JP2009192447A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力センサ素子の受圧面をセンサケースの素子収納凹部の底面側に向けて配置しても、正確に圧力を検出できる圧力センサを提供する。
【解決手段】 センサケース１の素子収納凹部２の底部に形成された受部８が圧力センサ素子３の対角線上に位置する２つの隅部を保持し、この受部８で保持された圧力センサ素子３の受圧面６と素子収納凹部２の底部との間に、リード端子７ａ、７ｂの内端部が対向する圧力センサ素子３の２側面３ａ、３ｂに対し直交する圧力センサ素子３の一側面側から他側面側に亘ってゲル状樹脂４を導入する導入路９を形成した。従って、素子収納凹部２の開放側からゲル状樹脂４に外圧が加わると、その圧力が導入路９内のゲル状樹脂４に伝わるので、圧力センサ素子３の受圧面６を素子収納凹部２の底面側に向けて配置しても、素子収納凹部２の開放側からの外圧を確実に圧力センサ素子３の受圧面６に伝えることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、腕時計や各種の計器類に用いられる圧力センサに関する。

例えば、腕時計に用いられる圧力センサにおいては、特許文献１に記載されているように、センサケースの素子収納凹部内に圧力センサ素子を接着固定し、この圧力センサ素子の受圧面側に設けられた接続電極をセンサケースに設けられたリード端子にボンディングワイヤで接続し、この状態で素子収納凹部内にゲル状樹脂を注入して圧力センサ素子を封止した構成のものが知られている。
特開平０５−２８８６２６

このような圧力センサでは、圧力センサ素子の受圧面と接続電極とを同一面に設ける場合、受圧面における受圧領域を避けてその外周に接続電極を設ける必要があり、このため圧力センサ素子が大型化し、これに伴ってセンサ全体が大型化するという問題がある。

このような問題を解消するために、従来では、圧力センサ素子の受圧面と反対側に位置する面に接続電極を設け、この接続電極が設けられた電極面側を素子収納凹部の開放側に向け、受圧面側を素子収納凹部の底部側に向けて配置し、この状態で圧力センサ素子の接続電極をセンサケースのリード端子に接続することにより、センサ全体の小型化を図ることが検討されている。

しかしながら、このような構造の圧力センサでは、圧力センサ素子を素子収納凹部に収納する際、接続電極が設けられた電極面側を素子収納凹部の開放側に向けて配置しなければ、接続電極をセンサケースのリード端子に接続することができないため、圧力センサ素子の受圧面がセンサケースの素子収納凹部の底面側に配置されることになり、このため素子収納凹部の開放側からの圧力が有効に受圧面に伝わらず、正確に圧力を検出することができないという問題が生じる。

この発明が解決しようとする課題は、圧力センサ素子の受圧面をセンサケースの素子収納凹部の底面側に向けて配置しても、正確に圧力を検出できる圧力センサを提供することである。

この発明は、上記課題を解決するために、次のような構成要素を備えている。
請求項１に記載の発明は、素子収納凹部が設けられたセンサケースと、このセンサケースに設けられて外端部が前記センサケースの外部に露出して内端部が前記素子収納凹部内に露出するリード端子と、前記センサケースの前記素子収納凹部に収納されて前記リード端子の前記内端部に電気的に接続される接続電極を有する方形状の圧力センサ素子と、前記センサケースの前記素子収納凹部内に注入されて前記圧力センサ素子を封止するゲル状樹脂とを備え、
前記圧力センサ素子は、前記センサケースの前記素子収納凹部の開放側に前記接続電極が設けられた電極面側を向け、前記素子収納凹部の底面側に受圧面側を向けた状態で、前記素子収納凹部に収納され、
前記センサケースの前記素子収納凹部の底部には、前記圧力センサ素子の対角線上に位置する２つの隅部を前記素子収納凹部の底面から所定間隔離して保持する受部が形成されていると共に、この受部で保持された前記圧力センサ素子の前記受圧面と前記素子収納凹部の底面との間には、前記リード端子の前記内端部が対向する前記圧力センサ素子の２側面に対し直交する前記圧力センサ素子の一側面側から他側面側に亘って前記ゲル状樹脂を導入する導入路が形成されていることを特徴とする圧力センサである。

