより、
（Ｆi）＝（ｍ'ij）×（Ｓi）
の行列計算、すなわち、
Ｆ1＝ｍ'11・Ｓ1＋ｍ'12・Ｓ2＋ｍ'13・Ｓ3＋ｍ'14・Ｓ4＋ｍ'15・Ｓ5＋ｍ'16・Ｓ6
Ｆ2＝ｍ'21・Ｓ1＋ｍ'22・Ｓ2＋ｍ'23・Ｓ3＋ｍ'24・Ｓ4＋ｍ'25・Ｓ5＋ｍ'26・Ｓ6
……
Ｆ6＝ｍ'61・Ｓ1＋ｍ'62・Ｓ2＋ｍ'63・Ｓ3＋ｍ'64・Ｓ4＋ｍ'65・Ｓ5＋ｍ'66・Ｓ6
の関係として、各半導体抵抗素子の抵抗変化率から得られる演算抵抗変化率に基づき、各軸方向の力及びモーメントを求めることができる。
上記各式においては、行列要素ｍijの数値が各々大きいものであると、例えば、ノイズの重量で抵抗変化率Ｓｉが変動するとＦ１〜Ｆ６の測定値にその影響が現れる。
【００１１】
すなわち、外力として単一成分のみの入力があったときにその他の成分の入力が「０」であるにもかかわらず、ノイズ等の外乱により測定結果が「０」にならないという現象が起きる可能性が高くなる。
以下、上述したように、求める成分の力又はモーメントの測定値が他軸の力又はモーメントによって変動することを、他軸干渉が起こると定義する。
理想的には、行列（ｍ'ij）において、対角要素ｍ'11，ｍ'22，ｍ'33，ｍ'44，ｍ'55，ｍ'66以外の非対角要素を「０」とし、この行列（ｍ'ij）を対角行列とし、力又はモーメントの各成分と演算抵抗変化率との関係を、
Ｆ1＝ｍ'11・Ｓ1
Ｆ2＝ｍ'22・Ｓ2
……
Ｆ6＝ｍ'66・Ｓ6
のような関数にできれば、計算も簡易となり、他軸干渉も防止することが可能である。
【００１２】
実際には、非対角要素を「０」とできなくとも、対角要素に比較して非対角要素の値を非常に小さくすることにより、他軸干渉の影響を低減できることになる。
しかしながら、従来例のような、基板全体が歪み、かつ半導体抵抗素子の配置の考慮がされていない構造の多軸力センサにおいては、行列（ｍ'ij）の非対角要素を「０」、または対角要素に比較して小さくすることができず、他軸干渉が起こる可能性が高くなると考えられる。
すなわち、上記従来の多軸力センサは、他軸干渉が起こり易いことにより、半導体抵抗素子からの電気信号に、予期しない外乱等によるノイズが重畳することにより、他軸干渉により、測定結果が大きく変動してしまう可能性が大きい。
したがって、上記多軸力センサをロボット等に使用した場合においても、その設置状況によって、他軸干渉により測定値が変動することになり、汎用部品とした場合に、再現性やロバスト性に問題がある。
【００１３】
上述した半導体プロセスを用いた多軸力センサの欠点を解決するため、軸毎に歪みの成分を分離する構造が提案されている（特開平１１−３３３７６５）。
この多軸力センサは、すでに述べたセンサに対して改善されてはいるが、３軸（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）方向の力の検出を行うための構成であり、６軸力センサとして使用する場合に、各成分の分離機能が不十分であり、他軸干渉の問題を改善している訳ではない。
【００１４】
本発明はこのような背景の下になされたもので、その目的は印加される外力の検出において、他軸干渉を抑制し、各軸成分の力又はモーメントを検出できる、ロバスト性及び再現性が向上された６軸力センサを提供する事にある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の多軸力センサ（例えば、一実施形態における６軸力センサ１）は、半導体基板（例えば、一実施形態における半導体基板２）からなる多軸力センサ機能を有するセンサチップであり、該センサチップが、外力が印加される作用部（例えば、一実施形態における作用部４）と、外部構造体に固定される支持部（例えば、一実施形態における支持部３）と、前記作用部と前記支持部とを連結する、各々が剛性の高い領域と剛性の低い領域とからなる平面形状を有する少なくとも４本以上からなる連結部（例えば、Ｔ字ビーム形状の一実施形態における５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ）とから構成され、前記連結部の表面に形成された歪み検出素子（例えば、一実施形態における抵抗素子Ｓya1〜Ｓya3，抵抗素子Ｓyb1〜Ｓyb3，抵抗素子Ｓxa1〜Ｓxa3，抵抗素子Ｓxb1〜Ｓxb3）が配置され、各々の歪み検出素子が前記支持部の対応する電極に配線されている構成のため、上記剛性の低い領域が上記連結部にかかる余分な歪みを吸収し、半導体基板全体の歪みの発生を抑制する機能が有り、特定の軸成分の力又はモーメントが対応する歪み検出素子に選択的に歪みを発生させるので、各歪み検出素子による測定結果の組み合わせにより、印加される外力を効果的に力、モーメントの６成分に分離できるため、測定結果の他軸干渉を大幅に抑制できる。これにより、本発明の多軸力センサは、作用部に印加される外力の力，モーメントの６成分を各連結部に配置した各歪み検出素子に発生する歪みに基づき、再現性良く測定することが可能となる。本発明の多軸力センサ素子は、前記連結部が前記作用部の周囲に等間隔に各々配置されており、前記剛性の低い領域が前記支持部に少なくとも２箇所で接続される弾性部（例えば、一実施形態における弾性部５Ａb，５Ｂb，５Ｃb，５Ｄb）であり、前記剛性の高い領域が前記作用部と接続される橋梁部（例えば、一実施形態における橋梁部５Ａa，５Ｂa，５Ｃa，５Ｄa）である構成のため、弾性部が橋梁部にかかる余分な歪みを吸収し、一方向への力又はモーメントの印加による半導体基板全体の歪みの発生を抑制する機能が有り、特定の方向の力又はモーメントに対応する歪み検出素子に選択的に歪みを発生させるので、他軸干渉を大幅に抑制できる。
【００１６】
本発明の多軸力センサ素子は、前記橋梁部の表面において、作用部に外力が印加された場合に、前記作用部または前記連結部の他の領域に比較して、大きな歪みの発生する領域に歪み検出素子を配置することにより、歪み検出素子が所望の成分の力又はモーメントを選択的に検知出来るとともに、外力に対する歪み検出素子の感度（歪み検出素子が半導体抵抗素子である場合は抵抗値の変化量）を大きくすることができ、作用部に印加される外力の力及びモーメントの測定感度を向上させ、測定結果におけるロバスト性及び安定性を得ることが可能となる。
【００１７】
本発明の多軸力センサ素子は、前記歪み検出素子が前記作用部と前記橋梁部との接続部近傍の表面に配置されることにより、外力により発生する歪みが最も集中する領域に配置されることととなり、外力に対する歪み検出素子の抵抗値の変化量を大きくすることができ、効果的に作用部に印加される外力の力及びモーメントの測定感度を向上させ、測定結果におけるロバスト性及び安定性を得ることが可能となる。
【００１８】
本発明の多軸力センサ素子は、前記歪み検出素子が、前記橋梁部に形成されたくびれ部に配置されることにより、作用部に印加された外力の力またはモーメントの各成分に対応する連結部において、くびれ部に発生する応力が最も大きくなるため、このくびれ部に最も歪みが集中することとなり、外力に対する歪み検出素子の抵抗変化を大きくすることができ、効果的に作用部に印加される外力の力及びモーメントの測定感度を向上させ、測定結果におけるロバスト性及び安定性を得ることが可能となる。
【００１９】
本発明の多軸力センサ素子は、前記歪み検出素子が、前記橋梁部毎に、その長軸方向に対して平行に複数配置されていることにより、複数の歪み検出素子から得られる抵抗変化率を組み合わせて電気信号を取り出すことが可能となり、他軸干渉を防止するように、すなわち、特定の方向の力又はモーメント以外に対する抵抗変化率が打ち消し合うように、歪み検出素子を選択し、かつこれらの歪み検出素子の抵抗変化率から、力及びモーメントの６成分を求めるのに適した式を構成することができ、この式に基づいて力及びモーメントと抵抗変化率との関係を示す行列における非対角要素を、「０」または十分に小さくすることが可能である。これにより、本発明の多軸力センサは、他軸干渉を抑制することができ、印加される外力の力及びモーメントの多成分の測定精度を向上させ、力及びモーメントの測定結果におけるロバスト性を向上させることが可能となる。
