JP6292932B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

この発明は、圧力センサに関する。

従来、圧力変動を検出する圧力センサ（差圧センサ）として、例えば、通気孔を有する収納容器と、収納容器内に配設され、透孔又は凹部を有する基板と、透孔又は凹部内で振動可能に基板に片持ち支持された圧電素子と、を具備した圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この圧力センサによれば、通気孔を介して収納容器内に伝わる圧力の変動と、この圧力変動に遅れて追従する透孔又は凹部内部の圧力との差圧の大きさに応じて圧電素子が振動する。その結果、上記圧力センサは、圧電素子に生ずる電圧変化に基づいて、収納容器に伝わる圧力変動を検出することが可能とされる。

特開平４−２０８８２７号公報

ところで、上記従来技術に係る圧力センサの検出感度は、圧電素子の形状、透孔又は凹部の容積、および透孔又は凹部と外気との間を出入りする流量等に応じて変化する。しかしながら、圧電素子は、圧電体の両面に電極膜等を具備する両面電極構造を有するので、厚みを小さくすることによって大きな変形量を確保することが難しいという問題が生じる。これによって、共振周波数を低下させつつ感度を増大させることが困難であり、例えば１Ｈｚ以下等の低周波帯域における所望の感度を確保することが難しいという問題が生じる。さらに、圧電素子を用いたセンサの場合、センサに寄生する静電容量および配線容量によって感度変動および感度劣化が生じる虞がある。
さらに、上記従来技術に係る圧力センサにおいては、片持ち支持された検出部そのものが圧電素子で構成されているため、検出部の物理的特性と電気的特性との係りあいを分離することが難しかった。そのため、圧力センサは設計自由度が限定されてしまい、例えばカンチレバーを小型化し物理特性を変えようとするとセンサの静電容量が小さくなり感度が小さくなるとともに、相対的に寄生容量や配線容量の影響が大きくなり感度変動や感度劣化を生じ易くなるという問題もあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、圧力変動の検出を精度良く行うことができるとともに、圧力変動を感度良く検出することができる圧力センサを提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る圧力センサは、圧力変動を検出する圧力センサであって、内部にキャビティが形成され、前記キャビティと外部とを連通する連通開口を有する中空のセンサ本体と、先端部が自由端かつ基端部が前記センサ本体に支持された片持ち状態で前記連通開口を塞ぐように配置され、前記キャビティと前記センサ本体の外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、を備え、前記基端部は、平面視で前記基端部から前記先端部に向かう第１方向に直交する第２方向において、前記連通開口の一部を成すように前記基端部に設けられたギャップによって複数の分岐部に区分され、前記複数の分岐部のうちで一部の分岐部は、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部を備え、前記変位検出部は、当該変位検出部よりも大きい抵抗値を有する区分部によって前記第２方向で電気的に区分される複数の分岐検出部を備え、前記複数の分岐検出部は、それぞれピエゾ抵抗によって構成され、前記複数の分岐検出部は、相互に前記区分部の外周を回り込むようにして電気的に接続される。

（２）上記（１）に記載の圧力センサでは、前記第１方向において、前記ギャップの前記先端部側の端部位置は前記区分部の前記先端部側の端部位置よりも前記先端部側に位置する、ようにしてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の圧力センサでは、前記区分部は、前記連通開口の
一部を成す検出部ギャップでもよい。

（４）上記（１）から（３）の何れか１つに記載の圧力センサでは、前記変位検出部は、
前記第２方向の幅が細くなる幅狭検出部を備えてもよい。
（５）上記（４）に記載の圧力センサでは、前記複数の分岐部のうち前記変位検出部を備
えていない分岐部は、前記第１方向で前記幅狭検出部の幅が狭くなる範囲と同一位置範囲
において、前記第２方向の幅が細くなる幅狭部を備えてもよい。

上記（１）に記載の態様に係る圧力センサによれば、カンチレバーが撓んだときに応力が集中する部位に変位検出部を備えるので、検出感度を向上させることができる。
さらに、カンチレバーの動的特性を、変位検出部を備えていない分岐部により設定し、カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出するための電気的な検出特性を変位検出部により設定することができる。すなわち、本発明に係るカンチレバーは、その物理的特性と電気的特性との関わりあいを分離することが可能となる。これによりカンチレバーの物理特性が同一であっても、電気的な検出特性を可変とすることができ、圧力センサに寄生する静電容量および配線容量などによって感度変動および感度劣化が生じることを防ぐことができる。さらに、設計自由度を向上させることができる。

