(57)【要約】【課題】Ｓｉ素子を押圧する押圧部材が有する受圧面よりも広い面にて圧力が伝達される機構を備えた圧力センサを構成する力検知素子において、その押圧部材の受圧面の外縁が容易に欠けたり割れたりしないような力検知素子を提供する。【解決手段】力検知素子（素子接合体１４０）は感圧抵抗体１３１が形成されたＳｉ素子１３０上に押圧部材１２５を備える。当該押圧部材１２５の受圧面１２５ａは自身よりも広い面積を持つ圧力伝達部材（中間部材１２３）に押圧される。押圧部材１２５の外縁には面取り部１２５ａＬ，１２５ａＣが形成されている。【選択図】図７
2011013173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面とこれに平行な第２主面を有して板状矩形を呈し、前記第１主面に形成される電極部と、検出対象である圧力Ｐにより自身に生じる応力を検出する検出部とを有するＳｉ素子と、
押圧面とこれの裏面に自身（受圧面）よりも大きい面積を有する平面で押圧されて前記圧力Ｐに応じた押圧力ｐ１が受圧される受圧面を有して板状を呈し、前記押圧面は前記第１主面のうち前記電極部を避けた接合領域に接合され、当該接合領域を前記圧力Ｐに応じた押圧力ｐ２により前記接合領域を押圧するガラス製の押圧部材と、
を備えた力検知素子であって、
前記押圧部材の前記受圧面の端縁に面取り部を有することを特徴とする力検知素子。
【請求項２】
前記面取り部は、前記押圧部材の受圧面の中心位置からの距離が異なる２つの前記面取り部の面取り角度同士を比較したときに、前記距離の遠い方である一方の角度に対して近い方である他方の面取り角度が大きくなることを特徴とする請求項１に記載の力検知素子。
【請求項３】
前記Ｓｉ素子は複数の角部と当該角部同士を連結する端縁とからなる矩形かつ板状を呈し、
前記押圧部材は、前記Ｓｉ素子の角部を臨む切欠部と、前記Ｓｉ素子の端縁を臨む辺縁部と、から自身の外縁が形成され、
前記辺縁部に形成された面取り部の面取り角度θＬと、
前記切欠部に形成された面取り部の面取り角度θＣと、
がθＬ＜θＣの関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の力検知素子。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の力検知素子を備えた圧力センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の圧力センサを備えた筒内圧センサ付きグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内圧などの圧力を検出可能な圧力センサに関する。特に、検出対象である圧力を検出する板状のＳｉ素子と、このＳｉ素子の一方の主面に接合してなり、上記圧力に応じた押圧力により上記主面を押圧するガラス製の押圧部材とを備える圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の筒内圧などの圧力Ｐを検出可能な圧力センサとして、圧力Ｐにより自身に生じる応力を、ピエゾ抵抗効果を利用して検出するＳｉ素子を有する圧力センサが広く知られている。更に、このような圧力センサの中には、Ｓｉ素子が板状を有し、このＳｉ素子の一方の主面に、上記圧力Ｐに応じた押圧力で上記主面を押圧する押圧部材が接合されたものがある。例えば特許文献１に、このような圧力センサが開示されている。
【０００３】
特許文献１の力検知素子は、板状のＳｉ素子（シリコン単結晶体）と、このＳｉ素子の（１００）面である第１主面に接合された押圧部材（力伝達ブロック）と、第１主面の反対側の面（裏面）である第２主面に接合された支持部材（台座）とを有する（特許文献１の図１及びその説明箇所等を参照。）。Ｓｉ素子の第１主面には、ブリッジを構成するロ字状のピエゾ抵抗効果を有する抵抗体（ゲージ）と、このゲージに接続するリード部とが不純物を拡散させることにより形成されている。リード部には電流を流し電圧を測定するための電極部が形成される。なお、電極部には、信号を導出するための信号線がワイヤボンディング等によって接続される。
【０００４】
このように形成されたＳｉ素子は、第１主面では抵抗体及びリード部の一部と押圧部材とが静電接合により接合され、第２主面には支持部材が同様に接合されてサンドイッチ構造の力検知素子として完成される。なお、板状のＳｉ素子とその第１主面に接合された押圧部材とを備える圧力センサは、特許文献２〜６にもそれぞれ開示されている。
【０００５】
こうして作製される力検知素子は、ハウジングの内部に収容固定され圧力センサとして利用される。具体的な圧力センサの構成としては、例えば、別部材として用意した支持台座に力検知素子の支持部材を接合し、それを円筒状のハウジングの内部に固定する一方、力検知素子へと検出対象である圧力を伝達する圧力伝達部材を押圧部材に当接させるとともにハウジングに保持させて一体化したものが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３１７０８４号公報
【特許文献２】特公平７−８３１２９号公報
【特許文献３】特許第３１６６０１５号公報
【特許文献４】特公平７−１４０６９号公報
【特許文献５】特公平６−５４２７４号公報
