JP2766257B2 - Structure of pressure sensor - Google Patents

Structure of pressure sensor

Info

Publication number
JP2766257B2
JP2766257B2 JP9185311A JP18531197A JP2766257B2 JP 2766257 B2 JP2766257 B2 JP 2766257B2 JP 9185311 A JP9185311 A JP 9185311A JP 18531197 A JP18531197 A JP 18531197A JP 2766257 B2 JP2766257 B2 JP 2766257B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
sensor
pressure sensor
diaphragm
windshield
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP9185311A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH1073506A (en
Inventor
忠史 花岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHICHIZUN TOKEI KK
Original Assignee
SHICHIZUN TOKEI KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHICHIZUN TOKEI KK filed Critical SHICHIZUN TOKEI KK
Priority to JP9185311A priority Critical patent/JP2766257B2/en
Publication of JPH1073506A publication Critical patent/JPH1073506A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2766257B2 publication Critical patent/JP2766257B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63CLAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/02Divers' equipment

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明はダイバーなどが使用
する深度計又は水圧計あるいは気圧計などの圧力センサ
ーの構造に関するものである。 【0002】 【従来の技術】近年、スキューバダイビング技術は長足
の進歩を遂げ、これに伴って潜水を職業としたり、レジ
ャーとして潜水を楽しむ人が急増している。これ等のダ
イバーは潜水中にも安心して使用できる潜水機器を求め
ていたが、最近半導体にて形成した圧力センサーを用い
て形成した圧力センサー付電子機器が見られるようにな
った。以下に電子機器として電子時計を例に取り、圧力
センサー付電子時計として水深計付電子時計を例にとっ
て説明する。 【0003】近年、数百気圧の水圧にも耐える外装構造
を有するダイバーウォッチが市販されるようになり、こ
のようなダイバーウォッチは時計の破損による潜水事故
防止の上からダイバー必携のものとなっている。一方、
潜水の安全確保の上で潜水時間と並んで大変重要な要件
として潜水深度があげられる。潜水中のダイバーは常に
潜水深度を確認し、それに関係する空気の消費量の計算
や、浮上速度の調節をしなければならない。勿論、深く
潜りすぎることはそれ自体危険なことであり避けなけれ
ばならない。 【0004】このように重要な意味をもつ潜水深度であ
るが、現在その測定器としては、水中でのダイバーの行
動の制約になるような大型のものや、精度的にも安定性
においても問題のあるもの、あるいは非常に高価なもの
が市販されているにすぎない。このため、多くのダイバ
ーは目測や経験に頼っており大変危険な状態である。 【0005】潜水の深度を測定する測定器を深度計と定
義するが、深度を測定する方法としては深度計に加わる
水圧を測定して水の密度を割り算し、水深を求める方法
が最初に上げられる。この方法に淡水と海水の密度の違
いなどから多少の補正を必要とする場合もあるが、ダイ
バーに直接影響を与える物理量を測定するので、ダイバ
ー用深度計として最適である。 【0006】ダイバーに直接影響を与える物理量が圧力
そのものであるところから、圧力をそのまま表示する水
圧計の方が有用であるとの意見もあるが、本発明では水
圧計を一歩進めたものが深度計であると考え、ここで云
う深度計は水圧計や気圧計をも含むものとする。 【0007】ダイバーウォッチの外装は非常に堅牢な密
閉容器であり、水深百メートル程度では内容積の変化は
殆どなく、したがって内部圧力は大気圧にほぼ等しく保
たれている。このような外装の一部に小孔を設け、該小
孔をダイヤフラムによって密閉して水中に入れれば、該
ダイヤフラムには水圧に比例した応力歪が生ずる。該応
力歪をストレンゲージで電気信号に変換し、増巾して、
指示計器によって水深として表示することができるが、
本発明に使用される圧力測定装置も又この原理を応用し
て実現される。 【0008】ところで、上記のようなダイヤフラム型の
半導体圧力変換装置については、特開昭56-154638 号公
報に開示されているところである。この特開昭56-15463
8 号公報には、肉薄ダイヤフラム上に歪み抵抗層を拡散
形成した半導体単結晶から成る感圧ペレットをホルダに
保持し、この感圧ペレット上に電気絶縁性の油を浸透
し、この油をホルダ内に閉塞する蓋体を被せ、蓋体の小
孔の表面張力により油の漏洩を防ぐ構成が記載されてい
る。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイヤ
フラム型の半導体圧力変換装置の場合、特開昭56-15463
8 号公報に開示されたような肉薄ダイヤフラム上に歪み
抵抗層を拡散形成した半導体単結晶から成る感圧ペレッ
トを使用すれば、小型化が可能で電子時計などへの採用
は可能となる。しかし、感圧ペレットの保護のために充
填する保護部材は油であり、周知のように流動性の大き
な物質である。このため、油の漏洩を防止するための処
理が必要となり、構造的に複雑となる。 【0010】この防止構造の1つとして、特開昭56-154
638 号公報に記載のように、蓋体に小孔を明けて表面張
力を利用し漏洩の防止を計ることも考えられたが、表面
張力に依存した場合は、表面張力による圧力がセンサー
の受圧面にかかったり、油の蒸発によって経時的な変化
を生ずることによって、測定誤差の大きな圧力変換装置
しか得ることができない。従って、特開昭56-154638 号
公報に記載のような圧力変換装置では実用に供しないも
のであった。 【0011】本発明は、上記のような欠点を改良しよう
とするもので、耐久性を向上して高精度かつ高安定度の
圧力測定を可能とし、小型機器にも採用できる実用化の
高い圧力センサーを提供することを目的とする。 【0012】 【課題を解決しようとする手段】上記の目的を達成する
ための本発明の要旨は、気圧や水圧などの圧力を計測す
るために、半導体材料にて形成した圧力センサーにおい
て、前記圧力センサーを遮光性の物質を含む弾性物質に
