【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パーソナルコンピュータ用ポインティングディバイスや、各種電子機器用多機能スイッチ等に用いることができる応力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
歪みゲージ２２が基板２０面に配され、基板２０の一方の面にポスト３０が固着され、ポスト３０への応力付与に起因する歪ゲージ２２の特性値変化により前記応力の方向と大きさとを把握し得る応力センサについては、特開２０００−２６７８０３号公報にその開示がある（図６、図７）。
【０００３】
その構造は図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、トリミング溝２１を有する歪ゲージ２２である抵抗素子が、基板２０面中心を交点とする基板２０面に沿った直交する二直線上に、且つ当該交点から実質的に等距離位置に４つ配され、基板２０面中心と底面輪郭が正方形であるポスト３０の底面の中心とが実質的に一致するよう、且つポスト底面の輪郭３０ｂの各辺が各々の抵抗素子２２と対向するよう固着されている。またトリミング溝２１は各々の抵抗素子２２に二箇所ずつ、ポスト底面の輪郭３０ｂの各辺に沿って、且つそれに対応した基板２０裏側位置に形成されている。
【０００４】
また図６（ａ）では、ポスト操作部２３に対しＸ方向（つまり任意の横方向）、図６（ｂ）ではポスト操作部２３に対しＺ方向（つまり下方向）へ応力を付与した際の応力センサの動作を示している。
【０００５】
上記応力センサの動作において、図６（ａ）のようにポストへＸ軸方向の応力を付与した場合、及び同図（ｂ）のようにポストへＺ軸方向の応力を付与した場合のいずれも、回路板３１により固定されるはんだ３２が基板２０端部を固定し、前記応力が基板２０のポスト底面の輪郭３０ｂの各辺に対応した位置を主に撓ませている。また前記応力により、当該位置に配置されている抵抗素子である歪ゲージ２２が伸張又は収縮する機構となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成の場合、ポストへの応力付加に対する感度（出力）が小さい問題点があった。その理由は、付与されたポストへの応力を歪ゲージへ集中させる工夫がなされておらず、当該応力が広範囲に分散されやすく、付与された応力の有効活用ができていなかったためと考えられる。
【０００７】
そこで本発明が解決しようとする課題は、ポストへの応力付与に対する感度の大きな応力センサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の応力センサの第１の構成は、歪みゲージ８が基板１面に配され、基板１の一方の面にポスト６が固着又は一体化され、ポスト６への応力付与に起因する歪ゲージ８の特性値変化により前記応力の方向と大きさとを把握し得る応力センサにおいて、ポスト底部１２が突起部７を有し、ポスト６への応力付与により、ポスト底部１２の突起部７が歪ゲージ８を刺激することを特徴とする。歪ゲージ８には、厚膜や薄膜で形成された抵抗素子２や、チップ化された、厚膜や薄膜がアルミナ等の基板上に形成された抵抗器や、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電セラミック等の圧電素子等が好適である。
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の応力センサの第２の構成は、抵抗素子２からなる歪みゲージ８が、基板１面のセンサ有効領域の中心を交点とする基板１面に沿った直交する二直線上、且つ当該交点から実質的に等距離位置に４箇所配され、基板１面のセンサ有効領域の中心と、ポスト６底面の中心とが実質的に一致するよう、ポスト６が固着又は一体化され、ポスト６への応力付与に起因する抵抗素子２への伸張、収縮又は圧縮による抵抗値変化から前記応力の方向と大きさとを把握し得るものであって、ポスト底部１２が突起部７を有し、ポスト６への応力付与により、ポスト底部１２の突起部７が歪ゲージ８を刺激することを特徴とする。ここで「センサ有効領域の中心」、「ポスト６底面の中心」における「中心」は、厳密な中心点を指すのではなく、本発明が解決しようとする課題を解決するに十分な程度、応力センサが有効に機能する範囲での当該中心点からのずれを含む。
【００１０】
また一般的に応力センサは、上記電気特性を検知、演算等する制御部があってはじめて応力センサとして機能する。しかし本明細書では前記制御部を除いた部分について便宜上「応力センサ」と称することとする。
【００１１】
また「ポスト６が基板１面に固着される」とは、ポスト６と基板１とがそれぞれ別の部材であり、両者が接着剤等で固定される状態を言う。また「ポスト６が基板１面と一体化される」とは、ポスト６と基板１とが一体成形等で形成された状態を言う。
【００１２】
上記第１又は第２の構成を有することにより、ポスト６への応力付与に対する感度の大きな応力センサを提供することができる理由を説明する。前記感度は、抵抗素子２等の歪ゲージ８の伸張、収縮又は圧縮の量が大きい程大きくできる。そこで上記第１又は第２の構成のようにポスト底部１２に突起部７を設けることで、ポスト６に与えられた応力を当該突起部７へ集中させることができる。そして突起部７が歪ゲージ８を刺激することにより、前記集中した応力が歪ゲージ８に伝わり、その伸張、収縮又は圧縮の量が従来よりも大きくなる。
【００１３】
ここで、従来においてもポスト底部１２に突起部７を有していた。例えば図７におけるポストは、その底面の外形が四角形であり、その角部はポスト底部１２の突起部７に該当する。しかし、当該角部の配される位置が歪ゲージ８に対応しておらず、突起部７が歪ゲージ８を刺激していないため、角部において集中した応力が殆ど歪ゲージ８へ伝播せず、結果的に歪ゲージ８の伸張、収縮又は圧縮の量が大きくならない。
【００１４】
上記第１又は第２の構成において、ポスト６と歪ゲージ８とがそれぞれ基板１の別々の面に配される構成である場合、基板１厚みが大きすぎると上記集中した応力の分散率が高くなり過ぎ、当該応力が歪ゲージ８へ伝播されにくくなる。また基板１厚みが小さすぎると、繰返しの応力集中により基板１の形状が復元しにくくなる。つまり、基板１の弾性変形の領域を越え、塑性変形するおそれがある。前記弾性変形の領域を越え、塑性変形すると、その後の応力付与に対する抵抗素子２からの出力抵抗値が不正確となる。その理由は、塑性変形が可逆性を失った変形であり、応力を除いても復元せず、そのような基板１上の抵抗素子は、常に基板１の塑性変形に起因する応力が付与されることとなるためである。このようなことを考慮し、好ましい基板１厚みは０．５〜０．８ｍｍである。この数値は基板１の材質に依存して多少変動すると思われるが、概ねこの数値範囲である。
【００１５】
上記第１又は第２の構成において、ポスト６底面と歪ゲージ８の一部又は全域が、基板１を介さずに重なった状態にあることが好ましい。図１側面図にその一例を示した。この図では基板１上面に歪ゲージ８としての抵抗素子２が配され、尚且つ抵抗素子２の一部がポスト６底部と重なり合って位置している形態である。この形態は、抵抗素子２の感度を更に高めることができる利点を有している。その理由はポスト６に与えられた応力が基板１を介さずにポスト底部１２の突起部７により略直接抵抗素子２を刺激するためである。その刺激の結果、抵抗素子２の抵抗体３部分が圧縮され、特性値である抵抗値が大きく変化することとなる。
