JP7401248B2 - 圧力センサ - Google Patents
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Description
また、本発明の圧力センサの1構成例(第2の実施例)は、前記ダイアフラムと前記第1の圧力導入室と前記第2の圧力導入室とが2つずつ形成され、前記第1の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、2つの前記第1の圧力導入室の間の位置から分岐した2つの他端が2つの前記第1の圧力導入室とそれぞれ連通し、前記第2の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、2つの前記第2の圧力導入室の間の位置から分岐した2つの他端が2つの前記第2の圧力導入室とそれぞれ連通することを特徴とするものである。
また、本発明の圧力センサの1構成例(第3の実施例)は、前記ダイアフラムと前記第1の圧力導入室と前記第2の圧力導入室とが2つずつ形成され、前記第1の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が2つの前記第1の圧力導入室の1つと連通し、別の他端が2つの前記第2の圧力導入室の1つと連通し、前記第2の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が2つの前記第1の圧力導入室のうち前記第1の圧力導入路と連通していない方の1つと連通し、別の他端が2つの前記第2の圧力導入室のうち前記第1の圧力導入路と連通していない方の1つと連通することを特徴とするものである。
また、本発明の圧力センサの1構成例(第5の実施例)は、前記ダイアフラムと前記第1の圧力導入室と前記第2の圧力導入室とが4つずつ形成され、前記第1の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、4つの前記第1の圧力導入室の間の位置から分岐した4つの他端が4つの前記第1の圧力導入室とそれぞれ連通し、前記第2の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、4つの前記第2の圧力導入室の間の位置から分岐した2つの他端が4つの前記第2の圧力導入室のうち2つとそれぞれ連通し、前記センサチップの内部に、一端が前記センサチップの側面に開口し、他端が4つの前記第2の圧力導入室のうち前記第2の圧力導入路と連通していない1つと連通する第3の圧力導入路がさらに形成されていることを特徴とするものである。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例に係る圧力センサの平面図、図2は図1のA-A線断面図、図3は図1のB-B線断面図である。圧力センサ1は、平板状のセンサチップ10から構成される。センサチップ10は、パイレックスガラスからなる平板状の基台2(第1の部材)と、基台2と接合されたシリコンからなる平板状の感圧部材3(第2の部材)と、感圧部材3と接合されたシリコンからなる平板状の蓋部材4(第3の部材)とから構成される。
感圧部材3と蓋部材4とは、蓋部材4の凹陥部40,41が感圧部材3のダイアフラム32,33を覆い、感圧部材3の貫通孔37と蓋部材4の溝42とが連通するように、直接接合によって接合される。
Vout={(1+ΔR4/R)(2+ΔR1/R-ΔR2/R)
-(1-ΔR2/R)(2+ΔR4/R-ΔR3/R)}E
/{(2+ΔR4/R-ΔR3/R)(2+ΔR1/R-ΔR2/R)}
={(1+σ4)(2+σ1-σ2)-(1-σ2)(2+σ4-σ3)}E
/{(2+σ4-σ3)(2+σ1-σ2)} ・・・(1)
σ1=ΔR1/R=π×(σr1-σθ1)/2 ・・・(2)
σ2=ΔR2/R=π×(σr2-σθ2)/2 ・・・(3)
σ3=ΔR3/R=π×(σr3-σθ3)/2 ・・・(4)
σ4=ΔR4/R=π×(σr4-σθ4)/2 ・・・(5)
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図5は本発明の第2の実施例に係る圧力センサの平面図、図6は図5のA-A線断面図、図7は図5のB-B線断面図である。本実施例は、2つの差圧を同時に計測するものである。
さらに、感圧部材3aの裏面には、一端が凹陥部30と連通し、他端が凹陥部31と連通し、基台2と感圧部材3aとが接合されたときに中途部分が貫通孔20と連通する圧力導入路となる溝36a(第2の溝)が形成されている。
感圧部材3aと蓋部材4とは、蓋部材4の凹陥部40,41が感圧部材3aのダイアフラム32,33を覆い、感圧部材3aの貫通孔37と蓋部材4の溝42とが連通するように、直接接合によって接合される。
次に、本発明の第3の実施例について説明する。図8は本発明の第3の実施例に係る圧力センサの平面図、図9は図8のA-A線断面図、図9は図8のB-B線断面図である。本実施例は、2つの差圧を同時に計測する別の例である。
また、感圧部材3bには、基台2と感圧部材3bとが接合されたときに貫通孔20と連通する位置に、裏面から表面まで感圧部材3bを貫く圧力導入路となる貫通孔38(第4の貫通孔)が形成されている。
