JPH09232595A

JPH09232595A - 圧力検出装置

Info

Publication number: JPH09232595A
Application number: JP8038377A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Nagase; 和義長瀬; Yukihiko Tanizawa; 幸彦谷澤; Hironobu Baba; 広伸馬場; Masato Imai; 正人今井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-02-26
Filing date: 1996-02-26
Publication date: 1997-09-05
Also published as: EP0793082A1; DE69700021D1; EP0793082B1; US5872315A; DE69700021T2

Abstract

(57)【要約】【課題】センサ出力の直線性を良好にする。【解決手段】センシングボディ２の受圧用ダイヤフラ
ム２ａの上に、（１００）面を有するシリコン基板３１
とガラス台座３２とからなる歪ゲージ板３を接合し、シ
リコン基板３１に薄肉部３１１ａを設けるとともに、貫
通溝３１２ａにより薄肉部３１１ａをビーム構造にし、
応力に対して正の方向に抵抗値が変化する第１の拡散ゲ
ージ４ａ、４ｄと、応力に対して負の方向に抵抗値が変
化する第２の拡散ゲージ４ｃ、４ｄを＜１１０＞軸方向
に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力を検出する圧
力検出装置に関し、例えば高圧流体の圧力を検出するこ
とができるものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来、高圧流体の圧力
を検出するものとして、特公平７−１１４６１号公報に
示すものがある。このものでは、金属ダイヤフラムを有
するセンシングボディ上にガラス層を介して歪ゲージ板
が形成されている。この歪ゲージ板は、シリコン基板で
形成され、その表面には半導体歪ゲージ（拡散ゲージ）
が形成されている。この場合、シリコン基板としては、
（１１０）面を有するものが使用されている。

【０００３】本発明者等は、このような圧力検出装置に
ついて応力発生の検討を行った。図１４（ａ）に示すよ
うに、センシングボディ２のダイヤフラム２ａ上に歪ゲ
ージ板３をガラス接合し、歪ゲージ板３に４つの拡散ゲ
ージ（図中の黒線で示す）を配置した。ダイヤフラム２
ａに圧力が印加されると、歪ゲージ板３の表面において
は、中央部で引っ張り応力が生じ、周辺部では圧縮応力
が生じる。それらの引っ張り応力と圧縮応力により拡散
ゲージの抵抗値が変化する。

【０００４】拡散ゲージは、ブリッジ回路を構成してお
り、拡散ゲージの抵抗値変化に応じた信号が出力され
る。この場合、引っ張り応力と圧縮応力の大きさが等し
ければ、ブリッジ回路の出力の直線性は良好になる。し
かしながら、図に示すように、中央部での引っ張り応力
と周辺部での圧縮応力の絶対値は等しくならず、引っ張
り応力の方が大きくなるため、ブリッジ回路の出力が非
直線性を示すことになる。

【０００５】このような傾向は、図１４（ｂ）に示すよ
うに、ゲージ板３が厚くなったり、ダイヤフラム２ａが
厚くなったり、ダイヤフラム２ａの直径が大きくなった
場合には、圧縮応力が出にくくなるため、一層、顕著に
なる。このため、図１４に示す構成においては、歪ゲー
ジ板３とダイヤフラム２ａをできるだけ薄くするように
しなけらばならないが、そのように薄くするには限界が
あり、現実的ではない。

【０００６】また、図１４に示す構成の圧力検出装置に
おいては、センシングボディ２と歪ゲージ板３との熱膨
張率差に基づく熱応力が発生する。このため、センシン
グボディ２と歪ゲージ板３との熱膨張率差をできるだけ
小さくするように、材料等の選定を行う必要があるが、
熱膨張率差なくすことはできないため、熱応力の影響を
小さくするために、例えば歪ゲージ３をできるだけ薄く
して感度を上げるようにしている。しかしながら、この
場合も歪ゲージ板３を薄くするには限界があり、熱応力
の影響が出てしまう。

