JP2008157740A

JP2008157740A - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2008157740A
Application number: JP2006346538A
Authority: JP
Inventors: Junji Imai; 順二今井; Hiroshi Inoue; 浩井上; Hitoshi Makinaga; 仁牧永
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】流体の漏れによって圧力検出に支障を来すことのない圧力センサを提供する。
【解決手段】立体成形回路基板からなり流体の圧力を受けて撓む薄肉のダイアフラム１０が設けられたボディ１と、ダイアフラム１０表面であって流体が接触しない側の面に形成されダイアフラム１０に生じる撓みを電気信号に変換するセンシング部２と、ボディ１に実装されボディ１に形成されている導体パターン３を介してセンシング部２と接続されるとともにセンシング部２から導体パターン３を介して取り込む電気信号を信号処理する信号処理回路部４とを備える。流体の圧力を受けて撓むダイアフラム１０が立体成形回路基板からなるボディ１に一体に設けられているので、従来例のようにセンサチップと台座の接合箇所あるいは台座とボディとの接着箇所から流体が漏れるというようなことがなく、流体の漏れによって圧力検出に支障を来すことがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の圧力を検出する圧力センサに関するものである。

従来、小型軽量の圧力センサとして、半導体基板を加工して薄肉のダイアフラムを形成するとともに該ダイアフラムに生じる撓みを電気信号に変換するピエゾ抵抗素子を形成してなるセンサチップと、センサチップが接合されるガラス製の台座と、台座が接着固定されるボディとを備え、ボディに突設された圧力導入筒を通して導入される流体が台座に貫設された貫通孔を通してセンサチップのダイアフラムに接触し、流体の圧力でダイアフラムを撓ませて当該流体の圧力を検出するようにしたものが提供されている（例えば、特許文献１，２参照）。かかる従来例では、ボディを立体成形回路基板として構成し、ボディに形成された導体パターンをセンサチップの電気配線としている。
特開２００３−１３３４５３号公報特開平１０−３００６０４号公報

しかしながら、上記従来例ではセンサチップと台座の接合箇所や台座とボディの接着箇所から流体が漏れる虞があり、もしも流体が漏れた場合には圧力検出に支障（検出不能）を来すという問題があった
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、流体の漏れによって圧力検出に支障を来すことのない圧力センサを提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、立体成形回路基板からなり流体の圧力を受けて撓む薄肉のダイアフラムが設けられたボディと、ダイアフラム表面であって流体が接触しない側の面に形成されダイアフラムに生じる撓みを電気信号に変換するセンシング部と、ボディに実装されボディに形成されている導体パターンを介してセンシング部と接続されるとともにセンシング部から導体パターンを介して取り込む電気信号を信号処理する信号処理回路部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、センシング部は、ダイアフラム表面に形成される誘電体膜と、該誘電体膜上に形成される電極とからなることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、誘電体膜が圧電体で形成されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、ボディは、流体が接触するダイアフラム表面を囲む筒状であって内部に流体が存在する管と嵌合する嵌合部を有することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、嵌合部は、円筒形状であって外周面にねじ山が刻まれてなることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、流体の圧力を受けて撓むダイアフラムが立体成形回路基板からなるボディに一体に設けられているので、従来例のようにセンサチップと台座の接合箇所あるいは台座とボディとの接着箇所から流体が漏れるというようなことがなく、流体の漏れによって圧力検出に支障を来すことがない。

請求項２の発明によれば、センシング部が、ダイアフラム表面に形成される誘電体膜と、該誘電体膜上に形成される電極とからなるので、センシング部を小型化しつつ感度を向上することができる。

請求項４の発明によれば、ボディの嵌合部を管に嵌合することボディを管に保持させることができる。

請求項５の発明によれば、嵌合部外周面のねじ山を管の内周面に形成されたねじ山と螺合させて嵌合部を管と強固に結合できるから、ボディにおけるダイアフラム以外の部位に歪みが生じなくなって検出感度が向上する。

（実施形態１）
図１，図２を参照して本発明の実施形態１を説明する。本実施形態の圧力センサは、立体成形回路基板からなり流体の圧力を受けて撓む薄肉のダイアフラム１０が設けられたボディ１と、ダイアフラム１０表面であって流体が接触しない側の面（図１（ａ）における下面）に形成されダイアフラム１０に生じる撓みを電気信号に変換するセンシング部２と、ボディ１に実装されボディ１に形成されている導体パターン３を介してセンシング部２と接続されるとともにセンシング部２から導体パターン３を介して取り込む電気信号を信号処理する信号処理回路部４とを備えている。但し、以下の説明では、図１（ａ）を基準として上下左右の方向を規定する。

ボディ１は、弾性を有する合成樹脂材料によって扁平な矩形箱状に形成され、その中央に薄肉のダイアフラム１０が設けられている。ボディ１の上面には円筒形状の嵌合部１２が上方へ向けて突設され、嵌合部１２内を通してダイアフラム１０に流体が接触することになる。但し、嵌合部１２の外周面にはねじ山１３が刻まれている。

センシング部２は、図１（ｅ）に示すように櫛歯状の導体パターンが互いの歯の部分を対向させるように形成された一対の電極２０，２０からなり、ダイアフラム１０の撓みを電極２０，２０間の静電容量変化に変換し、その変化量に応じたレベルの電気信号を出力する。なお、電極２０，２０を構成する導体パターンは、図２に示すように合成樹脂材料からなるダイアフラム１０上に銅をスパッタリングすることで下地層２０ａが形成され、さらに下地層２０ａ上に銅をめっきすることで導電層２０ｂが形成されてなる。

