JP6054926B2 - 圧力センサー - Google Patents

Description

本発明は、圧力測定デバイスの技術分野に関し、より詳細には、圧力センサーに外圧が与えられた場合に閉空間において液体が進行することを使用する圧力検知手段を有する圧力センサーに関する。また、本発明は、圧力センサーを有する気圧測定装置に関し、これにおいて、圧力センサーによって検知された圧力情報が送信され、そして、例えば、インジケーターデバイスを使用して気圧測定装置に表示し、及び／又は所定の行為を制御するために使用される。気圧測定装置は、特に、腕時計のような小さな寸法の携帯可能な物に装備されてもよい。

圧力測定デバイスを備えた腕時計が既に知られている。このような腕時計としては、例えば、ダイバー向け腕時計があり、伝統的に圧力センサーを有する。これは、例えば、潜水時に遭遇する圧力変動に応じて変形する膜センサーを有するものである。既知の実装形態では、気圧変動を受けた圧力センサーの幾何学的な寸法における変化が検知アームの線運動に変換され、これによって、レバーの回転を制御する。次に、このレバーの回転運動は、歯車列の回転運動に変換される。この歯車列は、表示車が支える圧力インジケーター針が腕時計のユーザーに明瞭な圧力表示を提供するように計算された駆動比で表示車と噛み合う。

上に概説した種類の構造は、潜水時に腕時計のユーザーに圧力表示を提供するために使用される。

これらの機械的に圧力を測定して表示するデバイスは、備える数多くの機械的部品であるために比較的複雑で実装が難しい。また、これらは、腕時計ケースの外部と当デバイスが取り付けられる内部との間で連通していることを必要とする。これによって、腕時計の密封性をすべての状況で保証する必要がある場合には、構造を複雑にしてしまう。これらの因子によって、機械的に圧力を測定し表示するデバイスが取り付けられた腕時計を経済的な手法で製作することを難しくしてしまう。

本発明の主な目的は、単純で実装が経済的な圧力センサーを提供することである。

また、密封性に影響を与えずに、小さな寸法の携帯可能な物、特に腕時計に、容易に装備することを可能にする構成を有する圧力センサーを提供することも本発明の目的の１つである。

この目的のために、本発明の第１の観点は、本発明は、圧力を検知して圧力を電気信号に変換する検知変換手段を有する圧力センサーに関し、前記電気信号を、電気回路によってインジケーターデバイスの制御インタフェース回路に送信することができ、前記検知変換手段は、閉空間及び前記閉空間に入れられ前記閉空間の内部を動くことができる導電性の液体と、及び前記閉空間内の所定位置に配置された少なくとも１つの検知メンバーとを有し、前記検知メンバーは、少なくとも１対の電極を有し、前記液体が前記検知メンバーを通ると前記電気回路が閉じるように、前記液体が閉空間内を動くときに前記液体と連係する。

特定の特徴によれば、前記閉空間は、タンクを形成する第１の部分と、及び毛管を形成する第２の部分を有し、前記液体は、圧力が低いと前記タンクにあり、圧力の影響の下では前記タンクから前記毛管へと動く。

特定の特徴によれば、前記検知メンバーは、毛管に沿って配置されている。これによって、前記検知メンバーは、圧力がタンクに与えられると毛管内を進む液体を検知する。

好ましくは、前記圧力センサーは、さらに、互いに重なり合った第１の基板及び第２の基板を有し、封止枠によって第１及び第２の基板を連結し、第１及び第２の基板の間に閉空間を定めている。

第２の観点によれば、本発明は、本発明の第１の観点に係る圧力センサーを有する気圧測定装置に関する。

本発明係る圧力センサーに加えて、当該圧力測定装置は、さらに、少なくとも１つのインジケーターデバイスと、圧力関連の電気信号を前記インジケーターデバイスに送信するように意図されている前記インジケーターデバイスのための制御インタフェース回路を有する電気回路と、及び前記電気回路のための少なくとも１つの電源を有する。

本発明の第３の観点は、本発明の第２の観点に従う圧力測定装置を有する計時器に関する。

好ましくは、前記圧力センサーの前記タンク及び毛管は、実質的に円形の方向に延在し、これによって、前記圧力センサーを計時器の光透過性蓋の下に又は計時器のベゼルにおいて収容することができる。

特定の実施形態によれば、前記インジケーターデバイスは、前記圧力センサー、特に、その電気回路に関連づけられた表示画面及び／又は音響発生器及び／又は発光装置を有する。

図面において図示した以下の特定の実施形態（これに限定されない）についての説明を読むことで、本発明を一層よく理解することができるであろう。

本発明の第１の実施形態に係る光透過性蓋の下に収容された圧力センサーを備える計時器の上面図である。 第１の変形実施形態を示す図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る計時器のベゼルの内部に収容された圧力センサーの斜視上面図を示す。 同上上面図を示す。 ベゼルの内部の圧力センサーの構成を示す図４の線Ｉ−Ｉに沿った部分的な断面図である。 ベゼルの内部の圧力センサーの構成を示す図４の線II−IIに沿った部分的な断面図である。 ベゼルの内部の圧力センサーの構成を示す図４の線III−IIIに沿った部分的な断面図である。

まず、図１及び２を参照する。圧力測定装置１００（例えば深さゲージ）を示しており、これは、例えば、腕時計型計時器２の形態である。計時器２は、通常の構造で、中間部材６、光透過性蓋８、及び背面蓋１０を有するケース４を有する。これによって、ムーブメントＭ（図２）を受けることが想定された空間１２の限界が定められる。この腕時計は、さらに、巻きつまみ１４、表盤１６、及び針１８を有する。

計時器２は、この例では、圧力測定装置１００でもあり、例えば、液晶表示機器の形態である深度表示デバイス２０と、及び圧力センサー２２とを有する。

図１の例では、圧力センサー２２は、光透過性蓋８の役割も果たす。これは、従来の手法で全表盤１６を覆う少なくとも部分的に透明なガラス又は合成アセンブリーの形態である。

圧力センサー２２は、連続する２つの部分で作られた閉空間を有する。その２つの部分のうちの一方は、タンク２４の形態であり、他方は、毛管２６の形態である。毛管２６は、一端では閉じており、他端でタンク２４と連通している。

タンク２４及び毛管２６によって形成される閉空間は、光透過性蓋８を形成する上部基板８ａ及び下部基板８ｂによって形成されている。上部及び下部基板８ａ、８ｂは、封止枠２８によって液晶セルの手法で連結しており、封止枠２８は、閉じた輪郭を有し、その形は、タンク２４及び毛管２６の寸法を定めている。

前記上・下基板８ａ、８ｂは、中間部材６の上側開口６ａの内径と実質的に同一の直径を有する円盤の形を呈している。好都合なことに、密封性ガスケット３０は、中間部材６とセンサーアセンブリーの間で内側開口６ａの内部に配置されている。これによって、従来の密封された手法でアセンブリーを腕時計ケースに固定することができる。このアセンブリーは、中間部材６の内部に配置された肩部６ｂに乗っている。フランジ３２は、表盤１６から所定距離離して光透過性蓋８を保持している。

圧力センサー２２は、さらに上・下基板８ａ、８ｂの周辺端間で配置された外部封止枠３４を有する。

封止枠２８は、上部基板８ａ及び下部基板８ｂの間のスペーサーとして使用されている。圧力センサーを形成する基板は、絶縁材で作られている。図示した例において、表示手段の上にセンサーが計時器に装備されており光透過性蓋８を形成しており、上部基板８ａ及び下部基板８ｂは透明材料で作られており、計時器２の従来の時間表示情報を読むことができるように構成されている。

上・下基板８ａ及び８ｂの厚みは、少なくともタンク２４の上に位置する領域において曲がるように構成している。典型的には、これらの基板の厚みは、少なくともタンク領域では、約０．１ｍｍである。したがって、基板の平面への射影において１５０ｍｍ²の表面があるタンク、及び基板の平面への射影において７０ｍｍ²の表面がある毛管では、１〜６バール（１０⁵〜６×１０⁵ Ｎ／ｍ²）の圧力範囲を検知することができ、毛管の部分は典型的には約０．１ｍｍ²である。

好ましい変形例によれば、上部基板８ａは下部基板８ｂより薄い厚みを有しており、これによって、圧力にさらされる上部基板８ａが下部基板８ｂとは独立して撓むことができる。このようにして、圧力変化に対する応答が改善される。これにもかかわらず、アセンブリーの機械的安定性は、計時器の光透過性蓋の抵抗及び剛性の必要条件と依然として両立している。

例えば、適切な透明材料として、ガラス、プラスチック材、サファイアがある。

センサーが表示手段の上に装備されない変形例において、例えば、後で詳細に説明する図３〜７に示すようにセンサーが腕時計のベゼルに装備される場合、上部基板８ａ及び下部基板８ｂを不透明な材料で作ることができる。これは、例えば、プラスチックや不透明なセラミックである。

