(57)【要約】【課題】圧力センサを動作させる際の消費電力を抑制すること。【解決手段】本発明の実施形態における圧力センサは、第１面および第２面を有し、第１面側に導電部を有する可撓部と、可撓部の周囲の少なくとも一部を固定する固定部と、可撓部の第１面側に形成され、導電部に対応する位置に導電性を有する接触検知面を有する第１室と、可撓部の第２面側に形成され、当該可撓部により第１室と隔てられた第２室と、第１室および第２室の少なくとも一方と外部空間とを接続する開口部と、を備え、可撓部は、第１室と第２室との圧力差の変化により撓み量が変化し、可撓部の撓みによって、導電部と接触検知面との接触または非接触とが切り替わることを特徴とする。【選択図】図２
2015155866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面および第２面を有し、前記第１面側に導電部を有する可撓部と、
前記可撓部の周囲の少なくとも一部を固定する固定部と、
前記可撓部の前記第１面側に形成され、前記導電部に対応する位置に導電性を有する接触検知面を有する第１室と、
前記可撓部の前記第２面側に形成され、当該可撓部により前記第１室と隔てられた第２室と、
前記第１室および前記第２室の少なくとも一方と外部空間とを接続する開口部と、
を備え、
前記可撓部は、前記第１室と前記第２室との圧力差の変化により撓み量が変化し、
前記可撓部の撓みによって、前記導電部と前記接触検知面との接触または非接触とが切り替わることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記可撓部および前記固定部を有する第１基板と、
前記接触検知面を有し、前記第１基板と前記第１面側で接合される第２基板と、
を備え、
前記第１室は、前記第１基板と前記第２基板との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記第１基板と前記第２面側で接合される第３基板をさらに備え、
前記第２室は、前記第１基板と前記第３基板との間に形成されることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記開口部は、前記第１基板に設けられ、前記第１室と前記外部空間とを接続することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記開口部は、前記第２基板に設けられ、前記第１室と前記外部空間とを接続することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記開口部の内部表面には、前記第２基板の前記第１室の外部に設けられた導電層と前記接触検知面とを電気的に接続する貫通電極が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記導電部は、前記第１面から突出していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記第１室と前記第２室との圧力差がない場合には、前記導電部と前記接触検知面とが接触し、
前記第１室の圧力が前記第２室の圧力より所定圧力値以上大きい場合に、前記導電部と前記接触検知面とが離隔することを特徴とする請求項７に記載の圧力センサ。
【請求項９】
前記可撓部の前記第１面側には複数の前記導電部が形成され、
少なくとも１つの前記導電部の前記固定部からの距離は、他の前記導電部の前記固定部からの距離と異なり、
前記接触検知面は、それぞれの前記導電部に対応して設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項１０】
前記可撓部の前記第１面側には複数の前記導電部が形成され、
少なくとも１つの前記導電部の前記第１面からの突出量は、他の前記導電部の前記第１面からの突出量と異なり、
前記接触検知面は、それぞれの前記導電部に対応して設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項１１】
前記可撓部の前記第１面側には複数の前記導電部が形成され、
前記接触検知面は、それぞれの前記導電部に対応して設けられ、
前記可撓部が撓んでいないときの前記可撓部から少なくとも１つの前記接触検知面までの距離は、他の前記接触検知面までの距離とは異なることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項１２】
密閉空間に形成された請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の圧力センサと、
前記導電部と前記接触検知面との接触を、当該導電部と当該接触検知面との導通の有無によって検知する検知部と、
を備え、
前記第１室と前記密閉空間とは、前記開口部を介して接続され、
前記密閉空間の圧力が所定の圧力より低くなると、前記導電部と前記接触検知面とが接触することを特徴とする圧力検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜によって隔てられた２つの空間の圧力差によって生じる薄膜の撓みを電気信号に変換することによって、圧力を測定する圧力センサが知られている。例えば、特許文献１には、導電性を有する薄膜と、この薄膜に対向して設けられた電極とで形成される静電容量の変化から、薄膜の撓み量を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−０１８３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
