特許 5710310 荷重センサを用いた圧力測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5710310

(24)【登録日】2015年3月13日

(45)【発行日】2015年4月30日

(54)【発明の名称】荷重センサを用いた圧力測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/06 20060101AFI20150409BHJP

   G01L 9/00 20060101ALI20150409BHJP

【ＦＩ】

   G01L19/06 A

   G01L9/00 303P

【請求項の数】2

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2011-33252(P2011-33252)

(22)【出願日】2011年2月18日

(65)【公開番号】特開2012-173041(P2012-173041A)

(43)【公開日】2012年9月10日

【審査請求日】2013年12月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプス電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(72)【発明者】

【氏名】柳 修二

(72)【発明者】

【氏名】西村 幸治

(72)【発明者】

【氏名】梅津 英治

【審査官】 三笠 雄司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３４７３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０９７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５１３４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２２０５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１８０８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平２−５０３８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１２２９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２２６０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２１０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−１４１８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３９６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭４９−３３７６０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ７／００−２３／３２，

２７／００−２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷重を受ける受圧部を介して前記荷重を計測する荷重センサと、
前記荷重を前記受圧部に伝達する圧力伝達部と、
前記圧力伝達部と前記荷重センサとを収容する凹型の筐体と、
前記凹型の筐体の開口部を覆い、外部からの荷重を受ける防水シートと、
を有し、
前記凹型の筐体の底面に前記荷重センサが設置され、前記受圧部と当接して前記圧力伝達部が設置され、前記防水シートが前記圧力伝達部に当接して設置されており、
前記荷重センサは、前記荷重により変位量が変化する変位部を備えたセンサ基板と、前記センサ基板に接合されたベース基板と、を有し、
前記センサ基板には、その表裏面の一方の面に前記受圧部と、その表裏面の他方の面に複数の歪検出素子と、前記変位部を変位自在に支持するセンサ側支持部と、前記センサ側支持部よりも基板周縁に前記複数の歪検出素子とそれぞれ電気的に接続された複数のセンサ側接続電極とが備えられ、
前記センサ基板との接合面側に位置する前記ベース基板の一方の面に、前記センサ側支持部に接合するベース側支持部と、前記ベース側支持部よりも基板周縁に前記複数のセンサ側接続電極に接合する複数のベース側接続電極と、前記複数のベース側接続電極から引き出された配線の端部に外部接続可能に形成された複数のベース側パッド電極とが備えられ、
前記荷重センサはさらに、前記接合面側に対向する前記ベース基板の他方の面に接合されたプリント基板を有し、
前記ベース基板との接合面側に位置する前記プリント基板の面に、前記複数のベース側パッド電極と複数のボンディングワイヤで電気的に接合された複数のプリント側パッド電極と、前記複数のプリント側パッド電極に電気的に接続された複数の貫通電極とを備えることを特徴とする荷重センサを用いた圧力測定装置。

【請求項2】

前記防水シートを介して水中で稼動する機器の筐体に水密に固定されることを特徴とする請求項１記載の荷重センサを用いた圧力測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体中や気体中で、主には水中で稼動するカメラやダイバーウォッチ等の機器に防水構造で装着された圧力測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

圧力測定装置が、水中撮影用のカメラやダイバーウォッチ等に防水構造で装着され、水圧測定、水中撮影時の色補正や水深検知等に用いられている。一般的に、この圧力測定装置には圧力センサが搭載され、この圧力センサが水圧測定等を行っている。

【0003】

特許文献１に開示された水中撮影用のカメラは、図１２に示すように、防水構造を有する水中撮影用カメラの筐体６１と水中撮影用カメラの筐体６１の外部の水圧を測定する圧力センサ７４を用いた圧力測定装置を備えていた。圧力センサ７４を用いた圧力測定装置の上面及び下面の外周部に切り込み７２を入れ、切り込み７２を水中撮影用カメラの筐体６１と蓋８６とで挟んでネジ６２で固定し、前記上面の切り込み７２に防水パッキン７１を設けることで、圧力センサ７４を用いた圧力測定装置を水中撮影用カメラの筐体６１に防水構造で装着していた。

【0004】

特許文献２に開示されたダイバーウォッチは、図１３、図１４、図１５に示すように、風防ガラス８１に設けられた開口部８２に圧力センサ７４を用いた圧力測定装置が防水構造で装着されていた。そして、圧力差損を生じさせないで、圧力センサ７４を海水やゴミ等から保護するために、圧力センサ７４と外部との間にはヤング率が非常に小さいゴム状の弾性物質８３が充填されていた。圧力センサ７４はシリコンダイヤフラム型圧力センサ７４ａであった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−１８０８９８号公報

