JP2016161320A - 圧力センサ - Google Patents

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Abstract

【課題】センサチップの受圧面が保護部材で覆われた構成において、車両のドアに対する衝突の影響を低減することができる圧力センサを提供する。
【解決手段】基板120は一面121がケース110の設置面111に平行になるように収容室112に収容される。基板120の一面121に第1センサチップ130が設置され、他面122に第2センサチップ140が設置されている。第1保護部材160は第1センサチップ130を覆い、第2保護部材170は第2センサチップ140を覆う。第1保護部材160が第1受圧面131の単位面積に掛かる重さと、第2保護部材170が第2受圧面141の単位面積に掛かる重さと、が同じになっている。回路チップ150は、各センサチップ130、140から入力した各圧力信号の信号値の和を取得することで各圧力信号に含まれる加速度成分を打ち消す。
【選択図】図2

Description

本発明は、車両のドアに対する衝突を検出する圧力センサに関する。
従来より、薄肉状のダイヤフラムが形成されたセンサチップを備えた圧力センサが、例えば特許文献1で提案されている。センサチップはケースに収容されていると共に、保護部材によって覆われている。
センサチップは、ダイヤフラムの受圧面に圧力が印加されたときのダイヤフラムの歪みを圧力の電気信号として検出するように構成されている。受圧面は保護部材で覆われている。これにより、圧力媒体の圧力は保護部材を介して受圧面に印加されるようになっている。
特開2013−15391号公報
例えば、圧力センサは、車両のドアの内部に配置されると共に、ドアに対する衝突をドア内部の空気圧の変化として検出する場合に用いられる。しかしながら、センサチップの受圧面が保護部材で覆われているので、ドアに対する衝突時に保護部材に加速度が発生してしまう。このため、センサチップの受圧面で検出される圧力に保護部材の加速度成分が含まれてしまうという問題がある。
本発明は上記点に鑑み、センサチップの受圧面が保護部材で覆われた構成において、車両のドアに対する衝突の影響を低減することができる圧力センサを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、車両のドア(200)の内部に収容されると共に、ドア(200)に対する衝突を検出する圧力センサであって、以下の点を特徴としている。
まず、ドア(200)の内部のインナーパネル(210)に設置される設置面(111)と、収容室(112)と、ドア(200)の内部の圧力媒体を収容室(112)に導入する圧力導入部(113)と、を有するケース(110)を備えている。
一面(121)とこの一面(121)とは反対側の他面(122)とを有する板状であり、一面(121)及び他面(122)が設置面(111)に平行になるようにケース(110)の収容室(112)に収容された基板(120)を備えている。
基板(120)の一面(121)に設置され、圧力検出用のダイヤフラムが形成されていると共に、ダイヤフラムの第1受圧面(131)に印加される圧力を検出する第1センサチップ(130)を備えている。
基板(120)の他面(122)に設置され、圧力検出用のダイヤフラムが形成されていると共に、ダイヤフラムの第2受圧面(141)に印加される圧力を検出する第2センサチップ(140)を備えている。
また、第1センサチップ(130)を覆う第1保護部材(160)と、第2センサチップ(140)を覆う第2保護部材(170)と、基板(120)の一面(121)及び他面(122)のうちのいずれか一方に配置された回路チップ(150)と、を備えている。
さらに、第1保護部材(160)が第1受圧面(131)の単位面積に掛かる重さと、第2保護部材(170)が第2受圧面(141)の単位面積に掛かる重さと、が同じになっている。
第1センサチップ(130)は、ドア(200)に対する衝突が起こったとき、第1保護部材(160)を介して第1受圧面(131)に印加される圧力媒体の第1圧力成分と、第1保護部材(160)のうち第1受圧面(131)を覆う部分に発生する第1加速度成分と、を含んだ第1圧力信号を出力する。
第2センサチップ(140)は、ドア(200)に対する衝突が起こったとき、第2保護部材(170)を介して第2受圧面(141)に印加される圧力媒体の第2圧力成分と、第2保護部材(170)のうち第2受圧面(141)を覆う部分に発生すると共に第1加速度成分とは逆方向に発生する第2加速度成分と、を含んだ第2圧力信号を出力する。
そして、回路チップ(150)は、第1センサチップ(130)から第1圧力信号を入力すると共に、第2センサチップ(140)から第2圧力信号を入力し、第1圧力信号の信号値と第2圧力信号の信号値との和を取得することにより、第1圧力信号に含まれる第1加速度成分と第2圧力信号に含まれる第2加速度成分とを打ち消すことを特徴とする。
これによると、第1センサチップ(130)及び第2センサチップ(140)は基板(120)において異なる面に配置されているので、車両のドア(200)に対する衝突によって第1保護部材(160)に発生する加速度と第2保護部材(170)に発生する加速度とが逆方向になる。このため、回路チップ(150)での演算によって各圧力信号に含まれる加速度成分を打ち消すことができる。したがって、回路チップ(150)の演算によって得られる圧力の信号値において、車両のドア(200)に対する衝突の影響を低減することができる。
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
本発明の第1実施形態に係る圧力センサが車両のドアのインナーパネルに取り付けられた断面図である。 図1に示された圧力センサの断面図である。 センサチップ及び回路チップの回路図である。 第2実施形態に係る各センサチップの位置関係を示した断面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る圧力センサは、車両のドアに他の車両等が衝突したことを検出するものとして用いられる。また、衝突の有無の検出結果は、エアバッグ等の乗員保護装置を動作させるために用いられる。
図1に示されるように、圧力センサ100は、車両のドア200の内部に収容されると共に、ドア200のインナーパネル210に固定されている。インナーパネル210は車外と車室内を隔てるようにドア200の内部に設けられている。なお、図1ではドア200の窓部を省略している。
また、図2に示されるように、圧力センサ100は、ケース110、基板120、第1センサチップ130、第2センサチップ140、回路チップ150、第1保護部材160、及び第2保護部材170を備えて構成されている。
ケース110は、圧力センサ100の外観をなすものであり、樹脂成形されたものである。ケース110は、設置面111、収容室112、圧力導入部113、及び図示しないコネクタ部を有している。設置面111は、ドア200の内部のインナーパネル210に設置される面である。本実施形態では、設置面111はインナーパネル210のうち車外側の面に設置される。なお、設置面111はインナーパネル210のうち車室側の面に設置されても良い。
収容室112は、基板120、各センサチップ130、140、回路チップ150、各保護部材160、170を収容するための空間部である。圧力導入部113は、ドアの内部の圧力媒体を収容室112に導入するための圧力導入通路114を構成する部分である。
なお、図2ではケース110の収容室112の空間は基板120によって2つの部屋に分割されているように描かれているが、これは一断面を見ているためである。すなわち、収容室112は基板120によって2つの空間部に分割されておらず、他の場所で空間が一つに繋がっている。したがって、圧力導入通路114を介して収容室112に導入される圧力媒体は収容室112の全体に広がるので、収容室112内の圧力の大きさはどの場所でも同じ大きさになる。
コネクタ部は、回路チップ150と外部機器とを電気的に接続するための部分であり、図示しないターミナルが設けられている。ターミナルは一端部が収容室112に露出すると共に、他端部が収容室112の外に露出するようにケース110にインサート成形されている。例えば、電源用、グランド用、信号用の3本のターミナルがケース110に設けられている。
基板120は、一面121とこの一面121とは反対側の他面122とを有する板状の部品である。基板120は、例えばプリント基板である。また、基板120は、一面121及び他面122がケース110の設置面111に平行になるようにケース110の収容室112に設けられた図示しない設置部に固定されている。
