TW201711626A - 接觸式感測器 - Google Patents

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Abstract

本發明抑制測定誤差及感測器元件的破損。接觸式感測器(200)在接觸至皮膚(10)時,在皮膚(10)與感測器元件(214)之間形成間隙(200a)。接觸式感測器(200)具備與皮膚(10)及感測器元件(214)一同包圍間隙(200a)的斥水性樹脂基板(212)與吸水性片材(211)。

Description

接觸式感測器
本發明是有關於一種一邊接觸至身體的皮膚等測定對象一邊進行測定的接觸式感測器(sensor)。
可始終進行體溫或者體表的濕度或發汗測定的接觸式感測器的需求正在增加。接觸式感測器是以日射病、熱疲勞、熱射病等中暑病症的預防或者流行性感冒(influenza)等伴隨高溫發熱的疾患的早期發現為目的。接觸式感測器是貼附於人的身體體表部(皮膚)者,具備用於進行發汗程度或溫度的測定的感測器元件,是薄型、輕量、小型、高耐水性的可穿戴式(wearable)電子機器。
以往,作為此種接觸式感測器,已知有專利文獻1中提出的身體發汗監測裝置。圖1是表示該身體發汗監測裝置的示意圖。如圖1所示,身體發汗監測裝置110具備感測器元件(溫濕度感測器)114、控制汗蒸氣的流動的遮蔽板113、以及以感測器靈敏度得到最佳化的方式而設計的殼體(case)116,對來自皮膚100的發汗程度進行計測。
而且,專利文獻2中,提出一種警告裝置,其具備專利文獻1的身體發汗監測裝置中所含的構成要素、及經時地捕捉熱擴散的感測器元件,以進行中暑病症的發病預測。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利公開公報「日本專利特開2012-85983號公報」 [專利文獻2]日本專利公開公報「日本專利特開2013-90894號公報」 [專利文獻3]日本專利公開公報「日本專利第5359550號」
[發明所欲解決之課題] 專利文獻1、專利文獻2所提出的裝置中,如圖1所示,形成有用於使從皮膚100放出的汗蒸氣流入的流入孔112。有時從該流入孔112,不僅會有汗蒸氣,還會有液體(作為一例,為液體狀態的汗)侵入裝置內部,從而有時會導致液體附著於感測器元件114。若液體附著於感測器元件114,則存在容易產生測定誤差,而且感測器元件114容易破損的問題。
本發明是有鑒於所述問題而完成,其目的在於在接觸式感測器中抑制測定誤差及感測器元件的破損。 [解決課題之手段]
為了解決所述課題,本發明的接觸式感測器的特徵在於包括:接觸部,接觸至測定對象;感測器元件,在使所述接觸部接觸至所述測定對象時,與所述測定對象之間隔開間隙而配置,且對從所述測定對象產生的檢測對象進行檢測;以及斥水部及吸水部,在使所述接觸部接觸至所述測定對象時,與所述測定對象及所述感測器元件一同包圍所述間隙。 [發明的效果]
本發明的目的在於,在接觸式感測器中抑制測定誤差及感測器元件的破損。
以下,基於圖式來說明本發明的一實施形態的接觸式感測器。圖2的(a)是示意性地表示本發明的一實施形態的接觸式感測器的正面圖,圖2的(b)是示意性地表示圖2的(a)的接觸式感測器的AA線的剖面的圖。
本實施形態的接觸式感測器200是接觸至作為測定對象的人的皮膚(身體體表)10來使用者,是藉由安裝在內部的熱電堆(thermopile)來檢測人的體溫的電子機器。另外,本實施形態中,如圖2的(b)所示,在接觸式感測器200中,將接觸至皮膚10的一側設為正面,將接觸至皮膚10的一側的相反側設為背面。
如圖2的(a)、(b)所示,接觸式感測器200具備吸水性片材211、樹脂基板(框體)212、電子零件213、感測器元件214、配線215、絕緣層216及吸濕性片材217。
在接觸式感測器200中,沿著從正面側朝向背面側的方向,排列配置有吸水性片材211、樹脂基板212、配線215、絕緣層216、吸濕性片材217,電子零件213及感測器元件214被埋設在樹脂基板212中。
