JPH098329A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】センサチップを支持する力のばらつきを抑える
ことができる圧力センサを提供することを目的とする。 【構成】圧力センサ１のインシュレータ１１には板バネ
１２，１３が設けられている。板バネ１２，１３はイン
シュレータ１１の内側面から突出するように取着されて
いる。板バネ１２，１３はセンサチップ９の両端に向か
って屈曲形成されており、その先端は断面Ｃ状に形成さ
れている。センサチップ９は、塑性変形域内で動作する
板バネ１２，１３によりダイアフラム３に対して板バネ
１２，１３に加わる荷重で押圧保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力センサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の薄膜歪みゲージ式圧力セン
サ（以下、単に圧力センサという）５０の正面図、図４
は圧力センサ５０の断面図である。

【０００３】圧力センサ５０のボディ５１にはダイアフ
ラム５２が形成され、そのダイアフラム５２にはセンサ
チップ５３が設けられている。そのセンサチップ５３
は、位置決めリング５４によってセンサチップ５３中央
とダイアフラム５２の中央とが一致するように位置決め
されており、インシュレータ５５に取着された板バネ５
６の弾性力によってダイアフラム５２に対して押圧保持
されている。そして、センサチップ５３は、導入孔５７
から導入された流体の圧力によってダイアフラム５２と
共に撓むようになっている。

【０００４】図５に示すように、センサチップ５３の上
面には、薄膜歪みゲージＲ１〜Ｒ４が形成されている。
薄膜歪みゲージＲ１〜Ｒ４は、センサチップ５３の撓み
による応力によって圧縮又は伸長され、その圧縮又は伸
長に応じて抵抗値が変化する。従って、薄膜歪みゲージ
Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値は、検出しようとする流体の圧力に
応じて変化する。その薄膜歪みゲージＲ１〜Ｒ４は、図
示しない増幅回路部から供給される所定の電圧を分圧す
る分圧抵抗を構成する。そして、薄膜歪みゲージＲ１〜
Ｒ４による分圧電圧は、図示しない増幅回路部により増
幅され、出力電圧として圧力センサ５０外部へ出力され
るようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、板バネ５６
は、その弾性変形域内でセンサチップ５３をダイアフラ
ム５２に対して押圧保持している。そのため、センサチ
ップ５３の厚みが異なったり、インシュレータ５５の寸
法精度によっては、センサチップ５３を保持する押圧力
が圧力センサ５０毎に異なる場合がある。押圧力が異な
ると、流体の圧力によってダイアフラム５２が撓む時
に、センサチップ５３の撓みが圧力センサ５０毎に異な
り、薄膜歪みゲージＲ１〜Ｒ４の抵抗値の変化が異な
る。その結果、同じ流体の圧力に対して個々の圧力セン
サ５０から出力される出力電圧にばらつきが生じるとい
う問題があった。この出力電圧をばらつきは、図示しな
い増幅回路部の増幅率を個々に変更することによって押
さえることができるが、出力電圧のばらつきによって増
幅率を個々に設定しなければならず、面倒であるという
問題があった。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、センサチップを支持す
る力のばらつきを抑えることができる圧力センサを提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、ボディに形成され、流体
の圧力によってたわむダイアフラムと、その上面に圧電
変換素子が形成され、ダイアフラムのたわみによる応力
を検出した検出信号を出力するセンサチップと、ボディ
に固着されたインシュレータと、前記インシュレータに
取着され、前記ダイアフラムに対して前記センサチップ
を押圧保持する弾性体とを備えた圧力センサにおいて、
前記弾性体を塑性変形域において前記センサチップを押
圧保持するようにしたことを要旨とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の圧力センサにおいて、前記ボディには、前記ダイアフ
ラムに対する前記センサチップの位置を決定するための
位置決め部が形成された位置決めリングが設けられ、そ
の位置決めリングは前記インシュレータと共にボディに
接着されたことを要旨とする。

【０００９】また、弾性体は、ステンレス製の板バネで
ある。

【００１０】

【作用】従って、請求項１に記載の発明によれば、セン
サチップはダイアフラムに対して塑性変形域で動作する
弾性体によって押圧保持される。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、ボディに
は、インシュレータと共に接着された位置決めリングが
設けられている。センサチップは、位置決めリングの位
置決め部によってダイアフラムに対する位置が決定され
る。

