JPH03103739A - 振動式圧力センサの磁気回路の製造方法 - Google Patents
振動式圧力センサの磁気回路の製造方法Info
- Publication number
- JPH03103739A JPH03103739A JP24131589A JP24131589A JPH03103739A JP H03103739 A JPH03103739 A JP H03103739A JP 24131589 A JP24131589 A JP 24131589A JP 24131589 A JP24131589 A JP 24131589A JP H03103739 A JPH03103739 A JP H03103739A
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- Japan
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- permeable material
- magnetic
- magnetic circuit
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
く産業上の利用分野〉
本発明は、シリコンの振動子を用いた振動式圧力（差圧
も含む）センサの磁気回路の製造方法に係り、特にこの
振動子の励振に用いる磁場を高密度にして感度を向上さ
せるように改良した振動式圧力センサの磁気回路の製造
方法に関する．く従来の技術〉 第４図は従来の振動式圧力センサの構成の概要を示す縦
断面図である． １０はシリコンの単結晶で出来たセンサチップであり、
その中央部は周囲の固定部１１に対して薄肉のダイアフ
ラム１２となっている．このダイアフラム１２の所定の
位置に両端がこのダイアフラム１２に固定されその他の
部分はフリーな状態の振動梁１３が配置されている．そ
して、この振動梁１３の上部はシエル１４でダイアフラ
ム１２と一体にかつ機密に保持されて覆われている．こ
のダイアフラム１２にその上部の圧力Ｐ，と下部の圧力
Ｐ２との差ΔＰの圧力が印加されるとダイアフラム１２
は変形し、その歪により振動梁ｌ３にかかる張力が変化
する． センサチップ１０の上部にはこれに近接して磁場発生装
置１５が配置されている．この磁場発生装置１５は永久
磁石１６、Ｌ字形の一対のヨーク１７、１８等で構戒さ
れており、永久磁石１６は一対のヨーク１７、ｌ８でそ
の下端の突合せ部にわずかな隙間ｇ，が形成されるよう
に挟み込まれている． この場合の磁場発生装置１５の永久磁石１６、Ｌ字形の
一対のヨーク１７、１８、隙間ｇ，等は全て機械加工に
より製作される． この機械加工により製作された隙間ｇ，の部分で永久磁
石１６からの磁束の一部が漏洩して振動梁１３を横切る
漏洩磁束Φを発生させる．次に、以上のように楕戒され
た振動式圧力センサの動作について説明する． 振動梁１３に交流電流ｉを流すとこの交流電流ｉと漏洩
磁束Φとの相互作用により振動梁ｌ３が振動する．この
ときの振動電圧を増幅器（図示せず）で検出し上記交流
電流１に対して正帰還をかけるとこれ等の振動系の状態
で決定される固有振動数で自励発振をする。
も含む）センサの磁気回路の製造方法に係り、特にこの
振動子の励振に用いる磁場を高密度にして感度を向上さ
せるように改良した振動式圧力センサの磁気回路の製造
方法に関する．く従来の技術〉 第４図は従来の振動式圧力センサの構成の概要を示す縦
断面図である． １０はシリコンの単結晶で出来たセンサチップであり、
その中央部は周囲の固定部１１に対して薄肉のダイアフ
ラム１２となっている．このダイアフラム１２の所定の
位置に両端がこのダイアフラム１２に固定されその他の
部分はフリーな状態の振動梁１３が配置されている．そ
して、この振動梁１３の上部はシエル１４でダイアフラ
ム１２と一体にかつ機密に保持されて覆われている．こ
のダイアフラム１２にその上部の圧力Ｐ，と下部の圧力
Ｐ２との差ΔＰの圧力が印加されるとダイアフラム１２
は変形し、その歪により振動梁ｌ３にかかる張力が変化
