JP2009258093A - 濃度センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ部への異物の付着を低減し、アルコール濃度の検出精度が高い濃度センサ装置を提供する。
【解決手段】圧電素子部１３は、基板１１においてセンサ部１２と反対の面側に設けられている。そのため、センサ部１２および圧電素子部１３の配置が妨げられず、圧電素子部１３による振動面積が確保される。通電により圧電素子部１３が振動すると、圧電素子部１３と一体の基板１１およびセンサ部１２も振動する。これにより、混合燃料に晒されるセンサ部１２に付着した混合燃料中の異物は、圧電素子部１３の振動にともなうセンサ部１２の振動によってセンサ部１２からの脱離が促進される。
【選択図】図１

Description

本発明は、濃度センサ装置に関し、特にアルコール混合燃料の混合比を検出する半導体からなる濃度センサ装置に関する。

近年、例えば石油を由来とするガソリンや軽油にアルコールなどの生物由来の成分を混合したアルコール混合燃料の利用が図られている。内燃機関の性能あるいは制御は、混合燃料における石油由来の成分と生物由来の成分との混合比すなわちアルコール濃度によって変化する。そのため、混合燃料におけるアルコール濃度を高精度に検出することが要求される。このような混合燃料のアルコール濃度を検出するセンサ装置として、例えば特許文献１が公知である。

特表平５−５０７５６１号公報

特許文献１に開示されているセンサ装置は、燃料が流れる通路を形成するケーシングおよびケーシング内に設けられているセンサ素子を備えている。通路を流れる混合燃料に晒されているセンサ素子は、燃料に直接触れることによりアルコール濃度を検出する。しかしながら、特許文献１の場合、ケーシングが形成している流路は複雑な迷路形状を構成しているとともに、この複雑な流路に大型のセンサ素子が設けられている。そのため、燃料に含まれる異物、すなわち固形物や気泡は、センサ素子の検出部に付着しやすい。その結果、異物の付着にともなって、燃料のアルコール濃度の検出精度が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ部への異物の付着を低減し、アルコール濃度の検出精度が高い濃度センサ装置を提供することにある。

請求項１または１３記載の発明では、圧電素子部を備えている。圧電素子部は、通電することにより振動する。そのため、センサ部に異物が付着しても、付着した異物は圧電素子部による振動によってセンサ部からの脱離が促進される。したがって、センサ部への異物の付着が低減され、アルコール濃度の検出精度を高めることができる。
請求項２記載の発明では、圧電素子部は基板を挟んでセンサ部と反対側の面に設けられている。そのため、圧電素子部は、センサ部に妨げられることなく、基板においてセンサ部の反対側の面に広く設けられる。したがって、大型化を招くことなく圧電素子部の振動面積を確保することができる。また、センサ部と圧電素子部とを別個独立して形成可能である。したがって、製造工程を簡略化することができる。

請求項３または請求項９記載の発明では、センサ部側に設けられている回路部と圧電素子部との間は基板を貫く貫通電極で接続されている。そのため、貫通電極は、基板の外側に露出しない。これにより、貫通電極と混合燃料との接触は低減される。その結果、例えば混合燃料に含まれる水分などによる貫通電極を形成する部材の腐食や損傷は低減される。したがって、貫通電極の耐久性を高めることができる。
請求項４記載の発明では、圧電素子部は基板においてセンサ部と同一の面に設けられている。そのため、圧電素子部の振動面積の確保は困難なものの、センサ部に近接した圧電素子部の配置が可能である。したがって、センサ部に付着した異物の脱離を促進することができる。

請求項５記載の発明では、圧電素子部は基板とセンサ部との間に設けられている。これにより、圧電素子部は、センサ部に妨げられることなく、広い面積に設けられる。また、圧電素子部とセンサ部とは近接して配置される。したがって、大型化を招くことなく圧電素子部の振動面積を確保することができるとともに、センサ部に付着した異物の脱離を促進することができる。
請求項６記載の発明では、凹部をさらに備えている。すなわち、基板は、ダイアフラム形状の凹部を形成している。そのため、凹部の周囲に設けた圧電素子部によって、センサ部の振動は促進される。したがって、センサ部に付着した異物の脱離をより促進することができる。

請求項７記載の発明では、圧電素子部はセンサ部が設けられている反対側の面において凹部に沿って設けられている。そのため、ダイアフラム形状の凹部を形成する基板は、圧電素子部によって全体が振動する。したがって、センサ部に付着した異物の脱離をより促進することができる。
請求項８記載の発明では、凹部を形成する基板の開口側は絶縁膜で覆われている。圧電素子部は、この絶縁膜の基板とは反対側に設けられている。そのため、圧電素子部は、絶縁膜を振動させる。圧電素子部による絶縁膜の振動は、凹部を経由して基板を振動させる。したがって、センサ部に付着した異物の脱離を促進することができる。