【００２０】
本発明の多軸力センサ素子は、前記連結部及び前記作用部の接続部と、該連結部及び前記支持部の接続部と、前記弾性部及び該橋梁部の接続部とにおける内角部が各々円弧状（例えば、一実施形態における、穴の領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎの内周におけるＲ加工された内角部）に加工形成されていることにより、各接続部における応力を分散させ、作用部に印加される外力に対して、内角部に対する応力集中を抑制し、構造的な強度を向上させるため、印加される外力の測定範囲を広げることが可能となる。
【００２１】
本発明の多軸力センサ素子は、温度補償用の半導体抵抗素子（例えば、一実施形態における抵抗素子１３）が支持部に配置され、対応する電極（例えば、一実施形態における電極１４）に配線されていることにより、設けられている周囲の温度による抵抗変化を検知することができ、歪み検出素子の温度特性に対応して、抵抗変化の測定結果を補正することで、周囲温度に影響されない力及びモーメントの測定を行うことが可能である。
【００２２】
本発明の多軸力センサ素子は、接地電位であるガード配線（例えば、一実施形態におけるＧＮＤ配線７）が、歪み検出素子の接地電位ではない配線（例えば、一実施形態における信号配線８）を、包囲するように配置されることにより、歪み検出素子からの電流を検出する場合、環境中の高周波ノイズによる外乱を押さえ、かつ前記ガード配線が他の歪み検出素子の配線からのクロストークノイズをシールドするため、歪み検出素子の抵抗変化における電流測定のＳ／Ｎ比を向上させることができ、印加される外力の力及びモーメントの測定精度を向上させ、測定結果におけるロバスト性及び安定性を得ることが可能となる。
【００２３】
本発明の多軸力センサ素子は、前記半導体基板にバイアスを印加するバイアス電極（例えば、一実施形態におけるバイアス電極１２）が形成されていることにより、この印加されるバイアスにより、前記歪み検出素子を形成する半導体抵抗素子の活性層界面に空乏層が成長し、活性層と半導体基板との間，及び隣接する活性層間の絶縁を行うことができるため、リーク電流が減少し、電流ノイズの影響を低減することができる。さらに、電気的に基板を一定電位に固定することにより、電位のふらつき防止やノイズ耐性を向上させることができ、半導体抵抗素子の抵抗変化量を高い精度で測定することができるので、印加される外力の力及びモーメントの測定精度を向上させ、測定結果におけるロバスト性及び安定性を得ることが可能となる。
【００２４】
本発明の多軸力センサ素子は、前記半導体基板において、前記橋梁部の前記歪み検出素子が配置される領域に相対する裏面の領域に、少なくとも１個以上の歪み検出素子（例えば、一実施形態における抵抗素子Ｓya1u〜Ｓya3u，Ｓxa1u〜Ｓxa3u，抵抗素子Ｓyb1u〜Ｓyb1u，Ｓｘb1u〜Ｓｘb3u）が、前記橋梁部の長軸方向に対して平行に形成され、配線により電極に接続されていることにより、表面及び裏面に形成された各々の歪み検出素子の抵抗変化に基づき、作用部に印加される外力の力及びモーメントを、表面のみに歪み検出素子を設けた場合に比較して、より特定成分毎に分離して高い精度で測定することができ、測定結果におけるロバスト性及び安定性を得ることが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜６軸力センサの構造及び機能＞
図１は本発明の一実施形態による６軸力センサの構造例を示す上面からみた平面図である。この図において、６軸力センサ１は、半導体基板２上面に形成された活性層（拡散層）よりなるなる抵抗素子（ピエゾ抵抗素子）Ｓxa1〜Ｓxa3，Ｓxb1〜Ｓxb3，Ｓya1〜Ｓya3，Ｓyb1〜Ｓyb3から構成されている（半導体製造技術を用いた１チップ構成）。
半導体基板２は、厚さ方向に貫通した穴の領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎにより、以下に示すセンサ構造を有している。
ここで、穴の領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎの内周における内角部は、円弧状に加工、望ましくはＲ加工されている。
【００２６】
すなわち、６軸力センサ１は、上記領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎにより複数の領域に機能的に分離されており、半導体基板２の外周部分を支持部３とし、半導体基板２の中央の島状の領域を、外力の印加される作用部４として構成されている。
この作用部４は、支持部３に対して４本の連結部５A，５B，５C，５Dで連結された構成となっている。
連結部５A，５B，５C，５Dは、各々橋梁部５Aa及び弾性部５Ab，橋梁部５Ba及び弾性部５Bb，橋梁部５Ca及び弾性部５Cb，橋梁部５Da及び弾性部５Dbにより構成されている。
【００２７】
弾性部５Ab，５Bb，５Cb，５Dbは、それぞれ領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各々の周囲において、支持部３に対して、長軸方向における両端部２箇所で各々接続されるよう形成されている。
そして、橋梁部５Aa，５Ba，５Ca，５Daは、長軸方向における一方の端部が作用部４に接続され、また、他方の端部が対応する弾性部に対して１点で接続されている。
ここで、橋梁部５Aa，５Ba，５Ca，５Daと、弾性部５Ab，５Bb，５Cb，５Db及び作用部４の各接続部は、印加される外力による応力を分散させ、印加される外力に対する強度を持たせるため、円弧状に加工、望ましくは各々Ｒ加工されている（例えば、内角９０°の角度を有する部分は、例えばＲ０.１（半径０.１ｍｍ）にＲ加工されている。
また、この図１の構造例においては、半導体基板２において、領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎにより、連結部５が「Ｔ字」状（Ｔ字ビーム）に形成されているが、弾性機能が満足されれば「Ｙ字」状などとして形状を問わない。
【００２８】
抵抗素子Ｓya1，Ｓya2，Ｓya3は、連結部５Aにおいて、支持部４と橋梁部５Aaとの接続部近傍、すなわち作用部４に印加される外力による歪みが最も発生する部分に配置するように形成されている。
また、抵抗素子Ｓya1，Ｓya2，Ｓya3は、橋梁部５Aaの長軸方向に対して、各々が平行となるように形成されている。
他の抵抗素子Ｓyb1〜Ｓyb3，抵抗素子Ｓxa1〜Ｓxa3，抵抗素子Ｓxb1〜Ｓxb3も、上述した抵抗素子Ｓya1〜Ｓya3と同様に、それぞれ支持部４及び橋梁部５Ba，支持部４及び橋梁部５Ca，支持部４及び橋梁部５Daの接続部近傍に配置するよう形成されている。
【００２９】
すなわち、図２（図１の連結部５C周辺の拡大図）において、連結部５Cと作用部４との接続部の近傍には、橋梁部５Caの長軸方向の活性層Ｓからなる抵抗素子Ｓyb1〜Ｓyb3が形成されている。
これら抵抗素子Ｓyb1〜Ｓyb3の位置関係は、抵抗素子Ｓyb2が橋梁部５Caの中央（作用部４の中心線）に配置されており、抵抗素子Ｓyb1，Ｓyb3が橋梁部５Caにおいて抵抗素子Ｓyb2の両側に対称な位置で配置されている。
ここで、各活性層Ｓは、抵抗素子をコンパクトに形成するため、複数回折り返して全体長が長くなるように形成されているが、この形状に限定されるものではない。
また、図２の点線で示された部分を除去するようにくびれ部６Ｃを形成し、すなわち、外力の印加による歪みを、より集中して発生させるため、橋梁部５Ca（５Aa，５Ba，５Daも同様）に、それぞれ、くびれ部６D（６A，６B，６C）を形成してもよい。
【００３０】
このくびれ部６Ｃは、橋梁部５Caのいずれの部分に形成しても良いが、橋梁部５Caの支持部４との接続部分に形成されるのが望ましい。
このくびれ部６Ｃを形成した場合、抵抗素子Ｓyb1〜Ｓyb3は、このくびれ部６Ｃに挟まれる位置に活性層Sを形成して配置する。
また、くびれ部６Ｃを形成するか否かによらず、活性層Ｓは、抵抗素子として、一端がコンタクトＣＮ１によりＱＮＤ配線７に接続され、他端がコンタクトＣＮ２により信号配線８に接続される。
【００３１】
ここで、ＧＮＤ配線７は、抵抗素子Ｓyb1，Ｓyb2，Ｓyb3各々からの信号配線８との間に配置するように形成されるとともに、抵抗素子Ｓyb1，Ｓyb2，Ｓyb3各々の活性層Ｓとを囲むように配置される。
したがって、各抵抗素子及び各信号配線８をＧＮＤ配線７により分離することで、各抵抗素子からの電流を検出する場合、ＧＮＤ配線７が環境中の高周波ノイズによる外乱を防止し、かつ他の抵抗素子及びその信号配線からのクロストークノイズ等をシールドするため、各抵抗素子のピエゾ効果による抵抗変化の電流測定のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
また、本実施形態では、抵抗素子の一方を接地電位に接続しているが、測定方法によっては、接地電位に接続させない場合もある。
この接続させない場合には、各抵抗素子の各々の信号配線と別途にガード専用の他のＧＮＤ配線を設け、この他のＧＮＤ配線を接地電位に独立して接続する必要がある。
【００３２】
図１に戻り、ＧＮＤ配線７は、各々、支持部３の領域に形成されたＧＮＤ電極９へ接続される。
ＧＮＤ電極９各々は、支持部３の外周領域の表面に形成されたＧＮＤ配線１１にそれぞれ接続されている。
上述したＧＮＤ電極９及びＧＮＤ配線１１は、図示しない外部電源からＧＮＤ（接地）電位が印加される。
また、信号配線８各々は、支持部３の外周領域の表面に形成された信号電極１０にそれぞれ接続されている。
これら信号電極１０は、各抵抗素子の抵抗値の測定を行う電極であり、図示しない外部の測定器または印加される外力の解析装置などに接続される。
これらの測定器または解析装置により、電流−電圧特性から抵抗値が測定され、印加される外力に基づく、各抵抗素子の抵抗変化率が求められる。
【００３３】
バイアス電極１２は、半導体基板２に対して、バイアス電圧を印加するための電極であり、所定の電位を外部電源から与えられる。
このバイアス電極を介して印加されるバイアス電圧により、活性層Ｓ（図２参照）の界面に空乏層が成長し、活性層Ｓと半導体基板２との間，及び隣接する活性層Ｓ間の絶縁を行うことができるため、各間のリーク電流を防止し、電流ノイズの影響を低減することができ、かつ、電気的に半導体基板２を一定電位に固定することにより、電位のふらつき防止やノイズ耐性を向上させることができ、各橋梁部５Aa，５Ba，５Ca，５Da各々に形成された抵抗素子の歪みに対応したピエゾ効果に基づく抵抗変化量を、高い精度で測定することができる。
【００３４】
抵抗素子１３は、温度補償を行うために設けられており、一端が配線によりＧＮＤ配線１１に接続され、他端が配線により電極１４へ接続されている。
電極１４へ所定の電圧を印加し、このとき流れる電流量に基づき抵抗素子１３の抵抗値と、室温のときの抵抗値との比を求め、この抵抗比により周囲温度に基づき、各橋梁部５Aa，５Ba，５Ca，５Da各々に形成された抵抗素子の抵抗値の補償を行う。
すなわち、外力の影響を受けない上記抵抗素子１３の抵抗変化をもとに、外力測定用の抵抗素子の抵抗変化の測定結果を常に補正することで、周囲温度に影響されない力及びモーメントの測定を行うことが可能となる。
【００３５】
上述してきたように、本発明の６軸力センサ１は、外力が印加される作用部４と、外部に固定される支持部３と、作用部４の外周に配置されている４本の連結部、すなわちＴ字形状に形成された連結部５A，５B，５C，５Dとを基本構成とした構造となっている。
ここで、連結部５A，５B，５C，５Dは、各々、支持部３に２箇所で各々接続される弾性部５Ab，５Bb，５Cb，５Dbと、作用部４に接続される橋梁部５Aa，５Ba，５Ca，５Daとから構成されている。
【００３６】
このため、本願発明の６軸力センサ１は、作用部４に印加される外力により、橋梁部５Aa，５Ba，５Ca，５Daに形成された抵抗素子各々に歪みが発生する場合、弾性部５Ab，５Bb，５Cb，５Dbが、作用部５と各橋梁部５Aa，５Ba，５Ca，５Daとの間にかかる外力において、印加された外力による半導体基板２全体での歪みの発生を防止するため、特定の方向の力又はモーメントに対する選択的な歪みを各抵抗素子に発生させることができ、作用部４に加えられる外力を、力及びモーメントの各成分に分離して得ることができる。
【００３７】
＜６軸力センサの製造方法＞
次に、図３により６軸力センサ１の製造方法の一例を説明する。
図３は、６軸力センサ１の製造プロセスを説明する、所定のプロセス単位ごとの断面図である。
図３（ａ）において、ｎ型（１００）シリコンである半導体基板２に、フォトリソグラフィにより形成した、抵抗素子を形成するためのレジストパターン（図示しない）をマスクとし、ｐ型不純物であるボロンを、イオン注入する。
上記抵抗素子は、抵抗素子Ｓya1〜Ｓya3，Ｓyb1〜Ｓyb3，Ｓxa1〜Ｓxa3，Ｓxb1〜Ｓxb3，１３である。
【００３８】
次に、上記レジストパターンを除去し、ｐ−ＣＶＤ（プラズマ−化学的気相成長法）により、酸化シリコン膜を層間絶縁膜２０として成長させる。
そして、半導体基板２を加熱することにより、注入したボロンの活性化処理を行い、活性層Ｓを形成する。
ここで、半導体基板２の厚さは５２５μｍであり、層間絶縁膜２０の厚さは３００ｎｍである。
また、形成された上記抵抗素子の抵抗値は、５３ｋΩである。
【００３９】
次に、図３（ｂ）において、コンタクトホールを形成するためのレジストパターン（図示しない）を形成し、このレジストパターンをマスクとし、コンタクトホールの形成部の層間絶縁膜２を、ＢＨＦ（バッファド弗酸）により除去する。
そして、上記レジストパターンを除去し、Ａｌ−Ｓｉ（アルミニウムとシリコンとの合金）を半導体基板２の表面全体に、約１μの厚さでスパッタリングし、オーミック接合形成のための熱処理を行う。
これにより、基板バイアス用の電極１２と半導体基板２とのコンタクトＣＮ，及び活性層ＳのコンタクトＣＮ２（及び図２のコンタクトＣＮ１）が形成される。
【００４０】
次に、図３（ｃ）において、フォトリソグラフィにより、ＧＮＤ配線７，１１、信号配線８、他の配線、各電極９，１０，１２，１４の領域を形成するためのレジストパターン（図示しない）を形成し、ウェットエッチングにより、不要な金属部分を除去し、各配線及び電極のパターンニングを行う。
さらに、上記レジストパターンを除去し、ｐ−ＣＶＤ（プラズマ化学気相成長法）により、ＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）をパッシベーション膜として形成する。
【００４１】
そして、ボンディングパッド形成のためのレジストパターン（図示しない）を形成し、電極９，１０，１２，１４の開口部となる領域のＳｉＮ膜を除去する。
次に、図３（ｄ）において、図１における厚さ方向に貫通した穴の領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎの形成と、チップ分割のためのレジストパターンを形成する。
そして、ワックスを用いて、半導体基板２をダミーウェハ２１に貼付する。
【００４２】
