JPH071211B2 - 圧電型圧力分布センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数個の圧電素子をマトリクス状に配置して
接触圧力分布を検出する圧電型圧力分布センサに関し、
特に、電磁波シールド構造が備えられたものに関する。

〔従来の技術〕

第２図に、従来の圧電型圧力分布センサの概略構成を部
分切欠側面断面図で示す。

圧電型圧力分布センサでは、絶縁性材料よりなるベース
部材１上に、複数個の圧電素子２がマトリクス状に配置
されて圧電素子群が構成されている。また、ベース部材
１の周縁部には、圧電素子群を囲むように上方に突出さ
れた導電性フレーム３が取付けられている。フレーム３
の上方開口部には、可撓性の加圧シート４が配置されて
いる。加圧シート４は、圧電素子群の各圧電素子２の上
端面を押圧し得るように可撓性を有する材料で構成され
ており、かつその周縁部がフレーム３に固定されてい
る。

上記の構造では、ベース部材１上に配置された複数個の
圧電素子２の上部両端に設けられた電極（図示せず）間
の電位差を測定することにより、加圧シート４を介して
各圧電素子２に加えられた圧力を算出し、それに基づい
て圧力分布を知ることが可能とされている。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕

上述した圧力分布センサでは、周囲が導電性のフレーム
３で覆われているものの、圧電素子群を構成する複数個
の圧電素子２の上方の電磁波シールドは十分に行われて
いない。従って、周囲の電磁波ノイズにより影響を受
け、測定精度が低下することがあった。

よって、本発明の目的は、電磁波誘導ノイズの影響を効
果的に防止することが可能な構造を備えており、それに
よって圧力分布を正確に測定し得る圧電型圧力分布セン
サを提供することにある。

〔技術的課題を解決するための手段〕

本発明の圧電型圧力分布センサでは、ベース部材上にマ
トリクス状に複数個の圧電素子が配置されて圧電素子群
が構成されている。この圧電素子群の上方には、可撓性
を有する材料よりなる加圧シートが配置されている。そ
して、圧電素子群及び加圧シートは、ベース部材とケー
ス蓋とからなるケースに収納されている。このケース蓋
には、加圧シートのうち、圧電素子群の上端面と表裏対
向するシート領域を露出させる開口が形成されている。

上記ベース部材及びケース蓋のそれぞれの少なくとも一
方面が導電性表面を有するように構成されており、かつ
加圧シートの下面のうち少なくとも上記開口に露出され
る領域の裏面部分全域にアース電極が形成されている。
このアース電極は、ケース蓋の上記導電性表面と電気的
に接続されている。。

〔作用〕

加圧シートの下面のうち、少なくともケース蓋の開口に
露出される領域の裏面部分全域にアース電極が形成され
ており、このアース電極がケース蓋の導電性表面に電気
的に接続されているので、内部の圧電素子群及びその他
の電子部品や配線パターンが確実に電磁シールドされ
る。従って、電磁誘導ノイズの測定への影響を効果的に
抑制することが可能とされている。

〔実施例の説明〕

第３図は、本発明の一実施例の概略斜視図である。本実
施例の圧電型圧力分布センサ10は、ステンレス等の導電
性材料よりなるケース蓋11内に構成されている。ケース
蓋11は、導電性材料ではなく、絶縁性材料で構成されて
いてもよく、その場合には内表面または外表面に導電膜
を全面に形成し、少なくとも一方面が導電性表面を有す
るように構成する必要がある。

ケース蓋11には、矩形の開口11aが形成されている。後
述するように、開口11a内に露出している部分が被測定
物に当接され、その圧力分布が検出される。

上記実施例の内部の構造を、第４図の分解斜視図及び第
１図の断面図を参照して説明する。

本実施例のセンサのケースは、上述したケース蓋11と、
ベース部材12とにより構成されている。ベース部材12
は、ステンレス等の金属材料よりなる。このベース部材
12についても、ケース蓋11と同様に絶縁性材料により構
成してもよい。もっとも、絶縁性材料で構成する場合に
は、ベース部材12の内表面または外表面に導電膜を形成
し、一方面が導電性表面となるように構成する必要があ
る。

ベース部材12上には、上方に突出された位置決めピン12
a,12bが形成されている。位置決めピン12a,12bは、ベー
ス部材12上に載置される後述の各部材の位置決めを果た
すために設けられている。

