JPH0396828A - 圧力検出器の製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は、面に作用する圧力を検出する圧力検出器の製
造方法に関する。

［従来の技術コ 物体に作用する圧力を検出することは、その物体の属す
る機構の制御のみならず、圧力が作用したときその物体
に生じる現象の解明等にも必要である。このような現象
解明の一例として、コンピュータ用プリント基板の製造
過程中、加圧時に生じる現象について説明する。

第８図はコンピュータ用プリント基板の分解側面図であ
る。図で、工はＰＣＢ等の合成樹脂板、２は合成樹脂板
１の表裏面上にエッチング技術等で所要のパターンをも
って形成された銅箔、３はプリプレグと称される薄いシ
ートである。シ一ト３はガラス繊維中に樹脂を含浸させ
て構戊され、合或樹脂板１どうしを接着するのに用いら
れる。

１’　，２’はそれぞれ別の合或樹脂板およびその表裏
に形成された銅箔である。コンピュータ用プリント基板
は、上記のように銅箔のパターンが形成されている合戒
樹脂板を多数枚、それらの表裏両側にシ一ト３を介在さ
せ積層状態で加熱、加圧することにより構成される。

第９図はコンピュータ用プリント基板を加圧する加圧機
構の概略を示す断面図である。この図で、３ ５は上厚板、６は上厚板５に対向して配置された下厚板
である。上厚板５と下厚板６の対向する面は平面に仕上
げられている。第８図に示すような積層体を上厚板５と
下厚板６との間に挿入し、加熱を行ないながら上厚板５
を図示しない油圧シリンダ等で降下させて圧力を加える
と、各シ一ト３は溶融し、各合成樹脂板相互が融着され
て多層のプリント基板が構或される。

ところで、このようなプリン１・基板の製造においては
次のような現象が生じる。即ち、第１の現象は、上厚板
５と下厚板６の対向する面はそれぞれ平面であるにもか
かわらず、加圧力を除去するとプリント基板の厚さは全
面均一とはならず部分的に差を生じること。第２の現象
は各合成樹脂板相互にずれが生じること。第３の現象は
、加圧中に泡が生じることである。これらの各現象は、
加圧時のプリント基板面の各部分に加わる圧力の差に原
因があると考えられ、上記各現象を解明するために、プ
リント基板面上の各部に加わる圧力を加温（１　３　０
”〜１７０℃）下でも検出すること−４＝ ができる圧力検出器が求められていた。

この要望に応えるため、第９図に示すような圧力検出器
が用いられていた。即ち、８は下厚板６に形成された穴
、９は六８を形成することにより作られる薄い部、１０
は穴８と連通する通路、１１は圧力計である。穴８およ
び通路９には液体が充満されている。第９図ではこのよ
うな圧力検出器は１個のみ示されているが、下厚板６の
面に対して多数個マトリクス状に配置されて各部分の圧
力が独立して検出できるようになっている（例えば１８
０ｍｍ平方に９行９列に８１個配置される）。

圧力が加わると薄板部９がたわみ、このたわみがこれに
応じた圧力となって流体により伝達され圧力計１１に現
われる。

第１０図（ａ），（ｂ）は他の圧力計を示す。第１０図
（ａ）で８，９は第９図に示すものと同じ穴および薄板
部、１２は薄板部９の裏面に貼着されたひずみゲージ、
１３はひずみゲージ１２に接続されたリード線を示す。

薄板部９に作用する圧力によるたわみは、ひずみゲージ
１２の電気抵抗を変化させ，この電気抵抗の変化により
圧力が検出される。

第１０図（ｂ）で、１５は下厚板６の表面から延びた小
径の穴、１６は穴１５に挿通された棒状体、ｌ７は棒状
体１６に連結された変換部である。棒状体１６の上端面
に圧力が加わるとこれに応じて棒状体１６が下方に押圧
され、この押圧力が変換部１７により電気信号等に変換
され出力される。

これら圧力検出器により下厚板６の表面の各部に作用す
る圧力を検出することができるが、第９図、第１０図（
ａ）に示す薄板部９を有する圧力検出器においては、圧
力による相当程度の変形を得るためには薄板部９は薄く
形威しなければならず、このような薄い肉厚はその部分
に破壊を生しるおそれが大きく、かつ、肉厚が小さ過ぎ
ると真の圧力を検出できないという問題点がある。又、
第１０図（ｂ）に示す圧力検出器は、破壊のおそれはな
いが、棒状体１６に圧力が作用したとき、それによる棒
状体１６の変位に伴なってその外周面と穴１５の内壁面
との間に摺動を生じ、真の圧力を検出できないばかりで
なく、溶融流体が摺動面間に流入するという問題点があ
る。これらの問題点を解消するため、平行平板構造を用
いた圧力検出器が提案されている。これを図により説明
する。

第１１図は平行平板構造を用いた圧力検出器の側面図で
ある。図で、２０は棒状体、２１ａ，２ｌｂ，２１ｃ，
２１ｄは棒状体２０と下厚板６との間に連結されたたわ
み部である。各たわみ部２１ａ〜２１ｄは薄い平板で形
威され，たわみ部２１ａ，２１ｃは互いに同一方向に平
行に配置され、かつ、たわみ部２ｌｂ，２１ｄも互いに
たわみ部２１ａ，２１ｅと同一方向に平行に配置されて
いる。たわみ部２１ａ〜２１ｄより成る平行平板構造は
，図で上下方向の力には弾性を有するが、他の方向の力
に対しては高い剛性を有する。２２．２３はたわみ部２
１８〜２１ｄを形戊するためにあけられた穴である。２
４は弾性を有するパッキングを示す。なお、ｌ７は第１
０図（ｂ）に示すものと同じ変換部である。下厚板６に
はこのような圧力検出器がマトリクス状に多数配置され
ている。

一７ー 棒状体２０の上端面に圧力が作用すると、棒状体２０は
下方へ押圧されるが、このとき、たわみ部２１ａ〜２１
ｄは棒状体２０の押圧力により変形し、棒状体２０の下
方への変位を可能にする。

たわみ部２１ａ〜２１ｄは棒状体２０に対して，下厚板
６の表面に垂直な方向（図で上下方向）の変位のみを許
し，他の方向の変位を抑える特性を有する。したがって
、棒状体２０は第１０図（ｂ）に示すように穴１５に案
内されなくても垂直方向に変位する。変換部１７からは
棒状体２０の変位に応じた信号が出力される。棒状体２
０の上端面に作用している圧力が除去されると、棒状体
２０はたわみ部２１ａ〜２１ｄにより原位置に復帰せし
められる。

［発明が解決しようとする課Ｊ％］ 第１１図に示す圧力検出器は、第９図および第１０図（
．）に示すような直接力が作用する薄肉部を備えておら
ず、又、棒状体２０との摺動部分もないので、破壊のお
それなく真の圧力を測定することができる。さらに、パ
ッキング２４は棒状体８ ２０に密着し，その変位とともに変形するので、溶融流
体の侵入を完全に防止することができる。

しかしながら、薄肉部２１ａ〜２１ｄを形戒するために
は、下厚板６の表面と平行な方向に穴２２，２３をあけ
る必要があり、このような穴２２．　２３の加工は極め
て困難であり、多くの手間と時間を要するという問題が
あった。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
平行平板構造を極めて容易に構成することができる圧力
検出器の製造方法を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達戒するため、本発明は、１つの部材に対
して、所定間隔を置き、かつ、所定の厚みを残して、第
１の向きで互いに平行に前記部材の材料を除去して余部
を含む柱状部および第１のたわみ部を形成し、次いで、
所定間隔を置き、かつ、所定の厚みを残して、前記第１
の向きと逆向きに平行に前記第１のたわみ部の一部およ
び前記柱状部の一部を除去して前記第１のたわみ部と異
なる角度の第２のたわみ部を形成することにより、圧力
検出器を製造することを特徴とする。