【特許文献６】特許第３１１６３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような力検知素子では押圧部材と支持部材の材料としてガラスが好適に用いられる。ガラスはＳｉの熱膨張係数２．６×１０−６に対してガラスの熱膨張係数は約３．０×１０−６とその熱膨張係数差が小さく、温度変化により意図しない出力が発生しにくいこと、陽極接合によりＳｉ素子との接合が可能で、別途接着剤を必要とせず接合が可能であること、構造体として平面を確保しやすいこと等に有利なためである。しかしながら、ガラスはその物性上、過剰な力が伝達されれば割れたり欠けたりする不具合も生じうる。
【０００８】
特に、押圧部材はＳｉ素子に形成された電極部を覆わないように、Ｓｉ素子よりも小さく形成される。その一方で、圧力伝達部材からの圧力が狭い領域に集中して掛からないようにするために、押圧部材が圧力伝達部材に押圧される箇所が局所的とならないように、圧力伝達部材と接する面のすべてが押圧されるように構成される。このため、押圧部材の外縁端部には応力が集中して掛かることがあり、特にガラス製の押圧部材の角部は容易に欠けてしまうおそれがある。
【０００９】
そこで本発明では、押圧部材が容易に欠損することのない上記構成の力検知素子とその力検知素子を用いた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】
上記課題を解決するために、
構成１：第１主面とこれに平行な第２主面を有して板状矩形を呈し、前記第１主面に形成される電極部と、検出対象である圧力Ｐにより自身に生じる応力を検出する検出部とを有するＳｉ素子と、
押圧面とこれの裏面に自身（受圧面）よりも大きい面積を有する平面で押圧されて前記圧力Ｐに応じた押圧力ｐ１が受圧される受圧面を有して板状を呈し、前記押圧面は前記第１主面のうち前記電極部を避けた接合領域に接合され、当該接合領域を前記圧力Ｐに応じた押圧力ｐ２により前記接合領域を押圧するガラス製の押圧部材と、
を備えた力検知素子であって、
前記押圧部材の前記受圧面の複数の端縁のうちの少なくともひとつには面取り部を有することを特徴とする力検知素子。
【００１１】
このように構成された力検知素子では、押圧部材のうち圧力伝達部材と接する面である受圧面のすべてに対して応力が掛かるため、局所的に応力が集中することはない。また、受圧面の端縁には面取り部を形成しているので、角が立つために応力が集中してしまうこともなく、押圧部材が容易に欠損しない構成を実現することができる。なお、この面取り部は直線状に面取りを行う、いわゆるＣ面取りのようなものでもよく、円弧状に面取りを行うＲ面取りのようなものでもその種類は問わない。
【００１２】
更に本発明は、前記面取り部の大きさについて受圧面の中心点からの距離に応じて変化を付けることができる。すなわち、
構成２：前記面取り部は、前記押圧部材の受圧面の中心位置からの距離が異なる２つの前記面取り部の面取り角度同士を比較したときに、前記距離の遠い方である一方の角度に対して近い方である他方の面取り角度が大きくなることを特徴とする。
【００１３】
力検知素子により圧力を検出する際には、正確に測定するために、偏荷重の影響を受けにくい構成とすることが当然の技術課題として存在する。これに対応するために、Ｓｉ素子、押圧部材、圧力伝達部材を含め圧力センサは略同軸形状に構成される。このように構成することで、上記偏荷重の影響を受けにくくしているのであるが、偏荷重が生じてしまう実情がある。圧力センサを構成する部品の誤差によるものであったり、内燃機関の筒内圧を測定する際では共振によるものであることもある。
【００１４】
偏荷重に対しての耐性（耐圧性）が悪く、力検知素子が破損してしまうのを避けるために構成１の如くに面取り部が設けられるのであるが、一層効果的なものとするため、構成２では、この面取り部を設ける位置によって面取りの大きさに変化を付けているのである。
偏荷重が生じたときに押圧部材の受圧面に掛かる圧力の大きさは、受圧面の中心位置から離れるほど大きくなる。そして、押圧部材の形状は、他の設計要因により、例えば、Ｓｉ素子上に設けた電極部を避ける等の理由により、同心円状に同形状とすることができないことがある。したがって、押圧部材の受圧面には、その中心位置から外縁までの距離が異なる形状となりうる。そこで、上記構成２を採用するのである。偏荷重が生じたときに受圧面の外縁に掛かる圧力のうち最も大きい圧力に耐えうる程の大きさにした面取り部を、その外縁のすべてに一様に設けることでも押圧部材の破損に対しては有効である。しかしその一方で、受圧面の面積の減少に伴う耐圧性の低下という問題も発生してしまう。耐圧性の低下を最小限に止めるとともに偏荷重にも耐えうるようにするために上記構成２は好適に採用することができる。
【００１５】
また、本発明は、
構成３：前記Ｓｉ素子は複数の角部と当該角部同士を連結する端縁とからなる矩形かつ板状を呈し、
前記押圧部材は、前記Ｓｉ素子の角部を臨む切欠部と、前記Ｓｉ素子の端縁を臨む辺縁部と、から自身の外縁が形成され、
前記辺縁部に形成された面取り部の面取り角度θＬと、
前記切欠部に形成された面取り部の面取り角度θＣと、
がθＬ＜θＣの関係を満たすことを特徴とする。
【００１６】
前述の構成２を満足し、より具体的な構成とも言い得るのであるが、構成３のようにすることで押圧部材の受圧面の面積をより大きく確保するとともに偏荷重に対してより優れた耐性を得ることが可能となる。
【００１７】
また、前記力検知素子を用いて圧力センサや筒内圧センサ付きグロープラグを構成することにより、車載使用が可能な、とりわけ、燃焼室の圧力を検知する機能を備えたグロープラグを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグの外観図である。
【図２】実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグの縦断面図である。
【図３】実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグのうち、先端側部分を示す部分縦断面図である。
【図４】実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグのうち、基端側部分を示す部分縦断面図である。
【図５】実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグのうち、圧力検出機構の近傍を示す部分拡大縦断面図である。
【図６】実施形態に係り、Ｓｉ素子の第１主面側から見た平面図である。
【図７】実施形態に係り、素子接合体の外観図である。
【図８】実施形態に係り、押圧部材の受圧面側から見た平面図（上面図）である。
【図９】実施形態に係る力検知素子の製造方法に関し、押圧部材、Ｓｉ素子、支持部材の切断前、大判の材料を示す図である。
【図１０】実施形態に係る力検知素子の製造方法に関し、大判支持部材の大判先端面側から見た部分拡大平面図である。
【図１１】実施形態に係る力検知素子の製造方法に関し、大判接合体を示す説明図である。
【図１２】実施形態に係る力検知素子の製造方法に関し、Ｓｉウエハの第１ウエハ主面側から見た部分拡大平面図である。
【図１３】実施形態に係る力検知素子の製造方法に関し、押圧部材の切欠部に形成する面取り部の製造方法の詳細を示す図である。
【図１４】実施形態に係る力検知素子の製造方法に関し、押圧部材の辺縁部に形成する面取り部の製造方法の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、力検知素子（以下の説明においては素子接合体ともいう）を備えてなる圧力センサがグロープラグと一体化されたもの（筒内圧センサ付きグロープラグ）として図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグ１００の外観を示す。また、図２〜図５に、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００の縦断面を示す。なお、図１〜図５において、下方が軸線ＡＸ方向先端側（以下、単に先端側とも言う。）であり、上方が軸線ＡＸ方向基端側（以下、単に基端側とも言う。）である。
【００２０】
本実施形態の筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、グロープラグとしての機能を有する他に、圧力（筒内圧）Ｐを検出する機能も有する。更に、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、これに内蔵されたＳｉ素子１３０の温度Ｔを検出する機能も有する。この筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、軸線ＡＸ方向に延びる筒状のハウジング１１０、このハウジング１１０内に収容された圧力検出機構１２０及び配線基板１７０、ハウジング１１０から先端側に向けて突出するヒータ１５０、ハウジング１１０から基端側に向けて突出する外部端子部１８０等から構成されている（図２等参照）。
【００２１】
このうちハウジング１１０は、金属（具体的には炭素鋼）により形成されている。このハウジング１１０は、軸線ＡＸ方向に延びるハウジング本体部１１１と、このハウジング本体部１１１の先端側に固着された先端側ハウジング部１１３と、ハウジング本体部１１１の基端側に固着された基端側ハウジング部１１５とから構成されている。
ハウジング本体部１１１は、軸線ＡＸ方向の寸法が大きく、ハウジング１１０の大部分を構成している。このハウジング本体部１１１の内側には、後述する圧力検出機構１２０や配線基板１７０などが収容されている。ハウジング本体部１１１のうち、圧力検出機構１２０及び配線基板１７０が配置される部分の内径は、本実施形態ではφ５．３５ｍｍとされている。また、ハウジング本体部１１１の外周のうち、軸線ＡＸ方向の中央付近の所定位置には、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００を図示しない内燃機関（ディーゼルエンジン）に取り付けるためのネジ部１１１ｃが周設されている。本実施形態では、このネジ径をＭ１０としているが、例えばＭ８とすることもできる。なお、図１、図２及び図４の各図において、ネジ山の図示は省略してある。
【００２２】
また、先端側ハウジング部１１３の内側には、後述するヒータ１５０の基端側部分が挿通されている。また、基端側ハウジング部１１５の外周には、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００を上記ネジ部１１１ｃにより内燃機関に螺合する際に、ラチェットレンチなどの工具で締め付けるための断面六角形状の工具係合部１１５ｃが形成されている。この基端側ハウジング部１１５の内側には、後述する外部端子部１８０の先端側部分が挿入されると共に、配線１７１，１７１，…等が挿通されている。
【００２３】
ハウジング本体部１１１に内蔵された圧力検出機構１２０は、先端部材１２１、中間部材１２３、押圧部材１２５、Ｓｉ素子１３０、及び、支持部材１２７から構成されており、この順に先端側から基端側に配置されている（図３及び図５参照）。
このうち先端部材１２１は、金属（具体的にはＳＵＳ４３０、ＳＵＪ）からなり、先端面１２１ａが平面（具体的には円状の平面）をなし、基端面１２１ｂがその中央が凸状の曲面をなすドーム状を有する。この先端部材１２１の先端面１２１ａは、後述するヒータ１５０の基端面１５０ｂに当接している。一方、この先端部材１２１の基端面１２１ｂは、その頂部が次述する中間部材１２３の先端面１２３ａに当接している。
【００２４】
中間部材１２３は、金属（具体的にはＳＵＳ４３０）からなり、先端面１２３ａと、これに平行な基端面１２３ｂを有する板状（円板状）をなす。この中間部材１２３の先端面１２３ａは、上述のように、先端部材１２１の基端面１２１ｂに当接している。一方、この中間部材１２３の基端面１２３ｂは、次述する押圧部材１２５の先端面１２５ａに当接している。
【００２５】
押圧部材１２５は、ガラスからなり、先端面１２５ａと、これに平行な基端面１２５ｂを有した板状の部材である。その具体的な構造についてはＳｉ素子１３０の説明とともに後述する。この押圧部材１２５の先端面１２５ａは、上述のように、中間部材１２３の基端面１２３ｂに当接している。一方、この押圧部材１２５の基端面１２５ｂは、次述するＳｉ素子１３０の先端面である第１主面１３０ａに当接している。より詳細には、押圧部材１２５の基端面１２５ｂとＳｉ素子１３０の第１主面１３０ａとが当接した状態で、これらが互いに固着されている。
【００２６】
Ｓｉ素子１３０は、先端面である第１主面１３０ａと、これに平行な基端面である第２主面１３０ｂとを有し、□１．５ｍｍ〜□２．５ｍｍ（本実施形態では□２．０ｍｍ）の板状（矩形板状）をなす。この第１主面１３０ａは、上述のように、押圧部材１２５の基端面１２５ｂに当接している。一方、このＳｉ素子１３０の第２主面１３０ｂは、次述する支持部材１２７の先端面１２７ａに当接している。より詳細には、Ｓｉ素子１３０の第２主面１３０ｂと支持部材１２７の先端面１２７ａとが当接した状態で、これらが互いに固着されている。上述のように、Ｓｉ素子１３０は、押圧部材１２５とも固着されているので、押圧部材１２５とＳｉ素子１３０と支持部材１２７とが一体化されている。この一体化されたものを素子接合体１４０ともいい、図７に示す。なお、Ｓｉ素子１３０の具体的な構造については後述する。
【００２７】
支持部材１２７は、ガラスからなり、先端面１２７ａと、これに平行な基端面１２７ｂを有する板状（矩形板状）をなす。この支持部材１２７の先端面１２７ａは、上述のように、Ｓｉ素子１３０の第２主面１３０ｂに当接し、Ｓｉ素子１３０を基端側から支持している。一方、この支持部材１２７の基端面１２７ｂは、後述する台座１６１の先端面１６１ａに当接している。
【００２８】
このように構成された圧力検出機構１２０では、ヒータ１５０の先端面１５０ａが基端側に向けて圧力（筒内圧）Ｐを受けると、ヒータ１５０の基端面１５０ｂが圧力検出機構１２０を基端側に押圧し、台座１６１との間で圧力検出機構１２０を圧縮する。これにより、筒内圧Ｐが検出される。具体的には、ヒータ１５０の基端面１５０ｂは、圧力検出機構１２０のうちの先端部材１２１を基端側に向けて押圧する。この先端部材１２１は、中間部材１２３を基端側に向けて押圧し、更に、中間部材１２３は、押圧部材１２５を基端側に向けて押圧する。この作用から、中間部材１２３は本発明における「圧力伝達部材」に相当する。更に、押圧部材１２５は、Ｓｉ素子１３０を基端側に向けて押圧する。一方、支持部材１２７は、その基端側に位置する台座１６１により軸線ＡＸ方向の位置が規制されているので、押圧部材１２５と支持部材１２７との間でＳｉ素子１３０が軸線ＡＸ方向に圧縮される。そうすると、Ｓｉ素子１３０に形成された後述する感圧抵抗体１３１等の抵抗値が、筒内圧Ｐに応じてピエゾ抵抗効果により変化するので、ヒータ１５０が受けた筒内圧Ｐを検出できる。この抵抗値の変化を外部端子部１８０を介して接続される外部の制御機器（図示外）により読み取り、筒内圧Ｐが取得可能となるのである。
【００２９】
次に、筒内圧センサ付きグロープラグ１００のうち、圧力検出機構１２０よりも先端側の構造について説明する（図３等を参照）。圧力検出機構１２０の先端側には、グロープラグの発熱体として機能するヒータ１５０が配置されている。このヒータ１５０は、棒状（具体的には円柱状）をなしており、その先端面１５０ａが半球面、基端面１５０ｂが平面とされている。
【００３０】
このヒータ１５０は、先端側ハウジング部１１３に挿通され、更に、ヒータ１５０の基端部１５０ｋは、ハウジング本体部１１１内に挿入されている。そして、このヒータ１５０の基端面１５０ｂが、圧力検出機構１２０（具体的には先端部材１２１の先端面１２１ａ）に当接している。一方、ヒータ１５０の先端側部分は、ハウジング１１０から先端側に向けて突出している。
【００３１】
ヒータ１５０の軸線ＡＸ方向中央部分の外側には、円筒状の外筒１５５が配置されている。この外筒１５５の基端側部分は、先端側ハウジング部１１３内に挿通され、一方、外筒１５５の先端側部分は、ハウジング１１０から先端側に向けて突出している。この外筒１５５の基端部１５５ｋはフランジ状に形成され、ハウジング本体部１１１と先端側ハウジング部１１３との間に挟持された状態で溶接されている。
【００３２】
次に、筒内圧センサ付きグロープラグ１００のうち、圧力検出機構１２０よりも基端側の構造について説明する（図３及び図４等を参照）。圧力検出機構１２０の基端側には、前述の台座１６１が配置されている。更に、台座１６１の基端側には、台座押さえ１６３が配置され、台座１６１の軸線ＡＸ方向基端側の位置を固定している。
前述の圧力検出機構１２０には、３本の配線１６５，１６５，１６５が接続されている。これらの配線１６５，１６５，１６５は、圧力検出機構１２０から基端側に向けて延びて後述する配線基板１７０にそれぞれ接続されている。また、ヒータ１５０にも、１本の配線（図示外）が接続され、基端側に向けて延びて配線基板１７０に接続されている。
【００３３】
配線基板１７０は、ハウジング１１０のうちハウジング本体部１１１の内側に配置されている。この配線基板１７０には、圧力検出機構１２０（具体的にはＳｉ素子１３０）からの出力信号を処理等するための電子回路１７３が搭載されている。この配線基板１７０には、上述のように、圧力検出機構１２０及びヒータ１５０から延びる配線１６５等が先端側で接続される一方、４本の配線１７１，１７１，１７１，…（４本のうち１本は不図示）が基端側で接続されている。これらの配線１７１，１７１，…は、基端側に向けて延びて次述する外部端子部１８０に接続されている。
【００３４】
ハウジング１１０の基端側に配置された外部端子部１８０は、３つの信号端子１８１，１８１，…と１つの通電端子１８１Ｐを有する。各信号端子１８１，１８１，…には、配線基板１７０から延びる配線１７１，１７１，…が、それぞれ接続されている。また、各端子１８１，１８１，…は、ＥＣＵなどの外部の制御機器（図示外）に接続される。通電端子１８１Ｐは通電制御装置等により所定の大きさに調整されたバッテリからの電力が供給され、この電力をヒータ１５０へ供給し、グロープラグとして機能するための端子である。なお、本実施の形態においては、配線基板１７０に信号端子１８１，１８１，…と接続される配線１７１の他に、上記ヒータ１５０への電力を導通するライン（図示外）も形成されている。
【００３５】
この筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、先端側が燃焼室内に位置するように内燃機関に取り付けられ、ヒータ１５０に通電して発熱させることによって内燃機関の始動を補助する。また、燃焼室内の筒内圧Ｐがヒータ１５０の先端面１５０ａに加わると、ヒータ１５０が基端側に向けて僅かに変位することによって、圧力検出機構１２０にその筒内圧Ｐが伝わり、これにより、筒内圧Ｐが検出される。
【００３６】
次に、筒内圧Ｐを検出するＳｉ素子１３０について詳述する。図６に、Ｓｉ素子１３０の第１主面１３０ａ側から見た平面図を示す。このＳｉ素子１３０は、前述のように、第１主面１３０ａとこれに平行な第２主面１３０ｂを有する板状（具体的には矩形板状）をなし、検出対象である筒内圧Ｐにより自身に生じる応力変化を検出できる。このＳｉ素子１３０は、ＳＯＩ基板（Silicon On Insulator）である。
【００３７】
このＳｉ素子１３０の第１主面１３０ａの面方位は、｛１１０｝面（具体的には（１１０）面）とされている。そして、この第１主面１３０ａには、２つの抵抗体（具体的には感圧抵抗体１３１と感温抵抗体１３３が１つずつ）が形成されている。これら感圧抵抗体１３１及び感温抵抗体１３３は、同一の拡散プロセスで同時に形成されたものである。これにより、両者の抵抗温度特性が、互いに実質的に等しくなっている。具体的には、両者の抵抗温度特性の差が５０ｐｐｍ／℃程度とされている。また、これら感圧抵抗体１３１及び感温抵抗体１３３は、それぞれｐ型の半導体であり、これらの不純物濃度Ｃｐ（１／ｃｍ3）が、０．８×１０18≦Ｃｐ≦１．２×１０18／ｃｍ3、または、０．８×１０20≦Ｃｐ≦１．２×１０20とされている。具体的には、不純物濃度Ｃｐが１．０×１０20／ｃｍ3とされている。これにより、これらの抵抗体１３１，１３３の感度温度特性は、５００ｐｐｍ／℃以下に小さくなっている。
【００３８】
感圧抵抗体１３１は、ピエゾ抵抗効果により筒内圧Ｐに応じて自身の抵抗値が変化するものであり、押圧部材１２５から受ける圧力（筒内圧）Ｐに応じて自身の第１抵抗値ｒ１が変化すると共にＳｉ素子１３０の温度Ｔに応じて自身の第１抵抗値ｒ１が変化するように形成されている。具体的には、感圧抵抗体１３１は、第１主面１３０ａの中央部１３０ａｇに、Ｓｉ素子１３０の＜１１０＞方向に延びる感圧部位を主とする形態に形成されている。詳細には、この感圧抵抗体１３１は、＜１１０＞方向に直線状に延び、互いに等間隔に平行に並ぶ複数の直線状感圧部位１３１ｃ，１３１ｃ，…と、互いに隣り合う直線状感圧部位１３１ｃ，１３１ｃ同士の端を接続する複数の方向転換部１３１ｄ，１３１ｄ，…とが接続されて、蛇行している。
