(57)【要約】【課題】ピエゾフィルムを利用することによって、コンパクトかつ低コストな圧力センサを提供する。【解決手段】本発明の圧力センサ１は、金属パッケージ２が検出対象となる圧力を受けて歪みを発生し、この歪み量に応じてピエゾフィルム３が電位差を生じ、この電位差を電極４で取り出して、この電位差に基づいて圧力検出部５が測定対象物にかかる圧力を検出するようにしたことにより、コンパクトで軽量かつ低コストな圧力センサを実現できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に負荷される圧力を検出する圧力センサであって、
検出対象となる圧力を受けて歪みを発生する歪発生手段と、
前記歪発生手段によって発生された歪み量に応じて電位差を生ずるピエゾフィルムと、
前記ピエゾフィルムによって生じた電位差に基づいて前記測定対象物に負荷される圧力を検出する圧力検出手段と
を備えることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記歪発生手段は、厚さに応じて発生する歪み量が変化することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサに関し、特に圧電素子としてピエゾフィルムを用いてコストを低減させた圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から圧電素子を利用したさまざまな圧力センサが提供されている（例えば、特許文献１参照。）。圧電素子は、歪みを加えると電圧が生じ(圧電効果)、電圧を加えると歪みが生じる(逆圧電効果)材料であり、水晶やセラミックスなどが圧電素子として利用されてきた。
【０００３】
ここで、圧電素子を利用した従来のセンサを図５に基づいて説明する。図５に示すように、従来の軸力センサは、シャフトの外周に環状のセンサ部１０２が配設されており、このセンサ部１０２は、中央に位置する環状の中央電極１１１と、中央電極１１１の一方の側に形成された作動部１１２と、他方の側に形成された検出部１１３とから形成されている。
【０００４】
そして、作動部１１２は、作動部側電極１１４と中央電極１１１との間に作動部側圧電素子１１６を備え、検出部１１３も検出部側電極１１５と中央電極１１１との間に検出部側圧電素子１１７を備えている。
【特許文献１】実開平５−７５６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図５に示した従来例では、作動部１１２側に作動部側圧電素子１１６を備え、検出部１１３側にも検出部側圧電素子１１７を備える必要があるため、複数の圧電素子が必要になり、コストが増加してしまうという問題点があった。
【０００６】
とくに、圧電素子として水晶を利用した場合には、そのコストの増加は大きな問題となっていた。
【０００７】
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、多くの圧電素子を必要とせずに、水晶と比べて安価なピエゾフィルムを利用してコストを低く抑えることのできる圧力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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、測定対象物に負荷される圧力を検出する圧力センサであって、検出対象となる圧力を受けて歪みを発生する歪発生手段と、前記歪発生手段によって発生された歪み量に応じて電位差を生ずるピエゾフィルムと、前記ピエゾフィルムによって生じた電位差に基づいて前記測定対象物にかかる圧力を検出する圧力検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、歪発生手段が厚さに応じて発生する歪み量を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、歪発生手段で発生した歪み量をピエゾフィルムだけで電位差として検出するため、多くの圧電素子を必要としないことに加えて、水晶と比べて安価なピエゾフィルムを利用するため、コストを低く抑えることが可能になる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、歪発生手段が厚さに応じて発生する歪み量を変化させるため、歪発生手段の厚さを調整することによって、ピエゾフィルムに生じる電位差を調整することができ、これによって低感度から高感度までのさまざまな圧力センサを容易に作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係る圧力センサの詳細を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る圧力センサの構成を示すブロック図であり、図２は本発明に係る圧力センサの構造を示す斜視図である。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る圧力センサ１は、検出対象となる圧力を受けて歪みを発生する金属パッケージ（歪発生手段）２と、金属パッケージ２で発生した歪み量に応じて電位差を生ずるピエゾフィルム３と、ピエゾフィルム３の両面に配設された一対の電極４と、この電極４の間に生じた電位差に基づいて測定対象物にかかる圧力を検出する圧力検出部（圧力検出手段）５とから構成されている。
【００１３】
ここで、金属パッケージ２は、図２に示すように、軸方向の一方側へ円柱状に突出する被押圧部２Ａと、被押圧部２Ａと同軸的に形成され且つ被押圧部２Ａの軸方向の他方に形成された円環部２Ｂを有しており、円環部２Ｂの内底面に、順次、電極４、ピエゾフィルム３、電極４が貼り付けられている。また、これら電極４で挟持されたピエゾフィルム３は、円環部２Ｂの凹部を埋めるように形成された樹脂６によって固定されている。この金属パッケージ２は、図４に示すように、被押圧部２Ａが圧力Ｆを受けると円環部２Ｂの底部周縁部に歪みが発生するようになっている。
【００１４】
また、図１に示す厚さＡを変化させると、金属パッケージ２の剛性が変化して発生する歪み量が変化するようになっている。したがって、この厚さＡを調整することによって、感度の低い圧力センサから感度の高い圧力センサまで容易に作製することができる。
【００１５】
ピエゾフィルム３は、圧電効果を有するプラスチックPVDF（Polyvinylidene fluoride）から作られたもので、加工性が良く、大面積で薄膜化が容易な圧電素子である。従来からあるピエゾセラミック等と比較して、優れた柔軟性、耐衝撃性、耐高電圧性、耐水性、化学的安定性を備えているとともに、水晶に比べて非常に安価である。
【００１６】
そして、図４に示すように、このピエゾフィルム３は金属パッケージ２に歪みが発生すると、その歪み量（Ｄ）に応じた電位差を発生するようになっている。
【００１７】
圧力検出部５は、ピエゾフィルム３に生じた電位差と金属パッケージ２に負荷された圧力との対応関係を予めデータとして保持しておき、一対の電極４の間に生じた電位差が入力されると、そのデータに基づいて圧力を出力する。
【００１８】
次に、本実施の形態に係る圧力センサ１の作用を図３に基づいて説明する。図３は、本実施の形態の圧力センサの設置例を示す図である。
【００１９】
図３に示すように、まず、圧力センサ１をプレスラム３１の間に設置し、アプリケータ３２によって圧力を負荷すると、金属パッケージ２がその圧力によって歪みを生ずる。
【００２０】
この歪みによってピエゾフィルム３に応力が生じる。ここで、ピエゾフィルム３は単位時間当たりの応力に対し、応力に相当する電荷Ｑを発生するものである。そして、ピエゾフィルム３自体の静電容量Ｃがほぼ一定であるため、Ｑ＝ＣＶの関係から電荷Ｑと電圧Ｖは比例することになる。
【００２１】
したがって、ピエゾフィルム３は単位時間当たりの応力に対し、応力に相当する電圧Ｖを発生することになる。
【００２２】
このようにして、ピエゾフィルム３に電圧Ｖが発生すると、その電圧を電極４で検出し、圧力検出部５が予め設定されているデータに基づいて、電圧Ｖから圧力を算出して出力する。そして、この出力結果を圧着モニタ３３に表示する。
【００２３】
このように、本実施の形態に係る圧力センサ１では、金属パッケージ２で発生した歪み量を1枚のピエゾフィルム３によって電位差として検出するので、多くの圧電素子を必要としないことに加えて、ピエゾフィルム３は水晶と比べて非常に安価であるため、コストを低く抑えることが可能になる。さらに、コストを低減したことにより、応用範囲を広げることが可能になる。また、ピエゾフィルム３は薄くて軽いため、圧力センサ１を軽量、コンパクトにすることもできる。
【００２４】
さらに、本実施の形態に係る圧力センサ１では、金属パッケージ２の厚さを変化させることによって、発生する歪み量が変化してピエゾフィルム３に生じる電圧を変化させることができるため、金属パッケージ２の厚さを調整することによって低感度から高感度までのさまざまな圧力センサを容易に作ることができる。
【００２５】
以上、本発明の圧力センサについて、図示した実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧力センサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る圧力センサを構成する金属パッケージの斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る圧力センサの設置例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る圧力センサが歪んだ状態を示す断面説明図である。
【図５】従来の圧電素子を利用した軸力センサの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  圧力センサ
２  金属パッケージ（歪発生手段）
３  ピエゾフィルム
４  電極
５  圧力検出部（圧力検出手段）
６  樹脂
３１  プレスラム
３２  アプリケータ
３３  圧着モニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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