CN107708532A - 接触式传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明抑制测定误差及传感器元件的破损。接触式传感器(200)在接触至皮肤(10)时，在皮肤(10)与传感器元件(214)之间形成间隙(200a)。接触式传感器(200)具备与皮肤(10)及传感器元件(214)一同包围间隙(200a)的斥水性树脂基板(212)与吸水性片材(211)。

Description

接触式传感器
技术领域
本发明涉及一种一边接触至身体的皮肤等测定对象一边进行测定的接触式传感器(sensor)。
背景技术
可始终进行体温或者体表的湿度或发汗测定的接触式传感器的需求正在增加。接触式传感器是以日射病、热疲劳、热射病等中暑病症的预防或者流行性感冒(influenza)等伴随高温发热的疾患的早期发现为目的。接触式传感器是贴附于人的身体体表部(皮肤)者，具备用于进行发汗程度或温度的测定的传感器元件，是薄型、轻量、小型、高耐水性的可穿戴式(wearable)电子机器。
以往，作为此种接触式传感器，已知有专利文献1中提出的身体发汗监测装置。图1是表示所述身体发汗监测装置的示意图。如图1所示，身体发汗监测装置110具备传感器元件(温湿度传感器)114、控制汗蒸气的流动的遮蔽板113、以及以传感器灵敏度得到最佳化的方式而设计的壳体(case)116，对来自皮肤100的发汗程度进行计测。
而且，专利文献2中，提出一种警告装置，其具备专利文献1的身体发汗监测装置中所含的构成要素、及经时地捕捉热扩散的传感器元件，以进行中暑病症的发病预测。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报《日本专利特开2012-85983号公报》
专利文献2：日本专利公开公报《日本专利特开2013-90894号公报》
专利文献3：日本专利公开公报《日本专利第5359550号》
发明内容
发明所要解决的问题
专利文献1、专利文献2所提出的装置中，如图1所示，形成有用于使从皮肤100放出的汗蒸气流入的流入孔112。有时从所述流入孔112，不仅会有汗蒸气，还会有液体(作为一例，为液体状态的汗)侵入装置内部，从而有时会导致液体附着于传感器元件114。若液体附着于传感器元件114，则存在容易产生测定误差，而且传感器元件114容易破损的问题。
本发明是有鉴于所述问题而完成，其目的在于在接触式传感器中抑制测定误差及传感器元件的破损。
解决问题的技术手段
为了解决所述问题，本发明的接触式传感器包括：接触部，接触至测定对象；传感器元件，在使所述接触部接触至所述测定对象时，与所述测定对象之间隔开间隙而配置，且对从所述测定对象产生的检测对象进行检测；以及斥水部及吸水部，在使所述接触部接触至所述测定对象时，与所述测定对象及所述传感器元件一同包围所述间隙。
发明的效果
本发明的目的在于，在接触式传感器中抑制测定误差及传感器元件的破损。
附图说明
图1是表示以往的身体发汗监测装置的示意图。
图2是本发明的一实施方式的接触式传感器的正面图及剖面图。
图3是表示从皮肤放出的红外线朝向图2的接触式传感器的传感器元件的状况的图。
图4是表示液体侵入传感器元件与皮肤的间隙时的状况的图。
图5是表示变形例的接触式传感器的制造步骤的剖面图。
具体实施方式
以下，基于附图来说明本发明的一实施方式的接触式传感器。图2的(a)是示意性地表示本发明的一实施方式的接触式传感器的正面图，图2的(b)是示意性地表示图2的(a)的接触式传感器的AA线的剖面的图。
本实施方式的接触式传感器200是接触至作为测定对象的人的皮肤(身体体表)10来使用者，是通过安装在内部的热电堆(thermopile)来检测人的体温的电子机器。另外，本实施方式中，如图2的(b)所示，在接触式传感器200中，将接触至皮肤10的一侧设为正面，将接触至皮肤10的一侧的相反侧设为背面。
如图2所示，接触式传感器200具备吸水性片材211、树脂基板(框体)212、电子零件213、传感器元件214、配线215、绝缘层216及吸湿性片材217。
在接触式传感器200中，沿着从正面侧朝向背面侧的方向，排列配置有吸水性片材211、树脂基板212、配线215、绝缘层216、吸湿性片材217，电子零件213及传感器元件214被埋设在树脂基板212中。
树脂基板212是包含树脂的大致平板形状的构件，埋设并支持电子零件213及传感器元件214。而且，本实施方式中，将树脂基板212中的与吸水性片材211相向的面设为基板正面212c，将与基板正面212c为相反侧的面设为基板背面212e。
电子零件213为电阻、电容器(condenser)、集成电路(Integrated Circuit，IC)等。传感器元件214是对用以测定作为测定对象的身体的温度(体温)而所需的红外线进行检测的元件。具体而言，传感器元件214是对从皮肤10放出的红外线进行检测的热电堆，是必须与皮肤10隔开一定距离的元件。
而且，传感器元件214及电子零件213是以从基板背面212e露出的方式而嵌入树脂基板212中。基板背面212e中的传感器元件214及电子零件213的露出部位是作为电极来发挥功能。而且，在基板背面212e，形成有将电极彼此电性连接的配线215。
而且，传感器元件214以基板正面212c较传感器元件214突出至接触式传感器200的正面侧的方式埋设于树脂基板212中。即，当使接触式传感器200接触至皮肤10时，基板正面212c较传感器元件214突出至皮肤10侧。
进而，如图2的(b)所示，接触式传感器200是将吸水性片材211的两面中的与跟基板正面212c相向的一侧的面为相反侧的面作为接触部，使所述接触部接触至皮肤10来使用，此时，在传感器元件214与皮肤10之间形成间隙200a。
具体而言，在吸水性片材211中，传感器元件214与皮肤10之间形成有开口部211a，在树脂基板212中，传感器元件214与皮肤10之间形成有空洞部212a。并且，开口部211a及空洞部212a相当于间隙200a。
另外，若将传感器元件214中的接触式传感器200的正面侧的面设为传感器元件正面214a，则如图2的(b)那样，空洞部212a是以使传感器元件正面214a的一部分露出至接触式传感器200的正面侧的方式而形成，传感器元件正面214a的其他部分(所述一部分以外的部分)被树脂基板212覆盖。由此，将空洞部212a的宽度限制为仅使测定所需的足够量的红外线到达传感器元件正面214a(检测面)者，由此，尽可能抑制不必要的物质到达传感器元件正面214a。
而且，本实施方式中，在树脂基板212中，若将与传感器元件正面214a的一部分相向的部分设为相向部212d，则相向部212d为接触至传感器元件正面214a的方式，但也可于相向部212d与传感器元件正面214a之间形成间隙。
继而，对于本实施方式的接触式传感器200，与其制造步骤一同进行说明。
(步骤A)
最先进行步骤A。步骤A是形成搭载有电子零件213、传感器元件214、配线215及绝缘层216的树脂基板212的步骤。
首先，通过嵌插(insert)成型，使埋设有电子零件213及传感器元件214的树脂基板212成形。通过所述嵌插成型，将电子零件213及传感器元件214以从基板背面212e露出的方式而埋设于树脂基板212中。
而且，通过所述嵌插成型，以传感器元件214从基板正面212c侧露出的方式而形成空洞部212a(即，在树脂基板212中的位于皮肤10与传感器元件214之间的区域形成空洞部212a)。
空洞部212a换言之为树脂基板212中的形成于基板正面212c侧的凹部，所述凹部的底面相当于传感器元件正面214a，凹部的侧面为图2的(b)的相向部212d。
接下来，在基板背面212e侧，形成将各电子零件213的电极彼此(或电子零件213与传感器元件214的电极彼此)接线的配线215。另外，配线215为印刷配线(print wiring)。
然后，形成覆盖基板背面212e的绝缘层216。作为绝缘层216，可使用绝缘性树脂。作为所述的绝缘性树脂，例如可使用(1)丙烯酸氨基甲酸酯(urethane acrylate)等改性丙烯酸酯系抗蚀剂(resist)或者(2)聚酯弹性体(polyester elastomer)或烯烃弹性体(olefin elastomer)等软质的涂布(coat)材。
另外，电子零件213及传感器元件214中的从基板背面212e露出的部位以及配线215也被绝缘层216覆盖。由此，如图2的(b)所示，配线215及电子零件213由树脂基板212及绝缘层216予以密封。
如此，电子零件213及传感器元件214被埋设于树脂基板212中，配线215及绝缘层216被设于树脂基板212的基板背面212e上。另外，步骤A可通过使用专利文献3(日本专利公开公报《日本专利5359550号》)中提出的方法来实现。
树脂基板212是通过对树脂制的基材添加斥水性添加剂来制作。本实施方式中，将聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)作为基材，将氟系表面活性剂(商品名沙福隆(Surflon)：AGC清美化工制造)作为斥水性添加剂，对PC添加1wt％左右的氟系表面活性剂，由此而制作出树脂基板212。由此，树脂基板212成为具有斥水性的斥水性基板(斥水部、斥水层)。
