(57)【要約】【課題】特性が良好な圧力センサを実現する。【解決手段】測定ダイアフラムに歪センサが形成されている圧力センサにおいて、絶縁基板の一方の面に形成され第１の測定ダイアフラムを形成する第１の凹部と、絶縁基板の一方の面に形成され第２の測定ダイアフラムを形成し第１の凹部と同一形状をなす第２の凹部と、第１の測定ダイアフラムの所定箇所に一端が固定され第２の測定ダイアフラムの第１の測定ダイアフラムの所定箇所に他端が固定された振動式半導体歪ゲージ素子と、絶縁基板の他方の面に一方の面が接続され第１の凹部と第１の測定室を構成し第２の凹部と第２の測定室を構成する支持基板と、支持基板の他方の面に一方の面が接する支持台と、支持基板と支持台とを貫通し一方端が第１の測定室に連通し他方端が外部に開口する第１の導通孔と、支持基板と支持台とを貫通し一方端が第２の測定室に連通し他方端が外部に開口する第２の導通孔とを具備したことを特徴とする圧力センサである。【選択図】図１
2013076654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ダイアフラムに歪センサが形成されている圧力センサにおいて、
絶縁基板の一方の面に形成され第１の測定ダイアフラムを形成する第１の凹部と、
前記絶縁基板の一方の面に形成され第２の測定ダイアフラムを形成し前記第１の凹部と同一形状をなす第２の凹部と、
前記第１の測定ダイアフラムの所定箇所に一端が固定され前記第２の測定ダイアフラムの前記第１の測定ダイアフラムの所定箇所に他端が固定された振動式半導体歪ゲージ素子と、
前記絶縁基板の他方の面に一方の面が接続され前記第１の凹部と第１の測定室を構成し前記第２の凹部と第２の測定室を構成する支持基板と、
この支持基板の他方の面に一方の面が接する支持台と、
前記支持基板と前記支持台とを貫通し一方端が前記第１の測定室に連通し他方端が外部に開口する第１の導通孔と、
前記支持基板と前記支持台とを貫通し一方端が前記第２の測定室に連通し他方端が外部に開口する第２の導通孔と、
を具備したことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
測定ダイアフラムに歪センサが形成されている圧力センサにおいて、
絶縁基板の一方の面に形成され第１の測定ダイアフラムを形成する第１の凹部と、
前記絶縁基板の一方の面に形成され第２の測定ダイアフラムを形成し前記第１の凹部と同一形状をなす第２の凹部と、
前記第１の測定ダイアフラムの所定箇所に一端が固定され前記第２の測定ダイアフラムの前記第１の測定ダイアフラムの所定箇所と同一の対応位置に他端が固定された振動式半導体歪ゲージ素子と、
前記絶縁基板の他方の面に一方の面が接続され前記第１の凹部と第１の測定室を構成し前記第２の凹部と第２の測定室を構成する支持基板と、
この支持基板の他方の面に一方の面が接する支持台と、
前記支持基板と前記支持台とを貫通し一方端が前記第１の測定室に連通し他方端が外部に開口する第１の導通孔と、
前記支持基板と前記支持台とを貫通し一方端が前記第２の測定室に連通し他方端が外部に開口する第２の導通孔と、
を具備したことを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
前記所定箇所に一方端が接続され他端が前記絶縁基板に接続された静圧用振動式半導体歪ゲージ素子
を具備したことを特徴とする請求項２記載の圧力センサ。
【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ものである。
更に詳述すれば、特性が良好な圧力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
図において、１は本体ボディで、円柱状の首部１Ａと、首部１Ａの端部外周縁部１Ｃにおいて溶接接続されたブロック状の受圧部１Ｂとよりなる。首部１Ａと受圧部１Ｂとは、この場合は、ステンレス材よりなる。
【０００３】
本体ボディ１の両側に、高圧側カバーフランジ２、低圧側カバーフランジ３が溶接等によって固定されており、両カバーフランジ２，３には測定せんとする高圧側圧力ＰＨの高圧流体の導入口４、低圧側圧力ＰＬの低圧流体の導入口５が設けられている。
【０００４】
本体ボディ１内に圧力測定室６が形成されており、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８が設けられている。
センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８は、それぞれ別個に圧力測定室６の壁に固定されており、センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８の両者でもって圧力測定室６を２分している。
