JPH0854304A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- JPH0854304A JPH0854304A JP18839194A JP18839194A JPH0854304A JP H0854304 A JPH0854304 A JP H0854304A JP 18839194 A JP18839194 A JP 18839194A JP 18839194 A JP18839194 A JP 18839194A JP H0854304 A JPH0854304 A JP H0854304A
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- film resistor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 各種制御機器や、自動車エンジン制御、サス
ペンション制御などに使用され、高精度、高信頼性でか
つ低価格な圧力センサを提供することを目的とする。 【構成】 圧力導入孔８を設けた耐圧性金属容器７の片
端に、絶縁層２を介して、金属薄膜抵抗体１をスパッタ
リングで直接金属基板１に形成するものであり、簡素な
構造で高精度、高信頼性、低価格な圧力センサを提供す
るものである。
ペンション制御などに使用され、高精度、高信頼性でか
つ低価格な圧力センサを提供することを目的とする。 【構成】 圧力導入孔８を設けた耐圧性金属容器７の片
端に、絶縁層２を介して、金属薄膜抵抗体１をスパッタ
リングで直接金属基板１に形成するものであり、簡素な
構造で高精度、高信頼性、低価格な圧力センサを提供す
るものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種制御機器、自動車
のエンジン制御、サスペンション制御およびブレーキ制
御などに用いられる圧力センサに関するものである。
のエンジン制御、サスペンション制御およびブレーキ制
御などに用いられる圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧力センサは、自動車エンジンの
制御・快適性および安全性を目的としたサスペンション
制御やブレーキ制御等の需要が高まっている。
制御・快適性および安全性を目的としたサスペンション
制御やブレーキ制御等の需要が高まっている。
【０００３】従来、自動車には、静電容量方式または半
導体方式のような高精度な圧力センサが用いられてい
た。
導体方式のような高精度な圧力センサが用いられてい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧力センサでは、静電容量方式の場合、ダイアフラムで
あるセンサ基板をセラミック基板を用いるため、このセ
ラミック基板上に搭載するシール部品の信頼性や耐久性
に問題があるという課題を有していた。
圧力センサでは、静電容量方式の場合、ダイアフラムで
あるセンサ基板をセラミック基板を用いるため、このセ
ラミック基板上に搭載するシール部品の信頼性や耐久性
に問題があるという課題を有していた。
【０００５】また、半導体方式においては、シリコンチ
ップにオイル等の圧力媒体を接触できないために、圧力
センサ自体の構成が複雑になり、価格が高くなるという
課題を有していた。
ップにオイル等の圧力媒体を接触できないために、圧力
センサ自体の構成が複雑になり、価格が高くなるという
課題を有していた。
【０００６】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で、耐環境性に優れ、安定な特性を有すると共に、低価
格な圧力センサを提供することを目的とする。
で、耐環境性に優れ、安定な特性を有すると共に、低価
格な圧力センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記従来の課題を解決す
るために本発明の圧力センサは、一表面が密封された圧
力導入孔を有する耐圧性金属容器に固着され、この耐圧
性金属容器と対向する他の表面に金属薄膜抵抗体を有す
る金属基板と、この金属基板上の金属薄膜抵抗体上に形
成する保護膜と、前記金属薄膜抵抗体に電気的に接続す
る電極とからなる構成を有している。
るために本発明の圧力センサは、一表面が密封された圧
力導入孔を有する耐圧性金属容器に固着され、この耐圧
性金属容器と対向する他の表面に金属薄膜抵抗体を有す
る金属基板と、この金属基板上の金属薄膜抵抗体上に形
