JP2024043315A - 圧力センサ - Google Patents

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Tetsuo Hata
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Abstract

【課題】メンブレン上における水滴等の付着を、ホイートストンブリッジ回路の検出値に異常が生じる前に検出する。【解決手段】メンブレン上において複数の抵抗体により形成されたホイートストンブリッジ回路と、前記ホイートストンブリッジ回路に電気的に接続しており、前記メンブレン上における外表面の一部を構成し、前記ホイートストンブリッジ回路に対する外部への配線が接続する複数のブリッジ電極と、前記メンブレン上において１つの前記ブリッジ電極と他の１つの前記ブリッジ電極との間に配置されており、前記外表面の他の一部を構成し、いずれの前記ブリッジ電極とも分離して設けられる検出電極と、前記検出電極と、複数の前記ブリッジ電極の少なくとも一つとの間の抵抗変化を検出する抵抗変化検出部と、を有する圧力センサ。【選択図】図２

Description

本発明は、メンブレンの変形による歪を抵抗変化により検出する圧力センサに関する。
圧抵抗効果（ピエゾ抵抗効果ともいう）を利用して、メンブレン（ダイアフラムともいう）の歪を抵抗変化により検出する圧力センサが知られている。このような圧力センサでは、メンブレンの変形による歪を、メンブレン上に設けられた抵抗体により形成されるホイートストンブリッジ回路の出力から検出する。また、このような圧力センサの中には、高温・高湿環境などの過酷環境においても、高い信頼性が求められるものが存在する。
圧力センサの信頼性を向上させるための技術として、ホイートストンブリッジ回路を保護する保護膜を設ける技術が提案されている（特許文献１等参照）。しかしながら、メンブレン上においてホイートストンブリッジ回路に接続する電極は、外部との配線を形成する関係上、保護膜などで完全に覆うことができない。
したがって、仮にメンブレン上に水滴が付着し、その水滴がホイートストンブリッジ回路に接続する複数の電極間に跨る大きさまで大きくなるおそれがある。そうすると、ホイートストンブリッジ回路に水滴によるショートパスが形成され、その状態で圧力センサの使用を継続すると、異常な値を出力したり、イオンマイグレーション等による回路の損傷が生じたりするおそれがある。
特開２００５－２４９５２０号公報
本発明は、メンブレン上における水滴等の付着を、ホイートストンブリッジ回路の検出値に異常が生じる前に検出可能な圧力センサに関する。
上記目的を達成するために、本発明に係る圧力センサは、
メンブレン上において複数の抵抗体により形成されたホイートストンブリッジ回路と、
前記ホイートストンブリッジ回路に電気的に接続しており、前記メンブレン上における外表面の一部を構成し、前記ホイートストンブリッジ回路に対する外部への配線が接続する複数のブリッジ電極と、
前記メンブレン上において１つの前記ブリッジ電極と他の１つの前記ブリッジ電極との間に配置されており、前記外表面の他の一部を構成し、いずれの前記ブリッジ電極とも分離して設けられる検出電極と、
前記検出電極と、複数の前記ブリッジ電極の少なくとも一つとの間の抵抗変化を検出する抵抗変化検出部と、を有する。
本発明の第一の観点に係る圧力センサでは、ブリッジ電極とともにメンブレン上における外表面の一部を構成する検出電極をブリッジ電極間に設け、検出電極とブリッジ電極との間の抵抗変化を検出する抵抗変化検出部により、検出電極とブリッジ電極との間に跨る水滴等の付着を検出する。そのため、このような圧力センサは、ブリッジ電極間に跨る大きさまで水滴が大きくなる前に、外表面における水滴の形成を検出できる。
また、たとえば、複数の前記ブリッジ電極および前記検出電極は、前記メンブレン上において前記ホイートストンブリッジ回路が配置される中央領域を囲む外周領域に配置されていてもよく、
前記検出電極は、前記中央領域を囲む方向である第１方向に関して、前記１つの前記ブリッジ電極と前記他の１つの前記ブリッジ電極との間に配置されていてもよい。
このような圧力センサでは、ブリッジ電極間の距離を長くすることができるため、ブリッジ電極間に跨る大きさまで水滴が大きくなる前に、検出電極により外表面における水滴等の付着を好適に検出できる。
また、たとえば、前記検出電極は、複数の前記ブリッジ電極の少なくとも一つを間に挟んで前記メンブレン上に配置されており、互いに電気的に接続されている第１検出部分と第２検出部分とを有してもよい。
このような圧力センサは、第１検出部分と第２検出部分とを有することにより、ブリッジ電極に挟まれる複数の領域での水滴を検出することができる。また、第１検出部分と第２検出部分とが電気的に接続されていることにより、複数の領域における水滴の検出を、シンプルな構成で実現できる。
また、たとえば、前記検出電極は、複数の前記ブリッジ電極の少なくとも一つを間に挟んで前記メンブレン上に配置される第１検出部分と第２検出部分とを有してもよく、
前記抵抗変化検出部は、前記第１検出部分と複数の前記ブリッジ電極の少なくとも一つとの間の抵抗変化と、前記第２検出部分と複数の前記ブリッジ電極の少なくとも一つとの間の抵抗変化とを、独立して検出してもよい。
このような圧力センサは、第１検出部分と第２検出部分とを有することにより、ブリッジ電極に挟まれる複数の領域で、水滴の形成を検出することができる。また、複数の領域のうちどの領域に水滴等が付着しているかを、区別して検出することが可能である。
本発明の第２の観点に係る圧力センサは、メンブレン上において複数の抵抗体により形成されたホイートストンブリッジ回路と、
前記ホイートストンブリッジ回路に電気的に接続しており、前記メンブレン上における外表面の一部を構成し、前記ホイートストンブリッジ回路に対する外部への配線が接続する複数のブリッジ電極と、
前記メンブレン上において１つの前記ブリッジ電極と他の１つの前記ブリッジ電極との間に並んで配置されており、前記外表面の他の一部を構成し、いずれの前記ブリッジ電極とも分離して設けられており、互いに分離して設けられる第１検出電極および第２検出電極と、
前記第１検出電極と前記第２検出電極との間の抵抗変化を検出する抵抗変化検出部と、を有する。
本発明の第２の観点に係る圧力センサでは、ブリッジ電極とともにメンブレン上における外表面の一部を構成する第１検出電極および第２検出電極をブリッジ電極間に設け、第１検出電極と第２検出電極との間の抵抗変化を検出する抵抗変化検出部により、ブリッジ電極の間への水滴等の付着を検出できる。このような圧力センサは、ブリッジ電極間に跨る大きさまで水滴が大きくなる前に、外表面における水滴の形成を検出できる。
また、たとえば、複数の前記ブリッジ電極、前記第１検出電極および前記第２検出電極は、前記メンブレン上において前記ホイートストンブリッジ回路が配置される中央領域を囲む外周領域に配置されていてもよく、
前記第１検出電極および前記第２検出電極は、前記中央領域を囲む方向である第１方向に関して、前記１つの前記ブリッジ電極と前記他の１つの前記ブリッジ電極との間に配置されていてもよい。
このような圧力センサでは、ブリッジ電極間の距離を長くすることができるため、ブリッジ電極間に跨る大きさまで水滴が大きくなる前に、第１および第２検出電極により外表面における水滴等の付着を好適に検出できる。
また、たとえば、前記第１検出電極と前記第２検出電極とは、前記中央領域を囲む方向である第１方向に交差する第２方向に沿って配列してもよい。
このような圧力センサでは、ブリッジ電極周辺に形成された水滴についても、ブリッジ電極とブリッジ電極の間に形成された水滴についても、第１および第２検出電極により好適に検出できる。
また、たとえば、前記第１検出電極および前記第２検出電極は、それぞれ、少なくとも１つの前記ブリッジ電極を間に挟んで前記メンブレン上に配置されており、互いに電気的に接続されている第１検出部分と第２検出部分とを有してもよい。
このような圧力センサは、第１検出部分と第２検出部分とを有することにより、ブリッジ電極に挟まれる複数の領域での水滴等の形成を、適切に検出することができる。また、第１検出部分と第２検出部分とが電気的に接続されていることにより、複数の領域における水滴の検出を、シンプルな構成で実現できる。
また、たとえば、前記第１検出電極および前記第２検出電極は、それぞれ、少なくとも１つの前記ブリッジ電極を間に挟んで前記メンブレン上に配置されている第１検出部分と、第２検出部分とを有してもよく、
前記抵抗変化検出部は、前記第１検出電極の前記第１検出部分と前記第２検出電極の前記第１検出部分との間の抵抗変化と、前記第１検出電極の前記第２検出部分と前記第２検出電極の前記第２検出部分との間の抵抗変化とを、独立して検出してもよい。
このような圧力センサは、第１検出部分と第２検出部分とを有することにより、ブリッジ電極に挟まれる複数の領域で、水滴の形成を検出することができる。また、複数の領域のうちどの領域に水滴等が付着しているかを、区別して検出することが可能である。
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサの模式断面図である。 図２は、第１実施形態に係る圧力センサを上方から見た模式平面図である。 図３は、図２に示す圧力センサの回路図である。 図４は、図３に示す抵抗変化検出部による検出動作を説明する概念図である。 図５は、第１変形例に係る圧力センサの第１の状態を示す概念図である。 図６は、第１変形例に係る圧力センサの第２の状態を示す概念図である。 図７は、第２変形例に係る圧力センサが有する抵抗変化検出部による検出動作を説明する概念図である。 図８は、第３変形例に係る圧力センサが有する抵抗変化検出部による検出動作を説明する概念図である。 図９は、第２実施形態に係る圧力センサを上方から見た模式平面図である。 図１０は、第３実施形態に係る圧力センサを上方から見た模式平面図である。 図１１は、第３実施形態に係る圧力センサが有する抵抗検出部による検出動作を説明する概念図である。 図１２は、第４変形例に係る圧力センサが有する抵抗検出部による検出動作を説明する概念図である。 図１３は、第４実施形態に係る圧力センサを上方から見た模式平面図である。 図１４は、第５実施形態に係る圧力センサを上方から見た模式平面図である。 図１５は、第６実施形態に係る圧力センサを上方から見た模式平面図である。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧力センサ１０の概略断面図である。図１に示すように、圧力センサ１０は、中空筒状のステム２０を有する。ステム２０は、たとえば鋼材、アルミ合金、ステンレス、ニッケル合金などの金属で構成される。ステム２０は、中空筒の一端に配置される端壁を構成するメンブレン２２を有し、メンブレン２２は、圧力に応じた変形を生じる。ステム２０およびメンブレン２２の材質としては、上述した金属ほか、特に、オーステナイト系のＳＵＳ３０４、３１６や、析出硬化系のＳＵＳ６３０、６３１などが、高温での耐久性等の観点から好ましい。
図１に示すように、ステム２０の他端は中空部の開放端となっており、ステム２０の中空部は、接続部材１２の流路１２ｂに連通してある。圧力センサ１０では、流路１２ｂに導入される流体が、ステム２０の中空部からメンブレン２２の他方の面である内面２２ａに導かれ、流体圧がメンブレン２２に作用するようになっている。
ステム２０の開放端の周囲には、フランジ部２１がステム２０の軸芯から外方に突出するように形成してある。フランジ部２１は、接続部材１２と抑え部材１４との間に挟まれ、メンブレン２２の内面２２ａへと至る流路１２ｂが密封されるようになっている。
接続部材１２は、圧力センサ１０を固定するためのねじ溝１２ａを有する。圧力センサ１０は、測定対象となる流体が封入してある圧力室などに対して、ねじ溝１２ａを介して固定されている。これにより、接続部材１２の内部に形成されている流路１２ｂおよびステム２０におけるメンブレン２２の内面２２ａは、測定対象となる流体が内部に存在する圧力室に対して、気密に連通する。
抑え部材１４の上面には、回路基板１６が取り付けてある。回路基板１６は、ステム２０の周囲を囲むリング状の形状を有しているが、回路基板１６の形状としては、これに限定されるものではない。回路基板１６は、メンブレン２２上に形成されるホイートストンブリッジ回路３３からの検出信号が伝えられるとともに、抵抗変化検出部８０（図２参照）が備えられる。また、回路基板１６には、たとえば、ホイートストンブリッジ回路３３からの検出信号が伝えられる回路などが内蔵してある。
図２は、図１に示す圧力センサ１０を、上方（メンブレン２２の外面２２ｂ側）から見た平面図である。図２に示すように、メンブレン２２は、リング状の回路基板１６の貫通孔内に配置されている。
図２に示すように、圧力センサ１０は、メンブレン２２上に形成されるホイートストンブリッジ回路３３と、同じくメンブレン２２上に形成される複数のブリッジ電極５０および検出電極６０と、回路基板１６に配置される抵抗変化検出部８０とを有する。
図２に示すように、ホイートストンブリッジ回路３３は、メンブレン２２上において複数の抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４により形成されており、メンブレン２２上における中央領域２２ｃに配置される。抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、メンブレン２２の変形に応じた歪を生じ、メンブレン２２の変形に応じて抵抗値が変化する。抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、電気配線３４によりホイートストンブリッジ回路３３を形成するように接続されている。
メンブレン２２の変形量は、メンブレン２２に作用する流体の圧力により変化するため、ホイートストンブリッジ回路３３は、メンブレン２２に作用する流体の圧力である流体圧を検出することができる。すなわち、ホイートストンブリッジ回路３３を形成する抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、図１および図２に示すメンブレン２２が、流体圧により変形して歪む位置に設けられており、その歪み量に応じて抵抗値が変化するように構成してある。
ホイートストンブリッジ回路３３を構成する抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４および電気配線３４は、たとえば導電性の薄膜である歪抵抗膜を所定形状にパターニングすることにより作製される。歪抵抗膜の材質は特に限定されないが、たとえばＣｒとＡｌとを含む。歪抵抗膜がＣｒとＡｌとを含むことにより、高温環境下におけるＴＣＲ（Temperature coefficient of Resistance、抵抗値温度係数）やＴＣＳ（Temperature coefficient of sensitivity、抵抗温度係数）が安定し、精度の高い圧力検出が可能となる。また、ＣｒとＡｌの含有量を所定の範囲とすることにより、高いゲージ率と良好な温度安定性を、より高いレベルで両立できる。
歪抵抗膜は、ＣｒおよびＡｌ以外の元素を含んでいてもよく、たとえば、歪抵抗膜は、ОやＮを含んでいてもよい。歪抵抗膜に含まれるＯやＮは、歪抵抗膜を成膜する際に反応室から除去しきれずに残留したものが、歪抵抗膜に取り込まれたものであってもよい。また、歪抵抗膜に含まれるＯやＮは、成膜時またはアニール時に雰囲気ガスとして使用されるなどして、意図的に歪抵抗膜に導入されたものであってもよい。
また、歪抵抗膜は、ＣｒおよびＡｌ以外の金属元素を含んでいてもよい。歪抵抗膜は、ＣｒおよびＡｌ以外の金属や非金属元素を微量に含み、アニールなどの熱処理が行われることにより、ゲージ率や温度特性が向上する場合がある。歪抵抗膜に含まれるＣｒおよびＡｌ以外の金属および非金属元素としては、たとえば、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｐ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｎおよび希土類元素が挙げられる。
歪抵抗膜は、スパッタリングや蒸着などの薄膜法により形成することができる。抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、たとえば薄膜をミアンダ形状にパターニングすることで形成することができる。歪抵抗膜の厚みは、特に限定されないが、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは０．１～１μｍである。なお、電気配線３４は、歪抵抗膜をパターニングすることにより形成される。ただし、電気配線は、歪抵抗膜とは異なる導電性の膜または層によって形成することも可能である。
なお、図２では示されていないが、歪抵抗膜の下には、歪抵抗膜をメンブレン２２の外面２２ｂに対して絶縁する下地絶縁膜が形成されている。下地絶縁膜は、メンブレン２２の外面２２ｂ（図１参照）のほぼ全体を覆うように、メンブレン２２上における中央領域２２ｃと外周領域２２ｄとの両方に形成してある。下地絶縁膜は、たとえばシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などの絶縁性の膜で構成される。下地絶縁膜の厚みは、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは１～５μｍである。下地絶縁膜は、たとえばＣＶＤなどの蒸着法によりメンブレン２２の外面２２ｂに形成することができる。
