(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-11
(45)【発行日】2023-12-19
(54)【発明の名称】圧力センサ
(51)【国際特許分類】
G01L 15/00 20060101AFI20231212BHJP
G01L 9/00 20060101ALI20231212BHJP
G01L 13/00 20060101ALI20231212BHJP
【ＦＩ】
G01L15/00
G01L9/00 303Q
G01L13/00 Z
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2019185767
(22)【出願日】2019-10-09
(65)【公開番号】P2021060333
(43)【公開日】2021-04-15
【審査請求日】2022-09-22
(73)【特許権者】
【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
【審査官】岡田 卓弥
(56)【参考文献】
【文献】特開平９－２１８１２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２７７３３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５５－６２３３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１５９５９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平３－５００９４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第５５２６６９２（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ ７／００－２３／３２
Ｇ０１Ｌ２７／００－２７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
平板状のセンサチップを備え、前記センサチップの内部に、
複数のダイアフラムと、
前記複数のダイアフラムの上面とそれぞれ接するように配置された複数の第１の圧力導入室と、
前記複数のダイアフラムの下面とそれぞれ接するように配置された複数の第２の圧力導入室と、
一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が前記複数の第１の圧力導入室のうち少なくとも１つと連通する第１の圧力導入路と、
一端が前記センサチップの下面または側面に開口し、他端が前記複数の第２の圧力導入室のうち少なくとも１つと連通する第２の圧力導入路と、
前記複数のダイアフラムのそれぞれの縁部に１ダイアフラムあたり複数配置された歪みゲージとが形成され、
さらに、前記ダイアフラムの上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、前記ダイアフラムに設けられた複数の歪みゲージによって構成されるホイートストンブリッジ回路の出力電圧がゼロとなるように１ダイアフラムあたり少なくとも１つの空洞が前記複数のダイアフラムの周辺に形成されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項2】
請求項１記載の圧力センサにおいて、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが２つずつ形成され、
前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、２つの前記第１の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が２つの前記第１の圧力導入室とそれぞれ連通し、
前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が２つの前記第２の圧力導入室の１つと連通することを特徴とする圧力センサ。
【請求項3】
請求項１記載の圧力センサにおいて、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが２つずつ形成され、
前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、２つの前記第１の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が２つの前記第１の圧力導入室とそれぞれ連通し、
前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、２つの前記第２の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が２つの前記第２の圧力導入室とそれぞれ連通することを特徴とする圧力センサ。
【請求項4】
請求項１記載の圧力センサにおいて、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが２つずつ形成され、
前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が２つの前記第１の圧力導入室の１つと連通し、別の他端が２つの前記第２の圧力導入室の１つと連通し、
前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が２つの前記第１の圧力導入室のうち前記第１の圧力導入路と連通していない方の１つと連通し、別の他端が２つの前記第２の圧力導入室のうち前記第１の圧力導入路と連通していない方の１つと連通することを特徴とする圧力センサ。
【請求項5】
請求項１記載の圧力センサにおいて、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが２つずつ形成され、
前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、２つの前記第１の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が２つの前記第１の圧力導入室とそれぞれ連通し、
前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの側面に開口し、他端が２つの前記第２の圧力導入室の１つと連通することを特徴とする圧力センサ。
【請求項6】
請求項１記載の圧力センサにおいて、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが４つずつ形成され、
前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、４つの前記第１の圧力導入室の間の位置から分岐した４つの他端が４つの前記第１の圧力導入室とそれぞれ連通し、
前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、４つの前記第２の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が４つの前記第２の圧力導入室のうち２つとそれぞれ連通し、
前記センサチップの内部に、一端が前記センサチップの側面に開口し、他端が４つの前記第２の圧力導入室のうち前記第２の圧力導入路と連通していない１つと連通する第３の圧力導入路がさらに形成されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項7】
請求項２または３のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、前記センサチップは、
平板状の第１の部材と、
前記第１の部材と接合された平板状の第２の部材と、
前記第２の部材と接合された平板状の第３の部材とから構成され、