成する保護膜と、前記金属薄膜抵抗体に電気的に接続す
る電極とからなる構成を有している。
【０００８】
【作用】この構成によって、耐環境性に優れると共に、
精度の高い圧力センサが得られる。
精度の高い圧力センサが得られる。
【０００９】
【実施例】以下に、本発明の一実施例について、図面を
参照しながら説明する。
参照しながら説明する。
【００１０】図１は、本発明の一実施例における圧力セ
ンサの断面図である。図１において、１は略円形のダイ
アフラムである金属基板である。金属基板１としては、
表面に研磨を施された高耐力ステンレス（ＳＵＳ６３１
ＣＳＰＨ）等のステンレスが望ましい。２は金属基板１
の一表面に設けられた絶縁層で、例えば、金属基板１上
にＲＦスパッタリング装置により、ＳｉＯ2を成膜して
形成する。３は絶縁層２上に設けられた金属薄膜抵抗体
（以下、「薄膜抵抗体」と記す。）で、例えば、ニクロ
ム（４５Ｎｉ、４５Ｃｒ、１０Ａｌ）を成膜し、かつク
ロムマスクを用いたフォトエッチングにより、形成す
る。４は薄膜抵抗体３上に設けられた保護層である。５
は金属基板１の両端部に設けられた電極である。保護層
４および電極５としては、電極形状の孔の開いたステン
レス薄板のマスクにスパッタリング装置により、ニッケ
ル（Ｎｉ）電極５を成膜し、同様に電極５を除く絶縁層
２上にステンレス薄板のマスクにアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）
を成膜して、保護層４を形成する。６は電極５と電気的
に接続されたリード線で、例えば、耐圧性金属容器（Ｓ
ＵＳ６３０）の一端にプロジェクション溶接法で、その
外周を溶接固定し、超音波ボンディング法で、リード線
６を電極５に接続して、形成する。７は金属基板１の絶
縁層２と対向する一表面に中心部に被検知物（図示せ
ず）に接続された略Ｔ字型の圧力導入孔８を有する耐圧
性金属容器で、金属基板１の外周端部とプロジェクショ
ン溶接法で固着されている。
ンサの断面図である。図１において、１は略円形のダイ
アフラムである金属基板である。金属基板１としては、
表面に研磨を施された高耐力ステンレス（ＳＵＳ６３１
ＣＳＰＨ）等のステンレスが望ましい。２は金属基板１
の一表面に設けられた絶縁層で、例えば、金属基板１上
にＲＦスパッタリング装置により、ＳｉＯ2を成膜して
形成する。３は絶縁層２上に設けられた金属薄膜抵抗体
（以下、「薄膜抵抗体」と記す。）で、例えば、ニクロ
ム（４５Ｎｉ、４５Ｃｒ、１０Ａｌ）を成膜し、かつク
ロムマスクを用いたフォトエッチングにより、形成す
る。４は薄膜抵抗体３上に設けられた保護層である。５
は金属基板１の両端部に設けられた電極である。保護層
４および電極５としては、電極形状の孔の開いたステン
レス薄板のマスクにスパッタリング装置により、ニッケ
ル（Ｎｉ）電極５を成膜し、同様に電極５を除く絶縁層
２上にステンレス薄板のマスクにアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）
を成膜して、保護層４を形成する。６は電極５と電気的
に接続されたリード線で、例えば、耐圧性金属容器（Ｓ
ＵＳ６３０）の一端にプロジェクション溶接法で、その
外周を溶接固定し、超音波ボンディング法で、リード線
６を電極５に接続して、形成する。７は金属基板１の絶
縁層２と対向する一表面に中心部に被検知物（図示せ
ず）に接続された略Ｔ字型の圧力導入孔８を有する耐圧
性金属容器で、金属基板１の外周端部とプロジェクショ
ン溶接法で固着されている。
【００１１】図２は、要部である金属基板１の上面図で
ある。図２において、略円形の金属基板１の外周端部
は、下面が耐熱性金属容器７に固着される溶接部１１を
有している。金属基板１上に形成される薄膜抵抗体３
は、溶接部１１の中心方向に凹凸型の外周薄膜抵抗部１
２ａと、この外周薄膜抵抗部１２ａの更に中心方向に内
周薄膜抵抗部１３ａから構成されている。また、同様に
金属基板１の中心を通り、金属基板１を２分するＸ−Ｘ
線と線対称になるように外周薄膜抵抗部１２ａと、内周
薄膜抵抗部１２ｂとが形成されている。
ある。図２において、略円形の金属基板１の外周端部
は、下面が耐熱性金属容器７に固着される溶接部１１を
有している。金属基板１上に形成される薄膜抵抗体３
は、溶接部１１の中心方向に凹凸型の外周薄膜抵抗部１
２ａと、この外周薄膜抵抗部１２ａの更に中心方向に内
周薄膜抵抗部１３ａから構成されている。また、同様に
金属基板１の中心を通り、金属基板１を２分するＸ−Ｘ
線と線対称になるように外周薄膜抵抗部１２ａと、内周