て覆ったことを特徴とする。 【0013】また、前記弾性物質は、ヤング率が小さく
ポアッソン比の大きい弾性物質であることを特徴として
いる。 【0014】 【発明の実施の形態】以下に図面に従って本発明におけ
る圧力検出部の構造について説明する。図1は本発明に
使用される水圧検出用のシリコンダイヤフラム型圧力セ
ンサーの断面図であり、図2はその平面図である。 【0015】シリコンダイヤフラム型圧力センサーは、
一辺が数ミリ角で厚みが数百ミクロンの半導体物質であ
るシリコン単結晶板1からなり、その片面を円形に彫り
込んで形成されたダイヤフラム2の表面に半導体抵抗3
を拡散形成したものである。 【0016】半導体抵抗3は歪に対し、ピエゾ抵抗効果
を示すため、圧力差△Pに対応して生じる抵抗値の変化
△Rは極めて大きく、通常の金属箔ストレンゲージの数
百倍の感度を有する。又、シリコン薄板のダイヤフラム
は弾性限界が大きく、残留歪が小さい上、材料疲労が生
じにくく、経時変化が小さい等、数々の非常に優れた特
徴を有しているため、シリコンダイヤフラム型圧力セン
サーは現在最も有用な圧力センサーとして各種の圧力測
定に実用化されている。 【0017】図1においてダイヤフラム2の左右の面
に、圧力差が生じると、ダイヤフラム2に歪が生じ、そ
の結果半導体抵抗3の抵抗値が変化する。図2に示す通
り半導体抵抗3はダイヤフラム2の周辺部の4ケ所に方
向をそろえて形成されており、それ等の抵抗値は概略等
しくなっている。該4ケ所の半導体抵抗3は図3に示さ
れる回路図のようにブリッジ接続されており、ダイヤフ
ラム2の上下面の圧力差△Pによって次式で与えられる
出力電圧Voutが得られる。 【0018】Vout=(△R/R)・E ここでRは圧力差△Pがない時の各半導体抵抗3の抵抗
値であり、△Rは圧力差△Pに対応して各半導体抵抗3
に生じる抵抗値の変化分であり、Eはブリッジに印加す
る電源の電圧である。 【0019】このように優れた特徴を有するシリコンダ
イヤフラム型圧力センサーによって、ダイバーウォッチ
の外装の一部に設けた小孔を密閉し、その両面の圧力差
を検出するのであるが、この場合ダイヤフラムの片側の
一面は直接外界に接することになる。 【0020】ダイバーウォッチはその性格上当然のこと
ながら液中に浸されたり、汗の分解によって生じた腐蝕
性の物質に接したり、オゾンリッチの空気に曝されたり
するから、これ等の物質の化学的な影響がシリコンダイ
ヤフラム型圧力センサーに加わらないように考慮されな
ければならない。 【0021】また外装に設けた小孔に入り込んだ海水や
汗が蒸発して食塩の結晶が小孔内に析出したり、汚れが
沈着することによって小孔自体が閉塞してしまうことの
ないようにしなくてはならない。本発明ではこのような
化学的及び物理的影響からセンサーのダイヤフラムを保
護し常に安定して精度の良い圧力測定ができるような圧
力検出部の構造を提案するものである。 【0022】図4は以上に説明したシリコンダイヤフラ
ム圧力センサーを使用して深度計機能を保有せしめた電
子時計の一実施の形態を示す外観平面図である。 【0023】本実施の形態は電気光学的表示素子を用い
たデジタル表示式腕時計であり、表示面4に午前10時9
分35秒を指す時刻と、潜水開始からの経過時間0時間45
分と、水深24.6mとが表示されている。時計の表示面を
覆っている風防ガラス5の一部に圧力検出部が設けられ
ており、該圧力検出部を機械的に保護するカバー板6が
風防ガラス5の表面に固定されている。 【0024】図5、図6、図7、及び図8はそれぞれ図
4の電子時計に用いることのできる圧力検出部の各断面
図であり、それぞれ本発明の具体的な実施の形態であ
る。該4実施の形態において図面の上側は時計外装の外
側面を表わし下側は時計外装の内側面を表わすものとす
る。 【0025】図5により圧力センサーの原理について説
明すると、風防ガラス5の外側面には網目状の小孔を有
するカバー板6が固着されている。又風防ガラス5の内
側の面には部分的に不透明な塗料7が塗布されており、
デジタル表示の表示見切りをしている。カバー板6の下
の下部の風防ガラス5には貫通小孔が設けられ、風防ガ
ラス5の内側の開口部に上記のシリコンダイヤフラム型
圧力センサー8(以下センサー体と記す)が密閉固着さ
れている。 【0026】センサー体8の抵抗ブリッジの4個の端子
は極細導線9によって端子基板10の4個のパターン配線
10a に接続され、更に4個の圧接バネ11を介して信号処
理回路(図示されていない)に電気的に接続されてい
る。端子基板10のパターン配線面上にはセンサー体8と
極細導線9の配線を保護するためのダイヤフラム保護カ
バー12が固定されており、時計の製造工程や修理の際に
圧力検出機能を損傷しないように保護している。ダイヤ
フラム保護カバー12には小孔があって、センサー体8の
背圧室の大きさを限定しないようにしてある。 【0027】風防ガラス5に設けられた小孔は、時計の
外部の圧力をセンサー体8のダイヤフラムへ導入するた
めの圧力導入孔であるが、該圧力導入孔とセンサー体8
の外界との直接の接触面である裏面の彫り込み部にはヤ
ング率が非常に小さい固形物質、すなわちゴム状の弾性
物質13が風防ガラス5の外側開口部まで充填されてい
る。 【0028】ゴム状弾性物質13はヤング率が非常に小さ
い上にポアッソン比が大きく、しかも変形の小さい領域
に閉じ込められているため、圧力導入孔の小さな開口部
に印加された圧力は圧力導入孔の最深部にあるセンサー
体8のダイヤフラムまで殆んど減衰することなく伝達さ
れる。 【0029】このような構造の水圧検出部を備えたダイ
バーウォッチを水中に入れると、時計外装の内外の圧力
差はカバー板6の網目状小孔を通じて圧力導入孔のゴム
状の弾性物質13に印加され、更にセンサー体8のダイヤ
フラムに伝達される。この結果センサー体8のダイヤフ
ラムは時計の内側に変形し、その歪がブリッジ抵抗の不
平衡を生じせしめて水深に応じた電気信号を発生するの
である。 【0030】このように圧力導入孔をゴム状弾性物質13
で充填すれば、海水や汗や空気が圧力導入孔に入り込ま
ないため、センサー体8が直接これらの物質に触れるこ
とはなくなり、且つ圧力の伝達は正しく行われるので、
極めて耐候性の良い優れた圧力検出機構が実現されるの
である。 【0031】図6に示した実施の形態では、センサー体
8は風防ガラス5aに直接固着されているのではなく、セ
ンサー取付台14に固着されており、センサー取付台14を
風防ガラス5aに固定する構造になっている。センサー取
付台14の中心部には貫通した小孔があって、センサー取
付台14の内側の開口部にセンサー体8が密閉固着されて
いる。センサー取付台14の外側の外周部にはネジが設け
られ、内ネジを有するカバー板6aと係合し、センサー取
付台14を風防ガラス5aに固定している。この固定におい
てセンサー取付台14を風防ガラス5aに固定している。こ
の固定においてセンサー取付台14と、風防ガラス5の下
面の見切り塗料7との間には防水パッキン15が圧縮固定
されており、防水機能をはたしている。 【0032】センサー体8の端子配線及び保護構造は図
5の実施の形態と同じであるので説明を省略する。セン
サー取付台14の小孔は圧力導入孔であり、図5の実施の
形態における風防ガラス5がセンサー取付台14となった
以外は図5の実施の形態と同様にセンサー体8の外界と
の接触の接触面側にゴム状弾性物質13が充填されてい
る。 【0033】図7はセンサー取付台14a を風防ガラス5b
の外側の面から挿入した実施の形態である。センサー取
付台14a は防水パッキン15a を介して風防ガラス5bに圧
