JPH08128907A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 感歪抵抗体を使用した圧力センサに関し、圧
力検出精度の優れた圧力センサを提供する。 【構成】 縁部１１を把握された円状ダイヤフラムの形
状を成しており測定されるべき圧力にさらされると変形
する基体１０と、基体１０の縁部１１以外の部分に配置
された感歪抵抗体Ｒ１０と、感歪抵抗体Ｒ１０と接触す
るように基体１０に配置された対向する一対の電極Ｄ１
０とを有し、感歪抵抗体Ｒ１０及び電極Ｄ１０を配置し
た面と反対面に電極Ｄ１０間距離よりも狭い溝状の凹部
１４を電極Ｄ１０間に感歪抵抗体Ｒ１０を横切るように
形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ひずみの変化により電
気抵抗が変化する感圧抵抗体を用いた圧力センサに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車のエンジン制御や冷凍シス
テム制御の最適化のため、各部の圧力を検出する手段と
して、圧力センサに対する需要が増加しており、広く用
いられるようになってきている。例えば、特公昭６２−
１２４５８号公報に記載されているような圧力センサが
ある。

【０００３】以下に従来の圧力センサについて図面を参
照しながら説明する。図５は従来の圧力センサの平面
図、図６は図５の圧力センサの断面図である。

【０００４】図５において、１は基体で縁部全体を把持
されて、中央部に荷重Ｆ１を受ける円状ダイヤフラムの
形成を成している。

【０００５】基体１に適用される感歪抵抗体は、両面に
スクリーン印刷および焼成によって配置された厚いフィ
ルム状の抵抗器Ｒ１，Ｒ３及びＲ２，Ｒ４から成ってお
り、抵抗器Ｒ１，Ｒ３は基体１の上面に、また、抵抗器
Ｒ２，Ｒ４は基体１の下面の抵抗器Ｒ１，Ｒ３の下に当
たる部分に配置されている。

【０００６】基体１は、荷重Ｆ１の作用によって上向き
の歪を受けるが、この歪は抵抗器Ｒ１，Ｒ３及びＲ２，
Ｒ４に伝わり、その抵抗値を変化させる。特に、抵抗器
Ｒ１，Ｒ３における伸長状態の抵抗は抵抗値が増加し、
抵抗器Ｒ２，Ｒ４における圧縮状態の抵抗は抵抗値が減
少する。

【０００７】抵抗器Ｒ１，Ｒ３及びＲ２，Ｒ４は、歪の
結果として抵抗の変化によって荷重Ｆ１を検出するた
め、図７に示すようなホイートストーンブリッジに接続
される。同種類の歪を受ける抵抗器は、ブリッジに対抗
するアームに挿入されており、上向き及び下向きの矢印
は、それぞれ、抵抗器の抵抗値の増加及び減少を示す。

【０００８】抵抗器Ｒ１，Ｒ３及び抵抗器Ｒ２，Ｒ４の
抵抗値は同一であるため、基体１が歪を受けていない場
合（Ｆ１＝０）、ブリッジは平衡に保たれ出力Ｖ（ＯＵ
Ｔ）には信号は出力されず、基体１が歪を受けた場合
（Ｆ１≠０）、ブリッジが不均衡になり基体１の歪によ
る抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値の変化に比例
して出力Ｖ（ＯＵＴ）に信号が発生し、荷重Ｆ１の値を
示す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、基体１をシール性を保ち把持するために
は、適度の厚みが必要となるが、厚みを増すと荷重Ｆ１
に対する歪量が小さくなり抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ
４の抵抗値変化が少なくなる。このため出力Ｖ（ＯＵ
Ｔ）の信号が小さくなり、結果として精度が悪くなると
言う問題点があった。また、この問題を解決する方法と
して、上述したように抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を
ブリッジ状に接続するなどの方法が取られているが、そ
れぞれの抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４にバラツキがあ
るため精度的に問題があり、バラツキを吸収するための
調整が必要になるなどの問題点を有していた。

【００１０】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、バラツキ吸収のための調整を必要とせず、高精度の
圧力センサを提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の圧力センサは、縁部を把握された円状ダイヤ
フラムの形状を成しており測定されるべき圧力にさらさ
れると変形する基体と、前記基体の縁部以外の部分に配
置された感歪抵抗体と、前記感歪抵抗体と接触するよう
に前記基体に配置され前記感歪抵抗体の抵抗値を出力す
る対向する一対の電極とを有し、前記基体の前記電極を
配置した面と反対面に前記電極間距離よりも狭い溝状の
凹部を前記電極間に前記感歪抵抗体を横切るように設け
たのである。

【００１２】また、上記圧力センサの溝状の凹部を円状
ダイヤフラムの基体の同心円状に設けたのである。

【００１３】

【作用】この構成によれば基体は適度の厚みを持つ縁部
より確実に把持されると共に、厚みの薄い部分（溝状の
凹部）にて荷重を受け大きな歪量を得ることができる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の第１の実施例について、図面を
参照しながら説明する。図１は第１の実施例の圧力セン
サの平面図、図２は図１の圧力センサの断面図である。

