JP2015161531A - 荷重検出装置及び前記荷重検出装置を用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、良好なハンドリング性及び小型化を実現でき、良好なセンサ感度を備えた荷重検出装置及び前記荷重検出装置を用いた電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の荷重検出装置及び前記荷重検出装置を用いた電子機器は、突起状の受圧部２３を有する荷重センサ２０と、受圧部２３を上面４０ａ側に向けて荷重センサ２０を収納するケース４０と、荷重センサ２０の上面側に配置され、荷重を受けて荷重センサ２０を高さ方向に押圧する弾性体５０とを有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、荷重検出装置に関し、特に荷重センサがケースに収納された荷重検出装置に関する。

下記特許文献１には、圧力検出部を備えた情報入力装置に関する発明が開示されている。特許文献１では、荷重付与部材により圧力検出部に初期荷重をかけておく構成となっている。

下記特許文献２には、荷重検出装置（特許文献２では、荷重センサと記載されている）に関する発明が開示されている。図１３は、特許文献２に記載されている従来例の荷重検出装置１１０の断面図である。図１３に示すように、従来例の荷重検出装置１１０は、ダイヤフラム１０４と、ダイヤフラム１０４の上面に配置された駆動体１０２と、弾性体１０３を介して駆動体１０２の上面側に配置された操作体１０１とを有して構成される。荷重検出装置１１０を構成するダイヤフラム１０４、駆動体１０２、弾性体１０３、及び操作体１０１は、ケース体１０５に組み込まれている。

操作体１０１が押圧されると、弾性体１０３を介して駆動体１０２が押圧され、それによりダイヤフラム１０４が高さ方向に変位する。

国際公開ＷＯ２０１０／１１３６９８号 特開２００４−２７９０８０号公報

特許文献１では、露出状態の荷重センサを電子機器内に組み込む構成であるためハンドリング性が悪いという課題が生じる。

一方、特許文献２に記載されている従来例の荷重検出装置１１０は、ケース体１０５にダイヤフラム１０４を配置しているため、センサ部に該当するダイヤフラム１０４に直接触れることはない。

しかしながら、従来例の荷重検出装置１１０は、ダイヤフラム１０４に荷重を伝えるための部材として、ダイヤフラム１０４の上面側に駆動体１０２、弾性体１０３、及び操作体１０１が配置されている。したがって、従来例の荷重検出装置１１０は、部品点数が多いため、小型化、低背化が困難であった。

また、図１３に示すように、従来例の荷重検出装置１１０では、操作体１０１の下面１０１ａをダイヤフラム１０４の周辺部への当接面としたストッパ機構を設けている。しかしながら、操作体１０１が直接ダイヤフラム１０４に接触して、操作体１０１の変位を止める構成であるため、ストッパ機能が発揮された際、ダイヤフラム１０４に過度の負担がかかり、ダイヤフラム１０４が損傷したりまた、センサ感度が低下する等の問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決して、良好なハンドリング性及び小型化を実現でき、良好なセンサ感度を備えた荷重検出装置及び前記荷重検出装置を用いた電子機器を提供することを目的とする。

本発明の荷重検出装置は、突起状の受圧部を有する荷重センサと、前記受圧部を上面側に向けて前記荷重センサを収納するケースと、前記荷重センサの上面側に配置され、荷重を受けて前記荷重センサを高さ方向に押圧する弾性体とを有することを特徴とする。

これによれば、荷重センサがケースに収納された状態としているため、荷重検出装置を取り扱う際に荷重センサに直接触れることはない。よって、ハンドリング性に優れる。また、荷重センサの上面側に弾性体が配置され、弾性体から荷重センサに荷重を伝える構成としている。そのため、従来に比べて弾性体の上の操作体等の部材を設ける必要がなく、部品点数を少なくして荷重検出装置の小型化を実現できる。さらに、荷重センサの上面の受圧部に直接あるいは間接的に弾性体が当接するため、強い衝撃が加わったような場合でも、弾性体によって衝撃を吸収でき、過度の負担が荷重センサにかからないようにできる。よって、良好で安定したセンサ感度を得ることができる。

以上のように、本発明の荷重検出装置によれば、良好なハンドリング性及び小型化を実現でき、良好なセンサ感度を得ることが可能である。

前記ケースの内部から前記ケースの外部に向かって延びるリードフレームが設けられており、前記荷重センサは前記リードフレームに電気的に接続されており、前記リードフレームが前記ケースの外部に露出していることが好ましい。これによれば、リードフレームを介して荷重センサからの出力信号を外部に取り出すことができる。また、荷重検出装置を外部基板に接続する際に、外部に露出するリードフレームにより表面実装可能となるため、フレキシブル基板やボンディングワイヤを用意して外部基板に接続する方法と比較して容易に接続可能であり、ハンドリング性を向上させることができる。