樹脂基板212是包含樹脂的大致平板形狀的構件,埋設並支持電子零件213及感測器元件214。而且,本實施形態中,將樹脂基板212中的與吸水性片材211相向的面設為基板正面212c,將與基板正面212c為相反側的面設為基板背面212e。
電子零件213為電阻、電容器(condenser)、積體電路(Integrated Circuit,IC)等。感測器元件214是對用以測定作為測定對象的身體的溫度(體溫)而所需的紅外線進行檢測的元件。具體而言,感測器元件214是對從皮膚10放出的紅外線進行檢測的熱電堆,是必須與皮膚10隔開一定距離的元件。
而且,感測器元件214及電子零件213是以從基板背面212e露出的方式而嵌入樹脂基板212中。基板背面212e中的感測器元件214及電子零件213的露出部位是作為電極來發揮功能。而且,在基板背面212e,形成有將電極彼此電性連接的配線215。
而且,感測器元件214以基板正面212c較感測器元件214突出至接觸式感測器200的正面側的方式埋設於樹脂基板212中。即,當使接觸式感測器200接觸至皮膚10時,基板正面212c較感測器元件214突出至皮膚10側。
進而,如圖2的(b)所示,接觸式感測器200是將吸水性片材211的兩面中的與跟基板正面212c相向的一側的面為相反側的面作為接觸部,使該接觸部接觸至皮膚10來使用,此時,在感測器元件214與皮膚10之間形成間隙200a。
具體而言,在吸水性片材211中,感測器元件214與皮膚10之間形成有開口部211a,在樹脂基板212中,感測器元件214與皮膚10之間形成有空洞部212a。並且,開口部211a及空洞部212a相當於間隙200a。
另外,若將感測器元件214中的接觸式感測器200的正面側的面設為感測器元件正面214a,則如圖2的(b)般,空洞部212a是以使感測器元件正面214a的一部分露出至接觸式感測器200的正面側的方式而形成,感測器元件正面214a的其他部分(所述一部分以外的部分)被樹脂基板212覆蓋。藉此,將空洞部212a的寬度限制為僅使測定所需的足夠量的紅外線到達感測器元件正面214a(檢測面)者,藉此,儘可能抑制不必要的物質到達感測器元件正面214a。
而且,本實施形態中,在樹脂基板212中,若將與感測器元件正面214a的一部分相向的部分設為相向部212d,則相向部212d為接觸至感測器元件正面214a的形態,但亦可於相向部212d與感測器元件正面214a之間形成間隙。
繼而,對於本實施形態的接觸式感測器200,與其製造步驟一同進行說明。
(步驟A) 最先進行步驟A。步驟A是形成搭載有電子零件213、感測器元件214、配線215及絕緣層216的樹脂基板212的步驟。
首先,藉由嵌插(insert)成型,使埋設有電子零件213及感測器元件214的樹脂基板212成形。藉由該嵌插成型,將電子零件213及感測器元件214以從基板背面212e露出的方式而埋設於樹脂基板212中。
而且,藉由該嵌插成型,以感測器元件214從基板正面212c側露出的方式而形成空洞部212a(即,在樹脂基板212中的位於皮膚10與感測器元件214之間的區域形成空洞部212a)。
空洞部212a換言之為樹脂基板212中的形成於基板正面212c側的凹部,該凹部的底面相當於感測器元件正面214a,凹部的側面為圖2的(b)的相向部212d。
接下來,在基板背面212e側,形成將各電子零件213的電極彼此(或電子零件213與感測器元件214的電極彼此)接線的配線215。另外,配線215為印刷配線(print wiring)。
然後,形成覆蓋基板背面212e的絕緣層216。作為絕緣層216,可使用絕緣性樹脂。作為所述的絕緣性樹脂,例如可使用(1)丙烯酸胺基甲酸酯(urethane acrylate)等改質丙烯酸酯系抗蝕劑(resist)或者(2)聚酯彈性體(polyester elastomer)或烯烴彈性體(olefin elastomer)等軟質的塗佈(coat)材。
