特開 2021-60334 センサ素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-60334(P2021-60334A)

(43)【公開日】2021年4月15日

(54)【発明の名称】センサ素子

(51)【国際特許分類】

   G01L 15/00 20060101AFI20210319BHJP

   G01L 13/00 20060101ALI20210319BHJP

   G01L 9/00 20060101ALI20210319BHJP

【ＦＩ】

   G01L15/00

   G01L13/00 Z

   G01L9/00 303N

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-185768(P2019-185768)

(22)【出願日】2019年10月9日

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】東條 博史

(72)【発明者】

【氏名】米田 雅之

(72)【発明者】

【氏名】徳田 智久

(72)【発明者】

【氏名】津嶋 鮎美

(72)【発明者】

【氏名】木田 のぞみ

【テーマコード（参考）】

2F055

【Ｆターム（参考）】

2F055AA39

2F055BB01

2F055BB05

2F055CC02

2F055DD05

2F055EE14

2F055FF49

2F055GG11

2F055HH05

(57)【要約】

【課題】複数の圧力を同時に計測することができるセンサ素子を提供する。
【解決手段】センサ素子１は、圧力を受けることによりそれぞれ変位するダイアフラム３２，３３と、ダイアフラム３２，３３のそれぞれに同一または異なる圧力を伝達する複数の圧力導入路（貫通孔２１，３７、溝４２および凹陥部４０，４１からなる第１の圧力導入路、貫通孔２０、溝３６および凹陥部３０からなる第２の圧力導入路）とを備える。複数の圧力導入路それぞれには、圧力を伝達することが可能な圧力伝達媒体が満たされ、ダイアフラム３２，３３それぞれには、複数の圧力導入路のうちの一部または全部から圧力が印加される。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧力を受けることによりそれぞれ変位する、複数のダイアフラムと、
複数の前記ダイアフラムのそれぞれに同一または異なる圧力を伝達する複数の圧力導入路と、
対応する前記ダイアフラムの変位に応じた信号をそれぞれ出力する、複数の検出回路と、
を備え、
複数の前記圧力導入路それぞれには、圧力を伝達することが可能な圧力伝達媒体が満たされ、
前記ダイアフラムそれぞれには、複数の前記圧力導入路のうちの一部または全部から圧力が印加される、センサ素子。

【請求項2】

前記ダイアフラムそれぞれは、絶対圧を受けることにより変位し、または、差圧を受けることにより変位する、請求項１に記載のセンサ素子。

【請求項3】

複数の前記ダイアフラムには、絶対圧を受けることにより変位する前記ダイアフラムと、差圧を受けることにより変位する前記ダイアフラムとが、含まれる、請求項２に記載のセンサ素子。

【請求項4】

全ての前記ダイアフラムは、絶対圧を受けることにより変位し、または、差圧を受けることにより変位する、請求項２に記載のセンサ素子。

【請求項5】

前記検出回路それぞれは、絶対圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号、または、差圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号を、出力する、請求項１または２に記載のセンサ素子。

【請求項6】

複数の前記検出回路には、絶対圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号を出力する前記検出回路と、差圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号を出力する前記検出回路とが含まれる、請求項５に記載のセンサ素子。

【請求項7】

全ての前記検出回路は、絶対圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号を出力し、または、差圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号を出力する、請求項５に記載のセンサ素子。

【請求項8】

複数の前記ダイアフラムには、サイズが異なる前記ダイアフラムが含まれる、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ素子。

【請求項9】

全ての前記ダイアフラムのサイズは、同一である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ素子。

【請求項10】

前記圧力導入路、および前記ダイアフラムは、シリコンで形成される、請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンサ素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ素子に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、差圧あるいは圧力を検出する圧力センサとして、感圧部である半導体ダイアフラムにピエゾ抵抗を形成した半導体ピエゾ抵抗式圧力センサが知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１５−５１２０４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば特許文献１には、相対圧センサまたは差圧センサとして機能する微小機械測定素子が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いたとしても、異種または同種の複数の圧力を、同時に計測することはできない。

