JPH10267775A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサチップを細管の仕切壁に取付けても、
取付け前に調整したセンサチップのオフセット電圧が変
動しないようにする。 【解決手段】 カテーテル１１の仕切壁１１ａにセンサ
チップ１４を主体とするセンサアセンブリ１５を配設す
る。センサアセンブリ１５は、センサチップ１４、中継
板１７、台座１６から構成される。センサチップ１４
は、ダイヤフラム１８に受ける圧力を電気信号として出
力するもので、その表面に中継板１７及び台座１６が接
着固定されている。そして、台座１６の開口部２２を仕
切壁１１ａの受圧口２３に対向させて、台座１６と仕切
壁１１ａとの間を接着固定する。このとき、接着剤が効
果収縮しても、その応力は台座１６に吸収されて、セン
サチップ１４の表面に及ぶことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体内等に挿入さ
れる細管の内部に台座を介して圧力検出用のセンサチッ
プを配設し、このセンサチップのダイヤフラムに受ける
圧力を電気信号に変換して出力するようにした圧力セン
サに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】この種圧力センサとし
て例えば医療用圧力センサ（以下、圧力センサと称す）
の従来構成の一例を図６ないし図８に示す。このもの
は、例えば、循環機能疾患などの検査時に血管内に挿入
されて患部の血圧を検出するために構成されたもので、
管径が１〜２ｍｍ程度のカテーテル１は、内部が仕切壁
１ａにより仕切られて例えば２つのルーメン２ａ，２ｂ
が形成されている。カテーテル１の２つのルーメン２
ａ，２ｂのうち一方のルーメン２ａの先端部は閉塞さ
れ、他方のルーメン２ｂの先端部は開放されていて、内
部に血液等が流通し得る構成となっている。カテーテル
１の先端側のうち一方のルーメン２ａの外周部は開口さ
れており、仕切壁１ａが露出した状態となっている。こ
の部分の仕切壁１ａの所定位置には受圧口３が形成され
ている。

【０００３】ルーメン２ａの開口部の露出された仕切壁
１ａ部分には、圧力検出用のセンサチップ４を主体とし
たセンサアセンブリ５が実装されるようになっており、
以下、このセンサアセンブリ５の構成について説明す
る。

【０００４】図７及び図８に示すように、センサアセン
ブリ５は、センサチップ４と、このセンサチップ４に取
付けられた台座６及び中継板７とから構成されている。
センサチップ４は、シリコン製で、薄肉に形成されたダ
イヤフラム４ａに受ける圧力を電気信号に変換して出力
するようになっている。台座６は、例えばセラミック製
で、センサチップ４を囲繞する矩形枠６ａを有する箱状
をなしている。センサチップ４は、ダイヤフラム４ａの
形成されていない裏面側を台座６の内面に例えばシリコ
ーン樹脂Ｓで接着固定するようにして前記台座６の凹部
に収容されている。

【０００５】中継板７は、厚さ寸法が５０μｍ程度のポ
リイミドフィルム基板に、厚さ寸法３５μｍ程度の銅箔
からなるリードパターン８を形成してなるもので、台座
６の矩形枠６ａの端面（図８において上端面）に、例え
ばエポキシ樹脂により接着固定されている。前記センサ
チップ４のダイヤフラム４ａの受圧面と対応して中継板
７には開口部９が形成されていて、前記リードパターン
８とセンサチップ４の電極端子とは電気的に接続されて
いる。尚、センサチップ４と中継板７との間は、シリコ
ーン樹脂Ｓにより接着固定されている。

【０００６】以上のように構成されたセンサアセンブリ
５は、中継板７の開口部９を仕切壁１ａの受圧口３に位
置合わせして中継板７と仕切壁１ａとの間を例えばエポ
キシ樹脂により接着固定することにより、ルーメン２ａ
の仕切壁１ａ部分に実装される。これにより、センサチ
ップ４のダイヤフラム４ａ部分が仕切壁１ａの受圧口３
に臨むようにセンサアセンブリ５が配設される。そし
て、中継板７の他端部は、ルーメン１ａ内に挿通された
リード線１０に電気的に接続され、もって、ルーメン２
ｂ内の圧力を仕切壁１ａの受圧口３を介してセンサチッ
プ４のダイヤフラム４ａで受けると、その圧力に応じた
電気信号が出力されるようになっている。

