JPH0587664A - 半導体差圧伝送器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過大保護機構を有する半導体差圧伝送器に関
し、高性能で、小型，軽量，低価格で高信頼性の半導体
差圧伝送器を提供することを目的とする。 【構成】 過大圧保護機構のシリコンダイアフラム４
３，６７の印加面の両面を、周縁部に対して凹部に形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は差圧伝送器に関し、特
に、過大保護機構を有する半導体差圧伝送器に関する。

【０００２】

【従来の技術】次に図面を用いて従来例を説明する。図
４は従来の第１の過大圧保護機構を説明する構成図、図
５は従来の第２の過大圧保護機構を説明する構成図であ
る。

【０００３】先ず図４を用いて従来の第１の過大圧保護
機構の説明を行う。図において、１，２は受圧部ボディ
である。この受圧部ボディ１，２の対向面には、金属性
のセンタダイアフラム３を介して、第１室４及び第２室
５が形成されている。又、受圧部ボディ１，２には、シ
ールダイアフラム６，７によって、第３室８，第４室９
が形成されている。又、第３室８と第１室４とは導圧孔
１０によって、第４室９と第２室５とは導圧孔１１によ
って、それぞれ連絡されている。

【０００４】そして、第１室４，第３室８及び導圧孔１
０はシリコンオイル１２によって充填され、同様に、第
２室５，第４室９及び導圧孔１１はシリコンオイル１３
によって充填されている。

【０００５】このような構成において、シールダイアフ
ラム６又はシールダイアフラム７に過大な圧力が作用す
ると、センタダイアフラム３が受圧ボディ１又は２に着
座し、それ以上の圧力が図示しないセンサに伝達されな
いようにしている。

【０００６】次に、図５を用いて従来の第２の過大圧保
護機構の説明を行う。図において、２１は印加面の一方
の面が周縁部に対して凹部に形成されたシリコンダイア
フラムである。このシリコンダイアフラム２１の両方の
印加面上には、第１及び第２のベースプレート２２，２
３がこのシリコンダイアフラム２１を挟持するように接
合されている。そして、これら第１及び第２のベースプ
レート２２，２３には、導圧孔２４，２５が穿設され、
更に、シリコンダイアフラム２１の印加面方向に延出す
る凸部２６，２７が形成されている。

【０００７】次に、上記構成の作動を説明する。導圧孔
２４，２５を介して過大な圧力がシリコンダイアフラム
２１へ作用すると、シリコンダイアフラム２１は、第１
及び第２のベースプレート２２，２３の凸部２６，２７
へ当接し、過度なダイアフラム２１の変形を防止する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の従
来例において、先ず図４に示すタイプにおいては、金属
性のセンタダイアフラム３は、ヒステリシスをある値以
上には、小さくできないという問題点がある。

【０００９】次に、図５に示すタイプにおいては、シリ
コンダイアフラム２１に過大圧が作用したときに、シリ
コンダイアフラム２１と第１及び第２のベースプレート
２２，２３との接合面の強度小さく実用に到っていない
という問題点がある。又、過大圧作用時に、シリコンダ
イアフラム２１が突部２６，２７に当接し、素子等が設
けられているシリコンダイアフラム２１に傷が着きやす
く、動作が安定しないという問題点もある。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、高性能で、小型，軽量，低価格で高
信頼性の半導体差圧伝送器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、一面が開放された第１室と、一面が開放された第
２室と、前記第１室及び第４室との間で、前記第１室に
連設された第２室と、該第２室及び前記第４室との間に
設けられる第３室と、前記第１室及び第２室を連絡する
第１の導圧孔と、前記第２室及び第３室を連絡する第２
の導圧孔と、前記第３室及び第４室を連絡する第３の導
圧孔と、前記第１室の前記第１の導圧孔の開口上に設け
られた第１のシリコンダイアフラムと、前記第４室の前
記第３の導圧孔の開口上に設けられた第２のシリコンダ
イアフラムと、前記第２室の前記第２の導圧孔の開口上
に設けられたシリコン差圧センサと、前記第２及び第３
室に封入された封液とを具備し、前記第１及び第２のシ
リコンダイアフラムの印加面の両面は、周縁部に対して
凹部となっているものである。

