JPS61155931A - 電気的な圧力発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気的な信号を形成するだめの圧力発生器で
あって、少なくとも１つのセンサ部材を保持しかつ圧力
に応じて変形可能なダイヤフラムを有し、このダイヤフ
ラムによって基準圧力室が、圧力下にある媒体に対して
密閉されている形式のものに関する。

従来の技術 内蔵された圧抵抗性の抵抗体ブリッジを備えた上記形式
を有する半導体・圧力発生器においては、火花加工又は
腐食加工又は他の方法によって珪素半導体から形成され
て、基準圧力室を圧力下にある媒体に対して密閉してい
るダイヤフラムの縁部にセンサ部材が配置されている（
アメリカ合衆国特許第４０７９５０８号明細書参照）。

この場合、絶対圧力を測定するために基準圧力室が真空
状態で密閉されている。圧力測定のために、所定の圧力
を以ってガス又は空気を充填されているか又は真空状態
にある基準圧力室を有している上記のような又は類似の
圧力発生器においては、その基準圧力室の気密性が損わ
れると即座に、その圧力センサ又は圧力スイッチから発
つされる信号に誤りが生じる。

この圧力発生器においては基準圧力室内での漏洩発生は
、圧力発生器の保守作業時の測シ直しによってのみ検知
され得る。

発明の課題 本発明の課題は、圧力発生器の使用中にも基準圧力室の
気密性を、評価回路の接続によって監視可能とすること
である。

課題を解決するだめの手段 上記の課題は本発明によれば、第２のダイヤフラムが漏
洩監視のために前記基準圧力室を検査圧力に対して密閉
しており、またこの第２のダイヤフラムが、基準圧力室
内の漏洩発生時に相応する信号を発する少なくとも１つ
の検査センサ部材を保持していることによって解決され
た。

発明の作用及び利点 本発明による圧力発生器の有する利点は、評価回路を接
続することによっていつでも基準圧力室の圧力上昇又は
圧力下降を検査可能なことである。基準圧力室内に漏洩
が発生した場合は基準圧力が、第２のダイヤフラムによ
って該基準圧力から分離されている検査圧力に対して変
化するので、該検査圧力によって適当な漏洩信号が発さ
れ、この信号が評価回路によって捕捉されて表示される
。更に別の利点は、本発明による構成が所謂半導体圧力
センサのためにのみでなく、基準圧力室を以って作動す
る全ての圧力発生機構のために使用可能なことである。

基準圧力室に対する常時の監視が可能であることに基づ
いて、そのような圧力発生器は例えば自動車のタイヤ圧
監視機構におけるような、安全性にとって重要な部分に
も使用可能である。

実施態様 本発明の有利な実施態様は特許請求の範囲の各従属項に
記しだ通りである。

特に有利には、第２のダイヤフラムが基準圧力室を、検
査圧を含有する室に対して密閉し、この際に更に検査圧
力室が基準圧力室内に配置されているとよい。またこの
ような圧力発生器の構造は、第２のダイヤフラムを有す
る検査センサが１つの半導体チップから形成され、この
半導体チップ上でセンサ部材が、ダイヤフラムの縁範囲
内に、内蔵された圧抵抗性の抵抗体ブリッジとして内蔵
されていると特に有利である。

更に本発明の有利な実施態様によれば、複数の圧力発生
器を漏洩監視するために、それぞれの圧力発生器の各基
準圧力室がその第２のダイヤプラムを以って１つの共同
の検査圧力に対して密閉されており、しかもこの検査圧
力が特に外気圧であると有利である。またこのような圧
力発生器は高周波の測定信号を有する容量的な圧力発生
器としても有利に形成され、この際に基準圧力室の第１
のダイヤフラムは容量的な圧力センサの電極を保持し、
第２のダイヤフラムは容量的な検査センサのための第２
の電極を保持しているとよい。この場合、両方の電極は
、基準圧力室内で両方の電極の間に配置された１つの共
同の中央電極と共に協働する。

