JPH0618343A - 圧力変換素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、金属製ダイアフラムの圧力変換素
子で、大量生産に適し、かつ大幅なコストダウンを実現
できる新規な圧力変換素子を提案せんとするもので、こ
のようにしてできた圧力変換素子を圧力センサとして使
用することを目的とするもである。 【構成】 ダイアフラムとなる金属製の基材の平板６を
両面よりホトエッチングし、更に同時に片面よりダイア
フラム５を形成するためにエッチングを行い、その後に
絶縁膜及び歪ゲージを形成するもので、ダイアフラムの
板厚が母材金属の板厚の１／２となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】自動車等の油圧機器における油圧
検出を初めとして、様々な流体圧力の測定に利用できる
圧力変換素子の製造方法及びその圧力変換素子を使用し
た圧力センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来技術より、ダイアフラム上に歪ゲー
ジを形成し、圧力によるダイアフラムの歪みを電気信号
に変換して圧力を検知する素子（以下圧力変換素子とい
う）として、Ｓｉダイアフラム上に歪ゲージとしての拡
散抵抗を形成したものや、表面を絶縁処理した金属、あ
るいはガラス等のダイアフラム上にスパッタリング等に
よって歪ゲージを形成したものが良く知られている。こ
うした圧力変換素子の一つとして例えば実開平２−８９
３３９号には金属ダイアフラムを用いた圧力変換素子が
記載されている。

【０００３】以下、この実開平２−８９３３９号公報に
開示されている圧力変換素子の構成要素としての金属ダ
イアフラムを第３図および第４図に基づいて説明する
と、第３図は金属ダイアフラムを使用した圧力変換素子
の縦断面であり、第４図は同圧力変換素子のダイアフラ
ムとそのダイアフラムを固定するための固定部材の分解
断面図である。

【０００４】第３、４図において、２０は金属製ダイア
フラムであり、ダイアフラム２０は中央部に薄肉の変形
部２２が形成され、その表面にはアモルファス金属で構
成された歪ゲージ２３が装着され、これらによって圧力
変換素子が構成されている。

【０００５】歪ゲージ２３は図示しない４つの検出部を
備え、各々の検出部が変形部２２の厚み方向の撓みに対
して、圧縮または引張方向の応力を受け、それを抵抗値
の変化として検出するようになっている。また、ダイア
フラム２０の一端面には、端子板３５が固着され、該端
子板の各電極がダイアフラム２０上の歪ゲージ２３の各
端子と電気的に接続されている。ダイアフラム２０は環
状に形成された固定部材３０によってケーシング１５に
固定されている。

【０００６】この金属製ダイアフラムを使用した圧力変
換素子は以上のように構成され、ケーシングに固定され
ているため、圧力導入ポート１８から流入した流体によ
り、ダイアフラム２０の変形部２２が圧力を受けると、
この圧力を受けてダイアフラム２０の変形部２２がたわ
み、その歪みが歪ゲージ２３によって電気信号に変換さ
れ、圧力が検出されるようになっている、ところで、こ
の種の圧力変換素子は、種々の利用形態があるものの、
高い信頼性が必要とされるものに対しては、強度の点や
耐久性等の点からやはり金属製ダイアフラムが敵してい
るとされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の金属製ダイアフラムは、金属ダイアフラムを１品ずつ
切削加工した後に歪ゲージをダイアフラム部に形成する
ため大量生産に不向きであり、従ってコストも高くなる
という欠点を有している。さらに、一品生産であるた
め、Ｓｉウエハーを用いた半導体式ダイアフラムのよう
に一度に多数のダイアフラムを同時に製造することが出
来ず、このためダイアフラムの多数個取が出来ないと言
う問題点があった。又歪ゲージをスパッタリング等の薄
膜で形成しようとする場合、性能を確保するために成膜
面の面祖度をＲｚ０．１μｍ程度まで高めることが必要
となり大きなコストアップを招くという問題点もあっ
た。

