知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-20
(54)【発明の名称】圧力センサ
(51)【国際特許分類】
G01L 1/20 20060101AFI20230213BHJP
G01L 9/06 20060101ALI20230213BHJP
【ＦＩ】
G01L1/20 G
G01L9/06
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022535916
(86)(22)【出願日】2020-12-11
(85)【翻訳文提出日】2022-08-10
(86)【国際出願番号】 GB2020000098
(87)【国際公開番号】W WO2021116641
(87)【国際公開日】2021-06-17
(31)【優先権主張番号】201922244791.3
(32)【優先日】2019-12-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519104503
【氏名又は名称】ペラテック ホールドコ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100145883
【弁理士】
【氏名又は名称】新池 義明
(72)【発明者】
【氏名】フォン， シュー
(72)【発明者】
【氏名】クン， サン
(72)【発明者】
【氏名】ゼファン， リー
【テーマコード（参考）】
2F055
【Ｆターム（参考）】
2F055AA40
2F055BB20
2F055CC02
2F055DD20
2F055EE18
2F055FF11
2F055GG12
2F055HH19
(57)【要約】
感圧装置は、変形可能な第１のダイヤフラム（１０４）と、変形不能な第２のダイヤフラム（１０５）を含んでいる。一方のダイヤフラムは、その表面に配置されている感圧材料（１１５）を含んでいる。他方のダイヤフラムは、その表面に配置されている検出電極（１１４）を含んでいる。第１のダイヤフラムは力伝達装置（１０３）の一部を形成しており、その中に力伝達流体を有する空洞（１０６）を含んでいる。力伝達装置は、外力を受け、該外力を第１のダイヤフラムに伝達し、該外力に応じて第１及び第２のダイヤフラムが互いに変形するように構成されている。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
変形可能な第１のダイヤフラム；そして、変形不能な第２のダイヤフラム；
を含んでおり、
前記第１又は第２のダイヤフラムの１つが、当該第１又は第２のダイヤフラムの１つの表面上に配置されている感圧材料を含んでおり；
前記第１又は第２のダイヤフラムの他の１つが、当該第１又は第２のダイヤフラムの他の１つの表面上に配置されている検出電極を含んでおり；
前記第１のダイヤフラムが力伝達流体を内部に有する空洞を含んでいる力伝達装置の一部を形成しており；
前記力伝達装置は、前記第１及び第２のダイヤフラムが外力に反応して互いに変形するように、外力を受け、該外力を前記第１のダイヤフラムに伝達するように構成されている
感圧装置。
【請求項2】
前記空洞は、ハウジングによって画定され、チャネルによって接続されている内部空洞と外部空洞を含んでいる請求項１記載の感圧装置。
【請求項3】
前記第２のダイヤフラムが前記内部空洞の下部壁に取り付けられている請求項２記載の感圧装置。
【請求項4】
前記下部壁が実質的に剛性である請求項３記載の感圧装置。
【請求項5】
前記第１のダイヤフラムが前記内部空洞の下部壁に取り付けられている請求項２記載の感圧装置。
【請求項6】
前記下部壁が実質的に可撓性である請求項６記載の感圧装置。
【請求項7】
前記１のダイヤフラムが前記内部空洞内に懸架されている請求項２記載の感圧装置。
【請求項8】
前記第１のダイヤフラムが前記空洞の側壁に密封されている請求項７記載の感圧装置。
【請求項9】
前記第２のダイヤフラムが前記内部空洞の上部壁に取り付けられ、前記上部壁が前記内部空洞の下部壁に向かって突出する弧状断面を有する請求項２又は請求項３記載の感圧装置。
【請求項10】
前記空洞の開口に設けられている弾性膜を更に備え、前記弾性膜が前記空洞の内壁に密封されている請求項１ないし９のいずれか１項記載の感圧装置。
【請求項11】
前記力伝達流体がシリコンオイル；グリセリン；非導電性液体のいずれかである請求項１ないし１０のいずれか１項記載の感圧装置。
【請求項12】
前記検出電極が、交互に配置されているフィンガの配列を生成するように、間隔をおいて配置されている第１の複数の導電性フィンガと、交互に間隔をおいて配置されている第２の複数の導電性フィンガを含んでおり；そして前記第１の複数の導電性フィンガが正極に接続され、前記第２の複数の導電性フィンガが負極に接続されている、
請求項１ないし１１のいずれか１項記載の感圧装置。
【請求項13】
前記交互に配置されているフィンガの配列が検出領域を提供しており、前記検出領域が、実質的に円形；実質的に長方形；幾何学的形状のいずれかである請求項１２記載の感圧装置。
【請求項14】
前記複数の導電性フィンガがそれぞれ炭素系材料を含む請求項１２又は請求項１３記載の感圧装置。
【請求項15】
前記チャネルが前記感圧装置の長手方向軸に垂直な中心軸を有する請求項２ないし１４のいずれか１項記載の感圧装置。
【請求項16】
前記チャネルが前記感圧装置の中心軸に沿って配置されている請求項１５記載の感圧装置。
【請求項17】
複数のチャネルを更に含んでおり、該チャネルがそれぞれ感圧装置の前記中心軸に沿って中心対称的に分布している請求項１６記載の感圧装置。
【請求項18】
