JPH06275179A - 圧力スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異なる複数の設定圧力において動作可能な圧
力スイッチを提供する。 【構成】 耐熱性絶縁基板2と、耐熱性絶縁基板2の上面
2aに接合してなる半導体基板12とを備え、半導体基板12
の中央の第１肉厚部13の周囲に、半導体基板12を薄肉化
してなる第１弾性部14を設け、第１弾性部14の周囲に、
第１肉厚部13と略同じ厚みの第２肉厚部15を設け、第２
肉厚部15の周囲に、半導体基板12を薄肉化してなる第２
弾性部16を設け、第１肉厚部13と第２肉厚部15各々の下
面、及びこれらの下面に対向する耐熱性絶縁基板2の上
面2a各々に電極21〜23,6を設け、第２弾性部16は第１弾
性部14より大きな弾性限界を有し、第１肉厚部13と耐熱
性絶縁基板2との間の電極間隔は、第２肉厚部15と耐熱
性絶縁基板2との間の電極間隔より狭くなるように設定
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車、航空機、産
業用機械等に好適に用いられ、異なる複数の設定圧力に
おいて動作可能な圧力スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車、航空機、産業用機械等に
用いられる圧力スイッチとしては、シリコン結晶基板の
中央部を薄肉化してダイアフラム部（弾性部）とし、こ
のダイアフラム部を感圧部とした圧力スイッチが知られ
ている。図５は、上記のスイッチの一例を示すもので、
特に自動車の圧力警報システムに用いて好適な圧力スイ
ッチ１である。この圧力スイッチ１は、ガラス基板（耐
熱性絶縁基板）２の上面２ａに該上面２ａの面積より狭
い面積を有するシリコン（Ｓｉ）基板（半導体基板）３
が接合され、該Ｓｉ基板３の中央部に、両面から蝕刻し
てなる薄肉のダイアフラム部（弾性部）４が形成され、
このダイアフラム部４の下面の周辺を除く部分に複数の
電極５，５，…が等間隔に設けられ、前記上面２ａの前
記電極５，５，…と対向する位置に、平面状の電極６が
設けられ、さらに、前記上面２ａのＳｉ基板３が接合さ
れていない位置に、外部接続用の電極７が設けられた構
成である。

【０００３】この圧力スイッチ１においては、ダイアフ
ラム部４に上方から圧力Ｐが加わると、このダイアフラ
ム部４が該圧力Ｐに応じて弓型に弾性的に変位する。所
定の圧力以上の圧力Ｐが加わった場合に、該圧力Ｐの大
きさに応じてダイアフラム部４が弾性的に変位し、複数
の電極５，５，…のうちの幾つかが電極６に接すること
となる。したがって、これら電極５，５，…と電極６と
の間の抵抗が急激に低下し、その後圧力Ｐが増加すると
ともに該抵抗値も徐々に低下する。したがって、圧力Ｐ
の変化に基づく抵抗値の急激な変化を利用することによ
りスイッチングを行うことができる。図６は前記圧力ス
イッチ１の圧力と抵抗値の関係の一例を示す図である。
この圧力スイッチ１は、２桁以上抵抗値が変化するため
に良好なスイッチングを行うことができる。この圧力セ
ンサ１は、理想的な弾性体であるシリコン結晶基板を用
いているために、半導体プロセス技術をそのまま転用す
ることができ、多数の変位を経てもクリープしない等の
優れた特性を有し、自動車、産業用機械、その他様々な
分野で広く用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の圧力スイッチ１
においては、電極５，５，…と電極６との間の抵抗変化
によりスイッチングを行なっているので、スイッチとし
て動作する圧力は１点に限定されてしまい、複数の圧力
において動作することができないという欠点があった。
したがって、複数の圧力において動作させることが必要
な場合、設定圧力の異なる複数の圧力スイッチを設ける
必要があり、コストアップの一因になっていた。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、異なる複数の設定圧力において動作可能な
圧力スイッチを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な圧力スイッチを採用した。すなわ
ち、耐熱性絶縁基板と、該耐熱性絶縁基板の上面に接合
してなる半導体基板とを備え、該半導体基板の中央の第
１肉厚部の周囲に、該半導体基板を薄肉化してなる第１
弾性部を設け、該第１弾性部の周囲に、前記第１肉厚部
と略同じ厚みの第２肉厚部を設け、該第２肉厚部の周囲
に、該半導体基板を薄肉化してなる第２弾性部を設け、
前記第１肉厚部と第２肉厚部各々の下面、及びこれらの
下面に対向する前記耐熱性絶縁基板の上面、各々に電極
を設け、該第２弾性部は前記第１弾性部より大きな弾性
限界を有し、前記第１肉厚部と耐熱性絶縁基板との間の
電極間隔は、前記第２肉厚部と耐熱性絶縁基板との間の
電極間隔より狭くなるように設定したことを特徴として
いる。

