JP2012211892A - 圧力センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧力伝達路(33,43)におけるゲル部材との接触部分の開口面積は、センサチップ搭載面(31)側の端部で最小、ダイアフラム(23)から最も離れた部分で端部の開口面積よりも大きく且つ最大とされ、任意位置の開口面積が、該任意位置よりもダイアフラム(23)に近い位置の開口面積以上とされている。支持部材(12)は、第1圧力伝達路(33)を備え、接着材(50)を介してセンサチップ搭載面(31)にセンサチップ(11)が固定された第1支持部材(30)を有する。第1圧力伝達路(33)におけるゲル部材との接触部分の開口面積は、ダイアフラム(23)から最も離れた部分のほうが、センサチップ搭載面(31)側の端部よりも大きくされている。
【選択図】図1
Description
一面(21)に開口する凹部(22)と、該凹部(22)の底をなすダイアフラム(23)と、該ダイアフラム(23)に形成されたゲージ抵抗(24)と、を有するセンサチップ(11)と、
センサチップ(11)の一面と対向し、センサチップ(11)が固定される搭載面(31)と、該搭載面(31)開口し、凹部(22)に連通する圧力伝達路(33,43)と、を有する支持部材(12)と、
凹部(22)から連続して圧力伝達路(33,43)における少なくとも一部まで充填され、ダイアフラム(23)を保護するゲル部材(13)と、を備え、
検出対象の圧力媒体の圧力が、ゲル部材(13)を介してダイアフラム(23)に伝達され、ダイアフラム(23)が変形することでゲージ抵抗(24)の抵抗値が変化する圧力センサであって、
支持部材(12)のセンサチップ搭載面(31)における圧力伝達路(33,43)の縁部(34)は、センサチップ(11)の一面(21)における凹部(22)を取り囲む領域(21a)と対向しており、
圧力伝達路(33,43)におけるゲル部材との接触部分の開口面積は、センサチップ搭載面(31)側の端部で最小、ダイアフラム(23)から最も離れた部分で端部の開口面積よりも大きく且つ最大とされるとともに、任意位置の開口面積が、該任意位置よりもダイアフラム(23)に近い位置の開口面積以上とされており、
支持部材(12)は、センサチップ搭載面(31)からその裏面(32)にわたって貫通するとともに、圧力伝達路(33,43)の少なくとも一部をなす第1圧力伝達路(33)を備え、接着材(50)を介してセンサチップ搭載面(31)にセンサチップ(11)が固定された第1支持部材(30)を有し、
第1圧力伝達路(33)におけるゲル部材との接触部分の開口面積は、ダイアフラム(23)から最も離れた部分のほうが、センサチップ搭載面(31)側の端部よりも大きくされており、
第1支持部材は、接着材(50)のみを介してセンサチップ(11)に固定された部品(30)で構成されていることを特徴とする。
圧力伝達路(33,43)の内壁面(33a,43a)におけるゲル部材(13)との接触部分の直交方向に対するテーパ角度(θ2)と、凹部(22)の内壁面(22a)の直交方向に対するテーパ角度(θ1)が一致しており、
センサチップ(11)の凹部(22)の内壁面(22a)と、圧力伝達路(33,43)の内壁面(33a,43a)におけるゲル部材(13)との接触部分が、面一とされた構成とすると良い。
本実施形態に係る圧力センサは、例えば腐食性を有する圧力媒体(液体、ガスなど)の圧力測定に用いられる。具体的には、ディーゼルエンジン車両の排気管内の排気ガスの圧力、該排気管内に設けられた排気清浄フィルタ(DPF)の前後の差圧、EGR雰囲気中の圧力などの測定に用いられる。
