JP4007128B2 - 圧力センサ及びセンサユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサ及びセンサユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２０に従来の圧力センサ１の断面図を示す。この圧力センサ１は、アウターハウジング２と、インナーハウジング４と、力伝達部８と、センサ部２０と、支持基台１４と、細長状の端子１２と、ワイヤ１６等を備えている。なお、図２０の上側を前端側、下側を後端側と定義する。
アウターハウジング２には、インナーハウジング４が収容されている。インナーハウジング４の前端には、ダイアフラム部１０が形成されている。力伝達部８はダイアフラム部１０に取付けられている。センサ部２０は、支持基台１４上に載置され、かつ、固定されている。端子１２は、支持基台１４の空洞部を通って後端側へ伸びている。センサ部２０の前端面は、力伝達部８の後端面と接触している。
【０００３】
センサ部２０は、力伝達ブロック４０とセンサブロック３０を有する。図２０のＣ−Ｃ線断面図である図２１に示すように、センサブロック３０のうち受圧部（この例ではダイアフラム部１０と力伝達部８）側を向いた面には、４本の細長状でメサ段差状のピエゾ抵抗素子３２ａ〜３２ｄが形成されている。このうち、ピエゾ抵抗素子３２ｂ、３２ｄは応力が作用すると抵抗値が変化し、ピエゾ抵抗素子３２ａ、３２ｃは応力が作用しても抵抗値がほとんど変化しないように構成されている。
４本のピエゾ抵抗素子３２ａ〜３２ｄは□形に配置されており、フルブリッジ構成となっている。□形のピエゾ抵抗素子３２ａ〜３２ｄの４つの角部から外方に伸びる位置には、電極３４ａ〜３４ｄが形成されている。このように、４つの電極３４ａ〜３４ｄはセンサブロック３０の受圧部１０、８側を向いた面（前端面）に形成されている。支持基台１４の受圧部１０、８側を向いた面（前端面）からは４本の細長状の端子１２ａ〜１２ｄの一部が突出している。４つの電極３４ａ〜３４ｄと４本の端子１２ａ〜１２ｄは１対１に対応付けられてワイヤ１６ａ〜１６ｄを介して接続されている。
圧力センサ１は図２２に示すように、電極３４ｄに定電流源６４を接続し、電極３４ｂを接地した状態で使用される。
【０００４】
この圧力センサ１では、圧力がダイアフラム部１０に作用すると、ダイアフラム部１０がたわむことで力伝達部８が後端側に変位する。力伝達部８が後端側に変位すると、力伝達部８に接触するセンサ部２０のセンサブロック３０のピエゾ抵抗素子３２ａ〜３２ｄに圧縮応力が作用する。そのうちのピエゾ抵抗素子３２ｂ、３２ｄに圧縮応力が作用すると、その抵抗値が変化する。その抵抗値の変化に応じた電圧値が図２２に示すように電極３４ｃにＶ１として、電極３４ａにＶ２として出力される。その電圧Ｖ１とＶ２の差をとることで、ダイアフラム部１０に作用する圧力の大きさを検出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記圧力センサ１では、図２１に示すように４つの電極３４ａ〜３４ｄをそれぞれ４本の端子１２ａ〜１２ｄに接続する必要があるため、接続作業が面倒であるという問題がある。また、接続後の構成も複雑化、大型化し易い。このことは、圧力センサの信頼性を低下させる等の要因になり得る。
また、上記圧力センサ１では、電極３４ａ〜３４ｄと端子１２ａ〜１２ｄはワイヤ１６ａ〜１６ｄを介して接続されている。しかし、電極３４と端子１２をワイヤ１６を介して接続することには、主に以下のような問題がある。
まず、電極３４とワイヤ１６の接続、及び端子１２とワイヤ１６の接続は点接続的であるため、経年劣化や衝撃や温度上昇等によって電極３４とワイヤ１６の接続箇所、あるいは端子１２とワイヤ１６の接続箇所が剥離する可能性が比較的高い。また、ワイヤ１６は細長状であるため、断線する可能性が比較的高い。また、電極３４とワイヤ１６の接続にしても、端子１２とワイヤ１６の接続にしても、接続作業が比較的難しい。さらに、電極３４又は端子１２を小型化するほど、電極３４とワイヤ１６、又は端子１２とワイヤ１６の接続が急激に困難になる。
【０００６】
本発明は、有用性の高い圧力センサ、センサユニットを実現することを目的とする。
より具体的には、本発明は、圧力センサのセンサ部の電極と端子の接続作業を容易化することを目的の１つとする。また、本発明は、圧力センサのセンサ部の電極と端子の接続後の構成を簡単化あるいは小型化すること目的の１つとする。さらに、本発明は、圧力センサのセンサ部の電極と端子の接続後の構成の信頼性を向上させることを目的の１つとする。
本発明は、上記した目的の少なくとも一部を達成しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用と効果】
〔１〕 本発明を具現化した圧力センサは、ハウジングと、センサ部と、受圧部と、第１端子と、第２端子を備えている。センサ部は、ハウジング内に配置され、ピエゾ抵抗素子を含む部位と、第１電極と、第２電極を有する。第１電極は、ピエゾ抵抗素子を含む部位のうち受圧部側を向いた面に設けられている。第２電極は、ピエゾ抵抗素子を含む部位のうち受圧部側を向いた面の反対面に設けられている。第１端子は、受圧部の変位によって変位可能であるとともに、受圧部とセンサ部に挟まれた位置で第１電極に接続されている。第２端子は、ハウジングの軸方向に伸びる棒状であるとともに、受圧部側を向いた面が第２電極に接続されている。センサ部においては、センサ部外の端子に接続されている電極が第１電極と第２電極のみである。また、第１端子と第２端子間の電圧又は電流からピエゾ抵抗素子の電気抵抗値の変化を検出可能に構成されている。
ここで、第１電極は、ピエゾ抵抗素子を含む部位の面上に別体で設けてもよいし、その面自体を第１電極としてもよい。第２電極についても同様である。また第１端子と第１電極、あるいは第２端子と第２電極の「接続」には、直接に接触させる態様や、導電性の接着材等を介して接着する態様のみならず、第１端子と第１電極を他の部材（ワイヤ等）を介して電気的に接続する態様も含まれる。
【０００８】
本発明の圧力センサは、センサ部においてセンサ部外の端子に接続を必要とする電極が第１電極と第２電極のみであり、第１電極と第２電極にそれぞれ接続された第１端子と第２端子間の電圧又は電流からピエゾ抵抗素子の電気抵抗値の変化を検出可能に構成したものである。
本発明の圧力センサによると、従来の圧力センサのように４つの電極ををそれぞれ端子に接続する必要がない。本発明の圧力センサでは、２つの電極をそれぞれ端子に接続すればよい。よって、接続作業を容易化できる。また、接続後の構成も簡単化あるいは小型化し得る。このため、接続後の構成の信頼性を向上し得る。
このように、本発明によると、有用性の高い圧力センサを実現し得る。
【０００９】
特開平４−２９０９３７号公報には、圧電素子をセンサ素子として用いる圧力センサが開示されている。この公報に記載の圧力センサ（この公報の図３参照）は、圧電素子と、圧電素子を挟んで対向して設けられた２つの電荷収集電極と、圧電素子の上面と下面へ各電荷収集電極を引出す２つの電荷取出し電極を備えている。この公報に記載の圧力センサは、電極が２つ（電荷取出し電極が２つ）という点で、本発明の技術的思想と一見すると類似するようにみえる。しかし、この公報に記載の圧力センサでは圧電素子を用いているのに対し、本発明の圧力センサではピエゾ抵抗効果を利用したセンサ素子を用いている点で相違する。
【００１０】
圧電素子を用いた圧力センサの場合は、圧電素子に応力が作用すると、分極によって圧電素子を挟んで対向した箇所に電荷が生じる。よって、その電荷を収集するための２つの電荷収集電極を圧電素子を挟んで対向した箇所に配置するのが自然の構成となっている。つまり、圧電素子を用いた圧力センサでは、これら２つの電荷収集電極を引出すための電荷取出し電極も２つになるのは自然な流れである。
【００１１】
一方、ピエゾ抵抗素子を用いた圧力センサの場合は、本明細書における従来技術で説明したように、温度補償やノイズ除去の観点からピエゾ抵抗素子によりフルブリッジを形成するのが通常となっている。フルブリッジを形成すると、電極が４つ必要となり、これらの電極はフルブリッジを形成した面に設ける必要があり、これらの電極をそれぞれセンサ部外の端子と接続する必要がある、というのが従来の共通的な認識であった。
【００１２】
これに対し、本発明者は、従来の共通的な認識を打ち破り、ピエゾ抵抗素子を用いた圧力センサにおいて、センサ部外の端子と接続する電極を２つとしたものである。この構造は、フルブリッジでない構成（例えばハーフブリッジ構成や単ゲージ構成）を採用した場合のみならず、フルブリッジ構成を採用した場合にも適用することができる。フルブリッジ構成を採用した場合は例えば、フルブリッジの４つの電極の接続をセンサ部の内部で行い、フルブリッジの４つの電極とは別の２つの電極をセンサ部外の端子と接続する構造とすればよい。
このように本発明は、ピエゾ抵抗素子を用いた圧力センサにおける従来の共通的な認識を打ち破ることでなされたという点で、圧電素子を用いた圧力センサにはない技術的思想を有するものである。
【００１３】
さらに、圧電素子を用いた圧力センサでは、作用する圧力に変化があまりない状態の圧力（静圧）を検知することが困難である。これに対し、ピエゾ抵抗素子を用いた圧力センサでは、そのような静圧を検知できるという点で、圧電素子を用いた圧力センサでは得られない非常に有用な効果が得られる。
【００１４】
〔２〕 上記〔１〕に記したように、第１電極は、ピエゾ抵抗素子を含む部位のうち受圧部側を向いた面に設けられている。
〔３〕 上記〔１〕に記したように、第２電極は、ピエゾ抵抗素子を含む部位のうち受圧部側を向いた面の反対面に設けられている。
これらの構成によると、第１電極と第１端子、あるいは第２電極と第２端子をワイヤを介さずに接続する構造が実現し易い。
【００１５】
〔４〕 上記〔１〕〜〔３〕においては、第１電極と第１端子、第２電極と第２端子の少なくとも一方がワイヤを介さずに電気的に接続されていることが好ましい。
〔５〕 上記〔４〕においては、第１電極と第１端子、第２電極と第２端子の両方がワイヤを介さずに電気的に接続されていることが好ましい。
【００１６】
電極と端子をワイヤを介さずに接続することで、電極と端子をワイヤを介して接続することに起因する問題を低減ないしは解消できる。具体的には、ワイヤを介して接続した場合に比べて、経年劣化や衝撃や温度上昇等によって電極と端子間が剥離する可能性を非常に低くできる。また、電極と端子の接続の際にはワイヤを用いずに電極と端子を接続するだけでよいので、接続作業が容易である。また、電極又は端子を小型化しても、接続作業が急激には困難にならない。
【００１７】
〔６〕 上記〔１〕に記したように、第１端子は、受圧部の変位によって変位可能であるとともに、受圧部とセンサ部に挟まれた位置に配置されている。
〔７〕 上記〔１〕に記したように、第１端子はハウジングの径方向に伸びる薄板状であり、その第１端子のうち受圧部側を向いた面の反対面が第１電極に接続されている。
この構成によると、第１端子が受圧部とセンサ部に挟まれた位置に配置しても、その第１端子によって受圧部の変位が妨げられないようにすることができる。
【００１８】
〔８〕 上記〔１〕〜〔７〕においては、第１端子に連結され、ハウジングに対して固定され、ハウジングの軸方向に伸びる筒状の第３端子をさらに備えることが好ましい。
この構成によると、ハウジングに対して固定された第３端子に第１端子が連結されているため、第１端子が第３端子によって安定的に支持された状態となる。
【００１９】
〔９〕 上記〔８〕においては、第３端子がハウジングに接触していることが好ましい。
この構成によると、第１端子と第３端子の接地をハウジングを介して行うことができる。
【００２０】
〔１０〕 上記〔８〕においては、第３端子がハウジングと電気的に絶縁されていることが好ましい。
この構成によると、逆にハウジングを介さずに第１端子と第３端子の接地を行える。また、第３端子はハウジングと電気的に絶縁されているので、第１端子と第３端子を接地せずに、電流流入端子又は電圧印加端子とすることもできる。
【００２１】
〔１１〕 上記〔１〕に記したように、第２端子はハウジングの軸方向に伸びる棒状であり、その第２端子のうち受圧部側を向いた面が第２電極に接続されている。
この構成によると、第２電極よりも受圧部から離れた位置にある空間に第２端子が配置されるので、ハウジング内の空間を有効利用が図れる。従来の圧力センサのように、センサ部を囲うように端子を配置しなくてもよい。このため、圧力センサを小型化できる。
【００２２】
〔１２〕 上記〔１〕〜〔１１〕においては、第２端子がハウジングに対し固定されていることが好ましい。
この構成によると、第２端子がセンサ部を載置するあるいは固定する役割を果たすので、従来の圧力センサのように支持基台を設ける必要がない。よって、圧力センサの部品点数を減少させることができる。
【００２３】
〔１３〕 上記〔１〕〜〔１２〕においては、第２端子とハウジングの間が封止されていることが好ましい。
この構成によると、第２端子とハウジングの間からセンサ部側への気体や液体の侵入を阻止できる。よって、圧力センサの信頼性をより向上できる。また、第２端子をハウジングに対し固定することもできる。
【００２４】
〔１４〕 上記〔１〕〜〔１３〕においては、ピエゾ抵抗素子は２つのブロックを有し、一方のブロックの表面にはその主面から突出するピエゾ抵抗素子が形成され、その一方のブロックの裏面には第１電極と第２電極のうち一方の電極が設けられ、他方のブロックの表面は前記ピエゾ抵抗素子と接触し、その他方のブロックの裏面には第１電極と第２電極のうち他方の電極が設けられていることが好ましい。
この構成によると、受圧部が受けた圧力に起因する力が一方のブロックから突出したピエゾ抵抗素子に集中して作用する。よって、ピエゾ抵抗素子には大きな応力が作用する。ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化量は、作用した応力の大きさに比例する。よって、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化量を大きくできる。即ち、圧力センサを高感度化できる。また、一方のブロックのみならず、その一方のブロックのピエゾ抵抗素子と接触する他方のブロックを有し、両ブロックの裏面に電極が設けられているので、これらの電極と端子をワイヤを介さずに行うことも容易である。
【００２５】
〔１５〕 上記〔１４〕においては、一方のブロックの表面においてその主面から突出したピエゾ抵抗素子は、そのブロックの表面領域の４分の１以上を囲むように形成されていることが好ましい。
この構成によると、ピエゾ抵抗素子は一方のブロックの表面領域の４分の１以上を囲むように形成されているので、突出した形状であっても両ブロック間でがたつき等が生じにくい。
【００２６】
〔１６〕 上記〔１４〕又は〔１５〕においては、他方のブロックは処理回路を有することが好ましい。
この構成によると、ピエゾ抵抗素子と各種の処理回路を組合せた構造によって、より有用な圧力センサを実現できる。
【００２７】
〔１７〕 上記〔１〕〜〔１６〕においては、第１端子が第１電極に直接的に面接続され、及び／又は、第２端子が第２電極に直接的に面接続されていることが好ましい。
この構成によると、経年劣化や衝撃や温度上昇等によって電極と端子間が剥離する可能性をよりさらに低くできる。また、接続作業がさらに容易となる。
【００２８】
〔１８〕 本発明は、圧力センサを構成するためのセンサユニットにも具現化される。このセンサユニットは、センサ部と、第１端子と、第２端子と、筒状の第３端子を備えている。センサ部は、第３端子内であって第１端子と第２端子の間に配置されているとともに、ピエゾ抵抗素子を含む部位と、第１電極と、第２電極を有する。第１電極は、ピエゾ抵抗素子を含む部位のうち第１端子側を向いた面に設けられている。第２電極は、ピエゾ抵抗素子を含む部位のうち第２端子側を向いた面に設けられている。第１端子は、筒状の第３端子の径方向に伸びる薄板状であるとともに、第３端子の端部に連結された状態でセンサ部側を向いた面が第１電極に接続されている。第２端子は、筒状の第３端子の軸方向に伸びる棒状であるとともに、第３端子内に配置された状態でセンサ部側を向いた端面が第２電極に接続されている。
このように構成されたセンサユニットは、製造し易く、信頼性も高く、しかも、ハウジング内への組込みも容易に行える。また、このセンサユニットを用いることで、圧力センサの組立工程数を従来の圧力センサに比べて減らすことができる。このように、本発明は、有用性の高いセンサユニットをも実現し得る。
【００２９】
〔１９〕 圧力センサのセンサ部は、力検知素子によって具現化される。この力検知素子は、ガラスからなる力伝達ブロックと、力伝達ブロックに隣接するとともにピエゾ抵抗素子を有するシリコンからなる力検知ブロックと、力伝達ブロックのうち力検知ブロックと対向する面と反対の面に形成されている第１電極と、力検知ブロックのうち力伝達ブロックと対向する面と反対の面に形成されている第２電極を備えている。
〔２０〕 圧力センサのセンサ部は、他の力検知素子によっても具現化される。この力検知素子は、導電性材料からなり実質的に第１電極として機能する力伝達ブロックと、力伝達ブロックに隣接するとともにピエゾ抵抗素子を有するシリコンからなる力検知ブロックと、力検知ブロックのうち力伝達ブロックと対向する面と反対の面に形成されている第２電極を備えている。
【００３０】
これらの力検知素子は、上記した圧力センサのセンサ部としての使用に正に好適である。これらの力検知素子は、圧力センサへの組込み作業が容易である。また、組込み後の構成も簡単化あるいは小型化し得る。さらに、電極と端子の接続をワイヤを介さずに行うのも容易である。また、これらの力検知素子を用いた圧力センサ等の信頼性を向上し得る。
さらに、〔１９〕の力検知素子によると、力伝達ブロックがガラスからなり、力検知ブロックはシリコンからなるので、両ブロックの陽極接合が可能である。よって、信頼性の高い力検知素子がより実現し易い。また、〔２０〕の力検知素子によると、力伝達ブロック自身が導電性材料からなるので、別途電極を形成する手間等が省け、製造工程を簡素化し易い。
このように、本発明は、有用性の高い力検知素子をも実現し得る。
【００３１】
上記した力検知素子は、さらに以下のように改良された態様で用いられることが好ましい。
〔２１〕 ピエゾ抵抗素子を構成する第１導電型領域と、これに接する第２導電型領域によってｐｎ接合分離構造が形成されていることが好ましい。
この構成によると、ピエゾ抵抗素子に流れる電流のリークが抑制されるので、作用した力（圧力を含む）を精度良く検知し得る。
【００３２】
〔２２〕 〔２１〕のｐｎ接合分離構造が形成された力検知素子において、
第１導電型領域と第２導電型領域に共通に接する電流バイパス用の電極が形成されていることが好ましい。
この構成によると、第１導電型領域と第２導電型領域によってｐｎ接合分離構造が形成されていても、第１導電型領域と第２導電型領域に共通に接する電流バイパス用の電極が形成された箇所では、その電流バイパス用の電極を介して第１導電型領域と第２導電型領域の間で電流を流すことができる。従って、所定の箇所では第１導電型領域と第２導電型領域によるｐｎ接合分離によって絶縁することができ、他の所定の箇所では第１導電型領域と第２導電型領域の間で電流を流すことで、第１導電型領域（ピエゾ抵抗素子）の抵抗値変化を検知できる。
【００３３】
〔２３〕 ピエゾ抵抗素子は、第１電極又は第２電極と電気的に接続されている部位を除いて、絶縁性材料を介して周囲から絶縁されていることが好ましい。
この構成によっても、ピエゾ抵抗素子に流れる電流のリークを抑制できるので、作用した力を精度良く検知し得る。
【００３４】
〔２４〕 力検知ブロックは、その表面から突出する突出部を有し、その突出部にピエゾ抵抗素子が形成されており、その突出部に力伝達ブロックが接していることが好ましい。
この構成によると、作用した力をピエゾ抵抗素子に集中的に作用することができるので、作用した力を感度良く検知し得る。
【００３５】
〔２５〕 力検知ブロックに、ピエゾ抵抗素子が形成された突出部以外の力伝達ブロック支持用の突出部がさらに形成されていることが好ましい。
この構成によると、力伝達ブロックをより安定的に支持することができる。
【００３６】
〔２６〕 ピエゾ抵抗素子は、単ゲージ構成であることが好ましい。
この構成によると、力検知素子の構造をシンプルにできるとともに、フルブリッジ構成に比べて感度を高くし得る。
【００３７】
〔２７〕 力検知ブロックのうち、電極と接触する領域は、他の領域に比べて高不純物濃度であることが好ましい。
この構成によると、電極とその電極に接触する領域の間で安定的なオーミックコンタクトを得ることができる。
【００３８】
〔２８〕 ピエゾ抵抗素子に電気的に接続された電極載置部と、電極載置部に載置された電極をさらに備え、電極載置部に載置された電極が、第１電極に電気的に接続されていることが好ましい。
この構成によると、ピエゾ抵抗素子と第１電極の間で、電極載置部に載置された電極を介して良好に電流を流すことができる。
【００３９】
〔２９〕 〔１９〕の力検知素子において、第１電極は膜状であり、その電極膜は力伝達ブロックのうち力検知ブロックと対向する面と反対の面（典型的には頂面）から、その反対面に隣接する面（典型的には側面）上まで伸びており、前記隣接面は、前記反対面に対し鈍角をなすように傾斜していることが好ましい。
この構成によると、前記隣接面が前記反対面に対し直角あるいは鋭角をなす場合に比べて、電極膜を前記反対面から前記隣接面に亘って膜を良好に形成（蒸着等）し易い。
【００４０】
〔３０〕 〔２９〕の電極膜は、〔２８〕の電極載置部に載置された電極に接する位置まで達していることが好ましい。あるいは、〔２９〕の電極膜は、電極載置部に載置された電極と導電性材料（導電性接着剤等）を介して電気的に接続されていることが好ましい。
【００４１】
〔３１〕 ピエゾ抵抗素子が複数形成されており、各ピエゾ抵抗素子の一端は第１電極に電気的に接続されており、各ピエゾ抵抗素子の他端は第２電極に電気的に接続されていることが好ましい。
この構成によると、各ピエゾ抵抗素子が並列的に接続される。この構成によると、これらのピエゾ抵抗素子と同じ大きさ、形状のピエゾ抵抗素子群を直列的に接続する場合に比べて、感度を変化させずに、総合的な抵抗値を減少させることが可能である。
【００４２】
〔３２〕 〔２８〕の電極載置部に、〔３１〕の各ピエゾ抵抗素子の一端が共通に電気的に接続されていることが好ましい。
この構成によると、よりシンプルな構造の力検知素子を実現し得る。
【００４３】
【発明の実施の形態】
（第１実施例） 図１に第１実施例の圧力センサ１００の断面図を示す。この圧力センサ１００は、ハウジング１０２と、力伝達ロッド１０８と、ロッドガイド１１０と、センサユニット１３０等を備えている。なお、図１の上側を「前端側」、下側を「後端側」と定義する。また、各部材のうち、前端側を向いた面を「前端面」、後端側を向いた面を「後端面」と定義する。また、図１の上下方向がハウジング１０２の軸方向であり、左右方向がハウジング１０２の径方向である。
【００４４】
ハウジング１０２は、ハウジング前端部１０４とハウジング筒状部１０６を有する。ハウジング前端部１０４とハウジング筒状部１０６は、溶接部位１２２で溶接されている。
ハウジング前端部１０４は、ダイアフラム部１０４ａと、ダイアフラム部１０４ａの外縁を支持するダイアフラム支持部１０４ｂを有する。ダイアフラム部１０４ａの前端面は受圧面となっている。
力伝達ロッド１０８は前端部が半球状になっている。力伝達ロッド１０８の前端部の頂部はダイアフラム部１０４ａの後端面と接触している。力伝達ロッド１０８の後端面は平坦状である。
ロッドガイド１１０は筒状である。ロッドガイド１１０は図示しない箇所でハウジング１０２に対して固定されている。ロッドガイド１１０の空洞部には力伝達ロッド１０８が収容されている。これにより、力伝達ロッド１０８はハウジング１０２の軸方向にのみ変位可能となっている。
上記した力伝達ロッド１０８とロッドガイド１１０の後端面はセンサユニット１３０の前端面（後述する接地端子１１２の薄板部１１２ａの前端面）に接触している。
【００４５】
センサユニット１３０は、センサ部９２０と、接地端子１１２と、電流流入端子１２０等によって構成されている。
センサ部９２０は、センサブロック９３０と、回路ブロック９４０と、センサブロック９３０の前端面に設けられた接地電極９６０と、回路ブロック９４０の後端面に設けられた電流流入電極９６２を有する。センサ部９２０の詳細については後述する。接地端子１１２は、ハウジング１０２の径方向に伸びる円板状の薄板部１１２ａと、ハウジング１０２の軸方向に伸びる円筒状の筒部１１２ｂによって構成されている。薄板部１１２ａの後端面の外縁は、筒部１１２ｂの前端面にスポット溶接されている。接地端子１１２の筒部１１２ｂはハウジング筒状部１０６に溶接部位１２４で溶接されている。電流流入端子１２０は、ハウジング１０２の軸方向に伸びる棒状に形成されている。電流流入端子１２０は、大径棒状部１２０ａと小径棒状部１２０ｂを有する。