上記（１）に記載の態様に係る圧力センサによれば、変位検出部は、第２方向で隣り合うように配置される複数の分岐検出部を備えるので、隣り合う分岐検出部同士の接続のための領域に比べて、より応力集中が大きい各分岐検出部の領域を相対的に大きくすることができる。これにより、検出感度を向上させることができ、圧力変動の検出を精度良く行うことができるとともに圧力変動を感度良く検出することができる。さらに、変位検出部が複数の分岐検出部に電気的に区分されていない場合に比べて、変位検出部における通電経路の通電抵抗を増大させることができ、この通電経路に所定電圧を印加する場合の電流つまり消費電力を低減することができる。
また、上記（１）に記載の態様に係る圧力センサによれば、電気的な検出特性が設定される変位検出部のみにピエゾ抵抗を備えるので、汚れなどによる外部パターンとのリークおよび短絡の発生を抑制して、検出精度を向上させることができる。

上記（２）に記載の態様に係る圧力センサによれば、複数の分岐検出部を、カンチレバーの先端部側に比べて相対的に応力集中が大きい基端部側の領域に集中させるように設けるので、検出感度を向上させることができる。
上記（３）に記載の態様に係る圧力センサによれば、区分部の電気的な絶縁性を向上させることができる。

上記（４）に記載の態様に係る圧力センサによれば、幅狭検出部を設けることによって変位検出部における通電経路の通電抵抗を増大させることができ、この通電経路に所定電圧を印加する場合の電流つまり消費電力を低減することができる。
上記（５）に記載の態様に係る圧力センサによれば、幅狭部を設けることによって変位検出部の幅狭検出部の応力集中を大きくすることができ、検出感度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係る圧力センサのカンチレバーの基端部周辺の構成を拡大して示す平面図である。 本発明の実施形態に係る圧力センサの検出回路の構成図である。 本発明の実施形態に係る圧力センサの出力信号の一例を示す図であり、外気圧と内気圧との対応関係の一例に応じたセンサ出力を示す図である。 本発明の実施形態に係る圧力センサの動作の一例を、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面図を用いて示す図であり、外気圧と内気圧とが同一である状態から、外気圧が内気圧よりも上昇した状態を経由して、外気圧と内気圧とが平衡になった状態へと遷移する場合の前述の３つの状態を示す図である。 本発明の実施形態の第１変形例に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態の第３変形例に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態の第４変形例に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態の第５変形例に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態の第６変形例に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態の第７変形例に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 図１３に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態の第９変形例に係る圧力センサの構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る圧力センサについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態の圧力センサ１は、所定の周波数帯域の圧力変動を検出するセンサであり、適宜の圧力伝達媒体（例えば、空気などの気体や液体など）が存在する空間などに配置さている。
図１および図２に示すように、圧力センサ１は、例えば、ＳＯＩ基板２とセンサ本体３とを一体的に固定した形状からなり、ＳＯＩ基板２に形成されたカンチレバー４と、カンチレバー４に接続されてカンチレバー４の変位を検出する検出部６と、を備えている。

ＳＯＩ基板２は、シリコン支持層２ａ、シリコン酸化膜等の電気的絶縁性の酸化層２ｂ、およびシリコン活性層２ｃを熱的に張り合わせて形成されている。また、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃには表面全域に亘って、例えばリンなどのドープ剤（不純物）がイオン注入法や拡散法などの各種の方法によりドーピングされることによって、ピエゾ抵抗として機能するドープ層７が形成されている。

センサ本体３は、例えば樹脂材で構成された中空の箱型の形状を有し、壁部３ａの先端にＳＯＩ基板２が一体的に固定されている。ＳＯＩ基板２は、壁部３ａと同様の環状に形成されたシリコン支持層２ａおよび酸化層２ｂと、カンチレバー４を成すシリコン活性層２ｃとを備えている。センサ本体３、シリコン支持層２ａ、および酸化層２ｂは、中空の箱型の形状を有し、キャビティ１０として機能する内部空間を形成している。センサ本体３、シリコン支持層２ａ、および酸化層２ｂは、開口に相当する箇所を、キャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１１としている。

