JP5704803B2 - 圧力センサ - Google Patents
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巻線形状の配線パターンにより第1コイルを形成してある第1基板と、巻線形状の配線パターンにより第2コイルを形成してある第2基板と、前記第1及び第2の基板の間に介在し両基板を近接させようとする押圧力によって圧縮変形し両基板間の距離が変動し得る弾性体層と、前記第1及び第2のコイルを直列接続して一つの感圧コイルとするジャンパ部を備え、全体の厚さが0.5mm〜2mmの範囲にある感圧素子及び、
該感圧素子の前記第1及び第2の基板に形成した第1及び第2のコイル間距離の変動による前記感圧コイルのインダクタンスの変化から前記押圧力を検出する検出回路を含み、
該検出回路は前記インダクタンスの変化を発振周波数の変化によって検出するLC発振回路である圧力センサ。
この場合、前記第1及び第2のコイルのうち少なくとも一方は該積層基板の各層にそれぞれ形成された複数の配線パターンを連結して形成したものとすることができる。
このような構成とすることで、前記コイルの巻数を多くして感圧コイルのインダクタンスを大きくすることができる。つまり、それだけ測定感度を向上させることができる。積層基板による配線パターンの多層化は既存の製造技術によって実現可能であり、極めて精度の高い感圧コイルを容易に形成することができる。
このような硬質基板として、機械的強度に優れ、耐熱性に優れる、ガラスエポキシ基板として知られているものを例示できる。このような硬質基板の採用により、製造コストを抑えながら十分な機械的強度を得ることができ、信頼性を高めることができる。
硬質基板としてはこのほか、セラミック基板、コンポジット基板も例示できる。
基板がフレキシブル基板である場合には、基板の柔軟性が向上するので、外力による破損を抑えて押圧力を検出することができる。また、フレキシブル基板の基材としてフィルム状のものを例示できるが、かかるフィルムはソリッド基板に比べて薄いので、それだけ狭い隙間における押圧力を測定するのに適している。フレキシブル基板の基材としては、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム等を例示できる。これらは耐食性に富み、特にポリイミドフィルムの方が耐熱性に優れている。
検出回路は、第1又は第2の基板にまとめて形成しても、第1及び第2の基板に分散して形成してあっても、さらには、基板外に形成してあってもよい。
検出回路を感圧素子とまとめて基板に形成すれば、圧力センサの小型化を図ることができる。しかし、検出回路は感圧素子と配線によって電気的に接続された別の基板等に形成してもよい。
しかし、例えば、複数の感圧コイルはスイッチ切換部を介して一つの検出回路に接続することもできる。この場合、圧力センサ製造コストの削減と、圧力センサの小型化の点では都合がよい。
いずれにしても、このようなパターン形成により、狭い領域により多くの巻数のコイルL1、L2を形成することができ、本実施形態の場合、コイルL1、L2はそれぞれ10ターンの巻線を形成したものである。
L=K×20×20×a×a/(t+d1) ・・・・・式(1)
9a〜9cは直列接続されたインバータ(NOT回路)であり、抵抗R11と同軸ケーブルGa を介して出力部Oに接続されている。一連のインバータ9a〜9cのうち、最初のインバータ9aには感圧コイルLが抵抗R12を介してループ状に接続されており、感圧コイルLの両端には一方が接地されたコンデンサC1、C2がそれぞれ接続されている。このように構成されたコルピッツ型発振回路は下記の式(2)に示すように、周波数fOの交流信号を発振する。式(2)において、値C1、C2はコンデンサC1、C2の値を表わしている。
fO=1/√((C1×C2)×L/(C1+C2)) ・・・式(2)
L’=Ra X Rc X C ・・・・式(3)
このようなフレキシブル基板は例えばポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム等のフィルムから得ることができる。フレキシブル基板の厚みとしては、一般的に言えば、12μm〜1.6mm程度を例示できる。
本例では各フレキシブル基板は厚み50μmのポリエステルフィルムからなっている。
2、20、21 感圧素子
3 検出回路
3a ブリッジ回路
3b 調整回路
4、4’、40 第1基板
5、5’、50 第2基板
6、60 弾性体層
7,7’ ジャンパ部
F 押圧力
L、L’ 感圧コイル
L1,L1’ 第1コイル
L2,L2’ 第2コイル
Claims (8)
- 巻線形状の配線パターンにより第1コイルを形成してある第1基板と、巻線形状の配線パターンにより第2コイルを形成してある第2基板と、前記第1及び第2の基板の間に介在し両基板を近接させようとする押圧力によって圧縮変形し両基板間の距離が変動し得る弾性体層と、前記第1及び第2のコイルを直列接続して一つの感圧コイルとするジャンパ部を備え、全体の厚さが0.5mm〜2mmの範囲にある感圧素子及び
該感圧素子の前記第1及び第2の基板に形成した第1及び第2のコイル間距離の変動による前記感圧コイルのインダクタンスの変化から前記押圧力を検出する検出回路を含み、
該検出回路は前記インダクタンスの変化を発振周波数の変化によって検出するLC発振回路であることを特徴とする圧力センサ。 - 前記第1及び第2の基板のうち少なくとも一方は前記配線パターンを各層に形成してある積層基板であり、前記第1及び第2のコイルのうち少なくとも一方は該積層基板の各層にそれぞれ形成された複数の配線パターンを連結して形成したものである請求項1記載の圧力センサ。
- 前記ジャンパ部は圧縮変形し得る前記弾性体層の外側に配置してある請求項1又は2記載の圧力センサ。
- 前記弾性体層はブチルゴム層及び弾性シリコン樹脂層から選ばれた弾性体層である請求項1から3のいずれか1項に記載の圧力センサ。
- 前記第1及び第2の基板のうち少なくとも一方はフレキシブル基板である請求項1から4のいずれか1項に記載の圧力センサ。
- 前記第1及び第2の基板のうち少なくとも一方は硬質基板である請求項1から5のいずれか1項に記載の圧力センサ。
- 感圧素子として、請求項1〜6のいずれか1項に記載の感圧素子の複数個が平面上に碁盤目状又はハニカム状に配列された複合感圧素子が採用されている圧力センサ。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載の圧力センサを複数個含むとともに、該複数個の圧力センサの感圧素子部分が平面上に碁盤目状又はハニカム状に配列されている複合圧力センサ。
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