【００３９】
この蛇行状を有する感圧抵抗体１３１は、第１主面１３０ａにおいて１８０度回転させると元と重なる回転対称形をなしている。そして、感圧抵抗体１３１の回転中心Ｇは、第１主面１３０ａの中心Ｈに位置している。なお、この感圧抵抗体１３１が本発明における「検出部」に相当する。
【００４０】
一方、感温抵抗体１３３は、主としてこのＳｉ素子１３０の温度Ｔに応じて自身の第２抵抗値ｒ２が変化するように形成されている。具体的には、感温抵抗体１３３は、第１主面１３０ａの４つある角部１３０ａｈ１，１３０ａｈ２，１３０ａｈ３，１３０ａｈ４のうちの１つの角部１３０ａｈ１に、Ｓｉ素子１３０の＜１００＞方向に延びて形成されている。詳細には、この感温抵抗体１３３は、＜１００＞方向に直線状に延び、互いに等間隔に平行に並ぶ複数の直線状感温部位１３３ｃ，１３３ｃ，…と、互いに隣り合う直線状感温部位１３３ｃ，１３３ｃ同士の端を接続する複数の方向転換部１３３ｄ，１３３ｄ，…とが接続されて、蛇行している。
【００４１】
Ｓｉ素子１３０は、第１主面１３０ａのうち、３つの角部１３０ａｈ１，１３０ａｈ２，１３０ａｈ３に、それぞれ三角状の３つの電極パッド１３５，１３６，１３７を有する。このうち、電極パッド（第１電極パッド）１３６は、感圧抵抗体１３１の一端と電気的に接続し、筒内圧センサ付きグロープラグ１００に接続される外部の制御機器（図示しない）の定電流源との接続点となっている。また、電極パッド（第２電極パッド）１３７は、感温抵抗体１３３の一端と電気的に接続し、外部の制御機器の定電流源との接続点となっている。また、電極パッド（第３電極パッド）１３５は、感圧抵抗体１３１の他端と電気的に接続すると共に、感温抵抗体１３３との他端とも電気的に接続する共通電極パッドとされている。これらの電極パッド１３５，１３６，１３７が本発明における「電極部」に相当する。Ｓｉ素子１３０が押圧部材１２５と接合され一体化したときには、この電極パッド１３５，１３６，１３７及び感温抵抗体１３３が形成された部位は押圧部材１２５から露出し、これらを避けた部位に対して押圧部材１２５は接合される。したがって、感圧抵抗体１３１は押圧部材１２５の直下の、Ｓｉ素子１３０と押圧部材１２５が互いに接合している接合領域に含まれる形となる。
【００４２】
次に、押圧部材１２５について詳述する。図８に、押圧部材１２５の先端面１２５ａ側から見た平面図を示す。この押圧部材１２５は前述のように、平坦な先端面１２５ａとこれに平行な基端面１２５ｂを有し、先端面１２５ａによりヒータ１５０（厳密には中間部材１２３）から燃焼圧Ｐに応じた押圧力ｐ１を受けるとともに、後端面１２５ｂによりＳｉ素子１３０の第１主面１３０ａに形成された感圧抵抗体１３１を押圧力ｐ２にて押圧する部材である。この作用から、本発明においては先端面１２５ａを「受圧面」、基端面１２５ｂを「押圧面」ともいう。
【００４３】
この押圧部材１２５の形状は図８に示すように、図６に示したＳｉ素子１３０の外縁形状である正方形から、その正方形の四隅頂点を基点として描かれる円（円弧）により、その頂点を含む部分を正方形の辺を残すように切り欠いたような形状を呈する。
さらに、先端面１２５ａの外縁には、正方形の辺に対応する部分には面取り部１２５ａＬ，１２５ａＬ，…が形成され、切り欠かれた四隅に対応する部分には面取り部１２５ａＣ，１２５ａＣ，…が形成されている。本発明では、便宜的に、正方形の辺に対応する部分を「辺縁部」、また、切り欠かれた四隅に対応する部分を「切欠部ＣＣ」とも称する。また、図８では、素子接合体１４０を形成したときに、Ｓｉ素子１３０の外縁形状に相当する正方形１３０´を破線にて示し、切欠部ＣＣの外形線をなす円（円弧）を１点鎖線にて示している。
【００４４】
上記の如く形成された面取り部１２５ａＬ，１２５ａＣにより、押圧部材１２５の受圧面である先端面１２５ａの外縁（１２５ａＬ，１２５ａＣ）が欠損してしまうことを防ぐことが可能となる。押圧部材１２５へ圧力を伝達するのは先端面１２５ａよりも大きい平面を有し、圧力伝達部材として機能する中間部材１２３であるが、押圧部材１２５の外縁には面取り部１２５ａＬ，１２５ａＣが形成されている。このため、中間部材１２３が伝達する圧力が押圧部材１２５の外縁に集中して掛かる事態を防ぐことができる。即ち、押圧部材１２５が角張っているが故に生じる外縁への局所的な応力集中による破損が回避可能となるのである。
【００４５】
上記応力について言及する。本実施形態における筒内圧センサ付きグロープラグ１００はヒータ１５０や先端部材１２１、中間部材１２３、更にＳｉ素子１３０や押圧部材１２５をも含めて同軸状に構成されている。このため、特に偏荷重が生じて押圧部材１２５の外縁に生ずる応力は、その中心点から離れるにしたがって大きくなる。この際に、押圧部材１２５の外縁の破損をより一層効果的に防ぐためには、面取り部１２５ａＣの面取り角度を面取り部１２５ａＬに対して大きくすることが好ましい。これに対応するように、押圧部材１２５に形成する面取り部１２５ａＬ，１２５ａＣにはそれぞれ異なる面取り角度θＬ、θＣを設けることができる。この面取り角度θＬ，θＣについての詳細は後述する。
【００４６】
