(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を保持するホルダーと、前記磁石に対向するとともに支持体に対して固定されたセンサチップと、このセンサチップの周囲であって前記支持体と前記ホルダーとの間に設置されたスペーサとを備えた圧力測定装置において、
前記スペーサの内部に、前記センサチップの出力を増幅する増幅部を設けたことを特徴とする圧力測定装置。
【請求項２】
前記増幅部の出力は、前記スペーサ内部の導線を介して端子に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の圧力測定装置。
【請求項３】
前記スペーサの材料はエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力測定装置。
【請求項４】
前記増幅部は計装標準信号を出力することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサチップを備えた圧力測定装置に関し、特に、センサチップの出力を増幅する増幅部の設置箇所に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
センサチップ４０に加えられた圧力を測定する圧力測定装置９０の構造および動作について図４を用いて説明する。図４は、圧力測定装置９０の構造を表す縦断面図である。
【０００３】
図４において、ホルダー３０に保持された磁石１０に対向したセンサチップ４０は、導圧孔８４を介して加えられた圧力を検出し、検出信号を出力する。ここで、センサチップ４０に内蔵された振動子は、駆動電流および磁石１０から加えられた磁界によって、圧力に応じた検出信号を出力する。
【０００４】
検出信号は、ワイヤ８２ａ、８２ｂおよび端子８１ａ、８１ｂを介して、プリント基板（図示しない）に実装された増幅部（図示しない）に入力される。増幅部によって増幅された信号はＡＤコンバータ（図示しない）によってＡＤ変換されて、ＡＤ変換データを受け取ったＣＰＵ（図示しない）はＡＤ変換データに基づいて圧力値を演算する。
【０００５】
なお、センサチップ４０は台座５０を介して支持体６０に固定され、ホルダー３０と支持体６０との間にスペーサ７０が設置されている。端子８１ａ、８１ｂはスペーサ７０および支持体６０を貫通し、支持体６０と端子８１ａ、８１ｂとの間は、それぞれシール体８３ａ、８３ｂによってシールされている。
【０００６】
【特許文献１】実開平６−２１８７号公報
【特許文献２】特開平１０−２８１８号公報
【特許文献３】実開平４−１１６７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図４において、センサチップ４０の出力と増幅部との間は、ワイヤ８２ａ、８２ｂ、端子８１ａ、８１ｂおよびプリント基板上の配線を経由するため、十数ｃｍと長くなる。
【０００８】
このため、センサチップ４０の出力信号にノイズ（電気、振動ノイズなど）が重畳し易くなり、ノイズが重畳された信号が増幅されて、圧力が正確に測定できないことがある。すなわち、圧力測定装置９０の耐ノイズ性能が悪くなることがある。
【０００９】
これは、センサチップ４０の出力信号が微弱（例えば電圧振幅が数十マイクロボルト）であって、増幅部の増幅率が大きい（例えば数百〜数千倍）場合に起こりやすい。
【００１０】
本発明の目的は、耐ノイズ性能が向上した圧力測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
磁石を保持するホルダーと、前記磁石に対向するとともに支持体に対して固定されたセンサチップと、このセンサチップの周囲であって前記支持体と前記ホルダーとの間に設置されたスペーサとを備えた圧力測定装置において、
前記スペーサの内部に、前記センサチップの出力を増幅する増幅部を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記増幅部の出力は、前記スペーサ内部の導線を介して端子に接続されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の発明において、
前記スペーサの材料はエポキシ樹脂であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、
前記増幅部は計装標準信号を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、増幅部をスペーサに設けて、センサチップの出力と増幅部との間を短くすることによって、圧力測定装置の耐ノイズ性能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［第１の実施例］