【００４６】
センサブロック９３０の前端面に設けられた接地電極９６０は、接地端子１１２の薄板部１１２ａの後端面に面接続されている。回路ブロック９４０の後端面に設けられた電流流入電極９６２は、電流流入端子１２０の大径棒状部１２０ａの前端面に面接続されている。接地端子１１２の筒部１１２ｂと電流流入端子１２０の間は、ガラスはんだ１１６によって封止されている。また、上記したように接地端子１１２の筒部１１２ｂはハウジング筒状部１０６に対して溶接によって固定されている。結果として、電流流入端子１２０はハウジング１０２に対して固定されている。
【００４７】
センサ部９２０の詳細について説明する。図２の斜視図に示すように、センサ部９２０はブロック状に形成されている。このブロック状の部位は、センサブロック９３０と回路ブロック９４０からなる。センサブロック９３０の前端面に設けられた接地電極９６０と、回路ブロック９４０の後端面に設けられた電流流入電極９６２は、平板状である。
図３は、センサ部９２０のセンサブロック９３０を前端側から後端側にみたときの、センサブロック９３０の後端面の構成を示す。後端面は裏面側であるため、点線で示している。図４は、センサ部９２０の回路ブロック９４０を前端側から後端側にみたときの、回路ブロック９４０の前端面の構成を示す。図５は、図３のセンサブロック９３０のＡ−Ａ線断面図を上側に、図４の回路ブロック９４０のＢ−Ｂ線断面図を下側に示したものである。
【００４８】
図５に示すセンサブロック９３０はシリコン基板９３８と、シリコン酸化層９３６と、シリコン活性層からなるＳＯＩ基板で形成されている。シリコン基板９３８は不純物を添加することで低抵抗化されている。シリコン活性層には、図３と図５に示すようなゲージ部としての４本のピエゾ抵抗素子９３２ａ〜９３２ｄと、４本の連結部９３７ａ〜９３７ｄと、４つの接続部９３３ａ〜９３３ｄが形成されている。これらの部位は、シリコン活性層に不純物を添加することで低抵抗化されている。
各接続部９３３ａ〜９３３ｄの頂面には、電極９３４ａ〜９３４ｄが形成されている。図５に示すように、シリコン酸化層９３６の一部は除去されており、その空間には、接地電極９６０とのコンタクト層９９０の一部が埋込まれており、他の部位は後端面から突出している。突出したコンタクト層９９０の頂面は、接続部９３３の頂面と同じ高さにある。コンタクト層９９０の頂面には、電極９９２が形成されている。
【００４９】
図３に示すように、ピエゾ抵抗素子は９３２ａ〜９３２ｄとして□形に４本形成されている。センサブロック９３０の後端面の２分の１以上の領域がそのピエゾ抵抗素子９３２ａ〜９３２ｄによって囲まれている。各ピエゾ抵抗素子９３２ａ〜９３２ｄは、図５のピエゾ抵抗素子９３２ｂ、９３２ｄに例示するように、頂面が平坦なメサ段差状に形成されている。□形のピエゾ抵抗素子９３２ａ〜９３２ｄの内側には、４つの接続部９３３ａ〜９３３ｄが設けられている。□形のピエゾ抵抗素子の９３２ａ〜９３２ｄの４つの角部と、４つの接続部９３３ａ〜９３３ｄの間は、それぞれ連結部９３７ａ〜９３７ｄによって連結されている。コンタクト層９９０は、センサ部ブロック９３０の後端面の中央に位置している。
【００５０】
センサブロック９３０の後端面は（１１０）面である。この（１１０）面においてピエゾ抵抗素子９３２ｂ、９３２ｄは＜１１０＞方向に配置されている。ピエゾ抵抗素子９３２ａ、９３２ｃは＜１００＞方向に配置されている。各ピエゾ抵抗素子９３２ａ〜９３２ｄは、ピエゾ抵抗係数π_１３に従うように配置されている。ピエゾ抵抗係数π_１３は、（１１０）面の＜１１０＞方向に最大の感度を持ち、＜１００＞方向には感度ゼロである。よって、ピエゾ抵抗素子９３２ｂ、９３２ｄは、圧縮応力が作用するとピエゾ抵抗効果によって抵抗値が変化するゲージ抵抗として機能する。一方、ピエゾ抵抗素子９３２ａ、９３２ｃは圧縮応力が作用しても抵抗値がほとんど変化しない基準抵抗として機能する。
【００５１】
図５に示す回路ブロック９４０も、シリコン基板９４２と、シリコン酸化層９４４と、シリコン活性層からなるＳＯＩ基板で形成されている。シリコン基板９４２は不純物を添加することで低抵抗化されている。シリコン活性層には、中央活性層９４６ａと、外側活性層９４６ｂが形成されている。中央活性層９４６ａと外側活性層９４６ｂの間は、シリコン酸化層９４４に達する空間が形成されている。よって、中央活性層９４６ａと外側活性層９４６ｂは互いに絶縁されている。中央活性層９４６ａには、後述する各種の処理回路が形成されている。中央活性層９４６ａとシリコン基板９４２の間にあるシリコン酸化層９４４の一部は除去されており、その空間にコンタクト層９５２が埋込まれている。このため、電流流入電極９６２から流入した電流は、中央活性層９４６ａに流入可能で、外側活性層９４６ｂに流入不能となっている。回路ブロック９４０の前端面は回路の集積化が容易な（１００）面としている。
【００５２】
図５に示すセンサブロック９３０と回路ブロック９４０は陽極接合によって強固に接合されている。具体的には、センサブロック９３０のメサ段差状のピエゾ抵抗素子９３２ａ〜９３２ｄの頂部と、回路ブロック９４０の外側活性層９４６ｂの頂部が可動イオンを含むガラス（パイレックスガラス（登録商標）等）９４８を介して陽極接合されている。このようにセンサブロック９３０と回路ブロック９４０が接合された状態では、図３と図５に示すセンサブロック９３０の接続部９３３ａ〜９３３ｄは、電極９３４ａ〜９３４ｄを介して回路ブロック９４０の中央活性層９４６ａの所定箇所に接続されている。但し、中央活性層９４６ａにおいては、接続部９３３ａ、９３３ｂと、接続部９３３ｃ、９３３ｄの間は短絡しないように構成されている。
【００５３】
図６は、センサ部９２０等の構成を回路図として示している。センサブロック９３０のピエゾ抵抗素子９３２ａ〜９３２ｄによってフルブリッジが構成されている。回路ブロック９４０には、電流源９７４、オペアンプ９８０、トランジスタ９８２、入力抵抗９７６、９７８、帰還抵抗９８４等が形成されている。センサブロック９３０の入力電極９３４ｂ、９３４ｄは、電流源９７４に接続されている。センサブロック９３０の出力電極９３４ａ、９３４ｃはそれぞれ、オペアンプ９８０の入力端子に接続されている。オペアンプ９８０の出力端子は、トランジスタ９８２のベース端子に接続されている。トランジスタ９８２のコレクタ端子は電流流入電極９６２に接続され、エミッタ端子は帰還抵抗９８４を介して接地電極９６０に接続されている。帰還抵抗９８４の一端は一方の入力抵抗９７６を介してセンサブロック９３０の一方の出力電極９３４ａに接続されている。帰還抵抗９８４の他端は他方の入力抵抗９７８を介してセンサブロック９３０の他方の出力電極９３４ｃに接続されている。トランジスタ９８２は、オペアンプ９８０の出力電圧を電流Ｉｏに変換する役割を果たす。入力抵抗９７６、９７８と帰還抵抗９８４は、その抵抗値を変化させることで電流Ｉｏの値を調整する役割を果たす。接地電極９６０と電流流入電極９６２の間には、出力電圧Ｖｏを検出するための検出抵抗９８６と、電圧源９８８が接続されている。
【００５４】
ピエゾ抵抗素子（ゲージ抵抗）９３２ｂ、９３２ｄの抵抗値がΔＲ変化すると、これに応じて電流ＩｏもΔＩｏだけ変化する。例えば、電圧源９８８の電圧値を１０Ｖとし、抵抗値の変化ΔＲがゼロの時には電流Ｉｏの値が２ｍＡ、抵抗値の変化ΔＲが最大の時には電流Ｉｏの値が４ｍＡとなるように設定したとする。この場合、抵抗９８６の値を５００Ωとすると、抵抗９８６の両端に現れる電圧Ｖｏは、検知した圧力に応じて１〜２Ｖの値が出力される。
このような構成によると、センサ部９２０のセンサブロック９３０に４つの電極９３４ａ〜９３４ｄを有するフルブリッジが形成されていても、センサ部９２０が外部端子（電流流入端子１２０、接地端子１１２）と接続する電極は、２つ（電流流入端子９６２、接地電極９６０）にすることができる。
【００５５】
第１実施例の圧力センサ１００の動作を説明する。図１のダイアフラム部１０４ａの前端面（受圧面）に圧力が作用すると、ダイアフラム部１０４ａは後端側にたわむ。ダイアフラム部１０４ａが後端側にたわむと、ダイアフラム部１０４ａの後端面に接触している力伝達ロッド１０８は、ロッドガイド１１０に導かれて後端側に変位する。力伝達ロッド１０８が後端側に変位すると、力伝達ロッド１０８の後端面に接触する接地端子１１２の薄板部１１２ａが後端側にたわむ。薄板部１１２ａが後端側にたわむと、センサ部９２０のセンサブロック９３０のピエゾ抵抗素子９３２に圧縮応力が作用する。ピエゾ抵抗素子９３２に圧縮応力が作用すると、その圧縮応力に応じてゲージ抵抗として機能するピエゾ抵抗素子９３２ｂ、９３２ｄ（図３、図６参照）の抵抗値が変化する。ピエゾ抵抗素子９３２ｂ、９３２ｄの抵抗値が変化すると、図６の抵抗９８６を流れる電流値Ｉｏが変化し、抵抗９８６の両端に現れる電圧Ｖｏが変化する。この電圧値Ｖｏの変化量を検出することで、ピエゾ抵抗素子９３２ｂ、９３２ｄの抵抗値の変化量がわかり、ピエゾ抵抗素子９３２ｂ、９３２ｄに作用した圧縮応力の大きさがわかる。この結果、ダイアフラム部１０４ａの前端面に作用した圧力の大きさがわかる。
【００５６】
第１実施例の圧力センサ１００の製造方法（組立方法）を図１を参照して説明する。まず、ハウジング筒状部１０６を用意する。このハウジング筒状部１０６には、図示しない位置でハウジング筒状部１０６に対して固定されたロッドガイド１１０が予め形成されている。次に、ロッドガイド１１０内に力伝達ロッド１０８を前端側から圧入する。次に、ハウジング前端部１０４を用意し、そのハウジング前端部１０４をハウジング筒状部１０６に溶接部位１２２で溶接する。
次に、センサユニット１３０を製造するために、まず接地端子１１２の筒部１１２ｂを用意する。この接地端子１１２の筒部１１２ｂ内に棒状の電流流入端子１２０を挿入する。棒状の電流流入端子１２０は、その軸が接地端子１１２の筒部１１２ｂの軸とほぼ一致する位置に配置した状態で、電流流入端子１２０と接地端子１１２の筒部１１２ｂの間をガラスはんだ１１６で封止する。これにより、接地端子１１２の筒部１１２ｂに対して電流流入端子１２０が固定される。次に、センサ部９２０の電流流入電極９４０と電流流入端子１２０の端面を接続する。この接続には、直接に接触させる場合と、導電性の接着剤を介して接着する場合等が含まれる。次に、接地端子１１２の薄板部１１２ａを用意し、その薄板部１１２ａの一方の面とセンサ部９２０の接地電極９６０を接続する。次に、接地端子１１２の薄板部１１２ａと筒部１１２ｂを溶接する。この結果、センサユニット１３０が製造される。
【００５７】
次に、ハウジング筒状部１０６内にセンサユニット１３０を圧入する。センサユニット１３０の前端（接地端子１１２の薄板部１１２ａ）がロッドガイド１１０の後端に当接する位置まで圧入する。圧入後、ハウジング筒状部１０６とセンサユニット１３０を溶接部位１２４で溶接する。この結果、センサユニット１３０は圧入と溶接によってハウジング筒状部１０６に強固に固定される。以上により、圧力センサ１００が製造される（組立てられる）。
【００５８】
なお、第１実施例の圧力センサ１００とこれを構成するセンサユニット１３０の組立順序は上記の順序には限られない。センサユニット１３０については、例えば接地端子１１２の筒部１１２ｂに薄板部１１２ａを溶接した後に、その薄板部１１２ａにセンサ部９２０の接地電極９６０を接続し、センサ部９２０の電流流入電極９４０を電流流入電極９６２に接続し、その電流流入電極９６２と接地端子１１２の筒部１１２ｂの間をガラスはんだ１１６で封止するという順序で組立ててもよい。圧力センサ１００については、例えばハウジング筒状部１０６内にセンサユニット１３０を圧入し、ハウジング筒状部１０６のロッドガイド１１０に力伝達ロッド１０８を圧入し、ハウジング筒状部１０６にハウジング前端部１０４を溶接するという順序で組立ててもよい。
【００５９】
第１実施例によって得られる作用効果を以下に列挙する。
第１実施例の圧力センサ１００によると、従来の圧力センサのように４つの電極ををそれぞれ端子に接続する必要がない。第１実施例の圧力センサ１００では、２つの電極９６０、９６２をそれぞれ端子１１２、１２０に接続すればよい。よって、接続作業を容易化できる。また、接続後の構成も簡単化あるいは小型化できる。このため、接続後の構成の信頼性も向上できる。
【００６０】
第１実施例の圧力センサ１００の構造によると、接地電極９６０と接地端子１１２の薄板部１１２ａ、及び電流流入電極９６２と電流流入端子１２０を無理なく面接続できる。よって、これらの電極９６０、９６２と端子１１２、１２０の接続をワイヤを介して行わないようにすることができる。このため、これらの電極９６０、９６２と端子１１２、１２０をワイヤを介して接続することに起因する問題を低減ないしは解消できる。具体的には、第１実施例の圧力センサ１００では、電極９６０、９６２と端子１１２、１２０を無理なく面接続できるので、経年劣化や衝撃や温度上昇等によって電極９６０、９６２と端子１１２、１２０間が剥離する可能性を非常に低くできる。また、電極９６０、９６２と端子１１２、１２０の接続の際にはワイヤを用いずに電極９６０、９６２と端子１１２、１２０を面接続するだけでよいので、接続作業が容易である。また、電極９６０、９６２又は端子１１２、１２０を小型化しても、接続作業が急激には困難にならない。また、この圧力センサ１００はピエゾ抵抗素子９３２を用いているので、圧電素子を用いた圧力センサでは検知が困難な静圧も検知できる。
【００６１】
接地端子１１２の薄板部１１２ａはダイヤフラム状の可撓性である。よって、力伝達ロッド１０８とセンサ部９２０に挟まれた位置に配置しても、力伝達ロッド１０８の後端側への変位を妨げない。力伝達ロッド１０８が後端側に変位したときには、薄板部１１２ａも後端側にたわむからである。
接地端子１１２は薄板部１１２ａの他に、ハウジング筒状部１０６に対して固定され、ハウジング１０２の軸方向に伸びる筒部１１２ｂを有する。薄板部１１２ａの後端面の外縁は筒部１１２ｂの前端面に溶接されている。よって、薄板部１１２ａは安定的に支持された状態となっている。
【００６２】
電流流入端子１２０は、ハウジング１０２の軸方向に伸びる棒状である。その電流流入端子１２０の大径棒状部１２０ａの前端面がセンサ部９２０の後端面の電流流入電極９６２に接続されている。よって、電流流入電極９６２よりも後端側の空間に電流流入端子１２０が配置されるので、ハウジング１０２内の空間を有効利用が図れる。図１１に示す従来の圧力センサ１では、センサ部２０の外側に、センサ部２０を囲うように端子１２ａ〜１２ｄを配置しているが、このように構成する必要がない。このため、圧力センサの特にハウジング径方向の大きさを小さくできる。
【００６３】
電流流入電極９６２とハウジング１０２の間はガラスはんだ１１６によって封止されている。よって、電流流入端子１２０とハウジング筒状部１０６の間からセンサ部９２０側への気体や液体の侵入を阻止できる。このため、圧力センサ１００の信頼性を向上できる。また、ガラスはんだ１１６で封止することで、電流流入端子１２０をハウジング１０２に対し固定することもできる。電流流入端子１２０がハウジング１０２に対して固定されると、電流流入端子１２０がセンサ部９２０を載置し、あるいは、固定する役割を果たすことになる、よって、図１０に示す従来の圧力センサ１のような支持基台１４が不要となる。このため、圧力センサの部品点数を減少させることができる。
【００６４】
センサ部９２０は、上記のように構成されたセンサブロック９３０と回路ブロック９４０を有する。この構成によると、ダイヤフラム部１０４ａが受けた圧力が力伝達ロッド１０８を通じて力に変換され、その力がセンサブロック９３０からメサ段差状に突出したピエゾ抵抗素子９３２に集中して作用する。よって、ピエゾ抵抗素子９３２には大きな応力が作用する。ピエゾ抵抗素子９３２の抵抗値の変化量は、作用した応力の大きさに比例する。このため、センサ部９２０を上記のように構成すると、ピエゾ抵抗素子９３２の抵抗値の変化量を大きくできる。即ち、圧力センサ１００を高感度化できる。
【００６５】
また、ピエゾ抵抗素子９３２ａ〜９３２ｄはセンサブロック９３０の後端面領域の２分の１以上を囲むように□形に形成されている。よって、ピエゾ抵抗素子９３２ａ〜９３２ｄが突出した形状であっても、両ブロック９３０、９４０間でがたつき等が生じにくい。また、ピエゾ抵抗素子９３２ａ〜９３２ｄで囲まれた後端面領域に接続部９３３ａ〜９３３ｄが形成されている。このため、センサブロック９３０の後端面領域の有効利用を図ることができる。
さらに、回路ブロック９４０にオペアンプ９８０やトランジスタ９８２や定電流源９７４、抵抗９７６、９７８、９８４等を形成することで、フルブリッジ構成を採用して内部的には４つの電極９３４ａ〜９３４ｄを有していても、外部端子（電流流入端子１２０、接地端子１１２）と接続する電極を２つ（電流流入電極９６０、接地電極９６２）にすることが容易に行える。また、外部からみたときのインピーダンスを小さくできるので、外部からのノイズ成分の影響を低減できる。さらに、ピエゾ抵抗素子９３２の抵抗変化を所望の大きさの電流Ｉｏの変化に変換することも容易に行える。