する． センサチップ１０の上部にはこれに近接して磁場発生装
置１５が配置されている．この磁場発生装置１５は永久
磁石１６、Ｌ字形の一対のヨーク１７、１８等で構戒さ
れており、永久磁石１６は一対のヨーク１７、ｌ８でそ
の下端の突合せ部にわずかな隙間ｇ，が形成されるよう
に挟み込まれている． この場合の磁場発生装置１５の永久磁石１６、Ｌ字形の
一対のヨーク１７、１８、隙間ｇ，等は全て機械加工に
より製作される． この機械加工により製作された隙間ｇ，の部分で永久磁
石１６からの磁束の一部が漏洩して振動梁１３を横切る
漏洩磁束Φを発生させる．次に、以上のように楕戒され
た振動式圧力センサの動作について説明する． 振動梁１３に交流電流ｉを流すとこの交流電流ｉと漏洩
磁束Φとの相互作用により振動梁ｌ３が振動する．この
ときの振動電圧を増幅器（図示せず）で検出し上記交流
電流１に対して正帰還をかけるとこれ等の振動系の状態
で決定される固有振動数で自励発振をする。
一方、ダイアフラムｌ２に印加された差圧ΔＰにより振
動梁１３の強力が変化するので振動系の固有周波数が変
化する．従って、この自励発振の発振周波数はこの差圧
ΔＰに対応して変化することとなる．したがって、逆に
この発振周波数の変化を測定することにより差圧ΔＰを
検出することができる． く本発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、以上のような磁場発生装置１５の磁気回
路は機械加工によって製作しているので、次に説明する
ような問題がある． ｛イ｝一般的に隙間ｇ１の内部に発生する磁束に比べて
漏洩磁束の磁束密度は、横軸にヨーク１８の下端から下
方に向かう位ＨＥ．を、縦軸に対応する磁束密度Ｂをそ
れぞれとった第５図〈イ）に示す特性から判るように、
ヨーク１８の下端から離れると急激に磁束密度が低下し
極めて小さな値となる． 従って、ヨーク１７、１８の底面とセンサチップ１０の
上面との間隙ｌ，を正確に制御する必要があるが、機械
加工によるとヨーク１８の下端の厚みを機械加工により
精度よく加工することが難しい． （ロ）また、磁束密度Ｂの大きさは、横軸に間隙ｇ１の
大きさを、縦軸に対応する磁束密度Ｂをそれぞれとった
第５図（口）に示す特性から判るように、間隙ｇ，の大
きさを精度よくとらないと磁束密度の変化が大きく異な
るので、これを正確に機械加工により作ることは難しい
。
動梁１３の強力が変化するので振動系の固有周波数が変
化する．従って、この自励発振の発振周波数はこの差圧
ΔＰに対応して変化することとなる．したがって、逆に
この発振周波数の変化を測定することにより差圧ΔＰを
検出することができる． く本発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、以上のような磁場発生装置１５の磁気回
路は機械加工によって製作しているので、次に説明する
ような問題がある． ｛イ｝一般的に隙間ｇ１の内部に発生する磁束に比べて
漏洩磁束の磁束密度は、横軸にヨーク１８の下端から下
方に向かう位ＨＥ．を、縦軸に対応する磁束密度Ｂをそ
れぞれとった第５図〈イ）に示す特性から判るように、
ヨーク１８の下端から離れると急激に磁束密度が低下し
極めて小さな値となる． 従って、ヨーク１７、１８の底面とセンサチップ１０の
上面との間隙ｌ，を正確に制御する必要があるが、機械
加工によるとヨーク１８の下端の厚みを機械加工により
精度よく加工することが難しい． （ロ）また、磁束密度Ｂの大きさは、横軸に間隙ｇ１の
大きさを、縦軸に対応する磁束密度Ｂをそれぞれとった
第５図（口）に示す特性から判るように、間隙ｇ，の大
きさを精度よくとらないと磁束密度の変化が大きく異な
るので、これを正確に機械加工により作ることは難しい
。
く課題を解決するための手段〉
本発明は、以上の課題を解決するために、一部に測定圧
力が印加される薄肉のダイアフラム部が形成されたシリ
コンチップの内部に両端が固定された振動梁が形戒され
この振動梁に磁場を印加してこの振動梁に測定圧力に対
応して発生する振動′ａ流の周波数を検出する振動式圧
力センサの磁気回路の製造方法において、最終的に永久
磁石とされる強磁性体と共にヨーク材で形成されたコの
字形の磁気回路の開放面に薄板の透磁材料を拡散接合に
より接合し、次にこの透磁材料の中央部に磁場を形戒す
る漏洩磁束を発生させるに必要な形状を残してレジスト
を塗布し、この後エッヂャントを用いて透磁材料に対し
て所定の間豫にパターニングを行い、最後にこれ等全体
を強磁場の中に挿入して前記強磁性体を永久磁石とする く作 用〉 磁気回路の開放面に薄板の透磁材料を拡散接合により接
合し、次にこの透磁材料の中央部に磁場を形成する漏洩
磁束を発生させるに必要な形状を残してレジストを塗布
し、この後エッチャントを用いて透磁材料に対して所定
の間隙にパターニングを行い、最後にこれ等全体を強磁
場の中に挿入して前記強磁性体を永久磁石とすることに
より、漏洩磁束を発生させるための正確な間隙或いは位
置関係を画一的に製作することができる。
力が印加される薄肉のダイアフラム部が形成されたシリ
コンチップの内部に両端が固定された振動梁が形戒され
この振動梁に磁場を印加してこの振動梁に測定圧力に対
応して発生する振動′ａ流の周波数を検出する振動式圧
力センサの磁気回路の製造方法において、最終的に永久
磁石とされる強磁性体と共にヨーク材で形成されたコの
字形の磁気回路の開放面に薄板の透磁材料を拡散接合に
より接合し、次にこの透磁材料の中央部に磁場を形戒す
る漏洩磁束を発生させるに必要な形状を残してレジスト
を塗布し、この後エッヂャントを用いて透磁材料に対し
て所定の間豫にパターニングを行い、最後にこれ等全体
を強磁場の中に挿入して前記強磁性体を永久磁石とする く作 用〉 磁気回路の開放面に薄板の透磁材料を拡散接合により接
合し、次にこの透磁材料の中央部に磁場を形成する漏洩
磁束を発生させるに必要な形状を残してレジストを塗布
し、この後エッチャントを用いて透磁材料に対して所定
の間隙にパターニングを行い、最後にこれ等全体を強磁
場の中に挿入して前記強磁性体を永久磁石とすることに
より、漏洩磁束を発生させるための正確な間隙或いは位
置関係を画一的に製作することができる。
く実方龜例〉
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する．第
１図は本発明の１実施例の構成を示した工程図、第２図
は第１図に示す製造方法により製造された磁気回路を振
動式圧力センサとして組み込んだ構成を示す縦断面図で
ある．なお、第４図に示す部分と同一の機能を有する部
分は同一の符号を付して適宜にその説明を省略する．ま
ず、第２図について説明する． センサチップ１０の固定部１１の底面は基板１９に固定
されている．この基板１９は例えば円板状に形戒されそ
の中央部に導圧孔２０が穿設されている．この導圧孔２
０と連通して円筒状の支持筒２１が固定されている． ２２は有底円筒状のボデイであり、その底部２３の中央
には凹部２４が形成されておりこの凹部２４の中央には
導圧孔が形成されてこの部分に支持筒２１が挿入固定さ
れている。底部２３の凹部２４の外開にはリード引出孔
２５、２６が形成されている．このリード引出孔２５、
２６の内部には振動梁１３と接続されるリード線２７、
２８が接続された電極端子２９、３０がボデイ２２とは
絶縁されてガラス封じされ、気密を保って固定されてい
る． また、円筒状のボディ２２の側面には導圧孔３１がこれ
を貫通して穿設され、この導圧孔３１を介して圧力Ｐ１
が導入される．支持筒２１からは圧力Ｐ２が導入される
． 円筒状のボデイ２２の内部の上方にはセンサチップ１０
の振動梁１３とは所定の間隔を保持して磁場発生装置３
２が挿入固定されている．３３は永久磁石であり、この
両側面を挟んでブロック状の磁束透過材料であるヨーク
３４、３５が固定され、これ等のヨーク３４、３５の下
端には厚さｔ・の薄板状の透磁材料３６が固定されてい
る．この透磁材料３６の中央部には間ｗｐ．ｇ ２が形
成され、この部分から漏洩磁束Φが発生させられている
． 以上のような楕成により圧力を測定する動作は第４図で
示したときと同様であるが、第２図に示す場合はより高
精度で動作する． 次に、第２図に示す磁場発生装置３２の磁気回路を製造
する製造方法について第１図を用いて説明する． 第１図（イ〉は拡散接合工程を示す工程図である．透磁
材料３４、３５の下端に薄板状の透磁材科３８を拡散接
合する． この後、第１図（ロ）に示すように透磁材料３４と３５
の間に、最終的には永久磁石とされるサマリウムコバル
トなどの未磁化状態の例えば矩形型の磁性木３７を配置
して接着する． 次に、第１図（ハ）に示すレジスト工程に移行する．こ
こでは、透磁材ｆＩ３８の外面に最終的に間隙ｇ２にな
るような外面形状を残してレジスト５３９を塗布する． 第１図（二）はエッチング工程を示す．この工程では透
磁材料３８に対してエッチングを施すことにより間隙ｇ
２のバターニングを行い、間隙ｇ２の寸法形状を所定の
値に作製して、透磁材料３６とする． 最後に、第ｌ図（ホ）に示す磁化工程に移行する。この
ようにして組み立てられた磁気回路は磁化装置４０、４
１で発生された強磁場の中に挿入されて強磁性体３７を
磁化して永久磁石３３とする． 以上の工程を経て第２図に示す磁場発生装置３２の磁気
回路を製造する． 第１図に示す製造工程によれば、間隙ｇ２はエッチング
で行うので、この距離を正確に制御するのが容易であり
、従って高精度で低バラツキの漏洩磁束を振動梁１３に
印加することができる。
１図は本発明の１実施例の構成を示した工程図、第２図
は第１図に示す製造方法により製造された磁気回路を振
動式圧力センサとして組み込んだ構成を示す縦断面図で
ある．なお、第４図に示す部分と同一の機能を有する部
分は同一の符号を付して適宜にその説明を省略する．ま
ず、第２図について説明する． センサチップ１０の固定部１１の底面は基板１９に固定
されている．この基板１９は例えば円板状に形戒されそ
の中央部に導圧孔２０が穿設されている．この導圧孔２
０と連通して円筒状の支持筒２１が固定されている． ２２は有底円筒状のボデイであり、その底部２３の中央
には凹部２４が形成されておりこの凹部２４の中央には
導圧孔が形成されてこの部分に支持筒２１が挿入固定さ
れている。底部２３の凹部２４の外開にはリード引出孔
２５、２６が形成されている．このリード引出孔２５、
２６の内部には振動梁１３と接続されるリード線２７、
２８が接続された電極端子２９、３０がボデイ２２とは
絶縁されてガラス封じされ、気密を保って固定されてい
る． また、円筒状のボディ２２の側面には導圧孔３１がこれ
を貫通して穿設され、この導圧孔３１を介して圧力Ｐ１
が導入される．支持筒２１からは圧力Ｐ２が導入される
． 円筒状のボデイ２２の内部の上方にはセンサチップ１０
の振動梁１３とは所定の間隔を保持して磁場発生装置３
２が挿入固定されている．３３は永久磁石であり、この
両側面を挟んでブロック状の磁束透過材料であるヨーク
３４、３５が固定され、これ等のヨーク３４、３５の下
端には厚さｔ・の薄板状の透磁材料３６が固定されてい
る．この透磁材料３６の中央部には間ｗｐ．ｇ ２が形
成され、この部分から漏洩磁束Φが発生させられている
． 以上のような楕成により圧力を測定する動作は第４図で
示したときと同様であるが、第２図に示す場合はより高
精度で動作する． 次に、第２図に示す磁場発生装置３２の磁気回路を製造
する製造方法について第１図を用いて説明する． 第１図（イ〉は拡散接合工程を示す工程図である．透磁
材料３４、３５の下端に薄板状の透磁材科３８を拡散接
合する． この後、第１図（ロ）に示すように透磁材料３４と３５
の間に、最終的には永久磁石とされるサマリウムコバル
トなどの未磁化状態の例えば矩形型の磁性木３７を配置
して接着する． 次に、第１図（ハ）に示すレジスト工程に移行する．こ
こでは、透磁材ｆＩ３８の外面に最終的に間隙ｇ２にな
るような外面形状を残してレジスト５３９を塗布する． 第１図（二）はエッチング工程を示す．この工程では透
磁材料３８に対してエッチングを施すことにより間隙ｇ
２のバターニングを行い、間隙ｇ２の寸法形状を所定の
値に作製して、透磁材料３６とする． 最後に、第ｌ図（ホ）に示す磁化工程に移行する。この
ようにして組み立てられた磁気回路は磁化装置４０、４
１で発生された強磁場の中に挿入されて強磁性体３７を
磁化して永久磁石３３とする． 以上の工程を経て第２図に示す磁場発生装置３２の磁気
回路を製造する． 第１図に示す製造工程によれば、間隙ｇ２はエッチング
で行うので、この距離を正確に制御するのが容易であり
、従って高精度で低バラツキの漏洩磁束を振動梁１３に
印加することができる。
また、透磁材料３８の厚さｔはこれを数値計算で決めた
所定の厚さにすることにより間隙ｇ２の部分で発生する
漏洩磁束を大きくすることができるが、この厚さの制御
は第１図に示すエッチングを用いてパターニングする製
造方法をとると容易であり、かつ正確に決定することが
できる。
所定の厚さにすることにより間隙ｇ２の部分で発生する
漏洩磁束を大きくすることができるが、この厚さの制御
は第１図に示すエッチングを用いてパターニングする製
造方法をとると容易であり、かつ正確に決定することが
できる。
第３図は透磁材料３６の下端面を基準としてこから振動
梁１３を含む上下をＶ軸（下方を正）として分布する磁
場の変化を示したものである．曲線（Ａ）は第４図に示
す従来の磁気回路での磁束変化を、曲線（Ｂ）は適正に
厚さｔを決定したときの第２図に示す振動式圧力センサ
での磁気回路での磁束変化をそれぞれ示している．この
磁束変化から判るように曲線（Ｂ）でのｖ＞ｏの範囲で
の磁束変化は緩やかでかつ大きな値を示している．従っ
て、振動梁１３の永久磁石３３に対する相対位置設定の
精度は緩やがでよいので、組み立てが容易となる． く発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
る製造工程によれば、磁気回路に形成される間隙を正確
に設定することができ、また透磁材料部分を拡散接合に
より一体に組み立てられるので全体の寸法精度の制御が
容易であり、強い漏洩磁束を低バラツキで供給すること
ができ、振動梁で発生する起電力を大きくすることがで
きる．また、磁気回路内の材料接触部に拡散接合を用い
ているので、温度工程管理を適当に行うことにより磁気
損失が少なくなる上に一括大量生産が可能になり、コス
トの低減に役立つ．
梁１３を含む上下をＶ軸（下方を正）として分布する磁
場の変化を示したものである．曲線（Ａ）は第４図に示
す従来の磁気回路での磁束変化を、曲線（Ｂ）は適正に
厚さｔを決定したときの第２図に示す振動式圧力センサ
での磁気回路での磁束変化をそれぞれ示している．この
磁束変化から判るように曲線（Ｂ）でのｖ＞ｏの範囲で
の磁束変化は緩やかでかつ大きな値を示している．従っ
て、振動梁１３の永久磁石３３に対する相対位置設定の
精度は緩やがでよいので、組み立てが容易となる． く発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
る製造工程によれば、磁気回路に形成される間隙を正確
に設定することができ、また透磁材料部分を拡散接合に
より一体に組み立てられるので全体の寸法精度の制御が
容易であり、強い漏洩磁束を低バラツキで供給すること
ができ、振動梁で発生する起電力を大きくすることがで
きる．また、磁気回路内の材料接触部に拡散接合を用い
ているので、温度工程管理を適当に行うことにより磁気
損失が少なくなる上に一括大量生産が可能になり、コス
トの低減に役立つ．
第１図は本発明の１実施例を示す工程図、第２図は第１
図に示す工程で製遺された振動式圧力センサの縦断面図
、第３図は第２図に示す磁場発生装置の特性の１例を示
す特性図、第４図は従来の振動式圧力センサの構戒を示
す縦断面図、第５図は第４図に示す振動式圧力センサの
問題点を説明する特性図である。 １０・・・センサチップ、１１・・・固定部、１２・・
・ダイアフラム、１３・・・振動梁、１４・・・シェル
、１５、３２・・・磁場発生装置、１６、３３・・・永
久磁石、１７、１８・・・ヨーク、１９・・・基板、２
０、３１・・・導圧孔、２１・・・支持筒、２２・・・
ボデイ、３６、３８・・・透磁材料、３７・・・強磁性
体、４０、４１・・・磁化装置． 第 ２ 図 第 Ｊ 図 第 ４ 図 ｌイ冫
図に示す工程で製遺された振動式圧力センサの縦断面図
、第３図は第２図に示す磁場発生装置の特性の１例を示
す特性図、第４図は従来の振動式圧力センサの構戒を示
す縦断面図、第５図は第４図に示す振動式圧力センサの
問題点を説明する特性図である。 １０・・・センサチップ、１１・・・固定部、１２・・
・ダイアフラム、１３・・・振動梁、１４・・・シェル
、１５、３２・・・磁場発生装置、１６、３３・・・永
久磁石、１７、１８・・・ヨーク、１９・・・基板、２
０、３１・・・導圧孔、２１・・・支持筒、２２・・・
ボデイ、３６、３８・・・透磁材料、３７・・・強磁性
体、４０、４１・・・磁化装置． 第 ２ 図 第 Ｊ 図 第 ４ 図 ｌイ冫
Claims (1)
- 一部に測定圧力が印加される薄肉のダイアフラム部が形
成されたシリコンチップの内部に両端が固定された振動
梁が形成されこの振動梁に磁場を印加してこの振動梁に
前記測定圧力に対応して発生する振動電流の周波数を検
出する振動式圧力センサの磁気回路の製造方法において
、最終的に永久磁石とされる強磁性体と共にヨーク材で
形成されたコの字形の磁気回路の開放面に薄板の透磁材
料を拡散接合により接合し、次にこの透磁材料の中央部
に前記磁場を形成する漏洩磁束を発生させるに必要な形
状を残してレジストを塗布し、この後エッチャントを用
いて透磁材料に対して所定の間隙にパターニングを行い
、最後にこれ等全体を強磁場の中に挿入して前記強磁性
体を永久磁石とする振動式圧力センサの磁気回路の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24131589A JPH03103739A (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 振動式圧力センサの磁気回路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24131589A JPH03103739A (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 振動式圧力センサの磁気回路の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03103739A true JPH03103739A (ja) | 1991-04-30 |
Family
ID=17072466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24131589A Pending JPH03103739A (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 振動式圧力センサの磁気回路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03103739A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102374915A (zh) * | 2010-08-06 | 2012-03-14 | 中国科学院电子学研究所 | 一种电磁驱动谐振式微结构压力传感器封装方法 |
-
1989
- 1989-09-18 JP JP24131589A patent/JPH03103739A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102374915A (zh) * | 2010-08-06 | 2012-03-14 | 中国科学院电子学研究所 | 一种电磁驱动谐振式微结构压力传感器封装方法 |
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