【０００７】本発明は上記問題に鑑みたもので、検出出
力の直線性を良好にすることを第１の目的とする。ま
た、熱応力の影響を実質的になくすようにすることを第
２の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１乃至９に記載の
発明においては、受圧用ダイヤフラムの上に歪ゲージ板
を設け、この歪ゲージ板は、（１００）面を有するシリ
コン基板を備えたものであって、このシリコン基板に薄
肉部を設けるとともに、この薄肉部に、応力に対して正
の方向に抵抗値が変化する第１の拡散ゲージと、応力に
対して負の方向に抵抗値が変化する第２の拡散ゲージを
形成したことを特徴としている。

【０００９】受圧用ダイヤフラムに圧力が印加されたと
き、シリコン基板上には、引っ張り応力が発生する。こ
の引っ張り応力に対して、第１、第２の拡散ゲージで
は、正負の方向に抵抗値が変化する。図１４に示すもの
では、引っ張り応力と圧縮応力を検出するようにしてい
たため、抵抗値変化の絶対値が等しくならなかったが、
本発明では、引っ張り応力に対して正負の方向に抵抗値
を変化させるようにしているため、その変化の絶対値を
等しくすることが可能となり、検出出力の直線性を良好
にすることができる。

【００１０】特に、請求項２に記載の発明のように、第
１の拡散ゲージと第２の拡散ゲージの抵抗値変化量をほ
ぼ等しく設定することにより、一層その直線性を良好に
することができる。また、請求項３に記載の発明のよう
に、第１、第２の拡散ゲージを、主電流が流れる方向が
＜１１０＞軸方向になるように形成することにより、そ
れぞれの抵抗値変化率を最大にして、感度を向上させる
ことができる。

【００１１】また、請求項４乃至９に記載の発明におい
ては、薄肉部が発生する応力の発生方向を定める貫通穴
を形成したことを特徴としている。従って、応力の発生
方向を定めることにより、抵抗値の変化方向が正負で逆
になるように第１、第２の拡散ゲージを配置することが
容易になる。請求項１０に記載の発明においては、（１
００）面を有するシリコンで形成された薄肉部に、拡散
ゲージとこの拡散ゲージに接続する拡散リードを設け、
拡散リードに流れる主電流が実質的に＜１００＞軸方向
になるように拡散リードを薄肉部に形成したことを特徴
としている。

【００１２】（１００）面を有するシリコンにおいて、
＜１００＞軸方向はピエゾ抵抗効果が最も小さくなる方
向であるため、その方向に電流が流れるように拡散リー
ドを形成することにより、拡散リードにおいて応力に対
する抵抗値変化を非常に小さくし、検出出力の直線性を
良好にすることができる。この場合、請求項１１に記載
のように、拡散リードを四角形状にすることにより、電
流方向を＜１００＞軸方向にするとともに、＜１００＞
軸方向に線状に拡散リードを形成したものに比べ、拡散
リード自身の抵抗値を低下させて、検出出力の感度を向
上させることができる。

【００１３】請求項１２に記載の発明においては、受圧
用ダイヤフラムと歪ゲージ板の熱膨張率差に起因する熱
応力が、歪ゲージ板の表面に伝達された時に実質的に零
になるように、歪ゲージ板の厚さとサイズの比が決定さ
れていることを特徴としている。この場合、歪ゲージ板
に対し熱応力の影響が実質的になくなるため、熱応力を
ノイズと見た場合のＳ／Ｎ比を向上させることができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１に、本発明の一実施形態を示す
圧力検出装置の断面構造を示す。この圧力検出装置は、
車両における高圧燃料噴射装置の燃料圧やブレーキ装置
のブレーキオイル圧等の高圧（１０〜２００ＭＰａ）流
体の圧力を測定するものである。

