(57)【要約】【課題】押下部材の位置精度を高めることなく、精度の高い圧力の測定を行うことができる圧力センサを提供する。【解決手段】圧力センサ１０は、センサチップ２０とパッケージ２２と圧力伝達部材３０とを備える。センサチップ２０は、外部からの圧力を測定し電気信号に変換するセンサ部２０ａを有する。パッケージ２２は、センサ部２０ａを露出した状態でセンサチップ２０を収納する。圧力伝達部材３０は、圧力をセンサ部２０ａに伝達する。圧力伝達部材３０は、センサチップ２０とは別部材で形成され、センサチップ２０に対して固定されており、押下された押下部材１３による圧力を受ける受圧面３１を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの圧力を測定し電気信号に変換するセンサ部を有するセンサチップと、
前記センサ部を露出した状態で前記センサチップを収納するパッケージと、
前記圧力を前記センサ部に伝達する圧力伝達部材とを備え、
前記圧力伝達部材は、前記センサチップとは別部材で形成され、前記センサチップに対して固定されており、押下された押下部材による前記圧力を受ける受圧面を有している
ことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記圧力伝達部材は、前記パッケージに対して突出した断面凸形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記圧力伝達部材は、弾性体で形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記弾性体は、シリコーンゴムである
ことを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記圧力伝達部材は、成形品である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記パッケージは、凹部を有しており、
前記センサ部は、前記凹部で露出している
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。
【請求項７】
前記凹部は、前記パッケージの表面に平行な断面の面積が、前記パッケージの前記表面から前記センサ部に向かって小さくなるように形成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記受圧面の面積は、前記センサ部が露出している面積より小さい
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の前記圧力センサと、
前記受圧面を押下する前記押下部材とを備える
ことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の前記圧力センサに用いられる圧力センサ用センサ部品であって、
前記パッケージと、前記センサチップとを備える
ことを特徴とする圧力センサ用センサ部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に圧力センサ、圧力検出装置および圧力センサ用センサ部品、より詳細には外部からの圧力を測定し、電気信号に変換する圧力センサ、圧力検出装置および圧力センサ用センサ部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部からの圧力を測定し電気信号に変換する圧力センサがある（特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１の半導体力センサ（圧力センサ）では、断面Ｔ字形状の接触子（押下部材）が、ダイヤフラム（圧力センサのセンサ部）の突出部と接触している。接触子に対して突出部の方向に圧力を加えると、接触子はダイヤフラムにこの圧力を伝達する。
【０００４】
これにより、特許文献１の半導体力センサは、外部からの圧力を接触子を用いて直接ダイヤフラムへ伝達することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２５５３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、圧力センサの小型化、言い換えると圧力センサのセンサ部の小型化が進んでいる。センサ部では、圧力が伝達される位置の違いによって、圧力の測定結果の精度が異なる。つまり、押下部材がセンサ部と接触する位置によって、センサ部の測定の精度が異なる。そのため、圧力の測定結果の精度を高めるためには、押下部材がセンサ部と接触する位置、つまり押下部材の位置精度を高める必要がある。