【０００７】

【作用】この発明に係わる圧力スイッチに圧力が作用す
ると、半導体基板全体に上方から圧力が加わり、上記第
１弾性部及び第２弾性部はこの圧力の大きさに比例して
下方に変位し、同時に上記第１弾性部に隣接している第
１肉厚部と第２弾性部に隣接している第２肉厚部もそれ
ぞれ下方に変位する。ここで、所定の圧力以上の圧力が
加わった場合、その圧力が低圧であれば、前記第１肉厚
部の下面に設けられた電極が耐熱性絶縁基板の上面に設
けられた電極に接し、これら電極間の抵抗が急激に低下
する。したがって、圧力の変化に基づく抵抗値の急激な
変化を利用することによりスイッチングを行うことがで
きる。また、その圧力が前記の圧力に比して高圧であれ
ば、さらに、前記２肉厚部の下面に設けられた電極が耐
熱性絶縁基板の上面に設けられた電極に接し、これら電
極間の抵抗が急激に低下する。したがって、これら電極
間の抵抗は更に低下することとなり、この圧力の変化に
基づく抵抗値の急激な変化を利用することにより、再度
スイッチングを行うことができる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例の圧力スイッチ１１
を示す正断面図であり、図２は該圧力スイッチ１１のシ
リコン（Ｓｉ）基板（半導体基板）１２の下面図であ
る。なお、図１及び図２において図５と同一の構成要素
には同一の符号が付してある。この圧力スイッチ１１
は、ガラス基板２の上面２ａに該上面２ａの面積より狭
い面積を有するシリコン（Ｓｉ）基板（半導体基板）１
２が接合され、該Ｓｉ基板１２の中央部の方形状の中央
肉厚部（第１肉厚部）１３の周囲に該Ｓｉ基板１２を薄
肉化してなるロの字型の第１ダイアフラム部（第１弾性
部）１４が設けられ、該第１ダイアフラム部１４の周囲
に前記中央肉厚部１３と略同じ厚みのロの字型の第２肉
厚部１５が設けられ、該第２肉厚部１５の周囲に該Ｓｉ
基板１２を薄肉化してなるロの字型の第２ダイアフラム
部（第２弾性部）１６が設けられ、前記中央肉厚部１３
の下面にはロの字型の電極２１が、また、第２肉厚部１
５の下面にはロの字型の電極２２，２３がそれぞれ設け
られ、一方、ガラス基板２の上面２ａには、前記電極２
１〜２３と対向する面に、平面状の電極６が設けられ、
さらに、前記上面２ａのＳｉ基板１２が接合されていな
い位置に、外部接続用の電極７が設けられている。

【０００９】そして、前記第２ダイアフラム部１６は第
１ダイアフラム部１４より大きな弾性限界を有するもの
とされ、電極２１と電極６との間隔は、電極２２，２３
と電極６との間隔より僅かに狭くなるように設定されて
いる。

【００１０】この圧力スイッチ１１の２つの設定圧力
は、例えば、前記第１ダイアフラム部１４及び第２ダイ
アフラム部１６それぞれの弾性限界を変えたり、また
は、電極２１と電極６との間隔、電極２２，２３と電極
６との間隔をそれぞれ変えることにより、様々な設定圧
力に変更可能である。