薄膜の撓み量を検出するためには、静電容量を測定し続けなくてはならない。圧力センサを動作させ続けるためには電力を供給し続ける必要があり、消費電力が大きくなってしまう。圧力センサは、密閉空間で使用される場合も多い。この場合、密閉空間外から電力供給を受けることは困難であり、電池等を電源として用いる必要がある。電池の交換のためには密閉空間からセンサを取り出す必要があるが、消費電力が大きいと、交換が頻繁になってしまうため、大きい容量の電池を用いる必要があり、コストアップにつながっていた。
【０００５】
一方、配線もバッテリも用いない、いわゆるエネルギハーベスティング技術を用いることで、この課題を解決することも検討されている。エネルギハーベスティング技術とは、振動を電力に変換するトランスデューサと、トランスデューサによって発電された電力を蓄積するキャパシタとを有する素子を用いて、センサに必要な電力を得ようとするものである。しかしながら、このようなトランスデューサは未だ電力変換効率が低く、素子のサイズが大型になってしまう。そのため、設置スペースを確保しなくてはならず、また、作製のためのコストがかかってしまう。
【０００６】
したがって、エネルギハーベスティング技術を用いたとしても、結局のところ、圧力センサの消費電力をできるだけ抑制し、トランスデューサおよびキャパシタを含む素子を小型化して低コスト化することが望まれている。
【０００７】
本発明の目的の一つは、圧力センサを動作させる際の消費電力を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によると、第１面および第２面を有し、前記第１面側に導電部を有する可撓部と、前記可撓部の周囲の少なくとも一部を固定する固定部と、前記可撓部の前記第１面側に形成され、前記導電部に対応する位置に導電性を有する接触検知面を有する第１室と、前記可撓部の前記第２面側に形成され、当該可撓部により前記第１室と隔てられた第２室と、前記第１室および前記第２室の少なくとも一方と外部空間とを接続する開口部と、を備え、前記可撓部は、前記第１室と前記第２室との圧力差の変化により撓み量が変化し、前記可撓部の撓みによって、前記導電部と前記接触検知面との接触または非接触とが切り替わることを特徴とする圧力センサが提供される。これによれば、圧力センサを動作させる際の消費電力を抑制することができる。
【０００９】
前記可撓部および前記固定部を有する第１基板と、前記接触検知面を有し、前記第１基板と前記第１面側で接合される第２基板と、を備え、前記第１室は、前記第１基板と前記第２基板との間に形成されてもよい。これによれば、接触検知面を有する第２基板を第１基板と接合することで導電部と接触検知面とを対向させることができるため、圧力センサを容易に製造することができる。
【００１０】
前記第１基板と前記第２面側で接合される第３基板をさらに備え、前記第２室は、前記第１基板と前記第３基板との間に形成されてもよい。これによれば、第３基板を第１基板に接合することで第２室を形成できるため、圧力センサを容易に製造することができる。
【００１１】
前記開口部は、前記第１基板に設けられ、前記第１室と前記外部空間とを接続してもよい。これによれば、第１室を形成するときに開口部をまとめて形成することができるため、圧力センサを容易に製造することができる。
【００１２】
前記開口部は、前記第２基板に設けられ、前記第１室と前記外部空間とを接続してもよい。これによれば、予め開口部が形成された第２基板を第１基板に接合することができ、圧力センサを容易に製造することができる。
【００１３】
前記開口部の内部表面には、前記第２基板の前記第１室の外部に設けられた導電層と前記接触検知面とを電気的に接続する貫通電極が形成されていてもよい。これによれば、第２基板に開口部を有する貫通電極を形成することにより、予め開口部を第２基板形成しておくことができ、この第２基板を第１基板に接合することができ、圧力センサを容易に製造することができる。
【００１４】
前記導電部は、前記第１面から突出している。これによれば、検知すべき圧力値の調整を導電部により調整することができる。
【００１５】
前記第１室と前記第２室との圧力差がない場合には、前記導電部と前記接触検知面とが接触し、前記第１室の圧力が前記第２室の圧力より所定圧力値以上大きい場合に、前記導電部と前記接触検知面とが離隔してもよい。これによれば、減圧しすぎると異常値となるような測定環境に用いる際に大きく消費電力を低減することができる。
【００１６】
前記可撓部の前記第１面側には複数の前記導電部が形成され、少なくとも１つの前記導電部の前記固定部からの距離は、他の前記導電部の前記固定部からの距離と異なり、前記接触検知面は、それぞれの前記導電部に対応して設けられていてもよい。これによれば、複数の圧力値を検知することができる。
【００１７】
前記可撓部の前記第１面側には複数の前記導電部が形成され、少なくとも１つの前記導電部の前記第１面からの突出量は、他の前記導電部の前記第１面からの突出量と異なり、前記接触検知面は、それぞれの前記導電部に対応して設けられていてもよい。これによれば、導電部の突出量により、検知すべき圧力値を調整することができる。
【００１８】
前記可撓部の前記第１面側には複数の前記導電部が形成され、前記接触検知面は、それぞれの前記導電部に対応して設けられ、前記可撓部が撓んでいないときの前記可撓部から少なくとも１つの前記接触検知面までの距離は、他の前記接触検知面までの距離とは異なってもよい。これによれば、複数の導電部の位置により、検知すべき圧力値を調整することができる。