【０００７】
しかしながら、センサ部の小型化が進むにつれて、接触子の位置精度を高めることが困難となってきている。
【０００８】
そこで、本発明は、上記事由に鑑みてなされており、その目的は、押下部材の位置精度を高めることなく、精度の高い圧力の測定を行うことができる圧力センサ、圧力検出装置および圧力センサ用センサ部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様である圧力センサは、外部からの圧力を測定し電気信号に変換するセンサ部を有するセンサチップと、前記センサ部を露出した状態で前記センサチップを収納するパッケージと、前記圧力を前記センサ部に伝達する圧力伝達部材とを備え、前記圧力伝達部材は、前記センサチップとは別部材で形成され、前記センサチップに対して固定されており、押下された押下部材による前記圧力を受ける受圧面を有していることを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記圧力伝達部材は、前記パッケージに対して突出した断面凸形状であることが好ましい。
【００１１】
ここで、前記圧力伝達部材は、弾性体で形成されていることが好ましい。
【００１２】
ここで、弾性体は、シリコーンゴムであることが好ましい。
【００１３】
ここで、圧力伝達部材は、成形品であることが好ましい。
【００１４】
ここで、前記パッケージは、凹部を有しており、前記センサ部は、前記凹部で露出していることが好ましい。
【００１５】
ここで、前記凹部は、前記パッケージの表面に平行な断面の面積が、前記パッケージの前記表面から前記センサ部に向かって小さくなるように形成されていることが好ましい。
【００１６】
ここで、前記受圧面の面積は、前記センサ部が露出している面積より小さいことが好ましい。
【００１７】
また、本発明の一態様である圧力検出装置は、上述したいずれかの前記圧力センサと、前記受圧面を押下する前記押下部材とを備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一態様である圧力センサ用センサ部品は、上述したいずれかの前記圧力センサに用いられる圧力センサ用センサ部品であって、前記パッケージと、前記センサチップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上述した圧力センサ、圧力検出装置および圧力センサ用センサ部品によると、押下部材の位置精度を高めることなく、精度の高い圧力の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１における圧力センサを用いた装置の模式的な断面図である。
【図２】実施形態１における圧力センサの斜視図である。
【図３】実施形態２における圧力センサを用いた装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下、本実施形態に係る圧力センサ１０について、図１、２を用いて説明する。図１は、本実施形態の圧力センサ１０を用いた装置（圧力検出装置）の模式的な断面図であり、図２は、圧力センサ１０の斜視図である。
【００２２】
圧力センサ１０は、図２に示すように、矩形状に形成されており、後述するパッケージ２２の表面２２ｂの略中央部位では、圧力伝達部材３０が突出している。
【００２３】
圧力センサ１０は、絶縁性の樹脂で形成されたプリント基板１４上に設置されている。プリント基板１４上に設置された圧力センサ１０は、筐体１１と筐体１２とで形成された中空の箱状の内部に収納されている。
【００２４】
圧力センサ１０は、センサチップ２０と、パッケージ２２と、圧力伝達部材３０とを主構成として含んでいる。なお、センサチップ２０の構成には本発明に係る特別な技術的特徴が含まれていないため、図１に示すセンサチップ２０の断面では、センサチップ２０の詳細な構成を省略して模式的に図示している。
【００２５】