前記荷重センサは、前記リードフレームに接着されていることが好ましい。これによれば、荷重センサをリードフレームとは異なる箇所に設置する場合に比べて、荷重検出装置の小型化・低背化を実現できる。

前記ケースは第１の樹脂により形成されており、前記ケースと前記リードフレームとが一体に成形されていることが好ましい。これによれば、荷重検出装置の小型化・低背化を確実に実現できる。

前記ケースには前記荷重センサを収納するキャビティ部が設けられており、前記リードフレームは前記キャビティ部の底面から露出して設けられて、露出するリードフレームと前記荷重センサとが接続されていることが好ましい。これによれば、荷重センサがケースのキャビティ部に収納されて荷重センサとリードフレームとが接続されるため、荷重検出装置を取り扱う際に、荷重センサ及び荷重センサとリードフレームとの接続箇所に直接触れることがなく、良好なハンドリング性を得ることができる。

前記荷重センサは、少なくとも前記受圧部を露出して前記荷重センサの周囲が前記第１の樹脂により封止されていることが好ましい。これによれば、荷重検出装置を取り扱う際に荷重センサに直接触れることを確実に防止してハンドリング性を向上させることができる。また、荷重センサの周囲が前記樹脂により充填されて固定されるため、受圧部に加えられた荷重を確実に検出することができ、良好なセンサ感度を得ることができる。

前記ケースの上面には凹部が形成されており、前記荷重センサの前記受圧部が、前記凹部の底面から突出して、前記ケースから露出していることが好ましい。これによれば、受圧部に荷重が加えられた際に、樹脂が受圧部の変位を制限することがないため、良好なセンサ感度が得られる。また、凹部を設けて受圧部を露出させているため、ガラス基板などからなるスペーサーで荷重センサの高さを嵩上げして露出させるよりも、荷重検出装置の低背化を実現することができる。

前記第１の樹脂は熱可塑性樹脂であり、前記荷重センサは、少なくとも前記受圧部を露出して前記荷重センサの周囲が熱硬化性樹脂、又はゲル状のポッティング樹脂である第２の樹脂で封止されていることが好ましい。これによれば、荷重センサの周囲を確実に封止することができ、良好なセンサ感度が得られるとともに、耐環境性を向上させることができる。

前記荷重センサを封止する前記第２の樹脂の上面には凹部が形成されており、前記荷重センサの前記受圧部が、前記凹部の底面から突出して、前記第２の樹脂から露出していることが好ましい。これによれば、受圧部に荷重が加えられた際に、樹脂が受圧部の変位を制限することがないため、良好なセンサ感度が得られる。また、凹部を設けて受圧部を露出させているため、ガラス基板などからなるスペーサーで荷重センサの高さを嵩上げして露出させるよりも、荷重検出装置の低背化を実現することができる。

前記ケースの前記上面には凸部が設けられ、前記弾性体の上面は、前記凸部よりも突出しており、前記凸部は、前記弾性体が荷重を受けた際に前記弾性体の変位を制限するストッパであることが好ましい。これによれば、例えば荷重検出装置の上側に表面パネルを配置した構成とした場合、凸部に表面パネルを当接させることで、それ以上表面パネルが荷重センサ側に変位することを抑制することができる。また、従来のように荷重センサ自体に部材を当接させて表面パネル等の変位を制限する構成ではなく、ケースの上面に設けられた凸部に表面パネル等を当接させる構成である。そのため、従来に比べて荷重センサに過度の負担がかからず、荷重センサが損傷を受けることを抑制でき、良好なセンサ感度を維持することができる。

前記弾性体は、前記荷重センサと高さ方向にて対向する位置に設けられた厚肉部と、前記厚肉部よりも薄肉で前記厚肉部の周囲に設けられた周辺部とを有し、前記厚肉部の上面が前記凸部よりも突出していることが好ましい。これによれば、弾性体の周辺部をケースに固定させて、厚肉部を介して外部からの荷重が荷重センサに伝えられるため、荷重を加える際に適切なストローク範囲を設定することができ、良好なセンサ感度を得ることができる。

前記凸部は、前記周辺部を貫通して前記弾性体と前記ケースとを固定していることが好ましい。これによれば、凸部が、弾性体を固定する固定部材としての機能と、外部の表面パネル等の変位を制限するストッパとしての機能とを有するため、荷重検出装置の小型化を実現することができる。

前記弾性体と前記荷重センサとの間に前記弾性体よりも高剛性のプレートが設けられていることが好ましい。これによれば、高剛性のプレートにより荷重センサが押圧されるため、弾性体に加えられた荷重を効果的に荷重センサに伝えることができ、良好なセンサ感度を得ることができる。

また、本発明の電子機器は、上記のいずれかに記載された荷重検出装置と、操作面を備える表面パネルと、を有し、前記表面パネルは、前記荷重検出装置の上面側にて高さ方向に変位可能に配置されており、前記操作面が押圧された際の押圧情報は、前記荷重センサが前記弾性体を介して荷重を受けることで検出されることを特徴とする。