【００１９】
密閉空間に形成された上記記載の圧力センサと、前記導電部と前記接触検知面との接触を、当該導電部と当該接触検知面との導通の有無によって検知する検知部と、を備え、前記第１室と前記密閉空間とは、前記開口部を介して接続され、前記密閉空間の圧力が所定の圧力より低くなると、前記導電部と前記接触検知面とが接触することを特徴とする圧力検知装置を提供してもよい。これによれば、圧力センサを密閉空間で使用しても、異常値をユーザに通知することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、圧力センサを動作させる際の消費電力を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの初期状態における断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの加圧状態における断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの第１基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】図３（ｂ）における第１基板を上面側から見た場合の図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの第２基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る第１基板と第２基板とが接合された後の圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る圧力センサの動作を説明するための断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る圧力センサを説明するための断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る圧力センサを説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る圧力センサの動作を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第６実施形態に係る圧力センサを説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第７実施形態に係る圧力検知装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る圧力センサについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号（数字の後にＡ、Ｂ等を付しただけの符号）を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。
【００２３】
［圧力センサ１の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１の初期状態における断面図である。圧力センサ１は、第１基板１０、第２基板２０および第３基板３０を組み合わせて形成されている。この例では、第１基板１０はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であり、第２基板２０および第３基板３０はガラス基板である。
【００２４】
第１基板１０は、ＢＯＸ層１３、活性層１５および支持層１７を備える。ＢＯＸ層１３は酸化シリコンであり、活性層１５および支持層１７はシリコンである。活性層１５は、導電性を有し、中央部分が薄く形成されている。この薄く形成された部分を可撓部１５１という。可撓部１５１は、周囲の少なくとも一部が固定されている。可撓部１５１を固定している部分を固定部１６０という。
【００２５】
可撓部１５１は、膜状に形成されている。可撓部１５１の第２基板２０側の面（以下、第１面１５１１という）には、第１室１１０が形成されている。第１室１１０は、開口部１１５を介して圧力センサ１の外部空間１０００に接続され、外部空間１０００の圧力と同じになるように設計されている。この例では、開口部１１５は、活性層１５の一部が除去されて形成されている。なお、開口部１１５は、複数箇所に設けられていてもよい。
【００２６】
可撓部１５１の第３基板３０側の面（以下、第２面１５１２という）には、密閉された第２室１２０が形成されている。この例では、第２室１２０は、大気圧程度に設定されている。なお、密閉空間において圧力センサ１が用いられる場合等、測定対象物の近傍に壁面のような構造体が存在する場合には、第３基板３０の代用としてその構造体を用いてもよい。すなわち、第２室１２０が形成されるように、その構造体と第１基板１０の支持層１７とを接合すればよい。
【００２７】
このようにして、第１室１１０と第２室１２０とは可撓部１５１を介して隔てられた空間になっている。そのため、第１室１１０と第２室１２０との圧力差によって、可撓部１５１は撓む。例えば、第１室１１０の圧力が第２室１２０の圧力よりも高くなると、第２室１２０側に可撓部１５１が撓む（図２参照）。
【００２８】
可撓部１５１の第１面１５１１側には、導電性を有する導電部１５５が形成されている。導電部１５５は、可撓部１５１に電気的に接続され、可撓部１５１から突出した形状になっている。
【００２９】
