(57)【要約】【課題】  遠心力の影響を低減し、外部の圧力を感度良く検出することができる圧力センサを提供することにある。また、圧力センサを用いた圧力検出装置を提供することにある。【解決手段】  本発明の圧力センサは、基体１と、基体１の主面とは所定の距離を隔てて形成される第１のダイアフラム２と、第１のダイアフラム２上に所定の距離を隔てて形成される第２のダイアフラム３と、第１のダイアフラム２ならびに第２のダイアフラム３を支持する支持部４（４ａ，４ｂ）と、基体１および第１のダイアフラム２ならびに支持部４ａにより形成される第１の空間Ｓ１と、第１のダイアフラム２および第２のダイアフラム３ならびに支持部４ｂにより形成される第２の空間Ｓ２とを含んでいる。【選択図】  図２
2009085629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
該基体の主面とは所定の距離を隔てて形成される第１のダイアフラムと、
該第１のダイアフラム上に所定の距離を隔てて形成される第２のダイアフラムと、
前記第１のダイアフラムならびに前記第２のダイアフラムを支持する支持部と、
前記基体および前記第１のダイアフラムならびに前記支持部により形成される第１の空間と、
前記第１のダイアフラムおよび前記第２のダイアフラムならびに前記支持部により形成される第２の空間と、を含んでなることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記第１の空間と前記第２の空間とは、連通穴により連通さ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。
【請求項３】
前記第１の空間は、前記第２の空間に比して容積が大きいことを特徴とする請求項２に記載の容量式圧力センサ。
【請求項４】
前記連通穴は、前記支持部を通過することを特徴とする請求項２または３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記連通穴は、前記第１のダイアフラムの可撓領域を貫通することを特徴とする請求項２または３に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記連通穴は、前記第１のダイアフラムの可撓領域の周端部よりも内側に形成され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】
前記第２のダイアフラムが撓んだときに、前記第１の空間から前記第２の空間に向かって流体が移動する、或いは前記第２の空間から前記第１の空間に向かって流体が移動することを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項８】
基体と、
該基体の主面に形成される固定電極と、
該固定電極上に所定の距離を隔てて形成される第１のダイアフラムと、
該第１のダイアフラム上に所定の距離を隔てて形成される第２のダイアフラムと、
前記基体および前記第１のダイアフラムならびに前記第２のダイアフラムを支持する支持部と、
前記基体および前記第１のダイアフラムならびに前記支持部により形成される第１の空間と、
前記第１のダイアフラムおよび前記第２のダイアフラムならびに前記支持部により形成される第２の空間と、を含んでなることを特徴とする圧力センサ。
【請求項９】
前記第１の空間と前記第２の空間とは、連通穴により連通されていることを特徴とする請求項８に記載の圧力センサ。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の圧力センサと、
前記第１のダイアフラムと前記第２のダイアフラムとの間に電場を発生させるための電圧印加手段と、
前記第１のダイアフラムと前記第２のダイアフラムとの間の静電容量を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１１】
請求項８または請求項９に記載の圧力センサと、
前記固定電極と前記第１のダイアフラムとの間に第１の電圧を、前記第１のダイアフラムと前記第２のダイアフラムとの間に第２の電圧を、それぞれ発生させるための電圧印加手段と、
前記固定電極と前記第１のダイアフラムとの間の静電容量を検出する第１の検出手段と、
前記前記第１のダイアフラムと前記第２のダイアフラムとの間の静電容量を検出する第２の検出手段と、を備えることを特徴とする圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力を検出するための静電容量型の圧力センサ、および圧力センサを用いた圧力検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧力を検出するために静電容量型の圧力検出装置が知られている。この静電容量型の圧力検出装置に用いられる圧力センサは、下記特許文献１に記載されているように、半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、絶縁基体の表面に形成された静電容量形成用の第１の電極と、絶縁基体の表面に可撓な状態で接合されたダイアフラムと、このダイアフラムの表面に第１の電極に対向するように被着された静電容量形成用の第２の電極とを備えている。そして、第１の電極および第２の電極により静電容量を形成するために、これら電極間に所定の間隔を設ける必要があり、そのため、ダイアフラムと絶縁基体との間に枠状のスペーサを備えている。そして、これらの絶縁基体とスペーサとダイアフラムとにより密閉された空間が形成され、外部の圧力の変動に伴ってダイアフラムが撓むことで、第１の電極と第２の電極との間隔の変化させることができる。
【特許文献１】特開２００６−４７３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のような圧力検出装置が、タイヤのホイール等に搭載された場合、タイヤの回転による遠心力の作用を受けて、ダイアフラムが撓んでしまうことがある。このような場合、第１の電極と第２の電極との距離が変化して、第１の電極と第２の電極とで形成される静電容量が変化してしまい、外部の圧力を正確に検出することができなくなることが懸念される。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑み案出されたもので、その目的は、遠心力の影響を低減し、外部の圧力を精度良く検出することができる圧力センサを提供することにある。また、圧力センサを用いた圧力検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の圧力センサは、基体と、該基体の主面とは所定の距離を隔てて形成される第１のダイアフラムと、該第１のダイアフラム上に所定の距離を隔てて形成される第２のダイアフラムと、前記第１のダイアフラムならびに前記第２のダイアフラムを支持する支持部と、前記基体および前記第１のダイアフラムならびに前記支持部により形成される第１の空間と、前記第１のダイアフラムおよび前記第２のダイアフラムならびに前記支持部により形成される第２の空間とを含んでなることを特徴とするものである。
