(57)【要約】【課題】センサチップを搭載するためのセンサ搭載用ステムにおいて、ガラスタブレットの反りを抑制する。【解決手段】このセンサ搭載用ステムは、一面において、ガラスタブレットを介してセンサチップが搭載される。センサ搭載用ステムは、センサチップが搭載される一面を有する基材と、ガラスタブレットの外縁形状に沿って一面から突出した突出部と、突出部の突出方向の先端に形成されたストッパと、を備えている。そして、ストッパは、一面との間でガラスタブレットの一部を挟持するとともに、突出方向において、センサチップとオーバーラップしないように形成される。【選択図】図１
2015197379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１１ａ）において、ガラスタブレット（３０）を介してセンサチップ（２０）が搭載されるセンサ搭載用ステムであって、
前記センサチップが搭載される前記一面を有する基材（１１）と、
前記ガラスタブレットの外縁形状に沿って前記一面から突出した突出部（１２）と、
前記突出部の突出方向の先端に形成されたストッパ（１３）と、を備え、
前記ストッパは、前記一面との間で前記ガラスタブレットの一部を挟持するとともに、前記突出方向において、前記センサチップとオーバーラップしないように形成されることを特徴とするセンサ搭載用ステム。
【請求項２】
前記ストッパは、前記センサチップの外縁形状に沿って形成されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ搭載用ステム。
【請求項３】
前記突出部は、前記ガラスタブレットを前記突出方向に直交する方向から挿入可能なように切り欠き（１２ａ）を有し、前記突出方向における断面がＣ字状を成すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ搭載用ステム。
【請求項４】
前記突出部における前記切り欠きは、前記ガラスタブレットの挿入方向において、前記基材の外縁側から内側に向かって縮幅することを特徴とする請求項３に記載のセンサ搭載用ステム。
【請求項５】
前記基材における前記一面は円形状を成し、
前記突出部は、前記ガラスタブレットの中心が前記一面の中心（Ｏ）と一致して配置されるように形成され、
前記ストッパは、前記センサチップの中心が前記一面の中心と一致して配置されるように形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ搭載用ステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ搭載用ステムと、前記ガラスタブレットと、前記センサチップと、を備え、前記センサチップは圧力の検出に用いられることを特徴とする圧力センサ。
【請求項７】
前記ガラスタブレットは矩形状を成すことを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
【請求項８】
車両の内燃機関におけるインジェクタに供されることを特徴とする請求項６または請求項７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、センサチップを搭載するためのセンサ搭載用ステムおよび圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力を検出するための圧力センサにおいて、一面側に被測定媒体からの圧力を直接的あるいは間接的に受けるように構成されたセンサチップが配置されるセンサ搭載用ステムが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載の圧力センサは、金属ステムに凹部が設けられ、この凹部に低融点ガラスを配置するようになっている。そして、凹部にセンサチップを収容され、センサチップは低融点ガラスを介して金属ステムに接合される。
【０００４】
これにより、センサチップが低融点ガラス内を移動したとしても、その移動量が低融点ガラスのサイズに制限されるため、金属ステムにおける歪み部の中心と、センサチップの感度中心とのズレ量を小さくすることができる。したがって、センサチップのズレによる圧力の検出感度低下を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８２８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の圧力センサは、低融点ガラスの金属ステムに対する接合面と反対の面が非固定であり、センサチップを金属ステムに接合する際の加熱時や、圧力センサの使用環境による温度変化によって、低融点ガラスに反りが生じる場合がある。低融点ガラスに反りが生じると、センサチップと金属ステムとの間に低融点ガラスが充填されない部分、すなわち気泡が発生する場合がある。