【０００７】ところで、このような構成の圧力センサに
おいては、通常、センサアセンブリ５をルーメン２ａの
仕切壁１ａ部分に実装する前に、センサチップ４のダイ
ヤフラム４ａに形成されたピエゾ抵抗によるブリッジ回
路の温度係数の調整を行い、ダイヤフラム４ａに圧力を
受けていないときの出力電圧（オフセット電圧）のばら
つきやオフセット電圧の温度による変動、ダイヤフラム
４ａに受ける圧力に対する出力電圧のばらつきや出力電
圧の温度による変動等、いわゆる電気的特性や温度特性
が規格の誤差範囲に収まるように調整される。具体的に
は、ダイヤフラム４ａ上の抵抗のブリッジ回路に接続す
る温度補償回路を構成する複数の抵抗素子の抵抗値を調
整するようになっている。

【０００８】しかしながら、上記構成の圧力センサにお
いては、非常に薄い中継板７と仕切壁１との間を接着固
定することにより、センサアセンブリ５をカテーテル１
の仕切壁１ａに実装するようになっているため、中継板
７を介して接着剤（この場合エポキシ樹脂）の硬化収縮
による応力をセンサチップ４が受けて、ダイヤフラム４
ａに歪みが生じてしまう。そのため、センサアセンブリ
５をカテーテル１の仕切壁１ａに実装する前に調整した
センサチップ４のオフセット電圧等が変動してしまい、
圧力を正確に検出することができないという問題点があ
った。

【０００９】また、上記圧力センサは、台座６の凹部に
センサチップ４を収容して仕切壁１ａに実装することに
より、カテーテル１が曲がったときにセンサチップ４に
伝わる曲げ応力を緩和するように構成されているもので
あるが、センサチップ４のダイヤフラム４ａ部分を除く
表面は、非常に薄い中継板７により覆われているだけで
あるから、カテーテル１が曲がって仕切壁１ａが変形し
たときに、センサチップの表面に加わる応力を緩和する
には十分と言えなかった。また、仕切壁１ａ（カテーテ
ル１）は比較的剛性の小さい可撓性を有する材料である
から、ルーメン２ｂ内の圧力により仕切壁１ａに歪みが
生じた場合に、その歪みによる応力が中継板７を介して
センサチップ４の表面に伝わることも考えられる。

【００１０】さらに、上記したように温度係数を調整す
ることによりセンサチップ４のオフセット電圧や出力電
圧等の温度依存性は取り除かれているが、血圧測定のた
めにカテーテル１を血管内に挿入すると、室温（約２５
℃）に比して温度の高い体内（約３７℃）に挿入された
ことでカテーテル１およびカテーテル１内のセンサアセ
ンブリ５の各部が熱膨張する場合がある。この場合、中
継板７は非常に薄いため、熱膨張しても他の部材に加わ
る影響は小さいものであるが、塩化ビニルやポリウレタ
ン等の比較的熱膨張係数の大きい材料により形成されて
いるカテーテル１、即ち仕切壁１ａが熱膨張すると、比
較的熱膨張係数が小さいセンサチップ４の表面に歪みが
生じてしまう。そのため、ダイヤフラム４ａが変形し
て、オフセット電圧や出力電圧（検出電圧）が変動して
しまうという問題があった。

【００１１】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、センサチップを細管の仕切壁に取付け
ても、取付け前に調整したセンサチップのオフセット電
圧が変動しない圧力センサを提供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の圧力
センサは、仕切壁で複数のルーメンに仕切られた可撓性
を有する細管と、この細管の先端部に前記仕切壁が露出
されて形成された実装開口部と、この実装開口部により
露出された仕切壁部分に形成された受圧口と、表面に形
成されたダイヤフラムに受ける圧力を電気信号に変換し
て出力するセンサチップと、前記細管よりも剛性の高い
材料により形成され、前記仕切壁に形成された受圧口と
対応する位置に開口部を有すると共に、前記センサチッ
プの表面に固定された状態で前記仕切壁部分に接着固定
される台座とを具備してなることを特徴とする。

【００１３】上記構成によれば、センサチップは、その
表面に台座が固定された状態で細管の仕切壁部分に取付
けられるので、台座を仕切壁に接着固定した後、接着剤
が硬化収縮しても、その応力が台座を介して、センサチ
ップの表面に及ぶことを極力防止できる。そのため、セ
ンサチップを台座に固定した状態で細管の仕切壁部分に
取付ける前に温度係数を調整するだけで取付け後にセン
サチップのオフセット電圧が変動せず、その結果、生体
内の圧力検出を正確に行うことができる。また、センサ
チップの表面のうちダイヤフラムの受圧面を除く部分は
剛性の高い台座により覆われるため、仕切壁が変形した
り歪んだりしてもその応力が台座に吸収されてセンサチ
ップの表面に及ばなくなる。そのため、仕切壁の受圧口
及び台座の開口部を介してダイヤフラムに受ける圧力を
正確に検出することができる。

【００１４】この場合、前記台座に、前記センサチップ
を間に挟むように前記細管の長さ方向に延びる一対のリ
ブを形成すると（請求項２）、センサチップが取付けら
れる台座が、細管の長さ方向の曲げ応力に対して変形し
難い形態となるため、体内に挿入されたときに細管が曲
がっても、センサチップに加わる曲げ応力を一層緩和で
きるようになる。また、台座に固定されたセンサチップ
は、一対のリブにより挟み込まれた状態となるため、セ
ンサチップを仕切壁に取付ける際に、センサチップを傷
つけることを防止できる。

【００１５】さらに、前記台座を、前記センサチップと
ほぼ同一の熱膨張係数を有する材料により形成すると良
い（請求項３）。このような構成によれば、温度変化に
伴うセンサチップ及び台座の熱膨張寸法がほぼ同等にな
るため、温度が変化しても、センサチップのオフセット
電圧の変動を極力抑えることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を医療用圧力センサ
に適用した一実施例について図１ないし図５を参照して
説明する。この医療用圧力センサ（以下、圧力センサと
称す）は、例えば循環機能疾患の検査時に血圧などの圧
力を検出するために患部に挿入されて使用されるもの
で、次のように構成されている。

【００１７】圧力センサの先端部を示す図１において、
細管としてのカテーテル１１は、可撓性を有する例えば
塩化ビニルにより形成され、人体の患部に挿入可能な程
度の管径（例えば１〜２ｍｍφ程度）を有している。カ
テーテル１１は、その内部が仕切壁１１ａにより仕切ら
れており、これにより例えば２本のルーメン１２ａ，１
２ｂが形成されている。図示はしないが、カテーテル１
１の２つのルーメンの１２ａ，１２ｂうち、一方のルー
メン１２ａの先端部は後加工により閉塞され、他方のル
ーメン１２ｂの先端部は開放されていて、内部に血液等
が流通し得る構成となっている。

【００１８】前記カテーテル１１の先端部分は、カテー
テル１１の外周部が一部カットされて実装開口部１３が
形成され、ルーメン１２ａ側の仕切壁１１ａが露出する
ようになっている。この露出された仕切壁１１ａには、
センサチップ１４を主体とするセンサアセンブリ１５が
配設されており、以下、このセンサアセンブリ１５の構
成について図２ないし図３も参照して説明する。

【００１９】センサアセンブリ１５は、台座１６に中継
板１７を介してセンサチップ１４を搭載してなるもので
ある。センサチップ１４は、一部のシリコンを例えばエ
ッチングにより除去して薄肉に形成したダイヤフラム１
８が圧力を受けて変形すると、これをダイヤフラム１８
部分に形成した抵抗のピエゾ抵抗効果による抵抗値の変
化に変換して電気信号として出力するものである。

【００２０】中継板１７は、例えば厚さ寸法が５０μｍ
程度のポリイミドフィルム基板からなり、所定位置に形
成された開口部１９が前記ダイヤフラム１８に対向され
てセンサチップ１４に例えばシリコーン樹脂Ｓで接着固
定されている。前記中継板１７の前記センサチップ１４
の信号出力電極と対応する位置には、厚さ寸法が３５μ
ｍ程度の配線パターン２０が形成されており、この配線
パターン２０と前記信号出力電極とが電気的に接続され
ている。また、中継板１７の配線パターン２０には、フ
レキシブルプリント基板に形成されたリードパターンか
らなるリード線２１が電気的に接続されており、このリ
ード線２１は、カテーテル１１内に挿通されてその基端
部側に導出されるようになっている。

【００２１】台座１６は、例えばセンサチップ１４と同
じシリコン製であり、図５に示すように、カテーテル１
１の長さ方向に延びる一対のリブ１６ａ，１６ａを有し
ている。台座１６の所定部位には開口部２２が形成され
ており、この開口部２２と、前記中継板１７の開口部１
９とを対向させて中継板１７が例えばエポキシ樹脂から
なる接着剤により接着固定されるようになっている。こ
の結果、センサチップ１４は、リブ１６ａ，１６ａに挟
み込まれた状態で台座１６に取付けられることになる。

【００２２】さて、台座１６に中継板１７及びセンサチ
ップ１４が接着固定されて構成されたセンサアセンブリ
１５は、実装開口部１３を介してカテーテル１１の仕切
壁１１ａの所定位置に取付けられるが、その前に、セン
サチップ１４のダイヤフラム１４ａに形成されたピエゾ
抵抗によるブリッジ回路の温度係数の調整を行い、電気
的特性や温度特性が調整されるようになっている。

【００２３】具体的には、ダイヤフラム１４ａ上の抵抗
のブリッジ回路に接続する温度補償回路を構成する複数
の抵抗素子の抵抗値を調整する。そして、この温度補償
回路は、リード線２１を介して前記ブリッジ回路に接続
される。この結果、ダイヤフラム１８に圧力を受けてい
ないときの出力電圧（オフセット電圧）のばらつき、或
はオフセット電圧の温度による変動、ダイヤフラム１８
に受ける圧力に対する出力電圧のばらつきや出力電圧の
温度による変動等、いわゆる電気的特性や温度特性が規
格の誤差範囲に収まるように調整される。

【００２４】以上のようにして温度係数の調整がなされ
たセンサアセンブリ１５は、台座１６の開口部１９を仕
切壁１１ａの受圧口２３に対向させた状態で、台座１６
の裏面側に塗布された例えばエポキシ樹脂からなる接着
剤により前記仕切壁１１ａに接着固定される。このと
き、センサチップ１４は、リブ１６ａにより挟み込まれ
た状態となってるため、不用意にセンサチップ１４を傷
つけてしまうことを防止できる。尚、カテーテル１１の
仕切壁１１ａにセンサアセンブリ１５が実装された後、
カテーテル１１の外周は、薄肉のチューブ（図示せず）
により覆われるようになっており、これにより、センサ
チップ１４に直接外気が触れないようになっている。

【００２５】ここで、センサアセンブリ１５をカテーテ
ル１１の仕切壁１１ａに実装した際、台座１６の裏面側
に塗布された接着剤が硬化収縮する。しかしながら、こ
の硬化収縮による応力は台座１６で吸収されるため、セ
ンサチップ１４の表面に及ぶことが極力防止される。そ
のため、センサアセンブリ１５をカテーテル１１の仕切
壁１１ａに取付ける前に温度係数の調整を行っても、セ
ンサチップ１４のオフセット電圧等がセンサアセンブリ
１５を仕切壁１１ａに取付けたことによりほとんど変動
することがない。

【００２６】そして、上記構成の圧力センサにより生体
内の圧力を測定するに際しては、カテーテル１１が血管
等の生体内に挿入され、ルーメン１２ｂ内を流通する血
液等の体液の圧力をダイヤフラム１８に受けることによ
りその圧力に対応した電気信号が出力される。このと
き、センサチップ１４の表面にはカテーテル１１よりも
剛性の高い材料からなる台座１６が固定されているの
で、仕切壁１１ａに変形や歪みが生じても、その応力が
センサチップ１４の表面に及ばなくなり、正確な圧力の
検出を行うことができる。