【０００６】
また、好ましくは、前記第１の空間と前記第２の空間とは、連通穴により連通されていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、好ましくは、前記第１の空間は、前記第２の空間に比して容積が大きいことを特徴とするものである。
【０００８】
また、好ましくは、前記連通穴は、前記支持部を通過することを特徴とするものである。
【０００９】
また、好ましくは、前記連通穴は、前記第１のダイアフラムの可撓領域を貫通することを特徴とするものである。
【００１０】
また、好ましくは、前記連通穴は、前記第１のダイアフラムの可撓領域の周端部よりも内側に形成されることを特徴とするものである。
【００１１】
また、好ましくは、前記第２のダイアフラムが撓んだときに、前記第１の空間から前記第２の空間に向かって流体が移動する、或いは前記第２の空間から前記第１の空間に向かって流体が移動することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の圧力センサは、基体と、該基体の主面に形成される固定電極と、該固定電極上に所定の距離を隔てて形成される第１のダイアフラムと、該第１のダイアフラム上に所定の距離を隔てて形成される第２のダイアフラムと、前記基体および前記第１のダイアフラムならびに前記第２のダイアフラムを支持する支持部と、前記基体および前記第１のダイアフラムならびに前記支持部により形成される第１の空間と、前記第１のダイアフラムおよび前記第２のダイアフラムならびに前記支持部により形成される第２の空間と、を含んでなることを特徴とするものである。
【００１３】
また、好ましくは、前記第１の空間と前記第２の空間とは、連通穴により連通されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の圧力検出装置は、本発明の圧力センサと、前記第１のダイアフラムと前記第２のダイアフラムとの間に電場を発生させるための電圧印加手段と、前記第１のダイアフラムと前記第２のダイアフラムとの間の静電容量を検出する検出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の圧力検出装置は、本発明の圧力センサと、前記固定電極と前記第１のダイアフラムとの間に第１の電圧を、前記第１のダイアフラムと前記第２のダイアフラムとの間に第２の電圧を、それぞれ発生させるための電圧印加手段と、前記固定電極と前記第１のダイアフラムとの間の静電容量を検出する第１の検出手段と、前記前記第１のダイアフラムと前記第２のダイアフラムとの間の静電容量を検出する第２の検出手段とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の圧力センサは、基体と、基体の主面とは所定の距離を隔てて形成される第１のダイアフラムと、第１のダイアフラム上に所定の距離を隔てて形成される第２のダイアフラムと、第１のダイアフラムならびに第２のダイアフラムを支持する支持部と、基体および第１のダイアフラムならびに支持部により形成される第１の空間と、第１のダイアフラムおよび第２のダイアフラムならびに支持部により形成される第２の空間とを含んでなる。
【００１７】
このことから、第１の空間と第２の空間との間に配置された第１のダイアフラムは、外部の圧力変動によっては撓みにくく、一方、遠心力の影響を受けた際には、第２のダイアフラムと同様に撓むこととなる。従って、遠心力の影響を受けた際に、第１のダイアフラムと第２のダイアフラムとの間隔が変化してしまうことが低減される。従って、外部の圧力を精度良く検出することができる。
【００１８】
また、好ましくは、第１の空間と第２の空間とは、連通穴により連通されている。このことから、第１の空間と第２の空間とは、連通穴を通じて互いの空間内の流体を相互に移動させることができる。従って、外部の圧力の変動により第２のダイアフラムが撓んだとしても、流体の移動により第１の空間内の圧力と第２の空間内の圧力と差をほぼ同一にできる。このため、外部の圧力変動により第２のダイアフラムが大きく撓んだとしても、第１のダイアフラムが同様に大きく撓んでしまうことを低減することができる。従って、外部の圧力を精度良く検出することができる。
【００１９】
また、好ましくは、第１の空間は、第２の空間に比して容積が大きい。このため、外部の圧力変動によって第２のダイアフラムが第１のダイアフラム側に向かって撓んだ際に第２の空間内の流体が連通穴を介して第１の空間内に流れ込みやすい。第１の空間内に流体が流れ込みやすいと、第１の空間内に流体が流れ込みにくい場合と比較して、第２の空間内部の撓みによる一時的な圧力上昇による反発力を受けて第２のダイアフラムが撓みにくくなることが抑制される。従って、圧力の変化に対して感度が優れることとなる。
【００２０】
また、連通穴は、支持部を通過して形成されていてもよい。この場合、第１のダイアフラムの可撓領域に連通穴を形成する場合と比較して、遠心力の影響を受けた際、第１のダイアフラムが均等に撓みやすく、外部の圧力をより精度良く検出することができる。
【００２１】
また、連通穴は、第１のダイアフラムの可撓領域を貫通して形成されていてもよい。この場合は、連通穴を支持部に形成する場合と比較して、支持部の壁幅や支持部と第１のダイアフラムとの接合部の幅が狭くなることがなく、支持部の壁幅が狭い場合等において、支持部の破損や第１の空間あるいは第２の空間の気密性が低下する可能性を低減することができる。従って、小型の圧力センサ等において有効に利用することができる。
【００２２】
また、好ましくは、連通穴は、第１のダイアフラムの可撓領域の周端部よりも内側に形成される。このことから、第１のダイアフラムが撓んだ際に応力が集中しやすい第１のダイアフラムの可撓領域の周端部において、第１のダイアフラムの機械的強度が低下することが抑制される。従って、第１のダイアフラムが破損する可能性を低減することができ、外部の圧力を精度良く検出することができる。
