圧力センサ
【課題】スパークによる接合強度の低下を抑制するとともに、ゲル部材の変形による応力がダイアフラムに作用するのを効果的に抑制することのできる圧力センサを提供する。
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹部とゲージ抵抗が形成されたダイアフラムとを有するセンサチップ、凹部に連通する圧力伝達路を有する支持部材、凹部及び圧力伝達路に一体的に充填されるゲル部材を備え、ゲル部材を介して伝達される圧力に応じてダイアフラムが変形する圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載のように、凹部とゲージ抵抗が形成されたダイアフラムとを有するセンサチップ、凹部に連通する圧力伝達路を有する支持部材、凹部及び圧力伝達路に一体的に充填されるゲル部材を備え、ゲル部材を介して伝達される圧力に応じてダイアフラムが変形する圧力センサが知られている。
【０００３】
この種の圧力センサは、ディーゼルエンジン車両の排気管内に設けられた排気清浄フィルタ（ＤＰＦ）の前後の差圧を測定したり、ＥＧＲ雰囲気中の圧力などの測定に用いられる。このため、腐食性を有する液体やガスなどの圧力媒体からセンサチップを保護するために、上記したゲル部材を備えている。また、センサチップの凹部に水分が侵入すると、低温時に凍結して体積膨張し、ダイアフラムがダメージを受ける虞がある。このため、ゲル部材は、支持部材の圧力伝達路を介して凹部へ水分が侵入するのを防ぐ役割も果たす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガラスからなる支持部材（ステム）にセンサチップが陽極接合されてなる圧力センサでは、一般にステム側をグランド（低電位）、センサチップ側を高電位として陽極接合を行う。センサチップの凹部における支持部材側の開口部の径が、支持部材の圧力伝達路におけるセンサチップ側の開口部の径よりも小さく、センサチップに、圧力伝達路の内側に張り出す肩部が存在すると、陽極接合時に該肩部が避雷針のような役割を果たし、該肩部から電流が漏れる。すなわち、スパークが生じる。このため、接合強度が低下するなど、安定した陽極接合を行うことができない。
【０００６】
これに対し、特許文献１には、ステムに形成された圧力伝達路におけるセンサチップ側の開口部の径が、センサチップにおける凹部の径よりも小さく、ステムに凹部の内側に張り出す肩部が存在する圧力センサが示されている。このようにステム側に肩部を設けることで、上記スパークが生じるのを防ぐことができる。
【０００７】
ところで、上記圧力センサに用いられるゲル部材は、低温、例えば−３０℃以下において硬くなり、その応力を緩和すべくゲル部材が移動（流動）することで、ダイアフラムに設けたゲージ抵抗の抵抗値が変化する、すなわちセンサ出力特性が変動してしまうことが知られている。また、高温環境下でゲル部材が膨張することで、センサ出力特性が変動してしまうことも考えられる。特に上記のように排気ガス環境に配置される場合、排気ガスに含まれる硝酸などの酸成分に長時間晒されると、ゲル部材の表層が硬くなる。このようにゲル部材の表層が硬くなると、表面が硬くなる前と較べて、センサ出力が特に高温で大きく変動してしまう。
【０００８】
上記したように、ステム側に肩部を有すると、凹部からステム側へゲル部材が移動する際に、ステムに対するゲル部材の粘性抵抗が大きく、これによりゲル部材の移動が阻害される。一方、センサチップ側に肩部を有する構成に較べて、ステム側から凹部へゲル部材が移動しやすくなる。したがって、ゲル部材はダイアフラム側に比較的移動しやすく、応力がダイアフラムに作用してしまう。また、特許文献１に記載の圧力センサでは、ステムに形成された貫通穴の径が、貫通方向で一定となっている。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み、スパークによる接合強度の低下を抑制するとともに、ゲル部材の変形による応力がダイアフラムに作用するのを効果的に抑制することのできる圧力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１に記載の圧力センサは、
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。
【００１１】
ここで、粘性抵抗は、粘性部材と接触する物体の形状にも依存する。具体的には、平面に較べて、凸部や凹部を有する構成のほうが、粘性部材との接触面積が大きくなり、粘性抵抗が大きくなる。
【００１２】
本発明では、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）が、センサチップ（１１）の凹部（２２）と対向するのではなく、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）と対向している。すなわち、センサチップ搭載面（３１）に平行な方向において、支持部材（１２）が、凹部（２２）の内側に張り出す肩部を有していない。このため、粘性部材であるゲル部材（１３）が低温で硬く変形し、その変形による応力を緩和すべく移動（流動）する際に、凹部（２２）から支持部材（１２）の方向、すなわちダイアフラム（２３）と反対の方向へ移動しやすい。また、高温環境下でゲル部材が膨張する際に、ゲル部材（１３）がダイアフラム（２３）と反対の方向へ移動しやすい。
【００１３】
また、圧力伝達路（３３，４３）におけるゲル部材（１３）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なっている。さらには、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る。このため、ゲル部材（１３）は、支持部材（１２）の圧力伝達路（３３，４３）内を、ダイアフラム（２３）と反対の方向へ移動しやすい。
【００１４】
さらに、支持部材（１２）は少なくとも第１支持部材（３０）を有している。この第１支持部材（３０）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、すなわち単一部品で構成されている。そして、第１圧力伝達路（３３）におけるゲル部材（１３）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なっている。このため、第１圧力伝達路（３３）の開口面積が、貫通方向で一定の構成に較べて、ゲル部材（１３）がダイアフラム（２３）と反対の方向へ移動しやすい。
【００１５】
本発明によれば上記相乗効果により、ゲル部材（１３）の変形による応力が、ダイアフラム（２３）、ひいてはゲージ抵抗（２４）に作用するのを効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、本発明では、センサチップ（１１）が第１支持部材（３０）に陽極接合されるのではなく、接着材（５０）を介して固定されるため、圧力伝達路（３３，４３）の縁部（３４）をセンサチップ（１１）の一面（２１）と対向させることができる。なお、このような配置を取りながら、陽極接合ではなく、接着固定としているので、スパークによる接合強度の低下を抑制することもできる。
【００１７】
なお、上記した圧力伝達路（３３，４３）の縁部（３４）とセンサチップ（１１）の一面（２１）における領域（２１ａ）との位置関係は、換言すれば、圧力伝達路（３３，４３）の縁部（３４）と、センサチップ（１１）の一面（２１）における凹部（２２）の縁部（２５）とが、センサチップ搭載面（３１）に平行な方向において互いに一致する、又は、縁部（３４）が縁部（２５）の外側に位置するということである。
【００１８】
請求項２に記載のように、圧力伝達路（３３，４３）におけるゲル部材（１３）との接触部分のうち、少なくとも第１圧力伝達路（３３）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すると良い。
【００１９】
これによれば、少なくとも第１圧力伝達路（３３）の開口面積が、ダイアフラム（２３）から離れるほど大きいため、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。
【００２０】
請求項３に記載のように、センサチップ（１１）の内壁面（２２ａ）はセンサチップ搭載面（３１）に直交する直交方向において、ダイアフラム（２３）から離れるほど凹部（２２）の開口面積が大きいテーパ形状を有しており、
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。
【００２１】
これによれば、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）との接触部分とは、フラットな状態（段差のない状態）になっている。したがって、ダイアフラム（２３）から離れる方向にゲル部材（１３）が移動しやすい。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。
【００２２】
請求項４に記載のように、第１圧力伝達路（３３）の内壁面（３３ａ）におけるゲル部材（１３）との接触部分が、階段状とされた構成を採用しても良い。
【００２３】
このような第１支持部材（３０）では、開口面積が一定の区間を、互いに開口面積が異なるように複数区間有する構成となっている。このため、ゲル部材（１３）の接触部分全域が開口面積一定の第１支持部材（３０）に較べて、ダイアフラム（２３）から離れる方向にゲル部材（１３）が移動しやすい。
【００２４】
請求項５に記載のように、第１支持部材（３０）として、セラミック多層基板を採用するとことができる。このように、セラミック多層基板を採用すると、例えばセラミック単体に較べて、上記開口形状の第１圧力伝達路（３３）を形成しやすい。
【００２５】
請求項６に記載のように、ゲル部材（１３）の表面（１３ａ）が、室温において、ダイアフラム（２３）と反対に凸のメニスカス形状をなすようにすると良い。
【００２６】
これによれば、例えば排気ガス中の酸成分により、ゲル部材（１３）の表層が硬くなっても、ダイアフラム（２３）と反対に凹のメニスカス形状や表面（１３ａ）が平坦な形状のものに較べて、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。
【００２７】
請求項７に記載のように、支持部材（１２）は、第１圧力伝達路（３３）に連通して第１圧力伝達路（３３）とともに圧力伝達路（３３，４３）をなす第２圧力伝達路（４３）を備え、第１支持部材（３０）を支持する第２支持部材（４０）を有しても良い。
【００２８】
第２支持部材（４０）を有する場合、例えば請求項８に記載のように、ゲル部材（１３）は、凹部（２２）から連続して第１圧力伝達路（３３）の少なくとも一部まで充填され、第２圧力伝達路（４３）には充填されていないようにすると良い。
【００２９】
これによれば、例えば排気ガス中の酸成分によりゲル部材（１３）の表層が硬くなっても、第２圧力伝達路（４３）までゲル部材（１３）が充填される構成に較べて、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。
【００３０】
請求項９に記載のように、ゲル部材（１３）の厚さよりも、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された構成としても良い。
【００３１】
これによれば、例えば排気ガス中の酸成分によりゲル部材（１３）の表層が硬くなっても、ゲル部材（１３）の厚さが開口径以上とされた構成に較べて、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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図２】比較例として、ステム側に肩部を有し、且つ、ステムの開口面積が一定の圧力センサにおいて、ゲル部材の変形状態を示す断面図である。
【図３】図１に示す圧力センサにおいてゲル部材の変形状態を示す断面図である。
【図４】応力解析に用いた圧力センサの概略構成を示す図であり、（ａ）は図１同様、センサチップ側に肩部を有するサンプル１、（ｂ）は比較例として図２同様ステム側に肩部を有するサンプル２を示す。
【図５】図４に示すサンプル１，２の応力解析結果を示す図である。
【図６】ゲル部材の厚さとダイアフラムに作用する応力の変動量との関係を示す図である。
【図７】ゲル部材の表面積とダイアフラムに作用する応力の変動量との関係を示す図である。
【図８】変形例を示す断面図である。
【図９】変形例を示す断面図である。
【図１０】変形例を示す断面図である。
【図１１】第２実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図１２】変形例を示す断面図である。
【図１３】第３実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図１４】図１３に示す圧力センサの製造工程のうち、ゲル部材を硬化させる工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各図相互において互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。また、比較例についても、本発明の実施形態と同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。なお、図４では、便宜上、ステムとケースを接着する接着層を省略している。また、ゲル部材のハッチングを省略している。また、図２，図３，図８〜図１０では、便宜上、ケースの図示を省略している。
【００３４】
（第１実施形態）
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。
【００３５】
図１に一例を示すように、圧力センサ１０は、要部として、凹部２２を有するセンサチップ１１と、このセンサチップ１１を支持するとともに、圧力伝達路としての貫通孔３３，４３を有する支持部材１２と、凹部２２と貫通孔３３，４３の少なくとも一部に一体的に充填されたゲル部材１３と、接着層５０と、を備える。また、支持部材１２は、第１支持部材としてのステム３０を少なくとも備える。本実施形態では、支持部材１２として、上記ステム３０だけでなく、ステム３０を搭載する第２支持部材としてのケース４０も備える。なお、接着層５０が、特許請求の範囲に記載の接着材に相当する。
【００３６】
センサチップ１１は、半導体基板などからなるものであり、表面２０及び裏面２１のうち、裏面２１に開口する凹部２２を有している。なお、裏面２１が、特許請求の範囲に記載の一面に相当する。この凹部２２は、半導体基板を裏面２１側からエッチングすることで形成されている。そして、凹部２２の底をなす部分、すなわち凹部２２に対応する表面２０側の薄肉部分がダイアフラム２３となっている。
【００３７】
本実施形態では、半導体基板としてシリコン基板を採用しており、結晶面によるエッチング速度の差を利用して、凹部２２が形成されている。具体的には、裏面２１を（１００）面とし、ＫＯＨ系などのエッチング液を用いて異方性ウェットエッチングを行うことで、内壁面２２ａの側面を（１１１）面、底面を（１００）面とする凹部２２が形成されている。このような内壁面２２ａは、裏面２１、すなわち（１００）面に対して５４．７°の角度を有している。すなわち、内壁面２２ａは、裏面２１に垂直な方向、すなわち凹部２２の深さ方向において、ダイアフラム２３から離れるほど凹部２２の開口面積が大きくなっている。詳しくは、上記深さ方向に対する開口面積の変化量が一定のテーパ形状を有している。
【００３８】
なお、図１に示す符号２５は、センサチップ１１の裏面２１において凹部２２を取り囲む領域２１ａのうち、凹部２２の縁部（内周側縁部）としての第２内縁部である。なお、裏面２１において、凹部２２を取り囲む領域２１ａとは、センサチップ１１の表面２０と反対の面において、凹部２２の内壁面２２ａを除く領域を指す。凹部２２とは、センサチップ１１の裏面２１に開口してなるものであるため、本実施形態に示す裏面２１は、凹部２２の内壁面２２ａを含まない。このため、裏面２１と裏面２１における領域２１ａとは、実質的に等価である。
【００３９】
また、センサチップ１１の表面２０において、ダイアフラム２３の部分には、例えば不純物を拡散してなるゲージ抵抗２４が形成されている。本実施形態では、感度を大きくするために、ダイアフラム２３における歪みの大きい部分、例えばダイアフラム２３の周辺部に、ゲージ抵抗２４が形成されている。このゲージ抵抗２４は、少なくとも４個設けられており、図示しないブリッジ回路を構成している。
【００４０】
このように、本実施形態のセンサチップ１１は、半導体式のセンサチップとして構成され、ゲージ抵抗効果によって、印加された圧力に応じた信号が出力されるようになっている。具体的には、圧力媒体の圧力が、貫通孔３３，４３を通じてゲル部材１３に伝達され、このゲル部材１３を介してダイアフラム２３に伝達される。すると、ダイアフラム２３は、その圧力によって歪み（変形し）、ピエゾ抵抗効果によりゲージ抵抗２４の抵抗値が変化する。そして、ゲージ抵抗２４からなるブリッジ回路によって、ダイアフラム２３の歪に応じた信号、すなわち、印加された圧力値に応じたレベルの信号が出力されるようになっている。
【００４１】
このセンサチップ１１は、裏面２１の少なくとも一部を固定部位として、ステム３０のセンサチップ搭載面３１上に載置されている。そして、凹部２２を取り囲んで配置された接着層５０により、ステム３０に固定されている。本実施形態では、接着層５０として、接着フィルムを採用している。このように、予めフィルム化された接着層５０を採用すると、液状の接着材を、熱や光などにより硬化させて接着層５０とする例のように、凹部２２内へ接着材が垂れ込み、ダイアフラム２３に付着するなどの不具合が生じるのを抑制することができる。また、接着層５０として所定厚さを確保することができる。
【００４２】
ステム３０は、台座とも言われるものであり、センサチップ１１の裏面２１と対向するセンサチップ搭載面３１と、該センサチップ搭載面３１に開口する第１圧力伝達路としての貫通孔３３と、を有する。この貫通孔３３は、センサチップ搭載面３１からその裏面３２にわたって貫通しており、ステム３０に接着固定されたセンサチップ１１の凹部２２と連通している。
【００４３】
ステム３０の構成材料としては、線膨張係数がセンサチップ１１を構成する基板と近く、さらに用途によっては耐熱性を有するものが好ましい。例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミックス、４２アロイやＣｕなどの金属、ＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂、ガラスを採用することができる。本実施形態では、ステム３０として、セラミック基板を４層積層してなるセラミック多層基板を採用している。
【００４４】
また、ステム３０のセンサチップ搭載面３１のうち、貫通孔３３を取り囲む第１内縁部３４は、センサチップ１１の裏面２１（領域２１ａ）に対向している。ここで、第１内縁部３４とは、特許請求の範囲に記載の圧力伝達路の縁部に相当する。なお、第１内縁部３４とセンサチップ１１の裏面２１との位置関係は、換言すれば、第１内縁部３４と、センサチップ１１の第２内縁部２５とが、センサチップ搭載面３１に平行な方向において互いに一致する、又は、第１内縁部３４が第２内縁部２５の外側に位置するということである。又は、センサチップ搭載面３１に開口する貫通孔３３の開口形状は、裏面２１に開口する凹部２２の開口形状を取り囲むように同等以上に形成されているということである。
【００４５】
また、貫通孔３３におけるゲル部材１３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、すなわち第１内縁部３４で最小となっている。また、貫通孔３３におけるゲル部材１３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、第１内縁部３４よりも大きくなっている。さらには、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る。
【００４６】
本実施形態では、第１内縁部３４がその全周で第２内縁部２５の外側に位置している。そして、貫通孔３３の内壁面３３ａにおけるゲル部材１３との接触部分が階段状とされ、これにより貫通孔３３の開口面積は、多段に設定されている。本実施形態では、上記したようにステム３０としてセラミック多層基板を採用しており、ステム３０を構成する各セラミック基板に貫通孔が形成されている。そして、各セラミック基板の貫通孔の開口面積を、ケース４０側ほど大きくように互いに異ならせることで、内壁面３３ａが階段状となっている。
【００４７】
なお、接着層５０における内周面は、ステム３０構成するセラミック多層基板のうち、センサチップ１１側のセラミック基板の端面と面一となっており、接着層５０は、センサチップ１１の裏面２１のうち、第２内縁部２５から一部の範囲を除く部分と接触している。このため、内壁面３３ａ及び接着層５０の内周面よりも、センサチップ１１の第２内縁部２５のほうが内側に位置しており、センサチップ１１の裏面２１（領域２１ａ）の一部が、ステム３０及び接着層５０に対して露出している。
【００４８】
このステム３０は、裏面３２側がケース４０に向き合うように、ケース４０のステム搭載面４１上に載置されるとともに、接着層５１によりケース４０に固定されている。すなわち、ケース４０とセンサチップ１１の間には、接着層５０、ステム３０、及び接着層５１が介在されている。
【００４９】
ケース４０は、圧力センサ１０を車両の排気系の適所に取り付けるための取付部としての機能を果たすものであり、ステム搭載面４１とその裏面４２とにわたって貫通する、第２圧力伝達路としての貫通孔４３を有する。この貫通孔４３は、ケース４０に接着固定されたステム３０の貫通孔３３と連通している。また、このケース４０は、図示しない外部接続用の端子を有している。
【００５０】
また、ステム搭載面４１において貫通孔４３の縁部である第３内縁部４４が、センサチップ搭載面３１に平行な方向において、ステム３０の裏面３２において貫通孔３３の縁部である第４内縁部３５の外側に位置している。そして、貫通孔４３は、その開口面積がセンサチップ搭載面３１（ステム搭載面４１）に垂直な方向において一定のストレート形状となっている。このように、貫通孔４３の開口面積のほうが、貫通孔３３の開口面積よりも大きくなっている。
【００５１】
ケース４０の構成材料としては、ＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂にて成形されたものからなり、さらに、ターミナルなどの端子がインサート成形されたものを採用することができる。また、ケース４０の端子とセンサチップ１１とは、図示しないボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。
【００５２】
このように、圧力センサ１０では、ステム３０及びケース４０が接着層５１を介して一体化され、支持部材１２が構成されている。この支持部材１２において、ステム３０のセンサチップ搭載面３１にセンサチップ１１が接着固定されている。また、ステム３０の貫通孔３３とケース４０の貫通孔４３は互いに連通し、これにより支持部材１２の圧力伝達路が構成されている。本実施形態では、凹部２２を満たしつつ凹部２２から連続して貫通孔３３にゲル部材１３が充填されている。すなわち、ケース４０を有しつつも、貫通孔４３の内壁面４３ａにはゲル部材１３が接触しておらず、凹部２２と貫通孔３３、すなわち圧力伝達路３３，４３の一部に、ゲル部材１３が一体的に充填されている。
【００５３】
そして、圧力伝達路３３，４３におけるゲル部材１３との接触部分において、その開口面積は、ステム３０の第１内縁部３４で最小となっている。また、ダイアフラム２３から最も離れた部分、具体的には、図１に示すように、センサチップ１１側から３層目のセラミック基板の端面で最大となっている。さらには、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る。
【００５４】
また、本実施形態では、圧力伝達路３３，４３の開口面積が、ステム３０の第１内縁部３４で最小、貫通孔４３の内壁面４３ａで最大となっている。詳しくは、開口面積の関係が、第２内縁部２５＜第１内縁部３４＜第４内縁部３５＜第３内縁部４４となっている。さらには、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る。
【００５５】
ゲル部材１３は、センサチップ１１の特にダイアフラム２３と、接着層５０を保護するためのものである。このゲル部材１３により、ダイアフラム２３における凹部２２の底面部分が被覆されている。本実施形態の圧力センサ１０は、ディーゼルエンジンの排気ガス圧など、腐食性を有する圧力媒体の圧力の測定に用いられるものであるが、このゲル部材１３により、腐食性の圧力媒体から、センサチップの特にダイアフラム２３（凹部２２の底面部分）や、接着層５０が保護される。
【００５６】
ゲル部材１３の構成材料としては、例えばシリコーン系ゲル、フッ素系ゲル、フルオロシリコーン系ゲルなどのゲル材料を用いることができる。そして、このようなゲル材料を凹部２２及び貫通孔３３に注入し、硬化させることで、ゲル部材１３の充填がなされている。
【００５７】
このゲル部材１３は、センサチップ１１における凹部２２全域と、支持部材１２の圧力伝達路をなす貫通孔３３，４３のうち、凹部２２側から少なくとも一部に一体的に充填される。本実施形態では、上記したように、凹部２２から貫通孔３３の途中まで連続的に充填されている。
【００５８】
このため、圧力センサ１０において、ケース４０の貫通孔４３を介して、貫通孔４３側に露出するゲル部材１３の表面１３ａ（受圧面）に、検出対象である圧力媒体の圧力Ｐ１が作用すると、貫通孔３３及び凹部２２に配置されたゲル部材１３を通じてセンサチップ１１のダイアフラム２３に圧力が伝達される。
【００５９】
また、本実施形態では、ゲル部材１３の表面１３ａが、室温で、ダイアフラム２３側に凸、すなわちダイアフラム２３と反対側に凹の屈曲形状、所謂メニスカス形状となっている。
【００６０】
次に、本実施形態に係る圧力センサ１０の特徴部分の効果について説明する。
【００６１】
先ず、本実施形態では、ステム３０のセンサチップ搭載面３１における第１内縁部３４が、センサチップ１１の凹部２２と対向するのではなく、センサチップ１１の裏面２１、すなわち領域２１ａと対向している点を特徴とする。換言すれば、センサチップ搭載面３１に平行な方向において、ステム３０が、凹部２２の内側に張り出す肩部を有さない構成となっている。
【００６２】
このように、肩部を有さない構成とできるのは、センサチップ１１をステム３０に陽極接合するのではなく、接着層５０を介して固定するからである。なお、陽極接合の場合、センサチップ１１において、圧力伝達路をなす貫通孔３３の内側に張り出す肩部が存在すると、該肩部が避雷針のような役割を果たし、該肩部から電流が漏れる。すなわちスパークが生じる。このため、支持部材１２が凹部２２の内側に張り出す肩部を有する構成としなければならない。
【００６３】
ここで、粘性抵抗は、材料固有の粘性係数（粘性率とも言う）に比例するとともに、粘性部材と接触する物体の形状にも依存する。具体的には、平面に較べて、凸部や凹部を有する構成のほうが、粘性部材との接触面積が大きくなり、粘性抵抗が大きくなる。
【００６４】
粘性部材であるゲル部材１３は、例えば低温（例えば−３０℃以下）で硬く変形する。そして、この変形による応力を緩和すべく移動（流動）する。図２に比較例として示す圧力センサ１０では、ステム３０が、凹部２２の内側に張り出す肩部を有する。換言すれば、ステム３０のセンサチップ搭載面３１における第１内縁部３４が、センサチップ１１の裏面２１における第２内縁部２５よりも内側に位置して、センサチップ１１の凹部２２と対向している。このように、ステム３０に肩部を有するため、凹部２２からダイアフラム２３と反対の方向へのゲル部材１３が移動する際に、ステム３０に対するゲル部材１３の粘性抵抗が大きい。このため、ダイアフラム２３と反対方向へのゲル部材１３の移動が阻害される。一方、貫通孔３３から凹部２２へのゲル部材１３の移動に対しては、ステム３０側に肩部を有するため、凹部２２からダイアフラム２３と反対の方向への移動に較べて粘性抵抗は小さい。このため、ゲル部材１３はダイアフラム２３を圧迫し、図２に白抜き矢印で示すように応力がダイアフラム２３に作用してダイアフラム２３がステム３０と反対方向に撓んでしまう（歪んでしまう）。なお、高温環境下でゲル部材１３が膨張する場合も同様である。
【００６５】
これに対し、本実施形態では、図３に示すように、ステム３０が凹部２２の内側に出っ張る肩部を有していない。このため、肩部による粘性抵抗の増加が抑制され、凹部２２からステム３０の方向、すなわちダイアフラム２３と反対の方向へゲル部材１３が移動しやすい。一方、貫通孔３３から凹部２２側へのゲル部材１３の移動に対しては、センサチップ１１側に肩部を有するため、凹部２２からダイアフラム２３と反対の方向への移動に較べて、粘性抵抗は大きくなる。このように図２に示す構成に較べてダイアフラム２３と反対の方向へゲル部材１３が移動しやすい。このため、ダイアフラム２３と反対の方向へのゲル部材１３の移動により、ゲル部材１３の応力が緩和される。そして、ゲル部材１３の変形による応力が、ダイアフラム２３、ひいてはゲージ抵抗２４に作用するのを効果的に抑制することができる。
【００６６】
なお、本発明者は、有限要素法を用いた解析（ＦＥＭ解析）により、上記実施形態に示す構成の効果について確認した。図４は、解析に用いた圧力センサの概略構成を示しており、（ａ）は本実施形態に係る圧力センサ１０同様、センサチップ１１側に肩部を有するサンプル１、（ｂ）は比較例としてステム３０側に肩部を有するサンプル２を示している。図４（ａ）に示すサンプル１では、センサチップ１１をシリコン基板、接着層５０をフルオロシリコーン、ステム３０をアルミナ、ケース４０をＰＢＴ、ゲル部材１３をヤング率０．１ＭＰａ程度のフッ素系ゲルとした。また、ステム３０の開口面積を一定とし、第１内縁部３４から第２内縁部２５までのセンサチップ搭載面３１に沿う方向の距離を０．３７５ｍｍとした。また、ステム３０の内壁面３３ａと接着層５０の内周面を面一とした。
【００６７】
一方、図４（ｂ）に示すサンプル２では、センサチップ１１をシリコン基板、ステム３０をガラス、ケース４０をＰＢＴ、ゲル部材１３をヤング率０．１ＭＰａ程度のフッ素系ゲルとした。また、第１内縁部３４から第２内縁部２５までのセンサチップ搭載面３１に沿う方向の距離を０．７ｍｍとし、ステム３０の開口面積は一定とした。
【００６８】
また、センサチップ１１の構成（ダイアフラム２３の大きさ、厚さ、センサチップ１１の厚さ、凹部２２の大きさ及び形状）、ケース４０の構成（貫通孔４３の開口面積、長さ）については、各サンプルで同じとした。そして、１５０℃の高温から−４０℃の低温に温度を変化させたときに、ダイアフラム２３に発生する応力を構造解析した。この解析では、ダイアフラム２３における端部２３ａ（図４の二点鎖線）からダイアフラム２３の中心ＣＬまでを等距離で区分して、端部２３ａをポイント１とする１〜１５の応力測定ポイントとした。
【００６９】
その結果を図５に示す。図５に示すように、サンプル１のほうがサンプル２に較べてダイアフラム２３に発生する応力が小さいことが明らかである。なお、測定ポイント１〜１５において最大発生応力は、サンプル１で−０．５ＭＰａ、サンプル２で−４．８ＭＰａであった。このように、サンプル２の最大発生応力に対し、サンプル１の最大発生応力は約９０％低減されている。この結果からも、本実施形態に示す構成によれば、ゲル部材１３の変形による応力が、ダイアフラム２３、ひいてはゲージ抵抗２４に作用するのを効果的に抑制できることが明らかである。
【００７０】
また、本実施形態では、圧力伝達路３３，４３におけるゲル部材１３との接触部分の開口面積が、ステム３０の第１内縁部３４で最小となっている。このため、センサチップ搭載面３１側の端部よりもダイアフラム２３と反対の方向に、センサチップ搭載面３１側の端部よりも狭い部分が存在しない。また、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で第１内縁部３４の開口面積よりも大きく且つ最大となっている。さらには、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る。このため、ゲル部材１３が例えば低温で硬く変形し、この変形による応力を緩和する際に、ゲル部材１３が、ステム３０の貫通孔３３内を、ダイアフラム２３と反対の方向へ移動しやすい。これにより、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。なお、高温環境下でゲル部材１３が膨張する場合も同様である。また、ゲル部材１３との接触部分とは、製造時におけるゲル部材１３の充填範囲ではなく、使用する温度域においてゲル部材１３が取り得る範囲の最大である。実質的に高温側の使用温度上限において、膨張したゲル部材１３が接触する部分である。
【００７１】
また、本実施形態では、センサチップ１１は、接着層５０を介して、第１支持部材としてのステム３０に固定されている。換言すると、第１支持部材は、接着層５０のみを介してセンサチップ１１が固定された部品であるステム３０のみによって構成されている。そして、ステム３０の貫通孔３３におけるゲル部材１３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、第１内縁部３４よりも大きくなっている。なお、上記したように、任意位置の開口面積は、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る。このため、図３に示すように、ステム３０内においては、ダイアフラム２３の方向よりも、ダイアフラム２３と反対の方向へ、ゲル部材１３が移動しやすい。換言すれば、貫通孔３３の開口面積が一定のステム３０に較べて、ゲル部材１３がダイアフラム２３と反対の方向へ移動しやすい。これにより、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。
【００７２】
このように本実施形態に係る圧力センサ１０によれば、上記相乗効果により、ゲル部材１３の変形による応力が、ダイアフラム２３、ひいてはゲージ抵抗２４に作用するのを効果的に抑制することができる。
【００７３】
特に、本実施形態に係る圧力センサ１０のように、排気ガス環境に配置される場合、排気ガスに含まれる硝酸などの酸成分に長時間晒されると、ゲル部材１３の表層が硬くなる。このようにゲル部材１３の表層が硬くなると、表層が硬くない状態と較べて、ダイアフラム２３と反対の方向にゲル部材１３が移動しにくくなり、その反面ダイアフラム２３を押し上げようとする力が強くなる。しかしながら、本実施形態に係る圧力センサ１０は、ゲル部材１３がダイアフラム２３と反対の方向へ移動しやすい構成となっている。したがって、ゲル部材１３の表層が酸成分によって硬くなっても、従来の圧力センサに較べれば、硬くなったゲル部材１３の表層に対して、ダイアフラム２３と反対方向に変形させようとする力が強く作用する。これにより、硬くなったゲル部材１３の表層部分の変形量が大きくなり、従来の圧力センサよりも、ゲル部材１３の変形による応力が、ダイアフラム２３、ひいてはゲージ抵抗２４に作用するのを抑制することができる。
【００７４】
なお、本発明者は、ダイアフラム２３に生じる応力の酸成分の影響有無での変動量について、ゲル部材１３の厚さ、表面積の影響を、試験により確認した。その結果を図６，図７に示す。この試験では、同一構成の圧力センサ１０を一組準備し、一方を１４０℃で加熱し、１６０時間、ゲル部材１３の表面１３ａにｐＨ１．５の排気凝縮水を２０〜３０分に１回滴下した。これにより、ゲル部材１３の表層が硬くなったサンプルを得た。そして、このサンプルと、排気凝縮水を滴下しなかったサンプルを一組として、１５０℃の高温（ＨＴ）、２０℃の室温（ＲＴ）、−４０℃の低温（ＬＴ）の３水準で、ダイアフラム２０の最大発生応力をそれぞれ測定し、その差分を変動量とした。なお、図６，図７では、高温を白抜きの三角、室温を白抜きの四角、低温を白抜きの丸で示している。
【００７５】
また、ゲル部材１３の厚さについては、約２．５ｍｍ、２．８ｍｍ、３．２ｍｍの３水準を準備した。なお、センサチップ１１をシリコン基板、接着層５０をフルオロシリコーン、ステム３０をアルミナ、ケース４０をＰＢＴ、ゲル部材１３をヤング率０．１ＭＰａ程度のフッ素系ゲルとした。そして、ゲル部材１３の厚さ以外のパラメータは同じ条件とした。図６に示すように、高温時の変動量が大きく、特にゲル部材１３の厚さが厚いほど、変動量が大きいことが明らかとなった。このように、ゲル部材１３が厚いほど、高温時の変動量が大きいのは、厚いほどゲル部材１３の膨張力が大きく、これにより、ダイアフラム２３を押し上げようとする力が強くなるためと考えられる。
【００７６】
一方、ゲル部材１３の表面積については、９ｍｍ２、２０ｍｍ２の２水準を準備した。なお、なお、センサチップ１１をシリコン基板、接着層５０をフルオロシリコーン、ステム３０をアルミナ、ケース４０をＰＢＴ、ゲル部材１３をヤング率０．１ＭＰａ程度のフッ素系ゲルとした。そして、ゲル部材１３の表面積以外のパラメータは同じ条件とした。図７に示すように、高温時の変動量が大きく、特にゲル部材１３の表面積が小さいほど、変動量が大きいことが明らかとなった。このように、ゲル部材１３の表面積が小さいほど、高温時の変動量が大きいのは、表面積が小さいほど、換言すると開口径が短いほど、ゲル部材１３表層の硬くなった部分のばねが強くなり、変形しにくくなる。このため、ダイアフラム２３を押し上げようとする力が強くなると考えられる。
【００７７】
以上の結果から、酸成分によりゲル部材１３の表層が硬くなった状態で、ゲル部材１３の膨張によりダイアフラム２３に作用する応力を抑制するには、ゲル部材１３の表面積を大きく、厚さを薄くすることが好ましい。厚さについては、ダイアフラム２３とともに接着層５０も保護する必要があるため、第１内縁部３４からの最低厚さとして、接着層５０を保護できる厚さ、実質的には１ｍｍ程度必要である。
【００７８】
本実施形態では上記結果を踏まえ、支持部材１２として、ケース４０を有しながらも、ゲル部材１３をステム３０の貫通孔３３までの充填に止め、これによりゲル部材１３の厚さが薄くなるようにしている。このため、ケース４０までのゲル部材１３が充填される構成に較べて、ダイアフラム２３に作用する応力、特に酸成分によりゲル部材１３の表層が硬くなったときの応力、を抑制することができる。また、ゲル部材１３の厚さよりも、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。なお、ゲル部材１３の厚さとは、上記直交方向に沿う最大長さである。これによれば、ゲル部材１３の厚さが、開口径以上とされた構成に較べて、ダイアフラム２３に作用する応力、特に酸成分によりゲル部材１３の表層が硬くなったときの応力、を抑制することができる。また、本実施形態では、ステム３０としてセラミック多層基板を採用している。このように、セラミック多層基板を採用すると、例えばセラミック単体によるステム３０に較べて、上記した開口形状の貫通孔３３を形成しやすい。
【００７９】
（変形例）
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。
【００８０】
また、図８に示す例では、凹部２２の内壁面２２ａと貫通孔３３の内壁面３３ａの、直交する方向に対する傾きが異なる例を示した。すなわち、凹部２２の内壁面２２ａの直交方向に対するテーパ角度θ１と、貫通孔３３の内壁面３３ａの直交方向に対するテーパ角度θ２とが異なる例（θ２＞θ１）を示した。しかしながら、図９に示すように、テーパ角度θ１，θ２が一致し、センサチップ１１の凹部２２の内壁面２２ａと、貫通孔３３の内壁面３３ａ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しても良い。換言すれば、段差（凹凸）のないフラットな状態で、センサチップ１１とステム３０が接着された構成としても良い。このように、凹部２２の内壁面２２ａと貫通孔３３の内壁面３３ａのうちゲル部材１３との接触部分とをフラットな状態とすると、ダイアフラム２３と反対の方向にゲル部材１３が移動しやすい。このため、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。図９では、接着層５０も含めて面一となっており、接着層５０の内周面がテーパ形状を有している。なお、テーパ角度θ１，θ２が互いに等しいながらも、内壁面２２ａ，３３ａ同士が面一でない構成を採用することもできる。
【００８１】
上記例では、ステム３０の第１内縁部３４が、センサチップ１１の第２内縁部２５よりも外側に位置する例を示した。しかしながら、例えば図１０に示すように、センサチップ搭載面３１に平行な方向において、第１内縁部３４と第２内縁部２５が全周で一致する構成としても良い。例えば図１０に示す例では、ステム３０の貫通孔３３のうち、センサチップ搭載面３１側の端部から深さ方向真ん中までを開口面積一定とし、それよりも裏面３２側の部分を、ダイアフラム２３から離れるほど開口面積が大きくなるようにしている。このようにすると、センサチップ１１とステム３０の接着部分に、裏面２１の第２内縁部２５から一部範囲が露出してなる段差（凹凸）が無いため、ゲル部材１３が移動する際に凹部２２からダイアフラム２３と反対の方向へ移動しやすい。したがって、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。
【００８２】
なお、図９に示すように、凹部２２の内壁面２２ａ、接着層５０の内周面、及び貫通孔３３の内壁面３３ａが面一とされた構成において、接着層５０の厚さを薄くすると、第１内縁部３４が第２内縁部２５近づき、両者２５，３４がほぼ一致する状態となる。また、図８〜図１０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側へ移動しやすいことを示している。また、図８〜図１０においても、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。
【００８３】
（第２実施形態）
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。
【００８４】
これに対し、本実施形態では、図１１に示すように、凹部２２から連続してケース４０の貫通孔４３までゲル部材１３が充填されている点を第１の特徴とする。そして、ケース４０のステム搭載面４１において、貫通孔４３を取り囲む第３内縁部４４が、ステム３０の裏面３２と対向している点を第２の特徴とする。なお、図１１に示す圧力センサ１０は、ゲル部材１３の充填範囲を除いて、第１実施形態の図１に示す圧力センサ１０と同じ構成となっている。すなわち、第３内縁部４４が、ステム３０の裏面３２において貫通孔３３を取り囲む第４内縁部３５よりも外側に位置している。なお、図１１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。
【００８５】
このように、本実施形態では、センサチップ１１に対するステム３０同様、ケース４０が、ステム３０の貫通孔３３の内側に張り出す肩部を有していない。このため、ゲル部材１３がステム３０からケース４０に向けて移動しやすい。したがって、ダイアフラム２３と反対の方向へのゲル部材１３の移動によりゲル部材１３の応力が緩和される。そして、ゲル部材１３の変形による応力が、ダイアフラム２３、ひいてはゲージ抵抗２４に作用するのを効果的に抑制することができる。
【００８６】
また、本実施形態においては、ケース４０の貫通孔４３が、ステム３０の貫通孔３３よりも開口面積が大きく、且つ、開口面積一定のストレート形状となっている。これにより、第１実施形態同様、圧力伝達路３３，４３におけるゲル部材１３との接触部分の開口面積が、ステム３０の第１内縁部３４で最小となっている。また、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で第１内縁部３４の開口面積よりも大きく且つ最大となっている。さらには、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る。このため、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００８７】
また、第１実施形態同様、ゲル部材１３の厚さよりも、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。これにより、ダイアフラム２３に作用する応力、特に酸成分によりゲル部材１３の表層が硬くなったときの応力、を抑制することができる。
【００８８】
（変形例）
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。
【００８９】
図１２では、貫通孔４３の内壁面４３ａが貫通孔４３の途中までテーパ形状をなし、残りの部分が開口面積一定のストレート形状をなす例を示した。しかしながら、貫通孔４３の途中までゲル部材１３が充填される構成において、貫通孔４３の内壁面４３ａ全体を、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る形状としても良い。
【００９０】
また、図１２では、テーパ角度θ１，θ２，θ３が互いに等しい例を示したが、互いに異なる角度とされた構成としても良い。さらには、３つのテーパ角度θ１，θ２，θ３のうち、２つが等しく、残りの１つが異なる構成としても良い。また、テーパ角度θ１，θ２，θ３が互いに等しいものの、内壁面２２ａ，３３ａ，４３ａ同士が面一でない構成を採用することもできる。さらには、テーパ角度θ１，θ２，θ３が互いに等しいものの、内壁面２２ａ，３３ａ同士が面一で、内壁面３３ａ，４３ａ同士が面一でない構成を採用することもできる。
【００９１】
また、第３内縁部４４が、第４内縁部３５よりも外側に位置する例を示したが、第３内縁部４４と第４内縁部３５が全周で一致する構成としても良い。
【００９２】
（第３実施形態）
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。
【００９３】
これに対し、本実施形態では、図１３に示すように、室温状態で、ゲル部材１３の表面が、ダイアフラム２３と反対側に凸の屈曲形状、所謂メニスカス形状となっている点を特徴とする。なお、図１３に示す圧力センサ１０は、ゲル部材１３の表面形状が異なる点を除けば、第１実施形態（図１参照）に示した構成と同じである。
【００９４】
このように、ゲル部材１３の表面を、ダイアフラム２３と反対側に凸のメニスカス形状としておくと、ダイアフラム２３と反対に凹のメニスカス形状、表面が平坦な形状に較べて、ゲル部材１３がダイアフラム２３と反対側に移動しやすい。例えば排気ガス中の酸成分により、ゲル部材１３の表層が硬くなり、ゲル部材１３の膨張により、表層の硬い部分がダイアフラム２３と反対の方向に変形する場合を考える。この場合、表層の硬い部分は、ダイアフラム２３と反対側に凸のメニスカス形状のほうが、凹のメニスカス形状、平坦形状よりも、ダイアフラム２３と反対側に変形しやすい。したがって、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。
【００９５】
なお、図１３に示すようなゲル部材１３を形成するには、例えば以下の方法が考えられる。図１４に示すように、ゲル部材１３を、ケース４０の貫通孔４３を通じて、センサチップ１１の凹部２２からステム３０の貫通孔３３の途中まで注入する。次いで、ゲル部材１３を表面１３ａ側から加圧した状態、具体的には外部雰囲気の圧力を大気圧よりも高めた状態で、例えば加熱によりゲル部材１３を硬化させる。この硬化処理後、圧力を開放して、ゲル部材１３の表面１３ａに大気圧がかかるようにすると、図１３に示すように、ダイアフラム２３と反対側に凸のメニスカス形状を有するゲル部材１３を得ることができる。
【００９６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００９７】
本実施形態では、支持部材１２が、第１支持部材としてのステム３０と、第２支持部材としてのケース４０の２つの部材からなる例を示した。しかしながら、支持部材１２の構成は上記例に限定されるものではない。少なくとも第１支持部材を備えればよい。例えば第１支持部材としてケース４０を有し、ステム３０を有さない構成、所謂台座レスの構成を採用することもできる。また、３つ以上の部材により支持部材１２が構成されても良い。
【符号の説明】
【００９８】
１０・・・圧力センサ
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）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹部とゲージ抵抗が形成されたダイアフラムとを有するセンサチップ、凹部に連通する圧力伝達路を有する支持部材、凹部及び圧力伝達路に一体的に充填されるゲル部材を備え、ゲル部材を介して伝達される圧力に応じてダイアフラムが変形する圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載のように、凹部とゲージ抵抗が形成されたダイアフラムとを有するセンサチップ、凹部に連通する圧力伝達路を有する支持部材、凹部及び圧力伝達路に一体的に充填されるゲル部材を備え、ゲル部材を介して伝達される圧力に応じてダイアフラムが変形する圧力センサが知られている。
【０００３】
この種の圧力センサは、ディーゼルエンジン車両の排気管内に設けられた排気清浄フィルタ（ＤＰＦ）の前後の差圧を測定したり、ＥＧＲ雰囲気中の圧力などの測定に用いられる。このため、腐食性を有する液体やガスなどの圧力媒体からセンサチップを保護するために、上記したゲル部材を備えている。また、センサチップの凹部に水分が侵入すると、低温時に凍結して体積膨張し、ダイアフラムがダメージを受ける虞がある。このため、ゲル部材は、支持部材の圧力伝達路を介して凹部へ水分が侵入するのを防ぐ役割も果たす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガラスからなる支持部材（ステム）にセンサチップが陽極接合されてなる圧力センサでは、一般にステム側をグランド（低電位）、センサチップ側を高電位として陽極接合を行う。センサチップの凹部における支持部材側の開口部の径が、支持部材の圧力伝達路におけるセンサチップ側の開口部の径よりも小さく、センサチップに、圧力伝達路の内側に張り出す肩部が存在すると、陽極接合時に該肩部が避雷針のような役割を果たし、該肩部から電流が漏れる。すなわち、スパークが生じる。このため、接合強度が低下するなど、安定した陽極接合を行うことができない。
【０００６】
これに対し、特許文献１には、ステムに形成された圧力伝達路におけるセンサチップ側の開口部の径が、センサチップにおける凹部の径よりも小さく、ステムに凹部の内側に張り出す肩部が存在する圧力センサが示されている。このようにステム側に肩部を設けることで、上記スパークが生じるのを防ぐことができる。
【０００７】
ところで、上記圧力センサに用いられるゲル部材は、低温、例えば−３０℃以下において硬くなり、その応力を緩和すべくゲル部材が移動（流動）することで、ダイアフラムに設けたゲージ抵抗の抵抗値が変化する、すなわちセンサ出力特性が変動してしまうことが知られている。また、高温環境下でゲル部材が膨張することで、センサ出力特性が変動してしまうことも考えられる。特に上記のように排気ガス環境に配置される場合、排気ガスに含まれる硝酸などの酸成分に長時間晒されると、ゲル部材の表層が硬くなる。このようにゲル部材の表層が硬くなると、表面が硬くなる前と較べて、センサ出力が特に高温で大きく変動してしまう。
【０００８】
上記したように、ステム側に肩部を有すると、凹部からステム側へゲル部材が移動する際に、ステムに対するゲル部材の粘性抵抗が大きく、これによりゲル部材の移動が阻害される。一方、センサチップ側に肩部を有する構成に較べて、ステム側から凹部へゲル部材が移動しやすくなる。したがって、ゲル部材はダイアフラム側に比較的移動しやすく、応力がダイアフラムに作用してしまう。また、特許文献１に記載の圧力センサでは、ステムに形成された貫通穴の径が、貫通方向で一定となっている。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み、スパークによる接合強度の低下を抑制するとともに、ゲル部材の変形による応力がダイアフラムに作用するのを効果的に抑制することのできる圧力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１に記載の圧力センサは、
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。
【００１１】
ここで、粘性抵抗は、粘性部材と接触する物体の形状にも依存する。具体的には、平面に較べて、凸部や凹部を有する構成のほうが、粘性部材との接触面積が大きくなり、粘性抵抗が大きくなる。
【００１２】
本発明では、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）が、センサチップ（１１）の凹部（２２）と対向するのではなく、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）と対向している。すなわち、センサチップ搭載面（３１）に平行な方向において、支持部材（１２）が、凹部（２２）の内側に張り出す肩部を有していない。このため、粘性部材であるゲル部材（１３）が低温で硬く変形し、その変形による応力を緩和すべく移動（流動）する際に、凹部（２２）から支持部材（１２）の方向、すなわちダイアフラム（２３）と反対の方向へ移動しやすい。また、高温環境下でゲル部材が膨張する際に、ゲル部材（１３）がダイアフラム（２３）と反対の方向へ移動しやすい。
【００１３】
また、圧力伝達路（３３，４３）におけるゲル部材（１３）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なっている。さらには、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る。このため、ゲル部材（１３）は、支持部材（１２）の圧力伝達路（３３，４３）内を、ダイアフラム（２３）と反対の方向へ移動しやすい。
【００１４】
さらに、支持部材（１２）は少なくとも第１支持部材（３０）を有している。この第１支持部材（３０）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、すなわち単一部品で構成されている。そして、第１圧力伝達路（３３）におけるゲル部材（１３）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なっている。このため、第１圧力伝達路（３３）の開口面積が、貫通方向で一定の構成に較べて、ゲル部材（１３）がダイアフラム（２３）と反対の方向へ移動しやすい。
【００１５】
本発明によれば上記相乗効果により、ゲル部材（１３）の変形による応力が、ダイアフラム（２３）、ひいてはゲージ抵抗（２４）に作用するのを効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、本発明では、センサチップ（１１）が第１支持部材（３０）に陽極接合されるのではなく、接着材（５０）を介して固定されるため、圧力伝達路（３３，４３）の縁部（３４）をセンサチップ（１１）の一面（２１）と対向させることができる。なお、このような配置を取りながら、陽極接合ではなく、接着固定としているので、スパークによる接合強度の低下を抑制することもできる。
【００１７】
なお、上記した圧力伝達路（３３，４３）の縁部（３４）とセンサチップ（１１）の一面（２１）における領域（２１ａ）との位置関係は、換言すれば、圧力伝達路（３３，４３）の縁部（３４）と、センサチップ（１１）の一面（２１）における凹部（２２）の縁部（２５）とが、センサチップ搭載面（３１）に平行な方向において互いに一致する、又は、縁部（３４）が縁部（２５）の外側に位置するということである。
【００１８】
請求項２に記載のように、圧力伝達路（３３，４３）におけるゲル部材（１３）との接触部分のうち、少なくとも第１圧力伝達路（３３）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すると良い。
【００１９】
これによれば、少なくとも第１圧力伝達路（３３）の開口面積が、ダイアフラム（２３）から離れるほど大きいため、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。
【００２０】
請求項３に記載のように、センサチップ（１１）の内壁面（２２ａ）はセンサチップ搭載面（３１）に直交する直交方向において、ダイアフラム（２３）から離れるほど凹部（２２）の開口面積が大きいテーパ形状を有しており、
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。
【００２１】
これによれば、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）との接触部分とは、フラットな状態（段差のない状態）になっている。したがって、ダイアフラム（２３）から離れる方向にゲル部材（１３）が移動しやすい。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。
【００２２】
請求項４に記載のように、第１圧力伝達路（３３）の内壁面（３３ａ）におけるゲル部材（１３）との接触部分が、階段状とされた構成を採用しても良い。
【００２３】
このような第１支持部材（３０）では、開口面積が一定の区間を、互いに開口面積が異なるように複数区間有する構成となっている。このため、ゲル部材（１３）の接触部分全域が開口面積一定の第１支持部材（３０）に較べて、ダイアフラム（２３）から離れる方向にゲル部材（１３）が移動しやすい。
【００２４】
請求項５に記載のように、第１支持部材（３０）として、セラミック多層基板を採用するとことができる。このように、セラミック多層基板を採用すると、例えばセラミック単体に較べて、上記開口形状の第１圧力伝達路（３３）を形成しやすい。
【００２５】
請求項６に記載のように、ゲル部材（１３）の表面（１３ａ）が、室温において、ダイアフラム（２３）と反対に凸のメニスカス形状をなすようにすると良い。
【００２６】
これによれば、例えば排気ガス中の酸成分により、ゲル部材（１３）の表層が硬くなっても、ダイアフラム（２３）と反対に凹のメニスカス形状や表面（１３ａ）が平坦な形状のものに較べて、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。
【００２７】
請求項７に記載のように、支持部材（１２）は、第１圧力伝達路（３３）に連通して第１圧力伝達路（３３）とともに圧力伝達路（３３，４３）をなす第２圧力伝達路（４３）を備え、第１支持部材（３０）を支持する第２支持部材（４０）を有しても良い。
【００２８】
第２支持部材（４０）を有する場合、例えば請求項８に記載のように、ゲル部材（１３）は、凹部（２２）から連続して第１圧力伝達路（３３）の少なくとも一部まで充填され、第２圧力伝達路（４３）には充填されていないようにすると良い。
【００２９】
これによれば、例えば排気ガス中の酸成分によりゲル部材（１３）の表層が硬くなっても、第２圧力伝達路（４３）までゲル部材（１３）が充填される構成に較べて、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。
【００３０】
請求項９に記載のように、ゲル部材（１３）の厚さよりも、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された構成としても良い。
【００３１】
これによれば、例えば排気ガス中の酸成分によりゲル部材（１３）の表層が硬くなっても、ゲル部材（１３）の厚さが開口径以上とされた構成に較べて、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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図２】比較例として、ステム側に肩部を有し、且つ、ステムの開口面積が一定の圧力センサにおいて、ゲル部材の変形状態を示す断面図である。
【図３】図１に示す圧力センサにおいてゲル部材の変形状態を示す断面図である。
【図４】応力解析に用いた圧力センサの概略構成を示す図であり、（ａ）は図１同様、センサチップ側に肩部を有するサンプル１、（ｂ）は比較例として図２同様ステム側に肩部を有するサンプル２を示す。
【図５】図４に示すサンプル１，２の応力解析結果を示す図である。
【図６】ゲル部材の厚さとダイアフラムに作用する応力の変動量との関係を示す図である。
【図７】ゲル部材の表面積とダイアフラムに作用する応力の変動量との関係を示す図である。
【図８】変形例を示す断面図である。
【図９】変形例を示す断面図である。
【図１０】変形例を示す断面図である。
【図１１】第２実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図１２】変形例を示す断面図である。
【図１３】第３実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図１４】図１３に示す圧力センサの製造工程のうち、ゲル部材を硬化させる工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各図相互において互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。また、比較例についても、本発明の実施形態と同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。なお、図４では、便宜上、ステムとケースを接着する接着層を省略している。また、ゲル部材のハッチングを省略している。また、図２，図３，図８〜図１０では、便宜上、ケースの図示を省略している。
【００３４】
（第１実施形態）
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。
【００３５】
図１に一例を示すように、圧力センサ１０は、要部として、凹部２２を有するセンサチップ１１と、このセンサチップ１１を支持するとともに、圧力伝達路としての貫通孔３３，４３を有する支持部材１２と、凹部２２と貫通孔３３，４３の少なくとも一部に一体的に充填されたゲル部材１３と、接着層５０と、を備える。また、支持部材１２は、第１支持部材としてのステム３０を少なくとも備える。本実施形態では、支持部材１２として、上記ステム３０だけでなく、ステム３０を搭載する第２支持部材としてのケース４０も備える。なお、接着層５０が、特許請求の範囲に記載の接着材に相当する。
【００３６】
センサチップ１１は、半導体基板などからなるものであり、表面２０及び裏面２１のうち、裏面２１に開口する凹部２２を有している。なお、裏面２１が、特許請求の範囲に記載の一面に相当する。この凹部２２は、半導体基板を裏面２１側からエッチングすることで形成されている。そして、凹部２２の底をなす部分、すなわち凹部２２に対応する表面２０側の薄肉部分がダイアフラム２３となっている。
【００３７】
本実施形態では、半導体基板としてシリコン基板を採用しており、結晶面によるエッチング速度の差を利用して、凹部２２が形成されている。具体的には、裏面２１を（１００）面とし、ＫＯＨ系などのエッチング液を用いて異方性ウェットエッチングを行うことで、内壁面２２ａの側面を（１１１）面、底面を（１００）面とする凹部２２が形成されている。このような内壁面２２ａは、裏面２１、すなわち（１００）面に対して５４．７°の角度を有している。すなわち、内壁面２２ａは、裏面２１に垂直な方向、すなわち凹部２２の深さ方向において、ダイアフラム２３から離れるほど凹部２２の開口面積が大きくなっている。詳しくは、上記深さ方向に対する開口面積の変化量が一定のテーパ形状を有している。
【００３８】
なお、図１に示す符号２５は、センサチップ１１の裏面２１において凹部２２を取り囲む領域２１ａのうち、凹部２２の縁部（内周側縁部）としての第２内縁部である。なお、裏面２１において、凹部２２を取り囲む領域２１ａとは、センサチップ１１の表面２０と反対の面において、凹部２２の内壁面２２ａを除く領域を指す。凹部２２とは、センサチップ１１の裏面２１に開口してなるものであるため、本実施形態に示す裏面２１は、凹部２２の内壁面２２ａを含まない。このため、裏面２１と裏面２１における領域２１ａとは、実質的に等価である。
【００３９】
また、センサチップ１１の表面２０において、ダイアフラム２３の部分には、例えば不純物を拡散してなるゲージ抵抗２４が形成されている。本実施形態では、感度を大きくするために、ダイアフラム２３における歪みの大きい部分、例えばダイアフラム２３の周辺部に、ゲージ抵抗２４が形成されている。このゲージ抵抗２４は、少なくとも４個設けられており、図示しないブリッジ回路を構成している。
【００４０】
このように、本実施形態のセンサチップ１１は、半導体式のセンサチップとして構成され、ゲージ抵抗効果によって、印加された圧力に応じた信号が出力されるようになっている。具体的には、圧力媒体の圧力が、貫通孔３３，４３を通じてゲル部材１３に伝達され、このゲル部材１３を介してダイアフラム２３に伝達される。すると、ダイアフラム２３は、その圧力によって歪み（変形し）、ピエゾ抵抗効果によりゲージ抵抗２４の抵抗値が変化する。そして、ゲージ抵抗２４からなるブリッジ回路によって、ダイアフラム２３の歪に応じた信号、すなわち、印加された圧力値に応じたレベルの信号が出力されるようになっている。
【００４１】
このセンサチップ１１は、裏面２１の少なくとも一部を固定部位として、ステム３０のセンサチップ搭載面３１上に載置されている。そして、凹部２２を取り囲んで配置された接着層５０により、ステム３０に固定されている。本実施形態では、接着層５０として、接着フィルムを採用している。このように、予めフィルム化された接着層５０を採用すると、液状の接着材を、熱や光などにより硬化させて接着層５０とする例のように、凹部２２内へ接着材が垂れ込み、ダイアフラム２３に付着するなどの不具合が生じるのを抑制することができる。また、接着層５０として所定厚さを確保することができる。
【００４２】
ステム３０は、台座とも言われるものであり、センサチップ１１の裏面２１と対向するセンサチップ搭載面３１と、該センサチップ搭載面３１に開口する第１圧力伝達路としての貫通孔３３と、を有する。この貫通孔３３は、センサチップ搭載面３１からその裏面３２にわたって貫通しており、ステム３０に接着固定されたセンサチップ１１の凹部２２と連通している。
【００４３】
ステム３０の構成材料としては、線膨張係数がセンサチップ１１を構成する基板と近く、さらに用途によっては耐熱性を有するものが好ましい。例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミックス、４２アロイやＣｕなどの金属、ＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂、ガラスを採用することができる。本実施形態では、ステム３０として、セラミック基板を４層積層してなるセラミック多層基板を採用している。
【００４４】
また、ステム３０のセンサチップ搭載面３１のうち、貫通孔３３を取り囲む第１内縁部３４は、センサチップ１１の裏面２１（領域２１ａ）に対向している。ここで、第１内縁部３４とは、特許請求の範囲に記載の圧力伝達路の縁部に相当する。なお、第１内縁部３４とセンサチップ１１の裏面２１との位置関係は、換言すれば、第１内縁部３４と、センサチップ１１の第２内縁部２５とが、センサチップ搭載面３１に平行な方向において互いに一致する、又は、第１内縁部３４が第２内縁部２５の外側に位置するということである。又は、センサチップ搭載面３１に開口する貫通孔３３の開口形状は、裏面２１に開口する凹部２２の開口形状を取り囲むように同等以上に形成されているということである。
【００４５】
また、貫通孔３３におけるゲル部材１３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、すなわち第１内縁部３４で最小となっている。また、貫通孔３３におけるゲル部材１３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、第１内縁部３４よりも大きくなっている。さらには、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る。
【００４６】
本実施形態では、第１内縁部３４がその全周で第２内縁部２５の外側に位置している。そして、貫通孔３３の内壁面３３ａにおけるゲル部材１３との接触部分が階段状とされ、これにより貫通孔３３の開口面積は、多段に設定されている。本実施形態では、上記したようにステム３０としてセラミック多層基板を採用しており、ステム３０を構成する各セラミック基板に貫通孔が形成されている。そして、各セラミック基板の貫通孔の開口面積を、ケース４０側ほど大きくように互いに異ならせることで、内壁面３３ａが階段状となっている。
【００４７】
なお、接着層５０における内周面は、ステム３０構成するセラミック多層基板のうち、センサチップ１１側のセラミック基板の端面と面一となっており、接着層５０は、センサチップ１１の裏面２１のうち、第２内縁部２５から一部の範囲を除く部分と接触している。このため、内壁面３３ａ及び接着層５０の内周面よりも、センサチップ１１の第２内縁部２５のほうが内側に位置しており、センサチップ１１の裏面２１（領域２１ａ）の一部が、ステム３０及び接着層５０に対して露出している。
【００４８】
このステム３０は、裏面３２側がケース４０に向き合うように、ケース４０のステム搭載面４１上に載置されるとともに、接着層５１によりケース４０に固定されている。すなわち、ケース４０とセンサチップ１１の間には、接着層５０、ステム３０、及び接着層５１が介在されている。
【００４９】
ケース４０は、圧力センサ１０を車両の排気系の適所に取り付けるための取付部としての機能を果たすものであり、ステム搭載面４１とその裏面４２とにわたって貫通する、第２圧力伝達路としての貫通孔４３を有する。この貫通孔４３は、ケース４０に接着固定されたステム３０の貫通孔３３と連通している。また、このケース４０は、図示しない外部接続用の端子を有している。
【００５０】
また、ステム搭載面４１において貫通孔４３の縁部である第３内縁部４４が、センサチップ搭載面３１に平行な方向において、ステム３０の裏面３２において貫通孔３３の縁部である第４内縁部３５の外側に位置している。そして、貫通孔４３は、その開口面積がセンサチップ搭載面３１（ステム搭載面４１）に垂直な方向において一定のストレート形状となっている。このように、貫通孔４３の開口面積のほうが、貫通孔３３の開口面積よりも大きくなっている。
【００５１】
ケース４０の構成材料としては、ＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂にて成形されたものからなり、さらに、ターミナルなどの端子がインサート成形されたものを採用することができる。また、ケース４０の端子とセンサチップ１１とは、図示しないボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。
【００５２】
このように、圧力センサ１０では、ステム３０及びケース４０が接着層５１を介して一体化され、支持部材１２が構成されている。この支持部材１２において、ステム３０のセンサチップ搭載面３１にセンサチップ１１が接着固定されている。また、ステム３０の貫通孔３３とケース４０の貫通孔４３は互いに連通し、これにより支持部材１２の圧力伝達路が構成されている。本実施形態では、凹部２２を満たしつつ凹部２２から連続して貫通孔３３にゲル部材１３が充填されている。すなわち、ケース４０を有しつつも、貫通孔４３の内壁面４３ａにはゲル部材１３が接触しておらず、凹部２２と貫通孔３３、すなわち圧力伝達路３３，４３の一部に、ゲル部材１３が一体的に充填されている。
【００５３】
そして、圧力伝達路３３，４３におけるゲル部材１３との接触部分において、その開口面積は、ステム３０の第１内縁部３４で最小となっている。また、ダイアフラム２３から最も離れた部分、具体的には、図１に示すように、センサチップ１１側から３層目のセラミック基板の端面で最大となっている。さらには、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る。
【００５４】
また、本実施形態では、圧力伝達路３３，４３の開口面積が、ステム３０の第１内縁部３４で最小、貫通孔４３の内壁面４３ａで最大となっている。詳しくは、開口面積の関係が、第２内縁部２５＜第１内縁部３４＜第４内縁部３５＜第３内縁部４４となっている。さらには、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る。
【００５５】
ゲル部材１３は、センサチップ１１の特にダイアフラム２３と、接着層５０を保護するためのものである。このゲル部材１３により、ダイアフラム２３における凹部２２の底面部分が被覆されている。本実施形態の圧力センサ１０は、ディーゼルエンジンの排気ガス圧など、腐食性を有する圧力媒体の圧力の測定に用いられるものであるが、このゲル部材１３により、腐食性の圧力媒体から、センサチップの特にダイアフラム２３（凹部２２の底面部分）や、接着層５０が保護される。
【００５６】
ゲル部材１３の構成材料としては、例えばシリコーン系ゲル、フッ素系ゲル、フルオロシリコーン系ゲルなどのゲル材料を用いることができる。そして、このようなゲル材料を凹部２２及び貫通孔３３に注入し、硬化させることで、ゲル部材１３の充填がなされている。
【００５７】
このゲル部材１３は、センサチップ１１における凹部２２全域と、支持部材１２の圧力伝達路をなす貫通孔３３，４３のうち、凹部２２側から少なくとも一部に一体的に充填される。本実施形態では、上記したように、凹部２２から貫通孔３３の途中まで連続的に充填されている。
【００５８】
このため、圧力センサ１０において、ケース４０の貫通孔４３を介して、貫通孔４３側に露出するゲル部材１３の表面１３ａ（受圧面）に、検出対象である圧力媒体の圧力Ｐ１が作用すると、貫通孔３３及び凹部２２に配置されたゲル部材１３を通じてセンサチップ１１のダイアフラム２３に圧力が伝達される。
【００５９】
また、本実施形態では、ゲル部材１３の表面１３ａが、室温で、ダイアフラム２３側に凸、すなわちダイアフラム２３と反対側に凹の屈曲形状、所謂メニスカス形状となっている。
【００６０】
次に、本実施形態に係る圧力センサ１０の特徴部分の効果について説明する。
【００６１】
先ず、本実施形態では、ステム３０のセンサチップ搭載面３１における第１内縁部３４が、センサチップ１１の凹部２２と対向するのではなく、センサチップ１１の裏面２１、すなわち領域２１ａと対向している点を特徴とする。換言すれば、センサチップ搭載面３１に平行な方向において、ステム３０が、凹部２２の内側に張り出す肩部を有さない構成となっている。
【００６２】
このように、肩部を有さない構成とできるのは、センサチップ１１をステム３０に陽極接合するのではなく、接着層５０を介して固定するからである。なお、陽極接合の場合、センサチップ１１において、圧力伝達路をなす貫通孔３３の内側に張り出す肩部が存在すると、該肩部が避雷針のような役割を果たし、該肩部から電流が漏れる。すなわちスパークが生じる。このため、支持部材１２が凹部２２の内側に張り出す肩部を有する構成としなければならない。
【００６３】
ここで、粘性抵抗は、材料固有の粘性係数（粘性率とも言う）に比例するとともに、粘性部材と接触する物体の形状にも依存する。具体的には、平面に較べて、凸部や凹部を有する構成のほうが、粘性部材との接触面積が大きくなり、粘性抵抗が大きくなる。
【００６４】
粘性部材であるゲル部材１３は、例えば低温（例えば−３０℃以下）で硬く変形する。そして、この変形による応力を緩和すべく移動（流動）する。図２に比較例として示す圧力センサ１０では、ステム３０が、凹部２２の内側に張り出す肩部を有する。換言すれば、ステム３０のセンサチップ搭載面３１における第１内縁部３４が、センサチップ１１の裏面２１における第２内縁部２５よりも内側に位置して、センサチップ１１の凹部２２と対向している。このように、ステム３０に肩部を有するため、凹部２２からダイアフラム２３と反対の方向へのゲル部材１３が移動する際に、ステム３０に対するゲル部材１３の粘性抵抗が大きい。このため、ダイアフラム２３と反対方向へのゲル部材１３の移動が阻害される。一方、貫通孔３３から凹部２２へのゲル部材１３の移動に対しては、ステム３０側に肩部を有するため、凹部２２からダイアフラム２３と反対の方向への移動に較べて粘性抵抗は小さい。このため、ゲル部材１３はダイアフラム２３を圧迫し、図２に白抜き矢印で示すように応力がダイアフラム２３に作用してダイアフラム２３がステム３０と反対方向に撓んでしまう（歪んでしまう）。なお、高温環境下でゲル部材１３が膨張する場合も同様である。
【００６５】
これに対し、本実施形態では、図３に示すように、ステム３０が凹部２２の内側に出っ張る肩部を有していない。このため、肩部による粘性抵抗の増加が抑制され、凹部２２からステム３０の方向、すなわちダイアフラム２３と反対の方向へゲル部材１３が移動しやすい。一方、貫通孔３３から凹部２２側へのゲル部材１３の移動に対しては、センサチップ１１側に肩部を有するため、凹部２２からダイアフラム２３と反対の方向への移動に較べて、粘性抵抗は大きくなる。このように図２に示す構成に較べてダイアフラム２３と反対の方向へゲル部材１３が移動しやすい。このため、ダイアフラム２３と反対の方向へのゲル部材１３の移動により、ゲル部材１３の応力が緩和される。そして、ゲル部材１３の変形による応力が、ダイアフラム２３、ひいてはゲージ抵抗２４に作用するのを効果的に抑制することができる。
【００６６】
なお、本発明者は、有限要素法を用いた解析（ＦＥＭ解析）により、上記実施形態に示す構成の効果について確認した。図４は、解析に用いた圧力センサの概略構成を示しており、（ａ）は本実施形態に係る圧力センサ１０同様、センサチップ１１側に肩部を有するサンプル１、（ｂ）は比較例としてステム３０側に肩部を有するサンプル２を示している。図４（ａ）に示すサンプル１では、センサチップ１１をシリコン基板、接着層５０をフルオロシリコーン、ステム３０をアルミナ、ケース４０をＰＢＴ、ゲル部材１３をヤング率０．１ＭＰａ程度のフッ素系ゲルとした。また、ステム３０の開口面積を一定とし、第１内縁部３４から第２内縁部２５までのセンサチップ搭載面３１に沿う方向の距離を０．３７５ｍｍとした。また、ステム３０の内壁面３３ａと接着層５０の内周面を面一とした。
【００６７】
一方、図４（ｂ）に示すサンプル２では、センサチップ１１をシリコン基板、ステム３０をガラス、ケース４０をＰＢＴ、ゲル部材１３をヤング率０．１ＭＰａ程度のフッ素系ゲルとした。また、第１内縁部３４から第２内縁部２５までのセンサチップ搭載面３１に沿う方向の距離を０．７ｍｍとし、ステム３０の開口面積は一定とした。
【００６８】
また、センサチップ１１の構成（ダイアフラム２３の大きさ、厚さ、センサチップ１１の厚さ、凹部２２の大きさ及び形状）、ケース４０の構成（貫通孔４３の開口面積、長さ）については、各サンプルで同じとした。そして、１５０℃の高温から−４０℃の低温に温度を変化させたときに、ダイアフラム２３に発生する応力を構造解析した。この解析では、ダイアフラム２３における端部２３ａ（図４の二点鎖線）からダイアフラム２３の中心ＣＬまでを等距離で区分して、端部２３ａをポイント１とする１〜１５の応力測定ポイントとした。
【００６９】
その結果を図５に示す。図５に示すように、サンプル１のほうがサンプル２に較べてダイアフラム２３に発生する応力が小さいことが明らかである。なお、測定ポイント１〜１５において最大発生応力は、サンプル１で−０．５ＭＰａ、サンプル２で−４．８ＭＰａであった。このように、サンプル２の最大発生応力に対し、サンプル１の最大発生応力は約９０％低減されている。この結果からも、本実施形態に示す構成によれば、ゲル部材１３の変形による応力が、ダイアフラム２３、ひいてはゲージ抵抗２４に作用するのを効果的に抑制できることが明らかである。
【００７０】
また、本実施形態では、圧力伝達路３３，４３におけるゲル部材１３との接触部分の開口面積が、ステム３０の第１内縁部３４で最小となっている。このため、センサチップ搭載面３１側の端部よりもダイアフラム２３と反対の方向に、センサチップ搭載面３１側の端部よりも狭い部分が存在しない。また、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で第１内縁部３４の開口面積よりも大きく且つ最大となっている。さらには、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る。このため、ゲル部材１３が例えば低温で硬く変形し、この変形による応力を緩和する際に、ゲル部材１３が、ステム３０の貫通孔３３内を、ダイアフラム２３と反対の方向へ移動しやすい。これにより、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。なお、高温環境下でゲル部材１３が膨張する場合も同様である。また、ゲル部材１３との接触部分とは、製造時におけるゲル部材１３の充填範囲ではなく、使用する温度域においてゲル部材１３が取り得る範囲の最大である。実質的に高温側の使用温度上限において、膨張したゲル部材１３が接触する部分である。
【００７１】
また、本実施形態では、センサチップ１１は、接着層５０を介して、第１支持部材としてのステム３０に固定されている。換言すると、第１支持部材は、接着層５０のみを介してセンサチップ１１が固定された部品であるステム３０のみによって構成されている。そして、ステム３０の貫通孔３３におけるゲル部材１３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、第１内縁部３４よりも大きくなっている。なお、上記したように、任意位置の開口面積は、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る。このため、図３に示すように、ステム３０内においては、ダイアフラム２３の方向よりも、ダイアフラム２３と反対の方向へ、ゲル部材１３が移動しやすい。換言すれば、貫通孔３３の開口面積が一定のステム３０に較べて、ゲル部材１３がダイアフラム２３と反対の方向へ移動しやすい。これにより、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。
【００７２】
このように本実施形態に係る圧力センサ１０によれば、上記相乗効果により、ゲル部材１３の変形による応力が、ダイアフラム２３、ひいてはゲージ抵抗２４に作用するのを効果的に抑制することができる。
【００７３】
特に、本実施形態に係る圧力センサ１０のように、排気ガス環境に配置される場合、排気ガスに含まれる硝酸などの酸成分に長時間晒されると、ゲル部材１３の表層が硬くなる。このようにゲル部材１３の表層が硬くなると、表層が硬くない状態と較べて、ダイアフラム２３と反対の方向にゲル部材１３が移動しにくくなり、その反面ダイアフラム２３を押し上げようとする力が強くなる。しかしながら、本実施形態に係る圧力センサ１０は、ゲル部材１３がダイアフラム２３と反対の方向へ移動しやすい構成となっている。したがって、ゲル部材１３の表層が酸成分によって硬くなっても、従来の圧力センサに較べれば、硬くなったゲル部材１３の表層に対して、ダイアフラム２３と反対方向に変形させようとする力が強く作用する。これにより、硬くなったゲル部材１３の表層部分の変形量が大きくなり、従来の圧力センサよりも、ゲル部材１３の変形による応力が、ダイアフラム２３、ひいてはゲージ抵抗２４に作用するのを抑制することができる。
【００７４】
なお、本発明者は、ダイアフラム２３に生じる応力の酸成分の影響有無での変動量について、ゲル部材１３の厚さ、表面積の影響を、試験により確認した。その結果を図６，図７に示す。この試験では、同一構成の圧力センサ１０を一組準備し、一方を１４０℃で加熱し、１６０時間、ゲル部材１３の表面１３ａにｐＨ１．５の排気凝縮水を２０〜３０分に１回滴下した。これにより、ゲル部材１３の表層が硬くなったサンプルを得た。そして、このサンプルと、排気凝縮水を滴下しなかったサンプルを一組として、１５０℃の高温（ＨＴ）、２０℃の室温（ＲＴ）、−４０℃の低温（ＬＴ）の３水準で、ダイアフラム２０の最大発生応力をそれぞれ測定し、その差分を変動量とした。なお、図６，図７では、高温を白抜きの三角、室温を白抜きの四角、低温を白抜きの丸で示している。
【００７５】
また、ゲル部材１３の厚さについては、約２．５ｍｍ、２．８ｍｍ、３．２ｍｍの３水準を準備した。なお、センサチップ１１をシリコン基板、接着層５０をフルオロシリコーン、ステム３０をアルミナ、ケース４０をＰＢＴ、ゲル部材１３をヤング率０．１ＭＰａ程度のフッ素系ゲルとした。そして、ゲル部材１３の厚さ以外のパラメータは同じ条件とした。図６に示すように、高温時の変動量が大きく、特にゲル部材１３の厚さが厚いほど、変動量が大きいことが明らかとなった。このように、ゲル部材１３が厚いほど、高温時の変動量が大きいのは、厚いほどゲル部材１３の膨張力が大きく、これにより、ダイアフラム２３を押し上げようとする力が強くなるためと考えられる。
【００７６】