【0005】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の圧力を同時に計測することができるセンサ素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のセンサ素子は、圧力を受けることによりそれぞれ変位する、複数のダイアフラムと、複数の前記ダイアフラムのそれぞれに同一または異なる圧力を伝達する複数の圧力導入路と、対応する前記ダイアフラムの変位に応じた信号をそれぞれ出力する、複数の検出回路と、を備え、複数の前記圧力導入路それぞれには、圧力を伝達することが可能な圧力伝達媒体が満たされ、前記ダイアフラムそれぞれには、複数の前記圧力導入路のうちの一部または全部から圧力が印加されるものである。
また、本発明のセンサ素子の１構成例において、前記ダイアフラムそれぞれは、絶対圧を受けることにより変位し、または、差圧を受けることにより変位するものである。
また、本発明のセンサ素子の１構成例において、複数の前記ダイアフラムには、絶対圧を受けることにより変位する前記ダイアフラムと、差圧を受けることにより変位する前記ダイアフラムとが、含まれる。
また、本発明のセンサ素子の１構成例において、全ての前記ダイアフラムは、絶対圧を受けることにより変位し、または、差圧を受けることにより変位するものである。

【0007】

また、本発明のセンサ素子の１構成例において、前記検出回路それぞれは、絶対圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号、または、差圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号を、出力するものである。
また、本発明のセンサ素子の１構成例において、複数の前記検出回路には、絶対圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号を出力する前記検出回路と、差圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号を出力する前記検出回路とが含まれる。
また、本発明のセンサ素子の１構成例において、全ての前記検出回路は、絶対圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号を出力し、または、差圧を受けた前記ダイアフラムの変位に応じた信号を出力するものである。
また、本発明のセンサ素子の１構成例において、複数の前記ダイアフラムには、サイズが異なる前記ダイアフラムが含まれる。
また、本発明のセンサ素子の１構成例において、全ての前記ダイアフラムのサイズは、同一である。
また、本発明のセンサ素子の１構成例において、前記圧力導入路、および前記ダイアフラムは、シリコンで形成される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、複数の圧力を同時に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の第１の実施例に係るセンサ素子の平面図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施例に係るセンサ素子の断面図である。

【図3】図３は、本発明の第１の実施例に係るセンサ素子の断面図である。

【図4】図４は、本発明の第２の実施例に係るセンサ素子の平面図である。

【図5】図５は、本発明の第２の実施例に係るセンサ素子の断面図である。

【図6】図６は、本発明の第２の実施例に係るセンサ素子の断面図である。

【図7】図７は、本発明の第３の実施例に係るセンサ素子の平面図である。

【図8】図８は、本発明の第３の実施例に係るセンサ素子の断面図である。

【図9】図９は、本発明の第３の実施例に係るセンサ素子の断面図である。

【図10】図１０は、本発明の第４の実施例に係るセンサ素子の平面図である。

【図11】図１１は、本発明の第４の実施例に係るセンサ素子の断面図である。

【図12】図１２は、本発明の第４の実施例に係るセンサ素子の断面図である。

【図13】図１３は、本発明の第５の実施例に係るセンサ素子の平面図および断面図である。

【図14】図１４は、本発明の第５の実施例に係るセンサ素子の断面図である。

【図15】図１５は、本発明の第５の実施例に係るセンサ素子の断面図である。

【図16】図１６は、本発明の第５の実施例に係るセンサ素子の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係るセンサ素子の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。センサ素子１は、平板状のセンサチップ１０から構成される。センサチップ１０は、ガラスからなる平板状の基台２と、基台２と接合されたシリコンからなる平板状の感圧部材３と、感圧部材３と接合されたシリコンからなる平板状の蓋部材４とから構成される。

【0011】

基台２には、裏面（下面）から表面（上面）まで基台２を貫く圧力導入路となる２つの貫通孔２０，２１が形成されている。
感圧部材３の基台２と向かい合う裏面には、感圧部材３の表面側が残るように裏面側を除去して形成された正方形の２つの凹陥部３０，３１（圧力導入室）が形成されている。感圧部材３の凹陥部３０，３１が形成された領域の表面側に残った部分が、ダイアフラム３２，３３となる。また、感圧部材３の裏面には、一端が凹陥部３０と連通し、基台２と感圧部材３とが接合されたときに他端が貫通孔２０と連通する圧力導入路となる溝３６が形成されている。