第２基板２０には、基板を貫通する貫通電極２１３、２１５が形成されている。第２基板２０の第１室１１０側には、電極２５３、２５５が形成され、外部空間１０００側には電極２３３、２３５が形成されている。なお、第２基板２０において貫通電極が形成されていなくてもよい場合がある。この場合については、後述の第６実施形態において詳細を述べる。
【００３０】
電極２５３は活性層１５と電気的に接続される。電極２５５は、導電部１５５の位置に対応して形成され、この例では、可撓部１５１が撓んでいない状態、または僅かに第２室１２０側に撓んだ状態で、導電部１５５と接するように形成されている。導電部１５５と電極２５５とが接しているときには、互いに電気的に接続される。貫通電極２１３は、電極２５３と電極２３３とを電気的に接続する。貫通電極２１５は、電極２５５と電極２３５とを電気的に接続する。したがって、電極２５５と導電部１５５とが接触しているときには、電極２３３と電極２３５とは導通状態になる。このように、電極２５５は、導電部１５５の接触を検知するための接触検知面として機能する。
【００３１】
図１では、外部空間１０００が大気圧である場合、すなわち、第１室１１０と第２室１２０とが、ほぼ同じ圧力である場合の例を示している。この場合においては、可撓部１５１はほとんど撓まない状態であり、導電部１５５と電極２５５とが接触した状態になっている。以下の説明において、この状態を初期状態という場合がある。続いて、外部空間１０００が大気圧よりも高い圧力（加圧状態）である場合について、図２を用いて説明する。
【００３２】
図２は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１の加圧状態における断面図である。外部空間１０００の圧力が第２室１２０の圧力より高いと、開口部１１５を介して第１室１１０の圧力も第２室１２０の圧力より高くなり、可撓部１５１が第２室１２０側に撓む。これによって、導電部１５５と電極２５５とが離隔する。この結果、電極２３３と電極２３５とは非導通状態になる。
【００３３】
なお、このとき、第１室１１０と第２室１２０との圧力差が所定値以上になると、導電部１５５と電極２５５とが離隔するようになっていてもよい。この場合、図１の状態において可撓部１５１が第１室１１０側に少し撓むことで、導電部１５５が電極２５５に押しつけられた状態になっていればよい。また、導電部１５５が存在しない構成としてもよく、この場合には、可撓部１５１の表面が導電部となる。
【００３４】
続いて、圧力センサ１の製造方法について説明する。
【００３５】
［圧力センサ１の製造方法］
圧力センサ１は、第１基板１０と第２基板２０、第１基板１０と第３基板３０が接合されて形成される。第１基板１０、第２基板２０および第３基板３０のそれぞれは、以下に説明する所定の製造工程を経てから接合される。
【００３６】
［第１基板１０に対する製造工程］
図３は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１の第１基板１０の製造方法を説明するための断面図である。まず、図３（ａ）に示す第１基板１０を準備する。第１基板１０は、シリコンの活性層１５および支持層１７を備え、さらに、これらに挟まれた酸化シリコンのＢＯＸ層１３を備えるＳＯＩ基板である。少なくとも活性層１５は導電性を有している。
【００３７】
活性層１５の一部をエッチングして第１窪み部１５０１および第２窪み部１５０２を形成する（図３（ｂ））。このとき、ＢＯＸ層１３が露出しない程度に所定の厚さの膜が残るように活性層１５をエッチングする。例えば、活性層１５の表面に形成した酸化シリコン膜（熱酸化膜等）のうち、フォトリソグラフィによって第１窪み部１５０１および第２窪み部１５０２に対応する部分を開口させ、この酸化シリコン膜をマスクとしてＴＭＡＨを用いたウエットエッチングで活性層１５をエッチングすればよい。エッチング時間は、残存させる膜厚から求められるエッチング量と活性層１５のエッチングレートとに基づいて決められる。
【００３８】
図４は、図３（ｂ）における第１基板１０を上面側から見た場合の図である。ここで、上面側から見るとは、第１基板１０の活性層１５に対向する側から第１基板１０を見る場合である。この例では、第１窪み部１５０１は円形状にエッチングされて形成されている。この例では、直径が第２窪み部１５０２は、第１窪み部１５０１の外周の一部から直線状にエッチングされて形成されている。なお、この時点では導電部１５５（二点鎖線）は形成されていないが、将来的に形成される位置として示した。
【００３９】
図３（ｂ）に戻って説明を続ける。第１窪み部１５０１において残存する活性層１５は、可撓部１５１となる部分である。したがって、残存させる膜厚は、圧力センサの使用環境に合わせて適宜設定される。例えば、測定環境（例えば、外部空間１０００）の圧力変動が小さい場合には、小さい圧力変動で可撓部１５１が撓む必要があるため、残存させる膜が薄くなるように設定される。逆に、測定環境の圧力変動が大きい場合には、残存させる膜が厚くなるように設定される。
【００４０】
例えば、可撓部１５１の直径が７．６ｍｍ程度である場合には、可撓部１５１の膜厚が１０μｍ程度から２００μｍ程度に設定される。膜厚が１０μｍ程度であれば、第１室１１０と第２室１２０との圧力差が１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度の場合に、可撓部１５１の中心部分の変位量が６μｍ程度となる。膜厚が１００μｍ程度であれば、第１室１１０と第２室１２０との圧力差が１３３００Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）程度の場合に、可撓部１５１の中心部分の変位量が３μｍ程度となる。また、膜厚が２００μｍ程度であれば、第１室１１０と第２室１２０との圧力差が１３３０００Ｐａ（１０００Ｔｏｒｒ）程度の場合に、可撓部１５１の中心部分の変位量が３．５μｍ程度となる。