【特許文献2】特開平１０−７３５０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示された水中撮影用のカメラでは、図１２に示すように、圧力センサ７４を用いた圧力測定装置の上面及び下面の外周部に形成された切り込み７２と防水パッキン７１を用いて、前記カメラに圧力センサ７４を用いた圧力測定装置を防水構造で装着していた。

【0007】

防水性を確実にするために防水パッキン７１を嵌め込むための切り込み７２や溝が設けられると、小型なカメラなどに圧力センサ７４を用いた圧力測定装置を搭載する際に、切り込み７２や前記溝のためのスペースが必要となり小型化の妨げになっていた。また、防水パッキン７１の価格は高くコストアップの要因となっていた。

【0008】

防水パッキン７１には、加工方法によってはバリ残りが発生し、また、加工寸法ズレによって切り込み７２や前記溝への嵌め込み不具合が発生し、防水性を損なうことがあった。

【0009】

特許文献２に開示されたダイバーウォッチでは、風防ガラス８１に設けられた開口部８２に圧力センサ７４を用いた圧力測定装置が、幾つかの方法で装着されていた。

【0010】

その一つは、図１３に示すように、風防ガラス８１に貫通小孔８２ａを設け、この貫通小孔８２ａ内にヤング率が非常に小さいゴム状の弾性物質８３を充填し、この貫通小孔８２ａを覆うように風防ガラス８１の内側に圧力測定装置に搭載されたシリコンダイヤフラム型圧力センサ７４ａを密閉固着していた。この構造では、この貫通小孔８２ａの孔径はシリコンダイヤフラム型圧力センサ７４ａの径より大きくすることができなった。そのため、受圧面である貫通小孔８２ａの孔径が小さいために、貫通小孔８２ａが海水や汗が蒸発して生じる食塩の結晶またはゴミ等で塞がれて、正確な水圧の計測が損なわれることがあった。

【0011】

他の方法は、図１４、図１５に示すように、圧力センサ７４を用いた圧力測定装置がセンサ取付台８４にシリコンダイヤフラム型圧力センサ７４ａを設置して構成され、このセンサ取付台８４が風防ガラス８１に防水パッキン７１によって防水構造で装着されていた。上述のように、防水パッキン７１を用いることが、コストアップの要因となり、また、小型化の妨げになっていた。

【0012】

本発明は、このような課題を顧みてなされたものであり、低価格、良好な防水性、正確な計測及び小型化を可能とする防水構造を有する荷重センサを用いた圧力測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の荷重センサを用いた圧力測定装置は、荷重を受ける受圧部を介して前記荷重を計測する荷重センサと、前記荷重を前記受圧部に伝達する圧力伝達部と、前記圧力伝達部と前記荷重センサとを収容する凹型の筐体と、前記凹型の筐体の開口部を覆い外部からの荷重を受ける防水シートとを有し、前記凹型の筐体の底面に前記荷重センサが設置され、前記受圧部と当接して前記圧力伝達部が設置され、前記防水シートが前記圧力伝達部に当接して設置されている。

【0014】

低価格な前記防水シートで前記凹型の筐体の開口部を覆うことで防水性を得ると共に外部からの荷重を受けている。前記防水シートは前記凹型の筐体の外壁上面の全面をシール面として広くとれるので、切り込み及び溝は無くても十分に防水性を得ることが可能になった。

【0015】

また、前記荷重センサを収容する前記凹型の筐体の開口部の全面で受圧することで、その受圧面を広く設けることができ、前記受圧面が食塩の結晶またはゴミ等で塞がれることを低減した。

【0016】

また、上述の理由により前記切り込み及び前記溝を無くすことができたので、前記切り込みや前記溝に起因した防水性の不具合を解消すると共に、低価格及び小型化を可能とした。