另外，作为用于树脂基板212的基材，除了PC以外，也可为聚酯(Polyester，PE)、聚酰胺(Polyamide，PA)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide，PPC)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、弹性体等。而且，作为用于树脂基板212的斥水性添加剂，除了氟系表面活性剂以外，还可使用硅系颗粒(pellet)。
而且，斥水性添加剂相对于基材的添加量是设定为1wt％～5wt％的范围中的与基材及斥水性添加剂的种类相应的适当的值。
(步骤B)
在步骤A之后进行步骤B。步骤B是利用吸水性片材211及吸湿性片材217来覆盖埋设有电子零件213及传感器元件214的树脂基板212的步骤。
具体而言，准备面积分别比基板正面212c及基板背面212e大且大致矩形形状的吸水性片材211及吸湿性片材217。然后，如图2所示，使吸水性片材211与基板正面212c相向配置，使吸湿性片材217与绝缘层216相向配置，将吸水性片材211的端部与吸湿性片材217的端部予以黏着。由此，以吸水性片材211覆盖基板正面212c、吸湿性片材217覆盖形成于基板背面212e的绝缘层216的方式，将树脂基板212放入包含吸水性片材211与吸湿性片材217的袋的内部。
吸水性片材211是在使用接触式传感器200时，位于皮肤10与树脂基板212之间，并接触至皮肤10者。作为吸水性片材211，使用布材(例如纱布(gauze)等在纤维与纤维之间存在间隙的结构的布材)、海绵(sponge)或者发泡树脂等吸水性良好的材料。由此，在使接触式传感器200接触至皮肤10的期间，从皮肤10产生的液体状的汗被吸水性片材211吸收。
另外，作为吸水性片材211，既可使用氨基甲酸酯系等的海绵材料，也可使用发泡树脂材料。还可使用将凝胶(gel)材料(可吸收所述凝胶材料自身重量的数百倍水分的凝胶材料)涂布于无纺布等而构成的片材来作为吸水性片材211。
吸湿性片材217是位于接触式传感器200中的与接触至皮肤10的一侧相反的一侧(背面侧)，因此优选为吸收从皮肤10蒸发的汗蒸气的功能优异。因此，作为吸湿性片材217，使用吸湿性良好的天然纤维(棉、麻或丝等)或者再生纤维(人造丝(rayon)等)。
利用吸水性片材211及吸湿性片材217包裹树脂基板212后，在吸水性片材211中的与空洞部212a及传感器元件114相向的部位形成开口部211a。
由此，如图3所示，当使接触式传感器200的吸水性片材211接触至皮肤10时，传感器元件214配置于与皮肤10隔开一定距离的位置，且传感器元件214与皮肤10之间成为间隙200a。因此，在间隙200a处，从皮肤10产生红外线300，且所述红外线300将到达传感器元件正面214a(检测面)，由此来测定体温。
而且，由于如上所述那样进行测定，因此本实施方式的接触式传感器200中，必须在传感器元件214与皮肤10之间形成间隙200a，且无法对间隙200a进行用以应对防水的密封。
因此，本实施方式的接触式传感器200如上所述，包括：(a)接触部(吸水性片材211)，接触至作为测定对象的皮肤10；(b)传感器元件214，当使吸水性片材211接触至皮肤10时，与皮肤10之间隔开间隙200a而配置，且对从皮肤10产生的红外线(检测对象)300进行检测；(c)斥水部(斥水层)及吸水部(吸水层)，当使吸水性片材211接触至皮肤10时，与皮肤10及传感器元件214一同包围间隙200a。另外，树脂基板212作为斥水部发挥功能，吸水性片材211作为吸水部发挥功能。
因此，即便液体(例如液体状态的汗)侵入皮肤10与传感器元件214的间隙200a，(1)也可如图4的(a)所示，液体30借助毛细管现象而被包含吸水性片材211的吸水部吸收，或者(2)如图4的(b)所示，液体30因斥水部(树脂基板212)的斥水效果被弹开而被吸水部(吸水性片材211)吸收。
由此，即便有液体(例如液体状态的汗)从开口部211a侵入皮肤10与传感器元件214的间隙200a，也可抑制所述液体到达传感器元件214，因此可抑制因液体附着于传感器元件214而引起的问题(测定误差及内部元件的破损)。