［作用］ １つのブロック状の部材に対し、一定幅の柱状部を残し
ながら加工を第１の向きに進行させて残余の部材材料を
除去してゆき、最後に所定の厚みを残した状態で加工を
停止する。同様の加工を第１の向きと逆向きの第２の向
きでも行なうが、この加工は第１の向きにおける加工と
は異なる角度で行なう。これらの加工により、工つの柱
状部と、この柱状部から一体的に張り出した複数の第１
のたわみ部と、前記柱状部から一体的に張り出し前記第
１のたわみ部と張り出し角度が異なる複数の第２のたわ
み部とが構或される。

［実施例コ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る圧力検出器の柱状部およ
びたわみ部より或る平行平板構造の斜視図である。図で
、３０は断面四角形の柱状部、３１ａ，３ｌｂは柱状部
３０の上方でこれと一体に形成されたたわみ部、３２ａ
，３２ｂは柱状部３０の下方でこれと一体に形成された
たわみ部である。柱状部３０は第１１図に示す棒状体２
０に相当し、又，たわみ部３１ａ〜３２ｂは第１１図に
示すたわみ部２１ａ〜２１ｄに相当する。たわみ部３１
ａ，３ｌｂは柱状部３０から互いに同一方向逆向きに張
出しており、又、たわみ部３２ａ，３２ｂは、たわみ部
３１ａ，３ｌｂとは９０゜角度を異にして柱状部３０か
ら互いに同一方向逆向きに張出している。

第２図（ａ），（ｂ）は第１図に示す柱状部３０および
たわみ部３１ａ〜３２ｂで構戊される圧力検出器の断面
図である。第２図（ａ）はたわみ部３２ａ，３２ｂ方向
からみた断面図、第２図（ｂ）はたわみ部３１ａ，３ｌ
ｂ方向からみた断面図である。各回で、第１図に示す部
分と同一部分には同一符号が付してある。３３は圧力検
出器のケース、３４はたわみ部３２ａ，３２ｂの下面で
、ケース３３および柱状部３０との結合部に貼着された
ひずみ１■ ？ージである。各たわみ部３１ａ〜３２ｂは柱状部３０
と一体構或されるとともにケース３３とも一体構成され
ている。ケース３３は第９図〜第■１図に示す下厚板６
に穴をあけ、その穴に押入して収納されるが、これに限
ることはなく、ケース３３自体が下厚板６であってもよ
いのは明らかである。

その場合は、下厚板６にあけられた大内に柱状部３０と
たわみ部３１ａ〜３２ｂが一体構威されることになる。

次に、柱状部３０およびたわみ部３１ａ〜３２ｂの製造
方法を説明する。

第３図（ａ），（ｂ）は第１図に示す平行平板構造の製
造に使用される放電加工用電極の斜視図である。

各図で、３５は上部電極を示し、基部３５ａ、基部３５
ａから下方に平行に突出する２つの突出側Ｍ３５ｂ１，
３５ｂ２および各突出側壁３　５　ｂ１，３５ｂ２の下
部に形成された凹み３５ｃ■，３５ｃｚで構或されてい
る。又、３６は下部電極を示し、互いに平行な２つの突
出側壁３　６　ａ■，３６ａ２、これら突出側壁３６ａ
■，３６ａ２の上部に形威さ−ｌ２ー ？た凹み３６ｂ１，３６ｂ２および２つの突出側壁３６
ａ■，３６ａ２を下部で連結する連結部３６ｃで構或さ
れている。突出側壁３　６　ａ１，　３　６　ａ２の壁
面は上部電極３５の突出側壁３５ｂエ，３５ｂ，の壁面
に対して９０度異なる壁面に形威されている。

今、第１図に示す柱状部３０およびたわみ部３１ａ〜３
２’ｂを第９図〜第１工図に示す下部厚板６に直接形成
する場合について説明する。まず、下部厚板６の上面か
ら下方へ向って上部電極３５により所定距離だけ放電加
工してゆく。そうすると、凹み３５ｃ１に相当する部分
で第１図に示すたわみ部３２’ａ，３２ｂが形成され、
又、両突出側壁３５ｂ１，３５ｂ２の間の凹部に相当す
る部分で、柱状部３０と一体であり、かつ、たわみ部３
１ａ，３ｌｂと同一断面のブロックが形成される。次に
、下厚板６の下面から上方へ向って下部電極３５により
所定距離だけ放電加してゆく。この結果、突出側壁３６
ａエ，３６ａ２により、前記たわみ部３１ａ，３ｌｂと
同一断面のブロックが除去されてゆき、凹み３６ｂよ，
３６ｂ２によりたわみ部３１ａ，３ｌｂが形威される。