ここで、上述の面取り部１２５ａＬ，１２５ａＣを含めた押圧部材１２５の製造方法について説明する。ただし、押圧部材１２５のみならず、Ｓｉ素子１３０や支持部材１２７を含め、それぞれを製造して一体化するといった製造方法は、本発明者等が出願した特願２００８−３１５９６２に記載した製造方法を多分に踏襲しているため、ここでは特に押圧部材１２５の製造方法に関し、本発明の特徴的な点についてのみ詳細に言及することとする。
【００４７】
押圧部材１２５とＳｉ素子１３０と支持部材１２７とが一体化された素子接合体１４０は、材料である大判のガラス板や感圧抵抗体１３１や感温抵抗体１３３が形成された大判のＳｉウェハーが互いに接合されたもの（以降、これを「大判接合体２４０」ともいう。）を切断して素子接合体１４０が１つ１つ製造されるものである。具体的には次述するとおりである。
【００４８】
図９及び図１０に示すように、切断（ダイシング）により支持部材１２７となる支持部材領域２２８を複数格子状に有する大判支持部材２２７を用意する。本実施形態では、図１０中に支持部材領域２２８同士の境界を破線で示すように、互いに隣り合う支持部材領域２２８同士は、切断後に破棄する捨て耳部（介在部）を介することなく繋がっている。この大判支持部材２２７は、切断により支持部材１２７の先端面１２７ａとなる大判先端面２２７ａと、切断により支持部材１２７の基端面１２７ｂとなる大判基端面２２７ｂとを有し、円板状をなす。
【００４９】
そして、Ｓｉウエハ素子２３０の第１ウエハ主面２３０ａに、大判押圧部材２２５の大判基端面２２５ｂを位置合わせして接合すると共に、Ｓｉウエハ２３０の第２ウエハ主面２３０ｂに、大判支持部材２２７の大判先端面２２５ａを位置合わせして接合して、図１１及び図１２に示すように、切断により素子接合体１４０となる素子接合体領域２４１を複数格子状に有する大判接合体２４０を形成する。具体的には、陽極接合を行うことにより、Ｓｉウエハ２３０と大判押圧部材２２５と大判支持部材２２７とを接合する。なお、本実施形態では、図１２中に素子接合体領域２４１同士の境界を破線で示すように、互いに隣り合う素子接合体領域２４１同士は、切断後に破棄する捨て耳部（介在部）を介することなく繋がっている。
【００５０】
この大判素子接合体２４０では、大判押圧部材２２５の各貫通孔２２５ｈ，２２５ｈ，…内に、図１２に示すように、Ｓｉウエハ２３０の各角部が集合した領域２３０ａｈが露出する。従って、その領域を構成する各角部に形成された電極パッド１３５，１３６，１３７及び感温抵抗体１３３も、各貫通孔２２５ｈ，２２５ｈ，…内に露出する。
【００５１】
次に、大判接合体２４０を隣り合う素子接合体領域２４１同士の境界（図１２中に破線で示す。）で切断して、各貫通孔２２５ｈ，２２５ｈ，…をそれぞれ４分割すると共に、各角部が集合した領域をそれぞれ４つの角部に分割し、個々の素子接合体１４０に分ける。そうすると、図５及び図７に示した素子接合体１４０ができる。
【００５２】
大判押圧部材２２５に貫通孔２２５ｈを形成するにあたっては、大判押圧部材２２５のそれぞれの面２２５ａ，２２５ｂに貫通孔２２５ｈに対応する開口を有するマスクｍｓｋ１を設け、当該開口に対してサンドブラストｓｂにより研磨材を吹き付けて穿設する（図１３（ａ，ｂ））。このため、貫通孔２２５ｈは大判押圧部材２２５の両面からそれぞれ凹設された略半球状の凹部の互いの底部が連結された形状を呈する（図１３（ｃ））。
【００５３】
さらに貫通孔２２５ｈの開口周縁部には本発明の要部である面取り部１２５ａＣが形成される。具体的には、上記マスクｍｓｋ１の開口よりも大きい開口を有するｍｓｋ２を、大判押圧部材２２５の貫通孔２２５ｈに開口を対応させて設け、更にサンドブラストｓｂにより面取り部１２５ａＣを設けるのである（図１３（ｄ，ｅ））。尚、図１３（ｅ）は図１３（ｄ）の点線で囲った部分の拡大図であり、サンドブラストｓｂにより研磨されて除去される部分を破線で示し、サンドブラストｓｂ後の形状を実線にて示すものである。こうして面取り部１２５ａＣは形成されるのであるが、この状態では、マスクｍｓｋ２に覆われ、サンドブラストｓｂでは研磨されきらずに残存してしまう不要部分２２５ａｎがあるため、この部位を除去するために鏡面研磨を行う。この鏡面加工の際は、不要部分２２５ａｎを除去すると共に、面取り部１２５ａＣの一部を含んで除去されることとなる。これにより押圧部材１２５としての先端面１２５ａや、面取り部１２５ａＣ、貫通孔２２５ｈとして形成された切欠部ＣＣ等が形成されるのである。
【００５４】
上述の如く、大判接合体２４０をダイシングして複数の素子接合体１４０を製造しているので、言うまでもないが、マスクｍｓｋ１，ｍｓｋ２のそれぞれは、マスクｍｓｋ１，ｍｓｋ２上に、互いに規則正しく、縦・横に等間隔に開口が設けられたものを使用している。その概形状を図１４（ａ）に示す。なお、次述する面取り部１２５ａＬの形成の際に用いるマスクｍｓｋ３，ｍｓｋ４についても同様に、複数の開口が設けられたものである。
【００５５】
