(57)【要約】【課題】本発明は、歪センサの筐体への取り付け方によらず、筐体に加えられた圧縮歪を高精度に検出することができ、かつ、筐体を小型化することを可能とした電子機器を提供する。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、筐体２５と、筐体２５の内側に接続された板３１と、板３１に接続されたプリント基板３０と、プリント基板３０に接続された歪センサ２７を有し、板３１の面積はプリント基板３０の面積よりも大きい構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体の内側に接続された板と、
前記板に接続されたプリント基板と、
前記プリント基板に接続された歪センサを有し、
前記板の面積は前記プリント基板の面積よりも大きい電子機器。
【請求項２】
前記板の剛性は、前記プリント基板の剛性よりも高い請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記板は前記筐体にテープによって接続されている請求項１に記載の電子機器。
【請求項４】
前記板に歪センサが少なくとも２つ設けられている請求項１に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力により多様な制御を簡単な操作で行うことのできる情報機器や、圧縮荷重により動作制御をする冷蔵庫、洗濯機等の電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ノートＰＣ、携帯型ゲーム機、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）など、ユーザーが携帯して使用できる電子機器が知られている。
【０００３】
図５（ａ）は従来の電子機器の平面図、図５（ｂ）は同電子機器のＣ−Ｃ線断面図である。従来の電子機器１は、図５に示すように、略矩形の扁平な形状を有する筐体２と、液晶画面等の表示画面３や操作キー（図示せず）を設けることのできる主表面２ａと、この主表面２ａを挟んで配置された第１の側面２ｂと、第２の側面２ｃと、主表面２ａに対向して配置された背面２ｄとを有する。筐体２の内部には、ＣＰＵ等の電子部品（図示せず）が搭載されたプリント基板４がポスト５により背面２ｄに取り付けられている。また、歪検出素子６が、背面２ｄに発生した歪が伝達されるように背面２ｄ上に機械的に結合されるとともに、歪検出素子６から発生する電気信号がプリント基板４上の電子部品にて処理されるように電気的に結合するよう構成されている。
【０００４】
また、別の従来の電子機器を図６（ａ）、（ｂ）に示す。図６（ａ）は従来の電子機器の平面図、図６（ｂ）は同電子機器のＤ−Ｄ線断面図である。電子機器１１は、歪検出素子６ａ、６ｂを基板１２の第１の主面１２ａに実装するとともに、基板１２の第２の主面１２ｂと、筐体２２の第１の側面１２ｂの内側とを応力集中部１３を介して機械的に結合し、さらに該基板１２の第１または第２の主面１２ａ、１２ｂの両端を前記筐体２内に設けた内部シャーシ１４に機械的に接続している。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１０２４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の電子機器において、歪検出素子を有した歪センサを筐体に取り付けようとした場合、図５の様に直接筐体に取り付けると高精度に検出することができず、図６の様に応力集中部を介して歪を伝達する構造とすると、検出感度を向上させることが出来るが、電子機器を小型化することが出来ないという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、高精度に歪を検出することができ、かつ、小型化した電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、筐体と、前記筐体の内側に接続された板と、前記板に接続されたプリント基板と、前記プリント基板に接続された歪センサを有し、前記板の面積は前記プリント基板の面積よりも大きい構成とした。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成により本発明は、歪センサをプリント基板よりも面積の大きい板を介して外ケースと接続したことにより、歪の検出感度を向上させ、さらに、電子機器を小型化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１の電子機器の平面図、（ｂ）同電子機器のＡ−Ａ線断面図