前記感圧材料が量子トンネル材料を含む請求項１ないし１７のいずれか１項記載の感圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年１２月１３日に出願された中国実用新案番号ＺＬ２０１９ ２ ２４４７９１．３に基づく優先権を主張するものであり、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年１２月１３日に出願された中国実用新案番号ＺＬ２０１９ ２ ２４４７９１．３に基づく優先権を主張するものであり、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
本発明は、変形可能なダイヤフラムと変形不能なダイヤフラムを含む感圧装置に関する。
圧力センサやトランスデューサのような感圧装置は、当該技術分野では、加えられた圧力に応答して、圧力センサ又はトランスデューサから発生した電気信号によって圧力を適切な出力に変換することが知られている。
従来の薄膜圧力センサは、しばしば、感圧層を挟む２つの導電層からなり、導電層は、加えられた圧力又は力の適用下一緒に適切な出力に変換されて力の測定が可能になる。
圧力センサやトランスデューサのような感圧装置は、当該技術分野では、加えられた圧力に応答して、圧力センサ又はトランスデューサから発生した電気信号によって圧力を適切な出力に変換することが知られている。
従来の薄膜圧力センサは、しばしば、感圧層を挟む２つの導電層からなり、導電層は、加えられた圧力又は力の適用下一緒に適切な出力に変換されて力の測定が可能になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
このタイプの従来の感圧装置は、しばしば、測定とそれに続く出力の一致と正確さに関して問題を有する。例えば、感圧装置の表面上の所定の点で加えられた所定の圧力は、圧力センサの表面上の異なる点で加えられた同じ圧力について異なる出力を生じ得る。
【課題を解決するための手段】
【0004】
［発明の簡単な説明］
本発明の第１の観点によれば、変形可能な第１のダイヤフラム；そして、変形不能な第２のダイヤフラム；を含んでおり、前記第１又は第２のダイヤフラムの１つが、当該第１又は第２のダイヤフラムの１つの表面上に配置されている感圧材料を含んでおり；前記第１又は第２のダイヤフラムの他の１つが、当該第１又は第２のダイヤフラムの他の１つの表面上に配置されている検出電極を含んでおり；前記第１のダイヤフラムが力伝達流体を内部に有する空洞を含んでいる力伝達装置の一部を形成しており；前記力伝達装置は、前記第１及び第２のダイヤフラムが外力に反応して互いに変形するように、外力を受け、該外力を前記第１のダイヤフラムに伝達するように構成されている、感圧装置が提供される。
本発明の第１の観点によれば、変形可能な第１のダイヤフラム；そして、変形不能な第２のダイヤフラム；を含んでおり、前記第１又は第２のダイヤフラムの１つが、当該第１又は第２のダイヤフラムの１つの表面上に配置されている感圧材料を含んでおり；前記第１又は第２のダイヤフラムの他の１つが、当該第１又は第２のダイヤフラムの他の１つの表面上に配置されている検出電極を含んでおり；前記第１のダイヤフラムが力伝達流体を内部に有する空洞を含んでいる力伝達装置の一部を形成しており；前記力伝達装置は、前記第１及び第２のダイヤフラムが外力に反応して互いに変形するように、外力を受け、該外力を前記第１のダイヤフラムに伝達するように構成されている、感圧装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【発明を実施するための形態】
【0006】
本発明の実施の形態について、図面を参照して例としてのみ説明する。詳細な実施形態は、発明者が知っている最良のモードを示し、特許請求された本発明をサポートする。ただし、これらは単なる例示であり、特許請求の範囲を解釈又は制限するために使用するべきではない。これらの目的は、当該技術分野の当業者に教示を提供することである。「第１」や「第２」のなどの序数句で区別される要素及びプロセスは、必ずしも何らかの順序やランク付けを定義するわけではない。
【0007】
［発明の詳細な説明］
（図１）
図１は、本発明の第１の実施形態による感圧装置の断面形状を示す。感圧装置１０１は、薄膜圧力センサと考えることができる。しかしながら、特許請求の範囲に記載された発明と実質的に同様の方法で動作する他の感圧装置は、求められる保護の範囲内にあることが理解できる。
感圧装置１０１はハウジング１０２を含み、該ハウジングはハウジング１０２によって画定される力伝達装置１０３を含んでいる。感圧装置１０１は更に第１のダイヤフラム１０４と第２のダイヤフラム１０５を含んでいる。
（図１）
図１は、本発明の第１の実施形態による感圧装置の断面形状を示す。感圧装置１０１は、薄膜圧力センサと考えることができる。しかしながら、特許請求の範囲に記載された発明と実質的に同様の方法で動作する他の感圧装置は、求められる保護の範囲内にあることが理解できる。
感圧装置１０１はハウジング１０２を含み、該ハウジングはハウジング１０２によって画定される力伝達装置１０３を含んでいる。感圧装置１０１は更に第１のダイヤフラム１０４と第２のダイヤフラム１０５を含んでいる。
【0008】
ハウジング１０２には空洞１０６が設けられ、空洞は内部空洞１０７、外部空洞１０８及びチャネル１０９を含んでいる。チャネル１０９は、内部空洞１０７と外部空洞１０８を接続し、感圧装置１０１の中心縦軸に沿って実質的に中心に位置する。チャネル１０９は感圧装置１０１の長手方向軸に垂直な中心軸を有する。
ハウジング１０２は剛性の絶縁材料を含む。一実施形態では、剛性の絶縁材料はプラスチック材料を含む。別の実施形態では、剛性の絶縁材料はガラスを含む。任意の他の適当な剛性の絶縁材料をこの能力で利用できることが理解される。
ハウジング１０２は剛性の絶縁材料を含む。一実施形態では、剛性の絶縁材料はプラスチック材料を含む。別の実施形態では、剛性の絶縁材料はガラスを含む。任意の他の適当な剛性の絶縁材料をこの能力で利用できることが理解される。
【0009】
実施形態では、ダイヤフラム１０４は変形可能であるが、ダイヤフラム１０５は変形不能である。実施形態では、変形可能なダイヤフラム１０４は内部空洞１０７に配置されている。実施形態では、ダイヤフラムは第１の端１１０と第２の端１１１の間に吊り下げられているので、各端１１０及び１１１で、ダイヤフラム１０４は内部空洞１０７の下部側壁１１２に気密に封止されている。変形可能であることにより、ダイヤフラム１０４は、外力を受けると形状の変化を受け得る。この実施例では、側壁への取り付け手段があることにより、ダイヤフラム１０４は感圧装置１０１の長手方向平面に対して垂直な方向に変形する。
【0010】
ダイヤフラム１０５は内部空洞１０７の下部壁１１３に取り付けられている。下部壁１１３は、ハウジング１０２の一部を形成しており、結果として、剛性の絶縁材料を含む。したがって、この実施形態では、下部壁１１３は実質的に剛性である。
実施形態では、ダイヤフラム１０４の下面には、検出電極１１４が設けられている。ダイヤフラム１０５には、その上面に対応する感圧材料１１５が塗布されている。
実施形態では、ダイヤフラム１０４の下面には、検出電極１１４が設けられている。ダイヤフラム１０５には、その上面に対応する感圧材料１１５が塗布されている。
【0011】
実施形態では、感圧材料１１５は、本出願人である英国ブロンプトン・オン・スウェイルのペラテック・ホールドコ・リミテッドによって商標ＱＴＣ（登録商標）の下で販売されている量子トンネル材料を含む。これは、力の適用が増加すると、抵抗の変化を示す材料である。他の実施形態では、検出電極１１４及び感圧材料１１５が逆に配置され得ることが理解できる。
感圧材料は、印加圧力に応じて抵抗変化を示すように構成されており、検出電極の導電性材料（図３で更に説明する）と組み合わせて、出力抵抗に基づいて適用される圧力の大きさを算出することができる。
感圧材料は、印加圧力に応じて抵抗変化を示すように構成されており、検出電極の導電性材料（図３で更に説明する）と組み合わせて、出力抵抗に基づいて適用される圧力の大きさを算出することができる。
【0012】
一般に、２つのダイヤフラム間の圧力が大きく、適用される力の接触面積が大きいほど、測定される抵抗値は小さくなり、逆の場合も同じである。
実施形態では、空洞１０６は内部に力伝達流体を含んでいる。力伝達流体は、シリコンオイル、グリセリン、又は任意の他の適切な液体のような任意の非導電性液体であり得る。
実施形態では、弾性膜１１６は、ハウジング１０２の空洞１０６の開口１１７に設けられている。弾性膜１１６は、その端１１８及び１１９で内壁１２０に密封されている。弾性膜１１６はシリコン膜などのような弾性で耐摩耗性の膜を含む。
実施形態では、空洞１０６は内部に力伝達流体を含んでいる。力伝達流体は、シリコンオイル、グリセリン、又は任意の他の適切な液体のような任意の非導電性液体であり得る。
実施形態では、弾性膜１１６は、ハウジング１０２の空洞１０６の開口１１７に設けられている。弾性膜１１６は、その端１１８及び１１９で内壁１２０に密封されている。弾性膜１１６はシリコン膜などのような弾性で耐摩耗性の膜を含む。
【0013】
（図２）
図２は、圧力適用後の感圧装置１０１の概略図を示す。
実施形態では、弾性膜１１６の上面２０２に力２０１が加えられている。この力は、例えば、感圧装置がユーザによる圧力入力を必要とする電子機器中に組み込まれている一実施形態では、ユーザの指の力であってもよい。
実施形態では、力２０１は、力伝達流体によって吸収され、ダイヤフラム１０４に伝達される。次いで、ダイヤフラム１０４は、力２０１に反応して移動し、そして、ダイヤフラム１０４の変形がチャネル１０９の位置決めによりダイヤフラム１０４の中心の周りに生じる。
図２は、圧力適用後の感圧装置１０１の概略図を示す。
実施形態では、弾性膜１１６の上面２０２に力２０１が加えられている。この力は、例えば、感圧装置がユーザによる圧力入力を必要とする電子機器中に組み込まれている一実施形態では、ユーザの指の力であってもよい。
実施形態では、力２０１は、力伝達流体によって吸収され、ダイヤフラム１０４に伝達される。次いで、ダイヤフラム１０４は、力２０１に反応して移動し、そして、ダイヤフラム１０４の変形がチャネル１０９の位置決めによりダイヤフラム１０４の中心の周りに生じる。
【0014】
このようにして、ダイヤフラム１０４は移動してダイヤフラム１０５に近接する。したがって、感圧材料１１５と検出電極１１４がダイヤフラム１０４とダイヤフラム１０５の間に配置されているので、２つのダイヤフラム間の距離の差が変化する。これが圧力の変化につながり、その結果、電気信号の変化に対応して抵抗及び接触面積を測定することができる。
この実施形態の感圧装置は、力伝達流体を介して外圧を吸収及び伝導し、弾性膜上の異なる位置に力を加えるユーザに関係なく、力伝達の等方性特性を有する流体を利用する。したがって、これにより、力伝達流体を介した均一な伝導が達成され、それによって測定の精度と一致が保証される。