前記第１の圧力導入室は、前記第２の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第３の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第１の凹陥部として形成され、
前記第２の圧力導入室は、前記第２の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第２の凹陥部として形成され、
前記第１の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第１の貫通孔と、前記第１の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第２の部材を貫く第２の貫通孔と、両端が２つの前記第１の凹陥部とそれぞれ連通して中途部分が前記第２の貫通孔と連通するように前記第３の部材の下面に形成された第１の溝とから構成され、
前記第２の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第３の貫通孔と、一端が２つの前記第２の凹陥部の１つと連通して他端が前記第３の貫通孔と連通するか、または両端が２つの前記第２の凹陥部と連通して中途部分が前記第３の貫通孔と連通するように前記第２の部材の下面に形成された第２の溝とから構成され、
前記空洞は、前記第１の部材の上面に形成された第３の溝によって形成されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項8】
請求項４記載の圧力センサにおいて、前記センサチップは、
平板状の第１の部材と、
前記第１の部材と接合された平板状の第２の部材と、
前記第２の部材と接合された平板状の第３の部材とから構成され、
前記第１の圧力導入室は、前記第２の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第３の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第１の凹陥部として形成され、
前記第２の圧力導入室は、前記第２の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第２の凹陥部として形成され、
前記第１の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第１の貫通孔と、前記第１の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第２の部材を貫く第２の貫通孔と、一端が２つの前記第１の凹陥部の１つと連通し他端が前記第２の貫通孔と連通するように前記第３の部材の下面に形成された第１の溝と、一端が２つの前記第２の凹陥部の１つと連通し他端が前記第２の貫通孔と連通するように前記第２の部材の下面に形成された第２の溝とから構成され、
前記第２の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第３の貫通孔と、前記第３の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第２の部材を貫く第４の貫通孔と、一端が２つの前記第１の凹陥部のうち前記第１の圧力導入路と連通していない方の１つと連通し他端が前記第４の貫通孔と連通するように前記第３の部材の下面に形成された第３の溝と、一端が２つの前記第２の凹陥部のうち前記第１の圧力導入路と連通していない方の１つと連通し他端が前記第４の貫通孔と連通するように前記第２の部材の下面に形成された第４の溝とから構成され、
前記空洞は、前記第１の部材の上面に形成された第５の溝によって形成されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項9】
請求項５記載の圧力センサにおいて、前記センサチップは、
平板状の第１の部材と、
前記第１の部材と接合された平板状の第２の部材と、
前記第２の部材と接合された平板状の第３の部材とから構成され、
前記第１の圧力導入室は、前記第２の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第３の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第１の凹陥部として形成され、
前記第２の圧力導入室は、前記第２の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第２の凹陥部として形成され、
前記第１の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第１の貫通孔と、前記第１の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第２の部材を貫く第２の貫通孔と、両端が２つの前記第１の凹陥部とそれぞれ連通して中途部分が前記第２の貫通孔と連通するように前記第３の部材の下面に形成された第１の溝とから構成され、
前記第２の圧力導入路は、一端が前記第２の部材の側面に開口し、他端が２つの前記第２の凹陥部の１つと連通するように前記第２の部材の下面に形成された第２の溝から構成され、
前記空洞は、前記第１の部材の上面に形成された第３の溝によって形成されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項10】
請求項６記載の圧力センサにおいて、前記センサチップは、
平板状の第１の部材と、
前記第１の部材と接合された平板状の第２の部材と、
前記第２の部材と接合された平板状の第３の部材とから構成され、
前記第１の圧力導入室は、前記第２の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第３の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第１の凹陥部として形成され、
前記第２の圧力導入室は、前記第２の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第２の凹陥部として形成され、
前記第１の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第１の貫通孔と、前記第１の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第２の部材を貫く第２の貫通孔と、４つの前記第１の凹陥部の間の位置から分岐した４つの先端が４つの前記第１の凹陥部とそれぞれ連通し、分岐点の部分が前記第２の貫通孔と連通するように前記第３の部材の下面に形成された第１の溝とから構成され、
前記第２の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第３の貫通孔と、両端が２つの前記第２の凹陥部とそれぞれ連通して中途部分が前記第３の貫通孔と連通するように前記第２の部材の下面に形成された第２の溝とから構成され、
前記第３の圧力導入路は、一端が前記第２の部材の側面に開口し、他端が４つの前記第２の凹陥部のうち前記第２の圧力導入路と連通していない１つと連通するように前記第２の部材の下面に形成された第３の溝から構成され、
前記空洞は、前記第１の部材の上面に形成された第４の溝によって形成されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項11】
請求項１～１０記載の圧力センサにおいて、１ダイアフラムあたり４つの前記歪みゲージが形成され、
前記ホイートストンブリッジ回路は、
４つの前記歪みゲージのうち第１、第２の歪みゲージを直列に接続した第１の直列回路と、
４つの前記歪みゲージのうち第３、第４の歪みゲージを直列に接続した第２の直列回路と、
前記第１の直列回路の両端および前記第２の直列回路の両端に駆動電圧を印加する電源とから構成され、