【００１１】この圧力スイッチ１１においては、外方か
ら圧力が作用すると、Ｓｉ基板１２全体に上方から圧力
が加わり、前記第１ダイアフラム部１４及び第２ダイア
フラム部１６はこの圧力の大きさに比例して下方に変位
し、同時に前記第１ダイアフラム部１４に隣接している
中央肉厚部１３と第２ダイアフラム部１６に隣接してい
る第２肉厚部１５もそれぞれ下方に変位する。

【００１２】ここで、所定の圧力以上の圧力が加わった
場合、その圧力が低圧であれば、前記中央肉厚部１３の
下面の電極２１が、ガラス基板２の上面２ａの電極６に
接し、これら電極２１，６間の抵抗が急激に低下する。
したがって、圧力の変化に基づく抵抗値の急激な変化を
利用することによりスイッチングを行うことができる。
また、その圧力が前記の圧力に比して高圧であれば、
さらに、前記２肉厚部１５の下面の電極２２，２３がガ
ラス基板２の上面２ａの電極６に接し、電極２２，２３
と電極６との間の抵抗が急激に低下する。したがって、
電極２２，２３と電極６との間の抵抗は更に低下するこ
ととなり、この圧力の変化に基づく抵抗値の急激な変化
を利用することにより、再度スイッチングを行うことが
できる。

【００１３】図３は前記圧力スイッチ１１の圧力と抵抗
値の関係の一例を示す図である。この圧力スイッチ１１
は、２度抵抗値が急激に変化するために、２つの設定圧
力において動作可能であり、良好なスイッチングを行う
ことができる。

【００１４】以上説明した様に、前記圧力スイッチ１１
によれば、ガラス基板２の上面２ａに接合されたＳｉ基
板１２に、中央肉厚部１３、第１ダイアフラム部１４、
第２肉厚部１５、第２ダイアフラム部（第２弾性部）１
６を設け、中央肉厚部１３の下面に電極２１を、第２肉
厚部１５の下面に電極２２，２３を、ガラス基板２の上
面２ａに電極６をそれぞれ設け、前記第２ダイアフラム
部１６は第１ダイアフラム部１４より大きな弾性限界を
有するとし、電極２１と電極６との間隔は、電極２２，
２３と電極６との間隔より僅かに狭くなるように設定し
たので、異なる２つの設定圧力においてスイッチングを
行うことができ、したがって、従来のように設定圧力の
異なる２つの圧力スイッチを設ける必要がなくなり、小
型化、省スペース、コストダウンが可能等の優れた効果
を奏することができる。

【００１５】また、この圧力スイッチ１１の２つの設定
圧力は、前記第１ダイアフラム部１４及び第２ダイアフ
ラム部１６それぞれの弾性限界を変えたり、または、電
極２１と電極６との間隔、電極２２，２３と電極６との
間隔をそれぞれ変えることにより、様々な設定圧力に変
更可能であるので、設定圧力の異なる多種類の圧力スイ
ッチを容易に得ることができる。

【００１６】図４は前記圧力スイッチ１１の変形実施例
を示す下面図である。この圧力スイッチ３１は、円板状
のＳｉ基板３２の中央部の円筒状の中央肉厚部（第１肉
厚部）３３の周囲に該Ｓｉ基板３２を薄肉化してなる環
状の第１ダイアフラム部（第１弾性部）３４が設けら
れ、該第１ダイアフラム部３４の周囲に前記中央肉厚部
３３と略同じ厚みの環状の第２肉厚部３５が設けられ、
該第２肉厚部３５の周囲に該Ｓｉ基板３２を薄肉化して
なる環状の第２ダイアフラム部（第２弾性部）３６が設
けられ、前記中央肉厚部３３の下面には環状の電極４１
が、また、第２肉厚部３５の下面には環状の電極４２，
４３がそれぞれ設けられ、一方、図示しないガラス基板
の上面には、前記電極４１〜４３と対向する面に、円板
状の電極が設けられ、さらに、外部接続用の電極が設け
られた構成である。この圧力スイッチ３１においても、
上記実施例の圧力スイッチ１１と同様の作用・効果を奏
することができる。

