JPS59159083A - 深度計付電子時計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダイパーなどが使用する深度計又は水圧計を内
蔵した電子時計に係わるものであり、時計の外装ケース
の内側と外側の圧力差を検出する部分の構造に関するも
のである。

本発明の目的は電子時計に圧力測定装置を内蔵し、ダイ
パーが水中で時刻と潜水の深度の両方を知ることができ
るようにした。深度計付ダイパーウォッチを実現するこ
とである。

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。これ等のダイパーは潜水中
にも安心して使用できる時計を求めていたが、近年、数
百気圧の水圧にも耐える外装構造を有するダイパーウォ
ッチが市販されるようになり、このようなダイパーウォ
ッチは時計の破損による潜水事故防止の上からダイパー
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。潜水中のダイパー
は常に潜水深度を確認し、それて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
なげればならない。

このようにＭ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、水中でのダイパーの行動の制
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、多くのタイバーは目
測や経験に頼っており大変危険な状態である。

潜水の深度を測定する測定器を深度計と定義するが、深
度を測定する手段として、計測器の位置の水圧を測定し
、水の密度で割り算して水深を求める方法が最初に上げ
られる。この方法は淡水と海水Ｏ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、ターイバーに直接
影響を与える物理量を６１１１定するので、グイバー用
深度計として最適である。

ダイパ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、ｊｌの方
が有用であるとの意見もあるが５本発明では水圧消を一
歩進めたものが深度計であると考え、ここで云う深度計
は水圧計を含むものとす゛る。

り′イバーウォノチの外装は非常に堅牢な密閉容器てル
）つ、水深百ノ〜トル程度では内容積の変化は殆んどな
く、シたかって内部圧力は大気圧にほぼ冑しく保たれて
いる。

このような外装の一部にｌｊ一孔を設け、該／Ｊ・孔を
ダイヤフラムリこま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
が本発明もその原理によって水深計を実現しているので
ある。

以下に図面に従ってその詳細な説明を行う。

第１図は本発明の深度計付電子時計に使用されるシリコ
ンダイヤフラム型圧力センサーの断面図で・あり、第２
図はその平面図で・ある。シリコンダイヤフラム型圧力
センサーは、−辺が数ミリ角で厚みが数百ミクロンのシ
リコン単結晶板１からなり、その片面を円形に彫り込ん
で形成されたソリコンダイヤフラム２の表面に半導体抵
抗３を拡散形成したものである。ダイヤフラム２の上面
と下面に圧力差が生じると、り”イヤフジム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。

第２図に示す通り半導体抵抗６はグイキンラム２０周辺
部の４り一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６は第３図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ΔＰによって次式で与えられる出力電圧Ｖ　ｏ
ｕｔが得られる。

ここでＲは圧力差ΔＰがない時の各半導体抵抗乙の抵抗
値であり、ΔＲは圧力差ΔＰに対応して各半導体抵抗乙
に生じる抵抗値の変化分であり。

Ｅはグリッジに印加する電源の電圧である。

半導体抵抗６は歪に対し、ピエゾ抵抗効果を示すため、
圧力差ΔＰに対応して生ずる抵抗値の変化ΔＲは極めて
太キく５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実用に供されているのである。

第４図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
実施例を示す外観平面図である。

本実施例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１ｏ時９分３５秒を指す
時刻と、ａ水開始からの経過時間０時間４５分と、水深
２４６ｍ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の一部に水圧検出部が設けられており、
該水圧検出部を機械的に保護するカバー板６が風防ガラ
ス５０表面に固定されている。

第５図、第６図、第７図、及び第８図はそれぞれ第４図
の電子時計に用いることができる水圧検出部の各断面図
であり、それぞれ本発明の具体的な実施例である。該４
実施例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。

第５図について説明すると、風防ガラス５の外側直には
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
。カバー板乙の下の部分の風防ガラス５には貫通小孔が
設けら］１１、風防ガラス５の内側の開［１部には上記
のシリコンダイヤフラム型圧カセンザ−８（以下センサ
ーと記す）が密閉固着されている。