【００１６】
図１側面図は、同一基板１面上に歪ゲージ８が配され且つポスト６が固着される構成である。この構成の更なる利点は、基板１の一方の面への搭載の操作のみにより本発明の応力センサが製造可能となることである。前記搭載操作とは、抵抗素子２を構成する導体５や抵抗体８等の基板１面へのスクリーン印刷や、ポスト６の基板１面への接着剤等を用いた固着操作等である。基板１両面に搭載する場合、一方の基板１面へ搭載する際に他方の基板１面を載置する場所の清浄さ、柔らかさ等、厳しい条件が課される。その点同一基板１面に搭載するのであれば、そのような厳しい条件は課されない。
【００１７】
更なる利点は、歪ゲージ８とポスト６との位置合わせ作業が容易となることである。歪ゲージ８とポスト６との位置関係は、応力センサの性能を左右する重要な要因である。例えば図２において、ポスト６位置が歪ゲージ８位置に対して大きくずれてしまうと、ポスト６へ付与された応力による各歪ゲージ８への伝わり方が異なる結果となる。それはポスト底部１２の突起部７における歪ゲージ８を歪ませる位置がずれるためである。基板１にポスト６と歪ゲージ８である抵抗素子２とを別々の面に搭載する場合、一方の基板１面を目視していれば、他方の基板１面を見ることができない。このためポスト６と抵抗素子２との相対的な位置関係を把握することは困難で、それらの位置ずれが起こりやすかった。その点同一基板１面に搭載するのであれば、ポスト６と抵抗素子２との相対的な位置関係を把握することは非常に容易なため、前記位置ずれは起こりにくい。また一旦位置ずれを起こしたものを除去する際の目視チェックも容易となる。
【００１８】
上記第１又は第２の構成及びそれを基本とした好ましい構成の具体例は、図１にも示したようなポスト６底面の外形が多角形であり、且つ当該多角形の角部が突起部７として機能する構成である。前記多角形の角部の数は、歪ゲージ８の数と等しいことが好ましい。その理由は、歪ゲージ８の数よりも多い角部を有する多角形を用いた場合、ポスト６に付与された応力が歪ゲージ８以外の部分にも集中しやすく（つまり前記応力が分散しやすく）、当該付与された応力を効率良く歪ゲージ８へ伝えにくいためである。図１の構成においても歪ゲージ８の数が４つであり、多角形が４角形である。
【００１９】
また上記第１又は第２の構成及びそれらを基本とした好ましい構成群において、基板１外形が少なくとも一対の辺を平行とした多角形であり、且つポスト６上部が少なくとも一対の側面を平行とした多角柱であり、当該一対の辺及び一対の側面が平行の位置関係にあることが好ましい。これも図１に示すポスト６により実現されている。つまりポスト６上部が背の高い正四角柱であり、向い合う２対の側面が平行である。また基板１外形は正方形であり、向い合う２対の辺が平行である。そして上面から見て、基板１外形とポスト６上部外形とを構成する辺が対応位置において全て平行になっている。従って前記一対の辺及び一対の側面が平行の位置関係にある構成となっている。このような構成の採用により、基板１とポスト６とを固着する際の作業性が向上する場合がある。それは、公知の実装装置がワークを挟持（ポスト６を挟持する際にはポスト６上部）して移動させる際の挟持方向は同じであり、且つ前記移動は任意のｘ、ｙ方向のみであり、θ方向への移動、つまり回転する動作は伴わないことに起因する。基板１及びポスト６とを、公知の実装装置を用いて位置合せしながら実装するのは、作業の簡易化の点で大きな効果がある。その場合において、公知の実装装置の機能制限から、ポスト６及び基板１における、前記一対の辺及び一対の側面が平行の位置関係にある構成が要求される。
【００２０】
また上記第１又は第２の構成及びそれらを基本とした好ましい構成群において、突起部７が丸みを帯びていることが好ましい。歪ゲージ８における応力集中が多少分散しても本発明の解決しようとする課題は解決可能であり、大きな支障とはならないと考えられるためである。その上前記丸みを設けて応力集中を多少分散させることで、上述した基板１の塑性変形や、更には歪ゲージ８の塑性変形をも抑制することができる。前記丸みの効果は、ポスト６底面と歪ゲージ８の一部又は全域が基板１を介さずに重なった状態にある構成において特に有利であると考えられる。その理由は通常基板１よりも柔軟で塑性変形し易い歪ゲージ８の塑性変形を抑制できるためである。
【００２１】
また上記第１又は第２の構成及びそれらを基本とした好ましい構成群において、少なくとも歪ゲージ８を覆う保護膜１３を有することが好ましい。保護膜１３は、基板１よりも柔軟な材料等であり。そのような材料としてはシリコーン系樹脂材料、ゴム系材料などがある。当該柔軟な材料は、ポスト６に与えられた応力が略直接歪ゲージ８を刺激する際に、当該応力を所定範囲（概ね通常の歪ゲージ８の領域程度）に適度に分散させる効果がある。従って前記応力を歪ゲージ８の局部にのみ伝達させることなく、歪ゲージ８全域に十分伝達することで歪ゲージ８の塑性変形を抑制できる。また当該柔軟な材料は、第１又は第２の構成において、ポスト６と歪ゲージ８とがそれぞれ基板１の別々の面に配される構成において、基板１の撓みに追随する歪ゲージ８の繰返しの撓み（伸張、収縮）に起因する、基板１と歪ゲージ８との密着性低下を抑制する効果がある。
【００２２】
前記樹脂系材料の中でもシリコーン系樹脂は繰り返しの変形に対して劣化しにくく、基板１や抵抗素子２との密着力を高く維持し、長期間の使用に対しても抵抗素子２をより確実に保護でき、好適である。
【００２３】
また上記第１又は第２の構成及びそれらを基本とした好ましい構成群において、歪ゲージ８が抵抗素子２であり、抵抗素子２がトリミング溝４を有し、トリミング溝４がポスト６に面する側と反対側の抵抗体３箇所に形成されることが好ましい。図２には抵抗素子２とポスト６、及びトリミング溝４の位置関係が示されている。同図はポスト６に面する側と反対側の抵抗体３箇所にトリミング溝４が形成されている例である。ここで図７に示すように、ポスト６への応力付与により最も基板１及び歪ゲージ８（抵抗素子２）の変形が大きいのは、ポスト底面輪郭３０ｂに対応する箇所である。そこでその箇所を避けて、極力そこから離れた位置にトリミング溝４を形成している。
【００２４】
そのような位置にトリミング溝４を形成する理由を記す。トリミング溝４はレーザトリミング等で形成される。レーザトリミングでは、抵抗体３に対し局部的に且つ瞬間的に高温状態とし、当該局部を蒸発させてその部分の抵抗体３を除去する。この除去の過程は大きな温度変化を伴うため、当然にトリミング溝４周辺にはクラック発生のおそれがある。当該クラックは、抵抗体３を伸張、収縮又は圧縮させることにより広がるおそれがある。レーザトリミング以外のトリミング法においても、抵抗素子２を構成する抵抗体３を局部的に掘削したり傷つけたりすることには変わりはない。それによって抵抗体３にクラックが発生するなど、抵抗体３を脆くする要因が付与される。従って上記抵抗素子２の変形の影響を受けにくい箇所にトリミング溝４を形成するのが好ましいのである。レーザトリミング以外のトリミング法とは、例えばサンドブラスト法等である。
