JP2863281B2

JP2863281B2 - 接触圧センサ

Info

Publication number: JP2863281B2
Application number: JP18025990A
Authority: JP
Inventors: 親男原田; 紀夫河村; 隆二中嶋; 有裕高橋; 敏正山崎; 正伸安井; 達志近藤
Original assignee: NIPPON KOORIN KK
Current assignee: NIPPON KOORIN KK
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1999-03-03
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JPH0467839A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は被測定圧を発生する対象物に押圧されて、そ
の対象物との間の接触圧を検出する為に用いられる脈波
センサに関するものである。

従来の技術被測定圧を生じる対象物が押圧されて、その対象物と
の間の接触圧を検出する接触圧センサが提案されてい
る。たとえば、生体の皮膚直下の動脈に発生する圧脈波
を非観血的に検出するためにその動脈の真上を皮膚上か
ら押圧する際に用いられる脈波センサがそれであり、本
出願人が先に出願した特開平１−151106号や特願平２−
41050号に記載されている。生体の動脈内において周期
的に発生する圧力変動波、すなわち圧脈波は血圧値だけ
でなく循環器の作動状態を反映していることから、血圧
値の測定あるいは循環器の診断などのために生体動脈内
の圧脈波を非観血的に検出することが望まれるため、上
記のような接触圧センサが用いられるのである。このよ
うな形式の接触圧センサにおいては、通常、生体に装着
されるハウジング内に設けられ、表面に圧力検出素子が
配設された半導体チップと、その半導体チップを裏面か
ら支持するスペーサ部材と、そのスペーサ部材が固定さ
れる基板とを備え、上記半導体チップの表面が生体の表
皮下に存在する動脈に向かって押圧され、動脈内の圧力
振動である圧脈波が検出されるようになっている。

発明が解決すべき課題ところで、上記のような従来の接触圧センサでは、半
導体チップと基板との間は可撓性シートに支持された複
数本の箔状配線、すなわちフレキシブルフラットケーブ
ル（FFC）により接続される。この場合、半導体チップ
の表面に配列されているバンプと基板上の所定の接続端
子のフレキシブルフラットケーブルは、それらバンブと
接続端子とを結ぶ斜めの線に沿った状態とされる。しか
し、圧脈波検出中における皮膚からの押圧反力が上記フ
レキシブルフラットケーブルに作用したり、或いは温度
変化による基板の反りやフレキシブルフラットケーブル
自体の収縮が発生すると、そのフレキシブルフラットケ
ーブルの一端が接続されている半導体チップに直接応力
が伝達されて半導体チップに歪が発生し、圧力検出が不
正確となって精度が低下する不都合があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであ
り、その目的とするところは、皮膚からの押圧反力が加
えられたり、或いは温度変化があったとしても、測定精
度が影響されない脈波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かかる目的を達成するための本発明の要旨とするとこ
ろは、表面に圧力検出素子が配設された半導体チップ
と、その半導体チップを裏面から支持するスペーサ部材
と、そのスペーサ部材が固定される基板とを備え、前記
半導体チップの表面が被測定圧を発生する対象物に向か
って押圧されて接触圧力を検出するための接触圧センサ
において、前記半導体チップの表面に設けられた接続端
子と前記基板との間を、前記スペーサ部材の側壁面に沿
った状態で該基板から立ち上がるフレキシブルフラット
ケーブルを用いて接続したことにある。

作用および発明の効果このようにすれば、フレキシブルフラットケーブルが
スペーサ部材の側壁面に沿って基板から立ち上がった状
態で配設されているので、皮膚からの押圧反力がフレキ
シブルフラットケーブルに作用することが殆ど解消され
る。また、温度変化による基板の反りやフレキシブルフ
ラットケーブル自体の収縮が発生しても、フレキシブル
フラットケーブルがバンプと接続端子とを結ぶ斜めの最
短距離を示す斜めの線に沿っておらず、張力を伝達でき
ない状態となっているので、フレキシブルフラットケー
ブルの一端が接続されている半導体チップに応力が伝達
されない。したがって、皮膚からの押圧反力が加えられ
たり、或いは温度変化があったとしても、半導体チップ
に歪が発生することが防止されるので、測定精度が影響
されず、圧脈波が正確に測定されるのである。