請求項１０記載の発明では、凹部を形成する基板の開口側は絶縁膜で覆われている。センサ部および圧電素子部は、この絶縁膜に設けられている。すなわち、センサ部および圧電素子部は、絶縁膜の同一の面側に設けられている。そのため、圧電素子部が絶縁膜を振動させると、絶縁膜に設けられているセンサ部も振動する。したがって、センサ部に付着した異物の脱離を促進することができる。
請求項１１記載の発明では、凹部を形成する基板の開口側は絶縁膜で覆われている。そして、この絶縁膜の基板と反対側には絶縁体が積層されている。圧電素子部は、絶縁膜を挟んで凹部の反対側に設けられ、センサ部は絶縁体を挟んで圧電素子部と対向する位置に設けられている。圧電素子部が振動すると、その振動は絶縁膜および絶縁体へ伝わる。すなわち、圧電素子部は、絶縁膜だけでなく絶縁体も振動させる。これにより、絶縁体に設けられているセンサ部も振動する。したがって、センサ部に付着した異物の脱離を促進することができる。

請求項１２記載の発明では、凹部によって基板と絶縁膜との間に形成される空間には気体が封入されている。例えば、この空間に封入する気体の種類圧力などを調整することにより、圧電素子部と空間に封入された気体とが共振する。これにより、圧電素子部の振動は、より効果的にセンサ部側へ伝達される。したがって、センサ部に付着した異物の脱離を促進することができる。
請求項１４記載の発明では、センサ部が有する櫛歯形状の電極パターンは圧電素子部を構成している。すなわち、電極パターンは、センサ部でもあり、圧電素子部でもある。したがって、センサ部を自身の振動によって自己洗浄することができる。

請求項１５の発明では、基板を挟んでセンサ部と反対側の面に電極部を備える。これにより、センサ部を構成する圧電素子の電極パターンと電極部との間に電位差を加えることにより、基板の振動にともなって電極パターンすなわちセンサ部自身が振動する。したがって、センサ部を自身の振動によって自己洗浄することができる。
請求項１６記載の発明では、圧電素子部はセンサ部の基板と反対側に積層された電極パターンを有している。すなわち、センサ部は、基板と反対側に圧電素子部の電極パターンが被せられている。そのため、圧電素子部の電極パターンの振動によって、センサ部も振動する。したがって、センサ部を自身の振動によって自己洗浄することができる。

請求項１７記載の発明では、圧電素子部は基板を挟んでセンサ部と反対側の面に電極パターンを有している。すなわち、基板は、センサ部と反対側の面に圧電素子部の電極パターンが形成されている。そのため、圧電素子部の振動は、基板を経由してセンサ部へ伝達される。したがって、センサ部に付着した異物の脱離を促進することができる。
請求項１８記載の発明では、圧電素子部は、センサ部を構成する第一電極パターンと、基板を挟んでセンサ部と反対側の面に設けられている第二電極パターンとを有している。そのため、センサ部は、第一電極パターンの振動によって自身が振動するとともに、基板を経由して伝達される第二電極パターンの振動によっても振動する。したがって、センサ部に付着した異物の脱離を促進することができるとともに、センサ部を自身の振動によって自己洗浄することができる。

請求項１９記載の発明では、圧電素子部は、センサ部の基板と反対側に積層された第一電極パターンと、基板を挟んでセンサ部と反対側の面に設けられている第二電極パターンとを有している。そのため、センサ部は、第一電極パターンの振動とともに自身が振動するとともに、基板を経由して伝達される第二電極パターンの振動によっても振動する。したがって、センサ部に付着した異物の脱離を促進することができるとともに、センサ部の自身の振動によって自己洗浄することができる。

本発明の第１実施形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図 濃度センサ装置の配管部材への取り付け状態を示す模式図 本発明の第２実施形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図 本発明の第３実施形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図 本発明の第４実施形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図 本発明の第５実施形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図 本発明の第６実施形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図 本発明の第７実施形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図 本発明の第８実施形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図 本発明の第９実施形態による濃度センサ装置を示す概略図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線における断面図 本発明の第１０実施形態による濃度センサ装置を示す図１０（Ｂ）に相当する図 本発明の第１１実施形態による濃度センサ装置を示す概略図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線における断面図 本発明の第１２実施形態による濃度センサ装置を示す概略図であり、（Ａ）は図１０（Ｂ）に相当する図、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂ方向からの矢視図 本発明のその他の実施形態による濃度センサ装置の配管部材への取り付け状態を示す模式図

以下、本発明による濃度センサ装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による濃度センサ装置を図１に示す。第１実施形態の濃度センサ装置１０は、図１に示すように基板１１、センサ部１２および圧電素子部１３を備えている。基板１１は、例えばシリコンなどの半導体で形成されている。濃度センサ装置１０は、図２に示すように混合燃料が流れる配管部材１００に取り付けられる。濃度センサ装置１０は、配管部材１００の内側において図２（Ａ）に示すように天部、図２（Ｂ）に示すように底部、あるいは図２（Ｃ）に示すように側部などに設けられる。

図１に示すようにセンサ部１２は、基板１１の一方の面側に設けられている。センサ部１２と基板１１との間には、絶縁膜１４が形成されている。絶縁膜１４は、例えばシリコン酸化膜である。センサ部１２は、複数の電極１５を有している。例えばセンサ部１２の各電極１５間における誘電率や比誘電率は、混合燃料に含まれるアルコールの濃度によって変化する。センサ部１２は、各電極１５間における誘電率や比誘電率を検出することにより、混合燃料に含まれるアルコールの濃度すなわち石油由来の燃料と生物由来の燃料との混合比を検出する。センサ部１２は、公知の構成と同様であり、詳細な説明を省略する。センサ部１２は、保護膜１６によって保護されている。保護膜１６は、例えばシリコン窒化膜などによって形成されている。

圧電素子部１３は、基板１１のセンサ部１２とは反対の面側に設けられている。圧電素子部１３と基板１１との間には、絶縁膜１７が形成されている。絶縁膜１７は、例えばシリコン酸化膜である。圧電素子部１３は、例えば図示しない圧電体を電極で挟み込んだ構造を有している。圧電素子部１３は、通電することにより振動する。
濃度センサ装置１０は、回路部１８を備えている。回路部１８は、基板１１においてセンサ部１２と同一の面側に設けられている。回路部１８は、例えば図示しない処理回路および接続パッドなどを有している。処理回路は、例えばセンサ部１２から出力される信号や圧電素子部１３へ入力される信号を処理する回路を構成している。接続パッドは、濃度センサ装置１０と外部の接続端子とを接続するボンディングワイヤなどが接続される。回路部１８は、センサ部１２と同一の面側にセンサ部１２と隣接して設けられている。回路部１８は、センサ部１２と同様にシリコン窒化膜からなる保護膜１６で保護されている。

圧電素子部１３は、基板１１を貫く貫通電極１９によって回路部１８と電気的に接続している。圧電素子部１３は、回路部１８からの信号に基づいて振動する。圧電素子部１３と回路部１８とを貫通電極１９で接続することにより、貫通電極１９は基板１１の外側に露出しない。上述の図２で示したように、濃度センサ装置１０は、配管部材１００が形成する燃料通路１０１の内側に設けられる。そのため、濃度センサ装置１０は、燃料通路１０１を流れる混合燃料に晒される。アルコールを含む混合燃料は、水などの金属を腐食させる成分を含みやすい。図１に示すように貫通電極１９を基板１１の内側に設けることにより、貫通電極１９は燃料と接触しにくくなる。その結果、混合燃料に晒される場合でも、貫通電極１９の腐食や摩耗が低減され、貫通電極１９の耐久性が向上する。

第１実施形態では、通電によって圧電素子部１３が振動すると、圧電素子部１３と一体の基板１１およびセンサ部１２も振動する。これにより、混合燃料に晒されるセンサ部１２に付着した混合燃料中の異物は、圧電素子部１３の振動にともなうセンサ部１２の振動によってセンサ部１２からの脱離が促進される。したがって、センサ部１２への異物の付着が低減され、混合燃料に含まれるアルコール濃度の検出精度を高めることができる。

また、第１実施形態では、基板１１においてセンサ部１２と反対の面側に圧電素子部１３を設けている。そのため、センサ部１２が圧電素子部１３の配置を妨げたり、圧電素子部１３によってセンサ部１２の配置が妨げられることはない。その結果、圧電素子部１３の設置面積が十分に確保される。したがって、体格の大型化を招くことなく、圧電素子部１３の振動面積を確保することができる。さらに、半導体装置の製造プロセスにおいて、センサ部１２と圧電素子部１３とを別個独立した工程で形成可能である。したがって、製造工程を簡略化することができる。
さらに、第１実施形態では、圧電素子部１３と回路部１８とを接続する貫通電極１９は基板１１を貫いている。そのため、貫通電極１９は、水分などを含む混合燃料に晒されにくい。したがって、貫通電極１９の腐食や損傷を低減することができ、貫通電極１９の耐久性を高めることができる。

（第２、第３実施形態）
本発明の第２、第３実施形態による濃度センサ装置をそれぞれ図３または図４に示す。
第２実施形態では、図３に示すようにセンサ部１２および圧電素子部１３は基板１１の同一の面側に設けられている。センサ部１２および圧電素子部１３を基板１１の同一の面側に設けると、センサ部１２および圧電素子部１３の設置面積を確保すると体格の大型化を招いたり、体格を維持すると圧電素子部１３の振動面積の減少を招いたりする。一方、センサ部１２および圧電素子部１３を基板１１の同一の面側に設けることにより、センサ部１２と圧電素子部１３とが近接して配置される。したがって、圧電素子部１３の振動によってセンサ部１２が直接振動し、異物の脱離をより促進することができる。