【００６６】
センサユニット１３０は上記したように構成されているので、製造し易く、信頼性も高く、しかも、ハウジング１０２内への組込みも非常に容易に行える。また、このセンサユニット１３０を用いることで、圧力センサの組立工程数を従来の圧力センサに比べて減らすことができる。
【００６７】
（第２実施例） 図７に第２実施例の圧力センサ２００の断面図を示す。この圧力センサ２００では、ハウジング筒状部２０６の前端部２０６ａが第１実施例のロッドガイド１１０に相当する機能を果たしている。第１実施例では、図１に示すように接地端子１１２の筒部１１２ｂが溶接部位１２４でハウジング筒状部１０６に溶接されていたが、第２実施例では、図７に示すように接地端子２１２の筒部２１２ｂはハウジング筒状部２０６に溶接されていない。接地端子２１２の筒部２１２ｂよりもひと回り大きい外側筒部２２６が溶接部位２２４でハウジング筒状部２０６に溶接されている。この外側筒部２２６と接地端子２１２の筒部２１２ｂの間はガラスはんだ２３２で封止されている。この結果、ハウジング２０２に対して外側筒部２２６が固定され、その外側筒部２２６に対して接地端子２１２の筒部２１２ｂが固定された状態となっている。即ち、ハウジング２０２に対して接地端子２１２の筒部２１２ｂは固定されている。また、ハウジング２０２と接地端子２１２の筒部２１２ｂは絶縁された状態となっている。また、センサ部９２０及び電流流入端子２２０の大径棒状部２２０ａと、接地端子２１２の筒部２１２ｂの間には、絶縁パイプ２１３が設けられている。これらの点が第１実施例と主に異なる。
【００６８】
第２実施例の圧力センサ２００の製造方法（組立方法）を図７を参照して説明する。ハウジング筒状部２０６の前端部２０６ａに形成された空洞に力伝達ロッド２０８を圧入する。次に、ハウジング前端部２０４とハウジング筒状部２０６を溶接部位２２２で溶接する。次に、後端側からハウジング筒状部２０６内に外側筒部２２６を圧入し、溶接部位２２４で溶接する。次に、第１実施例の場合と同様にして組立てたセンサユニット２３０を外側筒部２２６に挿入する。次に、センサユニット２３０と外側筒部２２６の間をガラスはんだ２３２で封止する。この結果、圧力センサ２００が製造される（組立てられる）。
【００６９】
第２実施例の圧力センサ２００によると、第１実施例の圧力センサ１００と基本的に同様の作用効果が得られる。また、ハウジング２０２を介さずに接地端子２１２の接地を行える。さらに、端子２１２はハウジング２０２と電気的に絶縁されているので、端子２１２を接地端子として使用せずに、電流流入端子又は電圧印加端子として使用することもできる。
【００７０】
（第３実施例） 第３実施例は、第１実施例の圧力センサ１００において、センサ部９２０に代えて、図８と図９に示すセンサ部（力検知素子）３００ａ（３００）を用いたものである。
図８と、図８のＡ−Ａ線断面図である図９に示すように、センサ部３００ａは、センサブロック３０２と、力伝達ブロック３１２を備えている。センサブロック３０２は、ｎ型シリコン基板によって形成されている。センサブロック３０２は、ブロック部３０３と、そのブロック部３０３の表面から突出する突出部３０６ａ〜３０６ｃ、３０４（図８参照）を有する。
突出部３０６ａ，３０６ｃは、直方体状に形成されている。突出部３０６ｂは、平面視すると突出部３０６ａ，３０６ｃよりも細長い直方体状に形成されている。突出部３０４は円柱状に形成され、４つ形成されている。これらの突出部３０６ａ〜３０６ｃ、３０４の高さは等しい。これらの突出部３０６ａ〜３０６ｃ、３０４は、ｎ型シリコン基板の表面部をパターニングすることで形成されている。
【００７１】
突出部３０６ａ〜３０６ｃは上記したようにｎ型シリコン基板の表面部をパターニングしたものであり、元々はｎ型である。しかし、図９に示すように、突出部３０６ａの上部の一部と、突出部３０６ｂ，３０６ｃの上部には、ｐ型不純物が添加されて、それぞれｐ型領域３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃが形成されている。このｐ型領域３２０（特にｐ型領域３２０ｂ）は、応力が作用すると電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子として機能する。突出部３０６ａの上部の他の一部には、ｎ型不純物が添加されて、高濃度ｎ型領域３１８が形成されている。突出部３０６ａ〜３０６ｃのｐ型領域３２０ａ〜３２０ｃと、これらに隣接するｎ型領域によって、ｐｎ接合分離構造が形成されている。
突出部３０６ａの高濃度ｎ型領域３１８とｐ型領域３２０ａ上に亘って、電流バイパス用の電極３０８が形成されている。突出部３０６ｃのｐ型領域３２０ｃ上には、中継電極３１０が形成されている。
なお、ＳＯＩ基板のシリコン酸化層を利用すること等によって、ｐ型領域３２０ａ〜３２０ｃを周囲から絶縁してもよい。
【００７２】
ｎ型シリコン基板からなるブロック部３０３の裏面部にも、ｎ型不純物がさらに添加されて、高濃度のｎ型領域３１６が形成されている。この高濃度ｎ型領域３１６に隣接して、ブロック部３０３の裏面側に電流流入電極３１４が形成されている。この電流流入電極３１４は、図２等のセンサ部９２０の電流流入電極９６２と同様の役割を果たすものである。この電流流入電極３１４は、ピエゾ抵抗素子（ｐ型領域）３２０ｂに電気的に接続されている。なお、実際には、力検知ブロック３０２の表面（突出部３０６が形成された面）は図示しないシリコン酸化膜等の絶縁膜で覆われている。
【００７３】
力伝達ブロック３１２は、可動イオンを含むガラス（パイレックスガラス（登録商標）等）によって形成されている。力伝達ブロック３１２は、図８に示すように、４つの円柱状の突出部３０４によって４隅付近が支持されるとともに、中間部が、細長状の突出部３０６ｂの全体と突出部３０６ａ，３０６ｃの一部によって支持されている。詳細には、力伝達ブロック３１２は、これらの突出部３０４，３０６ａ〜３０６ｃに陽極接合されて、強固に固定されている。
【００７４】
力伝達ブロック３１２は６面体である。この力伝達ブロック３１２の側面の１つ３１２ａは、力伝達ブロック３１２の頂面と鈍角をなして傾斜している。力伝達ブロック３１２の頂面上から、その頂面に対して鈍角をなす傾斜面３１２ａ上を経由して、突出部３０６ｃ上（その上の電極３１０上）に至るまで、金属電極膜３２２が蒸着されている。この金属電極膜３２２はアルミや銅等によって形成すればよい。このように金属電極膜３２２を蒸着すると、力伝達ブロック３１２の頂面上から、その頂面に対して直角あるいは鋭角をなす側面上を経由して金属電極膜を蒸着する場合に比べて、金属電極膜を良好に蒸着できる。
この金属電極膜３２２は、図２等のセンサ部９２０の接地電極９６０と同様の役割を果たすものである。上記した構成によって、金属膜（接地電極）３２２は、ピエゾ抵抗素子（ｐ型領域）３２０ｂに電気的に接続されている。なお、図８には、金属電極膜３２２が形成されていない状態のセンサ部３００ａ（３００）を示している。
【００７５】
次に、第３実施例のセンサ部３００ａの動作について説明する。このセンサ部３００ａを図１の圧力センサ１００に組込むとする。具体的には、センサ部３００ａの金属電極膜（接地電極）３２２を接地端子１１２の薄板部１１２ａに面接触させる。また、センサ部３００ａの電流流入電極３１４を電流流入端子１２０の前端面に面接触させる。
この状態で、電流流入端子１２０からの電流が、電流流入電極３１４を通じてセンサ部３００ａに流れ込むと、その電流は、図９の点線の矢印に示すように、ブロック部３０３の高濃度ｎ型領域３１６、ブロック部３０３のｎ型領域、突出部３０６ａのｎ型領域、突出部３０６ａの高濃度ｎ型領域３１８、電流バイパス用電極３０８、ｐ型領域３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ、中継電極３１０を経由して、金属電極膜（接地電極）３２２に達し、接地端子１１２（図１参照）に至る。
センサ部３００ａは、電気的にみると、図１０に示すようなｐ型領域３２０ｂによって構成されるピエゾ抵抗素子による単ゲージ構成となっている。
【００７６】
（第４実施例） 第４実施例は、第１実施例の圧力センサ１００において、センサ部９２０に代えて、図８と図１１に示すセンサ部（力検知素子）３００ｂ（３００）を用いたものである。図８は、センサ部３００ｂの平面図であり、第３実施例で説明したセンサ部３００ａ同様である。図１１に、図８のＡ−Ａ線での断面図を示す。
図９に示す第３実施例のセンサ部３００ａでは、金属電極膜３２２が中継電極３１０を覆う位置まで蒸着されており、中継電極３１０と金属電極膜３２２が直接に電気的に接続されているのに対し、図１１に示す第４実施例のセンサ部３００は、中継電極３１０と金属電極膜（接地電極）３２２が半田部３２４を介して電気的に接続されている点で異なる。なお、半田部３２４に代えて、導電性接着剤等を用いてもよい。
【００７７】
（第５実施例） 第５実施例は、第１実施例の圧力センサ１００において、センサ部９２０に代えて、図１２に示すセンサ部（力検知素子）３３０を用いたものである。
図９に示す第３実施例のセンサ部３００ａ等では、力伝達ブロック３１２がガラスによって形成されていたのに対し、図１２に示す第５実施例のセンサ部３３０は、力伝達ブロック３３２が導電性材料によって形成されている。導電性材料としては、例えば各種金属や、不純物が添加されたシリコン等が挙げられる。そして、この導電性材料からなる力伝達ブロック３３２と電極３１０が半田部３３４を介して電気的に接続されている。これらの点で第３実施例のセンサ部３００ａ等と異なる。
【００７８】
（第６実施例） 第６実施例は、第１実施例の圧力センサ１００において、センサ部９２０に代えて、図１３と図１４に示すセンサ部（力検知素子）３５０ａ（３５０）を用いたものである。
図１３と、図１３のＡ−Ａ線断面図である図１４に示すように、第６実施例のセンサ部３５０ａは、大局的にいうと、図８と図９に示す第３実施例のセンサ部３００ａの２つを一体化させたような構造となっている。以下では、第６実施例のセンサ部３５０ａに固有な内容を中心に説明する。
【００７９】
センサ部３５０ａは、センサブロック３５２と、力伝達ブロック３６２を備えている。センサブロック３５２は、突出部３５６ａ〜３５６ｅ、３５４（図１３参照）を有する。円柱状の突出部３５６ｃから図１３と図１４の左右方向に対称的に細長状の突出部３５６ｂ，３５６ｄと、直方体状の突出部３５６ａ，３５６ｅが伸びている。図１３に示すように、円柱状の突出部３０４は６つ形成されている。
【００８０】
図１４に示すように、突出部３５６ａの上部の一部と、突出部３５６ｂ〜３５６ｄの上部と、突出部３５６ｅの上部の一部には、ｐ型不純物が添加されて、それぞれｐ型領域３７０ａ〜３７０ｅが形成されている。このｐ型領域３７０（特にｐ型領域３７０ｂ，３７０ｄ）は、応力が作用すると電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子として機能する。突出部３５６ａ，３５６ｅの上部の他の一部には、ｎ型不純物が添加されて、それぞれ高濃度ｎ型領域３６８，３６９が形成されている。突出部３５６ａの高濃度ｎ型領域３６８とｐ型領域３７０ａ上に亘って、電流バイパス用の電極３５８が形成されている。同様に、突出部３５６ｅの高濃度ｎ型領域３６９とｐ型領域３７０ｅ上に亘って、電流バイパス用の電極３５９が形成されている。突出部３５６ｃのｐ型領域３７０ｃ上には、中継電極３６０が形成されている。
【００８１】
図１３に示すように、力伝達ブロック３６２は、６つの円柱状の突出部３５４によって側部が支持されるとともに、中間部（但し中心部を除く）が、細長状の突出部３５６ｂ，３５６ｄの全体と、突出部３５６ａ，３５６ｅの一部によって支持されている。図１３と図１４に示すように、力伝達ブロック３６２には、中心部に逆円錐状の空洞部３６３が形成されている。この力伝達ブロック３６２のうち、空洞部３６３の側壁を形成する側面３６２ａ（図１４参照）は、力伝達ブロック３６２の頂面と鈍角をなして傾斜している。力伝達ブロック３６２の頂面上から、その頂面に対して鈍角をなす傾斜面３６２ａ上を経由して、突出部３５６ｃ上（その上の中継電極３６０上）に至るまで、金属電極膜（接地電極）３７２が蒸着されている。なお、図１３には、金属電極膜３２２が形成されていない状態のセンサ部３５０が示されている。
【００８２】
次に、第６実施例のセンサ部３５０ａの動作について説明する。このセンサ部３５０ａを図１の圧力センサ１００に組込むとする。具体的には、センサ部３５０ａの金属電極膜（接地電極）３７２を接地端子１１２の薄板部１１２ａに面接触させる。また、センサ部３５０ａの電流流入電極３６４を電流流入端子１２０の前端面に面接触させる。
この状態で、電流流入端子１２０からの電流が、電流流入電極３６４を通じてセンサ部３５０ａに流れ込むと、その電流は分岐して、一方は、図１４の点線の一方の矢印に示すように、ブロック部３５３の高濃度ｎ型領域３６６、ブロック部３５３のｎ型領域、突出部３５６ａのｎ型領域、突出部３５６ａの高濃度ｎ型領域３６８、電流バイパス用電極３５８、ｐ型領域３７０ａ，３７０ｂ，３７０ｃ、中継電極３６０を経由して、接地電極（金属電極膜）３７２に達し、接地端子１１２（図１参照）に至る。
【００８３】
分岐した電流の他方は、図１４の点線の他方の矢印に示すように、ブロック部３５３の高濃度ｎ型領域３６６、ブロック部３５３のｎ型領域、突出部３５６ｅのｎ型領域、突出部３５６ｅの高濃度ｎ型領域３６９、電流バイパス用電極３５９、ｐ型領域３７０ｅ，３７０ｄ，３７０ｃ、中継電極３６０を経由して、接地電極（金属電極膜）３７２に達し、接地端子１１２（図１参照）に至る。
センサ部３５０ａは、電気的にみると、ピエゾ抵抗素子（ｐ型領域）３７０ｂと、ピエゾ抵抗素子（ｐ型領域）３７０ｄが並列接続された構成となっており、等価的に単ゲージ構成となっている。
【００８４】
（第７実施例） 第７実施例は、第１実施例の圧力センサ１００において、センサ部９２０に代えて、図１３と図１５に示すセンサ部（力検知素子）３５０ｂ（３００）を用いたものである。
図１４に示す第６実施例のセンサ部３５０ａでは、金属電極膜３７２が中継電極３６０を覆う位置まで蒸着されており、電極３６０と金属電極膜３７２が直接に電気的に接続されているのに対し、図１５に示す第７実施例のセンサ部３５０ｂは、中継電極３６０と金属電極膜（接地電極）３７２は半田部３７４を介して電気的に接続されている点で異なる。
【００８５】
（第８実施例） 図１６に、第８実施例の圧力センサ４００の断面図を示す。図１７に、図１６の圧力センサ４００のセンサ部（力検知素子）３８０の拡大断面図を示す。
第８実施例の圧力センサ４００は、ハウジング４０２と、力伝達ロッド４０８と、センサユニット４３０等を備えている。ハウジング４０２は、ハウジング前端部４０４とハウジング筒状部４０６を有する。ハウジング前端部４０４とハウジング筒状部４０６は、溶接部位４２２で溶接されている。センサユニット４３０は、センサ部（力検知素子）３８０と、支持基台４１２と、支持基台４１２中に充填された接地端子４１４及び電流流入端子４１６を備えている。センサユニット４３０は、その支持基台４１２がハウジング筒状部４０６に圧入されるとともに、段差部４０６ａに係合することで、ハウジング４０２に対して強固に固定されている。
【００８６】
図１７に示す第８実施例のセンサ部３８０は、図９に示す第３実施例のセンサ部３００ａ等を変形した構造である。具体的には、センサ部３００ａでは、力伝達ブロック３８２の頂面や側面等に金属電極膜が蒸着されているが、第８実施例のセンサ部３８０の力伝達ブロック３８２等には、金属電極膜が蒸着されていない。センサ部３８０では、図１６と図１７に示すように電極３１０にワイヤ４１０の一端が接続されており、ワイヤ４１０の他端は接地端子４１４に接続されている。即ち、本実施例では、電極３１０は第３実施例のセンサ部３００ａ等にいう中継電極ではなく、接地電極として機能する。図１６の電流流入端子４１６の上端部には円板部が形成されており、その円板部の頂面にセンサ部３８０の電流流入電極３６４（図１７参照）が面接触している。このように、センサ部３８０では、接地電極３１０に達した電流は、その接地電極３１０に接続されたワイヤ４１０を経由して接地端子４１４に達するように構成されている。
【００８７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