カンチレバー４は、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃからなり、平板状のシリコン活性層２ｃからカンチレバー４と枠部１２とを形成するようにギャップ１３を切り出すことによって形成されている。カンチレバー４は、先端部４ｂを自由端とし、基端部４ａを、シリコン支持層２ａおよび酸化層２ｂを介してセンサ本体３の壁部３ａに固定された固定端とし、片持ち梁構造を形成している。カンチレバー４は、センサ本体３、シリコン支持層２ａ、および酸化層２ｂによって形成された連通開口１１の大きさよりも小さく形成されている。
ギャップ１３は、カンチレバー４の先端部４ｂから基端部４ａに向かい、キャビティ１０の内部に連通する領域から基端部４ａに積層された酸化層２ｂが存在する領域に亘って設けられている。つまりキャビティ１０の内部に連通する領域では、ギャップ１３は、センサ本体３、シリコン支持層２ａ、および酸化層２ｂによって形成された連通開口１１の一部を成すように（あるいは、連通開口１１に含まれるように）配置されている。

ここで、ＳＯＩ基板２全体として見た場合、ＳＯＩ基板２は、センサ本体３の連通開口１１を塞ぐようにしてセンサ本体３に積層され、一体的に固定されている。このＳＯＩ基板２のうち、センサ本体３の壁部３ａと同様の環状に形成されたシリコン支持層２ａおよび酸化層２ｂは、センサ本体３の壁部３ａに連続して、この壁部３ａを延長するように設けられている。そして、カンチレバー４を成すシリコン活性層２ｃは、センサ本体３、シリコン支持層２ａ、および酸化層２ｂによって形成された連通開口１１を塞ぐように配置されている。これによりカンチレバー４を形成するようにしてシリコン活性層２ｃに設けられたギャップ１３は、センサ本体３の連通開口１１の一部を成すように（あるいは、連通開口１１に含まれるように）配置されている。
カンチレバー４は片持ち梁構造によって、基端部４ａを中心としてキャビティ１０の内部と外部との圧力差（つまりギャップ１３を介してキャビティ１０の内部と外部との間を流通可能な圧力伝達媒体による圧力の差）に応じて撓み変形する。

なお、枠部１２において連通開口１１よりも外方の周縁部には、ドープ層７の表面上にＡｕなどの導電性材料からなる電極１４が設けられている。電極１４は、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃを貫通する２つのギャップによって、２つの第１および第２電極１４ａ，１４ｂに電気的に分離されている。２つのギャップは、例えば、ギャップ１３から分岐するように形成された分岐ギャップ１３ａと、後述する第３ギャップ２３及び当該第３ギャップ２３と連接された補助ギャップ２３ａと、である。

図１および図３に示すように、カンチレバー４の基端部４ａにおいて、平面視で基端部４ａから先端部４ｂに向かう第１方向にほぼ同一長さで伸びる３つの第１〜第３ギャップ２１〜２３が形成されている。第１〜第３ギャップ２１〜２３は、カンチレバー４を厚さ方向に貫通する貫通孔であり、基端部４ａから第１方向に向かい、キャビティ１０の内部に連通する領域に亘って設けられている。つまり、第１〜第３ギャップ２１〜２３は、先端部４ｂ側の各々の少なくとも一部がセンサ本体３の連通開口１１の一部を成すように（あるいは、連通開口１１に含まれるように）形成されている。
第１および第２ギャップ２１，２２は、第１方向に伸びる平面視Ｕ字状の形状を有している。第３ギャップ２３は、第１方向に直交する第２方向（つまり幅方向）において第１および第２ギャップ２１，２２の間（例えば、カンチレバー４の幅方向の中央部）に配置され、第１方向に伸びる平面視直線状の形状を有している。