感圧部材3bと蓋部材4bとは、蓋部材4bの凹陥部40,41が感圧部材3bのダイアフラム32,33を覆い、感圧部材3bの貫通孔37と蓋部材4bの溝44とが連通し、感圧部材3bの貫通孔38と蓋部材4bの溝43とが連通するように、直接接合によって接合される。
次に、本発明の第4の実施例について説明する。図11は本発明の第4の実施例に係る圧力センサの平面図、図12は図11のA-A線断面図、図13は図11のB-B線断面図である。本実施例は、絶対圧とゲージ圧を同時に計測するものである。
また、感圧部材3cの裏面には、一端が凹陥部31と連通し、他端が感圧部材3cの側面に開口する圧力導入路となる溝52(第2の溝)が形成されている。
感圧部材3cと蓋部材4とは、蓋部材4の凹陥部40,41が感圧部材3cのダイアフラム32,33を覆い、感圧部材3cの貫通孔37と蓋部材4の溝42とが連通するように、直接接合によって接合される。
次に、本発明の第5の実施例について説明する。図14は本発明の第5の実施例に係る圧力センサの平面図、図15は図14のA-A線断面図、図16は図14のB-B線断面図、図17は図14のC-C線断面図、図18は図14のD-D線断面図である。本実施例は、4つのダイアフラムを有するものである。
また、感圧部材3dには、基台2dと感圧部材3dとが接合されたときに貫通孔21dと連通する位置に、裏面から表面まで感圧部材3dを貫く圧力導入路となる貫通孔37d(第2の貫通孔)が形成されている。
また、感圧部材3dの裏面には、一端が凹陥部61と連通し、他端が感圧部材3dの側面に開口する圧力導入路となる溝52d(第3の溝)が形成されている。
感圧部材3dと蓋部材4dとは、蓋部材4dの凹陥部40,41,70,71が感圧部材3dのダイアフラム32,33,62,63を覆い、感圧部材3dの貫通孔37dと蓋部材4dの溝42dとが連通するように、直接接合によって接合される。
Claims (11)
- 平板状のセンサチップを備え、
前記センサチップの内部に、
複数のダイアフラムと、
前記複数のダイアフラムの上面とそれぞれ接するように配置された複数の第1の圧力導入室と、
前記複数のダイアフラムの下面とそれぞれ接するように配置された複数の第2の圧力導入室と、
一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が前記複数の第1の圧力導入室のうち少なくとも1つと連通する第1の圧力導入路と、
一端が前記センサチップの下面または側面に開口し、他端が前記複数の第2の圧力導入室のうち少なくとも1つと連通する第2の圧力導入路と、
前記複数のダイアフラムのそれぞれの縁部に1ダイアフラムあたり複数配置された歪みゲージとが形成され、
さらに、前記ダイアフラムの上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、前記ダイアフラムに設けられた複数の歪みゲージによって構成されるホイートストンブリッジ回路の出力電圧がゼロとなるように1ダイアフラムあたり少なくとも1つの空洞が前記複数のダイアフラムの周辺に形成されていることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1記載の圧力センサにおいて、
前記ダイアフラムと前記第1の圧力導入室と前記第2の圧力導入室とが2つずつ形成され、
前記第1の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、2つの前記第1の圧力導入室の間の位置から分岐した2つの他端が2つの前記第1の圧力導入室とそれぞれ連通し、
前記第2の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が2つの前記第2の圧力導入室の1つと連通することを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1記載の圧力センサにおいて、
前記ダイアフラムと前記第1の圧力導入室と前記第2の圧力導入室とが2つずつ形成され、
前記第1の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、2つの前記第1の圧力導入室の間の位置から分岐した2つの他端が2つの前記第1の圧力導入室とそれぞれ連通し、
前記第2の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、2つの前記第2の圧力導入室の間の位置から分岐した2つの他端が2つの前記第2の圧力導入室とそれぞれ連通することを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1記載の圧力センサにおいて、
前記ダイアフラムと前記第1の圧力導入室と前記第2の圧力導入室とが2つずつ形成され、
前記第1の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が2つの前記第1の圧力導入室の1つと連通し、別の他端が2つの前記第2の圧力導入室の1つと連通し、