次に、図３（ｅ）において、ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）により、上記レジストパターンの開口部をエッチングで除去して、半導体基板３に貫通領域、すなわち、領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎの穴の領域を形成するとともに、チップ分割（ウェハからの各チップの切り出し）を行う。
そして、有機溶媒により上記レジストパターンを除去するとともに、上記ワックスを溶かし、半導体基板２からダミーウェハ２１から分離させる。
さらに、最終的な洗浄を行い、６軸力センサ１が完成する。
【００４３】
なお、上記工程ではイオン注入法により不純物を半導体基板２に導入したが、熱拡散により不純物を導入する方法を用いてもよい。
また、金属膜の堆積方法としては、スパッタリング法を採用したが、リフトオフを想定した蒸着法でもよい。
【００４４】
上述したように、本願発明の６軸力センサは、半導体基板表面に、フォトリソグラフィのプロセスを用いて、歪みを検出するための半導体抵抗素子を形成するため、所望の位置に素子を正確に配置することができるので、設計通りの性能の素子を、再現性良く製造することが容易にでき、生産性も向上する。
したがって、本願発明は、貼付け工程を伴うプロセスにより製造される従来の多軸センサと比較して、小型化が容易であり、再現性及び生産性にも優れている。
【００４５】
さらに、本願発明の６軸力センサは、半導体基板２上に抵抗素子を形成する構成のため、小型化及び薄型化が可能である。
加えて、本願発明の６軸力センサの製造方法は、各抵抗素子がフォトリソグラフィで解像可能なサイズまで小型化が可能である。
したがって、本願発明は、小型化及び薄型化が可能であり、他軸干渉の影響を低下させた６軸力センサを提供することが可能である。
【００４６】
＜６軸力センサの動作＞
次に、この６軸力センサ１を用い、印加された外力の力及びモーメントの６成分の測定原理について、図を用いて説明する。
図５は、連結部５Ａ〜５Ｄ表面に形成された抵抗の位置関係を示しており、横軸をＸ軸とし、縦軸をＹ軸とし、Ｘ軸及びＹ軸と垂直方向（図面に垂直に、図面の裏面から表面に向かう方向）をＺ軸として、以降用いる方向を定義する。
次に、図４は、各軸にかかる力及びモーメントを示す符号を説明している。
ここで、Ｘ軸方向の力を力Ｆxとし、Ｙ方向の力をＦyとし、Ｚ方向の力をＦzとする。
また、Ｘ軸に対して回転方向に与えられるモーメントをＭxとし、Ｙ軸に対して回転方向に与えられるモーメントをＭyとし、Ｚ軸に対して回転方向に与えられるモーメントをＭzとする。
【００４７】
そして、図６〜図１１は、６軸力センサ１が、上述した各々の力及びモーメントが与えられることによる変形を示している。
図６（ａ）は上方向から見た平面図であり、図６（ｂ）は横方向から見た側面図である。
ここで、図６（ａ）は、力「−Ｆy」がＹ軸に沿って、図の上方向から下方向に向かって印加されていることを示している。
【００４８】
力「−Ｆy」がＹ軸方向に印加されているため、連結部５Ｂ及び連結部５Ｄと作用部４との各々の接続部の部分に歪みが生じる。
このとき、抵抗素子Ｓxa3及びＳxb1には、圧縮による歪みが発生して抵抗値が減少する。
また、抵抗素子Ｓxa1及びＳxb3には、引っ張りによる歪みが発生して抵抗値が増加する。
【００４９】
一方、連結部５Ａ及び連結部５Ｃと作用部４との接合部には、弾性部５Ａb及び弾性部５Ｃbに、力「−Ｆｙ」が吸収されることにより、歪みの発生が抑えられる。
これにより、連結部５Ａ表面の抵抗素子Ｓya1〜Ｓya3，及び連結部５Ｃ表面の抵抗素子Ｓyb1〜Ｓyb3は抵抗の変化は極めて小さい。
図７（ａ）は上方向から見た平面図であり、図７（ｂ）は横方向から見た側面図である。
ここで、図７（ａ）は、力「Ｆx」がＸ軸に沿って、図の左方向から右方向に向かって印加されていることを示している。
力「Ｆx」がＸ軸方向に印加されているため、連結部５Ａ及び連結部５Ｃと作用部４との各々の接続部の部分に歪みが生じる。
【００５０】
このとき、抵抗素子Ｓya3及びＳyb1には、圧縮による歪みが発生して抵抗値が減少する。
また、抵抗素子Ｓya1及びＳyb3には、引っ張りによる歪みが発生して抵抗値が増加する。
一方、連結部５Ｂ及び連結部５Ｄと作用部４との接合部には、弾性部５Ｂb及び弾性部５Ｄbに、力「Ｆx」が吸収されることにより、歪みの発生が抑えられる。
これにより、連結部５Ｂ表面の抵抗素子Ｓxa1〜Ｓxa3，及び連結部５Ｄ表面の抵抗素子Ｓxb1〜Ｓxb3は抵抗の変化は極めて小さい。
【００５１】
また、図８（ａ）は上方向から見た平面図であり、図８（ｂ）は横方向から見た側面図である。
ここで、図８（ｂ）は、力「−Ｆz」がＺ軸（図の平面に垂直）に沿って、図の上面方向から下面方向に向かって印加されていることを示している。
力ＦzがＺ軸方向に印加されているため、連結部５Ａ〜連結部５Ｄと作用部４との各々の接続部の部分に歪みが生じる。
このとき、抵抗素子Ｓxa1〜Ｓxa3，Ｓya1〜Ｓya3，Ｓxb1〜Ｓxb3，Ｓyb1〜Ｓyb3には、一様に圧縮による歪みが発生して抵抗値が減少する。
【００５２】
また、図９（ａ）は上方向から見た平面図であり、図９（ｂ）は横方向から見た側面図である。
ここで、図９（ｂ）は、モーメントＭｙがＹ軸を回転軸として、矢印の方向へ印加されていることを示している。
モーメントＭyがＹ軸を回転軸とした回転方向に印加されているため、連結部５Ｂ及び連結部５Ｄと作用部４との各々の接続部の部分に歪みが生じる。
このとき、抵抗素子Ｓxa1〜Ｓxa3には、圧縮による歪みが発生して抵抗値が減少する。
また、抵抗素子Ｓxb1〜Ｓxb3には、引っ張りによる歪みが発生して抵抗値が増加する。
【００５３】
一方、連結部５Ａ及び連結部５Ｃと作用部４との接合部には、弾性部５Ａb及び弾性部５Ｃbに、モーメントＭｙが吸収されることにより、歪みの発生が抑えられる。
これにより、連結部５Ａ表面の抵抗素子Ｓya1〜Ｓya3，及び連結部５Ｃ表面の抵抗素子Ｓyb1〜Ｓyb3は抵抗の変化は極めて小さい。
また、図１０（ａ）は上方向から見た平面図であり、図１０（ｂ）は横方向から見た側面図である。
ここで、図１０（ｂ）は、モーメントＭxがＸ軸を回転軸として、矢印の方向へ印加されていることを示している。
モーメントＭxがＸ軸を回転軸とした回転方向に印加されているため、連結部５Ａ及び連結部５Ｃと作用部４との各々の接続部の部分に歪みが生じる。
【００５４】
このとき、抵抗素子Ｓyb1〜Ｓyb3には、圧縮による歪みが発生して抵抗値が減少する。
また、抵抗素子Ｓya1〜Ｓya3には、引っ張りによる歪みが発生して抵抗値が増加する。
一方、連結部５Ｂ及び連結部５Ｄと作用部４との接合部には、弾性部５Ｂb及び弾性部５Ｄｂに、モーメントＭxが吸収されることにより、歪みの発生が抑えられる。
これにより、連結部５Ｂ表面の抵抗素子Ｓxa1〜Ｓxa3，及び連結部５Ｄ表面の抵抗素子Ｓxb1〜Ｓxb3は抵抗の変化は極めて小さい。
【００５５】
さらに、図１１（ａ）は上方向から見た平面図であり、図１１（ｂ）は横方向から見た側面図である。
ここで、図１１（ａ）は、モーメントＭｚがＺ軸を回転軸として、反時計回りの方向へ印加されていることを示している。
モーメントＭｚがＺ軸を回転軸として回転方向に印加されているため、連結部５Ａ〜連結部５Ｄと作用部４との各々の接続部の部分に歪みが生じる。
このとき、抵抗素子Ｓya1，Ｓxb1，Ｓyb1，Ｓxa1には、圧縮による歪みが発生して抵抗値が減少する。
また、抵抗素子Ｓya3，Ｓxb3，Ｓyb3，Ｓxa3には、引っ張りによる歪みが発生して抵抗値が増加する。
【００５６】
＜試作した６軸力センサによる６軸力の測定＞
次に、実際に作成した６軸力センサ１の概要を説明する。
以下に、試作した６軸力センサ１のプロセスパラメータを以下に示す。
半導体基板２は、Ｐ（燐）ドープのｎ型シリコン基板であり、抵抗率が１Ωcmである。