なお、第１および第２ギャップ２１，２２は、キャビティ１０の内部に連通する領域においてシリコン活性層２ｃを貫通している。第１および第２ギャップ２１，２２は、シリコン活性層２ｃに積層された酸化層２ｂが存在する領域においてシリコン活性層２ｃを貫通する補助ギャップ２１１，２２１に接続されている。第１および第２ギャップ２１，２２は、補助ギャップ２１１，２２１を介してギャップ１３に接続されている。第１および第２ギャップ２１，２２は、例えば、第１方向に長さＬ１を有している。
第３ギャップ２３は、２つの第１および第２電極１４ａ，１４ｂの基端部４ａ側の内周端よりも先端部４ｂ側においてシリコン活性層２ｃを貫通している。第３ギャップ２３は、例えば、第１方向に長さＬ２を有している。第３ギャップ２３の第１方向における先端部４ｂ側の端部位置は、第１および第２ギャップ２１，２２の第１方向における先端部４ｂ側の端部位置と同一位置に設定されている。第３ギャップ２３は、シリコン活性層２ｃに積層された酸化層２ｂが存在する領域において２つの第１および第２電極１４ａ，１４ｂを区分するようにしてシリコン活性層２ｃを貫通する補助ギャップ２３ａに接続されている。

第１〜第３ギャップ２１〜２３は、第２方向においてカンチレバー４の基端部４ａを、複数の分岐部、つまり、第１および第２支持部２４，２５と、第１および第２変位検出部２６，２７と、に電気的に区分する。
第１および第２支持部２４，２５は、カンチレバー４の第２方向両端部に設けられ、ギャップ１３によって第１および第２電極１４ａ，１４ｂから電気的に遮断されている。第１支持部２４は、第２方向において第１ギャップ２１を介して第１変位検出部２６と区分されている。第２支持部２５は、第２方向において第２ギャップ２２を介して第２変位検出部２７と区分されている。第１および第２支持部２４，２５は、第１方向に沿って第２方向の長さ（幅）が一定に形成されている。

第１および第２変位検出部２６，２７は、第３ギャップ２３を介して第２方向で隣り合うように区分されている。第１および第２変位検出部２６，２７は、例えば、第１および第２支持部２４，２５に比べて、第２方向の長さ（幅）が小さく形成されている。第１および第２変位検出部２６，２７は、第１方向に沿って第２方向の長さ（幅）が一定に形成されている。第１および第２変位検出部２６，２７は、基端部４ａ側において互いに異なる第１および第２電極１４ａ，１４ｂに電気的に接続された第１および第２電極端部２６ａ，２７ａを備えている。第１および第２変位検出部２６，２７は、相互に第３ギャップ２３の外周を回り込むようにして、カンチレバー４に設けられているドープ層７を介して電気的に接続されている。

検出部６は、カンチレバー４に設けられた第１および第２変位検出部２６，２７と、図４に示す検出回路３０と、を備えている。
第１および第２変位検出部２６，２７は、カンチレバー４に設けられているドープ層７によるピエゾ抵抗としての機能によって、カンチレバー４の撓み変形に応じた変位を検出する。ピエゾ抵抗は、カンチレバー４の撓み量（変位量）に応じて電気抵抗値が変化する抵抗素子である。第１および第２変位検出部２６，２７は、第２方向において第３ギャップ２３を両側から挟み込んだ対となって配置され、相互に第３ギャップ２３の外周を回り込むようにしてドープ層７を介して電気的に接続されている。これにより検出回路３０を通じて第１および第２電極１４ａ，１４ｂ間に所定電圧が印加されると、この電圧印加に起因する電流は、第１および第２変位検出部２６，２７の一方から第３ギャップ２３の外周を回り込むようにして他方に流れる。この電流の経路（電流経路）Ｐの電気抵抗値Ｒは、第１変位検出部２６のドープ層７による電気抵抗値Ｒａと、第２変位検出部２７のドープ層７による電気抵抗値Ｒｂと、第３ギャップ２３の外周を回り込むように第１および第２変位検出部２６，２７間を接続する領域のドープ層７による電気抵抗値Ｒｃとの和として記述することができる。この電気抵抗値Ｒは、ドープ層７によるピエゾ抵抗としての機能によって、カンチレバー４の変位（撓み変形）に応じて変化するので、この電気抵抗値Ｒの変化がキャビティ１０の内部と外部との間に発生した圧力差に対応する。