【００１２】

【作用】本発明の半導体差圧伝送器において、第１及び
第２のダイアフラムは、過大圧が作用したときには、印
加面が第１又は第３の導圧孔を塞ぎ、シリコン差圧セン
サに圧力が伝達されず、シリコン差圧センサの破壊を防
止する。

【００１３】

【実施例】次に図面を用いて本発明の一実施例を説明す
る。図１は本発明の一実施例を説明する構成図、図２は
図１におけるシリコンダイアフラムの説明図で（ａ）は
平面図、（ｂ）は側面図、図３は作動を説明する図であ
る。

【００１４】先ず、図１を用いて本実施例の構成を説明
する。図において、３１は一面が開放され、第１室３２
が形成された第１のボディ、３３は一面が開放され、内
部に第４室３４が形成された第４のボディである。

【００１５】第１のボディ３１と第４のボディ３３との
間には、両端面が開放され、内部に第２室３５が形成さ
れた第２のボディ３６が第１のボディ３１に連設されて
いる。第２のボディ３６と第４のボディ３３との間に
は、両端面が開放され、内部に第３室３７が形成された
第３のボディ３８が第４のボディ３３に連設されてい
る。又、第２のボディ３６と第３のボディ３８との間に
は、第２のボディ３６側が開放され、内部に中間室３０
が形成された中間ボディ３９が設けられている。そし
て、第１乃至第４のボディ３１，３６，３８及び３３と
中間ボディ３９とは、溶接によって接合されている。

【００１６】第１のボディ３１の底面には、貫通孔４
０，４１が穿設されている。そして、第１のボディ３１
の底面の貫通孔４０の開口上には、ガラスベース４２を
介して、第１のシリコンダイアフラム４３が設けられて
いる。そして、ガラスベース４２には、貫通穴４０に対
向する貫通孔４４が穿設され、貫通穴４０と貫通穴４４
とで、第１の導圧孔４５が形成されている。又、第１の
ボディ３１の開放面には、第１の接液ダイアフラム４６
が設けられ、第１室３２内には封液として、シリコンオ
イル４７が封入されている。

【００１７】次に、第２のボディ３６の中間ボディ３９
側開放面には、ハーメチック端子５０が嵌合している。
このハーメチック端子５０の略中間部分は、第３のボデ
ィ３８方向に延出し、中間ボディ３９の底面に穿設され
た貫通孔５１を挿通して、先端部は第３のボディ３８の
第３室３７内へ到っている。さらに、ハーメチック端子
５０の略中間部分には、一方の開口が第２室３５で他方
の開口が第３室であるような貫通孔５２が穿設されてい
る。

【００１８】ハーメチック端子５０には、ガラスベース
５３を介してシリコン差圧センサ５４が設けられてい
る。又、ガラスベース５３には、貫通孔５２に対向する
貫通孔５５が穿設され、これら貫通孔５２，５５で第２
の導圧孔５６を形成している。

【００１９】又、このハーメチック端子５０には、複数
のリードピン５７，５８等が穿設され、更に、中間ボデ
ィ３９の周面には、貫通孔５９が設けられ、リードピン
５７，５８及び５９を介して、シリコン差圧センサ５４
の信号線６０が外部へ取り出されている。このシリコン
差圧センサ５４上には、半導体ゲージが形成されてい
る。

【００２０】更に、第２室には、封液として、シリコン
オイル６１が封入され、第３の導圧孔としての貫通孔４
１に対向するように、第１の封液吸収体としての第１の
ベローズ６２が溶接にて取り付けられている。