そして、半導体基板２は、ｎ型（１００）シリコン基板であり、各抵抗素子を構成するｐ型の活性層Ｓの長軸方向は＜０１１＞方向または＜０−１１＞方向のいずれかに平行に形成されている。
なお、イオン注入により形成した活性層Ｓのシート抵抗（ρ□）は５００［Ω／□］であり、上記試作した６軸力センサ１の各抵抗素子Ｓxa1〜Ｓxa3，Ｓya1〜Ｓya3，Ｓxb1〜Ｓxb3，Ｓyb1〜Ｓyb3は、５３ｋΩの抵抗値として形成された。
【００５７】
次に、図１２は、一例として試作した６軸力センサ１の各部の形状及び寸法を示している。ここで、図１２（ａ）〜（ｃ）に示されている寸法は、全てｍｍ単位である。
図１２（ａ）は、上方から見た平面図であり、各部の寸法が示されている。
半導体基板２、すなわち６軸力センサ１のチップ寸法は１０ｍｍ×１０ｍｍであり、作用部４の大きさは３ｍｍ×３ｍｍである。
作用部４の各辺の中央から対向する支持部３の方向に、幅０.４ｍｍで長さ１.３２５ｍｍの橋梁部５Ａa，５Ｂa，５Ｃa，５Ｄaが形成されている。
【００５８】
穴の領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、幅０.２ｍｍで長さ５.２５ｍｍの寸法において貫通して形成されている。
弾性部５Ａb，５Ｂb，５Ｃb，５Ｄbは、幅０.２ｍｍで長さ５.２５ｍｍの寸法において形成されており、各中央部分に、垂直にそれぞれ橋梁部５Ａa，５Ｂa，５Ｃa，５Ｄaの一端が接続されている。
【００５９】
また、図１２（ｂ）は、抵抗素子Ｓxa1〜Ｓxa3，Ｓya1〜Ｓya3，Ｓxb1〜Ｓxb3，Ｓyb1〜Ｓyb3の形成される位置関係を示している。
例えば、橋梁部５Ａaと作用部４との接続部に形成される抵抗素子Ｓya1〜Ｓya3を例として説明する。他の橋梁部と作用部４との接続部に形成される抵抗素子についても以下の説明と同様である。
抵抗素子Ｓya1〜Ｓya3は、幅０.０７ｍｍ，ピッチ０.０７ｍｍにおいて、橋梁部５Ａaと作用部４との接続部近傍に配置されている。
そして、各抵抗素子は、図１２（ｃ）に示すように、０.０７ｍｍの幅の領域に、０.０１ｍｍの幅の活性層Ｓが０.３ｍｍの長さで、０.０１ｍｍのピッチで４本形成された構造となっている。
【００６０】
図１２（ｂ）に戻り、抵抗素子Ｓya1〜Ｓya3は、橋梁部５Ａaと作用部４との接続部において、橋梁部５Ａaの長軸方向に活性層Ｓの長軸方向が平行となるように配置される。
また、抵抗素子Ｓya1〜Ｓya3は、各々の長軸方向の中央が作用部４の辺に対応する位置に配置されている（上記辺の上下０.１５ｍｍずつ形成されている）。
そして、抵抗素子Ｓya2は橋梁部５Ａの短軸方向の中央部に配置されていて、抵抗素子Ｓya1，Ｓya3は抵抗素子Sya2の端部に対向していない外側の端部が、橋梁部５Ａの短軸方法の各端部から０.０２５ｍ離れる位置に形成されている。
【００６１】
次に、すでに述べたプロセスパラメータと、図１２に示した形状とにおいて試作された６軸力センサ１の印加される力とモーメントの各成分を検出するセンサ特性を示す。
図１３には、作用部４に対して、印加される力及びモーメントと、単位（力またはモーメント）当たりの演算抵抗変化率との関係を示したテーブルが示されている。
左側の領域１００には、作用部４に外力が印加された場合に得られる、力及びモーメントの６成分に対応した各抵抗値の抵抗変化率から、演算抵抗変化率を求める式が示されている。
【００６２】
例えば、以下に示す（１）式によりＸ軸方向に印加される力Ｆｘを算出するための演算抵抗変化率を求める。
Sig1 = ((Ｒ'Sya1-Ｒ'Sya3)+(Ｒ'Syb3-Ｒ'Syb1))/4                  …(1)
同様に、以下に示す（２）〜（６）式により力Ｆｙ，Ｆｚ及びモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々を算出するための演算抵抗変化率を求める。
Sig2 = ((Ｒ'Sxa3-Ｒ'Sxa1)+(Ｒ'Sxb1-Ｒ'Sxb3))/4                  …(2)
Sig3 = (Ｒ'Sxa2+Ｒ'Sya2+Ｒ'Sxb2+Ｒ'Syb2)/4                      …(3)
Sig4 = (Ｒ'Sya2-Ｒ'Syb2)/2                                      …(4)
Sig5 = (Ｒ'Sxb2-Ｒ'Sxa2)/2                                      …(5)
Sig6 = ((Ｒ'Sxa3-Ｒ'Sxa1)+(Ｒ'Sya3-Ｒ'Sya1)+(Ｒ'Sxb3-Ｒ'Sxb1)
+(Ｒ'Syb3-Ｒ'Syb1))/8                                    …(6)
上記各式は、外力が印加されて、各々の橋梁部と作用部との接続部に発生する歪みにより、延ばされる（引張りを受ける）抵抗素子と圧縮される抵抗素子との抵抗変化率から構成されている。
例えば、Ｒ'Sya1は、抵抗素子Sya1の抵抗変化率である。
【００６３】
ここで、図１３のテーブルをみて判るように、各式は、テーブルの非対角成分が「０」、または対角成分２００に比較して小さな数値となるように抵抗素子が選択されて用いられている。
すなわち、上記（１）式〜（６）式は、各軸の力又はモーメントを測定するとき、他軸干渉を防止するため、特定軸以外の力又はモーメントでの抵抗変化率が各々打ち消しあうように、抵抗素子を選択し、演算抵抗変化率の演算を行うように構成されている。
力Ｆｘの印加に対応した（１）式に注目すると、Ｆｘが与えられたとき、抵抗素子Sya1とSya3とに引張応力、抵抗素子Sya3とSya1に圧縮応力が印加されるので演算抵抗変化率は単位Ｆｘ当り0.00431(1/N)である。
【００６４】
また、力Ｆｘの印加に対応した（１）式に注目すると、Ｆyが与えられたとき、抵抗素子Ｓya1と抵抗素子Ｓya3とは双方ともに引張応力が印加され、抵抗素子Ｓyb3と抵抗素子Ｓyb1とは双方ともに圧縮応力が印加されることとなり、抵抗変化率Ｒ'Sya1とＲ'Sya3と、及び抵抗変化率Ｒ'Syb3とＲ'Syb1とが互いに相殺しあう（キャンセルしあう）こととなる。
したがって、Ｆyが与えられたとき、演算抵抗変化率Ｓig1は、（１）式において理論的に「０」として求められる。
また、（１）式において、Ｆｚが印加されたとき、抵抗素子Ｓya1，Ｓya3，Ｓyb3，Ｓyb1のすべてに、引張応力が印加されることになり、やはり、抵抗変化率Ｓig1は、（１）式において理論的に「０」として求められる。
【００６５】
さらに、（１）式において、Ｍxが印加されたとき、抵抗素子Ｓya1と抵抗素子Ｓya3とは双方ともに引張応力が印加され、抵抗素子Ｓyb3と抵抗素子Ｓyb1とは双方ともに圧縮応力が印加されることになり、演算抵抗変化率Ｓig1は、（１）式において理論的に「０」として求められる。
また、（１）式において、Ｍyが印加されたとき、抵抗素子Sya1とSya3に圧縮応力、Sya3とSya1に引張応力がかかるため、演算抵抗変化率Ｓig1は、（１）式において理論的に「０」とならない。
しかしながら、弾性部５Ａb，５Ｃbが歪みをある程度吸収するため、Ｆｘの入力時の演算抵抗変化率の値と比較して小さな数値となる。
【００６６】
さらに、（１）式において、Ｍzが印加されたとき、抵抗素子Ｓya1と抵抗素子Ｓyb1とは双方ともに引張応力が印加され、抵抗素子Ｓya3と抵抗素子Ｓyb3とは双方ともに圧縮応力が印加されることになり、これらの抵抗素子の抵抗変化率が(Ｒ'Sya1-Ｒ'Sya3)と(Ｒ'Syb3-Ｒ'Syb1)としてキャンセルし合うこととなり、演算抵抗変化率Ｓig1は、（１）式において理論的に「０」として求められる。