另外,電子零件213及感測器元件214中的從基板背面212e露出的部位以及配線215亦被絕緣層216覆蓋。由此,如圖2的(b)所示,配線215及電子零件213由樹脂基板212及絕緣層216予以密封。
如此,電子零件213及感測器元件214被埋設於樹脂基板212中,配線215及絕緣層216被設於樹脂基板212的基板背面212e上。另外,步驟A可藉由使用專利文獻3(日本專利公開公報「日本專利5359550號」)中提出的方法來實現。
樹脂基板212是藉由對樹脂製的基材添加斥水性添加劑來製作。本實施形態中,將聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)作為基材,將氟系界面活性劑(商品名沙福隆(Surflon):AGC清美化工製造)作為斥水性添加劑,對PC添加1 wt%左右的氟系界面活性劑,藉此而製作出樹脂基板212。藉此,樹脂基板212成為具有斥水性的斥水性基板(斥水部、斥水層)。
另外,作為用於樹脂基板212的基材,除了PC以外,亦可為聚酯(Polyester,PE)、聚醯胺(Polyamide,PA)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,PPC)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、彈性體等。而且,作為用於樹脂基板212的斥水性添加劑,除了氟系界面活性劑以外,還可使用矽系顆粒(pellet)。
而且,斥水性添加劑相對於基材的添加量是設定為1 wt%~5 wt%的範圍中的與基材及斥水性添加劑的種類相應的適當的值。
(步驟B) 在步驟A之後進行步驟B。步驟B是利用吸水性片材211及吸濕性片材217來覆蓋埋設有電子零件213及感測器元件214的樹脂基板212的步驟。
具體而言,準備面積分別比基板正面212c及基板背面212e大且大致矩形形狀的吸水性片材211及吸濕性片材217。然後,如圖2的(a)、(b)所示,使吸水性片材211與基板正面212c相向配置,使吸濕性片材217與絕緣層216相向配置,將吸水性片材211的端部與吸濕性片材217的端部予以黏著。藉此,以吸水性片材211覆蓋基板正面212c、吸濕性片材217覆蓋形成於基板背面212e的絕緣層216的方式,將樹脂基板212放入包含吸水性片材211與吸濕性片材217的袋的內部。
吸水性片材211是在使用接觸式感測器200時,位於皮膚10與樹脂基板212之間,並接觸至皮膚10者。作為吸水性片材211,使用布材(例如紗布(gauze)等在纖維與纖維之間存在間隙的結構的布材)、海綿(sponge)或者發泡樹脂等吸水性良好的材料。藉此,在使接觸式感測器200接觸至皮膚10的期間,從皮膚10產生的液體狀的汗被吸水性片材211吸收。
另外,作為吸水性片材211,既可使用胺基甲酸酯系等的海綿材料,亦可使用發泡樹脂材料。亦可使用將凝膠(gel)材料(可吸收該凝膠材料自身重量的數百倍水分的凝膠材料)塗佈於不織布等而構成的片材來作為吸水性片材211。
吸濕性片材217是位於接觸式感測器200中的與接觸至皮膚10的一側相反的一側(背面側),因此較佳為吸收從皮膚10蒸發的汗蒸氣的功能優異。因此,作為吸濕性片材217,使用吸濕性良好的天然纖維(棉、麻或絲等)或者再生纖維(嫘縈(rayon)等)。
利用吸水性片材211及吸濕性片材217包裹樹脂基板212後,在吸水性片材211中的與空洞部212a及感測器元件114相向的部位形成開口部211a。
藉此,如圖3所示,當使接觸式感測器200的吸水性片材211接觸至皮膚10時,感測器元件214配置於與皮膚10隔開一定距離的位置,且感測器元件214與皮膚10之間成為間隙200a。因此,在間隙200a處,從皮膚10產生紅外線300,且該紅外線300將到達感測器元件正面214a(檢測面),藉此來測定體溫。
