(57)【要約】【課題】ステムと検出回路とを絶縁する絶縁膜の膜剥がれやクラックの問題を防止する圧力センサ。【解決手段】平面状の外底面と、前記外底面に対して交差する方向に伸びる外側面と、前記外底面の反対面であって測定対象である流体からの圧力を受ける受圧内面と、を有するステムと、前記外底面に対して、絶縁膜を挟んで設けられる検出回路と、を有し、前記ステムは、前記外底面を取り囲むように形成され、前記外底面に平行な方向から見て前記外底面および前記外側面とは異なる方向を向く面で構成され、前記外底面と前記外側面とを接続する裾野部を有し、前記絶縁膜は、前記裾野部の少なくとも一部を覆う圧力センサ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の外底面と、前記外底面に対して交差する方向に伸びる外側面と、前記外底面の反対面であって測定対象である流体からの圧力を受ける受圧内面と、を有するステムと、
前記外底面に対して、絶縁膜を挟んで設けられる検出回路と、を有し、
前記ステムは、
前記外底面を取り囲むように形成され、前記外底面に平行な方向から見て前記外底面および前記外側面とは異なる方向を向く面で構成され、前記外底面と前記外側面とを接続する裾野部を有し、
前記絶縁膜は、前記裾野部の少なくとも一部を覆う圧力センサ。
【請求項２】
前記外底面に垂直な方向から見て、前記外底面と前記裾野部との境界である第１境界から、前記裾野部と前記外側面との境界である第２境界までの長さは、１０μｍ以上１ｍｍ以下である請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記裾野部は、前記外底面を取り囲むように形成され、前記外底面に直交する断面で見て前記外底面に対して３０度から６０度の角度をなす傾斜面を有する請求項１又は請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記傾斜面は、前記外底面に対して直接接続するか、又は前記外底面に対して前記傾斜面より小さい角度をなす接続面を介して接続する請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記傾斜面は、前記外底面に直交する断面で見て、前記外底面に対して一定の角度をなす請求項３又は請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記傾斜面は、前記外底面に直交する断面でみて、前記外底面から離れるに従って前記外底面に対してなす角度が大きくなるように変化する請求項３又は請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記裾野部は、前記外底面に直交する断面でみて、前記外底面と前記裾野部との境界である第１境界から離れるに従って、前記外底面に対してなす角度が遷移的に大きくなる曲面形状を有する請求項１から請求項３までのいずれかに記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステムの外底面に絶縁膜を挟んで検出回路を設ける圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサとして、金属などで形成されるステムの外底面に、絶縁膜を挟んで検出回路を設けるものが知られている。検出回路としては、たとえば圧抵抗効果（ピエゾ抵抗効果ともいう）を利用して、ステムの底壁部（メンブレン、またはダイアフラムともいう）の歪を抵抗変化により検出するものがある。このような圧力センサでは、絶縁膜が、ステムと検出回路との間の絶縁性を確保することにより、検出回路による適切な圧力検出を実現する。
【０００３】
しかしながら、このような圧力センサの絶縁膜は、圧力による変形を生じるステムの底壁部に形成されるため、また、測定対象の流体によっては高温環境に曝されるため、膜剥がれやクラックなどを生じる問題がある。絶縁膜に生じる膜剥がれやクラックは、圧力センサの性能低下および耐久寿命の低下につながるおそれがあるため、課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１３７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、ステムと検出回路とを絶縁する絶縁膜の膜剥がれやクラックの問題を防止する圧力センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧力センサは、
