JPH07167724A

JPH07167724A - 圧力検出方法及び圧力検出器

Info

Publication number: JPH07167724A
Application number: JP34259493A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Sakata; 芳孝坂田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1993-12-13
Filing date: 1993-12-13
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】大きな圧力化においても精度よく圧力変化を
検出できる差圧式の加速度検出器を提供する。【構成】ダイアフラム１３の上面と補助基板１４との
間には第１の圧力導入路１５が形成され、ダイアフラム
１３の下面と補助基板１４との間には第２の圧力導入路
１６が形成されている。主基板１１の上面には第１の圧
力導入室１５を外部に連通させるための第１の圧力導入
路１６が蛇腹状に形成し、主基板１１の下面には第２の
圧力導入路１８を真っ直ぐに形成する。第１の圧力導入
室１５には第２の圧力導入室１６よりも遅れて圧力がか
かるので、例えば圧力が増大している場合には、第２の
圧力導入室１６側の圧力が大きくなってダイアフラム１
３が変形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力検出方法及び圧力検
出器に関する。具体的にいうと、本発明は、薄板構造体
を有する圧力検出器、いわゆるダイアフラム式の圧力検
出器による圧力検出方法と当該圧力検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に示すものは相対圧検出方式の従来
の圧力検出器Ａの測定原理図である。圧力検出器Ａは薄
板構造体であるダイアフラム１を備えており、ダイアフ
ラム１の一方の面には基準圧力Ｐ₀が導入され、他方の
面には測定圧力Ｐが導入されている。測定圧力Ｐと基準
圧力Ｐ₀との差圧（Ｐ−Ｐ₀）によるダイアフラム１の変
位（撓み）は、静電容量検出方式や歪検出方式等によっ
て検出され、さらに、測定圧力Ｐと基準圧力Ｐ₀との差
圧（Ｐ−Ｐ₀）から測定圧力が求められる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方式の圧力検出器Ａにあっては、圧力検出部である
ダイアフラム１に基準圧力Ｐ₀と比べて著しく大きな差
のある測定圧力Ｐが加わる場合には、ダイアフラム１の
破壊を防ぐため、極めて板厚の厚いダイアフラム１を用
いる必要があり、圧力感度が著しく低下するという問題
があった。特に、基準圧力Ｐ₀に比べて大きな圧力環境
下に置かれた場合には、長時間ダイアフラム１に大きな
差圧が加わり、ダイアフラム１が大きく変形した状態に
保たれる。

【０００４】このため、従来の圧力検出器Ａにあって
は、基準圧力に対して著しく差のある一定圧力下におけ
る微小圧力変化を検出することが極めて困難で、圧力検
出範囲が制限されていた。

【０００５】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、任意の一定
圧力下における微小圧力変化を検出することができるよ
うにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力検出方法
は、圧力検出部として働く薄板構造体を設け、当該薄板
構造体の両面に測定しようとする圧力を時間差を持たせ
て導き、薄板構造体によって前記測定圧力の圧力変化を
検出させるようにしたことを特徴としている。

【０００７】本発明の第１の圧力検出器は、圧力検出部
として働く薄板構造体の両面にそれぞれ圧力導入空間を
形成し、両圧力導入空間に測定しようとする圧力を導入
するための圧力導入部を設け、両圧力導入部の導圧抵抗
を異ならせたことを特徴としている。

【０００８】本発明の第２の圧力検出器は、圧力検出部
として働く薄板構造体の両面にそれぞれ圧力導入空間を
形成し、一方の圧力導入空間に測定しようとする圧力を
導入するための圧力導入部を設け、両圧力導入空間を適
当な導圧抵抗を有する連通路を通じて連通させたことを
特徴としている。

【０００９】本発明の第３の圧力検出器は、圧力検出部
として働く薄板構造体の両面にそれぞれ圧力導入空間を
形成し、両圧力導入空間に測定しようとする圧力を導入
するための圧力導入部を設け、両圧力導入空間の容積を
互いに異ならせたことを特徴としている。

【００１０】本発明の第４の圧力検出器は、圧力検出部
として働く薄板構造体の両面にそれぞれ圧力導入空間を
形成し、両圧力導入空間に測定しようとする圧力を導入
するための圧力導入部を設け、両圧力導入空間のうち一
方もしくは両方に液体もしくは粘度の異なる液体を充填
させたことを特徴としている。

【００１１】これらの圧力検出器においては、少なくと
も１つの前記圧力導入部の開口断面積が、導入された圧
力によって変化するようにできる。また、少なくとも１
つの前記圧力導入部の少なくとも一部を変形可能な構造
とし、当該変形可能となった部分及びその対向部分にそ
れぞれ静電力を発生させるための電極を設けてもよい。

【００１２】また、上記圧力検出器においては、薄板構
造体を有する主基板の表面に補助基板を接合し、圧力導
入空間と外部とを結ぶようにして主基板の表面に形成さ
れた溝条によって主基板と補助基板との間に前記圧力導
入部を形成することができる。あるいは、薄板構造体を
有する主基板の表面に薄膜を介して補助基板を接合し、
圧力導入空間と外部とを結ぶようにして前記薄膜を部分
的に除去し、当該薄膜の除去部分によって主基板と補助
基板との間に前記圧力導入部を形成することもできる。
さらには、薄板構造体を有する主基板の表面に圧力導入
空間と外部とを結ぶようにして部分的に薄膜を形成し、
当該薄膜を介して主基板の表面に補助基板を接合し、前
記薄膜の側縁に沿って生じた補助基板と主基板との間の
隙間によって前記圧力導入部を形成することもできる。
この場合には、前記補助基板や前記薄膜として、容易に
変形可能な材料を用いるとよい。