第３実施形態では、図４に示すように濃度センサ装置１０は、基板１１の一方の面側に絶縁膜１７を挟んで絶縁体層２１を備えている。絶縁膜１７は上述のようにシリコン酸化膜で形成され、絶縁体層２１はシリコン窒化膜で形成されている。圧電素子部１３は、絶縁膜１７の基板１１とは反対側の面に設けられている。絶縁体層２１は、絶縁膜１７に設けられた圧電素子部１３を覆っている。この絶縁体層２１の基板１１とは反対の面側にセンサ部１２が設けられている。このような構成により、圧電素子部１３は、基板１１とセンサ部１２との間に配置される。

第３実施形態では、圧電素子部１３を基板１１とセンサ部１２との間に設けることにより、圧電素子部１３およびセンサ部１２の配置が互いに妨げられない。また、圧電素子部１３を基板１１とセンサ部１２との間に設けることにより、センサ部１２と圧電素子部１３とは近接して配置される。したがって、センサ部１２および圧電素子部１３の形成工程は複雑になるものの、圧電素子部１３による振動面積の確保とセンサ部１２および圧電素子部１３の近接した配置とを両立して達成することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による濃度センサ装置を図５に示す。
図５に示すように第４実施形態による濃度センサ装置１０は、基板１１に設けられている凹部２２を備えている。凹部２２は、基板１１の一方の面側から他方の面側へ窪んだダイアフラム状に形成されている。センサ部１２および回路部１８は、基板１１の平坦な側すなわち凹部２２とは反対の面側に設けられている。圧電素子部１３は、凹部２２の開口側の端面に沿って設けられている。これにより、圧電素子部１３は、凹部２２を形成する基板１１の開口側の面を覆った状態となっている。その結果、圧電素子部１３は、基板１１を挟んでセンサ部１２および回路部１８と反対の面側に設けられている。

濃度センサ装置１０は、基板１１を板厚方向へ貫く貫通電極１９を備えている。貫通電極１９は、一方の端部が回路部１８に接続され、他方の端部が圧電素子部１３に接続している。これにより、圧電素子部１３は、貫通電極１９を経由して回路部１８と電気的に接続している。
第４実施形態では、凹部２２に沿って圧電素子部１３を設けることにより、圧電素子部１３とセンサ部１２との距離が低減される。これに加え、基板１１を凹部２２によりダイアフラム形状に形成し、この基板１１を圧電素子部１３によって振動させることにより、基板１１に設けられたセンサ部１２の振動がより促進される。したがって、センサ部１２に付着した異物の脱離をより促進することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による濃度センサ装置を図６に示す。
図６に示すように第５実施形態による濃度センサ装置１０は、基板１１に設けられている凹部２２を備えている。凹部２２は、基板１１の一方の面側から他方の面側へ窪んだダイアフラム状に形成されている。センサ部１２および回路部１８は、基板１１の平坦な側すなわち凹部２２とは反対の面側に設けられている。また、濃度センサ装置１０は、凹部２２が設けられている基板１１の開口側を塞ぐ絶縁膜２３を備えている。すなわち、凹部２２は、開口側の端部が絶縁膜２３で塞がれている。絶縁膜２３は、例えばシリコン酸化膜などにより形成されている。

圧電素子部１３は、この絶縁膜２３の基板１１とは反対の面側に設けられている。これにより、圧電素子部１３は、基板１１を挟んでセンサ部１２および回路部１８とは反対の面側に設けられている。圧電素子部１３は基板１１を貫く貫通電極１９によって回路部１８と接続している。凹部２２の開口側を絶縁膜２３で塞ぐことにより、基板１１と絶縁膜２３との間には空間２４が形成される。この空間２４には、例えば窒素や空気などの気体が充填されている。

第５実施形態では、基板１１に設けられている凹部２２を絶縁膜２３で塞ぐことにより、基板１１と絶縁膜２３との間には空間２４が形成される。この空間２４には、窒素や空気などの気体が充填されている。空間２４に充填される気体の種類、圧力および量などを調整することにより、空間２４における気体の固有振動数が変化する。そのため、空間２４に充填された気体の固有振動数と圧電素子部１３の振動数とを近似させることにより、空間２４に充填された気体は圧電素子部１３と共振して振動する。その結果、圧電素子部１３の振動は、空間２４に充填された気体の共振によって基板１１を挟んで反対側のセンサ部１２へ伝達される。したがって、圧電素子部１３とセンサ部１２との間に基板１１が介在する場合でも、センサ部１２の振動を促進し、センサ部１２からの異物の脱離を促進することができる。