【００１７】なお、本実施例の圧力スイッチ１１，３１
では、設定圧力を２点としたが、肉厚部とダイアフラム
部の数を増加することにより、３点以上の設定圧力にお
いてスイッチングを行うことができる圧力スイッチを得
ることも可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の圧力スイッ
チによれば、耐熱性絶縁基板と、該耐熱性絶縁基板の上
面に接合してなる半導体基板とを備え、該半導体基板の
中央の第１肉厚部の周囲に、該半導体基板を薄肉化して
なる第１弾性部を設け、該第１弾性部の周囲に、前記第
１肉厚部と略同じ厚みの第２肉厚部を設け、該第２肉厚
部の周囲に、該半導体基板を薄肉化してなる第２弾性部
を設け、前記第１肉厚部と第２肉厚部各々の下面、及び
これらの下面に対向する前記耐熱性絶縁基板の上面、各
々に電極を設け、該第２弾性部は前記第１弾性部より大
きな弾性限界を有し、前記第１肉厚部と耐熱性絶縁基板
との間の電極間隔は、前記第２肉厚部と耐熱性絶縁基板
との間の電極間隔より狭くなるように設定したので、異
なる２つの設定圧力においてスイッチングを行うことが
でき、したがって、従来のように設定圧力の異なる２つ
の圧力スイッチを設ける必要がなくなり、小型化、省ス
ペース、コストダウンが可能等の優れた効果を奏するこ
とができる。

【００１９】また、この圧力スイッチの２つの設定圧力
は、前記第１弾性部及び前記第２弾性部各々の弾性限界
を変えたり、また、前記第１肉厚部と耐熱性絶縁基板と
の間の電極間隔、前記第２肉厚部と耐熱性絶縁基板との
間の電極間隔をそれぞれ変えることにより、様々な設定
圧力に変更可能であるので、設定圧力の異なる多種類の
圧力スイッチを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の圧力スイッチを示す正断
面図である。

【図２】 本発明の一実施例の圧力スイッチのＳｉ基板
を示す下面図である。

【図３】 本発明の一実施例の圧力スイッチの圧力と抵
抗値の関係の一例を示す図である。

【図４】 本発明の圧力スイッチの変形実施例のＳｉ基
板を示す下面図である。

【図５】 従来の圧力スイッチを示す正断面図である。

【図６】 従来の圧力スイッチの圧力と抵抗値の関係の
一例を示す図である。

【符号の説明】

１１…圧力スイッチ、２…ガラス基板（耐熱性絶縁基
板）、２ａ…上面、６，７…電極、１２…Ｓｉ基板（半
導体基板）、１３…中央肉厚部（第１肉厚部）、１４…
第１ダイアフラム部（第１弾性部）、１５…第２肉厚
部、１６…第２ダイアフラム部（第２弾性部）、２１〜
２３…電極、３１…圧力スイッチ、３２…Ｓｉ基板（半
導体基板）、３３…中央肉厚部（第１肉厚部）、３４…
第１ダイアフラム部（第１弾性部）、３５…第２肉厚
部、３６…第２ダイアフラム部（第２弾性部）、４１〜
４３…電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐熱性絶縁基板と、 該耐熱性絶縁基板の上面に接合してなる半導体基板とを
   備え、 該半導体基板の中央の第１肉厚部の周囲に、該半導体基
   板を薄肉化してなる第１弾性部を設け、 該第１弾性部の周囲に、前記第１肉厚部と略同じ厚みの
   第２肉厚部を設け、 該第２肉厚部の周囲に、該半導体基板を薄肉化してなる
   第２弾性部を設け、 前記第１肉厚部と第２肉厚部各々の下面、及びこれらの
   下面に対向する前記耐熱性絶縁基板の上面、各々に電極
   を設け、 該第２弾性部は前記第１弾性部より大きな弾性限界を有
   し、 前記第１肉厚部と耐熱性絶縁基板との間の電極間隔は、
   前記第２肉厚部と耐熱性絶縁基板との間の電極間隔より
   狭くなるように設定したことを特徴とする圧力スイッ
   チ。