第1センサチップ130及び第2センサチップ140は、車両のドア200の内部の圧力媒体の圧力を検出するように構成された圧力検出手段である。第1センサチップ130は基板120の一面121に設置されている。一方、第2センサチップ140は基板120の他面122に設置されている。
本実施形態では、基板120の一面121の垂直方向に第1センサチップ130及び第2センサチップ140を見たとき、第1センサチップ130の第1受圧面131と第2センサチップ140の第2受圧面141とがオーバーラップするように各センサチップ130、140が基板120に設置されている。言い換えると、第1センサチップ130と第2センサチップ140とで基板120を挟むように第1センサチップ130が一面121に配置され、第2センサチップ140が他面122に配置されている。これにより、基板120の一面121における第1センサチップ130の位置と他面122における第2センサチップ140の位置との違いによって各センサチップ130、140が受ける衝突による衝撃の差を小さくすることができる。
このような第1センサチップ130及び第2センサチップ140は、同じ構成を有している。第1センサチップ130は、半導体基板の一部が薄肉化されていると共に圧力検出用のダイヤフラムが形成されている。第1センサチップ130は、ダイヤフラムの第1受圧面131に印加される圧力媒体の圧力を検出する。
そして、図3に示されるように、第1センサチップ130は、第1歪みゲージ132、第2歪みゲージ133、第3歪みゲージ134、及び第4歪みゲージ135を備えている。各歪みゲージ132〜135は、物理量の印加に応じて抵抗値が変化すると共に抵抗値が温度に応じて変化する抵抗体である。
また、各歪みゲージ132〜135は、第1歪みゲージ132及び第2歪みゲージ133の直列接続部と第3歪みゲージ134及び第4歪みゲージ135の直列接続部とが並列に接続されることでホイートストンブリッジ回路を構成している。各歪みゲージ132〜135は、例えば図示しない半導体基板に形成された拡散抵抗である。
そして、第1センサチップ130は、ホイートストンブリッジ回路に印加される入力電圧に基づいて第1歪みゲージ132と第2歪みゲージ133との第1中点136の第1電圧を出力する。また、第1センサチップ130は、第3歪みゲージ134と第4歪みゲージ135との第2中点137の第2電圧を出力する。すなわち、第1センサチップ130は第1電圧及び第2電圧を第1圧力信号として出力する。
第2センサチップ140は、半導体基板の一部が薄肉化されていると共に圧力検出用のダイヤフラムが形成されている。第2センサチップ140は、ダイヤフラムの第2受圧面141に印加される圧力媒体の圧力を検出する。
同様に、第2センサチップ140は、第5歪みゲージ142、第6歪みゲージ143、第7歪みゲージ144、及び第8歪みゲージ145を備えている。各歪みゲージ142〜145は、第5歪みゲージ142及び第6歪みゲージ143の直列接続部と第7歪みゲージ144及び第8歪みゲージ145の直列接続部とが並列に接続されることでホイートストンブリッジ回路を構成している。
そして、第2センサチップ140は、ホイートストンブリッジ回路に印加される入力電圧に基づいて第5歪みゲージ142と第6歪みゲージ143との第3中点146の第3電圧を出力する。また、第2センサチップ140は、第7歪みゲージ144と第8歪みゲージ145との第4中点147の第4電圧を出力する。すなわち、第2センサチップ140は第3電圧及び第4電圧を第2圧力信号として出力する。
図2に示された回路チップ150は、第1センサチップ130及び第2センサチップ140の各出力に対して信号処理機能等を有する電子部品である。回路チップ150は、半導体基板をもとに半導体プロセスによって製造された、いわゆるICチップである。なお、回路チップ150はターミナルに対して図示しないボンディングワイヤで電気的に接続されている。
本実施形態では、回路チップ150は基板120の一面121に配置されている。回路チップ150は、第1センサチップ130に対して例えばボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。また、回路チップ150は、基板120の一面121に形成された図示しないパッドに対してボンディングワイヤによって電気的に接続されている。当該パッドは、基板120に形成された図示しない貫通電極を介して基板120の他面122に設けられた図示しないパッドに電気的に接続されており、当該パッドが図示しないボンディングワイヤによって第2センサチップ140に電気的に接続されている。