【０００５】
センタダイアフラム７と対向する圧力測定室６の壁には、バックプレ―ト６Ａ，６Ｂが形成されている。センタダイアフラム７は周縁部を本体ボディ１に溶接されている。
シリコンダイアフラム８は全体が単結晶のシリコン基板から形成されている。
シリコン基板の一方の面にボロン等の不純物を選択拡散して４個のストレインゲ―ジ８０を形成し、他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイアフラム８を形成する。
【０００６】
４個のストレインゲ―ジ８０は、シリコンダイアフラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、２個が引張り、２個が圧縮を受けるようになっており、これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵抗変化が差圧ΔＰの変化として検出される。
シリコンダイアフラム８は、首部１Ａを２個のセンサ室８１，８２に分ける。
支持体９の圧力測定室６側端面に、低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラム８が接着固定されている。
【０００７】
本体ボディ１と高圧側カバーフランジ２、および低圧側カバーフランジ３との間に、圧力導入室１０，１１が形成されている。
この圧力導入室１０，１１内に高圧側，低圧側シールダイアフラム１２，１３を設け、このシールダイアフラム１２，１３と対向する本体ボディ１の壁にシールダイアフラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―ト１０Ａ，１１Ａが形成されている。
シールダイアフラム１２，１３と高圧側，低圧側バックプレ―ト１０Ａ，１１Ａとにより、高圧側，低圧側シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａが構成される。
【０００８】
シールダイアフラム１２，１３は、受圧部１Ｂに、シールリング１２１，１３１により周縁部が溶接されている。
この場合は、シールダイアフラム１２，１３と、シールリング１２１，１３１とは、ステンレス材よりなる。
シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａと圧力測定室６とは、連通孔１４，１５を介して導通されている。
【０００９】
そして、シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａにシリコンオイル等の封入液１０１，１０２が満たされ、この封入液１０１，１０２が高圧側，低圧側伝導穴１６，１７を介してシリコンダイアフラム８の上下面にまで至っている。
封入液１０１，１０２は、センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８とによって２分されているが、その量が、ほぼ均等になるように配慮されている。
【００１０】
以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、高圧側シールダイアフラム１２に作用する圧力が封入液１０１によってシリコンダイアフラム８に伝達される。
一方、低圧側から圧力が作用した場合、低圧側シールダイアフラム１３に作用する圧力が封入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達される。
この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がストレインゲ―ジ８０によって電気的に取出され、差圧の測定が行なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平０５−１７２６７６号公報
【特許文献２】特開２００５−０４９２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような装置においては、以下の問題点がある。
このような半導体圧力センサを使った伝送器では、高圧側と低圧側のオイルが封入されている伝導穴構造、特に，圧力センサ周辺部の構造が違うため配管抵抗や封入されているオイル量が異なる。
温度変化によるオイルの膨張、収縮で圧力が変化するが、オイル量が違うと圧力も異なるため、センサ特性へ影響を与える。
【００１３】
過大圧保護をするためのセンターダイアフラムが必要でコストがかかる。