本発明の電子機器によれば、小型化された荷重検出装置を組み込んだことで電子機器の小型化・低背化を実現できる。また、本発明の荷重検出装置は、荷重センサに効率良く荷重を伝えることができ、また強い衝撃が加わったような場合でも、過度の負担が荷重センサにかからないようにできるため、良好で安定したセンサ感度を得ることができる。したがって、このような荷重検出装置を電子機器に組み込むことで、電子機器としての良好で安定したセンサ感度を得ることができる。

本発明の荷重検出装置によれば、良好なハンドリング性及び小型化を実現でき、良好なセンサ感度を得ることが可能である。

本発明の第１の実施形態における荷重検出装置の斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの荷重検出装置の断面図である。 本実施形態の荷重検出装置を構成する荷重センサの断面図である。 荷重センサを構成するセンサ基板の平面図である。 （ａ）本実施形態の荷重検出装置を電子機器に組み込んだ状態を示す断面図であり、（ｂ）表面パネルが押圧された状態を示す電子機器の断面図である。 本実施形態における第１の変形例の荷重検出装置の断面図である。 本実施形態における第２の変形例の荷重検出装置の断面図である。 本実施形態における第３の変形例の荷重検出装置の断面図である。 第２の実施形態における荷重検出装置の断面図である。 第３の実施形態における荷重検出装置の断面図である。 本発明の第４の実施形態における電子機器の平面図である。 （ａ）第１の比較例の荷重検出装置の断面図、及び（ｂ）第２の比較例の荷重検出装置の断面図である。 従来例の荷重検出装置の断面図である。

以下、図面を参照して、荷重検出装置及び電子機器の具体的な実施形態について説明をする。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における荷重検出装置の斜視図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの荷重検出装置の断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の荷重検出装置１０は、荷重センサ２０と、ケース４０と、弾性体５０とを有して構成される。図１に示すように、ケース４０は略直方体の外形形状を有しており、外面として、上面４０ａ、下面４０ｂ、及び上面４０ａと下面４０ｂとを繋ぐ側面４０ｃを有する。図２に示すように、荷重センサ２０は突起状の受圧部２３を有しており、受圧部２３を上面４０ａ側に向けてケース４０内に収納されている。また、荷重センサ２０の上面側に弾性体５０が配置されており、弾性体５０は荷重を受けて荷重センサ２０を高さ方向に押圧する。

図２に示すように、ケース４０の内部からケース４０の外部に向かって延びるリードフレーム４６が設けられており、荷重センサ２０はボンディングワイヤ３６によってリードフレーム４６に電気的に接続されている。

図３は、本実施形態の荷重検出装置を構成する荷重センサの断面図である。図４は、荷重センサを構成するセンサ基板の平面図である。以下、図３及び図４を参照して荷重センサ２０の構成について説明する。

図３に示すように、荷重センサ２０は、ベース基板３０とセンサ基板２１とを有しており、ベース基板３０とセンサ基板２１とは、例えばシリコン基板で形成される。センサ基板２１は、変位部２２と、変位部２２から上方に突出する受圧部２３とが設けられている。変位部２２は、高さ方向に変位可能な部分であり、受圧部２３が押圧力を受けると変位部２２が下方に変位する。

図４に示すように、センサ基板２１の下面側には、歪検出素子として複数のピエゾ抵抗素子２４、複数の電気接続部２５、及び各ピエゾ抵抗素子２４と各電気接続部２５とを接続する回路配線部２６とが形成されている。図４に示すように、複数のピエゾ抵抗素子２４は、変位部２２の周囲に沿って配置されており、隣り合うピエゾ抵抗素子２４同士が９０°異なる位相で形成されている。複数のピエゾ抵抗素子２４は、回路配線部２６によって互いに接続されて、ブリッジ回路を構成する。受圧部２３が押圧力を受けて変位部２２が変位して、その変位量に応じて各ピエゾ抵抗素子２４の抵抗値が変化する。これにより、ブリッジ回路の中点電位が変化して、荷重センサ２０の出力が得られる。

図３に示すように、各ピエゾ抵抗素子２４及び回路配線部２６は絶縁層２７により覆われている。また、図４に示すように、センサ基板２１の下面にはベース基板３０と接合するためのセンサ側接合層２８が形成されている。センサ側接合層２８は、変位部２２を囲む閉じた形態であることが好適である。また、図３に示すように、ベース基板３０には、センサ側接合層２８と対向してベース側接合層３１が形成されており、センサ側接合層２８とベース側接合層３１とが接合される。センサ基板２１とベース基板３０とは、変位部２２が変位可能な空間を設けて接合されている。