請求項２に記載の発明は、前記素子収納凹部内における前記圧力センサ素子の前記２側面に対し直交する前記圧力センサ素子の両側の側面側に、前記ゲル状樹脂が前記素子収納凹部の開放側から注入される注入空間部が前記導入路の両側にそれぞれ連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサである。

請求項３に記載の発明は、前記リード端子の前記内端部が位置する前記素子収納凹部の内側面とこれに対向する前記圧力センサ素子の前記２側面との間に、前記圧力センサ素子の上部側から前記導入路に連続する隙間がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサである。

請求項４に記載の発明は、前記受部が、前記圧力センサ素子の対角線上における対向する側面を円弧状に湾曲させて形成した構成であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧力センサである。

この発明によれば、センサケースの素子収納凹部の底部に形成された受部が圧力センサ素子の対角線上に位置する２つの隅部を素子収納凹部の底面から所定間隔離して保持することにより、この受部で保持された圧力センサ素子の受圧面と素子収納凹部の底部との間に、リード端子の内端部が対向する圧力センサ素子の２側面に対し直交する圧力センサ素子の一側面側から他側面側に亘ってゲル状樹脂を導入する導入路を形成することができる。

このため、センサケースの素子収納凹部の開放側からゲル状樹脂に外圧が加わると、その圧力がゲル状樹脂の全域に伝わるので、導入路に導入されたゲル状樹脂によって素子収納凹部の開放側からゲル状樹脂に加わった外圧を圧力センサ素子の受圧面に伝えることができる。このため、圧力センサ素子の受圧面をセンサケースの素子収納凹部の底面側に向けて配置しても、素子収納凹部の開放側からの外圧を確実に圧力センサ素子の受圧面に伝えることができ、これにより正確に圧力を検出することができる。

以下、図１〜図４を参照して、この発明を適用した圧力センサの一実施形態について説明する。
この圧力センサは、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、合成樹脂製のセンサケース１と、このセンサケース１に形成された素子収納凹部２内に収納された圧力センサ素子３と、センサケース１の素子収納凹部２内に注入されて圧力センサ素子３を封止するゲル状樹脂４とを備えている。

圧力センサ素子３は、静電容量型のものであり、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ほぼ正方形状の板状に形成されている。この圧力センサ素子３は、図２（ａ）に示すように、その一面(図２（ｂ）では上面)に一対の接続電極５ａ、５ｂが設けられ、他面(図２（ｂ）では下面)が圧力を感知する受圧面６に形成された構成になっている。この場合、一対の接続電極５ａ、５ｂのうち、一方の接続電極５ａは、図２（ａ）に示すように、圧力センサ素子３の上面における上辺側の両側に２つ設けられており、他方の接続電極５ｂは、その下辺側の両側に２つ設けられている。

センサケース１は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、全体がほぼ円柱状に形成されている。このセンサケース１には、圧力センサ素子３を収納する素子収納凹部２が上方に開放されて設けられていると共に、圧力センサ素子３が電気的に接続される一対のリード端子７ａ、７ｂが設けられている。この一対のリード端子７ａ、７ｂは、図３（ｂ）に示すように、その外端部がセンサケース１の下部外周に位置して外部に露出し、内端部が素子収納凹部２内に露出して圧力センサ素子３の相対向する２側面３ａ、３ｂに対向し、この状態でセンサケース１内にインサート成形によって一体に埋め込まれている。

素子収納凹部２は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、センサケース１内に形成されたほぼ円柱状の空間である。この素子収納凹部２内における対向する内側面、つまり圧力センサ素子３の相対向する２側面３ａ、３ｂに対向する内側面には、一対のリード端子７ａ、７ｂの各内端部が配置されるリード載置部２ａ、２ｂがそれぞれ設けられている。この場合、リード載置部２ａ、２ｂが位置する素子収納凹部２の内側面とこれに対向する圧力センサ素子３の相対向する２側面３ａ、３ｂとの間には、後述する隙間Ｓがそれぞれ設けられている。

また、この素子収納凹部２内における底部には、図１および図３に示すように、圧力センサ素子３の対角線上に位置する２つの隅部を素子収納凹部２の底面から所定間隔離して保持するための受部８がそれぞれ形成されている。この受部８は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、素子収納凹部２の底面から上方に向けて突出して形成され、図３（ａ）に示すように、上方から見てほぼ扇形状に形成されている。すなわち、この受部８は、圧力センサ素子３の対角線上における対向面が円弧状に湾曲して形成されている。