【００１３】上記圧力検出器においては、圧力導入部の
全体もしくは一部の幅を調整することにより圧力導入部
の導圧抵抗を調整可能にできる。あるいは、圧力導入部
の全体もしくは一部の深さを調整することにより圧力導
入部の導圧抵抗を調整可能にもできる。

【００１４】また、複数の圧力導入部を互いに並列に形
成し、これらの圧力導入部のうちの一部を選択的に塞い
でもよい。あるいは、圧力導入空間と外部とを連通させ
ない圧力導入補助部を１本ないし複数本設け、当該圧力
導入補助部の必要数を選択的に圧力導入室と外部とに連
通させてもよい。あるいは、圧力導入部を短絡させて圧
力導入部の導圧抵抗を減少させるためのバイパス部を設
けてもよい。

【００１５】

【作用】本発明の圧力検出方法は、薄板構造体の両面に
時間差を持たせて導入した測定圧力から測定圧力の圧力
変化を検出するようにしているので、時間的な圧力変化
がない場合には薄板構造体の両面に圧力差が発生しな
い。また、圧力が変化した場合には、薄板構造体の両面
に圧力伝達時間差による圧力差が発生し、この圧力差を
検出することができる。しかも、この圧力差は同じ測定
圧力が時間差を持って導かれたものであるので、大きな
圧力差とならない。また、測定圧力はこの圧力差の変化
を連続的に測定することにより求めることができる。

【００１６】従って、本発明によれば、任意の圧力下に
おいて（特に、大きな圧力下においても）微小圧力変化
を検出することができ、広い範囲の圧力ないし圧力変動
を検出することができる。

【００１７】このためには、例えば薄板構造体の両面の
圧力導入空間に測定圧力を導入する圧力導入部の導圧抵
抗を異ならせることにより、圧力伝達時間を異ならせ、
薄板構造体の両面に圧力差を発生させることができる。

【００１８】あるいは、両圧力導入空間を適当な導圧抵
抗を有する連通路を通じて連通させれば、一方の圧力導
入空間に伝達された圧力が連通路を通じて他方の圧力導
入空間に伝わる際、圧力伝達時間の違いによる時間差が
発生する。

【００１９】また、両圧力導入空間の容積を互いに異な
らせておけば、圧力導入空間内の流体を通じて薄板構造
体の表面に圧力が伝達する時間が異なるので、薄板構造
体の両面で圧力伝達時間を異ならせることができる。

【００２０】また、一方の圧力導入空間に液体を充填さ
せることにより、あるいは両圧力導入空間に粘度の異な
る液体を充填させることにより、薄板構造体の両面で圧
力伝達時間を異ならせることができる。

【００２１】

【実施例】図２（ａ）は本発明の一実施例による圧力検
出器Ｂを示す断面図、図２（ｂ）はその主基板１１を示
す平面図である。主基板１１は導電性を有するシリコン
基板にマイクロマシニング技術を適用して構成されたも
のであって、厚肉のフレーム１２の中央部に薄肉のダイ
アフラム１３が一体に形成されている。主基板１１の上
下両面にはそれぞれガラス基板等からなる補助基板１４
が接合されており、ダイアフラム１３の上面と補助基板
１４との間には第１の圧力導入室１５が形成され、ダイ
アフラム１３の下面と補助基板１４との間にも第２の圧
力導入室１６が形成されている。さらに、主基板１１の
上面には第１の圧力導入室１５と外部とを連通させて第
１の圧力導入室１５へ測定圧力Ｐを導入するための第１
の圧力導入路１７が凹設されており、主基板１１の下面
には第２の圧力導入室１６と外部とを連通させて第２の
圧力導入室１６へ測定圧力Ｐを導入するための第２の圧
力導入路１８が凹設されている。第１の圧力導入路１７
は蛇行していて直線状の第２の圧力導入路１８よりも管
路長が長く、しかも第１の圧力導入路１７の開口断面積
は第２の圧力導入路１８よりも狭くなっており、第１の
圧力導入路１７の導管抵抗（導圧抵抗）は第２の圧力導
入路１８の導管抵抗よりも高くなっている。また、上の
補助基板１４の下面にはダイアフラム１３と対向させて
金属薄膜からなる固定電極１９が設けられており、ダイ
アフラム１３はそれ自身可動電極２０となっており、ダ
イアフラム１３の変位量（撓み量）は固定電極１９と可
動電極２０の間の静電容量の変化に応じた電気信号とし
て出力される。

【００２２】このような構造の圧力検出器Ｂにあって
は、基準圧力を必要とせず、両圧力導入室１５，１６を
いずれも外部と連通させているので、外部の測定圧力Ｐ
が一定で変動していない場合には、ダイアフラム１３の
両面の圧力が等しくて差圧が発生しない。このため、図
３（ａ）に示すように、大きな圧力環境下に置かれた場
合でも、ダイアフラム１３は変形せず、薄いダイアフラ
ム１３を用いることができる。

