JP3064354B2 - 接触圧センサ - Google Patents
接触圧センサInfo
- Publication number
- JP3064354B2 JP3064354B2 JP2221642A JP22164290A JP3064354B2 JP 3064354 B2 JP3064354 B2 JP 3064354B2 JP 2221642 A JP2221642 A JP 2221642A JP 22164290 A JP22164290 A JP 22164290A JP 3064354 B2 JP3064354 B2 JP 3064354B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- semiconductor chip
- sensor
- contact pressure
- pulse wave
- 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.)
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- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は被測定圧を発生する対象物に押圧されて、そ
の対象物との間の接触圧を検出する為に用いられる接触
圧センサに関するものである。
の対象物との間の接触圧を検出する為に用いられる接触
圧センサに関するものである。
従来の技術 被測定圧を生じる対象物に向かって押圧されて、その
対象物との間の接触圧を検出する接触圧センサが提案さ
れている。たとえば、生体の皮膚直下の動脈に発生する
圧脈波を非観血的に検出するためにその動脈の真上を皮
膚上から押圧する際に用いられる脈波センサがそれであ
り、本出願人が先に出願した特願平１−151106号や特願
平２−41050号に記載されている。生体の動脈内におい
て周期的に発生する圧力変動波、すなわち圧脈波は血圧
値だけでなく循環器の作動状態を反映していることか
ら、血圧値の測定あるいは循環器の診断などのために生
体動脈内の圧脈波を非観血的に検出することが望まれる
ため、上記のような接触圧センサが用いられるのであ
る。このような形式の接触圧センサにおいては、通常、
生体に装着されるハウジング内に設けられ、表面に感圧
素子が形成された半導体チップを備え、その半導体チッ
プの表面が生体の表皮下に存在する動脈に向かって押圧
されることにより、圧脈波が検出されるようになってい
る。
対象物との間の接触圧を検出する接触圧センサが提案さ
れている。たとえば、生体の皮膚直下の動脈に発生する
圧脈波を非観血的に検出するためにその動脈の真上を皮
膚上から押圧する際に用いられる脈波センサがそれであ
り、本出願人が先に出願した特願平１−151106号や特願
平２−41050号に記載されている。生体の動脈内におい
て周期的に発生する圧力変動波、すなわち圧脈波は血圧
値だけでなく循環器の作動状態を反映していることか
ら、血圧値の測定あるいは循環器の診断などのために生
体動脈内の圧脈波を非観血的に検出することが望まれる
ため、上記のような接触圧センサが用いられるのであ
る。このような形式の接触圧センサにおいては、通常、
生体に装着されるハウジング内に設けられ、表面に感圧
素子が形成された半導体チップを備え、その半導体チッ
プの表面が生体の表皮下に存在する動脈に向かって押圧
されることにより、圧脈波が検出されるようになってい
る。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような従来の接触圧センサにお
いては、感圧素子が形成された半導体チップの表面に光
が当たるのを阻止するように構成されていないため、接
触圧力の検出中において半導体チップの表面に光が当た
るのを確実に阻止できない。本発明者は種々実験を重ね
た結果、検出される接触圧力が半導体チップの表面に当
たる光に応じて変化することにより、接触圧力の検出が
不正確となることを見い出した。この理由は、光のエネ
ルギーにより感圧素子中のキャリヤの易動度が変化させ
られて感圧素子の感度が変化させられるためであると推
定される。
いては、感圧素子が形成された半導体チップの表面に光
が当たるのを阻止するように構成されていないため、接
触圧力の検出中において半導体チップの表面に光が当た
るのを確実に阻止できない。本発明者は種々実験を重ね
た結果、検出される接触圧力が半導体チップの表面に当
たる光に応じて変化することにより、接触圧力の検出が
不正確となることを見い出した。この理由は、光のエネ
ルギーにより感圧素子中のキャリヤの易動度が変化させ
られて感圧素子の感度が変化させられるためであると推
定される。
本発明は上記の知見に基づいて為されたものであり、
その目的とするところは、半導体チップの表面を対象物
に押圧してその半導体チップの表面に形成された感圧素
子により接触圧力を検出する場合において、その接触圧
力の検出精度が光によって影響されない接触圧センサを
提供することにある。
その目的とするところは、半導体チップの表面を対象物
に押圧してその半導体チップの表面に形成された感圧素
子により接触圧力を検出する場合において、その接触圧
力の検出精度が光によって影響されない接触圧センサを
提供することにある。
課題を解決するための手段 かかる目的を達成するための本発明の要旨とするとこ
ろは、表面に感圧素子が形成された半導体チップを備
え、その半導体チップの表面が被測定圧を発生する対象
物に向かって押圧されて接触圧力を検出するための接触
圧センサにおいて、前記半導体チップの前記感圧素子が
形成された表面を黒色導電性ゴム層により被覆したこと
にある。
ろは、表面に感圧素子が形成された半導体チップを備
え、その半導体チップの表面が被測定圧を発生する対象
物に向かって押圧されて接触圧力を検出するための接触
圧センサにおいて、前記半導体チップの前記感圧素子が
形成された表面を黒色導電性ゴム層により被覆したこと
にある。
作用および発明の効果 このようにすれば、半導体チップの感圧素子が形成さ
れた表面が黒色導電性ゴム層により被覆されているの
で、接触圧力の検出中において半導体チップの感圧素子
が形成された表面に光が当たるのを黒色導電性ゴム層に
より一層確実に防止することができ、これにより、接触
圧力の検出を従来に比べて一層正確に行うことができ
る。
れた表面が黒色導電性ゴム層により被覆されているの
で、接触圧力の検出中において半導体チップの感圧素子
が形成された表面に光が当たるのを黒色導電性ゴム層に
より一層確実に防止することができ、これにより、接触
圧力の検出を従来に比べて一層正確に行うことができ
る。
実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。
する。
第２図および第３図は本発明が適用された脈波検出用
プローブの一例を示す図であって、10はハウジングであ
る。ハウジング10は、全体として容器状を成し、後述の
手首34側において開口する第１ハウジング12と、ピン14
により第１ハウジング12に回動可能に連結された第２ハ
ウジング16とから構成されている。第１ハウジング12内
には、容器状を成し、手首34側において開口するケーシ
ング18が、それに一体的に設けられた一対のアーム部2
0,22において、図示しない送りねじおよび案内ロッドに
より第２図および第３図中左右方向の移動可能に設けら
れている。また、第１ハウジング12内には、図示はしな
いが、前記送りねじの第２ハウジング16側に位置する端
部と作動的に連結する減速ギヤユニットが設けられてお
り、その減速ギヤユニットは第２ハウジング16内に設け
られた図示しない電動モータの出力軸と可撓性カップリ
ング（図示せず）を介して作動的に連結されている。こ
れにより、第１ハウジング12および第２ハウジング16間
の回動角度に拘わらず、電動モータの駆動力が減速ギヤ
ユニットを介して送りねじへ伝達されるようになってい
る。
プローブの一例を示す図であって、10はハウジングであ
る。ハウジング10は、全体として容器状を成し、後述の
手首34側において開口する第１ハウジング12と、ピン14
により第１ハウジング12に回動可能に連結された第２ハ
ウジング16とから構成されている。第１ハウジング12内
には、容器状を成し、手首34側において開口するケーシ
ング18が、それに一体的に設けられた一対のアーム部2
0,22において、図示しない送りねじおよび案内ロッドに
より第２図および第３図中左右方向の移動可能に設けら
れている。また、第１ハウジング12内には、図示はしな
いが、前記送りねじの第２ハウジング16側に位置する端
部と作動的に連結する減速ギヤユニットが設けられてお
り、その減速ギヤユニットは第２ハウジング16内に設け
られた図示しない電動モータの出力軸と可撓性カップリ
ング（図示せず）を介して作動的に連結されている。こ
れにより、第１ハウジング12および第２ハウジング16間
の回動角度に拘わらず、電動モータの駆動力が減速ギヤ
ユニットを介して送りねじへ伝達されるようになってい
る。
上記ケーシング18内にはダイヤフラム24が設けられて
おり、これにより、ケーシング18内の底部側に圧力室
（図示せず）が形成されている。ダイヤフラム24の前記
圧力室側と反対側の面には、押圧面26にたとえば複数の
感圧素子28がケーシング18の移動方向に沿って配列され
た脈波センサ30が固着されており、脈波センサ30は、前
記圧力室内の圧力に応じてケーシング18および第１ハウ
ジング12内から突き出されるようになっている。
おり、これにより、ケーシング18内の底部側に圧力室
（図示せず）が形成されている。ダイヤフラム24の前記
圧力室側と反対側の面には、押圧面26にたとえば複数の
感圧素子28がケーシング18の移動方向に沿って配列され
た脈波センサ30が固着されており、脈波センサ30は、前
記圧力室内の圧力に応じてケーシング18および第１ハウ
ジング12内から突き出されるようになっている。
上記第１ハウジング12にはバンド32が一端部において
取り着けられており、ハウジング10をたとえば手首34の
表面上に配設し、その手首34を巻回したバンド32の他端
部側をファスナ36を介して第１ハウジング12の底部外面
に係止することにより、ハウジング10が手首34の表面に
装着されるようになっている。このとき、脈波センサ30
の感圧素子28の配列方向は、手首34の皮膚直下にある橈
骨動脈（以下、単に動脈という）35と略直交する方向に
位置している。そして、図示しない制御装置により、前
記圧力室の圧力を図示しない調圧装置を介して調節する
とともに前記電動モータを駆動し、脈波センサ30を動脈
35の真上に位置決めして最適感圧素子をおよび最適押圧
力を決定した後、その最適押圧力において最適感圧素子
から出力された脈波信号に基づいて圧脈波が検出される
ようになっている。なお、第１ハウジング12の開口側の
端面には、長手状を成す一対のスポンジ38,40が固着さ
れており、第１ハウジング12はスポンジ38,40において
手首34の表面に接触させられるようになっている。スポ
ンジ38,40の手首34との接触面には、両面粘着シート42,
44がそれぞれ固着されている。これにより、第１ハウジ
ング12は両面粘着シート42,44の粘着力に基づいて手首3
4の表面に固着されるようになっている。
取り着けられており、ハウジング10をたとえば手首34の
表面上に配設し、その手首34を巻回したバンド32の他端
部側をファスナ36を介して第１ハウジング12の底部外面
に係止することにより、ハウジング10が手首34の表面に
装着されるようになっている。このとき、脈波センサ30
の感圧素子28の配列方向は、手首34の皮膚直下にある橈
骨動脈（以下、単に動脈という）35と略直交する方向に
位置している。そして、図示しない制御装置により、前
記圧力室の圧力を図示しない調圧装置を介して調節する
とともに前記電動モータを駆動し、脈波センサ30を動脈
35の真上に位置決めして最適感圧素子をおよび最適押圧
力を決定した後、その最適押圧力において最適感圧素子
から出力された脈波信号に基づいて圧脈波が検出される
ようになっている。なお、第１ハウジング12の開口側の
端面には、長手状を成す一対のスポンジ38,40が固着さ
れており、第１ハウジング12はスポンジ38,40において
手首34の表面に接触させられるようになっている。スポ
ンジ38,40の手首34との接触面には、両面粘着シート42,
44がそれぞれ固着されている。これにより、第１ハウジ
ング12は両面粘着シート42,44の粘着力に基づいて手首3
4の表面に固着されるようになっている。
上記脈波センサ30は、本実施例の接触圧センサを構成
するものであって、第１図に詳しく示すように、前記ダ
イヤフラム24の中央部に固定されるプラスチック製のセ
ンサヘッドケース50と、回路膜52が一面に固着され、他
面において接着層54を介してこのセンサヘッドケース50
の中央凹部内に固定されるセラミック製の板部材56と、
この板部材56の中央部に固定されて電気絶縁性を有する
直方体状のスペーサ58と、このスペーサ58に接着された
センサチップ60と、回路膜52やその接続部分を保護する
ためにセンサヘッドケース50に接着された金属製の保護
プレート62などを備えている。上記回路膜52が固着され
た板部材56は、センサチップ60から外部の測定装置本体
に至る電気的接続の中継回路であり、必要に応じてマル