薄膜抵抗部１２ｂとが形成されている。
【００１２】ここで、外周薄膜抵抗部１２ａの一端は第
１の電極１４に接続され、外周薄膜抵抗部１２ａの他端
は内周薄膜抵抗部１３ｂの一端と第２の電極１５を介し
て電気的に接続され、内周薄膜抵抗部１３ｂの他端は、
第３の電極１６に接続されている。同様に金属基板１の
中心を通り、金属基板１を２分するＸ−Ｘ線と線対称に
形成された外周薄膜抵抗部１２ｂの一端は第４の電極１
７に接続され、他端は内周薄膜抵抗部１３ａの一端と第
５の電極１８を介して、電気的に接続され、内周薄膜抵
抗部１３ａの他端は、第６の電極１９に接続されてい
る。
１の電極１４に接続され、外周薄膜抵抗部１２ａの他端
は内周薄膜抵抗部１３ｂの一端と第２の電極１５を介し
て電気的に接続され、内周薄膜抵抗部１３ｂの他端は、
第３の電極１６に接続されている。同様に金属基板１の
中心を通り、金属基板１を２分するＸ−Ｘ線と線対称に
形成された外周薄膜抵抗部１２ｂの一端は第４の電極１
７に接続され、他端は内周薄膜抵抗部１３ａの一端と第
５の電極１８を介して、電気的に接続され、内周薄膜抵
抗部１３ａの他端は、第６の電極１９に接続されてい
る。
【００１３】図３は、本発明の一実施例における圧力セ
ンサの回路図である。図３に示すように、外周薄膜抵抗
部１２ａ，１２ｂおよび内周薄膜抵抗部１３ａ，１３ｂ
が対向すると共に対向する各々の抵抗値が等しくなるよ
うなフルブリッジ回路から構成される。ここで、第１の
電極１４と第６の電極１９間には温度補償用抵抗３１
が、第３の電極１６と第４の電極１７間には圧力が０の
時のバランス調整用トリマが必要に応じて接続されてい
る。
ンサの回路図である。図３に示すように、外周薄膜抵抗
部１２ａ，１２ｂおよび内周薄膜抵抗部１３ａ，１３ｂ
が対向すると共に対向する各々の抵抗値が等しくなるよ
うなフルブリッジ回路から構成される。ここで、第１の
電極１４と第６の電極１９間には温度補償用抵抗３１
が、第３の電極１６と第４の電極１７間には圧力が０の
時のバランス調整用トリマが必要に応じて接続されてい
る。
【００１４】以上のように構成された本発明の一実施例
における圧力センサについて、以下にその動作を説明す
る。
における圧力センサについて、以下にその動作を説明す
る。
【００１５】図４は、本発明の一実施例における圧力セ
ンサの動作を説明する図である。図４において、耐圧性
金属容器７の内部に形成された圧力導入孔８より被検知
物の圧力が高く変化すると、圧力導入孔８に接する金属
基板１が変形する。この金属基板１の変形に伴って、金
属基板上１に形成された外周薄膜抵抗部１２ａ，１２ｂ
は、曲げ応力による縮み方向に、内周薄膜抵抗部１３
ａ，１３ｂは内周部は膨脹による伸び方向にそれぞれ可
逆的に変化する。
ンサの動作を説明する図である。図４において、耐圧性
金属容器７の内部に形成された圧力導入孔８より被検知
物の圧力が高く変化すると、圧力導入孔８に接する金属
基板１が変形する。この金属基板１の変形に伴って、金
属基板上１に形成された外周薄膜抵抗部１２ａ，１２ｂ
は、曲げ応力による縮み方向に、内周薄膜抵抗部１３
ａ，１３ｂは内周部は膨脹による伸び方向にそれぞれ可
逆的に変化する。
【００１６】一般に、金属の「電気抵抗Ｒ」は、「断面
積をＳ」、「長さをｌ」、「比抵抗をρ」とすると、
「Ｒ＝（ｌ／Ｓ）ρ」の関係になるので、抵抗体の伸
び、縮みは「ｌとＳ」に依存して変化してあらわれ、す
なわち、抵抗体が伸びると「長さｌ」は大きくなり、
「断面席Ｓ」は小さくなり、「抵抗値Ｒ」が高くなる。
また、抵抗体が縮むとその逆となる。
積をＳ」、「長さをｌ」、「比抵抗をρ」とすると、
「Ｒ＝（ｌ／Ｓ）ρ」の関係になるので、抵抗体の伸
び、縮みは「ｌとＳ」に依存して変化してあらわれ、す
なわち、抵抗体が伸びると「長さｌ」は大きくなり、
「断面席Ｓ」は小さくなり、「抵抗値Ｒ」が高くなる。
また、抵抗体が縮むとその逆となる。
【００１７】したがって、フルブリッジで構成された外
周薄膜抵抗部１２ａ，１２ｂおよび内周薄膜抵抗部１３
ａ，１３ｂの抵抗値は、「外周薄膜抵抗部１２ａ＞内周
薄膜抵抗部１３ｂ」、「外周薄膜抵抗部１２ｂ＞内周薄
膜抵抗部１３ａ」となり、バイアス電圧Ｖｅによって、
外周薄膜抵抗部１２ａ，１２ｂおよび内周薄膜抵抗部１
３ａ，１３ｂの抵抗値変化の割合に応じた、「（Δ外周
薄膜抵抗部１２ａ−Δ内周薄膜抵抗部１３ｂ）−（Δ内
周薄膜抵抗部１３ａ−外周薄膜抵抗部１２ｂ）＊Ｖｅ／
２」の出力Ｖｏｕｔが得られる。
周薄膜抵抗部１２ａ，１２ｂおよび内周薄膜抵抗部１３