（１）本実施例では、図１や図５に示すようにセンサ部９２０におけるピエゾ抵抗素子９３２を含む部位をセンサブロック９３０と回路ブロック９４０によって構成しているが、このように構成しなくてもよい。センサ部９２０は、要するに受圧部（本実施例ではダイアフラム部１０４ａと力伝達ロッド１０８）が受けた圧力に起因する力が作用すると抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を含んだ部位を有していればよい。例えばピエゾ抵抗素子はメサ段差状でなくてもよいし、ブロックの内部に形成されていてもよいし、ブロック全体がピエゾ抵抗素子であるようなものであってもよい。また、ピエゾ抵抗素子は、フルブリッジ構成のみならず、ハーフブリッジ構成や、単ゲージ構成であってもよい。
【００８８】
（２）上記実施例では、図１に示すように接地端子１１２の薄板部１１２ａの形状を円板状としたが、薄板部１１２ａの形状はこれに限られない。例えば図１８のような形状であってもよい。図１８は、接地端子１１２の薄板部１１２ａと筒ｆ部１１２ｂを前端側から後端側の向きにみたときの１つの構成例を示す。接地端子１１２の薄板部１１２ａは、中央に矩形部と、その矩形の対角に位置する２つの角部から外方へ伸びる２本の細長部で構成されている。この２本の細長部の端が筒部１１２ｂに溶接部位１１３で溶接されている。また、図１９に示すように十字状に形成し、その十字状の４ヶ所の端と筒部１１２ｂを溶接部位１１３で溶接してもよい。
【００８９】
（３）図１の接地端子１１２の薄板部１１２ａに相当する部位は、薄板状でなくてもよい。例えば直方体状であってもよい。
（４）上記実施例では、図１に示すように接地端子１１２は薄板部１１２ａと筒部１１２ｂによって構成されているが、筒部１１２ｂはなくてもよい。この場合、例えば薄板部１１２ａの外周部をハウジング１０２や力伝達ロッド１０８等に接触させて接地させることができる。
（５）図１の電流流入端子１２０と接地端子１１２の間はガラスはんだ１１６で封止しているが、他の絶縁性材料で封止あるいは固定をしてもよい。
（６）上記実施例では、端子１２０、１１２と電極９６２、９６０の接続は面接続で行っているが、線的な接続等であってもよく、接続の態様に限定はない。
（７）回路ブロック９４０に形成する回路は図６に示す回路に限られないのは勿論であり、様々な態様の回路を形成することで本発明又は本実施例の作用効果を得ることができる。
【００９０】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例の圧力センサの断面図を示す。
【図２】 センサ部の概略斜視図を示す。
【図３】 センサ部のセンサブロックを前端側から後端側にみたときの、センサブロックの後端面の構成を示す。
【図４】 センサ部の回路ブロックを前端側から後端側にみたときの、回路ブロックの前端面の構成を示す。
【図５】 図３のセンサブロックのＡ−Ａ線断面図を上側に、図４の回路ブロックのＢ−Ｂ線断面図を下側に示す。
【図６】 第１実施例の圧力センサの使用時の電気的構成を示す。
【図７】 第２実施例の圧力センサの断面図を示す。
【図８】 第３及び第４実施例のセンサ部の平面図を示す。
【図９】 第３実施例のセンサ部の図８のＡ−Ａ線での断面図を示す。
【図１０】 単ゲージ構成を示す。
【図１１】 第４実施例のセンサ部の図８のＡ−Ａ線での断面図を示す。
【図１２】 第５実施例のセンサ部の断面図を示す
【図１３】 第６及び第７実施例のセンサ部の平面図を示す。
【図１４】 第６実施例のセンサ部の図１３のＡ−Ａ線での断面図を示す。
【図１５】 第７実施例のセンサ部の図１３のＡ−Ａ線での断面図を示す。
【図１６】 第８実施例の圧力センサの断面図を示す
【図１７】 第８実施例の圧力センサのセンサ部の拡大断面図を示す。
【図１８】 接地端子を前端側から後端側の向きへみた第１変形例を示す。
【図１９】 接地端子を前端側から後端側の向きへみた第２変形例を示す。
【図２０】 従来の圧力センサの断面図を示す。
【図２１】 図２０のＣ−Ｃ線の概略断面図を示す。
【図２２】 従来の圧力センサの使用時の電気的構成を示す。
【符号の説明】
１０２：ハウジング
１０４ａ：ダイアフラム部
１０８：力伝達ロッド
１１２：接地端子
１２０：電流流入端子
９２０：センサ部
９３０：センサブロック
９４０：回路ブロック
９６０：接地電極
９６２：電流流入電極

Claims (11)

1. ハウジングと、センサ部と、受圧部と、第１端子と、第２端子を備え、
   センサ部は、ハウジング内に配置されているとともに、ピエゾ抵抗素子を含む部位と、ピエゾ抵抗素子を含む部位のうち受圧部側を向いた面に設けられている第１電極と、ピエゾ抵抗素子を含む部位のうち受圧部側を向いた面の反対面に設けられている第２電極を有し、
   第１端子は、受圧部の変位によって変位可能であるとともに、受圧部とセンサ部に挟まれた位置で第１電極に接続されており、
   第２端子は、ハウジングの軸方向に伸びる棒状であるとともに、受圧部側を向いた面が第２電極に接続されており、
   センサ部においては、センサ部外の端子に接続されている電極が第１電極と第２電極のみであり、
   第１端子と第２端子間の電圧又は電流からピエゾ抵抗素子の電気抵抗値の変化を検出可能に構成されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 第１電極と第１端子、第２電極と第２端子の少なくとも一方がワイヤを介さずに電気的に接続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。
3. 第１電極と第１端子、第２電極と第２端子の両方がワイヤを介さずに電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 第１端子はハウジングの径方向に伸びる薄板状であり、
   その第１端子のうち受圧部側を向いた面の反対面が第１電極に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧力センサ。
5. 第１端子に連結され、ハウジングに対して固定され、ハウジングの軸方向に伸びる筒状の第３端子をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力センサ。
6. 第２端子がハウジングに対し固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧力センサ。
7. 第２端子とハウジングの間が封止されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧力センサ。
8. ピエゾ抵抗素子を含む部位は、２つのブロックを有し、
   一方のブロックの表面にはその主面から突出するピエゾ抵抗素子が形成され、その一方のブロックの裏面には第１電極と第２電極のうち一方の電極が設けられ、
   他方のブロックの表面は前記ピエゾ抵抗素子と接触し、その他方のブロックの裏面には第１電極と第２電極のうち他方の電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧力センサ。
9. 一方のブロックの表面においてその主面から突出したピエゾ抵抗素子はそのブロックの表面領域の４分の１以上を囲むように形成されていることを特徴とする請求項８に記載の圧力センサ。
10. 他方のブロックは処理回路を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の圧力センサ。
11. 圧力センサを構成するためのセンサユニットであって、
    センサ部と、第１端子と、第２端子と、筒状の第３端子を備え、
    センサ部は、第３端子内であって第１端子と第２端子の間に配置されているとともに、ピエゾ抵抗素子を含む部位と、ピエゾ抵抗素子を含む部位のうち第１端子側を向いた面に設けられている第１電極と、ピエゾ抵抗素子を含む部位のうち第２端子側を向いた面に設けられている第２電極を有し、
    第１端子は、筒状の第３端子の径方向に伸びる薄板状であるとともに、第３端子の端部に連結された状態で、センサ部側を向いた面が第１電極に接続されており、
    第２端子は、筒状の第３端子の軸方向に伸びる棒状であるとともに、第３端子内に配置された状態で、センサ部側を向いた端面が第２電極に接続されていることを特徴とするセンサユニット。

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