【００１２】また、弾性体は、ステンレス製の板バネに
より構成される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図３に従って説明する。図１は本実施例の圧力センサ１
の断面図であり、図２は圧力センサ１の正面図である。

【００１４】圧力センサ１のボディ２にはダイアフラム
３が形成され、そのダイアフラム３は導入孔４から導入
された流体の圧力によってたわむようになっている。ま
た、ボディ２にはダイアフラム３の円周方向に沿って凹
部５が形成されており、その凹部には位置決めリング６
が収容されている。位置決めリング６には、その中心方
向に向かって位置決め部７，８が突出形成されており、
その位置決め部７，８はダイアフラム３の周辺部上面
（図１において左側面）に配置されている。

【００１５】また、圧力センサ１にはセンサチップ９が
設けられている。センサチップ９は位置決め部７，８に
よってその中心がダイアフラム３の中心と一致するよう
に配置されている。ダイアフラム３の上面には凸部３ａ
が形成されており、その凸部３ａによってダイアフラム
３のたわみによる応力がセンサチップ９の中心にのみ加
わり、その応力によってセンサチップ９がわたむように
なっている。

【００１６】図２に示すように、センサチップ９の上面
には薄膜歪みゲージＲ１〜Ｒ４が形成され、その薄膜歪
みゲージＲ１〜Ｒ４はセンサチップ９のたわみに応じて
それらの抵抗値が変化するようになっている。また、セ
ンサチップ９の上面にはパッド１０ａ〜１０ｆが形成さ
れている。薄膜歪みゲージＲ１，Ｒ３はパッド１０ａ〜
１０ｃ間に直接に接続され、薄膜歪みゲージＲ２，Ｒ４
はパッド１０ｄ〜１０ｆ間に直列に接続されている。

【００１７】また、圧力センサ１にはインシュレータ１
１が設けられている。インシュレータ１１は樹脂製であ
って，略円筒状に形成されている。インシュレータ１１
は、凹部５に挿入され、位置決めリング６と共に接着さ
れている。

【００１８】インシュレータ１１には板バネ１２，１３
が設けられている。板バネ１２，１３は例えばステンレ
ス製であって、インシュレータ１１の内側面から突出す
るように取着されている。板バネ１２，１３はセンサチ
ップ９の両端に向かって屈曲形成されており、その先端
は断面Ｃ状に形成されている。そして、板バネ１２，１
３は、塑性変形域内で動作し、センサチップ９をダイア
フラム３に向かって押圧するようになっている。

【００１９】そして、塑性変形を起こした板バネ１２，
１３は、加えられた荷重をセンサチップ９へ伝達させ
る。そして、センサチップ９は、板バネ１２，１３に加
えられた荷重によって押圧されるようになる。従って、
センサチップ９の板厚が異なったり、インシュレータ１
１の寸法精度がばらついても、センサチップ９は板バネ
１２，１３に加えられた荷重により押圧されるので、押
圧力を一定にすることができ、各圧力センサ１毎のばら
つきを抑えることができる。

【００２０】尚、インシュレータ１１には複数の端子１
４が設けられ、それら端子１４はセンサチップ９上面に
形成されたパッド１０ａ〜１０ｆとワイヤ１５を介して
電気的に接続されている。端子１４には増幅回路部１６
を構成する電子部品が搭載された基板１７が接続されて
いる。増幅回路部１６は、コネクタ部１８に設けられた
外部端子１９から供給される駆動電源に基づいて動作
し、センサチップ９から出力される出力電圧を増幅して
外部端子１９を介して圧力センサ１外部へ出力するよう
になっている。

【００２１】次に、上記のように構成された圧力センサ
１の作用を説明する。センサチップ９は、表面に熱酸化
膜が形成されたシリコンウエハにクロム薄膜が成膜さ
れ、そのクロム薄膜をフォトリソ工程により薄膜歪みゲ
ージＲ１〜Ｒ４のパターンが形成される。そして、ダイ
サーによりシリコンウエハが切断され、センサチップ９
が形成される。その形成されたセンサチップ９は、位置
決めリング６の位置決め部７，８にセンサチップ９の中
心がダイアフラム３の中心と一致するように配置された
後、板バネ１２，１３を取着したインシュレータ１１が
位置決めリング６と共にボディ２に接着固定される。