【００４１】
次に、活性層１５上に導電層１５０５を形成する（図３（ｃ））。導電層１５０５は、例えば、アルミニウムである。フォトリソグラフィを用いて第１窪み部１５０１において一部を残すことによって、導電部１５５を形成する（図３（ｄ））。そのため、導電層１５０５の膜厚が、導電部１５５の突出量（高さ）を規定することになる。
【００４２】
［第２基板２０に対する製造工程］
図５は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１の第２基板２０の製造方法を説明するための断面図である。図５（ａ）に示すように、第２基板２０には、導電材料（例えば、タングステン等）の貫通電極２１３、２１５が形成されている。この貫通電極２１３、２１５は、ガラス基板に貫通孔を形成し、導電材料を貫通孔に埋め込むことにより形成される。
【００４３】
次に、貫通電極２１３に接続された電極２５３、および貫通電極２１５に接続された電極２５５が形成される（図５（ｂ））。電極２５３、２５５は、例えば、貫通電極と接触するクロムと、クロム上に形成された金の積層構造等を成膜してフォトリソグラフィを用いて形成されればよい。
【００４４】
［第１基板１０と第２基板２０との接合］
このように形成された第１基板１０と第２基板２０とは、第１基板１０の導電部１５５と第２基板２０の電極２５５とを対向させて接合される。この接合は、例えば陽極接合が用いられる。この接合によって、導電部１５５と電極２５５とが接触する。ただし、上述したとおり、導電部１５５と電極２５５とは離隔可能に形成されている。
【００４５】
［第１基板１０と第２基板２０との接合後の圧力センサ１の製造工程］
図６は、本発明の第１実施形態に係る第１基板１０と第２基板２０とが接合された後の圧力センサ１の製造方法を説明するための断面図である。図６（ａ）は、第１基板１０と第２基板２０とが接合された後の圧力センサ１を示している。電極２５３は、活性層１５と接触し導通している。電極２５５は、導電部１５５と離隔可能に接触している。電極２５５と導電部１５５とは接触時は導通し、非接触時には非導通となる。
【００４６】
また、第１窪み部１５０１に対応する位置に、第１室１１０が形成される。また、第２窪み部１５０２に対応する位置に、開口部１１５が形成される。第１室１１０は、開口部１５５を介して外部空間１０００に接続される。
【００４７】
次に、第２基板２０の外面側（第１室１００とは反対側）に電極２３３、２３５を形成する（図６（ｂ））。電極２３３、２３５は、半田用の電極パッドとなるものであって、例えば、銅、チタン、ニッケル、金等の積層構造として形成される。電極２３３は、貫通電極２１３と接続される。電極２３５は貫通電極２１５と接続される。なお、電極２３３、２３５は、貫通電極２１３、２３５と直接的に接続される場合に限られず、別の金属配線を介して電気的に接続されていてもよい。
【００４８】
次に、支持層１７をエッチングし、さらにＢＯＸ層１３をエッチングして、第３窪み部１５０３を形成する（図６（ｃ））。例えば、フォトリソグラフィにより、ＢＯＸ層１３をエッチングストッパとして支持層１７をエッチングし、その後、活性層１５をエッチングストッパとしてＢＯＸ層１３をエッチングする。このエッチングはドライエッチングが用いられてもよいし、ウエットエッチングが用いられてもよい。これにより、可撓部１５１が形成される。
【００４９】
次に、第３窪み部１５０３を塞ぐように第３基板３０が第１基板１０（支持層１７）に接合される（図６（ｄ））。これによって、第３窪み部１５０３に対応する部分には、第２室１２０が形成される。第２室１２０の圧力は、第１基板１０と第３基板３０とが接合されるときの雰囲気による。この例では、第２室１２０の圧力は、大気圧に設定される。したがって、大気圧下で第１基板１０と第３基板３０との接合が行われる。上述した圧力センサ１は、一基板上に複数形成されている。したがって、それぞれの圧力センサ１を個片化するためにダイシングを行う。なお、上述した製造方法における各構成の材料、エッチング方法等の各種条件については一例であって、様々な条件に設定可能である。以上が、圧力センサ１の製造方法についての説明である。
【００５０】
このようにして製造された圧力センサ１は、以下のような特徴を有する。図１に示すように第１室１１０と第２室１２０の圧力差が小さく、または、第２室１２０の圧力より第１室１１０の圧力が小さい場合には、導電部１５５と電極２５５とが接触して導通している。一方、第２室２００の圧力より第１室１００の圧力が大きくなってくると、図２に示すように、可撓部１５１が第２室１２０側に撓み、導電部１５５と電極２５５とが離隔して非導通となる。
【００５１】
これにより、外部空間１０００の圧力が、第２室１２０の圧力よりも所定の圧力だけ高い状態を維持し、それよりも圧力差が小さくなってしまった場合を異常値として検出したい場合に、第１実施形態に係る圧力センサ１を使用することが効果的である。すなわち、外部空間１０００の圧力が正常値である場合には、導電部１５５と電極２５５とは非導通であり、ほとんど電力を消費しない。
【００５２】