前記空洞は、前記ダイアフラムの上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、前記第１、第２の歪みゲージの接続点と前記第３、第４の歪みゲージの接続点との間から出力される前記出力電圧がゼロとなるように形成されることを特徴とする圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧力センサに関するものである。
【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】
【文献】特開平９－３０４２０６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に記載の半導体圧力変換器（圧力センサに該当する。）は、１つのダイアフラムを有し、対象構造をとることによって、温度や静圧によるゼロシフトとゼロシフトのばらつきを最小にすることができる。
【0005】
一方、複数のダイアフラムを備える圧力センサ、すなわち、同種または異種の複数の圧力の検出を可能とする、複数の機能が集積化された圧力センサを想定した場合、当該圧力センサは対象構造をとることができない。そのため、複数のダイアフラムを備える圧力センサに、特許文献１に記載の技術を適用することはできない。よって、特許文献１に記載の技術を用いたとしても、複数の機能の集積化とセンサの精度の低下を抑えることとの両立を図ることは、困難である。
【0006】
本発明の目的とするところは、複数の機能の集積化とセンサの精度の低下を抑えることが可能な、新規かつ改良された圧力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の圧力センサは、平板状のセンサチップを備え、前記センサチップの内部に、複数のダイアフラムと、前記複数のダイアフラムの上面とそれぞれ接するように配置された複数の第１の圧力導入室と、前記複数のダイアフラムの下面とそれぞれ接するように配置された複数の第２の圧力導入室と、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が前記複数の第１の圧力導入室のうち少なくとも１つと連通する第１の圧力導入路と、一端が前記センサチップの下面または側面に開口し、他端が前記複数の第２の圧力導入室のうち少なくとも１つと連通する第２の圧力導入路と、前記複数のダイアフラムのそれぞれの縁部に１ダイアフラムあたり複数配置された歪みゲージとが形成され、さらに、前記ダイアフラムの上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、前記ダイアフラムに設けられた複数の歪みゲージによって構成されるホイートストンブリッジ回路の出力電圧がゼロとなるように１ダイアフラムあたり少なくとも１つの空洞が前記複数のダイアフラムの周辺に形成されていることを特徴とするものである。
【0008】
また、本発明の圧力センサの１構成例（第１の実施例）は、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが２つずつ形成され、前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、２つの前記第１の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が２つの前記第１の圧力導入室とそれぞれ連通し、前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が２つの前記第２の圧力導入室の１つと連通することを特徴とするものである。
また、本発明の圧力センサの１構成例（第２の実施例）は、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが２つずつ形成され、前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、２つの前記第１の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が２つの前記第１の圧力導入室とそれぞれ連通し、前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、２つの前記第２の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が２つの前記第２の圧力導入室とそれぞれ連通することを特徴とするものである。
また、本発明の圧力センサの１構成例（第３の実施例）は、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが２つずつ形成され、前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が２つの前記第１の圧力導入室の１つと連通し、別の他端が２つの前記第２の圧力導入室の１つと連通し、前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が２つの前記第１の圧力導入室のうち前記第１の圧力導入路と連通していない方の１つと連通し、別の他端が２つの前記第２の圧力導入室のうち前記第１の圧力導入路と連通していない方の１つと連通することを特徴とするものである。
また、本発明の圧力センサの１構成例（第２の実施例）は、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが２つずつ形成され、前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、２つの前記第１の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が２つの前記第１の圧力導入室とそれぞれ連通し、前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、２つの前記第２の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が２つの前記第２の圧力導入室とそれぞれ連通することを特徴とするものである。
また、本発明の圧力センサの１構成例（第３の実施例）は、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが２つずつ形成され、前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が２つの前記第１の圧力導入室の１つと連通し、別の他端が２つの前記第２の圧力導入室の１つと連通し、前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、他端が２つの前記第１の圧力導入室のうち前記第１の圧力導入路と連通していない方の１つと連通し、別の他端が２つの前記第２の圧力導入室のうち前記第１の圧力導入路と連通していない方の１つと連通することを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明の圧力センサの１構成例（第４の実施例）は、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが２つずつ形成され、前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、２つの前記第１の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が２つの前記第１の圧力導入室とそれぞれ連通し、前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの側面に開口し、他端が２つの前記第２の圧力導入室の１つと連通することを特徴とするものである。
