[go: up one dir, main page]

JP2005227228A - Diaphragm type sensor - Google Patents

Diaphragm type sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2005227228A
JP2005227228A JP2004038637A JP2004038637A JP2005227228A JP 2005227228 A JP2005227228 A JP 2005227228A JP 2004038637 A JP2004038637 A JP 2004038637A JP 2004038637 A JP2004038637 A JP 2004038637A JP 2005227228 A JP2005227228 A JP 2005227228A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
fixing
fixed
support member
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004038637A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Kani
章 可児
Tsutomu Yamada
努 山田
Asako Hayamizu
麻子 速水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Noritake Co Ltd
Original Assignee
Noritake Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Noritake Co Ltd filed Critical Noritake Co Ltd
Priority to JP2004038637A priority Critical patent/JP2005227228A/en
Publication of JP2005227228A publication Critical patent/JP2005227228A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure capable of forming stably the effective region of a diaphragm in a diaphragm type sensor having a form wherein the diaphragm is bonded to a support part. <P>SOLUTION: A circular support member 14 having a shape unchanged at the melting temperature of a sealing material is provided close to the diaphragm on the end surface thereof, and a fixing layer 16 is formed along its circumference. Hereby, even when the sealing material is melted when forming the fixing layer 16, flowing into the inner circumferential side from the support member 14 is suppressed. Consequently, the effective region of the diaphragm 12 is formed stably inside the inner circumferential edge of the support member 14. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ダイヤフラムの変形に基づいて力学量を検出するダイヤフラム式センサに関する。   The present invention relates to a diaphragm type sensor that detects a mechanical quantity based on deformation of a diaphragm.

ダイヤフラムの専ら厚み方向における変形(或いは変位)を検出し、これを電気信号に変換して出力する形式のダイヤフラム式センサが知られており、例えば、圧力や加速度等の力学量を検出するための圧力センサや加速度センサ等に利用されている。例えば、ダイヤフラムに抵抗体が密着形成され、抵抗体がダイヤフラムの変形に伴って変形させられることにより変化する歪抵抗を測定する形式の歪抵抗式センサや、ダイヤフラムの一面に可動側電極が設けられると共に、その可動側電極に対向して固定側電極が設けられ、その可動側電極がダイヤフラムの変形に伴って変形させられることにより変化する固定側電極との間の静電容量を測定する静電容量式センサが一例である。一般に、前者は圧力センサに利用され、後者は圧力センサおよび加速度センサに利用される。   Diaphragm type sensors that detect deformation (or displacement) exclusively in the thickness direction of the diaphragm, convert it into an electrical signal and output it are known, for example, to detect mechanical quantities such as pressure and acceleration It is used for pressure sensors and acceleration sensors. For example, a resistor is formed in close contact with the diaphragm, and a strain resistance sensor that measures strain resistance that changes when the resistor is deformed as the diaphragm is deformed, or a movable electrode is provided on one surface of the diaphragm. In addition, a fixed side electrode is provided opposite to the movable side electrode, and an electrostatic capacitance is measured for measuring the capacitance between the fixed side electrode and the fixed side electrode that changes when the movable side electrode is deformed along with the deformation of the diaphragm. A capacitive sensor is an example. In general, the former is used for a pressure sensor, and the latter is used for a pressure sensor and an acceleration sensor.

上記のようなダイヤフラム式センサにおいて、ダイヤフラムと固定板上でこれを支持する支持部とを別々の部材に構成し、相互に接合したものが提案されている(例えば特許文献1乃至3等参照)。このような構成によれば、部品点数が増加すると共に部材相互の接合が必要になる点で不利ではあるが、支持体が一体形成されている場合のような肉厚の相違に起因する加工歪みが生じ延いては寸法・形状精度が低下する不都合が抑制されるので、厚み精度が良く検出精度の高いセンサが得られる利点がある。また、構成部材の個々の形状が単純化して製造が容易になるため、全体の製造コストは特に高くならず、却って、単純形状のものは大型化しても高精度で容易に加工し得るため、センサが大面積になるほど製造コストが低下する利点がある。しかも、単純な薄板形状のダイヤフラムはセラミックスのような脆性材料であっても例えば0.2(mm)以下程度まで薄肉化することも可能であるため、小型センサにも容易に対応できる利点がある。
特開5−231974号公報 特開6−66659号公報 特許第2513849号公報
In the diaphragm type sensor as described above, a diaphragm and a support part that supports the diaphragm on a fixed plate are formed as separate members and joined to each other (see, for example, Patent Documents 1 to 3). . Such a configuration is disadvantageous in that the number of parts increases and the members need to be joined to each other, but the processing distortion due to the difference in thickness as in the case where the support is integrally formed. Inconvenience that the dimensional and shape accuracy is lowered due to the occurrence of this is suppressed, so that there is an advantage that a sensor with high thickness accuracy and high detection accuracy can be obtained. In addition, since the individual shapes of the constituent members are simplified and easy to manufacture, the overall manufacturing cost is not particularly high. On the other hand, the simple shape can be easily processed with high accuracy even if the size is increased. There is an advantage that the manufacturing cost decreases as the area of the sensor increases. In addition, a simple thin-plate-shaped diaphragm can be thinned to, for example, about 0.2 (mm) or less, even if it is a brittle material such as ceramics.
JP-A-5-231974 JP-A-6-66659 Japanese Patent No. 2513849

しかしながら、前記のようにダイヤフラムと支持部とが別部材で構成される場合には、例えばろう付け或いはガラスや樹脂等の固着材料によってこれらを相互に接合する。前者は例えばリング状の支持部材をろう材でダイヤフラムおよび固定板に接合するものであるが、接合面が金属であることが必要となるので、ダイヤフラム或いは固定板がセラミックスで構成される場合には、その接合面にメタライズを施さなければならない。そのため、ダイヤフラムおよび固定板の構成材料はろう付けが直接可能な材料かメタライズが容易な材料に限定されると共に、金属の酸化を防止するために還元雰囲気下で加熱する必要があって工程が煩雑になる不都合がある。しかも、ダイヤフラムが金属で構成される場合には、ろう付けすると接合面近傍においてろう材が自由に広がるので、その接合内周縁位置によって決定されるダイヤフラムの有効領域(すなわちダイヤフラム寸法)が所期の寸法および形状で形成されない不都合がある。なお、メタライズが無用な活性金属法と称されるろう付け方法もあるが(例えば特許文献3等を参照)、この場合でも還元雰囲気下の加熱が必須であると共に、接合部の信頼性を通常のろう付け並みに確保することが困難な問題がある。   However, when the diaphragm and the support portion are formed of different members as described above, they are joined to each other by, for example, brazing or a fixing material such as glass or resin. For example, the former is a method of joining a ring-shaped support member to a diaphragm and a fixed plate with a brazing material. However, when the diaphragm or the fixed plate is made of ceramics, the joint surface needs to be made of metal. The joint surface must be metallized. Therefore, the constituent materials of the diaphragm and the fixing plate are limited to materials that can be brazed directly or materials that can be easily metallized, and it is necessary to heat in a reducing atmosphere in order to prevent metal oxidation, and the process is complicated. There is an inconvenience. Moreover, when the diaphragm is made of metal, the brazing material spreads freely in the vicinity of the joint surface when brazed, so that the effective area of the diaphragm (that is, the diaphragm size) determined by the position of the inner periphery of the joint is expected. There is a disadvantage that it is not formed in size and shape. Although there is a brazing method called an active metal method that does not require metallization (see, for example, Patent Document 3), heating in a reducing atmosphere is essential even in this case, and reliability of the joint is usually increased. There is a problem that it is difficult to secure the same level as brazing.

これに対して、後者の固着材料による接合方法では、接合面の制約が少なく且つ酸化雰囲気中で加熱できる利点がある。この接合方法では、例えば球状その他の形状のスペーサやそれよりも小さいフィラーを添加した固着材料を固定板上に塗布し、ダイヤフラムを載せて加圧しつつ加熱してその固着材料を軟化(或いは熔融)させることで相互に接合する。支持部の高さ寸法は、スペーサが含まれる場合にはその大きさで決定され、フィラーが含まれる場合にはこれによって制御される固着材料の流動性延いては変形量で決定される。そのため、加圧による横方向の変形や材料の流動等に起因して支持部内周縁を一定の曲線上に安定して位置させることが一層困難であるので、ダイヤフラムの有効領域が所期の寸法および形状で形成されない不都合があった。   On the other hand, the bonding method using the latter fixing material has an advantage that the bonding surface is less restricted and can be heated in an oxidizing atmosphere. In this joining method, for example, a fixing material to which a spacer having a spherical shape or other shape or a filler smaller than that is added is applied onto a fixing plate, and the fixing material is softened (or melted) by heating while applying a pressure on a diaphragm. To join each other. When the spacer is included, the height of the support portion is determined by the size thereof, and when the filler is included, the height of the supporting portion is determined by the fluidity of the fixing material controlled thereby and the amount of deformation. Therefore, it is more difficult to stably position the inner periphery of the support portion on a certain curve due to lateral deformation due to pressurization, material flow, etc., so that the effective area of the diaphragm has the intended dimensions and There was a disadvantage that it was not formed in a shape.