気泡が発生すると、被測定媒体による金属ステムの変形が十分にセンサチップに伝達されず、圧力センサとしての検出感度が低下する虞がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、センサチップを搭載するためのセンサ搭載用ステムにおいて、ガラスタブレット（低融点ガラス）の反りを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、一面（１１ａ）において、ガラスタブレット（３０）を介してセンサチップ（２０）が搭載されるセンサ搭載用ステムであって、センサチップが搭載される一面を有する基材（１１）と、ガラスタブレットの外縁形状に沿って一面から突出した突出部（１２）と、突出部の突出方向の先端に形成されたストッパ（１３）と、を備え、ストッパは、一面との間でガラスタブレットの一部を挟持するとともに、突出方向において、センサチップとオーバーラップしないように形成されることを特徴としている。
【００１０】
これによれば、ガラスタブレットは、基材とストッパの間でガラスタブレットの外縁の少なくとも一部が挟持される。このため、ガラスタブレットが非固定である場合に較べて、ガラスタブレットの反りを抑制することができる。したがって、センサチップと基材との間をガラスタブレットで満たすことができる。
【００１１】
特に、このセンサチップが圧力の検出に用いられる場合には、ガラスタブレットの反りを抑制することによって、圧力の検出感度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す図であり、図２におけるＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図２】圧力センサの概略構成を示す上面図である。
【図３】圧力センサの概略構成を示す斜視図である。
【図４】その他の実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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。なお、方向について、ｘ方向と、ｘ方向に直交するｙ方向と、ｘ方向とｙ方向とにより規定されるｘｙ平面に直交するｚ方向と、を定義する。
【００１４】
（第１実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る圧力センサの概略構成について説明する。
【００１５】
この圧力センサは、車両の内燃機関に供されるインジェクタに搭載され、自律噴射精度補償技術（ｉ−ＡＲＴ）を実現する。自律噴射精度補償技術は、圧力センサによってインジェクタ内の燃料圧力を検出し、複数のインジェクタ間における燃料の噴射ズレを補正して排出ガスに含まれる窒素酸化物や硫黄酸化物などの有害ガスの量を低減する技術である。
【００１６】
図１に示すように、この圧力センサ１００は、図示しないインジェクタに一体的に固定されたセンサ搭載用ステム１０と、圧力を検出するためのセンサチップ２０と、センサ搭載用ステム１０とセンサチップ２０との間に介在して両者を接合するためのガラスタブレット３０と、を備えている。
【００１７】
センサ搭載用ステム１０の詳しい構成は追って記述する。
【００１８】
センサチップ２０は、詳しく図示しないが、メンブレンが形成された半導体基板に歪みゲージが配置され、メンブレンの変形量を圧力に変換する形式の圧力センサである。このセンサチップ２０は、図２に示すように、ｘｙ平面に沿うメンブレン形成面が略正方形の概形を成している。とくに、本実施形態におけるセンサチップ２０は、後述するセンサ搭載用ステム１０の一面１１ａ上において、後述のガラスタブレット３０を介して、正方形の直交する二辺がそれぞれｘ方向とｙ方向に沿うように配置されている。
【００１９】
ガラスタブレット３０は加熱することで所定の粘性を発現する低融点ガラスである。ガラスタブレット３０は、センサ搭載用ステム１０とセンサチップ２０とを接合するために、これらの間に配置されている。また、ガラスタブレット３０は、センサ搭載用ステム１０における後述するメンブレン１１ｂの変形をセンサチップ２０に伝達する圧力伝達部材としても機能する。すなわち、燃料の圧力変化はセンサ搭載用ステム１０のメンブレン１１ｂを変形させ、ガラスタブレット３０を介してセンサチップ２０のメンブレンが変形する。これにより、歪みゲージのピエゾ抵抗効果によって燃料の圧力変化を検出することができる。さらに、ガラスタブレット３０は、センサ搭載用ステム１０とセンサチップ２０との線膨張係数の差を緩和して、圧力センサ１００の熱的信頼性を向上させる効果も奏している。なお、本実施形態におけるガラスタブレット３０も略正方形を成しており、後述するセンサ搭載用ステム１０の一面１１ａ上において、正方形の直交する２辺がそれぞれｘ方向とｙ方向に沿うように配置されている。