【００１５】図において、金属ハウジング１内には、円
筒形のセンシングボディ２が挿入して配設されており、
その下端開口周縁がハウジング１の開口縁に溶接固定さ
れている。センシングボディ２は、熱膨張率が小さい低
熱膨張率金属（コバール、４２アロイ等線熱膨張係数が
シリコンに近い材質）で構成され、その上端面は中心部
を薄肉として受圧用ダイヤフラム２ａとしてある。

【００１６】ダイヤフラム２ａの上面には歪ゲージ板３
がガラス接合、硬質の接着剤等により接合されている。
歪ゲージ板３には、ダイヤフラム２ａに加わる圧力を検
出するたの拡散ゲージが形成されている。この歪ゲージ
板３を囲むようにして、ハウジング１の上面には、リン
グ状のセラミック基板７が設けられている。このセラミ
ック基板７には、歪ゲージ板３からの電気信号を増幅す
る増幅回路が設けられている。この増幅回路からの電気
信号は、コネクタピン８を介して外部に取り出される。
なお、増幅回路は、歪ゲージ板３上に形成することも可
能である。

【００１７】また、ハウジング１には、樹脂で構成され
たコネクタ９がＯリング１０を介してかしめ固定されて
いる。ハウジング１はネジ部１ａを有しており、被測定
媒体の圧力測定箇所にネジ固定される。図２に、センシ
ングボディ２と歪ゲージ板３の部分断面斜視図を示す。
歪ゲージ板３は、シリコン基板３１とガラス台座３２に
より構成されている。シリコン基板３１はガラス台座３
２に陽極接合されており、ガラス台座３２はダイヤフラ
ム２ａに低融点ガラス３３にて接合されている。

【００１８】図３（ａ）（ｂ）に、シリコン基板３１の
平面構成およびＡ−Ａ断面構成をそれぞれ示す。シリコ
ン基板３１は、ｎ型又はｐ型（本実施形態ではｎ型）の
半導体基板で、（１００）の面方位を有するものであ
り、厚さは０．２〜０．６ｍｍ程度のものである。この
シリコン基板３１の大きさ（サイズ）は、２ｍｍ□〜５
ｍｍ□程度である。

【００１９】このシリコン基板３１は、ＫＯＨ水溶液に
よる異方性エッチングにより裏面側がエッチングされ
て、薄肉部３１１ａ（例えば、１５〜１００μｍ程度の
厚さ）が形成されている。この異方性エッチングによっ
て、図３（ｂ）に示すように、底面に対し、約５４．７
°の傾きとなっている。薄肉部３１１ａの左右には貫通
穴３１２ａが形成されている。この貫通穴３１２ａによ
り薄肉部３１１ａをビーム構造とし、ダイヤフラム２ａ
が変位した時、薄肉部３１１ａに発生する引っ張り応力
の方向を定める働きをする。すなわち、センシングボデ
ィ２のダイヤフラム２ａ（図３中の丸の点線で示す部
分）に圧力が印加されると、ダイヤフラム２ａは上にた
わみ、ガラス台座３２を介してシリコン基板３１に応力
が伝わり、歪ゲージ板３の表面に全体的に引っ張り応力
が発生する。このとき、歪ゲージ板３には貫通穴３１２
ａが形成されているため、薄肉部３１１ａの表面では、
図３の縦方向への応力が大きく支配的となり、横方向へ
の応力は小さくなる。

【００２０】また、図４に示すように、シリコン基板３
１の表面には、ｐ型の不純物の拡散で形成された拡散ゲ
ージ４ａ〜４ｄおよび拡散リード５ａ〜５ｈが形成され
ている。拡散ゲージ４ａ〜４ｄと拡散リード５ａ〜５ｈ
は同一の不純物濃度である必要はない。なお、図におい
て、ハッチング部分はＡｌ配線を示している。拡散ゲー
ジ４ａ、４ｄでは、長手方向、すなわち主電流が流れる
方向（以下単に電流方向という）は図の縦方向となり、
拡散ゲージ４ｂ、４ｃでは、電流方向が横方向となるよ
うに、それぞれが肉薄部３１１に形成されている。