また、本発明の圧力センサの１構成例（第５の実施例）は、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが４つずつ形成され、前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、４つの前記第１の圧力導入室の間の位置から分岐した４つの他端が４つの前記第１の圧力導入室とそれぞれ連通し、前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、４つの前記第２の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が４つの前記第２の圧力導入室のうち２つとそれぞれ連通し、前記センサチップの内部に、一端が前記センサチップの側面に開口し、他端が４つの前記第２の圧力導入室のうち前記第２の圧力導入路と連通していない１つと連通する第３の圧力導入路がさらに形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の圧力センサの１構成例（第５の実施例）は、前記ダイアフラムと前記第１の圧力導入室と前記第２の圧力導入室とが４つずつ形成され、前記第１の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、４つの前記第１の圧力導入室の間の位置から分岐した４つの他端が４つの前記第１の圧力導入室とそれぞれ連通し、前記第２の圧力導入路は、一端が前記センサチップの下面に開口し、４つの前記第２の圧力導入室の間の位置から分岐した２つの他端が４つの前記第２の圧力導入室のうち２つとそれぞれ連通し、前記センサチップの内部に、一端が前記センサチップの側面に開口し、他端が４つの前記第２の圧力導入室のうち前記第２の圧力導入路と連通していない１つと連通する第３の圧力導入路がさらに形成されていることを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明の圧力センサの１構成例（第１、第２の実施例）において、前記センサチップは、平板状の第１の部材と、前記第１の部材と接合された平板状の第２の部材と、前記第２の部材と接合された平板状の第３の部材とから構成され、前記第１の圧力導入室は、前記第２の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第３の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第１の凹陥部として形成され、前記第２の圧力導入室は、前記第２の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第２の凹陥部として形成され、前記第１の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第１の貫通孔と、前記第１の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第２の部材を貫く第２の貫通孔と、両端が２つの前記第１の凹陥部とそれぞれ連通して中途部分が前記第２の貫通孔と連通するように前記第３の部材の下面に形成された第１の溝とから構成され、前記第２の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第３の貫通孔と、一端が２つの前記第２の凹陥部の１つと連通して他端が前記第３の貫通孔と連通するか、または両端が２つの前記第２の凹陥部と連通して中途部分が前記第３の貫通孔と連通するように前記第２の部材の下面に形成された第２の溝とから構成され、前記空洞は、前記第１の部材の上面に形成された第３の溝によって形成されることを特徴とするものである。
【0011】
また、本発明の圧力センサの１構成例（第３の実施例）において、前記センサチップは、平板状の第１の部材と、前記第１の部材と接合された平板状の第２の部材と、前記第２の部材と接合された平板状の第３の部材とから構成され、前記第１の圧力導入室は、前記第２の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第３の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第１の凹陥部として形成され、前記第２の圧力導入室は、前記第２の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第２の凹陥部として形成され、前記第１の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第１の貫通孔と、前記第１の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第２の部材を貫く第２の貫通孔と、一端が２つの前記第１の凹陥部の１つと連通し他端が前記第２の貫通孔と連通するように前記第３の部材の下面に形成された第１の溝と、一端が２つの前記第２の凹陥部の１つと連通し他端が前記第２の貫通孔と連通するように前記第２の部材の下面に形成された第２の溝とから構成され、前記第２の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第３の貫通孔と、前記第３の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第２の部材を貫く第４の貫通孔と、一端が２つの前記第１の凹陥部のうち前記第１の圧力導入路と連通していない方の１つと連通し他端が前記第４の貫通孔と連通するように前記第３の部材の下面に形成された第３の溝と、一端が２つの前記第２の凹陥部のうち前記第１の圧力導入路と連通していない方の１つと連通し他端が前記第４の貫通孔と連通するように前記第２の部材の下面に形成された第４の溝とから構成され、前記空洞は、前記第１の部材の上面に形成された第５の溝によって形成されることを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明の圧力センサの１構成例（第４の実施例）において、前記センサチップは、平板状の第１の部材と、前記第１の部材と接合された平板状の第２の部材と、前記第２の部材と接合された平板状の第３の部材とから構成され、前記第１の圧力導入室は、前記第２の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第３の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第１の凹陥部として形成され、前記第２の圧力導入室は、前記第２の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第２の凹陥部として形成され、前記第１の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第１の貫通孔と、前記第１の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第２の部材を貫く第２の貫通孔と、両端が２つの前記第１の凹陥部とそれぞれ連通して中途部分が前記第２の貫通孔と連通するように前記第３の部材の下面に形成された第１の溝とから構成され、前記第２の圧力導入路は、一端が前記第２の部材の側面に開口し、他端が２つの前記第２の凹陥部の１つと連通するように前記第２の部材の下面に形成された第２の溝から構成され、前記空洞は、前記第１の部材の上面に形成された第３の溝によって形成されることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の圧力センサの１構成例（第５の実施例）において、前記センサチップは、平板状の第１の部材と、前記第１の部材と接合された平板状の第２の部材と、前記第２の部材と接合された平板状の第３の部材とから構成され、前記第１の圧力導入室は、前記第２の部材の上面に形成された前記ダイアフラムに覆いをする位置に、前記第３の部材の上面側が残るように下面側を除去して形成された第１の凹陥部として形成され、前記第２の圧力導入室は、前記第２の部材の上面側の前記ダイアフラムが残るように下面側を除去して形成された第２の凹陥部として形成され、前記第１