図１（ａ）は圧力測定装置９５の構造を表す縦断面図であり、図１（ａ）を用いて第１の実施例を説明する。
【００２０】
第１の実施例は、スペーサ７０の面（対向面７０ａ）に増幅部１００を設けたものである。図１（ａ）において、図４と同一のものは同一符号を付し説明を省略し、図４との相違点を中心に説明する。
【００２１】
図１（ａ）において、圧力測定装置９５は、磁石１０、磁石１０の周囲に設けられたヨーク２０、磁石１０およびヨーク２０を保持するホルダー３０、磁石１０に対向配置されたダイアフラム形状を有するセンサチップ４０、センサチップ４０を台座５０を介して固定した支持体６０、センサチップ４０の周囲であってホルダー３０と支持体６０との間に設置されたスペーサ７０、スペーサ７０に設けられた増幅部１００、支持体６０およびスペーサ７０の貫通孔に挿入された端子８１ａ、８１ｂ、支持体６０と端子８１ａとの間をシールするシール体８３ａ、支持体６０および端子８１ｂとの間をシールするシール体８３ｂ（ハーメチックシール構造）などを備えている。
【００２２】
センサチップ４０は、支持体６０に直接固定されてもよい。台座５０および支持体６０には、センサチップ４０のダイアフラム下面に圧力を導く導圧孔８４が設けられている。
【００２３】
つぎに、センサチップ４０、スペーサ７０および増幅部１００の構造について図１（ｂ）を用いて説明する。図１（ｂ）は、センサチップ４０の上面、ホルダー３０に対向するスペーサ７０の面（対向面７０ａ）および対向面７０ａに設けられた増幅部１００の平面図である。
【００２４】
増幅部１００は、例えばダイアタッチ用のペースト状またはフィルム状の接着剤によって対向面７０ａに固定されている。センサチップ４０の各出力は、ワイヤ１２０ａ〜１２０ｄによって増幅部１００に接続されている（ワイヤボンディングによる接続）。
【００２５】
増幅部１００の各出力は、例えばパターン配線のような対向面７０ａに形成された配線１１０ａ〜１１０ｄによって端子８１ａ〜８１ｄに接続されている。
【００２６】
つぎに、センサチップ４０および増幅部１００の構造と動作について図２を用いて説明する。
【００２７】
図２（ａ）は、磁石１０、ヨーク２０およびセンサチップ４０の部分拡大縦断面図である。図２（ａ）において、磁石１０に対向したセンサチップ４０のダイアフラム内部にＨ型振動子４１が配置されている。
【００２８】
図２（ｂ）は、Ｈ型振動子４１および増幅部１００の構造図である。図２（ｂ）において、Ｈ型振動子４１は第１振動梁４１ａと第２振動梁４１ｂとを備え、第１振動梁４１ａと第２振動梁４１ｂとは中央部分で連結され、Ｈ型の形状となっている。
【００２９】
増幅部１００はトランス１００ａと増幅回路１００ｄとを備え、トランス１００ａは第１巻線１００ｂと第２巻線１００ｃとを備えている。第２巻線１００ｃの両端は増幅回路１００ｄに接続されている。
【００３０】
第１振動梁４１ａの一端はワイヤ１２０ａを介して増幅回路１００ｄの出力に接続され、他端はワイヤ１２０ｂを介して回路の共通電位（回路コモン）に接続されている。
【００３１】
第２振動梁４１ｂの一端はワイヤ１２０ｃを介して第１巻線１００ｂの一端に接続され、他端はワイヤ１２０ｄを介して第１巻線１００ｂの他端に接続されている。
【００３２】
磁界Ｊが第１振動梁４１ａと第２振動梁４１ｂとに矢印方向に加えられ、励磁電流ＩＥＸが第１振動梁４１ａに矢印方向に流れる。これによって、磁気誘導作用による力が第１振動梁４１ａと第２振動梁４１ｂとに加わって、第１振動梁４１ａと第２振動梁４１ｂは変位する。
【００３３】
そして、第２振動梁４１ｂの両端に起電力Ｅ（交流信号）が生じ、起電力Ｅはトランス１００ａを介して増幅回路１００ｄによって増幅される。増幅回路１００ｄの出力は交流信号であり、この交流信号はカウンタ（図示しない）などによってＡＤ変換される。ＡＤ変換データ（カウント値）は、Ｈ型振動子４１の振動周波数としてＣＰＵ（図示しない）に取り込まれる。
【００３４】
センサチップ４０のダイアフラムの上面と下面とに加えられた圧力の差に応じて、Ｈ型振動子４１の振動周波数は変化する。このため、ＣＰＵは、取り込んだ振動周波数に基づいて圧力値（差圧値）を演算する。
【００３５】
本発明によれば、センサチップ４０の各出力と増幅部１００との間を短くできる（ワイヤ１２０ａ〜１２０ｄの各長さ程度（例えば数ｍｍ））。これにより、センサチップ４０の出力信号に重畳されるノイズが低減できるため、正確な圧力測定が可能となり、圧力測定装置９５の耐ノイズ性能を向上（例えば数倍向上）することができる。
【００３６】