図２に示すように、ホイートストンブリッジ回路３３が配置される中央領域２２ｃには、ホイートストンブリッジ回路３３を上から覆う保護膜４０が形成されている。保護膜４０は、下地絶縁膜と同様に、絶縁性の薄膜等で構成される。図２において、保護膜４０はグレーで示されている。
ホイートストンブリッジ回路３３に含まれる抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、保護膜４０で覆われているため、圧力センサ１０の外表面の一部を構成しない。したがって、ホイートストンブリッジ回路３３の抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、保護膜４０の剥離等が生じない限りは、圧力センサ１０の設置環境から適切に遮蔽され、水滴等の付着から保護される。
図２に示すように、メンブレン２２上には、複数のブリッジ電極５０が配置されている。複数のブリッジ電極５０は、第１ブリッジ電極５１と、第２ブリッジ電極５２と、第３ブリッジ電極５３と、第４ブリッジ電極５４とを有する。複数のブリッジ電極５０である第１～第４ブリッジ電極５１～５４は、メンブレン２２上において、ホイートストンブリッジ回路３３が配置される中央領域
２２ｃを囲む外周領域２２ｄに配置されている。
第１～第４ブリッジ電極５１～５４は、電気配線３４を介してホイートストンブリッジ回路３３に電気的に接続している。複数のブリッジ電極５０は、保護膜４０から露出しており、メンブレン２２上における外表面１７の一部を構成する。第１～第４ブリッジ電極５１～５４には、それぞれ、ホイートストンブリッジ回路３３に対する外部への配線である中間配線１９ａが接続している。
図３は、図２に示す圧力センサ１０の回路図である。図２に示す２つの中間配線１９ａは、第１ブリッジ電極５１および第３ブリッジ電極５３と回路基板１６とを接続し、図３に示すように、ホイートストンブリッジ回路３３の検出電圧Ｖ＋およびＶ－を回路基板１６に伝える。また、１つの中間配線１９ａは、第２ブリッジ電極５２と回路基板１６の電源電圧ＶＤＤとを接続し、ホイートストンブリッジ回路３３に電力を供給する。また、他の１つの中間配線１９ａは、第４ブリッジ電極５４をグランドＧＮＤに接続する。なお、第１～第４ブリッジ電極５１～５４の配置は、図２および図３に示す例のみには限定されず、たとえば、第１～第４ブリッジ電極５１～５４の位置は入れ換え可能である。
図２に示すように、圧力センサ１０のメンブレン２２上には、検出電極６０が配置されている。検出電極６０は、第１部分６１、第２部分６２、第３部分６３、第４部分６４の４つの検出部分を有する。検出電極６０の各検出部分６１～６４は、１つのブリッジ電極５１、５２、５３、５４と他の１つのブリッジ電極５１、５２、５３、５４との間に配置される。すなわち、第１検出部分としての第１部分６１は、第１ブリッジ電極５１と第２ブリッジ電極５２との間に配置されており、第２検出部分としての第２部分６２は、第２ブリッジ電極５２と第３ブリッジ電極５３との間に配置されている。
検出電極６０は、複数のブリッジ電極５０と同様に保護膜４０から露出しており、メンブレン２２上における外表面１７の他の一部を構成する。また、検出電極６０は、複数のブリッジ電極５０と同様に、中央領域２２ｃを囲む外周領域２２ｄに配置されているが、検出電極６０の各部分６１、６２、６３、６４は、いずれの第１～第４ブリッジ電極５１～５４とも分離して設けられている。
検出電極６０の各部分６１～６４は、中央領域２２ｃを囲む方向（周方向）である第１方向Ｄ１に関して、１つのブリッジ電極５１、５２、５３、５４と他の１つのブリッジ電極５１、５２、５３、５４との間に配置される。
なお、図２に示す圧力センサ１０では、検出電極６０は、第１～第４部分６１、６２、６３、６４の４つの部分を有しているが、検出電極６０としてはこれのみには限定されず、たとえば第１部分６１のみを有しているものや、第１部分６１と第３部分６３とを有しているものなども考えられる。検出電極６０が１つの第１部分６１を有する例としては、たとえば、圧力センサ１０の設置状況により、第１部分６１が設けられる部分にのみ水滴が付着しやすい場合などが考えられる。また、第１部分６１と第３部分６３とを有する例としては、第１ブリッジ電極５１と第２ブリッジ電極５２との間および第３ブリッジ電極５３と第４ブリッジ電極５４との間の間隔が、第２ブリッジ電極５２と第３ブリッジ電極５３との間および第４ブリッジ電極５４と第１ブリッジ電極５１との間の間隔より狭い場合などが考えられる。
図２および図３に示す複数のブリッジ電極５０および検出電極６０は、たとえば金属等の導電性の膜などで構成される。複数のブリッジ電極５０および検出電極６０は、Aｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄのいずれかを含んでいてもよい。このような複数のブリッジ電極５０および検出電極６０は化学的に安定であるため、圧力センサ１０の信頼性向上に資する。
第１～第４ブリッジ電極５１～５４および検出電極６０の厚みは、たとえば５０～５００ｎｍとすることができ、１００～３００ｎｍとすることが好ましい。このような複数のブリッジ電極５０および検出電極６０は、たとえば、スパッタリングや蒸着法などの薄膜法により形成することができる。なお、第１～第４ブリッジ電極５１～５４と検出電極６０とは、同時に成膜されてもよく、別々に（段階的に）成膜されてもよい。
図２に示すように、検出電極６０の第１～第４部分６１～６４は、それぞれ個別に、中間配線１９ｂによって回路基板１６に接続されている。図２に示すように、回路基板１６には、第１抵抗検出部８１、第２抵抗検出部８２、第３抵抗検出部８３および第４抵抗検出部８４からなる抵抗変化検出部８０が内蔵されている。
図２および図３に示すように、抵抗変化検出部８０は、検出電極６０と、複数のブリッジ電極５０の少なくとも一つとの間の抵抗変化を検出する。図３に示すように、第１抵抗検出部８１は、第１検出抵抗Ｒａおよび第２検出抵抗Ｒｂなどを有し、第１および第２ブリッジ電極５１、５２と第１部分６１との間の抵抗変化を、Ｐｏｒｔ１の電位変化により検出する。メンブレン２２上に形成される第１部分６１は、第１抵抗検出部８１に対して電気的に接続している。
図４は、第１部分６１および第１抵抗検出部８１によって、メンブレン２２上に形成された水滴９６を検出する検出動作を説明した概念図である。図４（ａ）は、メンブレン２２上における水滴９６の付着状態の一例を表しており、図４（ｂ）は、水滴９６が付着した場合において第１抵抗検出部８１で検出される電気的変化を示している。図３に示すように、図４（ａ）に示すような水滴９６が無ければ、第１ブリッジ電極５１および第２ブリッジ電極５２と、これらの第１および第２ブリッジ電極５１、５２の間に配置される第１部分６１との間に電流は流れない。したがって、第１抵抗検出部８１のＰｏｒｔ１で検出される電位は、電源電圧ＶＤＤおよび第１検出抵抗Ｒａおよび第２検出抵抗Ｒｂによって定まる一定の値となる。
これに対して、図４（ａ）に示すように、メンブレン２２上において、第１および第２ブリッジ電極５１、５２と第１部分６１との間に跨る水滴９６が形成されると、図４（ｂ）において点線矢印で示すように、第１ブリッジ電極５１および第２ブリッジ電極５２と、第１部分６１との間に電流が流れる。これにより、第１抵抗検出部８１のＰｏｒｔ１で検出される電位が、水滴９６が形成されていない場合に対して変化し、第１抵抗検出部８１は、第１ブリッジ電極５１および第２ブリッジ電極５２と第１部分６１との間の抵抗変化を検出することができる。
図３に示すように、第２抵抗検出部８２も、第１抵抗検出部８１と同様に、第１検出抵抗Ｒａおよび第２検出抵抗Ｒｂなどを有し、第２および第３ブリッジ電極５２、５３と第２部分６２との間の抵抗変化を、Ｐｏｒｔ２の電位変化により検出する。メンブレン２２上に形成される第２部分６２は、第２抵抗検出部８２に対して電気的に接続している。第２抵抗検出部８２は、図４を用いて説明した第１抵抗検出部８１と同様にして、メンブレン２２の外表面１７に形成される水滴を検出する。
図３に示すように、検出電極６０は、複数のブリッジ電極５０の一つである第２ブリッジ電極５２を間に挟んでメンブレン２２上に配置される第１部分６１と第２部分６２とを有する。第１部分６１と第２部分６２とは、電気的に接続されていない。このような圧力センサ１０において、第１抵抗検出部８１および第２抵抗検出部８２を有する抵抗変化検出部８０は、第１部分６１と第１および第２ブリッジ電極５１、５２間の抵抗変化と、第２部分６２と第２および第３ブリッジ電極５２、５３間の抵抗変化とを、独立して検出する。