チプレクサ、プリアンプ、レギュレータなどの能動素子
が設けられると同時に、センサチップ60を機械的に支持
するための部材としても機能している。
するものであって、第１図に詳しく示すように、前記ダ
イヤフラム24の中央部に固定されるプラスチック製のセ
ンサヘッドケース50と、回路膜52が一面に固着され、他
面において接着層54を介してこのセンサヘッドケース50
の中央凹部内に固定されるセラミック製の板部材56と、
この板部材56の中央部に固定されて電気絶縁性を有する
直方体状のスペーサ58と、このスペーサ58に接着された
センサチップ60と、回路膜52やその接続部分を保護する
ためにセンサヘッドケース50に接着された金属製の保護
プレート62などを備えている。上記回路膜52が固着され
た板部材56は、センサチップ60から外部の測定装置本体
に至る電気的接続の中継回路であり、必要に応じてマル
チプレクサ、プリアンプ、レギュレータなどの能動素子
が設けられると同時に、センサチップ60を機械的に支持
するための部材としても機能している。
上記センサチップ60は、第４図の斜視図に示すよう
に、ガラスなどの比較的剛性の高いバックアップ板64
と、このバックアップ板64の一面に接着されたシリコン
単結晶板等から成る半導体チップ66とから構成されてい
る。スペーサとしても機能する上記バックアップ板64に
は、スペーサ58および板部材56の中央穴（図示せず）を
通して半導体チップ66の裏面（非押圧側の面）に大気圧
を導くための図示しない２本の貫通穴が設けられてい
る。上記半導体チップ66は、300ミクロン程度の厚みを
備えており、その裏面に図示しない長手状の凹陥部が形
成されることにより、厚みが数乃至十数ミクロンの薄肉
部68が長手状に形成されている。そして、この薄肉部68
に、圧脈波を検知するための前記複数の感圧素子28が一
方向に沿って所定間隔毎に形成されている。これらの感
圧素子28は、たとえば本出願人が先に出願した特願平２
−2293号の明細書および図面に記載されているように、
不純物の拡散あるいは注入などの良く知られた半導体製
造手法を用いて形成された４つの歪抵抗素子を有するブ
リッジから成り、薄肉部68に加えられた歪に対応した電
気信号、すなわち感圧素子28に作用する圧力変動である
圧脈波を表す脈波信号を出力する。
に、ガラスなどの比較的剛性の高いバックアップ板64
と、このバックアップ板64の一面に接着されたシリコン
単結晶板等から成る半導体チップ66とから構成されてい
る。スペーサとしても機能する上記バックアップ板64に
は、スペーサ58および板部材56の中央穴（図示せず）を
通して半導体チップ66の裏面（非押圧側の面）に大気圧
を導くための図示しない２本の貫通穴が設けられてい
る。上記半導体チップ66は、300ミクロン程度の厚みを
備えており、その裏面に図示しない長手状の凹陥部が形
成されることにより、厚みが数乃至十数ミクロンの薄肉
部68が長手状に形成されている。そして、この薄肉部68
に、圧脈波を検知するための前記複数の感圧素子28が一
方向に沿って所定間隔毎に形成されている。これらの感
圧素子28は、たとえば本出願人が先に出願した特願平２
−2293号の明細書および図面に記載されているように、
不純物の拡散あるいは注入などの良く知られた半導体製
造手法を用いて形成された４つの歪抵抗素子を有するブ
リッジから成り、薄肉部68に加えられた歪に対応した電
気信号、すなわち感圧素子28に作用する圧力変動である
圧脈波を表す脈波信号を出力する。
第１図に示すように、半導体チップ66の表面に設けら
れた複数の端子（バンプ）76と板部材56の一面に設けら
れた回路膜52の複数の端子78とは、フレキシブルフラッ
トケーブル84により接続されている。スペーサ58の周囲
であって板部材56の上面には、フレキシブルフラットケ
ーブル84の一部と重ねた状態でアイソレーションシール
86が設けられているとともに、端子78の一部の接地端子
と保護プレート62とは導電製ゴム片88により接続されて
いる。また、センサチップ60の上面はシリコンゴム90に
より薄く塗布されているとともに、スペーサ58の周囲に
は、シリコンゴム90が充填されており、センサチップ60
の周囲に保護プレート62の表面に続く傾斜面が形成され
ている。
れた複数の端子（バンプ）76と板部材56の一面に設けら
れた回路膜52の複数の端子78とは、フレキシブルフラッ
トケーブル84により接続されている。スペーサ58の周囲
であって板部材56の上面には、フレキシブルフラットケ