また、押圧部材１２５の端縁（辺縁部）に形成される面取り部１２５ａＬの形成について説明する。面取り部１２５ａＬの形成もまた、サンドブラストｓｂにより行われる。この際、前述のマスクｍｓｋ１，ｍｓｋ２とは異なるマスクｍｓｋ３，ｍｓｋ４を使用する。ｍｓｋ３には、格子状に開口が形成されている。具体的には、図１４（ｂ）に示すように、格子形状の各格子子に幅を持たせて矩形を呈するとともに格子形状の各交点では互いの開口が連結しないような開口を有するマスクｍｓｋ３，ｍｓｋ４を使用している。なお、マスクｍｓｋ３の開口とマスクｍｓｋ４の開口とを比較すると、面取り部１２５ａＣの説明にて述べた理由と同じ理由で、マスクｍｓｋ４の開口の方がやや幅広に形成されている。
【００５６】
このようなマスクｍｓｋ３，ｍｓｋ４を用いて面取り部１２５ａＣの形成と同様な手順にて面取り部１２５ａＬは形成されるのであるが、貫通孔２２５ｈを形成せず、また大判押圧部材２２５のそれぞれの面２２５ａ，２２５ｂが貫通して連絡しないように形成する点などその詳細は異なる。以下、概略を説明する。
【００５７】
上述の貫通孔２２５ｈや面取り部１２５ａＣが形成され、大判押圧部材２２５の面２２５ａが鏡面研磨される前の大判押圧部材２２５に対して、マスクｍｓｋ３の開口が大判押圧部材２２５の貫通孔２２５ｈを連結するように面２２５ａ上にマスクｍｓｋ３をセットし、サンドブラストｓｂを行う（図１４（ａ））。これにより、開口に対応した部分には溝２２５ｇが形成される（図１４（ｂ），上面図：図１４（ｃ）。尚、図１４においては、形成された溝２２５ｇをハッチングにて示す。）即ち、大判押圧部材２２５の貫通孔２２５ｈは互いに溝２２５ｇで連結されることとなる。次いで、溝２２５ｇが形成された大判押圧部材２２５にマスクｍｓｋ４がセットされ、サンドブラストｓｂが行われる（図１４（ｄ））。この後、大判押圧部材２２５の面２２５ａに対して鏡面研磨加工が施され、面２２５ａが整えられるとともに不要部分２２５ａｎが除去される（図１４（ｅ））。以上により、面取り部１２５ａＬが形成される。
【００５８】
このように、面取り部１２５ａｃ，１２５ａＬのそれぞれが形成された後、感圧抵抗体１３１や感温抵抗体１３３、電極部１３５，１３６，１３７等が形成されたＳｉ素子１３０や支持部材１２７の材料である大判のＳｉウェハーや大判のガラス板が互いに接合されて大判接合体２４０を構成し、切断工程（ダイシング）を経て、素子接合体１４０となるのである。なお、図１３（ｅ），（ｆ）、図１４（ｅ），（ｆ）では、切断工程にて切断される箇所を一点鎖線ＣＬにて示している。
【００５９】
さて、ここで、面取り部１２５ａＣの面取り角度θＣについて図１３（ｆ）に補助線等を付加した図１３（ｇ）を用いて説明する。
上記の如く、先端面１２５ａは鏡面研磨によって形成される面である。これに続く形で面取り部１２５ａＣが形成される。上記先端面１２５ａの延長面Ｖ１２５ａを想定すると、この延長面Ｖ１２５ａと押圧部材１２５が離間する部分が生ずる。その基点を点Ａにて図示する。一方、その点Ａからさらに両者が離間する方へ２ｍｍ離れた位置における、面取り部１２５ａＣ上に点Ｂを取る。上記延長面Ｖ１２５ａと、点Ａ，Ｂを通る直線とがなす狭角をθＣとして規定するのである。なお、面取り部１２５ａＬの面取り角度θＬについても同様に規定される。このため、面取り角度θＬについての詳細説明は割愛する。なお、本実施の形態では、θＬ＝２２°、θＣ＝２９°としている。
【００６０】
斯くして、押圧部材１２５の４つの切欠部ＣＣ及び４つの辺縁部ＯＬに、それぞれ面取り部１２５ａＣ，１２５ａＬが形成された素子接合体１４０がされるのである。なお、本実施形態においては、すべての面取り部に対して更にフッ酸によりエッチングを行うことで、機械加工による粗面をなめらかにして、破損の起点となるおそれを低下させている。
【００６１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られず適宜変更が可能である。
例えば、上記の例ではサンドブラストを用いて大判押圧部材の貫通孔を設ける加工や面取り部を形成する加工を行っているが、ドリルや切削刃を用いて研削することとしてもよい。また、上記の例では、貫通孔２２５ｈを設け面取り部１２５ａＣを形成した後に辺縁部ＯＬの面取り部１２５ａＬを形成したが、先に面取り部１２５ａＬを形成し、次いで面取り部１２５ａＣを形成するという順序でも何ら問題はない。この順序とすることで、面取り部１２５ａＬを形成する際のサンドブラストによって切欠部ＣＣに形成した面取り部１２５ａＣの表面が荒れてしまう事態を回避することができる面では、むしろ好適であるともいえる。なお、この順序はマスクの開口形状に強く影響を受けうる。
【符号の説明】
【００６２】
１００  筒内圧センサ付きグロープラグ
１２０  圧力検出機構
１２５  押圧部材
１２５ａＣ，１２５ａＬ  面取り部
１２７  支持部材
１３０  Ｓｉ素子
１４０  素子接合体（力検知素子）
１５０  ヒータ
ＣＣ  切欠部
【図１】
2011013173.tif 000003
【図２】
2011013173.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
2011013173.tif 000012
【図１１】
2011013173.tif 000013
【図１２】
2011013173.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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