また、図３に示す第３抵抗検出部８３および第４抵抗検出部８４も、第１抵抗検出部８１と同様に、第１検出抵抗Ｒａおよび第２検出抵抗Ｒｂなどを有し、第３および第４ブリッジ電極５３、５４と第３部分６３並びに第４および第１ブリッジ電極５４、５１と第４部分６４の間の抵抗変化を、Ｐｏｒｔ３およびＰｏｒｔ４の電位変化により検出する。メンブレン２２上に形成される第３部分６３および第４部分６４は、それぞれ第３抵抗検出部８３および第４抵抗検出部８４に対して電気的に接続している。第３抵抗検出部８３および第４抵抗検出部８４も、図４を用いて説明した第１抵抗検出部８１と同様にして、メンブレン２２の外表面１７に形成される水滴を検出する。
このような圧力センサ１０は、複数のブリッジ電極５０とともにメンブレン２２上における外表面１７の一部を構成する検出電極６０を、第１～第４ブリッジ電極５１～５４のうち任意の二つの間に設ける。そして、検出電極６０と第１～第４ブリッジ電極５１～５４の少なくとも一つとの間の抵抗変化を検出する抵抗変化検出部８０により、検出電極６０とブリッジ電極５１～５４との間に跨る水滴等の付着を検出する。そのため、このような圧力センサ１０は、第１～第４ブリッジ電極５１～５４間に跨る大きさまで水滴が大きくなる前に、外表面１７における水滴の形成を検出できる。
また、圧力センサ１０は、検出電極６０が第１部分６１と第２部分６２とを有することにより、第１ブリッジ電極５１と第２ブリッジ電極５２とに挟まれる領域と、第２ブリッジ電極５２と第３ブリッジ電極５３とに挟まれる領域を含む複数の領域で、水滴等の形成を検出することができる。また、圧力センサ１０は、独立に水滴等を検出する第１～第４抵抗検出部８１～８４を有するため、メンブレン２２上におけるどの部分に水滴等が付着しているかを、区別して検出することが可能である。
なお、圧力センサ１０における検出電極６０および抵抗変化検出部８０の検出対象は、メンブレン２２に形成される水滴のみには限定されず、検出電極６０と第１～第４ブリッジ電極５１～５４に跨って付着する導電性の塵埃等も、検出電極６０および抵抗変化検出部８０によって検出可能である。
図５および図６は、第１変形例に係る圧力センサ１１０における水滴９６検出時の動作を示す概念図である。第１変形例に係る圧力センサ１１０は、電源電圧VDDのON・OFFを切り換えるスイッチ９３と、スイッチ９３の動作を制御するＭＣＵ９２を有する点が異なるが、その他は図１～図４に示す圧力センサ１０と同様である。圧力センサ１１０の説明では、圧力センサ１０との相違点のみ説明し、共通点については説明を省略する。
図５は、外表面１７に水滴９６が形成されていない状態のメンブレン２２と、メンブレン２２上のブリッジ電極５１～５４および検出電極６０に接続する回路等を示す概念図である。また、図６は、外表面１７に水滴９６が形成されている状態のメンブレン２２と、メンブレン２２上のブリッジ電極５１～５４および検出電極６０に接続する回路等を示す概念図である。なお、図５および図６では、第１部分６１を除く検出電極６０の他の部分と、第１抵抗検出部８１の除く抵抗変化検出部８０の他の部分については、図示を省略している。
図５に示すように、圧力センサ１０の動作中において、ＭＣＵ９２は、電源電圧ＶＤＤと第２ブリッジ電極５２とを接続するスイッチ９３をＯＮにして、ホイートストンブリッジ回路３３に電力を供給する。これにより、ホイートストンブリッジ回路３３は、メンブレン２２の変形量に応じた出力を生じ、圧力センサ１０は、メンブレン２２に作用する流体の圧力を検出する。
図５に示す状態では、メンブレン２２の外表面１７に水滴９６が形成されていないため、第１ブリッジ電極５１および第２ブリッジ電極５２と第１部分６１との間には電流が流れない。したがって、抵抗変化検出部８０の第１抵抗検出部８１は水滴の形成に伴う抵抗変化を検出せず、抵抗変化検出部８０から水滴検出信号が伝わらないＭＣＵ９２は、スイッチ９３をＯＮの状態に維持する。これにより、圧力センサ１０による圧力検出動作が継続する。
これに対して、図６に示すようにメンブレン２２の外表面１７に水滴９６が形成されると、第１ブリッジ電極５１および第２ブリッジ電極５２と第１部分６１との間の抵抗が変化し、これを抵抗変化検出部８０が検出する。抵抗変化検出部８０が抵抗変化を検出すると、抵抗変化検出部８０は、ＭＣＵ９２に対して水滴９６を検出したことを示す水滴検出信号を伝える（矢印９４）。水滴検出信号がＭＣＵ９２に入力すると、ＭＣＵ９２は、スイッチ９３に信号を送り（矢印９５）、スイッチ９３をＯＦＦにする。
このような圧力センサ１１０では、抵抗変化検出部８０がメンブレン２２の外表面１７に形成される水滴９６を検出すると、自動的にＭＣＵ９２が、ホイートストンブリッジ回路３３へ伝えられる電源電圧ＶＤＤを遮断する。したがって、圧力センサ１１０は、水滴９６が形成された後も圧力センサ１１０の検出動作が継続されることを防止し、電極構成材料のイオンマイグレーション等の問題を、好適に防止できる。その他、第１変形例に係る圧力センサ１１０は、第１実施形態に係る圧力センサ１０と同様の効果を生じる。
図７は、第２変形例に係る圧力センサ２１０が有する抵抗変化検出部２８０による水滴９６の検出動作を示す概念図である。図７（ａ）は、メンブレン２２上における水滴９６の付着状態の一例を表しており、図７（ｂ）は、水滴９６が付着した場合において第１抵抗検出部２８１で検出される電気的変化を示している。圧力センサ２１０は、抵抗変化検出部２８０が有する第１抵抗検出部２８１（第２～第４抵抗検出部については図示省略）等の回路構成が、図４に示す第１抵抗検出部８１等とは異なる点を除き、圧力センサ１０と同様である。圧力センサ２１０に関しては、圧力センサ１０との相違点を中心に説明を行い、圧力センサ１０との共通点については、説明を省略する。
図７に示す抵抗変化検出部２８０は、圧力センサ１０の抵抗変化検出部８０と同様に、検出電極６０と複数のブリッジ電極５０の少なくとも一つとの間の抵抗変化を検出する。抵抗変化検出部２８０は、図２および図３に示す抵抗変化検出部８０と同様に、第１～第４抵抗検出部を有するが、第１抵抗検出部２８１以外は図示を省略している。
図７に示すように、第１抵抗検出部２８１は、第２検出抵抗Ｒｂなどを有し、第１および第２ブリッジ電極５１、５２と第１部分６１との間の抵抗変化を、Ｐｏｒｔ１の電位変化により検出する。図７（ａ）に示すような水滴９６が無ければ、第１および第２ブリッジ電極５１、５２と、これらの間に配置される第１部分６１との間に電流は流れず、第１抵抗検出部２８１のＰｏｒｔ１はＧＮＤに接続しているにすぎない。
これに対して、図７（ａ）に示すように、メンブレン２２上において、第１および第２ブリッジ電極５１、５２と第１部分６１との間に跨る水滴９６が形成されると、図７（ｂ）において点線矢印で示すように、第１ブリッジ電極５１および第２ブリッジ電極５２と、第１部分６１との間に電流が流れる。これにより、第１抵抗検出部２８１のＰｏｒｔ１で検出される電位が、水滴９６が形成されていない場合に対して変化し、第１抵抗検出部２８１は、第１ブリッジ電極５１および第２ブリッジ電極５２と第１部分６１との間の抵抗変化を検出することができる。
このように、図７（ｂ）に示すようなプルダウン回路を有する第１抵抗検出部２８１も、図４（ｂ）に示す第１抵抗検出部８１と同様に水滴９６の有無を検出することができる。また、圧力センサ２１０の第２～第４抵抗検出部についても、第１抵抗検出部２８１と同様の回路を有しており、第１抵抗検出部２８１と同様にメンブレン２２上における外表面１７に形成される水滴を検出することができる。
その他、図７に示す抵抗変化検出部２８０を有する圧力センサ２１０も、図４に示す抵抗変化検出部８０を有する圧力センサ１０と同様の効果を奏する。
図８は、第３変形例に係る圧力センサ３１０が有する抵抗変化検出部３８０による水滴９６の検出動作を示す概念図である。図８（ａ）は、メンブレン２２上における水滴９６の付着状態の一例を表しており、図８（ｂ）は、水滴９６が付着した場合において第１抵抗検出部３８１で検出される電気的変化を示している。圧力センサ３１０は、抵抗変化検出部３８０が有する第１抵抗検出部３８１（第２～第４抵抗検出部については図示省略）等の回路構成が、図４に示す第１抵抗検出部８１等とは異なる点を除き、圧力センサ１０と同様である。圧力センサ３１０に関しては、圧力センサ１０との相違点を中心に説明を行い、圧力センサ１０との共通点については、説明を省略する。