検出回路３０は、第１および第２電極１４ａ，１４ｂを介して第１および第２変位検出部２６，２７に接続され、カンチレバー４の変位（撓み変形）に応じて変化する電流経路Ｐの電気抵抗値Ｒの変化を電気的な出力信号として取り出す。図４に示すように、検出回路３０は、ブリッジ回路３１と、基準電圧発生回路３２と、差動増幅回路３３と、を備えている。
ブリッジ回路３１は、例えばホイートストンブリッジ回路であって、第１および第２抵抗部４１，４２が直列接続されてなる枝辺と、第３および第４抵抗部４３，４４が直列接続されてなる枝辺とが、基準電圧発生回路３２に対して並列に接続されている。
第１抵抗部４１は、第１および第２電極端部２６ａ，２７ａ間で直列に接続された第１および第２変位検出部２６，２７によって構成され、電気抵抗値Ｒ１は電流経路Ｐの電気抵抗値Ｒである。第２〜第４抵抗部４２〜４４は、固定抵抗であって、各電気抵抗値Ｒ２〜Ｒ４を有している。ブリッジ回路３１において、第１および第２抵抗部４１，４２の接続点Ｅ１は差動増幅回路３３の反転入力端子に接続されている。また、第３および第４抵抗部４３，４４の接続点Ｅ２は差動増幅回路３３の非反転入力端子に接続されている。

基準電圧発生回路３２は、ブリッジ回路３１の第１および第３抵抗部４１，４３の接続点と第２および第４抵抗部４２，４４の接続点との間に、所定の基準電圧Ｖｃｃを印加する。
差動増幅回路３３は、ブリッジ回路３１の２つの接続点Ｅ１，Ｅ２間の電位差を検出し、この電位差を所定増幅率にて増幅して出力する。この電位差は、電流経路Ｐの電気抵抗値Ｒの変化に応じた値となる。

以下に、上述した圧力センサ１に微小な圧力変動が作用した場合の圧力センサ１の動作について、図５および図６を参照して説明する。
先ず、図５に示す時刻ｔ１以前の期間Ａのように、キャビティ１０の外部の圧力Ｐｏｕｔ（＝第１所定圧力Ｐａ）と、キャビティ１０の内部の圧力Ｐｉｎとの圧力差がゼロである場合には、図６の上図に示すようにカンチレバー４は撓み変形しない。これに伴い、検出回路３０から出力される出力信号（センサ出力）は所定値（例えば、ゼロ）である。
そして、図５に示す時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、外部の圧力Ｐｏｕｔが増大すると、キャビティ１０の外部と内部との間に圧力差が生じるので、図６の中央図に示すようにカンチレバー４はキャビティ１０内部に向けて撓み変形する。これに伴いカンチレバー４の撓み変形に応じて、ピエゾ抵抗として機能する第１および第２変位検出部２６，２７に歪みが生じ、電流経路Ｐの電気抵抗値Ｒが変化するので、センサ出力が増大する。
さらに、外部の圧力Ｐｏｕｔの上昇終了後にはギャップ１３を介してキャビティ１０の外部から内部へと圧力伝達媒体が流動する。これに伴い内部の圧力Ｐｉｎは、時間の経過とともに外部の圧力Ｐｏｕｔよりも遅れながら、外部の圧力Ｐｏｕｔの変動よりも緩やかな応答で上昇する。その結果、内部の圧力Ｐｉｎが外部の圧力Ｐｏｕｔに徐々に近づくので、キャビティ１０の外部および内部で圧力が均衡状態になり始め、カンチレバー４の撓みが徐々に小さくなり、センサ出力が徐々に低下する。
そして、図５に示す時刻ｔ２以降の期間Ｃのように、内部の圧力Ｐｉｎが外部の圧力Ｐｏｕｔ（＝第２所定圧力Ｐｂ）に等しくなると、図６の下図に示すように圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形が解消されて元の状態に復帰し、センサ出力が再び所定値（例えば、ゼロ）になる。

上述したように本実施形態の圧力センサ１によれば、第１および第２支持部２４，２５間に第１および第２変位検出部２６，２７を備えるので、第１および第２支持部２４，２５間の間隔に比べて第１および第２変位検出部２６，２７間の間隔が小さくなっている。したがって第１および第２変位検出部２６，２７間を接続する領域の電気抵抗値Ｒｃを小さくすることができる。これに伴い、電流経路Ｐの電気抵抗値Ｒに対して、第１および第２変位検出部２６，２７間を接続する領域に比べて、より応力集中が大きい第１および第２変位検出部２６，２７の電気抵抗値Ｒａ，Ｒｂを相対的に大きくすることができる。これにより第１および第２変位検出部２６，２７の電気抵抗値Ｒａ，Ｒｂの変化に対する検出感度を向上させることができ、圧力変動の検出を精度良く行うことができる。さらに、圧力変動を感度良く検出することができる。