【００２３】また、この圧力検出器Ｂにあっては、第１
及び第２の圧力導入路１７，１８の導管抵抗が異なって
いるので、外部の測定圧力Ｐ＝Ｐ（ｔ）が時間的に変化
している場合には、ダイアフラム１３の両面に等しい圧
力を導くことができず、時間的な遅れのために差圧が発
生する。例えば、第２の圧力導入路１８の導管抵抗は十
分に小さく、第２の圧力導入室１６内の圧力が外部の測
定圧力Ｐ（ｔ）に等しいが、第１の圧力導入路１７の導
管抵抗のために第１の圧力導入室１５内の圧力は外部の
測定圧力Ｐ（ｔ）よりもΔｔ（＞０）だけ遅れて変化
し、第１の圧力導入室１５内の圧力はＰ（ｔ−Δｔ）で
表わせるとすると、ダイアフラム１３には差引き、 ΔＰ＝Ｐ（ｔ）−Ｐ（ｔ−Δｔ） ≒（ΔＰ／Δｔ）Δｔ … で表わされる差圧ΔＰが働く。いま、測定圧力Ｐ（ｔ）
が増加しているとすると、この差圧ΔＰ（＞０）のため
にダイアフラム１３は図３（ｂ）に示すように第１の圧
力導入室１５側へ撓む。しかして、このダイアフラム１
３に働いている差圧ΔＰは可動電極２０と固定電極１９
の間の静電容量の変化として検出することができるの
で、この圧力検出器Ｂによれば、測定圧力Ｐを直接測定
することはできないが、圧力変化（ΔＰ／Δｔ）として
検出することができる。また、このようにして圧力変化
（ΔＰ／Δｔ）を検出できれば、この圧力変化を積算す
ることにより、あるいは積分回路等によって積分するこ
とにより圧力の値として出力させることもできる。しか
も、このような圧力検出器Ｂにあっては、ダイアフラム
１３の両面には一定の時間遅れによる差圧が加わるだけ
であるので、大きな差圧が加わることがなく、圧力変動
時にもダイアフラム１３には大きな変形が発生せず、薄
いダイアフラム１３を用いることができる。なお、上記
遅延時間Δｔは各圧力導入路１７，１８の導管抵抗によ
って調整することができる。

【００２４】従って、このような原理による圧力検出器
Ｂを用いると、小さな圧力から大きな圧力まで広い範囲
にわたって微小圧力変動を高精度に検出することができ
る。

【００２５】図４（ａ）は本発明の別な実施例による圧
力検出器Ｃを示す断面図、図４（ｂ）はその主基板１１
の平面図である。この圧力検出器Ｃの主基板１１下面の
一方端部には、第２の圧力導入室１６と外部とを連通さ
せて第２の圧力導入室１６へ測定圧力Ｐを導入するため
の第２の圧力導入路１８が直線状に凹設されている。ま
た、主基板１１の他方端部には主基板１１の上面と下面
とを連通させるスルーホール２１が穿孔されており、主
基板１１の上面には第１の圧力導入室１５とスルーホー
ル２１を結ぶ蛇行路２２が凹設され、主基板１１の下面
にはスルーホール２１と第２の圧力導入室１６とを結ぶ
蛇行路２２が凹設されており、スルーホール２１と両蛇
行路２２によって第１の圧力導入室１５と第２の圧力導
入室１６を結ぶ圧力連通路２３が形成されている。

【００２６】しかして、この圧力検出器Ｃにあっては、
外部の圧力Ｐ（ｔ）は第２の圧力導入路１８を介して第
２の圧力導入室１６に導かれている。いま、第２の圧力
導入路１８の導管抵抗が十分に小さいとすると、第２の
圧力導入室１６内の圧力もＰ（ｔ）となる。また、第１
の圧力導入室１５の圧力は圧力連通路２３を介して第１
の圧力導入室１５へ導かれている。この場合も圧力連通
路２３の導管抵抗によって第１の圧力導入室１５の圧力
が第２の圧力導入室１６の圧力Ｐ（ｔ）よりもΔｔだけ
遅れるとすると、ダイアフラム１３には図２の実施例と
同様、上記式で表わされる差圧が働くことになる。従
って、この実施例においても、図２の圧力検出器Ｃと同
様な作用効果を達成することができる。

【００２７】図５（ａ）は本発明のさらに別な実施例に
よる圧力検出器Ｄを示す断面図、図５（ｂ）は図５
（ａ）のＸ−Ｘ線断面における一部拡大図、図５（ｃ）
はその主基板１１を示す下面図である。この圧力検出器
Ｄにおいては、ダイアフラム１３の下面の圧力導入口１
８ａが大きく開口されており、下面の第２の圧力導入室
１６は外部に開放されている。また、ダイアフラム１３
の上面と上の補助基板１４との間に形成された第１の圧
力導入室１５は主基板１１の上面に形成された第１の圧
力導入路１７によって外部と連通させられており、この
第１の圧力導入路１７は適当な導管抵抗を有している。
さらに、主基板１１の下面には第１の圧力導入路１７の
下方において空洞部２４が形成されており、第１の圧力
導入路１７と空洞部２４との間には第１の圧力導入路１
７と空洞部２４間の圧力差を感知して変形する薄膜部２
５が形成されており、空洞部２４は主基板１１の下面に
形成された高導管抵抗の第３の圧力導入路２６を通して
外部と連通している（空洞部２４と第２の圧力導入室１
６とは連通していない）。この高導管抵抗の第３の圧力
導入路２６は第１の圧力導入路１７よりもさらに開口断
面積が小さく、導管抵抗（圧力伝達時間）がより大きく
なっている。