図３に示すように、電気接続部２５は、ベース基板３０の電気配線部３２に接続され、電気配線部３２に設けられた電極パッド部３４にボンディングワイヤ３６が接続される。ボンディングワイヤ３６は、リードフレーム４６（図３では省略して示す）に接続されて、荷重センサ２０の出力が外部に取り出される。

図２に示すように、荷重センサ２０は、受圧部２３を上面４０ａ側に向けてケース４０内に収納されている。そして、荷重センサ２０の上面側には、弾性体５０が設けられている。弾性体５０は、荷重センサ２０と高さ方向にて対向する位置に設けられた厚肉部５０ａと、厚肉部５０ａよりも薄肉で厚肉部５０ａの周囲に設けられた周辺部５０ｂとを有して構成される。厚肉部５０ａは周辺部５０ｂに対して突出して形成されており、厚肉部５０ａに外部からの荷重が加えられる。また、弾性体５０の下面は平坦に形成されており、弾性体５０よりも高剛性のプレート５２を介してケース４０の上面４０ａに固定されている。

本実施形態の荷重検出装置１０が電子機器等に組み込まれた際には、受圧部２３にプレート５２が当接されて、初期荷重が与えられた状態となって組み込まれる。外部から弾性体５０の厚肉部５０ａに荷重が加えられると、弾性体５０が高さ方向に変形しながら受圧部２３を高さ方向に押圧して荷重が伝えられる。

弾性体５０には、高さ方向に弾性変形可能なゴム材料を用いることができる。なお、弾性を有する材料であればよく、ゴム材料に限定されるものではなく、例えば、ばね材とすることもできる。また、プレート５２を介して受圧部２３を押圧することで、弾性体５０に加えられた荷重を効率良く受圧部２３に伝達することができる。なお、弾性体５０とプレート５２とを一体成形して１つの部材とすることができ、また、プレート５２を設けずに、弾性体５０を受圧部２３に直接当接させても良い。

本実施形態の荷重検出装置１０は、荷重センサ２０がケース４０に収納された状態としているため、荷重検出装置１０を取り扱う際に荷重センサ２０に直接触れることはない。よって、ハンドリング性に優れる。また、荷重センサ２０の上面側に弾性体５０が配置され、弾性体５０から荷重センサ２０に荷重を伝える構成としているため、図１３に示す従来例の荷重検出装置１１０のように、弾性体１０３の上の操作体１０１等の部材を設ける必要がない。よって、部品点数を少なくして荷重検出装置１０の小型化を実現できる。さらに、荷重センサ２０の受圧部２３に直接あるいは間接的に弾性体５０が当接するため、強い衝撃が加わったような場合でも、弾性体５０によって衝撃を吸収でき、過度の負担が荷重センサ２０にかからないようにできる。よって、良好で安定したセンサ感度を得ることができる。

また、図２に示すように、弾性体５０の周辺部５０ｂをケース４０に固定させて、厚肉部５０ａを介して外部からの荷重が荷重センサ２０に伝えられる。よって、厚肉部５０ａの弾性率や厚さを変えることにより、荷重が加えられたときの厚肉部５０ａの変形量を制御できるため、荷重検出装置１０に荷重を加える際の適切なストローク範囲を設定することができる。したがって、良好で安定したセンサ感度が得られる。

本実施形態において、図２に示すように、荷重センサ２０は、接着材４７によってリードフレーム４６の上面に接着されるとともに、ボンディングワイヤ３６によりリードフレーム４６に電気的に接続される。なお、図２には１つのリードフレーム４６を示しているが、図１に示すように複数のリードフレーム４６が設けられており、荷重センサ２０は複数のリードフレーム４６に電気的に接続される。図２に示すように、リードフレーム４６は、ケース４０の内部から外部に向かって延びてケース４０に埋設されており、リードフレーム４６の端部がケース４０の側面４０ｃに露出している。また、リードフレーム４６の一部が湾曲して形成されており、ケース４０の下面４０ｂにリードフレーム４６の一部が露出している。

本実施形態によれば、荷重センサ２０からの出力信号を、リードフレーム４６を介して外部に取り出すことができる。また、荷重検出装置１０を外部基板（図示しない）に接続する際に、下面４０ｂに露出するリードフレーム４６を実装用電極４６ａとして用いることにより、表面実装が可能となる。よって、フレキシブル基板やボンディングワイヤを用意して外部基板に接続する方法と比較して容易に接続可能であり、ハンドリング性を向上させることができる。

また、荷重センサ２０がリードフレーム４６の上に接着されているため、荷重センサ２０をリードフレーム４６とは異なる箇所に設置する場合に比べて、荷重検出装置１０の小型化・低背化を実現できる。

本実施形態において、ケース４０として樹脂材料が用いられる。例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）等の熱可塑性樹脂を用いることができる。