【図２】（ａ）同電子機器の歪検出素子の上面図、（ｂ）同電子機器の歪検出素子のＢ−Ｂ線断面図
【図３】本発明の実施の形態２の電子機器の平面図
【図４】同電子機器の別構造の平面図
【図５】（ａ）従来の電子機器の平面図、（ｂ）同電子機器のＣ−Ｃ線断面図
【図６】（ａ）従来の別構造の電子機器の平面図、（ｂ）同電子機器のＤ−Ｄ線断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の電子機器について図面を用いながら説明をする。
【００１２】
図１（ａ）は本発明の実施の形態１の電子機器２１の平面図、図１（ｂ）は本発明の実施の形態１の電子機器２１のＡ−Ａ線断面図である。電子機器２１は、電子機器２１を動作させる電子部品（図示せず）を有した内ケース２２と、内ケース２２に取り付けられ表示部２３を有した外ケース２４からなる筐体２５により構成されている。内ケース２２は、前面２６ａと前面２６ａに対向している背面２６ｂと、前面２６ａと背面２６ｂの間に接続された側面２６ｃを有した矩形状に形成された外ケース２４に覆われており、外ケース２４と内ケース２２との間に位置するように、外ケース２４の側面２６ｃに２．５ｍｍ×３．３ｍｍの歪センサ２７が取り付けられている。歪センサ２７は、歪検出素子２８とＩＣ（図示せず）がセラミックパッケージ２９内に設けられて構成されており、歪センサ２７は外ケース２４に２．５ｍｍ×５ｍｍのプリント基板（ＦＰＣ）３０と、プリント基板３０よりも面積が大きく、剛性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ）等の材料で構成された板３１を介して接続されている。なお、板３１の材料としては、ＳＵＳ以外でも例えば、りん青銅、ベリリウム銅、洋白等のバネ性のある材料を用いても良い。
【００１３】
図２（ａ）は本発明の実施の形態１における電子機器２１の歪検出素子２８の平面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＢ−Ｂ線における断面図である。
【００１４】
歪検出素子２８は、シリコン等の半導体基板をエッチング処理して形成され、固定部３２と、この固定部３２に両端が接続された振動梁３３により構成されており、固定部３２の下面がプリント基板３０に接続されている。振動梁３３の中央部に検出部３４が設けられ、固定部３２との接続部近傍に駆動部３５が設けられている。検出部３４と駆動部３５はそれぞれ白金等の金属材料で形成された下部電極と、下部電極の上に設けられチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電材料で形成された圧電体層と、圧電体層の上に設けられ金等の金属材料で形成された上部電極で構成されている。
【００１５】
駆動部３５に電圧を印加すると圧電体層が逆圧電効果によって振動梁３３の厚み方向に伸縮動作し、圧電体が厚み方向と垂直な方向に曲げ変位し、振動梁３３は厚み方向に弦振動する。振動梁３３が振動すると、圧電効果により振動梁３３の固有振動数ｆに応じた交流信号が、検出部３４に接続された処理回路に入力される。処理回路に入力された交流信号は、処理回路において位相調整、増幅されて駆動部にフィードバックされる。これにより、振動梁３３は固有振動数ｆに等しい周波数で弦振動を持続する。
【００１６】
筐体２５に圧縮荷重による応力が加わり、この応力が板３１およびプリント基板３０を介して歪センサ２７に伝達される。歪センサ２７内部において、支持基板３６から固定部３２を介して振動梁３３に歪が伝達される。ここで、支持基板３６に振動梁３３が伸縮する方向に引張力Ｆが印加された場合、振動梁３３に伸張力が働くことにより振動梁３３が硬化するため、歪検出素子２８の振動周波数はｆからｆ＋Δｆに上昇する。また、振動梁３３の長手方向の圧縮力−Ｆが印加されたとすると、振動梁３３の長手方向に縮み、歪検出素子２８の振動周波数はｆからｆ−Δｆに低下する。このようにして、出力される固有振動数差Δｆを測定することにより支持基板３６に働く歪や荷重を高感度に測定できる。
【００１７】
本発明の実施の形態１において、板３１はテープによって外ケース２４に取り付けられている。プを用いて歪センサ２７を外ケース２４に取り付けることにより、簡易に歪センサ２７を取り付けることが出来るため、生産性を向上させることが出来る。