【０００８】そこで本発明は、上記欠点を解消し、金属
製ダイアフラムの圧力変換素子であってもその構造及び
製造方法を工夫することで大量生産に敵し、かつ大幅な
コストダウンを実現できる新規な圧力変換素子を提案せ
んとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の技術的手段は次のようである。

【００１０】金属製基材の手板上に絶縁膜及び歪ゲージ
膜を有し、ホトエッチングによりパターン化した歪ゲー
ジを有する圧力変換素子に於いて、金属母材のホトエッ
チング加工方法として、金属母材のエッチング時に周囲
を両側からエッチングすると同時に、ダイアフラム部は
片側からエッチング加工して製造し、更に前記周囲のエ
ッチング終了時間でエッチングを管理することにより、
ダイアフラム部の板厚が金属母材の約１／２の厚みを有
するものである。

【００１１】

【作用】金属母材６の両面よりホトエッチングした部分
が貫通した時点でエッチングをストップすれば、ダイア
フラムは片側からエッチングすることにより板厚は母材
の板厚の約１／２となり、その次に絶縁膜及び歪ゲージ
膜を成膜し、その後分離することにより圧力変換素子が
製造できる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

【００１３】第１図は本発明に係る圧力変換素子を用い
た圧力センサの側断面図であり、第２図は本発明に係る
圧力変換素子の製造工程図である。

【００１４】第１図において、２は金属ダイアフラム、
３は絶縁層、４は歪ゲージであり、これらによって圧力
変換素子が形成されている。そして、この圧力変換素子
を測定圧力に対して十分な剛体とみなせる支持体６上に
接着剤１で取りつけることにより、圧力センサが形成さ
れている。圧力変換素子を構成する前記金属ダイアフラ
ム２上には絶縁層３を介して歪ゲージ４が配置されてい
る。金属ダイアフラム２上の歪ゲージ４が配置された部
分に相当する金属ダイアフラム２の板厚は圧力が加えら
れた際、変形して歪みを生ずる様、変形部５としての機
能を奏するべく薄く形成されている。

【００１５】前記変形部５の板厚は最大１ｍｍ程度と
し、又測定範囲で最大の圧力がかかった場合でもダイア
フラム２の変形部５が支持体６に接触しない程度の変形
量で押さえられるようになっている。ダイアフラム上に
形成される絶縁層３及び歪ゲージ４については市販の歪
ゲージを接着しても良いが、精度を上げるにはスパッタ
リング等の成膜技術により絶縁膜、及び歪ゲージ膜を成
膜してホトエッチングにより歪ゲージをパターン化する
のが良い。実施例では、スパッタリングにより二酸化硅
素及びニクロム合金膜を成膜し、これをパターニングし
て歪ゲージを形成した。圧力センサは前記圧力変換素子
を支持体６に樹脂の接着剤１を用いて接合して構成され
ているが、支持体６への圧力変換素子の接合は低融点ガ
ラス等の無機材料又はろう付け材料を使用することもで
きる。

【００１６】第２図に示す製造過程に於て、金属平板
（支持体）６（第２図ａに示す）の両面をホトエッチン
グによりエッチング加工を行い同時にダイアフラム部も
片面よりエッチングを行いダイアフラム５を形成する。
この場合両面よりのエッチングにより５ａ及び５ｂ部が
貫通した時点でエッチングをストップすればダイアフラ
ムの板厚は母材板厚の１／２ｔとなる。この場合の時間
管理を精度良く行えばダイアフラムの板厚１／２ｔが容
易に然も正確に形成できる（第２図中ｂ工程）。

【００１７】第２図ｂの平面拡大図の一部を第２図ｄに
示す。これにより５ａ，５ｂはエッチングされた部分で
５ａ１，５ａ２，・・・は両隣のダイアフラムが僅かに
続いているところを示す。

【００１８】次に前記ダイアフラムを形成した基材の平
板上６に絶縁膜３及び歪ゲージ４を形成する（第２図中
ｃ工程）。

【００１９】次にダイアフラムの分離を行い、圧力変換
素子を製造する。

【００２０】この様にして作製した圧力変換素子は、例
えば第５図の構成で圧力センサとすることができる。

【００２１】ここではポート７より導入された圧力がシ
リコンオイル８を介して圧力変換素子９に伝達される。
圧力変換素子の出力は回路部１０で増幅され外部に出力
される。シールダイアフラム１１はセンサ内部と外部を
隔絶しつつ、圧力を伝達する役割をはたしている。