【0017】

このようにして、本発明によれば、低価格、良好な防水性、正確な計測及び小型化を可能とする防水構造を有する荷重センサを用いた圧力測定装置を提供することができた。

【0026】

本発明はまた、前記荷重センサが、前記荷重により変位量が変化する変位部を備えたセンサ基板と、前記センサ基板に接合されたベース基板と、を有し、前記センサ基板には、その表裏面の一方の面に前記受圧部と、その表裏面の他方の面に複数の歪検出素子と、前記変位部を変位自在に支持するセンサ側支持部と、前記センサ側支持部よりも基板周縁に前記複数の歪検出素子とそれぞれ電気的に接続された複数のセンサ側接続電極とが備えられ、前記センサ基板との接合面側に位置する前記ベース基板の一方の面に、前記センサ側支持部に接合するベース側支持部と、前記ベース側支持部よりも基板周縁に前記複数のセンサ側接続電極に接合する複数のベース側接続電極と、前記複数のベース側接続電極から引き出された配線の端部に外部接続可能に形成された複数のベース側パッド電極とが備えられ、前記荷重センサはさらに、前記接合面側に対向する前記ベース基板の他方の面に接合されたプリント基板を有し、前記ベース基板との接合面側に位置する前記プリント基板の面に、前記複数のベース側パッド電極と複数のボンディングワイヤで電気的に接合された複数のプリント側パッド電極と、前記複数のプリント側パッド電極に電気的に接続された複数の貫通電極とを備えることを特徴とする。

【0027】

このような態様であれば、前記受圧部が外部から受けた荷重を、前記複数の歪検出素子によって電気信号に変換することで計測し、その電気信号を外部に出力することが可能である。

【0029】

また、熱圧着工程の生産能力に優れると共に、前記受圧部が外部から受けた荷重を計測し、その電気信号を外部に出力することが可能である。

【0031】

また、ワイヤボンディング工程の生産能力に優れると共に、前記受圧部が外部から受けた荷重を計測し、その電気信号を外部に出力することが可能である。

【0032】

前記防水シートを介して水中で稼動する機器の筐体に水密に固定されることが好ましい。

【0033】

このような態様であれば、水圧等を計測する機能及び防水構造を有する水中で稼動する機器を提供することが可能である。

【発明の効果】

【0034】

本発明によれば、低価格な防水シートで凹型の筐体の開口部を覆うことで防水性を得ると共に外部からの荷重を受けている。前記防水シートは前記凹型の筐体の外壁上面の全面をシール面として広くとれるので、切り込み及び溝は無くても十分に防水性を得ることが可能になった。

【0035】

また、荷重センサを収容する前記凹型の筐体の開口部の全面で受圧することで、その受圧面を広く設けることができ、前記受圧面が食塩の結晶またはゴミ等で塞がれることを低減した。

【0036】

また、上述の理由により前記切り込み及び前記溝を無くすことができたので、前記切り込みや前記溝に起因した防水性の不具合を解消すると共に、低価格及び小型化を可能とした。

【0037】

このようにして、本発明によれば、低価格、良好な防水性、正確な計測及び小型化を可能とする防水構造を有する荷重センサを用いた圧力測定装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】第一の実施形態である荷重センサ１の断面略図である。

【図2】第一の実施形態である凹型の筐体５１の断面略図である。

【図3】第一の実施形態である荷重センサ１が接合された凹型の筐体５１の断面略図である。

【図4】第一の実施形態である圧力測定装置２の断面略図である。

【図5】第一の実施形態である圧力測定装置２が水中撮影用カメラの筐体６１に取り付けられた断面略図である。

【図6】第二の実施形態である柔らかいゲル状物質が圧力伝達部１２を安定的に支持する圧力測定装置が水中撮影用カメラに搭載された場合の断面略図である。

【図7】第三の実施形態である荷重センサ１ａの断面略図である。

【図8】第三の実施形態である荷重センサ１ａが水中撮影用カメラの筐体６１に取り付けられた断面略図である。

【図9】第四の実施形態である荷重センサ１ｂの断面略図である。

【図10】第四の実施形態である荷重センサ１ｂが水中撮影用カメラの筐体６１に取り付けられた断面略図である。

【図11】第四の実施形態である柔らかいゲル状物質が圧力伝達部１２を安定的に支持する圧力測定装置が水中撮影用カメラに搭載された場合の断面略図である。

【図12】特許文献１の圧力測定装置が水中撮影用カメラの筐体６１に取り付けられた断面略図である。

【図13】特許文献２の圧力測定装置がダイバーウォッチの風防ガラス８１に取り付けられた断面略図である。

【図14】特許文献２の圧力測定装置がダイバーウォッチの風防ガラス８１に取り付けられた断面略図である。

【図15】特許文献２の圧力測定装置がダイバーウォッチの風防ガラス８１に取り付けられた断面略図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

<第一の実施形態>
本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態である荷重センサ１の断面略図である。図１に示すように、荷重センサ１は、センサ基板２１、変位部２２、受圧部２３、歪検出素子２４、引き出し配線２５、センサ側接合電極２６、絶縁膜２７、センサ側支持部２８から構成される。第一の実施形態では、歪検出素子２４として、ピエゾ抵抗素子２４ａを用いている。