この実施形態の感圧装置は、力伝達流体を介して外圧を吸収及び伝導し、弾性膜上の異なる位置に力を加えるユーザに関係なく、力伝達の等方性特性を有する流体を利用する。したがって、これにより、力伝達流体を介した均一な伝導が達成され、それによって測定の精度と一致が保証される。
【0015】
具体的には、力２０１が上面２０２に加えられると、力２０１は弾性膜１１６に作用し、力伝達流体が外部空洞１０８から内部空洞１０７に流れるようになる。ダイヤフラム２０１は、力伝達流体によって下方に押されて変形し、これにより、検出電極１１４がダイヤフラム１０５の感圧材料１１５と接触することができる。このプロセスの間、感圧材料から測定される抵抗値は徐々に変化し、それに応じて抵抗値の変化が測定され得る。
ダイヤフラム１０４は、外力の適用がないのにダイヤフラムが大きく変形することがないように、力伝達流体の重量を支持するのに十分な弾性強度を有することに留意されたい。
ダイヤフラム１０４は、外力の適用がないのにダイヤフラムが大きく変形することがないように、力伝達流体の重量を支持するのに十分な弾性強度を有することに留意されたい。
【0016】
（図３）
図３は、例示的な検出電極３０１の平面図を単独に示す。検出電極３０１は、図１の検出電極１１４と実質的に同様でよく、第１の複数の導電性フィンガ３０２及び第２の複数の導電性フィンガ３０３を含んでいる。実施形態では、第１の複数の導電性フィンガ３０２と第２の複数の導電性フィンガ３０３は、交互に間隔をおいて配置され、かみ合ったフィンガ３０４の配置を形成している。
実施形態では、第１の複数の導電性フィンガ３０２は電極３０６に接続されているが、一方、第２の複数の導電性フィンガ３０３は電極３０７に接続されている。実施形態では、電極３０６は正であり、電極３０７は負である。
図３は、例示的な検出電極３０１の平面図を単独に示す。検出電極３０１は、図１の検出電極１１４と実質的に同様でよく、第１の複数の導電性フィンガ３０２及び第２の複数の導電性フィンガ３０３を含んでいる。実施形態では、第１の複数の導電性フィンガ３０２と第２の複数の導電性フィンガ３０３は、交互に間隔をおいて配置され、かみ合ったフィンガ３０４の配置を形成している。
実施形態では、第１の複数の導電性フィンガ３０２は電極３０６に接続されているが、一方、第２の複数の導電性フィンガ３０３は電極３０７に接続されている。実施形態では、電極３０６は正であり、電極３０７は負である。
【0017】
かみ合ったフィンガ３０４と電極３０６及び３０７の配置は、実施形態では実質的に円形である、検出領域３０８を提供する。別の実施形態では、検出領域３０８は、任意の適切な幾何学的形状をとることができ、一実施形態では、検出領域３０８は、実質的に矩形であり得ることが理解できる。
実施形態では、複数の導電性フィンガは、炭素系インクなどの炭素系材料を含む。
検出電極３０１は、感圧材料１１５と組み合わせて図１及び２の記載と実質的に同様の方法で使用され、力を印加圧力に反応して計算することが可能になる。したがって、検出電極３０１は、電極３０６及び３０７によって電気回路に接続され、電気抵抗の出力を与える。
実施形態では、複数の導電性フィンガは、炭素系インクなどの炭素系材料を含む。
検出電極３０１は、感圧材料１１５と組み合わせて図１及び２の記載と実質的に同様の方法で使用され、力を印加圧力に反応して計算することが可能になる。したがって、検出電極３０１は、電極３０６及び３０７によって電気回路に接続され、電気抵抗の出力を与える。
【0018】
感圧材料１１５と組み合わせて、図２の力２０１のような力が加えられると、感圧材料１１５が第１の複数の導電性フィンガ３０２と第２の複数の導電性フィンガ３０３の両方に同時に接触するとき、検出ループが形成され、対応する抵抗値が計算され得る。
ダイヤフラム１０４とダイヤフラム１０５が互いに接触すると、感圧材料１１５と各導電性フィンガが接触して、上述したように抵抗及び圧力の読みが可能になる。
ダイヤフラム１０４とダイヤフラム１０５が互いに接触すると、感圧材料１１５と各導電性フィンガが接触して、上述したように抵抗及び圧力の読みが可能になる。
【0019】
（図４）
次に、図４及び図５を参照して、本発明に係る感圧装置４０１の第２の実施形態の断面図を説明する。
この第２の実施形態では、感圧装置４０１は、再び、薄膜圧力センサと考えることができる。しかしながら、特許請求の範囲に記載された発明と実質的に同様の方法で動作する他の感圧装置は、求められる保護の範囲内にあることが理解できる。
次に、図４及び図５を参照して、本発明に係る感圧装置４０１の第２の実施形態の断面図を説明する。
この第２の実施形態では、感圧装置４０１は、再び、薄膜圧力センサと考えることができる。しかしながら、特許請求の範囲に記載された発明と実質的に同様の方法で動作する他の感圧装置は、求められる保護の範囲内にあることが理解できる。
【0020】
感圧装置４０１はハウジング４０２を含み、ハウジング４０２によって画定される第１の力伝達装置４０３Ａと第２の力伝達装置４０３Ｂを含んでいる。感圧装置４０１は、更に、第１のダイヤフラム４０４Ａ、第２のダイヤフラム４０５Ａ、第３のダイヤフラム４０４Ｂ及び第４のダイヤフラム４０５Ｂを備えている。
実施形態では、各力伝達装置４０３は、内部空洞４０７、外部空洞４０８及びチャネル４０９を含む空洞４０６を備えており、図１及び２の実施形態と同様に、チャネル４０９は、内部空洞４０７と外部空洞４０８を接続し、感圧装置４０１の中心縦軸に沿って実質的に中心に位置する。各チャネル４０９は、感圧装置４０１の長手方向軸に垂直な中心軸を有する。
実施形態では、各力伝達装置４０３は、内部空洞４０７、外部空洞４０８及びチャネル４０９を含む空洞４０６を備えており、図１及び２の実施形態と同様に、チャネル４０９は、内部空洞４０７と外部空洞４０８を接続し、感圧装置４０１の中心縦軸に沿って実質的に中心に位置する。各チャネル４０９は、感圧装置４０１の長手方向軸に垂直な中心軸を有する。
【0021】
各力伝達装置の配置は、感圧装置４０１の長手方向軸に沿って対称であり、各力伝達装置４０３は、力伝達装置１０３と実質的に同様である。
図４に示すように、内部空洞４０６Ａ及び４０６Ｂは中心壁４１０を共有している。該中心壁は、実質的に剛性の材料の壁を含み、変形不能である。剛性材料は、プラスチック材料又はガラスのような代替材料を含み得る。
実施形態では、ダイヤフラム４０５Ａ及び４０５Ｂは、壁４１０の反対側に変形不能に取り付けられており、ダイヤフラム４０５Ａ及び４０５Ｂは、その上面にコーティングされた感圧材料４１１をそれぞれ備えている。上述したように、感圧材料４１１は量子トンネル材料を含む。
図４に示すように、内部空洞４０６Ａ及び４０６Ｂは中心壁４１０を共有している。該中心壁は、実質的に剛性の材料の壁を含み、変形不能である。剛性材料は、プラスチック材料又はガラスのような代替材料を含み得る。
実施形態では、ダイヤフラム４０５Ａ及び４０５Ｂは、壁４１０の反対側に変形不能に取り付けられており、ダイヤフラム４０５Ａ及び４０５Ｂは、その上面にコーティングされた感圧材料４１１をそれぞれ備えている。上述したように、感圧材料４１１は量子トンネル材料を含む。
【0022】
ダイヤフラム４０４Ａ及び４０４Ｂは変形可能であり、各々内部空洞４０７Ａ及び４０７Ｂに配置されている。感圧装置１０１と同様に、各ダイヤフラム４０４はその端に懸架され、空洞の側壁に密封されている。ダイヤフラム４０４Ａ及び４０４Ｂには、壁４１０に最も近い表面に検出電極４１２がそれぞれ設けられている。検出電極４１２は、図３に関して上述した検出電極３０１と実質的に同様である。しかしながら、本発明において代替的な検出電極が利用され得ることが理解できる。
【0023】
実施形態では、各空洞４０６は、その内部に力伝達流体を含んでおり、開口部４１４に弾性膜４１３が設けられている。再び、各弾性膜４１３Ａ及び４１３Ｂは、その端部でハウジング４０２の内壁に封止されている。
実施形態では、２つの力伝達装置が背中合わせに配置されているが、この配置は、力伝達装置が互いに独立して動作することを保証する。このようにして、力の付加に伴って記録された測定値を重ね合わせて、測定の合計値を増加させることができる。
実施形態では、２つの力伝達装置が背中合わせに配置されているが、この配置は、力伝達装置が互いに独立して動作することを保証する。このようにして、力の付加に伴って記録された測定値を重ね合わせて、測定の合計値を増加させることができる。
【0024】
（図５）
図５は、圧力５０１の適用後の感圧装置４０１の概略図を示す。実施形態では、圧力５０１は感圧装置４０１の第１の側面５０２に加えられる。
圧力５０１が加えられると、圧力５０１は弾性膜４１３Ａに作用し、該弾性膜は圧力が加えられた方向に変形する。内部空洞４０６Ａ内の力伝達流体は、したがって、外部空洞４０８Ａから内部空洞４０７Ａに流れ、これによってダイヤフラム４０４Ａが再び加えられた圧力５０１の方向に移動し、変形する。
ダイヤフラム４０４Ａの動きは検出電極４１２Ａを感圧材料４１１に接触させる。したがって、上述したのと実質的に同様の方法で、抵抗値の変化を測定することができる。
図５は、圧力５０１の適用後の感圧装置４０１の概略図を示す。実施形態では、圧力５０１は感圧装置４０１の第１の側面５０２に加えられる。
圧力５０１が加えられると、圧力５０１は弾性膜４１３Ａに作用し、該弾性膜は圧力が加えられた方向に変形する。内部空洞４０６Ａ内の力伝達流体は、したがって、外部空洞４０８Ａから内部空洞４０７Ａに流れ、これによってダイヤフラム４０４Ａが再び加えられた圧力５０１の方向に移動し、変形する。
ダイヤフラム４０４Ａの動きは検出電極４１２Ａを感圧材料４１１に接触させる。したがって、上述したのと実質的に同様の方法で、抵抗値の変化を測定することができる。
【0025】
（図６）
図６は、圧力６０１の適用後の感圧装置４０１の更なる概略図を示す。実施形態では、圧力６０１は感圧装置４０１の第２の側面６０２に加えられる。
圧力６０１が加えられると、圧力６０１は弾性膜４１３Ｂに作用し、該弾性膜は圧力が加えられた方向に変形する。内部空洞４０６Ｂ内の力伝達流体は、したがって、外部空洞４０８Ｂから内部空洞４０７Ｂに流れ、これによってダイヤフラム４０４Ｂが再び加えられた圧力６０１の方向に移動し、変形する。
図５の実施例と同様に、ダイヤフラム４０４Ｂの動きは検出電極４１２Ｂを感圧材料４１１Ｂに接触させる。これにより、抵抗値の変化を測定することができる。
図６は、圧力６０１の適用後の感圧装置４０１の更なる概略図を示す。実施形態では、圧力６０１は感圧装置４０１の第２の側面６０２に加えられる。
圧力６０１が加えられると、圧力６０１は弾性膜４１３Ｂに作用し、該弾性膜は圧力が加えられた方向に変形する。内部空洞４０６Ｂ内の力伝達流体は、したがって、外部空洞４０８Ｂから内部空洞４０７Ｂに流れ、これによってダイヤフラム４０４Ｂが再び加えられた圧力６０１の方向に移動し、変形する。
図５の実施例と同様に、ダイヤフラム４０４Ｂの動きは検出電極４１２Ｂを感圧材料４１１Ｂに接触させる。これにより、抵抗値の変化を測定することができる。
【0026】
（図７）
図７は、圧力５０１の適用後の感圧装置４０１の更に別の概略図を示す。この実施形態では、圧力７０１は、感圧装置４０１の第１及び第２の側面５０２及び６０２の両方に適用される。