入固定されている。該センサー取付台14a の中心軸には
内側から外側にいくにつれて径の大きくなる貫通した小
孔があり、センサー取付台14a の内側の開口部にセンサ
ー体8が密閉固着されており、ゴム状の弾性物質13がセ
ンサー体8の外界との直接の接触面である彫り込み部と
小孔の一部に充填されている。 【0034】センサー取付台14a の外側には、センサー
取付台14a の小孔と通り違いになった小孔を有するカバ
ー板6bが固着されている。センサー体8の端子配線及び
保護構造は、図5及び図6の実施の形態と同じであるの
で説明を省略する。 【0035】なお本実施の形態においては、ゴム状の弾
性物質13を小孔の一部にのみ充填しているが、これは小
孔の形状が図5,図6の実施の形態と異なるため、食塩
の結晶や汚れにより小孔自体が閉塞する等の障害が生じ
ないからである。以上に述べた図5、図6、及び図7の
実施の形態においてはセンサーが圧力導入孔による内側
の開口部に配置されているが、図8の実施の形態はセン
サーが圧力導入孔による外側の開口部に配置された場合
を示すものである。 【0036】図8に本発明の一実施の形態の圧力センサ
ー取付構造を示す。本実施の形態において、センサー体
8はセンサー取付台14b の凹部に収納されていて、また
中心部に設けられた小孔を外側面から密閉するように固
着され、センサー取付台14b を貫通しハーメチック固定
された4個の導電ピン16と極細導線9によって電気的に
結合されている。 【0037】センサー体8及び極細導線9の配線部の周
囲はゴム状の弾性物質13によりセンサー取付台14b の内
壁にも接するように充填され、物理的・化学的に保護さ
れており、更にセンサー取付台14b に固着されたカバー
板6cによって機械的に保護されている。 【0038】又センサー体8は半導体材料で出来ている
ために、太陽光などの外光が当たると、半導体に電流が
流れてしまいリークを起こす危険性が大であるが、セン
サー体8を覆う弾性物質13に遮光性の顔料を含ませるこ
とによって、光学的にも保護されるように形成されてい
る。センサー取付台14b は外装の外側から挿入され、防
水パッキン15b を介して風防ガラス5cに圧入工程されて
おり、導電ピン16とその一端に圧接されたバネ11を介し
てセンサー体8を図示されていない信号処理回路と電気
的に結合している。 【0039】以上に水圧検出部を時計の風防ガラス面上
に設けた場合について、4種類の実施の形態をあげて説
明したが、水圧検出部を図面上に示した風防ガラス5乃
至5c及び塗料7の部分でなく時計外装の裏ブタ又は外装
本体(ケース胴)に置換しても良い。この場合取付部分
にスペース上の制約が生じやすいが、一方で時計の表示
面が拡大できる利点があるため、指針表示によるアナロ
グ表示式腕時計に応用することができる。 【0040】図9は深度計付アナログ表示式腕時計の一
実施の形態を示す外観平面図であり、指針式時刻表示面
17の一部にやはり指針式の深度表示部18が設けられてい
る。本実施の形態においては水圧検出部は図面上、カバ
ー板6のとる位置から理解されるようにケース本体(ケ
ース胴)19の側面に設けられており、圧力導入孔は時計
の10時の位置から紙面と平行に時計の中心方向へ向って
いる。この場合のセンサー取付台13b は風防ガラス5cで
はなくケース胴19であることはもちろんである。 【0041】次に上記のゴム状弾性物質について説明す
る。本発明においてシリコンダイヤフラム型圧力センサ
ーのダイヤフラム部、該センサー体とセンサーの基台部
との固着部分、圧力導入孔、又はセンサーから引き出さ
れる配線等を物理的にも化学的にも保護し、さらに水圧
検出部の検出能力を損なわないようにする目的で使用さ
れるゴム状弾性物質に必要な特性として、次の3項目が
特に重要である。 【0042】第1には極力柔軟であってダイヤフラムに
伝える圧力を減衰しないような物質でなくてはならな
い。そのためにはヤング率が極力小さく、ポアッソン比
が極力大きな物質で、しかもその性質が温度や圧力で影
響されない物質である必要がある。ただしシリコンダイ
ヤフラム型圧力センサーのダイヤフラムの面積は数平方
ミリと小さく、その機械的変位も小さいのでゴム状弾性
物質とは云いながらもその弾性限界の範囲は必ずしも大
きい必要はなく、例えば寒天のような性質でも良い。 【0043】第2には海水や汗やオゾン等に常時曝され
ても変質が生じないような物質である必要がある。この
特性は単に強度の問題だけでなく、深度計の感度を長い
期間安定に保つ上からも是非必要となるのである。 【0044】第3に充填性が良い必要がある。ダイバー
ウォッチの外装に設けられる圧力導入孔は穴径が小さく
その割に深いのであるが、その隅々まで隙間なく充填さ
れなければならなかったり、極めて脆弱な極細導線の配
線を包み込む必要性がある。そのため、充填時は流動性
の高い液状であって充填完了の後の流動性を失って固形
状となるような物質であることが望ましい。 【0045】このような特性を有する物質として、前述
のようなゴム状弾性物質や寒天状の物質があり、コレラ
を総称するとゲル状物質であれば良いことになる。この
物質を使用した効果としては、当然ながら流動性の漏洩
防止の対策を取る必要もないし、流動性がないのである
から表面張力のような不必要な圧力がかかることもな
く、補正が可能な一定の圧力の得られる圧力センサーを
得ることができる。 【0046】以上の重要な特性を兼備した物質としてシ
リコンゴムがあり、本発明のゴム状弾性物質として最適
である。シリコンゴムには色々な応用分野に合せて様々
な特徴を持ったものが製造されているが、2液形でRTV
の常温硬化性のものが本発明の応用には適当である。こ
のようなシリコンゴムでは硬化後の硬さが大変柔らか
く、しかも耐熱性、耐寒性、耐候性等が優れたシリコン
ゴムの本来の特質を併せ持ったものが得られている。 【0047】以上にシリコンダイヤフラム型圧力センサ
ーを用いた深度計付電子時計について、特にその水圧検
出部の構造を中心として詳細な説明をした。 【0048】以上のように、圧力センサーを保護するの
に、充填後は流動性を失いヤング率の小さくポアッソン
比の大きい固形状の物質、例えばゴム状または寒天状の
弾性物質を充填するようにしたので、流動性に対する対
策の必要性もなければ、熱膨張に対する測定精度への影
響や表面張力のような不必要な圧力による誤差を無くす
ことができ、海水やゴミのような外部環境からの侵入に
も充分の効果をあげることができるとともに、例えば上
記の固形状弾性物質は海水に直接触れることも可能であ
るので、余分な金属ダイヤフラムの介在や表面張力を利
用するような面倒な穴の設定条件を決める必要も無くな
り、これによって電子時計のような小型機器への採用が
可能となり、実用化へ大きな前進を見ることができた。 【0049】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、センサー体が半導体材料で出来ている場合、太
陽光などの外光が当たると、半導体に電流が流れてリー
クを起こす危険性が非常に大きいが、センサー体を覆う
弾性物質に遮光性の物質を含有させたので、極めて厳し
い環境条件下においても、光学的に充分に保護されるた
め、高精度でしかも高安定な圧力測定を可能とする圧力
センサーを提供できる。 【0050】また、センサー体を弾性物質で覆うこと
で、ゴミや海水が取付台に入りにくくなったり、例え入
っても弾性物質で覆ってあれば取付台の中に残留しにく
くなる。更に取付台に充填をすることによって、弾性物
質の上面はほぼ平らな面となるため、表面張力による圧