【００２５】
また上記第１又は第２の構成及びそれらを基本とした好ましい構成群において、ポスト６が、金属、セラミック、樹脂又は繊維強化樹脂からなることが好ましい。鉄や高炭素鋼等の金属やセラミックをポスト６の材質とする場合の利点は、それらの剛性から、与えられた応力を正確に伝達できることである。また樹脂又は繊維強化樹脂をポスト６の材質とする場合の第１の利点は、その製造に際し、エネルギー消費が少ないことが挙げられる。例えば樹脂又は繊維強化樹脂を成形・硬化させる温度は、セラミックの焼結温度や金属の鋳造温度に比して非常に低い。第２の利点はセラミックや金属に比して成形性に優れることである。例えば複雑な形状のポスト６を製造する際には、セラミックの成形・焼結工程、金属の鋳造工程を経るとヒビが入るおそれがある。この原因は冷却の際に、非常に高い温度から常温までの温度変化に伴う体積収縮に剛体が追随できないことにある。それに対し樹脂又は繊維強化樹脂を用いる場合は、樹脂の溶融温度が前記焼結温度や鋳造温度に比して非常に低く、冷却の際の体積収縮が小さい上に、樹脂の剛性が金属やセラミックに比して低いため、そのようなおそれは殆ど無いと言える。
【００２６】
このポスト６は、本発明の応力センサをパーソナルコンピュータ用ポインティングディバイスや、携帯電話等の各種電子機器、特に小型携帯電子機器の多機能多方向スイッチ等に適用する際に用いられ得る。ここで前記多機能多方向スイッチとして本発明の応力センサを用いる場合は、操作する者が触感でどの方向に応力を付与するべきかを認識可能とするために、ポスト６側面の断面形状を多角形とし、ポスト６側面における各平面に対し垂直に応力を付与することによって各命令を電子機器に送信させることができるようにするのが好ましい。このような断面多角形とする場合のポスト６形状の複雑さ等を考慮した場合、前述したようにポスト６は樹脂又は繊維強化樹脂からなることが好ましい。
【００２７】
また樹脂を用いる場合の材料としては、ポリビニルテレフタレート（ＰＶＴ）や、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）が、特に好適に使用できる。このＰＶＴ、ＰＢＴは、樹脂系材料の中では特に剛性に優れるため、付与された応力を比較的正確に伝達できる利点がある。また耐熱性も良好であることから、使用環境が常温よりも多少高温である場合であっても、前記剛性を維持し得る利点を有している。
【００２８】
また上記第１又は第２の構成及びそれらを基本とした好ましい構成群において、基板１が樹脂系材料を主成分とするもの、非導電性材料で表面を被覆した金属、又はセラミックからなることが好ましい。前記樹脂系材料を主成分とするものとしては、例えばフェノール樹脂単体や、ガラス繊維混入エポキシ樹脂成形体等の繊維強化樹脂等がある。前記非導電性材料で表面を被覆した金属としては、鉄やアルミニウム板にポリエチレン樹脂をコーティングしたものがある。前記セラミックとしては、アルミナ等がある。前述のように基板１は、ある程度撓むことのできる柔軟性及び多数回の撓みに対して、応力を除いたときにその形状を復元することができる剛性及び弾力性とを併せ持つ必要があり、これら例示した材料はいずれもそれらを満足し得る。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図３に示すように外形が四角形の形状を１単位とし、それが多数スルーホールを横切る分割用溝１０で縦横に区切られて存在する、大型のアルミナ製基板１１を用意する。
【００３０】
大型のアルミナ製基板１１面の、図２（ｇ）に示す各々の基板１下面に、まずＡｇ−Ｐｄ系の導体ペーストをスクリーン印刷により形成し、それを焼成して導体５を得る（図２（ｈ））。次に図２（ｂ）に示すパターンとなるようＡｇ−Ｐｄ系の導体ペーストをスクリーン印刷により形成し、それを焼成して導体５を得る。これら導体５を得る際のスクリーン印刷は、いわゆるスルーホール印刷によるものであり、図１側面図に示すように基板１側面のスルーホール側壁面の導体５（後述する端子となる）を介して基板１上面と下面との導体が導通する。
【００３１】
次に酸化ルテニウム系の抵抗体ペーストを図２に示す前記導体５との組合せで抵抗素子２となるようスクリーン印刷し、焼成して抵抗体３を得る（図２（ｃ））。次いで４つの抵抗体３それぞれに対し一定の抵抗値になるようレーザトリミングを施し、トリミング溝４が形成される。このときトリミング溝４は、図２（ｄ）に示すように個々の基板１端部側の抵抗体３部分に形成する。当該部分にトリミング溝４を形成するということは、個々の基板１端部や分割用溝１０周辺にトリミング時に飛散した導電性粉体（ここでは抵抗体３を構成する材料の粉体）が定着することとなる。従って同一基板１における隣り合う抵抗素子２同士が、当該粉体の存在によって導通し、応力センサとしての機能を発揮できなくなるおそれを極力低減することができる。
【００３２】
その後抵抗体３を含み、４つの抵抗素子２全てを覆うようにシリコーン系樹脂を更にスクリーン印刷し、硬化工程を経て保護膜１３を得る（図２（ｅ））。このときの保護膜厚みは１０〜３０μｍとし、抵抗素子２への過度の応力付与に起因する抵抗素子２の塑性変形からの保護、及びポスト６への応力付与に対する感度の極端な低下を防いでいる。極力前記感度のばらつきを抑制するには、保護膜厚みを１５〜２０μｍにするのが好ましい。このとき、先に形成した導体５や抵抗体３の形成位置は、保護膜１３の凹凸として把握できる。そのため前述したポスト６と抵抗素子２との相対的な位置関係を把握できる効果は失われない。更に、基板１下面には、隙間形成部材（後述する）としてのエポキシ樹脂ペーストをスクリーン印刷により厚み約５０μｍで形成する（図２（ｉ））。
【００３３】
そして図２（ｆ）に示すように、各基板１の略中央に、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を成形した、底面の輪郭が正方形のポスト６を、その底面が基板１の抵抗素子２が配された面と同一の面に当接するよう、且つ各抵抗素子２の抵抗体３部分と一部重なった状態になる位置に、且つ突起部７が抵抗体３と対応する位置に来るよう基板１及びポスト６とを公知の実装装置を用い、エポキシ系接着剤で固定する。このとき、前記重なりの面積はそれぞれ略等しくなるようにする。これで本発明の応力センサの集合体が得られる。
【００３４】
次いで分割用溝１０を開くように大型のアルミナ製基板１１へ応力を加え、個々の応力センサの単位に割って（分割して）本発明の応力センサを得る。得られた応力センサにおける、ポスト６が固着された基板１面とは逆側の基板１面を、印刷回路板に対向するよう実装する。当該印刷回路板には、応力センサの電気特性（抵抗値変化）を検知、演算等する制御部への配線がなされており、前記端子とハンダにより応力センサと電気接続・固定される。このとき前述した隙間形成部材が図６におけるはんだ３２の代わりになり、同図に示すようなポスト６へＸ方向、Ｚ方向の応力付与した際の基板１の撓みが可能となる。また当該撓み可能領域が、前述した基板１面の「センサ有効領域」となる。この撓み可能領域を図で示すとすると、概ね図２（ｅ）の保護膜１３が配された領域と同じになる。その理由は図２におけるスルーホールの側壁面が、ハンダにてリフロー工程を経る等して前記印刷回路板と固定されることから、基板１の四隅は前記撓み可能領域とはならないと考えられるためである。但しここでの撓み可能領域の中心（センサ有効領域の中心）は、基板１の四隅から伸びる対角線の直交する点である。図２（ｆ）に示すポスト６底面の中心は、撓み可能領域の中心と略一致する位置に配した。
【００３５】
このように本発明の応力センサにおいて、ポスト６への下向き（Ｚ方向）への応力付与に何らかの機能を付与することにより、多機能化が図ることができる。例えばコンピュータのポインティングディバイスとして本発明の応力センサを使用した場合、いわゆるマウスをクリックする機能を前記下向きへの応力付与に対応させることができる。また、いわゆる携帯電話等の小型携帯機器用の多方向スイッチとして本発明の応力センサ装置を使用した場合には、所定時間下向きへの応力付与をしたときに当該携帯機器の電源のオン・オフの命令に対応させる等が可能となる。
【００３６】
図４には本発明の応力センサにおける、電気信号入出力の状態の概要を示している。四つの抵抗素子２がブリッジ回路を構成している。このブリッジ回路の電圧印加端子（Ｖｃｃ）−（ＧＮＤ）間には所定の電圧が印加されている。また同図左側の抵抗素子２及びＹ端子（Ｙｏｕｔ）によりＹ軸方向の応力センサが構成され、更に同図右側の抵抗素子２及びＸ端子（Ｘｏｕｔ）によりＸ軸方向の応力センサが構成される。
【００３７】
本例ではポスト６を基板１に固定する工程を、大型のアルミナ製基板１１を分割するより前に実施したが、当該工程を前記分割後に実施してもよい。但し個々の基板１へと分割した後では、それらの取扱いが困難となるため、前記工程に支障をきたすおそれがある。従って本例のようにポスト６を基板１に固定する工程を、大型のアルミナ製基板１１を分割するより前に実施するのが好ましい。
【００３８】
また本例では基板１の外形を四角形としたが、上記した撓み可能領域を確保するには、図２（ｅ）で示した保護膜１３の領域があれば応力センサの機能として足りるため、基板１の外形を八角形としてもよい。しかし大型のアルミナ製基板１１のような部材を製造時の材料として用いる場合には、その製造の容易さから四角形が好適である。仮に八角形の基板１を多数有する大型のアルミナ製基板を作製しようとすると、予め当該基板に対し四角形等の比較的大きな穴を打抜き加工等で形成しなければならない。するとその打抜き加工時や本例におけるスクリーン印刷時に、その大型のアルミナ製基板が反ってしまうおそれがある。するとその後の基板１の取扱い性や応力センサの特性にも大きな影響を及ぼす。従って本例においては基板１の外形は四角形が適している。
【００３９】
以下、本発明の実施の形態の他の例を説明する。ここで図５においては、説明に要する部材のみを描き、その他部材は省略（例えば図５（ａ）における導体５等）している。
【００４０】
図５（ａ）は応力センサを上面から見た場合に突起部７が丸みを有する例である。また図５（ｂ）は応力センサを側面から見た場合に突起部７が丸みを有する例である。上述した、突起部７に丸みを設けた際の効果は図５（ａ）の形態、図５（ｂ）の形態共に得られることは言うまでもない。またこれら形態の併用としても良い。また図５（ｃ）のようにポスト６と歪ゲージ８とを基板１の別々の面に配した上で突起部７の上面及び／又は側面に丸みを設けても良い。
【００４１】
図５（ｄ）は、突起部７と歪ゲージ８とが対応する位置にあっても双方が多少離れた位置にある形態である。この形態は、歪ゲージ８の材料として非常に感度が良い（僅かな伸張、収縮又は圧縮によっても大きな特性値変化をする）ものを用いた場合等に有効であると考えられる。この形態は、ポスト６と歪ゲージ８とを基板１の別々の面に配した場合、ポスト６と歪ゲージ８とを基板１の同一面に配した場合の双方に適用可能である。
【００４２】
図５（ｅ）は、上面から見た場合にポスト底部１２が円形であり、ポスト６底面と歪ゲージ８の一部が基板１を介さずに重なっている形態である。この場合ポスト底部周面全域が突起部７となる。ここで、このような形態における突起部７が、ポスト６に与えられた応力を当該突起部７へ集中させ、その集中した応力が歪ゲージ８に伝わり、その伸張、収縮又は圧縮の量が従来よりも大きくなる程度の効果を得ることができるのは、ポスト６底面と歪ゲージ８の一部が基板１を介さずに重なっている場合である。当然ポスト６底部の大きさにも依存するが、通常の応力センサでは、基板１を介してポスト６底面が歪ゲージ８へ応力を伝達する場合、ポスト底部周面全域である突起部７が顕著な応力集中により歪ゲージ８を刺激することはない。この場合、ポスト６底部及び上部を同じ径とした円柱とするのが、ポスト６製造上最も成形等しやすく、好ましいと考えられる。
【００４３】
図５（ｆ）は、図５（ｅ）の形態において、応力センサを側面から見た場合に突起部７が丸みを有する例である。
【００４４】
図５（ｇ）は、図５（ｃ）の形態において、ポスト６底面に突起部７を有する例である。この突起部７は、ポスト６成形時に形成しても良いし、また底面が平滑なポスト６に、後からその底面の任意の位置に、任意の材質（ポスト材質とは異なる材質を含む）を固着させてもよい。この形態は、ポスト６と歪ゲージ８とを基板１の同一面に配した場合にも適用可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明により、ポストへの応力付与に対する感度の大きな応力センサを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の応力センサの上面図及び側面図を示した図である。
【図２】本発明の応力センサの製造過程を説明する図である。
【図３】本発明の応力センサの製造に用いることのできる大型のアルミナ製基板の平面図である。
【図４】本発明の応力センサにおける、電気信号入出力の状態の概要の一例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図６】応力センサの動作状態を示す図である。
【図７】（ａ）は従来の応力センサにかかる各構成要素の位置関係の一例を示した図であり、（ｂ）は従来の応力センサにかかる抵抗素子とポストとトリミング溝との位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１．基板
２．抵抗素子
３．抵抗体
４．トリミング溝
５．導体
６．ポスト
７．突起部
８．歪ゲージ
９．端子
１０．分割用溝
１１．大型のアルミナ製基板
１２．ポスト底部
１３．保護膜
２０．基板
２１．トリミング溝
２２．抵抗素子
２３．ポスト操作部
２４．導体
３０．ポスト
３０ｂ．ポスト底面輪郭
３１．回路板
３２．はんだ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stress sensor that can be used for a pointing device for a personal computer, a multifunctional switch for various electronic devices, and the like.