【0040】

荷重センサ１は、巨視的に見て凹凸のない一定厚さのシリコン基板からなるセンサ基板２１を備えている。センサ基板２１の中央部が荷重を受けて変位する変位部２２を構成している。センサ基板２１の表裏面の一方の面に隆起した凸形状の受圧部２３が設けられて、外部からの荷重を受けている。受圧部２３は、ニッケル合金またはシリコン（センサ基板２１と同一材質）からなることが好ましい。

【0041】

センサ基板２１の表裏面の他方の面に、複数のピエゾ抵抗素子２４ａと、変位部２２を変位自在に支持するセンサ側支持部２８と、センサ側支持部２８よりもセンサ基板２１の周縁に複数のピエゾ抵抗素子２４ａと電気的に接続された複数のセンサ側接合電極２６と、複数のピエゾ抵抗素子２４ａと複数のセンサ側接合電極２６とを電気的に接続する複数の引き出し配線２５とが設けられている。センサ側支持部２８は複数の柱状体である。そして、センサ側支持部２８は、少なくとも一部が複数のピエゾ抵抗素子２４ａと平面的に重複するように設けられ、変位部２２を安定的に支持するために変位部２２の平面中心に対して対称な位置関係で設けられている。

【0042】

図２は、本発明の第一の実施形態である凹型の筐体５１の断面略図である。図２に示すように、凹型の筐体５１には、筐体側接合電極５６と筐体側支持部５８が形成されている。そして、筐体側接合電極５６と筐体側支持部５８とは、図示してない金属配線によって凹型の筐体５１の外部に接続されている。

【0043】

センサ側接合電極２６、センサ側支持部２８、筐体側接合電極５６、及び筐体側支持部５８は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｆｅ、Ａｕのいずれかまたは二つ以上を含む合金または二層以上の積層膜であることが好ましい。

【0044】

凹型の筐体５１はインサート成形により金属配線と樹脂を一体化して製作した。筐体側接合電極５６と筐体側支持部５８とは、この金属配線の一部を形成しており、金属配線の他の部分は図示していない。

【0045】

凹型の筐体５１の製作はインサート成形に限定されるものではなく、他の方法で製作しても構わない。また、凹型の筐体５１の材質は樹脂に限定されるものではなく、金属やセラミックス等の材質も可能である。

【0046】

荷重センサ１と凹型の筐体５１を、センサ側接合電極２６と筐体側接合電極５６、及びセンサ側支持部２８と筐体側支持部５８を平面的に一致させて、対向させる。そして、受圧部２３に荷重した状態で常温から２５０℃未満に昇温し荷重センサ１を凹型の筐体５１に熱圧着する。その結果、センサ側接合電極２６と筐体側接合電極５６、及びセンサ側支持部２８と筐体側支持部５８は金属接合されて、図３に示すように、荷重センサ１は、凹型の筐体５１の底面に接合される。

【0047】

荷重センサ１と凹型の筐体５１との接合は熱圧着に限定されるものではなく、導電性ペース等の導電性接合材料製品を用いることも可能である。

【0048】

図４に示すように、荷重センサ１が接合された凹型の筐体５１に、荷重センサ１の受圧部２３に当接して圧力伝達部１２を設け、圧力伝達部１２に当接して防水シート１１を設けることで、圧力測定装置２が構成される。

【0049】

次に、図５に示すように、圧力測定装置２は、防水シート１１を介して水中撮影用カメラの筐体６１にネジ６２で固定される。このように、圧力測定装置２は水中撮影用カメラの筐体６１に防水構造で固定される。そして、圧力測定装置２は、例えば、水圧を計測することに用いられる。

【0050】

図５には図示していないが、荷重センサ１から出力された電気信号は、センサ側接合電極２６から筐体側接合電極５６を経由して、水中撮影用カメラの電気回路に出力される。

【0051】

防水シート１１は、二トリルゴム、スチロールゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム等を主材質とすることが好ましい。

【0052】

防水シート１１はゴム製品に限定されるものではなく、ステンレス、インコネル、ニッケル、銅、アルミニウム等の金属または合金を使用することも可能である。

【0053】

図１２に示すように、特許文献１に開示された防水パッキン７１はリング状である。また、図１４、図１５に示すように、特許文献２に開示された物は、リング状の防水パッキン７１または一端に突出部を備える筒状体の防水パッキン７１ａである。このような防水パッキン７１は、圧縮成形、プレス加工、抜き打ち加工等で製作される。圧縮成形及びプレス加工は金型が必要で、抜き打ち加工には抜き型が必要である。この金型、抜き型に掛かるイニシャルコストのために、防水パッキン７１は価格が高いと言う問題があった。