さらに、素子収納凹部２内において受部８で保持された圧力センサ素子３の下面側の受圧面６とこれに対向する素子収納凹部２の底面との間には、図４（ａ）〜図４（ｂ）に示すように、リード端子７ａ、７ｂの各内端部が対向する圧力センサ素子３の２側面３ａ、３ｂに対し直交する圧力センサ素子３の一側面側（図４（ａ）では左側の側面側）から他側面側（図４（ａ）では右側の側面側）に亘ってゲル状樹脂４を導入する導入路９が形成されている。

この場合、素子収納凹部２内における圧力センサ素子３の２側面３ａ、３ｂに対し直交する圧力センサ素子３の左右両側の側面側には、図１（ｃ）および図４（ｃ）に示すように、ゲル状樹脂４が素子収納凹部２の開放側から注入される注入空間部１０が導入路９の両側にそれぞれ連続して形成されている。この注入空間部１０は、素子収納凹部２の開放側から素子収納凹部２の底部に亘って連続して形成された広い空間である。

また、リード端子７ａ、７ｂの各内端部が位置する素子収納凹部２の内側面、つまりリード載置部２ａ、２ｂの各内側面とこれに対向する圧力センサ素子３の２側面３ａ、３ｂとの間には、図１（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、圧力センサ素子３の上部側から導入路９に連続する隙間Ｓが受部８を除いてそれぞれ設けられている。

次に、このような圧力センサを組み立てる場合について説明する。
まず、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、センサケース１の素子収納凹部２内に圧力センサ素子３を配置する。このときには、圧力センサ素子３の接続電極５ａ、５ｂが設けられた電極面側を素子収納凹部２の開放側つまり上側に向け、圧力センサ素子３の受圧面６を素子収納凹部２の底面側に向けた状態で、圧力センサ素子３を素子収納凹部２内に挿入し、この圧力センサ素子３の対角上に位置する２つの隅部の下面を素子収納凹部２の底部に設けられた受部８上に配置して接着固定する。

これにより、圧力センサ素子３の下面側の受圧面６とこれに対向する素子収納凹部２の底面との間に導入路９が形成されると共に、圧力センサ素子３の２側面３ａ、３ｂに対し直交する圧力センサ素子３の両側の側面側に注入空間部１０が導入路９の両側にそれぞれ連続して形成される。また、このときには、リード端子７ａ、７ｂの各内端部が位置する素子収納凹部２の内側面とこれに対向する圧力センサ素子３の２側面３ａ、３ｂとの間に隙間Ｓが導入路９に連続して形成される。

この状態で、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、圧力センサ素子３の上面に設けられた一対の接続電極５ａ、５ｂと一対のリード端子７ａ、７ｂの各内端部とをボンディングワイヤ１１で接続する。すなわち、圧力センサ素子３の上面に設けられた一方側の２つの接続電極５ａとこれに隣接するリード端子７ａの内端部とをボンディングワイヤ１１で接続すると共に、圧力センサ素子３の上面に設けられた他方側の２つの接続電極５ｂとこれに隣接するリード端子７ｂの内端部とをボンディングワイヤ１１で接続する。

そして、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、センサケース１の素子収納凹部２内にゲル状樹脂４を真空状態の環境下で注入して圧力センサ素子３を封止する。すなわち、ゲル状樹脂４を素子収納凹部２の開放側から素子収納凹部２内に注入すると、ゲル状樹脂４が注入空間部１０内に注入され、この注入されたゲル状樹脂４が注入空間部１０から導入路９に導入されて圧力センサ素子３の受圧面６の下側に充填される。

また、このときには、リード載置部２ａ、２ｂが位置する素子収納凹部２の内側面とこれに対向する圧力センサ素子３の相対向する２側面３ａ、３ｂとの間の隙間Ｓにもゲル状樹脂４が充填され、この充填されたゲル状樹脂４も隙間Ｓから導入路９に導入される。これにより、圧力センサ素子３の上面がゲル状樹脂４で覆われ、圧力センサ素子３の接続電極５ａ、５ｂおよびボンディングワイヤ１１がゲル状樹脂４で覆われる。