なお、前記の特許文献1に記載された技術では、上記不都合の対策として固定板の上面に支持部の内周縁に沿って(すなわち電極周縁に沿って)凹溝を形成し、それよりも内周に固着材料が広がることを抑制している。しかしながら、凹溝が存在しないダイヤフラム上においては、固着材料の内周縁位置がダイヤフラムとの濡れ易さや塗布量の分布等に起因してばらつくことになるので、この構造でも安定したダイヤフラム寸法を得ることは困難である。   In the technique described in Patent Document 1, a concave groove is formed on the upper surface of the fixing plate along the inner peripheral edge of the support portion (that is, along the electrode peripheral edge) as a countermeasure against the above inconvenience. This suppresses the spread of the fixing material around the circumference. However, on a diaphragm without a concave groove, the position of the inner peripheral edge of the fixing material varies due to the ease of wetting with the diaphragm and the distribution of the coating amount. It is difficult.

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的は、ダイヤフラムと支持部とが接合される形式のダイヤフラム式センサにおいて、ダイヤフラムの有効領域を安定して形成できる構造を提供することにある。   The present invention has been made in the background of the above circumstances, and its purpose is to provide a structure that can stably form an effective area of a diaphragm in a diaphragm type sensor in which a diaphragm and a support portion are joined. It is to provide.

斯かる目的を達成するため、本発明の要旨とするところは、薄板状のダイヤフラム部材と、そのダイヤフラム部材の一面の周縁部に固着されることによりそのダイヤフラム部材を固定部上で支持する支持部と、測定対象である力学量をそのダイヤフラム部材に伝達するための力学量伝達部とを備え、伝達された力学量に応じたそのダイヤフラム部の厚み方向における変位を検出してその力学量を測定する形式のダイヤフラム式センサであって、前記支持部は、(a)外周部に位置し且つ前記ダイヤフラム部材を前記固定部に固着するための固着材料から成る固着部と、(b)環状を成して前記固着部の内周側に位置し且つ一端面において前記ダイヤフラム部材に密接させられると共に外周面がその固着部に密接させられ且つ前記固着材料の溶融温度でその形状を維持する堰き止め部とを、含むことにある。   In order to achieve such an object, the gist of the present invention is that a thin plate-like diaphragm member and a support portion that supports the diaphragm member on a fixed portion by being fixed to a peripheral portion of one surface of the diaphragm member. And a mechanical quantity transmission unit for transmitting the mechanical quantity to be measured to the diaphragm member, and detecting the displacement in the thickness direction of the diaphragm part according to the transmitted mechanical quantity to measure the mechanical quantity. A diaphragm type sensor of the above type, wherein the support part is (a) a fixing part that is located on the outer peripheral part and is made of a fixing material for fixing the diaphragm member to the fixing part, and (b) an annular shape. Then, it is located on the inner peripheral side of the fixing portion and is brought into intimate contact with the diaphragm member at one end surface, and the outer peripheral surface is in intimate contact with the fixing portion, and the melting temperature of the fixing material And a damming portion for maintaining the shape.

このようにすれば、固着材料の溶融温度では形状の変化しない環状の堰き止め部がその端面においてダイヤフラム部材に密接して設けられ、固着部はその外周に沿って形成されることから、固着部を形成する際に固着材料が熔融させられても、その堰き止め部より内周側に流れ込むことが抑制される。そのため、ダイヤフラム部材の有効領域がその堰き止め部の内周縁より内側に安定して形成されるので、その堰き止め部の寸法および形状精度に応じた高精度の有効領域が得られる。また、この結果、堰き止め部は、ダイヤフラムと固定部との相互間隔を決定するスペーサを兼ねることになる。   In this way, an annular damming portion whose shape does not change at the melting temperature of the fixing material is provided in close contact with the diaphragm member at its end face, and the fixing portion is formed along the outer periphery thereof. Even when the fixing material is melted when forming the, the inflow from the damming portion to the inner peripheral side is suppressed. Therefore, since the effective area of the diaphragm member is stably formed inside the inner peripheral edge of the damming portion, a highly accurate effective area corresponding to the dimension and shape accuracy of the damming portion can be obtained. As a result, the damming portion also serves as a spacer that determines the mutual distance between the diaphragm and the fixed portion.

前記堰き止め部の構成材料は、固着温度において熔融しないものであれば適宜のものを用い得るが、例えば、軟化点が高いガラス材料にセラミック粉体を分散させたものや、高融点金属等が好適に用いられる。   As the constituent material of the damming portion, any material can be used as long as it does not melt at the fixing temperature. For example, a material in which ceramic powder is dispersed in a glass material having a high softening point, a refractory metal, or the like is used. Preferably used.

ここで、好適には、前記ダイヤフラム式センサは、作動流体が蓄えられる圧力室と、その作動流体が出入りする流体出入口とを備え、その圧力室内の流体圧とダイヤフラム部材のその圧力室とは反対側の一面との圧力差に応じてそのダイヤフラム部材が変形させられる圧力センサである。この態様では、上記圧力室および流体出入口が力学量伝達部に相当し、伝達される力学量は流体出入口から圧力室内に導かれる流体圧である。なお、作動流体は測定対象に応じて適宜の液体および気体を用い得る。例えば、測定対象がそれら液体および気体の圧力である場合には、それらが圧力室内を出入りするように構成すればよい。   Here, preferably, the diaphragm type sensor includes a pressure chamber in which the working fluid is stored and a fluid inlet / outlet through which the working fluid enters and exits, and the fluid pressure in the pressure chamber is opposite to the pressure chamber in the diaphragm member. This is a pressure sensor in which the diaphragm member is deformed in accordance with the pressure difference with the one side surface. In this aspect, the pressure chamber and the fluid inlet / outlet correspond to a mechanical quantity transmission unit, and the transmitted mechanical quantity is a fluid pressure guided from the fluid inlet / outlet to the pressure chamber. As the working fluid, an appropriate liquid and gas can be used depending on the measurement target. For example, when the measurement object is the pressure of these liquids and gases, they may be configured to enter and exit the pressure chamber.

また、好適には、前記ダイヤフラム式センサは、前記ダイヤフラム部材の一面に重錘体を備え、その重錘体に作用する加速度に応じてそのダイヤフラム部材が変形させられる加速度センサである。この態様では、上記重錘体が力学量伝達部に相当し、伝達される力学量は重錘体に作用する加速度である。本発明は、このような圧力センサや加速度センサに好適に適用される。上記変形は、主として厚み方向に生じる。   Preferably, the diaphragm sensor is an acceleration sensor that includes a weight body on one surface of the diaphragm member, and the diaphragm member is deformed in accordance with acceleration acting on the weight body. In this aspect, the weight body corresponds to a mechanical quantity transmission unit, and the transmitted mechanical quantity is acceleration acting on the weight body. The present invention is suitably applied to such pressure sensors and acceleration sensors. The deformation mainly occurs in the thickness direction.

また、好適には、前記ダイヤフラム式センサは、前記ダイヤフラム部材の一面に設けられた可動側電極と、その可動側電極に対向して所定の固定部材上に設けられた固定側電極とを備え、ダイヤフラム部材の変形に伴ってその可動側電極が変位させられることにより生ずるそれら可動側電極と固定側電極との間の静電容量の変化に基づいて加速度または圧力を測定する静電容量型センサである。前記の堰き止め部はダイヤフラム部材の固着高さを決定するスペーサとしても機能することから、所期の固着高さが確実に得られるため、静電容量型センサにおいて所期の特性を得ることが一層容易になる。   Preferably, the diaphragm type sensor includes a movable side electrode provided on one surface of the diaphragm member, and a fixed side electrode provided on a predetermined fixed member facing the movable side electrode, A capacitive sensor that measures acceleration or pressure based on the change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode caused by the displacement of the movable electrode along with the deformation of the diaphragm member. is there. The damming portion also functions as a spacer for determining the fixing height of the diaphragm member, so that the desired fixing height can be obtained with certainty. It becomes easier.

また、好適には、前記ダイヤフラム式センサは、前記ダイヤフラム部材の一面に密着形成された抵抗体を備え、ダイヤフラム部材の変形に伴って変形させられるその抵抗体の歪抵抗に基づいて圧力を測定する歪抵抗型センサである。本発明は、このような形式のセンサに好適に適用される。   Preferably, the diaphragm type sensor includes a resistor formed in close contact with one surface of the diaphragm member, and measures the pressure based on the strain resistance of the resistor deformed in accordance with the deformation of the diaphragm member. This is a strain resistance type sensor. The present invention is preferably applied to such a type of sensor.

また、好適には、前記堰き止め部は、前記固定部とは別体に構成され、その堰き止め部の形状が維持される温度で熔融させられる固着材でその固定部に固着されるものである。すなわち、堰き止め部と固定部とは一体形成されても別体形成されてもよいが、その接合はダイヤフラム部材の接合と同時に行うことも容易であるため、別体に形成する方が製造工程が簡単になり、ダイヤフラム部材の有効領域を決定する堰き止め部を高精度で形成し得る。   Preferably, the damming portion is configured separately from the fixing portion, and is fixed to the fixing portion with a fixing material that is melted at a temperature at which the shape of the damming portion is maintained. is there. In other words, the damming portion and the fixing portion may be formed integrally or separately, but the joining can be easily performed simultaneously with the joining of the diaphragm member. Thus, the damming portion that determines the effective area of the diaphragm member can be formed with high accuracy.

また、好適には、前記ダイヤフラム部材は、前記固定部に固着する際に高温になる場合には、その固定部の構成材料に近似した熱膨張係数を有する材料で構成することが好ましい。例えば、固定部が一般にその構成材料として賞用されているアルミナから成る場合には、アルミナの熱膨張係数に近似したものを選択する。例えば、固定部と同材質或いは同程度の熱膨張係数を有するセラミックスや、コバール或いは42合金(すなわちFe-42%Ni合金)等の金属が好適である。一方、ダイヤフラム部材と固定部との固着が例えば200(℃)以下の低温で行われる場合には、熱膨張係数を考慮する必要は無いので、ダイヤフラム部材に任意の材料を用い得る。なお、ダイヤフラム部材をセラミックスで構成することの利点は、高い絶縁性を有することから例えば歪み抵抗回路の形成が容易なことである。また、金属で構成することの利点は、ダイヤフラム部材の形成が容易なことや静電容量型センサの可動電極を兼用できることである。   Preferably, the diaphragm member is made of a material having a thermal expansion coefficient approximate to the constituent material of the fixed portion when the diaphragm member becomes high temperature when fixed to the fixed portion. For example, when the fixing portion is made of alumina, which is generally used as a constituent material, a material that approximates the thermal expansion coefficient of alumina is selected. For example, a metal such as ceramics having the same material as that of the fixed portion or having a thermal expansion coefficient comparable to that of the fixed portion, Kovar or 42 alloy (that is, Fe-42% Ni alloy) is preferable. On the other hand, when the fixing between the diaphragm member and the fixed portion is performed at a low temperature of, for example, 200 (° C.) or less, it is not necessary to consider the thermal expansion coefficient, and any material can be used for the diaphragm member. An advantage of configuring the diaphragm member with ceramics is that, for example, a strain resistance circuit can be easily formed because of having high insulating properties. Further, the advantage of being made of metal is that the diaphragm member can be easily formed and the movable electrode of the capacitive sensor can also be used.

また、ダイヤフラム部材は、金属、セラミックス、半導体等で構成することができる。金属で構成する場合には、加工性がよく且つ耐衝撃性に優れたダイヤフラムが得られる。また、セラミックスで構成する場合には、電気回路形成が容易であると共に高温、磨耗、流体との反応等の耐環境性に優れたダイヤフラムが得られる。また、半導体で構成する場合には、ダイヤフラム、容器、各種回路形成において確立された半導体技術を採用できるので、微細パターン形成や多数同時処理が可能であり、小型センサを容易に製造できる利点がある。なお、ダイヤフラム部材が金属で構成され、且つ前記固着材料がろう材である場合には、前記堰き止め部は、そのろう材に濡れない(すなわち接触角が小さい)材料で構成されることが望ましい。例えば、セラミックスやガラス材料等が好適である。   The diaphragm member can be made of metal, ceramics, semiconductor, or the like. When made of metal, a diaphragm having good workability and excellent impact resistance can be obtained. In the case of using ceramics, it is possible to obtain a diaphragm that can easily form an electric circuit and is excellent in environmental resistance such as high temperature, wear, reaction with a fluid, and the like. In addition, in the case of being composed of semiconductors, it is possible to employ semiconductor technology established in the formation of diaphragms, containers, and various circuits, so that it is possible to form a fine pattern and to process a large number of elements simultaneously, and to easily manufacture a small sensor. . When the diaphragm member is made of metal and the fixing material is a brazing material, the damming portion is preferably made of a material that does not get wet with the brazing material (that is, has a small contact angle). . For example, ceramics and glass materials are suitable.

また、好適には、前記ダイヤフラム部材が金属で構成される場合には、その金属材料は、前記支持部よりも熱膨張係数が大きいものである。このようにすれば、加熱を伴う接合後の冷却過程でダイヤフラム部材に張力が作用することとなるので、圧力や加速度等が作用した場合の変形が一層一様になる利点がある。上記熱膨張係数の相違は、例えば、5×10-7〜30×10-7(/℃)程度が好ましい。これよりも差が小さいと十分な大きさの張力を与えることができず、大きいと変形や破損の原因になる。 Preferably, when the diaphragm member is made of metal, the metal material has a thermal expansion coefficient larger than that of the support portion. In this way, tension is applied to the diaphragm member in the cooling process after joining involving heating, so that there is an advantage that deformation is more uniform when pressure, acceleration, or the like is applied. The difference in thermal expansion coefficient is preferably about 5 × 10 −7 to 30 × 10 −7 (/ ° C.), for example. If the difference is smaller than this, a sufficiently large tension cannot be applied, and if the difference is larger, deformation or breakage is caused.

また、好適には、前記堰き止め部は、前記ダイヤフラム部材を前記固定部に固着する際の温度で軟化しないガラス或いはガラスとセラミック粉体との混合物から成るものである。このような堰き止め部は、ガラス粉体或いはガラスとセラミックスとの混合粉体を、樹脂が溶剤に溶解させられたビヒクルと混練してインクを調製すれば、簡便なスクリーン印刷で形成できる。そのため、精度の高い堰き止め部を容易に形成できる利点がある。特に、ガラスとセラミックスの混合粉体は、熱膨張の調整が容易であると共にガラスの強度アップが可能なことから好ましい。印刷後焼成してガラスを溶融すれば、固定部或いはダイヤフラム部材に堰き止め部が気密に固着形成される。このように印刷等により堰き止め部が形成される場合には、前述したようにダイヤフラム部材および固定部とは別部品に構成する他、それら固定部上或いはダイヤフラム部材上に固着形成することも可能である。このようにすれば、堰き止め部の形成が容易になる。ダイヤフラム部材上に形成する場合には、ダイヤフラムと固定部との接合時における固着材料の流動は固定部上のみで生じ得るため、特に好ましい。   Preferably, the damming portion is made of glass or a mixture of glass and ceramic powder that does not soften at a temperature when the diaphragm member is fixed to the fixing portion. Such a damming portion can be formed by simple screen printing if an ink is prepared by kneading a glass powder or a mixed powder of glass and ceramics with a vehicle in which a resin is dissolved in a solvent. Therefore, there is an advantage that a highly accurate damming portion can be easily formed. In particular, a mixed powder of glass and ceramics is preferable because the thermal expansion can be easily adjusted and the strength of the glass can be increased. If the glass is melted by baking after printing, the damming portion is airtightly fixedly formed on the fixed portion or the diaphragm member. In this way, when the damming portion is formed by printing or the like, as described above, the diaphragm member and the fixed portion can be formed as separate parts, and can be fixedly formed on the fixed portion or the diaphragm member. It is. If it does in this way, formation of a blocking part will become easy. In the case of forming on the diaphragm member, the flow of the fixing material at the time of joining the diaphragm and the fixed portion can be generated only on the fixed portion, which is particularly preferable.

また、前記堰き止め部は、上記のように固定部上或いはダイヤフラム上にパターン形成する他、例えば、固定部やダイヤフラムの一面に機械加工や化学的方法を施すことによって堰き止め部以外の部分を適当な厚さ寸法で除去する加工方法で形成することもできる。   In addition to forming the pattern on the fixed part or the diaphragm as described above, the dam part is formed by machining or a chemical method on one surface of the fixed part or the diaphragm, for example. It can also be formed by a processing method of removing with an appropriate thickness dimension.

また、好適には、前記固着部は、ガラス或いはセラミック粉体が分散されたガラス等から成るものである。このようにすれば、ガラスは気密性に優れ、且つ金属やセラミックスに高い接合力を以て接合させられるので、ダイヤフラム部材が確実に接合されると共に、圧力センサの圧力室をその内側に形成する場合にもその気密性の確保が容易である。   Preferably, the fixing part is made of glass or glass in which ceramic powder is dispersed. In this way, the glass is excellent in air tightness and can be bonded to a metal or ceramic with a high bonding force, so that the diaphragm member can be securely bonded and the pressure chamber of the pressure sensor is formed on the inside thereof. However, it is easy to ensure the airtightness.

また、好適には、前記堰き止め部は、円環状、一層好適には真円環状を成すものである。このようにすれば、ダイヤフラム部材の有効領域が円形を成すので一様に変形させられるため、一層特性の安定したダイヤフラム式センサが得られる。すなわち、堰き止め部は所望とするダイヤフラム部材の有効領域形状に応じて適宜の形状のものを用い得るものであって、例えば角筒状等の適当な閉曲線輪郭形状で構成することもできるが、円環状、特に真円環状が好ましいのである。   Preferably, the damming portion has an annular shape, more preferably a perfect circular shape. In this way, since the effective area of the diaphragm member is circular, it can be uniformly deformed, so that a diaphragm type sensor with more stable characteristics can be obtained. That is, the damming portion can be used in an appropriate shape according to the desired effective area shape of the diaphragm member, and can be configured with an appropriate closed curved contour shape such as a rectangular tube shape, An annular shape, particularly a perfect annular shape is preferred.

また、好適には、前記ダイヤフラム式センサは、圧力センサであり、前記固着部は、前記堰き止め部の外周側において前記ダイヤフラム部材と前記固定部との間を密閉するものである。このようにすれば、圧力センサの圧力室が固着部の内周側に好適に形成される。   Preferably, the diaphragm sensor is a pressure sensor, and the fixing portion seals between the diaphragm member and the fixing portion on the outer peripheral side of the damming portion. In this case, the pressure chamber of the pressure sensor is suitably formed on the inner peripheral side of the fixing portion.

また、好適には、前記固定部と前記ダイヤフラム部材との相互間隔は、前記堰き止め部の外周側においてその内周側よりも大きくされる。このようにすれば、ダイヤフラムの有効領域内において固定部とダイヤフラム部材との相互間隔が小さく設定される場合にも、堰き止め部の外周側における固着部の高さ寸法(固定部からダイヤフラム部材に向かう方向における寸法)を、十分な固着強度や液密性或いは気密性を確保できる大きさにすることができる。例えば、静電容量型センサにおいて固定部およびダイヤフラム部材の対向面にそれぞれ電極が形成される態様では、それらの相互間隔が例えば50(μm)以下と比較的小さくされる場合もあるので、固定部を平坦にしてその相互間隔を全面で一様にすると固着部の高さ寸法の確保が困難になる。上記のようにすれば、このような場合にも適切な高さ寸法を確保することが可能である。上記外周部における相互間隔は、例えば、固定部およびダイヤフラム部材の少なくとも一方(好適には固定部)の対向面を堰き止め部よりも外周においてその内周よりも低くなるように形成することで確保できる。   Preferably, the interval between the fixed portion and the diaphragm member is larger on the outer peripheral side of the damming portion than on the inner peripheral side thereof. In this way, even when the mutual distance between the fixed portion and the diaphragm member is set to be small within the effective area of the diaphragm, the height dimension of the fixing portion on the outer peripheral side of the damming portion (from the fixed portion to the diaphragm member). The dimension in the direction of heading) can be made large enough to secure sufficient fixing strength, liquid tightness or air tightness. For example, in an aspect in which electrodes are formed on the opposing surfaces of the fixed portion and the diaphragm member in the capacitive sensor, the distance between them may be relatively small, for example, 50 (μm) or less. It is difficult to ensure the height dimension of the fixing portion if the distance between them is made flat and the distance between them is made uniform over the entire surface. If it does as mentioned above, it is possible to ensure a suitable height dimension also in such a case. The mutual interval in the outer peripheral portion is ensured by, for example, forming the opposing surface of at least one of the fixing portion and the diaphragm member (preferably the fixing portion) to be lower than the inner periphery at the outer periphery than the damming portion. it can.

また、前記固着部は、前記堰き止め部に密着して形成されることが好ましい。このようにすれば、ダイヤフラム部材の有効領域は、固定部から離隔する変形方向においてはその固着部の内周縁よりも内側になるので、離隔して形成される場合に比較して有効領域の寸法および形状精度が高められる。   Further, it is preferable that the fixing portion is formed in close contact with the damming portion. In this way, the effective area of the diaphragm member is on the inner side of the inner peripheral edge of the fixed portion in the deformation direction away from the fixed portion. And the shape accuracy is increased.

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the drawings are appropriately simplified or modified, and the dimensional ratios, shapes, and the like of the respective parts are not necessarily drawn accurately.

図1は、本発明の一実施例の静電容量型圧力センサ10の構造を模式的に示す断面図であり、図2は、そのII−II視断面図である。これら図1、図2において、ダイヤフラム12は、円環状の支持部材14で支持され、その外周側に形成された固着層16によって円板状の固定板18上に固着されている。また、固定板18およびダイヤフラム12の相対する内面20,22には、例えば円形の固定側電極24および可動側電極26がそれぞれ対向して固着形成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a capacitive pressure sensor 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II. In FIGS. 1 and 2, the diaphragm 12 is supported by an annular support member 14 and fixed to a disk-shaped fixing plate 18 by a fixing layer 16 formed on the outer peripheral side thereof. Further, for example, a circular fixed side electrode 24 and a movable side electrode 26 are fixedly formed on the inner surfaces 20 and 22 of the fixed plate 18 and the diaphragm 12 facing each other.

また、ダイヤフラム12は、例えばアルミナ等のセラミックスで構成されたものであって、例えば、直径が16(mm)程度、厚さ寸法が0.3(mm)程度の平坦且つ一様な厚みの薄板円板である。このダイヤフラム12は、例えば、粉末プレス成形等の適宜の成形方法で作成した板を緻密に焼結させ、両面を平坦且つ平滑に研削加工すること等によって製造される。前記の可動側電極26は、例えばAu等から成るものであって、8(mm)程度の直径と、1(μm)程度の厚さ寸法とを有し、ダイヤフラム内面22上にそれよりも小さい直径でその内周側に厚膜或いは薄膜技術等によって形成されている。   The diaphragm 12 is made of ceramics such as alumina, and is a flat and uniform thin disk having a diameter of about 16 (mm) and a thickness of about 0.3 (mm). It is. The diaphragm 12 is manufactured by, for example, densely sintering a plate prepared by an appropriate forming method such as powder press molding and grinding both surfaces flatly and smoothly. The movable side electrode 26 is made of, for example, Au, and has a diameter of about 8 (mm) and a thickness of about 1 (μm), and is smaller on the inner surface 22 of the diaphragm. The diameter is formed on the inner peripheral side by thick film or thin film technology.

また、上記の支持部材14は、例えば、固着工程温度で軟化しないガラス或いはガラスとセラミックスとの混合体から成るものであって、例えば、9(mm)程度の内径と、ダイヤフラム12の直径よりも十分に小さい10(mm)程度の外径と、0.1(mm)程度の厚さ寸法(高さ寸法)とを有している。この厚さ寸法は、固定側電極24および可動側電極26の相互間隔を決定するものであって、検出しようとする圧力に応じて定められており、例えば10(μm)程度の微少な値にも設定され得る。また、この支持部材14の構成材料は、固着層16の構成材料(例えば後述するガラス材料)の熔融温度においてその寸法および形状を維持し得るものが選ばれている。また、前記の可動側電極26の直径は、この支持部材14の内径よりも十分に小さくなるように定められている。本実施例においては、この支持部材14が堰き止め部に相当する。   The support member 14 is made of, for example, glass that does not soften at the fixing process temperature or a mixture of glass and ceramics. For example, the support member 14 has an inner diameter of about 9 (mm) and a diameter of the diaphragm 12. It has a sufficiently small outer diameter of about 10 (mm) and a thickness dimension (height dimension) of about 0.1 (mm). This thickness dimension determines the mutual interval between the fixed side electrode 24 and the movable side electrode 26, and is determined according to the pressure to be detected. For example, the thickness dimension is as small as about 10 (μm). Can also be set. Further, as the constituent material of the support member 14, a material capable of maintaining the size and shape at the melting temperature of the constituent material of the fixing layer 16 (for example, a glass material described later) is selected. Further, the diameter of the movable electrode 26 is determined so as to be sufficiently smaller than the inner diameter of the support member 14. In this embodiment, the support member 14 corresponds to a damming portion.

また、前記固定板18は、例えばアルミナ等から成るものであって、例えばダイヤフラム12と同程度の直径と、4(mm)程度の厚さ寸法とを備えている。また、前記の固定側電極24は、Au膜等から成るものであって、固定板内面20上に可動側電極26と同一の面積および厚さ寸法で同軸に形成されている。   The fixing plate 18 is made of alumina or the like, for example, and has a diameter approximately the same as that of the diaphragm 12 and a thickness dimension of approximately 4 (mm). The fixed side electrode 24 is made of an Au film or the like, and is coaxially formed on the inner surface 20 of the fixed plate with the same area and thickness as the movable side electrode 26.

このようなダイヤフラム12、固定板18、および支持部材14に囲まれた円板状(或いは円柱状)の空間28は、気体や液体等の作動流体が蓄えられる圧力室であって、ダイヤフラム12は、その圧力室28内の作動流体圧とダイヤフラム12の外部の圧力(例えば気圧)との差圧に応じて図1における上方或いは下方(すなわち固定側電極24に接近する方向または離隔する方向)に撓み変形させられる。上記の固着層16は、ダイヤフラム12および固定板18を外周縁部において相互にその作動流体が漏れ出ない程度の気密或いは液密に固着するものである。すなわち、厳密に言えば、圧力室28はその固着層16の内周縁の内側に形成されている。また、上記の固定板18の中央部には、その厚み方向に貫通する例えば直径2(mm)程度の作動流体出入口30が備えられており、圧力室28内の圧力は、測定対象となる作動流体或いは測定対象の圧力変化に対応して圧力が変化する作動流体が流入させられることにより高められる一方、その作動流体が流出させられることによって低められる。本実施例においては、固定板18が固定部に相当し、圧力室28および作動流体出入口30が力学量伝達部を構成している。   A disk-shaped (or columnar) space 28 surrounded by the diaphragm 12, the fixed plate 18, and the support member 14 is a pressure chamber in which a working fluid such as gas or liquid is stored. , Upward or downward in FIG. 1 (that is, a direction approaching or separating from the fixed electrode 24) in accordance with a differential pressure between the working fluid pressure in the pressure chamber 28 and the pressure outside the diaphragm 12 (for example, atmospheric pressure). It can be bent and deformed. The fixing layer 16 fixes the diaphragm 12 and the fixing plate 18 in an air-tight or liquid-tight manner so that the working fluid does not leak to each other at the outer peripheral edge. That is, strictly speaking, the pressure chamber 28 is formed inside the inner peripheral edge of the fixed layer 16. Further, a working fluid inlet / outlet 30 having a diameter of about 2 (mm), for example, penetrating in the thickness direction is provided in the central portion of the fixing plate 18, and the pressure in the pressure chamber 28 is an operation to be measured. It is raised by flowing in a working fluid whose pressure changes in response to a change in the fluid or pressure of the measurement object, while it is lowered by letting out the working fluid. In the present embodiment, the fixed plate 18 corresponds to a fixed portion, and the pressure chamber 28 and the working fluid inlet / outlet 30 constitute a dynamic quantity transmitting portion.

なお、ダイヤフラム12は、支持部材14がその内周側に位置させられていることから、その支持部材14の内周縁32よりも内周側の部分のみが上記の圧力変化に応じて撓み変形させられる。そのため、本実施例において、ダイヤフラム12の有効領域はこの支持部材内周縁32よりも内側の範囲であり、可動側電極26はその有効領域内に形成されているのである。また、固定側電極24および可動側電極26は、それぞれ図示しない取出し端子を介して、圧力室28の外側に備えられた配線に接続されている。   In addition, since the support member 14 is positioned on the inner peripheral side of the diaphragm 12, only the inner peripheral side portion of the support member 14 is bent and deformed according to the pressure change. It is done. Therefore, in this embodiment, the effective area of the diaphragm 12 is a range inside the support member inner peripheral edge 32, and the movable electrode 26 is formed in the effective area. Further, the fixed side electrode 24 and the movable side electrode 26 are respectively connected to wirings provided outside the pressure chamber 28 via extraction terminals (not shown).

また、前記の固着層16は、例えばSiO2-B2O3-PbO系等のガラス或いはそれらガラスとアルミナ等のセラミックス粉体との混合材料から成るものであって、例えば、図3(a)、(b)に接合工程の実施状態を模式的に示すように、ダイヤフラム12および固定板18間に介在させられた状態で熔融させられることにより、これらを固着したものである。図3(a)において、固定板18上の所定位置に支持部材14が固定或いは適当な位置決め方法を用いて配置されており、その外周側に固着層16を形成するためのガラス封着材34が例えば塗着されている。ガラス封着材34は、支持部材14よりも僅かに上側に盛り上がって設けられており、図3(b)に示すように、その上にダイヤフラム12が載置される。この状態で封着材34の種類に応じて定められる所定温度まで加熱することによりこれを熔融させると、流動性および粘着性が増したガラスが固定部材18およびダイヤフラム12上で広がりつつこれに固着され、ダイヤフラム12が固定部材18に接合される。 The fixed layer 16 is made of, for example, SiO 2 —B 2 O 3 —PbO-based glass or a mixed material of such glass and ceramic powder such as alumina. For example, FIG. ) And (b), as schematically shown in the implementation state of the joining process, these are fixed by being melted while being interposed between the diaphragm 12 and the fixed plate 18. In FIG. 3A, the support member 14 is fixed at a predetermined position on the fixing plate 18 or is arranged by using an appropriate positioning method, and a glass sealing material 34 for forming the fixing layer 16 on the outer peripheral side thereof. Is applied, for example. The glass sealing material 34 is provided so as to rise slightly above the support member 14, and the diaphragm 12 is placed thereon as shown in FIG. 3 (b). When this is melted by heating to a predetermined temperature determined according to the type of the sealing material 34 in this state, the glass having increased fluidity and adhesiveness is fixed on the fixing member 18 and the diaphragm 12 while spreading. Then, the diaphragm 12 is joined to the fixing member 18.

この接合過程において、本実施例によれば、熔融させられたガラス(封着材34)は、四方に広がるように流動しようとするが、内周側への流動は支持部材14によって妨げられるため、専ら外周側にのみ広がることとなる。支持部材14は、このように封着材34の内周側への流動を妨げ得るように、ダイヤフラム12の下面22(すなわち圧力室28側の一面)にその端面が密接させられるのである。そのため、固着層16の内周縁は支持部材14の外周縁に沿って形成され、それよりも内周側には広がらない。この結果、ダイヤフラム12の有効領域は支持部材14のみによって決定されており、固着層16が内周側に広がることによる寸法変化や形状変化は何ら生じていない。本実施例においては、この固着層16が固着部に相当し、支持部材14および固着層16によって支持部が構成されており、その支持部は固定板18とは別部材で構成されている。   In this joining process, according to the present embodiment, the melted glass (sealing material 34) tries to flow so as to spread in all directions, but the flow to the inner peripheral side is hindered by the support member 14. , It will spread only to the outer peripheral side. The end surface of the support member 14 is brought into close contact with the lower surface 22 of the diaphragm 12 (that is, one surface on the pressure chamber 28 side) so as to prevent the flow of the sealing material 34 toward the inner peripheral side. Therefore, the inner peripheral edge of the fixing layer 16 is formed along the outer peripheral edge of the support member 14 and does not spread to the inner peripheral side. As a result, the effective area of the diaphragm 12 is determined only by the support member 14, and no dimensional change or shape change due to the fixed layer 16 spreading to the inner peripheral side occurs. In this embodiment, the fixing layer 16 corresponds to a fixing portion, and the supporting member 14 and the fixing layer 16 constitute a supporting portion, and the supporting portion is constituted by a member different from the fixing plate 18.

要するに、本実施例によれば、封着材34の溶融温度では形状の変化しない環状の支持部材14がその端面においてダイヤフラム12に密接して設けられ、固着層16はその外周に沿って形成されることから、固着層16を形成する際に封着材34が熔融させられても、その支持部材14より内周側に流れ込むことが抑制される。そのため、ダイヤフラム12の有効領域がその支持部材14の内周縁より内側に安定して形成されるので、その支持部材14の寸法および形状精度に応じた高精度の有効領域が得られる。また、この結果、支持部材14は、ダイヤフラム12と固定板18との相互間隔を決定するスペーサを兼ねるものとなっている。   In short, according to this embodiment, the annular support member 14 whose shape does not change at the melting temperature of the sealing material 34 is provided in close contact with the diaphragm 12 at its end face, and the fixing layer 16 is formed along the outer periphery thereof. Therefore, even when the sealing material 34 is melted when the fixing layer 16 is formed, it is suppressed from flowing into the inner peripheral side from the support member 14. Therefore, since the effective area of the diaphragm 12 is stably formed inside the inner peripheral edge of the support member 14, a highly accurate effective area corresponding to the size and shape accuracy of the support member 14 can be obtained. As a result, the support member 14 also serves as a spacer that determines the mutual distance between the diaphragm 12 and the fixed plate 18.

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前述した実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。図4に示される圧力センサ36は、ダイヤフラム12の上に有底円筒状を成す電極固定部材38がその開口端面において固着されており、ダイヤフラム12の上面に可動側電極40が、その電極固定部材38の内面に固定側電極42がそれぞれ固着形成されている。電極固定部材38は、例えばアルミナ等から成るものであって、その内側底面は検出しようとする圧力に応じた20(μm)程度の距離だけダイヤフラム12の上面から離隔させられている。なお、この実施例では、固定板18上およびダイヤフラム12の下面に電極は何ら形成されておらず、それらと支持部材14とに囲まれた空間28は、ダイヤフラム12に測定対象圧力を伝達する機能のみを有している。   Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, portions common to the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the pressure sensor 36 shown in FIG. 4, an electrode fixing member 38 having a bottomed cylindrical shape is fixed on the diaphragm 12 at its opening end surface, and a movable side electrode 40 is provided on the upper surface of the diaphragm 12. Fixed side electrodes 42 are respectively fixedly formed on the inner surface of the plate 38. The electrode fixing member 38 is made of, for example, alumina, and the inner bottom surface thereof is separated from the upper surface of the diaphragm 12 by a distance of about 20 (μm) corresponding to the pressure to be detected. In this embodiment, no electrode is formed on the fixed plate 18 and the lower surface of the diaphragm 12, and the space 28 surrounded by them and the support member 14 functions to transmit the pressure to be measured to the diaphragm 12. Have only.

また、電極固定部材38は、その内周縁44が支持部材14の内周縁32よりも十分に外周側に形成されている。そのため、ダイヤフラム12の上面側には堰き止め部として機能するものが何ら設けられていないことから、電極固定部材38の接合端面からはみ出した封着材はそれよりも内周側に広がり得る。しかしながら、ダイヤフラム12の有効領域は最も内周側の固着部分すなわち内周縁32により定められることとなるので、このように構成しても、高精度で有効領域を形成することが可能である。   Further, the inner peripheral edge 44 of the electrode fixing member 38 is formed more sufficiently on the outer peripheral side than the inner peripheral edge 32 of the support member 14. Therefore, since nothing is provided on the upper surface side of the diaphragm 12 as a damming portion, the sealing material that protrudes from the joining end surface of the electrode fixing member 38 can spread to the inner peripheral side. However, since the effective area of the diaphragm 12 is determined by the innermost fixed portion, that is, the inner peripheral edge 32, the effective area can be formed with high accuracy even with this configuration.

図5は、本発明が歪抵抗型圧力センサ46に適用された場合の構成例を示したものであって、図1に対応する図である。図5において、ダイヤフラム12の上面48の適宜の箇所には、ピエゾ抵抗素子50が固着されている。この抵抗素子50は、例えば、厚膜や薄膜等によって構成されるものである。また、抵抗素子50は、図示しない取出電極を介して外部配線に接続され、その抵抗値および抵抗値変化が測定され得るようになっている。ダイヤフラム12が撓み変形させられるとそれに応じた応力が抵抗素子50に作用するので、それら抵抗素子50の抵抗値が変化し、測定された抵抗値変化に基づいて、ダイヤフラム12を撓み変形させた圧力が検出されるのである。   FIG. 5 shows a configuration example when the present invention is applied to the strain resistance type pressure sensor 46, and corresponds to FIG. In FIG. 5, a piezoresistive element 50 is fixed to an appropriate portion of the upper surface 48 of the diaphragm 12. The resistance element 50 is composed of, for example, a thick film or a thin film. Further, the resistance element 50 is connected to an external wiring through a take-out electrode (not shown) so that its resistance value and change in resistance value can be measured. When the diaphragm 12 is bent and deformed, a corresponding stress is applied to the resistance elements 50. Therefore, the resistance values of the resistance elements 50 change, and the pressure at which the diaphragm 12 is bent and deformed based on the measured resistance value change. Is detected.

なお、上述した圧力センサ10,36,46では、固定板18に作動流体出入口30が設けられ、圧力室28が測定圧力検出部として機能するように構成されているが、この作動流体出入口30を設けず圧力室28を閉空間に構成すれば、その圧力を一定に保つことにより基準圧力部として機能させられる。この場合には、ダイヤフラム12の圧力室28とは反対側の一面の圧力変化を検出することになる。   In the pressure sensors 10, 36, and 46 described above, the working fluid inlet / outlet 30 is provided in the fixed plate 18, and the pressure chamber 28 functions as a measurement pressure detection unit. If the pressure chamber 28 is configured as a closed space without being provided, it can function as a reference pressure section by keeping the pressure constant. In this case, a pressure change on one surface of the diaphragm 12 opposite to the pressure chamber 28 is detected.

図6は、本発明が静電容量型の加速度センサ52に適用された構成例を示した図1に対応する図である。図6において、ダイヤフラム12の下方には円環状の固定部材54が配置されており、その環状端面上に支持部材14が配置され、且つその外周側に設けられた固着層16でダイヤフラム12が固定されている。そのため、ダイヤフラム12の下面は開放状態になっており、その下面には、固定部材54の内周面よりも内側位置に例えば円柱状の重錘体56が固着されている。この重錘体56は、測定しようとする加速度の大きさに応じてその大きさや質量等が定められたものである。   FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a configuration example in which the present invention is applied to a capacitance type acceleration sensor 52. In FIG. 6, an annular fixing member 54 is disposed below the diaphragm 12, the supporting member 14 is disposed on the annular end surface, and the diaphragm 12 is fixed by the fixing layer 16 provided on the outer peripheral side thereof. Has been. Therefore, the lower surface of the diaphragm 12 is in an open state, and for example, a cylindrical weight body 56 is fixed to the lower surface of the diaphragm 12 at a position inside the inner peripheral surface of the fixing member 54. The weight body 56 has its size, mass, etc. determined according to the magnitude of acceleration to be measured.

このような加速度センサ52においては、図6における左右方向、例えば水平方向に加速度が生ずると、重錘体56の慣性力によってダイヤフラム12が専ら厚み方向に変形させられるので、可動側電極40および固定側電極42間の静電容量が変化し、発生した加速度が検出される。本発明は、このような加速度センサ52にも利用される。   In such an acceleration sensor 52, when acceleration occurs in the left-right direction in FIG. 6, for example, in the horizontal direction, the diaphragm 12 is exclusively deformed in the thickness direction by the inertial force of the weight body 56. The capacitance between the side electrodes 42 changes, and the generated acceleration is detected. The present invention is also used for such an acceleration sensor 52.

図7は、前記図1に示される圧力センサ10等における支持部の他の構成例を説明するための要部を拡大して示す図である。図7において、この圧力センサ58の固定板60には、内面20側の外周縁部に段部62が形成されている。段部62は、内面20から外周側に向かうに従って急激に厚さ寸法が減じられ、外周面近傍ではその厚さ寸法が略一定となる曲面に形成されている。そのため、ダイヤフラム12が接合された図示の状態において、その外周端縁では内周側よりもダイヤフラム12と固定板60との相互間隔が例えば略2倍程度に拡大されている。そのため、この部分に形成された固着層64は、固定板60が全体に亘って一様な厚さ寸法に形成された場合に比較して略2倍程度の厚さ寸法(高さ寸法)を備えたものとなっている。   FIG. 7 is an enlarged view showing a main part for explaining another example of the structure of the support part in the pressure sensor 10 or the like shown in FIG. In FIG. 7, the fixing plate 60 of the pressure sensor 58 has a stepped portion 62 at the outer peripheral edge portion on the inner surface 20 side. The stepped portion 62 is formed into a curved surface whose thickness dimension is sharply reduced from the inner surface 20 toward the outer peripheral side, and whose thickness dimension is substantially constant in the vicinity of the outer peripheral surface. For this reason, in the illustrated state in which the diaphragm 12 is joined, the distance between the diaphragm 12 and the fixed plate 60 is increased, for example, by about twice as much as the inner peripheral side at the outer peripheral edge. Therefore, the fixing layer 64 formed in this portion has a thickness dimension (height dimension) that is approximately twice that of the case where the fixing plate 60 is formed with a uniform thickness dimension throughout. It has become a preparation.

したがって、このような圧力センサ58によれば、例えば内面20,22の相互間隔が20(μm)程度と極めて小さい場合にも、固着強度や気密性を確保するために必要な封着層厚さが確保される利点がある。すなわち、ガラス封着材による接合では、十分な接着力を発揮するための最適厚みが存在することが知られているが、本実施例によれば、電極間隔と封着厚みとを独立してそれぞれ最適値に設定できるのである。   Therefore, according to such a pressure sensor 58, for example, even when the distance between the inner surfaces 20, 22 is as small as about 20 (μm), the thickness of the sealing layer necessary to ensure the fixing strength and the air tightness. There is an advantage that is secured. That is, it is known that there is an optimum thickness for exhibiting sufficient adhesive force in the bonding with the glass sealing material, but according to the present embodiment, the electrode interval and the sealing thickness are independently set. Each can be set to an optimum value.

図8に示す静電容量型センサ66は、図4、図6に示されるセンサ36,52の左端部の構成が異なる他はそれらと同様に構成されたものである。この実施例においては、前記の電極固定部材38に代えて略平坦な電極固定板68が用いられ、その電極固定板68が支持部材70でダイヤフラム12上に支持された状態で固着層72によって気密に固着されている。これら支持部材70および固着層72は、支持部材14および固着層16と同様に構成されたものである。すなわち、同様な材料で構成され、且つ支持部材70の内径および外径は支持部材14と同一に構成されている。また、支持部材14,70は同軸的に設けられており、それらの内周面は一円筒面上に位置する。   The capacitive sensor 66 shown in FIG. 8 is configured in the same manner as the sensors 36 and 52 shown in FIGS. 4 and 6 except that the configuration of the left end is different. In this embodiment, a substantially flat electrode fixing plate 68 is used in place of the electrode fixing member 38, and the electrode fixing plate 68 is supported on the diaphragm 12 by the support member 70 and is airtight by the fixing layer 72. It is fixed to. The support member 70 and the fixing layer 72 are configured in the same manner as the support member 14 and the fixing layer 16. That is, it is made of the same material, and the inner diameter and the outer diameter of the support member 70 are the same as those of the support member 14. Moreover, the supporting members 14 and 70 are provided coaxially, and those inner peripheral surfaces are located on one cylindrical surface.

そのため、この態様によれば、ダイヤフラム12がその両面において支持部材14,70によって有効領域を高精度に決定されていることから、圧力や加速度の増減に伴って上下両面の何れにも撓み変形させられ得る場合において、その増減の何れの場合でも同様な測定精度を確保できる利点がある。また、図における上側に撓み変形させられる際には、図4、図6に示される態様ではダイヤフラム12の固着部分の内周縁に応力が集中して支持部材14からの剥離が生じ易いが、本実施例によれば、同程度の内径を有し且つ同軸的に設けられた支持部材14,70で両面が押さえられているので、そのような応力集中が生じても剥離が生じ難い利点がある。すなわち、大きな圧力や加速度が繰り返し作用するような環境下で使用しても長寿命を得ることができる。   Therefore, according to this aspect, since the effective area of the diaphragm 12 is determined with high precision by the support members 14 and 70 on both surfaces thereof, the diaphragm 12 is deformed to be deformed in both the upper and lower surfaces as the pressure and acceleration increase or decrease. If possible, there is an advantage that the same measurement accuracy can be ensured in any case of the increase or decrease. 4 and 6, when concentrated to the upper side in the figure, stress concentrates on the inner peripheral edge of the fixed portion of the diaphragm 12, and peeling from the support member 14 is likely to occur. According to the embodiment, since both surfaces are pressed by the support members 14 and 70 having the same inner diameter and provided coaxially, even if such stress concentration occurs, there is an advantage that peeling does not easily occur. . That is, a long life can be obtained even when used in an environment where a large pressure or acceleration is repeatedly applied.

なお、前述した実施例においては、ダイヤフラム12がアルミナ・セラミックスで構成されていたが、金属材料で構成することもできる。このようにすれば、金属はセラミックスに比べて安価であり、しかも、例えば、0.05(mm)程度の一層薄く且つ高精度のダイヤフラム12を容易に製造し得るので、一層高精度の測定が可能となる利点がある。また、ろう付けによる接合が可能であるため、強度確保が容易な利点もある。但し、歪抵抗型および静電容量型の何れに用いる場合にも、工夫すべき点があるのでこれを説明する。   In the above-described embodiment, the diaphragm 12 is made of alumina / ceramics, but may be made of a metal material. In this way, the metal is cheaper than ceramics, and, for example, the thinner and more accurate diaphragm 12 of about 0.05 (mm) can be easily manufactured, so that more accurate measurement is possible. There are advantages. Further, since joining by brazing is possible, there is an advantage that it is easy to ensure strength. However, there is a point to be devised when using either the strain resistance type or the capacitance type, which will be described.

先ず、金属材料は導電性を有するので、複数個のピエゾ抵抗素子50が形成される歪抵抗型センサにおいては、それらを相互に電気的に絶縁するために抵抗素子50とダイヤフラム12との間を電気的に絶縁する必要がある。この絶縁処理は、例えば、ガラス被覆(琺瑯)等の金属表面処理技術を用い得る。なお、絶縁処理が必要となるのは抵抗素子50の形成面のみであるが、片面だけにガラス膜を形成するとその形成過程では高温の加熱処理が施されることから、熱膨張係数の相違や熱伝導率の相違等に起因してダイヤフラム12に反りが生ずるので、両面に同材料で同様な厚さ寸法のガラス膜を形成し、両面の応力を相殺することが好ましい。また、このようなガラス膜は、金属から成るダイヤフラム12に絶縁性を与えると同時に、その耐環境性を高める利点がある。   First, since the metal material has conductivity, in a strain resistance type sensor in which a plurality of piezoresistive elements 50 are formed, a gap between the resistive element 50 and the diaphragm 12 is used to electrically insulate them from each other. Must be electrically isolated. For this insulation treatment, for example, a metal surface treatment technique such as glass coating (saddle) can be used. Insulating treatment is required only for the surface on which the resistance element 50 is formed. However, if a glass film is formed on only one surface, a high-temperature heat treatment is applied in the formation process, Since the diaphragm 12 is warped due to a difference in thermal conductivity or the like, it is preferable to form a glass film having the same thickness on both sides with the same material to cancel the stresses on both sides. In addition, such a glass film has an advantage of providing insulation to the diaphragm 12 made of metal and at the same time enhancing its environmental resistance.

また、ダイヤフラム12の固定板18或いは固定部材54への接合時にも、前述したように加熱処理が行われるので、支持部材14は、ダイヤフラム12と熱膨張係数の近似する材料で構成することが好ましい。但し、ダイヤフラム12の熱膨張係数が支持部材14の熱膨張係数よりも若干大きくなるようにそれらの構成材料を選択すれば、接合工程の冷却過程でダイヤフラム12に張力が作用することになるため、接合後にダイヤフラム12に緩みが生じず一層好ましい。このような条件を満たす材料としては、例えば、Fe-Ni合金、Fe-Ni-Cr合金、Fe-Ni-Co合金、或いはこれらの系の各種の合金等を挙げることができる。なお、これらの合金は、高温で酸化されることにより変色させられると共に半田付け性が悪化し、また、耐蝕性が比較的低いので、NiやAu等で鍍金処理を施すことが好ましい。但し、ガラス等から成る封着材34との固着部分は、濡れ性を高めるために酸化させる方が好ましい。   Further, since the heat treatment is performed as described above also when the diaphragm 12 is joined to the fixing plate 18 or the fixing member 54, the support member 14 is preferably made of a material whose thermal expansion coefficient approximates that of the diaphragm 12. . However, if those constituent materials are selected so that the thermal expansion coefficient of the diaphragm 12 is slightly larger than the thermal expansion coefficient of the support member 14, the tension acts on the diaphragm 12 in the cooling process of the joining process. It is more preferable that the diaphragm 12 does not loosen after joining. Examples of materials that satisfy such conditions include Fe—Ni alloys, Fe—Ni—Cr alloys, Fe—Ni—Co alloys, and various alloys of these systems. These alloys are discolored by being oxidized at a high temperature, solderability is deteriorated, and corrosion resistance is relatively low. Therefore, it is preferable to perform a plating treatment with Ni, Au, or the like. However, it is preferable to oxidize the portion fixed to the sealing material 34 made of glass or the like in order to improve wettability.

また、金属から成るダイヤフラム12は、静電容量型センサにおいては可動側電極と兼用させることができるので、可動側電極26,40を別途形成する手間が省略できると共に、端子の取出しが容易になる利点がある。但し、電極がダイヤフラム12の撓み変形範囲よりも外側の支持部材14上すなわち電極固定部材38が接合される部分にまで存在することになるので、測定対象物よりも一般に誘電率の大きいその電極固定部材38の容量も計測され、測定感度が低下する問題もある。このような問題は、例えば、以下のような方法で回避し得る。   Further, since the diaphragm 12 made of metal can be used also as the movable side electrode in the capacitance type sensor, the trouble of separately forming the movable side electrodes 26 and 40 can be omitted and the terminal can be easily taken out. There are advantages. However, since the electrode exists on the support member 14 outside the bending deformation range of the diaphragm 12, that is, the portion where the electrode fixing member 38 is joined, the electrode fixing generally having a dielectric constant larger than that of the measurement object. The capacity of the member 38 is also measured, and there is a problem that measurement sensitivity is lowered. Such a problem can be avoided by the following method, for example.

第1の方法は、例えば、可動側電極26と固定側電極24との間隔をできるだけ小さくし、或いは、固定側電極24をできるだけ小面積とすることにより、固定側電極24とダイヤフラム12の接合部分とを結ぶ線が固定板18と成す角度を小さくすることである。   In the first method, for example, the interval between the movable side electrode 26 and the fixed side electrode 24 is made as small as possible, or the fixed side electrode 24 is made as small as possible, thereby joining the fixed side electrode 24 and the diaphragm 12. The angle formed by the line connecting the two and the fixed plate 18 is reduced.

また、第2の方法は、ダイヤフラム12と電極固定部材38との接合部において、そこに存在する金属の面積を小さくするか、電極間距離を大きくすることである。例えば、ダイヤフラム12の周縁部に切欠きや貫通孔等を設けることにより、面積を減少させることが可能であり、ダイヤフラム12の固定側電極24側の一面の外周縁部に凹部を形成すれば、電極間距離を大きくすることができる。   The second method is to reduce the area of the metal present at the junction between the diaphragm 12 and the electrode fixing member 38 or increase the distance between the electrodes. For example, it is possible to reduce the area by providing a notch or a through-hole or the like in the peripheral portion of the diaphragm 12, and if a concave portion is formed in the outer peripheral portion of one surface of the diaphragm 12 on the fixed side electrode 24 side, The distance between the electrodes can be increased.

また、これらの他に、固定側電極24の周囲に補助電極を設けて形成される電界を分離する方法もある。   In addition to these, there is a method of separating an electric field formed by providing an auxiliary electrode around the fixed side electrode 24.

以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail with reference to drawings, this invention can be implemented also in another aspect, A various change can be added in the range which does not deviate from the main point.

本発明の一実施例の圧力センサの断面構造を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the cross-section of the pressure sensor of one Example of this invention. 図1の圧力センサのII−II視断面図である。It is II-II sectional view taken on the line of the pressure sensor of FIG. (a),(b)は図1の圧力センサの製造工程の要部である接合工程を説明する図である。(a), (b) is a figure explaining the joining process which is the principal part of the manufacturing process of the pressure sensor of FIG. 本発明の他の実施例の静電容量型圧力センサの断面構造を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the cross-sectional structure of the capacitive pressure sensor of the other Example of this invention. 本発明の更に他の実施例の歪み抵抗式圧力センサの断面構造を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the cross-section of the strain resistance type pressure sensor of other Example of this invention. 本発明の更に他の実施例の静電容量型加速度センサの断面構造を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the cross-sectional structure of the electrostatic capacitance type acceleration sensor of other Example of this invention. 本発明の更に他の実施例の静電容量型センサの断面構造の要部を説明する図である。It is a figure explaining the principal part of the cross-sectional structure of the electrostatic capacitance type sensor of other Example of this invention. 本発明の更に他の実施例の静電容量型センサの断面構造の要部を説明する図である。It is a figure explaining the principal part of the cross-sectional structure of the electrostatic capacitance type sensor of other Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10:静電容量型圧力センサ、12:ダイヤフラム、14:支持部材、16:固着層、18:固定板、28:圧力室 10: Capacitance type pressure sensor, 12: Diaphragm, 14: Support member, 16: Adhering layer, 18: Fixed plate, 28: Pressure chamber

Claims (1)

薄板状のダイヤフラム部材と、そのダイヤフラム部材の一面の周縁部に固着されることによりそのダイヤフラム部材を固定部上で支持する支持部と、測定対象である力学量をそのダイヤフラム部材に伝達するための力学量伝達部とを備え、伝達された力学量に応じたそのダイヤフラム部の厚み方向における変位を検出してその力学量を測定する形式のダイヤフラム式センサであって、前記支持部は、
外周部に位置し且つ前記ダイヤフラム部材を前記固定部に固着するための固着材料から成る固着部と、
環状を成して前記固着部の内周側に位置し且つ一端面において前記ダイヤフラム部材に密接させられると共に外周面がその固着部に密接させられ且つ前記固着材料の溶融温度でその形状を維持する堰き止め部と
を、含むことを特徴とするダイヤフラム式センサ。
A thin plate-shaped diaphragm member, a support portion that supports the diaphragm member on a fixed portion by being fixed to a peripheral portion of one surface of the diaphragm member, and a mechanical amount to be measured is transmitted to the diaphragm member A diaphragm type sensor that detects a displacement in the thickness direction of the diaphragm portion in accordance with the transmitted mechanical quantity and measures the mechanical quantity, and the support part includes:
A fixing portion that is located on the outer periphery and is made of a fixing material for fixing the diaphragm member to the fixing portion;
It forms an annular shape and is positioned on the inner peripheral side of the fixing portion and is brought into close contact with the diaphragm member at one end surface, and the outer peripheral surface is brought into close contact with the fixing portion and maintains its shape at the melting temperature of the fixing material A diaphragm type sensor including a damming portion.
JP2004038637A 2004-02-16 2004-02-16 Diaphragm type sensor Pending JP2005227228A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004038637A JP2005227228A (en) 2004-02-16 2004-02-16 Diaphragm type sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004038637A JP2005227228A (en) 2004-02-16 2004-02-16 Diaphragm type sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005227228A true JP2005227228A (en) 2005-08-25

Family

ID=35002043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004038637A Pending JP2005227228A (en) 2004-02-16 2004-02-16 Diaphragm type sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005227228A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016058744A1 (en) * 2014-10-14 2016-04-21 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Pressure sensor
JP2016156731A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 株式会社アルバック Diaphragm vacuum gauge, and manufacturing method of the same
CN111517457A (en) * 2020-03-24 2020-08-11 北京华科仪科技股份有限公司 Rotating disc type biological reaction device, operation method thereof, operation device, computer readable storage medium and terminal equipment

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016058744A1 (en) * 2014-10-14 2016-04-21 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Pressure sensor
JP2016156731A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 株式会社アルバック Diaphragm vacuum gauge, and manufacturing method of the same
CN111517457A (en) * 2020-03-24 2020-08-11 北京华科仪科技股份有限公司 Rotating disc type biological reaction device, operation method thereof, operation device, computer readable storage medium and terminal equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2120117C1 (en) Capacitive pressure transducer positioned on support (variants), voltage reducing support and method of anode coupling of two plates
US7216547B1 (en) Pressure sensor with silicon frit bonded cap
US9541461B2 (en) Ceramic pressure sensor and method for production thereof
EP1333255B1 (en) Flow sensor
US7191661B2 (en) Capacitive pressure sensor
JP6103661B2 (en) Mechanical quantity measuring device
CN103674408A (en) Hermetically glass sealed pressure sensor
JP2007132946A (en) Pressure sensor housing and configuration
US20180238757A1 (en) Capacitive pressure sensor
US20160041054A1 (en) Mechanische Stabilisierung und elektrische sowie hydraulische Adaptierung eines Silizium Chips durch Keramiken
US20250116540A1 (en) Temperature-pressure sensor
CN110418951A (en) Differential pressure sensor chip, differential pressure transmitter and manufacturing method of differential pressure sensor chip
JP2011169778A (en) Thermal conductivity detector
JP5889540B2 (en) Pressure sensor
JP2005227228A (en) Diaphragm type sensor
JPH10148593A (en) Pressure sensor and capacitance type pressure sensor chip
JP5718140B2 (en) Pressure sensor
JP2005337774A (en) Capacitance sensor
JP2009047591A (en) Angular velocity sensor and its manufacturing method
JP5743852B2 (en) Pressure detection device package and pressure detection device
JPS61272623A (en) capacitive pressure sensor
CN117191231B (en) Ceramic pressure sensor and method for manufacturing the same
EP4235132A1 (en) Pressure and temperature sensor
WO2019150750A1 (en) Pressure sensor and production method therefor
CN117968926A (en) Pressure sensor, pressure detection assembly, and pressure sensor manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060926

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090304

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090310

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091020