【００２３】
また、好ましくは、第２のダイアフラムが撓んだときに、第１の空間から第２の空間に向かって流体が移動する、或いは第２の空間から第１の空間に向かって流体が移動する。このように、連通穴を通じて互いの空間の流体が相互に移動することから、第１の空間内の圧力と第２の空間内の圧力とをほぼ同一にすることができる。従って、外部の圧力の変動による第２の空間内の圧力上昇或いは減少に起因して第１のダイアフラムが撓む可能性を低減することができる。従って外部の圧力を精度良く検出することができる。
【００２４】
本発明の圧力センサは、基体と、基体の主面に形成される固定電極と、固定電極上に所定の距離を隔てて形成される第１のダイアフラムと、第１のダイアフラム上に所定の距離を隔てて形成される第２のダイアフラムと、基体および第１のダイアフラムならびに第２のダイアフラムを支持する支持部と、基体および第１のダイアフラムならびに支持部により形成される第１の空間と、第１のダイアフラムおよび第２のダイアフラムならびに支持部により形成される第２の空間とを含んでなる。
【００２５】
そして、遠心力の影響を受けた際には、第１のダイアフラムが撓むことにより、固定電極と第１のダイアフラムとの間の距離が変化することとなるので、固定電極と第１のダイアフラムとの間で検出される静電容量が変化する。従って、第１のダイアフラムが遠心力の影響を受けて撓んでいることを検出することができる。一方、遠心力の影響を受けた場合、第１のダイアフラムと第２のダイアフラムとは、ともに撓むことから第１のダイアフラムと第２のダイアフラムとの間の距離は大きく変化しない。従って、第１のダイアフラムと第２のダイアフラムとの間で検出される静電容量は、大きく変化しないことから、外部の圧力情報を継続的に精度良く検出することができる。
【００２６】
さらには、仮に第１のダイアフラムと第２のダイアフラムとの間の距離が大きく変化した場合であっても、固定電極と第１のダイアフラムとの間で検出される静電容量が変化するので、外部の圧力変化に起因する静電容量変化か、遠心力の影響による静電容量変化かを確認できる。遠心力の影響による静電容量の変化がない場合だけを正しい圧力情報として抽出することも可能である。
【００２７】
また、好ましくは、第１の空間と第２の空間とは、連通穴により連通されている。このことから、第１の空間と第２の空間とは、連通穴を通じて互いの空間内の流体を相互に移動させることができる。従って、外部の圧力の変動により第２のダイアフラムが撓んだとしても、流体の移動により第１の空間内の圧力と第２の空間内の圧力との差を小さくすることができる。外部の圧力の変動により第１のダイアフラムが撓む可能性を低減することができる。従って、第１のダイアフラムは、遠心力の影響を受けた場合により確実に撓ませることができるものとなり、外部の圧力を感度良く検出することができる。
【００２８】
本発明の圧力検出装置は、本発明の圧力センサと、第１のダイアフラムと第２のダイアフラムとの間に電場を発生させるための電圧印加手段と、第１のダイアフラムと第２のダイアフラムとの間の静電容量を検出する検出手段とを備える。圧力検出装置は、上述の圧力センサを備えていることにより、外部の圧力を感度良く検出することができる。
【００２９】
本発明の圧力検出装置は、本発明の圧力センサと、固定電極と第１のダイアフラムとの間に第１の電圧を、第１のダイアフラムと第２のダイアフラムとの間に第２の電圧を、それぞれ発生させるための電圧印加手段と、固定電極と第１のダイアフラムとの間の静電容量を検出する第１の検出手段と、第１のダイアフラムと第２のダイアフラムとの間の静電容量を検出する第２の検出手段とを備える。圧力検出装置は、上述の圧力センサを備えていることにより、外部の圧力を感度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の圧力センサについて説明する。図１は、本発明の圧力センサの実施の形態の一例を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線における実施の形態の一例を示す断面図である。図３（ａ）は、図１における圧力センサの第１の空間の実施の形態の一例を示す横断面図である。図３（ｂ）は、図１における圧力センサの第２の空間の実施の形態の一例を示す横断面図である。これらの図において、１は基体、２は第１のダイアフラム、３は第２のダイアフラム、４，４ａ，４ｂは支持部、５は第１の電極、６は第２の電極、７は配線導体、８は半導体素子、９は導電性接合材、１０は封止樹脂であり、Ｓ１は第１の空間、Ｓ２は第２の空間である。
【００３１】
本発明の圧力センサは、基体１と、基体１の主面とは所定の距離を隔てて形成される第１のダイアフラム２と、第１のダイアフラム２上に所定の距離を隔てて形成される第２のダイアフラム３と、第１のダイアフラム２ならびに第２のダイアフラム３を支持する支持部４（４ａ，４ｂ）と、基体１および第１のダイアフラム２ならびに支持部４ａにより形成される第１の空間Ｓ１と、第１のダイアフラム２および第２のダイアフラム３ならびに支持部４ｂにより形成される第２の空間Ｓ２とを含んでいる。
【００３２】
また、第１のダイアフラム２は、第１の電極５（図２では第１のダイアフラム２の上面）と、この電極５を支持する第１絶縁部２’とを備えている。第２のダイアフラム３は、第１の電極５に対向する第２の電極６（図２では第２のダイアフラム３の下面）と、この電極６を支持する第２絶縁部３’とを備えている。
【００３３】
基体１、第１絶縁部２’、第２絶縁部３’、支持部４は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ガラス−セラミックス等の電気絶縁材料からなる。基体１、第１絶縁部２’、第２絶縁部３’、支持部４が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、次のようにして製作される。まず、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に、適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクターブレード法等によりシート状に成形して圧力センサ用のセラミックグリーンシートを得る。その後、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工，切断加工を施すとともに、上下に積層してセラミック生成形体となし、最後に高温（約１５００〜１８００℃）で焼成することによって製作される。
【００３４】
また、基体１は、一方の面（図２では下面）に、半導体素子８が収容される凹部１ａが形成されており、半導体素子８を収容する容器として機能する。そして、この凹部１ａの底面に、半導体素子８が搭載される搭載部１ｂが形成されている。この搭載部１ｂに半導体素子８が搭載されるとともに、半導体素子８が凹部１ａ内において例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材１０により覆われることにより、半導体素子８が封止される。
【００３５】
なお、この例では、半導体素子８は、樹脂製封止材１０によって覆われることにより封止されるが、基体１の一方の面に金属やセラミックスから成る蓋体を、凹部１ａを塞ぐように接合させることにより封止してもよい。
【００３６】
また、搭載部１ｂには半導体素子８の各電極と電気的に接続される複数の配線導体７が導出されており、この配線導体７と半導体素子８の各電極とが半田バンプ等の導電性材料から成る導電性接合材９を介して接合される。これにより半導体素子８の各電極と各配線導体７とが電気的に接続されるとともに半導体素子８が搭載部１ｂに固定される。なお、図２に示した例では、半導体素子８の電極と配線導体７とが半田バンプを介して接続される構造としたが、半導体素子８の電極と配線導体７とはボンディングワイヤ等の他の電気的接続手段により接続されてもよい。
【００３７】
配線導体７は、半導体素子８の各電極を外部電気回路および第１の電極５，第２の電極６に電気的に接続するための導電路として機能し、その一部７ａ，７ｂは第１の電極５，第２の電極６に電気的に接続されている。また、別の一部７ｃは基体１の一方の面（図２では下面）の外周部に導出される。そして、半導体素子８の各電極がこれら配線導体７ａ，７ｂ，７ｃに半田バンプ等の導電性接合材９を介して電気的に接続される。また、半導体素子８が樹脂製封止材１０で封止された後、配線導体７ｃの基体１の一方の面（図２では下面）の外周部に導出された部位が外部電気回路基板の配線導体（図示せず）に半田等の導電性接合材を介して接合されることにより、内部に収容される半導体素子８が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００３８】
このような配線導体７は、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤等を添加混合して得たメタライズペーストをスクリーン印刷法により圧力センサ用のセラミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、これを圧力センサ用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって圧力センサの内部および表面に所定のパターンに形成される。
【００３９】
なお、配線導体７の露出表面には、配線導体７が酸化腐食することを防止するとともに、配線導体７と半田等の導電性接合材１０との接合を良好なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルメッキ層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金メッキ層とが順次被着されていることが好ましい。
【００４０】
基体１の上面外周部には、枠状の支持部４ａが設けられ、支持部４ａの上には、空間Ｓ１を形成するように平板状の第１のダイアフラム２が設けられている。なお、第１の空間Ｓ１は、基体１と、第１のダイアフラム２と、支持部４ａとにより、密閉された内部空間として形成される。
【００４１】
また、第１のダイアフラム２の上面外周部には、枠状の支持部４ｂが設けられ、支持部４ｂの上には、空間Ｓ２を形成するように平板状の第２のダイアフラム３が設けられている。なお、第２の空間Ｓ２は、第１のダイアフラム２と、第２のダイアフラム３と、支持部４ｂとにより、密閉された内部空間として形成される。
【００４２】
支持部４は、第１のダイアフラム２および第２のダイアフラム３の外周の領域をそれぞれ支持している。そして、第１のダイアフラム２および第２のダイアフラム３は、支持部４よりも内側の領域を可撓領域として撓ませることができ、第２のダイアフラム３は、外部の圧力に応じて撓む、いわゆる圧力検出用のダイアフラムとして機能する。
【００４３】
なお、枠状の支持部４の平面視における外周形状は、例えば、矩形状や多角形状、円形状に形成され、枠状の支持部４の平面視における内周形状は、例えば、円形状に形成される。
【００４４】
また、第１のダイアフラム２の上面中央部には、静電容量形成用の第１の電極５が被着されており、第２のダイアフラム３の下面中央部には、静電容量形成用の第２の電極６が被着されている。これら電極５，６は、略円形状に形成され、第２の空間Ｓ２を挟んで対向して形成される。そして、これら電極５，６の間には、第１の電極５や第２の電極６の面積および第１の電極５と第２の電極６との間隔に応じて所定の静電容量が形成される。そして、第２のダイアフラム３に外部の圧力が印加されると、その応力に応じて第２のダイアフラム３が撓んで、第１の電極５と第２の電極６との間隔が変化し、それにより第１の電極５と第２の電極６との間の静電容量が変化するので、外部の圧力の変化を静電容量の変化として感知することができる。そして、この静電容量の変化を凹部１ａ内に収容した半導体素子８に配線導体７ａ，７ｂを介して伝達し、これを半導体素子８で演算処理することによって外部の圧力の大きさを知ることができる。なお、本発明の圧力センサは、８０Ｋｐａ（低圧用圧力センサ）〜２０００Ｋｐａ（高圧用圧力センサ）の圧力のもとで特に好適に使用することが可能である。
【００４５】
なお、このような第１の電極５および第２の電極６は、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤を添加混合して得たメタライズペーストをスクリーン印刷法により第１のダイアフラム２あるいは第２のダイアフラム３となる圧力センサ用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これらセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、第１のダイアフラム２の上面中央部および第２のダイアフラム３の下面中央部に所定のパターンに形成される。
