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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-48964(P2018-48964A)
(43)【公開日】2018年3月29日
(54)【発明の名称】圧力センサ
(51)【国際特許分類】
G01L 9/00 20060101AFI20180302BHJP
【ＦＩ】
G01L9/00 303L
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2016-185678(P2016-185678)
(22)【出願日】2016年9月23日
(71)【出願人】
【識別番号】000143949
【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】滝本 和哉
(72)【発明者】
【氏名】森田 將裕
(72)【発明者】
【氏名】堺 理人
(72)【発明者】
【氏名】田中 達也
【テーマコード（参考）】
2F055
【Ｆターム（参考）】
2F055AA40
2F055BB01
2F055CC02
2F055DD05
2F055EE14
2F055FF01
2F055GG12
(57)【要約】
【課題】本発明の目的は、ピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用した圧力センサにおいて、温度変化による圧力検出素子の歪を低減し、精度の向上、及び、温度応答性の改善を図ることができる圧力センサを提供することである。【解決手段】本発明の圧力センサ１００は、流体の圧力を検出する圧力検出素子１２６と、圧力検出素子１２６を支持する支持部材１２５と、圧力検出素子１２６と支持部材１２５を接着して固定する、接着剤を塗布して形成される接着剤層１２５Ａとを備える圧力センサにおいて、接着剤層１２５Ａは、初期硬化層１２５Ａ１と、チップマウント硬化層１２５Ａ２との２層から構成されることを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体の圧力を検出する圧力検出素子と、
前記圧力検出素子を支持する支持部材と、
前記圧力検出素子と前記支持部材を接着して固定する、接着剤を塗布して形成される接着剤層と
を備える圧力センサにおいて、
前記接着剤層は、初期硬化層と、チップマウント硬化層との２層から構成されることを特徴とする圧力センサ。
前記圧力検出素子を支持する支持部材と、
前記圧力検出素子と前記支持部材を接着して固定する、接着剤を塗布して形成される接着剤層と
を備える圧力センサにおいて、
前記接着剤層は、初期硬化層と、チップマウント硬化層との２層から構成されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項2】
前記初期硬化層は、前記支持部材の表面の全体に平坦に形成され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】
前記初期硬化層は、前記支持部材の表面の中央に突起部分を有する形状に形成され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4】
前記支持部材の線膨張係数は、２〜２２［１０-6／℃］であ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】
前記支持部材の線膨張係数は、２．６〜８．５［１０-6／℃］であ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6】
前記初期硬化層、及び、前記チップマウント硬化層を含む前記接着剤層の厚さは、５μｍ以上であることを特徴とする請求項１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、圧力センサに関し、特にピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用した圧力センサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から流体の圧力を検出する圧力センサとして、例えば、特許文献１に開示されるようなピエゾ抵抗効果等を利用した半導体圧力センサチップ等の圧力検出素子を使用した圧力センサが知られている。
【0003】
