JP2643906B2 - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- JP2643906B2 JP2643906B2 JP7109855A JP10985595A JP2643906B2 JP 2643906 B2 JP2643906 B2 JP 2643906B2 JP 7109855 A JP7109855 A JP 7109855A JP 10985595 A JP10985595 A JP 10985595A JP 2643906 B2 JP2643906 B2 JP 2643906B2
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- Japan
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- pressure
- pressure sensor
- thick
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- electrode
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- Pressure Sensors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力センサに係り、特
に可動範囲を制限することで、破壊を防止するようにし
た圧力センサに関する。
に可動範囲を制限することで、破壊を防止するようにし
た圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】圧力センサは工業計測、自動車、医療な
どの分野で広く用いられている。この圧力センサとして
は、電学論Ｃ−１、平成元年０９巻１２号、Ｐ．８２０
乃至Ｐ．８２３に記載された集積化容量形圧力センサが
ある。図２に従来のこの種の圧力センサに設けられた感
圧チップの一例を示す。図において、単結晶シリコンに
より角板状に形成された基板１の中央には、両面がエッ
チングされて薄肉部２が設けられており、ダイヤフラム
を構成している。基板１の片面にはガラス板３が接合さ
れており、ガラス板３と薄肉部２との間には空洞４が形
成されている。
どの分野で広く用いられている。この圧力センサとして
は、電学論Ｃ−１、平成元年０９巻１２号、Ｐ．８２０
乃至Ｐ．８２３に記載された集積化容量形圧力センサが
ある。図２に従来のこの種の圧力センサに設けられた感
圧チップの一例を示す。図において、単結晶シリコンに
より角板状に形成された基板１の中央には、両面がエッ
チングされて薄肉部２が設けられており、ダイヤフラム
を構成している。基板１の片面にはガラス板３が接合さ
れており、ガラス板３と薄肉部２との間には空洞４が形
成されている。
【０００３】ガラス板３の薄肉部２に対向する面には、
空洞４の容積変化を検出するためのアルミニウム膜など
で形成された電極５が設けられている。またガラス板３
には空洞４に連通する孔６が形成されており、孔６を介
して被測定部の圧力が空洞４内に伝達されるようになっ
ている。そして薄肉部２で構成されるダイヤフラムを変
形させ、空洞４の容量変化を検出して圧力を検知する。
空洞４の容積変化を検出するためのアルミニウム膜など
で形成された電極５が設けられている。またガラス板３
には空洞４に連通する孔６が形成されており、孔６を介
して被測定部の圧力が空洞４内に伝達されるようになっ
ている。そして薄肉部２で構成されるダイヤフラムを変
形させ、空洞４の容量変化を検出して圧力を検知する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成された従来の静電容量形圧力センサの感圧チ
ップにあっては、ガラス板３に形成された孔６を介して
空洞４内に過大な圧力が加わると、薄肉部２が破壊して
しまうという問題があった。
ように構成された従来の静電容量形圧力センサの感圧チ
ップにあっては、ガラス板３に形成された孔６を介して
空洞４内に過大な圧力が加わると、薄肉部２が破壊して
しまうという問題があった。
【０００５】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、過大な圧力がダイヤフラムを構成する薄肉部
にかかっても、薄肉部が破壊することを防止できる圧力
センサを提供することを目的とする。
たもので、過大な圧力がダイヤフラムを構成する薄肉部
にかかっても、薄肉部が破壊することを防止できる圧力
センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の圧力センサは、
圧力の変化に対応する固定電極（例えば図１の電極５）
と可動電極の間の静電容量の変化から圧力の変化を検出
する圧力センサにおいて、実質的に可動電極を形成す
る、固定電極と対向するように配置された厚肉部（例え
ば図１の厚肉部７）と、厚肉部の周囲に形成され、厚肉
部を非可動部に対して変位自在に支持する薄肉部（例え
ば図１の薄肉部２）と、厚肉部が所定量変位したとき、
厚肉部と接触することにより厚肉部の変位可能な範囲を
制限する可動範囲制限部（例えば図１の突出部９）とを
備えることを特徴とする。
圧力の変化に対応する固定電極（例えば図１の電極５）
と可動電極の間の静電容量の変化から圧力の変化を検出
する圧力センサにおいて、実質的に可動電極を形成す
る、固定電極と対向するように配置された厚肉部（例え
ば図１の厚肉部７）と、厚肉部の周囲に形成され、厚肉
部を非可動部に対して変位自在に支持する薄肉部（例え
ば図１の薄肉部２）と、厚肉部が所定量変位したとき、
厚肉部と接触することにより厚肉部の変位可能な範囲を
制限する可動範囲制限部（例えば図１の突出部９）とを
備えることを特徴とする。
【０００７】
【作用】上記構成の圧力センサにおいては、基板１の薄
肉部２に大きな圧力がかかった場合でも、厚肉部７が突
出部９に当接するので、薄肉部２の変形が所定量以下に
押えられ、破壊を防止することができる。可動電極は厚
肉部７により形成されているので、圧力に対応して薄肉
部２が変位しても、可動電極の平面性は確保される。従
って、検出出力の直性線が維持される。
肉部２に大きな圧力がかかった場合でも、厚肉部７が突
出部９に当接するので、薄肉部２の変形が所定量以下に
押えられ、破壊を防止することができる。可動電極は厚
肉部７により形成されているので、圧力に対応して薄肉
部２が変位しても、可動電極の平面性は確保される。従
って、検出出力の直性線が維持される。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の圧力センサの一実施例を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【０００９】図１に本発明の一実施例の構成を示す。図
１において、図２に示す従来例の部分と対応する部分に
は同一符号を付して示し、その説明を適宜省略する。本
実施例の特徴は基板１のダイヤフラム薄肉部２の中心に
実質的に可動電極を形成する厚肉部７を設け、基板１の
図中下面に突出部９を有する係止部材８を接合した点に
ある。
１において、図２に示す従来例の部分と対応する部分に
は同一符号を付して示し、その説明を適宜省略する。本
実施例の特徴は基板１のダイヤフラム薄肉部２の中心に
実質的に可動電極を形成する厚肉部７を設け、基板１の
図中下面に突出部９を有する係止部材８を接合した点に
ある。
【００１０】基板１は表面の結晶方位が（１００）面の
単結晶シリコンウエハでほぼ正方形状に形成されてお
り、中央の薄肉部２及び厚肉部７はアルカリ系異方性エ
ッチングにより形成されている。また係止部材８はガラ
ス板で基板１と等しい外形寸法に形成されており、中央
に台座状の突出部９が設けられている。さらに突出部９
には板厚方向に貫通する貫通孔１０が形成されている。
そして電極側ガラス３と係止部材８とは基板１の両面に
陽極接合により一体に接合されている。
単結晶シリコンウエハでほぼ正方形状に形成されてお
り、中央の薄肉部２及び厚肉部７はアルカリ系異方性エ
ッチングにより形成されている。また係止部材８はガラ
ス板で基板１と等しい外形寸法に形成されており、中央
に台座状の突出部９が設けられている。さらに突出部９
には板厚方向に貫通する貫通孔１０が形成されている。
そして電極側ガラス３と係止部材８とは基板１の両面に
陽極接合により一体に接合されている。
【００１１】次に本実施例による感圧チップを用いて行
なった実験結果について説明する。実験に用いた感圧チ
ップの各部の寸法は下記の通りである。 ａ：ダイヤフラム長 １９００μｍ ｂ：厚肉部（メサ）長 １４００μｍ ｃ：薄肉部厚さ ５μｍ ｄ：厚肉部厚さ ４０μｍ ｅ：電極と基板間及び厚肉部と突出部間のギャップ
２μｍ
なった実験結果について説明する。実験に用いた感圧チ
ップの各部の寸法は下記の通りである。 ａ：ダイヤフラム長 １９００μｍ ｂ：厚肉部（メサ）長 １４００μｍ ｃ：薄肉部厚さ ５μｍ ｄ：厚肉部厚さ ４０μｍ ｅ：電極と基板間及び厚肉部と突出部間のギャップ
２μｍ
【００１２】上記のように構成された感圧チップにおい
て、空洞４内に１kg／cm2 の差圧をかけたときも、厚肉
部７を非可動部（ダイヤフラム薄肉部２の外周の部分）
に対して変位自在に支持するダイヤフラム薄肉部２の破
壊はなかった。
て、空洞４内に１kg／cm2 の差圧をかけたときも、厚肉
部７を非可動部（ダイヤフラム薄肉部２の外周の部分）
に対して変位自在に支持するダイヤフラム薄肉部２の破
壊はなかった。
【００１３】本実施例によれば、ダイヤフラム薄肉部２
に破壊圧以上の圧力がかかったときでも、基板１の厚肉
部７の下面が係止部材８の突出部９の上面に当接し、変
形量が規制されるので薄肉部２が破壊することはない。
また、可動電極が、厚肉部７で構成されているため、圧
力の変化に対応して薄肉部２が変位したとしても、厚肉
部７の平面性は保持される。よく知られているように、
静電容量は、対向する平面電極の面積に比例し、電極間
の距離（図１におけるギャップｅ）に反比例する。可動
電極を薄肉部２で形成すると、変位に対応して、その面
が曲面となってしまうため、圧力の変化と静電容量の逆
数の変化の関係が、非直線的となってしまう。これに対
して、本実施例においては、圧力の変化に対応して、可
動電極（厚肉部７）が変位したとしても、その平面性は
保持されているため、圧力の変化と静電容量の逆数の変
化との直線性は維持される。このように、可動電極の平
面性保持と可動範囲制限の２つの機能が、簡単な構成で
実現される。
に破壊圧以上の圧力がかかったときでも、基板１の厚肉
部７の下面が係止部材８の突出部９の上面に当接し、変
形量が規制されるので薄肉部２が破壊することはない。
また、可動電極が、厚肉部７で構成されているため、圧
力の変化に対応して薄肉部２が変位したとしても、厚肉
部７の平面性は保持される。よく知られているように、
静電容量は、対向する平面電極の面積に比例し、電極間
の距離（図１におけるギャップｅ）に反比例する。可動