【００４６】
なお、第１の電極５は、平面視で第１のダイアフラム２の支持部４ａよりも内側の領域(可撓領域)の略全面に被着されることが好ましい。また、第２の電極６は、平面視で第２のダイアフラム３の支持部４ａよりも内側の領域(可撓領域)の略全面に被着されることが好ましい。また、上述において、第１の電極５および第２の電極６は、第１絶縁部２’および第２絶縁部３’の表面にそれぞれ被着しているが、第１絶縁部２’および第２絶縁部３’それぞれの内部に埋設しても構わない。この場合、第２のダイアフラム３が大きく撓んだ際に第１の電極５および第２の電極６とが接触して短絡する可能性を抑制することができる。なお、第１の電極５と第２の電極６との間で検出される静電容量は、空間Ｓ１内の流体の誘電率と第１絶縁部２’あるいは第２絶縁部３’の誘電率に基いたものとなる。
【００４７】
さらに、本発明の圧力センサにおいて、第１のダイアフラム２は、密閉された空間である第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２との間に配設されている。このため、第１のダイアフラム２は、支持部４ｂよりも内側の領域(可撓領域)において第２のダイアフラム３と同様に撓ませることができる。
【００４８】
そして、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２との間に配置された第１のダイアフラム２は、外部の圧力変動によっては撓みにくい一方で、遠心力の影響を受けた際には、第２のダイアフラム３と同様に撓むこととなる。従って、遠心力の影響を受けた際に、第１のダイアフラム２と第２のダイアフラム３との間隔が変化してしまうことが低減される。従って、外部の圧力を精度良く検出することができる。
【００４９】
なお、第１のダイアフラム２および第２のダイアフラム３は、実質的に同一の材質とし、これらのダイアフラム２，３の可撓領域における厚みおよび面積を略同一に形成していることが好ましい。これにより、遠心力の影響を受けた際の第１のダイアフラム２と第３のダイアフラム３との撓み量を同程度にすることができる。従って、外部の圧力をより精度良く検出することができる。第１のダイアフラム２および第２のダイアフラム３の厚みは、これらのダイアフラム２，３の機械的強度や圧力が印加された際や遠心力の影響を受けた際の撓み量等を考慮して適宜設定され、通常は０．０１〜５ｍｍ程度の厚みに形成される。
【００５０】
また、図４、図５に示すように、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とは、連通穴１１により連通されていることが好ましい。このことから、第１の空間と第２の空間とは、連通穴を通じて互いの空間Ｓ１，Ｓ２内の流体を相互に移動させることができる。従って、外部の圧力の変動により第２のダイアフラム３が撓んだとしても、流体の移動により第１の空間Ｓ１内の圧力と第２の空間Ｓ２内の圧力とをほぼ同一にすることができる。このため、第２の空間Ｓ２内の圧力が、第１の空間Ｓ１内の圧力とは異なった圧力状態にあり続けることが抑制される。従って、外部の圧力変動により第２のダイアフラム３が大きく撓んだとしても、第１のダイアフラム２が空間Ｓ１，Ｓ２間の圧力の差により同様に大きく撓んでしまうことを低減することができる。例えば、図６に示すように、外部の圧力の変動により第２のダイアフラム３が第１のダイアフラム２側に向かって撓んだ際、連通穴１１を通じて第２の空間Ｓ２側から第１の空間Ｓ１側に向かって流体が移動し、第１のダイアフラム２の撓みが低減される。従って、外部の圧力を精度良く検出することができる。
【００５１】
なお、連通穴１１を設けた場合、基体１と第２のダイアフラム３と支持部４ａ，４ｂとにより密閉された内部空間が形成される。そして、空間Ｓ１，Ｓ２は、この密閉された内部空間内にそれぞれ位置する空間となる。
【００５２】
このような連通穴１１は、例えば、支持部４や第１のダイアフラム２に形成される。支持部４あるいは第１のダイアフラム２となる圧力センサ用のセラミックグリーンシートに打抜き加工等により連通穴１１となる貫通穴を予め形成しておき、これらのセラミックグリーンシートを焼成することにより形成される。なお、連通穴１１の大きさは、外部の圧力の変動時において、各空間Ｓ１，Ｓ２間内の流体の移動を考慮した大きさに適宜設定され、通常は０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の大きさに形成される。
【００５３】
また、圧力センサ用のセラミックグリーンシートを複数枚積層した後に高温で焼成して一体化して形成する際には、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とが連通しているので、焼成時にそれぞれの空間Ｓ１，Ｓ２のガスが膨張し、それぞれの空間Ｓ１，Ｓ２の内圧に差が発生することを抑制することができる。従って、連通穴１１を設けていない場合と比較して、第１のダイアフラム２が焼成時に内圧の差により変形することを低減することができる。
【００５４】
そして、連通穴１１が支持部４を通過して形成されている場合、連結穴１１は第１のダイアフラム２の可撓領域以外の領域、すなわち、平面視で第１のダイアフラム２の支持部４ａ，４ｂの領域に形成されるので、第１のダイアフラム２の可撓領域に連通穴１１を形成する場合と比較して、遠心力の影響を受けた際、第１のダイアフラム２が歪んで撓むことが抑制される。従って、外部の圧力をより精度良く検出することができる。
【００５５】
また、例えば、支持部４の外形形状が矩形状で、且つ第１のダイアフラム２の可撓領域の形状が円形状である場合、図７に示すように、支持部４の幅が広くなる支持部４の対角線上の領域（角部周辺の領域）に設けることが好ましい。支持部４の側辺部周辺の領域（隣接する角部と角部の間の周辺の領域）に形成する場合と比較して、支持部４の壁幅や支持部４と第１のダイアフラム２との接合部の幅が狭くなることがなく、支持部４の壁幅が狭い場合等において、支持部４の破損や第１の空間Ｓ１あるいは第２の空間Ｓ２の気密性が低下する可能性を低減することができる。
【００５６】
また、図８、図９に示すように、連通穴１１が第１のダイアフラム２の可撓領域を貫通して形成されている場合、連通穴１１を支持部４に形成する場合と比較して、支持部４の壁幅や支持部４と第１のダイアフラム２との接合部の幅が狭くなることがなく、支持部４の壁幅が狭い場合等において、支持部４の破損や第１の空間Ｓ１あるいは第２の空間Ｓ２の気密性が低下する可能性を低減することができる。従って、小型の圧力センサ等において有効に利用することができる。