【0054】

図５に示すように、圧力測定装置２は、防水シート１１を介して水中撮影用カメラの筐体６１に防水構造で固定される。防水シート１１は、平面的に四角形をした膜状の構造であり、大きなシートを裁断機によって切断して製作される。この加工方法では金型及び抜き型は必要ないためイニシャルコストが不要となり、防水シート１１は安価に製作することが可能である。

【0055】

防水シート１１は平面的に四角形に限定されるものではなく、多角形、円状、楕円状等の形状であっても構わない。

【0056】

また、防水パッキン７１の品質では、バリ残りと寸法が重要な項目である。圧縮成形ではバリ残りが発生し易い。バリ残りは密着性を損なうため防水性能低下の原因となる。また、リング状の防水パッキン７１は、そのシール面が狭いために、切り込み７２や溝を設けることでシール面を広げ、防水性を改善している。防水パッキン７１の寸法が切り込み７２及び前記溝の寸法から外れて、防水パッキン７１の切り込み７２及び前記溝への嵌め込み不具合が生じて防水性能が低下することもある。また、切り込み７２や前記溝を形成するためには費用が掛かる。

【0057】

防水シート１１は、一体物であり凹型の筐体５１の外壁上面の全面をシール面として広くとれるので、切り込み７２及び前記溝を不要とし、また、切り込み７２及び前記溝のスペースが必要でなくなり小型化を可能とした。また、防水シート１１は裁断機で切断して製作されるのでバリ残りが発生し難く防水性能が改善した。

【0058】

図５に示すように、受圧部２３に当接して設置された圧力伝達部１２は、凹型の筐体５１より突出している。そして、圧力伝達部１２に当接して防水シート１１が凹型の筐体５１の開口部を覆うように設置され、防水シート１１が凹型の筐体５１と水中撮影用カメラの筐体６１とに挟まれてネジ６２で締め付けられる。その際、圧力伝達部１２が突出しているので、防水シート１１が延びることで圧力伝達部１２を介して受圧部２３が押圧される。

【0059】

押圧を０．１Ｎ（ニュートン）程度になるように設定し、この押圧０．１Ｎ（ニュートン）において、荷重センサ１の水圧を０．０Ｎ（ニュートン）と設定することで、例えば、水圧に対してゼロ点出力のない出力が可能となった。

【0060】

上記の理由は、前記押圧がない際に、圧力伝達部１２と受圧部２３との接触面に対し平行に振動や力等が作用すると、圧力伝達部１２が受圧部２３に対して横方向にずれ、圧力伝達部１２に連結した防水シート１１が変形し、ゴム製の防水シート１１が備える弾性的な性質により圧力伝達部１２に加わる荷重が変化する。この結果、外部からの荷重がない際にも出力があると言うゼロ点出力が生じる。ところで、押圧０．１Ｎ（ニュートン）程度を加えると、横方向のずれは抑えられ、ゼロ点出力を防止できる。

【0061】

防水シート１１が柔らかければ、水圧が変化すると即座に防水シート１１は変形し、水圧の変化は遅延することなく圧力伝達部１２に伝達される。また、防水シート１１が弾性を有すると、水圧の変化に対し比例して防水シート１１は変形するので、水圧の変化に比例して圧力伝達部１２は変位する。このように、防水シート１１が弾性を有する柔らかい物質であると、水圧の変化は圧力伝達部１２を介して受圧部２３に即時に水圧に比例して伝達されるので、遅延のない正確な計測を可能とする。

【0062】

荷重センサを用いた圧力測定装置２は、荷重センサ１の変位部２２が、その中心に加重される集中荷重に応じた変位量で変位し、この変位量に応じて複数のピエゾ抵抗素子２４ａの抵抗が変化する。そして、この抵抗の変化量に応じた電気信号が出力される。よって、変位部２２に加わる集中荷重が大きくなると、出力される電気信号の強度は大きくなり、即ち、感度は大きくなる。

【0063】

図５に図示するように、水圧は、水中撮影用カメラの筐体６１の開口部を通して外部に露出した防水シート１１に加わり、圧力伝達部１２を介して受圧部２３に加わる。水圧を受ける防水シート１１の受圧面積＝Ｓ１、荷重を受ける受圧部２３の受圧面積＝Ｓ２、水圧＝Ｐとする。この際、受圧部２３の単位面積当りの荷重＝Ｐ×Ｓ１／Ｓ２であり、受圧部２３に加わる荷重＝Ｐ×Ｓ１である。Ｓ１を大きく、Ｓ２を小さくすると、変位部２２の中心に加重される集中荷重を大きくできるので、感度を大きくすることができる。また、Ｓ１は同じで、Ｓ２を小さくする、またはＳ１を小さくし、Ｓ２をそれ以上に小さくすることにより、変位部２２の中心のより狭い領域に荷重を集中することで、感度を大きくすることができる。

【0064】

特許文献２に開示されている圧力センサを用いた圧力測定装置は、水圧が弾性物質を介して半導体抵抗を備えるシリコンダイヤフラムに加重される。この際、弾性物質とシリコンダイヤフラムとの接触面積＝Ｓ３とする。シリコンダイヤフラムの単位面積当りの荷重＝Ｐ×Ｓ３／Ｓ３＝Ｐであり、シリコンダイヤフラムに加わる荷重＝Ｐ×Ｓ３である。Ｓ３を大きくしても、シリコンダイヤフラムの単位面積当りの荷重を変えることができない。また、前記圧力センサを用いた圧力測定装置には、圧力測定装置２のように荷重を集中して受ける受圧部２３がなく、荷重をシリコンダイヤフラムの面で受けるために、その中心に加わる集中荷重を圧力測定装置２のように大きくすることができない。

【0065】

また、０＜Ｓ１、０＜Ｓ３＜シリコンダイヤフラムの面積であり、Ｓ１には制限がないが、Ｓ３はシリコンダイヤフラムの面積によって制限されている。

【0066】

このように、荷重センサを用いた圧力測定装置２の特徴は、圧力センサを用いた圧力測定装置に比べて、その感度を大きく変えることができることである。

【0067】

この特徴を利用すれば、荷重センサを用いた圧力測定装置２は、小型化のために凹型の筐体５１を小さくし防水シート１１の受圧面積が小さくなった際に、前記に相当して受圧部２３の受圧面積を小さくすれば、感度を下げることなく小型化が可能である。水中で稼動する水中撮影用カメラやダイバーウォッチは、水中での操作性のために小型化の要求が強く、これに装着される計測器の小型化も要求される。よって、この要求を、荷重センサを用いた圧力測定装置２は、圧力センサを用いた圧力測定装置よりも容易に応えることができる。

【0068】

また、この特徴を利用すれば、例えば、水深が浅く、即ち、水圧が小さく感度が欲しい際は感度を上げ、水深が深く、即ち、水圧が高く計測値が飽和する際には感度を下げて計測すると言うように、同一の荷重センサ１によって広い範囲の水圧を最適に計測することが可能になる。

【0069】

また、荷重センサ１の平面的大きさは、例えば、１ｍｍ×１ｍｍ＝１ｍｍ^２程度であり、直径が１００ｍｍであるシリコン基板より８０００個程度に取得でき、同時に数枚のシリコン基板で生産する際は、８０００個程度×数枚と大量に効率的に及び安価に生産される。このように、大量に生産された荷重センサ１を、凹型の筐体５１、防水シート１１及び圧力伝達部１２の大きさを変えて組み立てることで、色々な用途に使用できる荷重センサを用いた圧力測定装置２を安価に製作することができる。

【0070】

ところが、圧力センサを用いた圧力測定装置では、その感度を変えるためには、シリコンダイヤフラムの膜厚を変える、または、平面的な大きさを変える等によって前記圧力センサの仕様を変える必要がある。よって、シリコン基板から前記圧力センサを生産する工程において、多品種生産、同一工程に複数枚のパターン形成用ホトマスクを用意する必要がある等が、前記圧力センサを用いた圧力測定装置の価格を高くする要因となる。

【0071】

また、防水シート１１が水圧を受ける受圧面は、荷重センサ１を収容する凹型の筐体５１の開口部と同じ程度に広くとれるので、海水や汗が蒸発して生じる食塩の結晶またはゴミ等で塞がれることが低減された。

【0072】

ところが、特許文献１及び特許文献２に開示された圧力センサを用いた圧力測定装置は、図１２、図１３、図１４、図１５に示すように、保護カバー８５が取り付けられ、この保護カバー８５に設けられた保護カバーの開口部８５ａを通して、水圧を計測していた。そして、保護カバーの開口部８５ａの径は圧力センサ７４よりも小さく、その孔径が小さいために海水や汗が蒸発して生じる食塩の結晶またはゴミ等で塞がれ易かった。そのために、正確な水圧の計測が損なわれることがあった。

【0073】

第一の実施形態においては、圧力測定装置２を水中撮影用カメラに適用するとしたが、これに限定されるものではない。特に防水構造を必要とする分野であることが好ましく、ダイバーウォッチ、ビデオ及び携帯機器を始めとして、洗濯機、食洗機及び給湯機等の民生用、空圧計、水圧計及び油圧計等の産業用、電子制御燃料噴射装置等の車載用等に適用することが可能である。

【0074】

また、圧力測定装置２は水圧測定に限定されるものではなく、水深、空圧、油圧等にも適用することができる。

【0075】

水圧により受圧部２３が受けた荷重が変位部２２の変位量を変化させ、この変位量に応じピエゾ抵抗素子２４ａの抵抗値が変化することで水圧が計測される。また、変位部２２は連続した一つの空間内に存在するので、その周囲には同一の圧力が加わる。よって、水深が深くなり圧縮されることで凹型の筐体５１内の圧力が上昇しても、計測される水圧は前記圧力上昇の影響を受けない。即ち、計測される水圧は、前記水圧により変化する変位部２２の前記変位量のみ依存した計測値である。

【0076】

ところが、特許文献２に開示された圧力センサを用いた圧力測定装置は、密閉された風防ガラス８１内の圧力との差圧により水圧を計測する。水深が深くなると水圧が上昇するため風防ガラス８１はより圧縮される。そのため、風防ガラス８１内の圧力が上昇し、計測される水圧の値は小さくなる。このように、圧力センサを用いた圧力測定装置による水圧の計測値には、水深に依存した測定誤差が生じていた。

【0077】

特許文献２に開示された技術では、弾性物質８３を介して半導体材料であるシリコンダイヤフラム型圧力センサ７４ａが外部に露出されている。そのため、太陽光などの外光により電流が流れてノイズが発生することを防ぐために、弾性物質８３に遮光性の顔料を含有させており、コストアップの要因となっていた。第一の実施形態では、非透光性の防水シート１１で荷重センサ１を覆っているので、このような問題は発生しなかった。
<第二の実施形態>

【0078】

図６に、第二の実施形態である柔らかいゲル状物質１３が圧力伝達部１２を安定的に支持する圧力測定装置が水中撮影用カメラに搭載された場合の断面略図を示す。図６に示すように、柔らかいゲル状物質１３は、防水シート１１に接しないので、圧力伝達部１２の下部及び荷重センサ１を周囲から包むように支えている。このように、圧力伝達部１２と受圧部２３との接触面は、柔らかいゲル状物質１３によって周囲から支えられているので、圧力伝達部１２が受圧部２３からずれることが抑制され、ゼロ点出力が生じることを防止している。また、柔らかいゲル状物質１３は防水シート１１に接していないので、防水シート１１に加重された水圧の全てが圧力伝達部１２を介して受圧部２３に加重される。よって、水圧のゼロ点出力のない正確な計測を可能とした。

【0079】

圧力伝達部１２の周縁部が防水シート１１に接着されている場合も同様であり、前記の接着により圧力伝達部１２と受圧部２３とがずれることが防止され、ゼロ点出力のない正確な計測を可能とした。

【0080】

柔らかいゲル状物質１３が、接合されたセンサ側支持部２８と筐体側支持部５８との内側に侵入し、対向するセンサ基板２１と凹型の筐体５１との隙間に溜まってくると、変位部２２の変位が制限されるため正確な水圧の計測を損なう。よって、第二の実施形態では、この侵入を防止するためにセンサ側支持部２８と筐体側支持部５８とは筒状体であることが好ましい。

【0081】

柔らかいゲル状物質１３は、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂のいずれかを主材料とする化合物であることが好ましい。
<第三の実施形態>

【0082】

図７に、第三の実施形態である荷重センサ１ａの断面略図を示す。図７に示すように、荷重センサ１ａは、変位部２２、受圧部２３、歪検出素子２４、引き出し配線２５、センサ側接合電極２６、絶縁膜２７、センサ側支持部２８を備えるセンサ基板２１と、ベース側支持部３８、ベース側接合電極３６、ベース側パッド電極３９を備えるベース基板３１とから構成されている。第一の実施形態と同じ方法によりセンサ基板２１をベース基板３１に熱圧着することで、センサ側支持部２８とベース側支持部３８、及びセンサ側接合電極２６とベース側接合電極３６は金属接合される。

【0083】

図８に、第三の実施形態である荷重センサ１ａが水中撮影用カメラの筐体６１に取り付けられた断面略図を示す。荷重センサ１ａは、凹型の筐体５１の底面に接合され、複数のベース側パッド電極３９と複数の凹型の筐体側パッド電極５９とが複数のボンディングワイヤ４２を介して電気的に接続されている。