このような圧力センサでは、センサケース１の素子収納凹部２の開放側からゲル状樹脂４に外圧が加わると、その圧力がゲル状樹脂４の全域に伝わる。すなわち、素子収納凹部２の開放側からゲル状樹脂４に加わった外圧は、注入空間部１０内のゲル状樹脂４を介して導入路９内のゲル状樹脂４に伝わると共に、隙間Ｓ内のゲル状樹脂４を介して導入路９内のゲル状樹脂４に伝わり、この導入路９内のゲル状樹脂４によって圧力センサ素子３の下面側の受圧面６に伝わる。これにより、素子収納凹部２の開放側からゲル状樹脂４に加わった外圧を圧力センサ素子３の受圧面６で検出することができる。

このように、この圧力センサによれば、センサケース１の素子収納凹部２の底部に形成された受部８が圧力センサ素子３の対角線上に位置する２つの隅部を素子収納凹部２の底面から所定間隔離して保持することにより、この受部８で保持された圧力センサ素子３の受圧面６と素子収納凹部２の底部との間に、リード端子７ａ、７ｂの内端部が対向する圧力センサ素子３の２側面３ａ、３ｂに対し直交する圧力センサ素子３の一側面側から他側面側に亘ってゲル状樹脂４を導入する導入路９を形成することができる。

このため、センサケース１の素子収納凹部２の開放側からゲル状樹脂４に外圧が加わると、その圧力がゲル状樹脂４の全域に伝わるので、導入路９に導入されたゲル状樹脂４によって素子収納凹部２の開放側からゲル状樹脂４に加わった外圧を圧力センサ素子３の受圧面６に伝えることができる。このため、圧力センサ素子３の受圧面６をセンサケース１の素子収納凹部２の底面側に向けて配置しても、素子収納凹部２の開放側からの外圧を確実に圧力センサ素子３の受圧面６に伝えることができ、これにより正確に圧力を検出することができる共に、センサ性能を確保することができる。

この場合、センサケース１の素子収納凹部２内における圧力センサ素子３の２側面３ａ、３ｂに対し直交する圧力センサ素子３の両側の側面側に、ゲル状樹脂４が素子収納凹部２の開放側から注入される注入空間部１０が導入路９の両側にそれぞれ連続して形成されていることにより、素子収納凹部２の開放側からゲル状樹脂４に加わった外圧を、注入空間部１０内のゲル状樹脂４を介して導入路９内のゲル状樹脂４に効率良く伝えることができ、これにより、より一層、センサ性能を高めることができる。

また、リード端子７ａ、７ｂの各内端部が位置する素子収納凹部２の内側面とこれに対向する圧力センサ素子３の２側面３ａ、３ｂとの間に、圧力センサ素子３の上部側から導入路９に連続する隙間Ｓがそれぞれ設けられ、この隙間Ｓにもゲル状樹脂４が充填されていることにより、素子収納凹部２の開放側からゲル状樹脂４に加わった外圧を素子収納凹部２の内側面と圧力センサ素子３の２側面３ａ、３ｂとの間の隙間Ｓに充填されたゲル状樹脂４によっても、導入路９内のゲル状樹脂４に伝えることができ、これによってもセンサ性能を高めることができる。

さらに、この圧力センサによれば、受部８が、圧力センサ素子３の対角線上における対向する側面を円弧状に湾曲させて形成した構成であるから、ゲル状樹脂４を導入路９に導入する際、円弧状に湾曲した側面によってゲル状樹脂４を導入路９内に隙間が生じることなく円滑に導入することができるほか、導入路９内のゲル状樹脂４に圧力が加わった際、その圧力を導入路９内のゲル状樹脂４の全域にほぼ均一に伝えることができ、これによっても圧力を正確に検出することができる。

このため、この圧力センサでは、ダイバーウオッチなどの腕時計に用いることにより、水中での水圧や登山での気圧を測定することができるほか、腕時計に限らず、各種の計器類に用いても、水圧や気圧などの圧力を良好に検出することができる。