【００２７】特に、生体内に挿入されたカテーテル１１
が例えば図１中矢印Ａ方向に曲がることにより仕切壁１
１ａが曲がり変形したとしても、本実施例においては、
台座１６にカテーテル１１の長さ方向に延びるリブ１６
ａ，１６ａが形成されていて、曲げ応力に対して変形し
にくい形態となっているので、センサチップ１４に加わ
る曲げ応力をより一層緩和することができる。

【００２８】さらに、上記実施例においては、台座１６
をセンサチップ１４と同じシリコン製とした。そのた
め、カテーテル１１を室温（約２５℃）に比して温度の
高い生体内（約３７℃）に挿入することにより、カテー
テル１１及びカテーテル１１内のセンサアセンブリ１５
が熱膨張しても、センサチップ１４及び台座１６の熱膨
張寸法は同じであるため、センサチップ１４の表面に歪
みが生じない。ここで、カテーテル１１と台座１６との
熱膨張寸法の差による応力により、台座１６が歪みを受
けることが考えられるが、この歪みは台座１６に吸収さ
れてセンサチップ１４の及ぶことはない。そのため、セ
ンサチップ１４のオフセット電圧等の電気的特性や温度
特性が、温度により変動することを極力防止できる。

【００２９】尚、本発明は、上記した実施例にのみ限定
されるものではなく、次のような変形或は拡張が可能で
ある。例えば、台座１６としては、シリコン製に限らず
カテーテル１１よりも剛性が高い例えばセラミック製で
も良い。この場合も、カテーテル１１の熱膨張による歪
みを十分吸収することができる。また、２つのルーメン
を有するカテーテルに限らず、３つ以上のルーメンを有
するカテーテルに適用することも可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の圧力センサによれば、センサチップの表面に台座を固
定した状態で、台座と細管の仕切壁との間を接着剤によ
り固定する構成としたことにより、接着剤の硬化収縮に
よる応力が台座により吸収されてセンサチップの表面に
及ぶことを極力防止できるので、センサチップのオフセ
ット電圧等がセンサチップを仕切壁に取付けたことによ
り変動することを防止することができるという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す圧力センサの先端部分
の外観斜視図

【図２】センサアセンブリの平面図

【図３】図２のＢ−Ｂ線に沿うセンサアセンブリの縦断
側面図

【図４】図２のＣ−Ｃ線に沿うセンサアセンブリの縦断
側面図

【図５】台座の外観斜視図

【図６】従来例を示す圧力センサの先端部分の分解斜視
図

【図７】（ａ）図２相当図、（ｂ）図３相当図

【図８】センサアセンブリを裏面側からみた外観斜視図

【符号の説明】

１１はカテーテル、１１ａは仕切壁、１２ａ，１２ｂは
ルーメン、１３は実装開口部、１４はセンサチップ、１
６は台座、１６ａはリブ、１８はダイヤフラム、２２は
開口部、２３は受圧口を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 仕切壁で複数のルーメンに仕切られた可
   撓性を有する細管と、 この細管の先端部に前記仕切壁が露出されて形成された
   実装開口部と、 この実装開口部により露出された仕切壁部分に形成され
   た受圧口と、 表面に形成されたダイヤフラムに受ける圧力を電気信号
   に変換して出力するセンサチップと、 前記細管よりも剛性の高い材料により形成され、前記仕
   切壁に形成された受圧口と対応する位置に開口部を有す
   ると共に、前記センサチップの表面に固定された状態で
   前記仕切壁部分に接着固定される台座とを具備してなる
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記台座は、前記センサチップを間に挟
   むように前記細管の長さ方向に延びる一対のリブが形成
   されていることを特徴とする請求項１記載の圧力セン
   サ。
3. 【請求項３】 前記台座は、前記センサチップとほぼ同
   一の熱膨張係数を有する材料により形成されていること
   を特徴とする請求項１または２記載の圧力センサ。