而且，本实施方式的接触式传感器200中，电子零件213及配线215是由树脂基板212及绝缘层216予以密封。即，电子零件213及配线215以不与外部气体接触的方式而被树脂基板212及绝缘层216无间隙地包住。由此，电子零件213及配线215与空气中的湿气或者水分隔绝，可获得针对电子零件213及配线215的防水效果。
而且，根据本实施方式的接触式传感器200，基板正面212c被吸水性片材211覆盖，使吸水性片材211接触至作为测定对象的皮肤10来进行测定。所述接触式传感器200中，与皮肤10接触的是吸水性片材211，因此在接触部位，从皮肤产生的汗被吸水性片材211吸收，因此可抑制来自皮肤的发汗受到阻碍，从而可抑制因发汗的阻碍引起的皮肤炎的产生。与此相对，以往的接触式传感器中，与皮肤的接触面包含不具备吸水功能的材质，因此存在来自皮肤的发汗受到阻碍，从而产生因发汗的阻碍引起的皮肤炎的问题。
而且，根据接触式传感器200，树脂基板212被吸水性片材211及吸湿性片材217覆盖，因此具有提高安装于树脂基板212中的传感器元件214及电子零件213的防水性的效果。
另外，本实施方式中，作为传感器元件214，使用了热电堆，但只要是与皮肤10隔开一定距离来使用的传感器元件，并不限定于热电堆。
例如，作为传感器元件214，可使用电子式高分子型、电阻变化型或者静电电容变化型的湿度传感器。此时，传感器元件214对从皮肤10产生的汗的蒸气进行检测，接触式传感器200作为测定发汗程度的发汗测定装置发挥功能。并且，在接触式传感器200中，在皮肤10与传感器元件214之间形成有间隙200a(不易受到外部环境影响的空间)，且所述间隙200a由斥水部与吸水部所包围，因此即便在使用湿度传感器来作为传感器元件214的情况下，也可在传感器元件214与皮肤10之间形成测定所需的空间，且可抑制液体(例如液体状态的汗)附着于传感器元件214。
[变形例]
以上所说明的实施方式中，是使用专利文献3(日本专利公开公报《日本专利5359550》)中揭示的方法而在树脂基板212中埋设电子零件213及传感器元件214，但也可使用专利文献3的方法以外的方法。例如可利用众所周知的印刷安装基板的制法。关于此点，基于图5来进行说明。
最先，如图5的(a)所示，制造在聚酰亚胺(polyimide)树脂制的绝缘层(绝缘性基板)316的其中一个面上形成有铜配线315的印刷电路。继而，如图5的(b)所示，在绝缘层316中的形成有铜配线315的一侧的面上，通过焊接等来安装电子零件313(电阻、电容器、IC)与传感器元件314。继而，如图5的(c)所示，在绝缘层316中的安装有铜配线315、电子零件313、传感器元件314的一侧的面上形成树脂基板312。
具体而言，以下述方式在绝缘层316上形成树脂基板312，即，铜配线315及电子零件313被树脂基板312及绝缘层316密封，且形成使传感器元件314中的与接触至绝缘层316的一侧相反的一侧露出的空洞部312a。另外，树脂基板312是与树脂基板212相同，通过对树脂制的基材添加斥水性添加剂而制作。
随后进行步骤B，这点与已述的实施方式相同。
以上的实施方式中，对于接触式传感器，示出了接触至人的皮肤来使用的例子，但当然并不限定于人的皮肤，可适用于所有动物的皮肤。
本发明并不限定于所述的各实施方式，可在权利要求所示的范围内进行各种变更，对不同的实施方式分别适当组合所揭示的技术方案而获得的实施方式也包含于本发明的技术范围内。
[总结]
如上所述，本发明的接触式传感器包括：接触部，接触至测定对象；传感器元件，在使所述接触部接触至所述测定对象时，与所述测定对象之间隔开间隙而配置，且对从所述测定对象产生的检测对象进行检测；以及斥水部及吸水部，在使所述接触部接触至所述测定对象时，与所述测定对象及所述传感器元件一同包围所述间隙。
根据本发明的结构，即便有液体流入所述间隙，也可利用斥水部来弹开所述液体以使其移动至吸水部，并使其被吸水部吸收。因此，起到下述效果：可抑制液体附着于所述传感器元件，由此，可抑制测定误差及元件的破损。
而且，本发明的接触式传感器除了所述结构以外，也可包括：斥水性基板，埋设有所述传感器元件，且具有基板正面，所述基板正面在使所述接触部接触至所述测定对象时，较所述传感器元件突出至所述测定对象一侧；以及吸水性片材，覆盖所述基板正面，且与跟所述基板正面相向的一侧的面为相反侧的面成为所述接触部，在所述斥水性基板上，在使所述接触部接触至所述测定对象时位于所述传感器元件与所述测定对象之间的区域中形成有空洞部，在所述吸水性片材上，在使所述接触部接触至所述测定对象时，位于所述传感器元件与所述测定对象之间的区域中形成有开口部，所述间隙为所述空洞部及所述开口部，所述斥水部为所述斥水性基板，所述吸水部为所述吸水性片材。