【００５７】
また、連通穴１１は、連通穴１１が第１のダイアフラム２の可撓領域を貫通して形成されている場合、第１のダイアフラム２の可撓領域の周端部よりも内側に形成されることが好ましい。このことから、第１のダイアフラム２が撓んだ際に応力が集中しやすい第１のダイアフラム２の可撓領域の周端部において、第１のダイアフラム２の機械的強度が低下することが抑制される。従って、第１のダイアフラム２が破損する可能性を低減することができ、外部の圧力を精度良く検出することができる。
【００５８】
また、図１０に示すように、複数の連通穴１１を形成しておいても良く、この場合、これらの連通穴１１が、第１のダイアフラム２の可撓領域において、均等に分散させていることが好ましい。また、第１のダイアフラム２を貫通して設ける場合、連通穴１１の大きさの合計は、第１のダイアフラム２の可撓領域の面積の５％以内に設計されることが好ましい。
【００５９】
また、図１１に示すように、第１の空間Ｓ１は、第２の空間Ｓ２に比して容積が大きいことが好ましい。これにより、外部の圧力変動によって第２のダイアフラム３が第１のダイアフラム２側に撓んだ際に、第２の空間Ｓ２内の流体が連通穴１１を介して第１の空間Ｓ１内に流れ込みやすい。これは、第１の空間Ｓ１が、第２の空間Ｓ２に比して容積が大きいため、第２の空間Ｓ２から流入する流体を受け入れる容積が大きいためである。第１の空間Ｓ１に流体が流れ込みやすいと、第１の空間Ｓ１に流体が流れ込みにくい場合と比較して、第２の空間Ｓ２内部で、撓みに起因する一時的な圧力上昇が発生し、これによる反発力を受けて第２のダイアフラムＳ２が撓みにくくなることが抑制される。従って、圧力の変化に対して感度が優れることとなる。
【００６０】
また、上述の場合、第１の空間Ｓ１内の流体を第２の空間Ｓ２内に流れ込みやすくなるので、ある一定の容積の際に、空間Ｓ２の容積を空間Ｓ１の容積よりも小さく、すなわち、第１の電極５と第２電極６との間の距離を狭く設定しやすくなる。この場合、初期状態における静電容量と圧力が印加された際の静電容量との変化率を大きくすることができ、外部の圧力の検出感度を高めることができる。
【００６１】
本発明の圧力検出装置は、本発明の圧力センサと、第１のダイアフラム２と第２のダイアフラム３との間に電場を発生させるための電圧印加手段と、第１のダイアフラム２と第２のダイアフラム３との間の静電容量を検出する検出手段とを備える。従って、圧力検出装置は、上述の圧力センサを備えていることにより、外部の圧力を感度良く検出することができる。圧力検出装置は、外部電気回路に配線導体７ｃが接続され、配線導体７ａ，７ｂに電圧を印加すると、第１の電極５と第２の電極６との間には、これらの電極５，６間の距離に応じて静電容量が発生する。そして、外部の圧力が変化して、これらの電極５，６間の距離が変化すると、電極５，６間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を電気信号として、配線導体７ａ，７ｂを介して半導体素子８に伝達し、半導体素子８で演算処理することにより、外部の圧力を検出することができる。例えば、半導体素子８には、静電容量検出回路と、検出した静電容量を圧力に変換する処理部とが組み込まれており、半導体素子８は、予め設定された初期状態の圧力状態時および圧力変動時における圧力と静電容量との関係式に基いて演算処理を行い、外部の圧力の大きさを知ることができる。
【００６２】
また、本発明の圧力センサの別の形態について説明する。本発明の圧力センサの別の形態は、図１２に示すように、基体１と、基体１の主面に形成される固定電極１２と、固定電極１２上に所定の距離を隔てて形成される第１のダイアフラム２と、第１のダイアフラム２上に所定の距離を隔てて形成される第２のダイアフラム３と、基体１および第１のダイアフラム２ならびに第２のダイアフラム３を支持する支持部４ａ，４ｂと、基体１および第１のダイアフラム２ならびに支持部４ａにより形成される第１の空間Ｓ１と、第１のダイアフラム２および第２のダイアフラム３ならびに支持部４ｂにより形成される第２の空間Ｓ２とを含んでなる。
【００６３】
なお、上述の例と同様の参照符号を付している部材については、詳細については省略することとする。なお、これらの各部材は、上述の例と同様の材料により形成することができ、同様の構成を備えることができる。
【００６４】
また、第１のダイアフラム２は、第１の空間Ｓ１を挟んで固定電極１２と対向する静電容量形成用の第３の電極１３（図１２では第１のダイアフラム２の下面）を備えている。固定電極１２および第３の電極１３は、略円形状に形成され、これらの電極１２，１３の間には、固定電極１２や第３の電極１３の面積および固定電極１２や第３の電極１３との間隔に応じて所定の静電容量が形成される。これらの固定電極１２および第３の電極１３は、配線導体７の一部７ｄ，７ｅを介して半導体素子８に電気的に接続される。このような固定電極１２および第３の電極１３は、上述の第１の電極５および第２の電極６と同様な方法を用いることにより、基体１および第１のダイアフラム２の所定のパターンに形成される。なお、上述において、固定電極１２および第３の電極１３は、基体１および第１絶縁部２’の表面に被着しているが、基体１および第１絶縁部２’の内部に埋設しても構わない。この場合、第１のダイアフラム２が大きく撓んだ際に固定電極１２および第３の電極１３とが接触して短絡する可能性を抑制することができる。
【００６５】
この圧力センサにおいては、遠心力の影響を受けた際に第１のダイアフラム２が撓むことにより、固定電極１２と第１のダイアフラム２との間の距離が変化することとなるので、固定電極１２と第１のダイアフラム２に形成された第３の電極１３との間で検出される静電容量が変化する。これにより遠心力の影響を受けて第１のダイアフラム２が撓んでいることを検出することができる。一方、遠心力の影響を受けた場合、第１のダイアフラム２と第２のダイアフラム３とは、ともに撓むことから第１のダイアフラム２と第２のダイアフラム３との間の距離は大きく変化しない。従って、遠心力の影響を精度良く検出することができ、第１のダイアフラム２と第２のダイアフラム３との間で検出される静電容量と、固定電極１２と第１のダイアフラム２との間で検出される静電容量とを比較させることで外部の圧力を精度良く検出することができる。
【００６６】