[0002]
[Prior art]
A strain gauge 22 is disposed on the surface of the substrate 20, and a post 30 is fixed to one surface of the substrate 20, and the direction and magnitude of the stress are grasped by a change in the characteristic value of the strain gauge 22 due to the application of stress to the post 30. A possible stress sensor is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-267803 (FIGS. 6 and 7).
[0003]
As shown in FIGS. 7A and 7B, the resistance element, which is a strain gauge 22 having a trimming groove 21, is formed by two orthogonal elements along the surface of the substrate 20 with the center of the surface of the substrate 20 as an intersection. Four of them are arranged on a straight line and substantially equidistant from the intersection, and the center of the surface of the substrate 20 substantially coincides with the center of the bottom surface of the post 30 having a square bottom surface profile. Each side of the contour 30 b is fixed so as to face each resistance element 22. Also, the trimming grooves 21 are formed at two positions on each of the resistance elements 22, along each side of the contour 30 b of the bottom surface of the post, and at corresponding positions on the back side of the substrate 20.
[0004]
In FIG. 6A, when the stress is applied to the post operating unit 23 in the X direction (that is, an arbitrary lateral direction), and in FIG. 4 illustrates the operation of the stress sensor.
[0005]
In the operation of the stress sensor, both the case where the stress in the X-axis direction is applied to the post as shown in FIG. 6A and the case where the stress in the Z-axis direction is applied to the post as shown in FIG. The solder 32 fixed by the circuit board 31 fixes the end of the substrate 20, and the stress mainly deflects the position corresponding to each side of the contour 30 b of the post bottom surface of the substrate 20. In addition, a mechanism is provided in which the strain gauge 22 as a resistance element disposed at the position expands or contracts due to the stress.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the above-mentioned conventional configuration, there is a problem that the sensitivity (output) to the application of stress to the post is small. It is considered that the reason is that no contrivance was made to concentrate the applied stress on the post on the strain gauge, and the stress was easily dispersed over a wide range, and the applied stress was not effectively utilized.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a stress sensor having a high sensitivity to the application of stress to a post.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a first configuration of the stress sensor according to the present invention is configured such that a strain gauge 8 is arranged on a surface of a substrate 1 and a post 6 is fixed or integrated on one surface of the substrate 1. In a stress sensor capable of grasping the direction and magnitude of the stress based on a change in the characteristic value of the strain gauge 8 caused by the application of the stress, the post bottom 12 has a protrusion 7. Are characterized in that the projections 7 stimulate the strain gauge 8. The strain gauge 8 includes a resistive element 2 formed of a thick film or a thin film, a chipped resistor formed of a thick film or a thin film on a substrate such as alumina, or PZT (lead zirconate titanate). A piezoelectric element such as a piezoelectric ceramic made of is preferred.
[0009]
In order to solve the above problem, in a second configuration of the stress sensor according to the present invention, the strain gauge 8 composed of the resistance element 2 is orthogonal to the substrate 1 surface along the substrate 1 surface at the intersection of the center of the sensor effective area. Four posts are arranged on two straight lines and substantially equidistant from the intersection, and the post 6 is fixed or fixed so that the center of the sensor effective area of the substrate 1 substantially coincides with the center of the bottom surface of the post 6. The direction and magnitude of the stress can be grasped from a change in resistance value due to expansion, contraction, or compression of the resistance element 2 due to the application of stress to the post 6, and the post bottom 12 is formed as a projection. 7, wherein the projection 7 on the post bottom 12 stimulates the strain gauge 8 by applying stress to the post 6. Here, the “center” in the “center of the sensor effective area” and the “center of the bottom of the post 6” does not indicate a strict center point, but has a sufficient stress to solve the problem to be solved by the present invention. This includes the deviation from the center point in a range where the sensor functions effectively.
[0010]
Generally, a stress sensor functions as a stress sensor only when there is a control unit that detects and calculates the above-mentioned electrical characteristics. However, in this specification, a portion excluding the control unit is referred to as a “stress sensor” for convenience.
[0011]
Further, "the post 6 is fixed to the surface of the substrate 1" refers to a state in which the post 6 and the substrate 1 are separate members and both are fixed with an adhesive or the like. Further, "the post 6 is integrated with the surface of the substrate 1" means a state in which the post 6 and the substrate 1 are formed by integral molding or the like.
[0012]
The reason why the first or second configuration can provide a stress sensor having high sensitivity to the application of stress to the post 6 will be described. The sensitivity can be increased as the amount of expansion, contraction or compression of the strain gauge 8 such as the resistance element 2 increases. Therefore, by providing the projection 7 on the post bottom 12 as in the first or second configuration, the stress applied to the post 6 can be concentrated on the projection 7. When the projection 7 stimulates the strain gauge 8, the concentrated stress is transmitted to the strain gauge 8, and the amount of expansion, contraction or compression becomes larger than before.
[0013]
Here, the projection 7 is provided on the post bottom 12 in the related art. For example, the post in FIG. 7 has a quadrangular outer shape on the bottom surface, and the corner corresponds to the protrusion 7 of the post bottom 12. However, since the position of the corner does not correspond to the strain gauge 8 and the projection 7 does not stimulate the strain gauge 8, the stress concentrated at the corner hardly propagates to the strain gauge 8. As a result, the amount of expansion, contraction or compression of the strain gauge 8 does not increase.
[0014]
In the first or second configuration, when the posts 6 and the strain gauges 8 are arranged on different surfaces of the substrate 1 respectively, if the thickness of the substrate 1 is too large, the dispersion ratio of the concentrated stress is high. This makes it difficult for the stress to propagate to the strain gauge 8. On the other hand, if the thickness of the substrate 1 is too small, the shape of the substrate 1 becomes difficult to be restored due to repeated stress concentration. That is, there is a possibility that the plastic deformation may occur beyond the elastic deformation region of the substrate 1. If the plastic deformation occurs beyond the elastic deformation region, the output resistance value from the resistance element 2 with respect to the subsequent application of stress becomes inaccurate. The reason is that the plastic deformation is a deformation that has lost reversibility, and is not restored even if the stress is removed, and such a resistive element on the substrate 1 is always given a stress caused by the plastic deformation of the substrate 1. This is because In consideration of the above, the preferable thickness of the substrate 1 is 0.5 to 0.8 mm. This value is considered to fluctuate somewhat depending on the material of the substrate 1, but is generally in this range.
[0015]
In the first or second configuration, it is preferable that the bottom surface of the post 6 and a part or the whole area of the strain gauge 8 overlap each other without the substrate 1 interposed therebetween. An example is shown in the side view of FIG. In this figure, a resistance element 2 as a strain gauge 8 is arranged on the upper surface of the substrate 1 and a part of the resistance element 2 is located so as to overlap the bottom of the post 6. This form has an advantage that the sensitivity of the resistance element 2 can be further increased. The reason is that the stress applied to the post 6 stimulates the resistance element 2 almost directly by the protrusion 7 of the post bottom 12 without passing through the substrate 1. As a result of the stimulus, the resistor 3 of the resistance element 2 is compressed, and the resistance value, which is the characteristic value, changes significantly.
[0016]
The side view of FIG. 1 shows a configuration in which a strain gauge 8 is arranged on the same substrate 1 and a post 6 is fixed. A further advantage of this configuration is that the stress sensor of the present invention can be manufactured only by the operation of mounting on one surface of the substrate 1. The mounting operation is, for example, screen printing on the surface of the substrate 1 such as the conductor 5 or the resistor 8 constituting the resistance element 2 or fixing operation of the post 6 to the surface of the substrate 1 using an adhesive or the like. In the case of mounting on both surfaces of the substrate 1, strict conditions such as cleanliness and softness of a place where the other substrate 1 surface is mounted when mounting on one substrate 1 surface are imposed. In that respect, if they are mounted on one surface of the same substrate, such severe conditions are not imposed.
[0017]
A further advantage is that the work of aligning the strain gauge 8 and the post 6 is facilitated. The positional relationship between the strain gauge 8 and the post 6 is an important factor that affects the performance of the stress sensor. For example, in FIG. 2, if the position of the post 6 is greatly deviated from the position of the strain gauge 8, a result of transmission of the stress applied to the post 6 to each strain gauge 8 is different. This is because the position at which the strain gauge 8 is distorted in the projection 7 of the post bottom 12 is shifted. When the post 6 and the resistance element 2 that is the strain gauge 8 are mounted on the substrate 1 on different surfaces, if one substrate 1 surface is visually observed, the other substrate 1 surface cannot be seen. For this reason, it is difficult to grasp the relative positional relationship between the post 6 and the resistive element 2, and it is easy for the positional deviation to occur. In this regard, if the post 6 is mounted on the same substrate 1 surface, it is very easy to grasp the relative positional relationship between the post 6 and the resistive element 2, so that the above-mentioned positional displacement hardly occurs. In addition, it is easy to perform a visual check when removing an object that has once been displaced.
[0018]
In the specific examples of the first or second configuration and a preferred configuration based on the first or second configuration, the outer shape of the bottom surface of the post 6 as shown in FIG. 1 is a polygon, and the corner of the polygon is a protrusion. 7 is a configuration that functions. The number of corners of the polygon is preferably equal to the number of strain gauges 8. The reason is that when a polygon having more corners than the number of the strain gauges 8 is used, the stress applied to the post 6 tends to concentrate on portions other than the strain gauges 8 (that is, the stress is easily dispersed). This is because it is difficult to efficiently transmit the applied stress to the strain gauge 8. Also in the configuration of FIG. 1, the number of the strain gauges 8 is four, and the polygon is a quadrangle.
[0019]
Further, in the first or second configuration and a preferred configuration group based thereon, the outer shape of the substrate 1 is a polygon having at least one pair of sides parallel, and the upper part of the post 6 has at least one pair of sides parallel. It is a polygonal pillar, and the pair of sides and the pair of side surfaces are preferably in a parallel positional relationship. This is also realized by the post 6 shown in FIG. That is, the upper part of the post 6 is a tall square prism, and two pairs of facing side surfaces are parallel. The outer shape of the substrate 1 is square, and two pairs of opposite sides are parallel. When viewed from above, the sides forming the outer shape of the substrate 1 and the upper outer shape of the post 6 are all parallel at the corresponding positions. Therefore, the pair of sides and the pair of side surfaces have a parallel positional relationship. By adopting such a configuration, workability in fixing the substrate 1 and the post 6 may be improved. That is, the holding direction is the same when the known mounting device holds and moves the work (when holding the post 6 above the post 6), and the movement is only in arbitrary x and y directions, This is because movement in the θ direction, that is, rotation is not involved. Mounting the substrate 1 and the posts 6 while positioning them using a known mounting device has a great effect in terms of simplification of the operation. In that case, a configuration in which the pair of sides and the pair of side surfaces of the post 6 and the substrate 1 are in a parallel positional relationship is required due to the functional limitation of the known mounting device.
[0020]
Further, in the first or second configuration and a preferred configuration group based thereon, it is preferable that the protrusion 7 is rounded. This is because the problem to be solved by the present invention can be solved even if the stress concentration in the strain gauge 8 is somewhat dispersed, and it is considered that this does not cause a great problem. In addition, by providing the roundness and dispersing the stress concentration somewhat, it is possible to suppress the plastic deformation of the substrate 1 and the plastic deformation of the strain gauge 8 described above. The rounding effect is considered to be particularly advantageous in a configuration in which the bottom surface of the post 6 and a part or the whole area of the strain gauge 8 are overlapped with each other without the substrate 1 interposed therebetween. The reason is that the plastic deformation of the strain gauge 8 that is more flexible and easily deformed plastically than the substrate 1 can be suppressed.
[0021]
Further, in the above-described first or second configuration and a preferred configuration group based on them, it is preferable to have a protective film 13 covering at least the strain gauge 8. The protective film 13 is a material or the like that is more flexible than the substrate 1. Examples of such a material include a silicone resin material and a rubber material. When the stress applied to the post 6 stimulates the strain gauge 8 almost directly, the flexible material has an effect of appropriately dispersing the stress in a predetermined range (generally in the region of the normal strain gauge 8). Therefore, the plastic deformation of the strain gauge 8 can be suppressed by sufficiently transmitting the stress to the entire area of the strain gauge 8 without transmitting the stress only to the local portion of the strain gauge 8. Further, in the first or second configuration, the flexible material has a structure in which the posts 6 and the strain gauges 8 are respectively arranged on different surfaces of the substrate 1. This has an effect of suppressing a decrease in the adhesion between the substrate 1 and the strain gauge 8 due to the bending (extension and contraction) of the substrate.
[0022]
Among the resin-based materials, the silicone-based resin hardly deteriorates due to repeated deformation, maintains a high adhesive force with the substrate 1 and the resistance element 2, and makes the resistance element 2 more reliable even for long-term use. It can be protected and is suitable.
[0023]
Further, in the first or second configuration and a preferred configuration group based thereon, the strain gauge 8 is the resistance element 2, the resistance element 2 has the trimming groove 4, and the trimming groove 4 faces the post 6. It is preferable to form the resistor at three places on the side opposite to the side. FIG. 2 shows the positional relationship between the resistive element 2, the post 6, and the trimming groove 4. FIG. 3 shows an example in which trimming grooves 4 are formed at three locations of the resistor opposite to the side facing the post 6. Here, as shown in FIG. 7, the deformation of the substrate 1 and the strain gauge 8 (the resistance element 2) due to the application of the stress to the post 6 is greatest at a position corresponding to the post bottom surface contour 30 b. Therefore, the trimming groove 4 is formed at a position as far away from the place as possible, avoiding the place.