なお、上記実施形態では、圧力センサ素子３が静電容量型である場合について述べたが、これに限らず、例えば圧力センサ素子としてピエゾ抵抗型の圧力センサ素子１４を用いても良い。この場合には、図５に示す変形例のように、圧力センサ素子１４に各接続電極１５ａ〜１５ｄを設け、センサケース１に各リード端子１６ａ、１６ｂおよび１７ａ、１７ｂを設けた構成すれば良い。

すなわち、この変形例では、圧力センサ素子１４の上面にそれぞれ独立した４つの接続電極１５ａ〜１５ｄを設け、センサケース１の素子収納凹部２内に設けられたリード載置部２ａ、２ｂのうち、一方のリード載置部２ａにそれぞれ独立した２つのリード端子１６ａ、１６ｂの各内端部を配置し、他方のリード載置部２ｂにそれぞれ独立した２つのリード端子１７ａ、１７ｂの各内端部を配置し、このリード端子１６ａ、１６ｂおよび１７ａ、１７ｂの各内端部に圧力センサ素子３の４つの接続電極１５ａ〜１５ｄをそれぞれボンディングワイヤ１１で接続するように構成すれば良い。

この発明を適用した圧力センサの一実施形態を示し、（ａ）はその拡大平面図、（ｂ）はそのＡ１−Ａ１矢視における拡大断面図、（ｃ）はそのＡ２−Ａ２矢視における拡大断面図である。 図１の圧力センサ素子を示し、（ａ）はその拡大平面図、（ｂ）はその拡大側面図である。 図１のセンサケースを示し、（ａ）はその拡大平面図、（ｂ）はそのＢ１−Ｂ１矢視における拡大断面図、（ｃ）はそのＢ２−Ｂ２矢視における拡大断面図である。 図３のセンサケースの素子収納凹部内に圧力センサ素子を配置した状態を示し、（ａ）はその拡大平面図、（ｂ）はそのＣ１−Ｃ１矢視における拡大断面図、（ｃ）はそのＣ２−Ｃ２矢視における拡大断面図である。 この発明の圧力センサの変形例を示した拡大平面図である。

符号の説明

１ センサケース
２ 素子収納凹部
３、１４ 圧力センサ素子
３ａ、３ｂ 圧力センサ素子の２側面
４ ゲル状樹脂
５ａ、５ｂ、１５ａ〜１５ｄ 接続電極
６ 受圧面
７ａ、７ｂ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ リード端子
８ 受部
９ 導入路
１０ 注入空間部
１１ ボンディングワイヤ
Ｓ 隙間

Claims (4)

1. 素子収納凹部が設けられたセンサケースと、
   このセンサケースに設けられて外端部が前記センサケースの外部に露出して内端部が前記素子収納凹部内に露出するリード端子と、
   前記センサケースの前記素子収納凹部に収納されて前記リード端子の前記内端部に電気的に接続される接続電極を有する方形状の圧力センサ素子と、
   前記センサケースの前記素子収納凹部内に注入されて前記圧力センサ素子を封止するゲル状樹脂とを備え、
   前記圧力センサ素子は、前記センサケースの前記素子収納凹部の開放側に前記接続電極が設けられた電極面側を向け、前記素子収納凹部の底面側に受圧面側を向けた状態で、前記素子収納凹部に収納され、
   前記センサケースの前記素子収納凹部の底部には、前記圧力センサ素子の対角線上に位置する２つの隅部を前記素子収納凹部の底面から所定間隔離して保持する受部が形成されていると共に、この受部で保持された前記圧力センサ素子の前記受圧面と前記素子収納凹部の底面との間には、前記リード端子の前記内端部が対向する前記圧力センサ素子の２側面に対し直交する前記圧力センサ素子の一側面側から他側面側に亘って前記ゲル状樹脂を導入する導入路が形成されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記素子収納凹部内における前記圧力センサ素子の前記２側面に対し直交する前記圧力センサ素子の両側の側面側には、前記ゲル状樹脂が前記素子収納凹部の開放側から注入される注入空間部が前記導入路の両側にそれぞれ連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記リード端子の前記内端部が位置する前記素子収納凹部の内側面とこれに対向する前記圧力センサ素子の前記２側面との間には、前記圧力センサ素子の上部側から前記導入路に連続する隙間がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記受部は、前記圧力センサ素子の対角線上における対向する側面が円弧状に湾曲して形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧力センサ。

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