の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第１の貫通孔と、前記第１の貫通孔と連通するように下面から上面まで前記第２の部材を貫く第２の貫通孔と、４つの前記第１の凹陥部の間の位置から分岐した４つの先端が４つの前記第１の凹陥部とそれぞれ連通し、分岐点の部分が前記第２の貫通孔と連通するように前記第３の部材の下面に形成された第１の溝とから構成され、前記第２の圧力導入路は、下面から上面まで前記第１の部材を貫く第３の貫通孔と、両端が２つの前記第２の凹陥部とそれぞれ連通して中途部分が前記第３の貫通孔と連通するように前記第２の部材の下面に形成された第２の溝とから構成され、前記第３の圧力導入路は、一端が前記第２の部材の側面に開口し、他端が４つの前記第２の凹陥部のうち前記第２の圧力導入路と連通していない１つと連通するように前記第２の部材の下面に形成された第３の溝から構成され、前記空洞は、前記第１の部材の上面に形成された第４の溝によって形成されることを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明の圧力センサの１構成例（第１～第５の実施例）は、１ダイアフラムあたり４つの前記歪みゲージが形成され、前記ホイートストンブリッジ回路は、４つの前記歪みゲージのうち第１、第２の歪みゲージを直列に接続した第１の直列回路と、４つの前記歪みゲージのうち第３、第４の歪みゲージを直列に接続した第２の直列回路と、前記第１の直列回路の両端および前記第２の直列回路の両端に駆動電圧を印加する電源とから構成され、前記空洞は、前記ダイアフラムの上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、前記第１、第２の歪みゲージの接続点と前記第３、第４の歪みゲージの接続点との間から出力される前記出力電圧がゼロとなるように形成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、複数の機能の集積化とセンサの精度の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
［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の実施例に係る圧力センサの平面図、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。圧力センサ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、パイレックスガラスからなる平板状の基台２（第１の部材）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（第２の部材）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（第３の部材）とから構成される。
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の実施例に係る圧力センサの平面図、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。圧力センサ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、パイレックスガラスからなる平板状の基台２（第１の部材）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（第２の部材）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（第３の部材）とから構成される。
【0018】
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（第３、第１の貫通孔）が形成されている。さらに、基台２には、後述する空洞を設けるための溝２２，２３が形成されている。
【0019】
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（第２の圧力導入室）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（第２の溝）が形成されている。
【0020】
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。また、感圧部材３は、結晶面方位が（１００）面のｐ型単結晶シリコンからなる。各歪みゲージ３４－１～３４－４，３５－１～３５－４は、感圧部材３の結晶面方位（１００）においてピエゾ抵抗係数が最大となる＜１１０＞の結晶軸方向と平行に形成されている。
【0021】
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（第２の貫通孔）が形成されている。
【0022】
蓋部材４は、例えば結晶面方位が（１００）面のｐ型単結晶シリコンからなる。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（第１の圧力導入室）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（第１の溝）が形成されている。
【0023】
貫通孔２０，２１，３７と凹陥部３０，３１，４０，４１と溝２２，２３，３６，４２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。
【0024】
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。
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
歪みゲージ３４－１～３４－４は、外部の回路と共に、図４のような差圧計測用のホイートストンブリッジ回路を構成している。図４のホイートストンブリッジ回路は、第１の歪みゲージ３４－１と、第１の歪みゲージ３４－１の隣の位置にある第２の歪みゲージ３４－２とを直列に接続して第１の直列回路３４０を構成すると共に、第１の歪みゲージ３４－１の隣の位置にある第３の歪みゲージ３４－３と、第１の歪みゲージ３４－１と向かい合う位置にある第４の歪みゲージ３４－４とを直列に接続して第２の直列回路３４１を構成し、第１の直列回路３４０の両端および第２の直列回路３４１の両端に電源３４２によってホイートストンブリッジ駆動電圧Ｅを印加するようにしたものである。第１の圧力と第２の圧力の差圧に対応する出力電圧Ｖｏｕｔは、歪みゲージ３４－１，３４－２の接続点と歪みゲージ３４－３，３４－４２の接続点との間から出力される。
【0028】
Ｒは歪みゲージ３４－１～３４－４の抵抗値である。また、ΔＲ１，ΔＲ２，ΔＲ３，ΔＲ４は、差圧に応じてダイアフラム３２に応力が生じたときの歪みゲージ３４－１～３４－４の抵抗変化である。図４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の圧力との差圧を計測することができる。
【0029】
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。絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路は、図４における歪みゲージ３４－１～３４－４を歪みゲージ３５－１～３５－４に置き換えたものに相当する。
【0030】
本実施例では、差圧計測用のダイアフラム３２と絶対圧計測用のダイアフラム３３の２つを設けており、ダイアフラム３２と３３の間に圧力導入路を形成する必要があるため、ダイアフラム３２について対称構造を採用することは困難であり、同様にダイアフラム３３についても対称構造を採用することは困難である。
【0031】
このようにダイアフラム３２について対称構造を採用することが難しいため、歪みゲージ３４－１～３４－４で発生する抵抗値シフトΔＲ１，ΔＲ２，ΔＲ３，ΔＲ４が異なる値となるため、差圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔは次式のようになる。
