KR102234831B1

KR102234831B1 - 압력 센서

Info

Publication number: KR102234831B1
Application number: KR1020190079930A
Authority: KR
Inventors: 히로후미 도조; 도모히사 도쿠다; 노조미 기다
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2021-04-01
Also published as: CN110779638A; JP2020016619A; KR20200012728A

Abstract

본 발명은, 출력치의 히스테리시스가 작아짐과 더불어 표면을 보호막으로 확실히 덮어 보호하는 것이 가능한 고감도의 압력 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
감압부(11)를 갖는 다이어프램(3)을 구비한다. 감압부(11)는, 하면(11a)(표면과 이면 중 한쪽 면)에 오목부(13)가 형성됨으로써 두께가 두꺼운 영역(B)과 얇은 영역으로 나누어져 있다. 감압부(11)의 두께가 두꺼운 영역(B)으로서, 오목부(13)가 형성되어 있지 않은 상면(11b)에 피에조 저항 소자를 포함하는 센서 게이지(21)가 설치되어 있다.

Description

압력 센서{PRESSURE SENSOR}

본 발명은, 피에조 저항 소자를 갖는 압력 센서에 관한 것이다.

피에조 저항식 압력 센서는, 압력실의 벽의 일부를 구성하는 다이어프램과, 이 다이어프램에 설치된 피에조 저항 소자로 이루어진 센서 게이지를 구비하고 있다. 이 압력 센서에 있어서는, 다이어프램의 주변부에 발생하는 응력의 변화를 센서 게이지의 저항치의 변화로서 검지한다. 이 압력 센서에 있어서, 감도를 향상시키기 위해서는, 다이어프램의 애스펙트비(직경/두께)를 크게 하여 발생하는 응력의 크기를 크게 하는 것이 유효하다. 이와 같이 감도 향상을 도모하는 데 있어서는, 다이어프램의 전체의 애스펙트비를 크게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 예컨대 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 다이어프램의 일부를 다른 부분보다 얇게 형성함으로써 부분적으로 애스펙트비를 크게 하여도 실현 가능하다.

특허문헌 1에 개시된 압력 센서는, 압력실이 되는 오목 함몰부를 갖는 실리콘 기판과, 이 실리콘 기판에 접합되어 오목 함몰부의 개구 부분을 폐색하는 다이어프램을 갖고 있다. 이 다이어프램의 감압부에는, 감도 향상을 도모하기 위해 오목부가 마련되어 있다. 이 오목부는, 감압부의 표면과 이면 중 실리콘 기판과는 반대측이 되는 표면에 단차가 생기는 형상으로 형성되어 있다. 이와 같이 오목부가 형성됨으로써, 감압부에 부분적으로 두께가 얇은 영역이 형성되어 감도 향상이 도모된다.

이 압력 센서의 피에조 저항 소자는, 전술한 오목부와 함께 감압부의 상기 표면에 마련되어 있다.

일반적으로, 다이어프램의 피에조 저항 소자가 설치되어 있는 표면은, 산화막으로 덮여 있는 경우가 많다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제10-142086호 공보

특허문헌 1에 개시된 압력 센서에서는, 피에조 저항 소자와 동일한 표면 상에 오목부가 형성되어 있는 것이 원인으로 문제가 생긴다. 즉, 다이어프램이 외력에 의해 눌려져 휠 때와, 스스로의 스프링력에 의해 되돌아올 때에 있어서, 다이어프램의 표면에 생기는 응력이 상이해지고, 압력 센서의 출력치의 히스테리시스가 커질 우려가 있었다.

또한, 이 압력 센서에 있어서는, 다이어프램의 오목부의 개구 부분을 덮는 산화막에 각(角)이 형성되는 경우가 있어, 다이어프램이 변형됨으로써 이 각에 응력이 집중하여 산화막에 크랙이 생길 우려가 있다. 산화막에 크랙이 생기면, 외래의 예컨대 나트륨 이온이나 칼륨 이온 등으로부터 압력 센서를 보호할 수 없게 된다.

또한, 특허문헌 1에 개시된 압력 센서에서는, 감도를 높게 하기 때문에 다이어프램이 휘기 쉬워지므로, 과대한 압력이 다이어프램에 작용했을 때에 다이어프램이 파손될 우려가 있었다.

본 발명의 제1 목적은, 출력치의 히스테리시스가 작아짐과 더불어 표면을 보호막으로 확실히 덮어 보호하는 것이 가능한 고감도의 압력 센서를 제공하는 것이다. 제2 목적은, 감도가 높아지는 구성을 취하면서, 다이어프램이 파손되는 것을 막을 수 있는 압력 센서를 제공하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 압력 센서는, 감압부를 갖는 다이어프램을 구비하고, 상기 감압부는, 표면과 이면 중 한쪽 면에 오목부가 형성됨으로써 두께가 두꺼운 영역과 얇은 영역으로 나누어지고, 상기 감압부의 두께가 두꺼운 영역으로서, 표면과 이면 중 상기 오목부가 형성되어 있지 않은 면에 피에조 저항 소자를 포함하는 센서 게이지가 설치되어 있는 것이다.

본 발명은, 상기 압력 센서에 있어서, 상기 두께가 두꺼운 영역은, 상기 다이어프램의 두께 방향에서 보아 상기 감압부의 중심과, 상기 중심으로부터 이격된 복수의 단부를 연결하는 형상으로 형성되고, 상기 복수의 단부는, 상기 다이어프램의 두께 방향에서 보아 상기 센서 게이지의 형성 범위보다 크게 형성되며, 상기 센서 게이지는, 상기 복수의 단부에 각각 설치되어 있어도 좋디.

본 발명은, 상기 압력 센서에 있어서, 상기 두께가 두꺼운 영역에 있어서의 상기 센서 게이지가 설치되어 있지 않은 부분은, 상기 다이어프램의 두께 방향에서 보아, 상기 센서 게이지가 설치되어 있는 부분에 비하여 가늘게 형성되어 있어도 좋다.

본 발명은, 상기 압력 센서에 있어서, 또한, 상기 다이어프램의 상기 오목부가 형성되어 있지 않은 면에 접합된 스토퍼 부재를 구비하고, 상기 스토퍼 부재는, 상기 감압부와 대향하는 부위에 오목면에 의해 형성된 오목부를 가지며, 상기 오목부는, 변형된 상기 감압부와 비슷한 형상으로 형성되어 있어도 좋다.

본 발명은, 상기 압력 센서에 있어서, 상기 스토퍼 부재는, 상기 오목부의 내외를 연통하는 연통 구멍을 가지며, 상기 감압부는, 변형됨으로써 상기 두께가 두꺼운 영역이 상기 연통 구멍과 겹치도록 형성되어 있어도 좋다.

본 발명에 따르면, 다이어프램에 두께가 얇은 영역을 형성하기 위한 오목부와 센서 게이지가 다이어프램의 한쪽 면과 다른 쪽 면으로 나뉘어 형성되어 있고, 센서 게이지가 설치되어 있는 면이 평탄면이 된다. 이 때문에, 다이어프램이 외력에 의해 눌려져 휠 때와, 스스로의 스프링력에 의해 되돌아올 때에 있어서, 다이어프램의 센서 게이지가 설치되어 있는 면에 생기는 응력에 차이가 나기 어렵게 된다.

센서 게이지가 설치되어 있는 면을 보호막으로 덮는 데 있어서, 보호막에 각부가 형성되는 일이 없고, 응력이 집중하는 일이 없다. 이 때문에, 압력 센서의 보호를 충분히 행할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 출력치의 히스테리시스가 작아짐과 더불어, 표면을 보호막으로 확실히 덮어 보호하는 것이 가능한 고감도의 압력 센서를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 압력 센서의 제1 실시형태에 따른 단면도이다.
도 2는 다이어프램의 오목부측의 평면도이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 압력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 제2 실시형태에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 5는 제2 실시형태에 따른 압력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 다이어프램의 오목부측의 평면도이다.
도 7은 두께가 두꺼운 영역의 일부를 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 8은 두께가 두꺼운 영역의 폭이 좁은 부분의 위치와 출력과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 두께가 두꺼운 영역의 폭이 좁은 부분의 위치와 출력과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10은 두께가 두꺼운 영역의 폭이 좁은 부분의 폭과 출력과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 두께가 두꺼운 영역의 변형례를 나타낸 다이어프램의 평면도이다.
도 12는 두께가 두꺼운 영역의 변형례를 나타낸 다이어프램의 평면도이다.
도 13은 두께가 두꺼운 영역의 변형례를 나타낸 다이어프램의 평면도이다.

(제1 실시형태)

이하, 본 발명에 따른 압력 센서의 일 실시형태를 도 1∼도 3을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1의 파단 위치는, 도 2 중에 I-I선에 의해 나타낸 위치이다.

도 1에 도시된 압력 센서(1)는, 도 1에 있어서 하측에 위치하는 베이스 부재(2)와, 이 베이스 부재(2)에 접합된 다이어프램(3)과, 이 다이어프램(3)에 접합된 스토퍼 부재(4)를 구비하고 있다. 도 1은 압력 센서(1)의 중심선(C)으로부터 일측방에 위치하는 절반만을 도시하고 있다. 이 압력 센서(1)의 구성 부품을 설명하는 데 있어서는, 편의상, 도 1의 상측에 위치하는 면을 상면이라 하고, 도 1에 있어서 하측에 위치하는 면을 하면이라 한다.

베이스 부재(2)는, 예컨대 실리콘에 의해 판형으로 형성되고, 폭 방향의 중앙부에 오목 함몰부(5)가 형성되어 있다. 베이스 부재(2)의 형상은, 두께 방향에서 보아 사각형이다.

오목 함몰부(5)는, 압력 센서(1) 내에 압력실(6)을 형성하기 위해 베이스 부재(2)에 설치되어 있고, 베이스 부재(2)의 상면으로 개구되어 있다. 오목 홈부(5)의 형상은, 베이스 부재(2)의 두께 방향에서 보아 원형이다. 이 베이스 부재(2)의 폭 방향의 중앙부에는, 압력실(6) 내에 피측정 압력을 도입하기 위한 관통 구멍(7)이 뚫려 있다.

다이어프램(3)은, 예컨대 실리콘에 의해 판형으로 형성되고, 베이스 부재(2)의 상면(2a)에 접합되어 있다. 이 다이어프램(3)은, 압력실(6)의 벽의 일부가 되는 감압부(11)와, 베이스 부재(2)에 접합되는 접합부(12)에 의해 구성되어 있다. 감압부(11)는, 다이어프램(3)의 두께 방향에서 보아, 오목 함몰부(5)와 동일 축선 상에 위치하는 원형으로 형성되어 있다.

다이어프램(3)의 감압부(11)는, 표면과 이면 중 한쪽 면(도 1에 있어서는 오목 함몰부(5)와 대향하는 하면(11a))에 복수의 오목부(13)가 형성되어 있다. 이 실시형태에 따른 오목부(13)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 감압부(11)의 중심(P) 주위의 4지점에 마련되어 있다.

이와 같이 오목부(13)가 감압부(11)에 형성되어 있음으로써, 감압부(11)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 오목부(13)와 일치하는 영역인 두께가 얇은 영역(A)과, 오목부(13)가 형성되어 있지 않은 영역인 두께가 두꺼운 영역(B)으로 나누어져 있다. 이하에 있어서는, 두께가 얇은 영역을 단순히 얇은 영역(A)이라 하고, 두께가 두꺼운 영역을 단순히 두꺼운 영역(B)이라 한다.

오목부(13)는, 감압부(11)의 하면에 예컨대 드라이 에칭을 행함으로써, 소정의 형상, 깊이로 형성할 수 있다.

감압부(11)의 두꺼운 영역(B)은, 다이어프램(3)의 두께 방향에서 보아 감압부(11)의 중심(P)과, 이 중심(P)으로부터 이격된 복수의 단부를 연결하는 형상으로 형성되어 있다. 이 실시형태에 따른 복수의 단부는, 도 2에 있어서 상하 방향의 양단부(E1, E2)와, 좌우 방향의 양단부(E3, E4)이다. 이 때문에, 감압부(11)의 두꺼운 영역(B)은, 다이어프램(3)의 두께 방향에서 보아 십자형으로 형성되어 있다. 이 실시형태에 따른 두꺼운 영역(B)은, 중심에 위치하는 원형부(14)와, 이 원형부(14)로부터 상하 방향과 좌우 방향으로 연장되는 4개의 띠형부(15)에 의해 구성되어 있다.

띠형부(15)의 폭(길이 방향과는 직교하는 방향으로서 하면(11a)을 따르는 방향의 폭)은, 원형부(14)로부터 멀어짐에 따라 점차로 넓게 되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 감압부(11)의 두꺼운 영역(B)으로서, 표면과 이면 중 오목부(13)가 형성되어 있지 않은 면(도 1에 있어서는 상면(11b))에는, 피에조 저항 소자를 포함하는 센서 게이지(21)가 설치되어 있다. 이 센서 게이지(21)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전술한 4지점의 단부(E1∼E4)에 각각 설치되어 있다. 4지점의 단부(E1∼E4)는, 다이어프램(3)의 두께 방향에서 보아 센서 게이지(21)의 형성 범위보다 크게 형성되어 있다.

센서 게이지(21)가 형성되어 있는 부분을 포함하여 다이어프램(3)의 상면(3a)에는, 도시하고 있지는 않지만, 산화막 등의 보호막이 설치되어 있다.

스토퍼 부재(4)는, 예컨대 실리콘에 의해 판형으로 형성되고, 다이어프램(3)의 상면(3a)에 접합되어 있다.

이 스토퍼 부재(4)는, 다이어프램(3)의 감압부(11)와 대향하는 부위에 오목 곡면에 의해 형성된 오목부(22)를 갖고 있다.

오목부(22)는, 스토퍼 부재(4)의 두께 방향에서 보아 원형으로 형성되어 있다. 또한, 오목부(22)를 구성하는 오목 곡면은, 소위 비구면으로, 다이어프램(3)의 감압부(11)가 압력실(6) 내의 압력에 의해 눌려져 변형되었을 때의 감압부(11)와 비슷한 형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 감압부(11)는, 압력실(6) 내의 압력에 의해 눌려져 변형됨으로써, 그 상면(11b)의 전역이 오목부(22)의 오목 곡면에 밀착하게 된다. 이러한 오목부(22)는, 예컨대 드라이 에칭에 의해 형성할 수 있다.

스토퍼 부재(4)의 폭 방향의 중앙부에는, 오목부(22)의 내외를 연통하는 연통 구멍(23)이 뚫려 있다. 이 압력 센서(1)를 사용할 때에 오목부(22) 내에 기체나 유체가 들어가는 경우에는, 이 기체나 액체가 오목부(22)의 용적 변화에 따라 연통 구멍(23)을 지나게 된다.

감압부(11)가 오목부(22)의 오목 곡면에 밀착되는 상태에 있어서는, 감압부(11)의 중앙부, 즉 두꺼운 영역(B)의 원형부(14)가 연통 구멍(23)과 겹친다. 원형부(14)는, 다이어프램(3)의 두께 방향에 있어서, 연통 구멍(23)보다 크기 때문에, 전술한 바와 같이 감압부(11)가 오목 곡면에 밀착될 때에는 연통 구멍(23)의 개구 부분을 덮게 된다.

다음에, 이 실시형태에 따른 압력 센서(1)의 제조 방법을 도 3의 (A)∼(D)를 이용하여 상세히 설명한다.

압력 센서(1)를 제조하기 위해서는, 우선, 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 다이어프램(3)의 모재인 실리콘 웨이퍼(31)의 상면(31a)에 센서 게이지(21)를 형성하고, 이 실리콘 웨이퍼(31)의 상면(31a)에 스토퍼 부재(4)를 접합한다. 또한, 도시하고 있지는 않지만, 센서 게이지(21)에 접속하는 배선은, 스토퍼 부재(4)가 실리콘 웨이퍼(31)에 접합되기 이전에 실리콘 웨이퍼(31)의 상면(31a)에 형성된다. 실리콘 웨이퍼(31)의 상면(31a)에는, 센서 게이지(21)나 배선이 설치된 후에 산화막 등의 보호막이 설치된다.

다음에, 실리콘 웨이퍼(31)의 하면(31b)을 연삭하고, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(31)로부터 얇은 다이어프램(3)을 형성한다. 이 연삭 가공은, 스토퍼 부재(4)를 통해 실리콘 웨이퍼(31)를 지지한 상태에서 행할 수 있다. 그 후, 도 3의 (C)에 도시된 바와 같이, 다이어프램(3)의 하면(3b)에 복수의 오목부(13)를 형성한다. 이와 같이 오목부(13)가 형성된 후, 도 3의 (D)에 도시된 바와 같이, 다이어프램(3)의 하면(3b)에 베이스 부재(2)를 접합함으로써, 압력 센서(1)가 완성된다.

이와 같이 구성된 압력 센서(1)에 있어서는, 다이어프램(3)에 복수의 얇은 영역(A)이 설치되어 있기 때문에 감도가 높아진다. 또한, 다이어프램(3)에 얇은 영역(A)을 형성하기 위한 오목부(13)와 센서 게이지(21)가 다이어프램(3)의 한쪽 면(감압부(11)의 하면(11a))과 다른 쪽 면(감압부(11)의 상면(11b))으로 나뉘어 형성되어 있다. 이 때문에, 다이어프램(3)이 외력에 의해 눌려져 휠 때와, 스스로의 스프링력에 의해 되돌아올 때에 있어서, 센서 게이지(21)가 설치되어 있는 감압부(11)의 상면(11b)에 생기는 응력에 차이가 나기 어렵게 된다.

센서 게이지(21)가 설치되어 있는 감압부(11)의 상면(11b)은, 평탄면에 의해 형성되어 있기 때문에, 이 상면(11b)을 보호막으로 덮는 데 있어서, 보호막에 각부가 형성되는 일이 없고, 응력이 집중하는 일이 없다. 이 때문에, 압력 센서(1)의 보호를 충분히 행할 수 있게 된다.

따라서, 이 실시형태에 따르면, 출력치의 히스테리시스가 작아짐과 더불어, 표면을 보호막으로 확실히 덮어 보호하는 것이 가능한 고감도의 압력 센서를 제공할 수 있다.

이 실시형태에 따른 다이어프램(3)의 두께가 두꺼운 영역(B)은, 다이어프램(3)의 두께 방향에서 보아 감압부(11)의 중심(P)과, 이 중심(P)으로부터 이격된 복수의 단부(E1∼E4)를 연결하는 형상으로 형성되어 있다. 복수의 단부(E1∼E4)는, 다이어프램(3)의 두께 방향에서 보아 센서 게이지(21)의 형성 범위보다 크게 형성되어 있다. 센서 게이지(21)는, 복수의 단부(E1∼E4)에 각각 설치되어 있다.

이 때문에, 복수의 피에조 저항 소자를 사용하여 압력을 높은 정밀도로 검출 가능한 압력 센서를 제공할 수 있다.

이 실시형태에 따른 압력 센서(1)는, 다이어프램(3)의 상면(3a)(오목부(13)가 형성되어 있지 않은 면)에 접합된 스토퍼 부재(4)를 구비하고 있다. 스토퍼 부재(4)는, 감압부(11)와 대향하는 부위에 오목 곡면에 의해 형성된 오목부(22)를 갖고 있다. 오목부(22)는, 변형된 감압부(11)와 비슷한 형상으로 형성되어 있다.

이 때문에, 다이어프램(3)의 감압부(11)에 압력실(6)측으로부터 과대한 압력이 가해진 경우는, 감압부(11)가 스토퍼 부재(4)의 오목부(22)에 밀착되어, 그 이상의 감압부(11)의 변형이 규제된다. 따라서, 감도가 높아지는 구성을 취하면서, 다이어프램(3)이 파손되는 것을 막는 것이 가능한 압력 센서를 제공할 수 있다.

이 실시형태에 따른 스토퍼 부재(4)는, 오목부(13)의 내외를 연통하는 연통 구멍(23)을 갖고 있다. 다이어프램(3)의 감압부(11)는, 이 감압부(11)가 변형됨으로써 두꺼운 영역(B)(원형부(14))이 연통 구멍(23)과 겹치도록 형성되어 있다. 감압부(11)가 변형되어 오목부(22)의 오목 곡면에 밀착되는 상태에 있어서는, 감압부(11)에 있어서의 연통 구멍(23)과 겹치는 부분이 스토퍼 부재(4)에 의해 지지되지 않는 상태가 된다. 그러나, 감압부(11)에 있어서 연통 구멍(23)과 겹치는 부분은, 두꺼운 영역(B)이기 때문에, 연통 구멍(23) 내에 불필요하게 들어가는 일은 없다. 따라서, 연통 구멍(23)을 갖고 있음에도 불구하고, 감압부(11)의 과도한 변형을 저지할 수 있다.

(제2 실시형태)

본 발명에 따른 압력 센서는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 실시형태에서 나타낸 스토퍼 부재를 사용하지 않고 실현할 수 있다. 도 4 및 도 5에 있어서, 도 1∼도 3에 의해 설명한 것과 동일 혹은 동등한 부재에 대해서는 동일 부호를 붙여 상세한 설명을 적절하게 생략한다.

도 4에 도시된 압력 센서(41)는, 베이스 부재(2)와, 이 베이스 부재(2)의 상면(2a)에 접합된 다이어프램(3)에 의해 구성되어 있다. 다이어프램(3)은, 제1 실시형태를 취할 때와 비교하여 상하 방향을 반대로 한 상태에서 베이스 부재(2)에 접합되어 있다.

이 실시형태에 따른 오목부(13)는, 다이어프램(3)의 상면(3a)에 형성되어 있다. 피에조 저항 소자를 포함하는 센서 게이지(21)는, 다이어프램(3)의 하면(3b)에 설치되어 있다. 오목부(13)와 동일 위치에 있는 두께가 얇은 영역(A)의 구성과, 오목부(13)가 형성되어 있지 않은 두께가 두꺼운 영역(B)의 구성은, 제1 실시형태를 취할 때와 동일하다.

이 압력 센서(41)를 제조하기 위해서는, 우선, 도 5의 (A)에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(31)의 하면(31b)에 센서 게이지(21)와 도시하지 않은 배선 및 보호막 등을 형성하고, 이 실리콘 웨이퍼(31)의 하면(31b)에 베이스 부재(2)를 접합한다. 그리고, 실리콘 웨이퍼(31)의 상면(31a)을 연삭하고, 도 5의 (B)에 도시된 바와 같이 다이어프램(3)을 형성한다. 그런 후, 도 5의 (C)에 도시된 바와 같이, 다이어프램(3)의 상면(3a)에 오목부(13)를 형성한다. 이와 같이 오목부(13)가 형성됨으로써 압력 센서(41)가 완성된다.

이 실시형태에 있어서도, 다이어프램(3)의 감압부(11)의 한쪽 면(상면(11b))에 오목부(13)가 형성되고 다른 쪽 면(하면(11a))에 센서 게이지(21)가 설치되어 있기 때문에, 제1 실시형태를 취하는 경우와 마찬가지로, 출력치의 히스테리시스가 작아짐과 더불어, 표면을 보호막으로 확실히 덮어 보호하는 것이 가능한 고감도의 압력 센서를 제공할 수 있다.

(제3 실시형태)

다이어프램의 감압부의 두꺼운 영역은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 형성할 수 있다. 도 6 및 도 7에 있어서, 도 1∼도 3에 의해 설명한 것과 동일 혹은 동등한 부재에 대해서는, 동일 부호를 붙여 상세한 설명을 적절하게 생략한다.

도 6에 도시된 다이어프램(3)의 감압부(11)에는, 다이어프램(3)의 두께 방향에서 보아 십자형으로 두꺼운 영역(B)이 형성되어 있다. 이 두꺼운 영역(B)의 4개의 띠형부(15)는, 센서 게이지(21)가 설치되어 있는 외측 부분(15a)과, 센서 게이지(21)가 설치되어 있지 않은 내측 부분(15b)에서 폭이 상이하다. 즉, 센서 게이지(21)가 설치되어 있지 않은 내측 부분(15b)은, 다이어프램(3)의 두께 방향에서 보아, 센서 게이지(21)가 설치되어 있는 외측 부분(15a)에 비하여 가늘게 형성되어 있다. 외측 부분(15a)과 내측 부분(15b)의 경계 부분은, 경사면에 의해 형성되어 있다.

이와 같이 띠형부(15)의 내측 부분(15b)을 외측 부분(15a)보다 가늘게 형성하여 압력 센서(1)의 출력을 측정하는 실험을 행한 결과, 내측 부분(15b)의 형상이나 크기에 따라 출력이 변하는 것을 알 수 있었다.

이 실험은, 도 7에 도시된 바와 같이, 길이(L1, L2), 폭(H1, H2)을 정하여 행하였다. 길이(L1)는, 감압부(11)의 중심(P)으로부터 내측 부분(15b)의 길이이다. 길이(L2)는, 감압부(11)의 중심(P)으로부터 외측 부분(15a)의 가장 내측이 되는 위치까지의 길이이다. 내측 부분(15b)의 폭(H1)은, 내측 부분(15b)의 폭의 1/2이다. 폭(H2)은, 외측 부분(15a)의 폭의 1/2이다. 이 실험은, 폭(H2)을 일정하게 하여 행하였다.

출력이 최대가 될 때의 길이(L1)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 0에 가까운 것을 알 수 있었다. 길이(L1)가 0인 경우(내측 부분(15b)이 형성되어 있지 않은 경우)는, 출력이 증대되는 일은 없다.

출력이 최대가 될 때의 길이(L2)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 0에 가깝고, 출력이 최대가 되는 길이(L1)보다 약간 긴 것을 알 수 있었다.

출력이 최대가 될 때의 폭(H1)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 최대폭과 최소폭 사이에 존재하는 것을 알 수 있었다.

따라서, 띠형부(15)의 센서 게이지(21)가 설치되어 있지 않은 내측 부분(15b)을 센서 게이지(21)가 설치되어 있는 외측 부분(15a)에 비하여 가늘게 형성함으로써, 다이어프램(3)에서 발생하는 응력을 최대화할 수 있고, 압력 센서(1)의 출력을 최대로 할 수 있다.

(다이어프램의 변형례)

다이어프램(3)의 감압부(11)의 두꺼운 영역(B)의 형상은, 적절하게 변경하는 것이 가능하다. 띠형부(15)는, 예컨대 도 11∼도 13에 도시된 바와 같이 형성할 수 있다.

도 11에 도시된 두꺼운 영역(B)은, 다이어프램(3)의 두께 방향에서 보아 십자형으로 형성되어 있다. 이 두꺼운 영역(B)을 구성하는 4개의 띠형부(15)는, 형성 범위의 전역에 걸쳐 폭이 일정해지도록 형성되어 있다.

도 12에 도시된 두꺼운 영역(B)은, 다이어프램(3)의 두께 방향에서 보아 I자형으로 형성되어 있다.

도 13에 도시된 두꺼운 영역(B)은, 다이어프램(3)의 두께 방향에서 보아 L 자형으로 형성되어 있다.

두꺼운 영역(B)을 도 11∼도 13에 도시된 바와 같이 형성했다고 해도, 전술한 각 실시형태를 취하는 경우와 마찬가지로, 출력치의 히스테리시스가 작아짐과 더불어, 표면을 보호막으로 확실히 덮어 보호하는 것이 가능한 고감도의 압력 센서를 얻을 수 있다.

1: 압력 센서, 3: 다이어프램, 4: 스토퍼 부재, 11: 감압부, 11a: 하면(한쪽 면), 11b: 상면(오목부가 형성되어 있지 않은 면), 13: 오목부, 15a: 외측 부분(센서 게이지가 설치되어 있는 부분), 15b: 내측 부분(센서 게이지가 설치되어 있지 않은 부분), 21: 센서 게이지, 23: 연통 구멍, A: 두께가 얇은 영역, B: 두께가 두꺼운 영역, E1∼E4: 단부.

Claims

감압부를 갖는 다이어프램을 구비하고,
상기 감압부는, 표면과 이면 중 한쪽 면에 제1 오목부가 형성됨으로써 두께가 두꺼운 영역과 얇은 영역으로 나누어지고,
상기 감압부의 두께가 두꺼운 영역으로서, 표면과 이면 중 상기 제1 오목부가 형성되어 있지 않은 면에 피에조 저항 소자를 포함하는 센서 게이지가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
제1항에 있어서,
상기 두께가 두꺼운 영역은, 상기 다이어프램의 두께 방향에서 보아 상기 감압부의 중심과, 상기 중심으로부터 이격된 복수의 단부를 연결하는 형상으로 형성되고,
상기 복수의 단부는, 상기 다이어프램의 두께 방향에서 보아 상기 센서 게이지의 형성 범위보다 크게 형성되며,
상기 센서 게이지는, 상기 복수의 단부에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
제2항에 있어서,
상기 두께가 두꺼운 영역에 있어서의 상기 센서 게이지가 설치되어 있지 않은 부분은, 상기 다이어프램의 두께 방향에서 보아, 상기 센서 게이지가 설치되어 있는 부분에 비하여 가늘게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다이어프램의 상기 제1 오목부가 형성되어 있지 않은 면에 접합된 스토퍼 부재를 더 구비하고,
상기 스토퍼 부재는, 상기 감압부와 대향하는 부위에 오목 곡면에 의해 형성된 제2 오목부를 가지며,
상기 제2 오목부는, 변형된 상기 감압부와 비슷한 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
제4항에 있어서,
상기 스토퍼 부재는, 상기 제2 오목부의 내외를 연통하는 연통 구멍을 가지며,
상기 감압부는, 변형됨으로써 상기 두께가 두꺼운 영역이 상기 연통 구멍과 겹치도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서.