平面状の外底面と、前記外底面に対して交差する方向に伸びる外側面と、前記外底面の反対面であって測定対象である流体からの圧力を受ける受圧内面と、を有するステムと、
前記外底面に対して、絶縁膜を挟んで設けられる検出回路と、を有し、
前記ステムは、
前記外底面を取り囲むように形成され、前記外底面に垂直な方向から見て前記外底面および前記外側面とは異なる方向を向く面で構成され、前記外底面と前記外側面とを接続する裾野部を有し、
前記絶縁膜は、前記裾野部の少なくとも一部を覆う。
【０００７】
本発明に係る圧力センサでは、絶縁膜が密着するステムの表面に、裾野部が形成されている。従来のステムでは、外底面と外側面とが略垂直に接続しているため、絶縁膜においてこの部分を覆う部分およびその周辺に応力集中が生じ、膜剥がれやクラックの起点になっていたと考えられる。これに対して、本発明に係る圧力センサのステムでは、外底面と外側面とが直接接続されるのではなく、外底面と外側面とが裾野部を介して接続されている。したがって、裾野部の存在が、外底面と外側面との間の急激な面の向きの変化を緩和し、ステムの表面を覆う絶縁膜での応力集中を低減することにより、本発明に係る圧力センサは、絶縁膜の膜剥がれやクラックなどの発生を防止できる。
【０００８】
また、たとえば、前記外底面に垂直な方向から見て、前記外底面と前記裾野部との境界である第１境界から、前記裾野部と前記外側面との境界である第２境界までの長さは、１０μｍ以上１ｍｍ以下であってもよい。
【０００９】
裾野部の長さを１０μｍ以上とすることにより、裾野部およびその周辺を覆う絶縁膜での応力集中を、より効果的に低減できるため、このような裾野部を有する圧力センサは、耐久性や信頼性のさらなる改善効果が得られる。また、裾野部の長さを１ｍｍ以下とすることにより、圧力センサの小型化に資する。
【００１０】
また、たとえば、前記裾野部は、前記外底面を取り囲むように形成され、前記外底面に直交する断面でみて前記外底面に対して３０度から６０度の角度をなす傾斜面を有してもよい。
【００１１】
このような傾斜面を有する裾野部を設けることにより、外底面と裾野部の境界と、裾野部と外側面の境界のいずれの境界においても、これらの部分を覆う絶縁膜における応力集中を低減することができる。したがって、このような圧力センサは、絶縁膜の膜剥がれやクラックなどの発生を効果的に防止できる。
【００１２】
また、たとえば、前記傾斜面は、前記外底面に対して直接接続するか、又は前記外底面に対して前記傾斜面より小さい角度をなす接続面を介して接続してもよい。
【００１３】
このような傾斜面を有する裾野部は、特に外底面と裾野部の境界を覆う絶縁膜への応力集中を、効果的に低減し、外底面およびその近くでの絶縁膜の膜剥がれやクラックなどの発生を、効果的に防止できる。
【００１４】
また、たとえば、前記傾斜面は、前記外底面に直交する断面でみて、前記外底面に対して一定の角度をなしてもよい。
【００１５】
このような傾斜面は、機械加工などにより容易に精度よく形成でき、寸法ばらつきを低減することが可能であるため、このようなステムを有する圧力センサは生産性が良好である。
【００１６】
また、たとえば、前記傾斜面は、前記外底面に直交する断面でみて、前記外底面から離れるに従って前記外底面に対してなす角度が大きくなるように変化してもよい。
【００１７】
傾斜面の角度が変化することにより、傾斜面を含む裾野部と、外底面および外側面との境界部分での面方向の変化を、より効果的に低減することができる。したがって、このような圧力センサは、絶縁膜の膜剥がれやクラックなどの発生を効果的に防止できる。
【００１８】
また、たとえば、前記裾野部は、前記外底面に直交する断面でみて、前記外底面と前記裾野部との境界である第１境界から離れるに従って、前記外底面に対してなす角度が遷移的に大きくなる曲面形状を有してもよい。
【００１９】
裾野部の角度が変化することにより、裾野部と外底面および外側面との境界部分での面方向の変化を、より効果的に低減できる。また、これに加えて、裾野部と外底面とのなす角度が、境界から遷移的に大きくなるため、このような圧力センサは、絶縁膜の局所的な応力集中を効果的に防止し、膜剥がれやクラックなどの発生を効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサの模式断面図である。
【図２】図２は、図１に示す圧力センサにおけるセンサ本体部の拡大断面図である。
【図３】図３は、図２に示すセンサ本体部が有するステムの形状を表す概念図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサに含まれるセンサ本体部の拡大断面図である。
【図５】図５は、図４に示すセンサ本体部が有するステムの形状を表す概念図である。
【図６】図６は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサに含まれるステムの形状を表す概念図である。
【図７】図７は、ステムの裾野部の長さと絶縁膜の最大応力の値との関係を表すグラフである。
【図８】図８は、絶縁膜の膜厚と最大応力の値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１０の概略断面図である。圧力センサ１０は、ステム２０などを含むセンサ本体部１８、ステム２０へ圧力を伝える流路１２ｂが形成されている接続部材１２、接続部材１２に対してセンサ本体部１８を固定する抑え部材１４、ステム２０に設けられる検出回路５０などに対して配線される基板部７０などを有する。
【００２２】
図１に示すように、接続部材１２の外周には、圧力センサ１０を測定対象に対して固定するためのねじ溝１２ａが形成されている。ねじ溝１２ａを介して圧力センサ１０を固定することにより、接続部材１２の内部に形成されている流路１２ｂは、測定対象である流体で満たされる圧力室に対して、気密に連通する。
【００２３】
図１に示すように、センサ本体部１８およびセンサ本体部１８に含まれるステム２０は、有底（上底）筒状の外形状を有しており、接続部材１２における流路１２ｂの一方の端部に設けられる。ステム２０は、開口側（Ｚ軸負方向側）にフランジ部２１が設けられており、抑え部材１４と接続部材１２との間にフランジ部２１が挟み込まれることにより、センサ本体部１８が、接続部材１２に対して固定される。ステム２０の開口と接続部材１２の流路１２ｂとは、抑え部材１４を用いて気密に連結されており、測定対象の流体の圧力が、ステム２０の底壁部２２（図２参照）に伝えられる。
【００２４】
図２は、図１に示すセンサ本体部１８の拡大断面図である。センサ本体部１８は、ステム２０と絶縁膜４０と検出回路５０とを有する。ステム２０は、ＸＹ平面方向に延びる略円形板状の底壁部２２（図３（ａ）参照）と、底壁部２２の外周縁に接続してＺ軸負方向に延びる略円筒状の側壁部２５とを有する。
【００２５】
また、ステム２０は、側壁部２５におけるＺ軸負方向端部において外径方向に突出するフランジ部２１を有するが、ステム２０の形状としては、実施形態に示すもののみには限定されず、たとえば、ステムは、フランジ部を有しない有底円筒形状であってもよい。ステム２０の材料としては、たとえばステンレスなどの金属材料や、炭化ケイ素のようなセラミックス、シリコンなどの半導体材料などが挙げられるが、特に限定されない。
【００２６】
図２に示すように、絶縁膜４０は、ステム２０の外表面全体を覆うように形成されている。絶縁膜４０は、ステム２０と検出回路５０との絶縁性を確保する。検出回路５０が形成される機能膜は、絶縁膜４０を介してステム２０の外表面に形成される。なお、説明を容易にするために、図２では、絶縁膜４０および検出回路５０が形成される機能膜の厚みを、実際より厚く記載している。
【００２７】
図３は、図２に示すセンサ本体部１８におけるステム２０の形状を表す概念図である。図３（ａ）はステム２０をＺ軸正方向側から見た上面図であり、図３（ｂ）は、Ｚ軸に平行な断面によるステム２０の断面図である。なお、図３（ｂ）では、図２に示す検出回路５０が形成される機能膜と、絶縁膜４０とを、点線で示している。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、ステム２０の外表面は、外底面２４と、裾野部２８と、外側面２７と、段差面３４と、開口縁面３６を有する。
【００２８】
外底面２４は、ステム２０の上方（Ｚ軸正方向）側の端面であり、円形の平面状である。外側面２７は、外底面２４に対して交差する方向に延びている。図３に示す外側面２７は、外底面２４の延びる方向（Ｘ軸およびＹ軸方向）に対して略垂直な方向（Ｚ軸方向）に延びており、円筒側面形状である。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、裾野部２８は、外底面２４を取り囲むように形成されている。図３（ｂ）に示すように、裾野部２８は、外底面２４に平行な方向であるＹ方向又はＸ方向から見て外底面２４および外側面２７とは異なる方向を向く面で構成され、外底面２４と外側面２７とを接続する。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、外底面２４に垂直な方向（Ｚ軸方向）から見て、外底面２４と裾野部２８との境界である第１境界３１から、裾野部２８と外側面２７まとの境界である第２境界３２までの長さＬ１は、１０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以上５００μｍ以下であることがさらに好ましい。長さＬ１を所定の値以上とすることにより、裾野部２８の上に形成される絶縁膜４０での応力集中を低減することができる。また、裾野部２８の長さＬ１を所定の値以下とすることにより、ステム２０の小型化に資する。