【００１８】
外ケース２４に圧縮荷重が加わると、外ケース２４が変形し、これによって歪検出素子２８の振動子の振動周波数が変化することで、外ケース２４に加えられた圧縮荷重を検出することが出来るが、テープのような軟らかい材料を用いて板３１を外ケース２４に直接接続した場合、テープにより圧縮荷重が分散され、歪検出素子２８への伝達効率が低減する。
【００１９】
ここで、本発明の実施の形態１における電子機器２１は、プリント基板３０よりも剛性の高いＳＵＳ等の材料で歪センサ２７を取り付けているため、外ケース２４に加えられた圧縮荷重が分散されずに歪センサ２７に伝達される。歪センサ２７をテープによって外ケース２４に取り付けた場合、２００ｇｆの荷重を外ケース２４に加えると歪センサに伝達する歪みは０μεであったが、０．３ｍｍの厚さで、２ｍｍ×１５ｍｍの板３１を介して外ケース２４に取り付けた場合、約１６μεであり、電子機器への入力を検出することが可能であった。このように、板３１を介して接続することにより、外ケース２４に加えた歪みを歪センサ２７に伝達することが出来るため、テープを用いても歪センサ２７の感度を低下させずに生産性を向上させることが出来る。
【００２０】
また、本発明の実施の形態１の電子機器２１における板３１は、プリント基板３０よりも面積が大きくなっている。これにより、外ケース２４から板３１に伝達される圧縮荷重が大きくなるため、板３１をプリント基板３０と同じ面積で歪センサ２７を作るよりも、歪センサ２７の感度を向上させることができ、板３１を２ｍｍ×３５ｍｍに変えると歪センサ２７への伝達歪みは約２０μεであった。このように、板３１は歪センサ２７の面積よりも大きければ効果があり、板３１の面積を大きくすることによって、さらに検出精度を向上させることが出来る。また、板３１は面積が大きければ本発明の実施の形態１の効果を得ることができ、形状は矩形状でなくても良い。
【００２１】
なお、本発明の実施の形態１において、テープを用いて板３１を外ケース２４に取り付けているがこの限りではなく、例えば、接着剤等によって歪センサ２７を外ケース２４に取り付けてもよい。接着剤等を用いることによって、圧縮荷重が分散せずに歪センサまで伝達されるため、さらに、検出感度を向上させることが出来る。
【００２２】
なお、板３１の材料としては、ＳＵＳ以外でも例えば、りん青銅、ベリリウム銅等のバネ性のある材料を用いても良い。２ｍｍ×１５ｍｍの板３１をベリリウム銅で形成すると、伝達歪みは約２８μεとなり、りん青銅で形成すると伝達歪みは約３０μεとなり、ＳＵＳで形成した場合よりも、伝達歪みが大きくなるため、検出精度を向上させることが出来る。
【００２３】
なお、本発明の実施の形態１において、電子機器２１を矩形状とし、内ケース２２を外ケース２４が覆った構成としているが、この限りではなく、例えば、前面２６ａ、側面２６ｃ、背面２６ｂやその接続部が丸みを帯びた形状でも良いし、球形状に形成されていても良い。また、外ケース２４が内ケース２２の全体を覆った構造でなく、例えば、前面２６ａに内ケース２２が露出しているような形状でも本発明の実施の形態１の効果を得ることが出来る。
【００２４】
また、本発明の実施の形態１において、歪センサ２７は電子機器２１の側面２６ｃに取り付けられているが、側面２６ｃに限るものではなく、前面２６ａや背面２６ｂに設けても良い。また、この歪センサ２７は筐体２５に加えられた応力を検出することが出来ればよく、歪検出素子２８に限らなくてもよく、歪抵抗素子や静電容量の変化で応力を検出する歪センサとしてもよい。
【００２５】
なお、本発明の実施の形態１において情報機器を例として説明をしたが、この限りではなく、歪センサを起歪体に取り付け、起歪体に生じた歪みを検出し、歪みによって動作制御をする、例えば、冷蔵庫や洗濯機等の電子機器であれば、本発明の実施の形態１の効果を得ることが出来る。
【００２６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図面を用いながら説明をする。なお、本発明の実施の形態１と同じ構成については同じ符号を用い、本発明の実施の形態１と異なる点について説明する。
【００２７】