図８に示す抵抗変化検出部３８０は、圧力センサ１０の抵抗変化検出部８０と同様に、検出電極６０と複数のブリッジ電極５０の少なくとも一つとの間の抵抗変化を検出する。抵抗変化検出部３８０は、図２および図３に示す抵抗変化検出部８０と同様に、第１～第４抵抗検出部を有するが、第１抵抗検出部３８１以外は図示を省略している。
図８（ｂ）に示すように、第１抵抗検出部３８１は、第１検出抵抗Ｒａ、第２検出抵抗Ｒｂ、フォトダイオード３９７、フォトトランジスタ３９８などを有し、第１および第２ブリッジ電極５１、５２と第１部分６１との間の抵抗変化を、Ｐｏｒｔ１の電位変化により検出する。図８（ａ）に示すような水滴９６が無ければ、第１および第２ブリッジ電極５１、５２と、これらの間に配置される第１部分６１との間に電流は流れず、フォトダイオード３９７は消灯しているため、フォトトランジスタ３９８に電流は流れない。
これに対して、図８（ａ）に示すように、メンブレン２２上において、第１および第２ブリッジ電極５１、５２と第１部分６１との間に跨る水滴９６が形成されると、図８（ｂ）において点線矢印で示すように、第１ブリッジ電極５１および第２ブリッジ電極５２と、第１部分６１との間に電流が流れる。これにより、第１抵抗検出部３８１のフォトダイオード３９７が点灯し、フォトトランジスタ３９８に電流が流れる。これにより、第１抵抗検出部３８１のＰｏｒｔ１における電位は、水滴９６が形成されていない場合に対して変化し、第１抵抗検出部３８１は、第１ブリッジ電極５１および第２ブリッジ電極５２と第１部分６１との間の抵抗変化を検出することができる。
このように、図８（ｂ）に示すようなフォトトランジスタ３９８を用いた回路を有する第１抵抗検出部３８１も、図４（ｂ）に示す第１抵抗検出部８１と同様に水滴９６の有無を検出することができる。また、圧力センサ３１０の第２～第４抵抗検出部についても、第１抵抗検出部３８１と同様の回路を有しており、第１抵抗検出部３８１と同様にメンブレン２２上における外表面１７に形成される水滴を検出することができる。
その他、図８に示す抵抗変化検出部３８０を有する圧力センサ３１０も、図４に示す抵抗変化検出部８０を有する圧力センサ１０と同様の効果を奏する。
なお、図４、図７、図８の比較から理解できるように、第１ブリッジ電極５１～５４と検出電極６０との間の抵抗変化を検出する回路としては、プルダウン回路、プルアップ回路、定電流回路や、フォトトランジスタを用いる回路など、様々な回路が挙げられるが、これらのみには限定されない。
第２実施形態
図９は、第２実施形態に係る圧力センサ４１０を上方から見た模式平面図である。圧力センサ４１０は、検出電極４６０を構成する第１部分４６１、第２部分４６２、第３部分４６３および第４部分４６４が、互いに電気的に接続されている点と、抵抗変化検出部４８０が、図３に示す第１抵抗検出部８１のみを有する点で、図３等に示す圧力センサ１０とは異なる。しかし、圧力センサ４１０は、検出電極４６０および抵抗変化検出部４８０に関する上述の相違点を除き、圧力センサ１０と同様である。圧力センサ４１０の説明は、圧力センサ１０との相違点を中心に行い、圧力センサ１０との共通点については同一の符号を付して説明を省略する。
図９に示すように、検出電極４６０の各検出部分４６１～４６４は、図３に示す検出電極６０の各部分６１～６４と同様に、中央領域２２ｃを囲む方向（周方向）である第１方向Ｄ１に介して、１つのブリッジ電極５１、５２、５３、５４と他の１つのブリッジ電極５１、５２、５３、５４との間に配置される。
また、第１検出部分としての第１部分４６１と第２検出部分としての第２部分４６２とは、複数のブリッジ電極５０の一つである第２ブリッジ電極５２を間に挟んで、メンブレン２２上に配置される。第２部分４６２と第３部分４６３、第３部分４６３と第４部分４６４、第４部分４６４と第１部分４６１は、ぞれぞれ第３ブリッジ電極５３、第４ブリッジ電極５４、第１ブリッジ電極５１を間に挟んで、メンブレン２２上に配置される。
図９に示すように、検出電極４６０を構成する第１検出部分としての第１部分４６１、第２検出部分としての第２部分４６２、第３検出部分としての第３部分４６３および第４検出部分としての第４部分４６４は、図３に示す第１～第４部分６１～６４とは異なり、互いに電気的に接続されている。したがって、第２ブリッジ電極５２と第１部分４６１に対して電気的に接続する第１抵抗検出部８１は、第１部分４６１と第１または第２ブリッジ電極５１、５２とを跨ぐように水滴９６（図４参照）が形成される場合だけでなく、第２～第４部分４６２～４６４と、これらに隣接する第１～第４ブリッジ電極５１～５４とを跨ぐように水滴が形成された場合についても抵抗変化を検出し、水滴の形成を検出できる。
このような圧力センサ４１０は、複数のブリッジ電極５０周辺における水滴の検出を、シンプルな回路で実現することができる。その他、圧力センサ４１０は、圧力センサ１０との共通点については、圧力センサ１０と同様の効果を生じる。
第３実施形態
図１０は、第３実施形態に係る圧力センサ５１０を上方から見た模式平面図である。圧力センサ５１０は、図３に示す検出電極６０に代えて、第１検出電極５６０ａおよび第２検出電極５６０ｂを有する点と、抵抗変化検出部５８０が図３に示す抵抗変化検出部８０とは異なる点で、第１実施形態に係る圧力センサ１０とは異なる。しかし、圧力センサ５１０は、第１検出電極５６０ａ、第２検出電極５６０ｂおよび抵抗変化検出部５８０等の相違点を除き、図３等に示す圧力センサ１０と同様である。圧力センサ５１０の説明は、圧力センサ１０との相違点を中心に行い、圧力センサ１０との共通点については、説明を省略する。
図１０に示すように、圧力センサ５１０は、メンブレン２２上において１つの第１～第４ブリッジ電極５１～５４と、他の一つの第１～第４ブリッジ電極５１～５４との間に並んで配置されており、いずれの第１～第４ブリッジ電極５１～５４とも分離して設けられる第１検出電極５６０ａと第２検出電極５６０ｂとを有する。また、第１検出電極５６０ａは、第１電極第１部分５６１ａと第１電極第２部分５６２ａと第１電極第３部分５６３ａと第１電極第４部分５６４ａとを有する。さらに、第２検出電極５６０ｂは、第２電極第１部分５６１ｂと第２電極第２部分５６２ｂと第２電極第３部分５６３ｂと第２電極第４部分５６４ｂとを有する。
図１０に示すように、第１検出電極５６０ａと第２検出電極５６０ｂとは、第１～第４ブリッジ電極５１～５４が圧力センサ５１０のメンブレン２２上における外表面１７の一部を構成しているのと同様に、外表面１７の他の一部を構成している。また、第１検出電極５６０ａと第２検出電極５６０ｂとは、第１～第４ブリッジ電極５１～５４の間に並んで設けられるが、互いに分離して設けられる。
また、第１～第４ブリッジ電極５１～５４、第１検出電極５６０ａを構成する第１部分～第４部分５６１ａ～５６４ａ、第２検出電極５６０ｂを構成する第１部分～第４部分５６１ｂ～５６４ｂは、メンブレン２２上においてホイートストンブリッジ回路３３が配置される中央領域２２ｃを囲む外周領域２２ｄに配置されている。第１検出電極５６０ａと第２検出電極５６０ｂとは、中央領域２２ｃを囲む方向である第１方向Ｄ１に並んで、１つの第１～第４ブリッジ電極５１～５４と、他の一つの第１～第４ブリッジ電極５１～５４との間に配置されている。
たとえば、第１ブリッジ電極５１と第２ブリッジ電極５２との間には、第１検出部分である第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとが、第１方向Ｄ１に並んで配置されている。同様に、第２ブリッジ電極５２と第３ブリッジ電極５３との間には、第２検出部分である第１電極第２部分５６２ａと第２電極第２部分５６２ｂとが配置されており、第３ブリッジ電極５３と第４ブリッジ電極５４との間には、第３検出部分である第１電極第３部分５６３ａと第２電極第３部分５６３ｂとが配置されており、第４ブリッジ電極５４と第１ブリッジ電極５１との間には、第４検出部分である第１電極第４部分５６４ａと第２電極第４部分５６４ｂとが配置されている。
図１０に示すように、圧力センサ５１０は、第１検出電極５６０ａと第２検出電極５６０ｂとの間の抵抗変化を検出する抵抗変化検出部５８０を有する。抵抗変化検出部５８０は、第１抵抗検出部５８１と、第２抵抗検出部５８２と、第３抵抗検出部５８３と、第４抵抗検出部５８４とを有する。
第１～第４抵抗検出部５８１～５８４は、第１検出電極５６０ａおよび第２検出電極５６０ｂの各第１部分５６１ａ、５６１ｂ、第２部分５６２ａ、５６２ｂ、第３部分５６３ａ、５６３ｂ、第４部分５６４ａ、５６４ｂの間の抵抗変化を、それぞれ独立に検出する。すなわち、第１検出電極５６０ａと第２検出電極５６０ｂとは、それぞれ、第２ブリッジ電極５２を挟んでメンブレン２２上に配置されている第１電極第１部分５６１ａと第１電極第２部分５６２ａおよび第２電極第１部分５６１ｂと第２電極第２部分５６２ｂを有する。