電極を薄肉部２で形成すると、変位に対応して、その面
が曲面となってしまうため、圧力の変化と静電容量の逆
数の変化の関係が、非直線的となってしまう。これに対
して、本実施例においては、圧力の変化に対応して、可
動電極（厚肉部７）が変位したとしても、その平面性は
保持されているため、圧力の変化と静電容量の逆数の変
化との直線性は維持される。このように、可動電極の平
面性保持と可動範囲制限の２つの機能が、簡単な構成で
実現される。
【００１４】上記実施例では係止部材８がガラスで形成
された場合について説明したが、係止部材８の材質はガ
ラスに限定されるものではない。
された場合について説明したが、係止部材８の材質はガ
ラスに限定されるものではない。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
可動部の変位を規制する可動範囲制限部を設けたので、
可動部に大きな圧力がかかったときにも、破壊すること
を防止できる。また、可動電極を厚肉部で形成するよう
にしたので、圧力の変化に対応して可動電極の位置が変
化したとしても、その平面性は確保され、圧力の変化と
静電容量の逆数の変化の直線性を維持することが可能と
なる。すなわち、可動電極の平面性保持と可動範囲制限
の２つの機能を、簡単な構成で実現することができる。
可動部の変位を規制する可動範囲制限部を設けたので、
可動部に大きな圧力がかかったときにも、破壊すること
を防止できる。また、可動電極を厚肉部で形成するよう
にしたので、圧力の変化に対応して可動電極の位置が変
化したとしても、その平面性は確保され、圧力の変化と
静電容量の逆数の変化の直線性を維持することが可能と
なる。すなわち、可動電極の平面性保持と可動範囲制限
の２つの機能を、簡単な構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力センサの一実施例の構成を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図２】従来の圧力センサの一例の構成を示す縦断面図
である。
である。
１ 基板 ２ 薄肉部 ３ ガラス板 ４ 空洞 ７ 厚肉部 ８ 係止部材 ９ 突出部
Claims (1)
- 【請求項１】 圧力の変化に対応する固定電極と可動電
極の間の静電容量の変化から圧力の変化を検出する圧力
センサにおいて、実質的に前記可動電極を形成する、前記固定電極と対向
するように配置された厚肉部と、 前記厚肉部の周囲に形成され、前記厚肉部を非可動部に
対して変位自在に支持する薄肉部と、 前記厚肉部が所定量変位したとき、前記厚肉部と接触す
ることにより前記厚肉部の変位可能な範囲を制限する可
動範囲制限部と を備える ことを特徴とする圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7109855A JP2643906B2 (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7109855A JP2643906B2 (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | 圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07318446A JPH07318446A (ja) | 1995-12-08 |
| JP2643906B2 true JP2643906B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=14520906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7109855A Expired - Fee Related JP2643906B2 (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2643906B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5845533A (ja) * | 1981-09-14 | 1983-03-16 | Hitachi Ltd | 圧力検出器 |
| JPS58151536A (ja) * | 1982-03-05 | 1983-09-08 | Hitachi Ltd | 差圧検出器 |
| JPH06105787B2 (ja) * | 1983-02-25 | 1994-12-21 | 株式会社日立製作所 | 高耐圧圧力センサ |
| JPS60191950U (ja) * | 1984-05-31 | 1985-12-19 | 株式会社東芝 | 半導体圧力センサ |
-
1995
- 1995-05-09 JP JP7109855A patent/JP2643906B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07318446A (ja) | 1995-12-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970401 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090502 Year of fee payment: 12 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |