JP7592191B2 - 圧力センサおよび分注装置 - Google Patents

Description

本発明は、分注装置などに搭載するのに好適な圧力センサおよび分注装置に関する。

特許文献１には、圧力を検出するセンサチップと、センサチップを支持する台座プレートと、台座プレートに接合されて台座プレートを支持する支持ダイアフラムとを有し、支持ダイアフラムがパッケージに接合され、支持ダイアフラムのみを介してセンサチップおよび台座プレートをパッケージ内に支持する圧力センサが記載されている（要約参照）。

特許文献１の圧力センサのセンサチップは、上面視で１ｃｍ角以下の大きさを有し、四角角型の薄板からなるスペーサと、スペーサに接合されかつ圧力の印加に応じてひずみが生じるセンサダイアフラムと、センサダイアフラムに接合して真空の容量室（リファレンス室）を形成するセンサ台座と、を有している（段落００２８参照）。

このセンサチップの上面にはコンタクトパッドが形成され、コンタクトパッドに十分な可撓性を有するコンタクトバネが導通接触することで、センサチップは台座プレートおよび支持ダイアフラムに向けて付勢されている（段落００４０および図１参照）。

特開２００６-３２３４号公報

特許文献１の圧力センサでは、センサダイアフラムが圧力を受け、コンタクトバネによる付勢力を受けるセンサ台座がセンサダイアフラムを上方から押さえる構造を有する。そして、センサダイアフラムに接合されるセンサ台座の接合面の内周縁は、接合面に沿う方向において、スペーサに接合されるセンサダイアフラムの接合面の内周縁よりも、外側に設けられている。この場合、受圧部であるセンサダイアフラムが下方から圧力を受けると、センサ台座に接合されるセンサダイアフラムの接合面の内周縁部には、センサ台座から引き剥がす方向の引張応力が生じる。この引張応力がセンサダイアフラムとセンサ台座との接合強度を超えると、センサダイアフラムとセンサ台座との間に剥離が生じる懸念があるが、特許文献１にはこのような剥離を抑制する構造的な配慮はなされていない。以下、センサダイアフラムは単にダイアフラムと呼んで説明する。

本発明の目的は、ダイアフラムなどの受圧部における剥離抑制効果を向上した圧力センサを提供することにある。

上記課題を解決するために、代表的な圧力センサの一つは、
第１流路および第１流路から分岐した第２流路が形成されたセンサ筐体と、
前記第２流路を塞ぐように設けられたダイアフラム部を含み前記センサ筐体に接合されるセンサチップと、
前記センサ筐体の側とは反対側から前記ダイアフラム部を覆うように前記センサチップの上に設置されたキャップ部材と、
前記キャップ部材を前記センサチップに向かって押圧する押圧部材と、
を備え、
前記センサチップにおける前記キャップ部材の設置部位の内周は、前記センサ筐体と前記センサチップとの接合部の内周に対して、前記ダイアフラム部の中央側に位置するように配置される。

本発明によれば、ダイアフラムなどの受圧部における剥離抑制効果を向上した圧力センサを提供することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１実施例（実施例１）に係る圧力センサを含む分注装置の基本構成を示す図。 実施例１に係る圧力センサ近傍における吸引直後の配管８内の状態を示す図。 実施例１に係る圧力センサの構造の一例を示す図であり、圧力センサの分解斜視図である。 実施例１に係る圧力センサの構造の一例を示す図であり、センサチップの法線方向と流路の方向に沿った断面図。 実施例１に係る圧力センサのセンサチップ周辺の分解斜視図。 本発明との比較例である圧力センサの断面図。 実施例１に係る圧力センサの断面図。 実施例１の変更例に係る圧力センサのセンサチップ周辺の分解斜視図。 本発明の第２実施例（実施例２）に係る圧力センサの断面図。 本発明の第３実施例（実施例３）に係る圧力センサの断面図。 本発明の第４実施例（実施例４）に係る圧力センサの断面図。 本発明の第５実施例（実施例５）に係る圧力センサの断面図。 本発明の第５実施例（実施例５）に係る圧力センサの組み立て方法を示す説明図。 本発明の第５実施例（実施例５）に係る圧力センサの組み立て方法を示す説明図。 本発明の第５実施例（実施例５）に係る圧力センサの組み立て方法を示す説明図。 本発明の第５実施例（実施例５）に係る圧力センサの組み立て方法を示す説明図。 本発明の第５実施例（実施例５）に係る圧力センサの組み立て方法を示す説明図。 本発明の第５実施例（実施例５）に係る圧力センサの組み立て方法を示す説明図。 本発明の第５実施例（実施例５）に係る圧力センサの組み立て方法を示す説明図。

薄膜半導体ひずみセンサを用いた圧力センサの圧力検出感度を向上するためには、ひずみ検出部（受圧部）のダイアフラム部３１ａを薄膜化し、圧力に対するダイアフラム部３１ａのひずみを増加させることが有効である。そのためには、ひずみ検出部自体が直接測定対象流体に接する構造とすることが望ましい。しかし、この構造の弊害として、流路を形成する筐体とひずみ検出部（ダイアフラム部３１ａ）との接合面端部も直接流体に接するため、受圧時に接合面端部を引き剥がす方向の引張応力が生じ、剥離が生じる懸念がある。

接合面の剥離は、センサ感度の低下や液漏れの原因となる。この課題を解決するためには、受圧時にも接合面端部が圧縮応力となるよう、外部から押圧することが有効である。本発明に係る実施例では、キャップ部材３４をダイアフラム部３１ａに接合することによってダイアフラム部３１ａを保護しつつ、高感度な圧力センサを実現する。また、センサ感度の低下や液漏れの可能性を低減した高信頼な圧力センサを提供することができる。

［実施例１］
本発明の第１実施例を図１から図７を参照し説明する。本実施例では、本発明に係る圧力センサ１５が分注装置１に適用される例について説明する。

図１は、本発明の第１実施例（実施例１）に係る圧力センサ１５を含む分注装置１の基本構成を示す図である。図１では、本発明に係る圧力センサ１５およびそれが搭載される分注装置１の基本構成を示しており、図１では圧力センサ１５の配置を模式的に図示している。

分注装置１の流路系は、ノズル２と、シリンジポンプ４と、電磁弁５と、ギアポンプ６と、システム水タンク７と、を含んで構成されており、各部品は配管８で接続されている。また、シリンジポンプ４は、容器９と、プランジャ１０と、ボールねじ１１と、駆動モータ１２と、で構成される。駆動モータ１２は、サンプル分注機構１３などを駆動するモータ１３ａ，１３ｂと同様に、制御基板１４により制御される。アーム１６内には圧力センサ１５を備える。

アーム１６は、液体を吸引・吐出する位置に移動するため、回転動作と上下動作とが可能である。アーム１６の回転動作はモータ１３ａにより行われ、上下動作はモータ１３ｂにより行われる。

このように本実施例の分注装置１は、ノズル２、シリンジポンプ４、電磁弁５、ギアポンプ６、およびシステム水タンク７を含んで構成され、ノズル２、シリンジポンプ４、電磁弁５、ギアポンプ６、およびシステム水タンク７を接続する配管８に、以下で説明する圧力センサ１５を備える。

図２は、実施例１に係る圧力センサ近傍における吸引直後の配管８内の状態を示す図である。図２では圧力センサ１５の配置を模式的に図示している。

配管８内はシリンジ圧力伝達用の水であるシステム水２１で満たされており、シリンジポンプ４による圧力を伝達することにより、ノズル２から液体２２を吸引・吐出することができる。ノズル２から液体２２を吸引するときは、電磁弁５を閉にした状態で、シリンジポンプ４内のプランジャ１０を引く。反対にノズル２から液体を吐出するときは、電磁弁５を閉にした状態で、シリンジポンプ４内のプランジャ１０を容器９に押し込む。サンプルなどの液体２２を吸引する場合は、液体２２が配管８内のシステム水２１と混ざらないように、ノズル２で、分節するための分節空気２３を吸引した後で、液体２２の吸引を行う。

また、吐出後にはノズル２の洗浄を行う。ノズル２の洗浄では、ノズル２の外壁に洗浄用の水をあてると同時に、流路内部のシステム水２１を押し出す。洗浄時のノズル２内のシステム水２１の押し出しには、電磁弁５を開にしてギアポンプ６の圧力を利用することで、シリンジポンプ４で押し出すときよりも高圧でシステム水２１が送り出される。

上述した電磁弁５の開閉動作は制御基板１４により制御される。また制御基板１４はギアポンプ６の駆動を制御する。

分注動作中に生じる可能性のあるノズルの詰まりや空吸い等の異常を検知するため、分注装置１は配管８に圧力センサ１５を備えている。圧力センサ１５は、システム水２１の圧力をモニタリングし、ノズル２の詰まりや空吸い等の異常が生じたときに発生する圧力変化を検知する。本実施例では、圧力センサ１５は、ノズル２の圧力変化を敏感にとらえるため、なるべくノズル２の近くに配置することが好ましい。このために本実施例では、アーム１６内に圧力センサ１５を設置している。しかし、圧力センサ１５の設置位置はアーム１６内に限定される訳ではなく、例えばサンプル分注機構１３の側面に設置してもよい。

図３Ａ、図３Ｂおよび図４を用いて、本実施例に係る圧力センサの構造を説明する。

図３Ａは、実施例１に係る圧力センサ１５の構造の一例を示す図であり、圧力センサ１５の分解斜視図である。図３Ｂは、実施例１に係る圧力センサ１５の構造の一例を示す図であり、センサチップ３１の法線方向と流路３３の方向に沿った断面図である。ここで、センサチップ３１は薄板形状を成し、厚み方向（図３Ａの上下方向）の両端に平坦な板面（端面）が形成される。センサチップ３１の法線方向は、センサチップ３１が成す薄板形状の板面（端面）に垂直な方向であり、薄板形状の厚み方向に一致する。センサチップ３１にはダイアフラム部３１ａが構成され、ダイアフラム部３１ａを構成する板面（端面）は受圧面となる。すなわちセンサチップ３１の法線方向は、ダイアフラム部３１ａによって構成される受圧面の法線方向である。

センサ筐体３２の内部に形成された流路３３の両端には、図示しないネジ部が設けられ、流路３３を分注装置１の配管８と継手を介して接続可能となっている。また、流路３３には、センサ筐体３２の外面に向かって分岐した流路である分岐流路３５が設けられており、分岐流路３５の終端を塞ぐようにセンサチップ３１が配置されている。すなわち、センサチップ３１のダイアフラム部３１ａが分岐流路３５を塞ぐようにセンサチップ３１が配置されている。センサチップ３１はセンサチップ接合剤３６でセンサ筐体３２に接合される。

本実施例では、分岐流路３５は流路（主流路）３３に対して直交するように設けられている。センサ筐体３２の外周面には平面３２ａが形成されており、分岐流路３５は平面３２ａに開口するように設けられる。センサチップ３１は平面３２ａに接合されることで、分岐流路３５の平面３２ａ側の開口を塞ぐ。流路（主流路）３３を第１流路とした場合、分岐流路３５は第１流路３３から分岐した第２流路となる。

センサチップ３１の表面（図３Ｂの上面）には、ダイアフラム部３１ａを保護するキャップ部材３４が接合されている。キャップ部材３４は、センサ筐体３２の側とは反対側からダイアフラム部３１ａを覆うようにセンサチップ３１の上に設置される。キャップ部材３４はキャップ部材接合剤３７でセンサチップ３１に接合される。

キャップ部材３４の上部には、キャップ部材３４の押圧手段として圧縮コイルバネ６０が配置されている。キャップ部材３４にはガイド穴４０ａが形成されており、圧縮コイルバネ６０はその一部がガイド穴４０ａに収容され、センサチップ３１の法線方向に沿う伸縮がガイド穴４０ａによりガイドされている。センサチップ３１およびキャップ部材３４の周囲を覆うように、カバー４０がセンサ筐体３２に固定されている。カバー４０の固定方法としては、接着、ねじ止め、スナップフィット等がある。

本実施例の圧力センサ１５は、センサ筐体３２に固定され、センサチップ３１、キャップ部材３４および圧縮コイルバネ（押圧部材）６０を覆うカバー４０を備え、カバー４０とキャップ部材３４との間に自然長より圧縮された状態で設置した単一または複数の弾性体を押圧部材として用いる。

圧縮コイルバネ６０は、キャップ部材３４をセンサチップ３１に向かって押圧する押圧部材として設けられる。圧縮コイルバネ６０は、カバー４０とキャップ部材３４とに挟まれて圧縮状態にあり、その復元力によりキャップ部材３４の中央部をセンサチップ３１の側（図３Ｂの下方）に向けて押圧している。すなわち、圧縮コイルバネ（押圧部材）６０の押圧力の作用点はキャップ部材３４の中央部である。

圧力センサ１５では、流路３３を流れるシステム水２１の圧力変化で、センサチップ３１の変形部であるダイアフラム部３１ａがたわむように変形する。圧力センサ１５は、ダイアフラム部３１ａのたわみ変形による歪みをセンサチップ３１で測定することによって、センサ筐体３２内を流れるシステム水２１の圧力を測定する。歪みの測定は、ダイアフラム部３１ａの中央部表面に実装された歪みゲージ部３１ｂによって行われる。ダイアフラム部３１ａはセンサチップ３１の中央部に設けられており、歪みゲージ部３１ｂはセンサチップ３１の中央部に設けられる。

本実施例では、角形の薄板形状を成す薄膜半導体によりダイアフラム部３１ａが構成され、ダイアフラム部３１ａに歪みゲージ部３１ｂが設けられる。センサチップ３１は、センサチップ３１の本体部となる薄膜半導体３１ｓと、本体部３１ｓに構成されるダイアフラム部３１ａと、ダイアフラム部３１ａのひずみを検出する歪みゲージ部３１ｂと、を含んで構成される。

センサチップ３１からの出力を取り出すため、センサ筐体３２にはプリント基板４５が設置され、プリント基板４５はセンサチップ３１上の電極部とボンディングワイヤ４６で電気的に接続されている。プリント基板４５としては、ガラスエポキシ基板やフレキシブルプリント基板等が考えられる。

図４は、実施例１に係る圧力センサ１５のセンサチップ３１周辺の分解斜視図である。
分岐流路３５の周辺に塗布されたセンサチップ接合剤３６により、センサチップ３１がセンサ筐体３２に接合される。図４におけるセンサチップ接合剤３６は、分岐流路３５の周辺に塗布されたセンサチップ接合剤（接着剤）が硬化した後の状態（形状）を図示したものであり、センサ筐体３２とセンサチップ３１との接合部に相当する。この接合部３６はセンサ筐体３２とセンサチップ３１とを接合剤（接着剤）で接合した第１接合部を構成する。

分岐流路３５はセンサ筐体３２の平面３２ａに開口面３５ｂを形成し、センサ筐体３２の平面３２ａに開口面３５ｂの外縁（開口縁）３５ａが形成される。センサ筐体３２とセンサチップ３１との接合部であるセンサチップ接合剤３６は、開口面３５ｂに対向する部位に開口面３６ｂを有し、開口面３６ｂの外縁（開口縁）３６ａが形成される。センサチップ接合剤３６の開口縁３６ａは、センサチップ接合剤３６の内周（内周縁）を構成する。

なお本実施例では、分岐流路３５の開口面３５ｂとセンサチップ接合剤３６の開口面３６ｂとは、センサチップ３１の法線方向から見た場合に、重なるように配置される。すなわち、分岐流路３５の開口縁３５ａとセンサチップ接合剤３６の開口縁３６ａとは、センサチップ３１の法線方向から見た場合に、重なるように配置される。

センサチップ３１のうち分岐流路３５の開口縁３５ａに沿う部分の内側に、センサチップ３１のダイアフラム３１ａが形成され、ダイアフラム３１ａは分岐流路３５の開口面３５ｂに対向する。本実施例では、センサチップ３１の法線方向から見た場合に、分岐流路３５の開口縁３５ａとセンサチップ接合剤３６の開口縁３６ａとが重なるように配置されているため、ダイアフラム３１ａはセンサチップ接合剤３６の開口縁３６ａに沿う部分の内側に形成される。すなわちダイアフラム３１ａは、センサチップ３１とセンサ筐体３２との接合部の内周縁３６ａに囲まれた内側の範囲に、形成される。

センサチップ３１の表面中央部には歪みを検知する歪みゲージ部３１ｂが実装されている。ここで、分岐流路３５及びそれに沿ったダイアフラム３１ａは、長手方向と短手方向とを有する。ダイアフラム３１ａがシステム水２１からの圧力を受け変形したとき、ダイアフラム３１ａは長手方向と短手方向とを有するために、歪みゲージ部３１ｂの長手方向の歪みの大きさと短手方向の歪みの大きさとの間に差が生じる。歪みゲージ部３１ｂは長手方向と短手方向とにおけるそれぞれの歪みを検知し、その差を出力する。これは、歪みゲージ３１ｂの温度特性を相殺するためである。

センサチップ３１の上側（センサ筐体３２の側とは反対側）にはキャップ部材３４が接合される。センサチップ３１とキャップ部材３４との接合手段としては、熱硬化型接着剤、ＵＶ付加型接着剤、低融点ガラス等がある。以下、センサチップ３１とキャップ部材３４とを接合する接着剤（接着部材）を、キャップ部材接合剤と呼んで説明する。図４におけるキャップ部材接合剤３７は、ダイアフラム３１ａの周辺に塗布されたキャップ部材接合剤３７が硬化した後の状態（形状）を図示したものであり、センサチップ３１とキャップ部材３４との接合部（第２接合部）に相当する。