一方、外部空間１０００の圧力が下がることにより異常値になると、導電部１５５と電極２５５とが接触して導通する。導通した状態を検出することによって異常値を検出するため、この際の電力消費は大きくなるが、一般的には通常使用時は正常値である前提で用いられるため、この圧力センサ１を用いれば、電力消費を抑えることができる。
【００５３】
ただし、圧力センサ１は、必ずしも図１に示す初期状態を異常値、図２に示す加圧状態を正常値として用いられる場合に限られない。すなわち、圧力センサ１は、第１室１１０と第２室１２０との圧力差をアナログ値として検出するのでは無く、デジタル値として検出する場合に用いられればよく、上述の例は、圧力センサ１を特に効果的に使用する例を示したものである。この例でのデジタル値とは、外部空間１０００（第１室１１０）の圧力が所定の圧力値以上であるか、それ未満であるかの２値で表される。
【００５４】
＜第２実施形態＞
第１実施形態においては、圧力センサ１は、外部空間１０００（第１室１１０）の圧力が所定の圧力値以上であるか、それ未満であるかを判定するために用いられていた。第２実施形態においては、外部空間１０００の圧力の判定をさらに多くの圧力値で行うことができる圧力センサ１Ａについて説明する。
【００５５】
図７は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサ１Ａの動作を説明するための断面図である。まず、圧力センサ１Ａは、可撓部１５１に複数の導電部１５５が設けられている。図７に示す例では、導電部１５５−１、１５５−２の２つの導電部１５５が可撓部１５１に設けられている。
【００５６】
導電部１５５−１、１５５−２は、可撓部１５１の周囲を固定する固定部１６０（例えば、ＢＯＸ層１３の内周端、可撓部１５１の外縁）からの距離が異なる位置に設けられている。すなわち、導電部１５５−１と導電部１５５−２とは、可撓部１５１が撓む際に、可撓部１５１の変位量が異なる位置に設けられている。
【００５７】
導電部１５５−１、１５５−２のそれぞれに対応して、電極２５５−１、２５５−２、貫通電極２１５−１、２１５−２、および電極２３５−１、２３５−２が設けられている。
【００５８】
図７（ａ）に示す例は、外部空間１０００に接続されている第１室１１０と第２室１２０との圧力差が少なく、導電部１５５−１と電極２５５−１とは導通した状態であり、導電部１５５−２と電極２５５−２とは導通した状態である。したがって、電極２３３と電極２３５−１、２３５−２は、互いに導通した状態である。
【００５９】
図７（ｂ）に示す例は、第１室１１０の圧力が第２室１２０の圧力より高くなり、第１しきい圧力値以上に高くなった場合である。このような状態になると、可撓部１５１が撓んだ際に、変位量が大きい可撓部１５１の中心部に近い導電部１５５−１が、電極２５５−１から離隔する一方、固定部１６０に近い導電部１５５−２については、電極２５５−２と接触したまま、導通した状態になっている。したがって、電極２３３は、電極２３５−２とは導通しているが、電極２３５−１とは非導通の状態になっている。
【００６０】
図７（ｃ）に示す例は、図７（ｂ）に示す場合よりもさらに、第１室１１０の圧力が高くなり、第２しきい圧力値以上に高くなった場合である。このような状態になると、さらに可撓部１５１が撓み、導電部１５５−２も電極２５５−２から離隔する。したがって、電極２３３は、電極２３５−１、２３５−２の双方と非導通の状態になっている。
【００６１】
この圧力センサ１Ａを用いると、例えば、外部空間１０００の圧力が、第２しきい圧力値以上である場合に正常値とし、第１しきい圧力値以上第２しきい圧力値未満である場合に警告値とし、第１しきい圧力値未満である場合に異常値として検出することができる。すなわち圧力センサ１Ａを用いることで、外部空間１０００の圧力を３値のデジタル値として検出することできる。
【００６２】
なお、圧力センサ１Ａは、２つの導電部１５５−１、１５５−２を用いたが、さらに多くの導電部１５５を用いることによって、さらに検出可能なデジタル値を多値化してもよい。
【００６３】
また、図７（ｂ）に示す状態において、導電部１５５−１が電極２３５−１から離隔する一方、導電部１５５−２が電極２３５−２に接触した状態をより確実に実現するため、例えば、導電部１５５−２を導電部１５５−１よりも高くしたり、電極２５５−２を電極２５５−１よりも高くしたりしてもよい。なお、この場合には、必ずしも、固定部１６０から導電部１５５−１までの距離および導電部１５５−２までの距離が異ならなくてもよい。
【００６４】
＜第３実施形態＞
第１実施形態においては、外部空間１０００と第１室１１０とを開口部１１５を介して接続する一方、第２室１２０は外部空間１０００とは接続されていない圧力センサ１について説明した。第３実施形態においては、第２室１２０Ｂが外部空間１０００と接続される圧力センサ１Ｂについて説明する。
【００６５】
図８は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサ１Ｂを説明するための断面図である。圧力センサ１Ｂは、第１室１１０Ｂが外部空間１０００と隔てられ、第２室１２０Ｂが外部空間１０００と接続されている。第１室１１０Ｂは、活性層１５Ｂ（および可撓部１５１）と第２基板２０とによって形成される空間であり、例えば、大気圧になるように設定されている。
【００６６】
