WO2020166661A1 - 圧力センサ - Google Patents

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WO2020166661A1
WO2020166661A1 PCT/JP2020/005576 JP2020005576W WO2020166661A1 WO 2020166661 A1 WO2020166661 A1 WO 2020166661A1 JP 2020005576 W JP2020005576 W JP 2020005576W WO 2020166661 A1 WO2020166661 A1 WO 2020166661A1
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resistor
resistors
correction
pressure sensor
strain
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PCT/JP2020/005576
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲也 笹原
Original Assignee
Tdk株式会社
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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
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0075—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a ceramic diaphragm, e.g. alumina, fused quartz, glass
    • 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
    • G01L9/02—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor that detects strain due to deformation of a membrane by resistance change.
  • a pressure sensor that detects strain of a membrane (also referred to as a diaphragm) by a resistance change by utilizing a piezoresistive effect (also called a piezoresistive effect).
  • a membrane that elastically deforms under pressure is formed on a part of a metal pressure-receiving member called a stem, and strain due to the deformation of this membrane is applied to a resistor provided on the membrane. It is detected by the change in resistance.
  • a method of forming a resistor on the membrane As a method of forming a resistor on the membrane, a method of forming an insulating film, a metal thin film, a semiconductor thin film, or the like on the membrane and performing screen printing or laser processing on the formed thin film is known.
  • a resistor formed on a membrane through such a semiconductor process may have an error (variation) in its resistance value from a target value, so a method for appropriately adjusting the error is required. Has been.
  • the Wheatstone bridge that calculates the amount of strain includes a resistor that is not affected by strain. Therefore, in the conventional pressure sensor, even if the bridge circuit is balanced when the membrane is not deformed, when the pressure sensor receives pressure and the membrane is deformed, the resistor that is not affected by strain is The balance of the bridge circuit is lost due to being included in. Therefore, the conventional pressure sensor has a problem that the linear characteristic is deteriorated by including the correction resistor in the Wheatstone bridge for calculating the strain amount.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a pressure sensor in which an error in a resistance value due to manufacturing variations of resistors formed on a membrane is adjusted and a linear characteristic of an output is good.
  • the pressure sensor according to the first aspect of the present invention is A membrane that deforms according to pressure, At least five resistors for detecting strain are separately arranged in a first strain position which produces a predetermined strain characteristic in the membrane and a second strain position which produces a strain characteristic different from the first strain position. And a resistor group including The membrane is provided with a plurality of electrode portions connected to the resistor group, Of the resistors included in the resistor group, at least two resistors placed in the first strain position and at least two resistors placed in the second strain position are included in total. Four or more of the resistors are electrically connected via the electrode portion to form a Wheatstone bridge.
  • the number of resistors arranged separately in the first strain position and the second strain position on the membrane is 5 or more, which is the minimum required 4 to configure the Wheatstone bridge.
  • a resistor is provided so that a surplus is generated from one.
  • the surplus resistors can be used for adjusting the resistance value. That is, the excess resistor is connected via the electrode portion provided on the membrane so as to adjust the error due to the manufacturing variation of the resistance value generated in the other resistor, and the bridge circuit is configured.
  • the pressure sensor according to the present invention can adjust the error of the resistance value due to the manufacturing variation of the resistors formed on the membrane, and achieve the balance of the bridge. Further, since the surplus resistor is arranged at the first strain position or the second strain position on the membrane like the other resistors, the bridge circuit is configured to include such surplus resistor. However, the linear characteristic of the output is kept good.
  • At least two of the electrode portions may be provided for each of the resistors included in the resistor group.
  • the resistors included in the resistor group can be freely selected after the semiconductor manufacturing process to form a Wheatstone bridge, so there are many variations of circuits using resistors. Therefore, such a pressure sensor can adjust the resistance value more accurately by using a small number of resistors.
  • the pressure sensor according to the present invention may have a substrate portion independent of the membrane,
  • the resistors forming the Wheatstone bridge may be electrically connected via a wiring included in the substrate portion.
  • the resistors forming the Wheatstone bridge may be connected by an electrode portion and a conductor provided on the membrane, but may be electrically connected via a wiring of a substrate portion independent of the membrane.
  • the membrane By wiring using the substrate, the membrane can be downsized. Moreover, since the wiring structure on the membrane can be simplified, such a pressure sensor has good productivity.
  • the wiring may be electrically connected to at least five of the resistors included in the resistor group, and the substrate portion has a switch capable of switching connection between the resistors. You may.
  • the pressure sensor having such a substrate unit can change the configuration of the bridge circuit by switching the switch of the substrate unit. Therefore, in such a pressure sensor, variations in the resistance value of the resistor can be easily adjusted by software when manufacturing the pressure sensor. Further, even after the pressure sensor is manufactured, the configuration of the bridge circuit can be changed according to changes in the resistance value of the resistor with time, changes in other conditions, and the like.
  • the resistor group includes at least three resistor bodies arranged at the first strain position and at least three resistor bodies arranged at the second strain position, for a total of six resistors.
  • the above resistor may be included.
  • a pressure sensor is A membrane that deforms according to pressure, A first resistor and a third resistor which are arranged at a first strain position which produces a predetermined strain characteristic in the membrane and which detect strain; A second resistor and a fourth resistor which are arranged at a second strain position in the membrane where a strain characteristic different from that of the first strain position is generated and which detects strain; A correction resistor arranged at the first strain position or the second strain position for detecting strain; A pair of correction electrode portions provided on the membrane and connected to the correction resistor, At least a pair of main electrode portions provided on the membrane and connected to the first to fourth resistors, The correction resistor and the first to fourth resistors connected through the correction electrode unit and the main electrode unit, or the first to fourth without connecting the correction resistor.
  • a Wheatstone bridge is composed of resistors.
  • the correction resistors are arranged at the first strain position or the second strain position on the membrane, and these correction resistors have the first to fourth correction positions. If the Wheatstone bridge is not balanced even if the Wheatstone bridge is constructed using the resistor for use, it is connected to the bridge circuit for adjustment. In such a pressure sensor, the Wheatstone bridge is composed of the correction resistor and the first to fourth resistors by changing the connection path of the correction electrode part and the main electrode part, or the first to fourth resistances are formed. You can choose to construct a Wheatstone bridge depending on your body.
  • the pressure sensor according to the present invention it is possible to balance the bridge by adjusting the error in the resistance value due to the manufacturing variation of the first to fourth resistors formed on the membrane with the correction resistor. Further, since the correction resistor is arranged at the first strain position or the second strain position on the membrane, like the first to fourth resistors, the bridge circuit is configured to include the correction resistor. However, the linear characteristic of the output is kept good.
  • the resistance value of the correction resistor may be smaller than any of the resistance values of the first to fourth resistors.
  • the pressure sensor which concerns on the 2nd viewpoint of this invention WHEREIN: Two or more in total containing the said correction resistor arrange
  • the correction resistor may be included.
  • Such a pressure sensor adjusts the resistance values of the first resistor and the third resistor by using the correction resistor arranged in the first strain position, and corrects the resistor arranged in the second strain position. Can be used to adjust the resistance values of the second resistor and the fourth resistor. As a result, such a pressure sensor has a wide variety of resistance value adjustments, and the resistance value can be adjusted more accurately with a small number of correction resistors.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the arrangement of resistors in the pressure sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration example (first configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a configuration example (second configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing a configuration example (third configuration example) of the Wheatstone bridge formed by using the pressure sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing a configuration example (fourth configuration example) of the configuration of the Wheatstone bridge formed by using the pressure sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing a configuration example (fifth configuration example) of the Wheatstone bridge formed using the pressure sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a configuration example (sixth configuration example) of the Wheatstone bridge formed using the pressure sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a configuration example (seventh configuration example) of the Wheatstone bridge formed using the pressure sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing the arrangement of the resistors and the board portion in the pressure sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a configuration example (eighth configuration example) of a Wheatstone bridge formed using the pressure sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing a configuration example (a ninth configuration example) of the Wheatstone bridge formed by using the pressure sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing a configuration example (tenth configuration example) of a Wheatstone bridge formed using the pressure sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing a configuration example (11th configuration example) of a Wheatstone bridge formed using the pressure sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 15: is a conceptual diagram which shows the structural example (12th structural example, 13th structural example) of the Wheatstone bridge formed using the pressure sensor which concerns on 4th Embodiment.
  • FIG. 16 is a conceptual diagram comparing the characteristics of the pressure sensor according to the related art and the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a pressure sensor 10 according to the present invention.
  • the pressure sensor 10 includes a stem 20 having a membrane 22, a connecting member 12 in which a flow path 12b for transmitting pressure to the stem 20 is formed, a holding member 14 for fixing the stem 20 to the connecting member 12, an electrode on the membrane 22. It has a substrate portion 70 and the like that is wired to other portions.
  • a thread groove 12a for fixing the pressure sensor 10 to the measurement target is formed on the outer periphery of the connection member 12.
  • the flow path 12b formed inside the connection member 12 communicates with the pressure chamber, which is the measurement target, in an airtight manner.
  • the stem 20 has a bottomed (upper bottom) cylindrical outer shape, and is provided at one end of the flow path 12 b in the connection member 12.
  • the stem 20 is provided with a flange portion 21 on the opening side, and is fixed to the connecting member 12 by sandwiching the flange portion 21 between the restraining member 14 and the connecting member 12.
  • the opening of the stem 20 and the flow path 12b of the connecting member 12 are airtightly connected to each other using the restraining member 14, and the pressure to be measured is transmitted to the membrane 22 of the stem 20.
  • a membrane 22 is provided on the upper bottom of the stem 20.
  • the membrane 22 is thinner than other portions of the stem 20, such as the side wall, and is deformed according to the pressure transmitted from the flow path 12b.
  • the membrane 22 has an inner surface 22a that contacts the pressure fluid and an outer surface 22b opposite to the inner surface 22a.
  • a resistor group 30 On the outer surface 22b side of the membrane 22, a resistor group 30 (see FIG. 2) described later and Electrode parts and the like are provided.
  • the substrate member 70 having wirings electrically connected to the resistor group 30 formed on the outer surface 22b of the membrane 22 is fixed to the holding member 14.
  • the electrode section of the substrate section 70 and the resistor group 30 are electrically connected to each other via a connection wiring 82 formed by wire bonding or the like.
  • the substrate portion 70 has a ring-shaped outer shape, and the stem 20 is inserted through a through hole formed in the center of the substrate portion 70.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing an arrangement state of the resistor group 30 on the outer surface 22b of the membrane 22.
  • the upper part of FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the stem 20, and the lower part of FIG. 2 is a schematic plan view of the stem 20 viewed from the Z-axis positive direction side, which is the outer surface 22b side of the membrane 22.
  • the outer surface 22b of the membrane 22 has a first resistor R1, a second resistor R2, a third resistor R3, a fourth resistor R4, and a first correction member, which are resistors for detecting strain.
  • a resistor group 30 including a resistor RC1, a second correction resistor RC2, a third correction resistor RC3, and a fourth correction resistor RC4 is provided.
  • the resistors R1 to R4 and RC1 to RC4 are different from the first strain position on the first circumference 24 which is the first strain position that produces a predetermined strain characteristic according to the pressure applied to the inner surface 22a of the membrane 22. It is separately arranged on the second circumference 26, which is the second distortion position where the distortion characteristic is generated.
  • the first circumference 24 is the circumference of a circle having a radius smaller than the second circumference 26.
  • a positive strain + ⁇ tensile strain
  • ⁇ negative strain
  • ⁇ compressive strain
  • the strain characteristic on the first circumference 24 which is the first strain position and the strain characteristic on the second circumference 26 which is the second strain position are in opposite directions (cancellation relationship). preferable.
  • a first resistor R1, a third resistor R3, a first correction resistor RC1, and a second correction resistor RC2. are arranged on the first circumference 24.
  • the second resistor R2, the fourth resistor R4, the third correction resistor RC3, and the fourth correction resistor is arranged on the second circumference 26.
  • the outer surface 22b of the membrane 22 is provided with a plurality of electrode portions connected to the resistor group 30.
  • the electrode part is connected to the main electrode part 41 connected to the first resistor R1, the main electrode part 42 connected to the second resistor R2, the main electrode part 43 connected to the third resistor R3, and the fourth resistor R4.
  • the electrode portions need only be arranged to cause variations in the connection method when forming the Wheatstone bridge, and are not necessarily provided for each of the resistors R1 to R4 and RC1 to RC4. May be.
  • the electrode section has a pair of correction electrode sections 45 connected to the first correction resistor RC1 and a pair of main electrodes connected to the first to fourth resistors R1 to R4. It may have a part.
  • the first to fourth resistors R1 to R4 are wired on the membrane 22 without interposing the electrode portion.
  • the electrode parts 41 to 48 are electrically connected to the corresponding resistors R1 to R4 and RC1 to RC4, respectively, and the conductors for wiring to the corresponding resistors R1 to R4 and RC1 to RC4 can be fixed. ..
  • the electrode portions 41 to 48 are formed along a circumference having a larger radius than the second circumference 26, and wiring from the electrode portions 41 to 48 to the substrate portion 70 is easy.
  • the arrangement of the electrode portions 41 to 48 is not particularly limited, and various shapes can be arranged on the membrane 22.
  • the stem 20 having the membrane 22 as shown in FIG. 2 and the resistor group 30 and the electrode portions 41 to 48 provided on the membrane 22 are manufactured as follows, for example. First, the stem 20 having the membrane 22 is manufactured by machining.
  • the material of the stem 20 is not particularly limited as long as it produces appropriate elastic deformation, and examples thereof include metals and alloys such as stainless steel.
  • a semiconductor thin film or a metal thin film is formed on the membrane 22 with an insulating film interposed therebetween, and the thin film is subjected to laser processing or fine processing by a semiconductor processing technique such as screen printing, Resistor group 30 and electrode portions 41 to 48 as shown in FIG. 2 are formed. If necessary, an insulating surface layer may be formed on a portion other than the electrode portions 41 to 48, such as the resistor group 30 and the wiring portion between the resistor group 30 and the electrode portions 41 to 48. Good.
  • the pressure sensor 10 electrically connects four or more resistors in total among the resistors R1 to R4 and RC1 to RC4 included in the resistor group 30 shown in FIG. 2 via the electrode portions 41 to 48. It is made by constructing a Wheatstone bridge. As will be described later, the resistors constituting the Wheatstone bridge include at least two resistors R1 and R3, which are resistors arranged on the first circumference 24, and a second circumference 26. A second resistor R2 and a fourth resistor R4, which are at least two resistors arranged above, are included.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration example (first configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 10.
  • FIG. 3A shows a connection state of the electrode parts 41 to 48
  • FIG. 3B shows a circuit formed by the resistor group 30 in the connection state shown in FIG. 3A. ..
  • the main electrode portion 41 are connected to each other to form a Wheatstone bridge. That is, in the first configuration example, the Wheatstone bridge is configured by the first to fourth resistors R1 to R4 without connecting the correction resistors RC1 to RC4.
  • a pressure detection circuit including a Wheatstone bridge as shown in FIG. 3B is formed.
  • a Wheatstone bridge has, for example, the first to fourth resistor bodies R1 to R1 after the resistor group 30 shown in FIG. 2 is formed by the semiconductor manufacturing process and before the wiring of the main electrode portions 41 to 44 is performed. It is adopted when the resistance value of R4 is measured and the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4 all match the target value or there is little error from the target value.
  • connection of the electrode portions 41 to 48 shown in FIG. 3A and the formation of the connection wiring 82 shown in FIG. 1 are performed by using a method such as wire bonding.
  • a method such as wire bonding.
  • the connection of the electrode portions 41 to 48 is shown in a plan view in order to explain the connection of the electrode portions 41 to 48 in an easy-to-understand manner. It is preferable to be performed three-dimensionally on the membrane 22.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing another configuration example (second configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 10.
  • FIG. 4A shows a connection state of the electrode portions 41 to 48
  • FIG. 4B shows a circuit formed by the resistor group 30 in the connection state shown in FIG. 4A. ..
  • the correction electrode portion 45, and the correction electrode portion 45 and the main electrode portion 41 are respectively connected to form a Wheatstone bridge. That is, in the second configuration example, the Wheatstone bridge is configured by the first correction resistor RC1 and the first to fourth resistors R1 to R4 which are connected via the correction electrode part 45 and the main electrode parts 41 to 44. ing.
  • the first correction resistor RC1 is connected in series to the first resistor R1.
  • Such a Wheatstone bridge has a structure in which, for example, the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4 are measured before wiring the main electrode portions 41 to 44, and only the resistance value of the first resistor R1 is measured. However, it is adopted when the value is smaller than the target value.
  • the first correction resistor RC1 is connected in series to the first resistor R1, so that the resistance value of the first resistor R1 is increased.
  • the bridge circuit shown in FIG. 4A and FIG. 4B has a substrate portion 70 similar to the first configuration example shown in FIG. 3B. Wired to and applied voltage.
  • the correction resistors RC1 and RC2 which are arranged on the first circumference 24 like the first resistor R1, are arranged. Is used. As a result, the balance of the bridge is maintained even when strain occurs, so that the output of the pressure sensor 10 has a good linear characteristic.
  • the wiring method of the electrode portions 41 to 48 and the substrate portion 70 is the same as in the first configuration example.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing another configuration example (third configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 10.
  • FIG. 5A shows a connection state of the electrode parts 41 to 48
  • FIG. 5B shows a circuit formed by the resistor group 30 in the connection state shown in FIG. 5A. ..
  • the correction electrode portion 45 and the main electrode portion 41 are connected to each other, and the correction electrode portion 45 and the main electrode portion 41 are connected to each other to form a Wheatstone bridge. That is, in the third configuration example, similarly to the second configuration example (see FIG. 4A), the first correction resistor RC1 and the first correction resistor RC1 connected via the correction electrode portion 45 and the main electrode portions 41 to 44 are formed.
  • the Wheatstone bridge is composed of the first to fourth resistors R1 to R4.
  • the first correction resistor RC1 is connected in parallel to the first resistor R1.
  • Such a Wheatstone bridge has a structure in which, for example, the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4 are measured before wiring the main electrode portions 41 to 44, and only the resistance value of the first resistor R1 is measured. Is used when the target value is larger than the target value.
  • the first correction resistor RC1 is connected in parallel to the first resistor R1, so that the resistance value of the first resistor R1 is corrected so as to decrease.
  • the first correction resistor RC1 arranged on the first circumference 24 is used as in the second configuration example.
  • the bridge circuit shown in FIGS. 5A and 5B has a substrate portion 70 similar to the first configuration example shown in FIG. 3B. Wired to and applied voltage.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing another configuration example (fourth configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 10.
  • FIG. 6A shows a connection state of the electrode parts 41 to 48
  • FIG. 6B shows a circuit formed by the resistor group 30 in the connection state shown in FIG. 6A. ..
  • the portion 43 and the main electrode portion 44, the main electrode portion 44 and the correction electrode portion 45, and the correction electrode portion 45 and the main electrode portion 41 are respectively connected to form a Wheatstone bridge. That is, in the fourth configuration example, the first and second correction resistors RC1 and RC2 and the first to fourth resistors R1 to which are connected via the correction electrode portions 45 and 46 and the main electrode portions 41 to 44. R4 makes up the Wheatstone bridge.
  • the first correction resistor RC1 and the second correction resistor RC2 are connected in series to the first resistor R1.
  • Such a Wheatstone bridge has a structure in which, for example, the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4 are measured before wiring the main electrode portions 41 to 44, and only the resistance value of the first resistor R1 is measured. Is smaller than the target value and the error is larger than when the second configuration example is adopted.
  • the first and second correction resistors RC1 and RC2 are connected in series to the first resistor R1 so that the resistance value of the first resistor R1 is increased.
  • the first and second correction resistors RC1 and RC2 arranged on the first circumference 24 are used. Is the same as.
  • the bridge circuit shown in FIGS. 6A and 6B has a substrate portion 70 similar to the first configuration example shown in FIG. 3B. Wired to and applied voltage.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing another configuration example (fifth configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 10.
  • FIG. 7A shows a connection state of the electrode parts 41 to 48
  • FIG. 7B shows a circuit formed by the resistor group 30 by the connection state shown in FIG. 7A. ..
  • Part 43, the main electrode part 43 and the main electrode part 44, the main electrode part 44 and the correction electrode part 45 and the main electrode part 41, and the correction electrode part 45 and the main electrode part 41 are respectively connected to form a Wheatstone bridge.
  • the correction resistors RC1 and RC2 and the first to fourth resistors connected through the correction electrode portions 45 and 46 and the main electrode portions 41 to 44 are connected.
  • the bodies R1 to R4 form a Wheatstone bridge.
  • the first correction resistor RC1 and the second correction resistor RC2 are provided with respect to the first resistor R1. It is connected in parallel.
  • Such a Wheatstone bridge has a structure in which, for example, the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4 are measured before wiring the main electrode portions 41 to 44, and only the resistance value of the first resistor R1 is measured. Is larger than the target value, and the error is even larger than when the third configuration example is adopted.
  • the correction resistors RC1 and RC2 are connected in parallel to the first resistor R1, so that the resistance value of the first resistor R1 is corrected to the decreasing side.
  • the correction resistors RC1 and RC2 arranged on the first circumference 24 are used as in the second to fourth configuration examples.
  • the bridge circuit shown in FIGS. 7A and 7B has a substrate portion 70 similar to the first configuration example shown in FIG. 3B. Wired to and applied voltage.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing another configuration example (sixth configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 10.
  • 8A shows a connection state of the electrode parts 41 to 48
  • FIG. 8B shows a circuit formed by the resistor group 30 in the connection state shown in FIG. 8A. ..
  • the part 43 and the main electrode part 44 are connected to each other, and the main electrode part 44 and the main electrode part 41 are connected to each other to form a Wheatstone bridge. That is, in the sixth configuration example, the Wheatstone bridge is configured by the third correction resistor RC3 and the first to fourth resistors R1 to R4 which are connected via the correction electrode part 47 and the main electrode parts 41 to 44. ing.
  • the third correction resistor RC3 is connected in series to the second resistor R2.
  • the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4 are measured before wiring the main electrode portions 41 to 44, and only the resistance value of the second resistor R2 is measured. Is used when is smaller than the target value.
  • the resistance value of the second resistor R2 is corrected to be increased by connecting the third correction resistor RC3 in series to the second resistor R2.
  • the bridge circuit shown in FIGS. 8A and 8B has a substrate portion 70 similar to the first configuration example shown in FIG. 3B. Wired to and applied voltage.
  • the correction resistors RC1 to RC4 are arranged on the second circumference 26 in the same manner as the second resistor R2.
  • the third and fourth correction resistors RC3 and RC4 are used. As a result, the balance of the bridge is maintained even when strain occurs, so that the output of the pressure sensor 10 has a good linear characteristic.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing another configuration example (seventh configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 10.
  • 9A shows a connection state of the electrode parts 41 to 48
  • FIG. 9B shows a circuit formed by the resistor group 30 in the connection state shown in FIG. 9A. ..
  • the portion 43 and the main electrode portion 44, the main electrode portion 44 and the correction electrode portion 45, and the correction electrode portion 45 and the main electrode portion 41 are respectively connected to form a Wheatstone bridge. That is, in the seventh configuration example, the first and third correction resistors RC1 and RC3 and the first to fourth resistor R1 to which are connected via the correction electrode portions 45 and 47 and the main electrode portions 41 to 44. R4 makes up the Wheatstone bridge.
  • a first correction resistor RC1 is connected in series to the first resistor R1
  • a third correction resistor RC3 is connected in series to the second resistor R2.
  • Such a Wheatstone bridge has, for example, a configuration in which the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4 are measured before wiring the main electrode portions 41 to 44 and the like, and the first resistor R1 and the second resistor R1 are connected to each other. It is used when the resistance value of the body R2 is smaller than the target value.
  • the first and second resistors R1 and R2 are connected in series to the first and second resistors R1 and R2, whereby the first and second resistors R1 and R2 are connected. Is corrected to the side where the resistance value of increases.
  • the bridge circuit shown in FIG. 9A and FIG. 9B has a substrate portion 70 similar to the first configuration example shown in FIG. 3B. Wired to and applied voltage.
  • the first and second correction members arranged on the first circumference 24 are used.
  • the resistors RC1 and RC2 are used and the resistance value of the second resistor R2 (or the fourth resistor R4) is corrected, the third and fourth correction resistors arranged on the second circumference 26 are used.
  • the bodies RC3 and RC4 are used. As a result, the balance of the bridge is maintained even when strain occurs, so that the output of the pressure sensor 10 has a good linear characteristic.
  • the number of resistors that are arranged separately on the first circumference 24 and the second circumference 26 on the membrane 22 is five or more. And the resistors are provided so that a surplus is generated from the minimum four required to form the Wheatstone bridge. Therefore, if the pressure sensor 10 cannot balance the bridge circuit when trying to form the Wheatstone bridge as in the first configuration example with the first to fourth resistors R1 to R4, the pressure sensor 10 is a correction resistor that is an excess resistor.
  • the resistors RC1 to R4 can be used to adjust the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4. Therefore, the pressure sensor 10 can adjust the error of the resistance value due to the manufacturing variation of the first to fourth resistors R1 to R4 formed on the membrane 22 to balance the bridge.
  • the resistance values of the correction resistors RC1 to RC4 are preferably smaller than any of the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4. Further, the resistance values of the correction resistors RC1 to RC4 are preferably in the range of 1/100 to 1/2 of the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4 to be corrected. With this configuration, manufacturing variations in the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4 can be suitably corrected by the correction resistors RC1 to RC4.
  • the first to fourth resistors 41 to 44 are always included in the circuit forming the Wheatstone bridge, but the pressure sensor 10 is not limited to this.
  • the pressure sensor 10 from the resistor group 30 formed on the membrane, two or more resistors arranged on the first circumference 24 and the second resistor 26 are arranged on the second circumference 26.
  • the Wheatstone bridge may be configured by arbitrarily selecting two or more resistors to be used.
  • the correction resistors RC1 to RC4 are arranged on the first or second circumference 24, 26 in the same manner as the first to fourth resistors R1 to R4 to be corrected. There is. Therefore, even if the bridge circuit is configured to include the correction resistors RC1 to RC4, the linear characteristic of the output can be kept good. That is, as shown in FIG. 16A, in the conventional technology in which the bridge circuit is formed by using the correction resistor RC5 arranged at a position where no distortion occurs, the correction resistor RC5 is Since it is not affected by distortion, the balance of the bridge circuit is lost.
  • the pressure sensor 10 forming the bridge circuit maintains the balance of the bridge circuit even when the membrane is deformed, and the output of the pressure sensor 10 exhibits a good linear characteristic.
  • the number of resistors included in the resistor group 30 shown in FIG. 2 is eight, but the number of resistors is not limited to this, and the resistor group 30 has at least five resistors (the surplus is At least one) should be included.
  • the resistor group 30 includes a total of six or more resistors including at least three resistors arranged on the first circumference 24 and at least three resistors arranged on the second circumference 26. It is preferable to include. As a result, the resistance value can be corrected by changing the connection, irrespective of the variation in the resistance value of the resistor on either the first circumference 24 or the second circumference 26. Is.
  • the correction resistors arranged on the first circle 24 and the second circle 26 are arranged. It is preferable that two or more correction resistors including the correction resistor disposed in the above are disposed on the membrane 22.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing the arrangement of the resistor group 30, the electrode section, and the substrate section 170 in the pressure sensor 110 according to the second embodiment of the present invention.
  • the pressure sensor 110 according to the second embodiment relates to the first embodiment in that all the electrode portions 41 to 48 on the membrane 22 are connected to the corresponding substrate electrode portions 171 to 178 of the substrate portion 170.
  • the other points are the same as the pressure sensor 10 according to the first embodiment.
  • the description of the pressure sensor 110 according to the second embodiment only differences from the pressure sensor 10 according to the first embodiment will be described, and description of common points will be omitted.
  • the first to fourth resistors R1 to R4 and the first to fourth correction resistors RC1 to RC4 forming the Wheatstone bridge in the pressure sensor 110 are the substrate electrode portion of the substrate portion 170 independent of the membrane 22 and the stem 20. 171 to 178 are once connected, and further electrically connected via wiring (see FIGS. 11 and 12) included in the substrate section 170.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a configuration example (eighth configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 110.
  • 11A shows a connection state of the electrode portions 41 to 48
  • FIG. 11B shows a circuit formed by the resistor group 30 in the connection state shown in FIG. 11A. ..
  • the main electrode portion 41 and the main electrode portion 41 are electrically connected to each other through the wirings 191 to 194 of the substrate portion 170 to form a Wheatstone bridge. That is, in the eighth configuration example, as shown in FIG. 11B, the Wheatstone bridge is configured by the first to fourth resistors R1 to R4 without connecting the correction resistors RC1 to RC4.
  • the resistance values of the first to fourth resistors R1 to R4 are all equal to the target value or there is an error from the target value. It is used when there are few.
  • the wirings 191 to 194 shown in FIG. 11A are formed by using a method such as wire bonding.
  • the eighth configuration example shown in FIG. 11 is different from the eighth configuration example shown in FIG. 3 except that the first to fourth resistors R1 to R4 forming the Wheatstone bridge are connected via the wirings 191 to 194 of the substrate section 170. This is similar to the one configuration example.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing a configuration example (ninth configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 110.
  • FIG. 12A shows a connection state of the electrode portions 41 to 48
  • FIG. 12B shows a circuit formed by the resistor group 30 in the connection state shown in FIG. 12A. ..
  • the correction electrode section 45, the correction electrode section 45, and the main electrode section 41 are electrically connected to each other through the wirings 191 to 193, 195, and 196 of the substrate section 170 to form a Wheatstone bridge. That is, in the ninth configuration example, as shown in FIG. 11B, a Wheatstone bridge is configured by the first correction resistor RC1 and the first to fourth resistors R1 to R4.
  • the first to fourth resistors R1 to R4 forming the Wheatstone bridge are connected via the wirings 191 to 194 of the substrate unit 170. It is the same as the second configuration example shown in FIGS. 4A and 4B, except that it is connected.
  • the resistor forming the Wheatstone bridge is electrically connected via the wirings 191 to 196 of the substrate section 170 independent of the membrane 22. It is connected.
  • the pressure sensor 110 can reduce the size of the membrane 22 by wiring the resistor using the substrate 170. Further, the wiring structure on the membrane 22 can be simplified. In addition, the pressure sensor 110 has the same effect as the pressure sensor 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing a configuration example (10th configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 210 according to the third embodiment of the present invention.
  • 13A shows a connection state of the electrode parts 41 to 48
  • FIG. 13B shows a circuit formed by the resistor group 30 in the connection state shown in FIG. 13A. ..
  • the pressure sensor 210 according to the third embodiment is different from the pressure sensor 110 according to the second embodiment in that the board portion 270 has the jumper switch 285, but other points are the pressure sensor according to the second embodiment. The same as 110.
  • the description of the pressure sensor 210 according to the third embodiment only differences from the pressure sensor 110 according to the second embodiment will be described, and description of common points will be omitted.
  • the jumper switch 285 is not provided with a jumper plug, and the wiring 195 and the wiring 196 of the board unit 270 are not short-circuited. Therefore, in the tenth configuration example shown in FIG. 13, similarly to the ninth configuration example shown in FIG. 12, the correction resistor RC1 and the first to fourth resistors R1 to R4 form a Wheatstone bridge.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing a configuration example (11th configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 210.
  • FIG. 14A shows a connection state of the electrode parts 41 to 48
  • FIG. 14B shows a circuit formed by the resistor group 30 in the connection state shown in FIG. 14A. ..
  • the jumper switch 285 is provided with a jumper plug 286, and the wiring 195 and the wiring 196 of the board unit 270 are short-circuited. Therefore, in the eleventh configuration example shown in FIG. 14, similar to the eighth configuration example shown in FIG. 11, the first to fourth resistors R1 to R4 form a Wheatstone bridge.
  • the pressure sensor 210 in the pressure sensor 210 according to the third embodiment, since the board portion 270 has circuit switching means such as the jumper switch 285 and the jumper plug 286, connection between resistors is performed. You can easily change the configuration of the Wheatstone bridge. Therefore, the pressure sensor 210 can easily correct the resistance value.
  • the circuit switching means is not limited to the jumper switch 285 and the jumper plug 286 as shown in FIG. 14 and the like, and the circuit is switched by short-circuiting the wiring with solder or another conducting portion, or the conducting portion is cut off. Other switching mechanism such as a circuit switching circuit is also included in the circuit switching means.
  • the wirings 191 to 193, 195, and 196 of the substrate unit 270 are electrically connected to at least five resistors (first to fourth resistors R1 to R4 and first correction resistor RC1) included in the resistor group 30. Connected to each other.
  • the pressure sensor 210 can change the configuration of the Wheatstone bridge included in the pressure sensor 210 according to operating conditions by attaching/detaching the jumper plug 286 to/from the jumper switch 285.
  • the pressure sensor 210 has the same effect as the pressure sensor 110 according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram showing a configuration example (twelfth configuration example, thirteenth configuration example) of the Wheatstone bridge formed by the pressure sensor 310 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • 15A shows a connection state of the electrode parts 41 to 48
  • FIG. 15B shows a circuit formed by the resistor group 30 in the connection state shown in FIG. 15A. ..
  • the pressure sensor 310 according to the fourth embodiment is different from the pressure sensor 110 according to the second embodiment in that the substrate unit 370 has a switch 385 that is switched by a control signal from the control unit, but other points are as follows. It is similar to the pressure sensor 110 according to the second embodiment. In the description of the pressure sensor 310 according to the fourth embodiment, only differences from the pressure sensor 110 according to the second embodiment will be described, and description of common points will be omitted.
  • the switch 385 of the substrate unit 370 can switch between a state in which the wiring 195 and the wiring 196 of the substrate unit 370 are not short-circuited and a state in which the wiring 195 and the wiring 196 are short-circuited.
  • the pressure sensor 310 includes the first correction resistor RC1.
  • a Wheatstone bridge is composed of the first to fourth resistors R1 to R4 (twelfth configuration example).
  • the Wheatstone bridge is configured by the first to fourth resistors R1 to R4 (thirteenth configuration example).
  • the substrate unit 370 has the switch 385 that can be switched by a signal from the control unit, so the configuration of the Wheatstone bridge can be easily changed. Therefore, the pressure sensor 310 can easily correct the resistance value.
  • the wirings 191 to 193, 195, and 196 of the board portion 370 are electrically connected to at least five resistors (first to fourth resistors R1 to R4 and first correction resistor RC1) included in the resistor group 30. Connected to each other.
  • the pressure sensor 310 can automatically change the configuration of the Wheatstone bridge included in the pressure sensor 310 by switching the switch 385 in response to a signal from the control unit in accordance with operating conditions and the like.
  • the pressure sensor 310 has the same effect as the pressure sensor 110 according to the second embodiment.
  • the pressure sensor according to the present invention has been described with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and includes many other embodiments and modifications. Needless to say.
  • the shape and the fixing structure of the stem 20 shown in FIG. 1 are merely examples, and the pressure sensor of the present invention can adopt any other shape and fixing structure in which the membrane appropriately deforms in response to pressure.

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Abstract

【課題】抵抗値の誤差が調整され、かつ、出力の線形特性が良好な圧力センサ 【解決手段】圧力に応じた歪を生じるメンブレンと、前記メンブレンにおいて所定の歪特性を生じる第１歪位置と、前記第１歪位置とは異なる歪特性を生じる第２歪位置とに分けて配置されており、歪を検出する少なくとも５つの抵抗体を含む抵抗体群と、を有し、前記メンブレンには、前記抵抗体群に接続する電極部が複数設けられており、前記抵抗体群に含まれる前記抵抗体のうち、前記第１歪位置に配置される少なくとも２つの前記抵抗体と、前記第２歪位置に配置される少なくとも２つの前記抵抗体とを含む、合計４つ以上の前記抵抗体を、前記電極部を介して電気的に接続してホイートストンブリッジを構成する圧力センサ。

Description

圧力センサ
　本発明は、メンブレンの変形による歪を抵抗変化により検出する圧力センサに関する。
　圧抵抗効果（ピエゾ抵抗効果ともいう）を利用して、メンブレン（ダイアフラムともいう）の歪を抵抗変化により検出する圧力センサが知られている。このような圧力センサでは、たとえば、ステムと呼ばれる金属製の受圧部材の一部に、圧力を受けて弾性変形するメンブレンを形成し、このメンブレンの変形による歪を、メンブレン上に設けられた抵抗体の抵抗変化により検出する。
　メンブレンの上に抵抗体を形成する方法としては、メンブレン上に絶縁膜、金属薄膜、又は半導体薄膜などを形成し、形成した薄膜に対してスクリーン印刷やレーザー加工を行う方法が知られている。しかしながら、このような半導体工程などを経てメンブレン上に形成される抵抗体は、その抵抗値に狙いの値からの誤差（ばらつき）が生じる場合があるため、その誤差を適切に調整する方法が求められている。
　メンブレン上に形成される抵抗体の抵抗値を補正する方法としては、圧力センサにおいてメンブレンの変形の影響を受けない部分に補正用の抵抗を形成する方法が提案されている（特許文献１参照）。この技術では、補正用の抵抗を、必要に応じてブリッジ回路に接続することにより、メンブレン上に形成される抵抗値の誤差を補正する。
特開平１０－７０２８６号公報
　メンブレンの変形の影響を受けない部分に補正用の抵抗を形成する従来の方法では、歪量を算出するホイートストンブリッジのなかに、歪の影響を受けない抵抗体が含まれることになる。したがって、従来の圧力センサでは、メンブレンが変形しない状態でブリッジ回路の均衡を成立させたとしても、圧力センサが圧力を受けてメンブレンが変形した状態では、歪の影響を受けない抵抗体がブリッジ回路に含まれることに起因するブリッジ回路の均衡の崩れが生じる。そのため、従来の圧力センサは、歪量を算出するホイートストンブリッジのなかに補正用の抵抗体が含まれることにより、線形特性が悪化するという問題を有している。
　本発明は、このような実情に鑑みてなされ、メンブレン上に形成される抵抗体の製造ばらつきによる抵抗値の誤差が調整され、かつ、出力の線形特性が良好な圧力センサを提供する。
　上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る圧力センサは、
　圧力に応じた変形を生じるメンブレンと、
　前記メンブレンにおいて所定の歪特性を生じる第１歪位置と、前記第１歪位置とは異なる歪特性を生じる第２歪位置とに分けて配置されており、歪を検出する少なくとも５つの抵抗体を含む抵抗体群と、を有し、
　前記メンブレンには、前記抵抗体群に接続する電極部が複数設けられており、
　前記抵抗体群に含まれる前記抵抗体のうち、前記第１歪位置に配置される少なくとも２つの前記抵抗体と、前記第２歪位置に配置される少なくとも２つの前記抵抗体とを含む、合計４つ以上の前記抵抗体を、前記電極部を介して電気的に接続してホイートストンブリッジを構成する。
　本発明に係る圧力センサは、メンブレン上の第１歪位置と第２歪位置とに分けて配置される抵抗体の数が５つ以上であり、ホイートストンブリッジを構成するために最低限必要な４つから余剰が生じるように、抵抗体が設けられている。このような圧力センサは、仮に４つの抵抗体でホイートストンブリッジを構成しようとするとブリッジ回路の均衡が取ることができない場合、余剰の抵抗体を、抵抗値の調整に用いることができる。すなわち、余剰の抵抗体を、他の抵抗体に生じた抵抗値の製造ばらつきによる誤差を調整するように、メンブレンに設けられる電極部を介して接続し、ブリッジ回路を構成する。これにより、本発明に係る圧力センサは、メンブレン上に形成される抵抗体の製造ばらつきによる抵抗値の誤差を調整し、ブリッジの均衡を図ることができる。また、余剰の抵抗体は、他の抵抗体と同様に、メンブレン上の第１歪位置または第２歪位置に配置されているため、このような余剰の抵抗体を含む形でブリッジ回路を構成しても、出力の線形特性は良好に保たれる。
　また、たとえば、前記電極部は、前記抵抗体群に含まれるそれぞれの前記抵抗体につき、少なくとも２つずつ設けられていてもよい。
　このような圧力センサは、抵抗体群に含まれる抵抗体を、半導体製造工程後に自由に選択してホイートストンブリッジを構成することができるため、抵抗体を用いた回路のバリエーションが豊富である。したがって、このような圧力センサは、少ない数の抵抗体によって、より精度良く抵抗値の調整を行うことができる。
　また、たとえば、本発明に係る圧力センサは、前記メンブレンとは独立した基板部を有してもよく、
　前記ホイートストンブリッジを構成する前記抵抗体は、前記基板部に含まれる配線を介して電気的に接続されてもよい。
　ホイートストンブリッジを構成する抵抗体は、メンブレン上に設けられる電極部および導体によって接続されていてもよいが、メンブレンとは独立した基板部の配線を介して電気的に接続されていてもよい。基板を用いて配線することにより、メンブレンを小型化することができる。また、メンブレン上の配線構造を単純化することができるため、このような圧力センサは、生産性が良好である。
　また、たとえば、前記配線は、前記抵抗体群に含まれる少なくとも５つの前記抵抗体に電気的に接続していてもよく、前記基板部は、前記抵抗体間の接続を切り替え可能なスイッチを有してもよい。
　このような基板部を有する圧力センサは、基板部のスイッチの切り替えによりブリッジ回路の構成を変更することができる。したがって、このような圧力センサは、圧力センサの製造時において、抵抗体の抵抗値のばらつきをソフトウェアなどにより容易に調整できる。また、圧力センサの製造後においても、抵抗体の抵抗値の経時変化や他の条件の変化などに応じて、ブリッジ回路の構成を変更することができる。
　また、たとえば、前記抵抗体群には、前記第１歪位置に配置される少なくとも３つの前記抵抗体と、前記第２歪位置に配置される少なくとも３つの前記抵抗体とを含む、合計６つ以上の前記抵抗体が含まれていてもよい。
　このような圧力センサは、第１歪位置と第２歪位置の双方に余剰の抵抗体が配置されているため、より精度よく抵抗値の調整を行うことができる。
　本発明の第２の観点に係る圧力センサは、
　圧力に応じた変形を生じるメンブレンと、
　前記メンブレンにおいて所定の歪特性を生じる第１歪位置に配置されており歪を検出する第１抵抗体および第３抵抗体と、
　前記メンブレンにおいて前記第１歪位置とは異なる歪特性を生じる第２歪位置に配置されており歪を検出する第２抵抗体および第４抵抗体と、
　前記第１歪位置または前記第２歪位置に配置されており歪を検出する補正用抵抗体と、
　前記メンブレンに設けられており前記補正用抵抗体に接続する一対の補正用電極部と、
　前記メンブレンに設けられており前記第１～第４抵抗体に接続する少なくとも一対の主電極部と、を有し、
　前記補正用電極部および前記主電極部を介して接続された前記補正用抵抗体および前記第１～第４抵抗体により、または、前記補正用抵抗体を接続することなく前記第１～第４抵抗体によりホイートストンブリッジを構成する。
　本発明の第２の観点に係る圧力センサは、補正用抵抗体がメンブレン上の第１歪位置または第２歪位置に配置されており、これらの補正用抵抗体は、第１～第４補正用抵抗体を用いてホイートストンブリッジを構成してもブリッジの均衡が取れない場合に、調整用としてブリッジ回路に接続される。このような圧力センサでは、補正用電極部および主電極部の接続経路を変更することにより、補正用抵抗体および第１～第４抵抗体によりホイートストンブリッジを構成するか、第１～第４抵抗体によりホイートストンブリッジを構成するかを選択できる。これにより、本発明に係る圧力センサは、メンブレン上に形成される第１～第４抵抗体の製造ばらつきによる抵抗値の誤差を補正用抵抗体で調整し、ブリッジの均衡を図ることができる。また、補正用抵抗体は、第１～第４抵抗体と同様に、メンブレン上の第１歪位置または第２歪位置に配置されているため、補正用抵抗体を含む形でブリッジ回路を構成しても、出力の線形特性は良好に保たれる。
　前記補正用抵抗体の抵抗値は、前記第１～第４抵抗体のいずれの抵抗値よりも小さくてもよい。
　このように抵抗値を設定することにより、第１～第４抵抗体の製造ばらつきを、補正用抵抗体の接続により好適に調整できる。
　本発明の第２の観点に係る圧力センサは、前記第１歪位置に配置される前記補正用抵抗体と、前記第２歪位置に配置される前記補正用抵抗体とを含む合計２つ以上の前記補正用抵抗体を含んでもよい。
　このような圧力センサは、第１歪位置に配置される補正用抵抗体を用いて第１抵抗体および第３抵抗体の抵抗値を調整し、第２歪位置に配置される補正用抵抗体を用いて第２抵抗体および第４抵抗体の抵抗値を調整することができる。これにより、このような圧力センサは、抵抗値の調整のバリエーションが豊富であり、少ない補正用抵抗体の数で、より精度よく抵抗値の調整を行うことができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサの模式断面図である。 図２は、第１実施形態に係る圧力センサにおける抵抗体の配置を示す概念図である。 図３は、第１実施形態に係る圧力センサで形成されるホイートストンブリッジの構成例（第１構成例）を示す概念図である。 図４は、第１実施形態に係る圧力センサで形成されるホイートストンブリッジの構成例（第２構成例）を示す概念図である。 図５は、第１実施形態に係る圧力センサを用いて形成されるホイートストンブリッジの構成例（第３構成例）を示す概念図である。 図６は、第１実施形態に係る圧力センサを用いて形成されるホイートストンブリッジの構成の構成例（第４構成例）を示す概念図である。 図７は、第１実施形態に係る圧力センサを用いて形成されるホイートストンブリッジの構成例（第５構成例）を示す概念図である。 図８は、第１実施形態に係る圧力センサを用いて形成されるホイートストンブリッジの構成例（第６構成例）を示す概念図である。 図９は、第１実施形態に係る圧力センサを用いて形成されるホイートストンブリッジの構成例（第７構成例）を示す概念図である。 図１０は、第２実施形態に係る圧力センサにおける抵抗体および基板部の配置を示す概念図である。 図１１は、第２実施形態に係る圧力センサを用いて形成されるホイートストンブリッジの構成例（第８構成例）を示す概念図である。 図１２は、第２実施形態に係る圧力センサを用いて形成されるホイートストンブリッジの構成例（第９構成例）を示す概念図である。 図１３は、第３実施形態に係る圧力センサを用いて形成されるホイートストンブリッジの構成例（第１０構成例）を示す概念図である。 図１４は、第３実施形態に係る圧力センサを用いて形成されるホイートストンブリッジの構成例（第１１構成例）を示す概念図である。 図１５は、第４実施形態に係る圧力センサを用いて形成されるホイートストンブリッジの構成例（第１２構成例、第１３構成例）を示す概念図である。 図１６は、従来技術と第１実施形態に係る圧力センサの特性を比較した概念図である。
　以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
　図１は、本発明に係る圧力センサ１０の概略断面図である。圧力センサ１０は、メンブレン２２を有するステム２０、ステム２０へ圧力を伝える流路１２ｂが形成されている接続部材１２、接続部材１２に対してステム２０を固定する抑え部材１４、メンブレン２２上の電極部などに対して配線される基板部７０などを有する。
　図１に示すように、接続部材１２の外周には、圧力センサ１０を測定対象に対して固定するためのねじ溝１２ａが形成されている。ねじ溝１２ａを介して圧力センサ１０を固定することにより、接続部材１２の内部に形成されている流路１２ｂは、測定対象である圧力室に対して気密に連通する。
　図１に示すように、ステム２０は、有底（上底）筒状の外形上を有しており、接続部材１２における流路１２ｂの一方の端部に設けられる。ステム２０は、開口部側にフランジ部２１が設けられており、抑え部材１４と接続部材１２との間にフランジ部２１が挟み込まれることにより、接続部材１２に対して固定される。ステム２０の開口部と接続部材１２の流路１２ｂとは、抑え部材１４を用いて気密に連結されており、測定対象の圧力が、ステム２０のメンブレン２２に伝えられる。
　ステム２０の上底には、メンブレン２２が備えられる。メンブレン２２は、側壁など、ステム２０における他の部分に比べて肉薄になっており、流路１２ｂから伝えられる圧力に応じた変形を生じる。メンブレン２２は、圧力流体に接触する内面２２ａと、内面２２ａとは反対側の外面２２ｂとを有しており、メンブレン２２の外面２２ｂ側には、後述する抵抗体群３０（図２参照）や電極部などが設けられる。
　抑え部材１４には、メンブレン２２の外面２２ｂに形成された抵抗体群３０に対して電気的に接続される配線などを有する基板部７０が固定されている。基板部７０の電極部と抵抗体群３０とは、ワイヤボンディングなどにより形成される接続配線８２などを介して、電気的に接続されている。基板部７０はリング状の外形状を有しており、ステム２０は、基板部７０の中央に形成される貫通穴を挿通している。
　図２は、メンブレン２２の外面２２ｂにおける抵抗体群３０の配置状態を示す概念図である。図２の上部は、ステム２０の模式断面図であり、図２の下部は、メンブレン２２の外面２２ｂ側であるＺ軸正方向側からステム２０を見た概略平面図である。
　図２に示すように、メンブレン２２の外面２２ｂには、歪を検出する抵抗体である第１抵抗体Ｒ１、第２抵抗体Ｒ２、第３抵抗体Ｒ３、第４抵抗体Ｒ４、第１補正用抵抗体ＲＣ１、第２補正用抵抗体ＲＣ２、第３補正用抵抗体ＲＣ３、第４補正用抵抗体ＲＣ４を含む抵抗体群３０が設けられている。抵抗体Ｒ１～Ｒ４、ＲＣ１～ＲＣ４は、メンブレン２２の内面２２ａに加えられる圧力に応じて所定の歪特性を生じる第１歪位置である第１円周２４上と、第１歪位置とは異なる歪特性を生じる第２歪位置である第２円周２６上とに、分けて配置されている。
　図２に示すように、第１円周２４は、第２円周２６より小さい半径を有する円の円周である。たとえば、メンブレン２２が内面２２ａから所定の正圧を受けた場合に、第１円周２４上では正の歪＋ε（引張歪）を生じるのに対して、第２円周２６では負の歪－ε（圧縮歪）を生じる。このように、第１歪位置である第１円周２４上における歪特性と、第２歪位置である第２円周２６上における歪特性は、互いに逆方向（打ち消しあう関係）であることが好ましい。
　抵抗体群３０に含まれる抵抗体Ｒ１～Ｒ４、ＲＣ１～ＲＣ４のうち、第１抵抗体Ｒ１と、第３抵抗体Ｒ３と、第１補正用抵抗体ＲＣ１と、第２補正用抵抗体ＲＣ２とは、第１円周２４上に配置されている。これに対して、抵抗体群３０に含まれる抵抗体Ｒ１～Ｒ４、ＲＣ１～ＲＣ４のうち、第２抵抗体Ｒ２と、第４抵抗体Ｒ４と、第３補正用抵抗体ＲＣ３と、第４補正用抵抗体ＲＣ４とは、第２円周２６上に配置されている。
　メンブレン２２の外面２２ｂには、抵抗体群３０に接続する電極部が複数設けられている。電極部は、第１抵抗体Ｒ１に接続する主電極部４１、第２抵抗体Ｒ２に接続する主電極部４２、第３抵抗体Ｒ３に接続する主電極部４３、第４抵抗体Ｒ４に接続する主電極部４４、第１補正用抵抗体ＲＣ１に接続する補正用電極部４５、第２補正用抵抗体ＲＣ２に接続する補正用電極部４６、第３補正用抵抗体ＲＣ３に接続する補正用電極部４７、第４補正用抵抗体ＲＣ４に接続する補正用電極部４８を有する。
　電極部は、抵抗体群３０に含まれるそれぞれの抵抗体Ｒ１～Ｒ４、ＲＣ１～ＲＣ４につき、少なくとも２つずつ設けられていることが好ましく、図２に示す実施形態では、それぞれの抵抗体Ｒ１～Ｒ４、ＲＣ１～ＲＣ４につき、２つずつ電極部が設けられている。ただし、電極部は、後述するように、ホイートストンブリッジを構成する際における接続方法のバリエーションを生じさせるために配置されていれば足り、必ずしも抵抗体Ｒ１～Ｒ４、ＲＣ１～ＲＣ４ごとに設けられていなくてもよい。たとえば、変形例に係る圧力センサでは、電極部は、第１補正用抵抗体ＲＣ１に接続する一対の補正用電極部４５と、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４に接続する一対の主電極部とを有していてもよい。このような変
形例では、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、メンブレン２２上において、電極部を介さずに、互いに配線される。
　電極部４１～４８は、それぞれ対応する抵抗体Ｒ１～Ｒ４、ＲＣ１～ＲＣ４に導通しており、対応する抵抗体Ｒ１～Ｒ４、ＲＣ１～ＲＣ４に配線するための導線を固定できるようになっている。なお、電極部４１～４８は、第２円周２６より半径の大きい円周上に沿って形成されており、電極部４１～４８から基板部７０への配線が容易になっている。ただし、電極部４１～４８の配置は特に限定されず、メンブレン２２の上に様々は形状で配置され得る。
　図２に示すようなメンブレン２２を有するステム２０およびメンブレン２２上に設けられる抵抗体群３０および電極部４１～４８は、たとえば、以下のようにして作製される。まず、メンブレン２２を有するステム２０を機械加工により作製する。ステム２０の材質は、適切な弾性変形を生じるものであれば特に限定されず、例えばステンレスなどの金属や合金が挙げられる。
　次に、メンブレン２２の上に、絶縁膜を挟んで半導体薄膜または金属薄膜を形成し、これらの薄膜に対してレーザー加工や、スクリーン印刷のような半導体加工技術による微細加工などを行うことにより、図２に示すような抵抗体群３０および電極部４１～４８を形成する。なお、必要に応じて、抵抗体群３０や、抵抗体群３０と電極部４１～４８との配線部分など、電極部４１～４８以外の部分には、絶縁性の表面層が形成されてもよい。
　圧力センサ１０は、図２に示す抵抗体群３０に含まれる抵抗体Ｒ１～Ｒ４、ＲＣ１～ＲＣ４のうち、合計４つ以上の抵抗体を、電極部４１～４８を介して電気的に接続してホイートストンブリッジを構成することにより作製される。後述するように、ホイートストンブリッジを構成する抵抗体には、第１円周２４上に配置される少なくとも２つの抵抗体である第１抵抗体Ｒ１および第３抵抗体Ｒ３と、第２円周２６上に配置される少なくとも２つの抵抗体である第２抵抗体Ｒ２と第４抵抗体Ｒ４とが含まれる。
　図３は、圧力センサ１０で形成されるホイートストンブリッジの構成例（第１構成例）を示す概念図である。図３（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。図３（ａ）に示すように、第１構成例では、主電極部４１と主電極部４２、主電極部４２と主電極部４３、主電極部４３と主電極部４４、主電極部４４と主電極部４１とをそれぞれ接続し、ホイートストンブリッジを構成している。すなわち、第１構成例では、補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４を接続することなく第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している。
　さらに、図１に示す基板部７０に対して主電極部４１～４４を、接続配線８２によって電気的に接続することにより、図３（ｂ）に示すようなホイートストンブリッジを含む圧力検出回路が形成される。このようなホイートストンブリッジの構成は、たとえば、図２に示す抵抗体群３０を半導体製造工程により形成した後、主電極部４１～４４などの配線を行う前に第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値を測定し、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値が、全て狙い値に一致しているか又は狙い値からの誤差が少ない場合に採用される。
　図３（ａ）に示す電極部４１～４８の接続や、図１に示す接続配線８２の形成は、たとえばワイヤボンディングなどの手法を用いて行われる。なお、図３（ａ）では、電極部４１～４８の接続をわかりやすく説明するために、電極部４１～４８の接続を平面的に表示しているが、電極部４１～４８の接続は、メンブレン２２上で立体的に行われることが好ましい。
　第１構成例を採用する場合とは異なり、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値を測定した際、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４のうちいずれかの抵抗値が狙い値から外れており、誤差が大きいような場合には、図３とは異なる構成が採用される。図４は、圧力センサ１０で形成されるホイートストンブリッジの他の構成例（第２構成例）を示す概念図である。図４（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。
　図４（ａ）に示すように、第２構成例では、主電極部４１と主電極部４２、主電極部４２と主電極部４３、主電極部４３と主電極部４４、主電極部４４と補正用電極部４５、補正用電極部４５と主電極部４１とをそれぞれ接続し、ホイートストンブリッジを構成している。すなわち、第２構成例では、補正用電極部４５および主電極部４１～４４を介して接続された第１補正用抵抗体ＲＣ１および第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している。
　図４（ｂ）において点線枠で示すように、第２構成例のホイートストンブリッジでは、第１抵抗体Ｒ１に対して、第１補正用抵抗体ＲＣ１が直列接続されている。このようなホイートストンブリッジの構成は、たとえば、主電極部４１～４４などの配線を行う前に第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値を測定し、第１抵抗体Ｒ１の抵抗値のみが、狙いの値より小さい場合などに採用される。第２構成例のホイートストンブリッジでは、第１抵抗体Ｒ１に第１補正用抵抗体ＲＣ１が直列接続されることにより、第１抵抗体Ｒ１の抵抗値が増加する側に補正される。なお、図４（ｂ）では図示を省略しているが、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すブリッジ回路は、図３（ｂ）に示す第１構成例と同様に基板部７０に配線され、電圧を加えられる。
　第１抵抗体Ｒ１の抵抗値を補正する場合は、補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４のうち、第１抵抗体Ｒ１と同様に第１円周２４上に配置されている補正用抵抗体ＲＣ１、ＲＣ２が用いられる。これにより、歪が発生した場合においても、ブリッジの平衡が保たれるため、圧力センサ１０の出力は良好な線形特性を有する。なお、電極部４１～４８および基板部７０の配線方法については、第１構成例と同様である。
　図５は、圧力センサ１０で形成されるホイートストンブリッジの他の構成例（第３構成例）を示す概念図である。図５（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。
　図５（ａ）に示すように、第３構成例では、主電極部４１と主電極部４２、主電極部４２と主電極部４３、主電極部４３と主電極部４４、主電極部４４と補正用電極部４５および主電極部４１、補正用電極部４５と主電極部４１とをそれぞれ接続し、ホイートストンブリッジを構成している。すなわち、第３構成例では、第２構成例（図４（ａ）参照）と同様に、補正用電極部４５および主電極部４１～４４を介して接続された第１補正用抵抗体ＲＣ１および第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している。
　ただし、図５（ｂ）において点線枠で示すように、第３構成例のホイートストンブリッジでは、第１抵抗体Ｒ１に対して、第１補正用抵抗体ＲＣ１が並列接続されている。このようなホイートストンブリッジの構成は、たとえば、主電極部４１～４４などの配線を行う前に第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値を測定し、第１抵抗体Ｒ１の抵抗値のみが、狙いの値より大きい場合などに採用される。第３構成例のホイートストンブリッジでは、第１抵抗体Ｒ１に第１補正用抵抗体ＲＣ１が並列接続されることにより、第１抵抗体Ｒ１の抵抗値が減少する側に補正される。第１抵抗体Ｒ１の抵抗値を補正する場合に、第１円周２４上に配置されている第１補正用抵抗体ＲＣ１を用いる点については、第２構成例と同様である。また、図５（ｂ）では図示を省略しているが、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すブリッジ回路は、図３（ｂ）に示す第１構成例と同様に基板部７０に配線され、電圧を加えられる。
　図６は、圧力センサ１０で形成されるホイートストンブリッジの他の構成例（第４構成例）を示す概念図である。図６（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。
　図６（ａ）に示すように、第４構成例では、主電極部４１と補正用電極部４６、補正用電極部４６と主電極部４２、主電極部４２と主電極部４３、主電極部４３と主電極部４４、主電極部４４と補正用電極部４５、補正用電極部４５と主電極部４１とをそれぞれ接続し、ホイートストンブリッジを構成している。すなわち、第４構成例では、補正用電極部４５、４６および主電極部４１～４４を介して接続された第１、第２補正用抵抗体ＲＣ１、ＲＣ２および第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している。
　図６（ｂ）において点線枠で示すように、第４構成例のホイートストンブリッジでは、第１抵抗体Ｒ１に対して、第１補正用抵抗体ＲＣ１と第２補正用抵抗体ＲＣ２とが直列接続されている。このようなホイートストンブリッジの構成は、たとえば、主電極部４１～４４などの配線を行う前に第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値を測定し、第１抵抗体Ｒ１の抵抗値のみが狙いの値より小さく、その誤差が第２構成例を採用する場合よりもさらに大きい場合などに採用される。第４構成例のホイートストンブリッジでは、第１抵抗体Ｒ１に第１、第２補正用抵抗体ＲＣ１、ＲＣ２が直列接続されることにより、第１抵抗体Ｒ１の抵抗値が増加する側に補正される。第１抵抗体Ｒ１の抵抗値を補正する場合に、第１円周２４上に配置されている第１、第２補正用抵抗体ＲＣ１、ＲＣ２を用いる点については、第２および第３構成例と同様である。また、図６（ｂ）では図示を省略しているが、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すブリッジ回路は、図３（ｂ）に示す第１構成例と同様に基板部７０に配線され、電圧を加えられる。
　図７は、圧力センサ１０で形成されるホイートストンブリッジの他の構成例（第５構成例）を示す概念図である。図７（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。
　図７（ａ）に示すように、第５構成例では、主電極部４１と補正用電極部４６および主電極部４２、主電極部４２と補正用電極部４６、主電極部４２と主電極部４３、主電極部４３と主電極部４４、主電極部４４と補正用電極部４５および主電極部４１、補正用電極部４５と主電極部４１とをそれぞれ接続し、ホイートストンブリッジを構成している。すなわち、第５構成例では、第４構成例と同様に、補正用電極部４５、４６および主電極部４１～４４を介して接続された補正用抵抗体ＲＣ１、ＲＣ２および第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している。
　ただし、図７（ｂ）において点線枠で示すように、第５構成例のホイートストンブリッジでは、第１抵抗体Ｒ１に対して、第１補正用抵抗体ＲＣ１と第２補正用抵抗体ＲＣ２とが並列接続されている。このようなホイートストンブリッジの構成は、たとえば、主電極部４１～４４などの配線を行う前に第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値を測定し、第１抵抗体Ｒ１の抵抗値のみが狙いの値より大きく、その誤差が第３構成例を採用する場合よりもさらに大きい場合などに採用される。第５構成例のホイートストンブリッジでは、第１抵抗体Ｒ１に補正用抵抗体ＲＣ１、ＲＣ２が並列接続されることにより、第１抵抗体Ｒ１の抵抗値が減少する側に補正される。第１抵抗体Ｒ１の抵抗値を補正する場合に、第１円周２４上に配置されている補正用抵抗体ＲＣ１、ＲＣ２を用いる点については、第２～第４構成例と同様である。また、図７（ｂ）では図示を省略しているが、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すブリッジ回路は、図３（ｂ）に示す第１構成例と同様に基板部７０に配線され、電圧を加えられる。
　図８は、圧力センサ１０で形成されるホイートストンブリッジの他の構成例（第６構成例）を示す概念図である。図８（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。
　図８（ａ）に示すように、第６構成例では、主電極部４１と主電極部４２、主電極部４２と補正用電極部４７、補正用電極部４７と主電極部４３、主電極部４３と主電極部４４、主電極部４４と主電極部４１とをそれぞれ接続し、ホイートストンブリッジを構成している。すなわち、第６構成例では、補正用電極部４７および主電極部４１～４４を介して接続された第３補正用抵抗体ＲＣ３および第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している。
　図８（ｂ）において点線枠で示すように、第６構成例のホイートストンブリッジでは、第２抵抗体Ｒ２に対して、第３補正用抵抗体ＲＣ３が直列接続されている。このようなホイートストンブリッジの構成は、たとえば、主電極部４１～４４などの配線を行う前に第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値を測定し、第２抵抗体Ｒ２の抵抗値のみが狙いの値より小さい場合などに採用される。第６構成例のホイートストンブリッジでは、第２抵抗体Ｒ２に第３補正用抵抗体ＲＣ３が直列接続されることにより、第２抵抗体Ｒ２の抵抗値が増加する側に補正される。なお、図８（ｂ）では図示を省略しているが、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すブリッジ回路は、図３（ｂ）に示す第１構成例と同様に基板部７０に配線され、電圧を加えられる。
　図８（ｂ）に示すように、第２抵抗体Ｒ２の抵抗値を補正する場合は、補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４のうち、第２抵抗体Ｒ２と同様に第２円周２６上に配置されている第３、第４補正用抵抗体ＲＣ３、ＲＣ４が用いられる。これにより、歪が発生した場合においても、ブリッジの平衡が保たれるため、圧力センサ１０の出力は良好な線形特性を有する。
　図９は、圧力センサ１０で形成されるホイートストンブリッジの他の構成例（第７構成例）を示す概念図である。図９（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。
　図９（ａ）に示すように、第７構成例では、主電極部４１と主電極部４２、主電極部４２と補正用電極部４７、補正用電極部４７と主電極部４３、主電極部４３と主電極部４４、主電極部４４と補正用電極部４５、補正用電極部４５と主電極部４１とをそれぞれ接続し、ホイートストンブリッジを構成している。すなわち、第７構成例では、補正用電極部４５、４７および主電極部４１～４４を介して接続された第１、第３補正用抵抗体ＲＣ１、ＲＣ３および第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している。
　図９（ｂ）において点線枠で示すように、第７構成例のホイートストンブリッジでは、
第１抵抗体Ｒ１に対して第１補正用抵抗体ＲＣ１、第２抵抗体Ｒ２に対して第３補正用抵抗体ＲＣ３が、それぞれ直列接続されている。このようなホイートストンブリッジの構成は、たとえば、主電極部４１～４４などの配線を行う前に第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値を測定し、第１抵抗体Ｒ１と第２抵抗体Ｒ２の抵抗値が狙いの値より小さい場合になどに採用される。第７構成例のホイートストンブリッジでは、第１および第２抵抗体Ｒ１、Ｒ２に第１、第３補正用抵抗体ＲＣ１、ＲＣ３が直列接続されることにより、第１および第２抵抗体Ｒ１、Ｒ２の抵抗値が増加する側に補正される。なお、図９（ｂ）では図示を省略しているが、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すブリッジ回路は、図３（ｂ）に示す第１構成例と同様に基板部７０に配線され、電圧を加えられる。
　図９（ｂ）に示すように、第１抵抗体Ｒ１（または第３抵抗体Ｒ３）の抵抗値を補正する場合は、第１円周２４上に配置されている第１および第２補正用抵抗体ＲＣ１、ＲＣ２が用いられ、第２抵抗体Ｒ２（または第４抵抗体Ｒ４）の抵抗値を補正する場合は、第２円周２６上に配置されている第３および第４補正用抵抗体ＲＣ３、ＲＣ４が用いられる。これにより、歪が発生した場合においても、ブリッジの平衡が保たれるため、圧力センサ１０の出力は良好な線形特性を有する。
　図１から図９を用いて説明したように、圧力センサ１０は、メンブレン２２上の第１円周２４上と第２円周２６上とに分けて配置される抵抗体の数が５つ以上であり、ホイートストンブリッジを構成するために最低限必要な４つから余剰が生じるように、抵抗体が設けられている。したがって、圧力センサ１０は、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４で第１構成例のようなホイートストンブリッジを構成しようとするとブリッジ回路の均衡を取ることができない場合、余剰の抵抗体である補正用抵抗体ＲＣ１～Ｒ４を、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値の調整に用いることができる。したがって、圧力センサ１０は、メンブレン２２上に形成される第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の製造ばらつきによる抵抗値の誤差を調整し、ブリッジの均衡を図ることができる。
　なお、図２に示す圧力センサ１０では、補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４の抵抗値は、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４のいずれの抵抗値よりも小さいことが好ましい。また、補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４の抵抗値は、補正対象である第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値の１００分の１～２分の１の範囲であることが好ましい。このように構成することにより、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値の製造ばらつきを、補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４により好適に補正できる。
　また、図２に示す圧力センサ１０では、第１～第４抵抗体４１～４４は、常にホイートストンブリッジを構成する回路に含まれるが、圧力センサ１０としてはこれに限定されない。たとえば、他の実施形態に係る圧力センサでは、メンブレン上に形成された抵抗体群３０から、第１円周２４上に配置される２つ以上の抵抗体と、第２円周２６上に配置される２つ以上の抵抗体を任意に選択して、ホイートストンブリッジを構成してもよい。
　さらに、圧力センサ１０では、補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４が、補正する対象である第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４と同様に、第１または第２円周２４、２６上に配置されている。このため、補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４を含む形でブリッジ回路を構成しても、出力の線形特性が良好に保たれる。すなわち、図１６（ａ）に示すように、歪が発生しない位置に配置された補正用抵抗体ＲＣ５を用いてブリッジ回路を形成する従来技術では、メンブレンが変形しても補正用抵抗体ＲＣ５が歪の影響を受けないため、ブリッジ回路の均衡の崩れが生じる。
　これに対して、図４に示す第２構成例のように、補正対象となる抵抗体（第１抵抗体Ｒ１）と同じ第１円周２４上に配置される補正用抵抗体ＲＣ１を用いてブリッジ回路を形成
する圧力センサ１０は、図１６（ｂ）に示すように、メンブレンが変形してもブリッジ回路の均衡が保たれ、圧力センサ１０の出力が良好な線形特性を示す。
　なお、図２に示す抵抗体群３０に含まれる抵抗体の数は８つであるが、抵抗体数はこれに限定されず、抵抗体群３０には、抵抗体が少なくとも５つ（余剰が少なくとも１つ）含まれていればよい。ただし、抵抗体群３０は、第１円周２４上に配置される少なくとも３つの抵抗体と、第２円周２６上に配置される少なくとも３つの抵抗体を含む、合計６つ以上の抵抗体を含むことが好ましい。これにより、第１円周２４と第２円周２６のいずれの円周上の抵抗体の抵抗値にばらつきが生じた場合でも、接続を変更することにより抵抗値の補正を行うことができるからである。あらかじめ、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４と補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４とを区別している場合は、第１円周２４上に配置される補正用抵抗体と、第２円周２６上に配置される補正用抵抗体とを含む２つ以上の補正用抵抗体が、メンブレン２２上に配置されていることが好ましい。
　図１０は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサ１１０における抵抗体群３０、電極部および基板部１７０の配置を示す概念図である。第２実施形態に係る圧力センサ１１０は、メンブレン２２上のすべての電極部４１～４８が、基板部１７０の対応する基板電極部１７１～１７８に接続されている点が、第１実施形態に係る圧力センサ１０とは異なるが、その他の点は、第１実施形態に係る圧力センサ１０と同様である。第２実施形態に係る圧力センサ１１０の説明では、第１実施形態に係る圧力センサ１０との相違点のみ説明を行い、共通点については説明を省略する。
　図１０に示す抵抗体群３０に含まれる第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４および第１～第４補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４は、図２に示す圧力センサ１０とは異なり、メンブレン２２上では互いに配線されていない。圧力センサ１１０においてホイートストンブリッジを構成する第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４および第１～第４補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４は、メンブレン２２およびステム２０とは独立した基板部１７０の基板電極部１７１～１７８に一度接続され、さらに、基板部１７０に含まれる配線（図１１、図１２参照）を介して電気的に接続される。
　図１１は、圧力センサ１１０で形成されるホイートストンブリッジの構成例（第８構成例）を示す概念図である。図１１（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。図１１（ａ）に示すように、第８構成例では、主電極部４１と主電極部４２、主電極部４２と主電極部４３、主電極部４３と主電極部４４、主電極部４４と主電極部４１とを、それぞれ基板部１７０の配線１９１～１９４を介して電気的に接続し、ホイートストンブリッジを構成している。すなわち、第８構成例では、図１１（ｂ）に示すように、補正用抵抗体ＲＣ１～ＲＣ４を接続することなく第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している。
　このようなホイートストンブリッジの構成は、図３に示す第１構成例と同様に、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４の抵抗値が、全て狙い値に一致しているか又は狙い値からの誤差が少ない場合に採用される。図１１（ａ）に示す配線１９１～１９４の形成は、たとえばワイヤボンディングなどの手法を用いて行われる。図１１に示す第８構成例は、ホイートストンブリッジを構成する第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４が基板部１７０の配線１９１～１９４を介して接続されていることを除き、図３に示す第１構成例と同様である。
　図１２は、圧力センサ１１０で形成されるホイートストンブリッジの構成例（第９構成例）を示す概念図である。図１２（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。図１２（ａ）に示すように、第９構成例では、主電極部４１と主電極部４２、主電極部４２と主電極部４３、主電極部４３と主電極部４４、主電極部４４と補正用電極部４５、補正用電極部４５と主電極部４１とを、それぞれ基板部１７０の配線１９１～１９３、１９５、１９６を介して電気的に接続し、ホイートストンブリッジを構成している。すなわち、第９構成例では、図１１（ｂ）に示すように、第１補正用抵抗体ＲＣ１および第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している。
　図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示されるように、第９構成例は、ホイートストンブリッジを構成する第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４が基板部１７０の配線１９１～１９４を介して接続されていることを除き、図４（ａ）および図４（ｂ）に示される第２構成例と同様である。
　図１０～図１２に示すように、第２実施形態に係る圧力センサ１１０は、ホイートストンブリッジを構成する抵抗体が、メンブレン２２とは独立した基板部１７０の配線１９１～１９６を介して電気的に接続されている。圧力センサ１１０は、基板部１７０を用いて抵抗体を配線することにより、メンブレン２２を小型化することができる。また、メンブレン２２上の配線構造を単純化することができる。その他、圧力センサ１１０は、第１実施形態に係る圧力センサ１０と同様の効果を奏する。
　図１３は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサ２１０で形成されるホイートストンブリッジの構成例（第１０構成例）を示す概念図である。図１３（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。第３実施形態に係る圧力センサ２１０は、基板部２７０がジャンパスイッチ２８５を有する点で、第２実施形態に係る圧力センサ１１０とは異なるが、その他の点は、第２実施形態に係る圧力センサ１１０と同様である。第３実施形態に係る圧力センサ２１０の説明では、第２実施形態に係る圧力センサ１１０との相違点のみ説明を行い、共通点については説明を省略する。
　第１０構成例は、ジャンパスイッチ２８５にジャンパプラグが設けられておらず、基板部２７０の配線１９５と配線１９６とは短絡されていない。したがって、図１３に示す第１０構成例は、図１２に示す第９構成例と同様に、補正用抵抗体ＲＣ１および第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している。
　図１４は、圧力センサ２１０で形成されるホイートストンブリッジの構成例（第１１構成例）を示す概念図である。図１４（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。
　第１１構成例は、ジャンパスイッチ２８５にジャンパプラグ２８６が設けられており、基板部２７０の配線１９５と配線１９６とが短絡されている。したがって、図１４に示す第１１構成例は、図１１に示す第８構成例と同様に、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している。
　図１３、図１４に示すように、第３実施形態に係る圧力センサ２１０は、基板部２７０がジャンパスイッチ２８５およびジャンパプラグ２８６のような回路切り替え手段を有しているため、抵抗体間の接続を切り替え、容易にホイートストンブリッジの構成を変更できる。したがって、圧力センサ２１０は、抵抗値の補正を容易に行うことができる。なお、回路切り替え手段としては、図１４などに示すようなジャンパスイッチ２８５およびジャンパプラグ２８６に限定されず、半田や他の導通部により配線をショートさせて回路を切り替えるものや、導通部を切断して回路を切り替えるものなど、他の切り替え機構も回路切り替え手段に含まれる。また、基板部２７０の配線１９１～１９３、１９５、１９６は、抵抗体群３０に含まれる少なくとも５つの抵抗体（第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４および第１補正用抵抗体ＲＣ１）に電気的に接続している。
　また、圧力センサ２１０は、ジャンパスイッチ２８５に対してジャンパプラグ２８６を着脱することにより、動作条件などに応じて圧力センサ２１０に含まれるホイートストンブリッジの構成を変更することができる。その他、圧力センサ２１０は、第２実施形態に係る圧力センサ１１０と同様の効果を奏する。
　図１５は、本発明の第４実施形態に係る圧力センサ３１０で形成されるホイートストンブリッジの構成例（第１２構成例、第１３構成例）を示す概念図である。図１５（ａ）は、電極部４１～４８の接続状態を示しており、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示す接続状態により抵抗体群３０によって形成される回路を示している。第４実施形態に係る圧力センサ３１０は、基板部３７０が制御部による制御信号により切り替えられるスイッチ３８５を有する点で、第２実施形態に係る圧力センサ１１０とは異なるが、その他の点は、第２実施形態に係る圧力センサ１１０と同様である。第４実施形態に係る圧力センサ３１０の説明では、第２実施形態に係る圧力センサ１１０との相違点のみ説明を行い、共通点については説明を省略する。
　図１５に示すように、基板部３７０のスイッチ３８５は、基板部３７０の配線１９５と配線１９６とを短絡させない状態と、配線１９５と配線１９６とを短絡させた状態とを、切り替えることができる。基板部３７０のスイッチ３８５が制御され、配線１９５と配線１９６とが短絡しない状態になっている場合、図１５（ｂ）右上に示されるように、圧力センサ３１０は、第１補正用抵抗体ＲＣ１および第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している（第１２構成例）。
　これに対して、基板部３７０のスイッチ３８５が制御され、配線１９５と配線１９６とが短絡した状態になっている場合、図１５（ｂ）右下に示されるように、圧力センサ３１０は、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４によりホイートストンブリッジを構成している（第１３構成例）。第４実施形態に係る圧力センサ３１０は、基板部３７０が制御部による信号により切り替えられるスイッチ３８５を有しているため、容易にホイートストンブリッジの構成を変更できる。したがって、圧力センサ３１０は、抵抗値の補正を容易に行うことができる。なお、基板部３７０の配線１９１～１９３、１９５、１９６は、抵抗体群３０に含まれる少なくとも５つの抵抗体（第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４および第１補正用抵抗体ＲＣ１）に電気的に接続している。
　また、圧力センサ３１０は、制御部からの信号によりスイッチ３８５を切り替えることにより、動作条件などに応じて自動的に、圧力センサ３１０に含まれるホイートストンブリッジの構成を変更することができる。その他、圧力センサ３１０は、第２実施形態に係る圧力センサ１１０と同様の効果を奏する。
　以上のように、実施形態を挙げて本発明にかかる圧力センサを説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではなく、他の多くの実施形態や変形例を含むことは言うまでもない。たとえば、図１に示すステム２０の形状および固定構造は一例にすぎず、本発明の圧力センサは、メンブレンが圧力に応じて適切に変形する、他の任意の形状および固定構造を採用できる。
　１０…圧力センサ
　１２…接続部材
　１２ａ…ねじ溝
　１２ｂ…流路
　１４…抑え部材
　２０…ステム
　２２ａ…内面
　２２ｂ…外面
　２２…メンブレン
　２４…第１円周
　２６…第２円周
　３０…抵抗体群
　Ｒ１…第１抵抗体
　Ｒ２…第２抵抗体
　Ｒ３…第３抵抗体
　Ｒ４…第４抵抗体
　ＲＣ１～ＲＣ４…補正用抵抗体
　４１～４４…主電極部
　４５～４８…補正用電極部
　１７１～１７８…基板電極部
　１９１～１９６…配線
　７０…基板部
　２８５…ジャンパスイッチ
　２８６…ジャンパプラグ
　３８５…スイッチ

Claims (8)

  1. 　圧力に応じた歪を生じるメンブレンと、
    　前記メンブレンにおいて所定の歪特性を生じる第１歪位置と、前記第１歪位置とは異なる歪特性を生じる第２歪位置とに分けて配置されており、歪を検出する少なくとも５つの抵抗体を含む抵抗体群と、を有し、
    　前記メンブレンには、前記抵抗体群に接続する電極部が複数設けられており、
    　前記抵抗体群に含まれる前記抵抗体のうち、前記第１歪位置に配置される少なくとも２つの前記抵抗体と、前記第２歪位置に配置される少なくとも２つの前記抵抗体とを含む、合計４つ以上の前記抵抗体を、前記電極部を介して電気的に接続してホイートストンブリッジを構成する圧力センサ。
  2. 　前記電極部は、前記抵抗体群に含まれるそれぞれの前記抵抗体につき、少なくとも２つずつ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
  3. 　前記メンブレンとは独立した基板部を有し、
    　前記ホイートストンブリッジを構成する前記抵抗体は、前記基板部に含まれる配線を介して電気的に接続される請求項１または請求項２に記載の圧力センサ。
  4. 　前記配線は、前記抵抗体群に含まれる少なくとも５つの前記抵抗体に電気的に接続しており、
    　前記基板部は、前記抵抗体間の接続を切り替え可能なスイッチを有している請求項３に記載の圧力センサ。
  5. 　前記抵抗体群には、前記第１歪位置に配置される少なくとも３つの前記抵抗体と、前記第２歪位置に配置される少なくとも３つの前記抵抗体とを含む、合計６つ以上の前記抵抗体が含まれる請求項１から請求項４までのいずれかに記載の圧力センサ。
  6. 　圧力に応じた変形を生じるメンブレンと、
    　前記メンブレンにおいて所定の歪特性を生じる第１歪位置に配置されており歪を検出する第１抵抗体および第３抵抗体と、
    　前記メンブレンにおいて前記第１歪位置とは異なる歪特性を生じる第２歪位置に配置されており歪を検出する第２抵抗体および第４抵抗体と、
    　前記第１歪位置または前記第２歪位置に配置されており歪を検出する補正用抵抗体と、
    　前記メンブレンに設けられており前記補正用抵抗体に接続する一対の補正用電極部と、
    　前記メンブレンに設けられており前記第１～第４抵抗体に接続する少なくとも一対の主電極部と、を有し、
    　前記補正用電極部および前記主電極部を介して接続された前記補正用抵抗体および前記第１～第４抵抗体により、または、前記補正用抵抗体を接続することなく前記第１～第４抵抗体によりホイートストンブリッジを構成する圧力センサ。
  7. 　前記補正用抵抗体の抵抗値は、前記第１～第４抵抗体のいずれの抵抗値よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
  8. 　前記第１歪位置に配置される前記補正用抵抗体と、前記第２歪位置に配置される前記補正用抵抗体とを含む合計２つ以上の前記補正用抵抗体を含む請求項６または請求項７に記載の圧力センサ。
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