[0024]
The reason for forming the trimming groove 4 at such a position will be described. The trimming groove 4 is formed by laser trimming or the like. In laser trimming, the temperature of the resistor 3 is locally and instantaneously raised to a high temperature, and the local portion is evaporated to remove the portion of the resistor 3. Since the removal process involves a large change in temperature, cracks may naturally occur around the trimming groove 4. The crack may be expanded by expanding, contracting or compressing the resistor 3. Even in a trimming method other than the laser trimming, there is no difference in locally digging or damaging the resistor 3 constituting the resistance element 2. As a result, factors that make the resistor 3 brittle, such as the occurrence of cracks in the resistor 3, are provided. Therefore, it is preferable to form the trimming groove 4 at a position that is not easily affected by the deformation of the resistance element 2. The trimming method other than the laser trimming is, for example, a sand blast method.
[0025]
Further, in the above-described first or second configuration and a preferred configuration group based thereon, it is preferable that the post 6 is made of metal, ceramic, resin, or fiber-reinforced resin. An advantage of using metal or ceramic such as iron or high carbon steel as the material of the post 6 is that the applied stress can be accurately transmitted due to their rigidity. A first advantage in the case where the post 6 is made of a resin or a fiber-reinforced resin is that energy consumption is small in the production thereof. For example, the temperature at which a resin or a fiber-reinforced resin is molded and hardened is much lower than the sintering temperature of ceramic or the casting temperature of metal. The second advantage is that the moldability is superior to ceramics and metals. For example, when manufacturing a post 6 having a complicated shape, there is a possibility that cracks may be formed after a ceramic molding / sintering step and a metal casting step. This is due to the fact that the rigid body cannot follow the volume shrinkage caused by the temperature change from a very high temperature to a normal temperature during cooling. On the other hand, when using a resin or fiber-reinforced resin, the melting temperature of the resin is very low compared to the sintering temperature or casting temperature, the volume shrinkage upon cooling is small, and the rigidity of the resin is metal or ceramic. Therefore, it can be said that there is almost no such fear.
[0026]
The post 6 can be used when the stress sensor of the present invention is applied to a pointing device for a personal computer, various electronic devices such as a mobile phone, particularly a multifunctional multidirectional switch of a small portable electronic device. Here, when the stress sensor of the present invention is used as the multi-function and multi-directional switch, the cross-sectional shape of the side surface of the post 6 is varied so that the operator can recognize in which direction the stress should be applied by touch. It is preferable that each command is transmitted to the electronic device by making it square and applying a stress perpendicularly to each plane on the side surface of the post 6. In consideration of the complexity of the shape of the post 6 in the case of such a polygonal cross section, the post 6 is preferably made of a resin or a fiber-reinforced resin as described above.
[0027]
As a material when a resin is used, polyvinyl terephthalate (PVT) or polybutylene terephthalate (PBT) can be particularly preferably used. Since PVT and PBT are particularly excellent in rigidity among resin materials, there is an advantage that the applied stress can be transmitted relatively accurately. Further, since the heat resistance is good, there is an advantage that the rigidity can be maintained even when the use environment is a little higher than normal temperature.
[0028]
Further, in the above-mentioned first or second structure and a preferable structure group based on them, the substrate 1 may be made of a material mainly composed of a resin material, a metal whose surface is coated with a non-conductive material, or a ceramic. preferable. Examples of the resin-based material as a main component include a phenol resin alone and a fiber-reinforced resin such as an epoxy resin molded article mixed with glass fiber. Examples of the metal whose surface is coated with the non-conductive material include those obtained by coating an iron or aluminum plate with a polyethylene resin. Examples of the ceramic include alumina. As described above, the substrate 1 needs to have both flexibility that can bend to some extent and rigidity and elasticity that can restore its shape when stress is removed, against a large number of bendings, Any of these exemplified materials can satisfy them.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As shown in FIG. 3, a large-sized alumina substrate 11 is prepared in which a unit having a quadrangular outer shape is defined as one unit and is divided vertically and horizontally by dividing grooves 10 crossing a large number of through holes.
[0030]
First, an Ag-Pd-based conductor paste is formed by screen printing on the lower surface of each of the large alumina substrates 11 shown in FIG. 2 (g), and then the conductor 5 is obtained by firing the paste (FIG. 2). (H)). Next, an Ag-Pd-based conductor paste is formed by screen printing so as to have a pattern shown in FIG. The screen printing for obtaining these conductors 5 is based on so-called through-hole printing, and as shown in the side view of FIG. 1 Conductors on the upper surface and the lower surface conduct.
[0031]
Next, a ruthenium oxide-based resistor paste is screen-printed in combination with the conductor 5 shown in FIG. 2 so as to form the resistor 2 and fired to obtain the resistor 3 (FIG. 2C). Next, laser trimming is performed on each of the four resistors 3 so as to have a constant resistance value, and a trimming groove 4 is formed. At this time, the trimming groove 4 is formed in the resistor 3 at the end of each substrate 1 as shown in FIG. The formation of the trimming groove 4 in the portion means that the conductive powder (in this case, the powder of the material constituting the resistor 3) scattered during trimming is fixed to the end of each substrate 1 and the periphery of the dividing groove 10. Will be done. Therefore, the possibility that the adjacent resistance elements 2 on the same substrate 1 are electrically connected to each other due to the presence of the powder, and the function as a stress sensor cannot be exhibited can be reduced as much as possible.
[0032]
Thereafter, a silicone resin is further screen-printed so as to cover all four resistance elements 2 including the resistor 3, and a protective film 13 is obtained through a curing step (FIG. 2E). At this time, the thickness of the protective film is set to 10 to 30 μm to protect the resistive element 2 from plastic deformation caused by excessive stress applied to the resistive element 2 and to prevent the sensitivity of the post 6 from being extremely reduced with respect to the application of stress. I have. In order to suppress the variation in the sensitivity as much as possible, the thickness of the protective film is preferably set to 15 to 20 μm. At this time, the formation positions of the conductor 5 and the resistor 3 formed earlier can be grasped as irregularities of the protective film 13. Therefore, the effect of grasping the relative positional relationship between the post 6 and the resistance element 2 described above is not lost. Further, on the lower surface of the substrate 1, an epoxy resin paste as a gap forming member (described later) is formed with a thickness of about 50 μm by screen printing (FIG. 2 (i)).
[0033]
Then, as shown in FIG. 2 (f), a post 6 having a square bottom surface formed of polybutylene terephthalate (PBT) and a resistive element 2 of the substrate 1 having a bottom surface are disposed substantially at the center of each substrate 1. The substrate 1 is positioned so as to be in contact with the same surface as the formed surface and at a position where the resistive element 2 is partially overlapped with the resistor 3 and the protrusion 7 is at a position corresponding to the resistor 3. Then, the post 6 is fixed with an epoxy adhesive using a known mounting device. At this time, the overlapping areas are made substantially equal. Thus, an assembly of the stress sensor of the present invention is obtained.