【００２０】
次に、図１〜図３を参照して、センサ搭載用ステム１０の詳しい構成について説明する。
【００２１】
センサ搭載用ステム１０はステンレス鋼を主成分とする金属製である。センサ搭載用ステム１０は、基材１１と突出部１２とストッパ１３とを有している。
【００２２】
基材１１は、図１および図２に示すように、先端が閉じられてｚ方向に延びる略円筒を成している。基材１１はその先端が円錐台形状となっており、ｚ方向に直交するｘｙ平面に沿う一面１１ａが形成されている。基材１１には、被測定媒体が導入されるための内部空間Ｓが形成されており、一面１１ａと内部空間Ｓとを隔てる基材１１の一部が、薄肉化されたメンブレン１１ｂとなっている。内部空間Ｓに導入された被測定媒体の圧力が変化するとメンブレン１１ｂの歪み量が変化する。センサチップ２０は、このメンブレン１１ｂの歪み量変化を、ガラスタブレット３０を介して検出する。歪み量は被測定媒体の圧力変化に一対一に対応するため、センサチップ２０により被測定媒体の圧力を検出することができる。
【００２３】
突出部１２は、図１に示すように、基材１１における一面１１ａからｚ方向に突出して形成されている。特許請求の範囲に記載の突出方向は、本実施形態におけるｚ方向に相当する。この突出部１２は、図２に示すように、ガラスタブレット３０の外縁形状に沿って一面１１ａから突出して形成されており、具体的には、ガラスタブレット３０のｙ方向に直交する一辺を除く三辺を取り囲むようにして、Ｃ字状に形成されている。このため、ガラスタブレット３０は、ｘ方向の位置が突出部１２によって規定される。また、ガラスタブレット３０におけるｙ方向に直交する一辺が突出部１２により移動を制限されるため、ｙ方向についても位置が規定される。本実施形態における突出部１２は、基材１１の中心Ｏ、すなわちメンブレン１１ｂの中心が、ガラスタブレット３０の幾何学的中心に一致するように形成されている。
【００２４】
なお、特許請求の範囲に記載の切り欠きとは、一面１１ａ上において突出部１２が形成されていない部分を指し、図２において符号１２ａで示している。ガラスタブレット３０は、図３に示すように、この切り欠き１２ａからｙ方向に沿って挿入して配置される。切り欠き１２ａは、図２に示すように、中心Ｏからｙ方向に遠ざかるに従ってその幅が広くなるように形成されている。逆に言えば、切り欠き１２ａは、ガラスタブレット３０の挿入方向において、基材１１の外縁側から内側に向かって縮幅するように形成されている。
【００２５】
ストッパ１３は、図１に示すように、ｚ方向に突出する突出部１２の先端に形成されている。ストッパ１３は、突出部１２からｘｙ平面に沿う方向に延びて、ガラスタブレット３０を基材１１の一面１１ａとの間で挟持するように形成されている。本実施形態におけるストッパ１３は、図２および図３に示すように、突出部１２のうち、一面１１ａに直交するガラスタブレット３０の側面に対向する３つの面１２ｂからそれぞれ張り出している。具体的には、このストッパ１３は、ｘ方向に直交する２つの面からそれぞれｘ方向に張り出すものと、ｙ方向に直交する１つの面からｙ方向に張り出すものとにより構成されている。
【００２６】
ストッパ１３は、図１および図２に示すように、センサチップ２０とｚ方向においてオーバーラップしないように、センサチップ２０の外縁形状に沿うように形成されている。このため、センサチップ２０は、ｘ方向の位置がストッパ１３によって規定される。また、センサチップ２０におけるｙ方向に直交する一辺がストッパ１３により移動を制限されるため、ｙ方向についても位置が規定される。本実施形態におけるストッパ１３は、基材１１の中心Ｏが、センサチップ２０の幾何学的中心に一致するように形成されている。すなわち、基材１１の中心Ｏ、ガラスタブレット３０の幾何学的中心、および、センサチップ２０の幾何学的中心はすべて一致している。
【００２７】
次に、図２を参照して、本実施形態に係る圧力センサ１００の製造方法について、簡単に説明する。
【００２８】
まず、センサ搭載用ステム１０を成形する。センサ搭載用ステム１０は、切削加工によって成形することができる。センサ搭載用ステム１０のｚ方向の先端について、一面１１ａの中心Ｏがメンブレン１１ｂの変形中心になるように一面１１ａを露出させ、且つ、突出部１２が残留するようにステンレス鋼を切削する。この際、ステンレス鋼は、切り欠き１２ａが形成されるように、ｙ方向から切削工具の刃先を押し進めて加工される。
【００２９】
そして、突出部１２のガラスタブレット３０に対向するべき面を切削して突出部１２から張り出すストッパ１３を形成する。
【００３０】
次いで、ガラスタブレット３０を切り欠き１２ａが形成された側からｙ方向に沿って挿入し、ガラスタブレット３０を一面１１ａ上に配置する。この際、上記したように、ガラスタブレット３０の位置は突出部１２によって一意に決まる。