この結果から、逆行列を求めＦｘと演算抵抗変化の関係を求めると、上述したように、力Ｆxが、ほぼ「Ｆx＝Sig1・［対角要素］11（従来例で示したｍ'11に対応）」の関係となる。
【００６７】
このように、非対角要素の数値が「０」、または対角要素に比較して非常に小さな数値となるように、抵抗素子を選択し、これら抵抗素子の抵抗変化率から演算抵抗変化率Sig1を求める式とを形成しているので、他軸干渉の発生する可能性を大幅に低減できる。
他の（２）式〜（６）式も同様に、非対角要素が、「０」となるか、もしくは対角要素に対して小さな値となるように、測定に用いられる抵抗素子が選択されている。
上記各抵抗素子は、各橋梁部において、中央に配置された抵抗素子と、この抵抗素子の両側の対称的な位置に配置されているので、上述のような抵抗変化率のキャンセルが可能となっている。
ここで、各式において、式で使用した抵抗の数で除算しているのは、１本の抵抗の抵抗変化率として規格化するためである。
【００６８】
上述した処理と同様に、（２）式〜（６）式により、各成分の力またはモーメントの印加に対する演算抵抗変化率を求めた結果が図１３のテーブルである。
上述した（１）式〜（６）式において、抵抗変化率Sig1，2，3については１Ｎあたりの演算抵抗変化率として求め、演算抵抗変化率Sig4〜Sig6については１Ｎ・cmあたりの抵抗変化率として求める。
【００６９】
ここで、各抵抗素子単体での抵抗変化率の求め方の説明を行う。
例えば、抵抗素子Ｓxa1の抵抗値をＲsxa1（応力のかかった状態）として、その抵抗変化率をＲ'sxa1とし、補償抵抗である抵抗素子１３の抵抗値をＲcompとすると、真の抵抗素子Ｓxa1の抵抗値は、「Ｒsxa1・Ｒcomp(0)／Ｒcomp」である。
ここで、Ｒcomp(0)が室温での抵抗値であり、Ｒcompがそのときの周囲の温度に基づく抵抗値である。
そして、抵抗変化率Ｒ'sxa1は、以下に示す式により求められる。
Ｒ'sxa1＝((Ｒsxa1・Ｒcomp(0)／Ｒcomp)−Ｓxa1(0))／Ｓxa1(0)
ここで、抵抗値Ｓxa1(0)は、抵抗素子Ｓxa1に対して応力がかかっていない状態の、抵抗素子Ｓxa1の抵抗値を示している。
他の抵抗素子Ｓxa2，3，Ｓxb1〜Ｓxb3，Ｓya1〜Ｓya3，Ｓyb1〜Ｓyb3の抵抗変化率Ｒ'Sxa2，3，Ｒ'Sxb1〜Ｒ'Sxb3，Ｒ'Sya1〜Ｒ'Sya3，Ｒ'Syb1〜Ｒ'Syb3も、上述した抵抗素子Ｓxa1の抵抗変化率Ｒ'sxa1と同様に求める。
また、上記各抵抗値は、信号電極１０で測定される電流−電圧特性により求められる。
【００７０】
次に、測定から得られた、力又はモーメントの単位あたりの演算抵抗変化率を示す図１３のテーブルに基づいて、本発明の６軸力センサ１で測定される演算抵抗変化率から印加された外力の力及びモーメントを求める、以下に示す（７）式を作成する。
【数１】
0004011345.tif 000002
この（７）式における右辺における左項のマトリクスは、図１３のテーブルにおける要素をマトリクス（行列）として、この逆行列として求められたものである。
すなわち、上記逆行列が各軸毎に演算抵抗変化率と力又はモーメントとの関係を求めるマトリクスとなり、（７）式に演算抵抗変化率を与えることで、力及びモーメントの成分が求められる。
【００７１】
ここで、（７）式の右辺のマトリクスにおける非対角要素は、対角要素の数値に比較して小さい値、または「０」であるため、各軸の他軸干渉を抑制することが可能となる。
すなわち、力Ｆｘを与えた場合（他の力及びモーメントも同様である）に、力Ｆｘの数値のみが（１）式の演算結果として得られるように、他軸干渉を抑制する抵抗変化率−力及びモーメントの関係を示すマトリクスを構成することができる。
上述したように、他軸干渉により測定値の再現性に問題が生じやすい従来例と比較して、本発明の６軸力センサは、非対角成分を「０」もしくは対角成分に比較して非常に小さな数値とする演算抵抗変化率−力及びモーメントの関係を示すマトリクスを得ることができ、他軸干渉を抑制することとなり、測定値の再現性及びロバスト性を向上することが可能となる。
【００７２】
次に、上述してきたように半導体基板２の表面だけでなく裏面にも、抵抗素子を形成した場合の測定について、試作した６軸力センサを用いて、以下に説明する。
図１４に裏面に作成した各抵抗素子の位置関係を示す。図１４は、半導体基板２の上面（すでに説明した半導体素子の形成された表面）から、下部を透視した図であり、例えば、抵抗素子Ｓya1の裏側には抵抗素子Ｓya1uが形成されており、抵抗素子Ｓyb1の裏側には抵抗素子Ｓyb1uが形成されている。
これらの、製造方法はすでに述べた表面における各抵抗素子の製造方法と同様である。
すなわち、表面の各抵抗素子を作成した後、表面を何らかの材料により覆って保護した後、裏面に対して表面と同様なプロセスにより各半導体素子を形成して、表面の保護に用いた材料を除去して作成する。
【００７３】
Ａ．裏面の４個の抵抗素子を用いた場合
図１３のテーブルで説明した方法と同様に、図１５のテーブルの対角要素２１０の各対角要素を、以下に示す（８）式〜（１３）式（図１６の領域１1０に記載される）に基づき求める。
この図１５のテーブル作成においては、表面の抵抗素子全てと、連結部５Ａの抵抗素子Ｓya2u，連結部５Ｂの抵抗素子Ｓxa2u，連結部５Ｃの抵抗素子Ｓyb2u，連結部５Ｄの抵抗素子Ｓxb2uを用いている。
【００７４】
このとき、図１４には１２本の抵抗素子が示されているが、図１５のテーブル作成においては、６軸力センサにおいて抵抗素子Ｓya2u，Ｓxa2u，Ｓyb2u，Ｓxb2uのみを図１４に記載した位置に配置する構造となる。
Sig1 = ((Ｒ'Sxb2+Ｒ'Sxb2u)-(Ｒ'Sxa2+Ｒ'Sxa2u))/4                …(8)
Sig2 = ((Ｒ'Syb2+Ｒ'Syb2u)-(Ｒ'Sya2-Ｒ'Sya2y))/4                …(9)
Sig3 = ((Ｒ'Sxa2-Ｒ'Sxa2u)+(Ｒ'Sya2-Ｒ'Sya2u)+(Ｒ'Sxb2-Ｒ'Sxb2u)
+(Ｒ'Syb2-Ｒ'Syb2u))/8                                   …(10)
Sig4 = ((Ｒ'Sya2-Ｒ'Sya2u)-(Ｒ'Syb2-Ｒ'Syb2u))/4                …(11)
Sig5 = ((Ｒ'Sxb2-Ｒ'Sxb2u)-(Ｒ'Sxa2-Ｒ'Sxa2u))/4                …(12)
Sig6 = ((Ｒ'Sxa3-Ｒ'Sxa1)+(Ｒ'Sya3-Ｒ'Sya1)+(Ｒ'Sxb3-Ｒ'Sxb1)
+(Ｒ'Syb3-Ｒ'Syb1))/8                                    …(13)
ここで、力及びモーメントの各成分あたりの演算抵抗変化率Sig1〜Sig6を求める場合に、（１）式〜（６）式の場合と同様に、上記（８）式〜（１３）式において、他軸干渉が起こらない抵抗素子の組み合わせを行う。
抵抗素子を６軸力センサ１の表面に配置したのみでは、図１３のテーブルで見られるように、非対角要素をすべて「０」とすることができなかったが、裏面に配置した抵抗素子を用いることにより、図１５に示すように、非対角要素をすべて「０」とするような（８）式〜（１３）式を構成する抵抗素子の組み合わせが可能となる。
【００７５】
例えば、作用部４に力Ｆｘを印加した場合、演算抵抗変化率Ｓig1を求める（８）式は、表面及び裏面で対向する抵抗素子Ｓxb2及びＳxa2と、抵抗素子Ｓxb2u及びＳxa2uとの組み合わせで、抵抗素子１個あたりの演算抵抗変化率を求めている。
作用部４に対して、力Ｆｘが印加されることにより、抵抗素子Ｓxb2，Ｓxb2uにはわずかであるが引っ張りの力がかかり、抵抗素子Ｓxa2，Ｓxa2uにはわずかであるが圧縮の力がかかる。
【００７６】
