DE112021000789T5

DE112021000789T5 - Sensor

Info

Publication number: DE112021000789T5
Application number: DE112021000789.0T
Authority: DE
Inventors: Daiki TSUJI
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2022-12-01
Also published as: JP7400947B2; JPWO2021193469A1; WO2021193469A1; CN115335675A; US20230017253A1

Abstract

Dieser Sensor weist ein Erfassungselement auf, das folgende Merkmale aufweist: ein Elementsubstrat; eine Membran, die mit einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche vorgesehen ist, die eine Oberfläche ist, die der äußeren Oberfläche gegenüberliegt, und die ein Membranteil umfasst; ein Seitenwandbauglied, das an dem Elementsubstrat vorgesehen ist und das einen Abschnitt der inneren Oberfläche der Membran in Richtung der Außenseite des Membranteils trägt; und eine feste Elektrode, die auf dem Elementsubstrat in einem Zustand vorgesehen ist, in dem dieselbe von dem Seitenwandbauglied umgeben ist, die der inneren Oberfläche der Membran mit einem Spalt dazwischen gegenüberliegt und die mit dem Membranteil eine Kapazität bildet. Ein erster ausgenommener Teil ist in der äußeren Oberfläche der Membran zwischen der Mitte des Membranteils und dem Seitenwandbauglied aus der Perspektive der Dickenrichtung der Membran vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor, der eine Kraft wie beispielsweise Druck erfasst.
Hinterarundtechnik
Das Patentdokument 1 offenbart beispielsweise einen Drucksensor vom elektrostatischen Kapazitätstyp, der ein Erfassungselement umfasst, das ein Elementsubstrat, eine auf dem Elementsubstrat vorgesehene feste Elektrode und eine Membran mit einer Membraneinheit umfasst, die der festen Elektrode mit einem Abstand dazwischen gegenüberliegt. In dem mittleren Abschnitt der äußeren Oberfläche der Membran ist ein Aussparungsabschnitt vorgesehen. Wenn sich das Elementsubstrat biegt und verformt, biegt und verformt sich die Membran dementsprechend so, dass die feste Elektrode im Wesentlichen parallel zu der inneren Oberfläche der Membraneinheit ist.
Referenzl iste
Patentdokument
Patentdokument 1: Internationale Veröffentlichung Nr. 2014/191914
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen Drucksensor vom elektrostatischen Kapazitätstyp nimmt jedoch die Verformungsfestigkeit der Membran einschließlich der Membraneinheit ab oder zu, wenn eine Schubspannung oder eine Zugspannung in der planaren Richtung der Membran auf das Erfassungselement ausgeübt wird, das heißt, wenn sich die Membran in einem planaren Spannungszustand befindet, wodurch sich die Erfassungsempfindlichkeit des Sensors ändert. Eine Zunahme oder Abnahme der Verformungsfestigkeit in dem planaren Spannungszustand wird als Spannungsversteifungseffekt bezeichnet.
Lösung des Problems
Um das oben beschriebene technische Problem zu lösen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Sensor bereitgestellt, der folgende Merkmale umfasst: ein Erfassungselement, das ein Elementsubstrat umfasst, eine Membran, die eine äußere Oberfläche umfasst, eine innere Oberfläche auf einer gegenüberliegenden Seite der äußeren Oberfläche und eine Membraneinheit, ein Seitenwandbauglied, das auf dem Elementsubstrat vorgesehen ist, wobei das Seitenwandbauglied einen Abschnitt der inneren Oberfläche der Membran außerhalb der Membraneinheit trägt, und eine feste Elektrode, die auf dem Elementsubstrat vorgesehen ist, während diese von dem Seitenwandbauglied umgeben ist, wobei die feste Elektrode der inneren Oberfläche der Membran mit einem Abstand dazwischen zugewandt ist, wobei eine elektrostatische Kapazität zwischen der festen Elektrode und der Membraneinheit erzeugt wird, wobei ein erster Aussparungsabschnitt in der äußeren Oberfläche der Membran zwischen einer Mitte der Membraneinheit und dem Seitenwandbauglied in der Dickenrichtung der Membran vorgesehen ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Änderungen in der Erfassungsempfindlichkeit zu unterdrücken, die verursacht werden, wenn sich die Membran des Sensors zum Erfassen einer Kraft wie beispielsweise Druck in dem planaren Spannungszustand befindet.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht des Sensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 1.
3 ist eine Schnittansicht des Sensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, entlang der Linie B-B in 1 dargestellt.
4 ist eine Draufsicht des Sensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Erfassungselements des Sensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6A ist eine Schnittansicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem Vergleichsbeispiel, wenn das Erfassungselement sich in einem natürlichen Zustand befindet.
6B ist eine Schnittansicht des Erfassungselements des Sensors gemäß dem Vergleichsbeispiel, wenn eine Zugspannung auf das Erfassungselement ausgeübt wird.
6C ist eine Schnittansicht des Erfassungselements des Sensors gemäß dem Vergleichsbeispiel, wenn eine Schubspannung auf das Erfassungselement ausgeübt wird.
7A ist eine Schnittansicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem Beispiel, wenn das Erfassungselement sich in dem natürlichen Zustand befindet.
7B ist eine Schnittansicht des Erfassungselements des Sensors gemäß dem Beispiel, wenn eine Zugspannung auf das Erfassungselement ausgeübt wird.
7C ist eine Schnittansicht des Erfassungselements des Sensors gemäß dem Beispiel, wenn eine Schubspannung auf das Erfassungselement ausgeübt wird.
8 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Schnittansicht des Erfassungselements des Sensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang der Linie C-C in 8.
10 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Ein Sensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst folgende Merkmale: ein Erfassungselement, das ein Elementsubstrat erfasst, eine Membran, die eine äußeren Oberfläche, eine innere Oberfläche auf einer gegenüberliegenden Seite der äußeren Oberfläche und eine Membraneinheit umfasst, ein Seitenwandbauglied, das auf dem Elementsubstrat vorgesehen ist, wobei das Seitenwandbauglied einen Abschnitt der inneren Oberfläche der Membran außerhalb der Membraneinheit trägt, und eine feste Elektrode, die auf dem Elementsubstrat vorgesehen ist, während diese von dem Seitenwandbauglied umgeben ist, wobei die feste Elektrode der inneren Oberfläche der Membran mit einem Abstand dazwischen zugewandt ist, wobei eine elektrostatische Kapazität zwischen der festen Elektrode und der Membraneinheit erzeugt wird, wobei ein erster Aussparungsabschnitt in der äußeren Oberfläche der Membran zwischen einer Mitte der Membraneinheit und dem Seitenwandbauglied in der Dickenrichtung der Membran vorgesehen ist.
Gemäß einem solchen Aspekt ist es möglich, Änderungen in der Erfassungsempfindlichkeit zu unterdrücken, die verursacht werden, wenn sich die Membran des Sensors zur Erfassung einer Kraft wie beispielsweise Druck in einem planaren Spannungszustand befindet.