【００２８】しかして、この圧力検出器Ｄにあっても、
第２の圧力導入室１６には外部の圧力Ｐ（ｔ）がそのま
ま加わっており、第１の圧力導入室１５には第１の圧力
導入路１７の導管抵抗のためにΔｔの時間遅れを持った
圧力Ｐ（ｔ−Δｔ）が加わっている。また、薄膜部２５
の上面に加わっている圧力をＰ（ｔーαΔｔ）［但し、
０＜α＜１］とすると、薄膜部２５の下面に加わる圧力
は高導管抵抗の第３の圧力導入路２６のためにさらにβ
（＞０）の時間遅れを持ち、Ｐ（ｔ−αΔｔ−β）と表
わされる。このため、薄膜部２５には上下面で差引き、Ｐ（ｔ−αΔｔ）−Ｐ（ｔ−αΔｔ−β） … の圧力が下向きに働いている。従って、いま外部の圧力
が増加している場合を考えると、薄膜部２５の上面で早
く圧力が増加して式は正値となり、それまで図５
（ｂ）のような状態にあった薄膜部２５は図６に示すよ
うに下方へ撓む。薄膜部２５が下方へ撓むと、第１の圧
力導入路１７の開口断面積が大きくなって導管抵抗が小
さくなるので、ダイアフラム１３上面の第１の圧力導入
室１５での圧力伝達時間Δｔが小さくなり、ダイアフラ
ム１３の上下面において圧力差が発生しなくなり、圧力
変化は検出されなくなる。

【００２９】よって、このような構造の圧力検出器Ｄで
は、圧力の増加は検出できず、減少する圧力変化のみを
選択的に検出可能となる。なお、薄膜部２５の両圧力導
入路１７，２６の導管抵抗の大小を反対にすることによ
り、増大する圧力変化のみを選択的に検出可能にできる
ことはもちろんである。

【００３０】図７（ａ）は本発明のさらに別な実施例に
よる圧力検出器Ｅを示す断面図、図７（ｂ）は図７
（ａ）のＹ−Ｙ線断面における一部拡大図である。この
圧力検出器Ｅにあっては、ダイアフラム１３上面の第１
の圧力導入室１５を外部とつないでいる第１の圧力導入
路１７の下方において主基板１１の下面に空洞部２４を
設け、第１の圧力導入路１７と空洞部２４との間に導管
抵抗制御用の薄膜部２５を形成している。この薄膜部２
５は不純物注入等によって可動電極２７としてあり、可
動電極２７と対向して第１の圧力導入路１７の内壁面
（補助基板１４の内面）には固定電極２８が設けられて
いる。しかして、この圧力検出器Ｅでは、固定電極２８
及び可動電極２７間に電圧を印加して静電引力を発生さ
せ、図８に示すように第１の圧力導入路１７の開口断面
積を小さくすることができ、電圧によって第１の圧力導
入路１７の導管抵抗（圧力伝達時間）を制御することが
できる。

【００３１】なお、図示しないが、固定電極２８は薄膜
部２５の下面側に設けてもよく、その場合には第１の圧
力導入路１７の開口断面積を大きくして圧力変化を検知
しないようにすることもできる。

【００３２】図９（ａ）は本発明のさらに別な実施例に
よる圧力検出器Ｆを示す断面図、図９（ｂ）はその主基
板１１の平面図である。この圧力検出器Ｆでは、ダイア
フラム１３の上の第１の圧力導入室１５に比較してダイ
アフラム１３の下の第２の圧力導入室１６の容積がかな
り大きくなっている。第１の圧力導入室１５は主基板１
１の上面に形成された第１の圧力導入路１７によって外
部と結ばれており、第２の圧力導入室１６は主基板１１
の下面に形成された第２の圧力導入路１８によって外部
と結ばれている。

【００３３】第２の圧力導入室１６の容積は第１の圧力
導入室１５の容積に比べてかなり大きくなっているの
で、外部の圧力が変化した場合、両圧力導入室１５，１
６内の圧力を外部の圧力に追従させるためには、第２の
圧力導入室１６では第１の圧力導入室１５に較べて第２
の圧力導入路１８を通して多量の空気ないし気体を移動
させる必要がある。そのため第２の圧力導入室１６では
第１の圧力導入室１５に比べて圧力伝達時間が長くな
り、外部の圧力が変化した場合に両圧力導入室１５，１
６間で圧力差が発生する。この圧力差はダイアフラム１
３の変位に伴う固定電極１９及び可動電極２０間の静電
容量変化として検出される。

【００３４】なお、図９（ｂ）では、第２の圧力導入室
１８を外部に結ぶ蛇行した第２の圧力導入路１８は、第
１の圧力導入室１５を外部に結ぶ直線状の第１の圧力導
入路１７よりも路長が長く、開口断面積も小さくなって
おり、導管抵抗が大きくなっているが、同じ形状及び寸
法の圧力導入路１７，１８にしても差し支えない。