【００３１】
図３（ｂ）に示すように、裾野部２８は、外底面２４に直交する断面で見て外底面２４に対して所定の角度θをなす傾斜面で構成される。裾野部２８を構成する傾斜面が外底面２４に対してなす角度θは、特に限定されないが、たとえば３０度から６０度とすることが好ましい。角度θをこのような範囲とすることにより、外底面２４と裾野部２８の境界である第１境界３１と、裾野部２８と外側面２７の境界である第２境界３２の、いずれの境界３１、３２の近傍においても、ステム２０の外表面を覆う絶縁膜４０における応力集中を低減することができる。
【００３２】
裾野部２８は、図３に示すように連続する１つの面で構成されていてもよいが、向きや角度が異なる複数の面を有していてもよい。図３に示す裾野部２８を構成する傾斜面は、図３（ｂ）に示すように、外底面２４に直交する断面で見て、外底面２４に対して一定の角度θをなす。このような傾斜面は、機械加工などにより容易に精度よく形成でき、ステム２０の寸法ばらつきを低減することが可能である。
【００３３】
図３に示すステム２０の段差面３４は、フランジ部２１の外表面であり、Ｘ軸およびＹ軸方向に延びておりリング形状をなす部分と、Ｚ軸方向に延びており円筒側面形状をなす部分とを有する。開口縁面３６は、ステム２０の内部に形成される空洞の開口の周りを囲むリング状の平面であり、ステム２０の下方（Ｚ軸負方向）側の端面を構成する。
【００３４】
図３（ｂ）に示すように、ステム２０の内表面は、受圧内面２３と、内側面２６とを有する。受圧内面２３は、底壁部２２における外底面２４の反対面であって、測定対象である流体からの圧力を受ける。受圧内面２３も、外底面２４と同様に平面状であるが、外底面２４がＺ軸正方向側を向く面であるのに対して、受圧内面２３はＺ軸負方向側を向く面である。
【００３５】
ステム２０の底壁部２２は、受圧内面２３が流体からの圧力を受けることにより変形し、底壁部２２の少なくとも一部がメンブレン（またはダイアフラム）として機能する。内側面２６は、側壁部２５における外側面２７の反対面である。ステム２０の底壁部２２の厚みは、測定対象である流体の圧力を受けて適切な変形を生じるように定められ、たとえば側壁部２５の厚みに比べて、薄くすることができる。
【００３６】
図２および図３（ｂ）に示されるように、圧力センサ１０では、受圧内面２３とは反対面である外底面２４に、絶縁膜４０を介して検出回路５０が設けられ、検出回路５０により、底壁部２２の変形および流体の圧力を検出する。図１および図２に示す検出回路５０としては、たとえば、圧抵抗効果（ピエゾ抵抗効果ともいう）を利用して、底壁部２２の変形および流体の圧力を検出する回路が挙げられるが、これのみには限定されない。
【００３７】
検出回路５０は、絶縁膜４０を介して外底面２４の上に設けられている。図２に示すように、検出回路５０は、機能膜の一部に対して、レーザー加工や、スクリーン印刷のような半導体加工技術による微細加工を行うことにより形成される。機能膜は、図２に示すように、ステム２０の外表面である外底面２４、裾野部２８および外側面２７などの上に、絶縁膜４０を介してこれらを間接的に覆うように形成されてもよい。また、機能膜は、これとは異なり、検出回路５０が設けられる外底面２４の上にのみ、形成されていてもよい。
【００３８】
図２に示すように、絶縁膜４０は、ステム２０の外表面である外底面２４、裾野部２８および外側面２７などを直接接触して、これらを覆うように設けられる。絶縁膜４０は、ステム２０の外表面と、検出回路５０および機能膜との間に形成されている。検出回路５０および機能膜は、絶縁膜４０によって隔てられており、ステム２０に対しては接触しない。
【００３９】
絶縁膜４０は、ステム２０の外表面のうち、外底面２４の全体を覆い、かつ、外底面２４と外側面２７とを接続する裾野部２８の少なくとも一部を覆うように設けられる。ただし、絶縁膜４０は、外底面２４および裾野部２８の全体を覆っていてもよく、図２に示すように、外底面２４および裾野部２８に加えて、外側面２７や段差面３４の少なくとも一部を覆っていてもよい。