【００１５】図１において、１０は基体で、縁部１１を
把持され中央部１２に荷重Ｆ１０を受ける円状のダイヤ
フラムの形状を成している。１３は絶縁被膜で基体１０
全体を覆っている。Ｒ１０は感歪抵抗体で中央部１２の
片面に配置されており、絶縁被膜１３上に印刷、焼成に
よって形成している。Ｄ１０は電極で感歪抵抗体Ｒ１０
の抵抗値変化量を出力するために感歪抵抗体Ｒ１０と接
触するように絶縁皮膜１３上に印刷、焼成によって形成
している。１４は溝状の凹部であり、感歪抵抗体Ｒ１０
のある面と反対面に電極Ｄ１０間距離よりも狭い溝状の
凹部１４を電極Ｄ１０間に感歪抵抗体Ｒ１０を横切るよ
うに形成している。溝状の凹部１４の長さは電極Ｄ１０
の長さの２倍以上有り、幅は電極Ｄ１０幅の１／２であ
る。

【００１６】基体１０は荷重Ｆ１０の作用によって上向
きの歪を受けるが、この歪は感歪抵抗体Ｒ１０に伝わ
り、その抵抗値を変化させる。この状態においては、感
歪抵抗体Ｒ１０は伸長状態となり、抵抗値が増加する。

【００１７】感歪抵抗体Ｒ１０は、電気回路（図示せ
ず）上の感歪抵抗体Ｒ１０の歪を受けていない状態の抵
抗値と同一も抵抗値の抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３
（いずれも図示せず）と歪の結果として、抵抗の変化に
よって荷重Ｆ１０を検出するためにホイートストーンブ
リッジに接続される。

【００１８】基体１０が歪を受けていない場合（Ｆ１０
＝０）、感歪抵抗体Ｒ１０、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ
１３の抵抗値は同一のため、ブリッジは平衡に保たれ出
力信号は出力されず、基体１０は歪を受けた場合（Ｆ１
０≠０）、ブリッジが不均等になり基体１０の歪による
感歪抵抗体Ｒ１０の抵抗値の変化に比例して出力信号が
発生し、荷重Ｆ１０の値を示す。

【００１９】以上のように、感歪抵抗体Ｒ１０に対し反
対側に電極Ｄ１０と並行に溝状の凹部１４を設けた円状
ダイヤフラムの基体１０に感歪抵抗体Ｒ１０を配置し、
基体１０に荷重Ｆ１０を加えることにより、基体１０は
適度の厚みを持つ縁部１１により確実に把持されるとと
もに厚みの薄い溝状の凹部１４にて荷重Ｆ１０を受け大
きな歪量を得ることが可能となり多くの変化量を得るた
めに複数個の抵抗器にて感歪抵抗体を構成することもな
く、従って、バラツキ吸収のために調整の必要もなく、
高精度の圧力センサを実現できるものである。

【００２０】次に第２の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。図３は第２の実施例の圧力センサの平
面図、図４は図３の圧力センサの断面図である。

【００２１】図３において、１００は基体で、縁部１０
１を把持され中央部１０２に荷重Ｆ１００を受ける円状
ダイヤフラムの形状を成している。１０３は絶縁被膜で
基体１００全体を覆っている。Ｒ１００，Ｒ１０１は感
歪抵抗体で中央部１０２の片面に配置されており、絶縁
被膜１０３上に印刷、焼成によって形成している。Ｄ１
００，Ｄ１０１は電極で感歪抵抗体Ｒ１００，Ｒ１０１
の抵抗値変化量を出力するために感歪抵抗体Ｒ１００，
Ｒ１０１と接触するように絶縁皮膜１０３上に印刷、焼
成によって形成している。１０４は溝状の凹部であり、
感歪抵抗体Ｒ１００、Ｒ１０１のある面と反対面に電極
Ｄ１００，Ｄ１０１間距離よりも狭い溝状の凹部１０４
を円状ダイヤフラムの同心円状に形成している。溝状の
同心円凹部１０４の幅は電極幅の１／２であり、溝状の
凹部１０４の形成位置は、基体１００の半径１／２以内
である。

【００２２】基体１００は荷重Ｆ１００の作用によって
上向きの歪を受けるが、この歪は感歪抵抗体Ｒ１００，
Ｒ１０１に一定に（同じ歪量だけ）伝わり、その抵抗値
を変化させる。

【００２３】一般に従来の圧力センサ素子のような円状
ダイヤフラムに荷重を加えた場合、円状ダイヤフラムは
集中荷重を受けるのではなく、中央部が伸長状態（圧縮
状態）になるに対し周辺部が圧縮状態（伸長状態）とな
ることはよく知られている。