根据本发明的结构，具有下述优点：可利用简单的结构来实现由所述测定对象、所述传感器元件、所述斥水部及所述吸水部所包围的间隙，容易制造具备此种结构的接触式传感器。
而且，本发明的接触式传感器除了所述结构以外，也可包括：多个电子零件，若将所述斥水性基板中与所述基板正面为相反侧的面设为基板背面，则以从基板背面露出的方式而埋设于所述斥水性基板中；配线，将所述电子零件彼此连接；以及绝缘层，以密封所述配线及所述多个电子零件的方式而设于所述基板背面。
根据本发明的结构，可避免所述电子零件及配线接触至空气，因此空气中的湿气不会接触至所述电子零件及配线，对于所述电子零件及配线具有防水效果。
而且，本发明的接触式传感器除了所述结构以外，也可为：所述测定对象为身体体表，且具备作为所述接触部发挥功能的吸水性片材。
根据本发明的结构，在身体体表与吸水性片材的接触部位从身体体表(皮肤)产生的汗被吸水性片材吸收，因此可抑制来自皮肤的发汗受到阻碍，从而可抑制因发汗的阻碍引起的皮肤炎的产生。
而且，本发明的接触式传感器除了所述结构以外，也可为：所述测定对象为身体体表，所述传感器元件是为了对所述身体体表的温度进行测定，而将从所述身体体表产生的红外线作为所述检测对象来进行检测的热电堆。或者，本发明的接触式传感器除了所述结构以外，也可为：所述测定对象为身体体表，所述传感器元件是为了对所述身体体表的发汗程度进行测定而将从所述身体体表产生的汗的蒸气作为检测对象来进行检测的湿度传感器。
[符号的说明]
10：皮肤(身体体表、测定对象)
200：接触式感测器
200a：间隙
211：吸水性片材(吸水部、接触部)
211a：开口部
212：树脂基板(斥水部、斥水性基板)
212a：空洞部
212c：基板正面
212e：基板背面
213：电子零件
214：传感器元件
215：配线
216：绝缘层
217：吸湿性片材
300：红外线(检测对象)
312：树脂基板
312a：空洞部
313：电子零件
314：传感器元件
315：铜配线(配线)
316：绝缘层

Claims (6)

1.一种接触式传感器，其特征在于包括：
接触部，接触至测定对象；
传感器元件，在使所述接触部接触至所述测定对象时，与所述测定对象之间隔开间隙而配置，且对从所述测定对象产生的检测对象进行检测；以及
斥水部及吸水部，在使所述接触部接触至所述测定对象时，与所述测定对象及所述传感器元件一同包围所述间隙。
2.根据权利要求1所述的接触式传感器，其特征在于包括：
斥水性基板，埋设有所述传感器元件，且具有基板正面，所述基板正面在使所述接触部接触至所述测定对象时，较所述传感器元件突出至所述测定对象一侧；以及
吸水性片材，覆盖所述基板正面，且与跟所述基板正面相向的一侧的面为相反侧的面成为所述接触部，
在所述斥水性基板上，在使所述接触部接触至所述测定对象时，位于所述传感器元件与所述测定对象之间的区域中形成有空洞部，
在所述吸水性片材上，在使所述接触部接触至所述测定对象时，位于所述传感器元件与所述测定对象之间的区域中形成有开口部，
所述间隙为所述空洞部及所述开口部，所述斥水部为所述斥水性基板，所述吸水部为所述吸水性片材。
3.根据权利要求2所述的接触式传感器，其特征在于包括：
多个电子零件，若将所述斥水性基板中与所述基板正面为相反侧的面设为基板背面，则以从所述基板背面露出的方式而埋设于所述斥水性基板中；
配线，将所述电子零件彼此连接；以及
绝缘层，以密封所述配线及所述多个电子零件的方式而设于所述基板背面。
4.根据权利要求1所述的接触式传感器，其特征在于
所述测定对象为身体体表，且具备作为所述接触部发挥功能的吸水性片材。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的接触式传感器，其特征在于
所述测定对象为身体体表，
所述传感器元件是为了对所述身体体表的温度进行测定，而将从所述身体体表产生的红外线作为所述检测对象来进行检测的热电堆。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的接触式传感器，其特征在于
所述测定对象为身体体表，
所述传感器元件是为了对所述身体体表的发汗程度进行测定，而将从所述身体体表产生的汗的蒸气作为所述检测对象来进行检测的湿度传感器。
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