【００４０】
絶縁膜４０は、ステム２０と検出回路５０との絶縁性を確保する。なお、図２では、絶縁膜４０は薄膜などで構成され、絶縁膜４０の厚みは、ステム２０の肉厚などに比べて薄い。
【００４１】
図１に示す圧力センサ１０は、たとえば以下のような製造工程により製造される。まず、圧力センサ１０の製造では、図３に示すようなステム２０を製造する。ステム２０は、たとえば所定の金属材料に対してプレス、切削、研磨などの機械加工を行うことにより、製造される。図３に示す裾野部２８は、たとえば、外底面２４に対して外側面２７が垂直に接続された中間製造物を製造したのち、中間製造物において外底面２４と外側面２７が接続するコーナーの部分に対して、研磨などの機械加工を施すことにより形成することができる。
【００４２】
次に、ステム２０の外表面に絶縁膜４０と機能膜とを多層形成し、形成した多層膜に対して半導体加工技術による微細加工を行うことにより多層膜に検出回路５０を形成する。これらの工程により、図２に示すようなセンサ本体部１８を得る。さらに、図１に示すように、センサ本体部１８を接続部材１２などに固定するとともに、基板７０と検出回路５０とをワイヤボンディングなどにより配線することにより、図１に示すような圧力センサ１０を製造することができる。
【００４３】
検出回路５０を有する機能膜と絶縁膜４０の、ステム２０に対する形成方法は特に限定されないが、たとえば、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ゾル・ゲル法などにより製造することができる。絶縁膜４０の材質としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナなどがあげられるが、特に限定されない。機能膜の材質としては、シリコンなどの半導体や、良導体の金属などが挙げられるが、特に限定されない。
【００４４】
また、検出回路５０を有する機能膜や絶縁膜４０のパターニング法として、半導体加工技術であるフォトパターニング法などを用いることができる。なお、ステム２０が図２に示すような裾野部２８を有していることにより、機能膜や絶縁膜４０のパターニング・形成工程において、レジストや薄膜が、垂直なエッジ部分において不均一となる問題を、効果的に防止することができる。
【００４５】
圧力センサ１０に含まれるステム２０の大きさは特に限定されないが、たとえば、図３に示す外側面２７の直径は、３ｍｍ〜２０ｍｍである。また、ステム２０に形成される絶縁膜４０の厚みも特に限定されないが、たとえば５００ｎｍ〜１００μｍである。また、ステム２０に形成される機能膜の厚みは特に限定されないが、たとえば５０ｎｍ〜１μｍである。
【００４６】
以上のように、圧力センサ１０は、図３に示すように、外底面２４と外側面２７とが直接接続されるのではなく、外底面２４と外側面２７とが裾野部２８を介して接続されており、絶縁膜４０がその上に設けられている。ここで、実施形態のような圧力センサでは、金属やセラミクスのようなステムの材料と、高誘電材料である絶縁膜との線膨張係数の違いに起因する熱応力が生じる。従来の圧力センサでは、絶縁膜においてステムの垂直なエッジ近傍を覆う部分に応力集中が生じ、絶縁膜にクラックが生じたり、絶縁膜がステム表面から剥がれたりする問題が生じていた。
【００４７】
しかし、上述した圧力センサ１０では、図２に示すように、ステム２０が裾野部２８を有するため、外底面２４と外側面２７との間における急激な面方向の変化を緩和し、ステム２０の外表面に沿って形成される絶縁膜４０での応力集中を低減することができる。したがって、このような圧力センサ１０は、絶縁膜４０にクラックが生じたり、絶縁膜４０がステム２０表面から剥がれたりする問題を防止することができ、高い耐久性と信頼性を有する。
【００４８】
また、図３（ａ）に示すように、圧力センサ１０は、裾野部２８の長さＬ１を１０μｍ以上とすることにより、裾野部２８および第１境界３１および第２境界３２の周辺に位置する絶縁膜４０での応力集中を、より効果的に低減できる。そのため、このような裾野部２８を有する圧力センサ１０は、耐久性や信頼性のさらなる改善効果が得られる。また、裾野部２８の長さＬ１を１ｍｍ以下とすることにより、圧力センサ１０の小型化に資する。
【００４９】