【００２４】しかし、基体１００は縁部１０１に対し、
溝状の凹部１０４を円状ダイヤフラムの同心円状に有し
ており、この状態において感歪抵抗体Ｒ１００，Ｒ１０
１は両持ち梁として荷重を受け、感歪抵抗体Ｒ１００，
Ｒ１０１は位置に関係なく伸長状態となり、抵抗値は増
加する。

【００２５】感歪抵抗体Ｒ１００、Ｒ１０１は、電気回
路（図示せず）上の感歪抵抗体Ｒ１００、Ｒ１０１の歪
を受けていない状態の抵抗値と同一も抵抗値の抵抗器Ｒ
１０２，Ｒ１０３（いずれも図示せず）と歪の結果とし
て、抵抗の変化によって荷重Ｆ１００を検出するために
ホイートストーンブリッジに接続される。

【００２６】基体１００が歪を受けていない場合（Ｆ１
００＝０）、感歪抵抗体Ｒ１００，Ｒ１０１、抵抗器Ｒ
１０２，Ｒ１０３の抵抗値は同一のため、ブリッジは平
衡に保たれ出力信号は出力されず、基体１００は歪を受
けた場合（Ｆ１００≠０）、ブリッジが不均等になり基
体１００の歪による感歪抵抗体Ｒ１００，Ｒ１０１の抵
抗値の変化に比例して出力信号が発生し、荷重１００の
値を示す。

【００２７】以上のように、縁部１０１に対し溝状の凹
部１０４を円状ダイヤフラムの同心円状に有した円状ダ
イヤフラムの基体１００も溝状の凹部１０４の反対面
に、感歪抵抗体Ｒ１００，Ｒ１０１をそれぞれ配置し、
基体１００に荷重Ｆ１００を加えることにより、基体１
００は適度の厚みを持つ縁部１０１により確実に把持さ
れるとともに厚みの薄い溝状の同心円凹部１０４にて荷
重Ｆ１００を受け大きな歪量を得ることが可能となり、
また感歪抵抗体Ｒ１００，Ｒ１０１にそれぞれ一定量の
歪みを得ることが可能となった。従って、バラツキ吸収
のために調整の必要もなく、さらには一般的な円状ダイ
ヤフラムに荷重を加えた場合、中央部が伸長状態（圧縮
状態）になるのに対し周辺部が圧縮状態（伸長状態）と
なることによる感歪抵抗態の配置位置精度によるばらつ
きもない高精度の圧力センサを実現できるものである。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明は、縁部を把握され
た円状ダイヤフラムの形状を成しており測定されるべき
圧力にさらされると変形する基体と、前記基体の縁部以
外の部分に配置された感歪抵抗体と、前記感歪抵抗体と
接触するように前記基体に配置され前記感歪抵抗体の抵
抗値を出力する対向する一対の電極とを有し、前記基体
の前記電極を配置した面と反対面に前記電極間距離より
も狭い溝状の凹部を前記電極間に前記感歪抵抗体を横切
るように設けたことにより、基体は適度の厚みを持つ縁
部により確実に把持されるとともに厚みの薄い溝状の凹
部にて荷重を受け大きな歪量を得ることが可能となり、
多くの変化量を得るために複数個の抵抗器にて感歪抵抗
体を構成することもなく、従って、バラツキ吸収のため
に調整の必要もなく、高精度の圧力センサを実現でき
る。

【００２９】また、上記圧力センサの溝状の凹部を円状
ダイヤフラムの基体の同心円状に設けると、円状ダイヤ
フラムの同心円状に有した溝状の凹部にて荷重を受け、
両持ち梁と同一の変位をするため感歪抵抗態の配置位置
精度に関係なく高精度の圧力センサを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における圧力センサの平
面図

【図２】同実施例の圧力センサの断面図

【図３】本発明の第２の実施例における圧力センサの平
面図

【図４】同実施例の圧力センサの断面図

【図５】従来の圧力センサの平面図

【図６】同従来の圧力センサの断面図

【図７】同従来の圧力センサの圧力を出力するための電
気回路

【符号の説明】

１０，１００ 基体 １１，１０１ 縁部 １４，１０４ 溝状の凹部 Ｒ１０，Ｒ１００，Ｒ１０１ 感歪抵抗体 Ｄ１０，Ｄ１００，Ｄ１０１ 電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉岡 一郎 大阪府東大阪市高井田本通３丁目22番地 松下冷機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縁部を把握された円状ダイヤフラムの形
   状を成しており測定されるべき圧力にさらされると変形
   する基体と、前記基体の縁部以外の部分に配置された感
   歪抵抗体と、前記感歪抵抗体と接触するように前記基体
   に配置され前記感歪抵抗体の抵抗値を出力する対向する
   一対の電極とを有し、前記基体の前記電極を配置した面
   と反対面に前記電極間距離よりも狭い溝状の凹部を前記
   電極間に前記感歪抵抗体を横切るように設けたことを特
   徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 圧力センサの溝状の凹部を円状ダイヤフ
   ラムの基体の同心円状に設けたことを特徴とする請求項
   １の圧力センサ。