なおキャップ部材３４は、キャップ部材接合剤３７を用いることなく、接着力を持たないＯリングやガスケットなどの弾性体を介して、センサチップ３１に押し付けられて設置されてもよい。もしくは、キャップ部材３４はセンサチップ３１に直接押し付けられて設置されてもよい。

キャップ部材３４におけるセンサチップ３１との対向面（下面）３４ｕ側には、下面３４ｕから上面３４ｔ側に向かって窪んだ凹部３４ｃが設けられている。すなわちキャップ部材３４は、下面３４ｕの中央部に、上面３４ｔ側に向かって窪んだ凹部３４ｃを有する。凹部３４ｃは、センサチップ３１との接触を避けるように設けられ、センサチップ３１に対する非接触部を構成する。これによりキャップ部材３４は、凹部３４ｃの外周側に位置する下面３４ｕが、キャップ部材接合剤３７を介してセンサチップ３１と対向する。本実施例では、キャップ部材３４の下面３４ｕ全体がセンサチップ３１に接合される。このために、キャップ部材接合剤３７は凹部３４ｃの外周側に位置する下面３４ｕの全面に設けられ、キャップ部材接合剤３７と下面３４ｕとが同じ形状を有する。

上述した様に、キャップ部材３４の下面３４ｕはキャップ部材接合剤３７を介してセンサチップ３１に接合され、下面３４ｕに対向するセンサチップ３１側の対向部位がキャップ部材３４の設置面（設置部位）となる。この場合、圧力センサ１５は、キャップ部材３４とセンサチップ３１とを接着剤（キャップ部材接合剤）３７で接合した第２接合部を備え、キャップ部材３４の設置部位の内周は第２接合部３７の内周がセンサチップ３１に接触する位置で規定される。

凹部３４ｃはキャップ部材３４の下面３４ｕに開口面３４ｂを形成し、キャップ部材３４の下面３４ｕに開口面３４ｂの外縁（開口縁）３４ａが形成される。開口面３４ｂの外縁（開口縁）３４ａは、下面３４ｕの内周（内周縁）を構成する。

キャップ部材３４とセンサチップ３１との接合部であるキャップ部材接合剤３７は、開口面３４ｂに対向する部位に開口面３７ｂを有し、開口面３７ｂの外縁（開口縁）３７ａが形成される。キャップ部材接合剤３７の開口縁３７ａは、キャップ部材接合剤３７の内周（内周縁）を構成する。

なお本実施例では、凹部３４ｃの開口面３４ｂとキャップ部材接合剤３７の開口面３７ｂとは、センサチップ３１の法線方向から見た場合に、重なるように配置される。すなわち、凹部３４ｃの開口縁３４ａとキャップ部材接合剤３７の開口縁３７ａとは、センサチップ３１の法線方向から見た場合に、重なるように配置される。

キャップ部材３４における上面（センサチップ３１の側とは反対側の端面）３４ｔの中央部には、圧縮コイルバネ６０から受ける押圧力が加えられる。この押圧力はキャップ部材接合剤３７およびセンサチップ接合剤３６を圧縮する方向に作用している。この場合センサチップ３１は、キャップ部材３４の下面３４ｕと対向する部位（範囲）に、圧縮コイルバネ６０からの押圧力を受ける。このため凹部３４ｃの内周（下面３４ｕの内周）は、圧縮コイルバネ６０からの押圧力がセンサチップ３１に加えられる範囲の内周縁を規定する。

図４において、センサチップ３１の法線方向に垂直な平面を仮想し、この平面を仮想平面と呼ぶ。また図４では、この仮想平面はセンサチップ３１の上面３１ｔに平行で、且つ上面３１ｔを含む平面として仮想されるものとする。

センサチップ接合剤３６の内周３６ａを法線方向に仮想平面３１ｔに投影すると、内周３６ａの投影線（内周投影線）は点線５０になる。キャップ部材接合剤３７の内周３７aを法線方向に仮想平面３１ｔに投影すると、内周３７aの投影線（内周投影線）は破線５１になる。この場合、内周投影線５１は、キャップ部材３４を介して圧縮コイルバネ６０（押圧部材）による押圧力を受ける、センサチップ３１におけるキャップ部材３４の設置部位の内周（内周縁）に一致する。

本実施例の特徴は、キャップ部材接合剤３７の内周投影線５１がセンサチップ接合剤３６の内周投影線５０よりも内側に位置するような構成としたことである。すなわち、センサチップ３１におけるキャップ部材３４の設置部位の内周５１は、センサ筐体３２とセンサチップ３１との接合部３６の内周３６ａに対して、ダイアフラム部３１ａの中央側に位置するように配置される。

具体的に説明すると、本実施例の圧力センサ１５は、
第１流路３３および第１流路３３から分岐した第２流路３５が形成されたセンサ筐体３２と、
第２流路３５を塞ぐように設けられたダイアフラム部３１ａを含みセンサ筐体３２に接合されるセンサチップ３１と、
センサ筐体３２の側とは反対側からダイアフラム部３１ａを覆うようにセンサチップ３１の上に設置されたキャップ部材３４と、
キャップ部材３４をセンサチップ３１に向かって押圧する押圧部材６０と、
を備え、
センサチップ３１におけるキャップ部材３４の設置部位の内周５１は、センサ筐体３２とセンサチップ３１との接合部３６の内周に対して、ダイアフラム部３１ａの中央側に位置するように配置される。

この場合、第１接合部３６、センサチップ３１および第２接合部３７は、センサ筐体３２の側から第１接合部３６、センサチップ３１および第２接合部３７の順に配置され、センサチップ３１の法線方向投影面において、第２接合部３７の内周３７ａの投影線５１は、第１接合部３６の内周３６ａの投影線５０に対して、ダイアフラム部３１ａの中央側に位置するように配置される。

本発明の特徴である上記の構成の効果を、図５および図６を用いて説明する。

図５は、本発明との比較例である圧力センサの断面図である。図５では、キャップ部材接合剤３７の内周投影線５１が、センサチップ接合剤３６の内周投影線５０よりも外側に位置する、本発明との比較例における圧力センサ１５’において、センサチップ３１がシステム水２１からの圧力ｐを受けて変形した状態を示す。なお図５の断面は、長手方向およびセンサチップ３１の法線方向に沿い、キャップ部材３４の中央を通る断面である。以降、単に断面図と表記したとき、その断面は図５と同様に、長手方向およびセンサチップ３１の法線方向に沿い、キャップ部材３４の中央を通る断面とする。

