JPH0342539A

JPH0342539A - 圧力センサ

Info

Publication number: JPH0342539A
Application number: JP17838589A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kawasaki; 治彦川崎; Mutsuo Sugiyama; 杉山　六夫
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1989-07-11
Filing date: 1989-07-11
Publication date: 1991-02-22

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は歪ゲージを用いた圧力センサに関する。

（従米の技術）拡散型半導体歪デージを用いた半環体圧カセンサがある
（昭和５６年９月財団法人、日本科学技術振興財団・科
学技術館発行「日本の科学と技術」９−１０月号第５４
頁、第５５頁参照）。

これを説明すると、第１０図で示すように、シリコンダ
イアフラム２３の表面層には、歪量に応じて抵抗値を変
化させる４つの歪抵抗体２４〜２７が拡散形成され、こ
れらの歪抵抗体２４〜２７を用いて第１１図のようにホ
イーストンブリ７ノが組まれる。デージ本体２１の裏面
は、ＰｔｔＪ１２図のようにくり抜かれ、上方に位置す
る薄い部分がダイアフラム２３となっている。

圧力が図示のように上方から加えられると、シリコンダ
イアフラム２３が変形し、歪抵抗体２４〜２７に歪が生
じる。ここに、歪抵抗体２４〜２７にはピエゾ抵抗効果
により大きな抵抗変化が起こり、ブリッジからは圧力に
比例した出力が得られる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような圧力センサにおいては、過大な圧
力が加わると、歪抵抗体の開や電源電圧への接続線に接
続不良や断線を起こすことがあり、その場合には、誤っ
た信号が出力されることになるので、その信号を用いて
圧力制御（たとえば液圧装置システムの制御）を行って
いれば、暴走などのトラブルを売上させる原因となる。

このため、圧力を受けて変形するダイアプラム上に計測
感度の相違する複数の感圧部をＮＩｔ戊ｒることが考え
られる。一方の感圧部に異常が生じても、他方の感圧部
が正常である限り、圧力制御を継続させることができる
からである。

しかしながら、２つの感圧部を設けると、信号線の数が
倍の８本となることから、これら８本の信号線をそのま
ま圧力制御部の入力端子へと接続するのでは、誤って配
線する可能性が高く、かつ多くの配線を行うことは煩わ
しくもある。

また、感圧部と圧力制御部とのあいだに信号処理部を設
けるにしても、そのままでは、大型化して扱いにくいこ
ともある。

この発明はこのような従来の課題に着目してなされたも
ので、複数の感圧部からの信号を受ける信号処理部で、
信号線の数を必要最低限の数に集約するとともに、一体
小型化した信号処理部と複数の感圧部を１つのアセンブ
リーとして構成することにより、配線の煩わしさをなく
し、かつ取扱いも便利なようにする装置を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段）この発明は、圧力を受けて変形するダイアフラム上で変
形による歪量の相違する位置に複数の歪抵抗体を形成し
、各歪抵抗体を用いてブリンジ結線することにより複数
の感圧部をＮＩＩ或するとともに、各感圧部からの信す
に異常があるがどうかを判定する手段と、直配複数の感
圧部からの信号を入力するとともに、前記異常判定手段
からのイ３つを選別信号として入力し、異常のなかった
側の感圧部からの信号をセンサ出力として選別する手段
と、前記複数の異常判定手段からの信号の論理和を出力
するｆ！−段とからなる信号処理部を設け、がつこの信
号処理部を一体小型化するとともに、この信号処理部お
よび前記複数の感圧部を１つのアセンブリーとして構成
した。

（作用）複数の感圧部を有するセンサ本体がちのリード線はたと
えば８本もあったのが、信す処理部での信す処理にて、
信号処理部の出力端子の数が必要最低限の４本に抑えら
れる。ここに、圧力センサを組み立てるに際し、端子数
の減少に応じて配線の煩わしさが減り、かつ誤って配線
する可能性が少なくなる。

また、複数の感圧部を有するセンサ本体が、体小型化さ
れた信号処理部とともに、ひとつのアセンブリー（集合
体）として構成されると、センサの取扱いが便利となる
。

（実施例）第１図（よ一実施例の断面図である。取付金具７１には
、内部にセンサ本体６１を収納するだけのスペース７２
と軸芯位置に貫通孔７３が設けられ、この孔７３にセン
サ本体６１の圧力導入部６２を嵌装することにより、セ
ンサ本体６１が取付金具７１に固定される。

センサ本体６１には計測感度の相違する２つの感圧部３
１．３２（１７図参照）が構成される。第２図と第３図
にセンサ本体６１の要部拡大図を示すと、第２図におい
てシリコンウェファや金属がら形成されるセンサ本体６
１の上部に７１膜状のダイアフラム３が形成され、下方
より被測定がスが導かれると、ダイアプラム部分に変形
が生ずる。

ダイアフラム３には、第３図で示すように、ダイアフラ
ム３のほぼ中心位置に２つの歪抵抗体Ａ。

Ｂが、右下方の基部２の近くにほぼ９０度離れて２つの
歪抵抗体Ｃ，Ｄがそれぞれ拡散形成され、これら４つの
歪抵抗体Ａ−Ｄには、歪抵抗体の両端に形成した各電極
４を介して配線５Ａ〜５Ｄと接続され、各配＃ｉ［５Ａ
〜５Ｄはさらに電極６Ａ〜６Ｄに接続される。

これらの電極６　Ａ　＝　６　Ｄはボンディングヮイア
７を介して第２図に示すリード＃１ＩｌｌＡ〜１１Ｄに
接続される。最終的に４本のリード線１１Ａ〜１１Ｄに
て得られる出力端子はｊｌＡ図で示すブリッジを構成す
るために必要となるものである。

ここに、４つの歪抵抗体Ａ−Ｄをブリツ結線縁可ｆＩＦ
、にしたものから、第７図に示す１つの感圧部３１が構
成される。

同様にして、Ｐｔ５３図で示すように、ダイアフラム３
の左上方に、４つの歪抵抗体Ａ′〜Ｄ′が形成され、こ
れら歪抵抗体Ａ′〜Ｄ′も配置１６Ａ〜１６［）、リー
ド＃Ｘ２０Ａ〜２０Ｄ（図では２ＯＡのみを示す）など
を介して、第５図で示すようにブリ・７ノ結線される。

ここでも、４つの歪抵抗体Ａ′Ｄ′をブリッジ結線可能
にしたものから、上記感圧部３１とは別の感圧部３２が
構成される。

ただし、歪抵抗体Ａ’、Ｂ’はこれらに対応する上記歪
抵抗体Ａ、Ｂと相違して、ダイアフラム３の中心より半
径方向外側に少しずらした位置に形成される。これは、
最も歪量の大きな中心位置から少し外れた位置に歪抵抗
体Ａ’、Ｂ’を形成することで、過大な圧力により、た
とえ歪抵抗体Ａ。

Ｂのほうが破損されることになっても、歪抵抗体Ａ’、
Ｂ’のほうは破損されないで済むようにするためである
。第６図に歪分布を示す（横軸はダイアフラム３の中心
から半径方向外側に離れるｙ［離を表す）。

ｒ５１図に戻り、１つの感圧部当たり４本のリード線は
それぞれ１つにまとめられ、信号部ｌ！！！部６５の入
力端子に接続される。信号処理部６５では、出力端子の
数が最低限必要な数にまで集的される。

ここでは、感圧１９３１．３２に断線や故障などの異常
が生じたかどうかの情報を取り出すための端子６６Ａと
、いずれかの感圧部３１．３２に異常が生じた場合に、
異常の生じていない側の信号が取り出される端子６６Ｂ
と、さらに第４図と第５図で示したブリッジを駆動する
ための電源端子６６Ｃ，アース端子６（５Ｄの合計４つ
である。

これら各出力端子６６Ａ〜６６Ｄは、信Ｇ−ｍを介して
コネクタ８１の各端子８２Ａ〜８２Ｄに接続される。信
号処理部６５とコネクタ８１とはモールド材７５にて円
筒状部材６３内に固定される。

また、信号処理部６５は、高集積化のためのプロセスＩ
支術（たとえば微細パターン形成、エツチング、イオン
注入、絶縁膜形成、配線の各技術）を用り・て一体かつ
小型化（たとえば））イブリッドＩＣ化、ＩＣチップ化
）される。

上記信号処理部６５の具体的回路を第７図に示すと、増
幅・整形回路３３．３４で感圧ｆｆ１Ｓ３１．３２にて
センシングされた圧力値（微小信号）が増幅されるとと
もに、圧力値と電圧値との対応やオフセット調整などが
行なわれる。

コンパレータ（ｊ％常判定手段）３５．３６では、増幅
・整形回路３３．３４からの電圧値と所定値を比較する
ことにより、圧力検出値が予め定められた正常な圧力範
囲外にあるかどうかが判定され、正常な圧力範囲外にあ
れば、対応するセンサ感圧部３１．３２に異常ありとの
イ言号（たとえば／）イレベルの信号）が出力される。

たとえば、過大な圧力がダイアフラム３に加わることに
より、歪量の大きな位置に形成された歪抵抗体Ａ−Ｄの
ほうに、かりにｍ線や故障を生じたとすれば、これがコ
ンパレータ３５にて判定され、コンパレータ３５からは
異常ありの信号が出力される。一方、歪抵抗体Ａ’　〜
Ｄ′のほうには断線などがないので、コンパレータ３６
からは異常なしとの信号が出力される。

信号選別回路（信号選別手段）３７では増幅・整形回路
３３．３４からの２つの出力電圧を入力するとともに、
コンパレータ３５，３（３からの信号を選別信号として
受けており、コンパレータ３５から異常ありの信号が出
力されると、異常があったほうの増幅・整形回路３３か
らの出力電圧を遮断し、残りのほうの増幅・整形回路３
４からの出力電圧をセンサ出力として送り出す。つまり
、片方の感圧部３１が破損、故障しても、破損等のしな
かったもう片）ｊの感圧部３２からのセンサ出力が選別
される。なお、いずれの感圧部３１．３２にも異常がな
い場合にどちらの感圧部からの出力電圧を選別するかは
予め定めておく。

また、コンパレータ３５，３０からの２つの信弓゛は論
理和ブロック（論理和出力手段）３８に入力されてまと
められる。

ここで、この例の作用を説明すると、第１図において、
複数の感圧部３１．３２を有するセンサ本体６１からの
リード線１１Ａ〜ＩＩＤ、２０Ａ〜２０Ｄは合計８本も
あったのが、信号処理部６５での信す処理にて、出力端
子６６Ａ〜６６Ｄの数が必要最低限の４つに抑えられる
。この結果、第１図に示した圧力センサを組み立てるに
あたっては、端子数の減少に応じて配線の煩わしさが減
り、配線に要する時間が短くて済む。かつ、端子数の減
少に伴い、誤って配線する可能性が少なくなり、センサ
の信頼性が増す。

また、センサ本体６１が、一体重型化された信号処理部
６５とともに、ひとつのアセンブリー（集合体）として
構成されると、センサの取扱いが便利となる。たとえば
、第１図のように、測定箇所にＯりング７６を介して取
付金具７１をねじ込み、後はコネクタ８１への４端子プ
ラグ（図示しない）のつなぎこみを行うだけで、圧力セ
ンサの８！器への装着が完了する。

ｔｔＳ８図と第９図は他の実施例である。この例では、
第８図で示すように、右に設けられるダイアフラム２５
の厚さを左に設けられるダイアプラム２６の厚さよりも
厚く形成し、第９図のように、この厚いほうのダイアフ
ラム２５に歪抵抗体Ａ′〜Ｄ′を拡散形成したものであ
る。

（発明の効果）この発明では、力を受けて変形するダイアプラム上に計
測感度の相違する複数の感圧部を構成する一方で、複数
の感圧部からの信号を受ける信号処理部において信号線
の数を必要最低限の数に集約するとともに、一体重型化
した信号処理部と複数の感圧部を１つのアセンブリーと
して構成するため、センサの信頼性が増すとともに、取
扱いが便利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例の断面図、第２図と第３図はそれぞれ
前記実施例のセンサ本体の要部拡大断面図と拡大平面図
、第４図と第５図はそれぞれこの実施例のブリフジを示
す回路図、ｔｊｒＪＧ図はこの実施例の歪分布を示す特
性図、第７図はこの実施例の信号処理回路のブロック図
、第８図と第９図はそれぞれ他の実施例のセンサ本体の
断面図と平面図である。第１０図は従来例のセンサ本体の平面図、第１１図は従
来例のブリッジを示す回路図、第１２図は従来例のセン
サ本体の断面図である。３・・・ダイアフラム、５Ａ〜５Ｄ・・・配線、６Ａ−
６Ｄ・・・電極、ＩＩＡ〜ＩＩＤ・・・リード線、１６
Ａ〜１ｆ３Ｄ・・・配線、１７Ａ〜１７Ｄ・・・電極、
Ａ−Ｄ・・・歪抵抗体、Ａ′〜Ｄ′・・・歪抵抗体、２
５．２６・・・ダイアプラム、３１．３２・・・感圧部
、３３．３４・・・増幅・整形回路、３５．３６・・・
コンパレータ（異常ｔｑ定手段）、３７・・・信号選別
回路（信号選別手段）、３８・・・論理和ブロンク（論
理和出力手段）、６１・・・センサ本体、６５・・・信
号処理部、Ｇ６Ａ〜６６Ｄ・・・出力端子、７１・・・
取付金具、８１・・・コネクタ。

Claims

【特許請求の範囲】

圧力を受けて変形するダイアフラム上で変形による歪量
の相違する位置に複数の歪抵抗体を形成し、各歪抵抗体
を用いてブリッジ結線することにより複数の感圧部を構
成するとともに、各感圧部からの信号に異常があるかど
うかを判定する手段と、前記複数の感圧部からの信号を
入力するとともに、前記判定手段からの信号を選別信号
として入力し、異常のなかった側の感圧部からの信号を
センサ出力として選別する手段と、前記複数の判定手段
からの信号の論理和を出力する手段とからなる信号処理
部を設け、かつこの信号処理部を一体小型化するととも
に、この信号処理部および前記複数の感圧部を１つのア
センブリーとして構成したことを特徴とする圧力センサ
。