ピエゾ抵抗方式の圧力検出素子は、ピエゾ抵抗効果を有する材料（例えば、単結晶シリコン）からなるダイヤフラムと、ダイヤフラム上に複数の半導体歪みゲージを形成し、これらの半導体歪みゲージをブリッジ接続したブリッジ回路とを備える構造を有する。そして、ダイヤフラムの変形に応じた半導体歪みゲージのゲージ抵抗の変化をブリッジ回路から電気信号として取り出すことにより、流体の圧力が検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第５０４４８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述のような圧力検出素子を使用した圧力センサでは、圧力検出素子は、例えば、Ｆｅ・Ｎｉ系合金やステンレス等の金属材料で形成された支柱やハウジング等の支持部材に接着剤で固定されている。ここで、周囲温度が変化すると、圧力検出素子、支柱部材、及び、接着剤の線膨張係数の差異により熱応力が発生する。つまり、例えば、周囲温度が低下した場合には圧力検出素子と比較して接着剤が収縮し、周囲温度が上昇した場合には圧力検出素子と比較して接着剤が膨張する。この熱応力が発生すると、圧力検出素子が歪み、圧力検出素子の出力特性が変化し、センサ出力の精度が低下するという問題があった。また、接着剤の粘弾性の性質により、熱応力が変化した際に応力が平衡状態になるまでに時間がかかるため、温度応答性が悪化するという問題もあった。
【0006】
従って、本発明の目的は、ピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用した圧力センサにおいて、温度変化による圧力検出素子の歪を低減し、精度の向上、及び、温度応答性の改善を図ることができる圧力センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明の圧力センサは、流体の圧力を検出する圧力検出素子と、上記圧力検出素子を支持する支持部材と、上記圧力検出素子と上記支持部材を接着して固定する、接着剤を塗布して形成される接着剤層とを備える圧力センサにおいて、上記接着剤層は、初期硬化層と、チップマウント硬化層との２層から構成されることを特徴とする。
【0008】
また、上記初期硬化層は、上記支持部材の表面の全体に平坦に形成されるものとしてもよい。
【0009】
また、上記初期硬化層は、上記支持部材の表面の中央に突起部分を有する形状に形成されるものとしてもよい。
【0010】
また、上記支持部材の線膨張係数は、２〜２２［１０-6／℃］であるものとしてもよい。
【0011】
また、上記支持部材の線膨張係数は、２．６〜８．５［１０-6／℃］であるものとしてもよい。
【0012】
また、上記初期硬化層、及び、上記チップマウント硬化層を含む上記接着剤層の厚さは、５μｍ以上であるものとしてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の圧力センサによれば、ピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用した圧力センサにおいて、温度変化による圧力検出素子の歪を低減し、精度の向上、及び、温度応答性の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の圧力センサの圧力検出素子の取り付け構造を示す縦断面図である。
【図2】本発明の圧力センサの一例として液封形の圧力センサの全体を示す縦断面図である。
【図3】従来の圧力センサの圧力検出素子の取り付け構造を示す縦断面図である。
【図6】接着剤層の厚さと温度応答性の相関を示す図である。
【図7】本発明の圧力センサの圧力検出素子の取り付け構造の別の例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【0016】
図１は、本発明の圧力センサ１００の圧力検出素子１２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
【0017】
図１において、圧力検出素子１２６は、接着剤を塗布して形成される接着剤層１２５Ａを介して支柱１２５等の支持部材に取り付けられる。その後、圧力検出素子１２６のリード端子（図示を省略する）と、複数のリードピン１２８は、ワイヤボンディング工程により、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６ａにより接続される。
【0018】
圧力検出素子１２６として、ここではピエゾ抵抗効果等を利用した半導体圧力センサチップを使用する。ピエゾ抵抗効果を利用した圧力検出素子１２６は、ピエゾ抵抗効果を有する材料（例えば、単結晶シリコン）からなるダイヤフラムを有する半導体基板部と、ガラス等からなる台座部とから主に構成される。半導体基板部と、台座部は、陽極接合法などにより接合され、半導体基板部のダイヤフラムと、台座部との間の空間は、基準圧力チャンバとなる。半導体基板部のダイヤフラムには、複数の半導体歪みゲージが形成され、これらの半導体歪みゲージをブリッジ接続したブリッジ回路が構成される。このブリッジ回路により、外気圧と基準圧力チャンバとの圧力差により生じたダイヤフラムの変形を、半導体歪みゲージのゲージ抵抗の変化として、電気信号として取り出し、流体の圧力が検出される。