図１及び２に示す実施形態では、圧力センサー２２が計時器２に挿入されるように、タンク２４及び毛管２６は実質的に円形の方向に配置されている。直線の方向のタンク及び毛管の構成や、他の非直線や非円形の構成も、もちろん想起することができる。

本発明に係るセンサー２２は、さらに、導電性液体３６を有する。導電特性が特に適している液体としては、例えば、鉱化水、水銀又は他の任意の導電性液体がある。この液体３６は、タンク２４及び毛管２６によって形成される閉空間に入れられる。

圧力測定装置１００が大気圧下にある場合、液体３６は完全にタンク２４（図１）の内部に入っている。深さのために圧力測定装置１００が圧力下にある場合、圧力が基板の全表面へ射影されてタンク２４に与えられる。上部基板８ａは、タンク２４近傍の領域において少なくとも局所的に曲がっている。その後、液体３６はタンク２４から押し出され、毛管２６へと動く。

与えられた圧力が高いほど、液体３６が毛管２６内を動く距離は大きくなる。したがって、毛管２６内の液体３６が動く距離を測定することにより、圧力測定装置１００に与えられた圧力の値を決定することができる。この目的のために、圧力センサー２２は、さらに、毛管２２内の液体３６の存在を検知して、それをユーザーが理解するのが簡単な情報に変換するための検知及び変換手段を有する。

本発明の特徴の１つによれば、液体３６は導電性を有する。液体３６は、電気回路３８、及び電気回路に配置された少なくとも１つの検知メンバー４０を有する検知及び変換手段と連係する（図２）。好ましいことに、様々な部品（エネルギー源、導電性線路ＰＣ、ゼブラコネクターＺ、ユーザーインタフェースマイクロコントローラーＭＣ、表示デバイス２０）を有する電気回路３８は、表盤１６の下に配置された基板Ｓによって支えられている。変形例によれば、電気回路３８は、計時器ムーブメントＭの制御回路に接続され、計時器ムーブメントＭと共通部品を共有することができる。

検知メンバー４０は、少なくとも１対の電極４０ａ、４０ｂを有する。この電極の対は、上部基板８ａ及び／又は下部基板８ｂの表面上で配置され、これは、毛管２６に沿って液体３６に接している。典型的には、これらの電極は、導電性で光学的に透明であるという有利な特徴を有する酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のような材料で作られている。これらの電極の作成については、他の可能性もある。例えば、ナノワイヤー導体（ＡＧナノワイヤー）、又は目で見ることができないほど十分に薄い他の導電性材料の層がある。

センサー表面に与えられた圧力の影響の下で、液体３６がタンク２４から押し出されて毛管２６内へと進む。液体３６が検知メンバー４０に接触すると、液体３６の導電率のために電極対の電極４０ａ、４０ｂどうしの電気的接触が行われ、したがって、電気的な検知回路３８を閉じる。その後、電気信号がインジケーターデバイス２０のインタフェース制御回路に送られる。これは、第１の圧力しきい値を超えたことをユーザーに示す。液体３６が毛管２６に沿って検知メンバー４０と接触すると、電気的接触が再び閉じ、第２の電気信号がインジケーターデバイスのインタフェース制御回路に送られる。これは、第２の圧力しきい値を超えたことをユーザーに示す。

電極対４０ａ、４０ｂの電極は、上部基板８ａ又は下部基板８ｂ（図１）上に並置されるか、上部基板８ａ及び下部基板８ｂ（図示せず）の間で互いに対向するように配置される。

このように、検知メンバー４０を毛管２６に沿って互いに適切な距離で配置することによって、タンク２４に与えられる圧力を検知することだけではなく、連続的な圧力の量を決定及び／又は連続的な圧力しきい値を超えたことを判断することができる。典型的には、検知メンバーどうしは、ステージ関連の情報をダイバーに提供することを可能にするような距離の分だけ互いから離されている。

このようにして、圧力関連の情報が電気信号に変換され、これは、表示デバイス２０のようなインジケーターデバイスの制御インタフェース回路へと導電性線路によって送信される。

図２は、インジケーターデバイスが表盤１６の下に配置され、表盤１６に配置された開口１６ａを通して目に見える表示デバイス２０であるような変形実施形態を示す。

表示デバイス２０は、圧力がかけられているということを表示するだけではなく、圧力を表す数値を提供することができる。この数値は、液体２６が毛管２６内を移動し連続的な検知メンバー４０と連係するに従って、徐々に変えることができる。

好ましくは、深さ表示デバイス２０は、英数字の文字を表示する液晶セルを有する既知の形態のデジタル表示デバイスである。これは、水面下でも容易に読むことができる。もちろん、暗い状況で表示を読みやすくするために、バックライトを点灯することもできる。図１に示す例において、深さ５メーターの情報が表示されている。これは、圧力測定装置に与えられ圧力センサー３０によって測定される圧力に起因する。

変形例としては、上で説明した視覚的なインジケーターデバイス２０は、音響発生器、振動デバイス及び／又は発光装置のような別の種類のインジケーターによって置き換えたり関連づけてもよい。例えば、表盤を照明するデバイスを有するダイバー向け腕時計の場合には、所定の深さを表す圧力しきい値を超えたことを本発明に係るセンサーが検知すると、照明デバイスを自動的に点灯することができる。

既知で有利な手法に従って、最適に光を受けるために表盤１６上に適切な手法で配置された少なくとも１つの太陽電池４２によって電気回路３８に電力を供給することができる。この太陽電池４２は、太陽電池４２に光が当たっていなくても電気回路に電力供給することができるように、エネルギー貯蔵素子（蓄電素子、スーパーキャパシターなど）に格納されたエネルギーを供給することができる。

図３〜７は、圧力センサー２２が計時器の光透過性蓋によって形成されておらず計時器のベゼル７０内に装備される本発明の別の実施形態を示し、既知の手法で、ベゼル７０は、計時器の中央に配置された刻み付きの輪の形態であり、計時器に対して回転することができる。

ベゼル７０は、環状ハウジング７２を有し、これは、ベゼル７０の上部表面から横方向に延び、図１及び２を参照して説明したものと同様な圧力センサー２２を収容している。圧力センサー２２はタンク２４及び毛管２６を有し、この毛管２６は、実質的に円周方向に延びて、上部基板７４及び下部基板７６によって定められた閉じた空間に入っている。上部基板７４及び下部基板７６は、封止枠７８によって連結している。円形の内側及び外側の封止枠７８ａ、７８ｂが、センサーを機械的に強化するためにセンサー２２の全周囲にわたって設けられている。

上部基板７４は、保護材８０及びマスキング層８２によって覆われている。マスキング層８２は、タンク２４の上の領域で中断している（図６及び７）。保護材８０は、２つの穴８４を有し、これもタンク２４の上に配置されている。これによって、タンク２４に対向するように配置されたセンサーの上部基板７４の部分に対して圧力が直接、例えば、液体を介して、与えられることが可能になる。このようにして、この場所にて圧力が基板７４に作用する。

このようにして、図７に示すように、タンク領域における上部基板７４と保護材８０の間で空いた空間８６が設けられている。上記実施形態（図１及び２）のために説明した手法と同様な手法で、空間８６及び開口８４によってタンク３２の全表面にわたって外圧がかけられること、及び液体３６が毛管３４に動かされることが可能になる。

図５、６、７において、この構成を特に示した。図５は、毛管２６を示すベゼル７０の断面図（図４のＩ−Ｉ行）であり、図６は、穴８４のうちの１つを示すベゼル７０の断面図（図４の線II−II）であり、図７は、タンク２４を示すベゼル７０の断面図（図４の線III−III）である。

図３及び５に特に示すように、検知メンバー４０（この場合は、ＩＴＯ電極対４０ａ、４０ｂ）が、毛管２６の領域の適切な場所において配置され、上部及び下部基板及び封止枠７８によって定められる空間に入れられた導電性液体３６に接する。電極４０ａ、４０ｂは、導電性線路８８に接続されている。これは、下部基板７６（図５及び６）上に部分的に配置され、センサー２２の下に設けられた凹部９６に配置されたゼブラコネクター９４を介してインジケーターデバイス９２の制御インタフェース回路９０に導かれる。図示した例において、インジケーターデバイスは、基板７４、７６及び保護材８０を通して見ることができる発光ダイオード（ＬＥＤ）である。回路９０は、電池９８（図６）によって電力が供給される。