（ニンザ　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）Ｚターン配線１０　ａ
　ＶＣ接続さね１．更に４個の圧接ノくネ１１を介して
信号処理回路（図示さね、ていない）Ｋ電気的導通がと
られている。

端子基板１０のパメーン配線面上にはダイヤフラム保１
穫カバー　１２が固定されており、センサー８と極細導
線９の配線を保護し、ている。タ゛イヤフラｊ−保護カ
バー１２には小孔があって、−１乙ンサー８の背圧室の
大きさが限定されないようになっている。

このような構造で特訓な水中に入れれば１時計の内外（
こ水深に応じた圧力差を生じ、センツー８のダ・イヤフ
ラノ・は時計の内側に変形し、その歪がブリッジ抵抗の
変化を生じて水深に応じた電気信刀を発生するのである
。

第６図に示した実施例では、センサー８は風防ガラス５
２１に直接固着されているのではな（、−＋＝ンツー取
伺台１６（・τ固着されており、センサー取イ＝ｊ台１
６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１６の中心軸（ｆＸは貫通した小孔があって
、センザー取イ」台１６の内側の開口部にセンサー８が
密閉固着されている。

又、センサー取付台１３の外側の外周部にはイ、ジが設
けられ、内ネジを有するカバー板６ａと係合し、センツ
ー取付台１６を風防ガラス５ａに固定している。

この固定に：ｉｄいてセンザー取伺台１６と、風防ガラ
ス５ａの下面の見切り塗料７との間には防水パツキン１
４が配されており、防水機能をはたしている。センサー
８の端子配線及び保護構造は第５図の実施例と同じであ
るので説明を省略ずイ）。

第７図はセンサー取伺台１３ａを風防ガラス５ｂの外側
の面から挿入した実施例である。センサー取付台１＋ａ
は防水パンキン１４ａを介して風防ガラス５１）匠圧入
■］定さ牙１ている。センサー取付台１３ａの中心軸（
では貫通した小孔があり、センザー取伺台１ろａの時泪
内側開口部にセンサー　８が密閉同着されている。

又センサー取付台１３ａの外側面にはセンザー取伺台の
小孔と通り違いになった小孔を有するカバー板６１）が
固着さハ、ている。センツー８の端子配線及び保護構造
は、第５図及び第６図の実施例と同しであるので説明を
省略する。

以上に述べた第５図、第〔５図、及び第７図の実施例に
おいては、センサー８が圧力導入孔による内側の開口部
に配置さう′１、ているが、第８図の実施例はセンサー
が圧力導入孔による外側の開口部に配ＪｊｊＩ′された
場合を示ずものである。

本実施例Ｃ（おいてセンサー８はセンサー取伺台１３ｂ
の軸に設けられ、た小孔を外側面から密閉するように固
１１さ牙り、センサー取イ」台１６ｂを貫通１７〕・−
メチツク固定さ」］、た・１個の導電ビン１５と。

（６４細樽線９（（よって電気的に結合されている。

センサー８及び極細導線９の配線部はゴノ、状の弾性物
質１６てボッティζグさね、て−は１］、更にセンサー
所付台１ろＩ）に固着さ」ｔたカバー板６（、によって
保護されている。ゴム状弾性物質１６は遮光性の顔料を
含んだシリコンゴムが最適でｋ）る。

センザー取伺台１６１）は時計外側か１）挿入され。

防水パツキン１４１〕を介して風防カンヌ５Ｃに圧入固
定されており、導電ビン１５とその一端に月−接された
バネ１１を介してセンサー８を図示さねていな（・信号
処理回路と電気的に結合している。

以上に水圧検出部を時計の風防ガラスｋ　１−に設けた
場合について、４種類の実施例をあげて説明したが、水
圧検出部を図１ｎ１上に示した風防ガラス５乃至５Ｃ及
び塗料７の部分でなく特訓外装の裏ブタ又は外装本体（
ケース胴）にｔ６換しても良い。