ケース４０に熱可塑性樹脂を用いることで、リードフレーム４６及び荷重センサ２０と一体にケース４０を成形することができる。すなわち、本実施形態の荷重検出装置１０の製造工程において、まず、リードフレーム４６に荷重センサ２０を接着し、ボンディングワイヤ３６で電気的に接続する。そして、接続された荷重センサ２０とリードフレーム４６とを金型内に設置して溶融樹脂を注入することで、リードフレーム４６及び荷重センサ２０と、ケース４０とを一体に成形することができる。

これにより、図２に示すように、少なくとも受圧部２３を露出して荷重センサ２０の周囲が樹脂により充填されたケース４０を形成することができる。ケース４０には、上面４０ａよりも下側に中間面４０ｄが形成され、中間面４０ｄと弾性体５０（プレート５２）との間に空間が形成されている。荷重センサの受圧部２３は中間面４０ｄから突出して、プレート５２に当接している。

リードフレーム４６及び荷重センサ２０と一体にケース４０を樹脂成形することにより、別体で形成したケース４０内に荷重センサ２０を接着・接続する場合に比べて、荷重センサ２０の周囲に不要な空間を設ける必要がなく、荷重検出装置１０の小型化・低背化を確実に実現できる。また、荷重センサ２０の周囲が樹脂により封止されているため、荷重検出装置１０を取り扱う際に荷重センサ２０に触れることを確実に防止してハンドリング性を向上させることができる。荷重センサ２０の周囲が樹脂により充填されて固定されるため、受圧部２３に加えられた荷重を確実に検出することができ、良好なセンサ感度を得ることができる。

図１２（ａ）は、第１の比較例の荷重検出装置の断面図であり、図１２（ｂ）は、第２の比較例の荷重検出装置の断面図である。図１２（ａ）に示す第１の比較例の荷重検出装置２１０は、ケース２４０の上面２４０ａが平坦に形成されて、受圧部２２３の周囲が樹脂により封止されている。図１２（ａ）に示すように、受圧部２２３の上面とケース２４０の上面２４０ａとが同一面になるように形成されている。この場合、弾性体２５０に荷重が加えられた際に、受圧部２２３の可動範囲が周囲の樹脂により制限される。また、受圧部２２３が変位する際に、周囲の樹脂により抵抗を受けるため、荷重に対するセンサ感度が低下してしまう。なお、図１２（ａ）では受圧部２２３の天面のみが露出している例を挙げたが、これに限らず、受圧部２２３に樹脂が接触していれば同様の問題が発生する。

図１２（ｂ）に示す第２の比較例の荷重検出装置３１０では、ケース３４０の上面３４０ａを平坦に形成して、ガラス基板などからなるスペーサーで荷重センサの高さを嵩上げして受圧部３２３を上面３４０ａから露出させている。この場合、受圧部３２３を上面３４０ａよりも突出させているため、荷重検出装置３１０の高さが高くなってしまう。また、弾性体３５０が荷重を受けたときに、厚肉部３５０ａだけではなく周辺部３５０ｂも変位可能となるため、弾性体３５０に加えられた荷重を確実に受圧部３２３に伝達することが困難となり、センサ感度が低下してしまう。

これに対し本実施形態の荷重検出装置１０は、図２に示すように、ケース４０の上面４０ａに凹部４０ｅが形成されており、荷重センサ２０の受圧部２３が、凹部４０ｅの底面（中間面４０ｄ）から突出して、ケース４０から露出している。これにより、受圧部２３の周囲が樹脂により封止されていないため、荷重を加えられた際に樹脂により制限されることなく受圧部２３が変位可能となり、良好なセンサ感度が得られる。また、センサ基板２１の上面もケース４０の上面４０ａから露出し、樹脂により封止されていないため、センサ基板２１の変位部２２（図２には省略して示す）の変位が樹脂により制限されず、受圧部２３の変位にしたがって良好に荷重を検出することができる。また、凹部４０ｅを設けて受圧部２３を露出させているため、荷重検出装置１０の低背化を実現することができる。

また、図１及び図２に示すように、ケース４０の上面４０ａには、凸部４５が設けられている。弾性体５０の周辺部５０ｂ及びプレート５２には、凸部４５に対応する箇所に貫通孔が設けられており、凸部４５は、周辺部５０ｂ及びプレート５２を貫通して設けられる。そして、例えば熱カシメ等の方法により、凸部４５の上側の端部が貫通孔よりも大きい径に変形・圧着されて、弾性体５０及びプレート５２がケース４０に固定されている。

図５（ａ）は、本実施形態の荷重検出装置を電子機器に組み込んだ状態を示す断面図であり、図５（ｂ）は、表面パネルが押圧された状態を示す電子機器の断面図である。図５（ａ）に示すように、荷重検出装置１０が電子機器に組み込まれた際、表面パネル６０が弾性体５０に対向して配置される。弾性体５０の上面は、凸部４５よりも突出して形成されている。

図５（ｂ）に示すように、操作者が表面パネル６０の操作面６０ｂを押圧して表面パネル６０に下向きに荷重が加えられると、表面パネル６０が下方に変位して、表面パネル６０の下面６０ａにより弾性体５０が押圧され変形するとともに、荷重センサ２０に荷重が伝達される。さらに、過剰な荷重が加えられた場合であっても、図５（ｂ）に示すように、表面パネル６０の下面６０ａが凸部４５に当接し、表面パネル６０がそれ以上下方に変位することを制限できる。

したがって、本実施形態の荷重検出装置１０が電子機器に組み込まれた際に、過剰な荷重が加えられた場合であっても、凸部４５は弾性体５０の変形量を制限するストッパとしての機能を発揮して、弾性体５０の変形量が制限される。よって、荷重センサ２０に加えられる押圧力を制限して、荷重センサ２０の破損を防止することができる。

また、図１３に示す従来例の荷重検出装置１１０のように、荷重センサ自体に部材を当接させて表面パネル６０等の変位を制限する構成ではなく、ケース４０の上面４０ａに設けられた凸部４５に表面パネル６０等を当接させる構成であるため、従来に比べて荷重センサ２０に過度の負担がかからず、荷重センサ２０が損傷を受けることを抑制でき、良好なセンサ感度を維持することができる。

本実施形態において、凸部４５が、弾性体５０を固定する固定部材としての機能と、外部の表面パネル６０等の変位を制限するストッパとしての機能とを有するため、固定部材とストッパとを別々に設ける構成に比べて、荷重検出装置１０の小型化を実現することができる。

以上のように、本実施形態の荷重検出装置１０によれば、良好なハンドリング性及び小型化を実現でき、良好なセンサ感度を得ることが可能である。

図６は、本実施形態における第１の変形例の荷重検出装置の断面図である。本変形例の荷重検出装置１１は、リードフレーム４６がケース４０の側面４０ｃから延出して設けられている点で異なっている。ケース４０の側面４０ｃから延出したリードフレーム４６は、下側に曲げられて、リードフレーム４６の下面とケース４０の下面４０ｂとが、ほぼ同じ高さに形成される。外部の基板（図示しない）に実装する際には、リードフレーム４６の下面を実装用電極４６ｂとして用いて、荷重検出装置１１を表面実装することができる。なお、リードフレーム４６の形状等は図６に示す態様に限定されず、適宜変更することができる。

図７は、本実施形態における第２の変形例の荷重検出装置の断面図である。本変形例の荷重検出装置１２は、凸部４５の高さよりもケース４０の上面４０ａを高く形成している点で異なっている。すなわち、荷重検出装置１２が外部の電子機器に組み込まれた際に、表面パネル６０（図７には図示しない）に荷重が加えられると、表面パネル６０は、ケース４０の上面４０ａに当接して、それ以上下方に変位することが制限される。よって、ケース４０の上面４０ａがストッパとしての機能を発揮し、凸部４５は弾性体５０及びプレート５２を固定するための固定部材として用いられる。

本変形例の荷重検出装置１２は、図１から図５に示す荷重検出装置１０と比較して小型化の面では不利であるが、ストッパとしての機能を発揮する上面４０ａは、固定部材として用いられず熱カシメなどの加工・変形が施されないため、高さ寸法を精度良く形成することができる。よって、過剰な荷重が加えられた場合であっても、確実に弾性体５０の変形量を制限して、荷重センサ２０の破損を防止することができる。

図８は、第３の変形例の荷重検出装置の断面図である。第３の変形例の荷重検出装置１３は、プレート５２が設けられておらず、弾性体５０の厚肉部５０ａが受圧部２３に直接当接している点が異なっている。本変形例において、プレート５２を設けていないため、より低背化が可能となる。また、荷重センサ２０の受圧部２３に直接、弾性体５０が当接するため、強い衝撃が加わったような場合に弾性体５０によって確実に衝撃を吸収でき、過度の負担が荷重センサ２０にかからないようにできる。よって、良好で安定したセンサ感度を得ることができる。

＜第２の実施形態＞
図９は、第２の実施形態の荷重検出装置の断面図である。図９に示すように、本実施形態の荷重検出装置１４は、ケース４１の構成が異なっている。本実施形態において、ケース４１にキャビティ部４２が設けられており、荷重センサ２０は、キャビティ部４２の底面４２ａに接着されている。

図９に示すように、リードフレーム４６は、キャビティ部４２の底面４２ａから一部露出して設けられており、露出したリードフレーム４６と荷重センサ２０とがボンディングワイヤ３６により電気的に接続される。また、本実施形態においても、リードフレーム４６の一部がケース４１の下面４１ｂから露出しており、外部基板（図示しない）に実装する際の実装用電極４６ａとして用いられる。