さらに、カンチレバー４の動的特性を第１および第２支持部２４，２５により設定し、カンチレバー４の撓み変形に応じた変位を検出するための電気的な検出特性を第１および第２変位検出部２６，２７により設定することができる。すなわち、カンチレバー４は、その物理的特性と電気的特性との関わりあいを分離することが可能となる。これによりカンチレバー４の物理特性が同一であっても、電気的な検出特性を可変とすることができ、圧力センサ１に寄生する静電容量および配線容量などによって感度変動および感度劣化が生じることを防ぐことができる。さらに、圧力センサ１の設計自由度を向上させることができる。

（第１変形例）
なお、上述した実施形態において、第１および第２ギャップ２１，２２の第１方向における先端部４ｂ側の端部位置は、第３ギャップ２３の第１方向における先端部４ｂ側の端部位置と同一位置に設定されたが、これに限定されない。第１および第２ギャップ２１，２２の第１方向における先端部４ｂ側の端部位置は、第３ギャップ２３の第１方向における先端部４ｂ側の端部位置よりも先端部４ｂ側に突出してもよい。
この第１変形例に係る圧力センサ１では、図７に示すように、第１および第２ギャップ２１，２２の第１方向における先端部４ｂ側の端部位置は、第３ギャップ２３の第１方向における先端部４ｂ側の端部位置よりも、間隔Ｌだけ先端部４ｂ側に位置している。
この第１変形例によれば、第１および第２変位検出部２６，２７を、カンチレバー４の先端部４ｂ側の領域に比べて、より応力集中が大きい基端部４ａ側の領域に集中させるように設けることができ、検出感度を向上させることができる。

（第２変形例）
なお、上述した実施形態において、第１および第２変位検出部２６，２７は、第１方向に沿って第２方向の長さ（幅）が一定に形成されているとしたが、これに限定されず、所望の機械的強度を確保しつつ、適宜の位置で第２方向の長さ（幅）が細くされてもよい。
この第２変形例に係る圧力センサ１では、図８に示すように、第１および第２ギャップ２１，２２に、第２方向で第３ギャップ２３に向かい突出するようにして湾曲する第１および第２湾曲部２１ａ，２２ａを設けている。第１および第２湾曲部２１ａ，２２ａは、第１および第２ギャップ２１，２２において第２方向で第３ギャップ２３に対向する部位に設けられ、第１方向のほぼ中央部が最も突出するように形成されている。これにより第１および第２変位検出部２６，２７には、第１および第２湾曲部２１ａ，２２ａによって第２方向の幅が細くなる第１および第２幅狭検出部２６１，２７１が形成されている。

この第２変形例によれば、第１および第２幅狭検出部２６１，２７１を設けることによって第１および第２変位検出部２６，２７の電気抵抗値Ｒａ，Ｒｂを大きくすることができ、検出回路３０を通じて電流経路Ｐに所定電圧を印加する場合の電流つまり消費電力を低減することができる。さらに、第１および第２変位検出部２６，２７の第１方向における中央部に第１および第２幅狭検出部２６１，２７１を設けることによって、カンチレバー４の基端部４ａ側つまり固定端側の機械的強度を確保しつつ、消費電力を低減することができる。

（第３変形例）
なお、上述した実施形態において、第１および第２支持部２４，２５は、第１方向に沿って第２方向の長さ（幅）が一定に形成されているとしたが、これに限定されず、所望の機械的強度を確保しつつ、適宜の位置で第２方向の長さ（幅）が細くされてもよい。
この第３変形例に係る圧力センサ１は、図９に示すように、上述した第２変形例に係る圧力センサ１と同様に、第１および第２湾曲部２１ａ，２２ａ、並びに第１および第２幅狭検出部２６１，２７１を備えている。この第３変形例に係る圧力センサ１では、枠部１２によって、カンチレバー４の基端部４ａにおいてギャップ１３の第２方向両端の部位に、第１および第２ギャップ湾曲部１３ｂ，１３ｃが設けられている。第１および第２ギャップ湾曲部１３ｂ，１３ｃは、第２方向で第１および第２ギャップ２１，２２の各々に向かい突出するようにして湾曲している。第１および第２ギャップ湾曲部１３ｂ，１３ｃは、例えば、第１方向で第１および第２湾曲部２１ａ，２２ａと同一位置範囲に設けられている。第１および第２ギャップ湾曲部１３ｂ，１３ｃは、最も突出する部位の第１方向の位置が、第１および第２湾曲部２１ａ，２２ａとほぼ同一になるように形成されている。これにより第１および第２支持部２４，２５には、第１方向で第１および第２幅狭検出部２６１，２７１と同一位置範囲に、第１および第２ギャップ湾曲部１３ｂ，１３ｃによって第２方向の幅が細くなる第１および第２幅狭支持部２４１，２５１が形成されている。