また、仮に第１のダイアフラム２と第２のダイアフラム３との間の距離が大きく変化した場合であっても、これと同時に固定電極１２と第３の電極１３との間で検出される静電容量が変化することから、外部の圧力ではなく、遠心力の影響を受けて第１のダイアフラム２と第２のダイアフラム３との間の距離が大きく変化し、結果、両者間の静電容量が変化したことが確認できる。従って、圧力変化に起因する静電容量変化の情報か、遠心力の影響による静電容量変化の情報かを確認できる。従って遠心力の影響による静電容量の変化がない場合を正しい圧力情報として抽出することも可能となる。
【００６７】
例えば、第１の電極５と第２の電極６との間の静電容量の変化を配線導体７ａ，７ｂを介して半導体素子８に伝達するとともに、固定電極１２と第３の電極１３との間の静電容量の変化を配線導体７を介して半導体素子８に伝達し、これらを半導体素子８で演算処理することによって比較させることで外部の圧力の大きさを知ることができる。
【００６８】
なお、第１の電極５と第３の電極１３とは、それぞれの電極５，６を第１のダイアフラム２の可撓領域の略全面に被着していることが好ましい。これにより、これら電極５，１３の有無により、第１のダイアフラム２の撓みに歪みが生じることが抑制される。
【００６９】
また、第２のダイアフラム３の上面に可撓領域の略全面に金属層を形成しておいても構わない。これにより、第１のダイアフラム２と第２のダイアフラム３とは、その可撓領域において同様な構成となり、それぞれのダイアフラム２，３の撓みを同程度にしやすくなる。このような金属層は、第１〜第３の電極５，６，１３と同様な方法により形成することができる。なお、第１のダイアフラムの形成された第１の電極５と第３の電極１３とを同電位にしておいても構わない。これにより、第１の電極５と第３の電極１３との間に電位差が生じ、第１の電極５と第３の電極１３との間に静電容量が形成されることを抑制することができる。従って、第１の電極５と第２の電極６との間で検出される静電容量や固定電極１２と第３の電極１３との間で検出される静電容量に誤差が生じることを抑制することができる。
【００７０】
また、上述の圧力センサにおいても、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とは、連通穴１１により連通されていることが好ましい。このことから、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とは、連通穴１１を通じて互いの空間Ｓ１，Ｓ２内の流体を相互に移動させることができる。従って、外部の圧力の変動により第２のダイアフラム３が撓んだとしても、流体の移動により第１の空間Ｓ１内の圧力と第２の空間Ｓ２内の圧力との差を小さくすることができる。外部の圧力の変動により第１のダイアフラム２が撓む可能性を低減することができる。従って、第１のダイアフラム２は、遠心力の影響を受けた場合により大きく撓ませることができるものとなり、外部の圧力を感度良く検出することができる。
【００７１】
本発明の圧力検出装置は、本発明の圧力センサと、固定電極と第１のダイアフラムとの間に第１の電圧を、第１のダイアフラムと第２のダイアフラムとの間に第２の電圧を、それぞれ発生させるための電圧印加手段と、固定電極と第１のダイアフラムとの間の静電容量を検出する第１の検出手段と、第１のダイアフラムと第２のダイアフラムとの間の静電容量を検出する第２の検出手段とを備える。圧力検出装置は、上述の圧力センサを備えていることにより、外部の圧力を感度良く検出することができる。圧力検出装置は、外部電気回路に配線導体７ｃが接続され、配線導体７ａ，７ｂに電圧を印加すると、第１の電極５と第２の電極６との間には、これらの電極５，６間の距離に応じて静電容量が発生する。
【００７２】
また、配線導体７ｄ，７ｅに電圧を印加すると、固定電極１２と第３の電極１３との間には、これらの電極１２，１３の距離に応じて静電容量が発生する。そして、外部の圧力が変化して、第１の電極５と第２の電極６との間の距離が変化すると、電極５，６間の静電容量が変化する。また、遠心力が働いて、固定電極１２と第３の電極１３との間の距離が変化すると、電極１２，１３間の静電容量が変化する。これらの静電容量の変化を電気信号として、配線導体７ａ，７ｂ，７ｄ，７ｅを介して半導体素子８に伝達し、半導体素子８で演算処理することにより、外部の圧力を検出することができる。例えば、半導体素子８には、静電容量検出回路と、検出した静電容量を圧力に変換および遠心力の働きを検知する処理部とが組み込まれており、半導体素子８は、予め設定された初期状態の圧力状態時および圧力変動時における圧力と静電容量との関係式に基いて演算処理を行い、外部の圧力の大きさを知ることができる。
【００７３】
また、圧力センサは、図１３に示すように、第１の空間Ｓ１あるいは第２の空間Ｓ２から圧力センサの外表面まで延びる空隙部１４を形成しておいても構わない。この圧力センサ用パッケージは、図１３（ｂ）に示すように、使用前に空隙部１４を封止材１５により封止（図１３においては、空隙部１４を開口部にて封止）することにより、第１の空間Ｓ１および第２の空間Ｓ２を密閉された空間とすることができる。例えば、第１の空間Ｓ１および第２の空間Ｓ２を真空状態にすることで、例えば、第１の電極５と第２の電極６との間の誘電率を低くすることもできる。また極端な高圧環境下においての使用が予定される場合は、第１の空間Ｓ１および第２の空間Ｓ２を大気圧よりも十分高くしておくこともでき、さらには必要に応じてヘリウムガス等の好ましいガスを充填しておくこともできる。これにより、空隙部１４が形成されておらず、予め密閉された状態にある圧力センサとは異なり、必要に応じて圧力センサの第１の空間Ｓ１および第２の空間Ｓの状態を変更することができる。
【００７４】
また、圧力センサ用のセラミックグリーンシートを積層した後に高温で焼成する際には、第１の空間Ｓ１および第２の空間Ｓ２と、外部とが連通しているので、各空間Ｓ１，Ｓ２内のガスを外部に放出することができるとともに、外部の気圧と各空間Ｓ１，Ｓ２内の気圧とを近いものとすることができるので、焼成時に各空間Ｓ１，Ｓ２のガスが膨張し、第１のダイアフラム２や第２のダイアフラム３が変形してしまうことを抑制することができる。
【００７５】