（第６、第７、第８実施形態）
本発明の第６、第７、第８実施形態による濃度センサ装置をそれぞれ図７、図８または図９に示す。
第６実施形態では、図７に示すように基板１１の平坦な面側にセンサ部１２および圧電素子部１３が設けられている。すなわち、第６実施形態の場合、センサ部１２と圧電素子部１３とは、基板１１の同一の面側に設けられている。基板１１とセンサ部１２および圧電素子部１３との間には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２５が設けられている。圧電素子部１３が振動すると、その振動は凹部２２によって板圧が減少した基板１１を通してセンサ部１２に伝達される。したがって、センサ部１２の振動が促進され、異物の脱離を促進することができる。

第７実施形態では、図８に示すように凹部２２を塞ぐシリコン酸化膜からなる絶縁膜２６の基板１１とは反対側にセンサ部１２および圧電素子部１３が設けられている。すなわち、第７実施形態でも、センサ部１２と圧電素子部１３とは基板１１の同一の面側に設けられている。これにより、圧電素子部１３が振動すると、その振動は絶縁膜２６の振動を通してセンサ部１２に伝達される。したがって、センサ部１２の振動が促進され、異物の脱離を促進することができる。

第８実施形態では、図９に示すように絶縁膜２６の基板１１とは反対側にシリコン窒化膜からなる絶縁体層２７が設けられている。センサ部１２は、絶縁体層２７の基板１１とは反対の面側に設けられている。圧電素子部１３は、絶縁膜２６の基板１１とは反対側に設けられている。すなわち、圧電素子部１３は、基板１１とセンサ部１２との間に設けられている。これにより、圧電素子部１３が振動すると、その振動は絶縁膜２６に積層された絶縁体層２７を通してセンサ部１２に伝達される。したがって、センサ部１２の振動が促進され、異物の脱離を促進することができる。

（第９実施形態）
本発明の第９実施形態による濃度センサ装置を図１０に示す。
第９実施形態では、図１０に示すように濃度センサ装置１０は、基板１１およびセンサ部１２を備えている。基板１１は、図１０（Ｂ）に示すようにセンサ部１２と反対の端面側に絶縁膜１４、およびセンサ部１２との間に絶縁膜１７が形成されている。センサ部１２は、図１０（Ａ）に示すように複数の電極パターン４１、４２を有している。これらの電極パターン４１、４２は、いずれも互いに対向する櫛歯形状に形成されている。対向する電極パターン４１と電極パターン４２との間の誘電率や比誘電率を検出することにより、センサ部１２は混合燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する。センサ部１２の電極パターン４１および電極パターン４２は、保護膜１６によって保護されている。

第９実施形態の場合、二つの電極パターン４１および電極パターン４２は、いずれも圧電素子で櫛歯形状に形成されている。すなわち、電極パターン４１および電極パターン４２は、いずれも例えばＰＺＴなどの圧電材料を蒸着し、ＡｇＰｄをスパッタリングすることにより櫛歯形状に形成される。電極パターン４１および電極パターン４２は、図示しない回路部と電気的に接続している。これにより、電極パターン４１および電極パターン４２には、回路部から所定の電圧が印加される。電極パターン４１と電極パターン４２との間に電圧を印加することにより、電極パターン４１と電極パターン４２との間には歪みが生じる。回路部から電極パターン４１と電極パターン４２との間へ所定の振動パターンを発生する電圧を印加することにより、基板１１の板厚方向に対し垂直なセンサ部１２のセンサ面に沿った振動が発生する。すなわち、第９実施形態の場合、センサ部１２の電極パターン４１および電極パターン４２は、燃料の誘電率を測定するセンサ部１２であるとともに、振動を発生する圧電素子部１３でもある。
回路部は、燃料の誘電率を測定と、センサ部１２への通電による振動の発生とを時分割して実施する。すなわち、回路部は、燃料の誘電率を測定するときと、センサ部１２を圧電素子部１３として振動させるときとで電極パターン４１と電極パターン４２との間に印加する電圧の印加パターンを切り換える。

第９実施形態では、センサ部１２を構成する櫛歯形状の電極パターン４１、４２は、センサ部１２であるとともに圧電素子部１３でもある。すなわち、センサ部１２および圧電素子部１３は、一体となって構成されている。したがって、センサ部１２を自身の振動によって自己洗浄することができ、センサ部１２、またはこれを保護する保護膜１６の表面に付着した異物の除去を促進することができる。保護膜１６の表面は、平滑な面として形成されるだけでなく、電極パターン４１と電極パターン４２との間が窪んだ粗い面として形成される場合がある。このように保護膜１６の表面が粗く形成される場合でも、電極パターン４１と電極パターン４２との間の振動によって、保護膜１６に歪みが生じる。その結果、粗い表面の凹部に付着した異物も、保護膜１６の歪みによって除去することができる。