実施例 第１図に拡大横断面図で示された圧力発生器、　１０は
、液体又は気体の絶対圧力を測定するために用いられて
いる。この圧力発生器１０は主に、例えば珪素から成る
第１の半導体チップ１１から形成された測定センサ１２
を有し、このチップ１１の表面上に４つの、抵抗体ブリ
ッジ回路として形成された圧抵抗性のセンサ部材１２ａ
が配置されている。第１図には２つのみ示されたセンサ
部材１２ａは、外部の力で変形するダイヤフラム１３の
縁に配置されており、このダイヤフラム１３は半導体チ
ップ１１の裏面の円形又は楕円形の範囲内での当該半導
体材料の除去によって形成されている。半導体チップ１
１は基板１４上に、例えばリング状の帯状導電体１５と
共に圧力に対して気密に、ろう接又は接着又はボンデラ
イト法によって固定配置されている。ダイヤフラム１３
の下の清円形範囲によって形成された室１６は基板１４
内の孔１γを介して、圧力下にある媒体、例えば空気、
ガス又は液体と接続されている。この圧力下の媒体の供
給のために基板１４の裏面には孔１７上に接続管片１８
が装着されており、この接続管片１８を通って圧力下の
媒体が矢印方向でダイヤフラム１３内に押し入る。半導
体チップ１１の上方には、外部に対して金属カプセル２
０によって閉じられた基準圧力室１９が位置している。

この基準圧力室１９はダイヤフラム１３及び基板１４に
よって、圧力下にある媒体及び外部に対して密閉されて
いる。

圧力発生器１０によって当該媒体の絶対圧力を測定可能
とするために、基準圧力室１９は真空状態にある。この
真空状態の形成のために例えばカプセル２０が真空状態
において、もう１つのリング状の帯状導電体２１と共に
プレート１４上に圧力に対して密にろう接されている。

この帯状導電体２１は前記の帯状導電体１５と同様に、
圧力発生器１０の装着時に基準電位におかれ、この際に
有利には測定センサ１２のブリッジ回路の１つの接続部
もこの各帯状導電体の内の１本を介して基準電位に接続
されている。

測定センサ１２の別の接続部は接続導線２２を介して接
点ピン２３に接続されており、この接点ピン２３はガラ
ス製導出案内部２４内で基板１４に、圧力に対してシー
ルされて固定されている。

基準圧力室１９内の真空状態を監視するために圧力発生
器１０には、基準圧力室１９を検査圧力に対して密閉す
る第２のダイヤフラム２５が配置されている。この第２
のダイヤフラム２５は検査センサ２６から成っている。

このダイヤフラム２５は４つの、１つのブリッジ回路に
まとめられた圧抵抗性の検査センサ部材２６ａを保持し
ておりかつ、基準圧力室１９を検査圧力室２７に対して
密閉している。第２のダイヤフラム２５を有する検査セ
ンサ２６は、基準圧力室１９内で基板１４上に配置され
た第２の半導体チップ２８によって形成されている。こ
の場合に検査圧力室２７は、第２のダイヤフラム２５の
範囲内で半導体チップ２８の裏面に形成された切欠きに
よって形成されている。この検査圧力室２７は下方へ向
けて保持板（基板）１４によって圧力に対して密閉され
ており、このために第２の半導体チップ２８はやはシ導
体板（基板）１４の、基準電位を案内するリング状の帯
状導電体２９上に接着又はろう接又はボンデライト法で
結合されている。両方の半導体チップ１１．２８はカプ
セル２０と同様に真空状態で基板１４とろう接されるの
で、検査圧力室２７も真空状態にある。検査センサ部材
２６ａは一方で基準電位におかれ、他方で接続導線３０
を介して別の接点ピン３１と接続されており、この接点
ピン３１はやはシ基板１４内のガラス製導出案内部３２
内に、圧力に対して気密にそう着されている。

圧力発生器１０の装着時には各センサ部材１２ａ、２６
ａの各接続部が評価回路と接続され、これによって測定
センサ１２が測定室１６内の給体圧力をまた検査センサ
２６が基準圧力室１９内の圧力を検出する。完全な状態
の圧力発生器１０においては基準圧力室１９及び検査圧
力室２７が真空状態にあシ、従って第２のダイヤフラム
２５は撓まない。検査センサ部材２６ａから発つされた
信号、例えば０（ゼロ）信号は接続された評価回路内で
目標値として捕捉されて蓄えられる。これと異なり第１
のダイヤフラム１３は室１６内の圧力下にある媒体によ
って撓められ、センサ部材１２ａがその撓みに応じた電
気的信号を発つし、その信号が接続された評価装置によ
って評価される。