この場合取付部分にスペース的な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
表示てよるアラ−ログ表示式脱時１．１に応用すること
がて゛きる。

第９図は深度計付アナログ表示式腕時言」の一実施例を
示す外観平面図てあり、指釧式１４刻表小而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。

本実施例においては水圧検出部はケース本体（クース胴
）１９の側面に設けられており、圧力導入孔はカバー板
６の位置から紙面と並行に時計の中心部に向っている。

次にシリコンの小片であるセンサーを風防ガラスやセン
サー取付台に固着する方法について説明する。

センサーの固着において主として次の二点について留意
しなくてはならない。その第一はセンサーの固着強度に
関１〜てでｋ〕す、繰り返し加えられる数十気圧の水圧
に対して十分に耐えられる強固な固着方法でなくてはな
らず、しかもその固着強度が海水やオゾンリンチの空気
に頻繁に曝されても容易には変化しない必要がある。

その第二はセンサーとその基台の材質の相異からくる熱
的な歪に関してであり、両者の熱膨張率をそろえろこと
によって温度変化による深度計の零点移動を防止するこ
とが必要となる。

この両者の要求を満足する基台として最も適当な材料は
パイレックスガラスであり、加工が困難なことを除けば
、強度と耐候性は十分であり、熱膨張率もシリコンのそ
れに大変近いという利点がある。このため、風防ガラス
をパイレックスガラスにしたり、センサー取付台をバイ
レックスカラス製罠することが望まれる。

センサーとバイレックスカラスの固着方法としては、低
融点ガラスのような無機接着剤による接着かフィールド
アシスｊ・法のような物理化学的固着方法が必要である
。フィールドアシスト法については、　　ｒＪＯＵＲＮ
ＡＬ　　ＯＦ　　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＰＨＹＳＩＣＪ７７
、　ＶＯＬＬＩＭＥ４０　　ＮＩＪＭＢＥＲＩＯＵＦｉ
ｅｌｄ　　Ａｓ５ｉｓｔｅｄＧｌａｓｓ　　Ｍｅｔａｌ
Ｓｅａｌｉｎｇ　Ｊに詳細な記事があるのでここでは説
明を省略する。

以上にシリコンダイヤフラム型圧力センサーを用いた本
発明の圧力差検出方法について詳細な説明をしたが１本
発明によれば、大変簡単な構造で１−かも小型の圧力検
出機構が達成できる。

又、圧力の変化を非常匠高感度でかつ安定性の良い電気
信号に変換して出力することができるため、該信号を増
巾し、信号処理して水深表示に変換することが極めて容
易（Ｃなった。

このため深度計の電気回路も小型化され、腕時計のよう
な限らり、た空間に深度計を内蔵することが可能となっ
たのである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の深度計付電子時計に使用さ
れるシリコンダイヤフラム型圧力センサーの構造を示す
断面図及び平面図であり、第３図は、第１図、第２図の
シリコンダイヤフラム型圧カセンザーの抵抗ブリッジの
結線を説明する原理的な回路図であり、第４図及び第９
図はそれぞれ本発明によりなる深度計付電子時制の外観
平面図であ〕す、第５図、第６図、第７図及び第８図は
そ、ｈぞれ本発明の圧力検出部の構造を示す各断面図で
・ある。 ５．５ａ、５ｂ、５ｃ・・・・・・風防ガラス。 ６．６ａ、　６　ｂ　、　６　Ｃ・・・・・カバ＆。 ７・・・・塗料、 ８・・・・シリコンダイヤフラム型圧力センサ−，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。 １６．１３ａ、１３ｂ・・・・・・センサル取付台。 １４．１４ａ、１４　ｂ　・・−防水パツキン。 １５・・・導電ピン。 １６・・・・ゴム状の弾性物質。 第１図　　　第２ｍ 第３図 第４図 第７図 第９図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 密閉された耐圧ケースの一部に該ケースの内外に貫通す
   る小孔を設け、該小孔をシリコンダイヤフラム型圧力セ
   ンサーによって密閉したことを特徴とする深度計付電子
   時計。