図１０に示すように、第１抵抗検出部５８１は、メンブレン２２上の外周領域２２ｄに並んで配置される第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとに電気的に接続しており、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとの間の抵抗変化を検出する。
図１１は、図１０に示す抵抗変化検出部５８０における第１抵抗検出部５８１による水滴５９６の検出動作を表す概念図である。図１１（ａ）は、メンブレン２２の外表面１７に、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとに跨る水滴５９６が形成された状態を示している。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す圧力センサ５１０におけるホイートストンブリッジ回路３３および第１抵抗検出部５８１の回路構成を示している。
図１１（ｂ）に示すように、第１抵抗検出部５８１は、第２電極第１部分５６１ｂに対して参照電圧Ｖｒｅｆを接続し、第１電極第１部分５６１ａを第２検出抵抗Ｒｂを介してＧＮＤに接続している。図１１（ａ）に示すような水滴５９６が形成されていない状態では、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとは電気的に接続しておらず、第１抵抗検出部５８１のＰｏｒｔ１はＧＮＤと同電位である。
これに対して、図１１（ａ）に示すように、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとに跨る水滴５９６が形成されると、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとの間に点線で示されるような電流が流れる。これにより、第１抵抗検出部５８１は、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとの間の抵抗変化を、Ｐｏｒｔ１の電位の変化として検出することができる。
なお、図１１では、第２～第４抵抗検出部５８２～５８４については図示を省略しているが、第２～第４抵抗検出部５８２～５８４についても第１抵抗検出部５８１と同様に抵抗変化を検出する。すなわち、図１０に示す第２抵抗検出部５８２は第１電極第２部分５６２ａと第２電極第２部分５６２ｂとの間の抵抗変化を検出し、第３抵抗検出部５８３は第１電極第３部分５６３ａと第２電極第３部分５６３ｂとの間の抵抗変化を検出し、第４抵抗検出部５８４は第１電極第４部分５６４ａと第２電極第４部分５６４ｂとの間の抵抗変化を検出する。
このように、圧力センサ５１０の抵抗変化検出部５８０は、第１抵抗検出部５８１と第２抵抗検出部５８２により、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとの間の抵抗変化と、第１電極第２部分５６２ａと第２電極第２部分５６２ｂとの間の抵抗変化とを、それぞれ独立して検出する。また、抵抗変化検出部５８０は、第３抵抗検出部５８３は第１電極第３部分５６３ａと第２電極第３部分５６３ｂとの間の抵抗変化や、第４抵抗検出部５８４は第１電極第４部分５６４ａと第２電極第４部分５６４ｂとの間の抵抗変化についても、第３抵抗検出部５８３および第４抵抗検出部５８４により、独立に検出する。
図１０および図１１に示す圧力センサ５１０は、一対の第１検出電極５６０ａおよび第２検出電極５６０ｂを、複数のブリッジ電極５０のうち２つの間に設け、第１検出電極５６０ａと第２検出電極５６０ｂとの間の抵抗変化を検出することにより、ブリッジ電極５０の間に形成される水滴５９６等を検出できる。圧力センサ５１０は、第１検出電極５６０ａおよび第２検出電極５６０ｂによる水滴を検出するため、ブリッジ電極５０に接触するほど水滴が大きくなる前に、圧力センサ５１０の外表面１７に形成される水滴を検出できる。また、圧力センサ５１０は、ホイートストンブリッジ回路３３とは完全に独立した電気回路で構成される抵抗変化検出部５８０により、水滴を検出することができる。
また、圧力センサ５１０では、第１検出電極５６０ａおよび第２検出電極５６０ｂが、それぞれ第１～第４部分５６１ａ～５６４ａ、５６１ｂ～５６４ｂとを有することにより、第１ブリッジ電極５１と第２ブリッジ電極５２とに挟まれる領域と、第２ブリッジ電極５２と第３ブリッジ電極５３とに挟まれる領域を含む複数の領域で、水滴等の形成を検出することができる。また、圧力センサ５１０は、独立に水滴等を検出する第１～第４抵抗検出部５８１～５８４を有するため、メンブレン２２上におけるどの部分に水滴等が付着しているかを、区別して検出することが可能である。
その他、圧力センサ５１０は、圧力センサ１０との共通部分については、圧力センサ１０と同様の効果を奏する。
図１２は、第４変形例に係る圧力センサ６１０が有する抵抗変化検出部６８０による水滴５９６の検出動作を示す概念図である。図１２（ａ）は、メンブレン２２上における水滴５９６の付着状態の一例を表しており、図１２（ｂ）は、水滴５９６が付着した場合において第１抵抗検出部６８１で検出される電気的変化を示している。圧力センサ６１０は、抵抗変化検出部６８０が有する第１抵抗検出部６８１（第２～第４抵抗検出部については図示省略）等の回路構成が、図１１に示す第１抵抗検出部５８１等とは異なる点を除き、圧力センサ５１０と同様である。圧力センサ６１０に関しては、圧力センサ５１０との相違点を中心に説明を行い、圧力センサ５１０との共通点については、説明を省略する。
図１２に示す抵抗変化検出部６８０は、圧力センサ５１０の抵抗変化検出部５８０と同様に、第１検出電極５６０ａと第２検出電極５６０ｂとの間の抵抗変化を検出する。抵抗変化検出部６８０は、図１０に示す抵抗変化検出部５８０と同様に、第１～第４抵抗検出部を有するが、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとの間の抵抗変化を検出する第１抵抗検出部６８１以外は、図１２では図示を省略している。
図１２（ｂ）に示すように、第１抵抗検出部６８１は、第１検出抵抗Ｒａ、第２検出抵抗Ｒｂ、フォトダイオード６９７、フォトトランジスタ６９８などを有し、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとの間の抵抗変化を、Ｐｏｒｔ１の電位変化により検出する。図１２（ａ）に示すような水滴５９６が無ければ、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとの間に電流は流れず、フォトダイオード６９７は消灯しているため、フォトトランジスタ６９８に電流は流れない。
これに対して、図１２（ａ）に示すように、メンブレン２２上において、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとの間に跨る水滴５９６が形成されると、図１２（ｂ）において点線矢印で示すように、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとの間に電流が流れる。これにより、第１抵抗検出部６８１のフォトダイオード６９７が点灯し、フォトトランジスタ６９８に電流が流れる。これにより、第１抵抗検出部６８１のＰｏｒｔ１における電位は、水滴５９６が形成されていない場合に対して変化し、第１抵抗検出部６８１は、第１電極第１部分５６１ａと第２電極第１部分５６１ｂとの間の水滴形成に伴う抵抗変化を検出することができる。
このように、図１２（ｂ）に示すようなフォトトランジスタ６９８を用いた回路を有する第１抵抗検出部６８１も、図１１（ｂ）に示す第１抵抗検出部５８１と同様に水滴５９６の有無を検出することができる。また、圧力センサ６１０の第２～第４抵抗検出部についても、第１抵抗検出部６８１と同様の回路を有しており、第１抵抗検出部６８１と同様にメンブレン２２上における外表面１７に形成される水滴を検出することができる。
その他、図１２に示す抵抗変化検出部６８０を有する圧力センサ６１０は、図１１に示す抵抗変化検出部５８０を有する圧力センサ５１０との共通点については、圧力センサ５１０と同様の効果を奏する。
第４実施形態
図１３は、第４実施形態に係る圧力センサ７１０を上方から見た模式平面図である。圧力センサ７１０は、図１０に示す第１検出電極５６０ａおよび第２検出電極５６０ｂとは形状および配列が異なる第１検出電極７６０ａ、第２検出電極７６０ｂを有する点で、第３実施形態に係る圧力センサ５１０とは異なる。しかし、圧力センサ７１０は、第１検出電極７６０ａ、第２検出電極７６０ｂの形状および配列等に関する相違点を除き、図１０に示す圧力センサ５１０と同様である。圧力センサ７１０の説明は、圧力センサ５１０との相違点を中心に行い、圧力センサ５１０との共通点については、説明を省略する。
図１３に示すように、圧力センサ７１０は、メンブレン２２上において１つの第１～第４ブリッジ電極５１～５４と、他の一つの第１～第４ブリッジ電極５１～５４との間に並んで配置されており、いずれの第１～第４ブリッジ電極５１～５４とも分離して設けられる第１検出電極７６０ａと第２検出電極７６０ｂとを有する。また、第１検出電極７６０ａは、第１電極第１部分７６１ａと第１電極第２部分７６２ａと第１電極第３部分７６３ａと第１電極第４部分７６４ａとを有する。さらに、第２検出電極７６０ｂは、第２電極第１部分７６１ｂと第２電極第２部分７６２ｂと第２電極第３部分７６３ｂと第２電極第４部分７６４ｂとを有する。
図１３に示すように、第１検出電極７６０ａと第２検出電極７６０ｂとは、圧力センサ７１０のメンブレン２２上における外表面１７の他の一部を構成している。また、第１～第４ブリッジ電極５１～５４、第１検出電極７６０ａを構成する第１部分～第４部分７６１ａ～７６４ａ、第２検出電極７６０ｂを構成する第１部分～第４部分７６１ｂ～７６４ｂは、メンブレン２２上においてホイートストンブリッジ回路３３が配置される中央領域２２ｃを囲む外周領域２２ｄに配置されている。第１検出電極７６０ａと第２検出電極７６０ｂとは、第１～第４ブリッジ電極５１～５４の間に並んで設けられるが、互いに分離して設けられる。
図１３に示す第１検出電極７６０ａと第２検出電極７６０ｂとは、図１０に示す第１検出電極５６０ａおよび第２検出電極５６０ｂとは異なり、中央領域２２ｃを囲む方向である第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２に並んで、１つの第１～第４ブリッジ電極５１～５４と、他の一つの第１～第４ブリッジ電極５１～５４との間に配置されている。図１３に示す例では、第２方向Ｄ２は、メンブレン２２の半径方向であるが、第２方向Ｄ２としては、周方向である第１方向に交差する他の方向としてもよい。
たとえば、第１ブリッジ電極５１と第２ブリッジ電極５２との間には、第１電極第１部分７６１ａと第２電極第１部分７６１ｂとが、第２方向Ｄ２に並んで配置されている。同様に、第２ブリッジ電極５２と第３ブリッジ電極５３との間には、第１電極第２部分７６２ａと第２電極第２部分７６２ｂとが第２方向Ｄ２に並んで配置されており、第３ブリッジ電極５３と第４ブリッジ電極５４との間には、第１電極第３部分７６３ａと第２電極第３部分７６３ｂとが第２方向Ｄ２に並んで配置されており、第４ブリッジ電極５４と第１ブリッジ電極５１との間には、第１電極第４部分７６４ａと第２電極第４部分７６４ｂとが第２方向Ｄ２に並んで配置されている。
圧力センサ７１０が有する抵抗変化検出部５８０は、図１０に示す圧力センサ５１０が有する抵抗変化検出部５８０と同様である。図１３に示すように、抵抗変化検出部５８０は、第１～第４抵抗検出部５８１～５８４を有する。第１～第４抵抗検出部５８１～５８４は、第１検出電極７６０ａおよび第２検出電極７６０ｂの各第１部分７６１ａ、７６１ｂ、第２部分７６２ａ、７６２ｂ、第３部分７６３ａ、７６３ｂ、第４部分７６４ａ、７６４ｂの間の抵抗変化を、それぞれ独立に検出する。
図１３に示す圧力センサ７１０は、円弧形状を有する第１検出電極７６０ａと第２検出電極７６０ｂが、第２方向Ｄ２に並んでいるため、第１～第４ブリッジ電極５１～５４の近傍に形成される水滴と、いずれの第１～第４ブリッジ電極５１～５４からも離れた中間位置に形成される水滴の両方を、好適に検出することができる。すなわち、圧力センサ７１０は、メンブレン２２上において保護膜４０から露出する外周領域２２ｄに形成される水滴を、水滴が大きく成長する前に検出することが可能である。
なお、図１０および図１３に示す第１検出電極および第２検出電極の形状は円弧形状のみには限定されず、三角関数波や矩形波などの波形状であってもよく、放射形状や渦巻き形状などを部分的に有していてもよい。その他、圧力センサ７１０は、圧力センサ５１０との共通点については、圧力センサ５１０と同様の効果を奏する。
第５実施形態
図１４は、第５実施形態に係る圧力センサ８１０を上方から見た模式平面図である。圧力センサ８１０は、第１検出電極８６０ａを構成する検出部分としての第１～第４部分８６１ａ～８６４ａが互いに電気的に接続されており、第２検出電極８６０ｂを構成する検出部分としての第１～第４部分８６１ｂ～８６４ｂが互いに電気的に接続されている点と、抵抗変化検出部８８０が、図１０に示す第１抵抗検出部５８１のみを有する点で、図１０等に示す圧力センサ５１０とは異なる。しかし、圧力センサ８１０は、第１検出電極８６０ａ、第２検出電極８６０ｂおよび抵抗変化検出部８８０に関する上述の相違点を除き、圧力センサ５１０と同様である。圧力センサ８１０の説明は、圧力センサ５１０との相違点を中心に行い、圧力センサ５１０との共通点については同一の符号を付して説明を省略する。
図１４に示すように、第１検出電極８６０ａおよび第２検出電極８６０ｂの各検出部分８６１ａ～８６４ａ、８６１ｂ～８６４ｂは、図１０に示す第１検出電極５６０ａおよび第２検出電極５６０ｂの各検出部分５６１ａ～５６４ａ、５６１ｂ～５６４ｂと同様に、中央領域２２ｃを囲む方向（周方向）である第１方向Ｄ１に介して、１つのブリッジ電極５１、５２、５３、５４と他の１つのブリッジ電極５１、５２、５３、５４との間に配置される。
また、第１検出電極８６０ａおよび第２検出電極８６０ｂの第１部分８６１ａ、８６１ｂと第２部分８６２ａ、８６２ｂは、複数のブリッジ電極５０の一つである第２ブリッジ電極５２を間に挟んで、メンブレン２２上に配置される。第２部分８６２ａ、８６２ｂと第３部分８６３ａ、８６３ｂ、第３部分８６３ａ、８６３ｂと第４部分８６４ａ、８６４ｂ、第４部分８６４ａ、８６４ｂと第１部分８６１ａ、８６１ｂは、ぞれぞれ第３ブリッジ電極５３、第４ブリッジ電極５４、第１ブリッジ電極５１を間に挟んで、メンブレン２２上に配置される。
図１４に示すように、第１検出電極８６０ａを構成する第１電極第１部分８６１ａ（第１検出部分）、第１電極第２部分８６２ａ（第２検出部分）、第１電極第３部分８６３ａ（第３検出部分）および第１電極第４部分８６４ａ（第４検出部分）は、図１０に示す第１～第４部分５６１ａ～５６４ａとは異なり、互いに電気的に接続されている。また、第１検出電極８６０ａの各部分８６１ａ～８６４ａと対を成す第２検出電極８６０ｂについても、第２電極第１部分８６１ｂ（第１検出部分）、第２電極第２部分８６２ｂ（第２検出部分）、第２電極第３部分８６３ｂ（第３検出部分）および第２電極第４部分８６４ｂ（第４検出部分）が、互いに電気的に接続されている。したがって、第１電極第１部分８６１ａと第２電極第１部分８６１ｂに対して電気的に接続する第１抵抗検出部５８１は、第１電極第１部分８６１ａと第２電極第１部分８６１ｂとを跨ぐように水滴５９６（図１１参照）が形成される場合だけでなく、第１電極第２部分８６２ａと第２電極第２部分８６２ｂ、第１電極第３部分８６３ａと第２電極第３部分８６３ｂおよび第１電極第４部分８６４ａと第２電極第４部分８６４ｂとを跨ぐように水滴が形成された場合についても第１検出電極８６０ａと第２検出電極８６０ｂとの間の抵抗変化を検出し、水滴の形成を検出できる。
このような圧力センサ８１０は、複数のブリッジ電極５０周辺における水滴の検出を、シンプルな回路で実現することができる。その他、圧力センサ８１０は、圧力センサ５１０との共通点については、圧力センサ５１０と同様の効果を生じる。
第６実施形態
図１５は、第６実施形態に係る圧力センサ９１０を上方から見た模式平面図である。圧力センサ９１０は、第１検出電極８６０ａを構成する検出部分としての第１～第４部分９６１ａ～９６４ａが互いに電気的に接続されており、第２検出電極９６０ｂを構成する検出部分としての第１～第４部分９６１ｂ～９６４ｂが、互いに電気的に接続されている点と、抵抗変化検出部９８０が、図１３に示す第１抵抗検出部５８１のみを有する点で、図１３等に示す圧力センサ７１０とは異なる。しかし、圧力センサ９１０は、第１検出電極９６０ａ、第２検出電極９６０ｂおよび抵抗変化検出部９８０に関する上述の相違点を除き、圧力センサ７１０と同様である。圧力センサ９１０の説明は、圧力センサ７１０との相違点を中心に行い、圧力センサ７１０との共通点については同一の符号を付して説明を省略する。
図１５に示すように、第１検出電極９６０ａおよび第２検出電極９６０ｂの第１検出部分である第１部分９６１ａ、９６１ｂ、第２検出部分である第２部分９６２ａ、９６２ｂ、第３検出部分である第３部分９６３ａ、９６３ｂおよび第４検出部分である第４部分９６４ａ、９６４ｂは、それぞれ、図１３に示す第１検出電極７６０ａおよび第２検出電極７６０ｂと同様に、中央領域２２ｃを囲む方向である第１方向Ｄ１に介して、１つのブリッジ電極５１、５２、５３、５４と他の１つのブリッジ電極５１、５２、５３、５４との間に配置される。
また、第１検出電極９６０ａおよび第２検出電極９６０ｂの第１部分９６１ａ、９６１ｂと第２部分９６２ａ、９６２ｂは、複数のブリッジ電極５０の一つである第２ブリッジ電極５２を間に挟んで、メンブレン２２上に配置される。第２部分９６２ａ、９６２ｂと第３部分９６３ａ、９６３ｂ、第３部分９６３ａ、９６３ｂと第４部分９６４ａ、９６４ｂ、第４部分９６４ａ、９６４ｂと第１部分９６１ａ、９６１ｂは、ぞれぞれ第３ブリッジ電極５３、第４ブリッジ電極５４、第１ブリッジ電極５１を間に挟んで、メンブレン２２上に配置される。
図１５に示すように、第１検出電極９６０ａを構成する第１電極第１部分９６１ａ、第１電極第２部分９６２ａ、第１電極第３部分９６３ａおよび第１電極第４部分９６４ａは、図１３に示す第１～第４部分７６１ａ～７６４ａとは異なり、互いに電気的に接続されている。また、第１検出電極９６０ａの各部分９６１ａ～９６４ａと対を成す第２検出電極９６０ｂについても、第２電極第１部分９６１ｂ、第２電極第２部分９６２ｂ、第２電極第３部分９６３ｂおよび第２電極第４部分９６４ｂが、互いに電気的に接続されている。したがって、第１電極第１部分９６１ａと第２電極第１部分９６１ｂに対して電気的に接続する第１抵抗検出部５８１は、第１電極第１部分９６１ａと第２電極第１部分９６１ｂとを跨ぐように水滴が形成される場合だけでなく、第１電極第２部分９６２ａと第２電極第２部分９６２ｂ、第１電極第３部分９６３ａと第２電極第３部分９６３ｂおよび第１電極第４部分９６４ａと第２電極第４部分９６４ｂとを跨ぐように水滴が形成された場合についても、第１検出電極９６０ａと第２検出電極９６０ｂとの間の抵抗変化を検出し、水滴の形成を検出できる。
このような圧力センサ９１０は、複数のブリッジ電極５０周辺における水滴の検出を、シンプルな回路で実現することができる。その他、圧力センサ９１０は、圧力センサ７１０との共通点については、圧力センサ７１０と同様の効果を生じる。
以上、複数の実施形態および変形例を挙げて発明の内容を説明してきたが、本発明の技術的範囲は、上述された実施形態や変形例のみに限定されるものではなく、他の多くの実施形態や変形例を含むものであることは言うまでもない。たとえば、検出電極、第１検出電極および第２検出電極が含む部分の数は、１～３つであってもよく、５つ以上であってもよい。また、検出電極、第１検出電極および第２検出電極は、メンブレン２２上における中央領域２２ｃの外表面１７に配置されてもよい。
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０…圧力センサ
１２…接続部材
１２ａ…ねじ溝
１２ｂ…流路
１４…抑え部材
１６…回路基板
１７…外表面
１９、１９ａ、１９ｂ…中間配線
２０…ステム
２１…フランジ部
２２…メンブレン
２２ａ…内面
２２ｂ…外面
２２ｃ…中央領域
２２ｄ…外周領域
３３…ホイートストンブリッジ回路
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４…抵抗体
３４…電気配線
４０…保護膜
５０…複数のブリッジ電極
５１…第１ブリッジ電極
５２…第２ブリッジ電極
５３…第３ブリッジ電極
５４…第４ブリッジ電極
Ｄ１…第１方向
Ｄ２…第２方向
６０、４６０…検出電極
５６０ａ、７６０ａ、８６０ａ、９６０ａ…第１検出電極
５６０ｂ、７６０ｂ、８６０ｂ、９６０ｂ…第２検出電極
６１、４６１、５６１ａ、５６１ｂ、７６１ａ、７６１ｂ、８６１ａ、８６１ｂ、９６１ａ、９６１ｂ…第１部分
６２、４６２、５６２ａ、５６２ｂ、７６２ａ、７６２ｂ、８６２ａ、８６２ｂ、９６２ａ、９６２ｂ…第２部分
６３、４６３、５６３ａ、５６３ｂ、７６３ａ、７６３ｂ、８６３ａ、８６３ｂ、９６３ａ、９６３ｂ…第３部分
６４、４６４、５６４ａ、５６４ｂ、７６４ａ、７６４ｂ、８６４ａ、８６４ｂ、９６４ａ、９６４ｂ…第４部分
８０、２８０、３８０、４８０、５８０、６８０、８８０、９８０…抵抗変化検出部
８１、２８１、３８１、５８１、６８１…第１抵抗検出部
Ｒａ…第１検出抵抗
Ｒｂ…第２検出抵抗
８２、５８２…第２抵抗検出部
８３、５８３…第３抵抗検出部
８４、５８４…第４抵抗検出部
９２…МＣＵ
９３…スイッチ
９４、９５…矢印
９６、５９６…水滴
６９７…フォトダイオード
６９８…フォトトランジスタ

Claims (9)

  1. メンブレン上において複数の抵抗体により形成されたホイートストンブリッジ回路と、
    前記ホイートストンブリッジ回路に電気的に接続しており、前記メンブレン上における外表面の一部を構成し、前記ホイートストンブリッジ回路に対する外部への配線が接続する複数のブリッジ電極と、
    前記メンブレン上において１つの前記ブリッジ電極と他の１つの前記ブリッジ電極との間に配置されており、前記外表面の他の一部を構成し、いずれの前記ブリッジ電極とも分離して設けられる検出電極と、
    前記検出電極と、複数の前記ブリッジ電極の少なくとも一つとの間の抵抗変化を検出する抵抗変化検出部と、を有する圧力センサ。
  2. 複数の前記ブリッジ電極および前記検出電極は、前記メンブレン上において前記ホイートストンブリッジ回路が配置される中央領域を囲む外周領域に配置されており、
    前記検出電極は、前記中央領域を囲む方向である第１方向に関して、前記１つの前記ブリッジ電極と前記他の１つの前記ブリッジ電極との間に配置されている請求項１に記載の圧力センサ。
  3. 前記検出電極は、複数の前記ブリッジ電極の少なくとも一つを間に挟んで前記メンブレン上に配置されており、互いに電気的に接続されている第１検出部分と第２検出部分とを有する請求項１に記載の圧力センサ。
  4. 前記検出電極は、複数の前記ブリッジ電極の少なくとも一つを間に挟んで前記メンブレン上に配置される第１検出部分と第２検出部分とを有し、
    前記抵抗変化検出部は、前記第１検出部分と複数の前記ブリッジ電極の少なくとも一つとの間の抵抗変化と、前記第２検出部分と複数の前記ブリッジ電極の少なくとも一つとの間の抵抗変化とを、独立して検出する請求項１に記載の圧力センサ。
  5. メンブレン上において複数の抵抗体により形成されたホイートストンブリッジ回路と、
    前記ホイートストンブリッジ回路に電気的に接続しており、前記メンブレン上における外表面の一部を構成し、前記ホイートストンブリッジ回路に対する外部への配線が接続する複数のブリッジ電極と、
    前記メンブレン上において１つの前記ブリッジ電極と他の１つの前記ブリッジ電極との間に並んで配置されており、前記外表面の他の一部を構成し、いずれの前記ブリッジ電極とも分離して設けられており、互いに分離して設けられる第１検出電極および第２検出電極と、
    前記第１検出電極と前記第２検出電極との間の抵抗変化を検出する抵抗変化検出部と、を有する圧力センサ。
  6. 複数の前記ブリッジ電極、前記第１検出電極および前記第２検出電極は、前記メンブレン上において前記ホイートストンブリッジ回路が配置される中央領域を囲む外周領域に配置されており、
    前記第１検出電極および前記第２検出電極は、前記中央領域を囲む方向である第１方向に並んで、前記１つの前記ブリッジ電極と前記他の１つの前記ブリッジ電極との間に配置されている請求項５に記載の圧力センサ。
  7. 複数の前記ブリッジ電極、前記第１検出電極および前記第２検出電極は、前記メンブレン上において前記ホイートストンブリッジ回路が配置される中央領域を囲む外周領域に配置されており、
    前記第１検出電極と前記第２検出電極とは、前記中央領域を囲む方向である第１方向に交差する第２方向に並んで、前記１つの前記ブリッジ電極と前記他の１つの前記ブリッジ電極との間に配置されている請求項５に記載の圧力センサ。
  8. 前記第１検出電極および前記第２検出電極は、それぞれ、少なくとも１つの前記ブリッジ電極を間に挟んで前記メンブレン上に配置されており、互いに電気的に接続されている第１検出部分と第２検出部分とを有する請求項５に記載の圧力センサ。
  9. 前記第１検出電極および前記第２検出電極は、それぞれ、少なくとも１つの前記ブリッジ電極を間に挟んで前記メンブレン上に配置されている第１検出部分と、第２検出部分とを有し、
    前記抵抗変化検出部は、前記第１検出電極の前記第１検出部分と前記第２検出電極の前記第１検出部分との間の抵抗変化と、前記第１検出電極の前記第２検出部分と前記第２検出電極の前記第２検出部分との間の抵抗変化とを、独立して検出する請求項５に記載の圧力センサ。
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