ーブル84の一部と重ねた状態でアイソレーションシール
86が設けられているとともに、端子78の一部の接地端子
と保護プレート62とは導電製ゴム片88により接続されて
いる。また、センサチップ60の上面はシリコンゴム90に
より薄く塗布されているとともに、スペーサ58の周囲に
は、シリコンゴム90が充填されており、センサチップ60
の周囲に保護プレート62の表面に続く傾斜面が形成され
ている。
上記半導体チップ66の表面（押圧側の面）には、上記
シリコンゴム90の層に重ねて薄い黒色導電性ゴム層92が
形成されており、この黒色導電性ゴム層92により、半導
体チップ66の感圧素子28が形成された表面が被覆されて
いる。これにより、半導体チップ66の感圧素子28が形成
された表面に光が当たることが阻止されるようになって
いる。なお、94は保護プレート62の表面に塗布された絶
縁のための樹脂製アイソレーションシール層であり、96
はセンサチップ60とスペーサ58との間の接着層であり、
98は保護プレート62とセンサヘッドケース50との間の接
着層である。
シリコンゴム90の層に重ねて薄い黒色導電性ゴム層92が
形成されており、この黒色導電性ゴム層92により、半導
体チップ66の感圧素子28が形成された表面が被覆されて
いる。これにより、半導体チップ66の感圧素子28が形成
された表面に光が当たることが阻止されるようになって
いる。なお、94は保護プレート62の表面に塗布された絶
縁のための樹脂製アイソレーションシール層であり、96
はセンサチップ60とスペーサ58との間の接着層であり、
98は保護プレート62とセンサヘッドケース50との間の接
着層である。
以上のように構成された脈波センサ30では、半導体チ
ップ66の感圧素子28が形成された表面が黒色導電性ゴム
層92により覆われているので、圧脈波の検出中において
半導体チップ66の感圧素子28が形成された表面に光が当
たるのを黒色導電性ゴム層92により一層確実に防止する
ことができ、これにより、感圧素子28に対する光の影響
が解消されて、圧脈波の測定精度が大幅に高められる。
ップ66の感圧素子28が形成された表面が黒色導電性ゴム
層92により覆われているので、圧脈波の検出中において
半導体チップ66の感圧素子28が形成された表面に光が当
たるのを黒色導電性ゴム層92により一層確実に防止する
ことができ、これにより、感圧素子28に対する光の影響
が解消されて、圧脈波の測定精度が大幅に高められる。
また、本実施例によれば、半導体チップ66は黒色導電
性ゴム層92により覆われているので、その黒色導電性ゴ
ム層92によって静電気の影響が抑制される。
性ゴム層92により覆われているので、その黒色導電性ゴ
ム層92によって静電気の影響が抑制される。
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明した
が、本発明はその他の態様においても適用される。
が、本発明はその他の態様においても適用される。
たとえば、前述の実施例において、半導体チップ66に
は、複数の感圧素子28が設けられていたが、１個であっ
てもよいのである。
は、複数の感圧素子28が設けられていたが、１個であっ
てもよいのである。
また、前述の実施例では、感圧素子28が長手状の薄肉
部68に所定間隔毎に設けられていたが、個々の独立した
凹陥部の薄肉部に感圧素子が設けられてもよいのであ
る。
部68に所定間隔毎に設けられていたが、個々の独立した
凹陥部の薄肉部に感圧素子が設けられてもよいのであ
る。
また、前述の半導体チップ66にはシリコン単結晶板が
用いられていたが、ガリウム−砒素などの化合物半導体
の単結晶板が用いられてもよい。
用いられていたが、ガリウム−砒素などの化合物半導体
の単結晶板が用いられてもよい。
また、前述の実施例では、感圧素子28は半導体歪抵抗
素子を有して構成されているが、感圧ダイオードや感圧
トランジスタなどにて構成されてもよい。
素子を有して構成されているが、感圧ダイオードや感圧
トランジスタなどにて構成されてもよい。
また、前述の実施例は、橈骨動脈35から発生する圧脈
波を検出するために手首34に装着される形式の脈波検出
用プロープについて説明されていたが、頚動脈や足背動
脈に対して適用されるものであってもよいのである。
波を検出するために手首34に装着される形式の脈波検出
用プロープについて説明されていたが、頚動脈や足背動
脈に対して適用されるものであってもよいのである。
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であ
り、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が加
えられ得るものである。
り、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が加
えられ得るものである。
第１図は第２図および第３図の脈波検出用プローブ内に
備えられた脈波センサの構成を説明する図であって、一
部を拡大して示す断面図である。第２図は本発明の接触
圧センサとしての脈波センサを含む脈波検出用プロープ
の装着状態を示す図である。第３図は第２図の脈波検出
用プロープを手首側から見た図である。第４図は第１図
のセンサチップの構成を説明する斜視図である。 28:感圧素子 30:脈波センサ（接触圧センサ） 66:半導体チップ 92:黒色導電性ゴム層
備えられた脈波センサの構成を説明する図であって、一
部を拡大して示す断面図である。第２図は本発明の接触
圧センサとしての脈波センサを含む脈波検出用プロープ
の装着状態を示す図である。第３図は第２図の脈波検出
用プロープを手首側から見た図である。第４図は第１図
のセンサチップの構成を説明する斜視図である。 28:感圧素子 30:脈波センサ（接触圧センサ） 66:半導体チップ 92:黒色導電性ゴム層
フロントページの続き (72)発明者 高橋 有裕 愛知県小牧市林2007番１ コーリン電子 株式会社内 (72)発明者 山崎 敏正 愛知県小牧市林2007番１ コーリン電子 株式会社内 (72)発明者 安井 正伸 愛知県小牧市林2007番１ コーリン電子 株式会社内 (72)発明者 近藤 達志 愛知県小牧市林2007番１ コーリン電子 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−293424（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−109540（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−107060（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−131855（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−67954（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/02 - 5/0295 G01L 1/18 G01L 9/08 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】表面に感圧素子が形成された半導体チップ
を備え、該半導体チップの表面が被測定圧を発生する対
象物に向かって押圧されて接触圧力を検出するための接
触圧センサにおいて、 前記半導体チップの前記感圧素子が形成された表面を黒
色導電性ゴム層により被覆したことを特徴とする接触圧
センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2221642A JP3064354B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | 接触圧センサ |
| US07/721,317 US5179956A (en) | 1990-07-06 | 1991-06-26 | Contact pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2221642A JP3064354B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | 接触圧センサ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18025990A Division JP2863281B2 (ja) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | 接触圧センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0467840A JPH0467840A (ja) | 1992-03-03 |
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