[0034]
Next, a stress is applied to the large-sized alumina substrate 11 so as to open the dividing groove 10 and divided into individual stress sensor units (divided) to obtain the stress sensor of the present invention. In the obtained stress sensor, the surface of the substrate 1 opposite to the surface of the substrate 1 to which the post 6 is fixed is mounted so as to face the printed circuit board. The printed circuit board is provided with wiring to a control unit for detecting and calculating the electrical characteristics (change in resistance value) of the stress sensor, and is electrically connected to and fixed to the stress sensor by the terminals and the solder. At this time, the above-mentioned gap forming member replaces the solder 32 in FIG. 6, and the substrate 1 can be bent when stress is applied to the post 6 in the X and Z directions as shown in FIG. The bendable region is the “sensor effective region” on the surface of the substrate 1 described above. If this bendable area is shown in the drawing, it is substantially the same as the area where the protective film 13 of FIG. The reason is that the four corners of the substrate 1 are not considered to be the bendable regions because the side wall surfaces of the through holes in FIG. 2 are fixed to the printed circuit board through a reflow process with solder or the like. It is. However, the center of the bendable area (the center of the sensor effective area) is a point orthogonal to a diagonal line extending from four corners of the substrate 1. The center of the bottom surface of the post 6 shown in FIG. 2 (f) was arranged at a position substantially coinciding with the center of the bendable region.
[0035]
As described above, in the stress sensor of the present invention, multifunction can be achieved by adding some function to the downward (Z-direction) stress application to the post 6. For example, when the stress sensor of the present invention is used as a pointing device of a computer, a so-called mouse click function can correspond to the downward stress application. When the stress sensor device of the present invention is used as a multidirectional switch for a small portable device such as a so-called mobile phone, when a downward stress is applied for a predetermined time, the power of the portable device is turned on / off. It becomes possible to correspond to an instruction.
[0036]
FIG. 4 shows an outline of an electric signal input / output state in the stress sensor of the present invention. Four resistance elements 2 constitute a bridge circuit. A predetermined voltage is applied between a voltage application terminal (Vcc) and (GND) of this bridge circuit. Further, a stress sensor in the Y-axis direction is constituted by the resistance element 2 and the Y terminal (Yout) on the left side of the figure, and a stress sensor in the X-axis direction is constituted by the resistance element 2 and the X terminal (Xout) on the right side of the figure. .
[0037]
In this example, the step of fixing the post 6 to the substrate 1 is performed before the large alumina substrate 11 is divided, but the step may be performed after the division. However, after being divided into the individual substrates 1, it is difficult to handle them, which may hinder the above-mentioned process. Therefore, the step of fixing the post 6 to the substrate 1 as in this example is preferably performed before the large alumina substrate 11 is divided.
[0038]
Further, in this example, the outer shape of the substrate 1 is rectangular, but in order to secure the above-mentioned flexible region, the region of the protective film 13 shown in FIG. The outer shape of 1 may be an octagon. However, when a member such as the large-sized alumina substrate 11 is used as a material at the time of manufacturing, a square shape is preferable from the viewpoint of easy manufacturing. If a large alumina substrate having a large number of octagonal substrates 1 is to be produced, a relatively large hole such as a square must be formed in the substrate by punching or the like in advance. Then, at the time of the punching process or the screen printing in the present example, the large alumina substrate may be warped. This greatly affects the subsequent handling of the substrate 1 and the characteristics of the stress sensor. Therefore, in this example, the outer shape of the substrate 1 is preferably a square.
[0039]
Hereinafter, another example of the embodiment of the present invention will be described. Here, in FIG. 5, only members required for the description are drawn, and other members are omitted (for example, the conductor 5 in FIG. 5A).
[0040]
FIG. 5A is an example in which the projection 7 has a rounded shape when the stress sensor is viewed from above. FIG. 5B shows an example in which the projection 7 has a round shape when the stress sensor is viewed from the side. It goes without saying that the above-described effect when the protrusions 7 are rounded can be obtained in both the embodiment of FIG. 5A and the embodiment of FIG. 5B. Further, these forms may be used in combination. Further, as shown in FIG. 5C, the posts 6 and the strain gauges 8 may be arranged on different surfaces of the substrate 1 and the upper surface and / or the side surfaces of the protrusion 7 may be rounded.
[0041]
FIG. 5D shows a form in which the projection 7 and the strain gauge 8 are located at positions corresponding to each other even if they are at corresponding positions. This configuration is considered to be effective when, for example, a material having a very high sensitivity (a large change in the characteristic value by a slight expansion, contraction or compression) is used as the material of the strain gauge 8. This embodiment can be applied to both cases where the post 6 and the strain gauge 8 are arranged on different surfaces of the substrate 1 and where the post 6 and the strain gauge 8 are arranged on the same surface of the substrate 1.
[0042]
FIG. 5E shows a form in which the bottom 12 of the post is circular when viewed from the top, and the bottom of the post 6 and a part of the strain gauge 8 overlap without interposing the substrate 1. In this case, the entire bottom peripheral surface of the post becomes the projection 7. Here, the projection 7 in such a form concentrates the stress applied to the post 6 to the projection 7, the concentrated stress is transmitted to the strain gauge 8, and the amount of expansion, contraction or compression is reduced by the conventional method. The effect of the extent larger than that can be obtained when the bottom surface of the post 6 and a part of the strain gauge 8 overlap without passing through the substrate 1. Naturally, depending on the size of the bottom of the post 6, in a normal stress sensor, when the bottom of the post 6 transmits stress to the strain gauge 8 via the substrate 1, the protrusion 7 which is the entire peripheral surface of the bottom of the post is prominent. There is no stimulation of the strain gauge 8 due to excessive stress concentration. In this case, it is considered preferable that the bottom and the top of the post 6 have the same diameter in the form of a cylinder, because the post 6 can be most easily formed and the like.
[0043]
FIG. 5F shows an example in which the projection 7 has a round shape when the stress sensor is viewed from the side in the form of FIG. 5E.
[0044]
FIG. 5G shows an example in which the post 6 has a protrusion 7 on the bottom surface in the form of FIG. 5C. The protruding portion 7 may be formed at the time of molding the post 6, or an arbitrary material (including a material different from the post material) may be formed on the post 6 having a smooth bottom surface at an arbitrary position on the bottom surface. It may be fixed. This embodiment is also applicable when the post 6 and the strain gauge 8 are arranged on the same surface of the substrate 1.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a stress sensor having high sensitivity to the application of stress to a post.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a top view and a side view of a stress sensor of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a manufacturing process of the stress sensor of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of a large-sized alumina substrate that can be used for manufacturing the stress sensor of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of an outline of an electric signal input / output state in the stress sensor of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an operation state of the stress sensor.
FIG. 7A is a diagram showing an example of a positional relationship between components of a conventional stress sensor, and FIG. 7B is a diagram showing a positional relationship between a resistive element, a post, and a trimming groove according to the conventional stress sensor. FIG.
[Explanation of symbols]
1. substrate
2. Resistance element
3. Resistor
4. Trimming groove
5. conductor
6. post
7. protrusion
8. Strain gauge
9. Terminal
10. Dividing groove
11. Large alumina substrate
12. Post bottom
13. Protective film
20. substrate
21. Trimming groove
22. Resistance element
23. Post operation section
24. conductor
30. post
30b. Post bottom contour
31. Circuit board
32. Solder