実施例以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第２図および第３図は本発明が適用された脈波検出用
プローブの一例を示す図であって、10はハウジングであ
る。ハウジング10は、全体として容器状を成し、後述の
手首34側において開口する第１ハウジング12と、ピン14
により第１ハウジング12に回動可能に連結された第２ハ
ウジング16とから構成されている。第１ハウジング12内
には、容器状を成し、手首34側において開口するケーシ
ング18が、それに一体的に設けられた一対のアーム部2
0,22において、図示しない送りねじおよび案内ロッドに
より第２図および第３図中左右方向の移動可能に設けら
れている。また、第１ハウジング12内には、図示はしな
いが、前記送りねじの第２ハウジング16側に位置する端
部と作動的に連結する減速ギヤユニットが設けられてお
り、その減速ギヤユニットは第２ハウジング16内に設け
られた図示しない電動モータの出力軸と可撓性カップリ
ング（図示せず）を介して作動的に連結されている。こ
れにより、第１ハウジング12および第２ハウジング16間
の回動角度に拘わらず、電動モータの駆動力が減速ギヤ
ユニットを介して送りねじへ伝達されるようになってい
る。

上記ケーシング18内にはダイヤフラム24が設けられて
おり、これにより、ケーシング18内の底部側に圧力室
（図示せず）が形成されている。ダイヤフラム24の前記
圧力室側と反対側の面には、押圧面26にたとえば複数の
感圧素子28がケーシング18の移動方向に沿って配列され
た脈波センサ30が固着されており、脈波センサ30は、前
記圧力室内の圧力に応じてケーシング18および第１ハウ
ジング12内から突き出されるようになっている。

上記第１ハウジング12にはバンド32が一端部において
取り着けられており、ハウジング10をたとえば手首34の
表面上に配設し、その手首34を巻回したバンド32の他端
部側をファスナ36を介して第１ハウジング12の底部外面
に係止することにより、ハウジング10が手首34の表面に
装着されるようになっている。このとき、脈波センサ30
の感圧素子28の配列方向は、手首34の皮膚直下にある橈
骨動脈35と略直交する方向に位置している。そして、図
示しない制御装置により、前記圧力室の圧力を図示しな
い調圧装置を介して調節するとともに前記電動モータを
駆動し、脈波センサ30を動脈上に位置決めして最適感圧
素子をおよび最適押圧力を決定した後、その最適押圧力
において最適感圧素子から出力された脈波信号に基づい
て脈波が検出されるようになっている。なお、第１ハウ
ジング12の開口側の端面には、長手状を成す一対のスポ
ンジ38,40が固着されており、第１ハウジング12はスポ
ンジ38,40において手首34の表面に接触させられるよう
になっている。スポンジ38,40の手首34との接触面に
は、両面粘着シート42,44がそれぞれ固着されている。
これにより、第１ハウジング12は両面粘着シート42,44
の粘着力に基づいて手首34の表面に固着されるようにな
っている。

第４図に詳しく示すように、上記脈波センサ30は、前
記ダイヤフラム24の中央部に固定されるプラスチック製
のセンサヘッドケース50と、回路膜52が一面に固着さ
れ、他面において接着層54を介してこのセンサヘッドケ
ース50の中央凹部内に固定されるセラミック製の板部材
56と、この板部材56の中央部に固定された直方体状のス
ペーサ58と、このスペーサ58に接着されたセンサチップ
60と、回路膜52やその接続部分を保護するためにセンサ
ヘッドケース50に接着された金属製の保護プレート62な
どを備えている。上記スペーサ58は、電気的絶縁体とし
て取り扱われ得るように少なくとも表面が絶縁処理され
た物質、たとえばプラスチックやアルマイト処理された
アルミニウムが用いられる。上記回路膜52が固着された
板部材56は、センサチップ60から外部の測定装置本体に
至る電気的接続の中継回路であり、必要に応じてマルチ
プレクサ、プリアンプ、レギュレータなどの能動素子が
設けられると同時に、センサチップ60を機械的に支持す
るための部材としても機能しているものであり、請求の
範囲の基板に対応している。

上記センサチップ60は、第５図の斜視図に示すよう
に、ガラスなどの比較的剛性の高いバックアップ板64
と、このバックアップ板64の一面に接着されたシリコン
単結晶板等から成る半導体チップ66とから構成されてい
る。スペーサとしても機能する上記バックアップ板64に
は、スペーサ58および板部材56の中央穴（図示せず）を
通して半導体チップ66の裏面（非押圧側の面）に大気圧
を導くための図示しない２本の貫通穴が設けられてい
る。上記半導体チップ66は、300ミクロン程度の厚みを
備えており、その裏面に図示しない長手状の凹陥部が形
成されることにより、厚みが数乃至十数ミクロンの薄肉
部68が長手状に形成されている。この薄肉部68には、た
とえば本出願人が先に出願した特開平２−2293号の明細
書および図面に記載されているように、不純物の拡散あ
るいは注入などの良く知られた半導体製造手法を用いて
形成された４つの歪抵抗素子を有するブリッジから成
り、接触圧を検知するための複数の感圧素子70が一方向
に沿って所定間隔毎に配列されている。脈波センサ30
は、これら感圧素子70が動脈35の真上に位置し且つそれ
らの配列方向が動脈35と直交する姿勢で生体の皮膚に押
圧され、これにより、各感圧素子70からは、薄肉部66に
加えられた歪に対応した電気信号、すなわち感圧素子70
に作用する圧力変動である前記圧脈波を表す脈波信号が
出力される。

第１図に更に詳しく示すように、前記半導体チップ66
の表面に設けられた複数の端子（バンプ）76と板部材56
の一面に設けられた回路膜52の複数の端子78とは、銅箔
から所定の間隔に形成された多数本の導体80がたとえば
ポリイミドのような樹脂フィルム82により支持されてい
る可撓性を備えた所謂フレキシブルフラットケーブル84
により接続されている。このフレキシブルフラットケー
ブル84は、両端部において導体80を露出させるために樹
脂フィルム82が除去されているだけでなく、折曲げ性を
高めるために中間部においても除去されている。そし
て、このフレキシブルフラットケーブル84は、中間部に
おいて略直角に折り曲げられており、折り曲げられた部
分を境にして一方が板部材56の表面に沿い且つ他方がス
ペーサ58の側壁面に沿った姿勢とされ、その両端部が半
導体チップ66の端子76および回路膜52の端子78にそれぞ
れ半田接着されている。すなわち、フレキシブルフラッ
トケーブル84は、スペーサ58の側壁面に沿って、板部材
56から垂直に立ち上がった状態で配設されているのであ
る。

そして、スペーサ58の周囲であって板部材56の上面に
は、フレキシブルフラットケーブル84の一部と重ねた状
態でアイソレーションシール86が設けられるとともに、
端子78の一部の接地端子と保護プレート62とは導電製ゴ
ム片88により接続されている。また、センサチップ60の
上面はシリコンゴム90により薄く塗布されているととも
に、スペーサ58の周囲には、シリコンゴム90が充填され
ており、センサチップ60の周囲に保護プレート62の表面
に続く傾斜面が形成されている。上記センサチップ60の
上面のシリコンゴム層に重ねて薄い黒色導電性ゴム層92
が形成されている。さらに、保護プレート62の表面に
は、絶縁のための樹脂製アイソレーションシール層94が
塗布されている。なお、96はセンサチップ60とスペーサ
58との間の接着層であり、98は保護プレート62とセンサ
ヘッドケース50との間の接着層である。接着層には、紫
外線硬化樹脂が好適に用いられる。

