CN111947828A - 压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压力传感器，其能够同时实现导压通路的确保和高强度粘接结构。压力传感器具备：传感器隔膜(13)；以及设置在与传感器隔膜(13)接合的压力室形成构件(12)上、由传感器隔膜(13)闭塞开口部的凹部(15)和在凹部(15)开口的贯通孔(16)(孔)。该压力传感器还具备：导压管(21)，其以一端部露出于凹部(15)的方式插入贯通孔(16)并通过粘接剂(22)粘接；以及压力传递介质，其填充于凹部(15)内和导压管(21)内。在导压管(21)的一端部的周围设有空间S，在导压管(21)的一端部不存在粘接剂(22)。

Description

压力传感器

技术领域

本发明涉及一种压力传感器。

背景技术

关于在导压孔中插入并固定细管的压力传感器的技术正在开发。作为上述技术，例如可以举出专利文献1中记载的技术。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2017-116456号公报

发明内容

发明要解决的问题

例如，通过使用专利文献1中记载的技术，能够同时实现耐压性能的提高和热应力缓和。在此，在使用专利文献1所记载的技术的情况下，细管通过粘接剂与导压孔的内壁面接合。另外，例如在细管是专利文献1中例示的超小径管的情况下，由于产生毛细管现象，粘接剂有可能在导压孔中爬升。而且，产生毛细管现象的结果，若发生由粘接剂堵塞细管的情况，则导压通路被堵塞，压力传感器不能正确地测定压力。

为了防止如上所述那样由粘接剂堵塞导压通路，考虑扩大孔壁面(相当于专利文献1所述的导压孔的内壁面。)和导压管(相当于专利文献1中记载的细管。)的间隙，以避免毛细管现象产生。但是，在采用该结构的情况下，存在粘接层变厚，剪切强度、拉伸强度等降低的可能性。

本发明的目的在于提供一种压力传感器，其能够同时实现导压通路的确保和高强度粘接结构。

解决问题的技术手段

为了实现该目的，本发明的压力传感器具备：传感器隔膜，其形成为板状，并通过受到压力而位移；凹部及在所述凹部开口的孔，所述凹部设置在与所述传感器隔膜接合的压力室形成构件上，通过所述传感器隔膜闭塞所述凹部的开口部；导压管，其以一端部露出于所述凹部的方式插入所述孔并通过粘接剂粘接，作为向所述传感器隔膜传递压力的导压通路发挥作用；以及压力传递介质，其填充在所述凹部内和所述导压管内并传递压力，在所述导压管的所述一端部的周围设有空间，在所述导压管的所述一端部不存在所述粘接剂。

在本发明中，在所述压力传感器中，所述空间可以由形成于所述孔的开口部的锪孔部构成。

在本发明中，在所述压力传感器中，所述锪孔部可以形成为与所述导压管的长度方向平行地延伸。

在本发明中，在所述压力传感器中，所述压力室形成构件可以具备：第一构件，其形成有所述凹部和所述锪孔部；以及第二构件，其形成有孔径比所述孔的所述锪孔部小的孔部，并与所述第一构件接合。

在本发明中，在所述压力传感器中，所述第一构件和所述第二构件可以由互不相同的材料形成。

在本发明中，在所述压力传感器中，可以是所述孔的开口部形成为内径随着朝向所述凹部而逐渐变大的锥状，所述空间形成在所述孔的开口部与所述导压管之间。

在本发明中，在所述压力传感器中，所述导压管的所述一端部也可以形成为比另一端侧的部分相对细。

发明的效果

根据本发明，能够同时实现导压通路的确保和高强度粘接结构。

附图说明

图1是本发明的压力传感器的截面图。

图2是将主要部分放大表示的截面图。

图3是差压发送器的截面图。

图4是表示其他实施方式的截面图。

图5是表示其他实施方式的截面图。

图6是表示其他实施方式的截面图。

图7是表示其他实施方式的截面图。

图8是表示其他实施方式的截面图。

图9是表示其他实施方式的截面图。

具体实施方式

(第一实施方式)

下面，参照图1和图2详细说明本发明的压力传感器的一个实施方式。在图1的中央部图示的压力传感器1设置在绝对压力发送器2的主体3中。主体3由在图1中位于最下方的基体4和与基体4接合的盖体5构成。基体4和盖体5分别由不锈钢形成。

基体4的与盖体5相反一侧的主面4a成为受压室6的壁的一部分。受压室6被未图示的压力传递介质充满。压力传递介质是传递压力的液体。作为压力传递介质有硅油。受压室6通过阻挡隔膜7被施加被测量流体的压力。盖体5形成为朝向基体4开口的箱状，与基体4协同动作而在内部形成传感器室8。传感器室8通过形成在盖体5上的通气孔9向大气中开放。在传感器室8内设有压力传感器1和中继基板10。