【００２１】ここで、面方位が（１００）であるシリコ
ンにおいて、図５に示す細長形状の拡散抵抗を配置した
場合、 φ ：＜１１０＞軸と電流方向（拡散抵抗の長手方
向）とのなす角度 σ_l ：電流方向の応力 σ_t ：σ₁と垂直方向の（１００）面内応力 σ_lt ：（１００）面内のせん断応力 σ_n ：（１００）面法線方向の応力 Δρ／ρ：ピエゾ抵抗効果による抵抗変化率とすると、Δρ／ρは数式１で表される。

【００２２】

【数１】 Δρ／ρ＝π_lσ₁＋π_tσ_t＋π_ltσ_lt＋π_nσ_n ここで、π_l、π_t、π_lt、π_nは数式２で表される。

【００２３】

【数２】 π_l＝π₁₁−２（π₁₁−π₁₂−π₄₄）・cos²（φ＋45°）・sin²（φ＋45°） π_t＝π₁₂＋２（π₁₁−π₁₂−π₄₄）・cos²（φ＋45°）・sin²（φ＋45°） π_lt＝２（π₁₁−π₁₂−π₄₄）・cos （φ＋45°）・sin （４５°＋φ）・｛− cos²（φ＋45°）＋sin²（φ＋45°）｝ π_n＝π₁₂ なお、π₁₁、π₁₂、π₄₄は、半導体のピエゾ抵抗効果を
表すのに使われる係数で、拡散ゲージの導電型や不純物
濃度で異なる。ここで、ｐ型シリコンでは、π ₄₄＞＞π
₁₁、π₁₂であるので、π₁₁、π₁₂を無視すると、Δρ／
ρは数式３で表される。

【００２４】

【数３】Δρ／ρ≒２π₄₄・cos²（φ＋45°）・sin
²（φ＋45°）・（σ_l−σ_t）−２π₄₄・cos （φ＋4
5°）・sin （４５°＋φ）・｛−cos²（φ＋45°）＋s
in²（φ＋45°）｝・σ_lt 従って、数式３より、φ＝０°、９０°、１８０°、２
７０°（すなわち、電流方向が＜１１０＞軸方向）のと
き、Δρ／ρは最大となり、数式４のようになる。

【００２５】

【数４】Δρ／ρ≒π₄₄（σ_l−σ_t）／２また、φ＝４５°、１３５°、２２５°、３１５°（す
なわち、電流方向が＜１００＞軸方向）のとき、Δρ／
ρは最小となり、数式５のようになる。

【００２６】

【数５】Δρ／ρ≒０従って、拡散ゲージ４ａ〜４ｄを、電流方向が＜１１０
＞軸方向になるように配置することにより、ピエゾ抵抗
効果による抵抗変化率Δρ／ρを最大にすることができ
る。

【００２７】ここで、薄肉部３１１ａには、上述したよ
うに、図３、図４に示す矢印方向に引っ張り応力が発生
する。拡散ゲージ４ａ、４ｄには、その応力方向に主電
流が流れるため、数式４でσ_l＞σ_tとなり抵抗変化率
は正の値をとる。また、拡散ゲージ４ｂ、４ｃには、そ
の応力方向と直交する方向に主電流が流れるため、数式
４でσ_l＜σ_tとなり抵抗変化率は負の値をとる。この
ことにより、応力発生時に、拡散ゲージ４ａ、４ｄでは
抵抗値が増加し、拡散ゲージ４ｂ、４ｃでは抵抗値が減
少する。

【００２８】拡散ゲージ４ａ〜４ｄは、図６に示すホイ
ーストン・ブリッジ回路を構成しており、ダイヤフラム
２ａに印加された圧力に応じた電圧Ｖ_BCを発生する。こ
のホイーストン・ブリッジ回路の出力Ｖ_BCは、拡散リー
ド５ｅ、５ｆの抵抗値ｒｅ、ｒｆの電圧降下が無視でき
るとき、数式６で表される。

【００２９】

【数６】なお、Ｒａ〜Ｒｄは拡散ゲージ４ａ〜４ｄの抵抗値であ
り、ｒａ₁〜ｒｄ₁は拡散リード５ａ〜５ｄの抵抗値で
ある。また、拡散リード５ｇのうち拡散ゲージ４ａと接
続されている部分の抵抗値をｒａ₂、拡散ゲージ４ｂと
接続されている部分の抵抗値をｒｂ₂とし、拡散リード
５ｈのうち拡散ゲージ４ｃと接続されている部分の抵抗
値をｒｃ₂、拡散ゲージ４ｄと接続されている部分の抵
抗値をｒｄ₂としている。また、Ｒａ’＝Ｒａ＋ｒａ₁＋ｒａ₂ Ｒｂ’＝Ｒｂ＋ｒｂ₁＋ｒｂ₂ Ｒｃ’＝Ｒｃ＋ｒｃ₁＋ｒｃ₂ Ｒｄ’＝Ｒｄ＋ｒｄ₁＋ｒｄ₂ である。

【００３０】ここで、Ｒａ’〜Ｒｄ’において圧力を印
加しない時の値をＲとし、Ｒａ’〜Ｒｄ’の圧力変化に
対する変化量を、−ΔＲａ’、−ΔＲｄ’、ΔＲｂ’、
ΔＲｄ’（ΔＲａ’〜ΔＲｄ’は全て正の値）としたと
き、ΔＲａ’〜ΔＲｄ’＜＜Ｒであるので、出力Ｖ_BCは
数式７で表される。

【００３１】

【数７】 ΔＲａ’〜ΔＲｄ’が圧力変化に対して直線的に変化す
るとき、数式７の分子は直線性を示すので、分母が一定
すなわちΔＲｂ’＝ΔＲａ’、ΔＲｃ’＝ΔＲｄ’が成
り立てば、出力電圧Ｖ_BCは圧力変化に対し直線性を示す
ことになる。従って、拡散ゲージ４ａと４ｂの抵抗値変
化量、拡散ゲージ４ｃと４ｄの抵抗値変化量がそれぞれ
ほぼ等しくなるように設定すれば、出力電圧Ｖ_BCの直線
性を良好にすることができる。

【００３２】なお、上記構成において、貫通穴３１２ａ
を形成しない場合には、形状の対称性から、縦方向、横
方向とも同等の応力が発生するため、ピエゾ抵抗効果が
相殺されてしまい、電圧Ｖ_BCは変化しない。従って、貫
通穴３１２ａを設けて薄肉部３１１ａをビーム構造に
し、応力の発生方向を定めることにより、拡散ゲージ４
ａ、４ｄの抵抗値変化方向と拡散ゲージ４ｂ、４ｃの抵
抗値変化方向を逆にして、圧力検出を行うことができる
ようにしている。

【００３３】また、拡散リード５ａ〜５ｈにおいては、
図４に示すように、その形状を正方形にしている。この
ことにより、拡散リード５ａ〜５ｈには、ピエゾ抵抗係
数が最小となるところ、すなわち＜１００＞軸方向に電
流が流れることになる。従って、応力に対する抵抗値の
変動が実質的になくなり、出力電圧Ｖ_BCの直線性が向上
する。

【００３４】なお、拡散リード５ａ〜５ｈにおいては、
＜１００＞軸方向に電流を流すようにすれば出力電圧Ｖ
_BCの直線性向上という効果があるため、正方形等の四角
形でなくても他の形状でもよく、例えば＜１００＞軸方
向に沿った線形状のものとしてもよい。但し、そのよう
な線形状のものに比べ、拡散リードを正方形等の四角形
にした方が拡散リード自身の抵抗値を小さくすることが
でき、拡散ゲージに印加できる電圧を大きくすることが
できるため、センサ感度を向上させることができる。ま
た、電流方向は正確に＜１００＞軸方向でなくても実質
的に＜１００＞軸方向であれば、直線性を向上させるこ
とができる。