Zum Beispiel kann der erste Aussparungsabschnitt in der Membraneinheit entlang des Seitenwandbauglieds in der Dickenrichtung vorgesehen sein.
Zum Beispiel kann der erste Aussparungsabschnitt eine lineare Form aufweisen, die sich kontinuierlich entlang des Seitenwandbauglieds in der Dickenrichtung erstreckt.
Zum Beispiel kann sich der erste Aussparungsabschnitt in einen Abschnitt der Membran erstrecken, der von dem Seitenwandbauglied getragen wird.
Zum Beispiel kann eine Mehrzahl von ersten Aussparungsabschnitten vorgesehen sein, um eine Mitte der Membran in der Dickenrichtung zu umgeben, wobei der erste Aussparungsabschnitt einer der Mehrzahl von ersten Aussparungsabschnitten ist.
Zum Beispiel kann eine Mehrzahl von ersten Aussparungsabschnitten symmetrisch in Bezug auf die Mitte der Membran als Symmetriepunkt in der Dickenrichtung vorgesehen sein, wobei der erste Aussparungsabschnitt einer der Mehrzahl von ersten Aussparungsabschnitten ist.
Zum Beispiel sind zwei erste Aussparungsabschnitte parallel zueinander vorgesehen, um die Mitte der Membran in der Dickenrichtung zu umgeben, wobei der erste Aussparungsabschnitt einer der zwei ersten Aussparungsabschnitte ist.
Zum Beispiel kann eine erste Rille in einem Abschnitt einer Oberfläche des Elementsubstrats vorgesehen sein, wobei der Abschnitt in Kontakt mit dem Seitenwandbauglied ist.
Zum Beispiel kann ein zweiter Aussparungsabschnitt in einem Abschnitt der äußeren Oberfläche der Membran vorgesehen sein, wobei der Abschnitt das Seitenwandbauglied in der Dickenrichtung überlappt und der zweite Aussparungsabschnitt zumindest einen Teil der ersten Rille in der Dickenrichtung überlappt.
Zum Beispiel kann eine zweite Rille in dem Seitenwandbauglied vorgesehen sein und die zweite Rille überlappt zumindest einen Teil der ersten Rille und überlappt zumindest einen Teil des zweiten Aussparungsabschnitts in der Dickenrichtung.
Zum Beispiel kann der Sensor ferner ein Gehäusesubstrat umfassen, auf dem das Erfassungselement befestigt ist und ein Harzgehäuse, das auf dem Gehäusesubstrat vorgesehen ist, wobei das Harzgehäuse das Erfassungselement bedeckt und das Harzgehäuse ein Freilegungsloch aufweisen kann, durch das ein Teil des Erfassungselements nach außen hin freigelegt werden kann.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Schnittansicht des Sensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 1. 3 ist eine Schnittansicht des Sensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang der Linie B-B in 1. 4 ist eine Draufsicht des Sensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass das in den Zeichnungen dargestellte kartesische XYZ-Koordinatensystem zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung verwendet wird und die Erfindung nicht einschränkt.
Wie in 1 bis 4 dargestellt, umfasst ein Sensor 10 ein Erfassungselement 12, ein Gehäusesubstrat 14 und ein Harzgehäuse 16. Der Sensor 10 ist ein Drucksensor vom elektrostatischen Kapazitätstyp und kann mithilfe des Erfassungselements 12 Druck erfassen. Das Erfassungselement 12 ist auf dem Gehäusesubstrat 14 befestigt. Das Harzgehäuse 16 ist auf dem Gehäusesubstrat 14 vorgesehen und weist ein Freilegungsloch 16a auf. Das Erfassungselement 12 ist mit dem Harzgehäuse 16 bedeckt, wobei ein Teil des Erfassungselements 12 durch das Freilegungsloch 16a nach außen hin freigelegt ist.
5 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Erfassungselements des Sensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 5 dargestellt umfasst das Erfassungselement 12 ein Elementsubstrat 20, eine Membran 22, ein Seitenwandbauglied 24 und eine feste Elektrode 26.
Das Elementsubstrat 20 ist beispielsweise ein Siliziumsubstrat und umfasst Anschlüsse (nicht dargestellt), die elektrisch mit dem Gehäusesubstrat 14 verbunden sind.
Die Membran 22 ist ein flexibles dünnes Plattenbauglied mit einer Dicke von beispielsweise 3,9 µm. Die Membran 22 ist leitfähig. Zusätzlich dazu weist die Membran 22 eine äußere Oberfläche 22a und eine innere Oberfläche 22b auf. Der Druck eines Erfassungsziels wirkt auf die äußere Oberfläche 22a. Die innere Oberfläche 22b ist auf der gegenüberliegenden Seite der äußeren Oberfläche 22a angeordnet. Die Membran 22 umfasst eine Membraneinheit 22c. Die Membraneinheit 22c verformt sich in einer biegenden Weise, wenn sie in ihrem zentralen Abschnitt Druck erhält.
Das Seitenwandbauglied 24 ist ein Rahmenbauglied, das auf dem Elementsubstrat 20 vorgesehen ist. Das Wandbauglied 24 ist in der Dickenrichtung der Membran 22 rechteckig. Es wird darauf hingewiesen, dass die Dickenrichtung der Membran 22 die Richtung der Z-Achse des in den Zeichnungen dargestellten kartesischen XYZ-Koordinatensystems ist. Dementsprechend ist die Dickenrichtung der Membran 22 die Richtung der Z-Achse. Das Seitenwandbauglied 24 ist isolierend. Zusätzlich dazu trägt das Seitenwandbauglied 24 die Membran 22.
Insbesondere trägt das Seitenwandbauglied 24 den Abschnitt der inneren Oberfläche 22b der Membran 22, der sich außerhalb der Membraneinheit 22c befindet. Dadurch kann sich die Membraneinheit 22c in der Dickenrichtung der Membran 22 in einer biegenden Weise verformen. Mit anderen Worten, der Abschnitt der Membran 22, der nicht vom Seitenwandbauglied 24 getragen wird, ist die Membraneinheit 22c.
Die feste Elektrode 26 befindet sich auf dem Elementsubstrat 20 und ist von dem Seitenwandbauglied 24 umgeben. Die feste Elektrode 26 besteht beispielsweise aus leitfähigem Polysilizium. Zusätzlich dazu ist die feste Elektrode 26 der inneren Oberfläche 22b der Membran 22 mit einem Abstand dazwischen zugewandt. Zwischen der festen Elektrode 26 und der Membraneinheit 22c wird eine elektrostatische Kapazität erzeugt.
Wie in 1 bis 3 dargestellt, ist ein Teil der äußeren Oberfläche 22a der Membran 22, das heißt die Membraneinheit 22c, durch das Freilegungsloch 16a des Harzgehäuses 16 nach außen hin freigelegt. Dadurch wirkt ein Druck auf die Membraneinheit 22c.