ａ，１３ｂの抵抗値は、「外周薄膜抵抗部１２ａ＞内周
薄膜抵抗部１３ｂ」、「外周薄膜抵抗部１２ｂ＞内周薄
膜抵抗部１３ａ」となり、バイアス電圧Ｖｅによって、
外周薄膜抵抗部１２ａ，１２ｂおよび内周薄膜抵抗部１
３ａ，１３ｂの抵抗値変化の割合に応じた、「（Δ外周
薄膜抵抗部１２ａ−Δ内周薄膜抵抗部１３ｂ）−（Δ内
周薄膜抵抗部１３ａ−外周薄膜抵抗部１２ｂ）＊Ｖｅ／
２」の出力Ｖｏｕｔが得られる。
【００１８】図５は、本発明の圧力センサの圧力導入孔
の圧力とブリッジ回路の出力との関係を示す図である。
図５から明らかなように、本実施例における圧力センサ
が十分な感度が得られる。また、圧力感度は金属基板１
の略３乗に比例するので、金属基板１の板厚は、目的と
する最大圧力によって決まる。
の圧力とブリッジ回路の出力との関係を示す図である。
図５から明らかなように、本実施例における圧力センサ
が十分な感度が得られる。また、圧力感度は金属基板１
の略３乗に比例するので、金属基板１の板厚は、目的と
する最大圧力によって決まる。
【００１９】なお、本実施例では、外周薄膜抵抗部１２
ａ，１２ｂおよび内周薄膜抵抗部１３ａ，１３ｂを金属
基板１内にフルブリッジで構成したが、外周薄膜抵抗部
１２ａ，１２ｂおよび内周薄膜抵抗部１３ａ，１３ｂを
金属基板１の外側に構成したハーフブリッジで構成して
も同様の効果が得られる。
ａ，１２ｂおよび内周薄膜抵抗部１３ａ，１３ｂを金属
基板１内にフルブリッジで構成したが、外周薄膜抵抗部
１２ａ，１２ｂおよび内周薄膜抵抗部１３ａ，１３ｂを
金属基板１の外側に構成したハーフブリッジで構成して
も同様の効果が得られる。
【００２０】また、本実施例では、薄膜抵抗体３を金属
または金属合金をスパッタリングや蒸着等の手段によっ
て形成しているが、他の抵抗体として従来から公知のＲ
ｕＯ 2等の導電粒子、ガラス・フリット等の絶縁粒子、
添加剤を溶剤に溶解したペーストを印刷・熱分解法によ
って焼結させるメタルグレーズ系厚膜抵抗体では、生産
性が良く、歪みに対する感度も高いという特徴を有する
ため使用できるが、＋２０〜＋５０ｐｐｍ／℃という抵
抗温度係数が大きく、長期安定性も良くないため、特に
高精度・高信頼性が要求される場合は使用できない。
または金属合金をスパッタリングや蒸着等の手段によっ
て形成しているが、他の抵抗体として従来から公知のＲ
ｕＯ 2等の導電粒子、ガラス・フリット等の絶縁粒子、
添加剤を溶剤に溶解したペーストを印刷・熱分解法によ
って焼結させるメタルグレーズ系厚膜抵抗体では、生産
性が良く、歪みに対する感度も高いという特徴を有する
ため使用できるが、＋２０〜＋５０ｐｐｍ／℃という抵
抗温度係数が大きく、長期安定性も良くないため、特に
高精度・高信頼性が要求される場合は使用できない。
【００２１】さらに、金属系抵抗体としては、直径数１
０μｍの細線を用いる線抵抗体や、厚さ数μｍの金属箔
を樹脂フィルムベースに接着して、フォトエッチングで
パターン化する箔抵抗体があるが、その抵抗体材料とし
ては、加工性の優れたＣｕ−Ｎｉ系の合金のアドバンス
や、機械的疲労に強く温度特性の良いＮｉ−Ｃｒ系のカ
ルマが使用しており、いずれも接着剤を用いるために硬
化時の収縮、疲労、クリープ等の物理的要素や耐環境性
等の課題が多いため、本実施例のように、金属基板１上
に直接、絶縁層および抵抗体をスパッタリングでフルブ
リッジ構成の抵抗パターンを一括して形成したほうが良
い。
０μｍの細線を用いる線抵抗体や、厚さ数μｍの金属箔
を樹脂フィルムベースに接着して、フォトエッチングで
パターン化する箔抵抗体があるが、その抵抗体材料とし
ては、加工性の優れたＣｕ−Ｎｉ系の合金のアドバンス
や、機械的疲労に強く温度特性の良いＮｉ−Ｃｒ系のカ
ルマが使用しており、いずれも接着剤を用いるために硬
化時の収縮、疲労、クリープ等の物理的要素や耐環境性
等の課題が多いため、本実施例のように、金属基板１上
に直接、絶縁層および抵抗体をスパッタリングでフルブ
リッジ構成の抵抗パターンを一括して形成したほうが良
い。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明の圧力センサは、簡
素な構造で十分な圧力感度と高い安定度を有すると共
に、ダイヤフラムとしての金属基板が耐圧容器とプロジ
ェクション溶接によって固着されているので、耐食性お
よび機械的強度に優れるため、安価で高精度かつ高信頼
性の圧力センサが提供できる。
素な構造で十分な圧力感度と高い安定度を有すると共
に、ダイヤフラムとしての金属基板が耐圧容器とプロジ