【0012】

また、感圧部材３の蓋部材４と向かい合う表面のうち、凹陥部３０，３１の領域の表面側に形成されたダイアフラム３２，３３の周縁部には、例えば不純物拡散またはイオン打ち込みの技術によりピエゾ抵抗素子として機能する歪みゲージ３４−１〜３４−４，３５−１〜３５−４が形成されている。歪みゲージ３４−１〜３４−４は、それぞれ平面視正方形のダイアフラム３２の４辺の中点付近に形成されている。同様に、歪みゲージ３５−１〜３５−４は、それぞれ平面視正方形のダイアフラム３３の４辺の中点付近に形成されている。

【0013】

さらに、感圧部材３には、基台２と感圧部材３とが接合されたときに貫通孔２１と連通する位置に、裏面から表面まで感圧部材３を貫く圧力導入路となる貫通孔３７が形成されている。

【0014】

蓋部材４の感圧部材３と向かい合う裏面には、感圧部材３と蓋部材４とが接合されたときにダイアフラム３２，３３に覆いをする位置に、蓋部材４の表面側が残るように裏面側を除去して形成された正方形の２つの凹陥部４０，４１（圧力導入室）が形成されている。また、蓋部材４の裏面には、一端が凹陥部４０と連通し、他端が凹陥部４１と連通し、感圧部材３と蓋部材４とが接合されたときに中途部分が貫通孔３７と連通する圧力導入路となる溝４２が形成されている。

【0015】

貫通孔２０，２１，３７と凹陥部３０，３１，４０，４１と溝３６，４２とは、エッチング技術によって容易に形成できることは言うまでもない。以降の実施例の貫通孔と凹陥部と溝についても同様にエッチング技術によって容易に形成することができる。

【0016】

貫通孔２１，３７、溝４２および凹陥部４０，４１は、ダイアフラム３２，３３の第１の主面（上面）に第１の圧力を伝達する第１の圧力導入路を構成している。貫通孔２０、溝３６および凹陥部３０は、ダイアフラム３２の第２の主面（下面）に第２の圧力を伝達する第２の圧力導入路を構成している。第１、第２の圧力導入路内には、後述のようにオイルが封入されている。

【0017】

基台２と感圧部材３とは、基台２の貫通孔２０と感圧部材３の溝３６とが連通するように、直接接合によって接合される。
感圧部材３と蓋部材４とは、蓋部材４の凹陥部４０，４１が感圧部材３のダイアフラム３２，３３を覆い、感圧部材３の貫通孔３７と蓋部材４の溝４２とが連通するように、直接接合によって接合される。

【0018】

ダイアフラム３２，３３の上面には、貫通孔２１，３７、溝４２および凹陥部４０，４１を介して第１のオイル（圧力伝達媒体）が到達可能となっている。第１のオイルは、印加された第１の圧力をダイアフラム３２，３３の上面に伝達する。また、ダイアフラム３２の下面には、貫通孔２０、溝３６および凹陥部３０を介して第２のオイル（圧力伝達媒体）が到達可能となっている。第２のオイルは、印加された第２の圧力をダイアフラム３２の下面に伝達する。また、ダイアフラム３３の下面の凹陥部３１は、真空状態で密封されている。

【0019】

蓋部材４の平面形状は感圧部材３の平面形状よりも小さくなっており、感圧部材３の表面が露出するようになっている。図１では図示していないが、感圧部材３の露出した表面に、各歪みゲージ３４−１〜３４−４，３５−１〜３５−４とそれぞれ電気的に接続された８つの電極パッドを形成することで、歪みゲージ３４−１〜３４−４，３５−１〜３５−４を外部の回路と結線できるようになっている。歪みゲージと外部の回路との結線方法は、以降の実施例についても同様である。

【0020】

歪みゲージ３４−１〜３４−４は、外部の回路と共に差圧計測用のホイートストンブリッジ回路、すなわち差圧を受けたダイアフラム３２の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。差圧計測用のホイートストンブリッジ回路により、ダイアフラム３２の上面に印加される第１の圧力とダイアフラム３２の下面に印加される第２の圧力の差圧を計測することができる。

【0021】

歪みゲージ３５−１〜３５−４は、外部の回路と共に絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路、すなわち絶対圧を受けたダイアフラム３３の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路により、ダイアフラム３３の上面に印加される第１の圧力の絶対圧を計測することができる。
なお、ホイートストンブリッジ回路の構成については周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。

【0022】

こうして、本実施例では、差圧と絶対圧とを同時に高感度に計測することができる。また、本実施例では、基台２と感圧部材３と蓋部材４の内部に微細加工技術により圧力導入路と圧力導入室とを形成することにより、圧力導入室（凹陥部３０，３１，４０，４１）のサイズを従来のｍｍオーダーからμｍオーダーに縮小することが可能になる。そして、本実施例では、第１のオイルの導入用の圧力導入路と圧力導入室の体積（貫通孔２１，３７と溝４２と凹陥部４０の合計の体積）と、第２のオイルの導入用の圧力導入路と圧力導入室の体積（貫通孔２０と溝３６と凹陥部３０の合計の体積）との差を従来よりも小さくすることができ、第１のオイルの量と第２のオイルの量の差を小さくすることができるので、温度変化によるオイル膨張・収縮による特性変化（差圧のゼロ点のシフト）を低減することができる。

【0023】

また、本実施例では、隣接する２つのダイアフラム３２，３３を１チップに集積していることで、ダイアフラム３２，３３の感度を揃えることが可能となり、校正を簡略化することができる。

【0024】

［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図４は本発明の第２の実施例に係るセンサ素子の平面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図、図６は図４のＢ−Ｂ線断面図である。本実施例は、２つの差圧を同時に計測するものである。

【0025】

本実施例のセンサ素子１ａは、平板状のセンサチップ１０ａから構成される。センサチップ１０ａは、ガラスからなる平板状の基台２と、基台２と接合されたシリコンからなる平板状の感圧部材３ａと、感圧部材３ａと接合されたシリコンからなる平板状の蓋部材４とから構成される。基台２と蓋部材４については第１の実施例で説明したとおりである。

【0026】

感圧部材３ａには、第１の実施例と同様に、２つの凹陥部３０，３１と２つのダイアフラム３２，３３と８つの歪みゲージ３４−１〜３４−４，３５−１〜３５−４と貫通孔３７とが形成されている。
さらに、感圧部材３ａの裏面には、一端が凹陥部３０と連通し、他端が凹陥部３１と連通し、基台２と感圧部材３ａとが接合されたときに中途部分が貫通孔２０と連通する圧力導入路となる溝３６ａが形成されている。

【0027】

貫通孔２１，３７、溝４２および凹陥部４０，４１は、ダイアフラム３２，３３の第１の主面（上面）に第１の圧力を伝達する第１の圧力導入路を構成している。貫通孔２０、溝３６ａおよび凹陥部３０，３１は、ダイアフラム３２，３３の第２の主面（下面）に第２の圧力を伝達する第２の圧力導入路を構成している。第１、第２の圧力導入路内には、後述のようにオイルが封入されている。

【0028】

基台２と感圧部材３ａとは、基台２の貫通孔２０と感圧部材３ａの溝３６ａとが連通するように、直接接合によって接合される。
感圧部材３ａと蓋部材４とは、蓋部材４の凹陥部４０，４１が感圧部材３ａのダイアフラム３２，３３を覆い、感圧部材３ａの貫通孔３７と蓋部材４の溝４２とが連通するように、直接接合によって接合される。

【0029】

第１の実施例と同様に、ダイアフラム３２，３３の上面には、貫通孔２１，３７、溝４２および凹陥部４０，４１を介して第１のオイル（圧力伝達媒体）が到達可能となっている。第１のオイルは、印加された第１の圧力をダイアフラム３２，３３の上面に伝達する。また、ダイアフラム３２，３３の下面には、貫通孔２０、溝３６ａおよび凹陥部３０，３１を介して第２のオイル（圧力伝達媒体）が到達可能となっている。第２のオイルは、印加された第２の圧力をダイアフラム３２，３３の下面に伝達する。

【0030】

歪みゲージ３４−１〜３４−４は、外部の回路と共に、第１の圧力と第２の圧力の差圧計測用のホイートストンブリッジ回路、すなわち差圧を受けたダイアフラム３２の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。歪みゲージ３５−１〜３５−４は、外部の回路と共に、差圧計測用の別のホイートストンブリッジ回路、すなわち差圧を受けたダイアフラム３３の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。
こうして、本実施例では、第１の実施例と同様に、第１のオイルの量と第２のオイルの量の差を小さくすることができるので、温度変化によるオイル膨張・収縮による特性変化（差圧のゼロ点のシフト）を低減することができる。

【0031】

なお、第１の実施例および本実施例では、ダイアフラム３２，３３のサイズを同一としているが、本実施例では、２つのダイアフラム３２，３３で同一の差圧を計測するので、ダイアフラム３２，３３のサイズを変えて、ダイアフラム３２，３３による差圧の計測の感度を変えるようにしてもよい。

【0032】

［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図７は本発明の第３の実施例に係るセンサ素子の平面図、図８は図７のＡ−Ａ線断面図、図９は図７のＢ−Ｂ線断面図である。本実施例は、２つの差圧を同時に計測する別の例である。

【0033】

本実施例のセンサ素子１ｂは、平板状のセンサチップ１０ｂから構成される。センサチップ１０ｂは、ガラスからなる平板状の基台２と、基台２と接合されたシリコンからなる平板状の感圧部材３ｂと、感圧部材３ｂと接合されたシリコンからなる平板状の蓋部材４ｂとから構成される。基台２については第１の実施例で説明したとおりである。

【0034】

感圧部材３ｂには、第１の実施例と同様に、２つの凹陥部３０，３１と２つのダイアフラム３２，３３と８つの歪みゲージ３４−１〜３４−４，３５−１〜３５−４と貫通孔３７とが形成されている。
また、感圧部材３ｂには、基台２と感圧部材３ｂとが接合されたときに貫通孔２０と連通する位置に、裏面から表面まで感圧部材３ｂを貫く圧力導入路となる貫通孔３８が形成されている。

【0035】

さらに、感圧部材３ｂの裏面には、一端が凹陥部３０と連通し、他端が貫通孔３７と連通する圧力導入路となる溝５０と、一端が凹陥部３１と連通し、他端が貫通孔３８と連通する圧力導入路となる溝５１とが形成されている。このように、２つの溝５０，５１は、一端が異なる凹陥部３０，３１とそれぞれ連通して、他端が異なる貫通孔３７，３８とそれぞれ連通する。

【0036】

蓋部材４ｂには、第１の実施例と同様に、２つの凹陥部４０，４１が形成されている。また、蓋部材４ｂの裏面には、一端が凹陥部４０と連通し、感圧部材３ｂと蓋部材４ｂとが接合されたときに他端が貫通孔３８と連通する圧力導入路となる溝４３と、一端が凹陥部４１と連通し、感圧部材３ｂと蓋部材４ｂとが接合されたときに他端が貫通孔３７と連通する圧力導入路となる溝４４とが形成されている。このように、２つの溝４３，４４は、一端が異なる凹陥部４０，４１とそれぞれ連通して、他端が異なる貫通孔３７，３８とそれぞれ連通する。

【0037】

貫通孔２０，３８、溝４３，５１および凹陥部４０，３１は、ダイアフラム３２の第１の主面（上面）およびダイアフラム３３の第１の主面（下面）に第１の圧力を伝達する第１の圧力導入路を構成している。貫通孔２１，３７、溝４４，５０および凹陥部３０，４１は、ダイアフラム３２の第２の主面（下面）およびダイアフラム３３の第２の主面（上面）に第２の圧力を伝達する第２の圧力導入路を構成している。第１、第２の圧力導入路内には、後述のようにオイルが封入されている。

【0038】

基台２と感圧部材３ｂとは、基台２の貫通孔２０，２１と感圧部材３ｂの貫通孔３８，３７とが連通するように、直接接合によって接合される。
感圧部材３ｂと蓋部材４ｂとは、蓋部材４ｂの凹陥部４０，４１が感圧部材３ｂのダイアフラム３２，３３を覆い、感圧部材３ｂの貫通孔３７と蓋部材４ｂの溝４４とが連通し、感圧部材３ｂの貫通孔３８と蓋部材４ｂの溝４３とが連通するように、直接接合によって接合される。

【0039】

ダイアフラム３２の上面には、貫通孔２０，３８、溝４３および凹陥部４０を介して第１のオイル（圧力伝達媒体）が到達する。ダイアフラム３３の下面には、貫通孔２０、溝５１および凹陥部３１を介して第１のオイルが到達する。第１のオイルは、印加された第１の圧力をダイアフラム３２の上面およびダイアフラム３３の下面に伝達する。