圧力７０１が感圧装置４０１の両側から加えられると、圧力７０１は各弾性膜４１３に作用し、該各弾性膜は図５及び図６の変形と実質的に同様の方法で変形する。これにより、次に、各空洞内の力伝達流体がダイヤフラム４０４を移動させ、各側の検出電極４１２と感圧材料４１１を接触させることができる。
図７は、圧力５０１の適用後の感圧装置４０１の更に別の概略図を示す。この実施形態では、圧力７０１は、感圧装置４０１の第１及び第２の側面５０２及び６０２の両方に適用される。
圧力７０１が感圧装置４０１の両側から加えられると、圧力７０１は各弾性膜４１３に作用し、該各弾性膜は図５及び図６の変形と実質的に同様の方法で変形する。これにより、次に、各空洞内の力伝達流体がダイヤフラム４０４を移動させ、各側の検出電極４１２と感圧材料４１１を接触させることができる。
【0027】
再び、抵抗の変化を各力伝達装置４０３について測定することができる。式７０２に示すように、力伝達装置４０３Ａで測定された抵抗の変化がΔＲ403Aであり、力伝達装置４０３Ｂで測定された抵抗の変化がΔＲ４０３Ｂであれば、力感知装置４０１はΔＲ403A＋ΔＲ403Bの全抵抗変化を測定する。したがって、与えられた印加圧力に対して、感圧装置４０１は２倍の測定値を得る。これは、特に低い印加圧力の場合、検出感度を向上させることができる。
【0028】
実施形態では、チャネル４０９Ａ及び４０９Ｂは、力感知装置４０１の中心に沿って同じ軸に沿って配置されている。
圧力７０１が力感知装置４０１に加えられると、圧力が加えられる点は、弾性膜４１３Ａ又は４１３Ｂに沿った任意の点、又はその両方であり得る。しかし、力伝達流体のために、変形可能なダイヤフラム４０４のいずれか任意の点で受けた圧力値は等しく、加えられた圧力７０１に等しい。
更に、ダイヤフラム４０４は、ダイヤフラムに圧力が加えられる場所に関係なく、同じ点で変形する。これは、中央集中チャネル４０９によるものであり、ダイヤフラムが集中点で変形することを保証する。このようにして、実質的に同様な大きさの印加圧力について計算された異なる測定値が生じるのことを防ぐことができる。
圧力７０１が力感知装置４０１に加えられると、圧力が加えられる点は、弾性膜４１３Ａ又は４１３Ｂに沿った任意の点、又はその両方であり得る。しかし、力伝達流体のために、変形可能なダイヤフラム４０４のいずれか任意の点で受けた圧力値は等しく、加えられた圧力７０１に等しい。
更に、ダイヤフラム４０４は、ダイヤフラムに圧力が加えられる場所に関係なく、同じ点で変形する。これは、中央集中チャネル４０９によるものであり、ダイヤフラムが集中点で変形することを保証する。このようにして、実質的に同様な大きさの印加圧力について計算された異なる測定値が生じるのことを防ぐことができる。
【0029】
別の実施例では、力感知装置４０１の中心軸に沿って中央に対称的に分布している複数のチャンネルが設けられている。したがって、弾性膜の任意の点に圧力が加えられたとき。 この場合も、力伝達流体の流れにより、変形可能なダイヤフラムの各点で受け取られる圧力値は、加えられた力に等しくなる。
加えて、本実施形態における変形可能なダイヤフラムは、各チャネルに対応する複数の点で変形するが、変形可能なダイヤフラムが変形する位置は変化しない。再び、弾性膜上の代替点における力の印加によって計算された異なる測定値を回避する。
加えて、本実施形態における変形可能なダイヤフラムは、各チャネルに対応する複数の点で変形するが、変形可能なダイヤフラムが変形する位置は変化しない。再び、弾性膜上の代替点における力の印加によって計算された異なる測定値を回避する。
【0030】
（図８）
次に、図８を参照して、本発明に係る感圧装置８０１の第３の実施形態の断面図を説明する。
第３の実施例では、感圧装置８０１は薄膜圧力センサと考えることもできる。しかしながら、特許請求の範囲に記載された発明と実質的に同様の方法で動作する他の感圧装置は、求められる保護の範囲内にあることが理解できる。
次に、図８を参照して、本発明に係る感圧装置８０１の第３の実施形態の断面図を説明する。
第３の実施例では、感圧装置８０１は薄膜圧力センサと考えることもできる。しかしながら、特許請求の範囲に記載された発明と実質的に同様の方法で動作する他の感圧装置は、求められる保護の範囲内にあることが理解できる。
【0031】
感圧装置８０１は、ハウジング８０２を含み、該ハウジングは、ハウジング８０２によって画定される第１の力伝達装置８０３を含んでいる。感圧装置８０１は更に第１のダイヤフラム８０４と第２のダイヤフラム８０５を備える。
実施形態では、力伝達装置８０３は空洞８０６を備え、該空洞は、内部空洞８０７、外部空洞８０８及びチャネル８０９を含む。上記実施形態と同様に、チャネル８０９は、内部空洞８０７と外部空洞８０８を接続し、感圧装置８０１の中心縦軸に沿って実質的に中心に位置する。
本実施形態では、ダイヤフラム８０４は下部壁８１０に沿って配置されており、該下部壁は、実質的に可撓性であり、感圧装置８０１の中央長手方向軸線に対して垂直方向に変形可能に構成されている。したがって、ダイヤフラム８０４は、下部壁８１０に取り付けられて、使用時に下部壁８１０と共に変形する。
実施形態では、力伝達装置８０３は空洞８０６を備え、該空洞は、内部空洞８０７、外部空洞８０８及びチャネル８０９を含む。上記実施形態と同様に、チャネル８０９は、内部空洞８０７と外部空洞８０８を接続し、感圧装置８０１の中心縦軸に沿って実質的に中心に位置する。
本実施形態では、ダイヤフラム８０４は下部壁８１０に沿って配置されており、該下部壁は、実質的に可撓性であり、感圧装置８０１の中央長手方向軸線に対して垂直方向に変形可能に構成されている。したがって、ダイヤフラム８０４は、下部壁８１０に取り付けられて、使用時に下部壁８１０と共に変形する。