ェクション溶接によって固着されているので、耐食性お
よび機械的強度に優れるため、安価で高精度かつ高信頼
性の圧力センサが提供できる。
【図１】本発明の一実施例における圧力センサの断面図
【図２】同要部である金属基板１の上面図
【図３】同回路図
【図４】同動作を説明する図
【図５】同圧力導入孔とブリッジ出力との関係を示す図
１ 金属基板 ２ 絶縁層 ３ 金属薄膜抵抗体 ４ 保護層 ５ 電極 ７ 耐熱性金属容器 ８ 圧力導入孔
Claims (4)
- 【請求項１】 一表面が密封された圧入導入孔を有する
耐圧性金属容器に固着され、この耐圧性金属容器と対向
する他の表面に金属薄膜抵抗体を有する金属基板と、こ
の金属基板上の金属薄膜抵抗体上に形成する保護膜と、
前記金属薄膜抵抗体に電気的に接続する電極とからなる
圧力センサ。 - 【請求項２】 金属基板と金属薄膜抵抗体間に絶縁層を
有する請求項１記載の圧力センサ。 - 【請求項３】 金属基板と耐熱性容器とは、プロジェク
ション溶接法により固着された請求項１記載の圧力セン
サ。 - 【請求項４】 金属薄膜抵抗体は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ合
金をスパッタリングにより成膜されたフルブリッジ回路
もしくはハーフブリッジ回路のいずれかからなる請求項
１記載の圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18839194A JPH0854304A (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18839194A JPH0854304A (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0854304A true JPH0854304A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=16222819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18839194A Pending JPH0854304A (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0854304A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003240658A (ja) * | 2002-02-04 | 2003-08-27 | Dwyer Instruments Inc | 半径方向に張力が負荷された金属ダイヤフラムを有する圧力センサ |
| JP2004505239A (ja) * | 2000-07-26 | 2004-02-19 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 薄膜構成素子、例えば、薄膜高圧センサの製造方法、及び薄膜構成素子 |
| CN117330218A (zh) * | 2023-10-08 | 2024-01-02 | 中航光电华亿(沈阳)电子科技有限公司 | 溅射薄膜绝压传感器芯体及其制备方法 |
-
1994
- 1994-08-10 JP JP18839194A patent/JPH0854304A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004505239A (ja) * | 2000-07-26 | 2004-02-19 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 薄膜構成素子、例えば、薄膜高圧センサの製造方法、及び薄膜構成素子 |
| JP2003240658A (ja) * | 2002-02-04 | 2003-08-27 | Dwyer Instruments Inc | 半径方向に張力が負荷された金属ダイヤフラムを有する圧力センサ |
| JP4679800B2 (ja) * | 2002-02-04 | 2011-04-27 | ドワイヤー、インストゥルメンツ、インコーポレーテッド | 圧力センサおよびその製造方法 |
| CN117330218A (zh) * | 2023-10-08 | 2024-01-02 | 中航光电华亿(沈阳)电子科技有限公司 | 溅射薄膜绝压传感器芯体及其制备方法 |
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