このように、本実施例では、下厚板６の上面から上部電
極３５により下方に向って放電加工し、次いで、下厚板
６の下面から下部電極３６により上方に向って放電加工
するだけで、第１図に示す柱状部３０および各たわみ部
３１ａ〜３２ｂを極めて容易に形成することができる。

なお、第２図（ａ），（ｂ）に示す圧力検出器単体を構
或する場合には、１つのブロックの外形をケース３３の
外形と同一外形に加工しておき、この外形形状のブロッ
クに対して上記と同様の放電加工を実施すればよい（以
下の各実施例においても同じである。） 第４図（ａ），（ｂ），（ｃ）は第３図（ａ），（ｂ）
に示すものと異なる放電加工電極を用いた場合の製造態
様を示す斜視図である。図で、３７は上部電極を示し、
互いに平行な２つの方形電極３７ａ，３７ｂで構成され
ている。３８は下部電極を示し、上部電極３７と同じく
互いに平行な２つの方形電極３８ａ，３８ｂで構成され
ている。上部電極３７の各方形電極３７ａ，３７ｂと、
下部電極３８の各方形電極３８ａ，３８ｂとは互いに９
０度異なる配置関係にある。

第４図（ｂ）に示される一点鎖線は、第９図〜第１１図
に示される下厚板６の一部を示すものである。この下厚
板６に柱状部３０およびたわみ部３１ａ〜３２ｂを形成
するために、まず，上部電極３７を下方に一定距離移行
させることにより放電加工が行なわれる。この放電加工
により、第４図（ｂ）に破線で示すように、奥行きをも
った断面逆Ｔ字状の形状のブロックが形成される。次に
、下部電極３８を上方に一定距離移行させて放電加工を
行なえば、柱状部３０と各たわみ部３１ａ〜３２ｂを作
り出すことができる。ただし、この放電加工によると、
第１図に示すような柱状部３０が上部に突出した形状と
はならないが、この突出部分は必ずしも必要ではなく、
柱状部３０の上端面が下厚板６の上面と同一面にありさ
えすればよいのは明らかである。

１５ この製造方法によれば、第３図（ａ），（ｂ）に示す放
電加工用電極を用いた製造方法レこ比べて、より単純な
放電加工用電極を用いることができる。

以上の説明では、柱状部３０が断面四角形状を有するも
のについて説明したが、柱状部３ｏはどのような形状で
あっても差支えない。第５図（ａ），（ｂ）は柱状部３
０を円柱に形成する場合に用いられる放電加工用電極の
斜視図である。各図で゛、４．０は上部電極であり、互
いに平行な円弧状の電極４０ａ，４０ｂより成る。又、
４１は下部電極であり、互いに平行な円弧状の電極４１
ａ，４ｌｂより或る。電極４０ａ，４０ｂと電極４１　
ａ　，４ｌ　ｂとは位相を９０度異にして配置されてい
る。

これら上部電極４０、下部電極４工を用いた放電加工に
よる製造方法は、第４図（ａ）〜（ｃ）に示す製造方法
と同じである。そして、当該放電加工によって形成され
る柱状部３０は円柱となり、又、下厚板６に形成される
穴は断面円形となる。

さて、以上の各説明では、たわみ部が上部に２つ、下部
に２つ形成される構造の製造力法を説明一１６− したが、たわみ部の数は各２つに限ることはなく、複数
であってもよい。第６図（ａ），（ｂ）はたわみ部を各
４つずつ有する構造の製造に使用される放電加工用電極
の平面図である。各図で、４３は上部電極であり、４つ
の互いに平行な円弧状の電極４３ａ〜４３ｄで構成され
ている。４４は下部電極であり，４つの互いに平行な円
弧状の電極４４ａ〜４４ｄで構或されている。上部電極
４３の各電極４３ａ〜４３ｄと下部電極４４の各電極４
４ａ〜４４ｄとは互いに位相を４５度異にして配置され
ている。

