JP2007085894A - 絶対圧力センサ及びその製造方法、絶対圧力センサを備えたタイヤ空気圧監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力の低下で電気的に導通する接点を有し、単純な構造で構成された絶対圧力センサ、及びその製造方法、絶対圧力センサを備えたタイヤ空気圧監視装置を提供することにある。
【解決手段】 絶対圧力センサは、第１の基板１２と、第２の基板１４と、第３の基板１６と、第１の基板１２の第２の基板１４に対向する面に形成されてなる第１の接点１８と、第２の基板１４の第１の基板１２に対向する面に、第１の接点１８に対向し、ダイヤフラム２２の変形に基づいて被測定圧が所定の圧力を超えると第１の接点１８と電気的に絶縁し、被測定圧が所定の圧力以下で第１の接点１８と電気的に導通するように形成されてなる第２の接点２０と、を含み、第１の基板１２は単結晶材料で形成され、ダイヤフラム２２は単結晶材料ダイヤフラムである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、絶対圧力センサ及びその製造方法、絶対圧力センサを備えたタイヤ空気圧監視装置に関する。

２枚の半導体基板を貼り合わせた密閉構造の内部に、導体部とその対向面に２つの接点とを設けた半導体圧力センサが知られている。この半導体圧力センサは、被測定圧が所定の圧力未満では導体部と２つの接点との間は離れており、被測定圧が所定の圧力以上になると半導体基板の変形により導体部の中央部が撓み、導体部の両端が前記２つの接点に接触する（例えば、特許文献１参照）。

また、ハウジングの開口部をダイヤフラムで塞ぎ、内部にアクチュエータピンと可動片と検出部とを含む部材を収納配置した圧力センサがある。この圧力センサは、被測定圧が所定の圧力を超えた状態では、ダイヤフラムの中央部が被測定圧面の対向側に湾曲しており、アクチュエータピンを介して可動片を押し上げ、可動片上の接点と検出部の固定接点との間は開放されている。被測定圧が所定の圧力以下になると、ダイヤフラムの中央部の湾曲方向が反転し、可動片が下がることにより可動片上の接点と検出部の固定接点とが接触する（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２２５８１号公報 特開２００４−２２６３７７号公報

しかし、特許文献１に記載の圧力センサは、所定の圧力未満で電気的に絶縁し所定の圧力以上で電気的に導通するように接点が形成されているため、例えばタイヤ空気圧監視装置のように、圧力の低下を接点が電気的に導通することにより検出する用途には向いていなかった。

また、特許文献２に記載の圧力センサは、構成部品点数が多く、また可動部品の保持又は固定が必要なため構造が複雑であり、その製造においては工程数が多かった。

本発明の目的は、圧力の低下により電気的に導通する接点を有し、単純な構造で構成された絶対圧力センサ、及びその製造方法、絶対圧力センサを備えたタイヤ空気圧監視装置を提供することにある。

（１）本発明に係る絶対圧力センサは、上方に突出してなる凸部を有するダイヤフラムが中央部に形成され、周辺側が支持部とされてなる第１の基板と、前記ダイヤフラムの前記凸部の面側の前記支持部に固着され、中央部近傍に開口部を有し、被測定圧側に配設されてなる第２の基板と、凹部を有し、前記ダイヤフラムの他方の面側の前記支持部に固着され、前記第１の基板と前記凹部との間に真空基準室が形成されてなる第３の基板と、前記第１の基板の前記第２の基板に対向する面に形成されてなる第１の接点と、前記第２の基板の前記第１の基板に対向する面に、前記第１の接点に対向し、前記ダイヤフラムの変形に基づいて前記被測定圧が所定の圧力を超えると前記第１の接点と電気的に絶縁し、前記被測定圧が所定の圧力以下で前記第１の接点と電気的に導通するように形成されてなる第２の接点と、を含み、前記第１の基板は単結晶材料で形成され、前記ダイヤフラムは単結晶材料ダイヤフラムである。本発明によれば、ダイヤフラムは、被測定圧側と真空基準室とを隔てるように位置している。真空基準室の圧力は真空であるので、ダイヤフラムは被測定圧の圧力の変動に応じて変形する。被測定圧が所定の圧力を超えていると、ダイヤフラムは真空基準室側に変形し、凸部が第２の基板の面から離れるため、第１の接点と第２の接点とは開放されている。被測定圧が所定の圧力以下では、ダイヤフラムは凸部が第２の基板の面に当たり、第１の接点と第２の接点とが接触した状態となる。したがって、被測定圧の圧力低下により電気的に導通する接点を有する絶対圧力センサを提供することができる。また、ダイヤフラムを形成する基板を単結晶材料とすることにより、凸部を有するダイヤフラムとその支持部とを同一の基板に形成することができ、３枚の基板を構成部材とする単純な構造の絶対圧力センサを提供することができる。

（２）この絶対圧力センサにおいて、前記第１の基板の前記単結晶材料は水晶であってもよい。

（３）本発明に係る絶対圧力センサの製造方法は、中央部が上方に突出してなる凸部を有するダイヤフラムと、周辺側が支持部とされてなる第１の基板を形成すること、中央部近傍に開口部を有する第２の基板を形成すること、凹部を有する第３の基板を形成すること、前記第１の基板の前記凸部の面に第１の接点を形成すること、前記第２の基板の前記開口部周辺に第２の接点を形成すること、前記第２の基板を、前記第１の基板の前記ダイヤフラムの前記凸部の面側の前記支持部に、前記第２の接点が前記第１の接点に対向するように固着すること、及び、前記第３の基板の前記凹部と前記第１の基板との間に真空基準室を形成するように、前記第３の基板を前記第１の基板の前記支持部に固着すること、を含み、前記第１の接点と前記第２の接点とが、前記ダイヤフラムの変形に基づいて、前記被測定圧が所定の圧力を超えると電気的に絶縁し、前記被測定圧が所定の圧力以下で電気的に導通し、前記第１の基板は単結晶材料で形成し、前記ダイヤフラムは単結晶材料ダイヤフラムである。本発明によれば、ダイヤフラムは、被測定圧側と真空基準室とを隔てるように位置している。真空基準室の圧力は真空であるので、ダイヤフラムは被測定圧の圧力の変動に応じて変形する。被測定圧が所定の圧力を超えていると、ダイヤフラムは真空基準室側に変形し、凸部が第２の基板の面から離れるため、第１の接点と第２の接点とは開放されている。被測定圧が所定の圧力以下では、ダイヤフラムは凸部が第２の基板の面に当たり、第１の接点と第２の接点とが接触した状態となる。したがって、被測定圧の圧力低下により電気的に導通する接点を有する絶対圧力センサを製造することができる。また、ダイヤフラムを形成する基板を単結晶材料とすることにより、凸部を有するダイヤフラムとその支持部とを同一の基板に形成することができ、３枚の基板を構成部材とする単純な構造の絶対圧力センサを製造することができる。

（４）この絶対圧力センサの製造方法において、前記第１の基板の前記単結晶材料は水晶であってもよい。

（５）本発明に係るタイヤ空気圧監視装置は、上記絶対圧力センサを備える。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（絶対圧力センサ）
図１は、本発明の実施の形態に係る絶対圧力センサの断面を示す図である。

本実施の形態に係る絶対圧力センサ１０は、第１の基板１２と、第２の基板１４と、第３の基板１６と、第１の接点１８と、第２の接点２０と、を含む。

第１の基板１２は、ダイヤフラム２２が中央部に形成され、周辺側に支持部２４が形成されている。ダイヤフラム２２は上方に突出する凸部２６を有し、凸部２６と支持部２４との間には薄肉部２８を有している。第１の基板１２は単結晶材料で形成され、ダイヤフラム２２は単結晶材料ダイヤフラムである。第１の基板１２の単結晶材料は水晶であってもよい。

第２の基板１４は、第１の基板１２のダイヤフラム２２の凸部２６の面側の支持部２４に第１の電極３０を介して固着され、被測定圧側（図１の上部）に配設されている。第２の基板１４は中央部近傍に開口部３２を有する。第２の基板１４の材料は、例えば、ガラスで形成されている。

第３の基板１６は、第１の基板１２のダイヤフラム２２の他方の面としての、第２の基板１４が固着された面の他方の面側の支持部２４に、第２の電極３４を介して固着されている。第３の基板１６は凹部３６を有する。凹部３６と第１の基板１２との間には真空基準室３８が形成されている。第３の基板１６の材料は、例えば、ガラスで形成されている。

第１の接点１８は、第１の基板１２の第２の基板１４に対向する面としての、凸部２６の上面に形成されている。第１の接点１８は、第１の電極３０を介して絶対圧力センサ１０の外部に接続されている。第１の電極３０は、第１の基板１２の第２の基板１４に対向する面の、凸部２６の側面、薄肉部２８の上面、支持部２４の側面、及び、支持部２４の上面に形成されている。第１の接点１８は、第１の電極３０と電気的に導通しており、第１の電極３０を介して外部に接続することができる。