従って漏洩によって基準圧力室１９内に空気又はガスが
流入すると即座に、センサ部材１２ａから発つする測定
信号に誤シが生じる。しかし本発明によれば検査センサ
２６の検査圧力室２７が第２のダイヤフラム２５によっ
て基準圧力室１９から分離されているので、そのよう゛
な漏洩発生時には第２のダイヤフラム２５がその両側で
の圧力差によって押され、検査センサ部材２６ａが平常
状態（ゼロ）から外れた信号を発つする。この信号変化
が評価回路によって捕捉され、当該圧力発生器１０の欠
陥が報告される。この圧力発生器１０による検査は運転
中に連続的に、又は当該圧力発生器１０の始動時の都度
に行なってもよい。

第２図の変化実施例に示された圧力発生器４０の有する
基準圧力室４１は、測定センサ４７の第１のダイヤフラ
ム４２によって上方を、また検査センサ４８の第２のダ
イヤフラム４３によって下方を閉じられている。各ダイ
ヤフラム４２，４３はそれぞれ半導体チソ７°４４．４
５から、その裏面の半導体材料の除去によって形成され
ている。この両方の半導体チップは真空状態において保
持板４６のそれぞれ反対側に、圧力に対して密に固定さ
れており、この保持板４６は真空状態にある基準圧力室
４１の範囲内に適切な切欠きを有している。上側のダイ
ヤフラム４２によって基準圧力室４１が、圧力下にある
媒体に対して密閉されており、まだ下側のダイヤフラム
４３によって該基準圧力室４１が検査圧力に対して密閉
されている。この圧力下にある媒体と検査圧力は、基準
圧力室４１の他にも保持プレート４６によって互いに分
離されている。上側のダイヤフラム４２上には媒体の圧
力測定のための測定センサ４７の各センサ部材４７ａが
配設され、下側のダイヤフラム４３の上には基準圧力室
４１の漏洩監視のための検査セッサ４８の検査センサ部
材４８ａが配設されている。

圧力発生器４０は例えば車両タイヤのタイヤ圧の検査の
ために用いられ得、そのために該圧力発生器４０が保持
板４６と共にケーシング内に装着され、該ケーシングが
充填弁のように車輪リムのねじ山付孔内にねし入れられ
る。従って４つの車両タイヤのためには４つの圧力発生
器４０が必要である。この場合４つの圧力発生器の漏洩
監視のために、それぞれの圧力発生器４０の基準圧力室
４１がその第２のダイヤフラム４３を以って外気の圧力
に対して閉じられており、この外気がその４つの基準圧
力室全部のための共同の検査圧力を形成している。圧力
発生器４０が所定の評価回路に接続されるとセ／す部材
４７ａによってその都度に、タイヤ内に形成された空気
圧に応じた電気信号が発つされる。これと異なりその４
つの全ての圧力発生器４０の各検査センサ部材４８ａか
らは同じ電気信号が発つされ、何故なら４つの全ての圧
力発生器４０のための外気圧は同一だからである。

そして１つの圧力発生器４ａの基準圧力室４１内に漏洩
が生じると、その基準圧力室４１内に空気が流入する。

これによって圧力発生器４０のセンサ部材４７ａ及び検
査センサ部材４８ａから評価回路に送られる電気信号が
変化する。

こうして評価回路によって、欠陥のある圧力発生器４０
の検査センサ部材４８ａからの電気信号が、平常時の完
全な圧力発生器４０からの信号と異なっていることが検
知され、相応した欠陥表示がトリがされる。

第３図に拡大断面図で示された容量的な圧力発生器５０
においては、その基準圧力室５１がやはり上方を第１の
ダイヤフラム５２によって、また下方を第２のダイヤフ
ラム５３によって閉じられている。第１のダイヤフラム
５２はこの場合、基準圧力室５１の内側に大きな面の電
極５４を有し、第２のダイヤフラム５３も同様に基準圧
力室５１の内側に大きな面の電極５５を有している。両
方の電極５４．５５は、基準圧力室５１内で両方の電極
５４と５５との間に配置された共同の中央電極５６と協
働する。この場合の中央電極５６は、絶縁材料から成る
保持板５７の上にコーティングされた導電的な膜によっ
て形成されている。この保持板５７は中央に穴５８を有
し、この穴５８は保持板５７上の両側に位置する導電膜
の貫通接続部を有している。この保持板５７によって基
準圧力室５１は中央で分割されており、この際に第１の
ダイヤフラム５２によって閉じられた室５９は保持板５
７の上に、壕だ第２のダイヤフラム５３によって閉じら
れた室６０は保持板５７の下に形成されている。両方の
室５９．６０は穴５８によって相互接続されている。第
１のダイヤフラム５２は基準圧力室５１を外部に向って
、圧力下にある媒体に対して閉じており、第２のダイヤ
フラム５３は基準圧力室５１を検査圧に対して閉じてい
る。