図３は本発明の実施の形態２の電子機器４１の断面図である。電子機器４１は、電子機器４１を動作させる電子部品（図示せず）を有した内ケース２２と、内ケース２２に取り付けられた外ケース２４からなる筐体２５により構成されている。内ケース２２は、前面２６ａと前面２６ａに対向している背面２６ｂと、前面２６ａと背面２６ｂの間に接続された側面２６ｃを有した矩形状に形成された外ケース２４に覆われており、外ケース２４と内ケース２２との間に位置するように、外ケース２４の側面２６ｃに板４２を介して歪センサ４３ａ、４３ｂが取り付けられている。歪センサ４３ａ、４３ｂは、歪検出素子２８と、ＩＣ（図示せず）がセラミックパッケージ２９内に設けられて構成されており、歪センサ４３ａ、４３ｂは外ケース２４にプリント基板３０と、プリント基板３０よりも剛性の高いＳＵＳ等でできた板４２を介して接続されている。
【００２８】
本発明の実施の形態２の電子機器は、図３に示すように、１枚の板４２が側面２６ｃに取り付けられ、板４２に２つの歪センサ４３ａ、４３ｂが設けられている。本発明の実施の形態２の電子機器４１は歪センサが２つ設けられているため、歪センサ４３ａ、４３ｂの間の位置の外ケース２４に圧縮加重の応力が加えられると、圧縮荷重を加えた位置に応じて歪検出素子２８と歪検出素子２８の固有振動数が、筐体２５に加えられた圧縮荷重に応じて変化する。
【００２９】
歪センサ４３ａと歪センサ４３ｂの間の、２つのセンサから等距離の位置に圧縮荷重を加えると、歪検出素子２８の固有振動数の変化と歪検出素子２８の固有振動数の変化は等しくなる。歪検出素子２８に近い位置に圧縮荷重を加えると歪検出素子２８の固有振動数の変化は歪検出素子２８の固有振動数の変化よりも大きく、反対に歪検出素子２８に近い位置に圧縮荷重を加えると、歪検出素子２８の方が固有振動数の変化が大きくなる。
【００３０】
このように、圧縮荷重を加えた位置によって歪検出素子２８と歪検出素子２８の固有振動数の変化量が異なるため、歪検出素子２８の固有振動数の変化量と歪検出素子２８の固有振動数の変化量の差分を取ることにより、圧縮荷重を加えた位置を測定することが出来る。歪センサを２つ取り付けて圧縮荷重を加えた位置を測定できるようにすることにより、例えば、歪センサ４３ａに近い位置から歪センサ４３ｂに近い位置の方へスライドさせるように圧縮荷重を加える等の動作を測定することが出来るようになり、この動作によって電子機器４１のボリュームを変更させたり、表示画面を変更させたりするように電子機器４１を動作させることも出来るようになる。
【００３１】
また、１つの板３１に２つの歪センサ４３ａ、４３ｂを取り付けることによって、工程を簡略化することができ、生産性を向上させることが出来る。
【００３２】
また、図４は本発明の実施の形態２の別の構造の断面図である。本発明の実施の形態２において、２つの歪センサ４３ａ、４３ｂを１つの板３１に取り付ける構造としたが、１つの板に対し１つの歪センサを取り付け、外ケース２４に歪センサ４３ａ、４３ｂを取り付けるような構造としてよい。すなわち、板４４ａに歪センサ４３ａを接続し、板４４ｂに歪センサ４３ｂを接続した構造としても良い。このような構造とすることにより、例えば、歪センサ４３ａ、４３ｂの間にスイッチを設け、スイッチと歪センサ４３ａ、４３ｂを合わせて使うことで、電子機器を制御することが出来る。
【００３３】
また、本発明の実施の形態２において、歪センサを２つ用いているが、歪センサを３つ以上用いても本発明の実施の形態２の効果を得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の電子機器は、ユーザーの入力を高精度に検出し、ユーザーが多様な機能を容易に操作することができるため、デジタルカメラ、ノートＰＣ、携帯型ゲーム機、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン等に特に有用である。また、冷蔵庫や洗濯機等の起歪体に生じた歪みによって動作を制御する電子機器にも有用である。
【符号の説明】
【００３５】
２１、４１  電子機器
２２  内ケース
２３  表示部
２４  外ケース
２５  筐体
２６ａ  前面
２６ｂ  背面
２６ｃ  側面
２７、４３ａ、４３ｂ  歪センサ
２８、歪検出素子
２９  セラミックパッケージ
３０  プリント基板
３１、４２、４４ａ、４４ｂ  板
３２  固定部
３３  振動梁
３４  検出部
３５  駆動部
３６  支持基板
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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