本実施形態の荷重検出装置１４においても、荷重センサ２０がケース４１に収納された状態しているため、荷重検出装置１４を取り扱う際に荷重センサ２０に直接触れることはない。よって、ハンドリング性に優れる。また、荷重センサ２０の上面側に弾性体５０が配置され、弾性体５０から荷重センサ２０に荷重を伝える構成としているため、従来に比べて弾性体５０の上の操作体等の部材を設ける必要がない。よって、部品点数を少なくして荷重検出装置１４の小型化を実現できる。さらに、荷重センサ２０の上面の受圧部２３に直接あるいは間接的に弾性体５０が当接するため、強い衝撃が加わったような場合でも、弾性体５０によってある程度衝撃を吸収でき、過度の負担が荷重センサ２０にかからないようにできる。よって、良好で安定したセンサ感度を得ることができる。

本実施形態の荷重検出装置１４の製造工程において、まず、ケース４１がリードフレーム４６と一体に成形され、その後、キャビティ部４２の底面４２ａに荷重センサ２０が接着されて、ボンディングワイヤ３６によりリードフレーム４６と荷重センサ２０とが電気的に接続される。そして、ケース４１の上面４１ａに弾性体５０とプレート５２とが取り付けられる。このように、ケース４１を樹脂成形した後に、ボンディングワイヤ３６により接続されるため、リードフレーム４６と荷重センサ２０との接続箇所を直接触れることを抑制でき、ハンドリング性を向上させることができる。

＜第３の実施形態＞
図１０は、第３の実施形態の荷重検出装置の断面図である。本実施形態の荷重検出装置１５は、ケース４１のキャビティ部４２に封止樹脂４３が設けられて、荷重センサ２０の周囲が封止樹脂４３により封止されている。ケース４１は、熱可塑性樹脂（第１の樹脂）を用いて形成されており、封止樹脂４３（第２の樹脂）は熱硬化性樹脂、又はゲル状のポッティング樹脂が用いられている。

ケース４１に用いられる第１の樹脂は、凸部４５を熱カシメ等により変形させる必要があるため、ＰＰＳ、ＰＣ等の熱可塑性樹脂が用いられる。ただし、封止樹脂４３に熱可塑性樹脂を用いると、樹脂成形の際に冷却過程で収縮が発生するため、荷重センサ２０と封止樹脂４３の間に隙間が発生する場合がある。

本実施形態において、ケース４１を構成する第１の樹脂には熱可塑性樹脂を用い、荷重センサ２０の周囲は熱硬化性樹脂、又はゲル状のポッティング樹脂である第２の樹脂で封止されている。熱硬化性樹脂として、例えばエポキシ系樹脂、シリコン系樹脂等を用いることができ、ゲル状のポッティング樹脂としてフッ素系樹脂やフロロシリコーン系樹脂を用いることができる。

熱硬化性樹脂を用いた場合、加熱硬化の際に、センサ基板２１等を構成する半導体シリコン基板と熱硬化性樹脂とが化学的に結合して、封止樹脂４３と荷重センサ２０との間に隙間が発生しにくくなり、荷重センサ２０を確実に封止することができる。また、ゲル状のポッティング樹脂を用いた場合には、完全に硬化しないため、収縮による隙間が発生せず荷重センサ２０を確実に封止することができる。

したがって本実施形態の荷重検出装置１５によれば、荷重センサ２０の周囲を封止樹脂４３により封止して、良好なセンサ感度が得られるとともに、耐環境性を向上させることができる。

また、図１０に示すように、封止樹脂４３（第２の樹脂）の上面には、凹部４３ａが形成されており、荷重センサ２０の受圧部２３は、凹部４３ａの底面から突出して、ケース４１から露出している。これによれば、封止樹脂４３（第２の樹脂）として熱硬化性樹脂を用いた場合であっても、荷重を加えられた際に、封止樹脂４３（第２の樹脂）により制限されることがなく受圧部２３が変位可能であるため、良好なセンサ感度が得られる。また、凹部４３ａを設けて受圧部を露出させているため、荷重検出装置１５の低背化を実現することができる。

＜図４の実施形態＞
図１１は、図４の実施形態における電子機器の平面図である。本実施形態の電子機器１６は、第１の実施形態に示す荷重検出装置１０と、表面パネル６０とを備える。また、図示しない表示装置等を備える場合もある。本実施形態の電子機器１６は、スマートフォン、携帯電話、ゲーム機等の携帯用機器や、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター等である。

図１１に示すように、表面パネル６０の中央が入力領域６１であり、入力領域６１の周囲が周辺領域６２である。荷重検出装置１０は、表面パネル６０の下面６０ａに配置される。本実施形態において、荷重検出装置１０は、周辺領域６２の４隅に配置されているが、荷重検出装置１０の数や配置する位置を限定するものではない。なお、各荷重検出装置１０と表面パネル６０との断面形状は図５各図と同様である。

