JPH0337503A

JPH0337503A - 歪ゲージ

Info

Publication number: JPH0337503A
Application number: JP17164689A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kawasaki; 治彦川崎; Mutsuo Sugiyama; 杉山　六夫
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1991-02-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は圧力センサなどに応用される歪デージに関す
る。

（従来の技術）拡散型半導体歪ゲージを用いた半導体圧力センサがある
（昭和５６年９月財団法人、日本科学技術振興財団・科
学技術館発行「日本の科学と技術」９−１０月号第５４
頁、第５５頁参照）。

これを説明すると、第１２図で示すように、シリコンダ
イアフラム２３の表面層には、歪量に応じて抵抗値を変
化させる４つの歪抵抗体２４〜２７が拡散形成され、こ
れらの歪抵抗体２４〜２７を用いて第１３図のようにホ
イーストンブリッジが組まれる。ゲージ本体２１の裏面
は、第１４図のようにくり抜かれ、上方に位置する薄い
部分がダイアフラム２３となっている。

圧力が図示のように上方から加えられると、シリコンダ
イアフラム２３が変形し、歪抵抗体２４〜２７に歪が生
じる。ここに、歪抵抗体２４〜２７にはピエゾ抵抗効果
により大きな抵抗変化が起こり、ブリッジからは圧力に
比例した出力が得られる。

（発明が解決しようとする課題〉ところで、このような歪ゲージにおいては、過大な圧力
が加わると、歪抵抗体の間や電源電圧への接続線に接続
不良や断線を起こすことがあり、その場合には、誤った
信号が出力されることになるので、その信号を用いて制
御（たとえば液圧装置システムの制御）を行えば、１ラ
ブルを発生させる原因となる。

この発明はこのような従来の課題に着目してなされたも
ので、変形を受けるダイアフラム上に計測感度の相違す
る複数の検知部を設けるようにした装置を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段）この発明は、変形を受けるダイアフラム上で変形による
歪量が最大となる位置に歪抵抗体を形成し、この歪抵抗
体を用いてブリッジ結線することにより１つの検知部を
構成するとともに、歪量が最大よりも所定量だけ少ない
位置にも歪抵抗体を形成し、この歪抵抗体を用いてブリ
ッジ結線することにより前記検知部とは別の検知部をＭ
戒した。

（作用）ダイアフラム上で歪量が最大となる位置に歪抵抗体が設
けられると、この歪抵抗体は圧力に敏感に反応するので
、この歪抵抗体から形成されるブリッジによれば、高精
度に圧力が計測される。

しかしながら、歪量が最大となる部分は、過大な圧力が
作用した場合に、最も破損されやすい。

この場合に、この発明では、歪量が最大よりも所定量だ
け少ない位置に歪抵抗体が形成されていると、過大な圧
力により、たとえ歪量の最大となる位置の歪抵抗体が破
損されることになっても、この歪量の少ない位置の歪抵
抗体のほうは破損されないで済むことになる。

（実施例〉第１図は一実施例の断面図である。たとえばシリコンウ
ェファや金属から形成されるデージ本体１は、円筒状の
基部２と上部に薄膜状に形成されたダイアフラム３とか
らなり、下方より被測定ガスが導かれると、ダイア７ラ
ム部分に変形が生ずる。

第２図はゲージ本体１の平面図で、ダイアフラム３のほ
ぼ中心位置に２つの歪抵抗体Ａ、Ｂが、右下方の基部２
の近くにほぼ９０度離れて２つの歪抵抗体Ｃ，Ｄがそれ
ぞれ形成される。４つの歪抵抗体Ａ−Ｄには、歪抵抗体
の両端に形成した各− 電極４を介して配線５と接続され、この配［５はさらに
電極６．ボンディングワイア７、電極１０を介してリー
ド＃１１１に接続される。これらの接続は第３図で示す
ブリッジを構成するためのものである。ここに、４つの
歪抵抗体Ａ−Ｄをブリッジ結線したものから１つの検知
部が構成される。

なお、電極１０については絶縁体９を介して固定される
結線基板８に形成されている。

同様にして、ダイアフラム３の左上方にも、４つの歪抵
抗体Ａ′〜Ｄ′が形成され、これら歪抵抗体Ａ′〜Ｄ′
は電極１５と配＃！１６などを介して、第４図で示すよ
うにブリッジ結線される。ただし、歪抵抗体Ａ’、Ｂ’
はこれらに・対応する上記歪抵抗体Ａ、Ｂと相違して、
ダイアフラム３の中心より半径方向外側に少しずらした
位置に形成される。

ここに、前記検知部とは別の検知部が構成される。

歪抵抗体Ａ’、Ｂ’の配置は、ダイアフラム上の歪分布
を考慮したものである。この歪分布を第５図に示すと、
横軸はダイアフラム３の中心から半径方向外側に離れる
距離、縦軸は歪量を表す。同図より、ダイアフラム３の
中心位置において歪量（引張り）が最大であり、半径方
向外側に向かうにつれて減り、基部２の近くではマイナ
スの歪量（圧縮）が生じていることがわかる。これより
、歪抵抗体Ａ、Ｂは歪量が最も大きな部分に、これに対
して歪抵抗体Ａ’、Ｂ’はそれよりも歪量が小さな部分
に設けられている。