（第１０実施形態）
本発明の第１０実施形態による濃度センサ装置を図１１に示す。第１０実施形態は、図９実施形態の変形であり、相違点を説明する。
第１０実施形態では、図１１に示すように濃度センサ装置１０は、基板１１を挟んでセンサ部１２と反対側の面に電極部４３を備えている。電極部４３は、基板１１のセンサ部１２と反対の端面側とともに絶縁膜１４で覆われている。センサ部１２を構成する電極パターン４１および電極パターン４２の構成は、第９実施形態と同様である。

電極部４３は、電極パターン４１および電極パターン４２とともに図示しない回路部と電気的に接続している。そのため、電極パターン４１および電極パターン４２と電極部との間には、回路部から所定の電圧が印加される。電極パターン４１および電極パターン４２と電極部４３との間に電圧を印加することにより、電極パターン４１および電極パターン４２と電極部４３との間には基板１１の板厚方向の粗密波が発生する。回路部から電極パターン４１および電極パターン４２と電極部４３との間へ所定の振動パターンを発生する電圧を印加することにより、基板１１の板厚方向に沿った振動が発生する。回路部は、例えば電極部４３を極性を負（−）に設定するとともに、電極パターン４１および電極パターン４２の極性を正（＋）または負（−）へ任意に切り換える。これにより、電極パターン４１および電極パターン４２と電極部４３との間には、基板１１の板厚方向の振動が発生する。

第１０実施形態では、基板１１を挟んでセンサ部１２と反対側に電極部４３を備える。これにより、センサ部１２を構成する圧電素子の電極パターン４１、４２と電極部４３との間に電位差を加えることにより、電極パターン４１、４２すなわちセンサ部１２自身が基板１１を含めて振動する。したがって、センサ部１２を自身の振動によって自己洗浄することができる。また、電極パターン４１、４２および電極部４３への電圧の印加パターンを変更することにより、電極パターン４１、４２間におけるセンサ部１２に沿った振動だけでなく、基板１１の板厚方向の振動を組み合わせて発生させることができる。

（第１１実施形態）
本発明の第１１実施形態による濃度センサ装置を図１２に示す。
第１０実施形態では、図１２に示すように濃度センサ装置１０は、基板１１、センサ部１２および圧電素子部１３を備えている。基板１１は、図１２（Ｂ）に示すようにセンサ部１２と反対の端面側に絶縁膜１４、およびセンサ部１２との間に絶縁膜１７が形成されている。センサ部１２は、図１２（Ａ）に示すように複数の電極５１、５２を有している。これらの電極５１、５２は、いずれも互いに対向して形成されている。電極５１および電極５２は、例えば図１２（Ａ）に示すように櫛歯形状に形成されている。電極５１と電極５２との間の誘電率や比誘電率を検出することにより、センサ部１２は混合燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する。センサ部１２の電極５１および電極５２は、保護膜１６によって保護されている。

第１１実施形態の場合、圧電素子部１３は、センサ部１２を保護する保護膜１６の基板１１と反対側に積層されている。具体的には、圧電素子部１３は、圧電素子で形成されている電極パターン５３および電極パターン５４を有している。これらの電極パターン５３および電極パターン５４は、いずれも保護膜１６の基板１１と反対側に形成されている。そのため、圧電素子部１３を構成する電極パターン５３および電極パターン５４は、センサ部１２を保護する保護膜１６に積層されている。電極パターン５３および電極パターン５４は、いずれも保護膜５５によって保護されている。

電極パターン５３および電極パターン５４は、いずれも圧電素子で櫛歯形状に形成されている。電極パターン５３および電極パターン５４は、図示しない回路部と電気的に接続している。これにより、電極パターン５３および電極パターン５４には、回路部から所定の電圧が印加される。電極パターン５３と電極パターン５４との間に電圧を印加することにより、電極パターン５３と電極パターン５４との間には歪みが生じ、基板１１の板厚方向に対し垂直なセンサ部１２のセンサ面に沿った振動が発生する。

第１１実施形態では、圧電素子部１３は、センサ部１２の基板１１と反対側に積層された電極パターン５３、５４を有している。すなわち、センサ部１２は、基板１１と反対側に圧電素子部１３の電極パターン５３、５４が被せられている。そのため、圧電素子部１３の電極パターン５３、５４によって振動が発生すると、センサ部１２も振動する。したがって、センサ部１２を自身の振動によって自己洗浄することができる。