【００３５】また、拡散リードにおいて電流方向を＜１
００＞軸方向にするという観点からすれば、高圧用の圧
力センサに限らず、（１００）面を有するシリコン基板
でダイヤフラムを構成した低圧用の圧力センサ、あるい
は（１００）面を有するシリコン基板にビームを形成し
た加速度センサにおいても、同様な拡散リード構成とす
れば、センサ出力の直線性を向上させることができる。

【００３６】次に、薄肉部を他の形状にした実施形態に
ついて説明する。上述した実施形態においては、薄肉部
３１１ａに２つの貫通穴３１２ａを形成するものを示し
たが、図７に示すように１つの貫通穴３１２ｂとしても
よい。この場合、薄肉部３１１ｂのうち貫通穴３１２ｂ
に近い部分では貫通穴３１２ｂに沿った縦方向の応力が
支配的であるが、貫通穴３１２ｂから離れるにつれて横
方向の応力も発生するため、拡散ゲージ４ａ〜４ｄはで
きるだけ貫通穴３１２ｂの近くに形成するのが好まし
い。

【００３７】また、図８に示すように、４つの貫通穴３
１２ｃを設けて十字状に薄肉部３１１ｃを形成するよう
にしてもよい。この場合、縦方向のみならず横方向にも
応力が発生するため、図４のように拡散ゲージを配置す
ると、それぞれの拡散ゲージの抵抗値が同じ方向に変化
し、圧力検出を行うことができない。そこで、拡散ゲー
ジ４ａ〜４ｄの長手方向を４つとも同じ方向にしてそれ
ぞれのビーム辺に形成し、拡散ゲージ４ａ、４ｄと拡散
ゲージ４ｂ、４ｃとで抵抗値を正負に逆に変化させるよ
うにしている。

【００３８】なお、図７に示す実施形態においては、肉
薄部３１１ｃが３点支持されているため、撓みにくく、
図３に示す２点支持のものに比べて感度が落ちる。ま
た、図８に示す実施形態においては、拡散ゲージ４ａ〜
４ｄを各ビーム辺に分散させているため、配線の引回し
に難点があり、また４つの貫通穴３１２ｃの加工精度が
悪いと、感度が悪くなる。従って、図７、図８に示す実
施形態に比べ、図３に示す２つの貫通穴３１２ａを設け
た両持ち構造のものが、感度等の観点から最も優れてい
る。

【００３９】また、肉薄部の構造として、図９に示すよ
うに、周辺部より中心部を薄くして薄肉部３１１ｄを形
成すれば、応力の変化に対する感度を向上させることが
できる。なお、本発明は、上記実施形態のようにシリコ
ン基板３１にガラス台座３２を設けるものに限らず、ガ
ラス台座３２をなくしてシリコン基板３１をセンシング
ボディ２に接合するようにしたものにも適用することが
できる。

【００４０】次に、センシングボディ２と歪ゲージ板３
との熱膨張係数差による熱応力について説明する。本発
明者等は、シリコン基板３１の厚さを０．３ｍｍ、ダイ
ヤフラム２ａの厚さも０．３ｍｍとし、加熱（ΔＴ＝１
００℃）を行った状態で、ガラス台座３２の厚さに対す
る歪ゲージ板３の表面中央部での発生応力（熱出力）に
ついて検討を行った。

【００４１】図１０にその結果を示す。通常は、ガラス
台座３２の厚さを厚くしても、熱出力は発生すると考え
られているが、図中の曲線Ａに示すように、熱出力が零
となるガラス台座厚が存在することが判明した。これ
は、ガラス台座３２が薄い場合には、ダイヤフラム２ａ
に引っ張り応力が発生した時、それによって歪ゲージ板
３の表面に引っ張り応力が発生するのであるが、ガラス
台座３２が厚くなると、歪ゲージ板３の表面に引っ張り
応力でなく圧縮応力が発生し、ガラス台座厚により異な
った変形モードを示すためである。