【００３５】図１０（ａ）は本発明のさらに別な実施例
による圧力検出器Ｇの構造を示す断面図、図１０（ｂ）
はその主基板１１の平面図である。この圧力検出器Ｇに
あっては、ダイアフラム１３の下の第２の圧力導入室１
６と当該圧力導入室１６と外部とを結んでいる第２の圧
力導入路１８内に適当な粘度の液体２９を充填してい
る。しかして、液体２９が充填されておらず内部が空間
となっている第１の圧力導入室１５側では、外部の圧力
が変化した場合、内部の空気ないし気体が圧力によって
圧縮ないし膨張しながら圧力変化をダイアフラム１３に
伝える。これに対して、液体２９を充填されている側の
第２の圧力導入室１６側では液体２９によって直接外部
の圧力変化がダイアフラム１３に伝達される。このた
め、第１の圧力導入室１５よりも第２の圧力導入室１６
の方が圧力伝達時間が短くなり、外部の圧力が変化した
場合にはダイアフラム１３の両面に時間差を持って圧力
変化が伝わり、ダイアフラム１３の変位によって圧力変
化が検出される。

【００３６】なお、図１０（ａ）（ｂ）の実施例では、
第２の圧力導入室１６及び第２の圧力導入路１８内にの
み液体２９を充填しているが、両圧力導入室１５，１６
及び圧力導入路１７，１８内にそれぞれ粘度の異なる液
体を充填しても圧力伝達時間を異ならせることができ
る。

【００３７】図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は上記の
ような構造の各圧力検出器に設けられている各圧力導入
路３１（例えば、前記圧力導入路１７，１８，２６）の
形成方法を説明する概略断面図である。この実施例で
は、まずダイアフラム１３を形成された主基板１１（シ
リコン基板）の表面にＳｉＮｘ膜からなるエッチングマ
スク３２（フォトレジスト膜）を形成し、このエッチン
グマスク３２に圧力導入路３１を形成しようとする領域
に沿って開口３３を設ける（図１１（ａ））。ついで、
ＫＯＨ等のアルカリエッチング液を用いてエッチングマ
スク３２の開口３３から適当な時間、主基板１１をエッ
チングし、主基板１１の表面に所定パターンの溝条３４
を形成する（図１１（ｂ））。エッチングマスク３２を
主基板１１から剥離させた後、図１１（ｃ）に示すよう
に主基板１１の表面に補助基板１４（パイレックスガラ
ス基板）を陽極接合すると、溝条３４によって主基板１
１と補助基板１４との間に圧力導入路３１が形成される
（図１１（ｄ））。この場合には、圧力導入路３１の導
管抵抗は、エッチングマスク３２の開口幅やエッチング
深さを調整して圧力導入路３１の幅や深さを調整するこ
とにより容易に制御できる。

【００３８】図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は圧力導
入路３１の別な形成方法を説明する概略断面図である。
この実施例では、ダイアフラム１３を形成された主基板
１１の表面に薄膜３５を形成した後、圧力導入路３１を
形成しようとする領域に合致した開口３６をパターニン
グされたエッチングマスク３７を形成する（図１２
（ａ））。ついで、エッチングマスク３７の開口３６を
通して薄膜３５のみを選択的にエッチングする（図１２
（ｂ））。この後、エッチングマスク３７のみを剥離
し、薄膜３５の上から主基板１１に補助基板１４を接合
させると（図１２（ｃ））、薄膜３５のエッチングによ
る除去部分３８のために主基板１１と補助基板１４との
間に圧力導入路３１が形成される（図１２（ｄ））。こ
の方法によれば、圧力導入路３１の深さは薄膜３５の厚
みによって決まり、しかも、薄膜材料として主基板１１
に対してエッチング選択性の良好な材料を用いることに
より、薄膜３５のみを容易にエッチングすることができ
るので、図１１のように主基板１１のエッチング深さに
よって圧力導入路３１の深さを制御するよりも精度良
く、かつ容易に圧力導入路３１の深さを制御することが
できる。しかも、薄膜３５の厚さは主基板１１のエッチ
ング深さよりも極めて小さくすることができるので、非
常に浅い圧力導入路３１を形成することができ、導管抵
抗の極めて大きな圧力導入路３１を設けることができ
る。

【００３９】図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は圧力導
入路３１を形成するためのさらに別な方法を説明する断
面図である。この実施例では、主基板１１の表面に薄膜
３９を形成した後、薄膜３９の上にエッチングマスク４
０を設け、エッチングマスク４０を所定パターンにパタ
ーニングする（図１３（ａ））。ついで、薄膜３９のエ
ッチングマスク４０から露出している領域を選択的にエ
ッチングして薄膜３９をエッチングマスク４０のパター
ンにパターニングする（図１３（ｂ））。エッチングマ
スク４０を剥離させると、パターニングされた薄膜３９
を挟み込むようにして主基板１１の表面に補助基板１４
を接合させる（図１３（ｃ））。この結果、図１３
（ｄ）に示すように、補助基板１４は薄膜３９の極く近
傍を除いて主基板１１に接合されるが、薄膜３９の両側
縁に沿っては薄膜３９の厚みのために補助基板１４と主
基板１１との間に隙間ができ、この隙間によって圧力導
入室等と外部とを結ぶ導管抵抗の大きな圧力導入路３１
が形成される。

【００４０】また、図１３のようにして圧力導入路３１
を形成する場合、補助基板１４として厚みの薄い基板を
用い、図１４（ａ）に示すように、薄膜３９の上から主
基板１１の表面に補助基板１４を重ね、例えば加熱加圧
して補助基板１４を大きく変形させれば、図１４（ｂ）
に示すように圧力導入路３１の幅を狭めることができ、
開口断面積が小さく導管抵抗の大きな圧力導入路３１を
形成することができる。

