JP2008224573A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ基板に温度変化による撓みや歪みを生じさず低コストで製造可能な圧力センサを提供することである。
【解決手段】金属ダイヤフラム２と、歪ゲージ３を備えて金属ダイヤフラム２の表面に接着されるセンサ基板４とを備え、センサ基板４は接着側となる裏面に環状の凹部５を備えて裏面の中央部６と外周部７とを金属ダイヤフラム２に接着してなる圧力センサにおいて、凹部５を密閉せずに大気開放したので、センサ基板４に温度変化による撓みや歪みを生じさせることを防止でき、凹部５を真空とする必要も無くなり製造コストも低減されて圧力センサ１を低コストで製造可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサの改良に関する。

この種、圧力センサとしては、たとえば、金属ダイヤフラムの表面にブリッジ回路を構成する歪ゲージを備えたセンサ基板を接着したものが知られている。（たとえば、特許文献１参照）。

この圧力センサでは、センサ基板に直接に圧力を作用させるのではなく、圧力が作用した金属ダイヤフラムの撓み量を歪ゲージの抵抗変化を利用して検知し圧力を検出するようになっている。

したがって、センサ基板は、金属ダイヤフラムで圧力媒体である液体や気体から隔絶されているので、汚染される心配がなく、また、大きな圧力が直接にセンサ基板に作用しないので耐久性の点でも優れる。

ところで、従来の圧力センサでは、センサ基板の接着面となる裏面に環状の凹部を設けて、裏面側の中央部と外周部のみが金属ダイヤフラムに接着されるようになっており、凹部形成部位における肉厚を薄くすることで感度向上を図るとともに、外周部の肉厚を厚くしておくことで強度確保をも図るようにしている。なお、中央部の肉厚が厚くなっているのは、センサ基板にダイヤフラムの撓みを伝達するためである。
特開昭６３−２１７６７１号公報（図１）

このように、従来の圧力センサでは、センサ基板の接着面となる裏面に環状の凹部が形成されていることから、センサ基板と金属ダイヤフラムとの接着によって凹部が密閉されることになる。

そして、凹部を真空状態とすることは難しく、凹部内に気体が密閉されてしまうと、温度変化で凹部内の圧力が変化しセンサ基板に撓みや歪みを生じさせてしまい精度よく圧力検出することができなくなる危険がある。また、凹部を真空とする場合には、圧力センサの製造コストも高くなってしまう。

そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、センサ基板に温度変化による撓みや歪みを生じさず低コストで製造可能な圧力センサを提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、金属ダイヤフラムと、歪ゲージを備えて金属ダイヤフラムの表面に接着されるセンサ基板とを備え、センサ基板は接着側となる裏面に環状の凹部を備えて裏面の中央部と外周部とを金属ダイヤフラムに接着してなる圧力センサにおいて、凹部を大気開放した。

本発明の圧力センサによれば、凹部を大気開放することによってセンサ基板に温度変化による撓みや歪みを生じさせず、また、凹部を真空に維持する必要が無いので圧力センサを低コストで製造することができる。

すなわち、耐久性と強度に優れる構造である金属ダイヤフラムの表面にセンサ基板を接着した構造を採用しつつ、温度変化によらず高精度に圧力検出が可能であり、かつ、圧力センサの製造コストを低減することができるのである。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態における圧力センサの縦断面図である。図２は、一実施の形態の圧力センサにおけるセンサ基板の裏面側の斜視図である。図３は、他の実施の形態の圧力センサにおける金属ダイヤフラムの斜視図である。図４は、別の実施の形態の圧力センサにおける金属ダイヤフラムの斜視図である。図５は、さらに他の実施の形態の圧力センサの斜視図である。図６は、さらに他の実施の形態の一変形例における圧力センサの接着シートの斜視図である。図７は、さらに他の実施の形態の他の変形例における圧力センサの接着シートの斜視図である。

図１に示すように、一実施の形態における圧力センサ１は、金属ダイヤフラム２と、歪ゲージ３を備えて金属ダイヤフラム２の表面に接着されるセンサ基板４とを備えて構成されている。

以下、各部について詳細に説明すると、金属ダイヤフラム２は、筒部２ａと、筒部２ａと一体であって筒部２ａの図１中上端を閉塞する薄肉の受圧部２ｂとを備えて構成されており、金属ダイヤフラム２の内部Ａに導入される圧力を受圧部２ｂに作用させて当該受圧部２ｂが撓むようになっている。

つづいて、センサ基板４は、具体的には、シリコンチップとされ、歪ゲージ３は、この場合、シリコンチップとされるセンサ基板４上に四つ形成されており、これら歪ゲージ３をブリッジ接続してブリッジ回路を構成している。なお、歪ゲージ３は、具体的にはたとえば、センサ基板４上に形成される拡散抵抗素子とされている。

また、センサ基板４は、図１および図２に示すように、金属ダイヤフラム２に接着される面、すなわち、接着側となる裏面に、環状の凹部５を備えて裏面の中央部６と外周部７とが金属ダイヤフラム２に接着されるようになっている。なお、凹部５の形成に際しては、センサ基板４の裏面をエッチングすることによって形成することができる。

そして、センサ基板４を金属ダイヤフラム２の受圧部２ｂの表面に接着すると、センサ基板４の中央部６および外周部７と、金属ダイヤフラム２との間には接着層９が形成されるようになっている。したがって、金属ダイヤフラム２の受圧部２ｂが内部Ａ内の圧力の作用による撓みが、受圧部２ｂに接着される中央部６を介してセンサ基板４に伝達されてセンサ基板４も撓み、このセンサ基板４の撓みによる歪ゲージ３の抵抗変化を測定することによって、内部Ａ内の圧力を検出することができるようになっている。

さらに、このセンサ基板４にあっては、外周部７における図１中上下方向長さとなる肉厚の一部が他部に比較して薄くなるように切欠８が設けられており、上述のように、センサ基板４を金属ダイヤフラム２の受圧部２ｂの表面に接着した状態で、外周部７のうち切欠８がある部位は金属ダイヤフラム２に接着されず、凹部５は、密閉されず切欠８を介して外部と連通されて大気開放されるようになっている。

したがって、この圧力センサ１にあっては、金属ダイヤフラム２の受圧部２ｂの表面にセンサ基板４を接着しても、センサ基板４に形成される凹部５は切欠８を介して大気開放されているので、温度変化によらず凹部５内の圧力はその温度における大気圧に維持され、センサ基板４を撓ませたり歪ませたりすることがないから、高精度に圧力を検出することが可能である。

また、金属ダイヤフラム２とセンサ基板４との接着に際して、凹部５を真空に保つような加工方法を採用する必要がなくなるので、製造コストを低減することができ、低コストで圧力センサ１を製造することが可能となる。

したがって、本発明の圧力センサ１によれば、耐久性と強度に優れる構造である金属ダイヤフラム２の表面にセンサ基板４を接着した構造を採用しつつ、温度変化によらず高精度に圧力検出が可能であり、かつ、圧力センサ１の製造コストを低減することができるのである。

上述したところから、センサ基板４と金属ダイヤフラム２とで画成される凹部５を大気開放すればよいことから、センサ基板４の外周部７に切欠８を形成する以外にも、図３に示すように、金属ダイヤフラム２の受圧部２ｂの表面に凹部５と外方とを連通する溝１０を設けてもよい。

この場合、センサ基板４を金属ダイヤフラム２の受圧部２ｂの表面に接着した状態で、溝１０とセンサ基板４との間に隙間が生じて凹部５は密閉されず、溝１０を介して外部と連通されて大気開放されるようになっている。