また、図４における端子８１ａ、８１ｂとワイヤ８２ａ、８２ｂとのワイヤボンディングによる接続は、予め端子８１ａ、８１ｂのワイヤ接続端面を研磨し金メッキする必要があり、このための工数および費用かかる。
【００３７】
一方、図１（ｂ）において、増幅部１００の各出力は、対向面７０ａ上に形成された配線１１０ａ〜１１０ｄ（例えばパターン配線）よって端子８１ａ〜８１ｄに接続されている。このため、端子８１ａ〜８１ｄの端面の研磨や金メッキが不要となり、工数および費用が低減できる。
【００３８】
また、スペーサ７０の材料は、セラミックス、ガラスなどを使用できる。セラミックスを材料としたスペーサ７０は、熱膨張係数が小さく、圧力が加わったときの変形が小さい。このため、セラミックスを材料としたスペーサ７０の変形にともなう増幅部１００の変形も少なくなって、増幅部１００の故障を抑制できる。さらに、スペーサ７０はセラミックス基板を用いることができる。セラミックス基板は、配線１１０ａ〜１１０ｄをパターン配線として形成し易い。
【００３９】
［第２の実施例］
図３を用いて第２の実施例を説明する。図３において、図１（ａ）と同一のものは同一符号を付し説明を省略し、図１（ａ）との相違点を中心に、第２の実施例を説明する。
【００４０】
図３において、増幅部１００はスペーサ７０の内部に設けられている。
【００４１】
センサチップ４０の各出力は、ワイヤ１２０ａ〜１２０ｄおよびスペーサ７０内部の導線を介して増幅部１００に接続される。増幅部１００の出力は、スペーサ７０内部の導線を介して端子２００ａ、２００ｂに接続される。
【００４２】
本発明によれば、第１の実施例と同様に、センサチップ４０の各出力と増幅部１００との間を短くできる（例えば数ｍｍ〜十数ｍｍ）。これにより、センサチップ４０の出力信号に重畳されるノイズが低減できるため、正確な圧力測定が可能となり、圧力測定装置２１０の耐ノイズ性能を向上（例えば数倍向上）することができる。
【００４３】
これに加えて、スペーサ７０の材料は、セラミックスまたはガラスの代わりに合成樹脂を使用することによって、材料費を低減することができる。
【００４４】
スペーサ７０の材料としての合成樹脂は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを使用できる。エポキシ樹脂は、電気的絶縁性が高く、他の部分との電気的接合を低減することができる。
【００４５】
なお、第１の実施例および第２の実施例において、図２（ｂ）の増幅部１００は、計装標準信号（例えば直流電圧１〜５Ｖ、直流電流４〜２０ｍＡなど）を出力するようにしてもよい。
【００４６】
例えば、増幅回路１００ｄの交流信号出力（周波数出力）を直流電圧に変換する（Ｆ／Ｖ変換）。この直流電圧を１〜５Ｖに増幅したり、直流電流に変換して４〜２０ｍＡ（Ｖ／Ｉ変換）にすることができる。
【００４７】
このような増幅部１００によって、増幅部１００の出力は、端子８１ａ（図１（ａ））、２００ａ（図３）などから計装標準信号として取り出せて、プロセス制御（圧力制御など）に利用することができる。
【００４８】
なお、圧力測定装置９５（図１（ａ））、２１０（図３）は、プロセス制御以外の圧力を測定する用途にも利用することができる。また、センサチップ４０は、図２（ｂ）のような振動式センサのほかに、歪ゲージ式のセンサを用いることもできる。
【００４９】
なお、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲で、さらに多くの変更および変形を含む。また、前述した各部の組み合わせ以外の組み合わせを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１（ａ）は、本発明を適用した圧力測定装置の構造を表す縦断面図、図１（ｂ）は、センサチップ、スペーサおよび増幅部の平面図である。
【図２】図２（ａ）は、磁石、ヨークおよびセンサチップの部分拡大縦断面図、図２（ｂ）は、Ｈ型振動子および増幅部の構造図である。
【図３】本発明を適用した圧力測定装置の構造を表す縦断面図の他の例である。
【図４】背景技術における圧力測定装置の構造を表す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  磁石
２０  ヨーク
３０  ホルダー
４０  センサチップ
５０  台座
６０  支持体
７０  スペーサ
７０ａ  対向面
８１ａ〜８１ｄ、２００ａ、２００ｂ  端子
９５、２１０  圧力測定装置
１００  増幅部
１１０ａ〜１１０ｄ  配線
【図１】
0005278727.tif 000002
【図２】
0005278727.tif 000003
【図３】
0005278727.tif 000004
【図４】
0005278727.tif 000005