【００４１】あるいは、薄膜３９の材質としてポリイミ
ドや低融点ガラスのように基板貼合せ温度によって容易
に変形させられるものを用い、図１５（ａ）に示すよう
に、薄膜３９の上から主基板１１の表面に補助基板１４
を重ね、基板接合時に加熱加圧して薄膜３９を薄く押し
潰すようにすれば、図１５（ｂ）に示すように、圧力導
入路３１の高さを小さくでき、開口断面積が小さく導管
抵抗の大きな圧力導入路３１を形成することができる。

【００４２】図１６（ａ）（ｂ）は高い導管抵抗を有す
る圧力導入路３１の構造を示す断面図、図１６（ｂ）は
主基板１１に設けられた圧力導入路３１の構造を示す一
部破断した斜視図である。圧力導入路３１の導管抵抗は
その路長によって制御することができるが、路長が長く
なると、圧力導入路３１を蛇行させる必要があり、その
場合には圧力導入路３１の折れ曲った部分での導管抵抗
を見積もるのが困難になる。そのため、図１６（ａ）
（ｂ）の圧力導入路３１では、全体を直線状又はできる
だけ折れ曲りの少ない平面パターンに形成し、圧力導入
路３１の両側壁面から互いに対向させるようにして高導
管抵抗部４１を突出させ、高導管抵抗部４１の先端間に
一定の小さな隙間を形成している。このような構造の圧
力導入路３１では、隙間の小さくなった高導管抵抗部４
１によって導管抵抗が規定されるので、圧力導入路３１
の折れ曲りに関係なく、高導管抵抗部４１間の隙間寸法
や高導管抵抗部４１の数によって導管抵抗が決まる。従
って、予め必要な導管抵抗を見積もっておけば、設計の
際に必要な高導管抵抗部４１の数を決め、必要な導管抵
抗を有する圧力導入路３１を設計することができる。

【００４３】図１７（ａ）（ｂ）は高い導管抵抗を有す
る圧力導入路３１の別な構造を示す断面図、図１７
（ｂ）は主基板１１に設けられた圧力導入路３１の構造
を示す一部破断した斜視図である。この構造では、圧力
導入路３１の深さよりも低い高導管抵抗部４２を圧力導
入路３１の底面に全幅にわたって突出させ、高導管抵抗
部４２の上面と圧力導入路３１の天井面である補助基板
１４の内面との間に一定の小さな隙間を形成している。
このような構造の圧力導入路３１でも、高導管抵抗部４
２における圧力導入路３１の開口断面積によって導管抵
抗が規定されるので、高導管抵抗部４２の高さや高導管
抵抗部４２の数によって導管抵抗を制御することができ
る。

【００４４】また、図１８（ａ）（ｂ）に示すものは、
圧力導入路３１の導管抵抗を調整するための構造を説明
するための一部破断した平断面図及び側断面図である。
この実施例にあっては、主基板１１の表面（もしくは、
主基板１１の表面に設けられた薄膜４３）に圧力導入室
と外部とを結ぶように複数本の圧力導入路３１を形成し
てある。そして、主基板１１と補助基板１４とを接合す
る前、もしくは接合する際に、不要な圧力導入路３１を
適当な充填材料（例えば、樹脂や接着剤）で埋めて塞ぐ
ことができるようにしている。従って、開放したまま残
す圧力導入路３１の本数によって圧力導入路３１全体と
しての導管抵抗を調整することができる。しかも、この
ような方法によれば、主基板１１の加工後においても導
管抵抗を調整でき、また、同一ロット内で作製した圧力
検出器であっても各圧力検出器毎に導管抵抗を変えるこ
とができる。

【００４５】図１９（ａ）（ｂ）は、圧力導入路３１の
導管抵抗を調整するための別な構造を説明するための一
部破断した平断面図及び側断面図である。この実施例に
あっては、主基板１１の表面に形成した薄膜４３にエッ
チングによって１本の圧力導入路３１と複数本の圧力導
入補助路４４とを平行に設けている。圧力導入路３１は
圧力導入室と外部とに連通しているが、圧力導入補助路
４４は外部にのみ連通し、堰部４５によって圧力導入室
側では閉じられている。そして、主基板１１と補助基板
１４とを接合する前、もしくは接合する際に、堰部４５
をレーザー等で切断することにより必要数の圧力導入補
助路４４を圧力導入室に連通させて圧力導入路とし、必
要な導管抵抗となるように調整することができる。しか
も、このような方法では、補助基板１４としてレーザー
を透過させることのできる材料を用いることができれ
ば、圧力検出器の製造後においてもレーザーにより補助
基板１４を通して堰部４５を切断して導管抵抗を調整で
き、また、同一ロット内で作製した圧力検出器であって
も各圧力検出器毎に導管抵抗を変えることができる。

【００４６】図２０（ａ）（ｂ）は、圧力導入路３１の
導管抵抗を調整するためのさらに別な構造を説明するた
めの一部破断した平面断図及び側断面図である。この実
施例にあっては、主基板１１の表面に形成した薄膜４３
にエッチングによって１本のジグザグに蛇行した圧力導
入路３１を設けている。しかして、レーザー等で薄膜４
３の一部を切断することにより圧力導入路３１の途中を
直接外部と連通させてバイパス路４６を形成することが
でき、このバイパス路４６を形成する位置によって圧力
導入路３１の実効的な路長を調整し、導管抵抗を調整す
ることができる。しかも、このような方法でも、補助基
板１４としてレーザーを透過させることのできる材料を
用いることができれば、圧力検出器の製造後においても
レーザーにより補助基板１４を通してバイパス路４６を
作って導管抵抗を調整でき、また、同一ロット内で作製
した圧力検出器であっても各圧力検出器毎に導管抵抗を
変えることができる。