力センサーへの内圧をほぼ0に出来る。これによっても
長期の信頼性を充分に高めた圧力センサーを内蔵した携
帯機器を提供できる。 【0051】従って、半導体圧力センサーを組み込んだ
機器を外光のあるところで使用することが可能となった
ばかりでなく、構造の自由度も大きいことからデザイン
を損なうことなく、小型の機器に採用できるなど、実用
化の高い圧力センサーを提供することが出来るようにな
った。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a pressure sensor such as a depth gauge, a water pressure gauge or a barometer used by a diver or the like. 2. Description of the Related Art In recent years, scuba diving technology has made great strides, and along with this, the number of people who enjoy diving as a profession or enjoying diving as leisure has increased rapidly. These divers have sought diving equipment that can be used safely during diving. Recently, electronic equipment with a pressure sensor formed using a pressure sensor formed of a semiconductor has come to be seen. Hereinafter, an electronic timepiece will be described as an example of the electronic apparatus, and an electronic timepiece with a depth gauge will be described as an example of an electronic timepiece with a pressure sensor. In recent years, diver watches having an outer structure capable of withstanding a water pressure of several hundred atmospheres have become commercially available, and such diver watches have become indispensable to prevent diver accidents due to damage to the timepiece. I have. on the other hand,
A very important requirement along with the dive time is the dive depth for ensuring the safety of diving. Divers must always check the depth of the dive, calculate the associated air consumption, and adjust the ascent rate. Of course, going too deep is dangerous in itself and must be avoided. Although the diving depth has such an important meaning, at present, there are large measuring instruments which restrict the diver's behavior in the water, and have problems in terms of accuracy and stability. Some of them are commercially available or very expensive. For this reason, many divers rely on eye measurements and experience and are in a very dangerous state. A measuring instrument for measuring the depth of a dive is defined as a depth gauge. As a method of measuring the depth, a method of measuring the water pressure applied to the depth gauge and dividing the density of the water to obtain the water depth is first mentioned. Can be Although this method may require some corrections due to differences in the density of freshwater and seawater, it is most suitable as a diver depth meter because it measures physical quantities that directly affect the diver. [0006] Since the physical quantity directly affecting the diver is the pressure itself, there is an opinion that a water pressure gauge that displays the pressure as it is is more useful. The depth gauge referred to here includes a water pressure gauge and a barometer. [0007] The exterior of the diver watch is a very rugged hermetically sealed container, and there is almost no change in the internal volume at a depth of about 100 meters, so that the internal pressure is kept almost equal to the atmospheric pressure. If a small hole is provided in a part of such an exterior, and the small hole is sealed with a diaphragm and put into water, a stress-strain occurs in the diaphragm in proportion to the water pressure. The stress strain is converted into an electric signal by a strain gauge, and the signal is amplified.
It can be displayed as a depth by the indicating instrument,
The pressure measuring device used in the present invention is also realized by applying this principle. The diaphragm type semiconductor pressure converter described above is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-154638. JP-A-56-15463
No. 8 discloses that a pressure-sensitive pellet made of a semiconductor single crystal in which a strain resistance layer is diffused and formed on a thin diaphragm is held in a holder, and an electrically insulating oil penetrates the pressure-sensitive pellet, and the oil is transferred to the holder. A configuration is described in which a cover is closed to cover the inside of the cover, and leakage of oil is prevented by surface tension of a small hole of the cover. [0009] However, in the case of a diaphragm type semiconductor pressure converter, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 56-15463.
Use of a pressure-sensitive pellet made of a semiconductor single crystal in which a strain resistance layer is diffused and formed on a thin diaphragm as disclosed in Japanese Patent Publication No. 8 can be downsized and adopted for an electronic watch or the like. However, the protection member to be filled to protect the pressure-sensitive pellet is oil, and is a substance having a high fluidity as is well known. For this reason, a process for preventing oil leakage is required, and the structure becomes complicated. As one of the prevention structures, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-154
As described in Japanese Patent No. 638, it was considered to make a hole in the lid to prevent leakage by using surface tension.However, when the surface tension was dependent on the pressure, the pressure due to the surface tension was Due to the change over time due to the application to the surface or the evaporation of oil, only a pressure converter having a large measurement error can be obtained. Therefore, the pressure converter as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-154638 is not practical. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to improve the above-mentioned drawbacks, and is intended to improve the durability, enable high-precision and high-stability pressure measurement, and realize a high practical pressure which can be adopted for small equipment. The purpose is to provide a sensor. In order to achieve the above object, the gist of the present invention is to provide a pressure sensor formed of a semiconductor material for measuring pressure such as atmospheric pressure or water pressure. The sensor is covered with an elastic substance containing a light-shielding substance. Further, the elastic material is an elastic material having a small Young's modulus and a large Poisson's ratio. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of a pressure detector according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a silicon diaphragm type pressure sensor for detecting water pressure used in the present invention, and FIG. 2 is a plan view thereof. The silicon diaphragm type pressure sensor is
A silicon single crystal plate 1 is a semiconductor material having a side of several millimeters square and a thickness of several hundred microns, and a semiconductor resistor 3 is formed on the surface of a diaphragm 2 formed by engraving one surface of the silicon single crystal plate.
Is formed by diffusion. Since the semiconductor resistor 3 exhibits a piezoresistive effect with respect to strain, the change ΔR in resistance value corresponding to the pressure difference ΔP is extremely large, and has a sensitivity several hundred times that of a normal metal foil strain gauge. Have. In addition, since the diaphragm made of a thin silicon plate has a number of very excellent features, such as a large elastic limit, small residual strain, less occurrence of material fatigue, and a small change with time, the silicon diaphragm type pressure sensor is Currently, it is practically used for various pressure measurements as the most useful pressure sensor. In FIG. 1, when a pressure difference occurs between the left and right surfaces of the diaphragm 2, distortion occurs in the diaphragm 2, and as a result, the resistance value of the semiconductor resistor 3 changes. As shown in FIG. 2, the semiconductor resistors 3 are formed at four locations on the periphery of the diaphragm 2 in the same direction, and their resistance values are substantially equal. The four semiconductor resistors 3 are bridge-connected as shown in the circuit diagram of FIG. 3, and an output voltage Vout given by the following equation is obtained by the pressure difference ΔP between the upper and lower surfaces of the diaphragm 2. Vout = (△ R / R) · E where R is the resistance value of each semiconductor resistor 3 when there is no pressure difference ΔP, and ΔR is each semiconductor resistor 3 corresponding to the pressure difference ΔP.
And E is the voltage of the power supply applied to the bridge. The silicon diaphragm type pressure sensor having such excellent characteristics seals a small hole provided in a part of the exterior of the diver watch and detects a pressure difference between both surfaces. One side of one side is in direct contact with the outside world. Since a diver's watch is naturally immersed in a liquid, comes into contact with corrosive substances generated by decomposition of sweat, and is exposed to ozone-rich air, the diver's watch cannot be used. Care must be taken to ensure that no chemical effects are applied to the silicon diaphragm type pressure sensor. Also, the seawater and sweat entering the small holes provided on the exterior are prevented from evaporating and salt crystals are deposited in the small holes, and the small holes themselves are not closed due to deposition of dirt. I have to The present invention proposes a structure of a pressure detecting portion that protects the diaphragm of the sensor from such chemical and physical influences and can always stably and accurately measure a pressure. FIG. 4 is an external plan view showing an embodiment of an electronic timepiece having a depth gauge function using the silicon diaphragm pressure sensor described above. The present embodiment relates to a digital display wristwatch using an electro-optical display element.