【0019】
支柱１２５は、ここでは、Ｆｅ・Ｎｉ系合金で形成されるものとしたが、これには限定されず、ステンレス等その他の金属材料で形成されるものとしてもよい。また、支柱１２５を設けずに、ハーメチックガラス１２４の凹部を形成する平坦面に直接的に固定されるように構成されてもよい。
【0020】
接着剤層１２５Ａとしては、シリコーン系接着剤を使用するものとしてもよい。例えば、柔軟性のある付加型の一成分系であるものが好ましいが、ゲル状の接着剤でも良い。シリコーン系接着剤は、例えば、低分子シロキサン結合を有する接着剤とされる。
【0021】
また、シリコーン系接着剤は、例えば、ベースポリマーのポリシロキサンのケイ素原子上の置換基がメチル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基等のフッ素化炭化水素基などであってもよい。また、下記の構造式を有する縮合型シリコーンゴムを主成分とするものでもよい。
【0022】
【化1】
【0023】
シリコーン系接着剤は、例えば、下記の構造式を有する付加型シリコーンゴムを主成分とするものでもよい。
【0024】
【化2】
【0025】
なお、シリコーン系接着剤は、２成分系であってもよく、縮合型、ＵＶ硬化型であってもよい。シリコーン系接着剤の代わりに、二成分系のウレタン系接着剤が用いられても良い。また、フッ素系接着剤が使用されても良く、フッ素系接着剤は、自己接着性を有する液状フッ素エラストマーとされるが、ゲル状の接着剤でも良い。
【0026】
さらに、フッ素系接着剤に代えて、例えば、充填材料としてフッ素化ポリエーテル骨格と末端のシリコーン架橋反応基を含む下記の構造式を有するエラストマーであってもよい。
【0027】
【化3】
【0028】
さらに、フッ素系接着剤に代えて、例えば、下記の構造式を有するパーフロロエラストマーであってもよい。
【0029】
【化4】
【0030】
さらにまた、フッ素系接着剤に代えて、例えば、下記の構造式を有するフッ素ゴムであってもよい。
【0031】
【化5】
【0032】
図１に示すように、本発明の圧力センサ１００では、接着剤層１２５Ａは、初期硬化層１２５Ａ１と、チップマウント硬化層１２５Ａ２の２層から構成される。初期硬化層１２５Ａ１は、圧力検出素子１２６を接着する前に、接着剤層１２５Ａを所定の厚さに維持するために、事前に塗布して硬化させておくものである。初期硬化層１２５Ａ１は、ここでは、全体に平坦に形成される。チップマウント硬化層１２５Ａ２は、初期硬化層１２５Ａ１が塗布、硬化された後に、実際に圧力検出素子１２６をマウントする際に塗布されるものである。なお、ここでは、初期硬化層１２５Ａ１、及び、チップマウント硬化層１２５Ａ２の材質は、上述の接着剤層１２５Ａの材質のうちの同じ１種類の材質を使用するが、相性のよい材質であれば、異なる材質でもよい。このように、接着剤層１２５Ａが初期硬化層１２５Ａ１と、チップマウント硬化層１２５Ａ２の２層から構成されることにより、後述するように、接着剤層１２５Ａの厚さを所定の厚さに維持することができ、温度変化による圧力検出素子１２６の歪を低減でき、精度向上及び温度応答性の改善を図ることができる。
【0033】
ここで、このような圧力検出素子１２６の取り付け構造を有する本発明の圧力センサの一例として、液封型の圧力センサ１００の全体構造を説明する。
【0034】
図２は、本発明の圧力センサの一例として液封形の圧力センサ１００の全体を示す縦断面図である。
【0035】
図２において、液封型の圧力センサ１００は、圧力検出される流体を後述する圧力室１１２Ａに導入する流体導入部１１０と、圧力室１１２Ａの流体の圧力を検出する圧力検出部１２０と、圧力検出部１２０で検出された圧力信号を外部に送出する信号送出部１３０と、流体導入部１１０、圧力検出部１２０、及び、信号送出部１３０を覆うカバー部材１４０とを備える。
【0036】
流体導入部１１０は、圧力検出される流体が導かれる配管に接続される金属製の継手部材１１１と、継手部材１１１の配管に接続される端部と別の端部に溶接等により接続されるお椀形状を有する金属製のベースプレート１１２とを備える。
【0037】
継手部材１１１には、配管の接続部の雄ねじ部にねじ込まれる雌ねじ部１１１ａと、配管から導入された流体を圧力室１１２Ａに導くポート１１１ｂとが形成される。ポート１１１ｂの開口端は、ベースプレート１１２の中央に設けられた開口部に溶接等により接続される。なお、ここでは、継手部材１１１に雌ねじ部１１１ａが設けられるものとしたが、雄ねじが設けられるものとしてもよく、または、継手部材１１１の代わりに、銅製の接続パイプが接続されるものとしてもよい。ベースプレート１１２は、継手部材１１１と対向する側に向かい広がるお椀形状を有し、後述するダイヤフラム１２２との間に圧力室１１２Ａを形成する。
