JPS6188120A - 圧力変換器 - Google Patents
圧力変換器Info
- Publication number
- JPS6188120A JPS6188120A JP20999784A JP20999784A JPS6188120A JP S6188120 A JPS6188120 A JP S6188120A JP 20999784 A JP20999784 A JP 20999784A JP 20999784 A JP20999784 A JP 20999784A JP S6188120 A JPS6188120 A JP S6188120A
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- JP
- Japan
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- diaphragm
- strain gauge
- supporting body
- pressure
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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。
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
本発明はカンチレバー型の歪ゲージを応用した圧力変換
器に関する。
器に関する。
近年、シリコン基体の周囲を厚くし且つ中央部を薄くし
この部分をダイヤフラムとして使用するシリコンダイヤ
フラム方式の圧力センサが広く使われている。このタイ
プの圧力センサは、ダイヤフラムで直接圧力を受ける構
造を採用すれば比較的安価にできることもあって近年の
自動車の電子制御用のセンサとして広く使われている。
この部分をダイヤフラムとして使用するシリコンダイヤ
フラム方式の圧力センサが広く使われている。このタイ
プの圧力センサは、ダイヤフラムで直接圧力を受ける構
造を採用すれば比較的安価にできることもあって近年の
自動車の電子制御用のセンサとして広く使われている。
しかしながら、被検出体が比較的清浄な場合は好都合で
あるが、排ガス圧、エンジンオイル圧等を検出する場合
には、シリコンダイヤフラムのｔＤ傷や劣化を招く恐れ
があり、出力特性の信頼性の面で十分とはいえない。
あるが、排ガス圧、エンジンオイル圧等を検出する場合
には、シリコンダイヤフラムのｔＤ傷や劣化を招く恐れ
があり、出力特性の信頼性の面で十分とはいえない。
本発明の目的は、上記点に鑑み、歪検出部とダ、（−１
−フラム部とを別体とし、被検出媒体はダイヤフラム部
のみに接触させる構造とすることにより、被検出媒体に
よる形容を受けず、安定した出力持性が得られる圧力変
換器を提供することにある。
−フラム部とを別体とし、被検出媒体はダイヤフラム部
のみに接触させる構造とすることにより、被検出媒体に
よる形容を受けず、安定した出力持性が得られる圧力変
換器を提供することにある。
本発明は圧力を受けて変位する肉薄のダイヤフラムと、
このダイヤフラムの周囲を固定支持する支持体と、この
支持体の配置側で、かつ前記ダイヤフラムの中央部に固
定されて前記ダイヤフラムの変位を伝達する伝達棒と、
前記支持体に一端が固定され他１：１１：ｊが前記伝達
棒の上面に位置するごとく配置された歪ケージを含むカ
ンチレバーとを有することを特徴とする。
このダイヤフラムの周囲を固定支持する支持体と、この
支持体の配置側で、かつ前記ダイヤフラムの中央部に固
定されて前記ダイヤフラムの変位を伝達する伝達棒と、
前記支持体に一端が固定され他１：１１：ｊが前記伝達
棒の上面に位置するごとく配置された歪ケージを含むカ
ンチレバーとを有することを特徴とする。
次に本発明の実施例について説明する。
第１図ｔａ＋、 （ｂｌは本発明の第１の実施例を示す
正面図および断面図である。ｌは変位を電気信号に変換
するための単結晶シリコンからなるカンチレバーで、所
定部分に拡散抵抗からなる歪ケージを有する。２は圧力
（これは荷重を含む）を受けて変位する円板状のダイヤ
フラム、３はダイヤフラム２を周辺部において剛体固定
するための支持体、４はダイヤフラム２の変位をカンチ
レバ＝１に伝達する伝達棒であり、ダイヤフラム２と支
持体３ば強固に接合されている。伝達棒４は支持体３の
中心に位置する部分でダイヤフラム２の上面に接合され
ており、支持体３の上面に接合されたカンチレバ・−１
の下面に接触する程度の長さに設定しである。本実施例
においてダイヤフラム２、支持（木３、伝達棒４はセラ
ミックで構成され、それぞり、の接合は粉末ガラスによ
るガラス接着（高温ガラス）している。また支持体３へ
のカンチレバー１の接合５もガラス接着（低温ガラス）
している。
正面図および断面図である。ｌは変位を電気信号に変換
するための単結晶シリコンからなるカンチレバーで、所
定部分に拡散抵抗からなる歪ケージを有する。２は圧力
（これは荷重を含む）を受けて変位する円板状のダイヤ
フラム、３はダイヤフラム２を周辺部において剛体固定
するための支持体、４はダイヤフラム２の変位をカンチ
レバ＝１に伝達する伝達棒であり、ダイヤフラム２と支
持体３ば強固に接合されている。伝達棒４は支持体３の
中心に位置する部分でダイヤフラム２の上面に接合され
ており、支持体３の上面に接合されたカンチレバ・−１
の下面に接触する程度の長さに設定しである。本実施例
においてダイヤフラム２、支持（木３、伝達棒４はセラ
ミックで構成され、それぞり、の接合は粉末ガラスによ
るガラス接着（高温ガラス）している。また支持体３へ
のカンチレバー１の接合５もガラス接着（低温ガラス）
している。
なお、カンチレバー１の先端と伝達棒４の先端とは接触
するのみで、固定されてはいない。
するのみで、固定されてはいない。
そこで、本発明の詳細な説明する。第１図（′ｂ）に示
した矢印の方向に圧力（又は荷重）が加わると支持体３
で囲まれた薄肉ダイヤフラム２が変位する。このダイヤ
フラム２の変位は伝達棒４によりカンチレバー１に伝達
される。カンチレバーに伝達された変位は歪ゲージによ
り電気信号に変換される。
した矢印の方向に圧力（又は荷重）が加わると支持体３
で囲まれた薄肉ダイヤフラム２が変位する。このダイヤ
フラム２の変位は伝達棒４によりカンチレバー１に伝達
される。カンチレバーに伝達された変位は歪ゲージによ
り電気信号に変換される。
次に上記したカンチレバーｌについて第２図を用いて具
体的に説明する。第２図（ａｌ、 （ｂｌはカンチレバ
ーの正面図、断面図である。所定の単結晶シリコン基板
１０に不純物を選択的に拡散して拡散抵抗型の歪ゲージ
２０を形成している。歪ゲージの配置は、カンチレバー
１が変位を受けた場合、ゲージの抵抗値が増加するもの
と減少するものとを二対配置し、ケージ間をアルミパタ
ーンによる導体配線７０により接続し、第２図（Ｃ）に
示した等価回路のごとくブリッジ構成とした。なお、８
０はシリコン酸化膜である。
体的に説明する。第２図（ａｌ、 （ｂｌはカンチレバ
ーの正面図、断面図である。所定の単結晶シリコン基板
１０に不純物を選択的に拡散して拡散抵抗型の歪ゲージ
２０を形成している。歪ゲージの配置は、カンチレバー
１が変位を受けた場合、ゲージの抵抗値が増加するもの
と減少するものとを二対配置し、ケージ間をアルミパタ
ーンによる導体配線７０により接続し、第２図（Ｃ）に
示した等価回路のごとくブリッジ構成とした。なお、８
０はシリコン酸化膜である。
歪ゲージ２０を配置した部分は、歪ゲージのある面と反
ター１の面より部分的に薄く加工して薄肉部３０が形成
しである。これは変位により発生ずる応力を歪ゲージ部
分に集中させるためと、支持対３とカンチレバー１との
接合による接合部５の影響が歪ゲージ部に伝達されない
ようにするだめのものである。第２図（ｄｌはダイヤフ
ラム２の変位とカンチレバー１の電気出力の関係を示し
たものである。ダイヤフラム２の変位が圧力に対して直
線的な範囲かつ歪ゲージ部の応力が変位に対して直線的
な範囲では直線性の良好な圧力変換器が得られる。
ター１の面より部分的に薄く加工して薄肉部３０が形成
しである。これは変位により発生ずる応力を歪ゲージ部
分に集中させるためと、支持対３とカンチレバー１との
接合による接合部５の影響が歪ゲージ部に伝達されない
ようにするだめのものである。第２図（ｄｌはダイヤフ
ラム２の変位とカンチレバー１の電気出力の関係を示し
たものである。ダイヤフラム２の変位が圧力に対して直
線的な範囲かつ歪ゲージ部の応力が変位に対して直線的
な範囲では直線性の良好な圧力変換器が得られる。
次、本構造の特徴とするところは、構成部品の熱膨張係
数の影響がきわめて小さく構成材料の選択が自由に出来
る点である。まずそのところを公知の周囲固定のシリコ
ンダイヤフラム型の圧力センナについて説明すると、シ
リコンダイヤフラムを固定するための固定部材は、シリ
コンと熱膨張係数の等しいシリコン又は熱膨張係数がシ
リコンのそれにきわめて近いガラス（例えばコーニング
社製パイレックスガラス＃７７４０）等に限られ、さら
に広い温度範囲で使用する場合、ハウジング部分からの
熱応力を逃げるために固定部（オをさらにｔｉｔ ＜す
るなどの工夫が必要であった。さらに固定部材にシリコ
ンダイヤフラムを固定するための１妾合方法も熱応力を
考広する必要があり、その方法にかなりの制限があった
。
数の影響がきわめて小さく構成材料の選択が自由に出来
る点である。まずそのところを公知の周囲固定のシリコ
ンダイヤフラム型の圧力センナについて説明すると、シ
リコンダイヤフラムを固定するための固定部材は、シリ
コンと熱膨張係数の等しいシリコン又は熱膨張係数がシ
リコンのそれにきわめて近いガラス（例えばコーニング
社製パイレックスガラス＃７７４０）等に限られ、さら
に広い温度範囲で使用する場合、ハウジング部分からの
熱応力を逃げるために固定部（オをさらにｔｉｔ ＜す
るなどの工夫が必要であった。さらに固定部材にシリコ
ンダイヤフラムを固定するための１妾合方法も熱応力を
考広する必要があり、その方法にかなりの制限があった
。
それに対し、本発明の構造は、支持体３にカンチＬ−パ
ー１の一端が固定される構造であり、カンＪ−Ｌ−バー
１は上下、左右に自由なために熱応力の影響は無視でき
る。即ち、ダイヤフラム２及び支持体４が熱膨張した場
合、横方向へ伸びてもカンチレバー１は伝達棒の上面を
横方向にすべることにより歪ゲージ部に熱応力が発生す
ることは無く、縦方向に伸びても支持体３、伝達棒４、
ダイヤフラム２が同一部材、及びそれぞれの接合（高温
ガラス）も同一材料で形成されているので伸び量は同じ
変位であり、熱応力として歪ゲージ部Ｇこ応力が加わる
ことはない。
ー１の一端が固定される構造であり、カンＪ−Ｌ−バー
１は上下、左右に自由なために熱応力の影響は無視でき
る。即ち、ダイヤフラム２及び支持体４が熱膨張した場
合、横方向へ伸びてもカンチレバー１は伝達棒の上面を
横方向にすべることにより歪ゲージ部に熱応力が発生す
ることは無く、縦方向に伸びても支持体３、伝達棒４、
ダイヤフラム２が同一部材、及びそれぞれの接合（高温
ガラス）も同一材料で形成されているので伸び量は同じ
変位であり、熱応力として歪ゲージ部Ｇこ応力が加わる
ことはない。
また、カンチレバー１と支持体３との接合部５は縦方向
（接合層の厚さ方向）の熱膨張係数が測定誤差になるが
、接合層５の必要以上に厚くさえしなければ、この熱膨
張による変位はダイヤフラムの変位に対して無視できる
。
（接合層の厚さ方向）の熱膨張係数が測定誤差になるが
、接合層５の必要以上に厚くさえしなければ、この熱膨
張による変位はダイヤフラムの変位に対して無視できる
。
さらに、歪ゲージ部を部分的に薄くしているためダイヤ
フラムの変位によるカンチレバー上の応力は接合部５に
ストレートにかからないため接合部５のクリープは起こ
りにくく長期間高精度を維持できる。
フラムの変位によるカンチレバー上の応力は接合部５に
ストレートにかからないため接合部５のクリープは起こ
りにくく長期間高精度を維持できる。
本実施例ではカンチレバー１としてシリコン基板に拡散
歪ゲージを形成したものとしたが、歪ゲージを貼着した
カンチレバーとしても、本発明の範囲を逸脱するもので
はない。
歪ゲージを形成したものとしたが、歪ゲージを貼着した
カンチレバーとしても、本発明の範囲を逸脱するもので
はない。
次に、第２の実施例を第３図に示す。本実施例は高圧を
高精度に計測するのに適用した構造である。高圧計測の
ためダイヤフラムは厚くする必要がある。本例ではダイ
ヤフラム２Ａ、支持体３Ａ、イム連棒４Ａをセラミック
で一体に成形製作することが可能となっている。ここで
伝達棒４八〇先５；：１面とカンチレバーの端面との間
に所定の間隔を設けておき、所望検出圧近くの圧力が加
わった時点で伝達棒４Ａがカンチレバー１に接する長さ
に設定しである。このようにすることにより、高圧のあ
る所望圧力範囲を高精度に計測することが可能になった
。
高精度に計測するのに適用した構造である。高圧計測の
ためダイヤフラムは厚くする必要がある。本例ではダイ
ヤフラム２Ａ、支持体３Ａ、イム連棒４Ａをセラミック
で一体に成形製作することが可能となっている。ここで
伝達棒４八〇先５；：１面とカンチレバーの端面との間
に所定の間隔を設けておき、所望検出圧近くの圧力が加
わった時点で伝達棒４Ａがカンチレバー１に接する長さ
に設定しである。このようにすることにより、高圧のあ
る所望圧力範囲を高精度に計測することが可能になった
。
叩も、カンチレバー１の変位が小さくてすむため、カン
チレバー１の直線性の良い変位の範囲内で使うことがで
き、さらにカンチレバー変位が小さいためカンチレバー
１の接合部５のクリープも小さくなる。
チレバー１の直線性の良い変位の範囲内で使うことがで
き、さらにカンチレバー変位が小さいためカンチレバー
１の接合部５のクリープも小さくなる。
次に第３の実施例を第４図に示す。本実施例は微少圧を
計測するのに適用した構造である。微少圧を検出するた
めにはダイヤフラムを薄く、さらにダイヤフラムを大き
くする必要が生じ、本発明の第１の実施例の構造ではカ
ンチレバーの長いものを準備する必要がある。図の如く
隙間３Ｃを有する形状の支持対３Ｂとすることにより、
カンチレバー１を共通使用でき、カンチレバー１の量産
性、コストにおいて有利となる。
計測するのに適用した構造である。微少圧を検出するた
めにはダイヤフラムを薄く、さらにダイヤフラムを大き
くする必要が生じ、本発明の第１の実施例の構造ではカ
ンチレバーの長いものを準備する必要がある。図の如く
隙間３Ｃを有する形状の支持対３Ｂとすることにより、
カンチレバー１を共通使用でき、カンチレバー１の量産
性、コストにおいて有利となる。
以上述べた如く本発明によれば、被検出媒体の圧力に応
じて変位するダイヤフラムの中央部に伝達棒を設け、こ
の伝達棒の変位により、支持体に固定した歪ゲージを含
むカンチレバーを変位させ、変位に応じた電気信号を歪
ゲージより発生させているから、カンチレバ一部分は直
接被検出媒体に触れることがなくなり、この媒体による
歪検出部の損傷や劣化が防止でき、安定した出力特性が
得られる。しかも、カンチレバーは支持体側のみに固定
されているため、歪ゲージに対する熱応力の形饗を少な
くでき、一層安定した出力特性が得られる。
じて変位するダイヤフラムの中央部に伝達棒を設け、こ
の伝達棒の変位により、支持体に固定した歪ゲージを含
むカンチレバーを変位させ、変位に応じた電気信号を歪
ゲージより発生させているから、カンチレバ一部分は直
接被検出媒体に触れることがなくなり、この媒体による
歪検出部の損傷や劣化が防止でき、安定した出力特性が
得られる。しかも、カンチレバーは支持体側のみに固定
されているため、歪ゲージに対する熱応力の形饗を少な
くでき、一層安定した出力特性が得られる。
第１．第２図は本発明の第１の実施例を示すもので、第
１図（ａｌ、 （ｂｌはそれぞれ平面図と断面図、第２
図（ａｌ、 （ｂｌはそれぞれカンチレバ一部分の平面
図と断面図、第２図（Ｃ１，（ｄｌは歪ゲージによるブ
リッジ回路及びその出力特性を示す図である。第３図は
本発明の第２の実施例を示す断面図、第４図は本発明の
第３実施例を示す断面図である。 １・・・カンチレバー、２・・・ダイヤフラム、３・・
・支ＩＫ体、４・・・伝達棒、５・・・接合層、１０・
・・シリコン基１反、２０・・・歪ゲージ。
１図（ａｌ、 （ｂｌはそれぞれ平面図と断面図、第２
図（ａｌ、 （ｂｌはそれぞれカンチレバ一部分の平面
図と断面図、第２図（Ｃ１，（ｄｌは歪ゲージによるブ
リッジ回路及びその出力特性を示す図である。第３図は
本発明の第２の実施例を示す断面図、第４図は本発明の
第３実施例を示す断面図である。 １・・・カンチレバー、２・・・ダイヤフラム、３・・
・支ＩＫ体、４・・・伝達棒、５・・・接合層、１０・
・・シリコン基１反、２０・・・歪ゲージ。
Claims (3)
- （１）圧力を受けて変位する肉薄のダイヤフラムと、こ
のダイヤフラムの周囲を固定支持する支持体と、この支
持体の配置側で、かつ前記ダイヤフラムの中央部に固定
されて前記ダイヤフラムの変位を伝達する伝達棒と、前
記支持体に一端が固定され他端が前記伝達棒の上面に位
置するごとく配置された歪ゲージを含むカンチレバーと
を有することを特徴とする圧力変換器。 - （２）前記ダイヤフラム、前記支持体、及び前記伝達棒
を同一部材で構成したことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の圧力変換器。 - （３）前記カンテレバーに薄肉部が形成され、その上面
に前記歪ゲージが配置されている、ことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の圧力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20999784A JPS6188120A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20999784A JPS6188120A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 圧力変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6188120A true JPS6188120A (ja) | 1986-05-06 |
Family
ID=16582143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20999784A Pending JPS6188120A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 圧力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6188120A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63292032A (ja) * | 1987-05-26 | 1988-11-29 | Ngk Insulators Ltd | 圧力検出器 |
| US5124737A (en) * | 1988-05-04 | 1992-06-23 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Device for controlling a movable member |
| US5209121A (en) * | 1990-07-24 | 1993-05-11 | Pfister Messtechnik Gmbh | Pressure sensor |
| US5264888A (en) * | 1988-05-04 | 1993-11-23 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Device for controllling a movable member |
| CN102865963A (zh) * | 2011-07-04 | 2013-01-09 | 台湾双叶工业股份有限公司 | 数字显示的压力计 |
| JP2014020785A (ja) * | 2012-07-12 | 2014-02-03 | Seiko Epson Corp | 圧力検出デバイス、電子機器、移動体 |
| US10697844B2 (en) * | 2017-04-19 | 2020-06-30 | Huba Control Ag | Compact pressure transducer |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4953088A (ja) * | 1972-09-20 | 1974-05-23 | ||
| JPS50105285A (ja) * | 1974-01-25 | 1975-08-19 |
-
1984
- 1984-10-05 JP JP20999784A patent/JPS6188120A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4953088A (ja) * | 1972-09-20 | 1974-05-23 | ||
| JPS50105285A (ja) * | 1974-01-25 | 1975-08-19 |
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