操作者が表面パネル６０の入力領域６１を押圧すると、各荷重検出装置１０の荷重センサ２０が荷重を受ける。これにより各荷重検出装置１０から出力が得られ、各出力に基づいて押圧力（荷重）や表面パネル６０の高さ方向への変位量などの押圧情報を検出することができる。ここで各出力からいかにして押圧情報を検出するかは既存の方法を用いることができる。

本実施形態の電子機器１６によれば、小型化された荷重検出装置１０を組み込んだことで電子機器１６の小型化・低背化を実現できる。また、本実施形態の荷重検出装置１０は、荷重センサ２０に効率良く荷重を伝えることができ、また強い衝撃が加わったような場合でも、過度の負担が荷重センサ２０にかからないようにできるため、良好で安定したセンサ感度を得ることができる。したがって、このような荷重検出装置１０を電子機器１６に組み込むことで、電子機器１６としての良好で安定したセンサ感度を得ることができる。

１０〜１５ 荷重検出装置
１６ 電子機器
２０ 荷重センサ
２１ センサ基板
２２ 変位部
２３ 受圧部
２４ ピエゾ抵抗素子
３０ ベース基板
３６ ボンディングワイヤ
４０、４１ ケース
４０ａ、４１ａ 上面
４０ｂ、４１ｂ 下面
４０ｅ 凹部
４２ キャビティ部
４２ａ 底面
４３ 封止樹脂（第２の樹脂）
４３ａ 凹部
４５ 凸部
４６ リードフレーム
５０ 弾性体
５０ａ 厚肉部
５０ｂ 周辺部
５２ プレート
６０ 表面パネル

Claims (14)

1. 突起状の受圧部を有する荷重センサと、前記受圧部を上面側に向けて前記荷重センサを収納するケースと、前記荷重センサの上面側に配置され、荷重を受けて前記荷重センサを高さ方向に押圧する弾性体とを有することを特徴とする荷重検出装置。
2. 前記ケースの内部から前記ケースの外部に向かって延びるリードフレームが設けられており、前記荷重センサは前記リードフレームに電気的に接続されており、前記リードフレームが前記ケースの外部に露出していることを特徴とする請求項１に記載の荷重検出装置。
3. 前記荷重センサは、前記リードフレームに接着されていることを特徴とする請求項２に記載の荷重検出装置。
4. 前記ケースは第１の樹脂により形成されており、前記ケースと前記リードフレームとが一体に成形されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の荷重検出装置。
5. 前記ケースには前記荷重センサを収納するキャビティ部が設けられており、前記リードフレームは前記キャビティ部の底面から露出して設けられて、露出するリードフレームと前記荷重センサとが接続されていることを特徴とする請求項４に記載の荷重検出装置。
6. 前記荷重センサは、少なくとも前記受圧部を露出して前記荷重センサの周囲が前記第１の樹脂により封止されていることを特徴とする請求項４に記載の荷重検出装置。
7. 前記ケースの上面に凹部が形成されており、前記荷重センサの前記受圧部が、前記凹部の底面から突出して、前記ケースから露出していることを特徴とする請求項６に記載の荷重検出装置。
8. 前記第１の樹脂は熱可塑性樹脂であり、前記荷重センサは、少なくとも前記受圧部を露出して前記荷重センサの周囲が熱硬化性樹脂、又はゲル状のポッティング樹脂である第２の樹脂で封止されていることを特徴とする請求項４に記載の荷重検出装置。
9. 前記荷重センサを封止する前記第２の樹脂の上面に凹部が形成されており、前記荷重センサの前記受圧部が、前記凹部の底面から突出して、前記第２の樹脂から露出していることを特徴とする請求項８に記載の荷重検出装置。
10. 前記ケースの前記上面には凸部が設けられ、前記弾性体の上面は、前記凸部よりも突出しており、前記凸部は、前記弾性体が荷重を受けた際に前記弾性体の変位を制限するストッパであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の荷重検出装置。
11. 前記弾性体は、前記荷重センサと高さ方向にて対向する位置に設けられた厚肉部と、前記厚肉部よりも薄肉で前記厚肉部の周囲に設けられた周辺部とを有し、前記厚肉部の上面が前記凸部よりも突出していることを特徴とする請求項１０に記載の荷重検出装置。
12. 前記凸部は、前記周辺部を貫通して前記弾性体と前記ケースとを固定していることを特徴とする請求項１１に記載の荷重検出装置。
13. 前記弾性体と前記荷重センサとの間に前記弾性体よりも高剛性のプレートが設けら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１項に記載の荷重検出装置。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載された荷重検出装置と、操作面を備える表面パネルと、を有し、
    前記表面パネルは、前記荷重検出装置の上面側にて高さ方向に変位可能に配置されており、前記操作面が押圧された際の押圧情報は、前記荷重センサが前記弾性体を介して荷重を受けることで検出されることを特徴とする電子機器。