この圧力発生器５０も複数の圧力発生器の漏洩監視のた
めに、それぞれの圧力発生器５０の基準圧力室５１がそ
の第２のダイヤフラム５３を以って１つの共同の検査圧
、例えば外気圧Ｐａに対して密閉されるようにして使用
することができる。第４図にはそのような容量形の圧力
発生器５０の回路図が示されている。この場合に電極５
４は中央電極５６と共に、コンデンサ６１として作用す
る測定センサを形成し、第２の電極５５は中央電極５６
と共にコンデンサ６２として作用する検査センサを形成
する。中央電極５６が基準電位に置かれ、センサ６１゜
６２の各電極５４．５５にそれぞれ１つの高周波数の測
定電圧が与えられると、接続された評価回路の測定電気
回路を介してその都度のコンデンサ６１．６２の容量が
検出される。

上側のダイヤフラム５２への圧力が変化すると、中央電
極５６に対する上側の電極５４の距離が変化し、それに
よって測定センサ６１の容量が変化する。空気圧Ｐａは
監視される全ての圧力発生器において同じなので、下側
の電極５３から中央電極５６への距離と延いては検査セ
ンサ６２の容量とは、監視されるべき全ての圧力発生器
５０において同一である。そして真空下にある基準圧力
室５１に漏洩が生じると、その欠陥のある圧力発生器５
ｏにおける検査センサ６２の容量が変化し、これが圧力
発生器５０と接続された評価回路によって検出されて表
示される。

第３図に示された実施例においてはダイヤフラム５２と
５３が絶縁材から成るシェル形部材から形成されて、保
持板５７の互いに向い合った側に圧力に対して気密に固
定されている。

本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、例え
ば基め圧力室を真空の代りに圧力下のガス又は圧縮空気
によって充填してもよい。

また基準圧力室内の漏洩発生時に確実な信号を発つする
ために有利には、検査センサのダイヤフラムの片側での
基準圧力室内の圧力と、該ダイヤフラムの他方側での検
査圧との間に十分な圧力差を設けることが有利である。

この圧力差は、例えば第１図に示された例では基準圧力
室内に漏洩が発生して初めて生じるものであシ、また第
２図及び第３図の例では完全な圧力発生器において形成
されそして漏洩発生時には消えるようになっている。ダ
イヤフラムの両側に同じ圧力が形成されている場合、検
査センサの信号はいずれにせよ、ダイヤフラムの両側に
強い圧力差がある場合に形成される信号とは明らかに異
なったものでなければならないっ

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の３つの実施例を示すものであって、第１
図は基準圧力室のためのカプセルを備えた、本発明の第
１実施例による圧力発生器を示す断面図、第２図は圧力
室と外気圧力室とに対するそれぞれ１つのダイヤフラム
を備えだ、本発明の第２実施例による半導体・圧力発生
器を示す断面図、第３図は基準圧力室内に測定センサと
検査センサとを備えた、本発明の第３実施例による容量
的な圧力発生器を示す断面図、第４図は第３図に示され
た圧力発生器の補充回路図である。 １０．４０，５０・・・圧力発生器、１２．４７・・・
測定センサ、１２ａ、４７ａ・・・センサ部材、１１．
２８．４４．４５・・・半導体チップ、１３゜２５．４
２，４３，５２．５３・・・ダイヤフラム、１４・・・
基板、１５，２１．２９・・・帯状導電体、１６．５９
．６０・・・室、１７・・・孔、１８・・・接続管片、
１９，４１．５１・・・基準圧力室、２ｏ・・・金属カ
ッセル、２２．３０・・・接続導線、２３・・・接点ビ
ン、２４．３２・・・ガラス製導出案内部、２６．４８
・・・検査センサ、２６ａ、４８’ａ・・・検査センサ
部材、２７・・・検査圧力室、４６．５７・・・保持板
、５４．５５・・・電極、５６・・・中央電極、５８・
・・穴、６１・・・測定センサ（コンデンサ）、６２・
・・検査センサ（コンデンサ）、６３．６４・・・シェ
ル形部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気的な信号を形成するための圧力発生器であって
   、少なくとも１つのセンサ部材を保持しかつ圧力に応じ
   て変形可能なダイヤフラムを有し、このダイヤフラムに
   よって基準圧力室が、圧力下にある媒体に対して密閉さ
   れている形式のものにおいて、第２のダイヤフラム（２
   ５、４３、５３）が漏洩監視のために前記基準圧力室（
   １９、４１、５１）を検査圧力に対して密閉しており、
   またこの第２のダイヤフラム（２５、４３、５３）が、
   基準圧力室（１９、４１、５１）内の漏洩発生時に相応
   する信号を発する少なくとも１つの検査センサ部材（２
   ６ａ、４７ａ、５５）を保持していることを特徴とする
   、電気的な圧力発生器。 ２、検査センサ（２６）が第２のダイヤフラム（２５）
   を以って基準圧力室（１９）を検査圧力室（２７）に対
   して密閉している、特許請求の範囲第１項記載の圧力発
   生器。 ３、検査圧力室（２７）を有する検査センサ（２６）が
   基準圧力室（１９）内に配置されている、特許請求の範
   囲第２項記載の圧力発生器。 ４、第２のダイヤフラム（２５）と少なくとも１つの検
   査センサ部材（２６ａ）とを有する検査センサ（２６）
   が半導体チップ（２８）から成る、特許請求の範囲第３
   項記載の圧力発生器 ５、少なくとも１つの検査センサ部材（２６）を保持す
   る半導体チップ（２８）が、ダイヤフラム（２５）の範
   囲内に切欠きを有しかつ基板（１４）上に、該切欠きが
   検査圧力室 （２７）の形成のために保持板（１４）によって圧力に
   対して気密に閉鎖されるように取付けられている、特許
   請求の範囲第４項記載の圧力発生器。 ６、検査センサ（２６）の半導体チップ（２８）の隣り
   で、測定センサ（１２）の別の半導体チップ（１１）が
   基板（１４）上に配置されており、この半導体チップ（
   １１）がそのダイヤフラム（１３）の範囲内に、やはり
   基板（１４）によって圧力に対して密に閉鎖されしかし
   該基板（１４）内の孔（１７）によって圧力下の媒体と
   接続された室（１６）を有しており、両方の半導体チッ
   プ（１１、２８）が、基準圧力室（１９）の形成のため
   に基板（１４）によって圧力に対して密に閉じられたカ
   プセルの内部に配置されている、特許請求の範囲第５項
   記載の圧力発生器。 ７、複数の圧力発生器（４０、５０）を漏洩監視するた
   めに、それぞれの圧力発生器（４０、５０）の各基準圧
   力室（４１、５１）がその第２のダイヤフラム（４３、
   ５３）を以って１つの共同の検査圧力に対して密閉され
   ている、特許請求の範囲第１項記載の圧力発生器８、基
   準圧力室（５１）の第１のダイヤフラム（５２）が容量
   的な測定センサ（６１）のための電極（５４）を保持し
   、第２のダイヤフラム（５３）が容量的な検査センサ（
   ６２）のための第２の電極（５５）を保持し、この両方
   の電極（５４、５５）が、基準圧力室 （５１）内で両電極（５４、５５）の間に配置された１
   つの共同の、穴を有する中央電極（５６）と協働してい
   る、特許請求の範囲第７項記載の圧力発生器 ９、中央電極（５６）が、１つの穴（５８）を有しかつ
   両側に導電的な膜を保持する保持板（５７）によって形
   成されている、特許請求の範囲第８項記載の圧力発生器
   。 １０、基準圧力室（５１）が、保持板（５７）の上側に
   あり第１のダイヤフラム（５２）によって密閉された室
   （５９）と、保持板（５７）の下側にあり第２のダイヤ
   フラム（５３）によって密閉された室（６０）とから形
   成されており、この各室（５９、６０）が穴（５８）に
   よって互いに接続されている、特許請求の範囲第９項記
   載の圧力発生器。