更に、圧力、特に、静圧(両側にかかる圧力)下でプロセスラインでの水衝撃(ウォータハンマー)等によって急激に圧力が変化する場合がある。この際に，高圧側及び低圧側の配管抵抗とオイル量が異なるため，オイル収縮の影響で高圧側と低圧側の圧力に時間のズレが発生するため，過大圧保護の動作点がずれてしまう場合がある。その時に，センサ部に大きな差圧が発生して圧力センサのダイアフラムに大きな差圧が加わりダイアフラムが破壊してしまう場合がある。
【００１４】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、特性が良好な圧力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の圧力センサにおいては、
測定ダイアフラムに歪センサが形成されている圧力センサにおいて、絶縁基板の一方の面に形成され第１の測定ダイアフラムを形成する第１の凹部と、前記絶縁基板の一方の面に形成され第２の測定ダイアフラムを形成し前記第１の凹部と同一形状をなす第２の凹部と、前記第１の測定ダイアフラムの所定箇所に一端が固定され前記第２の測定ダイアフラムの前記第１の測定ダイアフラムの所定箇所に他端が固定された振動式半導体歪ゲージ素子と、前記絶縁基板の他方の面に一方の面が接続され前記第１の凹部と第１の測定室を構成し前記第２の凹部と第２の測定室を構成する支持基板と、この支持基板の他方の面に一方の面が接する支持台と、前記支持基板と前記支持台とを貫通し一方端が前記第１の測定室に連通し他方端が外部に開口する第１の導通孔と、前記支持基板と前記支持台とを貫通し一方端が前記第２の測定室に連通し他方端が外部に開口する第２の導通孔と、を具備したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２の圧力センサにおいては、
測定ダイアフラムに歪センサが形成されている圧力センサにおいて、絶縁基板の一方の面に形成され第１の測定ダイアフラムを形成する第１の凹部と、前記絶縁基板の一方の面に形成され第２の測定ダイアフラムを形成し前記第１の凹部と同一形状をなす第２の凹部と、前記第１の測定ダイアフラムの所定箇所に一端が固定され前記第２の測定ダイアフラムの前記第１の測定ダイアフラムの所定箇所と同一の対応位置に他端が固定された振動式半導体歪ゲージ素子と、前記絶縁基板の他方の面に一方の面が接続され前記第１の凹部と第１の測定室を構成し前記第２の凹部と第２の測定室を構成する支持基板と、この支持基板の他方の面に一方の面が接する支持台と、前記支持基板と前記支持台とを貫通し一方端が前記第１の測定室に連通し他方端が外部に開口する第１の導通孔と、前記支持基板と前記支持台とを貫通し一方端が前記第２の測定室に連通し他方端が外部に開口する第２の導通孔と、を具備したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３の圧力センサにおいては、請求項２記載の圧力センサにおいて、
前記所定箇所に一方端が接続され他端が前記絶縁基板に接続された静圧用振動式半導体歪ゲージ素子を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
圧力センサの低圧側、高圧側の構造が左右対称であるので、圧力や温度変化によるオイルの膨張、収縮で圧力変化が等しくなる。そのため、温度や圧力変化に影響を補正し易い圧力センサが得られる。
また、振動式半導体歪ゲージ素子の、第１と第２の測定ダイアフラムの支持箇所が異なると静圧による影響を受けるために、静圧をも測定することが出来る圧力センサが得られる。
【００１９】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
圧力センサの低圧側、高圧側の構造が左右対称であるので、圧力や温度変化によるオイルの膨張、収縮で圧力変化が等しくなる。そのため、温度や圧力変化に影響を補正し易い圧力センサが得られる。
【００２０】
測定ダイアフラムを跨いで振動子が配置され、第１の測定ダイアフラムの所定箇所に一端が固定され、第２の測定ダイアフラムの、第１の測定ダイアフラムの所定箇所と同一の対応位置に他端が固定された。
従って２つの測定ダイアフラムに印加される圧力に差があると片側の測定ダイアフラムのみがたわむ。そのため振動式半導体歪ゲージ素子には歪みが発生する。一方、圧力差が無い場合は、ダイアフラムが同じようにたわむ。そのため、振動式半導体歪ゲージ素子には歪が発生しない。この動作によって、差圧ひずみの検知と静圧ひずみのキャンセルを振動式半導体歪ゲージ素子１本で出来る圧力センサが得られる。
【００２１】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