（第１２実施形態）
本発明の第１２実施形態による濃度センサ装置を図１３に示す。
第１２実施形態では、図１３に示すように濃度センサ装置１０は、基板１１、センサ部１２および圧電素子部１３を備えている。基板１１は、図１３（Ｂ）に示すようにセンサ部１２と反対の端面側に絶縁膜１４、およびセンサ部１２との間に絶縁膜１７が形成されている。センサ部１２は、図１３（Ａ）に示すように複数の電極１５を有している。電極１５は、上述の第１実施形態と同様の構成である。

第１２実施形態の場合、圧電素子部１３は、基板１１を挟んでセンサ部１２と反対側の面に形成されている。具体的には、圧電素子部１３は、圧電素子で形成されている電極パターン６１および電極パターン６２を有している。これらの電極パターン６１および電極パターン６２は、いずれも基板１１においてセンサ部１２と反対側の面に形成されている。電極パターン６１および電極パターン６２は、いずれも保護膜６３によって保護されている。

電極パターン６１および電極パターン６２は、いずれも圧電素子で櫛歯形状に形成されている。電極パターン６１および電極パターン６２は、図示しない回路部と電気的に接続している。これにより、電極パターン６１および電極パターン６２には、回路部から所定の電圧が印加される。電極パターン６１と電極パターン６２との間に電圧を印加することにより、電極パターン６１と電極パターン６２との間には歪みが生じる。そのため、生じた歪みは、粗密波となって基板１１を板厚方向へ伝わり、センサ部１２を振動させる。

第１２実施形態では、圧電素子部１３は基板１１を挟んでセンサ部１２と反対側の面に電極パターン６１、６２を有している。すなわち、基板１１は、センサ部１２と反対側の面に圧電素子部１３の電極パターン６１、６２が形成されている。そのため、圧電素子部１３の振動は、基板１１を経由してセンサ部１２へ伝達される。したがって、センサ部１２に付着した異物の脱離を促進することができる。

（その他の実施形態）
濃度センサ装置１０は、図１４に示すように一部が切り欠かれた配管部材１００に設けてもよい。この場合、配管部材１００の外側には、濃度センサ装置１０を取り付けるための実装基板１０３が設けられる。濃度センサ装置１０と実装基板１０３との間には、リブ３１やシール部材３２が設けられる。これにより、リブ３１やシール部材３２の内側への混合燃料の流入が防止される。実装基板１０３と濃度センサ装置１０とは、例えばはんだボール３３やボンディングワイヤによって電気的に接続される。また、図１４に示す場合、濃度センサ装置１０の圧電素子部１３は、基板１１の回路部を経由することなく例えばはんだボール３３により実装基板１０３と電気的に直接接続される。濃度センサ装置１０と実装基板１０３との間にリブ３１やシール部材３２を設けることにより、これらはんだボール３３やボンディングワイヤが設けられている内側への混合燃料の流入は防止される。したがって、はんだボール３３やボンディングワイヤなどの腐食や損傷を防止することができる。

以上説明した複数の実施形態では、圧電素子部１３と回路部１８とを主に貫通電極１９で電気的に接続する例について説明した。しかし、圧電素子部１３と回路部１８とは貫通電極１９に限らず、例えばボンディングワイヤやバンプなどで電気的に接続してもよい。また、図１４で説明したように、例えば圧電素子部１３などの濃度センサ装置１０の一部の素子を外部の実装基板１０３とボンディングワイヤやはんだボール３３などによって電気的に接続してもよい。

また、上述の第９実施形態と第１２実施形態とを組み合わせてもよい。すなわち、第９実施形態による濃度センサ装置１０において、基板１１の一方の端面に第一電極パターンに相当する櫛歯形状の電極パターン４１、４２を有するセンサ部１２を設け、他方の端面に第二電極パターンに相当する櫛歯形状の電極パターン６１、６２を設けてもよい。これにより、圧電素子部１３は、センサ部１２を構成する電極パターン４１、４２と、基板１１のセンサ部１２と反対側に設けられた電極パターン６１、６２とによって構成される。そのため、センサ部１２は、電極パターン４１、４２によって自身が振動するとともに、基板１１を経由して伝達された電極パターン６１、６２の振動によっても振動する。その結果、センサ部１２は、複数の方向へ振動する。したがって、センサ部１２に付着した異物の脱離を促進することができるとともに、センサ部１２を自身の振動によって自己洗浄することができる。

さらに、上述の第１１実施形態と第１２実施形態とを組み合わせてもよい。すなわち、第１１実施形態による濃度センサ装置１０において、センサ部１２と積層して第一電極パターンに相当する櫛歯形状の電極パターン５３、５４を設け、基板１１のセンサ部１２と反対側の端面に第二電極パターンに相当する櫛歯形状の電極パターン６１、６２を設けてもよい。これにより、圧電素子部１３は、センサ部１２を覆う電極パターン５３、５４と、基板１１のセンサ部１２と反対側に設けられた電極パターン６１、６２とによって構成される。そのため、センサ部１２は、電極パターン５３、５４によって自身が振動するとともに、基板１１を経由して伝達された電極パターン６１、６２の振動によっても振動する。その結果、センサ部１２は、複数の方向へ振動する。したがって、センサ部１２に付着した異物の脱離を促進することができるとともに、センサ部１２を自身の振動によって自己洗浄することができる。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