この第３変形例によれば、第１および第２幅狭支持部２４１，２５１を設けることによって第１および第２変位検出部２６，２７において応力が集中する部位を調整することができる。特に、第１および第２幅狭支持部２４１，２５１を第１方向で第１および第２幅狭検出部２６１，２７１と同一位置範囲に設けることによって、第１および第２幅狭検出部２６１，２７１に応力が集中し易くすることができる。これにより第１および第２変位検出部２６，２７のうちで他の部位に比べて抵抗値が大きくなっている第１および第２幅狭検出部２６１，２７１の抵抗値変化を大きくして、検出感度を向上させることができる。

（第４変形例）
なお、上述した第３変形例において、第１および第２支持部２４，２５には、第１および第２ギャップ湾曲部１３ｂ，１３ｃによって第１および第２幅狭支持部２４１，２５１が形成されているとしたが、これに限定されない。
第４変形例に係る圧力センサ１では、図１０に示すように、上述した第３変形例の第１および第２ギャップ湾曲部１３ｂ，１３ｃの代わりに、第１および第２ギャップ２１，２２に第３および第４湾曲部２１ｂ，２２ｂを設けている。第３および第４湾曲部２１ｂ，２２ｂは、第１および第２ギャップ２１，２２において第２方向でギャップ１３の第２方向両端の部位に対向する部位に設けられている。第３および第４湾曲部２１ｂ，２２ｂは、第２方向でギャップ１３の第２方向両端の部位の各々に向かい突出するようにして湾曲している。第３および第４湾曲部２１ｂ，２２ｂは、例えば、第１方向で第１および第２湾曲部２１ａ，２２ａと同一位置範囲に設けられている。第３および第４湾曲部２１ｂ，２２ｂは、最も突出する部位の第１方向の位置が、第１および第２湾曲部２１ａ，２２ａとほぼ同一になるように形成されている。これにより第１および第２支持部２４，２５には、第１方向で第１および第２幅狭検出部２６１，２７１と同一位置範囲に、第３および第４湾曲部２１ｂ，２２ｂによって第２方向の幅が細くなる第１および第２幅狭支持部２４１，２５１が形成されている。

（第５変形例）
なお、上述した第２および第３変形例においては、図１１に示す第５変形例に係る圧力センサ１のように、第１および第２ギャップ湾曲部１３ｂ，１３ｃ、並びに第３および第４湾曲部２１ｂ，２２ｂを備えてもよい。これにより第１および第２支持部２４，２５には、第１および第２ギャップ湾曲部１３ｂ，１３ｃ、並びに第３および第４湾曲部２１ｂ，２２ｂによって第１および第２幅狭支持部２４１，２５１が形成されている。

（第６変形例）
なお、上述した実施形態において、第１および第２ギャップ２１，２２は第１方向に伸びる平面視Ｕ字状の形状を有するとしたが、これに限定されず、第１方向に伸びる他の形状を有していてもよい。
第６変形例に係る圧力センサ１では、図１２に示すように、第１および第２ギャップ２１，２２は第１方向に伸びる平面視直線状の形状を有している。

（第７変形例）
なお、上述した実施形態において、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃには表面全域に亘ってドープ層７が形成されているとしたが、これに限定されない。
第７変形例に係る圧力センサ１では、図１３および図１４に示すように、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃのうち、第１および第２変位検出部２６，２７と、第３ギャップ２３の外周を回り込むようにして第１および第２変位検出部２６，２７間を接続する領域とのみに、連続してドープ層７が形成されている。
この第７変形例によれば、汚れなどによる外部パターンとのリークおよび短絡の発生を抑制して、検出精度を向上させることができる。