以上のように構成された脈波センサ30では、フレキシ
ブルフラットケーブルがスペーサ58の側壁面に沿って板
部材56から垂直に立ち上がった状態で配設されているの
で、皮膚からの押圧反力がフレキシブルフラットケーブ
ル84に作用することが殆ど解消される。また、温度変化
による板部材56の反りやフレキシブルフラットケーブル
84自体の収縮が発生しても、フレキシブルフラットケー
ブル84がバンプ76と接続端子78とを結ぶ斜めの最短距離
を示す斜めの線に沿っておらず、張力を伝達できない状
態となっているので、フレキシブルフラットケーブル84
の一端が接続されている半導体チップ66に応力が伝達さ
れない。したがって、皮膚からの押圧反力が加えられた
り、或いは温度変化があったとしても、半導体チップ66
に歪が発生することが防止されるので、測定精度が影響
されず、圧脈波が正確に測定されるのである。

また、本実施例によれば、半導体チップ66が遮光層と
して機能する黒色導電性ゴム層92により覆われているの
で、半導体チップ66の薄肉部68に設けられた感圧素子70
に対する光の影響が解消され、測定精度が大幅に高めら
れるとともに、黒色導電性ゴム層92によって静電気の影
響が抑制される。

また、本実施例によれば、保護プレート62が接地され
ていることからガードリング機能が備えられており、た
とえば電気メスなどによる高周波ノイズによる影響を好
適に抑制することができる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明した
が、本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例において、半導体チップ66に
は、複数の感圧素子70が設けられていたが、１個であっ
てもよいのである。

また、前述の実施例のフレキシブルフラットケーブル
84には、板部材56と平行な部分が設けられていたが、回
路膜52から直接に立ち上げられていてもよいのであり、
また、若干傾斜して略垂直に立ち上げられても一応の効
果が得られるのである。

また、前述の実施例では、板部材56の一面に回路膜52
が固着されることにより基板が構成されていたが、一面
に厚膜導体が配線されたセラミック板などであってもよ
いのである。

また、前述の実施例では、感圧素子70が長手状の薄肉
部68に所定間隔毎に設けられていたが、個々の独立した
凹陥部の薄肉部に感圧素子が設けられてもよいのであ
る。

また、前述の半導体チップ66にはシリコン単結晶板が
用いられていたが、ガリウム−砒素などの化合物半導体
の単結晶板が用いられてもよい。

また、前述の実施例では、感圧素子70は半導体歪抵抗
素子を有して構成されているが、感圧ダイオードや感圧
トランジスタなどにて構成されてもよい。

また、前述の実施例は、橈骨動脈35の脈波を検出する
ための手首34に装着される形式の脈波検出用プロープに
ついて説明されていたが、頚動脈や足背動脈に対して適
用されるものであってもよいのである。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であ
り、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変更が加
えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第４図の脈波センサをさらに拡大して示す図
である。第２図は本発明の脈波センサを含む脈波検出用
プロープの装着状態を示す図である。第３図は第２図の
脈波検出用プロープを手首側から見た図である。第４図
は、第２図および第３図の脈波検出用プローブ内に備え
られた脈波センサの構成を説明する断面図である。第５
図は、第４図のセンサチップの構成を説明する斜視図で
ある。 30:脈波センサ（接触圧センサ） 35:橈骨動脈 52:回路膜（基板） 56:板部材（基板） 58:スペーサ 66:半導体チップ 84:フレキシブルフラットケーブル

フロントページの続き (72)発明者高橋有裕愛知県小牧市林2007番１コーリン電子株式会社内 (72)発明者山崎敏正愛知県小牧市林2007番１コーリン電子株式会社内 (72)発明者安井正伸愛知県小牧市林2007番１コーリン電子株式会社内 (72)発明者近藤達志愛知県小牧市林2007番１コーリン電子株式会社内 (56)参考文献特開平３−15440（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−293424（ＪＰ，Ａ) 特開平３−258235（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−72903（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−141407（ＪＰ，Ｕ) 特表平１−501210（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 5/0245

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に圧力検出素子が配設された半導体チ
ップと、該半導体チップを裏面から支持するスペーサ部
材と、該スペーサ部材が固定される基板とを備え、前記
半導体チップの表面が被測定圧を発生する対象物に向か
って押圧されて接触圧力を検出するための接触圧センサ
において、前記半導体チップの表面に設けられた接続端子と前記基
板との間を、前記スペーサ部材の側壁面に沿った状態で
該基板から立ち上がるフレキシブルフラットケーブルを
用いて接続したことを特徴とする接触圧センサ。