【0040】

また、ダイアフラム３２の下面には、貫通孔２１、溝５０および凹陥部３０を介して第２のオイルが到達する。ダイアフラム３３の上面には、貫通孔２１，３７、溝４４および凹陥部４１を介して第２のオイル（圧力伝達媒体）が到達する。第２のオイルは、印加された第２の圧力をダイアフラム３２の下面およびダイアフラム３３の上面に伝達する。

【0041】

歪みゲージ３４−１〜３４−４は、外部の回路と共に、第１の圧力と第２の圧力の差圧計測用のホイートストンブリッジ回路、すなわち差圧を受けたダイアフラム３２の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。歪みゲージ３５−１〜３５−４は、外部の回路と共に、差圧計測用の別のホイートストンブリッジ回路、、すなわち差圧を受けたダイアフラム３３の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。
こうして、本実施例では、第１の実施例と同様に、第１のオイルの量と第２のオイルの量の差を小さくすることができるので、温度変化によるオイル膨張・収縮による特性変化（差圧のゼロ点のシフト）を低減することができる。

【0042】

本実施例では、ダイアフラム３２，３３のサイズを同一としているが、第２の実施例と同様に、ダイアフラム３２，３３のサイズを変えて、ダイアフラム３２，３３による差圧の計測の感度を変えるようにしてもよい。

【0043】

［第４の実施例］
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図１０は本発明の第４の実施例に係るセンサ素子の平面図、図１１は図１０のＡ−Ａ線断面図、図１２は図１０のＢ−Ｂ線断面図である。本実施例は、絶対圧とゲージ圧を同時に計測するものである。

【0044】

本実施例のセンサ素子１ｃは、平板状のセンサチップ１０ｃから構成される。センサチップ１０ｃは、ガラスからなる平板状の基台２ｃと、基台２ｃと接合されたシリコンからなる平板状の感圧部材３ｃと、感圧部材３ｃと接合されたシリコンからなる平板状の蓋部材４とから構成される。蓋部材４については第１の実施例で説明したとおりである。

【0045】

基台２ｃには、裏面から表面まで基台２ｃを貫く圧力導入路となる貫通孔２１が形成されている。
感圧部材３ｃには、第１の実施例と同様に、２つの凹陥部３０，３１と２つのダイアフラム３２，３３と８つの歪みゲージ３４−１〜３４−４，３５−１〜３５−４と貫通孔３７とが形成されている。
また、感圧部材３ｃの裏面には、一端が凹陥部３１と連通し、他端が感圧部材３ｃの側面に開口する圧力導入路となる溝５２が形成されている。

【0046】

貫通孔２１，３７、溝４２および凹陥部４０，４１は、ダイアフラム３２，３３の第１の主面（上面）に圧力を伝達する第１の圧力導入路を構成している。溝５２と凹陥部３１とは、ダイアフラム３３の第２の主面（下面）に大気圧を導入する第２の圧力導入路を構成している。第１の圧力導入路内には、後述のようにオイルが封入されている。

【0047】

基台２ｃと感圧部材３ｃとは、基台２ｃの貫通孔２１と感圧部材３ｃの貫通孔３７とが連通するように、直接接合によって接合される。
感圧部材３ｃと蓋部材４とは、蓋部材４の凹陥部４０，４１が感圧部材３ｃのダイアフラム３２，３３を覆い、感圧部材３ｃの貫通孔３７と蓋部材４の溝４２とが連通するように、直接接合によって接合される。

【0048】

ダイアフラム３２，３３の上面には、貫通孔２１，３７、溝４２および凹陥部４０，４１を介して第１のオイル（圧力伝達媒体）が到達可能となっている。ダイアフラム３２の下面の凹陥部３０は、真空状態で密封されている。ダイアフラム３３の下面には、溝５２および凹陥部３１を介して大気圧が伝達される。

【0049】

歪みゲージ３４−１〜３４−４は、外部の回路と共に絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路、すなわち絶対圧を受けたダイアフラム３２の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路により、ダイアフラム３２の上面に印加される第１の圧力の絶対圧を計測することができる。