第２の接点２０は、第２の基板１４の第１の基板１２に対向する面としての、開口部３２の周辺に、第１の接点１８に対向して形成されている。第２の接点２０は、第３の電極４０を介して絶対圧力センサ１０の外部に接続されている。第３の電極４０は、第２の基板１４の開口部３２の内面、及び、支持部２４に固着された面の他方の面に形成されている。第２の接点２０は、第３の電極４０と電気的に導通しており、第３の電極４０を介して外部に接続することができる。

次に、本実施の形態に係る絶対圧力センサ１０の動作について説明する。絶対圧力センサ１０が測定しようとする被測定圧の圧力は、被測定圧側に配設された第２の基板１４の開口部３２を通して、第１の基板１２のダイヤフラム２２に加わる。ダイヤフラム２２は、被測定圧側と真空基準室３８とを隔てるように位置している。真空基準室３８の圧力は真空（０気圧）であるので、ダイヤフラム２２は被測定圧の圧力の変動に応じて以下のように変形する。被測定圧が所定の圧力を超えていると、図１に示すように、ダイヤフラム２２は真空基準室３８の側に変形し、凸部２６が第２の基板１４の面から離れるため、第１の接点１８と第２の接点２０とは開放し電気的に絶縁する。被測定圧が所定の圧力以下になると、ダイヤフラム２２は凸部２６が第２の基板１４の面に当たり、第１の接点１８と第２の接点２０とが接触し電気的に導通した状態となる。

（絶対圧力センサの製造方法）
図２は、本発明の実施の形態に係る絶対圧力センサの製造方法を説明する図である。本実施の形態に係る絶対圧力センサの製造方法は、まず図２（Ａ）に示すように、単結晶材料としての、例えば水晶である基板４を用意する。

次に、図２（Ｂ）に示すように、基板４において、中央部にダイヤフラム２２の凸部２６と、薄肉部２８と、周辺側に支持部２４とを形成し、第１の基板１２とする。ダイヤフラム２２の凸部２６と、薄肉部２８と、支持部２４と、を形成する加工方法は、例えば、化学的なエッチングを適用する。本実施の形態では、ダイヤフラム２２の薄肉部２８を形成する際、基板４の材料である水晶の圧電振動の周波数を測定することにより、薄肉部２８の肉厚を管理することができる。したがって、薄肉部２８の加工精度が向上するので、ダイヤフラム２２の動作精度を向上することができる。

次に、図２（Ｃ）に示すように、第１の基板１２の凸部２６の上面に第１の接点１８を形成する。続いて、第１の基板１２の凸部２６の側面、薄肉部２８の上面、支持部２４の側面、及び支持部２４の上面に、第１の電極３０を形成する。第１の接点１８と第１の電極３０とは一体化して形成してもよい。そして、支持部２４の下面に第２の電極３４を形成する。第１の接点１８と、第１の電極３０と、第２の電極３４と、を形成する加工方法は、例えば、金属の蒸着を適用する。

次に、図２（Ｄ）に示すように、中央部近傍に開口部３２を形成し、さらに、第２の接点２０と第３の電極４０とを形成した第２の基板１４を、第１の基板１２の凸部２６の面側の支持部２４に、第１の電極３０を介して、第２の接点２０が第１の接点１８に対向するように、第１の基板１２に固着する。第２の基板１４を第１の基板１２に固着する加工方法は、例えば、陽極接合を適用する。開口部３２を形成する加工方法は、例えば、化学的なエッチングを適用する。第２の接点２０と第３の電極４０とを形成する加工方法は、例えば、金属の蒸着を適用する。第２の接点２０と第３の電極４０とは一体化して形成してもよい。

さらに、図２（Ｄ）に示すように、凹部３６を形成した第３の基板１６を、凹部３６と第１の基板１２との間に真空基準室３８を形成するように、第１の基板１２の支持部２４の下面に、第２の電極３４を介して固着する。第３の基板１６を第１の基板１２に固着する加工方法は、例えば、陽極接合を適用する。凹部３６を形成する加工方法は、例えば、化学的なエッチングを適用する。

次に、図２（Ｄ）に示すように、第１の基板１２と第２の基板１４と第３の基板１６とを固着したものを、２点鎖線４４で示す位置で切断し分割する。以上により絶対圧力センサ１０を製造することができる。

これにより、第１の接点１８と第２の接点２０とは、ダイヤフラム２２の変形に基づいて、被測定圧が所定の圧力を超えると離れて電気的に絶縁し、被測定圧が所定の圧力以下で接触して電気的に導通する。

（絶対圧力センサを備えるタイヤ空気圧監視装置）
本発明の実施の形態に係る絶対圧力センサを備えるタイヤ空気圧監視装置について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るタイヤ空気圧監視装置の絶対圧力センサの設置方法を示す図である。図４は、本発明の実施の形態に係るタイヤ空気圧監視装置の絶対圧力センサの接続方法を示す図である。