上記例では、ステム30の貫通孔33におけるゲル部材13との接触部分が階段状とされる例を示した。しかしながら、例えば図8に示すように、貫通孔33におけるゲル部材13との接触部分は、ダイアフラム23から遠ざかるほど開口面積が大きくされた構成としても良い。図8に示す例では、センサチップ搭載面31に直交する直交方向(以下、単に直交方向と示す)において、貫通孔33全域で、貫通孔33の開口面積の変化量が一定のテーパ形状となっている。このように、貫通孔33のゲル部材13との接触部分において、ダイアフラム23から遠ざかるほど開口面積が大きいと、ステム30において、ダイアフラム23と反対の方向にゲル部材13が移動しやすくなる。これにより、ダイアフラム23に作用する応力をさらに効果的に抑制することができる。また、ゲル部材13の表層が酸成分により硬くなった場合でも、上記構成により、例えば開口面積が一定のステム30に較べて、センサチップ11の体格増大を抑制しつつダイアフラム23に作用する応力を抑制することができる。なお、図8に示すステム30は、セラミック、樹脂、金属などの単体であるが、セラミック多層基板を構成する各セラミック基板の端面をテーパ加工することで、セラミック多層基板でも実現することができる。
本実施形態において、上記実施形態に示した圧力センサ10と共通する部分についての説明は割愛する。第1実施形態では、凹部22から連続してステム30の貫通孔33までゲル部材13が充填される例を示した。
上記例では、貫通孔43の開口面積が一定のケース40を示した。しかしながら、ケース40の貫通孔43は、ゲル部材13の接触部分において、任意位置の開口面積が、該任意位置よりもダイアフラム23に近い位置の開口面積以上となっていれば良い。例えば図12に示す例では、貫通孔43の内壁面43aにおけるゲル部材13との接触部分は、ダイアフラム23から離れるほど貫通孔43の開口面積が大きくなっている。詳しくは、ゲル部材13との接触部分で、貫通孔43の開口面積の変化量が一定のテーパ形状となっている。また、貫通孔43の内壁面43aにおけるゲル部材13との接触部分の直交方向に対するテーパ角度θ3が、上記したテーパ角度θ1,θ2と一致している。換言すれば、支持部材12において、ゲル部材13との接触部分のテーパ角度がθ2(=θ3)であり、このテーパ角度θ2が、センサチップ11のテーパ角度θ1と一致している。そして、センサチップ11の凹部22の内壁面22a、接着層50の内周面、支持部材12を構成するステム30の貫通孔33の内壁面33aが面一とされるとともに、貫通孔33の内壁面33a、接着層51、ケース40の貫通孔43の内壁面43aにおけるゲル部材13との接触部分が面一となっている。このような構成とすると、第1実施形態の変形例(図9参照)同様、テーパ形状の効果と、面一の効果とにより、ダイアフラム23に作用する応力をより効果的に抑制することができる。また、開口面積が一定の貫通孔43に較べて、ゲル部材13の表面積が大きくなるので、酸成分によりゲル部材13の表層が硬くなった状態で、ダイアフラム23に作用する応力を抑制することができる。なお、図12では、ゲル部材13の変形状態を示しており、ゲル部材13中の矢印は、ゲル部材13が凹部22から貫通孔33側、ひいては貫通孔43側へ移動しやすいことを示している。また、図12でも、ゲル部材13の厚さより、圧力伝達路33,43におけるゲル部材13との接触部分であってダイアフラム23から最も離れた部分の開口径のほうが長くなっている。
本実施形態において、上記実施形態に示した圧力センサ10と共通する部分についての説明は割愛する。上記実施形態では、室温状態で、ゲル部材13の表面が、ダイアフラム23と反対側に凹のメニスカス形状となっている例(図1参照)を示した。
11・・・センサチップ
12・・・支持部材
13・・・ゲル部材
21・・・裏面(一面)
22・・・凹部
23・・・ダイアフラム
24・・・ゲージ抵抗
25・・・第1内周部
30・・・ステム(第1支持部材)
31・・・センサチップ搭載面(搭載面)
33・・・貫通孔(第1圧力伝達路)
40・・・ケース(第2支持部材)
43・・・貫通孔(第2圧力伝達路)
50・・・接着層(接着材)
Claims (9)
- 一面(21)に開口する凹部(22)と、該凹部(22)の底をなすダイアフラム(23)と、該ダイアフラム(23)に形成されたゲージ抵抗(24)と、を有するセンサチップ(11)と、
前記センサチップ(11)の一面と対向し、前記センサチップが固定される搭載面(31)と、該搭載面に開口し、前記凹部(22)に連通する圧力伝達路(33,43)と、を有する支持部材(12)と、
前記凹部(22)から連続して前記圧力伝達路(33,43)における少なくとも一部まで充填され、前記ダイアフラム(23)を保護するゲル部材(13)と、を備え、