これら上部電極４３、下部電極４４を用いる製造方法は
、第４図（ａ）〜（ｃ）に示す製造方法と同じである。

そして、この製造方法によると、円柱状の柱状部、およ
び上部、下部にそれぞれ４つのたわみ部が形威されるこ
とになる。

次に、上記各例のような放電加工を用いない製造方法に
ついて説明する。

第７図は柱状部３０およびたわみ部３１ａ〜３ｌｂを形
戒する製造装置の断面図である。６は第９図〜第１１図
に示すものと同じ下厚板、３４はひずみゲージを示す。

４６は下厚板６の上面を覆うマスクである。このマスク
４６には所定間隔を置いて所定形状の２つの穴４６ａ，
４６ｂが形成されている。このような穴４６ａ，４６ｂ
は周知のフォトエッチング等の手段により形威される。

４７は腐食液を示す。

今、下厚板６を上面がマスク４６で覆われた状態で腐食
液４７中に含浸すると、腐食液４７はマスク４６の穴４
６ａ，４６ｂの部分において下厚板６と接触し、これを
図示破線に示すように腐食してゆく。腐食の早さは、腐
食液４７の種類および下厚板６の材料により定まるので
、腐食すべき深さｄは腐食工程の時間を制御することに
より正確に設定することができる。所定の深さｄが得ら
れると、今度は下厚板６の下面をマスク４６で覆い、こ
れに対して上部と同じ方法で腐食液を適用する。この場
合、マスク４６にあけられる２つの穴は、さきの穴４６
ａ，４６ｂと位相を９０度異にするように配置される。

これら腐食工程の結果、柱状部３０およびたわみ部３１
ａ〜３２ｂが形威されることは、さきの放電加工の説明
から容易に理解し得るものと考える。最後にひずみゲー
ジ３４が貼着されることになる。

このような腐食液を用いる製造方法は、平行平板構造を
容易に形威し得るという放電加工による製造方法の場合
の効果と同じ効果を有するが、これ以外に次のような効
果を有する。さきに述べたように、柱状部３０、たわみ
部３１ａ〜３２ｂより成る平行平板構造は下厚板６の１
８０＋ｎｍ四方に８１個（９Ｘ９）設けられる。したが
って、柱状部３０、たわみ部３１ａ〜３２ｂの１個、１
個は可成り小さなものとなる。一方、より精度良く圧力
分布を求めるには、平行平板構造がより数多く、密に配
列される必要があり、その場合には放電加工を用いるこ
とは困難となる。これに対して、腐食液を用いる加工方
法は極めて微細な加工も可能であり、柱状部３０、たわ
み部３１ａ〜３２ｂを高い密度をもって配列形成するこ
とができる。

さらに、腐食液を用いた加工方法には次のよう１９ー な効果もある。即ち、圧力測定対象が極めて小さく、測
定圧力も微小な場合、下厚板６の材料として金属でなく
薄いシリコンウエハが用いられる場合がある。この場合
、放電加工は使用不可能であるが、腐食液を用いた加工
方法は使用可能である。

なお、下厚板６としてシリコンウエハが用いられる場合
，これに半導体を作り込むことによりこの半導体にひず
みゲージと同一の機能をもたせることができ、ひずみゲ
ージの貼着は不要となる。

以上、放電加工による製造方法、および腐食液を用いた
製造方法について述べたが，これら以外にも、下厚板を
砥粒を含む液体内に置き、下厚板の面の所定箇所に振動
板を対向させ、振動板を超音波等で振動させることによ
り加工してゆく方法もある。さらに、エンドミルを用い
て材料を切削加工してゆく方法を用いることができるの
は明らかである。

又、下厚板の材料は金属やシリコンに限らず、他の適宜
の材料を用いることができる。

さらに、上記実施例の説明では、圧力検出器を−２０− 多数配列する場合の例について説明したが、圧力検出器
を単体として製造する場合にも本発明の方法を適用でき
るのは明らかである。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明では、１つの部材に対して一
方向逆向きに材料を除去して柱状部およびたわみ部を形
威するようにしたので、簡単な加工で極めて容易に平行
平板構造を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は平行平板構造の斜視図、第２図（ａ），（ｂ）
は第１図に示す平行平板構造を用いた単体の圧力検出器
の断面図、第３図（ａ）　，　（ｂ）　，は放電加工電
極の斜視図、第４図（ａ）　，　（ｂ）　，　（ｃ）は
放電加工の工程を示す斜視図、第５図（ａ），（ｂ）は
他の放電加工電極の斜視図、第６図（ａ），（ｂ）はさ
らに他の放電加工電極の平面図、第７図は腐食加工装置
装置の断面図、第８図はプリント基板の分解側面図、第
９図は従来のプリント基板加圧機構の断面図、第１０図
（ａ），（ｂ）および第１１図はそれぞれ従来の圧力検
出器の断面図である。 ６・・・・・・下厚板、３０・・・柱状部、３１ａ〜３
２ｂたわみ部、３５，３６，３７，３８，４０，４１，
４３．４４・・・・・・放電加工電極、４６・・・・・
マスク、４７・・・腐食液。 ２３ー ψ ０ へｒ 寸 腎 （Ｏノ （ｂノ 第／／図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）１つの部材に対して、所定間隔を置き、かつ、所
   定の厚みを残して、第１の向きで互いに平行に前記部材
   の材料を除去して余部を含む柱状部および第１のたわみ
   部を形成し、次いで、所定間隔を置き、かつ、所定の厚
   みを残して、前記第１の向きと逆向きに互いに平行に前
   記第１のたわみ部の余部および前記柱状部の余部を除去
   して前記第１のたわみ部と異なる角度の第２のたわみ部
   を形成することを特徴とする圧力検出器の製造方法。
2. （２）請求項（１）において、前記部材の材料の除去は
   、放電加工により行なわれることを特徴とする圧力検出
   器の製造方法。
3. （３）請求項（２）において、前記放電加工は、互いに
   対向して同一方向に平行に突出する２つの突出部を有す
   る第１の電極を前記第１の向きに所定距離進行させ、次
   に、互いに対向して同一方向に突出するとともに前記突
   出部と異なる角度の２つの突出部を有する第２の電極を
   前記第２の向きに所定距離進行させることを特徴とする
   圧力検出器の製造方法。
4. （４）請求項（１）において、前記部材の材料の除去は
   、腐蝕加工により行なわれることを特徴とする圧力検出
   器の製造方法。
5. （５）請求項（４）において、前記腐蝕加工は、前記部
   材の第１の面を、前記第１の向きに材料を除去する除去
   断面形状と同一形状のパターンを除いて被覆し、かつ、
   前記部材の前記第１の面と対向する第２の面を、前記第
   ２の向きに材料を除去する除去断面形状と同一形状のパ
   ターンを除いて被覆し、このように被覆された前記部材
   を腐蝕液に含浸させて所定時間前記パターンに対応する
   部分を腐蝕させることを特徴とする圧力検出器の製造方
   法。
6. （６）請求項（１）において、前記部材の材料の除去は
   、砥粒加工により行なうことを特徴とする圧力検出器の
   製造方法。
7. （７）請求項（６）において、前記砥粒加工は、前記第
   １の向きに材料を除去する除去断面形状と同一形状の振
   動体を前記部材の第１の面と対向させ、この第１の面と
   前記振動体との間に砥粒を介在させて前記振動体を振動
   させて材料を除去し、次に、前記第２の向きに材料を除
   去する除去断面形状と同一形状の振動体を前記部材の前
   記第１の面と対向する第２の面に対向させ、この第２の
   面と前記振動体との間に砥粒を介在させて前記振動体を
   振動させて材料を除去することを特徴とする圧力検出器
   の製造方法。
8. （８）請求項（１）において、前記部材の材料の除去は
   、切削により行なわれることを特徴とする圧力検出器の
   製造方法。