第３基板３０Ｂには、開口部３２５が形成されている。第２室１２０Ｂは、開口部３２５を介して外部空間１０００と接続されている。したがって、圧力センサ１Ｂでは、第１室１１０Ｂと第２室１２０Ｂとの圧力差が小さい場合に、導電部１５５と電極２５５とが接触している状態になるのは、上述した圧力センサ１、１Ｂと同様である。一方、外部空間１０００（第２室１２０Ｂ）の圧力が、第１室１１０Ｂの圧力より所定の圧力値以上に低くなると、可撓部１５１が第２室１２０Ｂ側に撓んで、導電部１５５と電極２５５とが離隔して非導通となる。
【００６７】
なお、第２室１２０Ｂを外部空間１０００と接続する開口部は、支持層１７に設けてもよい。また、可撓部１５１を保護する必要が無いような環境で圧力センサ１Ｂを使用するときには、第３基板３０Ｂを用いなくてもよい。この場合には、第２室１２０Ｂは、第３窪み部１５０３で囲まれた空間であり、第３窪み部１５０３の外部空間１０００側の開口が外部空間１０００と接続される開口部として定義される（図６（ｃ）参照）。
【００６８】
＜第４実施形態＞
第１実施形態では、第１室１１０と外部空間１０００とは、活性層１５に形成された開口部１１５を介して接続されていた。第４実施形態においては、別の場所に開口部が設けられた圧力センサ１Ｃについて説明する。
【００６９】
図９は、本発明の第４実施形態に係る圧力センサ１Ｃを説明するための断面図である。圧力センサ１Ｃでは、第１室１１０Ｃと外部空間１０００と接続するための開口部が第２基板２０Ｃに設けられている。この例では、貫通電極２１３Ｃ、２１５Ｃが第２基板２０Ｃに形成されている。この貫通電極２１３Ｃ、２１５Ｃは、第２基板２０Ｃの貫通孔を塞ぐように形成されているのではなく、内部に開口部２１３５Ｃ、２１５５Ｃが形成されている。第１室１１０Ｃは、これらの開口２１３５Ｃ、２１５５Ｃを介して外部空間１０００に接続される。なお、この例においても、第１実施形態で説明した開口部１１５を併用することもできる。
【００７０】
＜第５実施形態＞
第１実施形態では、第１室１１０と第２室１２０との圧力差が小さい場合に、導電部１５５と電極２５５とが接触するように圧力センサ１が形成されていた。第５実施形態では、第１室１１０と第２室１２０との圧力差が小さい場合に、導電部１５５と電極２５５とが接触しないように形成された圧力センサ１Ｄについて説明する。
【００７１】
図１０は、本発明の第５実施形態に係る圧力センサ１Ｄの動作を説明するための断面図である。図１０（ａ）は、第１室１１０と第２室１２０との圧力差が少ない場合の圧力センサ１Ｄの状態を示している。この例では、可撓部１５１が撓んでいない場合に、導電部１５５Ｄと電極２５５Ｄとが接触しないように形成されている。これは、導電部１５５Ｄ、電極２５５Ｄの高さを第１実施形態の場合より低くしたり、可撓部１５１と第２基板２０との距離が大きくなるようにしたりして、設計されればよい。
【００７２】
図１０（ｂ）は、外部空間１０００（第１室１１０）の圧力が、第２室１２０の圧力より低くなって可撓部１５１が撓み、導電部１５５Ｄと電極２５５Ｄとが接触した場合を示している。
【００７３】
なお、この圧力センサ１Ｄにおいて、第１室１１０が外部空間１０００に接続されるのではなく、上述した第２実施形態の圧力センサ１Ａのように、第２室１２０が外部空間１０００と接続されるように形成されていてもよい。
【００７４】
＜第６実施形態＞
第６実施形態では、第２基板２０に貫通電極２１３、２１５が形成されていない場合の圧力センサ１Ｅについて説明する。
【００７５】
図１１は、本発明の第６実施形態に係る圧力センサ１Ｅを説明するための断面図である。圧力センサ１Ｅは、第２基板２０Ｅが第１基板１０の外側まで拡がっている。第２基板２０Ｅには、接触検知面として機能する電極２５５Ｅ１と、電極２５５Ｅ１の下層に第１室１１０から開口部１１５を通過して外部空間１０００まで延在する電極２５５Ｅ２が設けられている。また、第１実施形態における電極２３５に対応する電極２３５Ｅが、半田用の電極パッドとして電極２５５Ｅ２上に形成されている。電極２５５Ｅ２は、開口部１１５を通過しているため、第１室１００から外部空間１０００まで活性層１５と接触せずに延在することができる。このように電極を配置することにより、貫通電極２１５を用いずに外部空間１０００に電極を引き出すことができる。
【００７６】
また、第２基板２０Ｅには、活性層１５と第２基板２０Ｅとに挟まれた領域から外部空間１０００まで延在している電極２５３Ｅが設けられている。電極２５３は活性層１５と接触して電気的に接続されている。また、第１実施形態における電極２３３に対応する電極２３３Ｅが、半田用の電極パッドとして電極２５３Ｅ上に形成されている。このように電極を配置することにより、貫通電極２１３を用いずに外部空間１０００に電極を引き出すことができる。なお、電極２５３Ｅは、活性層１５と第２基板２０Ｅとに挟まれて配置されなくても、活性層１５の外側面と電気的に接触して配置されてもよい。
【００７７】
なお、第２基板２０と活性層１５との間に電極２５３Ｅが存在することにより、活性層１５と第２基板２０Ｅとの接続がしにくくなるが、接合強度に問題は生じない。陽極接合を用いて接合すれば、強固な接合強度を維持することができる。また、電極２３３に沿って空間が形成され、気密性が保てない場合もあるが、第１室１００が開口部１１５を介して外部空間１０００と接続されている場合には、特に問題は生じない。
【００７８】
第６実施形態では、貫通電極２３３、２３５を用いない場合について説明したが、貫通電極２３３または貫通電極２３５のいずれか一方のみを用いないようにしてもよい。
【００７９】
＜第７実施形態＞
第７実施形態においては、上述した第１実施形態における圧力センサ１を用いて外部空間の圧力変化を検知する圧力検知装置１００について説明する。