【0038】
圧力検出部１２０は、貫通孔を有するハウジング１２１と、上述の圧力室１１２Ａと後述する液封室１２４Ａとを隔絶するダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム１２２の圧力室１１２Ａ側に配置されるダイヤフラム保護カバー１２３と、ハウジング１２１の貫通孔内部にはめ込まれるハーメチックガラス１２４と、ハーメチックガラス１２４の圧力室１１２Ａ側の凹部とダイヤフラム１２２との間にシリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等の圧力伝達媒体が充填される液封室１２４Ａと、ハーメチックガラス１２４の中央の貫通孔に配置される支柱１２５と、支柱１２５に固定され液封室１２４Ａ内部に配置される圧力検出素子１２６と、液封室１２４Ａの周囲に配置される電位調整部材１２７と、ハーメチックガラス１２４に固定される複数のリードピン１２８と、ハーメチックガラス１２４に固定されるオイル充填用パイプ１２９とを備える。
【0039】
ハウジング１２１は、例えばＦｅ・Ｎｉ系合金やステンレス等の金属材料により形成される。ダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム保護カバー１２３は、共に金属材料で形成され、共にハウジング１２１の圧力室１１２Ａ側の貫通孔の外周縁部において溶接される。ダイヤフラム保護カバー１２３は、ダイヤフラム１２２を保護するために圧力室１１２Ａ内部に設けられ、流体導入部１１０から導入された流体が通過するための複数の連通孔１２３ａが設けられる。ハウジング１２１は、圧力検出部１２０が組み立てられた後、流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周縁部において、溶接等により接続される。
【0040】
支柱１２５は、液封室１２４Ａ側に、圧力検出素子１２６が接着剤層１２５Ａにより接着して固定されるものである。上述したように、本発明の圧力センサ１００では、接着剤層１２５Ａは、初期硬化層１２５Ａ１と、チップマウント硬化層１２５Ａ２の２層から構成される。圧力検出素子１２６は、流体導入部１１０から圧力室１１２Ａに導入された流体の圧力を、ダイヤフラム１２２を介して液封室１２４Ａ内のシリコーンオイル等の圧力変動として検出するものである。
【0041】
電位調整部材１２７は、特許第３９８７３８６号公報に記載されているように、圧力検出素子１２６を無電界（ゼロ電位）内に置き、フレームアースと２次電源との間に生じる電位の影響でチップ内の回路などが悪影響を受けないようにするために設けられる。電位調整部材１２７は、液封室１２４Ａ内の圧力検出素子１２６とダイヤフラム１２２との間に配置され、金属等の導電性の材料で形成され、圧力検出素子１２６のゼロ電位に接続される端子に接続される。
【0042】
ハーメチックガラス１２４には、複数のリードピン１２８と、オイル充填用パイプ１２９が貫通状態でハーメチック処理により固定される。本実施形態では、リードピン１２８として、全部で８本のリードピン１２８が設けられている。すなわち、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、駆動電圧供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本のリードピン１２８と、圧力検出素子１２６の調整用の端子として５本のリードピン１２８が設けられている。なお、図２においては、８本のリードピン１２８のうち４本が示されている。複数のリードピン１２８は、例えば、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６ａにより圧力検出素子１２６に接続され、圧力検出素子１２６の外部入出力端子を構成している。
【0043】
オイル充填用パイプ１２９は、液封室１２４Ａの内部に圧力伝達媒体として、例えば、シリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等を充填するために設けられる。なお、オイル充填用パイプ１２９の一方の端部は、オイル充填後、図２の点線で示されるように、押し潰されて閉塞される。
【0044】
信号送出部１３０は、圧力検出部１２０の圧力室１１２Ａに対向する側に設けられ、複数のリードピン１２８を配列する端子台１３１と、端子台１３１に接着剤１３２ａにより固定され、複数のリードピン１２８に接続される複数の接続端子１３２と、複数の接続端子１３２の外端部に半田付け等により電気的に接続される複数の電線１３３と、ハウジング１２１の上端部と端子台１３１の間にシリコーン系接着剤で形成される静電気保護層１３４とを備える。なお、静電気保護層１３４は、エポキシ樹脂などの接着剤でも良い。