また、図3に示されるように、回路チップ150は、第1増幅部151、第2増幅部152、及び制御部153を備えている。第1増幅部151は、第1センサチップ130から第1電圧及び第2電圧を入力し、第1電圧と第2電圧との差電圧を所定の増幅率で増幅するように構成された差動増幅器である。また、第2増幅部152は、第2センサチップ140から第3電圧及び第4電圧を入力し、第3電圧と第4電圧との差電圧を所定の増幅率で増幅するように構成された差動増幅器である。
制御部153は、第1増幅部151の出力(P1)及び第2増幅部152の出力(P2)を入力し、これらを用いた演算を行うことにより圧力値を取得する演算処理機能を有するものである。制御部153は、エアバッグECUから指令を受け取り、指令に対する応答を行う。
第1保護部材160は、第1センサチップ130、回路チップ150、図示しないボンディングワイヤ、ボンディングワイヤと図示しないパッドとの接続部を被覆保護するものである。これにより、第1センサチップ130は、第1保護部材160に印加した圧力媒体の圧力を当該第1保護部材160を介してダイヤフラムの第1受圧面131で受圧することにより圧力検出を行う。
また、第2保護部材170は、第2センサチップ140、図示しないボンディングワイヤ、ボンディングワイヤと図示しないパッドとの接続部を被覆保護するものである。これにより、第2センサチップ140は、第2保護部材170に印加した圧力媒体の圧力を当該第2保護部材170を介してダイヤフラムの第2受圧面141で受圧することにより圧力検出を行う。
そして、第1保護部材160が第1受圧面131の単位面積に掛かる重さと、第2保護部材170が第2受圧面141の単位面積に掛かる重さと、が同じになっている。より具体的には、第1保護部材160のうち第1受圧面131を覆う部分の比重及び厚みと、第2保護部材170のうち第2受圧面141を覆う部分の比重及び厚みと、が同じになっている。
本実施形態では、第1保護部材160及び第2保護部材170は、同じ材質のゲルである。例えば、第1保護部材160及び第2保護部材170として、シリコーンゲルが採用される。フッ素ゲルやフロロシリコーンゲル等が採用されても良い。第1保護部材160及び第2保護部材170により、ボンディングワイヤに対する物理的なダメージの防止、各パッドの腐食防止、異物の混入防止を図ることができる。以上が、本実施形態に係る圧力センサ100の全体構成である。
次に、上記の圧力センサ100の作動について説明する。図1に示されるように、ドア200に対する衝突が起こったとき、当該衝突に応じてドア200のアウターパネル220が変形する。これにより、ドア200の内部の体積が変化するので、この体積の変化に伴ってケース110の収容室112に導入される圧力媒体の圧力が変化する。したがって、圧力センサ100の各センサチップ130、140はケース110の収容室112の体積の変化を圧力の変化として検出する。
具体的には、第1センサチップ130は、第1保護部材160を介して第1受圧面131に印加される圧力媒体の圧力変化を示す第1圧力成分と、第1保護部材160のうち第1受圧面131を覆う部分に発生する第1加速度成分と、を含んだ第1圧力信号を出力する。第1圧力信号は、上述の第1電圧及び第2電圧である。
一方、第2センサチップ140は、第2保護部材170を介して第2受圧面141に印加される圧力媒体の圧力変化を示す第2圧力成分と、第2保護部材170のうち第2受圧面141を覆う部分に発生すると共に第1加速度成分とは逆方向に発生する第2加速度成分と、を含んだ第2圧力信号を出力する。第2圧力信号は、上述の第3電圧及び第4電圧である。
上述のように、第2センサチップ140は基板120のうち第1センサチップ130が設置された一面121ではなく反対側の他面122に設置されている。第2受圧面141には第1センサチップ130の第1受圧面131に印加される第1圧力成分と同じ大きさの第2圧力成分が印加される。すなわち、圧力の変化はケース110の収容室112内のどの場所で検出しても同じである。
一方、ドア200に対する衝突の方向は一方向であるので、第1センサチップ130では第1保護部材160の重みが第1受圧面131を押す方向に作用するが、第2センサチップ140では第2保護部材170の重みが第2受圧面141から離れる方向に作用する。したがって、各センサチップ130、140には互いに逆向きの加速度成分が印加される。そして、各センサチップ130、140の構成は全く同じであり、各受圧面131、141を覆う各保護部材160、170も全く同じ厚みと比重で構成されていることから、第1圧力成分=第2圧力成分であり、第1加速度成分=−第2加速度成分という関係になる。
回路チップ150は、第1センサチップ130から第1圧力信号を入力して第1増幅部151で増幅した第1圧力信号の信号値P1を取得する。また、回路チップ150は、第2センサチップ140から第2圧力信号を入力して第2増幅部152で増幅した第2圧力信号の信号値P2を取得する。各信号値には圧力成分及び加速度成分が含まれている。
ここで、第1圧力成分及び第2圧力成分をΔPとし、第1加速度成分をPgとし、第2加速度成分を−Pgと定義する。これにより、第1圧力信号の信号値P1はP1=ΔP+Pgとして表される。また、第2圧力信号の信号値P2はP2=ΔP−Pgとして表される。
回路チップ150の制御部153は各増幅部151、152から各圧力信号を入力して第1圧力信号の信号値P1と第2圧力信号の信号値P2との和を取得する。具体的には、制御部153は(P1+P2)/2を演算することで、(P1+P2)/2=2ΔP/2=ΔPを得る。このように、制御部153は第1圧力信号に含まれる第1加速度成分(+Pg)と第2圧力信号に含まれる第2加速度成分(−Pg)とを打ち消すと共に、圧力成分(ΔP)を取得する。
そして、圧力センサ100は圧力検出結果を圧力信号として出力する。これにより、乗員保護装置は圧力信号に基づいてエアバッグ等を動作させる。なお、制御部153は(P1+P2)/2を演算することで圧力成分(ΔP)を取得しているが、加速度成分を打ち消すために(P1+P2)のみを演算して2ΔPを取得し、2ΔPを乗員保護装置に出力しても良い。
以上説明したように、本実施形態では、第1センサチップ130及び第2センサチップ140を基板120において異なる面に配置している。また、基板120の一面121が衝突印加方向に向くようにケース110に収容されている。これにより、車両のドア200に対する衝突によって第1保護部材160に発生する加速度と第2保護部材170に発生する加速度とが逆方向になるようにすることができる。このため、回路チップ150において各圧力信号に含まれる加速度成分を打ち消す演算を行うことができる。したがって、圧力センサ100において得られる圧力信号の信号値において、車両のドア200に対する衝突の影響を低減することができる。
また、本実施形態では、基板120の一面121及び他面122に垂直な方向に各センサチップ130、140を投影したときに各受圧面131、141が互いにオーバーラップしているので、基板120における各センサチップ130、140の位置の違いを小さくすることができる。したがって、各センサチップ130、140が受ける衝突による衝撃の差を小さくすることができ、ひいては各保護部材160、170に発生する加速度の差を小さくすることができる。よって、第1圧力信号に含まれる第1加速度成分と第2圧力信号に含まれる第2加速度成分との差が小さくなるので、制御部153の演算によって得られる圧力信号の誤差を小さくすることができる。
さらに、本実施形態では、各保護部材160、170の厚みと比重が同じであり、さらに同じゲル材料で構成されているので、第1圧力信号に含まれる第1加速度成分と第2圧力信号に含まれる第2加速度成分との差を小さくすることができる。これにより、制御部153の演算によって得られる圧力信号の誤差を小さくすることができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図4に示されるように、基板120の一面121の垂直方向に各センサチップ130、140を見たとき、第1センサチップ130と第2センサチップ140とがオーバーラップしないように各センサチップ130、140が基板120に設置されている。このような配置になっていても加速度成分をキャンセルすることができる。すなわち、本実施形態では、各センサチップ130、140の配置の自由度を向上させることができる。
(他の実施形態)
上記各実施形態で示された圧力センサ100の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、ケース110の収容室112内の構造や圧力導入部113の経路等も圧力センサ100がドア200に搭載される状況に応じて適宜設計すれば良い。また、回路チップ150を基板120の他面122に配置しても良い。
さらに、各増幅部151、152は各センサチップ130、140に形成されていても良い。すなわち、各センサチップ130、140は増幅後の圧力信号P1、P2をそれぞれ回路チップ150に出力する構成になっていても良い。
110 ケース
120 基板
121 一面
122 他面
130、140 センサチップ
131、141 受圧面
150 回路チップ
160、170 保護部材
200 ドア
210 インナーパネル

Claims (4)

  1. 車両のドア(200)の内部に収容されると共に、前記ドア(200)に対する衝突を検出する圧力センサであって、
    前記ドア(200)の内部のインナーパネル(210)に設置される設置面(111)と、収容室(112)と、前記ドアの内部の圧力媒体を前記収容室(112)に導入する圧力導入部(113)と、を有するケース(110)と、
    一面(121)とこの一面(121)とは反対側の他面(122)とを有する板状であり、前記一面(121)及び前記他面(122)が前記設置面(111)に平行になるように前記ケース(110)の前記収容室(112)に収容された基板(120)と、
    前記基板(120)の前記一面(121)に設置され、圧力検出用のダイヤフラムが形成されていると共に、前記ダイヤフラムの第1受圧面(131)に印加される圧力を検出する第1センサチップ(130)と
    前記基板(120)の前記他面(122)に設置され、圧力検出用のダイヤフラムが形成されていると共に、前記ダイヤフラムの第2受圧面(141)に印加される圧力を検出する第2センサチップ(140)と、
    前記第1センサチップ(130)を覆う第1保護部材(160)と、
    前記第2センサチップ(140)を覆う第2保護部材(170)と、
    前記基板(120)の前記一面(121)及び前記他面(122)のうちのいずれか一方に配置された回路チップ(150)と、
    を備え、
    前記第1保護部材(160)が前記第1受圧面(131)の単位面積に掛かる重さと、前記第2保護部材(170)が前記第2受圧面(141)の単位面積に掛かる重さと、が同じになっており、
    前記第1センサチップ(130)は、前記ドア(200)に対する衝突が起こったとき、前記第1保護部材(160)を介して前記第1受圧面(131)に印加される圧力媒体の第1圧力成分と、前記第1保護部材(160)のうち前記第1受圧面(131)を覆う部分に発生する第1加速度成分と、を含んだ第1圧力信号を出力し、
    前記第2センサチップ(140)は、前記ドア(200)に対する衝突が起こったとき、前記第2保護部材(170)を介して前記第2受圧面(141)に印加される圧力媒体の第2圧力成分と、前記第2保護部材(170)のうち前記第2受圧面(141)を覆う部分に発生すると共に前記第1加速度成分とは逆方向に発生する第2加速度成分と、を含んだ第2圧力信号を出力し、
    前記回路チップ(150)は、前記第1センサチップ(130)から前記第1圧力信号を入力すると共に、前記第2センサチップ(140)から前記第2圧力信号を入力し、前記第1圧力信号の信号値と前記第2圧力信号の信号値との和を取得することにより、前記第1圧力信号に含まれる前記第1加速度成分と前記第2圧力信号に含まれる前記第2加速度成分とを打ち消すことを特徴とする圧力センサ。
  2. 前記第1センサチップ(130)及び前記第2センサチップ(140)は、前記基板(120)の前記一面(121)の垂直方向において、前記第1受圧面(131)と前記第2受圧面(141)とがオーバーラップするように前記基板(120)に設置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. 前記第1保護部材(160)のうち前記第1受圧面(131)を覆う部分の比重及び厚みと、前記第2保護部材(170)のうち前記第2受圧面(141)を覆う部分の比重及び厚みと、が同じになっ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. 前記第1保護部材(160)及び前記第2保護部材(170)は、同じ材質のゲルであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の圧力センサ。
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