【００４２】ガラス台座３２を厚くすると、図中の曲線
Ｂに示すように感度は低下するが、熱出力が零になれ
ば、熱出力をノイズと見た場合のＳ／Ｎ比を向上させる
ことができる。なお、加熱温度を変化させても曲線Ａは
その曲線パターンが変化するのみで、熱出力が零となる
ガラス台座厚は変化しない。但し、シリコン基板３１の
サイズを変化させると、曲線Ａが図の左右方向に変化す
る。すなわち、熱出力を零とするためには、シリコン基
板３１のサイズとガラス台座の厚さの比を適当に設定す
る必要がある。

【００４３】なお、この熱出力を零にするという観点か
らすれば、図１１に示すように、面方位が（１１０）で
あるシリコン基板３１を用いたもの、あるいは図１２に
示すように、図１１の構成に対しシリコン基板３１に薄
肉部を設けずに構成したもの、さらに、図１３に示すよ
うに、図１２の構成に対しガラス台座３２をなくしシリ
コン基板３１のみで歪ゲージ板３を構成したものでも同
様に適用することができる。

【００４４】また、上記した種々の実施形態において、
拡散ゲージ４ａ〜４ｄ、拡散リード５ａ〜５ｈは、ｐ型
のものに限らず、ｎ型のものとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す圧力検出装置の断面
図である。

【図２】センシングボディ２と歪ゲージ板３の構成を示
す部分断面斜視図である。

【図３】（ａ）はシリコン基板３１の平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図４】シリコン基板３１に形成した拡散ゲージ４ａ〜
４ｄ、拡散リード５ａ〜５ｈ等の平面構成を示す図であ
る。

【図５】面方位が（１００）であるシリコンに拡散抵抗
を配置した場合の電流方向に対する応力発生の説明に供
する説明図である。

【図６】拡散ゲージ４ａ〜４ｄにより構成したホイース
トン・ブリッジ回路の電気結線図である。

【図７】薄肉部３１１ｂに１つの貫通穴３１２ｂを形成
した実施形態を示す平面図である。

【図８】薄肉部３１１ｃに４つの貫通穴３１２ｃを形成
した実施形態を示す平面図である。

【図９】周辺部より中心部が薄くなるように薄肉部３１
１ｄを形成した実施形態を示す断面図である。

【図１０】センシングボディ２と歪ゲージ板３との熱膨
張係数差による熱応力とガラス台座厚との関係を示す図
である。

【図１１】熱出力を零にする場合の他の実施形態を示す
部分断面斜視図である。

【図１２】熱出力を零にする場合の他の実施形態を示す
部分断面斜視図である。

【図１３】熱出力を零にする場合の他の実施形態を示す
部分断面斜視図である。

【図１４】ダイヤフラム上に歪ゲージ板を形成したもの
の、中央部と周辺部での引っ張り応力と圧縮応力の関係
を調べた結果を示す図である。

【符号の説明】

１…ハウジング、２…センシングボディ、２ａ…ダイヤ
フラム、３…歪ゲージ板、３１…シリコン基板、３２…
ガラス台座、３３…低融点ガラス、３１１ａ〜３１１ｄ
…薄肉部、３１２ａ〜３１２ｃ…貫通穴、４ａ〜４ｄ…
拡散ゲージ、５ａ〜５ｈ…拡散リード、７…セラミック
基板、８…コネクタピン、９…コネクタ。