【００２１】第３のボディ３８の第３室３７には、封液
としてのシリコンオイル６３が封入されている。第４の
ボディ３３の底面には、貫通孔６４，６５が穿設されて
いる。そして、第３のボディ３３の底面の貫通孔６４の
開口上には、ガラスベース６６を介して、第２のシリコ
ンダイアフラム６７が設けられている。そして、ガラス
ベース６６には、貫通穴６４に対向する貫通孔６８が穿
設され、貫通穴６４と貫通穴６８とで、第３の導圧孔６
９が形成されている。又、第４のボディ３３の開放面に
は、第２の接液ダイアフラム７０が設けられ、第４室３
４内には封液として、シリコンオイル７１が封入されて
いる。

【００２２】又、第３室３７内には、第５の貫通孔とし
ての貫通孔６５に対向するように、第２の封液吸収体と
しての第２のベローズ７２が溶接で取り付けられてい
る。次に、図２を用いて本実施例のシリコンダイアフラ
ムを説明する。尚、本実施例の第１及び第２のシリコン
ダイアフラム４３，６７は同一構造なので、第１のシリ
コンダイアフラム４３を用いて説明を行い、第２のシリ
コンダイアフラム６７の説明は省略する。

【００２３】図において、第１のシリコンダイアフラム
４３は、エッチング等の手法で製造され、圧力印加面Ａ
の両面は、周縁部Ｂに対して凹部となるように形成され
ている。又、ガラスベース４２とは陽極接合等の手法で
接合される。

【００２４】ここで、圧力は、図２（ｂ）にて矢印方向
に作用する。第１のシリコンダイアフラム４３の移動距
離ｈは、過大圧の大きさやダイアフラム径ｄ，ダイアフ
ラム厚さｔ等により決定されるものである。

【００２５】次に、上記構成の作動を説明する。 図２に示すように、第１の接液ダイアフラム４６側に
圧力ＰL、第２の接液ダイアフラム６７側に圧力ＰH（Ｐ
H＞ＰL）が作用し、ＰH−ＰL（差圧）が測定範囲内であ
る時には、各圧力は、シリコンオイル４７，７１、シリ
コンダイアフラム４３，６７、シリコンオイル６１，６
３を介してシリコン差圧センサ５４に作用し、このシリ
コン差圧センサ５４は差圧信号を送出する。この時、第
１及び第２のシリコンダイアフラム４３，６７は印加圧
によって弾性変形するが、ガラスベース４２，６６へ当
接（着座）しない。

【００２６】第１の接液ダイアフラム４６側、第２の
接液ダイアフラム６７側共に、静圧が作用している時に
は、静圧同志でキャンセルし、と同様に作動し、シリ
コン差圧センサ５４は、差圧信号を送出する。

【００２７】ＰH，ＰLのどちらか一方が一定値（おお
よそ測定差圧の３倍程度）以上の静圧が作用した時に
は、図３（図には、第１のボディ３１側を示す）に示す
ように、静圧の作用した側の過大圧保護機構が作用す
る。すなわち、第１のシリコンダイアフラム４３及び第
２のシリコンダイアフラム６７のどちらか弾性変形し、
一方がガラスベース４２，６６のどちらか一方に着座
し、貫通孔４４，６８（第１の導圧孔４５，第３の導圧
孔６９）のどちらか一方を塞ぎ、シリコン差圧センサ５
４への圧力の伝達を禁止し、シリコン差圧センサ５４の
過大圧による破壊を防止する。

【００２８】この時、過大静圧による、第１の接液ダイ
アフラム４６又は第２の接液ダイアフラム７０の破壊を
防止するため、第１又は第２のベローズ６０，７２が第
１又は第４室３２，３４内のシリコンオイル６１，７１
を吸収するようになっている。第１又は第２のベローズ
６０，７２はＰH′−ＰH″（ＰH′＞ＰH″）の力で図３
の破線で示したように伸び、その伸びで必要なシリコン
オイル６１，７１量Ｑ′を吸収する。過大圧作用時に
は、過大圧保護機構が作用することにより、Ｑ′はＰH
の略比例して増加する。これにより、第１又は第２の接
液ダイアフラム４６，７０への過大な応力の作用を防止
している。

