壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種壓力傳感器，該壓力傳感器具備隔膜、與隔膜連結的連結部及兩個受壓元件。受壓元件分別輸出根據作用于受壓面的壓力和溫度而變化的輸出信號，且具有表示壓力及溫度與輸出信號的關系的輸出特性。兩個受壓元件具有相同的輸出特性。兩個受壓元件中的一個受壓元件的受壓面經由連結部而與隔膜連接，另一受壓元件的受壓面不與隔膜連接。壓力傳感器輸出與兩個受壓元件的輸出信號之差對應的信號。
【專利說明】
壓力傳感器
技術領域
[0001]本發明涉及檢測壓力的壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]在日本特開平6 - 34455號公報中公開了一種壓力傳感器。該壓力傳感器具備隔膜、力轉換元件及力傳遞塊。力轉換元件輸出根據壓力而變化的輸出信號。力傳遞塊與力轉換元件連結。該壓力傳感器通過經由力傳遞塊向力轉換元件傳遞壓力來檢測作用于隔膜的壓力。
[0003]在該壓力傳感器的力轉換元件中，不僅是壓力，根據溫度而輸出信號也變化。SP，向力轉換元件傳遞的壓力即使恒定，在溫度變化的情況下也輸出不同的輸出信號。因此，上述公報記載的壓力傳感器對力轉換元件的輸出信號進行去除了溫度的影響的溫度校正運算，基于該運算后的輸出來檢測壓力。
[0004]另外，在上述壓力傳感器中預先存儲有用于進行溫度校正運算的校正系數。力轉換元件的輸出特性存在個體差，因此在各元件中為了高精度地校正因溫度變化引起的輸出信號的變化量，需要對應于各元件的輸出特性來算出并存儲校正系數。因此，存在壓力傳感器的制造工時增大而制造成本增大的可能性。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種無需存儲與各元件的輸出特性對應的校正系數而能夠檢測壓力的壓力傳感器。
[0006]用于實現上述的目的的壓力傳感器具備隔膜、與上述隔膜連結的連結部及兩個受壓元件。上述受壓元件分別輸出根據作用于受壓面的壓力和溫度而變化的輸出信號，且具有表示上述壓力及上述溫度與上述輸出信號的關系的輸出特性。兩個上述受壓元件具有相同的輸出特性。兩個上述受壓元件中的一個受壓元件的上述受壓面經由上述連結部而與上述隔膜連接，另一受壓元件的上述受壓面不與上述隔膜連接。上述壓力傳感器輸出與上述兩個受壓元件的輸出信號之差對應的信號。
【附圖說明】
[0007]圖1是表不具備壓力傳感器的一實施方式即缸內壓傳感器的內燃機的結構的剖視圖。
[0008]圖2是將該實施方式的缸內壓傳感器的前端部放大表示的剖視圖。
[0009]圖3是表示從受壓面側觀察該實施方式的缸內壓傳感器的受壓元件時的結構的示意圖。
[0010]圖4是表示該實施方式的缸內壓傳感器中的作用于各受壓元件的受壓面的壓力與電壓的關系的坐標圖。
[0011]圖5是表示該實施方式的缸內壓傳感器的各受壓元件的溫度與電壓的關系的坐標圖。
[0012]圖6是示意性地表示該實施方式的缸內壓傳感器的隔膜上作用有壓力時作用于受壓元件的壓力的立體圖。
[0013]圖7是表示另一實施方式的圖，是表示缸內壓傳感器的受壓元件的結構的立體圖。
[0014]圖8是表示又一實施方式的圖，是表示從受壓面側觀察缸內壓傳感器的受壓元件時的結構的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下，關于將壓力傳感器具體化為缸內壓傳感器的一實施方式，參照圖1?圖6進行說明。
[0016]如圖1所示，在具備缸內壓傳感器12的內燃機的汽缸體I形成有汽缸2。在汽缸2內設有能夠往復移動的活塞3。在汽缸體I的上部固定有汽缸蓋4。由汽缸蓋4、汽缸2及活塞3形成燃燒室5。在汽缸蓋4設有向燃燒室5導入進氣的進氣口 6。在進氣口 6設有將進氣口 6與燃燒室5連通或隔斷的進氣門7。而且，在進氣口 6設有向進氣口 6內噴射燃料的燃料噴射閥8。
[0017]在汽缸蓋4設有用于使從燃料噴射閥8噴射的燃料與進氣的混合氣在燃燒室5內燃燒的火花塞9。在燃燒室5內燃燒后的混合氣作為排氣從設于汽缸蓋4的排氣口 10排出。在排氣口 10設有將排氣口 10與燃燒室5連通或隔斷的排氣門11。
[0018]而且，在汽缸蓋4設有檢測燃燒室5內的壓力的缸內壓傳感器12。
[0019]來自缸內壓傳感器12等各種傳感器的輸出信號向內燃機的控制裝置13輸入。并且，控制裝置13基于這樣的信號，控制燃料噴射閥8的燃料噴射量或控制火花塞9的點火時期。
[0020]接下來，參照圖2及圖3，說明缸內壓傳感器12的結構。
[0021]如圖2所示，在缸內壓傳感器12的前端部設有例如由金屬構成的隔膜14。隔膜14呈有底筒狀，燃燒室5內的壓力作用于隔膜14的底部15。在隔膜14中，底部15的中心部彎曲。隔膜14通過作用于該底部15的壓力而撓曲變形。
[0022]而且，在隔膜14上，比其他部分向徑向外側延伸的凸緣16設于整周。隔膜14在使該凸緣16與圓筒形狀的外殼體17的前端抵接的狀態下固定于該外殼體17。
[0023]而且，在外殼體17中收容有圓筒形狀的內殼體18。內殼體18固定于隔膜14。在內殼體18設有將與隔膜14相向的開口密封的密封部件19。該開口位于比相反側的開口接近燃燒室5的位置、即圖2的左側。由此，使隔膜14的內部的空間密閉。在缸內壓傳感器12的前端部的內側形成有通過隔膜14而與缸內壓傳感器12的外部隔開的收容空間20。
[0024]在收容空間20內設有固定于密封部件19的兩個受壓元件21、22。這兩個受壓元件21、22是半導體元件，是在同一硅晶片中被制造于彼此相鄰的位置的元件。
[0025]如圖2及圖3所示，受壓元件21、22分別為長方體狀。兩個受壓元件21、22在與受壓面23、24平行的截面中的長邊彼此在全長上抵接的狀態下被一體地切出。各受壓元件21、22包括用于確保與相鄰的受壓元件的電絕緣的區域。另外，受壓面23、24位于圖2中的受壓元件21、22的左側面，且位于圖3中的受壓元件21、22的正面。因此，兩個受壓元件21、22彼此相鄰地并排配置。
[0026]換言之，各受壓元件21、22在圖3的俯視觀察時為長條狀，兩個受壓元件21、22在圖3的俯視觀察時以長邊34彼此在全長上抵接的狀態并排配置。
[0027]在本說明書中，“抵接的狀態”是指兩個受壓元件21、22未隔開間隔地配置的狀態。由此，“抵接的狀態”包括兩個受壓元件21、22在共用的硅晶片上被制造的狀態，也包括在物理上獨立的兩個受壓元件并排配置的狀態。
[0028]各受壓元件21、22輸出根據作用于受壓面23、24的壓力和溫度而變化的作為輸出信號的電壓。各受壓元件21、22具有表示壓力及溫度與電壓的關系的輸出特性。兩個受壓元件21、22具有相同的輸出特性。
[0029]兩個受壓元件21、22中的一個受壓元件21設置在與隔膜14的中心軸L重合的位置，另一受壓元件22設置在不與隔膜14的中心軸L重合的位置。
[0030]在受壓元件21、22的受壓面23、24上分別設有測量部25、26。以覆蓋該測量部25、26的方式分別連結玻璃塊27、28。在與受壓元件21連結的玻璃塊27上連接有桿29。在桿29上形成有半球形狀的抵接面。該抵接面與隔膜14的底部15的中心部連接。換言之，在受壓元件21上經由桿29而連結有與隔膜14連接的玻璃塊27。該受壓元件21的受壓面23經由玻璃塊27而與隔膜14連接。S卩，受壓元件21與隔膜14連接。詳細而言，受壓元件21與隔膜14間接連接。該玻璃塊27作為連結部發揮功能。
[0031]與受壓元件22連結的玻璃塊28不與桿29連接，且不與隔膜14連接。S卩，玻璃塊28不與隔膜14連接。換言之，在受壓元件22連結有不與隔膜14連接的玻璃塊28。該受壓元件22的受壓面24不與隔膜14連接。S卩，受壓元件22的受壓面24不與隔膜14連接。換言之，在與隔膜14連接的受壓元件21上連結有與隔膜14連接的玻璃塊27。在不與隔膜14連接的受壓元件22上連結有不與隔膜14連接的玻璃塊27。
[0032]在本實施方式中，與隔膜14連接的受壓元件21對應于一個受壓元件，不與隔膜14連接的受壓元件22對應于另一受壓元件。另外，為了區別兩個受壓元件21、22，可以將與隔膜14連接的受壓元件21定義為第一受壓元件，將不與隔膜14連接的受壓元件22定義為第二受壓元件。
[0033]如圖3所示，在受壓元件21形成有一對電極30A、30B，在受壓元件22形成有一對電極31A、31B。并且，經由與各電極30A、30B、31A、31B連接的引線32來檢測一個受壓元件21的電極30A、30B間的電壓及另一受壓元件22的電極31A、3IB間的電壓。另外，引線32以貫通了密封部件19的狀態埋入于該密封部件19。在缸內壓傳感器12中，檢測兩個受壓元件21、22的電壓作為輸出信號，將與這些受壓元件21、22的電壓之差對應的信號向控制裝置13輸出。另外，作為輸出與兩個受壓元件21、22的電壓之差對應的信號的方法，只要適當使用公知的方法即可，例如，可以通過使用運算放大器等來輸出與電壓之差對應的信號。
[0034]接下來，參照圖4?圖6，說明本實施方式的作用。
[0035]設于缸內壓傳感器12的兩個受壓元件21、22輸出根據作用于受壓面23、24的壓力而變化的電壓。即，作用于受壓面23、24的壓力越高，則電壓越高。兩個受壓元件21、22在同一晶片中被制造于彼此相鄰的位置。因此，由同一晶片制造出的受壓元件21、22彼此的輸出特性的變動小于由不同晶片制造出的受壓元件之間的輸出特性的變動。
[0036]圖4中，在能夠檢測的壓力的范圍內，表示受壓元件21的壓力與電壓的關系的輸出特性由實線表示，表示受壓元件22的壓力與電壓的關系的輸出特性由單點劃線表示。而且，受壓元件21的輸出特性的±20%的范圍由虛線表示。
[0037]如圖4所示，在能夠檢測的壓力的范圍內，受壓元件22的輸出特性包含在受壓元件21的輸出特性的±20%的范圍內。
[0038]而且，各受壓元件21、22的電壓也反映出溫度的影響。S卩，各受壓元件21、22的溫度越高，則電壓越升高或降低。在圖5中，示出各受壓元件21、22的溫度越高則電壓越增大的情況。另外，在圖5中，在能夠允許的溫度的范圍內，表示受壓元件21的溫度與電壓的關系的輸出特性由實線表示，表示受壓元件22的溫度與電壓的關系的輸出特性由單點劃線表示。而且，受壓元件21的輸出特性的±20%的范圍由虛線表示。
[0039]如圖5所示，在能夠允許的溫度的范圍內，受壓元件22的輸出特性包含在受壓元件21的輸出特性的±20%的范圍內。
[0040]在本實施方式中，這樣一來，在能夠檢測的壓力的范圍內受壓元件22的輸出特性包含在受壓元件21的輸出特性的±20%的范圍內、且在能夠允許的溫度的范圍內受壓元件22的輸出特性包含在受壓元件21的輸出特性的±20%的范圍內的情況下，定義為雙方的受壓元件21、22的輸出特性定義相同。
[0041]因此，受壓元件21的輸出特性與受壓元件22的輸出特性相同。因此，在受壓元件21,22中，在同一壓力及同一溫度時，電壓大致相同，并且與壓力及溫度的變化對應的電壓的變化程度也大致相同。
[0042]并且，與具有相同的輸出特性的兩個受壓元件21、22中的一個受壓元件21的受壓面23連結的玻璃塊27經由桿29而與隔膜14連接。與另一受壓元件22的受壓面24連結的玻璃塊28不與桿29連接。該玻璃塊28不與隔膜14連接。玻璃塊28不與隔膜14連接。
[0043]因此，如圖6的箭頭所示，與燃燒室5內的壓力對應的隔膜14的變形產生的壓力經由桿29及玻璃塊27而僅作用于受壓元件21。因此，從受壓元件21檢測反映了壓力和溫度的影響的電壓，從受壓元件22檢測僅反映了溫度的影響的電壓。在這些受壓元件21、22中，溫度的影響所引起的電壓的變化量共用，因此在受壓元件21的電壓與受壓元件22的電壓之差中僅反映了壓力的影響。
[0044]并且，在本實施方式中，輸出與受壓元件21的輸出信號和受壓元件22的輸出信號之差對應的信號。即，去除溫度的影響，輸出僅反映了壓力的影響的信號。因此，無需使用校正系數對信號進行校正運算，能夠檢測作用于隔膜14的壓力。
[0045]而且，為了利用未傳遞作用于隔膜14的壓力的受壓元件22的電壓來高精度地去除傳遞作用于隔膜14的壓力的受壓元件21的電壓中的溫度的影響，優選將這兩個受壓元件21、22配置在同一溫度環境下。
[0046]在本實施方式中，兩個受壓元件21、22配置在通過隔膜14而與缸內壓傳感器12的外部隔開的收容空間20內。因此，與將受壓元件21配置在收容空間20內并將受壓元件22配置在與該收容空間20不同的場所的情況相比，兩個受壓元件21、22的溫度接近。
[0047]而且，兩個受壓元件21、22彼此相鄰地配置，因此兩個受壓元件21、22的溫度更接近于相等的狀態。
[0048]而且，如本實施方式的缸內壓傳感器12那樣，在將作用于隔膜14的壓力向受壓元件21傳遞來檢測壓力的壓力傳感器中，在通過隔膜14而與缸內壓傳感器12的外部隔開的收容空間20內收容受壓元件21。因此，在通過隔膜14而與缸內壓傳感器12的外部隔開的收容空間20收容兩個受壓元件21、22，由此無需另行設置用于收容不與隔膜14連接的受壓元件22的空間。因此，能抑制設置2個受壓元件所引起的壓力傳感器的大型化。
[0049]而且，如上所述，為了利用未傳遞作用于隔膜14的壓力的受壓元件22的電壓而高精度地去除傳遞作用于隔膜14的壓力的受壓元件21的電壓中的溫度的影響，希望使這兩個受壓元件21、22的輸出特性接近。
[0050]在受壓元件的制造過程中，按照各晶片來實施各種加工，因此由同一晶片制造出的受壓元件彼此的輸出特性的變動小于由不同晶片制造出的受壓元件之間的輸出特性的變動。
[0051]在本實施方式中，兩個受壓元件21、22由I個晶片制造，因此雙方的輸出特性接近。
[0052]此外，在本實施方式中，兩個受壓元件21、22在同一晶片中被制造于彼此相鄰的位置并被一體地切出，因此與使用在同一晶片中被制造于彼此分離的位置的兩個受壓元件的情況相比，各受壓元件21、22的輸出特性更接近。
[0053]而且，長方體狀的兩個受壓元件21、22在與受壓面23、24平行的截面中的長邊34彼此在全長上抵接的狀態下被一體地切出。因此，能夠在具有比長邊34的2倍短的長度的收容空間20內配置各受壓元件21、22。
[0054]而且，在受壓元件21連結有與隔膜14連接的玻璃塊27，在受壓元件22上連結有不與隔膜14連接的玻璃塊28。因此，與采用僅在受壓元件21連結玻璃塊27的結構的情況相比，兩個受壓元件21、22的配置形態更接近，兩個受壓元件21、22的溫度變化更接近。
[0055]根據以上說明的一實施方式，能得到以下的效果。