なお、封止材１５としては、ガラス、樹脂、ろう材等を用いることができる。封止材１５としてＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を用いる場合には、空隙部１４の周囲の圧力センサの表面に接合用の金属層（図示せず）を設けておき、この金属層を介してろう材を接合することにより空隙部１４を封止することができる。例えば、空隙部１４の開口に沿って圧力センサ表面に金属層を形成しておき、この金属層上にて一定量以上のろう材を溶融させて空隙部１４の開口を封止するようにすれば良い。このような金属層は、上述の配線導体７と同様にタングステン，モリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズ分散剤等を添加混合して得たメタライズペーストをスクリーン印刷法等により圧力センサ用のセラミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、これを圧力センサ用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって空隙部１１の周囲の圧力センサの表面に所定のパターンに形成される。接合用の金属層がタングステンやモリブデンからなる場合、金属層の露出表面には、Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材との接合を良好にするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルメッキ層が被着されていることが好ましい。また、封止材１５としてＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を用いる場合には、封止材１５が酸化腐食することを抑制するために、配線導体７と同様に封止材１５の露出する表面に厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルメッキ層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金メッキ層とが順次被着されていることが好ましい。
【００７６】
また、図１４に示すように、第２のダイアフラム３の上面に枠体１６を形成しておいても構わない。これにより、第２のダイアフラム３が補強され、第２のダイアフラム３が撓んだ際に、破損する可能性を抑制することができる。このような枠体１６は、上述の支持部４と同様に、電気絶縁材料からなる。なお、枠体１６用のセラミックグリーンシートを圧力センサ用のセラミックグリーンシートとともに積層し、これらを高温で焼成することにより、圧力センサと枠体１６とを焼結一体化することができる。この場合、枠体１６の内周の形状は、第２のダイアフラム３の撓み等を考慮して支持部４ｂの内周形状と同形状あるいは支持部４ｂの内周形状よりも大きく形成される。
【００７７】
なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述において、基体１の一方の面に半導体素子８を搭載している圧力センサおよび圧力検出装置について説明をしているが、半導体素子８基体１の一方の面に搭載させていない、すなわち、圧力センサと半導体素子８とを外部電気回路に別々に搭載する圧力センサおよび圧力検出装置であっても構わない。なお、基体１の一方の面に半導体素子８を搭載している場合は、圧力検出装置の小型化や圧力の検出精度等において有効である。また、上述において、基体１、第１のダイアフラム２、第２のダイアフラム３、支持部４等の各部材を焼結一体化して形成しているが、圧力センサの用途によっては、各部材を個々に焼成して形成した後、これらの各部材をろう材やガラス等により接合して第１の空間Ｓ１および第２の空間Ｓ２を形成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の圧力センサの実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】（ａ）は、図１における圧力センサの第１の空間の実施の形態の一例を示す分解平面図、（ｂ）は、図１における圧力センサの第２の空間の実施の形態の一例を示す分解平面図である。
【図４】本発明の圧力センサの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の圧力センサの第１の空間の実施の形態の一例を示す分解平面図、（ｂ）は、本発明の圧力センサの第２の空間の実施の形態の一例を示す分解平面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の圧力センサの第１の空間の実施の形態の一例を示す分解平面図、（ｂ）は、本発明の圧力センサの第２の空間の実施の形態の一例を示す分解平面図である。
【図７】本発明の圧力センサの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の圧力センサの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図９】本発明の圧力センサの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の圧力センサの第２の空間の実施の形態の一例を示す分解平面図である。
【図１１】本発明の圧力センサの第２の空間の実施の形態の一例を示す分解平面図である。
【図１２】本発明の圧力センサの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図１３】本発明の圧力センサの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図１４】本発明の圧力センサの実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１・・・基体
２・・・第１のダイアフラム
３・・・第２のダイアフラム
４、４ａ、４ｂ・・・支持部
５・・・第１の電極
６・・・第２の電極
７・・・配線導体
８・・・半導体素子
９・・・導電性接合材
１０・・・封止樹脂
１１・・・連通穴
Ｓ１・・・第１の空間
Ｓ２・・・第２の空間
【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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【図１３】
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【図１４】
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