フロントページの続き (72)発明者今井正人愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受圧用ダイヤフラム（２ａ）の上に歪ゲ
ージ板（３）を設けてなる圧力検出装置であって、前記歪ゲージ板は、（１００）面を有するシリコン基板
（３１）を備えており、このシリコン基板は、前記受圧
用ダイヤフラムが圧力を受けた時に変位して応力を発生
する薄肉部（３１１ａ〜３１１ｃ）を有し、この薄肉部に、前記応力に対して正の方向に抵抗値が変
化する第１の拡散ゲージ（４ａ、４ｄ）と、前記応力に
対して負の方向に抵抗値が変化する第２の拡散ゲージ
（４ｂ、４ｃ）が形成され、前記第１、第２の拡散ゲー
ジの抵抗値に基づき前記圧力を検出するようにしたこと
を特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】前記第１の拡散ゲージ（４ａ、４ｄ）と
前記第２の拡散ゲージ（４ｂ、４ｃ）の抵抗値変化量が
ほぼ等しくなるように設定されていることを特徴とする
請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】前記第１、第２の拡散ゲージ（４ａ〜４
ｄ）は、主電流が流れる方向が＜１１０＞軸方向になる
ように形成されていることを特徴とする請求項１又は２
に記載の圧力検出装置。
【請求項４】前記薄肉部（３１１ａ〜３１１ｃ）に
は、この薄肉部が発生する応力の発生方向を定める貫通
穴（３１２ａ〜３１２ｃ）が形成されていることを特徴
とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の圧力検出
装置。
【請求項５】前記貫通穴（３１２ａ〜３１２ｃ）は、
前記薄肉部（３１１ａ〜３１１ｃ）がビームを構成する
ように形成されており、前記第１、第２の拡散ゲージ
（４ａ〜４ｄ）は、前記ビーム上に形成されていること
を特徴とする請求項４に記載の圧力検出装置。
【請求項６】前記ビームは、両持ち構造の１つのビー
ム（３１１ａ、３１１ｂ）であって、その長手方向に前
記応力が発生することを特徴とする請求項５に記載の圧
力検出装置。
【請求項７】前記貫通穴（３１２ａ）が前記ビームの
長手方向の左右に形成されていることを特徴とする請求
項６に記載の圧力検出装置。
【請求項８】前記第１の拡散ゲージ（４ａ、４ｄ）に
主電流が流れる方向が前記ビーム（３１１ａ、３１１
ｂ）の長手方向になり、前記第２の拡散ゲージ（４ｂ、
４ｃ）に主電流が流れる方向が前記ビームを横切る方向
になるように、前記第１、第２の拡散ゲージが形成され
ていることを特徴とする請求項６又は７に記載の圧力検
出装置。
【請求項９】前記ビーム（３１１ｃ）は、４つのビー
ム辺を有するように十字形状に形成されており、前記第
１、第２の拡散ゲージ（４ａ〜４ｄ）に主電流が流れる
方向が同じになるように、前記第１、第２の拡散ゲージ
がそれぞれのビーム辺に形成されていることを特徴とす
る請求項５に記載の圧力検出装置。
【請求項１０】（１００）面を有するシリコンで形成
された薄肉部（３１１ａ）を有し、この薄肉部に拡散ゲ
ージ（４ａ〜４ｄ）が形成され、この拡散ゲージの抵抗
値にて前記薄肉部の変位を検出するようにした力学量検
出装置であって、前記拡散ゲージに接続される拡散リード（５ａ〜５ｈ）
が、この拡散リードに流れる主電流が実質的に＜１００
＞軸方向になるように前記薄肉部に形成されていること
を特徴とする力学量検出装置。
【請求項１１】前記拡散リード（５ａ〜５ｈ）は、四
角形状に形成されていることを特徴とする請求項１０に
記載の力学量検出装置。
【請求項１２】受圧用ダイヤフラム（２ａ）の上に歪
ゲージ板（３）を設けてなる圧力検出装置であって、前記受圧用ダイヤフラムと前記歪ゲージ板の熱膨張率差
に起因する熱応力が、前記歪ゲージ板の表面に伝達され
た時に実質的に零になるように、前記歪ゲージ板の厚さ
とサイズの比が決定されていることを特徴とする圧力検
出装置。