ベース部材12のコーナ部分には、上方に突出した矩形の
突出部12c〜12fが形成されている。突出部12c〜12fの側
面には、ねじ孔13が形成されている。ねじ孔13は、ベー
ス部材12上に各部材を収納し、ケース蓋11を被せた状態
へ、ケース蓋11をベース部材12にねじ14により固定する
ために設けられている。

ベース部材12の直上には、フレキシブル基板15が載置さ
れている。フレキシブル基板15には、位置決めピン12a,
12bに挿通される位置決め孔15a,15bが形成されている。

また、第４図では正確には図示しないないが、フレキシ
ブル基板15の上面には、所定の配線パターン16（第１図
参照）が形成されており、想像線Ａで示す部分にチップ
型コンデンサが載置され、想像線Ｂで示す部分にFETが
搭載される。さらに、想像線Ｃで示す４個の矩形領域に
は後述する圧電素子が載置される。そして、圧電素子の
下端面に形成された電極と、フレキシブル基板15上の配
線パターン16とが電気的に接続されるように構成されて
いる。

他方、第１図に示すように、フレキシブル基板15の下面
には、全面にアース電極17が形成されており、該アース
電極17はスルーホール18によりフレキシブル基板15の上
面側の接続電極19と電気的に接続されている。

第４図に戻り、20はケーブルを示し、フレキシブル基板
15に設けられた入出力パッドに接続される。

フレキシブル基板15上には、平面形状が矩形の樹脂枠21
が載置される。樹脂枠21には、４個の圧電素子収納用貫
通孔21a〜21d並びに位置決めピン12a,12bが貫通する貫
通孔21e,21fが形成されている。樹脂枠21は、４個の圧
電素子22〜25をそれぞれ収納するために設けられている
ものである。樹脂枠21の厚みは、圧電素子22〜25の厚み
よりも薄くされている。

圧電素子22〜25は、上下方向に圧力が加えられたときに
圧電効果により電荷を発生する圧電材料よりなり、それ
ぞれ、上下端面に電極を付与した構造を有する。圧電材
料として圧電セラミックスや圧電性単結晶のような比較
的剛性の高いものが用いられる。

樹脂枠21上には、開口26aを有する弾性シート26が載置
される。開口26aは、圧電素子22〜25の上端面を露出さ
せる大きさに形成されている。弾性シート26は、例えば
合成ゴム等の弾性材料により構成されている。

弾性シート26上には、圧電素子を被測定物体に当接させ
る加圧シートとして機能する第２のフレキシブル基板27
が載置される。フレキシブル基板27の内部には、矩形の
貫通孔27aが形成されている。貫通孔27aは、樹脂枠21の
上面に形成された嵌合突起21gが挿通し得る形状及び大
きさに形成されている。この貫通孔27a及び嵌合突起21g
により、フレキシブル基板27の位置決めが果たされる。

第１図を併せて参照して、第２のフレキシブル基板27の
下面には、全面にアース電極27bが形成されている。ア
ース電極27bは、圧電素子22,24の上端面の電極22a,24a
と導電性接着剤（図示せず）により電気的に接続されて
いる。第１図では図示されていない圧電素子23,25の上
端面の電極も同様にアース電極27bに電気的に接続され
る。

他方、フレキシブル基板27の上面には、第４図に示され
ているように、矩形枠上の電極パターン27cが形成され
ている。この電極パターン27cは、第１図から明らかな
ように、開口11aの周縁外側でケース蓋11の内面に接す
る形状に形成されている。

また、第２のフレキシブル基板27にもスルーホール28が
形成されており、該スルーホール28によりアース電極27
bと上面の電極パターン27cとが電気的に接続されてい
る。従って、フレキシブル基板27の下面のアース電極27
bは、スルーホール28及び電極パターン27cを介してケー
ス蓋11に電気的に接続されている。

フレキシブル基板27の上方には、例えばステンレス等の
機械加工によりその厚みを低減することが可能な材料よ
りなる第１〜第４の高さ調整部材29〜32が、連結部材33
により互いに連結されてなる高さ調整プレート34が固着
されている。

第１〜第４の高さ調整部材29〜32は、平面形状が矩形で
あり、圧電素子22〜25の上端面にフレキシブル基板27を
介して表裏対向する部分に載置される。高さ調整部材29
〜32は、図示のように連結部材33により互いに連結され
ている必要は必ずしもなく、それぞれ独立に設けられて
いてもよい。この高さ調整部材29〜32は、組立て後に、
機械加工によりその厚みを低減することにより、各圧電
素子22〜25が設けられている部分のセンサの高さを均一
化するために設けられているものである。

上述した各構成部材をベース部材12上に載置し必要な部
分を固着した状態でケース蓋11を被せ、ねじ14によりケ
ース蓋11をベース部材12に固着することにより、第３図
の圧電型圧力分布センサ10を得ることができる。

次に、本実施例の特徴的構造につき、第３図のI-I線に
沿う部分の要部を拡大して示す第１図を参照して、より
具体的に説明する。

組込まれた状態では、圧電素子22,24の上方には、下面
にアース電極27bが形成された第２のフレキシブル基板2
7が載置されている。このアース電極27bは、前述したよ
うに、スルーホール28及び電極パターン27cを介してケ
ース蓋11に電気的に接続されている。

他方、圧電素子22〜25の下方では、第１のフレキシブル
基板15の下面の全面にアース電極17が形成されている。
本実施例の圧電型圧力分布センサ10では、全体が導電性
材料よりなるケース蓋11とベース部材12により囲繞され
ており、一応の電磁シールド構造が備えられている。さ
らに、開口11aが設けられている部分、すなわち被測定
物体に当接する部分では導電性材料よりなるケース蓋11
が存在しないが、この開口11aに臨む部分においては、
第２のフレキシブル基板27の下面にアース電極27bが形
成されており、該アース電極27bがスルーホール28及び
電極パターン27cを介してケース蓋11に電気的に接続さ
れている。従って、該開口11a部分においても電磁シー
ルド構造が与えられている。よって、被測定物体を開口
11a側から当接させて圧力分布を検出するに際し、外部
からの電磁誘導ノイズの影響を効果的に防止することが
可能とされている。

なお、上記実施例では、第２のフレキシブル基板27の下
面の全面にアース電極27bを形成していたが、ケース蓋1
1が導電性表面を少なくとも一方面に有するように構成
されているので、少なくとも開口11aに露出される部分
の裏面にのみアース電極27bが形成されておりさえすれ
ば、本発明の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では、ベース部材及びケース蓋が
少なくとも一方面に導電性表面を有する材料よりなる、
加圧シートの下面のうち少なくともケース蓋の開口に臨
む領域の裏面部分の全域にアース電極が形成されてお
り、かつ該アース電極がケース蓋の導電性表面と電気的
に接続されているので、収納された圧電素子や他の電子
部品を確実に電磁シールドすることが可能とされてい
る。よって、外部からの電磁誘導ノイズの存在の如何に
関わらず、正確に被測定物体の当接に基づく圧力分布を
検出することができる。従って、圧電型圧力分布センサ
の精度及び信頼性を効果的に高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部を拡大して示す、第３
図のI-I線に沿う部分の拡大断面図、第２図は従来例を
説明するための部分切欠側面断面図、第３図は本発明の
一実施例の概略斜視図、第４図は第３図実施例の分解斜
視図である。 図において、10は圧電型圧力分布センサ、11はケース
蓋、11aは開口、12はベース部材、22〜25は圧電素子、2
7は加圧シートとしての第２のフレキシブル基板、27bは
アース電極、27cは枠状の電極パターン、28はスルーホ
ールを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベース部材と、 ベース部材上においてマトリクス状に配置された複数個
   の圧電素子よりなる圧電素子群と、 前記複数個の圧電素子群の上方に配置された可撓性部材
   よりなる加圧シートと、 前記ベース部材と協働して、少なくとも圧電素子群及び
   加圧シートを収納するケースを構成しており、かつ前記
   加圧シートのうち少なくとも圧電素子群の上端面と表裏
   対向するシート上面領域を露出させる開口を有するケー
   ス蓋とを備える圧電型圧力分布センサにおいて、 前記ベース部材及びケース蓋のそれぞれの少なくとも一
   方面が導電性表面を有する材料からなり、かつ 前記加圧シートの下面のうち少なくとも前記開口に露出
   される領域の裏面部分全域にアース電極が形成されてお
   り、該アース電極が前記ケース蓋の導電性表面と電気的
   に接続されていることを特徴とする、圧電型圧力分布セ
   ンサ。