KR101532143B1

KR101532143B1 - 압력 센서칩

Info

Publication number: KR101532143B1
Application number: KR1020130121742A
Authority: KR
Inventors: 도모히사 도쿠다; 유우키 세토
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2015-06-26
Also published as: JP5997570B2; KR20140048050A; US20140102208A1; CN103728086B; US9360387B2; JP2014081222A; CN103728086A

Abstract

본 발명은 다이어프램의 구속에 의한 응력 발생을 저감하여, 기대되는 내압을 확보하는 것을 목적으로 한다.
센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면(11-1A)에 접합하는 유지 부재(제1 유지 부재)(11-6)의 주연부(11-6c)의 내측 가장자리(L1)를, 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면(11-1B)에 접합하는 스토퍼 부재(제2 유지 부재)(11-3)의 주연부(11-3c)의 내측 가장자리(L2)보다 외측에 위치시킨다. 측정압(Pa)을 고압측의 측정압으로 하고, 측정압(Pb)을 저압측의 측정압으로 한 경우, 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면(11-1A)에 고압측의 측정압(Pa)이 인가되면, 유지 부재(11-6)의 주연부(11-6c)의 내측 가장자리(L1)(다이어프램 지점)와 스토퍼 부재(11-3)의 주연부(11-3c)의 내측 가장자리(L2)(압력 인가측 지점) 사이에서, 구속에 의한 과도한 인장 응력이 생기지 않게 휠 수 있기 때문에, 이 부분에 생기는 응력이 저감되게 된다.

Description

압력 센서칩{PRESSURE SENSOR CHIP}

본 발명은 다이어프램의 한쪽 면 및 다른쪽 면에 그 주연부를 대면시켜 접합된 제1 및 제2 유지 부재를 구비한 압력 센서칩에 관한 것이다.

종래부터, 공업용 차압 발신기(전송기)로서, 압력차에 따른 신호를 출력하는 센서 다이어프램을 이용한 압력 센서칩을 내장한 차압 발신기가 이용되고 있다. 이 차압 발신기는 고압측 및 저압측의 수압(水壓) 다이어프램에 가해지는 각 측정압을, 압력 전달 매체로서의 봉입액에 의해 센서 다이어프램의 한쪽 면 및 다른쪽 면으로 유도하고, 그 센서 다이어프램의 왜곡을 예컨대 왜곡 저항 게이지의 저항값 변화로서 검출하며, 이 저항값 변화를 전기 신호로 변환하여 취출하도록 구성되어 있다.

이러한 차압 발신기는, 예컨대 석유 정제 플랜트에서의 고온 반응탑 등의 피측정 유체를 저장하는 밀폐 탱크 내의 상하 2위치의 차압을 검출함으로써, 액면 높이를 측정할 때 등에 이용된다.

도 5에 종래의 차압 발신기의 개략 구성을 도시한다. 이 차압 발신기(100)는 센서 다이어프램(도시 생략)을 갖는 압력 센서칩(1)을 미터 보디(2)에 내장하여 구성된다. 압력 센서칩(1)에서의 센서 다이어프램은 실리콘이나 유리 등으로 이루어지고, 박판형으로 형성된 다이어프램의 표면에 왜곡 저항 게이지가 형성되어 있다. 미터 보디(2)는 금속제의 본체부(3)와 센서부(4)를 포함하고, 본체부(3)의 측면에 한 쌍의 수압부를 이루는 배리어 다이어프램(수압 다이어프램)(5a, 5b)이 설치되며, 센서부(4)에 압력 센서칩(1)이 내장되어 있다.

미터 보디(2)에서, 센서부(4)에 내장된 압력 센서칩(1)과 본체부(3)에 설치된 배리어 다이어프램(5a, 5b)의 사이는, 대직경의 센터 다이어프램(6)에 의해 격리된 압력 완충실(7a, 7b)을 개재하여 각각 연통되고, 압력 센서칩(1)과 배리어 다이어프램(5a, 5b)을 연결하는 연통로(8a, 8b)에는 실리콘 오일 등의 압력 전달 매체(9a, 9b)가 봉입되어 있다.

또한, 실리콘 오일 등의 압력 매체가 필요한 이유는, 센서 다이어프램에 대한 계측 매체중의 이물 부착을 막고, 센서 다이어프램을 부식시키지 않기 위해, 내식성을 갖는 수압 다이어프램과 응력(압력) 감도를 갖는 센서 다이어프램을 분리해야 하기 때문이다.

이 차압 발신기(100)에서는, 도 6의 (a)에 정상 상태시의 동작 양태를 모식적으로 도시하는 바와 같이, 프로세스로부터의 제1 측정압(Pa)이 배리어 다이어프램(5a)에 인가되고, 프로세스로부터의 제2 측정압(Pb)이 배리어 다이어프램(5b)에 인가된다. 이것에 의해, 배리어 다이어프램(5a, 5b)이 변위하고, 그 가해진 압력(Pa, Pb)이 센터 다이어프램(6)에 의해 격리된 압력 완충실(7a, 7b)을 사이에 두고, 압력 전달 매체(9a, 9b)를 통하여, 압력 센서칩(1)의 센서 다이어프램의 한쪽 면 및 다른쪽 면으로 각각 유도된다. 이 결과, 압력 센서칩(1)의 센서 다이어프램은 그 유도된 압력(Pa, Pb)의 차압(ΔP)에 상당하는 변위를 나타내게 된다.

한편, 예컨대 배리어 다이어프램(5a)에 과대압(Pover)이 가해지면, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이 배리어 다이어프램(5a)이 크게 변위하고, 이것에 수반하여 센터 다이어프램(6)이 과대압(Pover)을 흡수하도록 변위한다. 그리고, 배리어 다이어프램(5a)이 미터 보디(2)의 오목부(10a)의 바닥면(과대압 보호면)에 부착되어, 그 변위가 규제되면, 배리어 다이어프램(5a)을 통한 센서 다이어프램에의 그 이상의 차압(ΔP)의 전달이 저지된다. 배리어 다이어프램(5b)에 과대압(Pover)이 가해진 경우도, 배리어 다이어프램(5a)에 과대압(Pover)이 가해진 경우와 마찬가지로, 배리어 다이어프램(5b)이 미터 보디(2)의 오목부(10b)의 바닥면(과대압 보호면)에 부착되어, 그 변위가 규제되면, 배리어 다이어프램(5b)을 통한 센서 다이어프램에의 그 이상의 차압(ΔP)의 전달이 저지된다. 이 결과, 과대압(Pover)의 인가에 의한 압력 센서칩(1)의 파손, 즉 압력 센서칩(1)에서의 센서 다이어프램의 파손이 미연에 방지된다.

이 차압 발신기(100)에서는, 미터 보디(2)에 압력 센서칩(1)을 내포시키고 있기 때문에, 프로세스 유체 등 외부 부식 환경으로부터 압력 센서칩(1)을 보호할 수 있다. 그러나, 센터 다이어프램(6)이나 배리어 다이어프램(5a, 5b)의 변위를 규제하기 위한 오목부(10a, 10b)를 구비하고, 이들에 의해 압력 센서칩(1)을 과대압(Pover)으로부터 보호하는 구조를 취하고 있기 때문에, 그 형상이 대형화되는 것을 방지할 수 없다.

그래서, 압력 센서칩에 유지 부재로서 제1 스토퍼 부재 및 제2 스토퍼 부재를 설치하고, 이 제1 스토퍼 부재 및 제2 스토퍼 부재의 오목부를 센서 다이어프램의 한쪽 면 및 다른쪽 면에 대치시키는 것에 의해, 과대압이 인가되었을 때의 센서 다이어프램의 과도한 변위를 저지하고, 이것에 의해 센서 다이어프램의 파손·파괴를 방지하는 구조가 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).

도 7에, 특허문헌 1에 개시된 구조를 채용한 압력 센서칩을 개략적으로 도시한다. 도 7에서, 부호 11-1은 센서 다이어프램, 11-2 및 11-3은 센서 다이어프램(11-1)을 사이에 두고 접합된 제1 및 제2 스토퍼 부재, 11-4 및 11-5는 스토퍼 부재(11-2 및 11-3)에 접합된 대좌이다. 스토퍼 부재(11-2, 11-3)나 대좌(11-4, 11-5)는 실리콘이나 유리 등에 의해 구성되어 있다.

이 압력 센서칩(11)에서, 스토퍼 부재(11-2, 11-3)에는 오목부(11-2a, 11-3a)가 형성되어 있고, 스토퍼 부재(11-2)의 오목부(11-2a)를 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면(11-1A)에 대치시키고, 스토퍼 부재(11-3)의 오목부(11-3a)를 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면(11-1B)에 대치시키고 있다. 오목부(11-2a, 11-3a)는 센서 다이어프램(11-1)의 변위에 따른 곡면(비구면)으로 되어 있고, 그 정상부에 압력 도입 구멍(11-2b, 11-3b)이 형성되어 있다. 또한, 대좌(11-4, 11-5)에도, 스토퍼 부재(11-2, 11-3)의 압력 도입 구멍(11-2b, 11-3b)에 대응하는 위치에, 압력 도입 구멍(11-4a, 11-5a)이 형성되어 있다.

이러한 압력 센서칩(11)을 이용하면, 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면(11-1A)에 과대압이 인가되어 센서 다이어프램(11-1)이 변위되었을 때, 그 변위면 전체가 스토퍼 부재(11-3)의 오목부(11-3a)의 곡면에 의해 수용된다. 또한, 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면(11-1B)에 과대압이 인가되어 센서 다이어프램(11-1)이 변위되었을 때, 그 변위면 전체가 스토퍼 부재(11-2)의 오목부(11-2a)의 곡면에 의해 수용된다.

이것에 의해, 센서 다이어프램(11-1)에 과대압이 인가되었을 때의 과도한 변위가 저지되고, 센서 다이어프램(11-1)의 주연부에 응력 집중이 생기지 않도록 하여, 과대압의 인가에 의한 센서 다이어프램(11-1)의 본의 아닌 파괴를 효과적으로 막고, 그 과대압 보호 동작 압력(내압)을 높이는 것이 가능해진다. 또한, 도 5에 도시된 구조에서, 센터 다이어프램(6)이나 압력 완충실(7a, 7b)을 없애고, 배리어 다이어프램(5a, 5b)으로부터 센서 다이어프램(11-1)에 대하여 직접적으로 측정압(Pa, Pb)을 유도하도록 하여, 미터 보디(2)의 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.

일본 특허 공개 제2005-69736호 공보

그러나, 도 7에 도시된 압력 센서칩(11)의 구조에서, 스토퍼 부재(11-2 및 11-3)는, 그 주연부(11-2c 및 11-3c)를 대면시키고, 또한 그 주연부(11-2c 및 11-3c)의 내측 가장자리(L1 및 L2)의 위치를 맞춰, 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면(11-1A) 및 다른쪽 면(11-1B)에 접합하고 있다.

즉, 스토퍼 부재(11-2)의 오목부(11-2a)를 둘러싸는 주연부(11-2c)를 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면(11-1A)에 대면시키고, 또한 스토퍼 부재(11-3)의 오목부(11-3a)를 둘러싸는 주연부(11-3c)를 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면(11-1B)에 대면시키며, 스토퍼 부재(11-2)의 주연부(11-2c)의 내측 가장자리(L1)와 스토퍼 부재(11-3)의 주연부(11-3c)의 내측 가장자리(L2)의 위치를 맞춰, 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면(11-1A) 및 다른쪽 면(11-1B)에 스토퍼 부재(11-2 및 11-3)를 접합하고 있다.

이러한 구조의 경우, 한 쪽으로부터 압력이 인가되어 센서 다이어프램(11-1)이 휘었을 때에, 인장 응력이 가장 많이 발생하는, 압력이 인가된 측의 센서 다이어프램(11-1)의 에지 부근(도 7에서의 일점 쇄선으로 둘러싼 부위)이 양면 모두 구속 상태에 있기 때문에, 그 지점에 응력 집중이 발생하여, 기대되는 내압을 확보할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 다이어프램의 구속에 의한 응력 발생을 저감하여, 기대되는 내압을 확보하는 것이 가능한 압력 센서칩을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 다이어프램의 한쪽 면 및 다른쪽 면에 그 주연부를 대면시켜 접합된 제1 및 제2 유지 부재를 구비한 압력 센서칩에 있어서, 제1 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리는 제2 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리보다 외측에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 다이어프램의 한쪽 면에 고압이 인가된 경우, 제1 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리가 제2 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리보다 외측에 위치하고 있기 때문에, 다이어프램은 제1 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리와 제2 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리 사이에서, 구속에 의한 과도한 인장 응력이 생기지 않게 휠 수 있어, 이 부분에 생기는 응력을 저감시키는 것이 가능해진다.

예컨대, 본 발명에 있어서, 다이어프램을 센서 다이어프램(한쪽 면과 다른쪽 면 사이에 가해지는 압력차에 따른 신호를 출력하는 다이어프램)으로 하고, 센서 다이어프램 상에서 고압측의 측정압을 받는 면이 반드시 정해져 있는 경우에는, 센서 다이어프램의 한쪽 면을 고압측의 측정압의 수압면으로 하고, 다른쪽 면을 저압측의 측정압의 수압면으로 한다. 즉, 센서 다이어프램의 한쪽 면을 고압측의 측정압의 수압면으로, 다른쪽 면을 저압측의 측정압의 수압면으로 하고, 고압측의 측정압의 수압면에 접합하는 제1 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리를, 저압측의 측정압의 수압면에 접합하는 제2 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리보다 외측에 위치시키도록 한다.

이러한 구성으로 하는 경우, 저압측의 측정압의 수압면에 접합하는 제2 유지 부재는, 센서 다이어프램에 과대압이 인가되었을 때의 이 센서 다이어프램의 과도 한 변위를 저지하는 오목부를 구비한 스토퍼 부재로 하는 것이 바람직하지만, 반드시 그와 같은 오목부를 구비하지 않아도 좋고, 센서 다이어프램을 유지하는 정도의 단순한 형상의 유지 부재여도 좋다.

또한, 본 발명에 있어서, 다이어프램과 제1 유지 부재와 제2 유지 부재로 각각 구성되는 제1 및 제2 구성체와, 한쪽 면을 제1 면으로 하고, 다른쪽 면을 제2 면으로 하며, 이 제1 면과 제2 면 사이에 가해지는 압력차에 따른 신호를 출력하는 센서 다이어프램을 설치하고, 센서 다이어프램을, 제1 구성체의 제2 유지 부재와 제2 구성체의 제2 유지 부재 사이에 배치하며, 제1 구성체의 제2 유지 부재에, 제1 구성체의 다이어프램의 한쪽 면에 가해지는 측정압을 센서 다이어프램의 제1 면으로 유도하는 제1 압력 전달 매체를 봉입하고, 제2 구성체의 제2 유지 부재에, 제2 구성체의 다이어프램의 한쪽 면에 가해지는 측정압을 센서 다이어프램의 제2 면으로 유도하는 제2 압력 전달 매체를 봉입하도록 한 구성으로 하여도 좋다.

이러한 구성으로 하는 경우, 제1 구성체의 제2 유지 부재는, 제1 구성체의 다이어프램에 과대압이 인가되었을 때의 이 다이어프램의 과도한 변위를 저지하는 오목부를 구비한 스토퍼 부재로 하고, 제2 구성체의 제2 유지 부재는, 제2 구성체의 다이어프램에 과대압이 인가되었을 때의 이 다이어프램의 과도한 변위를 저지하는 오목부를 구비한 스토퍼 부재로 하는 것이 바람직하지만, 반드시 그와 같은 오목부를 구비하지 않아도 좋고, 센서 다이어프램을 유지하는 정도의 단순한 형상의 유지 부재여도 좋다.

본 발명에 의하면, 다이어프램의 한쪽 면 및 다른쪽 면에 그 주연부를 대면시켜 접합된 제1 및 제2 유지 부재를 구비한 압력 센서칩에 있어서, 제1 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리를 제2 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리보다 외측에 위치시키도록 했기 때문에, 다이어프램의 구속에 의한 응력 발생을 저감하여, 기대되는 내력을 확보하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 압력 센서칩의 일 실시형태(실시형태 1)를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 압력 센서칩의 실시형태 2를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 압력 센서칩의 실시형태 3을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 압력 센서칩의 실시형태 4를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 종래의 차압 발신기의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 이 차압 발신기의 동작 양태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 특허문헌 1에 개시된 구조를 채용한 센서칩을 개략적으로 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

〔실시형태 1〕

도 1은 본 발명에 따른 압력 센서칩의 일 실시형태(실시형태 1)을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에서, 도 7과 동일 부호는 도 7을 참조하여 설명한 구성 요소와 동일 또는 동등 구성 요소를 나타내고, 그 설명은 생략한다.

또한, 이 실시형태 1에서는, 압력 센서칩을 부호 11A로 나타내어, 도 7에 도시된 압력 센서칩(11)과 구별한다. 또한, 이 실시형태 1에서는, 센서 다이어프램(11-1) 상에서 고압측의 측정압을 받는 면이 반드시 정해져 있는 것으로 한다. 이 예에서는, 측정압(Pa)이 고압측의 측정압으로서 정해지고, 측정압(Pb)이 저압측의 측정압으로서 정해져 있는 것으로 한다.

이 압력 센서칩(11A)에서는, 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면(11-1A)이 고압측의 측정압(Pa)의 수압면이 되고, 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면(11-1B)이 저압측의 측정압(Pb)의 수압면이 된다.

또한, 이 압력 센서칩(11A)에서는, 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면(11-1B)에만 스토퍼 부재(11-3)를 설치하고, 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면(11-1A)에는 단순한 형상의 유지 부재(11-6)를 설치한 구성으로 되어 있다.

즉, 스토퍼 부재(11-3)는 센서 다이어프램(11-1)의 변위에 따른 곡면으로 된 오목부(11-3a)를 갖고 있지만, 유지 부재(11-6)에는 그와 같은 오목부는 형성되어 있지 않고, 과대압을 보호하는 부재로서는 기능하지 않는다. 본 실시형태에서, 유지 부재(11-6)는 링형으로 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서, 유지 부재(11-6)가 본 발명에서 말하는 제1 유지 부재에 상당하고, 스토퍼 부재(11-3)가 본 발명에서 말하는 제2 유지 부재에 상당한다.

또한, 이 압력 센서칩(11A)에서, 유지 부재(11-6)의 주연부(11-6c)의 내측 가장자리(L1)는, 스토퍼 부재(11-3)의 주연부(11-3c)의 내측 가장자리(L2)보다 외측에 위치하고 있다. 즉, 유지 부재(11-6)의 중공부(11-6a)를 둘러싸는 주연부(11-6c)를 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면(11-1A)에 대면시키고, 또한 스토퍼 부재(11-3)의 오목부(11-3a)를 둘러싸는 주연부(11-3c)를 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면(11-1B)에 대면시키며, 스토퍼 부재(11-3)의 주연부(11-3c)의 내측 가장자리(L2)보다 유지 부재(11-6)의 주연부(11-6c)의 내측 가장자리(L1)를 외측에 위치시켜, 센서 다이어프램(11-1)의 한쪽 면(11-1A) 및 다른쪽 면(11-1B)에 유지 부재(11-6) 및 스토퍼 부재(11-3)를 접합하고 있다.

이 압력 센서칩(11A)에서는, 측정압(Pa)이 고압측의 측정압으로서 반드시 정해져 있기 때문에, 센서 다이어프램(11-1)은 스토퍼 부재(11-3)의 오목부(11-3a)측으로밖에 휘지 않는다. 이 경우, 센서 다이어프램(11-1)은, 유지 부재(11-6)의 주연부(11-6c)의 내측 가장자리(L1)(다이어프램 지점)와 스토퍼 부재(11-3)의 주연부(11-3c)의 내측 가장자리(L2)(압력 인가측 지점) 사이에서, 구속에 의한 과도한 인장 응력이 생기지 않게 휠 수 있기 때문에, 이 부분에 생기는 응력이 저감되게 된다. 이것에 의해, 센서 다이어프램(11-1)의 구속에 의한 응력 발생이 저감되고, 기대되는 내력을 확보하는 것이 가능해진다.

〔실시형태 2〕

실시형태 1에서는, 센서 다이어프램(11-1)의 다른쪽 면(11-1B)에 센서 다이어프램(11-1)의 변위를 따른 곡면으로 된 오목부(11-3a)를 갖는 스토퍼 부재(11-3)를 유지 부재로서 설치하도록 했지만, 그와 같은 오목부를 갖지 않는 단순한 형상의 유지 부재를 설치하도록 하여도 좋다.

도 2에, 실시형태 2로서, 스토퍼 부재(11-3) 대신에, 유지 부재(11-6)와 같은 단순한 형상(링형)의 유지 부재(11-3')를 설치하도록 한 예를 도시한다. 이 실시형태 2의 압력 센서칩(11B)에서도, 실시형태 1의 압력 센서칩(11A)과 같이, 유지 부재(11-6)의 주연부(11-6c)의 내측 가장자리(L1)(다이어프램 지점)를 유지 부재(11-3')의 주연부(11-3c)의 내측 가장자리(L2)(압력 인가측 지점)보다 외측에 위치시키도록 하여, 센서 다이어프램(11-1)의 구속에 의한 응력 발생을 저감시키도록 한다.

〔실시형태 3〕

도 3은 본 발명에 따른 압력 센서칩의 다른 실시형태(실시형태 3)를 개략적으로 도시하는 도면이다. 또한 이 실시형태 3에서는, 압력 센서칩을 부호 12로 나타내어, 실시형태 1, 2의 압력 센서칩(11A, 11B)과 구별한다. 실시형태 1, 2에서는, 센서 다이어프램 상에서 고압측의 측정압을 받는 면이 반드시 정해져 있었지만, 실시형태 3에서는, 센서 다이어프램 상에서 고압측의 측정압을 받는 면이 정해져 있지 않다.

이 압력 센서칩(12)은, 다이어프램(배리어 다이어프램)(12-1)과 제1 유지 부재(12-2)와 제2 유지 부재(12-3)로 구성되는 제1 구성체(12A)와, 다이어프램(배리어 다이어프램)(12-4)과 제1 유지 부재(12-5)와 제2 유지 부재(12-6)로 구성되는 제2 구성체(12B)와, 센서 다이어프램(12-7)을 구비하고 있다.

제1 구성체(12A)에서, 제1 유지 부재(12-2)에는 오목부(12-2a)가, 제2 유지 부재(12-3)에는 오목부(12-3a)가 형성되어 있고, 제1 유지 부재(12-2)의 오목부(12-2a)를 둘러싸는 주연부(12-2c)를 배리어 다이어프램(12-1)의 한쪽 면(12-1A)에 대면시키고, 또한 제2 유지 부재(12-3)의 오목부(12-3a)를 둘러싸는 주연부(12-3c)를 배리어 다이어프램(12-1)의 다른쪽 면(12-1B)에 대면시키며, 제2 유지 부재(12-3)의 주연부(12-3c)의 내측 가장자리(L2)보다 제1 유지 부재(12-2)의 주연부(12-2c)의 내측 가장자리(L1)를 외측에 위치시켜, 배리어 다이어프램(12-1)의 한쪽 면(12-1A) 및 다른쪽 면(12-1B)에 제1 유지 부재(12-2) 및 제2 유지 부재(12-3)를 접합하고 있다.

또한, 제2 유지 부재(12-3)는 그 오목부(12-3a)가 테이퍼형이 되고, 배리어 다이어프램(12-1)에의 과대압을 보호하는 부재로서 기능하지만, 제1 유지 부재(12-2)는 그 오목부(12-2a)가 테이퍼형으로 되어 있지 않고, 배리어 다이어프램(12-1)에의 과대압을 보호하는 부재로서는 기능하지 않는다. 또한, 제1 유지 부재(12-2)에는 오목부(12-2a)와 연통하는 압력 도입 구멍(12-2b)이 형성되어 있고, 제2 유지 부재(12-3)에는 오목부(12-3a)와 연통하는 연통로(12-3b)가 형성되어 있다. 또한 제2 유지 부재(12-3)의 오목부(12-3a)는 배리어 다이어프램(12-1)의 변위에 따른 곡면(비구면)으로 하여도 좋다.

제2 구성체(12B)에서, 제1 유지 부재(12-5)에는 오목부(12-5a)가, 제2 유지 부재(12-6)에는 오목부(12-6a)가 형성되어 있고, 제1 유지 부재(12-5)의 오목부(12-5a)를 둘러싸는 주연부(12-5c)를 배리어 다이어프램(12-4)의 한쪽 면(12-4A)에 대면시키고, 또한 제2 유지 부재(12-6)의 오목부(12-6a)를 둘러싸는 주연부(12-6c)를 배리어 다이어프램(12-4)의 다른쪽 면(12-4B)에 대면시키며, 제2 유지 부재(12-6)의 주연부(12-6c)의 내측 가장자리(L2)보다 제1 유지 부재(12-5)의 주연부(12-5c)의 내측 가장자리(L1)를 외측에 위치시켜, 배리어 다이어프램(12-4)의 한쪽 면(12-4A) 및 다른쪽 면(12-4B)에 제1 유지 부재(12-5) 및 제2 유지 부재(12-6)를 접합하고 있다.

또한, 제2 유지 부재(12-6)는 그 오목부(12-6a)가 테이퍼형으로 되고, 배리어 다이어프램(12-4)에의 과대압을 보호하는 부재로서 기능하지만, 제1 유지 부재(12-5)는 그 오목부(12-5a)가 테이퍼형으로 되어 있지 않고, 배리어 다이어프램(12-4)에의 과대압을 보호하는 부재로서는 기능하지 않는다. 또한, 제1 유지 부재(12-5)에는 오목부(12-5a)와 연통하는 압력 도입 구멍(12-5b)이 형성되어 있고, 제2 유지 부재(12-6)에는 오목부(12-6a)와 연통하는 연통로(12-6b)가 형성되어 있다. 또한, 제2 유지 부재(12-6)의 오목부(12-6a)는 배리어 다이어프램(12-4)의 변위에 따른 곡면(비구면)으로 하여도 좋다.

이 압력 센서칩(12)에서, 센서 다이어프램(12-7)은 제1 구성체(12A)의 제2 유지 부재(12-3)와 제2 구성체(12B)의 제2 유지 부재(12-6) 사이에 배치되어 있다. 또한, 제1 구성체(12A)의 제2 유지 부재(12-3)의 오목부(12-3a) 및 연통로(12-3b)에는, 제1 구성체(12A)의 배리어 다이어프램(12-1)의 한쪽 면(12-1A)에 가해지는 측정압(Pb)을 센서 다이어프램(12-7)의 한쪽 면(제1 면)(12-7A)으로 유도하는 압력 전달 매체(제1 압력 전달 매체)(12-8)가 봉입되어 있고, 제2 구성체(12B)의 제2 유지 부재(12-6)의 오목부(12-6a) 및 연통로(12-6b)에는, 제2 구성체(12B)의 배리어 다이어프램(12-4)의 한쪽 면(12-4A)에 가해지는 측정압(Pa)을 센서 다이어프램(12-7)의 다른쪽 면(제2 면)(12-7B)으로 유도하는 압력 전달 매체(제2 압력 전달 매체)(12-9)가 봉입되어 있다.

이 압력 센서칩(12)에서, 측정압(Pa)을 고압측의 측정압으로 하고, 측정압(Pb)을 저압측의 측정압으로 한 경우, 배리어 다이어프램(12-4)의 한쪽 면(12-4A)에 고압측의 측정압(Pa)이 인가되면, 배리어 다이어프램(12-4)은 제1 유지 부재(12-5)의 주연부(12-5c)의 내측 가장자리(L1)(다이어프램 지점)와 제2 유지 부재(12-6)의 주연부(12-6c)의 내측 가장자리(L2)(압력 인가측 지점) 사이에서, 구속에 의한 과도한 인장 응력이 생기지 않게 휠 수 있기 때문에, 이 부분에 생기는 응력이 저감되게 된다.

또한, 이 압력 센서칩(12)에서, 측정압(Pb)을 고압측의 측정압으로 하고, 측정압(Pa)을 저압측의 측정압으로 한 경우, 배리어 다이어프램(12-1)의 한쪽 면(12-1A)에 고압측의 측정압(Pb)이 인가되면, 배리어 다이어프램(12-1)은 제1 유지 부재(12-2)의 주연부(12-2c)의 내측 가장자리(L1)(다이어프램 지점)와 제2 유지 부재(12-3)의 주연부(12-3c)의 내측 가장자리(L2)(압력 인가측 지점) 사이에서, 구속에 의한 과도한 인장 응력이 생기지 않게 휠 수 있기 때문에, 이 부분에 생기는 응력이 저감되게 된다.

이와 같이 하여, 이 실시형태 3의 압력 센서칩(12)에서는, 배리어 다이어프램(12-1 및 12-4)의 구속에 의한 응력 발생을 저감시켜, 기대되는 내압을 확보할 수 있게 된다.

〔실시형태 4〕

실시형태 3에서는, 배리어 다이어프램(12-1)의 다른쪽 면(12-1B)에 테이퍼형으로 된 오목부(12-3a)를 갖는 제2 유지 부재(12-3)를 설치하고, 또한 배리어 다이어프램(12-4)의 다른쪽 면(12-4B)에 테이퍼형으로 된 오목부(12-6a)를 갖는 제2 유지 부재(12-6)를 설치하도록 했지만, 그와 같은 형상의 오목부를 갖지 않는 단순한 형상의 유지 부재를 설치하도록 하여도 좋다.

도 4에, 실시형태 4로서, 제2 유지 부재(12-3, 12-6) 대신에, 제1 유지 부재(12-2, 12-5)와 같은 단순한 형상의 제2 유지 부재(12-3', 12-6')를 설치하도록 한 예를 도시한다. 이 실시형태 4의 압력 센서칩(12')에서도, 실시형태 3의 압력 센서칩(12)과 마찬가지로, 제1 유지 부재(12-2, 12-5)의 주연부(12-2c, 12-5c)의 내측 가장자리(L1)(다이어프램 지점)를 제2 유지 부재(12-3', 12-6')의 주연부(12-3c, 12-6c)의 내측 가장자리(L2)(압력 인가측 지점)보다 외측에 위치시키도록 하여, 배리어 다이어프램(12-1, 12-4)의 구속에 의한 응력 발생을 저감시키도록 한다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 센서 다이어프램을 압력 변화에 따라 저항값이 변화하는 왜곡 저항 게이지를 형성한 타입으로 하고 있지만, 정전 용량식의 센서칩으로 하여도 좋다. 정전 용량식의 센서칩은, 정해진 공간(용량실)을 구비한 기판과, 그 기판의 공간 상에 배치된 다이어프램과, 기판에 형성된 고정 전극과, 다이어프램에 형성된 가동 전극을 구비하고 있다. 다이어프램이 압력을 받아 변형함으로써, 가동 전극과 고정 전극의 간격이 변화하여 그 사이의 정전 용량이 변화한다.

또한, 전술한 각 실시형태에 있어서, 다이어프램 지점과 압력 인가측 지점 사이의 위치의 변이량은, 센서가 만족해야 하는 여러 가지 성능(내압성, 크기, 정밀도, 감도 등)을 고려하여 결정하는 것으로 한다. 다이어프램 지점과 압력 인가측 지점 사이의 위치의 변이량을 크게 하는 것은 응력 완화 효과를 높여 내압성이 향상하는 반면, 센서가 대형화되거나, 제조상의 제약이 생기거나 할 가능성이 있다. 따라서, 센서의 여러 가지 성능을 만족하는 범위에서 다이어프램 지점과 압력 인가측 지점 사이의 위치의 변이량을 결정하는 것이 중요하다.

〔실시형태의 확장〕

이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 구성이나 세부 사항에는, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러 가지 변경을 할 수 있다. 또한 각 실시형태에 대해서는, 모순되지 않는 범위에서 임의로 조합하여 실시할 수 있다.

11A, 11B: 압력 센서칩 11-1: 센서 다이어프램
11-1A: 한쪽 면 11-1B: 다른쪽 면
11-3: 스토퍼 부재 11-3a: 오목부
11-3b: 압력 도입 구멍 11-3c: 주연부
11-4, 11-5: 대좌 11-4a, 11-5a: 압력 도입 구멍
11-6: 유지 부재 11-6a: 중공부
11-6c: 주연부 L1, L2: 내측 가장자리
12: 압력 센서칩
12-1, 12-4: 다이어프램(배리어 다이어프램)
12-2, 12-5: 제1 유지 부재 12-3, 12-6: 제2 유지 부재
12A: 제1 구성체 12B: 제2 구성체
12-7: 센서 다이어프램 12-8, 12-9: 압력 전달 매체

Claims

삭제
다이어프램의 한쪽 면 및 다른쪽 면에 그 주연부를 대면시켜 접합된 제1 및 제2 유지 부재를 구비한 압력 센서칩에 있어서,
상기 제1 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리는, 상기 제2 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리보다 외측에 위치하고,
상기 다이어프램은, 상기 한쪽 면과 상기 다른쪽 면 사이에 가해지는 압력차에 따른 신호를 출력하는 센서 다이어프램이며,
상기 센서 다이어프램은,
상기 한쪽 면이 고압측의 측정압의 수압면이 되고,
상기 다른쪽 면이 저압측의 측정압의 수압면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩.
제2항에 있어서, 상기 제2 유지 부재는, 상기 센서 다이어프램에 과대압이 인가되었을 때의 이 센서 다이어프램의 과도한 변위를 저지하는 오목부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩.
다이어프램의 한쪽 면 및 다른쪽 면에 그 주연부를 대면시켜 접합된 제1 및 제2 유지 부재를 구비한 압력 센서칩에 있어서,
상기 제1 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리는, 상기 제2 유지 부재의 주연부의 내측 가장자리보다 외측에 위치하고,
상기 압력 센서칩은,
상기 다이어프램과 상기 제1 유지 부재와 상기 제2 유지 부재로 각각 구성되는 제1 및 제2 구성체와,
한쪽 면을 제1 면으로 하고, 다른쪽 면을 제2 면으로 하며, 이 제1 면과 제2 면 사이에 가해지는 압력차에 따른 신호를 출력하는 센서 다이어프램
을 구비하며,
상기 센서 다이어프램은, 상기 제1 구성체의 제2 유지 부재와 상기 제2 구성체의 제2 유지 부재 사이에 배치되고,
상기 제1 구성체의 제2 유지 부재에는, 상기 제1 구성체의 다이어프램의 한쪽 면에 가해지는 측정압을 상기 센서 다이어프램의 제1 면으로 유도하는 제1 압력 전달 매체가 봉입되며,
상기 제2 구성체의 제2 유지 부재에는, 상기 제2 구성체의 다이어프램의 한쪽 면에 가해지는 측정압을 상기 센서 다이어프램의 제2 면으로 유도하는 제2 압력 전달 매체가 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩.
제4항에 있어서, 상기 제1 구성체의 제2 유지 부재는, 상기 제1 구성체의 다이어프램에 과대압이 인가되었을 때의 이 다이어프램의 과도한 변위를 저지하는 오목부를 구비하고,
상기 제2 구성체의 제2 유지 부재는, 상기 제2 구성체의 다이어프램에 과대압이 인가되었을 때의 이 다이어프램의 과도한 변위를 저지하는 오목부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩.