JPH0875582A - Electrostatic capacitance type pressure sensor, pressure measurement method, and blood pressure meter - Google Patents
Electrostatic capacitance type pressure sensor, pressure measurement method, and blood pressure meterInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は静電容量型圧力センサ及
び圧力測定方法並びに血圧計に関する。具体的には、血
圧計やガスメータ等に使用される流体の圧力を測定する
静電容量型圧力センサ及び静電容量型圧力センサを用い
た圧力測定方法並びに血圧計に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type pressure sensor, a pressure measuring method and a sphygmomanometer. Specifically, the present invention relates to a capacitance-type pressure sensor for measuring the pressure of a fluid used in a sphygmomanometer, a gas meter, etc., a pressure measuring method using the capacitance-type pressure sensor, and a sphygmomanometer.
【0002】[0002]
【従来の技術】図7(a)(b)はそれぞれ従来例の圧
力センサDを示す分解斜視図及び断面図である。圧力セ
ンサDは、角枠状をしたフレーム51にダイアフラム5
2が支持されており、ダイアフラム52及びフレーム5
1はシリコンウエハをエッチングすることにより一体と
して形成されている。ダイアフラム52の上面には可動
電極53が形成されており、フレーム51上面の電極パ
ッド54に電気的に接続されている。又、フレーム51
の上面にはガラス製のカバー55が重ねられその周辺部
をフレーム51に陽極接合されている。カバー55の内
面にはダイアフラム52がその厚さ方向に自由に弾性変
形できるように窪み56が形成されており、窪み56の
内面には可動電極53と微小なギャップを隔てて固定電
極57が形成されている。固定電極57はフレーム51
とカバー55との接合によって、カバー55内面に設け
られた接続配線58がフレーム51上面の引出し線59
に圧着されてフレーム51上面の別な電極パッド60に
電気的に接続されている。2. Description of the Related Art FIGS. 7A and 7B are an exploded perspective view and a sectional view showing a pressure sensor D of a conventional example, respectively. The pressure sensor D includes a frame 51 having a rectangular frame shape and a diaphragm 5
2 is supported, the diaphragm 52 and the frame 5
1 is integrally formed by etching a silicon wafer. A movable electrode 53 is formed on the upper surface of the diaphragm 52, and is electrically connected to an electrode pad 54 on the upper surface of the frame 51. Also, the frame 51
A glass cover 55 is superposed on the upper surface of, and its peripheral portion is anodically bonded to the frame 51. A recess 56 is formed on the inner surface of the cover 55 so that the diaphragm 52 can be elastically deformed freely in the thickness direction, and a fixed electrode 57 is formed on the inner surface of the recess 56 with a small gap from the movable electrode 53. Has been done. The fixed electrode 57 is the frame 51
The connection wiring 58 provided on the inner surface of the cover 55 is joined to the lead wire 59 on the upper surface of the frame 51 by joining the cover 55 and the cover 55.
And is electrically connected to another electrode pad 60 on the upper surface of the frame 51.
【0003】カバー55には窪み56内をセンサ外部に
開放するための差圧穴61が開口されており、窪み56
内は大気開放状態となっている。しかして、ダイアフラ
ム52の下面から測定対象たるガス圧(測定圧力)が導
入されると、図7(b)の破線で示すように導入された
ガス圧と大気圧(基準圧力)との差圧に応じてダイアフ
ラム52は窪み56の内面方向に撓む。ダイアフラム5
2が撓むと可動電極53と固定電極57とのギャップが
狭まり、両電極間の静電容量が増加する。したがって、
この静電容量の増加量を電極パッド54,60に接続さ
れた検知回路(図示せず)で検知することにより、印加
されたガス圧(基準圧力との差圧)を知ることができ
る。A differential pressure hole 61 for opening the inside of the recess 56 to the outside of the sensor is opened in the cover 55.
The inside is open to the atmosphere. Then, when the gas pressure (measurement pressure) to be measured is introduced from the lower surface of the diaphragm 52, the differential pressure between the introduced gas pressure and the atmospheric pressure (reference pressure) as indicated by the broken line in FIG. 7B. Accordingly, the diaphragm 52 bends toward the inner surface of the recess 56. Diaphragm 5
When 2 bends, the gap between the movable electrode 53 and the fixed electrode 57 narrows, and the capacitance between both electrodes increases. Therefore,
The applied gas pressure (differential pressure from the reference pressure) can be known by detecting the increased amount of the electrostatic capacitance with a detection circuit (not shown) connected to the electrode pads 54 and 60.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この圧
力センサDにあっては測定圧力が導入されるとダイアフ
ラム52は窪み56の内面方向に撓むので、大きな測定
圧力が導入されるとダイアフラム52が大きく撓み、可
動電極53と固定電極57とが接触して短絡してしまう
という問題点があった。この短絡は可動電極53と固定
電極57との間のギャップを大きくすることにより防止
することができるが、ギャップを大きくすると可動電極
53と固定電極57の間の静電容量が小さくなるので感
度が悪くなる。また、感度を維持しようとすれば電極面
積を大きくするとよいが、電極面積を大きくすれば圧力
センサ全体が大きくなってしまうという問題点があっ
た。However, in this pressure sensor D, the diaphragm 52 bends toward the inner surface of the depression 56 when the measurement pressure is introduced, and therefore the diaphragm 52 is deformed when a large measurement pressure is introduced. There is a problem in that the movable electrode 53 and the fixed electrode 57 are largely bent and come into contact with each other to cause a short circuit. This short circuit can be prevented by increasing the gap between the movable electrode 53 and the fixed electrode 57. However, if the gap is increased, the electrostatic capacitance between the movable electrode 53 and the fixed electrode 57 is reduced, so that the sensitivity is reduced. Deteriorate. Further, it is preferable to increase the electrode area in order to maintain the sensitivity, but there is a problem that the entire pressure sensor becomes large if the electrode area is increased.
【0005】また、圧力センサDはシリコンとガラスと
いった線熱膨張率や弾性率の異なる材質のものが張り合
わされているため、陽極接合時の加熱により反りや残留
応力が発生し設計上の静電容量が得られなかったり、温
度変化による直線性が悪いなど圧力センサの温度特性に
悪影響を及ぼしていた。Further, since the pressure sensor D is made of materials such as silicon and glass having different linear thermal expansion coefficients and elastic moduli, the pressure sensor D is warped and residual stress is generated by heating at the time of anodic bonding, and electrostatic discharge by design. The temperature characteristics of the pressure sensor were adversely affected by the inability to obtain the capacity and poor linearity due to temperature change.
【0006】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、上記問題点
を解決することにより、小型でかつ感度や温度特性のよ
い静電容量型圧力センサを提供することにある。The present invention has been made in view of the drawbacks of the above conventional examples, and an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems to provide a small-sized electrostatic capacitance having good sensitivity and temperature characteristics. Type pressure sensor.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の静電容量型圧力
センサは、圧力変化によって撓み量が変化するダイアフ
ラムと、ダイアフラムに形成された可動電極と、可動電
極に対向させた固定電極とを備え、可動電極及び固定電
極間の静電容量から圧力を検出する静電容量型圧力セン
サにおいて、前記可動電極と前記固定電極の間のギャッ
プが広がる方向にダイアフラムを撓ませるように検出圧
力を導入するようにしたことを特徴としている。このと
き、前記可動電極と前記固定電極との間に圧力導入室を
形成することとすればよい。A capacitance type pressure sensor according to the present invention comprises a diaphragm whose amount of deflection changes due to pressure change, a movable electrode formed on the diaphragm, and a fixed electrode opposed to the movable electrode. In the electrostatic capacity type pressure sensor which detects pressure from the electrostatic capacity between the movable electrode and the fixed electrode, the detected pressure is introduced so as to bend the diaphragm in the direction in which the gap between the movable electrode and the fixed electrode widens. It is characterized by doing so. At this time, a pressure introducing chamber may be formed between the movable electrode and the fixed electrode.
【0008】また、前記可動電極と前記固定電極の間の
ギャップ量を、定格圧力印加時におけるダイアフラムの
撓み量よりも小さくするのが好ましい。Further, it is preferable that the gap amount between the movable electrode and the fixed electrode is smaller than the deflection amount of the diaphragm when the rated pressure is applied.
【0009】また、ガラス基板の両面にシリコン基板を
接合した三層構造とし、一方のシリコン基板に前記ダイ
アフラムを設けることができる。It is also possible to have a three-layer structure in which silicon substrates are bonded to both surfaces of a glass substrate, and the diaphragm is provided on one of the silicon substrates.
【0010】さらに、前記可動電極と前記固定電極との
間に検出圧力よりも高い参照圧力を導入するようにして
もよい。Further, a reference pressure higher than the detected pressure may be introduced between the movable electrode and the fixed electrode.
【0011】本発明の圧力測定方法は、圧力変化によっ
て撓み量が変化するダイアフラムと、ダイアフラムに形
成された可動電極と、可動電極に対向させた固定電極と
を備えた静電容量型圧力センサにおいて、前記可動電極
と前記固定電極の間のギャップが広がる方向にダイアフ
ラムを撓ませるように検出圧力を導入し、前記可動電極
と固定電極の間の静電容量の変化に基づいて圧力を検出
することを特徴としている。The pressure measuring method of the present invention is an electrostatic capacitance type pressure sensor having a diaphragm whose flexure amount changes according to pressure change, a movable electrode formed on the diaphragm, and a fixed electrode facing the movable electrode. Introducing a detection pressure so as to bend the diaphragm in a direction in which the gap between the movable electrode and the fixed electrode widens, and detecting the pressure based on a change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode. Is characterized by.
【0012】本発明の血圧計は、上記本発明による静電
容量型圧力センサを用いたことを特徴としている。The sphygmomanometer of the present invention is characterized by using the capacitance type pressure sensor of the present invention.
【0013】[0013]
【作用】本発明の静電容量型圧力センサによれば、可動
電極と固定電極の間のギャップが広がる方向にダイアフ
ラムを撓ませるように検出圧力を導入するようにしてい
るので、大きな検出圧力が導入されたとしても可動電極
と固定電極が短絡することがなく、したがって、圧力セ
ンサの検出範囲を広くすることができる。According to the capacitance type pressure sensor of the present invention, since the detection pressure is introduced so as to bend the diaphragm in the direction in which the gap between the movable electrode and the fixed electrode widens, a large detection pressure is generated. Even if introduced, the movable electrode and the fixed electrode are not short-circuited, so that the detection range of the pressure sensor can be widened.
【0014】このとき、可動電極と固定電極の間のギャ
ップ量を例えば定格圧力印加時におけるダイアフラムの
撓み量よりも小さくしても可動電極と固定電極とが接触
することがないので、従来の静電容量型圧力センサより
も静電容量出力が大きくなり、検出感度を高くすること
ができる。またギャップ量を小さくしているので、圧力
センサを小型化することができる。At this time, even if the amount of the gap between the movable electrode and the fixed electrode is smaller than the amount of deflection of the diaphragm when the rated pressure is applied, the movable electrode and the fixed electrode do not come into contact with each other. The capacitance output is larger than that of the capacitance type pressure sensor, and the detection sensitivity can be increased. Further, since the gap amount is reduced, the pressure sensor can be downsized.
【0015】また、ガラス基板の両面にシリコン基板を
接合した三層構造とし、一方のシリコン基板にダイアフ
ラムを設けることとすれば、陽極接合時に反りや残留応
力が発生しにくい。また、温度変化によってもセンサに
反りが発生したり、ダイアフラムに歪みが発生したりせ
ず、静電容量出力の変化が小さいので、温度特性を良好
にすることができる。また、三層構造としたとしてもダ
イアフラムの撓み量が制限されることもない。さらに
は、圧力センサには反り等が発生しないので、ギャップ
を小さくしても、電極同志が接触する恐れもない。If a silicon substrate is bonded to both surfaces of a glass substrate to form a three-layer structure and one of the silicon substrates is provided with a diaphragm, warpage and residual stress are less likely to occur during anodic bonding. Further, the sensor is not warped or the diaphragm is distorted due to the temperature change, and the change in the capacitance output is small, so that the temperature characteristics can be improved. Further, even if the structure has a three-layer structure, the bending amount of the diaphragm is not limited. Further, since the pressure sensor does not warp or the like, even if the gap is made small, there is no possibility that the electrodes contact each other.
【0016】また、可動電極と固定電極との間に検出圧
力よりも高い大気圧などの参照圧力を導入すれば、検出
圧力が減圧状態などの負圧の場合であっても、前記可動
電極と前記固定電極の間のギャップが広がる方向にダイ
アフラムを撓ませるようにすることができる。Further, by introducing a reference pressure such as an atmospheric pressure higher than the detected pressure between the movable electrode and the fixed electrode, even if the detected pressure is a negative pressure such as a reduced pressure state, the movable electrode and The diaphragm may be bent in a direction in which the gap between the fixed electrodes widens.
【0017】本発明の圧力測定方法によれば、本発明の
静電容量型圧力センサのように可動電極と固定電極との
間のギャップが広がるように検出圧力を導入しているの
で、大きな圧力が導入されたとしても、撓んだダイアフ
ラムが固定電極と接触しない。このため、圧力センサの
検出範囲を広くすることができる。According to the pressure measuring method of the present invention, the detected pressure is introduced so that the gap between the movable electrode and the fixed electrode is widened as in the capacitance type pressure sensor of the present invention, so that a large pressure is applied. , The flexed diaphragm does not contact the fixed electrode. Therefore, the detection range of the pressure sensor can be widened.
【0018】本発明の血圧計によれば、検出感度のよい
本発明の静電容量型圧力センサを用いているので、検出
感度を上げることができる。また、小型の血圧計とする
ことができる。According to the sphygmomanometer of the present invention, since the capacitance type pressure sensor of the present invention having good detection sensitivity is used, the detection sensitivity can be increased. In addition, it can be a small blood pressure monitor.
【0019】[0019]
【実施例】図1に示すものは本発明の一実施例である圧
力センサAを示す一部破断した分解斜視図であって、図
2(a)(b)にその平面図及び断面図を示す。圧力セ
ンサAは、シリコン製の支持基板4にガラス製のカバー
3が重ねられ、カバー3の上にはシリコン製のダイアフ
ラム2が支持されたシリコン製のフレーム1が重ねられ
ている。支持基板4とカバー3との間やカバー3とフレ
ーム1との間はそれぞれ陽極接合によって接合されてお
り、シリコン/ガラス/シリコンの3層構造となってい
る。ダイアフラム2はフレーム1のほぼ中央に配設され
ており、シリコンウエハからフレーム1とともに一体と
して形成されている。ダイアフラム2は図2(c)に示
すように、シリコンウエハの一方の面(図中裏面側)か
らウェットエッチングによって異方性のディープエッチ
ングが施されて矩形状の薄膜部12が形成され、次にも
う一方の面(図中表面側)からRIEやLOCOSなど
のドライエッチングによってシャロウエッチングが施さ
れて円形状の窪み11が形成されることにより、ほぼ円
形状に形成されている。つまり、シリコンウエハを片側
の面から大きな面積で深くエッチングし、その後当該エ
ッチング領域に対向する領域を当該シリコンウエハの反
対側から小さな面積で円形状に浅くエッチングすること
によって、所定の位置に精度よく円形状のダイアフラム
2を形成することができる。このようにして形成された
ダイアフラム2の内面は可動電極5となっており、可動
電極5はフレーム1内面の接続配線(図示せず)とカバ
ー3上面の引出し線6とが圧着されてカバー3上面の電
極パッド7に電気的に接続されている。1 is a partially broken exploded perspective view showing a pressure sensor A according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are a plan view and a sectional view thereof. Show. In the pressure sensor A, a glass cover 3 is stacked on a silicon support substrate 4, and a silicon frame 1 on which a silicon diaphragm 2 is supported is stacked on the cover 3. The support substrate 4 and the cover 3 and the cover 3 and the frame 1 are bonded by anodic bonding, respectively, and have a three-layer structure of silicon / glass / silicon. The diaphragm 2 is disposed in the substantially center of the frame 1, and is integrally formed with the frame 1 from a silicon wafer. As shown in FIG. 2C, the diaphragm 2 is anisotropically deep-etched by wet etching from one surface (back surface side in the drawing) of the silicon wafer to form a rectangular thin film portion 12. The other side (the surface side in the drawing) is subjected to shallow etching by dry etching such as RIE or LOCOS to form a circular recess 11 and is thus formed into a substantially circular shape. That is, a silicon wafer is deeply etched with a large area from one surface, and then a region facing the etching area is shallowly etched into a circular shape with a small area from the opposite side of the silicon wafer, whereby the silicon wafer is accurately positioned at a predetermined position. The circular diaphragm 2 can be formed. The inner surface of the diaphragm 2 thus formed serves as the movable electrode 5, and the movable electrode 5 is formed by crimping the connecting wiring (not shown) on the inner surface of the frame 1 and the lead wire 6 on the upper surface of the cover 3. It is electrically connected to the electrode pad 7 on the upper surface.
【0020】ガラス製のカバー3は、支持基板4の上に
陽極接合された後にその表面が研磨され薄板状に作製さ
れている。カバー3上面には可動電極5と微小なギャッ
プを隔てて固定電極8が形成され、カバー3上面の別な
電極パッド9に電気的に接続されている。The glass cover 3 is formed into a thin plate by anodic bonding on the support substrate 4 and then polishing the surface. A fixed electrode 8 is formed on the upper surface of the cover 3 with a small gap from the movable electrode 5 and is electrically connected to another electrode pad 9 on the upper surface of the cover 3.
【0021】支持基板4及びカバー3には圧力導入口1
0が開口されており、フレーム1とカバー3との間に形
成された窪み11(圧力室)内に、ダイアフラム2の下
面に向けて測定圧力であるガス圧が導入されるようにな
っている。しかして、窪み11内にガス圧が導入される
とダイアフラム2は導入されたガス圧の大きさに比例し
て、ダイアフラム2は可動電極5と固定電極8との間の
ギャップが広がるように撓み、両電極5、8間の静電容
量の大きさが変わる。したがって、この静電容量の変化
を検知することにより導入されたガス圧(差圧)の大き
さを知ることができる。The support substrate 4 and the cover 3 have pressure inlets 1
0 is opened, and a gas pressure, which is a measurement pressure, is introduced toward the lower surface of the diaphragm 2 into a recess 11 (pressure chamber) formed between the frame 1 and the cover 3. . When the gas pressure is introduced into the depression 11, the diaphragm 2 bends in proportion to the magnitude of the introduced gas pressure so that the diaphragm 2 widens the gap between the movable electrode 5 and the fixed electrode 8. , The magnitude of the electrostatic capacitance between both electrodes 5, 8 changes. Therefore, the magnitude of the introduced gas pressure (differential pressure) can be known by detecting the change in the capacitance.
【0022】この圧力センサAあっては、ガス圧はダイ
アフラム2の下面に向けて導入され、両電極5、8間の
ギャップが広がるように構成されている。したがって、
大きな測定圧力を導入したとしても、可動電極5と固定
電極8とが短絡することがなく圧力測定を行なうことが
できる。また、両電極間のギャップ量を小さくすること
ができ、例えば、定格圧力を導入した場合のダイアフラ
ム2の撓み量よりもギャップ量を小さくしておくことに
より、従来の圧力センサDに比べて定格圧力時の静電容
量出力が大きくなり、圧力センサAの検出感度を高くす
ることができる。しかも、電極間のギャップが小さいの
で圧力センサAを小型化することができる。In the pressure sensor A, the gas pressure is introduced toward the lower surface of the diaphragm 2 so that the gap between the electrodes 5 and 8 is widened. Therefore,
Even if a large measurement pressure is introduced, pressure measurement can be performed without short-circuiting the movable electrode 5 and the fixed electrode 8. Further, the gap amount between both electrodes can be reduced, and for example, by setting the gap amount smaller than the deflection amount of the diaphragm 2 when the rated pressure is introduced, the rated pressure can be increased as compared with the conventional pressure sensor D. The capacitance output at the time of pressure increases, and the detection sensitivity of the pressure sensor A can be increased. Moreover, since the gap between the electrodes is small, the pressure sensor A can be downsized.
【0023】さらに薄いカバー3の下面にシリコン製の
支持基板4が接合されシリコン/ガラス/シリコンの3
層構造となっているため、陽極接合時の加熱によっても
線熱膨張率や弾性率などの物性の違いによる反りや残留
応力が小さく、精度よく圧力センサAを作製することが
できる。しかも、温度変化による反りや応力の発生も抑
えられるので、温度特性のよい圧力センサAとすること
ができる。特に、本実施例にあってはカバー3は薄板状
となっているのでシリコンとガラスの物性の違いによる
影響がさらに小さく、より効果的である。A supporting substrate 4 made of silicon is bonded to the lower surface of the thinner cover 3 to form a silicon / glass / silicon 3 layer.
Since it has a layered structure, warpage and residual stress due to differences in physical properties such as the coefficient of linear thermal expansion and elastic modulus are small even by heating during anodic bonding, and the pressure sensor A can be manufactured accurately. In addition, since warpage and stress due to temperature change can be suppressed, the pressure sensor A having good temperature characteristics can be obtained. In particular, in this embodiment, since the cover 3 is in the shape of a thin plate, the influence of the difference in the physical properties of silicon and glass is further reduced, and it is more effective.
【0024】図3に示すものは本発明の別な実施例であ
る圧力センサBを示す断面図である。圧力センサBは上
記実施例と同様にして作製されたダイアフラム2が支持
されたシリコン製のフレーム1と厚板状のガラス製のカ
バー3とが陽極接合されている。ダイアフラム2の下面
には可動電極5が形成されており、カバー3の内面には
可動電極5と対向して微小なギャップを隔てて固定電極
8が形成されている。カバー3には窪み11の端部に位
置するようにして圧力導入口10が設けられ、カバー3
とフレーム1との間に設けられた窪み11内に、ダイア
フラム2の下面に向ってギャップが大きくなるようにガ
ス圧が導入される。このようにフレーム1とカバー3と
を張り合わせたガラス/シリコンの2層構造の圧力セン
サBとすることもできる。FIG. 3 is a sectional view showing a pressure sensor B which is another embodiment of the present invention. In the pressure sensor B, a silicon frame 1 on which a diaphragm 2 manufactured in the same manner as in the above embodiment is supported and a thick plate-shaped glass cover 3 are anodically bonded. A movable electrode 5 is formed on the lower surface of the diaphragm 2, and a fixed electrode 8 is formed on the inner surface of the cover 3 so as to face the movable electrode 5 with a minute gap therebetween. The cover 3 is provided with the pressure introducing port 10 so as to be positioned at the end of the recess 11.
The gas pressure is introduced into the recess 11 provided between the frame 1 and the frame 1 so that the gap increases toward the lower surface of the diaphragm 2. In this way, the pressure sensor B having a two-layer structure of glass / silicon in which the frame 1 and the cover 3 are bonded together can be used.
【0025】また、従来の圧力センサDを用いることに
よっても、可動電極53と固定電極57との間のギャッ
プが広がるようにして圧力を導入することもできる。図
4に示すように、圧力センサDは測定圧力を導入する圧
力導入管15内に配置されており、ダイアフラム52下
面の圧力導入管15の管壁には、ダイアフラム52と対
応する領域に大気導入口16が開口されている。しかし
て、圧力導入管15内に測定圧力であるガス圧が導入さ
れると、可動電極53と固定電極56との間のギャップ
が広がるようにダイアフラム52が撓む。このように、
圧力導入方向を変えることにより従来の圧力センサDに
おいても、大きな圧力まで測定することができる。Further, by using the conventional pressure sensor D, the pressure can be introduced by widening the gap between the movable electrode 53 and the fixed electrode 57. As shown in FIG. 4, the pressure sensor D is disposed in the pressure introducing pipe 15 for introducing the measured pressure, and the atmosphere is introduced into a region corresponding to the diaphragm 52 on the pipe wall of the pressure introducing pipe 15 on the lower surface of the diaphragm 52. The mouth 16 is open. When the gas pressure, which is the measurement pressure, is introduced into the pressure introducing pipe 15, the diaphragm 52 bends so that the gap between the movable electrode 53 and the fixed electrode 56 widens. in this way,
Even with the conventional pressure sensor D, a large pressure can be measured by changing the pressure introduction direction.
【0026】また、真空度の測定など測定圧力が基準と
なる大気圧などの参照圧力よりも負圧の場合には、図5
に示すように窪み56内に測定圧力よりも高い参照圧力
を導入し、ダイアフラム52の下面に向けて測定圧力を
導入するようにすれば、可動電極53と固定電極57と
の間のギャップが広がるようにダイアフラム52を撓ま
せることができる。もちろん、第1の実施例のような構
造をした圧力センサAにあっても、窪み11内に測定圧
力よりも高い参照圧力を導入することによって、負圧測
定することができる。Further, in the case where the measured pressure is a negative pressure than the reference pressure such as the atmospheric pressure, which is the standard, such as the measurement of the degree of vacuum, as shown in FIG.
If a reference pressure higher than the measurement pressure is introduced into the recess 56 and the measurement pressure is introduced toward the lower surface of the diaphragm 52 as shown in, the gap between the movable electrode 53 and the fixed electrode 57 is widened. Thus, the diaphragm 52 can be bent. Of course, even in the pressure sensor A having the structure as in the first embodiment, the negative pressure can be measured by introducing the reference pressure higher than the measured pressure into the recess 11.
【0027】本発明の圧力センサは、血圧計などに用い
ることができる。図6は本発明による血圧計の概略構成
図であって、血圧計Cは本発明による静電容量型圧力セ
ンサ21、カフ22、ポンプ23やCPUからなる制御
部24などから構成されている。カフ22と圧力センサ
21との間は導圧管25で接続されており、導圧管25
にはポンプ23が接続され、ポンプ23からカフ22に
空気を送ることができる。血圧を測定する場合にはま
ず、カフ22を被測定者の上腕部にまきつけ、キーボー
ドなどの入力部26から必要に応じて被測定者の年齢や
性別などを入力し、血圧計Cをスタートする。制御部2
4は入力部26からスタート信号を受信すると、制御弁
28を閉成し、ポンプ23を起動させてカフ22に所定
の圧力になるまで空気を送り出し、上腕部を締め付け
る。カフ22に印加された圧力は圧力センサ21によっ
て常に検知されており、一定の圧力になると制御部24
はポンプ23を停止する。次いで制御部24は制御弁2
8を開成し、徐々にカフ22内の空気を抜いて減圧す
る。このとき、導圧管25を介して圧力センサ21に印
加される圧力は、上腕部を流れる血流の圧力と相まって
周期的に変化しながら小さくなる。したがって、導圧管
25を介して圧力センサ21に印加される圧力の変化を
制御部24で検知することによって、最高血圧や最低血
圧並びに脈拍数を求めることができる。最低血圧が求め
られたら制御部24は制御弁28を全開し、カフ22内
の空気を大気圧まで排出する。求められた最高血圧や最
低血圧などはディスプレイなどからなる出力部27に表
示し、あるいは入力された年齢などを参考にし、必要に
応じて異常値であることなどの注意を促すことができ
る。この血圧計にあっては、圧力センサの検出感度が高
く、小型の血圧計とすることができる。The pressure sensor of the present invention can be used in a blood pressure monitor or the like. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a sphygmomanometer according to the present invention. A sphygmomanometer C is composed of a capacitance type pressure sensor 21, a cuff 22, a pump 23, a control unit 24 including a CPU, and the like according to the present invention. A pressure guiding tube 25 is connected between the cuff 22 and the pressure sensor 21.
A pump 23 is connected to the pump 23, and air can be sent from the pump 23 to the cuff 22. When measuring the blood pressure, first, the cuff 22 is wrapped around the upper arm of the measurement subject, the age and sex of the measurement subject are input from the input unit 26 such as a keyboard as necessary, and the blood pressure monitor C is started. . Control unit 2
When receiving a start signal from the input section 26, the control valve 4 closes the control valve 28, activates the pump 23, sends air to the cuff 22 until a predetermined pressure is reached, and tightens the upper arm portion. The pressure applied to the cuff 22 is always detected by the pressure sensor 21, and when the pressure becomes constant, the control unit 24
Stops the pump 23. Next, the controller 24 controls the control valve 2
8, the air in the cuff 22 is gradually removed to reduce the pressure. At this time, the pressure applied to the pressure sensor 21 via the pressure guiding tube 25 becomes small while changing periodically with the pressure of the blood flow flowing through the upper arm. Therefore, the systolic blood pressure, the diastolic blood pressure, and the pulse rate can be obtained by detecting the change in the pressure applied to the pressure sensor 21 via the pressure guiding tube 25 by the control unit 24. When the minimum blood pressure is obtained, the control unit 24 fully opens the control valve 28 and discharges the air in the cuff 22 to the atmospheric pressure. The obtained systolic blood pressure and diastolic blood pressure are displayed on the output unit 27 including a display or the like, or by referring to the input age or the like, it is possible to call attention to an abnormal value or the like as necessary. In this sphygmomanometer, the detection sensitivity of the pressure sensor is high, and a small sphygmomanometer can be used.
【0028】[0028]
【発明の効果】本発明の静電容量型圧力センサにあって
は、可動電極と固定電極は短絡することがなく、測定圧
力の検出範囲を広くすることができる。また、可動電極
と固定電極の電極間ギャップを小さくすることができ
る。In the capacitance type pressure sensor of the present invention, the movable electrode and the fixed electrode are not short-circuited, and the detection range of the measured pressure can be widened. Also, the gap between the movable electrode and the fixed electrode can be reduced.
【0029】このとき、電極間のギャップ量を例えば定
格圧力印加時におけるダイアフラムの撓み量よりも小さ
くすれば、静電容量出力が大きくなり、検出感度を高く
することができる。また、ギャップ量が小さいので圧力
センサを小型化することができる。At this time, if the gap amount between the electrodes is made smaller than the deflection amount of the diaphragm when the rated pressure is applied, for example, the capacitance output is increased and the detection sensitivity can be increased. Further, since the gap amount is small, the pressure sensor can be downsized.
【0030】また、シリコン/ガラス/シリコンの三層
構造とすることによって、陽極接合時の反りや残留応力
の発生を少なくすることができる。また、温度変化によ
ってに反りが発生したり、ダイアフラムに歪みが発生し
たりしないので、圧力センサの温度特性が良好になる。
しかも、ダイアフラムの撓み量が制限されることもな
く、反り等が発生しないので電極間のギャップを小さく
しても電極同志が接触する恐れもない。Further, the silicon / glass / silicon three-layer structure can reduce the occurrence of warpage and residual stress during anodic bonding. Further, since the warp does not occur due to the temperature change and the diaphragm does not distort, the temperature characteristic of the pressure sensor becomes good.
In addition, the amount of deflection of the diaphragm is not limited, and warpage or the like does not occur. Therefore, even if the gap between the electrodes is reduced, there is no possibility that the electrodes will come into contact with each other.
【0031】本発明の圧力測定方法によれば、本発明の
圧力センサのように可動電極と固定電極との間のギャッ
プが広がるように検出圧力を導入しているので、大きな
圧力が導入されたとしても、撓んだダイアフラムが固定
電極と接触しない。また、大きな負圧であっても、撓ん
だダイアフラムが固定電極と接触しない。このため、圧
力センサの検出範囲を広くすることができる。According to the pressure measuring method of the present invention, since the detected pressure is introduced so that the gap between the movable electrode and the fixed electrode is widened like the pressure sensor of the present invention, a large pressure is introduced. However, the bent diaphragm does not come into contact with the fixed electrode. Further, even if the negative pressure is large, the bent diaphragm does not come into contact with the fixed electrode. Therefore, the detection range of the pressure sensor can be widened.
【0032】したがって、本発明によれば検出感度が高
く、小型の血圧計を提供することができる。Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a small blood pressure monitor with high detection sensitivity.
【図1】本発明の一実施例である静電容量型圧力センサ
を示す一部破断した分解斜視図である。FIG. 1 is a partially broken exploded perspective view showing a capacitance type pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
【図2】(a)は同上の静電容量型圧力センサを示す平
面図、(b)はその断面図、(c)は同上の静電容量型
圧力センサのフレームを示す裏面図である。2A is a plan view showing the same electrostatic pressure sensor, FIG. 2B is a sectional view thereof, and FIG. 2C is a back view showing the frame of the same electrostatic pressure sensor.
【図3】本発明の別な実施例である静電容量型圧力セン
サを示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a capacitance type pressure sensor which is another embodiment of the present invention.
【図4】本発明による圧力測定方法の説明図であるFIG. 4 is an explanatory diagram of a pressure measuring method according to the present invention.
【図5】本発明による別な圧力測定方法の説明図であ
る。FIG. 5 is an explanatory view of another pressure measuring method according to the present invention.
【図6】本発明の血圧計を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a sphygmomanometer of the present invention.
【図7】(a)は従来例である静電容量型圧力センサを
示す分解斜視図、(b)はその断面図である。7A is an exploded perspective view showing a capacitance type pressure sensor as a conventional example, and FIG. 7B is a sectional view thereof.
1 シリコン製のフレーム 2 ダイアフラム 3 ガラス製のカバー 4 シリコン製の支持基板 8 固定電極 10 圧力導入口 11 窪み(圧力室) 1 Silicon Frame 2 Diaphragm 3 Glass Cover 4 Silicon Support Substrate 8 Fixed Electrode 10 Pressure Inlet 11 Cavity (Pressure Chamber)
Claims (7)
アフラムと、ダイアフラムに形成された可動電極と、可
動電極に対向させた固定電極とを備え、可動電極及び固
定電極間の静電容量から圧力を検出する静電容量型圧力
センサにおいて、 前記可動電極と前記固定電極の間のギャップが広がる方
向にダイアフラムを撓ませるように検出圧力を導入する
ようにしたことを特徴とする静電容量型圧力センサ。1. A diaphragm, the amount of flexure of which varies according to pressure change, a movable electrode formed on the diaphragm, and a fixed electrode opposed to the movable electrode, wherein pressure is applied from a capacitance between the movable electrode and the fixed electrode. A capacitance type pressure sensor for detecting, wherein a detection pressure is introduced so as to bend the diaphragm in a direction in which a gap between the movable electrode and the fixed electrode widens. .
力導入室を形成したことを特徴とする請求項1に記載の
静電容量型圧力センサ。2. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein a pressure introducing chamber is formed between the movable electrode and the fixed electrode.
ップ量を、定格圧力印加時におけるダイアフラムの撓み
量よりも小さくしたことを特徴とする請求項1又は2に
記載の静電容量型圧力センサ。3. The capacitance type pressure according to claim 1, wherein a gap amount between the movable electrode and the fixed electrode is smaller than a deflection amount of the diaphragm when a rated pressure is applied. Sensor.
した三層構造とし、一方のシリコン基板に前記ダイアフ
ラムを設けたことを特徴とする請求項1、2又は3に記
載の静電容量型圧力センサ。4. The capacitive pressure according to claim 1, wherein a silicon substrate is bonded to both surfaces of a glass substrate to form a three-layer structure, and the diaphragm is provided on one of the silicon substrates. Sensor.
圧力よりも高い参照圧力を導入するようにしたことを特
徴とする請求項1、3又は4に記載の静電容量型圧力セ
ンサ。5. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein a reference pressure higher than a detected pressure is introduced between the movable electrode and the fixed electrode.
アフラムと、ダイアフラムに形成された可動電極と、可
動電極に対向させた固定電極とを備えた静電容量型圧力
センサにおいて、前記可動電極と前記固定電極の間のギ
ャップが広がる方向にダイアフラムを撓ませるように検
出圧力を導入し、前記可動電極と固定電極の間の静電容
量に基づいて圧力を検出する圧力測定方法。6. A capacitance type pressure sensor comprising a diaphragm, the amount of flexing of which changes according to a pressure change, a movable electrode formed on the diaphragm, and a fixed electrode facing the movable electrode. A pressure measuring method in which a detected pressure is introduced so as to bend the diaphragm in a direction in which the gap between the fixed electrodes widens, and the pressure is detected based on the electrostatic capacitance between the movable electrode and the fixed electrode.
容量型圧力センサを備えたことを特徴とする血圧計。7. A sphygmomanometer comprising the capacitance type pressure sensor according to claim 1, 2, 3, 4 or 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6242069A JPH0875582A (en) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | Electrostatic capacitance type pressure sensor, pressure measurement method, and blood pressure meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6242069A JPH0875582A (en) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | Electrostatic capacitance type pressure sensor, pressure measurement method, and blood pressure meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0875582A true JPH0875582A (en) | 1996-03-22 |
Family
ID=17083826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6242069A Pending JPH0875582A (en) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | Electrostatic capacitance type pressure sensor, pressure measurement method, and blood pressure meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0875582A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005241401A (en) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Kyocera Corp | Package for pressure detection device |
EP1830167A2 (en) | 2006-03-02 | 2007-09-05 | Alps Electric Co., Ltd. | Pressure sensor having gold-silicon eutectic crystal layer interposed between contact layer and silicon substrate |
US7382599B2 (en) | 2005-10-31 | 2008-06-03 | Alps Electric Co., Ltd | Capacitive pressure sensor |
US8435821B2 (en) | 2010-06-18 | 2013-05-07 | General Electric Company | Sensor and method for fabricating the same |
US8569851B2 (en) | 2010-06-18 | 2013-10-29 | General Electric Company | Sensor and method for fabricating the same |
-
1994
- 1994-09-08 JP JP6242069A patent/JPH0875582A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2005241401A (en) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Kyocera Corp | Package for pressure detection device |
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EP1830167A2 (en) | 2006-03-02 | 2007-09-05 | Alps Electric Co., Ltd. | Pressure sensor having gold-silicon eutectic crystal layer interposed between contact layer and silicon substrate |
US7462918B2 (en) | 2006-03-02 | 2008-12-09 | Alps Electric Co., Ltd. | Pressure sensor having gold-silicon eutectic crystal layer interposed between contact layer and silicon substrate |
US8435821B2 (en) | 2010-06-18 | 2013-05-07 | General Electric Company | Sensor and method for fabricating the same |
US8569851B2 (en) | 2010-06-18 | 2013-10-29 | General Electric Company | Sensor and method for fabricating the same |
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