一方、ゲル部材１３の表面積については、９ｍｍ２、２０ｍｍ２の２水準を準備した。なお、なお、センサチップ１１をシリコン基板、接着層５０をフルオロシリコーン、ステム３０をアルミナ、ケース４０をＰＢＴ、ゲル部材１３をヤング率０．１ＭＰａ程度のフッ素系ゲルとした。そして、ゲル部材１３の表面積以外のパラメータは同じ条件とした。図７に示すように、高温時の変動量が大きく、特にゲル部材１３の表面積が小さいほど、変動量が大きいことが明らかとなった。このように、ゲル部材１３の表面積が小さいほど、高温時の変動量が大きいのは、表面積が小さいほど、換言すると開口径が短いほど、ゲル部材１３表層の硬くなった部分のばねが強くなり、変形しにくくなる。このため、ダイアフラム２３を押し上げようとする力が強くなると考えられる。
【００７７】
以上の結果から、酸成分によりゲル部材１３の表層が硬くなった状態で、ゲル部材１３の膨張によりダイアフラム２３に作用する応力を抑制するには、ゲル部材１３の表面積を大きく、厚さを薄くすることが好ましい。厚さについては、ダイアフラム２３とともに接着層５０も保護する必要があるため、第１内縁部３４からの最低厚さとして、接着層５０を保護できる厚さ、実質的には１ｍｍ程度必要である。
【００７８】
本実施形態では上記結果を踏まえ、支持部材１２として、ケース４０を有しながらも、ゲル部材１３をステム３０の貫通孔３３までの充填に止め、これによりゲル部材１３の厚さが薄くなるようにしている。このため、ケース４０までのゲル部材１３が充填される構成に較べて、ダイアフラム２３に作用する応力、特に酸成分によりゲル部材１３の表層が硬くなったときの応力、を抑制することができる。また、ゲル部材１３の厚さよりも、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。なお、ゲル部材１３の厚さとは、上記直交方向に沿う最大長さである。これによれば、ゲル部材１３の厚さが、開口径以上とされた構成に較べて、ダイアフラム２３に作用する応力、特に酸成分によりゲル部材１３の表層が硬くなったときの応力、を抑制することができる。また、本実施形態では、ステム３０としてセラミック多層基板を採用している。このように、セラミック多層基板を採用すると、例えばセラミック単体によるステム３０に較べて、上記した開口形状の貫通孔３３を形成しやすい。
【００７９】
（変形例）
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。
【００８０】
また、図８に示す例では、凹部２２の内壁面２２ａと貫通孔３３の内壁面３３ａの、直交する方向に対する傾きが異なる例を示した。すなわち、凹部２２の内壁面２２ａの直交方向に対するテーパ角度θ１と、貫通孔３３の内壁面３３ａの直交方向に対するテーパ角度θ２とが異なる例（θ２＞θ１）を示した。しかしながら、図９に示すように、テーパ角度θ１，θ２が一致し、センサチップ１１の凹部２２の内壁面２２ａと、貫通孔３３の内壁面３３ａ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しても良い。換言すれば、段差（凹凸）のないフラットな状態で、センサチップ１１とステム３０が接着された構成としても良い。このように、凹部２２の内壁面２２ａと貫通孔３３の内壁面３３ａのうちゲル部材１３との接触部分とをフラットな状態とすると、ダイアフラム２３と反対の方向にゲル部材１３が移動しやすい。このため、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。図９では、接着層５０も含めて面一となっており、接着層５０の内周面がテーパ形状を有している。なお、テーパ角度θ１，θ２が互いに等しいながらも、内壁面２２ａ，３３ａ同士が面一でない構成を採用することもできる。
【００８１】
上記例では、ステム３０の第１内縁部３４が、センサチップ１１の第２内縁部２５よりも外側に位置する例を示した。しかしながら、例えば図１０に示すように、センサチップ搭載面３１に平行な方向において、第１内縁部３４と第２内縁部２５が全周で一致する構成としても良い。例えば図１０に示す例では、ステム３０の貫通孔３３のうち、センサチップ搭載面３１側の端部から深さ方向真ん中までを開口面積一定とし、それよりも裏面３２側の部分を、ダイアフラム２３から離れるほど開口面積が大きくなるようにしている。このようにすると、センサチップ１１とステム３０の接着部分に、裏面２１の第２内縁部２５から一部範囲が露出してなる段差（凹凸）が無いため、ゲル部材１３が移動する際に凹部２２からダイアフラム２３と反対の方向へ移動しやすい。したがって、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。
【００８２】
なお、図９に示すように、凹部２２の内壁面２２ａ、接着層５０の内周面、及び貫通孔３３の内壁面３３ａが面一とされた構成において、接着層５０の厚さを薄くすると、第１内縁部３４が第２内縁部２５近づき、両者２５，３４がほぼ一致する状態となる。また、図８〜図１０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側へ移動しやすいことを示している。また、図８〜図１０においても、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。
【００８３】
（第２実施形態）
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。
【００８４】
これに対し、本実施形態では、図１１に示すように、凹部２２から連続してケース４０の貫通孔４３までゲル部材１３が充填されている点を第１の特徴とする。そして、ケース４０のステム搭載面４１において、貫通孔４３を取り囲む第３内縁部４４が、ステム３０の裏面３２と対向している点を第２の特徴とする。なお、図１１に示す圧力センサ１０は、ゲル部材１３の充填範囲を除いて、第１実施形態の図１に示す圧力センサ１０と同じ構成となっている。すなわち、第３内縁部４４が、ステム３０の裏面３２において貫通孔３３を取り囲む第４内縁部３５よりも外側に位置している。なお、図１１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。
【００８５】
このように、本実施形態では、センサチップ１１に対するステム３０同様、ケース４０が、ステム３０の貫通孔３３の内側に張り出す肩部を有していない。このため、ゲル部材１３がステム３０からケース４０に向けて移動しやすい。したがって、ダイアフラム２３と反対の方向へのゲル部材１３の移動によりゲル部材１３の応力が緩和される。そして、ゲル部材１３の変形による応力が、ダイアフラム２３、ひいてはゲージ抵抗２４に作用するのを効果的に抑制することができる。
【００８６】
また、本実施形態においては、ケース４０の貫通孔４３が、ステム３０の貫通孔３３よりも開口面積が大きく、且つ、開口面積一定のストレート形状となっている。これにより、第１実施形態同様、圧力伝達路３３，４３におけるゲル部材１３との接触部分の開口面積が、ステム３０の第１内縁部３４で最小となっている。また、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で第１内縁部３４の開口面積よりも大きく且つ最大となっている。さらには、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る。このため、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００８７】
また、第１実施形態同様、ゲル部材１３の厚さよりも、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。これにより、ダイアフラム２３に作用する応力、特に酸成分によりゲル部材１３の表層が硬くなったときの応力、を抑制することができる。
【００８８】
（変形例）
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。
【００８９】
図１２では、貫通孔４３の内壁面４３ａが貫通孔４３の途中までテーパ形状をなし、残りの部分が開口面積一定のストレート形状をなす例を示した。しかしながら、貫通孔４３の途中までゲル部材１３が充填される構成において、貫通孔４３の内壁面４３ａ全体を、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る形状としても良い。
【００９０】
また、図１２では、テーパ角度θ１，θ２，θ３が互いに等しい例を示したが、互いに異なる角度とされた構成としても良い。さらには、３つのテーパ角度θ１，θ２，θ３のうち、２つが等しく、残りの１つが異なる構成としても良い。また、テーパ角度θ１，θ２，θ３が互いに等しいものの、内壁面２２ａ，３３ａ，４３ａ同士が面一でない構成を採用することもできる。さらには、テーパ角度θ１，θ２，θ３が互いに等しいものの、内壁面２２ａ，３３ａ同士が面一で、内壁面３３ａ，４３ａ同士が面一でない構成を採用することもできる。
【００９１】
また、第３内縁部４４が、第４内縁部３５よりも外側に位置する例を示したが、第３内縁部４４と第４内縁部３５が全周で一致する構成としても良い。
【００９２】
（第３実施形態）
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。
【００９３】
これに対し、本実施形態では、図１３に示すように、室温状態で、ゲル部材１３の表面が、ダイアフラム２３と反対側に凸の屈曲形状、所謂メニスカス形状となっている点を特徴とする。なお、図１３に示す圧力センサ１０は、ゲル部材１３の表面形状が異なる点を除けば、第１実施形態（図１参照）に示した構成と同じである。
【００９４】
このように、ゲル部材１３の表面を、ダイアフラム２３と反対側に凸のメニスカス形状としておくと、ダイアフラム２３と反対に凹のメニスカス形状、表面が平坦な形状に較べて、ゲル部材１３がダイアフラム２３と反対側に移動しやすい。例えば排気ガス中の酸成分により、ゲル部材１３の表層が硬くなり、ゲル部材１３の膨張により、表層の硬い部分がダイアフラム２３と反対の方向に変形する場合を考える。この場合、表層の硬い部分は、ダイアフラム２３と反対側に凸のメニスカス形状のほうが、凹のメニスカス形状、平坦形状よりも、ダイアフラム２３と反対側に変形しやすい。したがって、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。
【００９５】
なお、図１３に示すようなゲル部材１３を形成するには、例えば以下の方法が考えられる。図１４に示すように、ゲル部材１３を、ケース４０の貫通孔４３を通じて、センサチップ１１の凹部２２からステム３０の貫通孔３３の途中まで注入する。次いで、ゲル部材１３を表面１３ａ側から加圧した状態、具体的には外部雰囲気の圧力を大気圧よりも高めた状態で、例えば加熱によりゲル部材１３を硬化させる。この硬化処理後、圧力を開放して、ゲル部材１３の表面１３ａに大気圧がかかるようにすると、図１３に示すように、ダイアフラム２３と反対側に凸のメニスカス形状を有するゲル部材１３を得ることができる。
【００９６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００９７】
本実施形態では、支持部材１２が、第１支持部材としてのステム３０と、第２支持部材としてのケース４０の２つの部材からなる例を示した。しかしながら、支持部材１２の構成は上記例に限定されるものではない。少なくとも第１支持部材を備えればよい。例えば第１支持部材としてケース４０を有し、ステム３０を有さない構成、所謂台座レスの構成を採用することもできる。また、３つ以上の部材により支持部材１２が構成されても良い。
【符号の説明】
【００９８】
１０・・・圧力センサ
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）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２１１８９２（Ｐ２０１２−２１１８９２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５６４０（Ｐ２０１２−１５６４０）
【出願日】平成２４年１月２７日（２０１２．１．２７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月２７日（２０１２．１．２７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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