図面中、１０は濃度センサ装置、１１は基板、１２はセンサ部、１３は圧電素子部、１８は回路部、１９は貫通電極、２２は凹部、２３、２６は絶縁膜、２７は絶縁体層、４１、４２は電極パターン、４３は電極部、５３、５４は電極パターン、６１、６２は電極パターンを示す。

Claims (19)

1. 基板と、
   前記基板の一方の面側に設けられているセンサ部と、
   通電することにより振動して前記センサ部に付着した異物の脱離を促す圧電素子部と、
   を備えることを特徴とする濃度センサ装置。
2. 前記圧電素子部は、前記基板を挟んで前記センサ部と反対の面側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の濃度センサ装置。
3. 前記基板の前記センサ部と同一の面側に設けられている回路部と、
   前記基板を貫いて前記圧電素子部と前記回路部とを接続する貫通電極と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の濃度センサ装置。
4. 前記圧電素子部は、前記基板において前記センサ部と同一の面側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の濃度センサ装置。
5. 前記圧電素子部は、前記基板と前記センサ部との間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の濃度センサ装置。
6. 前記基板に設けられ、板厚方向に窪んでいる凹部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の濃度センサ装置。
7. 前記センサ部は、前記凹部を形成する前記基板の平坦な面側に設けられ、
   前記圧電素子部は、前記凹部を形成する前記基板の開口側に沿って設けられていることを特徴とする請求項６記載の濃度センサ装置。
8. 前記凹部を形成する前記基板の開口側を塞ぐ絶縁膜をさらに備え、
   前記センサ部は、前記凹部を形成する前記基板の平坦な面側に設けられ、
   前記圧電素子部は、前記絶縁膜の前記基板とは反対の面側に設けられていることを特徴とする請求項６記載の濃度センサ装置。
9. 前記基板の前記センサ部と同一の面側に設けられている回路部と、
   前記基板を貫いて前記圧電素子部と前記回路部とを接続する貫通電極と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の濃度センサ装置。
10. 前記凹部を形成する前記基板の開口側を塞ぐ絶縁膜をさらに備え、
    前記センサ部および前記圧電素子部は、前記絶縁膜の前記凹部とは反対側に設けられていることを特徴とする請求項６記載の濃度センサ装置。
11. 前記凹部を形成する前記基板の開口側を塞ぐ絶縁膜と、
    前記絶縁膜の前記基板とは反対側に設けられている絶縁体と、をさらに備え、
    前記圧電素子部は、前記絶縁膜を挟んで前記凹部の反対側に設けられ、
    前記センサ部は、前記絶縁体を挟んで前記圧電素子部と対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項６記載の濃度センサ装置。
12. 前記基板と前記絶縁膜とに囲まれた前記凹部には、気体が封入されていることを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項記載の濃度センサ装置。
13. 混合燃料の混合比を検出するために用いることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項記載の濃度センサ装置。
14. 前記センサ部は、圧電素子で形成されている櫛歯形状の電極パターンを有し、
    前記電極パターンは、前記圧電素子部を構成していることを特徴とする請求項１記載の濃度センサ装置。
15. 前記基板を挟んで前記センサ部と反対側の面に、前記電極パターンとの間に電位差を形成する電極部をさらに備える請求項１４記載の濃度センサ装置。
16. 前記圧電素子部は、前記センサ部の前記基板と反対側に積層され、圧電素子で形成されている櫛歯形状の電極パターンを有することを特徴とする請求項１記載の濃度センサ装置。
17. 前記圧電素子部は、前記基板を挟んで前記センサ部と反対側の面に、圧電素子で形成されている櫛歯形状の電極パターンを有することを特徴とする請求項１記載の濃度センサ装置。
18. 前記センサ部は、圧電素子で形成されている櫛歯形状の第一電極パターンを有し、
    前記圧電素子部は、前記第一電極パターンと、前記基板を挟んで前記センサ部と反対側の面に圧電素子で形成されている櫛歯形状の第二電極パターンと、を有することを特徴とする請求項１記載の濃度センサ装置。
19. 前記圧電素子部は、前記センサ部の前記基板と反対側に積層され圧電素子で形成されている櫛歯形状の第一電極パターンと、前記基板を挟んで前記センサ部と反対側の面に圧電素子で形成されている櫛歯形状の第二電極パターンと、を有することを特徴とする請求項１記載の濃度センサ装置。

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