【００２２】以上説明した圧力変換素子及びその製造方
法は、（１）金属平板をエッチング加工することにより
ダイアフラムを形成すること、（２）金属製ダイアフラ
ムの厚さは母材金属の板厚の１／２となるという特徴で
ある。

【００２３】この２点を従来技術と比較すると、上記
（１）の点については、従来技術では１品ずつ切削加工
してダイアフラムを形成しているのに対し、本発明では
平板をエッチング加工するため１枚の平板から多数のダ
イアフラム作製が可能であり、更に従来例ではゲージを
形成する面を研磨して面粗度をＲｚ０．１μｍ程度まで
高めることが必要であったが、本発明の例においては、
ダイアフラムの母材として金属平板を使用するため、市
販品で面粗度の良いものが入手可能であり、従って、ゲ
ージ形成面の研磨工程を省くことが出来る。

【００２４】また（２）の点についてはエッチングの時
間を精度良く管理することによりダイアフラム部の板厚
が母材の１／２となり最も好ましい板厚のダイアフラム
が容易に形成できるもので、大量生産に好適な方法であ
る。

【００２５】第６図は圧力変換素子のダイアフラム部の
出力と圧力との関係を示すもので（ａ）は従来技術によ
り製造されたもの、（ｂ）は本発明の方法にて製造した
もので、本発明による方法にて大量生産した場合には、
その品質のバラツキが極めて少ないものである。

【００２６】以上の様な理由により、本発明の圧力変換
素子は従来技術に比べ生産性が高く、コストを大幅に低
減することが可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上、詳細に述べた如く本発明によれ
ば、 （１）ダイアフラムの多数個取り生産が可能であり、生
産性が非常に優れる。

【００２８】（２）部品（ダイアフラム）の構造が比較
的単純でその加工費が安い。

【００２９】（３）ダイアフラムの構造が単純でホトエ
ッチング加工するため小型化が可能である。

【００３０】（４）圧力変換素子の構成要素の一つであ
るダイアフラムの脚部を支持台に接着することにより、
一つの圧力センサを構成するため、圧力センサの支持射
を適宜手段で測定個所に取りつけるだけで簡単に圧力測
定が可能になる。

【００３１】等々の優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例である圧力変換素子を用いた
圧力センサの断面構造を示す図である。

【図２】第１図に示した圧力変換素子のダイアフラム部
製造工程を示した図である。

【図３】従来技術の圧力センサの縦断面図である。

【図４】従来例の圧力変換素子のダイアフラムとそのダ
イアフラムを固定するための固定部材の分解断面図であ
る。

【図５】本発明の圧力変換素子を圧力センサに応用した
図。

【図６】圧力変換素子の出力と圧力との関係を示す図で
（ａ）は従来例のもの、（ｂ）は本発明の方法で製造し
たものである。

【符号の説明】

１ 接着剤 ２ 金属ダイアフラム ３ 絶縁層 ４ 歪ゲージ ５ 変形部 ６ 金属平板 １０ ケーシング（ケーシング部材） ２０ ダイアフラム（検出部材） ３０ 固定部材 ３５ 端子板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製基材の平板上に絶縁膜及び歪ゲー
   ジ膜を有し、ホトエッチングによりパターン化した歪ゲ
   ージを有する圧力変換素子に於いて、前記金属製基材の
   ホトエッチング加工方法として、金属製基材のエッチン
   グ時に周囲を両側からエッチングすると同時に、ダイア
   フラム部は片側からエッチング加工した圧力変換素子の
   製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に示す金属製基材のホトエッチ
   ング加工により、周囲のエッチング終了時間でエッチン
   グを管理することにより、ダイアフラム部の板厚が金属
   製基材の板厚の約１／２の厚みを有することを特徴とす
   る圧力変換素子。