【００８０】
図１２は、本発明の第７実施形態に係る圧力検知装置１００の構成を示すブロック図である。圧力検知装置１００は、例えば、車両のタイヤ内部等の密閉空間の圧力を検知する。圧力検知装置１００は、圧力センサ１、検知部２、送信部３および電源４を有する。また、受信部６および通知部７と圧力検知装置１００とで圧力検知システム５００を構成する。
【００８１】
電源４は電池であり、検知部２および送信部３に電力を供給する。なお、電源４が充電可能な電池である場合には、発電機４１を別途備えていてもよい。図１２示す例では、発電機４１が存在する場合を示している。この発電機４１は、例えば、ピエゾ素子等を用いてタイヤの回転に伴う運動や振動を電力に変換するトランスデューサであればよい。また、この場合には、電源４は充電可能な二次電池に限らず、トランスデューサが発電した電力を蓄積するキャパシタであってもよい。
【００８２】
検知部２は、圧力センサ１における電極２３３と電極２３５に接続され、これらの電極が導通状態にあるか非導通状態にあるかを検知する。
【００８３】
送信部３は、検知部２において電極２３３と電極２３５とが導通状態になったことを検知すると、検知信号を無線で出力する。この検知信号は、受信部６において受信される。受信部６は、検知信号を受信すると、通知部７に検知信号を受信したことを通知する。通知部７は、受信部６からの通知を受けると、圧力検知装置１００において電極２３３と電極２３５とが導通状態になったこと、すなわち導電部１５５と電極２５５とが接触したことを、ユーザに通知する。通知部７の通知は、タイヤ内の圧力が所定の圧力より低くなったことをユーザに通知するものであればよく、例えば、アラーム音の発生、ディスプレイへの表示等、予め決められた方法でユーザに通知されればよい。
【００８４】
このように圧力検知装置１００がタイヤ内に設置され、タイヤの圧力を測定対象とする場合には、タイヤ内の圧力が大気圧まで下がってしまう前にユーザに通知する必要があるため、第１室１１０の圧力がタイヤの規定圧力の３０％減等になったときに、導電部１５５と電極２５５とが接触するように設定する。この設定は、圧力センサ１を製造する際に、例えば、第２室１２０の圧力を当該規定圧力の３０％減程度に設定してもよい。また、第２室１２０の圧力は大気圧とした場合、可撓部１５１の残存膜厚を大きくして、第１室１１０が大気圧である場合でも導電部１５５が電極２５５に押しつけられ、可撓部１５１が第２室１２０側に撓むようにしてもよい。このとき、可撓部１５１の残存膜厚を大きくする代わりに、またはこれと併用して、導電部１５５および電極２５５の少なくとも一方の高さ（膜厚）を大きくしてもよい。
【００８５】
＜第８実施形態＞
上述した圧力検知装置１００において、複数の圧力センサ１を用いてもよい。この場合には、複数の圧力センサ１のそれぞれは、導電部１５５と電極２５５とが離隔した状態から接触した状態に変化するときの外部空間１０００（第１室１１０）の圧力が、異なっている。
【００８６】
このようにすると、第２実施形態において説明した圧力センサ１Ａを用いた場合と同様に、外部空間１０００の圧力を３値以上のデジタル値として検出することができる。例えば、２種類の圧力センサ１として、外部空間１０００の圧力が第１しきい圧力以下になると導電部１５５と電極２５５とが導通する圧力センサ１と、外部空間１０００の圧力が第２しきい圧力以下になると導電部１５５と電極２５５とが導通する圧力センサ１とを用いる。この場合には、外部空間１０００の圧力が、第２しきい圧力値以上である場合に正常値とし、第１しきい圧力値以上第２しきい圧力値未満である場合に警告値とし、第１しきい圧力値未満である場合に異常値として検出することができる。
【００８７】
導電部１５５と電極２５５とが非導通状態から導通状態に変化する際の外部空間１０００の圧力を変化させるためには、圧力センサ１の製造時において、可撓部１５１の厚さ、大きさ（円形である場合には直径、円形でない場合には、例えば固定部１６０間の距離）、導電部１５５の高さ（厚さ）、電極２５５の高さ（厚さ）、可撓部１５１と第２基板２０との距離、第２室１２０の圧力等の少なくとも一つのパラメータを、圧力センサ１毎に異ならせればよい。なお、可撓部１５１を厚くする場合には、可撓部１５１そのものを厚くする場合に限らず、可撓部１５１が撓みにくくなるように、導電部１５５等の別の部材を大きな面積で形成してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…圧力センサ、２…検知部、３…送信部、４…電源、６…受信部、７…通信部、１０…第１基板、１３…ＢＯＸ層、１５，１５Ｂ…活性層、１７…支持層、２０，２０Ｃ…第２基板、３０，３０Ｂ…第３基板、１００…圧力検知装置、１１０，１１０Ｂ…第１室、１１５，３２５，２１３５Ｃ，２１５５Ｃ…開口部、１２０，１２０Ｂ…第２室、１５１…可撓部、１５５，１５５−１，１５５−２，１５５Ｄ…導電部、１６０…固定部、２１３，２１５，２１３Ｃ，２１５Ｃ…貫通電極、２３３，２３５，２３５−１，２３５−２，２５３，２５５，２５５−１，２５５−２，２５５Ｄ…電極、５００…圧力検知システム、１０００…外部空間、１５０１…第１窪み部、１５０２…第２窪み部、１５０３…第３窪み部、１５０５…導電層、１５１１…第１面、１５１２…第２面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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