図１の実施形態を参照して説明したように、導電性液体３６が検知メンバー４０のうちの１つまで毛管２６を進むと、検知メンバー４０と導電性線路８８の間の電気回路が閉じる。この導電性線路は下部基板７６の下に延在し、ここで、計時器において配置されたレシーバーデバイス（図示せず）に情報を送信することができるプリント回路基板と通信する。このレシーバーデバイスは、第１の実施形態の例におけるように、圧力値表示デバイスであってもよく、圧力しきい値を超えたことを自動的に検知するためのデバイスであってもよい。

図３に示した例でにおいて、検知メンバー４０の電極４０ａ、４０ｂは、並んで配置しており、これによって、製造時に基板７４及び７６のうちの１つのみを処理することが可能となる。

本発明は、上記の特定の実施形態に限定されない。具体的には、圧力測定装置が計時器でない場合、圧力センサーが、非円形の方向（例えば、実質的に線形の方向）に延在させることができる。電池又は太陽電池以外の供給源から電力が供給されていてもよい。表示デバイスは、液晶スクリーンではないものでもよい。

特に、圧力測定デバイスの電気回路は、計時器の電気回路と別個であってもよい。

特に、一方の基板と他方の基板の間で、検知メンバーが異なるように分布していてもよい。同様の手法で、下部基板上ではなく上部基板上に電気的線路を配置することができる。

Claims (14)

1. 圧力を検知して圧力を電気信号に変換する検知変換手段（４０）を有する圧力センサー（２２）を有した時計であって、
   前記電気信号を、電気回路によってインジケーターデバイスの制御インタフェース回路に送信することができ、
   前記検知変換手段（４０）は、
   閉空間（２４、２６）及び前記閉空間（２４、２６）に入れられ前記閉空間（２４、２６）の内部を動くことができる導電性の液体（３６）と、
   前記閉空間（２４、２６）内の所定位置に配置された少なくとも１つの検知メンバー（４０）とを有し、
   前記検知メンバー（４０）は、少なくとも１対の電極（４０ａ、４０ｂ）を有し、前記液体（３６）が前記検知メンバー（４０）を通ると前記電気回路が閉じるように、前記液体（３６）が閉空間（２４、２６）内を動くときに前記液体（３６）と連係し、さらに、
   前記閉空間（２４、２６）は、タンク（２４）を形成する第１の部分と、毛管（２６）を形成する第２の部分とを有し、この第２の部分は時計の周囲に沿って配置されており、
   前記液体（３６）は、圧力が低いと前記タンク（２４）にあり、圧力の影響の下では前記タンク（２４）から前記毛管（２６）へと動く
   ことを特徴とする圧力センサー（２２）を有した時計。
2. 前記少なくとも１つの検知メンバー（４０）は、前記毛管（２２）に沿って配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
3. 前記タンク（２４）及び前記毛管（２６）は、実質的に円周方向に直列に配置されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
4. 互いに所定の距離離れており前記毛管（２６）に沿って直列に配置された複数の検知メンバー（４０）を、前記圧力センサーが有する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
5. 前記検知メンバー（４０）はそれぞれ、同じ平面に配置された１対の電極（４０ａ、４０ｂ）を有する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
6. 前記圧力センサーは、さらに、互いに重なり合った上部基板（８ａ、７４）及び下部基板（８ｂ、７６）と、これらの間に前記閉空間を定めるように前記上部及び下部基板（８）を連結する封止枠（２８、７８）とを有する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
7. 前記検知メンバー（４０）は、それぞれ前記基板（８ａ、８ｂ、７４、７６）の１又は複数によって支えられている
   ことを特徴とする請求項６に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
8. 前記検知メンバー（４０）は、すべて同じ基板（８ｂ、７６）によって支えられていることを特徴とする請求項７に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
9. 前記検知変換手段（４０）は、前記検知メンバー（４０）及び前記液体（３６）と連係する電気的線路を有する
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
10. 前記上部基板（８ａ）が前記下部基板（８ｂ）よりも圧力に対して敏感であるように、前記上部基板（８ａ）は、前記下部基板（８ｂ）よりも薄い厚みを有している
    ことを特徴とする請求項６に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
11. 前記圧力センサー（２２）が装備される光透過性蓋（８）を備えている
    ことを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
12. 前記光透過性蓋（８）は、前記圧力センサーの前記基板の１つを形成する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
13. 前記圧力センサー（２２）を収容するベゼル（７０）を備えている
    ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。
14. 前記インジケーターデバイスは、表示画面又は振動デバイス又は音響発生器又は発光装置を有する
    ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の圧力センサー（２２）を有した時計。

Images