本実施の形態に係るタイヤ空気圧監視装置は、絶対圧力センサ１０を備える。絶対圧力センサ１０は、図３に示すように、タイヤ５０とホイールリム５２とで密閉された空間の内部に、例えばエアバルブ５４のタイヤ内部側に装着し設置する。

絶対圧力センサ１０を備えるので、タイヤの空気圧が所定の圧力以下に低下した場合に接点が電気的に導通するタイヤ空気圧監視装置を提供することができる。

なお、タイヤ空気圧監視装置は、図４に示すように、絶対圧力センサ１０を発振回路６０とバッテリ７０との間に直列に挿入してもよい。こうすれば、タイヤの空気圧が所定の圧力を超える状態においては、バッテリ７０から発振回路６０に流れる電流をほぼ零にすることができ、電力消費の少ないタイヤ空気圧監視装置を提供することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

実施の形態に係る絶対圧力センサの断面を示す図である。 実施の形態に係る絶対圧力センサの製造方法を説明する図である。 実施の形態に係るタイヤ空気圧監視装置の絶対圧力センサの設置方法を示す図である。 実施の形態に係るタイヤ空気圧監視装置の絶対圧力センサの接続方法を示す図である。

符号の説明

４…基板 １０…絶対圧力センサ １２…第１の基板 １４…第２の基板 １６…第３の基板 １８…第１の接点 ２０…第２の接点 ２２…ダイヤフラム ２４…支持部 ２６…凸部 ２８…薄肉部 ３０…第１の電極 ３２…開口部 ３４…第２の電極 ３６…凹部 ３８…真空基準室 ４０…第３の電極 ４４…２点鎖線 ５０…タイヤ ５２…ホイールリム ５４…エアバルブ ６０…発振回路 ７０…バッテリ。

Claims (5)

1. 上方に突出してなる凸部を有するダイヤフラムが中央部に形成され、周辺側が支持部とされてなる第１の基板と、
   前記ダイヤフラムの前記凸部の面側の前記支持部に固着され、中央部近傍に開口部を有し、被測定圧側に配設されてなる第２の基板と、
   凹部を有し、前記ダイヤフラムの他方の面側の前記支持部に固着され、前記第１の基板と前記凹部との間に真空基準室が形成されてなる第３の基板と、
   前記第１の基板の前記第２の基板に対向する面に形成されてなる第１の接点と、
   前記第２の基板の前記第１の基板に対向する面に、前記第１の接点に対向し、前記ダイヤフラムの変形に基づいて前記被測定圧が所定の圧力を超えると前記第１の接点と電気的に絶縁し、前記被測定圧が所定の圧力以下で前記第１の接点と電気的に導通するように形成されてなる第２の接点と、
   を含み、
   前記第１の基板は単結晶材料で形成され、前記ダイヤフラムは単結晶材料ダイヤフラムである絶対圧力センサ。
2. 請求項１に記載された絶対圧力センサにおいて、
   前記第１の基板の前記単結晶材料は水晶である絶対圧力センサ。
3. 中央部が上方に突出してなる凸部を有するダイヤフラムと、周辺側が支持部とされてなる第１の基板を形成すること、
   中央部近傍に開口部を有する第２の基板を形成すること、
   凹部を有する第３の基板を形成すること、
   前記第１の基板の前記凸部の面に第１の接点を形成すること、
   前記第２の基板の前記開口部周辺に第２の接点を形成すること、
   前記第２の基板を、前記第１の基板の前記ダイヤフラムの前記凸部の面側の前記支持部に、前記第２の接点が前記第１の接点に対向するように固着すること、及び、
   前記第３の基板の前記凹部と前記第１の基板との間に真空基準室を形成するように、前記第３の基板を前記第１の基板の前記支持部に固着すること、
   を含み、
   前記第１の接点と前記第２の接点とが、前記ダイヤフラムの変形に基づいて、前記被測定圧が所定の圧力を超えると電気的に絶縁し、前記被測定圧が所定の圧力以下で電気的に導通し、
   前記第１の基板は単結晶材料で形成し、前記ダイヤフラムは単結晶材料ダイヤフラムである絶対圧力センサの製造方法。
4. 請求項３に記載された絶対圧力センサの製造方法において、
   前記第１の基板の前記単結晶材料は水晶である絶対圧力センサの製造方法。
5. 請求項１又は請求項２に記載の絶対圧力センサを備えるタイヤ空気圧監視装置。
   

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