【0050】

歪みゲージ３５−１〜３５−４は、外部の回路と共にゲージ圧計測用のホイートストンブリッジ回路、すなわちゲージ圧を受けたダイアフラム３３の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。ゲージ圧計測用のホイートストンブリッジ回路により、ダイアフラム３３の上面に印加される第１の圧力のゲージ圧を計測することができる。
こうして、本実施例では、絶対圧とゲージ圧を同時に高精度に計測することができる。

【0051】

［第５の実施例］
次に、本発明の第５の実施例について説明する。図１３は本発明の第５の実施例に係るセンサ素子の平面図、図１４は図１３のＡ−Ａ線断面図、図１５は図１３のＢ−Ｂ線断面図、図１６は図１３のＣ−Ｃ線断面図である。本実施例は、４つのダイアフラムを有するものである。

【0052】

本実施例のセンサ素子１ｄは、平板状のセンサチップ１０ｄから構成される。センサチップ１０ｄは、ガラスからなる平板状の基台２ｄと、基台２と接合されたシリコンからなる平板状の感圧部材３ｄと、感圧部材３と接合されたシリコンからなる平板状の蓋部材４ｄとから構成される。

【0053】

基台２ｄには、裏面から表面まで基台２を貫く圧力導入路となる２つの貫通孔２０ｄ，２１ｄが形成されている。
感圧部材３ｄの基台２ｄと向かい合う裏面には、感圧部材３ｄの表面側が残るように裏面側を除去して形成された正方形の４つの凹陥部３０，３１，６０，６１（圧力導入室）が形成されている。感圧部材３ｄの凹陥部３０，３１，６０，６１が形成された領域の表面側に残った部分が、ダイアフラム３２，３３，６２，６３となる。

【0054】

また、感圧部材３ｄの裏面には、一端が凹陥部３０と連通し、他端が凹陥部３１と連通し、基台２ｄと感圧部材３ｄとが接合されたときに中途部分が貫通孔２０ｄと連通する圧力導入路となる溝３６ｄが形成されている。
また、感圧部材３ｄには、基台２ｄと感圧部材３ｄとが接合されたときに貫通孔２１ｄと連通する位置に、裏面から表面まで感圧部材３ｄを貫く圧力導入路となる貫通孔３７ｄが形成されている。

【0055】

さらに、感圧部材３ｄの蓋部材４ｄと向かい合う表面のうち、凹陥部３０，３１，６０，６１の領域の表面側に形成されたダイアフラム３２，３３，６２，６３の周縁部には、例えば不純物拡散またはイオン打ち込みの技術によりピエゾ抵抗素子として機能する歪みゲージ３４−１〜３４−４，３５−１〜３５−４，６４−１〜６４−４，６５−１〜６５−４が形成されている。

【0056】

歪みゲージ３４−１〜３４−４は、それぞれ平面視正方形のダイアフラム３２の４辺の中点付近に形成されている。歪みゲージ３５−１〜３５−４は、それぞれ平面視正方形のダイアフラム３３の４辺の中点付近に形成されている。歪みゲージ６４−１〜６４−４は、それぞれ平面視正方形のダイアフラム６２の４辺の中点付近に形成されている。歪みゲージ６５−１〜６５−４は、それぞれ平面視正方形のダイアフラム６３の４辺の中点付近に形成されている。

【0057】

また、感圧部材３ｄの裏面には、一端が凹陥部６１と連通し、他端が感圧部材３ｄの側面に開口する圧力導入路となる溝５２ｄが形成されている。

【0058】

蓋部材４ｄの感圧部材３ｄと向かい合う裏面には、感圧部材３ｄと蓋部材４ｄとが接合されたときにダイアフラム３２，３３，６２，６３に覆いをする位置に、蓋部材４ｄの表面側が残るように裏面側を除去して形成された正方形の４つの凹陥部４０，４１，７０，７１（圧力導入室）が形成されている。

【0059】

また、蓋部材４ｄの裏面には、中央の分岐点から４つに分岐した形状で、４つの先端がそれぞれ凹陥部４０，４１，７０，７１と連通し、感圧部材３ｄと蓋部材４ｄとが接合されたときに中央の分岐点の部分が貫通孔３７ｄと連通する圧力導入路となる溝４２ｄが形成されている。

【0060】

貫通孔２１ｄ，３７ｄ、溝４２ｄおよび凹陥部４０，４１，７０，７１は、ダイアフラム３２，３３，６２，６３の第１の主面（上面）に第１の圧力を伝達する第１の圧力導入路を構成している。貫通孔２０ｄ、溝３６ｄおよび凹陥部３０，３１は、ダイアフラム３２，３３の第２の主面（下面）に第２の圧力を伝達する第２の圧力導入路を構成している。溝５２ｄと凹陥部６１とは、ダイアフラム６３の第２の主面（下面）に大気圧を導入する第３の圧力導入路を構成している。第１、第２の圧力導入路内には、後述のようにオイルが封入されている。

【0061】

基台２ｄと感圧部材３ｄとは、基台２ｄの貫通孔２０ｄと感圧部材３ｄの溝３６ｄとが連通し、基台２ｄの貫通孔２１ｄと感圧部材３ｄの貫通孔３７ｄとが連通するように、直接接合によって接合される。
感圧部材３ｄと蓋部材４ｄとは、蓋部材４ｄの凹陥部４０，４１，７０，７１が感圧部材３ｄのダイアフラム３２，３３，６２，６３を覆い、感圧部材３ｄの貫通孔３７ｄと蓋部材４ｄの溝４２ｄとが連通するように、直接接合によって接合される。

【0062】

ダイアフラム３２，３３，６２，６３の上面には、貫通孔２１ｄ，３７ｄ、溝４２ｄおよび凹陥部４０，４１，７０，７１を介して第１のオイル（圧力伝達媒体）が到達可能となっている。第１のオイルは、印加された第１の圧力をダイアフラム３２，３３，６２，６３の上面に伝達する。また、ダイアフラム３２，３３の下面には、貫通孔２０ｄ、溝３６ｄおよび凹陥部３０，３１を介して第２のオイル（圧力伝達媒体）が到達可能となっている。第２のオイルは、印加された第２の圧力をダイアフラム３２，３３の下面に伝達する。ダイアフラム６２の下面の凹陥部６０は、真空状態で密封されている。ダイアフラム６３の下面には、溝５２ｄおよび凹陥部６１を介して大気圧が伝達される。

【0063】

歪みゲージ３４−１〜３４−４は、外部の回路と共に、第１の圧力と第２の圧力の差圧計測用のホイートストンブリッジ回路、すなわち差圧を受けたダイアフラム３２の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。歪みゲージ３５−１〜３５−４は、外部の回路と共に、差圧計測用の別のホイートストンブリッジ回路、すなわち差圧を受けたダイアフラム３３の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。歪みゲージ６４−１〜６４−４は、外部の回路と共に絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路、すなわち絶対圧を受けたダイアフラム６２の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。歪みゲージ６５−１〜６５−４は、外部の回路と共にゲージ圧計測用のホイートストンブリッジ回路、すなわちゲージ圧を受けたダイアフラム６３の変位に応じた信号を出力する検出回路を構成する。

【0064】

こうして、本実施例では、第１の圧力と第２の圧力の差圧と、第１の圧力の絶対圧と、第１の圧力のゲージ圧とを同時に高精度に計測することができる。
なお、本実施例では、２つのダイアフラム３２，３３で同一の差圧を計測するので、どちらか一方のダイアフラムのみを使用してもよいし、ダイアフラム３２，３３のサイズを変えて、ダイアフラム３２，３３による差圧の計測の感度を変えるようにしてもよい。

【0065】

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲はかかる例に限定されない。本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、様々な変形例に想到しうることは明らかであり、これらの変形例についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。

【符号の説明】

【0066】

１，１ａ〜１ｄ…センサ素子、２，２ｃ，２ｄ…基台、３，３ａ〜３ｄ…感圧部材、４，４ｂ，４ｄ…蓋部材、１０，１０ａ〜１０ｄ…センサチップ、２０，２０ｄ，２１，２１ｄ，３７，３７ｄ，３８…貫通孔、３０，３１，４０，４１，６０，６１，７０，７１…凹陥部、３２，３３，６２，６３…ダイアフラム、３６，３６ａ，３６ｄ，４２，４２ｄ，４３，４４，５０〜５２，５２ｄ…溝、３４−１〜３４−４，３５−１〜３５−４，６４−１〜６４−４，６５−１〜６５−４…歪みゲージ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】