さらに、図４に示すように、センサ基板４の裏面の外周部７と金属ダイヤフラム２との間の一部を接着せずに非接着部１１を設け、当該非接着部１１におけるセンサ基板の裏面の外周部７と金属ダイヤフラム２との間の隙間を介して凹部５と外方とを連通して凹部５を大気開放するようにしてもよい。

また、さらに、図５に示すように、センサ基板４の裏面の外周部７と金属ダイヤフラム２とを切欠１３を備えた接着シート１２で接着するようにしてもよい。この接着シート１２は、センサ基板４の裏面の中央部６および外周部７と、金属ダイヤフラム２との間の接着層を形成しており、外周から内周側へ向けて形成された切欠１３の存在によって接着シート１２の厚みの通路Ｐがセンサ基板４の外周部７と金属ダイヤフラム２との間に形成されるため、凹部５と外方とが連通して凹部５を大気開放することができるようになっている。

なお、接着シート１２の形状は、凹部５を大気開放するための通路を形成しつつセンサ基板４の中央部６と外周部７とを金属ダイヤフラム２の受圧部２ｂへ接着することができればよいので、上記形状に限定されるものではなく、具体的にはたとえば、図６に示すように、外周部７を金属ダイヤフラム２へ接着するＣ型チャンネル状の周部１４と、周部１４から中心側へと伸びて中央部６を金属ダイヤフラム２へ接着する腕部１５とを備えた形状とされてもよく、さらには、図７に示すように、外周部７を金属ダイヤフラム２へ接着するＣ型チャンネル状の周部１６と、周部１６から分離独立されて中央部６を金属ダイヤフラム２へ接着する中心部１７とで構成されるようにしてもよい。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

一実施の形態における圧力センサの縦断面図である。 一実施の形態の圧力センサにおけるセンサ基板の裏面側の斜視図である。 他の実施の形態の圧力センサにおける金属ダイヤフラムの斜視図である。 別の実施の形態の圧力センサにおける金属ダイヤフラムの斜視図である。 さらに他の実施の形態の圧力センサの斜視図である。 さらに他の実施の形態の一変形例における圧力センサの接着シートの斜視図である。 さらに他の実施の形態の他の変形例における圧力センサの接着シートの斜視図である。

符号の説明

１ 圧力センサ
２ 金属ダイヤフラム
２ａ 金属ダイヤフラムにおける筒部
２ｂ 金属ダイヤフラムにおける受圧部
３ 歪ゲージ
４ センサ基板
５ センサ基板における凹部
６ センサ基板における中央部
７ センサ基板における外周部
８ 外周部における切欠
９ 接着層
１０ 金属ダイヤフラムにおける溝
１１ 外周部における非接着部
１２ 接着シート
１３ 接着シートにおける切欠
１４，１６ 接着シートにおける周部
１５ 接着シートにおける腕部
１７ 接着シートにおける中心部
Ｐ 通路

Claims (5)

1. 金属ダイヤフラムと、歪ゲージを備えて金属ダイヤフラムの表面に接着されるセンサ基板とを備え、センサ基板は接着側となる裏面に環状の凹部を備えて裏面の中央部と外周部とを金属ダイヤフラムに接着してなる圧力センサにおいて、凹部を大気開放したことを特徴とする圧力センサ。
2. センサ基板の裏面の外周部に切欠を設け、当該切欠を介して凹部と外方とを連通して凹部を大気開放することをと特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 金属ダイヤフラムの表面に溝を設け、当該溝を介して凹部と外方とを連通して凹部を大気開放することをと特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. センサ基板の裏面の外周部と金属ダイヤフラムとの間の一部を接着せずに非接着部を設け、当該非接着部におけるセンサ基板の裏面の外周部と金属ダイヤフラムとの間の隙間を介して凹部と外方とを連通して凹部を大気開放することをと特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
5. センサ基板の裏面の外周部と金属ダイヤフラムとを接着するとともに接着層を形成する接着シートを備え、接着シートに切欠を設けて当該切欠を介して凹部と外方とを連通して凹部を大気開放することをと特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。

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