Wenn Druck auf den Teil der äußeren Oberfläche 22a der Membran 22 wirkt, der nach außen freigelegt ist, verformt sich die Membraneinheit 22c entsprechend dem Druck in Richtung der festen Elektrode 26 in einer biegenden Weise. Dadurch ändert sich der Abstand zwischen der Membraneinheit 22c und der festen Elektrode 26 und der Absolutwert der elektrostatischen Kapazität zwischen der Membraneinheit 22c und der festen Elektrode 26. Der auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 wirkende Druck kann entsprechend der Änderung des Absolutwerts der elektrostatischen Kapazität erfasst werden.
Zusätzlich dazu ist, wie in 5 dargestellt, bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Aussparungsabschnitten 22d in der äußeren Oberfläche 22a der Membran 22 vorgesehen. Die Aussparungsabschnitte 22d sind die ersten Aussparungsabschnitte. Insbesondere sind die Aussparungsabschnitte 22d, wie in 4 dargestellt, zwischen der Mitte C der Membraneinheit 22c und dem Seitenwandbauglied 24 in der Dickenrichtung der Membran 22 angeordnet. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Aussparungsabschnitt 22d eine lineare Rille mit einer Breite von beispielsweise 12 µm und einer Tiefe von beispielsweise 0,8 µm. Die Tiefe des Aussparungsabschnitts 22d beträgt bevorzugt die Hälfte oder weniger der Dicke der Membran 22, noch bevorzugter 25 % oder weniger, um eine Abnahme der Festigkeit der Membran 22 zu unterdrücken. Darüber hinaus ist der Aussparungsabschnitt 22d in der Membraneinheit 22c so vorgesehen, dass derselbe sich kontinuierlich entlang des Seitenwandbauglieds 24 in der Dickenrichtung der Membran 22 erstreckt. Ferner erstreckt sich der Aussparungsabschnitt 22d zu der Längsrichtung der Membraneinheit 22c in der Dickenrichtung der Membran 22. Die Längsrichtung der Membraneinheit 22c ist die Richtung der X-Achse des in den Zeichnungen dargestellten kartesischen XYZ-Koordinatensystems. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Aussparungsabschnitte 22d so vorgesehen, dass dieselben die Mitte C der Membran 22 symmetrisch in Bezug auf die Mitte C als Symmetriepunkt umgeben. Das heißt, bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die zwei Aussparungsabschnitte 22d parallel zueinander in einem gleichen Abstand von der Mitte C derart vorgesehen, dass sie die Mitte C umgeben.
Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Aussparungsabschnitte 22d zu der Außenseite der Membraneinheit 22c erstrecken, das heißt zu dem Abschnitt der Membran 22, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel von dem Seitenwandbauglied 24 getragen wird. Dementsprechend befinden sich die Aussparungsabschnitte 22d selbst dann, wenn die Membran 22 an einer Position vorgesehen ist, die gegenüber einer gewünschten Position in Bezug auf das Seitenwandbauglied 24 verschoben ist, innerhalb des Bereichs der Membran 22, der von dem Seitenwandbauglied 24 umgeben ist, das heißt innerhalb der Membraneinheit 22c in der Dickenrichtung der Membran 22.
Die Aussparungsabschnitte 22d sind vorgesehen, um Änderungen der Erfassungsempfindlichkeit zu unterdrücken, die verursacht werden, wenn sich die Membran 22 in einem planaren Spannungszustand befindet. Wie in 1 bis 3 dargestellt, wird insbesondere eine Schubspannung oder Zugspannung in der planaren Richtung der Membran 22 auf das Erfassungselement 12 aufgrund der thermischen Expansion oder thermischen Kontraktion des Harzgehäuses 16, einer auf das Harzgehäuse 16 wirkenden externen Kraft oder dergleichen ausgeübt. Es wird darauf hingewiesen, dass die planare Richtung der Membran 22 die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung des in den Zeichnungen dargestellten kartesischen XYZ-Koordinatensystems ist. Damit befindet sich die Membran 22 in einem planaren Spannungszustand. Der planare Spannungszustand der Membran 22 wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
6A ist eine Schnittansicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem Vergleichsbeispiel, wenn sich das Erfassungselement in einem natürlichen Zustand befindet. 6B ist eine Schnittansicht des Erfassungselements des Sensors gemäß dem Vergleichsbeispiel, wenn eine Zugspannung auf das Erfassungselement ausgeübt wird. 6C ist eine Schnittansicht des Erfassungselements des Sensors gemäß dem Vergleichsbeispiel, wenn eine Schubspannung auf das Erfassungselement ausgeübt wird. 7A ist eine Schnittansicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem Beispiel, wenn sich das Erfassungselement in einem natürlichen Zustand befindet. 7B ist eine Schnittansicht des Erfassungselements des Sensors gemäß dem Beispiel, wenn eine Zugspannung auf das Erfassungselement ausgeübt wird. 7C ist eine Schnittansicht des Erfassungselements des Sensors gemäß dem Beispiel, wenn eine Schubspannung auf das Erfassungselement ausgeübt wird. Hier ist der natürliche Zustand ein Zustand, in dem keine Schubspannung oder Zugspannung in der planaren Richtung in der Membran auf das Erfassungselement ausgeübt wird, das heißt ein Zustand, in dem sich die Membran nicht in dem planaren Spannungszustand befindet.
Wie in 6A bis 6C dargestellt, sind in dem Erfassungselement 112 des Sensors gemäß dem Vergleichsbeispiel keine Aussparungsabschnitte in der äußeren Oberfläche 122a der Membran 122 vorgesehen.
In 6A zeigen die Strichpunktlinien die Membraneinheit 122 an, wenn der Druck P nicht auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 in dem natürlichen Zustand wirkt und die durchgezogenen Linien zeigen die Membraneinheit 122c an, wenn der Druck P auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 in dem natürlichen Zustand wirkt. Wie in 6A dargestellt, ist die Membraneinheit 122c im Wesentlichen flach, wenn der Druck P nicht auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 in dem natürlichen Zustand wirkt. Alternativ, wie in 6 dargestellt, verformt sich die Membraneinheit 122c, wenn der Druck P auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 in dem natürlichen Zustand wirkt, in einer biegenden Weise in Richtung der festen Elektrode 126. Im Ergebnis entspricht der Abstand Δdn zwischen der Membraneinheit 122c und der festen Elektrode 126 dem Druck P.
In 6B zeigen die Strich-Zweipunktlinien die Membraneinheit 122c an, wenn der Druck P nicht auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 wirkt, wobei eine Zugspannung Ft in der planaren Richtung der Membran 122 auf das Erfassungselement 112 wirkt, das heißt, wenn sich die Membran 122 aufgrund der Zugspannung Ft in dem planaren Spannungszustand befindet und die durchgezogenen Linien zeigen die Membraneinheit 122 an, wenn der Druck P auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 wirkt. Wie in 6B dargestellt, ist die Membraneinheit 122c im Wesentlichen flach, wenn der Druck P nicht auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 wirkt, wobei sich die Membran 122 aufgrund der Zugspannung Ft in dem planaren Spannungszustand befindet.