信号処理回路部４は、センシング部２から出力される電気信号を取り込み、増幅や波形整形等の信号処理を行うことで流体の圧力に対応したレベルを有する圧力検出信号を出力する。この信号処理回路部４は集積回路（ＩＣ）からなり、ボディ１の下面側に設けられた段部１１に実装され、ボディ１に形成された導体パターン３を介してセンシング部２並びに外部の電気配線と接続される（図１（ｅ）参照）。

而して、測定対象の流体を嵌合部１２内に導入してダイアフラム１０に接触させれば、流体の圧力によってダイアフラム１０が撓み、ダイアフラム１０の撓みがセンシング部２によって電気信号に変換されて信号処理回路部４に取り込まれ、信号処理回路部４で信号処理された圧力検出信号が外部に出力されて流体の圧力が検出できる。このように本実施形態では、流体の圧力を受けて撓むダイアフラム１０が立体成形回路基板からなるボディ１に一体に設けられているので、従来例のようにセンサチップと台座の接合箇所あるいは台座とボディとの接着箇所から流体が漏れるというようなことがなく、流体の漏れによって圧力検出に支障を来すことがない。

また、流体を導入するための管（図示せず）に嵌合部１２を嵌合することでボディ１０を管に保持させることができる。さらに、嵌合部１２外周面のねじ山１３を管の内周面に形成されたねじ山と螺合させて嵌合部１２を管と強固に結合すれば、ボディ１におけるダイアフラム１０以外の部位に歪みが生じなくなって流体の圧力検出感度が向上するという利点がある。

（実施形態２）
図３，図４を参照して本発明の実施形態２を説明する。但し、本実施形態はセンシング部２の構成に特徴があり、その他の構成については実施形態１と共通である。従って、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態におけるセンシング部２は、図４に示すようにダイアフラム１０表面に誘電体膜２１が形成され、その誘電体膜２１上に電極２０，２０が形成されてなる。但し、誘電体膜２１と電極２０，２０との間にはスパッタリングによってクロム層２２が形成される。

而して本実施形態では、センシング部２が、ダイアフラム１０表面に形成される誘電体膜２１と、誘電体膜２１上に形成される櫛歯状の電極２０，２０とからなるので、誘電体膜２１を持たない実施形態１に比較して、ダイアフラム１０の同程度の撓みに対する電極２０，２０間の静電容量変化が大幅に増加し、その結果、センシング部２の感度が向上する。

なお、強誘電性を有する物質（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電体）で誘電体膜（圧電体膜）２１を形成してもよい。この圧電体膜２１は、圧電体の微粉末をエアロゾルデポジション法でダイアフラム１０表面に成膜し、電場を加えて配向させることで形成される。このように圧電体膜２１を具備する構成においては、流体の圧力によってダイアフラム１０が撓むことでダイアフラム１０表面に形成されている圧電体膜２１に撓み量（圧力の大きさ）に応じた電圧が発生し、この電圧を櫛歯状の電極２０，２０を介して取り出すことで流体の圧力を電気信号に変換することができる。

また、ダイアフラム１０表面に形成される電極２０を感歪材料（歪みが生じると抵抗が変化する材料。例えば、にＮｉ−Ｃｕ（ニッケル−銅）、Ｎｉ−Ｃｒ（クロム窒化物）など）で形成することにより、ダイアフラム１０の撓み量を電極２０の電気抵抗の変化量として取り出すこともできる。この場合の電極２０は、図５に示すように一端から他端にかけて蛇行する形状に形成され、当該蛇行している部分が感歪材料で形成された歪ゲージとなる。

本発明の実施形態１を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面矢視図、（ｄ）は下面図、（ｅ）は信号処理回路部を除いた下面図である。同上におけるセンシング部を含む要部断面図である。本発明の実施形態２を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面矢視図、（ｄ）は下面図、（ｅ）は信号処理回路部を除いた下面図である。同上におけるセンシング部を含む要部断面図である。同上において他の構成のセンシング部を具備したものの信号処理回路部を除いた下面図である。

符号の説明

１ボディ
２センシング部
３導体パターン
４信号処理回路部
１０ダイアフラム
２０電極

Claims

立体成形回路基板からなり流体の圧力を受けて撓む薄肉のダイアフラムが設けられたボディと、ダイアフラム表面であって流体が接触しない側の面に形成されダイアフラムに生じる撓みを電気信号に変換するセンシング部と、ボディに実装されボディに形成されている導体パターンを介してセンシング部と接続されるとともにセンシング部から導体パターンを介して取り込む電気信号を信号処理する信号処理回路部とを備えたことを特徴とする圧力センサ。
センシング部は、ダイアフラム表面に形成される誘電体膜と、該誘電体膜上に形成される電極とからなることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
誘電体膜が圧電体で形成されることを特徴とする請求項２記載の圧力センサ。
ボディは、流体が接触するダイアフラム表面を囲む筒状であって内部に流体が存在する管と嵌合する嵌合部を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の圧力センサ。
嵌合部は、円筒形状であって外周面にねじ山が刻まれてなることを特徴とする請求項４記載の圧力センサ。