ここで、この例の作用を説明すると、歪ゲージが圧力に
敏感に反応するようにするには、ダイアフラム上で歪量
が最大となる位置（中心位置）に歪抵抗体を設けること
が望ましい。つまり、歪抵抗体Ａ、Ｂを含んだ第３図の
ブリッジによれば、高精度に圧力が計測される。

しかしながら、破損という面からとらえれば、歪量が最
大となる部分は、過大な圧力が作用した場合に、最も破
損の可能性の高い部分でもある。

この場合を二、この例では、最も歪量の大きな中心位置
から少し外れた位置にも歪抵抗体Ａ’、Ｂ’が形成され
ている。このため、過大な圧力により、たとえ歪抵抗体
Ａ、Ｂのほうが破損されることになっでも、歪抵抗体Ａ
′、Ｂ’のほうは破損されないで済むことになる。つま
り、歪抵抗体Ａ”、Ｉ３”の位置は予期される過大圧力
に対応して破壊されない位置に定めるのであり、過大圧
力が高いほど半径方向外側に位置させるのである。これ
は、いわゆる７エールセー７であり、計測精度の点から
すれば、歪抵抗体Ａ’、Ｂ’を設けた位置ではダイアフ
ラムの中心位置に比べれば精度が少しは落ちるものの、
その分破損に対しては強く、ゲージの信頼性が増すので
ある。

そして、２つの検知部からの信号は、これを信号処理部
（図示しない）に入力し、ここで、検知部に故障が生じ
ているかどうかの判別を行い、故障している場合には故
障発生の信号を出力させるとともに、故障していない側
の正常な検知部信号を出力させるようにすると、片方の
検知部が破損。

故障しても、もう片方によって正常な圧力信号を得て、
圧力信号を用いた制御を継続させることができ、異常な
圧力信号が用いられることによるトラブルを防止するこ
とができる。

７また、１つのゲージ本体１に２つの検知部を集約するこ
とにより、取り付はスペースをとらないコンパクトな構
成とすることができる。さらに、歪抵抗体や電極、配線
は、薄膜蒸着マイクロエツチング加工によれば、２つの
検知部を同時に形成することができるので、低コス１化
、小形化が図れる。

第６図とｖＪ７図は他の実施例である。この例では、第
６図で示す↓うに、右に設けられるダイアフラム２５の
厚さを左に設けられるダイアフラム２６の厚さよりも厚
く形成し、第７図のように、この厚いほうのダイアフラ
ム２５に歪抵抗体Ａ′〜Ｄ′を形成したものである。つ
まり、予期される過大圧力が大きいほど歪抵抗体Ａ’、
Ｂ’を形成する側のグイア７ラム厚さを厚くしておくの
である。

第８図、第９図と第１０図、第１１図はそれぞれ別の他
の実施例で、これらはガス圧を計測するのではなく、紬
２９に作用する圧力を計測するようにしたものである。

第８図ではダイアフラム２８゜８２９の厚さは同じであるが、中心位置からの左右の歪抵
抗体の位置が相違し、第１０図では歪抵抗体の位置は左
右で同じであるが、ダイアフラム３１．３２の厚さが相
違する。

実施例では２つの検知部を設けた例を示したが、スペー
スの許す限り、ダイアフラムの中心位置からの距離を相
違させた３以上の検知部を設けることも可能である。

（発明の効果）この発明では、変形を受けるダイアフラム上で変形によ
る歪量が最大となる位置と歪量が最大よりも所定量だけ
少ない位置とにそれぞれ歪抵抗体を形成し、各歪抵抗体
を用いてブリッジを形成することにより複数の検知部を
構成するようにしたため、ゲージの信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はそれぞれ一実施例のゲージ本体の断面
図と平面図、第３図と第４図はそれぞれこの実施例のブ
リッジを示す回路図、第５図はこの実施例の歪分布を示
す特性図、第６図と第７図はそれぞれ他の実施例の断面
図と平面図である。第８図、第９図と第１０図〜第１１図はそれぞれ別の他
の実施例で、！＃８図と第１０図はゲージ本体の平面図
、第９図と第１１図はゲージ本体の断面図である。第１２図は従来例のデージ本体の平面図、第１３図は従
来例のブリッジを示す回路図、第１４図は従来例のゲー
ジ本体の断面図である。１・・・デージ本体、２・・・基部、３・・・ダイアフ
ラム、４．６・・・電極、５・・・配線、１５．１７・
・・電極、１６・・・配線、Ａ−Ｄ・・・歪抵抗体、Ａ
′〜Ｄ′・・・歪抵抗体、２５．２６・・・ダイアフラ
ム、２７．２８・・・ダイアフラム、２９・・・釉、３
１．３２・・・ダイアフラム。 ψ 第１２図第１３図第１４図

Claims

【特許請求の範囲】

　変形を受けるダイアフラム上で変形による歪量が最大
となる位置に歪抵抗体を形成し、この歪抵抗体を用いて
ブリッジ結線することにより１つの検知部を構成すると
ともに、歪量が最大よりも所定量だけ少ない位置にも歪
抵抗体を形成し、この歪抵抗体を用いてブリッジ結線す
ることにより前記検知部とは別の検知部を構成したこと
を特徴とする歪ゲージ。