【００４７】なお、上記実施例においては、静電容量検
出方式の圧力検出器として説明したが、ピエゾ抵抗や歪
ゲージ等によってダイアフラムの変形を検出する歪検出
方式の圧力検出器としても差し支えない。

【００４８】

【発明の効果】本発明の圧力検出方法及び圧力検出装置
によれば、例えば、圧力導入部の導圧抵抗を異ならせた
り、圧力導入空間の容積を異ならせたり、少なくとも一
方の圧力導入空間に液体を充填させたりすることによ
り、薄板構造体の両面に時間差を持たせて導入した測定
圧力から測定圧力の圧力変化を検出するようにしてい
る。このため、測定圧力が変化すると薄板構造体の両面
に圧力差が発生し、この圧力差を検出することができ
る。従って、本発明によれば、任意の圧力下において
（特に、大きな圧力下においても）微小圧力変化を検出
することができ、広い範囲の圧力ないし圧力変動を検出
することができる。

【００４９】また、導入された圧力によって圧力導入部
の開口断面積を変化させれば、例えば増加する圧力変化
もしくは減少する圧力変化のみを検出させるようにでき
る。あるいは、少なくとも１つの圧力導入部の少なくと
も一部を変形可能な構造とし、静電力によって圧力導入
部を変形させるための電極を設ければ、この電極間に静
電力を発生させることによって当該圧力導入部の導圧抵
抗を調整することができる。

【００５０】また、主基板の表面に溝条を形成して主基
板と補助基板の間の溝条によって圧力導入部を形成した
り、主基板と補助基板の間の薄膜を部分的に除去して当
該除去部分によって圧力導入部を形成したりすれば、容
易に圧力導入部を形成でき、しかも溝条の深さや薄膜の
膜厚、それらの幅によって圧力導入部の導圧抵抗を簡単
に調整できる。また、主基板と補助基板の間に部分的に
薄膜を形成し、薄膜の側縁に沿って生じた補助基板と主
基板との間の隙間によって圧力導入部を形成しても、主
基板に孔あけ加工等を施すことなく容易に圧力導入部を
形成することができる。

【００５１】また、複数の圧力導入部を互いに並列に形
成し、これらの圧力導入部のうちの一部を選択的に塞ぐ
ようにすれば、主基板の加工終了後で補助基板接合前の
工程、もしくは補助基板の接合後においても、適宜圧力
導入部を塞ぐことによって圧力導入部の導圧抵抗を調整
できる。あるいは、圧力導入空間と外部とを連通させな
い圧力導入補助部を１本ないし複数本設けてあれば、主
基板の加工終了後で補助基板接合前の工程、もしくは補
助基板の接合後においても、適宜圧力導入補助部を圧力
導入空間と外部に連通させることによって圧力導入部の
導圧抵抗を調整できる。圧力導入部を短絡させるバイパ
ス路を設けても、同様に圧力導入部の導圧抵抗を減少さ
せられる。しかも、これらの調整方法を同一ロットにお
いて個々の圧力検出器に施すことにより、異なる導圧抵
抗を有する圧力検出器を同一ロットで製作することもで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】相対圧検出方式の従来の圧力検出器の測定原理
図である。

【図２】（ａ）は本発明の一実施例による圧力検出器を
示す断面図、図２（ｂ）はその主基板を示す平面図であ
る。

【図３】（ａ）（ｂ）はいずれも上記圧力検出器の作用
説明のための断面図である。

【図４】（ａ）は本発明の別な実施例による圧力検出器
を示す断面図、（ｂ）はその主基板の平面図である。

【図５】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による圧力
検出器を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面に
おける一部拡大図、（ｃ）はその主基板を示す下面図で
ある。

【図６】同上の圧力検出器の作用説明のための拡大部分
断面図である。

【図７】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による圧力
検出器を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面に
おける部分拡大図である。

【図８】同上の圧力検出器の作用説明のための拡大部分
断面図である。

【図９】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による圧力
検出器を示す断面図、（ｂ）はその主基板の平面図であ
る。

【図１０】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による圧
力検出器の構造を示す断面図、（ｂ）はその主基板の平
面図である。

【図１１】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明に係る圧
力検出器の圧力導入路の形成方法を説明する概略断面図
である。

【図１２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明に係る圧
力検出器の圧力導入路の別な形成方法を説明する概略断
面図である。

【図１３】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明に係る圧
力検出器の圧力導入路のさらに別な形成方法を説明する
概略断面図である。