（第８変形例）
なお、上述した実施形態においては、カンチレバー４において第３ギャップ２３の外周を回り込むようにして第１および第２変位検出部２６，２７間を接続する領域の表面上にＡｕなどの導電性材料からなる配線部が設けられてもよい。
この第８変形例によれば、配線部を設けることによって第１および第２変位検出部２６，２７間を接続する領域の電気抵抗値Ｒｃを小さくすることができる。これに伴い、電流経路Ｐの電気抵抗値Ｒに対して、第１および第２変位検出部２６，２７間を接続する領域に比べて、より応力集中が大きい第１および第２変位検出部２６，２７の電気抵抗値Ｒａ，Ｒｂを相対的に大きくすることができる。これにより第１および第２変位検出部２６，２７の電気抵抗値Ｒａ，Ｒｂの変化に対する検出感度を向上させることができ、圧力変動の検出を精度良く行うことができる。

（第９変形例）
なお、上述した実施形態においては、第１および第２変位検出部２６，２７は、第３ギャップ２３を介して第２方向で隣り合うように区分されているとしたが、これに限定されない。例えば、第１および第２変位検出部２６，２７は、第３ギャップ２３を設ける代わりに、当該第３ギャップ２３に相当する範囲において、ドープ層７を有していないシリコン活性層２ｃが設けられてもよい。つまり、第１および第２変位検出部２６，２７の間に、第３ギャップ２３の代わりに、ドープ層７が形成されずに露出するシリコン活性層２ｃが設けられてもよい。
例えば、図１５に示す第９変形例に係る圧力センサ１では、図１３に示す第７変形例の第３ギャップ２３の代わりに、ドープ層７を有していないシリコン活性層２ｃが設けられる。つまり、第３ギャップ２３が省略されたシリコン活性層２ｃのうち、第１および第２変位検出部２６，２７と、第１および第２変位検出部２６，２７間を接続する領域とのみに、連続してドープ層７が形成される。

上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…圧力センサ、３…センサ本体、４…カンチレバー、４ａ…基端部、４ｂ…先端部、６…検出部、７…ドープ層（ピエゾ抵抗）、１０…キャビティ、１１…連通開口、１２…枠部、１４ａ，１４ｂ…第１および第２電極、２１、２２…第１、第２ギャップ（ギャップ）、２３…第３ギャップ（検出部ギャップ、区分部）、２４，２５…第１および第２支持部（分岐部）、２４１，２５１…第１および第２幅狭支持部（幅狭部）、２６，２７…第１および第２変位検出部（変位検出部）、２６ａ，２７ａ…第１および第２電極端部、２６１，２７１…第１および第２幅狭検出部（幅狭検出部）

Claims (5)

1. 圧力変動を検出する圧力センサであって、
   内部にキャビティが形成され、前記キャビティと外部とを連通する連通開口を有する中空のセンサ本体と、
   先端部が自由端かつ基端部が前記センサ本体に支持された片持ち状態で前記連通開口を塞ぐように配置され、前記キャビティと前記センサ本体の外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
   を備え、
   前記基端部は、平面視で前記基端部から前記先端部に向かう第１方向に直交する第２方向において、前記連通開口の一部を成すように前記基端部に設けられたギャップによって複数の分岐部に区分され、
   前記複数の分岐部のうちで一部の分岐部は、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部を備え、
   前記変位検出部は、当該変位検出部よりも大きい抵抗値を有する区分部によって前記第２方向で電気的に区分される複数の分岐検出部を備え、
   前記複数の分岐検出部は、それぞれピエゾ抵抗によって構成され、
   前記複数の分岐検出部は、相互に前記区分部の外周を回り込むようにして電気的に接続される、
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 前記第１方向において、前記ギャップの前記先端部側の端部位置は前記区分部の前記先端部側の端部位置よりも前記先端部側に位置する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記区分部は、前記連通開口の一部を成す検出部ギャップである、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記変位検出部は、前記第２方向の幅が細くなる幅狭検出部を備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の圧力センサ。
5. 前記複数の分岐部のうち前記変位検出部を備えていない分岐部は、前記第１方向で前記幅狭検出部の幅が狭くなる範囲と同一位置範囲において、前記第２方向の幅が細くなる幅狭部を備える、
   ことを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。

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