検出対象の圧力媒体の圧力が、前記ゲル部材(13)を介して前記ダイアフラム(23)に伝達され、前記ダイアフラムが変形することで前記ゲージ抵抗(24)の抵抗値が変化する圧力センサであって、
前記支持部材(12)のセンサチップ搭載面(31)における前記圧力伝達路(33,43)の縁部(34)は、前記センサチップ(11)の一面(21)における凹部(22)を取り囲む領域(21a)と対向しており、
前記圧力伝達路(33,43)におけるゲル部材との接触部分の開口面積は、前記センサチップ搭載面(31)側の端部で最小、前記ダイアフラム(23)から最も離れた部分で前記端部の開口面積よりも大きく且つ最大とされるとともに、任意位置の開口面積が、該任意位置よりも前記ダイアフラム(23)に近い位置の開口面積以上とされており、
前記支持部材(12)は、前記センサチップ搭載面(31)からその裏面(32)にわたって貫通するとともに、前記圧力伝達路(33,43)の少なくとも一部をなす第1圧力伝達路(33)を備え、接着材(50)を介して前記センサチップ搭載面(31)に前記センサチップ(11)が固定された第1支持部材(30)を有し、
前記第1圧力伝達路(33)におけるゲル部材との接触部分の開口面積は、前記ダイアフラム(23)から最も離れた部分のほうが、前記センサチップ搭載面(31)側の端部よりも大きくされており、
前記第1支持部材は、前記接着材(50)のみを介して前記センサチップ(11)が固定された部品(30)で構成されていることを特徴とする圧力センサ。 - 前記圧力伝達路(33,43)におけるゲル部材との接触部分のうち、少なくとも前記第1圧力伝達路(33)は、前記ダイアフラム(23)から遠ざかるほど開口面積が大きくされていることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。
- 前記センサチップ(11)の内壁面(22a)は、前記センサチップ搭載面(31)に直交する直交方向において、前記ダイアフラム(23)から離れるほど前記凹部(22)の開口面積が大きいテーパ形状を有しており、
前記圧力伝達路(33,43)の内壁面(33a,43a)におけるゲル部材との接触部分の前記直交方向に対するテーパ角度(θ2)と、前記凹部(22)の内壁面(22a)の前記直交方向に対するテーパ角度(θ1)が一致しており、
前記センサチップ(11)の凹部(22)の内壁面(22a)と、前記圧力伝達路(33,43)の内壁面(33a,43a)におけるゲル部材との接触部分が、面一となっていることを特徴とする請求項2に記載の圧力センサ。 - 前記第1圧力伝達路(33)の内壁面(33a)におけるゲル部材との接触部分は、階段状となっていることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。
- 前記第1支持部材(30)は、セラミック多層基板であることを特徴とする請求項2〜4いずれか1項に記載の圧力センサ。
- 前記ゲル部材(13)の表面(13a)は、室温において、前記ダイアフラム(23)と反対に凸のメニスカス形状をなしていることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項に記載の圧力センサ。
- 前記支持部材(12)は、前記第1圧力伝達路(33)に連通して前記第1圧力伝達路(33)とともに前記圧力伝達路(33,43)をなす第2圧力伝達路(43)を備え、前記第1支持部材(30)を支持する第2支持部材(40)を有することを特徴とする請求項1〜6いずれか1項に記載の圧力センサ。
- 前記ゲル部材(13)は、前記凹部(22)から連続して前記第1圧力伝達路(33)の少なくとも一部まで充填され、前記第2圧力伝達路(43)には充填されていないことを特徴とする請求項7に記載の圧力センサ。
- 前記ゲル部材(13)の厚さよりも、前記圧力伝達路(33,43)におけるゲル部材との接触部分であって前記ダイアフラム(23)から最も離れた部分の開口径のほうが長いことを特徴とする請求項1〜9いずれか1項に記載の圧力センサ。
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