例えば、力Ｍyが印加されたとき、表面の抵抗素子だけの場合には、図１３のようにＦxを検知させたい演算抵抗変化率Sig1に、非常に小さい値ながら他軸干渉としての数値が現れる。
しかしながら、裏面に抵抗素子を配置して、適切な抵抗素子を選択して、この抵抗素子の抵抗変化率に基づく（８）式を用いて演算抵抗変化率Sig1を演算するならば、力Ｍｙのときに、抵抗変化率Ｒ'Sxb2とＲ'Sxb2uとがキャンセルしあい、かつ抵抗変化率Ｒ'Sxa2とＲ'Sxa2uとがキャンセルしあうこととなる。
したがって、モーメントＭyに対して、非対角要素となる演算抵抗変化率Sig１の数値は「０」となる。
【００７７】
そして、（７）式を求めたときと同様に、図１５のテーブルを行列として、この逆行列を求めることで、演算抵抗変化率−力及びモーメントの関係を示すマトリクスを求める。
そして、この演算抵抗変化率−力及びモーメントの関係のマトリクスに基づき、以下に示す演算抵抗変化率−力及びモーメントの関係式である（１４）式を作成する。
【数２】
0004011345.tif 000003
以上により、（１４）式において、測定された抵抗変化率を用いて、上述した（８）式から（１３）式により求めた演算抵抗変化率の行列に、演算抵抗変化率−力及びモーメントの関係の上記マトリクスを乗ずることにより、印加された外力を力及びモーメントの６成分に分離して求めることができる。
【００７８】
（１４）式の右辺の抵抗変化率−力及びモーメントの関係のマトリクスをみて判るように、非対角要素がすべて「０」となっており、計算が簡単になるとともに、他軸干渉が大幅に抑制することができ、測定値の再現性及びロバスト性が向上するとともに、測定感度及び測定精度が向上する。
ここで、（７）式のマトリクスに比較して、（１４）式の対角要素の数値の大きさが異なるが、実験上での数値であり、本発明の６軸力センサは、基板の厚さ，橋梁部の太さ，抵抗の配置の調整により、いかようにも数値の調整が可能であり、測定感度の調整は用途によって、かつ軸方向によっても適時変更することが可能である。
【００７９】
Ｂ．裏面の１２個の抵抗素子を用いた場合
図１３のテーブルで説明した方法と同様に、図１６のテーブルの対角要素２２０の各対角要素を、以下に示す（１５）式〜（２０）式（図１６の領域１２０に記載される）に基づき求める。
この図１６のテーブル作成においては、表面の抵抗素子全てと、図１３に示す裏面の連結部５Ａの抵抗素子Ｓya1u〜Ｓya3u，連結部５Ｂの抵抗素子Ｓxa1u〜Ｓxa3u，連結部５Ｃの抵抗素子Ｓyb1u〜Ｓyb1u，連結部５Ｂの抵抗素子Ｓｘb1u〜Ｓｘb3uの１２個全てとを用いている。
Sig1 = ((Ｒ'Sya1-Ｒ'Sya3)+(Ｒ'Syb3-Ｒ'Syb1)+(Ｒ'Sya1u-Ｒ'Sya3u)
+(Ｒ'Syb3u-Ｒ'Syb1u))/8                                  …(15)
Sig2 = ((Ｒ'Sxa3-Ｒ'Sxa1)+(Ｒ'Sxb1-Ｒ'Sxb3)+(Ｒ'Sxa3u-Ｒ'Sxa1u)
+(Ｒ'Sxb1u-Ｒ'Sxb3u))/8                                  …(16)
Sig3 = ((Ｒ'Sxa2-Ｒ'Sxa2u)+(Ｒ'Sya2-Ｒ'Sya2u)+(Ｒ'Sxb2-Ｒ'Sxb2u)
+(Ｒ'Syb2-Ｒ'Syb2u))/8                                   …(17
Sig4 = ((Ｒ'Sya2-Ｒ'Sya2u)-(Ｒ'Syb2-Ｒ'Syb2u))/4                …(18)
Sig5 = ((Ｒ'Sxb2-Ｒ'Sxb2u)-(Ｒ'Sxa2-Ｒ'Sxa2u))/4                …(19)
Sig6 = ((Ｒ'Sxa3-Ｒ'Sxa1)+(Ｒ'Sya3-Ｒ'Sya1)+(Ｒ'Sxb3-Ｒ'Sxb1)
+(Ｒ'Syb3-Ｒ'Syb1)+(Ｒ'Sxa3u-Ｒ'Sxa1u)+(Ｒ'Sya3u-Ｒ'Sya1u)
+(Ｒ'Sxb3u-Ｒ'Sxb1u)+(Ｒ'Syb3u-Ｒ'Syb1u))/16             …(20)
ここで、力及びモーメントの各成分あたりの演算抵抗変化率Sig1〜Sig6を求める場合に、（１）式〜（６）式，及び（８）式〜（１３）の場合と同様に、上記（１５）式〜（２０）式において、他軸干渉が起こらない抵抗素子の組み合わせを行う。
【００８０】
抵抗素子を６軸力センサ１の表面に配置したのみでは、図１３のテーブルで見られるように、非対角要素をすべて「０」とすることができなかったが、図１６に示すように、図１５と同様に非対角要素をすべて「０」とするような（１５）式〜（２０）式を構成する抵抗素子の組み合わせが可能となる。
そして、対角要素２２０における抵抗素子Sya1，Sya2に対応する値を図１５のテーブルに比較して、大きくすることができ、力Ｆｘ，Ｆｙ検出感度を向上させることが可能となる。
【００８１】
例えば、作用部４に力Ｆｘを印加した場合、変化量Ｓig1を求める（１５）式は、表面及び裏面で対向する抵抗素子Ｓya1，Ｓya3，Ｓyb1及びＳyb3と、抵抗素子Ｓya1u，Ｓya3u，Ｓyb1u及びＳyb3uとの組み合わせで、抵抗素子１本あたりの演算抵抗変化率を求めている。
作用部４に対して、力Ｆｘが印加されることにより、抵抗素子Ｓya1，Ｓyb3，Ｓya1u，Ｓyb3uには引っ張りの力がかかり、抵抗素子Ｓya3，Ｓyb1，Ｓya3u，Ｓyb1uには圧縮の力がかかる。
【００８２】
このとき、（８）及び（９）式の様に、弾性部により、力Ｆｘが吸収されてしまう部分の抵抗素子を使用していないため、測定感度を低下させることなく、印加される外力を力及びモーメントの成分に分離することが可能であり、印加される外力の測定精度及び測定感度を向上させることが可能である。
そして、（７）式を求めたときと同様に、図１６のテーブルを行列として、この逆行列を求めることで、抵抗変化率−力及びモーメントの関係を示すマトリクスを求める。
そして、この抵抗変化率−力及びモーメントの関係のマトリクスに基づき、以下に示す抵抗変化率−力及びモーメントの関係式である（２１）式を作成する。
【数３】
0004011345.tif 000004
以上により、（２１）式において、測定された演算抵抗変化率の行列に、演算抵抗変化率−力及びモーメントの関係の上記マトリクスを乗ずることにより、印加された外力を力及びモーメントの６成分に分離して求めることができる。
【００８３】
（２１）式の右辺の演算抵抗変化率−力及びモーメントの関係のマトリクスをみて判るように、非対角要素がすべて「０」となっており、他軸干渉が大幅に抑制されるため、測定値の再現性及びロバスト性が向上し、かつ（１４）式に比較して対角要素の数値が同様となるため、測定感度及び測定精度がさらに向上する。
また、本発明の６軸力センサは、基板の厚さ，橋梁部の太さ，抵抗の配置の調整により、いかようにも数値の調整が可能であり、測定感度の調整は用途によって、かつ軸方向によっても適時変更することが可能である。
【００８４】
プロセスパラメータ及び６軸力センサの形状及び各部の寸法は、使用用途などにより適時最適化されるものであり、上述してきた各種数値は一例を示したものに過ぎない。
【００８５】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
上述の一実施形態において、各半導体抵抗の配置については、一例を示したに過ぎず、他軸干渉を防止するため、演算抵抗変化率−力及びモーメントの関係を示すマトリクスにおいて、非対角成分を、キャンセルできる抵抗素子の組み合わせと、（１）〜（６），（８）〜（１３），（１５）〜（２０）式等のように、力及びモーメントの成分に対応する演算抵抗変化率の演算式が求められれば、同様の効果を得ることが可能である。
【００８６】