Wie in 6B dargestellt, verformt sich die Membraneinheit 122, wenn der Druck P auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 wirkt, während sich die Membran 122 aufgrund der Zugspannung Ft in einem planaren Spannungszustand befindet, in einer biegenden Weise in Richtung der festen Elektrode 126. Jedoch ist der Grad der Verformung der Membraneinheit 122c geringer als in dem in 6A dargestellten natürlichen Zustand. Im Ergebnis ist der Abstand Δdt zwischen der Membraneinheit 122c und der festen Elektrode 126 größer als der Abstand Δdn in dem in 6A dargestellten natürlichen Zustand, obwohl der gleiche Druck P auf die Membran 122 wirkt.
Das heißt, wenn die Zugspannung Ft in der planaren Richtung der Membran 122 auf das Erfassungselement 112 ausgeübt wird, ist die Verformungsfestigkeit in der Dickenrichtung der Membran 122 größer als in dem natürlichen Zustand und die Membran 22 ist nicht leicht in der Dickenrichtung zu verformen.
In 6C zeigen die Strich-Zweipunktlinien die Membraneinheit 122 an, wenn der Druck P auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 wirkt, wobei die Schubspannung Fc in der planaren Richtung der Membran 122 auf das Erfassungselement 112 ausgeübt wird, das heißt, wenn sich die Membran 122 aufgrund der Schubspannung Fc in dem planaren Spannungszustand befindet, und die durchgezogenen Linien zeigen die Membraneinheit 122 an, wenn der Druck P auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 wirkt. Wie in 6C dargestellt, ist die Membraneinheit 122c im Wesentlichen flach, wenn der Druck P nicht auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 wirkt, während sich die Membran 122 aufgrund der Schubspannung Fc in dem planaren Spannungszustand befindet.
Wie in 6C dargestellt, verformt sich die Membraneinheit 122c, wenn der Druck P auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 wirkt, während sich die Membran 122 aufgrund der Schubspannung Fc in einem planaren Spannungszustand befindet, in Richtung der festen Elektrode 126 in einer biegenden Weise. Der Grad der Verformung der Membraneinheit 122c ist jedoch größer als in dem in 6A dargestellten natürlichen Zustand. Im Ergebnis ist der Abstand Δdc zwischen der Membraneinheit 122 und der festen Elektrode 126 kleiner als der Abstand Δdn in dem in 6A dargestellten natürlichen Zustand, obwohl der gleiche Druck P auf die Membran 122 wirkt.
Das heißt, wenn die Schubspannung Fc in der planaren Richtung der Membran 122 auf das Erfassungselement 112 wirkt, ist die Verformungsfestigkeit in der Dickenrichtung der Membran 122 geringer als in dem natürlichen Zustand und die Membran 122 ist in der Dickenrichtung leicht zu verformen.
Eine Zunahme oder Abnahme der Verformungsfestigkeit in der Dickenrichtung der Membran 122 wie oben beschrieben, wenn die Zugspannung oder die Schubspannung auf die Membran 122 in der planaren Richtung der Membran 122 ausgeübt wird, das heißt, wenn die Membran 122 in den planaren Spannungszustand versetzt ist, wird als Spannungsversteifungseffekt bezeichnet.
Wie in den 6A bis 6C dargestellt, ist bei dem Erfassungselement 112 des Sensors gemäß dem Vergleichsbeispiel der Abstand zwischen der Membraneinheit 122c und der festen Elektrode 126 unterschiedlich, je nachdem, ob sich das Erfassungselement 112 in dem natürlichen Zustand oder die Membran 122 in dem planaren Spannungszustand befindet, obwohl der gleiche Druck P auf die Membran 122 wirkt. Zusätzlich dazu ist der Abstand zwischen der Membraneinheit 122c und der festen Elektrode 126 auch dann unterschiedlich, wenn sich die Membran 122 in dem planaren Spannungszustand befindet, je nachdem, ob es sich bei der ausgeübten Spannung um eine Zugspannung oder eine Schubspannung handelt, das heißt, je nach Richtung der in der Membran 122 erzeugten Spannung. Wie oben beschrieben, ändert sich bei dem Erfassungselement 112 des Sensors gemäß dem Vergleichsbeispiel die Erfassungsempfindlichkeit, wenn sich die Membran 122 in dem planaren Spannungszustand befindet, im Vergleich zu der Erfassungsempfindlichkeit, wenn sich die Membran 122 in dem natürlichen Zustand befindet.
Da bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Mehrzahl von Aussparungsabschnitten 22d in der Membraneinheit 122c vorgesehen sind, werden Änderungen der Erfassungsempfindlichkeit auch dann unterdrückt, wenn sich die Membran 122 in dem planaren Spannungszustand befindet. Dies wird unter Bezugnahme auf die 7A bis 7C beschrieben.
In 7A zeigen die Strichpunktlinien die Membraneinheit 22c an, wenn der Druck P nicht auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 im natürlichen Zustand wirkt und die durchgezogenen Linien zeigen die Membraneinheit 22c an, wenn der Druck auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 in dem natürlichen Zustand wirkt. Wie in 7A dargestellt, ist die Membraneinheit 22c im Wesentlichen flach, wenn der Druck P nicht auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 in dem natürlichen Zustand wirkt. Zusätzlich dazu verformt sich die Membraneinheit 22c, wie in 7A dargestellt, wenn der Druck P auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 in dem natürlichen Zustand wirkt, in einer biegenden Weise in Richtung der festen Elektrode 26. Im Ergebnis entspricht der Abstand Δdn zwischen der Membraneinheit 22c und der festen Elektrode 26 dem Druck P.
In 7B zeigen die Strich-Zweipunktlinien die Membraneinheit 122c an, wenn der Druck P nicht auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 wirkt, wobei die Zugspannung Ft in der planaren Richtung der Membran 22 auf das Erfassungselement 112 wirkt, das heißt, wenn sich die Membran 22 aufgrund der Zugspannung Ft in dem planaren Spannungszustand befindet und die durchgezogenen Linien zeigen die Membraneinheit 122c an, wenn der Druck P auf die äußere Oberfläche 122a der Membran 122 wirkt. Wie in 7B dargestellt, verformt sich die Membraneinheit 22c, wenn der Druck P nicht auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 wirkt und sich die Membran 22 aufgrund der Zugspannung Ft in dem planaren Spannungszustand befindet, geringfügig in einer biegenden Weise in Richtung der festen Elektrode 26. Diese Biegeverformung wird durch den Unterschied zwischen der Verteilung der Zugspannung auf der äußeren Oberfläche 22a der Membran 22 und der Verteilung der Zugspannung auf der inneren Oberfläche 22b verursacht.
Insbesondere ist die Zugspannung, die in dem Bereich der äußeren Oberfläche 22a erzeugt wird, der zwischen der Mehrzahl von Aussparungsabschnitten 22d angeordnet ist, kleiner als die Zugspannung, die in dem Bereich der inneren Oberfläche 22b auf der gegenüberliegenden Seite des Bereichs der äußeren Oberfläche 22a erzeugt wird. Dementsprechend wird die Membran 22 so verformt, dass der Bereich der inneren Oberfläche 22b stärker verformt ist als der Bereich der inneren Oberfläche 22b. Im Ergebnis verformt sich die Membraneinheit 122c in einer leicht biegenden Weise, so dass die innere Oberfläche 22b vorsteht.
Die Membraneinheit 22c verformt sich geringfügig in einer biegenden Weise, so dass die innere Oberfläche 22b wie oben beschrieben vorsteht, wodurch der Absolutwert der elektrostatischen Kapazität zwischen der Membraneinheit 22c und der festen Elektrode 26 erhöht wird. Zusätzlich dazu verformt sich die Membraneinheit 22c leicht in einer biegenden Weise in Richtung der festen Elektrode 26.
Die Membraneinheit 22c verformt sich in einer biegenden Weise, wenn der Druck P auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 wirkt, wobei sich die Membran 22 aufgrund der Zugspannung Ft, wie in 7B dargestellt, in dem planaren Spannungszustand befindet, in Richtung der festen Elektrode 26 wie in dem in 7A dargestellten natürlichen Zustand. Der Grad der Verformung der Membraneinheit 22c ist fast derselbe wie in dem in 7A dargestellten natürlichen Zustand. Wenn die Querschnittsform, die Breite, die Tiefe und dergleichen des Aussparungsabschnitts 22d wie oben beschrieben geeignet sind, ist der Abstand Δdt zwischen der Membraneinheit 22c und der festen Elektrode im Wesentlichen derselbe wie der Abstand Δdn in dem in 7A dargestellten natürlichen Zustand, wenn derselbe Druck P auf die Membran 22 wirkt.
In 7C zeigen die Strich-Zweipunktlinien die Membraneinheit 22c an, wenn der Druck P nicht auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 wirkt, wobei die Schubspannung Fc in der planaren Richtung der Membran auf das Erfassungselement 112 wirkt, das heißt, wenn die Membran 22 sich aufgrund der Schubspannung Fc in dem planaren Spannungszustand befindet und die durchgezogenen Linien zeigen die Membraneinheit 22c an, wenn der Druck auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 wirkt. Wie in 6C dargestellt, verformt sich die Membraneinheit 22c, wenn der Druck P nicht auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 wirkt, wobei sich die Membran 22 aufgrund der Schubspannung Fc in dem planaren Spannungszustand befindet, geringfügig in einer biegenden Weise in Richtung der gegenüberliegenden Seite der festen Elektrode 26, das heißt zu der äußeren Seite. Diese Biegeverformung wird durch den Unterschied zwischen der Verteilung der Schubspannung auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 und der Verteilung der Schubspannung auf der inneren Oberfläche 22b der Membran 22 verursacht.
Insbesondere ist die Schubspannung, die in dem Bereich der äußeren Oberfläche 22a erzeugt wird, der zwischen der Mehrzahl von Aussparungsabschnitten 22d angeordnet ist, kleiner als die Schubspannung, die in dem Bereich der inneren Oberfläche 22b auf der gegenüberliegenden Seite des Bereichs der äußeren Oberfläche 22a erzeugt wird. Dementsprechend wird der Bereich der inneren Oberfläche 22b in der Richtung verformt, in der der Bereich der inneren Oberfläche 22b stärker schrumpft als der Bereich der äußeren Oberfläche 22a. Im Ergebnis verformt sich die Membraneinheit 22c geringfügig in einer biegenden Weise, so dass die innere Oberfläche 22b ausgenommen ist.
Die Membraneinheit 22c verformt sich geringfügig in einer biegenden Weise, so dass die innere Oberfläche 22b, wie oben beschrieben, ausgenommen wird, wodurch der Absolutwert der elektrostatischen Kapazität zwischen der Membraneinheit 22c und der festen Elektrode 26 reduziert wird. Zusätzlich dazu verformt sich die Membraneinheit 22c nicht ohne weiteres in einer biegenden Weise in Richtung der festen Elektrode.
Wie in 7C dargestellt, verformt sich die Membraneinheit 22c, wenn der Druck P auf die äußere Oberfläche 22a der Membran 22 wirkt, wobei sich die Membran 22 aufgrund der Schubspannung Fc in dem planaren Spannungszustand befindet, in einer biegenden Weise in Richtung der festen Elektrode 26 wie in dem in 7A dargestellten natürlichen Zustand. Der Grad der Verformung der Membraneinheit 22 ist im Wesentlichen derselbe wie in dem in 7A dargestellten natürlichen Zustand. Wenn die Querschnittsform, die Breite, die Tiefe und dergleichen des Aussparungsabschnitts 22d wie oben beschrieben geeignet sind, ist der Abstand Δdc zwischen der Membraneinheit 22c und der festen Elektrode 26 im Wesentlichen derselbe wie der Abstand Δdn in dem in 7A dargestellten Zustand, wenn derselbe Druck P auf die Membran 22 wirkt.
Da die Aussparungsabschnitte 22d in der äußeren Oberfläche 22a der Membran 22 vorgesehen sind, wie in den 7A bis 7C dargestellt, ist der Abstand zwischen der Membraneinheit 22c und der festen Elektrode 26 im Wesentlichen derselbe, wenn derselbe Druck P auf die Membran 22 wirkt, unabhängig davon, ob sich das Erfassungselement in einem natürlichen Zustand oder die Membran 22 in einem planaren Spannungszustand befindet, und unabhängig davon, ob die Zugspannung oder die Schubspannung ausgeübt wird, das heißt unabhängig von der Richtung der in der Membran 22 erzeugten Spannung, selbst wenn sich die Membran 22 in dem planaren Spannungszustand befindet. Das heißt, bei dem Erfassungselement 12 des Sensors 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ändert sich die Erfassungsempfindlichkeit in dem natürlichen Zustand kaum und Änderungen der Erfassungsempfindlichkeit können unterdrückt werden, selbst wenn sich die Membran 22 in dem planaren Spannungszustand befindet.
Der sekundäre Effekt ist, dass die Membraneinheit 22c lokal gedünnt ist und sich leicht verformt, weil die Aussparungsabschnitte 22d in der äußeren Oberfläche 22a der Membran 22 vorgesehen sind. Im Ergebnis erhöht sich die Erfassungsempfindlichkeit und das Rauschen in dem Signalausgang des Sensors 10 wird reduziert.
Gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist es möglich, Änderungen in der Erfassungsempfindlichkeit zu unterdrücken, die verursacht werden, wenn sich die Membran 22 des Sensors 10 zum Erfassen von Druck in dem planaren Spannungszustand befindet.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation des ersten oben beschriebenen Ausführungsbeispiels. Dementsprechend wird ein Sensor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Unterschieden zu dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel liegt.
8 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements des Sensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 9 ist eine Schnittansicht des Erfassungselements des Sensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang der Linie C-C in 8.
Wie in den 8 und 9 dargestellt, sind in einem Erfassungselement 212 des Sensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Rillen 220a in einem Elementsubstrat 220 vorgesehen. Die Rillen 220a sind in Abschnitten der Oberflächen des Elementsubstrats 220 vorgesehen, die in Kontakt mit einem Seitenwandbauglied 224 sind, um eine feste Elektrode 226 zu umgeben. Die Rillen 220a sind die ersten Rillen.
Zusätzlich dazu sind in dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Aussparungsabschnitten 222e zusätzlich zu einer Mehrzahl von Aussparungsabschnitten 222d in einer äußeren Oberfläche 222a einer Membran 222 vorgesehen. Die Aussparungsabschnitte 222d sind die ersten Aussparungsabschnitte und die Aussparungsabschnitte 222e sind die zweiten Aussparungsabschnitte.
Insbesondere sind, wie in 8 dargestellt, die Aussparungsabschnitte 222e in den Abschnitten der Membran 222 um die Membraneinheit 222c herum vorgesehen, das heißt in den Abschnitten der Membran 222, die das Seitenwandbauglied 224 in der Dickenrichtung der Membran 222 überlappen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Dickenrichtung der Membran 222 die Richtung der Z-Achse des in den Zeichnungen dargestellten kartesischen XYZ-Koordinatensystems ist. Dementsprechend ist die Ansicht der Membran 222 in Dickenrichtung die Ansicht in Richtung der Z-Achse. Ferner überlappen die Aussparungsabschnitte 222e zumindest Teile der Rillen 222a in der Dickenrichtung der Membran 222.
Ferner sind, wie in 9 dargestellt, in dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Rillen 224a in dem Seitenwandbauglied 224 vorgesehen. Die Rillen 224a durchdringen das Seitenwandbauglied 224 in der Dickenrichtung der Membran 222. Die Rillen 224a überlappen zumindest Teile der Rillen 220a und überlappen zumindest Teile der Aussparungsabschnitte 222 in der Dickenrichtung der Membran 222. Die Rillen 224a sind die zweiten Rillen.
Wie in 8 dargestellt, umgeben die Rillen 220a, die Aussparungsabschnitte 222e und die Rillen 224a die Membraneinheit 222c in der Dickenrichtung der Membran 222. Dementsprechend fungieren die Rillen 220a, die ausgesparten Abschnitte 222e und die Rillen 224a als Dämpfer, die eine auf die Membraneinheit 222 übertragene Kraft reduzieren, indem sie eine Schubspannung oder eine Zugspannung in der planaren Richtung der Membran 222 absorbieren, wenn die Schubspannung oder die Zugspannung auf das Erfassungselement 12 ausgeübt wird. Im Ergebnis wird die in der Membraneinheit 222c erzeugte Spannung reduziert und Änderungen der Erfassungsempfindlichkeit werden weiter unterdrückt, selbst wenn sich die Membran 22 in dem planaren Spannungszustand befindet. Es wird darauf hingewiesen, dass die planare Richtung der Membran 222 die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung des in den Zeichnungen dargestellten kartesischen XYZ-Koordinatensystems ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Elementsubstrat 220 verdickt sein kann, um die in der Membraneinheit 222c erzeugte Spannung weiter zu reduzieren. Dementsprechend kann das Elementsubstrat 220 eine Festigkeit gegenüber Schub- oder Zugspannung in planarer Richtung aufweisen. Dementsprechend wird die in der Membraneinheit 222c erzeugte Spannung weiter verringert.
Zusätzlich dazu können die Rillen 220a, die ausgesparten Abschnitte 222e und die Rillen 224a in der Dickenrichtung der Membran 222 ringförmig sein. Das heißt, die Anzahl und die Formen der Rillen 220a, der Aussparungsabschnitte 222e und der Rillen 224a sind nicht begrenzt, solange die Rillen 220a, die Aussparungsabschnitte 222e und die Rillen 224a an Positionen an der Außenseite der Membraneinheit 222c in der Dickenrichtung der Membran 222 vorgesehen sind.
Gemäß dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel ist es möglich, Änderungen in der Erfassungsempfindlichkeit zu unterdrücken, die verursacht werden, wenn sich die Membran 222 des Sensors zum Erfassen von Druck in dem planaren Spannungszustand wie in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel befindet.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindungen wurden oben beschrieben, aber die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Zum Beispiel sind wie in 4 dargestellt in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die zwei Aussparungsabschnitte 22d parallel zueinander in einem gleichen Abstand von der Mitte C der Membran 22 vorgesehen. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die in der Membran vorgesehenen ausgesparten Abschnitte können verschiedene Formen annehmen.
10 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 11 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 12 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 13 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 14 ist eine Draufsicht eines Erfassungselements eines Sensors gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 10 dargestellt, sind in einem Erfassungselement 312 des Sensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwei Aussparungsabschnitte 322d und zwei Aussparungsabschnitte 322f in einer äußeren Oberfläche 322a einer Membran 322 vorgesehen. Wie in 10 dargestellt, sind insbesondere die Aussparungsabschnitte 322d und 322f zwischen der Mitte C der Membraneinheit 322c und dem Seitenwandbauglied 324 in der Dickenrichtung der Membran 322 vorgesehen. Die Aussparungsabschnitte 322d und 322f sind in der Membraneinheit 322c entlang des Seitenwandbauglieds 324 in der Dickenrichtung der Membran 322 vorgesehen. Die Aussparungsabschnitte 322d und 322f umgeben die Mitte C der Membran 322. Die Aussparungsabschnitte 322d und 322f sind die ersten Aussparungsabschnitte.
Die Aussparungsabschnitte 322d erstrecken sich in der Längsrichtung der Membraneinheit 322c in der Dickenrichtung der Membran 322. Die Längsrichtung der Membraneinheit 322 ist die Richtung der X-Achse des in der Zeichnung dargestellten kartesischen XYZ-Koordinatensystems. Die Aussparungsabschnitte 322d erstrecken sich zu dem äußeren Seitenabschnitt der Membran 322c, das heißt dem Abschnitt der Membran 322, der von dem Seitenwandbauglied 324 getragen wird. Die Aussparungsabschnitte 322d sind symmetrisch in Bezug auf die Mitte C als Symmetriepunkt vorgesehen. Das heißt, die zwei Aussparungsabschnitte 322d sind parallel zueinander in einem gleichen Abstand von der Mitte C vorgesehen.
Die Aussparungsabschnitte 322f erstrecken sich in der Querrichtung der Membraneinheit 322c in der Dickenrichtung der Membran 322. Die Querrichtung der Membraneinheit 322c ist die Y-Achsenrichtung des in der Zeichnung dargestellten kartesischen XYZ-Koordinatensystems. Die Aussparungsabschnitte 322f sind symmetrisch in Bezug auf die Mitte C als Symmetriepunkt angeordnet. Das heißt, die zwei Aussparungsabschnitte 322f sind parallel zueinander in einem gleichen Abstand von der Mitte C vorgesehen.
Wie in 11 dargestellt, sind in einem Erfassungselement 412 des Sensors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwei Aussparungsabschnitte 422d in einer äußeren Oberfläche 422a einer Membran 422 vorgesehen. Die gesamten Aussparungsabschnitte 422d befinden sich innerhalb der Membraneinheit 422c.
Wie in 12 dargestellt, sind in einem Erfassungselement 512 des Sensors gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwei Aussparungsabschnitte 522d und zwei Aussparungsabschnitte 522f in einer äußeren Oberfläche 522a einer Membran 522 vorgesehen. Wie in 12 dargestellt, sind insbesondere die Aussparungsabschnitte 522d und 522f zwischen der Mitte C der Membraneinheit 522c und dem Seitenwandbauglied 524 in Dickenrichtung der Membran 522 vorgesehen. Die Aussparungsabschnitte 522d und 522f sind in der Membraneinheit 522c entlang des Seitenwandbauglieds 524 in der Dickenrichtung der Membran 522 vorgesehen. Die Aussparungsabschnitte 522d und 522f umgeben die Mitte C der Membran 522. Die Aussparungsabschnitte 522d und 522f sind die ersten Aussparungsabschnitte. Die gesamten Aussparungsabschnitte 322d und 322f befinden sich innerhalb der Membraneinheit 522c.
Die Aussparungsabschnitte 522d erstrecken sich in der Längsrichtung der Membraneinheit 522c in der Dickenrichtung der Membran 522. Die Längsrichtung der Membraneinheit 322c ist die Richtung der X-Achse des in der Zeichnung dargestellten kartesischen XYZ-Koordinatensystems. Die Aussparungsabschnitte 322d sind symmetrisch in Bezug auf die Mitte C als Symmetriepunkt vorgesehen. Das heißt, die zwei Aussparungsabschnitte 322d sind parallel zueinander in einem gleichen Abstand von der Mitte C vorgesehen.
Die Aussparungsabschnitte 522f erstrecken sich in der Querrichtung der Membraneinheit 522c in der Dickenrichtung der Membran 522. Die Querrichtung der Membraneinheit 522c ist die Richtung der Y-Achse des in der Zeichnung dargestellten kartesischen XYZ-Koordinatensystems. Die Aussparungsabschnitte 522f sind symmetrisch in Bezug auf die Mitte C als Symmetriepunkt vorgesehen. Das heißt, die zwei Aussparungsabschnitte 322f sind parallel zueinander in dem gleichen Abstand von der Mitte C vorgesehen.
Wie in 13 dargestellt, sind in einem Erfassungselement 612 des Sensors gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vier Aussparungsabschnitte 622d und zwei Aussparungsabschnitte 622f in einer äußeren Oberfläche 622a einer Membran 622 vorgesehen. Wie in 13 dargestellt, sind insbesondere die Aussparungsabschnitte 622d und 622f zwischen der Mitte C der Membraneinheit 622c und dem Seitenwandbauglied 624 in Dickenrichtung der Membran 622 vorgesehen. Die Aussparungsabschnitte 622d und 622f sind in der Membraneinheit 622c entlang des Seitenwandbauglieds 624 in der Dickenrichtung der Membran 622 vorgesehen. Die Aussparungsabschnitte 622d und 622f umgeben die Mitte C der Membran 622. Die Aussparungsabschnitte 622d und 622f sind die ersten Aussparungsabschnitte. Die gesamten Aussparungsabschnitte 622d und 622f befinden sich innerhalb der Membraneinheit 622c.
Die Aussparungsabschnitte 622d erstrecken sich in der Längsrichtung der Membraneinheit 622c in der Dickenrichtung der Membran 622. Die Längsrichtung der Membraneinheit 622c ist die Richtung der X-Achse des in der Zeichnung dargestellten kartesischen XYZ-Koordinatensystems. Die Aussparungsabschnitte 622d sind symmetrisch in Bezug auf die Mitte C als Symmetriepunkt vorgesehen. Das heißt, die vier Aussparungsabschnitte 622d sind parallel zueinander in dem gleichen Abstand von der Mitte C vorgesehen.
Die Aussparungsabschnitte 622f erstrecken sich in der Querrichtung der Membraneinheit 622c in der Dickenrichtung der Membran 622. Die Querrichtung der Membraneinheit 622c ist die Y-Achsenrichtung des in der Zeichnung dargestellten kartesischen XYZ-Koordinatensystems. Die Aussparungsabschnitte 622f sind symmetrisch in Bezug auf die Mitte C als Symmetriepunkt vorgesehen. Das heißt, die zwei Aussparungsabschnitte 622f sind parallel zueinander in dem gleichen Abstand von der Mitte C vorgesehen.
Wie in 14 dargestellt, ist bei einem Erfassungselement 712 des Sensors gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Aussparungsabschnitt 722d in einer äußeren Oberfläche 722a einer Membran 722 vorgesehen. Wie in 14 dargestellt, ist insbesondere der Aussparungsabschnitt 722d zwischen der Mitte C einer Membraneinheit 722c und einem Seitenwandbauglied 724 in der Dickenrichtung der Membran 722 vorgesehen. Der Aussparungsabschnitt 722d ist in der Membraneinheit 722c entlang des Seitenwandbauglieds 724 in der Dickenrichtung der Membran 722 vorgesehen. Der Aussparungsabschnitt 722d ist in der Dickenrichtung der Membran 722 ringförmig und umgibt die Mitte C der Membran 722. Der Aussparungsabschnitt 722d ist der erste Aussparungsabschnitt. Der gesamte Aussparungsabschnitt 722d befindet sich innerhalb der Membraneinheit 722c.
Das heißt, in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der erste Aussparungsabschnitt in einem Abschnitt der äußeren Oberfläche zwischen der Mitte der Membraneinheit und dem Seitenwandbauglied in der Dickenrichtung der Membran vorgesehen.
Zusätzlich dazu ist der erste Aussparungsabschnitt bevorzugt in einem Abschnitt in der Nähe des Seitenwandbauglieds vorgesehen, das heißt entlang des Seitenwandbauglieds in der Dickenrichtung der Membran anstelle in einem Abschnitt in der Nähe der Mitte der Membraneinheit. Dadurch können Änderungen in der Erfassungsempfindlichkeit, die verursacht werden, wenn sich die Membran in einem planaren Spannungszustand befindet, wirksam unterdrückt werden. Wenn hingegen der erste Aussparungsabschnitt in einem Abschnitt in der Nähe der Mitte angeordnet ist, nimmt der Unterschied zwischen der Spannungsverteilung auf der äußeren Oberfläche der Membraneinheit und der Spannungsverteilung auf der inneren Oberfläche der Membraneinheit der Membran in dem planaren Spannungszustand ab und die Wirkung des ersten Aussparungsabschnitts wird reduziert.
Weiter bevorzugt sind eine Mehrzahl von ersten Aussparungsabschnitten vorgesehen, die die Mitte der Membran in der Dickenrichtung der Membran umgeben. Das ermöglicht der Membraneinheit, sich in einer biegenden Weise in eine Form zu verformen, die in Bezug auf ihre Mitte symmetrisch ist.
Noch bevorzugter ist eine Mehrzahl von ersten Aussparungsabschnitten vorgesehen, die symmetrisch in Bezug auf die Mitte der Membran als Symmetriepunkt in der Dickenrichtung der Membran sind. Das ermöglicht der Membraneinheit, sich in einer biegenden Weise in eine Form zu verformen, die in Bezug auf ihre Mitte symmetrischer ist.
Zusätzlich dazu ist der Sensor 10 in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel beispielsweise ein Drucksensor vom elektrostatischen Kapazitätstyp. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. So kann der Sensor beispielsweise ein Drucksensor vom piezoresistiven Typ sein, bei dem sich der elektrische Widerstand ändert, wenn sich die Membran unter Einwirkung von Druck verformt. Zusätzlich dazu ist der Sensor nicht auf einen Sensor beschränkt, der Druck erfasst, sondern kann ein Sensor sein, der die auf die Membran ausgeübte Vibration und Kraft auf der Grundlage des Grads der Verformung der Membran erfasst, wie beispielsweise ein Differenzdrucksensor oder ein Kraftsensor.
Zusätzlich dazu ist in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wie in 1 dargestellt das Erfassungselement 12 mit dem Harzgehäuse 16 bedeckt. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Der Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung muss lediglich eine Struktur aufweisen, bei der eine Zugspannung oder eine Schubspannung in der planaren Richtung der Membran auf das Erfassungselement wirken kann.
Das heißt, im weitesten Sinne weist der Sensor gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Erfassungselement auf, welches das Elementsubstrat, die Membran, die die äußere Oberfläche, die innere Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite der äußeren Oberfläche und die Membraneinheit umfasst, sowie das Seitenwandbauglied umfasst, das auf dem Elementsubstrat vorgesehen ist, das einen Abschnitt der inneren Oberfläche der Membran außerhalb der Membraneinheit trägt, wobei der erste Aussparungsabschnitt in der äußeren Oberfläche der Membran zwischen der Mitte der Membraneinheit und dem Seitenwandbauglied in der Dickenrichtung der Membran vorgesehen ist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind oben beschrieben worden, aber es ist für den Fachmann offensichtlich, dass ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch vollständige oder teilweise Kombination eines Ausführungsbeispiels mit zumindest einem anderen Ausführungsbeispiel erhalten werden kann.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf einen Sensor, der Druck oder dergleichen erfasst.

Claims

Ein Sensor, der folgende Merkmale aufweist: ein Erfassungselement, das Folgendes umfasst: ein Elementsubstrat, eine Membran, die eine äußeren Oberfläche, eine inneren Oberfläche auf einer gegenüberliegenden Seite der äußeren Oberfläche und eine Membraneinheit umfasst, ein Seitenwandbauglied, das auf dem Elementsubstrat vorgesehen ist, wobei das Seitenwandbauglied einen Abschnitt der inneren Oberfläche der Membran außerhalb der Membraneinheit trägt, und eine feste Elektrode, die auf dem Elementsubstrat vorgesehen ist, während dieselbe von dem Seitenwandbauglied umgeben ist, wobei die feste Elektrode der inneren Oberfläche der Membran mit einem Abstand dazwischen zugewandt ist, und eine elektrostatische Kapazität zwischen der festen Elektrode und der Membraneinheit erzeugt wird, wobei ein erster Aussparungsabschnitt in der äußeren Oberfläche der Membran zwischen einer Mitte der Membraneinheit und dem Seitenwandbauglied in einer Dickenrichtung der Membran vorgesehen ist.
Der Sensor gemäß Anspruch 1, bei dem der erste Aussparungsabschnitt in der Membraneinheit entlang des Seitenwandbauglieds in der Dickenrichtung vorgesehen ist.
Der Sensor gemäß Anspruch 2, bei dem der erste Aussparungsabschnitt eine lineare Form aufweist, die sich kontinuierlich entlang des Seitenwandbauglieds in der Dickenrichtung erstreckt.
Der Sensor gemäß Anspruch 3, bei dem sich der erste Aussparungsabschnitt in einen Abschnitt der Membran erstreckt, der von dem Seitenwandbauglied getragen wird.
Der Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Mehrzahl von ersten Aussparungsabschnitten vorgesehen ist, um eine Mitte der Membran in der Dickenrichtung zu umgeben, wobei der erste Aussparungsabschnitt einer der Mehrzahl von ersten Aussparungsabschnitten ist.
Der Sensor gemäß einem Anspruch 1 bis 5, bei dem die Mehrzahl von ersten Aussparungsabschnitten symmetrisch in Bezug auf die Mitte der Membran als Symmetriepunkt in der Dickenrichtung vorgesehen ist.
Der Sensor gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem zwei Aussparungsabschnitte parallel zueinander vorgesehen sind, um die Mitte der Membran in der Dickenrichtung zu umgeben, wobei der erste Aussparungsabschnitt einer der zwei ersten Aussparungsabschnitte ist.
Der Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine erste Rille in einem Abschnitt einer Oberfläche des Elementsubstrats vorgesehen ist, wobei der Abschnitt in Kontakt mit dem Seitenwandbauglied ist.
Der Sensor gemäß Anspruch 8, bei dem ein zweiter Aussparungsabschnitt in einem Abschnitt der äußeren Oberfläche der Membran vorgesehen ist, wobei der Abschnitt das Seitenwandbauglied in der Dickenrichtung überlappt und der zweite Aussparungsabschnitt zumindest einen Teil der ersten Rille in der Dickenrichtung überlappt.
Der Sensor gemäß Anspruch 9, bei dem eine zweite Rille in dem Seitenwandbauglied vorgesehen ist und die zweite Rille zumindest einen Teil der ersten Rille überlappt und zumindest einen Teil des zweiten Aussparungsabschnitts in der Dickenrichtung überlappt.
Der Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, der ferner folgende Merkmale aufweist: ein Gehäusesubstrat, auf dem das Erfassungselement befestigt ist; und ein Harzgehäuse, das auf dem Gehäusesubstrat vorgesehen ist, wobei das Harzgehäuse das Erfassungselement bedeckt, wobei das Harzgehäuse ein Freilegungsloch aufweist, durch das ein Teil des Erfassungselements nach außen hin freiliegt.