【図１４】（ａ）（ｂ）は同上の圧力導入路形成方法に
おいて、その開口断面積を小さくする方法を示す説明図
である。

【図１５】（ａ）（ｂ）は図１３の圧力導入路形成方法
において、その開口断面積を小さくする方法を示す説明
図である。

【図１６】（ａ）（ｂ）は高い導管抵抗を有する圧力導
入路の構造を示す断面図、（ｂ）は主基板に設けられた
圧力導入路の構造を示す一部破断した斜視図である。

【図１７】（ａ）（ｂ）は高い導管抵抗を有する圧力導
入路の別な構造を示す断面図、（ｂ）は主基板に設けら
れた圧力導入路の構造を示す一部破断した斜視図であ
る。

【図１８】（ａ）は圧力導入路の導管抵抗を調整するた
めの構造を説明する一部破断した平断面図、（ｂ）は側
断面図である。

【図１９】（ａ）は圧力導入路の導管抵抗を調整するた
めの別な構造を説明する一部破断した平断面図、（ｂ）
は側断面図である。

【図２０】（ａ）は圧力導入路の導管抵抗を調整するた
めのさらに別な構造を説明する一部破断した平断面図、
（ｂ）は側断面図である。

【符号の説明】

１１主基板１３ダイアフラム１４補助基板１５第１の圧力導入室１６第２の圧力導入室１７第１の圧力導入路１８第２の圧力導入路２３圧力連通路２５薄膜部２６第３の圧力導入路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力検出部として働く薄板構造体を設
け、当該薄板構造体の両面に測定しようとする圧力を時
間差を持たせて導き、薄板構造体によって前記測定圧力
の圧力変化を検出させるようにしたことを特徴とする圧
力検出方法。
【請求項２】圧力検出部として働く薄板構造体の両面
にそれぞれ圧力導入空間を形成し、両圧力導入空間に測
定しようとする圧力を導入するための圧力導入部を設
け、両圧力導入部の導圧抵抗を異ならせたことを特徴と
する圧力検出器。
【請求項３】圧力検出部として働く薄板構造体の両面
にそれぞれ圧力導入空間を形成し、一方の圧力導入空間
に測定しようとする圧力を導入するための圧力導入部を
設け、両圧力導入空間を適当な導圧抵抗を有する連通路
を通じて連通させたことを特徴とする圧力検出器。
【請求項４】圧力検出部として働く薄板構造体の両面
にそれぞれ圧力導入空間を形成し、両圧力導入空間に測
定しようとする圧力を導入するための圧力導入部を設
け、両圧力導入空間の容積を互いに異ならせたことを特
徴とする圧力検出器。
【請求項５】圧力検出部として働く薄板構造体の両面
にそれぞれ圧力導入空間を形成し、両圧力導入空間に測
定しようとする圧力を導入するための圧力導入部を設
け、両圧力導入空間のうち一方もしくは両方に液体もし
くは粘度の異なる液体を充填させたことを特徴とする圧
力検出器。
【請求項６】少なくとも１つの前記圧力導入部の開口
断面積が、導入された圧力によって変化するようにした
ことを特徴とする請求項２，３，４又は５に記載の圧力
検出器。
【請求項７】少なくとも１つの前記圧力導入部の少な
くとも一部を変形可能な構造とし、当該変形可能となっ
た部分及びその対向部分にそれぞれ静電力を発生させる
ための電極を設けたことを特徴とする請求項２，３，４
又は５に記載の圧力検出器。
【請求項８】薄板構造体を有する主基板の表面に補助
基板を接合し、圧力導入空間と外部とを結ぶようにして
主基板の表面に形成された溝条によって主基板と補助基
板との間に前記圧力導入部を形成したことを特徴とする
請求項２，３，４，５，６又は７に記載の圧力検出器。
【請求項９】薄板構造体を有する主基板の表面に薄膜
を介して補助基板を接合し、圧力導入空間と外部とを結
ぶようにして前記薄膜を部分的に除去し、当該薄膜の除
去部分によって主基板と補助基板との間に前記圧力導入
部を形成したことを特徴とする請求項２，３，４，５，
６又は７に記載の圧力検出器。
【請求項１０】薄板構造体を有する主基板の表面に圧
力導入空間と外部とを結ぶようにして部分的に薄膜を形
成し、当該薄膜を介して主基板の表面に補助基板を接合
し、前記薄膜の側縁に沿って生じた補助基板と主基板と
の間の隙間によって前記圧力導入部を形成したことを特
徴とする請求項２，３，４，５，６又は７に記載の圧力
検出器。
【請求項１１】前記補助基板として容易に変形可能な
基板材料を用いたことを特徴とする請求項１０に記載の
圧力検出器。
【請求項１２】前記薄膜として容易に変形可能な薄膜
材料を用いたことを特徴とする請求項１０に記載の圧力
検出器。
【請求項１３】圧力導入部の全体もしくは一部の幅を
調整することにより圧力導入部の導圧抵抗を調整できる
ようにしたことを特徴とする請求項２，３，４，５，
６，７，８，９，１０，１１又は１２に記載の圧力検出
器。
【請求項１４】圧力導入部の全体もしくは一部の深さ
を調整することにより圧力導入部の導圧抵抗を調整でき
るようにしたことを特徴とする請求項２，３，４，５，
６，７，８，９，１０，１１又は１２に記載の圧力検出
器。
【請求項１５】複数の圧力導入部を互いに並列に形成
し、これらの圧力導入部のうちの一部を選択的に塞いで
いることを特徴とする請求項２，３，４，５，６，７，
８，９，１０，１１，１２，１３又は１４に記載の圧力
検出器。
【請求項１６】圧力導入空間と外部とを連通させない
圧力導入補助部を１本ないし複数本設け、当該圧力導入
補助部の必要数だけを選択的に圧力導入室と外部とに連
通させたことを特徴とする請求項２，３，４，５，６，
７，８，９，１０，１１，１２，１３又は１４に記載の
圧力検出器。
【請求項１７】圧力導入部を短絡させて圧力導入部の
導圧抵抗を減少させるためのバイパス部を設けたことを
特徴とする請求項２，３，４，５，６，７，８，９，１
０，１１，１２，１３又は１４に記載の圧力検出器。