また、一実施形態では、６軸力センサは、ｎ型の半導体基板２が結晶方向（１００）面であり、ｐ型の活性層Ｓよりなる各半導体抵抗素子の電流軸が＜０１１＞または＜０−１１＞方向で配置した構造で説明した。
しかし、本発明の６軸力センサは、結晶方向が（１１０）面の半導体基板２を用い、ｐ型の活性層Ｓよりなる各半導体抵抗素子を電流軸が＜１−１０＞または＜００−１＞方向となるように配置してもよい。
また、本発明の６軸力センサは、結晶方向が（１１０）面の半導体基板２を用い、ｐ型の活性層Ｓよりなる各半導体抵抗素子の電流軸が＜１−１−１＞または＜−１１−２＞方向となるように配置してもよい
上述した結晶方向及び電流軸の組み合わせにより、同様な歪みに対して、より大きな抵抗変化を得ることができ、印加される外力の力及びモーメントの成分の測定精度を向上させることが可能となる。
【００８７】
さらに、本発明の他の実施形態として、図１７に示す構造の６軸力センサにおいても、一実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
図１７は、他の実施形態による６軸力センサ３００の構造を示した上面から見た平面図である。
この６軸センサ３００は、穴の領域３０１〜３０４，支持部３０５，作用部３０６，弾性部３０７，３０８，３０９，３１０，橋梁部３１１，３１２，３１３，３１４から構成されている。
【００８８】
抵抗素子の配置形状及び数は一実施形態と同様であり、演算抵抗変化率と力及びモーメントの各成分との求め方も一実施形態と同様である。
一実施形態と異なっている点は、穴の領域Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎに対応する構成が無く、弾性部３０７，３０８，３０９，３１０の部分の剛性が低くなるように薄く形成されている点であり、他の構成は同様である。
そして、支持部３０５の部分において、支持台に固定した場合、弾性部３０７，３０８，３０９，３１０が、一実施形態の弾性部５Ａb，５Ｂb，５Ｃb，５Ｄbと同様に弾性体として働くことになる。
【００８９】
【発明の効果】
本発明の６軸力センサによれば、半導体基板からなる６軸力センサ機能を有するセンサチップであり、該センサチップが、外力が印加される作用部と、
外部構造体に固定する支持部と、前記作用部と前記支持部とを連結する、剛性の高い領域と剛性の低い領域とからなる連結部とから構成され、前記連結部の表面に、活性層で形成された半導体抵抗素子が配置され、各々の半導体抵抗素子が支持部の各辺に対向する電極に配線されている構成であるため、剛性の低い領域が連結部にかかる余分な歪みを吸収する機能を有し、センサチップ全体の歪みを抑制し、各々の半導体抵抗素子に対して選択的に、印加される力及びモーメント成分による歪みを発生させることができ、他軸干渉が抑制されるように、各軸にかかる力またはモーメントの測定値を求めるために使用する半導体抵抗素子の組み合わせを選択し、演算抵抗変化率を求める式を効果的に構成することが可能となるため、作用部に加えられる外力を力及びモーメントの６成分に分離でき、力及びモーメントの測定の再現性及びロバスト性を向上させることができる。
これにより、本発明の６軸力センサは、各連結部毎の各半導体抵抗素子の抵抗変化から求められる電気信号に、予期しない外乱などによるノイズが重畳したとしても、上述したように、測定に用いる半導体抵抗素子の組み合わせにより、他軸の干渉を受けずに、作用部に印加される外力を、力及びモーメント成分に分離して測定することが可能なため、測定精度及び測定感度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による６軸力センサ１の構造を示した上面から見た平面図である。
【図２】  図１の連結部５C周辺の拡大図である。
【図３】  図１に示す６軸力センサ１の製造プロセスをプロセス単位ごとの断面図である。
【図４】  作用部４に対して、各軸方向の力及びモーメントを示す符号の説明を行う概念図である。
【図５】  図１における連結部５Ａ〜５Ｃ表面に形成された抵抗の位置関係を示す表面配置図である。
【図６】  ６軸力センサ１が、作用部４に対して各軸の力又はモーメントが与えられることによる変形を示す概念図である。
【図７】  ６軸力センサ１が、作用部４に対して各軸の力又はモーメントが与えられることによる変形を示す概念図である。
【図８】  ６軸力センサ１が、作用部４に対して各軸の力又はモーメントが与えられることによる変形を示す概念図である。
【図９】  ６軸力センサ１が、作用部４に対して各軸の力又はモーメントが与えられることによる変形を示す概念図である。
【図１０】  ６軸力センサ１が、作用部４に対して各軸の力又はモーメントが与えられることによる変形を示す概念図である。
【図１１】  ６軸力センサ１が、作用部４に対して各軸の力又はモーメントが与えられることによる変形を示す概念図である。
【図１２】  一例として試作した６軸力センサ１の各部の形状及び寸法を示す寸法図である。
【図１３】  作用部４に対して、各軸方向に印加される力及びモーメントと、単位当たりの演算抵抗変化率との関係を示したテーブルが示されている。
【図１４】  半導体基板２の裏面に形成された抵抗素子の配置関係を示す透視図である。
【図１５】  作用部４に対して、各軸方向に印加される力及びモーメントと、単位当たりの抵抗の変化量との関係を示したテーブルが示されている。
【図１６】  作用部４に対して、各軸方向に印加される力及びモーメントと、単位当たりの抵抗の変化量との関係を示したテーブルが示されている。
【図１７】  本発明の他の実施形態による６軸力センサ３００の構造を示した上面から見た平面図である。
【符号の説明】
１，３００  ６軸力センサ
２  半導体基板
３，３０５  支持部
４，３０６  作用部
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ  連結部
５Ａa，５Ｂa，５Ｃa，５Ｄa  橋梁部
５Ａb，５Ｂb，５Ｃb，５Ｄb  弾性部
３０７，３０８，３０９，３１０  弾性部
３１１，３１２，３１３，３１４  橋梁部
７  ＧＮＤ配線
８  信号配線
９  信号電極
１０  信号電極
１１  ＧＮＤ電極
１２  バイアス電極
１３  抵抗素子
３０１，３０２，３０３，３０４  穴の領域
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ  穴の領域
Ｓxa1，Ｓxa2，Ｓxa3，Ｓya1，Ｓya2，Ｓya3  抵抗素子
Ｓxb1，Ｓxb2，Ｓxb3，Ｓyb1，Ｓyb2，Ｓyb3  抵抗素子
Ｓxa1u，Ｓxa2u，Ｓxa3u，Ｓya1u，Ｓya2u，Ｓya3u  抵抗素子
Ｓxb1u，Ｓxb2u，Ｓxb3u，Ｓyb1u，Ｓyb2u，Ｓyb3u  抵抗素子
【図１】
0004011345.tif 000005
【図２】
0004011345.tif 000006
【図３】
0004011345.tif 000007
【図４】
0004011345.tif 000008
【図５】
0004011345.tif 000009
【図６】
0004011345.tif 000010
【図７】
0004011345.tif 000011
【図８】
0004011345.tif 000012
【図９】
0004011345.tif 000013
【図１０】
0004011345.tif 000014
【図１１】
0004011345.tif 000015
【図１２】
0004011345.tif 000016
【図１３】
0004011345.tif 000017
【図１４】
0004011345.tif 000018
【図１５】
0004011345.tif 000019
【図１６】
0004011345.tif 000020
【図１７】
0004011345.tif 000021