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連載 第4回
   

アルプス電気株式会社
営業本部
新事業推進部
センサプロジェクト
プロジェクトマネージャー
物部泰明
   
アルプス電気株式会社
営業本部
新事業推進部
センサプロジェクト
佐々木一義
静電容量式とピエゾ抵抗式
それぞれの特長を活かしたアルプスの圧力センサ



幅広い用途に使用される圧力センサ。
アルプスでは、長年培ってきた薄膜プロセス技術、精密加工技術、
パッケージ技術を用いた圧力センサの開発に力を入れています。
幅広い分野に適用できる、アルプスならではの圧力センサ。

 自動車、医療、FAといった分野をはじめ、洗濯機、掃除機などの民生機器にも幅広く使われている圧力センサ。今後数年の伸び率も二桁成長が見込まれている有望製品です。圧力センサとは、気体や液体の圧力をダイヤフラム(薄い弾性の隔膜)を介して感圧素子で計測し、電気信号として出力するセンシングデバイスであり、検出原理としては静電容量式やピエゾ抵抗式などがあります。
 静電容量式圧力センサは、可動電極となるダイヤフラムと固定電極とを対向させてコンデンサを形成し、外部からの圧力を受けてダイヤフラムが変形することで生じる静電容量の変化を電気信号に変換します。一方のピエゾ抵抗式の圧力センサは、ダイヤフラムの表面にピエゾ抵抗素子を形成し、外部からの圧力によってダイヤフラムが変形することで生じるピエゾ抵抗素子の電気抵抗の変化(ピエゾ抵抗効果)を電気信号に変換する仕組みです。
 アルプスでは圧力センサの第一弾製品として、まず静電容量式を開発し、さらにピエゾ抵抗式の開発にも取組んでいます。静電容量式は省電力や高感度を特長とするため、自動車のTPMS(タイヤ空気圧モニタリングシステム)や血圧計などの用途に適し、またピエゾ抵抗式はシンプルな素子構造のため、小形・薄形化に適していることから、携帯機器などの小形アプリケーションをはじめ多様な用途に適用可能です。アルプスでは今後、この両方式の特性を活かした適用分野を広げていく計画です。
さまざまな用途に活用できる圧力センサ

省電力かつ高感度、静電容量式の「HSPCシリーズ」。

 自動車のタイヤの空気圧を監視するTPMSは、安全性向上のために米国で搭載が義務化されるなど、世界各地で搭載が進んでいます。TPMSに搭載される部品は、バッテリー駆動のため低消費電流であることや、タイヤ内に搭載されるため小形であることが求められています。
 アルプスの静電容量式の圧力センサ(HSPCシリーズ)は、そうした空気圧などの圧力を静電容量の変化で検知するセンサであり、省電力・高感度を最大の特徴としています。したがって、本製品を利用した圧力検出システムでは、消費電流がμA(マイクロアンペア)レベルと非常に少なく、セット製品の低消費電流化に貢献することができます。
 また、長年培ってきた薄膜プロセス技術、精密加工技術、パッケージ技術を用いることにより、静電容量式の圧力センサとしては、業界最小クラスの4.8×4.8×1.8(W×D×H)mmを実現。加えて、温度変化による圧力検知の特性変化が小さく、さらに温度変化に強いセラミック素材のパッケージとすることで広範な動作温度範囲を実現しており、温度変化の激しい車載環境でも安定した圧力検知が可能となりました。

小形かつ高分解能、ピエゾ抵抗式の「HSPPシリーズ」。

 さらにアルプスではピエゾ抵抗式の圧力センサ「HSPPシリーズ」(絶対圧検知用およびゲージ圧検知用)を開発しています。「ピエゾ抵抗式は素子構造がシンプルなため、製品の小形・薄形化に適した方式です。アルプスの加工技術によりセンサチップの極小化するとともに、搭載するデジタル回路と温度補正回路の最適化を図ることで実現する、小形かつ0.01kPa(高度換算1m/水位換算1mm相当)の高分解能をアピールしたいと思っています」(営業本部新事業推進部センサプロジェクト 佐々木一義)。アルプスではこれらの特長を活かした製品として、絶対圧検知用 [4.5×4.5×1.0 (W×D×H)mm] および、ゲージ圧検知用 [7.0×7.0×8.0 (W×D×H)mm] の圧力センサを開発し、ポータブルナビゲーションや洗濯機など、高分解能が求められるアプリケーションへの展開を目指しています。
 圧力センサにおける小形・薄形化および高精度・高分解能に対するニーズは、今後ますます高まるとみられているだけに、アルプスではピエゾ抵抗式についても一層開発に力を入れていく計画です。

技術のアルプスだからこそ、トータルなセンサソリューションを提供します。

 アルプスは常にセンサの新たな可能性を追求しています。「アルプスには、長年培ってきた静電容量技術とピエゾ抵抗技術のノウハウがあります。それらの要素技術とノウハウを最大限に活かした特長ある製品開発が重要であると考えています。また、総合電子部品メーカーとしての知識と経験を踏まえ、センサ全般に対する幅広いニーズにお応えできるよう、アルプスならではの特長をもった製品展開を図っていきたいと思っています」(営業本部新事業推進部センサプロジェクト プロジェクトマネージャー 物部泰明)。
 静電容量式とピエゾ抵抗式の圧力センサの投入で、すでに展開している抵抗式センサ、磁気式センサとともに、アルプスのセンサ事業はまさしくトータルな“センサソリューション”を提供できる体制が整いつつあります。


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