キャップ部材３４は、圧縮コイルバネ６０の押圧力により、キャップ部材接合剤３７とセンサチップ３１とを介して、センサチップ接合剤３６を法線方向に圧縮する。しかし、キャップ部材接合剤３７の内周投影線５１がセンサチップ接合剤３６の内周投影線５０よりも外側に位置するために、センサチップ接合剤３６の内周（内側端部）３６ａよりも外側のみが圧縮される。

この状態においてシステム水から圧力ｐを受けてセンサチップ３１が変形した場合、センサチップ接合剤３６の内周３６ａにはセンサ筐体３２とセンサチップ３１との接合面（接合部）を引き剥がす方向の力が生じるため、過大圧力や繰り返し圧力によるセンサ筐体３２とセンサチップ３１との剥離が生じる懸念がある。

図６は、実施例１に係る圧力センサ１５の断面図である。図６では、キャップ部材接合剤３７の内周投影線５１がセンサチップ接合剤３６の内周投影線５０よりも内側に位置する本発明の圧力センサ１５において、センサチップ３１がシステム水２１からの圧力ｐを受けて変形した状態を示す。

図５と同様に、キャップ部材３４は、圧縮コイルバネ６０の押圧力により、キャップ接合剤３７とセンサチップ３１とを介して、センサチップ接合剤３６を法線方向に圧縮する。ここで、キャップ部材接合剤３７の内周投影線５１がセンサチップ接合剤３６の内周投影線５０よりも内側に位置するために、センサチップ接合剤３６の内周（内側端部）３６ａを含む範囲が圧縮される。

この状態においてシステム水から圧力ｐを受けてセンサチップ３１が変形しても、圧縮コイルバネ６０の押圧によるセンサチップ接合剤３６の圧縮力が荷重ｐよりも大きければ、センサチップ接合剤３６の内周３６ａでは圧縮状態が保たれる。すなわちセンサ筐体３２とセンサチップ３１との接合面（接合部）を引き剥がす方向の力が生じないため、過大圧力や繰り返し圧力によるセンサ筐体３２とセンサチップ３１との剥離は生じない。従って、センサ筐体３２とセンサチップ３１との剥離に起因する感度低下や水漏れを防止することができる。

必要な押圧力は、例えば応力解析によって求めることができる。押圧力の位置はキャップ部材３４の中央部に限らず任意に定めて良いが、図５に示すようにキャップ部材３４の中央部を押圧することが望ましい。キャップ部材３４のたわみにより、キャップ部材接合剤３７に生じる圧縮力が内側ほど大きくなり、センサチップ接合剤３６の内周３６ａを効率的に圧縮できるためである。

次に、図７を用いて、実施例１の変更例を説明する。図７は、実施例１の変更例に係る圧力センサ１５のセンサチップ３１周辺の分解斜視図である。

本変更例では、実施例１のキャップ部材接合剤３７の構成を一部変更している。以下、本変更例のキャップ部材接合剤３７における、実施例１のキャップ部材接合剤と異なる部分（相違点）について説明する。以下で説明する相違点以外の構成は実施例１と同様であり、実施例１と共通する構成には実施例１と同じ符号を付し、重複する説明を省略する。また、実施例１と同様な構成は実施例１と同様な作用効果を奏する。

キャップ部材接合剤３７には、隙間（離間部）３７ｃが複数個所設けられている。離間部３７ｃはキャップ部材接合剤３７を複数の部分に分断する分断部を構成する。すなわち本実施例の圧力センサ１５は、キャップ部材接合剤（第２接合部）３７に第２接合部３７を複数の部分に分断する分断部３７ｃを有する。

この場合、キャップ部材接合剤３７の内周投影線５１は離間部３７ｃに相当する部分が途切れた線となる。離間部３７ｃの直下には圧縮力が生じないが、それ以外の部分には圧縮力が生じるため、実施例１の効果は同様に達成される。

実施例１およびその変更例では、押圧手段（押圧部材）として圧縮コイルバネ６０を用いた例を示したが、ねじりコイルバネ、板バネ、ゴム等の弾性体を押圧手段として用いても同様に目的は達成される。また、押圧手段は複数個用いてもよい。また、上述のように、キャップ部材３４は接着力を持たないＯリングやガスケットなどの弾性体を介して、もしくは直接、センサチップ３１に押し付けられて、設置されていてもよい。その場合は、キャップ部材接合剤３７による接合部（接合面）を、センサチップ３１に対するキャップ部材３４の設置面（設置部位）、すなわちキャップ部材３４とセンサチップ３１との接触面として解釈し、この設置面（設置部位）或いは接触面を、実施例１およびその変更例のキャップ部材接合剤３７による接合部と同様に構成することにより、本発明の目的は達成される。

［実施例２］
本発明の第２実施例を、図８を用いて説明する。図８は、本発明の第２実施例（実施例２）に係る圧力センサ１５の断面図である。図８では、センサチップ３１周辺の断面を示す。以下、実施例１と異なる部分（相違点）について説明する。以下で説明する相違点以外の構成は実施例１と同様であり、実施例１と共通する構成には実施例１と同じ符号を付し、重複する説明を省略する。また、実施例１と同様な構成は実施例１と同様な作用効果を奏する。

本実施例では、キャップ部材３４の中央部を押圧する押圧手段（押圧部材）として、２個の圧縮コイルバネ６０と中間部材６１とを用いている。すなわち本実施例では、２個の圧縮コイルバネ６０と中間部材６１とを用いた点が、実施例１と異なる。

本実施例の圧力センサ１５では、２個の圧縮コイルバネ６０がカバー４０と中間部材６１との間に圧縮状態で設置され、中間部材６１に形成された突起部６１ａでキャップ部材３４の中央(中央部)を押圧している。突起部６１ａは、中間部材６１の下面（キャップ部材３４に対向する面）に、下方に向けて突出するように設けられている。