前記第2の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が2つの前記第1の圧力導入室のうち前記第1の圧力導入路と連通していない方の1つと連通し、別の他端が2つの前記第2の圧力導入室のうち前記第1の圧力導入路と連通していない方の1つと連通することを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1記載の圧力センサにおいて、
前記ダイアフラムと前記第1の圧力導入室と前記第2の圧力導入室とが2つずつ形成され、
前記第1の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、2つの前記第1の圧力導入室の間の位置から分岐した2つの他端が2つの前記第1の圧力導入室とそれぞれ連通し、
前記第2の圧力導入路は、一端が前記センサチップの側面に開口し、他端が2つの前記第2の圧力導入室の1つと連通することを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1記載の圧力センサにおいて、
前記ダイアフラムと前記第1の圧力導入室と前記第2の圧力導入室とが4つずつ形成され、
前記第1の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、4つの前記第1の圧力導入室の間の位置から分岐した4つの他端が4つの前記第1の圧力導入室とそれぞれ連通し、
前記第2の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、4つの前記第2の圧力導入室の間の位置から分岐した2つの他端が4つの前記第2の圧力導入室のうち2つとそれぞれ連通し、
前記センサチップの内部に、一端が前記センサチップの側面に開口し、他端が4つの前記第2の圧力導入室のうち前記第2の圧力導入路と連通していない1つと連通する第3の圧力導入路がさらに形成されていることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項2または3のいずれか1項に記載の圧力センサにおいて、
前記センサチップは、
平板状の第1の部材と、
前記第1の部材と接合された平板状の第2の部材と、
前記第2の部材と接合された平板状の第3の部材とから構成され、
前記第1の圧力導入室は、前記第2の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第3の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第1の凹陥部として形成され、
前記第2の圧力導入室は、前記第2の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第2の凹陥部として形成され、
前記第1の圧力導入路は、下面から上面まで前記第1の部材を貫く第1の貫通孔と、前記第1の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第2の部材を貫く第2の貫通孔と、両端が2つの前記第1の凹陥部とそれぞれ連通して中途部分が前記第2の貫通孔と連通するように前記第3の部材の下面に形成された第1の溝とから構成され、
前記第2の圧力導入路は、下面から上面まで前記第1の部材を貫く第3の貫通孔と、一端が2つの前記第2の凹陥部の1つと連通して他端が前記第3の貫通孔と連通するか、または両端が2つの前記第2の凹陥部と連通して中途部分が前記第3の貫通孔と連通するように前記第2の部材の下面に形成された第2の溝とから構成され、
前記空洞は、前記第1の部材の上面に形成された第3の溝によって形成されることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項4記載の圧力センサにおいて、
前記センサチップは、
平板状の第1の部材と、
前記第1の部材と接合された平板状の第2の部材と、
前記第2の部材と接合された平板状の第3の部材とから構成され、
前記第1の圧力導入室は、前記第2の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第3の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第1の凹陥部として形成され、
前記第2の圧力導入室は、前記第2の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第2の凹陥部として形成され、
前記第1の圧力導入路は、下面から上面まで前記第1の部材を貫く第1の貫通孔と、前記第1の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第2の部材を貫く第2の貫通孔と、一端が2つの前記第1の凹陥部の1つと連通し他端が前記第2の貫通孔と連通するように前記第3の部材の下面に形成された第1の溝と、一端が2つの前記第2の凹陥部の1つと連通し他端が前記第2の貫通孔と連通するように前記第2の部材の下面に形成された第2の溝とから構成され、