【００２９】上記構成によれば、過大圧保護機構のシリ
コンダイアフラム４３，６７には、素子等がないので、
動作が安定し、ヒステリシスも小さい。４室構造として
いるので、過大圧保護機構の構成部品には、圧縮力しか
作用しない。このため、過大圧保護機構の安定性が高
い。又、シリコンセンサを採用しているので、封入液
（シリコンオイル）が小量で済み、ベローズ６０，７２
が吸収する封入液量Ｑ′も少なく、ベローズ６０，７２
の伸縮量も小さく、ベローズ６０，７２が圧力検出性能
に与える影響も十分に小さい。

【００３０】又、過大圧保護機構はシリコンやガラス等
で構成されているので、小型，軽量，低価格とすること
ができる。過大圧保護用と差圧検出用にシリコンダイア
フラムを使い分けることにより、前者については、引張
力が接合部に作用せず、後者においては、差圧検出のみ
行うので、全体として安定性，信頼性が高い。

【００３１】尚、本発明は、上記実施例に限定するもの
ではない。シリコンダイアフラム及びこのベースは単結
晶シリコンで製造してもよい。又、第１室に設けられる
接液ダイアフラム４６，第４室に設けられる接液ダイア
フラム７０はなくてもよい。この場合、封液吸収体（ベ
ローズ）が不要となり、過大圧保護機構のシリコンダイ
アフラム４３，６７の接液部分には、保護膜を塗布等で
形成してもよい。

【００３２】封液吸収体はベローズに限るものではな
い。他に金属ダイアフラムやシリコンダイアフラム等で
あってもよい。シリコン差圧センサ５４上に、演算処理
回路を形成してもよい。又、シリコン差圧センサ５４上
には、ゲージ式に限らず、容量式など差圧を検出できる
ものであればよい。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、高性
能で、小型，軽量，低価格で高信頼性の半導体差圧伝送
器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する構成図である。

【図２】図１におけるシリコンダイアフラムの説明図で
（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図３】作動を説明する図である。

【図４】従来の第１の過大圧保護機構を説明する構成図
である。

【図５】従来の第２の過大圧保護機構を説明する構成図
である。

【符号の説明】

３２ 第１室 ３３ 第４室 ３５ 第２室 ３７ 第３室 ４３ 第１のシリコンダイアフラム ４５ 第１の導圧孔 ５４ シリコン差圧センサ ５６ 第２の導圧孔 ６１，６３ シリコンオイル ６７ 第２のシリコンダイアフラム ６９ 第３の導圧孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面が開放された第１室（３２）と、 一面が開放された第４室（３４）と、 前記第１室（３２）及び第４室（３４）との間で、前記
   第１室（３２）に連設された第２室（３５）と、 該第２室（３５）及び前記第４室（３４）との間に設け
   られる第３室（３７）と、 前記第１室（３２）及び第２室（３５）を連絡する第１
   の導圧孔（４５）と、 前記第２室（３５）及び第３室（３７）を連絡する第２
   の導圧孔（５６）と、 前記第３室（３７）及び第４室（３４）を連絡する第３
   の導圧孔（６９）と、 前記第１室（３２）の前記第１の導圧孔（４５）の開口
   上に設けられた第１のシリコンダイアフラム（４３）
   と、 前記第４室（３４）の前記第３の導圧孔（６９）の開口
   上に設けられた第２のシリコンダイアフラム（６７）
   と、 前記第２室（３５）の前記第２の導圧孔（５６）の開口
   上に設けられたシリコン差圧センサ（５４）と、 前記第２及び第３室（３７）に封入された封液（６１，
   ６３）とを具備し、 前記第１及び第２のシリコンダイアフラム（４３，６
   ７）の印加面の両面は、周縁部に対して凹部となってい
   ることを特徴とする半導体差圧伝送器。