Minutes 35 seconds and time 0 hours 45
The minute and the water depth of 24.6 m are displayed. A pressure detection unit is provided on a part of the windshield 5 covering the display surface of the timepiece, and a cover plate 6 for mechanically protecting the pressure detection unit is fixed to the surface of the windshield 5. FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8 are cross-sectional views of a pressure detecting section which can be used in the electronic timepiece of FIG. 4, respectively, and are specific embodiments of the present invention. In the four embodiments, the upper side of the drawing represents the outer surface of the watch exterior, and the lower side represents the inner surface of the watch exterior. The principle of the pressure sensor will be described with reference to FIG. 5. A cover plate 6 having mesh-like small holes is fixed to the outer surface of the windshield 5. An opaque paint 7 is partially applied to the inner surface of the windshield 5,
Digital display is being closed. A small through hole is provided in the lower windshield 5 below the cover plate 6, and the silicon diaphragm type pressure sensor 8 (hereinafter referred to as a sensor body) is hermetically fixed to an opening inside the windshield 5. . The four terminals of the resistance bridge of the sensor body 8 are connected to the four pattern wirings of the terminal board 10 by the fine wires 9.
10a, and further electrically connected to a signal processing circuit (not shown) via four pressure contact springs 11. On the pattern wiring surface of the terminal board 10, a diaphragm protective cover 12 for protecting the wiring of the sensor body 8 and the fine conductive wire 9 is fixed so that the pressure detecting function is not damaged during the watch manufacturing process or repair. Is protected. The diaphragm protection cover 12 has a small hole so that the size of the back pressure chamber of the sensor body 8 is not limited. The small hole provided in the windshield 5 is a pressure introducing hole for introducing the pressure outside the timepiece to the diaphragm of the sensor body 8.
A solid material having a very low Young's modulus, that is, a rubbery elastic material 13 is filled up to the outer opening of the windshield 5 in the engraved portion on the back surface which is a direct contact surface with the outside. Since the rubber-like elastic substance 13 has a very small Young's modulus, a large Poisson's ratio, and is confined in an area where deformation is small, the pressure applied to the small opening of the pressure introducing hole is reduced. Is transmitted with almost no attenuation to the diaphragm of the sensor body 8 at the deepest part. When a diver watch provided with a water pressure detecting section having such a structure is put in water, the pressure difference between the inside and outside of the watch exterior is passed through the mesh-like small holes of the cover plate 6 to the rubber-like elastic material 13 of the pressure introducing holes. Applied to the diaphragm of the sensor body 8. As a result, the diaphragm of the sensor body 8 is deformed to the inside of the timepiece, and the distortion causes an imbalance in the bridge resistance, and generates an electric signal corresponding to the water depth. As described above, the pressure introducing hole is formed in the rubber-like elastic material 13.
When filled, the seawater, sweat and air do not enter the pressure introduction hole, so that the sensor body 8 does not directly touch these substances, and the pressure is correctly transmitted.
An excellent pressure detection mechanism with extremely excellent weather resistance is realized. In the embodiment shown in FIG. 6, the sensor body 8 is not directly fixed to the windshield 5a, but is fixed to the sensor mount 14, and the sensor mount 14 is fixed to the windshield 5a. It has a structure to do. A small hole penetrates through the center of the sensor mount 14, and the sensor body 8 is hermetically fixed to an opening inside the sensor mount 14. Screws are provided on the outer periphery of the sensor mount 14 and are engaged with a cover plate 6a having internal threads to fix the sensor mount 14 to the windshield 5a. In this fixing, the sensor mount 14 is fixed to the windshield 5a. In this fixing, a waterproof packing 15 is compression-fixed between the sensor mounting base 14 and the parting paint 7 on the lower surface of the windshield 5, and has a waterproof function. The terminal wiring and the protection structure of the sensor body 8 are the same as those of the embodiment shown in FIG. The small hole of the sensor mounting base 14 is a pressure introducing hole, and is similar to the embodiment of FIG. 5 except that the windshield 5 in the embodiment of FIG. The contact surface side of the contact is filled with a rubber-like elastic substance 13. FIG. 7 shows that the sensor mount 14a is connected to the windshield 5b.