【0032】
実施形態では、ダイヤフラム８０５は変形不可能であり、内部空洞８０７の上部壁８１１に取り付けられている。
実施形態では、ダイヤフラム８０５には、その上面に塗布された感圧材料８１２が設けられている。上述のように、感圧材料８１２は量子トンネル材料を含む。ダイヤフラム８０５には、対照的に、検出電極８１３が設けられており、該検出電極は、検出電極３０１と実質的に同様であってもよい。
内部空洞８０７の上部壁８１１は、下部壁８１０に向かって突出する円弧状の断面を有している。これにより、ダイヤフラム８０４とダイヤフラム８０５が、図８の残りの構成において近接していることが保証される。
力感知装置８０１の残りの特徴は、空洞８０６内に力伝達流体を含めることと内部空洞８０６の開口部を横切って形成された弾性膜を含めて、上述のものと実質的に同様であることが理解できる。
実施形態では、ダイヤフラム８０５には、その上面に塗布された感圧材料８１２が設けられている。上述のように、感圧材料８１２は量子トンネル材料を含む。ダイヤフラム８０５には、対照的に、検出電極８１３が設けられており、該検出電極は、検出電極３０１と実質的に同様であってもよい。
内部空洞８０７の上部壁８１１は、下部壁８１０に向かって突出する円弧状の断面を有している。これにより、ダイヤフラム８０４とダイヤフラム８０５が、図８の残りの構成において近接していることが保証される。
力感知装置８０１の残りの特徴は、空洞８０６内に力伝達流体を含めることと内部空洞８０６の開口部を横切って形成された弾性膜を含めて、上述のものと実質的に同様であることが理解できる。
【0033】
（図９）
図９は、圧力適用後の感圧装置８０１の概略図である。
実施形態では、弾性膜９０３の上面９０２上に力９０１が加えられる。この力の印加は、例えば、ユーザからの圧力入力を必要とする電子装置に感圧装置が組み込まれている一実施形態では、ユーザの指からのものであり得る。
実施形態では、力９０１が上面９０２に加えられると、力９０１が弾性膜９０３に作用し、力伝達流体が外部空洞８０８から内部空洞８０７に流れる。
図９は、圧力適用後の感圧装置８０１の概略図である。
実施形態では、弾性膜９０３の上面９０２上に力９０１が加えられる。この力の印加は、例えば、ユーザからの圧力入力を必要とする電子装置に感圧装置が組み込まれている一実施形態では、ユーザの指からのものであり得る。
実施形態では、力９０１が上面９０２に加えられると、力９０１が弾性膜９０３に作用し、力伝達流体が外部空洞８０８から内部空洞８０７に流れる。
【0034】
したがって、外部空洞８０８の容積は減少し、その結果、内部空洞８０７の容積が増加する。下部壁８１０は、下部壁８１０が上部壁８１１から離れるように力伝達流体から圧力下で変形し、２つのダイヤフラム８０４及び８０５が互いに離れるように移動する。このプロセスの間、抵抗値は徐々に変化する。これにより、抵抗変化の測定を行うことができる。
下部壁８１０は、力伝達流体の重量を支持するのに十分な弾性強度を有し、加えられた外力がない場合、下部壁８１０は大きく変形しないことに留意されたい。
下部壁８１０は、力伝達流体の重量を支持するのに十分な弾性強度を有し、加えられた外力がない場合、下部壁８１０は大きく変形しないことに留意されたい。
【0035】
（図１０）
図１０は、本発明による感圧装置１００１の第４の実施形態の断面図である。
第４の実施形態では、感圧装置１００１は、再び、薄膜圧力センサと考えることができる。しかしながら、特許請求の範囲に記載された発明と実質的に同様の方法で動作する他の感圧装置は、求められる保護の範囲内にあることが理解できる。
図１０は、本発明による感圧装置１００１の第４の実施形態の断面図である。
第４の実施形態では、感圧装置１００１は、再び、薄膜圧力センサと考えることができる。しかしながら、特許請求の範囲に記載された発明と実質的に同様の方法で動作する他の感圧装置は、求められる保護の範囲内にあることが理解できる。
【0036】
感圧装置１００１は、ハウジング１００２を含み、該ハウジングによって画定される第１の力伝達装置１００３Ａと同様に該ハウジング１００２によって画定される第２の力伝達装置１００３Ｂを含んでいる。感圧装置１００１は、更に、第１のダイヤフラム１００４Ａ、第２のダイヤフラム１００５Ａ、第３のダイヤフラム１００４Ｂ及び第４のダイヤフラム１００５Ｂを含んでいる。
実施形態では、各力伝達装置１００３は空洞１００６が備えられており、該空洞は、内部空洞１００７、外部空洞１００８及びチャネル１００９を含んでいる。上記実施形態のように、チャネル１００９は、内部空洞１００７と外部空洞１００８を接続し、感圧装置１００１の中心縦軸に沿って実質的に中心に位置する。各チャネル１００９は、感圧装置１００１の長手方向軸に垂直な中心軸を有する。
実施形態では、各力伝達装置１００３は空洞１００６が備えられており、該空洞は、内部空洞１００７、外部空洞１００８及びチャネル１００９を含んでいる。上記実施形態のように、チャネル１００９は、内部空洞１００７と外部空洞１００８を接続し、感圧装置１００１の中心縦軸に沿って実質的に中心に位置する。各チャネル１００９は、感圧装置１００１の長手方向軸に垂直な中心軸を有する。
【0037】
各力伝達装置の配置は、感圧装置１００１の長手方向軸に沿って対称であり、各力伝達装置１００３は、力伝達装置１００３と実質的に同様であり、感圧装置１００１の長手方向軸線に対して垂直方向に移動するように構成されている中央壁１０１０を共有している。
図１０に示すように、内部空洞１００６Ａ及び１００６Ｂは、実質的に可撓性であり、力感知装置１００１の長手方向軸線に対して垂直方向に移動するように構成されている。