Ｖｏｕｔ＝｛（１＋ΔＲ４／Ｒ）（２＋ΔＲ１／Ｒ－ΔＲ２／Ｒ）
－（１－ΔＲ２／Ｒ）（２＋ΔＲ４／Ｒ－ΔＲ３／Ｒ）｝Ｅ
／｛（２＋ΔＲ４／Ｒ－ΔＲ３／Ｒ）（２＋ΔＲ１／Ｒ－ΔＲ２／Ｒ）｝
＝｛（１＋σ４）（２＋σ１－σ２）－（１－σ２）（２＋σ４－σ３）｝Ｅ
／｛（２＋σ４－σ３）（２＋σ１－σ２）｝ ・・・（１）
Ｖｏｕｔ＝｛（１＋ΔＲ４／Ｒ）（２＋ΔＲ１／Ｒ－ΔＲ２／Ｒ）
－（１－ΔＲ２／Ｒ）（２＋ΔＲ４／Ｒ－ΔＲ３／Ｒ）｝Ｅ
／｛（２＋ΔＲ４／Ｒ－ΔＲ３／Ｒ）（２＋ΔＲ１／Ｒ－ΔＲ２／Ｒ）｝
＝｛（１＋σ４）（２＋σ１－σ２）－（１－σ２）（２＋σ４－σ３）｝Ｅ
／｛（２＋σ４－σ３）（２＋σ１－σ２）｝ ・・・（１）
【0032】
式（１）では、歪みゲージ３４－１～３４－４にかかる、ダイアフラム３２の径方向の応力をそれぞれσｒ１，σｒ２，σｒ３，σｒ４としている。また、歪みゲージ３４－１～３４－４にかかる、ダイアフラム３２の接線方向の応力をそれぞれσθ１，σθ２，σθ３，σθ４としている。式（１）のσ１，σ２，σ３，σ４は以下のようになる。
σ１＝ΔＲ１／Ｒ＝π×（σｒ１－σθ１）／２ ・・・（２）
σ２＝ΔＲ２／Ｒ＝π×（σｒ２－σθ２）／２ ・・・（３）
σ３＝ΔＲ３／Ｒ＝π×（σｒ３－σθ３）／２ ・・・（４）
σ４＝ΔＲ４／Ｒ＝π×（σｒ４－σθ４）／２ ・・・（５）
σ１＝ΔＲ１／Ｒ＝π×（σｒ１－σθ１）／２ ・・・（２）
σ２＝ΔＲ２／Ｒ＝π×（σｒ２－σθ２）／２ ・・・（３）
σ３＝ΔＲ３／Ｒ＝π×（σｒ３－σθ３）／２ ・・・（４）
σ４＝ΔＲ４／Ｒ＝π×（σｒ４－σθ４）／２ ・・・（５）
【0033】
絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路についても、歪みゲージ３５－１～３５－４で発生する抵抗値シフトをΔＲ１，ΔＲ２，ΔＲ３，ΔＲ４とすれば、絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔは式（１）のようになる。
【0034】
本実施例では、ダイアフラム３２について対称構造を採用することは困難であるが、基台２に溝２２を形成して基台２と感圧部材３とが接合していない空洞２２０（非接合部）を設けることにより、歪みゲージ３４－１～３４－４にかかる応力を調整することが可能である。具体的には、ダイアフラム３２の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、差圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２２０を設けるようにすればよい。
【0035】
同様に、基台２に溝２３を形成して基台２と感圧部材３とが接合していない空洞２３０を設けることにより、歪みゲージ３５－１～３５－４にかかる応力を調整することが可能である。具体的には、ダイアフラム３３の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２３０を設けるようにすればよい。
【0036】
こうして、本実施例では、２つのダイアフラム３２，３３を設けることにより、差圧と絶対圧とを同時に高感度に計測することができ、かつ空洞２２０，２３０を設けることにより、差圧と絶対圧のそれぞれについて温度や静圧による出力電圧Ｖｏｕｔのゼロシフトを抑えることができる。
【0037】
［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５は本発明の第２の実施例に係る圧力センサの平面図、図６は図５のＡ－Ａ線断面図、図７は図５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。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図５は本発明の第２の実施例に係る圧力センサの平面図、図６は図５のＡ－Ａ線断面図、図７は図５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。
【0038】
本実施例の圧力センサ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、パイレックスガラスからなる平板状の基台２（第１の部材）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（第２の部材）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（第３の部材）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。
【0039】
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（第２の溝）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（第２の溝）が形成されている。
【0040】
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。
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。
【0041】
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。
【0042】
歪みゲージ３４－１～３４－４は、外部の回路と共に、図４のような差圧計測用のホイートストンブリッジ回路を構成している。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を構成している。歪みゲージ３５－１～３５－４によって構成されるホイートストンブリッジ回路は、図４における歪みゲージ３４－１～３４－４を歪みゲージ３５－１～３５－４に置き換えたものに相当する。
【0043】
本実施例では、第１の実施例と同様に、ダイアフラム３２の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、歪みゲージ３４－１～３４－４によって構成される差圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２２０が設けられている。また、ダイアフラム３３の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、歪みゲージ３５－１～３５－４によって構成される差圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２３０が設けられている。
【0044】
こうして、本実施例では、同一の差圧を２つのダイアフラム３２，３３によって別々に計測することができ、かつ空洞２２０，２３０を設けることにより、温度や静圧による出力電圧Ｖｏｕｔのゼロシフトを抑えることができる。
【0045】
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。
【0046】
［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８は本発明の第３の実施例に係る圧力センサの平面図、図９は図８のＡ－Ａ線断面図、図９は図８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。
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図８は本発明の第３の実施例に係る圧力センサの平面図、図９は図８のＡ－Ａ線断面図、図９は図８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。
【0047】
本実施例の圧力センサ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、パイレックスガラスからなる平板状の基台２（第１の部材）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（第２の部材）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（第３の部材）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。
【0048】
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（第４の貫通孔）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（第４の貫通孔）が形成されている。
【0049】
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（第２の溝）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（第４の溝）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。
【0050】
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（第３の溝）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（第１の溝）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。
【0051】
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。
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
歪みゲージ３４－１～３４－４は、外部の回路と共に、図４のような差圧計測用のホイートストンブリッジ回路を構成している。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を構成している。歪みゲージ３５－１～３５－４によって構成されるホイートストンブリッジ回路は、図４における歪みゲージ３４－１～３４－４を歪みゲージ３５－１～３５－４に置き換えたものに相当する。
【0055】
本実施例では、第１の実施例と同様に、ダイアフラム３２の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、歪みゲージ３４－１～３４－４によって構成される差圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２２０が設けられている。また、ダイアフラム３３の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、歪みゲージ３５－１～３５－４によって構成される差圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２３０が設けられている。
【0056】
こうして、本実施例では、同一の差圧を２つのダイアフラム３２，３３によって別々に計測することができ、かつ空洞２２０，２３０を設けることにより、温度や静圧による出力電圧Ｖｏｕｔのゼロシフトを抑えることができる。
【0057】
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。
【0058】
［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１１は本発明の第４の実施例に係る圧力センサの平面図、図１２は図１１のＡ－Ａ線断面図、図１３は図１１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。
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図１１は本発明の第４の実施例に係る圧力センサの平面図、図１２は図１１のＡ－Ａ線断面図、図１３は図１１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。
【0059】
本実施例の圧力センサ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、パイレックスガラスからなる平板状の基台２ｃ（第１の部材）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（第２の部材）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（第３の部材）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。
【0060】
基台２ｃには、第１の実施例と同様に溝２２，２３が形成されている。さらに、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（第１の貫通孔）が形成されている。
【0061】
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（第２の溝）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（第２の溝）が形成されている。
【0062】
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。
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。
【0063】
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。
【0064】
歪みゲージ３４－１～３４－４は、外部の回路と共に、図４のような絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路を構成している。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。
【0065】
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を構成している。ゲージ圧計測用のホイートストンブリッジ回路は、図４における歪みゲージ３４－１～３４－４を歪みゲージ３５－１～３５－４に置き換えたものに相当する。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。
【0066】
本実施例では、第１の実施例と同様に、ダイアフラム３２の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２２０が設けられている。また、ダイアフラム３３の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、ゲージ圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２３０が設けられている。
【0067】
こうして、本実施例では、２つのダイアフラム３２，３３を設けることにより、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、かつ空洞２２０，２３０を設けることにより、絶対圧とゲージ圧のそれぞれについて温度や静圧による出力電圧Ｖｏｕｔのゼロシフトを抑えることができる。
【0068】
［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１４は本発明の第５の実施例に係る圧力センサの平面図、図１５は図１４のＡ－Ａ線断面図、図１６は図１４のＢ－Ｂ線断面図、図１７は図１４のＣ－Ｃ線断面図、図１８は図１４のＤ－Ｄ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。
次に、本発明の第５の実施例について説明する。図１４は本発明の第５の実施例に係る圧力センサの平面図、図１５は図１４のＡ－Ａ線断面図、図１６は図１４のＢ－Ｂ線断面図、図１７は図１４のＣ－Ｃ線断面図、図１８は図１４のＤ－Ｄ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。
【0069】
本実施例の圧力センサ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、パイレックスガラスからなる平板状の基台２ｄ（第１の部材）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（第２の部材）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（第３の部材）とから構成される。
【0070】
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（第１の貫通孔）が形成されている。さらに、基台２には、後述する空洞を設けるための溝２２～２５が形成されている。
【0071】
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（第２の圧力導入室）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。
【0072】
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（第２の溝）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（第２の貫通孔）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（第２の貫通孔）が形成されている。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
感圧部材３ｄは、結晶面方位が（１００）面のｐ型単結晶シリコンからなる。各歪みゲージ３４－１～３４－４，３５－１～３５－４，６４－１～６４－４，６５－１～６５－４は、感圧部材３ｄの結晶面方位（１００）においてピエゾ抵抗係数が最大となる＜１１０＞の結晶軸方向と平行に形成されている。
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（第３の溝）が形成されている。
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（第３の溝）が形成されている。
【0076】
蓋部材４ｄは、例えば結晶面方位が（１００）面のｐ型単結晶シリコンからなる。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（第１の圧力導入室）が形成されている。
【0077】
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（第１の溝）が形成されている。
【0078】
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。
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。
【0079】
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。
【0080】
歪みゲージ３４－１～３４－４は、外部の回路と共に、図４のような差圧計測用のホイートストンブリッジ回路を構成している。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を構成している。歪みゲージ３５－１～３５－４によって構成されるホイートストンブリッジ回路は、図４における歪みゲージ３４－１～３４－４を歪みゲージ３５－１～３５－４に置き換えたものに相当する。
【0081】
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を構成している。絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路は、図４における歪みゲージ３４－１～３４－４を歪みゲージ６４－１～６４－４に置き換えたものに相当する。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を構成している。ゲージ圧計測用のホイートストンブリッジ回路は、図４における歪みゲージ３４－１～３４－４を歪みゲージ６５－１～６５－４に置き換えたものに相当する。
【0082】
本実施例では、第１の実施例と同様に、ダイアフラム３２の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、歪みゲージ３４－１～３４－４によって構成される差圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２２０（溝２２）が設けられている。また、ダイアフラム３３の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、歪みゲージ３５－１～３５－４によって構成される差圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２３０（溝２３）が設けられている。
【0083】
さらに、ダイアフラム６２の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、歪みゲージ６４－１～６４－４によって構成される絶対圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２４０（溝２４）が設けられている。また、ダイアフラム６３の上面と下面とにかかる圧力の差がゼロのときに、歪みゲージ６５－１～６５－４によって構成されるゲージ圧計測用のホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるように空洞２５０（溝２５）が設けられている。
【0084】
こうして、本実施例では、４つのダイアフラム３２，３３，６２，６３を設けることにより、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、かつ空洞２２０，２３０，２４０，２５０を設けることにより、差圧と絶対圧とゲージ圧のそれぞれについて温度や静圧による出力電圧Ｖｏｕｔのゼロシフトを抑えることができる。
【0085】
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。
【0086】
また、第１～第５の実施例では、１ダイアフラムあたり空洞を１つ設けるようにしているが、１ダイアフラムあたり少なくとも１つの空洞を設けるようにすればよく、１ダイアフラムあたり複数個の空洞を設けるようにしてよい。また、第１～第５の実施例では、空洞の形状を長方形としているが、長方形以外の形状としてもよい。
【0087】
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】
【0088】
１，１ａ～１ｄ…圧力センサ、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、２２～２５，３６，３６ａ，３６ｄ，４２，４２ｄ，４３，４４，５０～５２，５２ｄ…溝、３０，３１，４０，４１，６０，６１，７０，７１…凹陥部、３２，３３，６２，６３…ダイアフラム、３４－１～３４－４，３５－１～３５－４，６４－１～６４－４，６５－１～６５－４…歪みゲージ、２２０，２３０，２４０，２５０…空洞、３４０，３４１…直列回路、３４２…電源。
【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】
【図17】
【図18】