すなわち本実施例の圧力センサ１５は、キャップ部材３４の押圧位置に接触させて配置された中間部材６１と、センサ筐体３２に固定されセンサチップ３１、キャップ部材３４および押圧部材６０を覆うカバー４０と、を備え、カバー４０と中間部材６１との間に自然長より圧縮された状態で設置した単一または複数の圧縮コイルバネ（弾性体）６０を押圧部材として用いる。

本実施例のカバー４０にはガイド穴４０ｂが形成されており、中間部材６１はカバー４０に形成されたガイド穴４０ｂ内に配置されている。これは、圧縮コイルバネ６０の圧縮・伸張時に中間部材６１が傾くのを防止し、組立性を向上するためである。この構成により、複数の圧縮コイルバネ６０を用いた場合でもキャップ部材３４の中央部を押圧することができるため、バネの選定が容易になる等、設計における制約の緩和が可能になる。

なお、圧縮コイルバネ６０の代わりにねじりコイルバネ、板バネ、ゴム等の弾性体を用いてもよい。また、弾性体（バネ）は何個用いてもよい。また、中間部材６１に突起部６１ａを設ける代わりに、キャップ部材３４の上面に、上方に向けて突出する突起部を設けてもよい。

［実施例３］
本発明の第３実施例を、図９を用いて説明する。

図９は、本発明の第３実施例（実施例３）に係る圧力センサの断面図である。図９では、センサチップ３１周辺の断面を示す。以下、実施例１と異なる部分（相違点）について説明する。以下で説明する相違点以外の構成は実施例１と同様であり、実施例１と共通する構成には実施例１と同じ符号を付し、重複する説明を省略する。また、実施例１と同様な構成は実施例１と同様な作用効果を奏する。

本実施例では、キャップ部材３４の中央部を押圧する押圧手段（押圧部材）として、カバー４０の一部を折り曲げた板バネ４０ｃを用いている。すなわち本実施例では、圧縮コイルバネ６０をカバー４０に形成した板バネ４０ｃに替えた点が、実施例１および実施例２と異なる。

本実施例の圧力センサ１５では、板バネ４０ｃは圧縮状態で設置されており、キャップ部材３４の中央部を押圧している。

すなわち本実施例の圧力センサ１５は、センサ筐体３２に固定され、センサチップ３１およびキャップ部材３４を覆うカバー４０を備え、カバー４０と一体に形成された板バネ（バネ部）４０ｃを押圧部材として用いる。

このように、押圧手段としてカバー４０と一体になった板バネ４０ｃを押圧手段として用いることにより、部品点数の削減や組立性の簡易化が可能になり、安価で組立性の良い圧力センサを提供できる。

なお、板バネ４０ｃの形状は図９に示した構造に限定されず、様々な形状が考えられる。また、カバー４０の材料としてゴムを用い、一部を圧縮するような構造としても、圧縮コイルバネ６０や板バネ４０ｃと同様に、目的は達成される。

また本実施例のキャップ部材接合剤３７として、実施例１の変更例におけるキャップ部材接合剤３７を用いることもできる。

［実施例４］
本発明の第４の実施例を、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の第４実施例（実施例４）に係る圧力センサの断面図である。図１０では、センサチップ３１周辺の断面を示す。以下、実施例１と異なる部分（相違点）について説明する。以下で説明する相違点以外の構成は実施例１と同様であり、実施例１と共通する構成には実施例１と同じ符号を付し、重複する説明を省略する。また、実施例１と同様な構成は実施例１と同様な作用効果を奏する。

本実施例では、キャップ部材３４の中央部を押圧する押圧手段（押圧部材）として、２個の引張コイルバネ６２と中間部材６１とを用いている点が、実施例１と異なる。言い換えれば、本実施例は、実施例２の２個の圧縮コイルバネ６０を２個の引張コイルバネ６２に替えた構造を有する。

すなわち本実施例の圧力センサ１５は、キャップ部材３４の押圧位置に接触させて配置された中間部材６１を備え、センサ筐体３２と中間部材６１との間に自然長より伸張された状態で設置した単一または複数の引張コイルバネ（弾性体）６２を押圧部材として用いる。

本実施例の圧力センサ１５では、２個の引張コイルバネ６２はセンサ筐体３２に形成されたバネ保持部３２ｂと中間部材６１との間に引張状態で設置され、中間部材６１に形成された突起部６１ａでキャップ部材３４の中央を押圧している。バネ保持部３２ｂは、センサ筐体３２の表面から掘り込んで形成されている。これは、引張コイルバネ６２の引張代を大きく取る効果がある。

本実施例では、上述した構成により、中間部材６１の上部にバネを配置する必要がないため、部品の配置効率が良くなり、小型・薄型な圧力センサを提供することができる。なお、引張コイルバネ６２の代わりにねじりコイルバネ、板バネ、ゴム等の弾性体を用いてもよい。また、弾性体（バネ）は何個用いてもよい。また、中間部材６１に突起部を設ける代わりに、キャップ部材３４に突起部を設けてもよい。

また本実施例のキャップ部材接合剤３７として、実施例１の変更例におけるキャップ部材接合剤３７を用いることもできる。

［実施例５］
本発明の第５実施例を、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の第５実施例（実施例５）に係る圧力センサ１５の断面図である。図１１では、センサチップ３１周辺の断面を示す。以下、実施例２と異なる部分（相違点）について説明する。以下で説明する相違点以外の構成は実施例２と同様であり、実施例２と共通する構成には実施例２と同じ符号を付し、重複する説明を省略する。また、実施例２と同様な構成は実施例２と同様な作用効果を奏する。

本実施例では、キャップ部材３４の中央部を押圧する押圧手段（押圧部材）として、２個の圧縮コイルバネ６０と中間部材６３と、を用いている。中間部材６３の長手方向長さは、センサチップ３１の長手方向長さよりも長く構成されている。さらに、中間部材６３は、２個の圧縮コイルバネ６０の一端をガイドするガイド穴４０ａに対向して、圧縮コイルバネの他端をガイドするガイド穴６３ｂを有する。すなわち本実施例では、中間部材６３を用いた点が、実施例２と異なる。

本実施例の圧力センサ１５では、２個の圧縮コイルバネ６０がカバー４０と中間部材６３との間に圧縮状態で設置され、中間部材６３に形成された突起部６３ａでキャップ部材３４の中央(中央部)を押圧している。突起部６３ａは、中間部材６３の下面（キャップ部材３４に対向する面）に、下方に向けて突出するように設けられている。

本実施例では、２個の圧縮コイルバネ６０がカバー４０と中間部材６３との間に圧縮状態で設置するための手段として、ねじ７０でカバー４０とセンサ筐体３２を連結することを示している。なお、コイルバネ６０を圧縮状態で設置するための手段は、前述した構成に限定されるものではなく、カバー４０とセンサ筐体３２の接触端面において接着したり、カバー４０とセンサ筐体３２とが当接するように他の部材を用いたりしても良い。

本実施例において、中間部材６３がセンサチップ３１の長手方向長さより長く構成されていることにより、センサチップ３１が小型化しても、２個の圧縮コイルバネを配置することができ、バネの選定や配置の設計を容易にすることができる。

本実施例において、中間部材６３にガイド穴６３ｂを有することにより、中間部材６３の上面において、圧縮コイルバネ６０を位置決めすることができるため、バネの倒れの発生を抑止することができる。さらに、カバー４０と中間部材６３との位置がずれることを抑止することができるため、突起部６３ａがキャップ部材３４の中央部を押圧することができる。

本発明の第５の実施例の組み付け手順（組立方法）を、図１２Ａから図１２Ｇを用いて説明する。図１２Ａから図１２Ｇは、押圧手段（押圧部材）を組み付ける手順を説明するための、短手方向の断面図である。

センサ筐体３２に設置された分岐流路３５の終端を塞ぐように、センサチップ接合剤３６によりセンサチップ３１がセンサ筐体３２に接合されている。さらにセンサチップ３１の上面に、センサチップ３１を保護するキャップ部材４０がキャップ部材接合剤３７により、センサチップ３１に接合されている（この状態をセンサチップ接合済み筐体、と呼ぶ）。

センサチップ接合済み筐体のセンサ筐体３２の上面に、押圧手段（押圧部材）を組み付けるために、組み付け部材７１を当接させる（図１２Ａ）。組み付け部材７１は、後述するが、種々の部材を組み付けるために、長手方向に複数の切り欠きを有している。例えば、図１２Ａでは、チップセンサ３１に干渉しないように長手方向に切り欠きを有する。

次に、中間部材６３を組み付け部材７１の上面に、且つキャップ部材３４の略中央部に位置するように配置する（図１２Ｂ）。中間部材６３の突起部下端は、前述の切り欠き部にあるため、組み付け部材７１の上面より下にある。また、組み付け部材７１の厚さは、キャップ部材３４と中間部材６３の突起部が当接せず、すきまができるように調整されている。

次に、圧縮コイルバネ６０を中間部材６３のガイド穴６３ｂに配置する（図１２Ｃ）。

次に、カバー４０を、圧縮コイルバネ６０が、カバー４０に設けられたガイド穴４０ａに嵌装されるように、また、中間部材６３がガイド穴４０ｂに嵌装されるように、配置する（図１２Ｄ）。

次に、ねじ７０を図示していないカバー４０のねじ通し穴に通し、センサ筐体３２のねじ穴（図示せず）に仮止めする（図１２Ｅ）。この状態で、中間部材６３の突起部は、カバー４０の略中央に配置される。さらに、組み付け部材７１を矢印Ａの方向に引き抜く。この時、圧縮コイルバネ６０は、圧縮されていないために容易に組み付け部材７１を引き抜くことが可能である。さらに、中間部材６３は、カバー４０のガイド穴４０ｂ内に配置される。

次に、組み付け部材７１を取り除くことで、中間部材６３の突起部は、キャップ部材３４と当接し、さらに、ねじ７０をねじ込むことで、圧縮コイルバネが圧縮状態になり、キャップ部材３４を押圧する（図１２Ｆ）。さらに、ねじ７０をねじ込むことで、カバー４０の下端とセンサ筐体３２の上面を当接させて、所望の押圧力を付勢する（図１２Ｇ）。

前述の本発明の第５の実施例の組み付け手順の他の一例を以下に示す。
中間部材６３、圧縮コイルバネ６０、カバー４０が磁性を有する材料から成る場合、中間部材６３、圧縮コイルバネ６０、カバー４０を下から順にあらかじめ積層する。カバー４０の上面に磁石を接触させると、磁力により、中間部材６３、圧縮コイルバネ６０、カバー４０が相互に付着して一体となる（この状態を一体化した押圧手段、と呼ぶ）。一体化した押圧手段をセンサチップ接合済み筐体の直上に配置し、ねじ（例えば、樹脂やセラミック、非磁性のステンレス）をカバー４０に配置してセンサチップ接合済みの筐体に仮止めする。その後、磁石をカバー４０上面から取り外して、ねじを本締めする。

上述の本発明の第５の実施例の組み付け手順によれば、各部材を順番に積層していくのみで良い。また、各部材を順番に積層していく過程で、キャップ部材３４の中央に中間部材６３の突起部を配置することができる。さらに、組み付け時に押圧手段（押圧部材）をキャップ部材３４に誤って当接させて破損させるリスクを軽減できる。さらに、中間部材６３を配置するときに、センサチップ３１とプリント基板４５とを接続するボンディングワイヤ４６に中間部材６３が接触し、ボンディングワイヤ４６を切断するリスクを軽減できる。

なお、上述した第５の実施例の組み付け手順（組立方法）は、圧縮コイルバネ６０の組み付け手順は異なるものの、その他の手順は第４実施例の圧力センサ１５にも適用可能である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…分注装置、２…ノズル、４…シリンジポンプ、５…電磁弁、６…ギアポンプ、７…タンク、８…配管、１５…圧力センサ、３１…センサチップ、３１ａ…ダイアフラム部、３２…センサ筐体、３３…流路（第１流路）、３４…キャップ部材、３５…分岐流路（第２流路）、３６…センサチップ接合剤（第１接合部）、３７…キャップ部材接合剤（第２接合部）、４０…カバー、４０ｃ…板バネ（バネ部、押圧部材）、５０…センサチップ接合剤（第１接合部）３６の内周投影線、５１…キャップ部材接合剤３７の内周投影線（センサチップ３１におけるキャップ部材３４の設置部位の内周）、６０…圧縮コイルバネ（押圧部材）、６１…中間部材、６２…引張コイルばね（弾性体、押圧部材）、６３…中間部材、７０…ねじ、７１…組み付け部材。

Claims (14)

1. 第１流路および第１流路から分岐した第２流路が形成されたセンサ筐体と、
   前記第２流路を塞ぐように設けられたダイアフラム部を含み前記センサ筐体に接合されるセンサチップと、
   前記センサ筐体の側とは反対側から前記ダイアフラム部を覆うように前記センサチップの上に設置されたキャップ部材と、
   前記キャップ部材を前記センサチップに向かって押圧する押圧部材と、
   を備え、
   前記センサチップにおける前記キャップ部材の設置部位の内周は、前記センサ筐体と前記センサチップとの接合部の内周に対して、前記ダイアフラム部の中央側に位置するように配置される圧力センサ。
2. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
   前記センサチップは薄膜半導体で構成され、
   前記接合部は前記センサ筐体と前記センサチップとを接着剤で接合した第１接合部を構成する圧力センサ。
3. 請求項２に記載の圧力センサにおいて、
   前記キャップ部材と前記センサチップとを接着剤で接合した第２接合部を備え、
   前記設置部位の内周は前記第２接合部の内周が前記センサチップに接触する位置で規定される圧力センサ。
4. 請求項３に記載の圧力センサにおいて、
   前記第２接合部に当該第２接合部を複数の部分に分断する分断部を有する圧力センサ。
5. 請求項３に記載の圧力センサにおいて、
   前記第１接合部、前記センサチップおよび前記第２接合部は、前記センサ筐体の側から前記第１接合部、前記センサチップおよび前記第２接合部の順に配置され、
   前記センサチップの法線方向投影面において、前記第２接合部の前記内周の投影線は、前記第１接合部の前記内周の投影線に対して、前記ダイアフラム部の中央側に位置するように配置される圧力センサ。
6. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
   前記押圧部材の押圧力の作用点は前記キャップ部材の中央部である圧力センサ。
7. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
   前記センサ筐体に固定され、前記センサチップ、前記キャップ部材および前記押圧部材を覆うカバーを備え、
   前記カバーと前記キャップ部材との間に自然長より圧縮された状態で設置した単一または複数の弾性体を前記押圧部材として用いた圧力センサ。
8. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
   前記キャップ部材の押圧位置に接触させて配置された中間部材と、前記センサ筐体に固定され前記センサチップ、前記キャップ部材および前記押圧部材を覆うカバーと、を備え、
   前記カバーと前記中間部材との間に自然長より圧縮された状態で設置した単一または複数の弾性体を前記押圧部材として用いた圧力センサ。
9. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
   前記キャップ部材の押圧位置に接触させて配置された中間部材を備え、
   前記センサ筐体と前記中間部材との間に自然長より伸張された状態で設置した単一または複数の弾性体を前記押圧部材として用いた圧力センサ。
10. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
    前記センサ筐体に固定され、前記センサチップおよび前記キャップ部材を覆うカバーを備え、
    前記カバーと一体に形成されたバネ部を前記押圧部材として用いた圧力センサ。
11. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
    前記キャップ部材の押圧位置に接触させて配置された中間部材と、前記センサ筐体に固定され前記センサチップ、前記キャップ部材および前記押圧部材を覆うカバーと、を備え、
    前記カバーと前記中間部材との間に自然長より圧縮された状態で設置した単一または複数の弾性体を前記押圧部材として用い、
    前記中間部材は前記弾性体の一端をガイドするガイド穴を備える圧力センサ。
12. 圧力センサの組立方法において、
    当該圧力センサは、
    第１流路および第１流路から分岐した第２流路が形成されたセンサ筐体と、
    前記第２流路を塞ぐように設けられたダイアフラム部を含み前記センサ筐体に接合されるセンサチップと、
    前記センサ筐体の側とは反対側から前記ダイアフラム部を覆うように前記センサチップの上に設置されたキャップ部材と、
    前記キャップ部材の押圧位置に接触させて配置された中間部材と、
    前記キャップ部材を前記センサチップに向かって押圧する単一または複数の押圧部材と、
    前記センサ筐体に固定され、前記センサチップ、前記キャップ部材および前記押圧部材を覆うカバーと、
    を備え、
    前記センサチップにおける前記キャップ部材の設置部位の内周は、前記センサ筐体と前記センサチップとの接合部の内周に対して、前記ダイアフラム部の中央側に位置するように配置される圧力センサであって、
    前記中間部材、前記押圧部材及び前記カバーを順に積層して組み立てることを特徴とする圧力センサの組立方法。
13. 請求項１２に記載の圧力センサの組立方法において、
    前記中間部材、前記押圧部材及び前記カバーを積層状態で支持し、前記キャップ部材と前記押圧部材とが当接しないように厚さを調整した組み付け部材を備え、
    前記中間部材、前記押圧部材及び前記カバーを仮配置後に、前記組み付け部材を取り除き、前記キャップ部材と前記押圧部材とを当接させて位置決めする圧力センサの組立方法。
14. ノズル、シリンジポンプ、電磁弁、ギアポンプ、およびシステム水タンクを含んで構成され、
    前記ノズル、前記シリンジポンプ、前記電磁弁、前記ギアポンプ、および前記システム水タンクを接続する配管に、請求項１に記載の圧力センサを備える分注装置。

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