所定箇所に一方端が接続され、他端が絶縁基板に接続された静圧用振動式半導体歪ゲージ素子が設けられたので、更に、静圧歪を検出できる圧力センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図３】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図において、図３と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図３との相違部分のみ説明する。
【００２４】
図１において、
第１の凹部２２は、絶縁基板２１の一方の面に形成され第１の測定ダイアフラム２３を形成する。
【００２５】
絶縁基板２１は、この場合は、シリコンが使用されている。
第２の凹部２４は、絶縁基板２１の一方の面に形成され第２の測定ダイアフラム２５を形成し第１の凹部２２と同一形状をなす。
【００２６】
振動式半導体歪ゲージ素子２６は、第１の測定ダイアフラム２３の所定箇所に一端が固定され、第２の測定ダイアフラム２５の、第１の測定ダイアフラム２３の所定箇所と同一の対応位置に他端が固定されている。
【００２７】
支持基板２７は、絶縁基板２１の他方の面に一方の面が接続され、第１の凹部２２と第１の測定室２８を構成し、第２の凹部２４と第２の測定室２９を構成する。
支持基板２７は、この場合は、サファイヤが使用されている。
【００２８】
支持台３１は、支持基板２７の他方の面に一方の面が接する。
支持台３１は、この場合は、ステンレスが使用されている。
第１の導通孔３２は、支持基板２７と支持台３１とを貫通し、一方端が第１の測定室２８に連通し、他方端が外部に開口する。
第２の導通孔３３は、支持基板２７と支持台３１とを貫通し、一方端が第２の測定室２９に連通し、他方端が外部に開口する。
【００２９】
以上の構成において、第１の導通孔３２を通して、第１の測定室２８に、第１の測定流体ＦＬ１が導入され、第２の導通孔３３を通して、第２の測定室２９に、第２の測定流体ＦＬ２が導入される。通常は、第１の測定流体ＦＬ１は高圧側の測定流体が、第２の測定流体ＦＬ２は低圧側の測定流体が導入される。
【００３０】
この結果、圧力センサの低圧側、高圧側の構造が左右対称であるので、圧力や温度変化によるオイルの膨張、収縮で圧力変化が等しくなる。そのため、温度や圧力変化に影響を補正し易い圧力センサが得られる。
【００３１】
測定ダイアフラム２３，２５を跨いで振動式半導体歪ゲージ素子２６が配置され、第１の測定ダイアフラム２３の所定箇所に一端が固定され、第２の測定ダイアフラム２５の、第１の測定ダイアフラム２３の所定箇所と同一の対応位置に他端が固定された。
従って２つの測定ダイアフラム２３，２５に印加される圧力に差があると片側の測定ダイアフラムのみがたわむ。そのため振動式半導体歪ゲージ素子２６には歪みが発生する。一方、圧力差が無い場合は、ダイアフラム２３，２５が同じようにたわむ。そのため、振動式半導体歪ゲージ素子２６には歪が発生しない。この動作によって、差圧ひずみの検知と静圧ひずみのキャンセルを振動式半導体歪ゲージ素子２６１本で出来る圧力センサが得られる。
【００３２】
なお、振動式半導体歪ゲージ素子２６が、第１の測定ダイアフラム２３の所定箇所に一端が固定され、第２の測定ダイアフラム２５の、第１の測定ダイアフラム２３の所定箇所と同一の対応位置でない箇所に他端が固定された場合には、静圧をも測定することが出来る圧力センサが得られる。
【００３３】
図２は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
図２において、静圧用振動式半導体歪ゲージ素子４１ａ、４１ｂは所定箇所に一方端が接続され、他端が絶縁基板２１にそれぞれ接続されている。
なお、静圧用振動式半導体歪ゲージ素子は、４１ａ、４１ｂのいずれか１個でも良い。
【００３４】
この結果、所定箇所に一方端が接続され、他端が絶縁基板に接続された静圧用振動式半導体歪ゲージ素子が設けられたので、更に、静圧歪を検出できる圧力センサが得られる。
【００３５】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【符号の説明】
【００３６】
２１    絶縁基板
２２    第１の凹部
２３    第１の測定ダイアフラム
２４    第２の凹部
２５    第２の測定ダイアフラム
２６    振動式半導体歪ゲージ素子
２７    支持基板
２８    第１の測定室
２９    第２の測定室
３１    支持台
３２    第１の導通孔
３３    第２の導通孔
４１ａ  静圧用振動式半導体歪ゲージ素子
４１ｂ  静圧用振動式半導体歪ゲージ素子
ＦＬ１  第１の測定流体
ＦＬ２  第２の測定流体
【図３】
2013076654.tif 000003
【図１】
2013076654.tif 000004
【図２】
2013076654.tif 000005