【0045】
端子台１３１は、略円柱形状であって、当該円柱の中段付近に、上述の複数のリードピン１２８をガイドするためのガイド壁を有する形状に形成され、樹脂材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により形成される。端子台１３１は、例えば、静電気保護層１３４に使用されている接着剤により、圧力検出部１２０のハウジング１２１の上部に固定される。
【0046】
接続端子１３２は、金属材料で形成され、端子台１３１の上述の固定壁より上段の円柱側壁に垂直に接着剤１３２ａにより固定される。なお、本実施形態では、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、駆動電圧供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本の接続端子１３２が設けられる。３本の接続端子１３２の内端部は、それぞれ対応するリードピン１２８に溶接等により電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。
【0047】
また、本実施形態では、３本の接続端子１３２に接続するために３本の電線１３３が設けられる。電線１３３は、電線１３３のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された被覆をはがした芯線１３３ａに予め予備半田を行い、その撚り線を束ねたものを、上述の接続端子１３２に半田付けや溶接等により接続端子１３２に電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。また、３本の電線１３３は、圧力センサ１００の周囲を覆うカバー部材１４０から引き出された後、３本束ねた状態にしてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された保護チューブ（図示を省略する）で覆われる。
【0048】
静電気保護層１３４は、ＥＳＤ保護回路の有無に影響されることなく、圧力検出部１２０の静電気耐力を向上させるために設けられるものである。静電気保護層１３４は、主に、ハーメチックガラス１２４の上端面を覆うようにハウジング１２１の上端面に塗布され、シリコーン系接着剤により形成される所定の厚さを有する環状の接着層１３４ａと、複数のリードピン１２８が突出するハーメチックガラス１２４の上端面全体に塗布され、シリコーン系接着剤からなる被覆層１３４ｂとから構成される。端子台１３１の空洞部を形成する内周面であって、ハーメチックガラス１２４の上端面に向き合う内周面には、ハーメチックガラス１２４に向けて突出する環状突起部１３１ａが形成されている。環状突起部１３１ａの突出長さは、被覆層１３４ｂの粘性等に応じて設定される。このように環状突起部１３１ａが形成されることにより、塗布された被覆層１３４ｂの一部が、表面張力により環状突起部１３１ａと、端子台１３１の空洞部を形成する内周面のうちハーメチックガラス１２４の上端面に略直交する部分との間の狭い空間内に引っ張られて保持されるので、被覆層１３４ｂが端子台１３１の空洞部内における一方側に偏ることなく塗布されることとなる。また、被覆層１３４ｂは、ハーメチックガラス１２４の上端面に所定の厚さで形成されるが、図２の部分１３４ｃに示すように、ハーメチックガラス１２４の上端面から突出する複数のリードピン１２８の一部分をさらに覆うように形成されてもよい。
【0049】
カバー部材１４０は、略円筒形状で圧力検出部１２０及び信号送出部１３０の周囲を覆う防水ケース１４１と、端子台１３１の上部に被される端子台キャップ１４２と、防水ケース１４１の内周面とハウジング１２１の外周面及び端子台１３１の外周面との間を充填する封止剤１４３とを備える。
【0050】
端子台キャップ１４２は、例えば樹脂材料により形成される。端子台キャップ１４２は、本実施形態では、上述の円柱形状の端子台１３１の上部を塞ぐ形状に形成され、ウレタン系樹脂等の封止剤１４３が充填される前に端子台１３１の上部に被される。しかしながら、端子台キャップ１４２はこの形状には限定されず、端子台１３１の上部及び防水ケース１４１の上部を一体として塞ぐ形状に形成され、封止剤１４３が充填された後に被されるものとしても、または、端子台キャップ１４２とは別に新たな蓋部材が設けられ、端子台キャップ１４２及び封止剤１４３が配置された後に、防水ケース１４１の上部に新たな蓋部材が被されるものとしてもよい。
【0051】
防水ケース１４１は、樹脂材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により略円筒形状に形成され、円筒形状の下端部には、内側に向かうフランジ部が設けられている。このフランジ部には、防水ケース１４１の上部の開口部から挿入された信号送出部１３０及び圧力検出部１２０が接続された流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周部が当接する。この状態で封止剤１４３を充填することにより圧力検出部１２０等の内部の部品が固定される。
【0052】
なお、本実施形態では、本発明の圧力センサの一例として、液封形の圧力センサ１００を例にとり説明するが、これには限定されず、本発明は、ピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用する全ての圧力センサに適用可能である。
【0053】
次に、従来の圧力検出素子の取り付け構造を説明する。
【0054】
図３は、従来の圧力センサ３００の圧力検出素子３２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
【0055】
図３において、従来の圧力センサ３００の圧力検出素子３２６は、接着剤を塗布して形成される接着剤層３２５Ａを介して支柱３２５に取り付けられる。その後、圧力検出素子３２６のリード端子（図示を省略する）と、複数のリードピン１２８は、ワイヤボンディング工程により、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６ａにより接続される。従来の圧力センサ３００では、接着剤層３２５Ａが２層で構成されず、１層で構成されている。
【0056】
図３に示す従来の圧力センサ３００の圧力検出素子３２６の取り付け構造では、圧力検出素子３２６、支柱３２５、及び、接着剤層３２５Ａの線膨張係数の差異により、圧力検出素子３２６に歪が生じ、測定精度、及び、温度応答性が悪化するという問題が生じていた。つまり、例えば、周囲温度が低下した場合には圧力検出素子３２６と比較して接着剤層３２５Ａが収縮し、周囲温度が上昇した場合には圧力検出素子３２６と比較して接着剤層３２５Ａが膨張する。このため、圧力検出素子３２６、支柱３２５、及び、接着剤層３２５Ａの線膨張係数の差異により熱応力が発生する。この熱応力が発生すると、圧力検出素子３２６が歪み、圧力検出素子の出力特性が変化し、圧力検出素子３２６の出力精度が低下する。また、接着剤層３２５Ａの粘弾性の性質により、熱応力が変化した際に応力が平衡状態になるまでに時間がかかるため、温度応答性が悪化する。以下に、この点について説明する。
【0058】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すいずれのグラフも、所定時間の高温状態から、所定時間の低温状態に変化させる温度サイクル条件における圧力検出素子３２６の出力精度を示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すいずれのグラフも、高温状態で圧力検出素子３２６の出力精度が悪化していることがわかる。これに加えて、図４（ｂ）に示すグラフでは、温度応答遅れが発生している部分で、圧力検出素子３２６の出力精度が更に悪化していることがわかる。
【0059】
一般的に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す高温（あるいは低温）状態の圧力検出素子３２６の出力精度の悪化は、線形的に変化するため、圧力検出素子３２６の内部、あるいは、外部回路で補正が可能である。これに対して、温度応答遅れによる圧力検出素子３２６の出力精度の悪化は、非線形的に変化するため補正が難しいという問題がある。そこで、以下に、温度応答遅れの原因について検討する。
【0061】
図５（ａ）に示すグラフは、高温から低温への温度変化後の圧力検出素子３２６の出力精度を示している。上述のように、圧力検出素子３２６は、接着剤層３２５Ａを介して支柱３２５に取り付けられている。ここでは、測定時に、接着剤層３２５Ａを取り付けたままの場合と、接着剤層３２５Ａを取り外した場合の比較を行っている。その結果、接着剤層３２５Ａを取り外した場合には、圧力センサ３００の出力精度の温度応答遅れがなくなっていることがわかる。
【0062】
図５（ｂ）に示すグラフは、荷重がかかった場合の、上から弾性、粘性、塑性の変位を示している。このうち、弾性については、応答遅れなく、一度変位した後元に戻り、塑性については応答遅れなく変位した後元に戻らない。これに対して、粘性については、応答遅れが発生しながら変位し、元に戻らないことがわかる。つまり、温度応答遅れは、粘弾性を有する接着剤層３２５Ａが原因であることがわかる。次に、この対策について検討する。