【0084】

第三の実施形態の水中撮影用カメラの筐体６１に取り付ける方法及び水圧が伝達される部分の構造は、第一の実施形態と同じである。

【0085】

第一の実施形態においては、荷重センサ１と凹型の筐体５１との熱圧着は、荷重センサ１の一個毎に行う必要がある。第三の実施形態においては、複数個のセンサ基板２１を備える基板と複数個のベース基板３１を備える基板とを熱圧着し、その後に接合された基板を切断することにより、複数個の荷重センサ１ａを得ることができる。このように、第三の実施形態は、第一の実施形態に比べて、熱圧着工程の生産能力に優れている。
<第四の実施形態>

【0086】

図９に、第四の実施形態である荷重センサ１ｂの断面略図を示す。図示するように、荷重センサ１ｂは、荷重センサ１ａがプリント基板４１に接合され、複数のベース側パッド電極３９が複数のボンディングワイヤ４２を通して複数のプリント側パッド電極４９に電気的に接続された構造である。そして、プリント基板４１の面上に位置する荷重センサ１ａの側面周囲四方が封止樹脂４８で覆われ保護されている。受圧部２３は、荷重センサ１ａの上部に位置するので封止樹脂４８に覆われることはなく突出している。

【0087】

図１０に、第四の実施形態である荷重センサ１ｂが水中撮影用カメラの筐体６１に取り付けられた断面略図を示す。荷重センサ１ｂは、凹型の筐体５１の底面に接合されている。図示していないが、プリント基板４１には複数のプリント側パッド電極４９に電気的に接続された複数の貫通電極が形成されている。そして、前記複数の貫通電極は、例えば、凹型の筐体５１の底面に形成された金属配線に導電性ペースト等によって電気的に接続され、この金属配線を通して凹型の筐体５１の外部に電気的に接続される。このようにして、荷重センサ１ｂから出力された電気信号は、水中撮影用カメラの電気回路に出力される。

【0088】

第三の実施形態においては、荷重センサ１ａを凹型の筐体５１に熱圧着した後に、複数のベース側パッド電極３９と複数の凹型の筐体側パッド電極５９とをワイヤボンディングする必要がある。そして、このワイヤボンディングは荷重センサ１ａの一個毎に行う必要があった。

【0089】

第四の実施形態においては、複数個のプリント基板４１を得ることができる大きいプリント基板に複数の荷重センサ１ａを接合し、複数の荷重センサ１ａに対して一括してワイヤボンディングを行う。次に、同時に複数の荷重センサ１ａを封止樹脂４８によって封止した後に、前記大きいプリント基板を切断し、複数の荷重センサ１ｂを製作する。

【0090】

このように、第四の実施形態は、第三の実施形態に比べて、ワイヤボンディング工程の生産能力に優れている。

【0091】

図１１に、第四の実施形態である柔らかいゲル状物質１３が圧力伝達部１２を安定的に支持する圧力測定装置が水中撮影用カメラに搭載された場合の断面略図を示す。図１１に示すように、柔らかいゲル状物質１３は、防水シート１１に接しないので、圧力伝達部１２の下部及び荷重センサ１ｂを周囲から包むように支えている。

【符号の説明】

【0092】

１、１ａ、１ｂ 荷重センサ
２ 圧力測定装置
１１ 防水シート
１２ 圧力伝達部
１３ 柔らかいゲル状物質
２１ センサ基板
２２ 変位部
２３ 受圧部
２４ 歪検出素子
２４ａ ピエゾ抵抗素子
２５ 引き出し配線
２６ センサ側接合電極
２７ 絶縁膜
２８ センサ側支持部
３１ ベース基板
３６ ベース側接合電極
３８ ベース側支持部
３９ ベース側パッド電極
４１ プリント基板
４２ ボンディングワイヤ
４８ 封止樹脂
４９ プリント側パッド電極
５１ 凹型の筐体
５６ 筐体側接合電極
５８ 筐体側支持部
５９ 凹型の筐体側パッド電極
６１ 水中撮影用カメラの筐体
６２ ネジ
７１ 防水パッキン
７１ａ 一端に突出部を備える筒状体の防水パッキン
７２ 切り込み
７４ 圧力センサ
７４ａ シリコンダイヤフラム型圧力センサ
８１ 風防ガラス
８２ 開口部
８２ａ 貫通小孔
８３ 弾性物質
８４ センサ取付台
８５ 保護カバー
８５ａ 保護カバーの開口部
８６ 蓋

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】