前記第2の圧力導入路は、下面から上面まで前記第1の部材を貫く第3の貫通孔と、前記第3の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第2の部材を貫く第4の貫通孔と、一端が2つの前記第1の凹陥部のうち前記第1の圧力導入路と連通していない方の1つと連通し他端が前記第4の貫通孔と連通するように前記第3の部材の下面に形成された第3の溝と、一端が2つの前記第2の凹陥部のうち前記第1の圧力導入路と連通していない方の1つと連通し他端が前記第4の貫通孔と連通するように前記第2の部材の下面に形成された第4の溝とから構成され、
前記空洞は、前記第1の部材の上面に形成された第5の溝によって形成されることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項5記載の圧力センサにおいて、
前記センサチップは、
平板状の第1の部材と、
前記第1の部材と接合された平板状の第2の部材と、
前記第2の部材と接合された平板状の第3の部材とから構成され、
前記第1の圧力導入室は、前記第2の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第3の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第1の凹陥部として形成され、
前記第2の圧力導入室は、前記第2の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第2の凹陥部として形成され、
前記第1の圧力導入路は、下面から上面まで前記第1の部材を貫く第1の貫通孔と、前記第1の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第2の部材を貫く第2の貫通孔と、両端が2つの前記第1の凹陥部とそれぞれ連通して中途部分が前記第2の貫通孔と連通するように前記第3の部材の下面に形成された第1の溝とから構成され、
前記第2の圧力導入路は、一端が前記第2の部材の側面に開口し、他端が2つの前記第2の凹陥部の1つと連通するように前記第2の部材の下面に形成された第2の溝から構成され、
前記空洞は、前記第1の部材の上面に形成された第3の溝によって形成されることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項6記載の圧力センサにおいて、
前記センサチップは、
平板状の第1の部材と、
前記第1の部材と接合された平板状の第2の部材と、
前記第2の部材と接合された平板状の第3の部材とから構成され、
前記第1の圧力導入室は、前記第2の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第3の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第1の凹陥部として形成され、
前記第2の圧力導入室は、前記第2の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第2の凹陥部として形成され、
前記第1の圧力導入路は、下面から上面まで前記第1の部材を貫く第1の貫通孔と、前記第1の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第2の部材を貫く第2の貫通孔と、4つの前記第1の凹陥部の間の位置から分岐した4つの先端が4つの前記第1の凹陥部とそれぞれ連通し、分岐点の部分が前記第2の貫通孔と連通するように前記第3の部材の下面に形成された第1の溝とから構成され、
前記第2の圧力導入路は、下面から上面まで前記第1の部材を貫く第3の貫通孔と、両端が2つの前記第2の凹陥部とそれぞれ連通して中途部分が前記第3の貫通孔と連通するように前記第2の部材の下面に形成された第2の溝とから構成され、
前記第3の圧力導入路は、一端が前記第2の部材の側面に開口し、他端が4つの前記第2の凹陥部のうち前記第2の圧力導入路と連通していない1つと連通するように前記第2の部材の下面に形成された第3の溝から構成され、
前記空洞は、前記第1の部材の上面に形成された第4の溝によって形成されることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1~10記載の圧力センサにおいて、
1ダイアフラムあたり4つの前記歪みゲージが形成され、
前記ホイートストンブリッジ回路は、
4つの前記歪みゲージのうち第1、第2の歪みゲージを直列に接続した第1の直列回路と、
4つの前記歪みゲージのうち第3、第4の歪みゲージを直列に接続した第2の直列回路と、
前記第1の直列回路の両端および前記第2の直列回路の両端に駆動電圧を印加する電源とから構成され、
前記空洞は、前記ダイアフラムの上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、前記第1、第2の歪みゲージの接続点と前記第3、第4の歪みゲージの接続点との間から出力される前記出力電圧がゼロとなるように形成されることを特徴とする圧力センサ。
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