【００２２】このとき、板バネ１２，１３は加えられる
荷重によってたわみ塑性変形する。すると、センサチッ
プ９はその塑性変形した板バネ１２，１３によって押圧
保持される。そして、センサチップ９に対する押圧力は
板バネ１２，１３に加えられる荷重となる。従って、セ
ンサチップ９の板厚等がばらついても、センサチップ９
に対する押圧力のばらつきを抑えることができ、同じ流
体の圧力に対して各圧力センサ１から一定の出力電圧が
出力される。その結果、各圧力センサ１毎に増幅率を設
定する必要がなく、面倒がない。

【００２３】上記したように、本実施例の圧力センサ１
によれば、センサチップ９を押圧保持する板バネ１２，
１３に対して、それら板バネ１２，１３が塑性変形域内
で動作するように荷重をかけたわませるようにした。そ
の結果、センサチップ９の板厚やインシュレータ１１の
寸法精度等がばらついても、板バネ１２，１３に加える
荷重によってセンサチップ９を押圧保持することができ
るので、センサチップ９に対する押圧力のばらつきを抑
えることができる。

【００２４】尚、本発明は以下のように変更してもよ
く、その場合にも同様の作用及び効果が得られる。 １）上記実施例では、弾性体として板バネ１２，１３を
用いて実施したが、コイルスプリング等のバネを用いて
そのバネを塑性変形させて実施してもよい。

【００２５】２）上記実施例では、ステンレス製の板バ
ネ１２，１３を用いたが、ベリリウム銅等の他の材質を
用いて実施してもよい。 ３）上記実施例では、センサチップ９の上面に薄膜歪み
ゲージＲ１〜Ｒ４を形成したが、拡散歪みゲージを形成
して実施してもよい。

【００２６】以上、この発明の各実施例について説明し
たが、各実施例から把握できる請求項以外の技術思想に
ついて、以下にそれらの効果とともに記載する。 イ）請求項１〜３に記載の圧力センサにおいて、前記セ
ンサチップ９からの検出信号を増幅し出力する増幅回路
部１６を備えた圧力センサ。この構成によると、流体の
圧力に応じた信号を増幅し出力することが可能となる。

【００２７】ロ）請求項３に記載の圧力センサにおい
て、圧電変換素子は薄膜歪みゲージＲ１〜Ｒ４である。
この構成によると、ダイアフラム３のたわみによる応力
を容易に検出可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、セ
ンサチップを支持する力のばらつきを抑えることが可能
な圧力センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施例の圧力センサの断面図。

【図２】 一実施例の圧力センサの正面図。

【図３】 一実施例の圧力センサの全体を示す断面図。

【図４】 従来の圧力センサの断面図。

【図５】 従来の圧力センサの正面図。

【符号の説明】

２…ボディ、３…ダイアフラム、６…位置決めリング、
７，８…位置決め部、９…センサチップ、１１…インシ
ュレータ、１２，１３…弾性体としての板バネ、１６…
増幅回路部、Ｒ１〜Ｒ４…圧電変換素子としての薄膜歪
みゲージ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボディ（２）に形成され、流体の圧力に
   よってたわむダイアフラム（３）と、 その上面に圧電変換素子（Ｒ１〜Ｒ４）が形成され、ダ
   イアフラム（３）のたわみによる応力を検出した検出信
   号を出力するセンサチップ（９）と、 ボディ（２）に固着されたインシュレータ（１１）と、 前記インシュレータ（１１）に取着され、前記ダイアフ
   ラム（３）に対して前記センサチップ（９）を押圧保持
   する弾性体（１２，１３）とを備えた圧力センサにおい
   て、 前記弾性体（１２，１３）を塑性変形域において前記セ
   ンサチップ（９）を押圧保持するようにした圧力セン
   サ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の圧力センサにおいて、 前記ボディ（２）には、前記ダイアフラム（３）に対す
   る前記センサチップ（９）の位置を決定するための位置
   決め部（７，８）が形成された位置決めリング（６）が
   設けられ、その位置決めリング（６）は前記インシュレ
   ータ（１１）と共にボディ（２）に接着された圧力セン
   サ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の圧力センサにお
   いて、 前記弾性体は、ステンレス製の板バネ（１２，１３）で
   ある圧力センサ。