本実施形態では、ダイヤフラム１００４Ａ及び１００４Ｂは変形可能であり、中心壁１０１０の対応する側面に取り付けられている。ダイヤフラム１００４Ａおよび１００４Ｂはそれぞれ、それらの上面にコーティングされた感圧材料１０１１を備えている。上述のように、感圧材料１０１１は、量子トンネル材料を含む。
図１０に示すように、内部空洞１００６Ａ及び１００６Ｂは、実質的に可撓性であり、力感知装置１００１の長手方向軸線に対して垂直方向に移動するように構成されている。
本実施形態では、ダイヤフラム１００４Ａ及び１００４Ｂは変形可能であり、中心壁１０１０の対応する側面に取り付けられている。ダイヤフラム１００４Ａおよび１００４Ｂはそれぞれ、それらの上面にコーティングされた感圧材料１０１１を備えている。上述のように、感圧材料１０１１は、量子トンネル材料を含む。
【0038】
実施形態では、ダイヤフラム１００５Ａおよび１００５Ｂは変形不能であり、内部空洞１００７の上部壁１０１２に取り付けられている。各ダイアフラム１００５には検出電極１０１３が設けられており、検出電極１０１３は、いずれの場合も、前述の検出電極３０１と実質的に同様であり得る。
実施形態では、各空洞４０６は、その内部に力伝達流体を含んでおり、開口１０１５に弾性膜１０１４が設けられている。この場合も、各弾性膜１００４Ａ，１００４Ｂは、その端部がハウジング１００２の内壁に封止されている
本実施形態では、２つの力伝達装置が背中合わせに配置されているが、下部壁１０１０は実質的に可撓性であるため、実施形態における２つの空洞１００６Ａ及び１００６Ｂは協働して変形することができる
実施形態では、各空洞４０６は、その内部に力伝達流体を含んでおり、開口１０１５に弾性膜１０１４が設けられている。この場合も、各弾性膜１００４Ａ，１００４Ｂは、その端部がハウジング１００２の内壁に封止されている
本実施形態では、２つの力伝達装置が背中合わせに配置されているが、下部壁１０１０は実質的に可撓性であるため、実施形態における２つの空洞１００６Ａ及び１００６Ｂは協働して変形することができる
【0039】
（図１１）
図１１は、圧力適用後の感圧装置１００１の概略図である。実施形態では、感圧装置１００１の側面１１０２に圧力１１０１が加えられる。
圧力１１０１を加えると、圧力１１０１は、圧力が加えられる方向に変形する弾性膜１０１４Ａに作用する。したがって、空洞１００６Ａ内の力伝達流体は外部空洞１００８Ａから内部空洞１００７Ａに流れる。このように、外部空洞１００８Ａの容積は内部空洞１００７Ａの容積が増加する間に減少し、その結果、中央壁１０１０は印加力の方向に凸状に変形する。したがって、壁１０１０は壁１０１２Ａから離れるので、力伝達装置１００３Ａで測定される抵抗値は徐々に変化する。
図１１は、圧力適用後の感圧装置１００１の概略図である。実施形態では、感圧装置１００１の側面１１０２に圧力１１０１が加えられる。
圧力１１０１を加えると、圧力１１０１は、圧力が加えられる方向に変形する弾性膜１０１４Ａに作用する。したがって、空洞１００６Ａ内の力伝達流体は外部空洞１００８Ａから内部空洞１００７Ａに流れる。このように、外部空洞１００８Ａの容積は内部空洞１００７Ａの容積が増加する間に減少し、その結果、中央壁１０１０は印加力の方向に凸状に変形する。したがって、壁１０１０は壁１０１２Ａから離れるので、力伝達装置１００３Ａで測定される抵抗値は徐々に変化する。
【0040】
更に、壁１０１０は内部空洞１００７Ｂ内の力伝達流体を圧縮するので、力伝達流体は内部空洞１００７Ｂから外部空洞１００８Ｂに流れる。これにより、外部空洞１００８Ｂの容積が増加し、弾性膜１０１４Ｂが印加力の方向に変形する。このプロセスの間、中央壁１０１０と壁１０１２Ｂは密着されるので、感圧材料１０１１Ｂと検出電極１０１３Ｂは接触する。このようにして、力伝達装置１００３Ｂで測定される抵抗値は徐々に変化する。
【0041】
したがって、抵抗の変化を測定することができる。式１１０３に示すように、力伝達装置１００３Ａで測定された抵抗変化がΔＲ１１０３Ａであり、力伝達装置１００３Ｂで測定された抵抗変化がΔＲ1103Bならば、感圧装置１００１は、ΔＲ1103A＋ΔＲ1103Bの全抵抗変化を測定する。
したがって、与えられた印加圧力に対して、感圧装置１００１は、力感知装置の一方の側に単一の力を加えると、測定された値の２倍を得る。これにより、特に低い印加圧力の場合、検出感度を向上させることができる
したがって、与えられた印加圧力に対して、感圧装置１００１は、力感知装置の一方の側に単一の力を加えると、測定された値の２倍を得る。これにより、特に低い印加圧力の場合、検出感度を向上させることができる
【0042】
外力又は圧力が力感知装置１００１の反対側に適用される場合、実質的に同様の出力が達成されることが理解できる。
本発明は、力伝達流体を含む力感知装置すなわち感圧装置を提供する。この感圧装置の主要な原理は、圧力の流体の吸収及び分散を利用して、外部圧力の均一な伝達の効果を達成することである。これは、異なる点に圧力が加えられることによる不均一な圧力の伝導及び不正確な測定値で経験される問題が確実に低減する。
本発明は、力伝達流体を含む力感知装置すなわち感圧装置を提供する。この感圧装置の主要な原理は、圧力の流体の吸収及び分散を利用して、外部圧力の均一な伝達の効果を達成することである。これは、異なる点に圧力が加えられることによる不均一な圧力の伝導及び不正確な測定値で経験される問題が確実に低減する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【国際調査報告】