而且,由於如上所述般進行測定,因此本實施形態的接觸式感測器200中,必須在感測器元件214與皮膚10之間形成間隙200a,且無法對間隙200a進行用以應對防水的密封。
因此,本實施形態的接觸式感測器200如上所述,包括:(a)接觸部(吸水性片材211),接觸至作為測定對象的皮膚10;(b)感測器元件214,當使吸水性片材211接觸至皮膚10時,與皮膚10之間隔開間隙200a而配置,且對從皮膚10產生的紅外線(檢測對象)300進行檢測;(c)斥水部(斥水層)及吸水部(吸水層),當使吸水性片材211接觸至皮膚10時,與皮膚10及感測器元件214一同包圍間隙200a。另外,樹脂基板212作為斥水部發揮功能,吸水性片材211作為吸水部發揮功能。
因此,即便液體(例如液體狀態的汗)侵入皮膚10與感測器元件214的間隙200a,(1)亦可如圖4的(a)所示,液體30借助毛細管現象而被包含吸水性片材211的吸水部吸收,或者(2)如圖4的(b)所示,液體30因斥水部(樹脂基板212)的斥水效果被彈開而被吸水部(吸水性片材211)吸收。
藉此,即便有液體(例如液體狀態的汗)從開口部211a侵入皮膚10與感測器元件214的間隙200a,亦可抑制該液體到達感測器元件214,因此可抑制因液體附著於感測器元件214而引起的問題(測定誤差及內部元件的破損)。
而且,本實施形態的接觸式感測器200中,電子零件213及配線215是由樹脂基板212及絕緣層216予以密封。即,電子零件213及配線215以不與外部氣體接觸的方式而被樹脂基板212及絕緣層216無間隙地包住。藉此,電子零件213及配線215與空氣中的濕氣或者水分隔絕,可獲得針對電子零件213及配線215的防水效果。
而且,根據本實施形態的接觸式感測器200,基板正面212c被吸水性片材211覆蓋,使吸水性片材211接觸至作為測定對象的皮膚10來進行測定。該接觸式感測器200中,與皮膚10接觸的是吸水性片材211,因此在接觸部位,從皮膚產生的汗被吸水性片材211吸收,因此可抑制來自皮膚的發汗受到阻礙,從而可抑制因發汗的阻礙引起的皮膚炎的產生。與此相對,以往的接觸式感測器中,與皮膚的接觸面包含不具備吸水功能的材質,因此存在來自皮膚的發汗受到阻礙,從而產生因發汗的阻礙引起的皮膚炎的問題。
而且,根據接觸式感測器200,樹脂基板212被吸水性片材211及吸濕性片材217覆蓋,因此具有提高安裝於樹脂基板212中的感測器元件214及電子零件213的防水性的效果。
另外,本實施形態中,作為感測器元件214,使用了熱電堆,但只要是與皮膚10隔開一定距離來使用的感測器元件,並不限定於熱電堆。
例如,作為感測器元件214,可使用電子式高分子型、電阻變化型或者靜電電容變化型的濕度感測器。此時,感測器元件214對從皮膚10產生的汗的蒸氣進行檢測,接觸式感測器200作為測定發汗程度的發汗測定裝置發揮功能。並且,在接觸式感測器200中,在皮膚10與感測器元件214之間形成有間隙200a(不易受到外部環境影響的空間),且該間隙200a由斥水部與吸水部所包圍,因此即便在使用濕度感測器來作為感測器元件214的情況下,亦可在感測器元件214與皮膚10之間形成測定所需的空間,且可抑制液體(例如液體狀態的汗)附著於感測器元件214。
[變形例] 以上所說明的實施形態中,是使用專利文獻3(日本專利公開公報「日本專利5359550」)中揭示的方法而在樹脂基板212中埋設電子零件213及感測器元件214,但亦可使用專利文獻3的方法以外的方法。例如可利用眾所周知的印刷安裝基板的製法。關於此點,基於圖5的(a)~(c)來進行說明。
最先,如圖5的(a)所示,製造在聚醯亞胺(polyimide)樹脂製的絕緣層(絕緣性基板)316的其中一個面上形成有銅配線315的印刷電路。繼而,如圖5的(b)所示,在絕緣層316中的形成有銅配線315的一側的面上,藉由焊接等來安裝電子零件313(電阻、電容器、IC)與感測器元件314。繼而,如圖5的(c)所示,在絕緣層316中的安裝有銅配線315、電子零件313、感測器元件314的一側的面上形成樹脂基板312。
具體而言,以下述方式在絕緣層316上形成樹脂基板312,即,銅配線315及電子零件313被樹脂基板312及絕緣層316密封,且形成使感測器元件314中的與接觸至絕緣層316的一側相反的一側露出的空洞部312a。另外,樹脂基板312是與樹脂基板212相同,藉由對樹脂製的基材添加斥水性添加劑而製作。
隨後進行步驟B,這點與已述的實施形態相同。
以上的實施形態中,對於接觸式感測器,示出了接觸至人的皮膚來使用的例子,但當然並不限定於人的皮膚,可適用於所有動物的皮膚。
本發明並不限定於所述的各實施形態,可在申請專利範圍所示的範圍內進行各種變更,對不同的實施形態分別適當組合所揭示的技術方案而獲得的實施形態亦包含於本發明的技術範圍內。
[總結] 如上所述,本發明的接觸式感測器的特徵在於包括:接觸部,接觸至測定對象;感測器元件,在使所述接觸部接觸至所述測定對象時,與所述測定對象之間隔開間隙而配置,且對從所述測定對象產生的檢測對象進行檢測;以及斥水部及吸水部,在使所述接觸部接觸至所述測定對象時,與所述測定對象及所述感測器元件一同包圍所述間隙。
根據本發明的結構,即便有液體流入所述間隙,亦可利用斥水部來彈開該液體以使其移動至吸水部,並使其被吸水部吸收。因此,起到下述效果:可抑制液體附著於所述感測器元件,藉此,可抑制測定誤差及元件的破損。
而且,本發明的接觸式感測器除了所述結構以外,亦可包括:斥水性基板,埋設有所述感測器元件,且具有基板正面,所述基板正面在使所述接觸部接觸至所述測定對象時,較所述感測器元件突出至所述測定對象一側;以及吸水性片材,覆蓋所述基板正面,且與跟所述基板正面相向的一側的面為相反側的面成為所述接觸部,在所述斥水性基板上,在使所述接觸部接觸至所述測定對象時位於所述感測器元件與所述測定對象之間的區域中形成有空洞部,在所述吸水性片材上,在使所述接觸部接觸至所述測定對象時,位於所述感測器元件與所述測定對象之間的區域中形成有開口部,所述間隙為所述空洞部及所述開口部,所述斥水部為所述斥水性基板,所述吸水部為所述吸水性片材。
根據本發明的結構,具有下述優點:可利用簡單的結構來實現由所述測定對象、所述感測器元件、所述斥水部及所述吸水部所包圍的間隙,容易製造具備此種結構的接觸式感測器。
而且,本發明的接觸式感測器除了所述結構以外,亦可包括:多個電子零件,若將所述斥水性基板中與所述基板正面為相反側的面設為基板背面,則以從基板背面露出的方式而埋設於所述斥水性基板中;配線,將所述電子零件彼此連接;以及絕緣層,以密封所述配線及所述多個電子零件的方式而設於所述基板背面。
根據本發明的結構,可避免所述電子零件及配線接觸至空氣,因此空氣中的濕氣不會接觸至所述電子零件及配線,對於所述電子零件及配線具有防水效果。
而且,本發明的接觸式感測器除了所述結構以外,亦可為:所述測定對象為身體體表,且具備作為所述接觸部發揮功能的吸水性片材。
根據本發明的結構,在身體體表與吸水性片材的接觸部位從身體體表(皮膚)產生的汗被吸水性片材吸收,因此可抑制來自皮膚的發汗受到阻礙,從而可抑制因發汗的阻礙引起的皮膚炎的產生。
而且,本發明的接觸式感測器除了所述結構以外,亦可為:所述測定對象為身體體表,所述感測器元件是為了對所述身體體表的溫度進行測定,而將從所述身體體表產生的紅外線作為所述檢測對象來進行檢測的熱電堆。或者,本發明的接觸式感測器除了所述結構以外,亦可為:所述測定對象為身體體表,所述感測器元件是為了對所述身體體表的發汗程度進行測定而將從所述身體體表產生的汗的蒸氣作為檢測對象來進行檢測的濕度感測器。
10‧‧‧皮膚(身體體表、測定對象)
30‧‧‧液體
100‧‧‧皮膚
110‧‧‧身體發汗監測裝置
112‧‧‧流入孔
113‧‧‧遮蔽板
114‧‧‧感測器元件(溫濕度感測器)
116‧‧‧殼體
200‧‧‧接觸式感測器
200a‧‧‧間隙
211‧‧‧吸水性片材(吸水部、接觸部)