センサチップ２０は、例えばコンデンサ式のセンサチップであり、外部からの圧力を測定し電気信号に変換するセンサ部２０ａを有している。センサチップ２０では、外部から圧力が加わるとセンサ部２０ａの表面（センサ面）がたわむ。センサ部２０ａは、このたわみによって生じる電気容量の変化に応じて、加えられた圧力を測定し、電気信号に変換する。センサ部２０ａは、変換した電気信号を、プリント基板１４と電気的に接続された一対のワイヤ２１を介してプリント基板１４へ出力する。
【００２６】
パッケージ２２は、例えば合成樹脂によって矩形状に形成されている。パッケージ２２は、開口した凹部２２ａ（貫通孔）を有し、センサチップ２０のセンサ部２０ａを露出した状態でセンサチップ２０を収納する。本実施形態では、凹部２２ａの形状は、図１に示すように、パッケージ２２の表面２２ｂに平行な断面の面積が、パッケージ２２の表面２２ｂからセンサ部２０ａに向かって小さくなるように形成、いわゆるすり鉢形状に形成されている。また、パッケージ２２は、一対のワイヤ２１を被覆することで保護している。
【００２７】
圧力伝達部材３０は、センサチップ２０とは別部材であるシリコーンゴムで形成され、センサ部２０ａを覆っている（封止している）。圧力伝達部材３０は、外部からの圧力を受ける受圧面３１を有している。圧力伝達部材３０は、パッケージ２２に対して突出した断面凸形状である。圧力伝達部材３０は、パッケージ２２の凹部２２ａに充填されると、例えば表面張力によりパッケージ２２に対して突出した形状になる。その後、圧力伝達部材３０は、熱硬化によりセンサチップ２０に対して固定される。
【００２８】
筐体１１は、開口部１１ａを有している。押下部材１３が開口部１１ａに挿入され、押下部材１３の一端が圧力伝達部材３０の受圧面３１と当接している。なお、本実施形態では、押下部材１３の一端が圧力伝達部材３０の受圧面３１と当接している面積は、センサ部２０ａが露出している面積より小さくなっている。
【００２９】
押下部材１３は、例えばシリコーンゴムなどのような弾性体で形成されている。押下部材１３が押下されると、押下部材１３の一端が圧力伝達部材３０の受圧面３１と当接しているので、押下された圧力が圧力伝達部材３０に伝達する。圧力伝達部材３０は、シリコーンゴムで形成されているので、押下部材１３からの圧力によりひずみが生じ、押下部材１３の圧力を、センサチップ２０へ伝達する。このとき、圧力伝達部材３０は、ひずみが生じることにより圧力を分散させてセンサチップ２０へ伝達するので、圧力伝達部材３０を備えていない圧力センサ（比較例）に比べて、センサ部２０ａに対して均等に圧力を伝達することができる。
【００３０】
比較例の圧力センサでは、センサ部のセンサ面の中央で圧力が測定されるように押下部材の位置を決定する必要があった。しかしながら、本実施形態の圧力センサ１０では、押下部材１３の中央がセンサ部２０ａのセンサ面の中央からずれた位置であっても、圧力伝達部材３０が圧力を分散させてセンサチップ２０へ伝達するので、精度の高い測定を行うことができる。本実施形態の圧力センサ１０では、従来のように押下部材１３の正確な位置決めを行う必要がない。
【００３１】
比較例の圧力センサでは、押下部材がセンサ部に直接接触しているので、センサ部に強い衝撃を与える可能性がある。しかしながら、圧力伝達部材３０はセンサ部２０ａを封止しているので、押下部材１３に強い衝撃を与えたとしても、その衝撃を圧力伝達部材３０が吸収してセンサ部２０ａに伝達するので、センサ部２０ａに強い衝撃を与える可能性が低くなる。
【００３２】
ここで、本実施形態のセンサチップ２０と押下部材１３とを備える装置が、本発明に係る圧力検出装置に相当する。また、本実施形態のセンサチップ２０とパッケージ２２とを備える部品が、本発明に係る圧力センサ用センサ部品に相当する。
【００３３】
なお、本実施形態では、圧力伝達部材３０は、シリコーンゴムで形成されるとしたが、これに限定されない。圧力伝達部材３０は、圧力を加えることで変形する弾性体で形成されていればよい。押下部材がセンサ部に直接接触している比較例の圧力センサで、押下部材とセンサ部との間にゴミが存在する場合に圧力を加えると、センサ部のセンサ面のうちゴミが存在する位置に圧力が集中する。そのため、このような場合、比較例の圧力センサでは、精度の高い測定を行うことができない。しかしながら、シリコーンゴムなどのような弾性体で圧力伝達部材３０を形成することで、圧力が加えられると圧力伝達部材３０は変形する。そのため、本実施形態の圧力センサ１０は、圧力伝達部材３０とセンサ部２０ａとの間にゴミがある場合でも、圧力伝達部材３０と押下部材１３との間にゴミがある場合でも、ゴミが存在する位置に圧力が集中する度合を低くし、押下部材１３で押下された圧力をセンサ部２０ａのセンサ面全体に伝えることができる。つまり、このような場合であっても、本実施形態の圧力センサ１０は、精度の高い測定を行うことができる。
【００３４】
また、本実施形態では、圧力伝達部材３０の受圧面３１は、パッケージ２２に対して突出した断面凸形状であるとしたが、これに限定されない。圧力伝達部材３０の受圧面３１は、パッケージ２２に対して突出した形状でなくてもよい。圧力伝達部材３０の受圧面３１は、パッケージ２２の表面に対して凹んだ形状であってもよく、要は押下部材１３の一端が圧力伝達部材３０の受圧面３１と当接している面積が、センサ部２０ａが露出している面積より小さくなっていればよい。
【００３５】
また、本実施形態では、パッケージ２２の凹部２２ａの形状は、すり鉢形状であるとしたが、これに限定されない。パッケージ２２の凹部２２ａの形状は、パッケージ２２の表面２２ｂに平行な断面の面積が同一となる形状であってもよい。または、パッケージ２２の凹部２２ａの形状は、パッケージ２２の表面２２ｂに平行な断面の面積が、パッケージ２２の表面２２ｂからセンサ部２０ａに向かって大きくなる形成であってもよい。つまり、パッケージ２２の凹部２２ａの形状は、センサ部２０ａを露出している状態であればその形状は問わない。
【００３６】
また、本実施形態では、押下部材１３は、弾性体で形成されているとしたが、これに限定されない。例えばジュラコン（ポリオキシメチレン）などのような硬い材質で形成されてもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、センサチップ２０は、コンデンサ式のセンサチップであるとしたが、これに限定されない。センサチップ２０は、外部からの圧力を測定するセンサチップであればよく、例えば抵抗式のセンサチップであってもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、凹部２２ａにおいて、パッケージ２２の表面と平行な断面の形状は円形状であるとしたが、これに限定されない。凹部２２ａにおいて、パッケージ２２の表面と平行な断面の形状は、楕円形状であってもよいし、多角形状であってもよい。つまり、凹部２２ａにおいて、パッケージ２２の表面と平行な断面の面積が、パッケージ２２の表面からセンサ部に向かって小さくなっていればよく、その形状は問わない。
【００３９】
以上説明したように、本発明の一態様である圧力センサ１０は、センサチップ２０とパッケージ２２と圧力伝達部材３０とを備える。センサチップ２０は、外部からの圧力を測定し電気信号に変換するセンサ部２０ａを有する。パッケージ２２は、センサ部２０ａを露出した状態でセンサチップ２０を収納する。圧力伝達部材３０は、圧力をセンサ部２０ａに伝達する。圧力伝達部材３０は、センサチップ２０とは別部材で形成され、センサチップ２０に対して固定されており、押下された押下部材１３による圧力を受ける受圧面３１を有している。
【００４０】
この構成によると、圧力センサ１０は圧力伝達部材３０を有し、圧力伝達部材３０は押下部材１３による圧力を受ける受圧面３１を有している。これにより、圧力センサ１０は、受圧面３１で受けた押下部材１３からの圧力を分散させてセンサチップ２０へ伝達するので、押下部材１３の位置精度を高めることなく、精度の高い圧力の測定を行うことができる。
【００４１】
ここで、圧力伝達部材３０は、パッケージ２２に対して突出した断面凸形状であることが好ましい。この構成によると、押下部材１３はパッケージ２２に接触することはないので、圧力センサ１０の圧力伝達部材３０は、押下部材１３からの圧力を精度よくセンサ部２０ａに伝達することができる。
【００４２】
ここで、圧力伝達部材３０は、弾性体で形成されていることが好ましい。この構成によると、圧力伝達部材３０は、受圧面３１で受けた圧力を分散させてセンサ部２０ａへ伝達することができる。
【００４３】
ここで、弾性体は、シリコーンゴムであることが好ましい。この構成によると、圧力伝達部材３０をシリコーンゴムとすることで、受圧面３１で受けた圧力を分散させてセンサ部２０ａへ伝達することができる。
【００４４】
ここで、パッケージ２２は、凹部２２ａを有しており、センサ部２０ａは、凹部２２ａで露出していることが好ましい。この構成によると、パッケージ２２が凹部２２ａを有することで、圧力伝達部材３０を充填しやすくなる。
【００４５】
ここで、凹部２２ａは、パッケージ２２の表面２２ｂに平行な断面の面積が、パッケージ２２の表面２２ｂからセンサ部２０ａに向かって小さくなるように形成されていることが好ましい。この構成によると、圧力センサ１０は、外部からの圧力、すなわち受圧面３１で受けた圧力を逃げにくくすることができる。
【００４６】
ここで、受圧面３１の面積は、センサ部２０ａが露出している面積より小さいことが好ましい。この構成によると、圧力伝達部材３０は、受圧面３１で受けた圧力を確実に分散させてセンサ部２０ａへ伝達することができる。その結果、押下部材１３のどの部分が受圧面３１に接触しても受圧面３１で受けた圧力を同様にセンサ部２０ａへ伝達することができる。
【００４７】
また、本発明の一態様である圧力検出装置は、上述したいずれかの圧力センサ１０と、受圧面３１を押下する押下部材１３とを備える。この構成によると、圧力検出装置は、押下部材１３の位置精度を高めることなく、精度の高い圧力の測定を行うことができる。
【００４８】
また、本発明の一態様である圧力センサ用センサ部品は、上述したいずれかの圧力センサ１０に用いられ、パッケージ２２と、センサチップ２０とを備える。この構成によると、圧力センサ用センサ部品は、押下部材１３の位置精度を高めることなく、精度の高い圧力の測定を行うことができる。
【００４９】
（実施形態２）
本実施形態では、圧力伝達部材３０として用いる部材が、実施形態１とは異なっている。なお、本実施形態では、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００５０】
図３は、本実施形態の圧力センサ１０を用いた装置（圧力検出装置）の模式的な断面図である。なお、本実施形態のセンサチップ２０の構成は本発明に係る技術的特徴を有するものではないため、図３に示すセンサチップ２０の断面では、センサチップ２０の詳細な構成を省略して模式的に図示している。
【００５１】
本実施形態では、パッケージ２２の凹部２２ａにシリコーンゴムを注入して充填することで圧力伝達部材を形成するのではなく、予め製造された成形品３２を圧力伝達部材として用いる。
【００５２】
成形品３２は、センサチップ２０とは別部材、例えばプラスチックまたは金属で形成されており、図３に示すように、パッケージ２２に対して突出した断面凸形状となっている。押下部材１３と当接する成形品３２の受圧面３３の面積は、成形品３２がセンサ部２０ａと接触している面（接触面）の面積よりも小さい、つまりセンサ部２０ａが露出している面積より小さい。成形品３２は、圧力センサ１０の製造過程、例えばセンサチップ２０のセンサ部２０ａが露出した状態でセンサチップ２０がパッケージ２２に収納された後で、接着剤を介してセンサ部２０ａに固定される。
【００５３】
押下部材１３が押下されると、押下部材１３の一端が成形品３２の受圧面３３と当接しているので、押下された圧力が成形品３２に伝達する。上述した接触面の面積は、成形品３２の受圧面３３の面積よりも大きいので、受圧面３３で受けた圧力は、分散されて接触面を介してセンサ部２０ａに伝達される。
【００５４】
なお、本実施形態では、成形品３２は、パッケージ２２に対して突出した断面凸形状であるとしたが、これに限定されない。成形品３２の受圧面３３は、パッケージ２２に対して突出していない断面凸形状であってもよい。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の圧力センサ１０の圧力伝達部材は、成形品３２であることが好ましい。この構成によると、圧力センサ１０は、押下部材の位置精度を高めることなく、精度の高い圧力の測定を行うことができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０    圧力センサ
１３    押下部材
２０    センサチップ
２０ａ  センサ部
２２    パッケージ
２２ａ  凹部
２２ｂ  表面
３０    圧力伝達部材
３１    受圧面
３２    成形品（圧力伝達部材）
３３    受圧面
【図１】
2016206116.tif 000003
【図２】
2016206116.tif 000004
【図３】
2016206116.tif 000005