Is an embodiment inserted from the outer surface of the. The sensor mount 14a is press-fitted and fixed to the windshield 5b via a waterproof packing 15a. The central axis of the sensor mount 14a has a penetrating small hole whose diameter increases from the inside to the outside, and the sensor body 8 is hermetically sealed in an opening inside the sensor mount 14a. The elastic substance 13 is filled in the carved portion and a part of the small hole, which are the direct contact surfaces of the sensor body 8 with the outside. A cover plate 6b having a small hole different from the small hole of the sensor mount 14a is fixed to the outside of the sensor mount 14a. The terminal wiring and the protection structure of the sensor body 8 are the same as those in the embodiment of FIGS. In the present embodiment, the rubber-like elastic substance 13 is filled only in a part of the small hole, but this is because the shape of the small hole is different from that of the embodiment shown in FIGS. This is because there is no obstacle such as the pores themselves being blocked by crystals or dirt of salt. In the above-described embodiments of FIGS. 5, 6, and 7, the sensor is disposed in the inner opening formed by the pressure introducing hole. However, in the embodiment of FIG. 1 shows a case where the device is arranged in the opening of FIG. FIG. 8 shows a pressure sensor mounting structure according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the sensor body 8 is housed in a recess of the sensor mounting base 14b, and is fixed so as to hermetically seal a small hole provided in the center from the outer surface. The four fixed conductive pins 16 are electrically connected to the fine conductive wires 9. The periphery of the sensor body 8 and the wiring portion of the ultrafine conductive wire 9 are filled with a rubber-like elastic material 13 so as to be in contact with the inner wall of the sensor mount 14b, and are physically and chemically protected. It is mechanically protected by a cover plate 6c fixed to the mounting base 14b. Further, since the sensor body 8 is made of a semiconductor material, when exposed to external light such as sunlight, there is a large danger that a current will flow through the semiconductor and cause leakage, but the sensor body 8 is covered. The elastic material 13 is formed so as to be optically protected by including a light-shielding pigment. The sensor mounting base 14b is inserted from the outside of the exterior, is press-fitted into the windshield 5c via a waterproof packing 15b, and the sensor body 8 is illustrated via a conductive pin 16 and a spring 11 pressed against one end thereof. Not electrically coupled with signal processing circuits. The case where the water pressure detecting unit is provided on the windshield of the timepiece has been described above with reference to the four embodiments. The water pressure detecting unit is provided with the windshields 5 to 5c and the paint shown in the drawing. Instead of the part 7, the back cover of the watch exterior or the exterior body (case body) may be replaced. In this case, space restrictions are likely to occur in the mounting portion, but on the other hand, there is an advantage that the display surface of the timepiece can be enlarged. FIG. 9 is an external plan view showing an embodiment of an analog display wristwatch with a depth gauge, and a pointer-type time display surface.
A pointer-type depth display section 18 is also provided in a part of 17. In the present embodiment, the water pressure detecting section is provided on the side surface of the case body (case body) 19 as understood from the position taken by the cover plate 6 in the drawing, and the pressure introducing hole is located at the 10 o'clock position of the watch. From the direction of the center of the watch in parallel with the paper. In this case, the sensor mount 13b is not the windshield 5c but the case body 19 as a matter of course. Next, the rubbery elastic substance will be described. In the present invention, the diaphragm portion of the silicon diaphragm type pressure sensor, the fixing portion of the sensor body and the base portion of the sensor, the pressure introduction hole, or the wiring drawn from the sensor are physically and chemically protected, and The following three items are particularly important as characteristics required for the rubber-like elastic substance used for the purpose of not impairing the detection capability of the water pressure detection unit. First, the material must be as flexible as possible and do not attenuate the pressure transmitted to the diaphragm. For that purpose, it is necessary that the material has a Young's modulus as small as possible and a Poisson's ratio as large as possible, and the property thereof is not affected by temperature and pressure. However, the area of the diaphragm of the silicon diaphragm type pressure sensor is as small as several square millimeters and its mechanical displacement is also small, so even though it is a rubber-like elastic material, the range of its elastic limit does not necessarily need to be large, such as agar. It may be nature. Second, it is necessary that the substance does not deteriorate even if it is constantly exposed to seawater, sweat, ozone, or the like. This characteristic is necessary not only for the problem of strength but also for keeping the sensitivity of the depth gauge stable for a long period of time. Third, it is necessary to have good filling properties. The pressure introduction hole provided on the outer surface of the diver watch has a small hole diameter and is relatively deep, but it must be filled with no gaps in every corner, and it is necessary to enclose the wiring of extremely fragile ultrafine conductive wire . Therefore, it is desirable that the material be a liquid having a high fluidity at the time of filling and lose its fluidity after the completion of filling to become a solid. As the substance having such characteristics, there are the rubber-like elastic substance and the agar-like substance as described above. In general, cholera may be a gel-like substance. The effect of using this substance is, of course, no need to take measures to prevent leakage of fluidity, and since there is no fluidity, unnecessary pressure such as surface tension is not applied, and correction is possible A pressure sensor that can obtain a constant pressure can be obtained. Silicone rubber is a material having the above-mentioned important properties, and is most suitable as the rubbery elastic material of the present invention. Silicone rubbers with various characteristics are manufactured according to various application fields.
The ordinary temperature-curable ones are suitable for the application of the present invention. With such a silicone rubber, a silicone rubber having a very soft hardness after curing and having the inherent characteristics of a silicon rubber excellent in heat resistance, cold resistance, weather resistance and the like has been obtained. The electronic timepiece with a depth gauge using a silicon diaphragm type pressure sensor has been described in detail above, particularly focusing on the structure of the water pressure detecting unit. As described above, in order to protect the pressure sensor, after filling, a solid substance having a low fluidity and a small Young's modulus and a large Poisson's ratio, for example, a rubber-like or agar-like elastic substance is used. As a result, there is no need to take measures against fluidity, and the effect of thermal expansion on measurement accuracy and errors due to unnecessary pressure such as surface tension can be eliminated. In addition to having a sufficient effect on intrusion, for example, the above-mentioned solid elastic substance can directly contact seawater, so that it is possible to use extraneous metal diaphragms and troublesome holes that use surface tension. It is no longer necessary to determine the setting conditions, which makes it possible to adopt it in small devices such as electronic watches, and has seen a great step forward in practical use. As is apparent from the above description, according to the present invention, when the sensor body is made of a semiconductor material, a current flows through the semiconductor when external light such as sunlight shines. Although the danger of leaks is very high, since the elastic material covering the sensor body contains a light-shielding material, it is optically protected even under extremely severe environmental conditions, so it is highly accurate and A pressure sensor that enables highly stable pressure measurement can be provided. Further, by covering the sensor body with the elastic substance, it becomes difficult for dust and seawater to enter the mounting table. Even if the sensor body is covered with the elastic substance, it hardly remains in the mounting table. Further, by filling the mounting base, the upper surface of the elastic substance becomes a substantially flat surface, so that the internal pressure to the pressure sensor due to the surface tension can be reduced to almost zero. This can also provide a portable device having a built-in pressure sensor with sufficiently improved long-term reliability. Therefore, not only can a device incorporating a semiconductor pressure sensor be used in the presence of external light, but also because it has a high degree of freedom in structure, it can be used in a small device without impairing the design. Thus, it has become possible to provide a highly practical pressure sensor.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のダイヤフラム型圧力センサーの断面図
である。 【図2】図1のダイヤフラム型圧力センサーの平面図で
ある。 【図3】圧力センサーの抵抗ブリッジの結線を説明する
原理的回路図である。 【図4】本発明の一実施の形態を示す圧力センサー付電
子時計の平面図である。 【図5】本発明の一実施の形態を示す圧力センサー構造
の断面図である。 【図6】本発明の一実施の形態を示す圧力センサー構造
の断面図である。 【図7】本発明の一実施の形態を示す圧力センサー構造
の断面図である。 【図8】本発明の一実施の形態を示す圧力センサー構造
の断面図である。 【図9】本発明の一実施の形態を示す圧力センサー付電
子時計の平面図である。 【符号の説明】 5、5a、5b、5c……風防ガラス 6、6a、6b、6c……カバー板 7……塗料 8……センサー体 9……極細導線 10……端子基板 11……圧接バネ 12……ダイヤフラム保護カバー 13……弾性物質 14、14a、14b、……センサー取付台 15、15a、15b、……防水パッキン 16……導電ピン
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view of a diaphragm type pressure sensor according to the present invention. FIG. 2 is a plan view of the diaphragm type pressure sensor of FIG. FIG. 3 is a principle circuit diagram for explaining connection of a resistance bridge of the pressure sensor. FIG. 4 is a plan view of an electronic timepiece with a pressure sensor showing one embodiment of the present invention. FIG. 5 is a sectional view of a pressure sensor structure showing one embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view of a pressure sensor structure showing one embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view of a pressure sensor structure showing one embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view of a pressure sensor structure showing one embodiment of the present invention. FIG. 9 is a plan view of an electronic timepiece with a pressure sensor showing one embodiment of the present invention. [Description of Signs] 5, 5a, 5b, 5c: Windshield 6, 6a, 6b, 6c ... Cover plate 7 ... Paint 8 ... Sensor body 9 ... Fine wire 10 ... Terminal board 11 ... Pressure contact Spring 12: Diaphragm protective cover 13: Elastic material 14, 14a, 14b, Sensor mounting base 15, 15a, 15b, Waterproof packing 16: Conductive pin

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.気圧や水圧などの圧力を計測するために、半導体材
料にて形成した圧力センサーにおいて、前記圧力センサ
ーを遮光性の物質を含む弾性物質にて覆ったことを特徴
とする圧力センサーの構造。 2.前記弾性物質は、ヤング率が小さくポアッソン比の
大きい弾性物質であることを特徴とする請求項1に記載
の圧力センサーの構造。
(57) [Claims] A pressure sensor comprising a semiconductor material for measuring pressure such as atmospheric pressure or water pressure, wherein the pressure sensor is covered with an elastic material containing a light-shielding material. 2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the elastic material has a small Young's modulus and a large Poisson's ratio.
JP9185311A 1997-07-10 1997-07-10 Structure of pressure sensor Expired - Lifetime JP2766257B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9185311A JP2766257B2 (en) 1997-07-10 1997-07-10 Structure of pressure sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9185311A JP2766257B2 (en) 1997-07-10 1997-07-10 Structure of pressure sensor

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58033094A Division JPH0690297B2 (en) 1983-03-01 1983-03-01 Structure of pressure detection part of electronic watch with pressure sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1073506A JPH1073506A (en) 1998-03-17
JP2766257B2 true JP2766257B2 (en) 1998-06-18

Family

ID=16168638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9185311A Expired - Lifetime JP2766257B2 (en) 1997-07-10 1997-07-10 Structure of pressure sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2766257B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7401527B2 (en) 2006-10-11 2008-07-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Windshield wiper pressure sensor
EP2977811A1 (en) 2014-07-25 2016-01-27 Trumpf Laser Marking Systems AG System with a piezoresistive position sensor
JP2019190955A (en) * 2018-04-24 2019-10-31 曙ブレーキ工業株式会社 Sensor element

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1073506A (en) 1998-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1275824C (en) Rate of ascent monitor
US4783772A (en) Wristwatch with pressure sensor
CN1145861C (en) Watch providing barometer and altimeter reading and method for making same
US8359172B2 (en) Underwater depth measurement device
JP5732560B2 (en) Electronic device with automatic leak detection means
US20070018650A1 (en) MEMS Based Conductivity-Temperature-Depth Sensor for Harsh Oceanic Environment
CA2047435A1 (en) Pressure sensor and method for manufacturing it
JP3308080B2 (en) Clock with temperature display
US7918137B2 (en) Method for temperature compensation of a piezoresistive gaged metal diaphragm
JP2766257B2 (en) Structure of pressure sensor
EP0076315A1 (en) Apparatus for sensing the condition of a fluid
JP2017181044A (en) Pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and movable body
JP2504737B2 (en) Pressure sensor unit
KR100622166B1 (en) Pressure Sensor and Pressure Sensor Housing
US3857283A (en) Depthometer
JPH0690297B2 (en) Structure of pressure detection part of electronic watch with pressure sensor
EP1634046B1 (en) Pressure sensor with integrated structure
JPS59159083A (en) Electronic timepiece with water depth-meter
JPH0782093B2 (en) Pointer type electronic wrist watch with pressure sensor
JPS59224534A (en) Pressure to electricity transducer
JP2503786Y2 (en) Combined sensor unit
KR20190032602A (en) Pressure sensor
US3693446A (en) Depth gauge
JPH02196938A (en) Pressure sensor
JP3452134B2 (en) Instrument equipment