【0063】
図６は、接着剤層３２５Ａの厚さと温度応答性の相関を示す図である。
【0064】
図６において、縦軸は、高温から低温への温度変化後の圧力検出素子３２６の出力精度を示し、横軸は、接着剤層３２５Ａの厚さを示している。ここでは、支柱３２５にレーザ照射で複数個所に突起部を形成し、接着剤層３２５Ａの厚さを調整し、測定を行った。その結果、接着剤層３２５Ａの厚さが５μｍより厚いと温度応答遅れによる圧力検出素子３２６の出力精度の悪化が解消されることがわかった。これは、接着剤層３２５Ａの厚さが所定の厚さより薄いと、圧力検出素子３２６、支柱３２５、及び、接着剤層３２５Ａの線膨張係数の差異による熱応力により圧力検出素子３２６に歪が発生し、圧力検出素子３２６の出力精度が悪化するが、接着剤層３２５Ａの厚さが所定の厚さより厚いと、接着剤層３２５Ａの弾性により生じる線膨張係数の差異による熱応力が吸収され、圧力検出素子３２６の歪が抑制されるからだと考えられる。
【0065】
なお、本発明の圧力センサ１００で使用される各部材の常温での線膨張係数としては、圧力検出素子１２６の台座部として使用されるガラスの線膨張係数が９．０［１０-6／℃］であり、接着剤層１２５Ａの線膨張係数が約３００［１０-6／℃］である。また、支柱１２５として使用される材料の常温での線膨張係数としては、Ｆｅ・Ｎｉ系合金の線膨張係数が５．０［１０-6／℃］であり、ステンレス鋼の線膨張係数が１７．３［１０-6／℃］であり、黄銅の線膨張係数が２０．８［１０-6／℃］であり、ケイ素の線膨張係数が２．６［１０-6／℃］である。従って、支柱１２５の線膨張係数は２〜２２［１０-6／℃］であればよく、好ましくは、２．６〜８．５［１０-6／℃］であるのが望ましい。これは、ハーメチックガラス１２４の線膨張係数が８．５（８〜１０）［１０-6／℃］であり、支柱１２５の線膨張係数はそれより小さい方が望ましいからである。
【0066】
次に、本発明の圧力センサの取り付け構造の別の形態を説明する。
【0067】
図７は、本発明の圧力センサの圧力検出素子７２６の取り付け構造の別の例７００を示す縦断面図である。
【0068】
図７において、図１に示す圧力センサ１００と同様に、圧力検出素子７２６は、接着剤を塗布して形成される接着剤層７２５Ａを介して支柱７２５に取り付けられる。その後、圧力検出素子７２６のリード端子（図示を省略する）と、複数のリードピン１２８は、ワイヤボンディング工程により、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６ａにより接続される。同様の部材には、同様の符号を付し説明を省略する。
【0069】
圧力センサ７００では、図１に示す圧力センサ１００と異なり、初期硬化層７２５Ａ１と、チップマウント硬化層７２５Ａ２の２層から構成される接着剤層７２５Ａのうち、初期硬化層７２５Ａ１が中央に突起部分を有する形状に形成される。このように初期硬化層７２５Ａ１の形状を中央に突起部分を有する形状とすることにより、接着剤層７２５Ａの厚さを所定の厚さに容易に確保でき、温度変化による圧力検出素子７２６の歪を低減でき、精度向上及び温度応答性の改善を図ることができる。
【0070】
なお、これまで図１、図７を参照して、２層から構成される接着剤層１２５Ａ、７２５Ａを説明してきたが、初期硬化層１２５Ａ１、７２５Ａ１の形状は上述の形状に限定されるものではなく、その他の形状に形成するものとしてもよい。
【0071】
以上のように、本発明の圧力センサによれば、ピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用した圧力センサにおいて、温度変化による圧力検出素子の歪を低減し、精度の向上、及び、温度応答性の改善を図ることができる。
【符号の説明】
【0072】
１００、３００、７００ 圧力センサ１１０ 流体導入部
１１１ 継手部材
１１１ａ 雌ねじ部
１１１ｂ ポート
１１２ ベースプレート
１１２Ａ 圧力室
１２０ 圧力検出部
１２１ ハウジング
１２２ ダイヤフラム
１２３ ダイヤフラム保護カバー
１２３ａ 連通孔
１２４ ハーメチックガラス
１２４Ａ 液封室
１２５、３２５、７２５ 支柱
１２５Ａ、３２５Ａ、７２５Ａ 接着剤層
１２５Ａ１、７２５Ａ１ 初期硬化層
１２５Ａ２、７２５Ａ２ チップマウント硬化層
１２６、３２６、７２６ 圧力検出素子
１２６ａ ボンディングワイヤ
１２７ 電位調整部材
１２８ リードピン
１２９ オイル充填用パイプ
１３０ 信号送出部
１３１ 端子台
１３２ 接続端子
１３２ａ 接着剤
１３３ 電線
１３３ａ 芯線
１３４ 静電気保護層
１３４ａ 接着層
１３４ｂ 被覆層
１３４ｃ 部分
１４０ カバー部材
１４１ 防水ケース
１４２ 端子台キャップ
１４３ 封止剤