また、図３（ｂ）に示すように、裾野部２８が、外底面２４に対して３０度から６０度の角度θをなす傾斜面を有するため、第１境界３１と第２境界３２の両方の境界における面方向の変化を小さくすることができる。このため、圧力センサ１０は、第１境界３１と第２境界３２に沿って形成される絶縁膜４０における応力集中を低減することができる。
【００５０】
また、圧力センサ１０のステム２０では、従来の形状のステムとは異なり、検出回路５０が設けられる外底面２４の周りに垂直に面方向が変化するコーナーが無い。そのため、このようなステム２０を用いる圧力センサ１０は、パターニング不良や成膜不良など、製造工程で生じる不良発生を低減できるため、生産性が良好である。
【００５１】
以上のように、実施形態を示して本発明に係る圧力センサを説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、他の多くの実施形態および変形例を有することは言うまでもない。図４は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサのセンサ本体部１１８を示す模式断面図である。
【００５２】
図４に示すように、第２実施形態に係る圧力センサは、ステム１２０における裾野部１２８の形状と、絶縁膜１４０の形状と、検出回路１５０が形成される機能膜の形状が異なることを除き、第１実施形態に係る圧力センサ１０と同様である。第２実施形態に係る圧力センサの説明では、第１実施形態に係る圧力センサ１０との相違点のみ説明し、圧力センサ１０との共通点については説明を省略する。
【００５３】
図４に示すように、センサ本体部１１８は、ステム１２０と、絶縁膜１４０と、検出回路１５０が形成される機能膜とを有する。ステム１２０は、底壁部１２２の外周部に配置される裾野部１２８の形状が、図２に示すステム２０とは異なるが、その他の部分はステム２０と同様である。
【００５４】
図５は、図４に示すセンサ本体部１１８におけるステム１２０の形状を表す概念図である。図５（ａ）はステム１２０をＺ軸正方向側から見た上面図であり、図５（ｂ）は、Ｚ軸に平行な断面によるステム１２０の断面図である。図５（ｂ）に示すように、裾野部１２８は、外底面２４に直交する断面でみて、第１境界３１から離れるにしたがって、外底面２４に対してなす角度が遷移的に大きくなる曲面形状を有する。たとえば、裾野部１２８は、裾野部１２８の長さＬ１とおなじ曲率半径を有してもよい。
【００５５】
図５に示すように、絶縁膜１４０の形状は、ステム１２０の外表面の形状に追従する。したがって、絶縁膜１４０においてステム１２０の裾野部１２８の上に位置する部分は、裾野部１２８と同様に曲面状になっている。また、検出回路１５０が形成される機能膜は、絶縁膜１４０を挟んで外底面２４の上のみに形成されている。なお、絶縁膜１４０は、外底面２４については全体を覆っている必要があるが、裾野部１２８については全体を覆う必要はなく、少なくとも裾野部１２８の一部を覆っていればよい。
【００５６】
図４および図５に示すステム１２０では、裾野部１２８が曲面形状を有しており、裾野部１２８と外底面２４とのなす角度θが、第１境界３１から離れるにしたがって大きくなる。このような形状の裾野部１２８を有するステム１２０は、第１境界３１および第２境界３２周辺での面方向の変化を小さくできるため、これを覆う絶縁膜１４０での応力集中を、より効果的に防止できる。また、第２実施形態に係る圧力センサは、第１実施形態に係る圧力センサ１０と同様の効果を奏する。
【００５７】
図６は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサにおけるステム２２０の形状を表す概念図である。図６（ａ）はステム２２０をＺ軸正方向側から見た上面図であり、図６（ｂ）は、Ｚ軸に平行な断面によるステム１２０の断面図である。図６に示すように、第３実施形態に係る圧力センサは、ステム２２０における裾野部２２８の形状が異なり、絶縁膜および機能膜の形状が裾野部２２８に沿う形状に変わることを除き、第１実施形態に係る圧力センサ１０と同様である。第３実施形態に係る圧力センサの説明では、第１実施形態に係る圧力センサ１０との相違点のみ説明し、圧力センサ１０との共通点については説明を省略する。
【００５８】
図６（ｂ）に示すように、ステム２２０の裾野部２２８は、外底面２４に直交する断面で見て、外底面２４に対して３０度から６０度の角度をなす傾斜面２２８ａと、外底面２４に対して傾斜面２２８ａより小さい角度をなす接続面２２８ｂを有する。図６（ａ）に示すように、外底面２４、接続面２２８ｂおよび傾斜面２２８ａは同心円状に形成されており、接続面２２８ｂおよび傾斜面２２８ａは、外底面２４を取り囲むように形成されている。
【００５９】
図３と図６の比較から理解されるように、傾斜面は、図３に示す裾野部２８を構成する傾斜面のように外底面２４に対して直接接続してもよく、図６に示す傾斜面２２８ａのように、接続面２２８ｂを介して外底面２４に接続してもよい。図６に示すように、裾野部２８に含まれる面は、外底面２４に直交する断面で見て、第１境界３１で接続する外底面２４の向きと、第２境界３２で接続する外側面２７の向きとの間の方向を向く面で構成されることが好ましい。
【００６０】
図６に示すような裾野部２２８を有するステム２２０を用いる圧力センサは、裾野部２８が接続面２２８ｂと傾斜面２２８ａを有することにより、第１境界３１を覆う絶縁膜への応力集中を、効果的に低減し、外底面２４およびその近くでの絶縁膜の膜剥がれやクラックなどの発生を、効果的に防止できる。また、第３実施形態に係る圧力センサは、第１実施形態に係る圧力センサ１０と同様の効果を奏する。なお、図６に示す傾斜面２２８ａは、外底面２４に対してなす角度θが一定である面に限定されない。ステム２２０の傾斜面は、図５に示すステム１２０の裾野部１２８のように、外底面２４に直交する断面で見て、外底面２４から離れるにしたがって外底面２４に対してなす角度が大きくなるように変化する曲面であってもよい。
【００６１】
以上のように、複数の実施形態を挙げて本発明にかかる圧力センサを説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、他の多くの実施形態および変形例を有することは言うまでもない。本発明には、これらの他にも多くの実施形態が含まれる。たとえば、図１に示すステム２０の形状および固定構造は一例にすぎず、本発明の圧力センサは、ステム２０が圧力に応じて適切に変形する、他の任意の形状および固定構造を採用できる。
【００６２】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されない。
【００６３】
第１実施例
図７は、図５に示すように、裾野部１２８の長さＬ１に対応する曲面を有する裾野部１２８を備えるステム１２０において、ステム１２０の受圧内面２３に所定の変形が生じた際に、裾野部１２８の上に形成された絶縁膜１４０に加えられる最大主応力と、ステム１２０の裾野部１２８の長さＬ１の関係を計算した結果を表すグラフである。その他の主な計算の条件は以下の通りである。
絶縁膜の材質：ＳｉＯ２
絶縁膜の厚み：１０００μｍ
絶縁膜の成膜方法：ＴＥＯＳ−ＣＶＤ
裾野部の長さＬ１：０．１μｍ、１μｍ、１０μｍ、１００μｍ
ステムの材質：オーステナイト系ステンレス
温度：２５℃
【００６４】
図７からは、裾野部１２８の長さＬ１が長くなることにより、絶縁膜１４０に加えられる最大主応力が低減することが理解できる。最大主応力の値は、裾野部１２８の長さが１μｍ以上の範囲において絶縁膜１４０がクラックを生じない許容範囲となり、裾野部１２８の長さが１０μｍ以上の範囲では、さらに大きな安全率が確保される。
【００６５】
第２実施例
図８は、裾野部１２８の長さＬ１を固定し、絶縁膜１４０の厚みを変化させたことを除き、第１実施例と同様にして、絶縁膜１４０に加えられる最大主応力を算出した。第１実施例と異なる主な計算の条件は以下の通りである。
絶縁膜の厚み：１μｍ、１０μｍ、１００μｍ、１０００μｍ
裾野部の長さＬ１：１μｍ
【００６６】
図８からは、絶縁膜１４０の厚みが薄くなることにより、絶縁膜１４０に加えられる最大主応力が低減することが理解できる。最大主応力の値は、絶縁膜１４０の厚みが１００μｍ以下の範囲では、さらに大きな安全率が確保される。なお、絶縁膜１４０の厚みは、第２実施例のいずれの条件でも、十分な絶縁性が確保される。
【符号の説明】
【００６７】
１０…圧力センサ
１２…接続部材
１２ａ…ねじ溝
１２ｂ…流路
１４…抑え部材
１８、１１８…センサ本体部
２０、１２０、２２０…ステム
２１…フランジ部
２２、１２２…底壁部（メンブレン）
２３…受圧内面
２４…外底面
２５…側壁部
２６…内側面
２７…外側面
２８、１２８、２２８…裾野部
２２８ａ…傾斜面
２２８ｂ…接続面
３１…第１境界
３２…第２境界
３４…段差面
３６…開口縁面
４０、１４０…絶縁膜
５０、１５０…検出回路
７０…基板部
８２…接続配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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