211a‧‧‧開口部
212‧‧‧樹脂基板(斥水部、斥水性基板、框體)
212a、312a‧‧‧空洞部
212c‧‧‧基板正面
212d‧‧‧相向部
212e‧‧‧基板背面
213、313‧‧‧電子零件
214、314‧‧‧感測器元件
214a‧‧‧感測器元件正面
215‧‧‧配線
216‧‧‧絕緣層
217‧‧‧吸濕性片材
300‧‧‧紅外線(檢測對象)
312‧‧‧樹脂基板
315‧‧‧銅配線(配線)
316‧‧‧絕緣層(絕緣性基板)
圖1是表示以往的身體發汗監測裝置的示意圖。 圖2的(a)、(b)是本發明的一實施形態的接觸式感測器的正面圖及剖面圖。 圖3是表示從皮膚放出的紅外線朝向圖2的(a)、(b)的接觸式感測器的感測器元件的狀況的圖。 圖4的(a)、(b)是表示液體侵入感測器元件與皮膚的間隙時的狀況的圖。 圖5的(a)~(c)是表示變形例的接觸式感測器的製造步驟的剖面圖。
10‧‧‧皮膚
200‧‧‧接觸式感測器
200a‧‧‧間隙
211‧‧‧吸水性片材
211a‧‧‧開口部
212‧‧‧樹脂基板(框體)
212a‧‧‧空洞部
212c‧‧‧基板正面
212d‧‧‧相向部
212e‧‧‧基板背面
213‧‧‧電子零件
214‧‧‧感測器元件
214a‧‧‧感測器元件正面
215‧‧‧配線
216‧‧‧絕緣層
217‧‧‧吸濕性片材

Claims (6)

  1. 一種接觸式感測器,其特徵在於包括: 接觸部,接觸至測定對象; 感測器元件,在使所述接觸部接觸至所述測定對象時,與所述測定對象之間隔開間隙而配置,且對從所述測定對象產生的檢測對象進行檢測;以及 斥水部及吸水部,在使所述接觸部接觸至所述測定對象時,與所述測定對象及所述感測器元件一同包圍所述間隙。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的接觸式感測器,其包括: 斥水性基板,埋設有所述感測器元件,且具有基板正面,所述基板正面在使所述接觸部接觸至所述測定對象時,較所述感測器元件突出至所述測定對象一側;以及 吸水性片材,覆蓋所述基板正面,且與跟所述基板正面相向的一側的面為相反側的面成為所述接觸部, 在所述斥水性基板上,在使所述接觸部接觸至所述測定對象時,位於所述感測器元件與所述測定對象之間的區域中形成有空洞部, 在所述吸水性片材上,在使所述接觸部接觸至所述測定對象時,位於所述感測器元件與所述測定對象之間的區域中形成有開口部, 所述間隙為所述空洞部及所述開口部,所述斥水部為所述斥水性基板,所述吸水部為所述吸水性片材。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的接觸式感測器,其包括: 多個電子零件,若將所述斥水性基板中與所述基板正面為相反側的面設為基板背面,則以從所述基板背面露出的方式而埋設於所述斥水性基板中; 配線,將所述電子零件彼此連接;以及 絕緣層,以密封所述配線及所述多個電子零件的方式而設於所述基板背面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的接觸式感測器,其中 所述測定對象為身體體表,且具備作為所述接觸部發揮功能的吸水性片材。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的接觸式感測器,其中 所述測定對象為身體體表, 所述感測器元件是為了對所述身體體表的溫度進行測定,而將從所述身體體表產生的紅外線作為所述檢測對象來進行檢測的熱電堆。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的接觸式感測器,其中 所述測定對象為身體體表, 所述感測器元件是為了對所述身體體表的發汗程度進行測定,而將從所述身體體表產生的汗的蒸氣作為所述檢測對象來進行檢測的濕度感測器。
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