[0056](I)缸內壓傳感器12具備具有相同的輸出特性的兩個受壓元件21、22。兩個受壓元件21、22中的一個受壓元件21的受壓面23經由玻璃塊27而與隔膜14連接，另一受壓元件22的受壓面24不與隔膜14連接。因此，根據一個受壓元件21的電壓與另一受壓元件22的電壓之差，能夠檢測僅反映了壓力的影響的電壓。并且，通過輸出與一個受壓元件21的電壓和另一受壓元件22的電壓之差對應的信號，不用為了高精度地校正溫度變化引起的輸出信號的變化量而使用對應于各元件的特性算出的校正系數對信號進行校正運算，就能夠檢測作用于隔膜14的壓力。其結果是，在制造缸內壓傳感器12時，無需算出或存儲用于進行溫度校正的校正系數。因此，無需存儲與各元件的特性對應的校正系數就能夠檢測壓力，與存儲校正系數的情況相比，能夠減少制造工時。進而，能夠實現制造成本的削減。
[0057](2)兩個受壓元件21、22配置在通過隔膜14而與缸內壓傳感器12的外部隔開的收容空間20內。因此，與將一個受壓元件21配置在收容空間20內并將另一受壓元件22配置在與該收容空間20不同的場所的情況相比，在本實施方式中，兩個受壓元件21、22的溫度接近。因此，能夠利用不與隔膜14連接的受壓元件22的電壓而高精度地去除與隔膜14連接的受壓元件21的電壓中的溫度的影響。
[0058](3)兩個受壓元件21、22彼此相鄰地配置。因此，兩個受壓元件21、22的溫度更接近，利用不與隔膜14連接的受壓元件22的電壓，能夠更高精度地去除與隔膜14連接的受壓元件21的輸出信號中的由溫度引起的影響。
[0059](4)兩個受壓元件21、22由同一晶片制造。因此，受壓元件21的輸出特性與受壓元件22的輸出特性接近，能夠高精度地檢測壓力。
[0060](5)兩個受壓元件21、22在同一晶片中被制造于彼此相鄰的位置并被一體地切出。因此，受壓元件21的輸出特性與受壓元件22的輸出特性更接近，能夠更高精度地檢測壓力。
[0061](6)受壓元件21、22分別為長方體狀。兩個受壓元件21、22以與受壓面23、24平行的截面中的長邊34彼此在全長上抵接的狀態并排配置。因此，能夠在具有比長邊34的2倍短的長度的收容空間20內配置受壓元件21、22，受壓元件21、22的搭載性提高。
[0062](7)在與隔膜14連接的受壓元件21上連結有與隔膜14連接的玻璃塊27。不與隔膜14連接的受壓元件22上連結有不與隔膜14連接的玻璃塊28。因此，能夠使兩個受壓元件21、22的溫度變化更接近，能夠高精度地檢測壓力。
[0063]另外，上述實施方式可以如以下那樣變更實施。
[0064].可以變更各受壓元件21、22中的玻璃塊27、28的配置形態。可以采用例如如圖7所示在受壓元件21上連結玻璃塊27且在受壓元件22上不連結玻璃塊28的結構。根據這樣的結構，也能夠實現受壓元件21的受壓面23與隔膜14連接且受壓元件22的受壓面24不與隔膜14連接的結構。
[0065]?兩個受壓元件21、22可以是由I個晶片分別切出的元件。即使是這樣的結構，也優選將兩個受壓元件21、22以與受壓面23、24平行的截面中的長邊34彼此在全長上抵接的狀態并排配置。即，優選將兩個受壓元件21、22以俯視觀察時的長邊34彼此在全長上抵接的狀態并排配置。在這種情況下，兩個獨立的受壓元件21、22如圖3所示配置。作為長邊34所示的線是物理上獨立的兩個受壓元件21、22抵接的交界。
[0066]?兩個受壓元件21、22的配置形態可以變更。例如如圖8所示，可以分別切出長方體狀的兩個受壓元件21、22，以與受壓面23、24平行的截面中的短邊33彼此在全長上抵接的狀態并排配置。即，各受壓元件21、22在俯視觀察時為長條狀，兩個受壓元件21、22以俯視觀察時的短邊33彼此在全長上抵接的狀態并排配置。即使是這樣的結構，只要在缸內壓傳感器12形成至少具有長邊34的2倍的長度的收容空間20，就能夠將各受壓元件21、22搭載于收容空間20。
[0067].可以使用在同一晶片中被制造于彼此分離的位置的兩個受壓元件作為受壓元件
21,22ο
[0068].可以使用由不同的晶片制造出的兩個受壓元件作為受壓元件21、22。
[0069].可以將兩個受壓元件21、22以相互分離的狀態配置于收容空間20。
[0070].可以將兩個受壓元件21、22中的一個受壓元件21配置在通過隔膜14而與缸內壓傳感器12的外部隔開的收容空間20內，并將另一受壓元件22配置在與該收容空間20不同的場所、例如內殼體18的內部等。根據這樣的結構，也能夠通過輸出與一個受壓元件21的電壓和另一受壓元件22的電壓之差對應的信號來檢測壓力。另外，在由于受壓元件21,22的配置位置分離而溫度不同的情況下，可以對與一個受壓元件21的電壓和另一受壓元件22的電壓之差對應的信號進行溫度校正的運算。即，只要通過進行與各受壓元件21、22的分離的距離對應的校正運算，輸出與配置在相鄰的位置的情況的電壓差相等的信號即可。在這樣的結構中，僅通過存儲與分離的距離對應的校正系數，就能夠高精度地檢測壓力，因此無需存儲與各元件的特性對應的校正系數就能夠檢測壓力。
[0071].也可以省略桿29而將玻璃塊27直接與隔膜14連接。
[0072]?可以使用除玻璃塊以外的部件作為連結部。另外，在與由硅構成的受壓元件的線膨脹系數一致方面，優選使用玻璃塊。
[0073].本實施方式記載的結構并不局限于缸內壓傳感器12，在其他壓力傳感器中也能夠同樣地應用。
【主權項】
1.一種壓力傳感器，具備: 隔膜； 與所述隔膜連結的連結部；及 兩個受壓元件， 所述受壓元件分別輸出根據作用于受壓面的壓力和溫度而變化的輸出信號，且具有表示所述壓力及所述溫度與所述輸出信號的關系的輸出特性，兩個所述受壓元件具有相同的輸出特性， 兩個所述受壓元件中的一個受壓元件的所述受壓面經由所述連結部而與所述隔膜連接，另一受壓元件的所述受壓面不與所述隔膜連接， 所述壓力傳感器輸出與所述兩個受壓元件的輸出信號之差對應的信號。2.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其中， 所述兩個受壓元件配置在通過所述隔膜而與所述壓力傳感器的外部隔開的收容空間內。3.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其中， 所述兩個受壓元件彼此相鄰地并排配置。4.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其中， 所述兩個受壓元件由同一晶片制造。5.根據權利要求4所述的壓力傳感器，其中， 所述兩個受壓元件在同一晶片中被制造于彼此相鄰的位置并被一體地切出。6.根據權利要求3所述的壓力傳感器，其中， 所述受壓元件分別為長方體狀，所述兩個受壓元件以俯視觀察時的長邊彼此在全長上抵接的狀態并排配置。7.根據權利要求1?6中任一項所述的壓力傳感器，其中， 在與所述隔膜連接的所述受壓元件上連結有與所述隔膜連接的玻璃塊作為所述連結部， 在不與所述隔膜連接的所述受壓元件上連結有不與所述隔膜連接的玻璃塊。
【文檔編號】G01L27/00GK105890842SQ201510751639
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年11月6日
【發明人】竹本義晴, 西部祐司, 水野健太朗, 橋本昭二
【申請人】豐田自動車株式會社