【００３１】
次いで、センサチップ２０をｚ方向からガラスタブレット３０上に載置する。この際、センサチップ２０は、ストッパ１３とｚ方向にオーバーラップしないように嵌めこまれる。これにより、上記したように、センサチップ２０の位置はストッパ１３によって一意に決まる。
【００３２】
次いで、センサ搭載用ステム１０、ガラスタブレット３０、およびセンサチップ２０を共に加熱してガラスタブレット３０に粘性を発現させた後に冷却する。これにより、センサ搭載用ステム１０とセンサチップ２０とがガラスタブレット３０を介して接合される。
【００３３】
次に、本実施形態に係る圧力センサ１００の作用効果について説明する。
【００３４】
突出部１２がガラスタブレット３０の外縁形状に沿って形成されているため、一面１１ａ上に挿入配置された後のガラスタブレット３０の移動を制限することができる。このため、一面１１ａの中心Ｏ、すなわちメンブレン１１ｂの変形中心と、ガラスタブレット３０の幾何学的中心を簡単に一致させることができる。したがって、従来のように、ｚ方向から一面１１ａとガラスタブレット３０とを撮像して画像認識によって位置合わせをするような構成に較べて、ガラスタブレット３０の位置合わせを簡単にすることができる。さらに、ガラスタブレット３０の位置精度も向上させることができる。
【００３５】
なお、従来は、ガラスタブレット３０の、一面１１ａに対する位置合わせにおいて、円筒状を成すセンサ搭載用ステム１０の軸周りの等方性を鑑みて、ガラスタブレット３０が円形状であった。これに対して、本実施形態では、ガラスタブレット３０の位置が突出部１２により一意に決まるため、ガラスタブレット３０は円形状である必要がない。本実施形態ではガラスタブレット３０を略正方形とする例を示したがこれに限定されることはなく、任意の形状にすることができる。とくに、ガラスタブレット３０を矩形状とすれば、ガラスタブレット３０をダイシングにより切り出す際に、円形状に較べて収率を向上させることができる。
【００３６】
また、ストッパ１３がセンサチップ２０の外縁形状に沿って形成されているため、ガラスタブレット３０上に載置された後のセンサチップ２０の移動を制限することができる。このため、一面１１ａの中心Ｏと、センサチップ２０の幾何学的中心とを簡単に一致させることができる。したがって、従来の較べてセンサチップ２０の位置合わせを簡単にすることができ、センサチップ２０の位置精度も向上させることができる。なお、センサチップ２０が一辺３．５０±０．０１ｍｍの正方形である場合には、一面１１ａの中心Ｏと、センサチップ２０の幾何学的中心とのズレ量を略２００μｍ程度にすることができる。
【００３７】
さらに、ストッパ１３が一面１１ａとの間でガラスタブレット３０を挟持する構成であるため、ガラスタブレット３０が非固定である場合に較べて、ガラスタブレット３０の反りを抑制することができる。よって、センサチップ２０と基材１１との間の気泡の発生を抑制し、センサチップ２０と基材１１との間をガラスタブレット３０で満たすことができる。したがって、圧力センサとしての検出感度が低下を抑制することができる。
【００３８】
（その他の実施形態）
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。
【００３９】
上記した実施形態では、複数のストッパ１３が突出部１２から張り出している例について示した。言い換えれば、ストッパ１３がセンサチップ２０の周りにおいて、非連続に形成されていた。しかしながら、ストッパ１３の構造はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、ストッパ１３がセンサチップ２０の外縁形状を取り囲むように連続的に形成されていてもよい。
【００４０】
また、上記した実施形態では、突出部１２の切り欠き１２ａが、基材１１の外縁から一面１１ａの中心に向かうに従って縮幅するように形成される例について示したが、必ずしも縮幅していなければならないわけではない。切り欠き１２ａは幅が一定として形成されてもよい。
【００４１】
また、上記した実施形態に係るセンサ搭載用ステム１０および圧力センサ１００は、インジェクタに供される圧力センサを例に示したが、インジェクタ以外にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…センサ搭載用ステム，１１…基材，１２…突出部，１３…ストッパ１３
２０…センサチップ，３０…ガラスタブレット
【図１】
2015197379.tif 000003
【図２】
2015197379.tif 000004
【図３】
2015197379.tif 000005
【図４】
2015197379.tif 000006