压力传感器1包括：通过粘接剂11粘接在基体4上的压力室形成构件12、接合在压力室形成构件12上的传感器隔膜13、以及接合在传感器隔膜13上的通路形成构件14。这些压力室形成构件12、传感器隔膜13、通路形成构件14分别由硅形成。传感器隔膜13形成为厚度比通路形成构件14薄的板状，通过受到压力而在厚度方向上位移。

压力室形成构件12具有在接合有传感器隔膜13的一端的主面12a上开口的凹部15和在凹部15的底部开口的贯通孔16。凹部15的开口部被传感器隔膜13封闭。凹部15与传感器隔膜13协同动作而形成压力室17(参照图2)。另外，凹部15的形状形成为沿着传感器隔膜13的位移的曲面(非球面)。

如图1所示，在贯通孔16中贯通有导压管21。导压管21是作为向传感器隔膜13传递压力的导压通路而发挥作用的金属制的管。在该实施方式中，贯通孔16相当于本发明中所说的“孔”。贯通孔16的结构将在后面叙述。导压管21贯通基体4，如图2所示，在一端部21a插入压力室形成构件12中的状态下，通过粘接剂22粘接在压力室形成构件12的贯通孔16中。

导压管21的从长度方向观察的截面形状为圆形。粘接剂22可以使用例如环氧粘接剂、焊锡等。导压管21的一端部21a以露出于凹部15的方式插入贯通孔16。在导压管21的一端部21a的周围设有空间S，在导压管21的一端部21a不存在粘接剂22。受压室6内、导压管21内、包括贯通孔16在内的压力室17(凹部15)内被未图示的压力传递介质充满。受压室6的压力经由形成于导压管21中的导压通路23(参照图2)传递到压力室17。

在传感器隔膜13中的与凹部15相对的部分，设置有将传感器隔膜13的位移变换为电信号的电桥电路(未图示)。电桥电路经由接合线24与中继基板10的外部输出引脚25连接。

在通路形成构件14的隔着传感器隔膜13与压力室形成构件12的凹部15相对的部分形成有圆形凹部26。在圆形凹部26的中央部开设有贯通通路形成构件14的通气孔27。因此，圆形凹部26内为大气压。

如图2所示，压力室形成构件12的贯通孔16由在凹部15开口的锪孔部31和粘接有导压管21的孔部32构成。锪孔部31的开口形状为圆形。锪孔部31的内径比孔部32的内径大。这样的锪孔部31能够通过蚀刻或喷砂处理等形成。另外，锪孔部31形成为与导压管21的长度方向平行地延伸。孔部32的内径是在孔壁面和导压管21之间形成有粘接剂层的直径。

导压管21的一端部21a突出到锪孔部31中。该实施方式的锪孔部31的内径是这样的直径：在导压管21的一端部21a的周围，形成有比粘接剂22因毛细管现象而在导压管21的一端部21a爬升的间隙宽的空间S。为了将导压管21粘接在压力室形成构件12上，首先，将导压管21插入贯通孔16的孔部32中，然后，从位于锪孔部31的相反侧的孔部32的开口向孔部32内注入粘接剂22。该粘接剂22通过毛细管现象在孔部32的孔壁面与导压管21之间的微小间隙中爬升至锪孔部31的底部。

由于锪孔部31在其与导压管21的一端部21a之间具有不会产生毛细管现象的空间S，所以不会出现因毛细管现象而爬升到锪孔部31的粘接剂22在锪孔部31内沿着导压管21爬升的情况。

因此，粘接剂22不会到达导压管21的顶端，因此导压管21不会被粘接剂22堵塞。

因此，根据该实施方式，能够提供一种压力传感器，其能够同时实现导压通路的确保和高强度粘接结构。

在该实施方式中，导压管21的一端部21a的周围的空间、即形成为不产生毛细管现象的宽度的空间S，由形成于贯通孔16的开口部的锪孔部31构成。因此，在将导压管21收容在贯通孔16中的状态下，能够防止由毛细管现象引起的粘接剂22的爬升。这意味着，在传感器隔膜13沿着凹部15位移时，不会与导压管21碰撞。

本实施方式的锪孔部31形成为与导压管21的长度方向平行地延伸。因此，能够在压力室形成构件12上形成贯通孔16的工序中形成锪孔部31，因此能够容易地形成锪孔部31。

(第二实施例)

本发明的压力传感器可以如图3所示搭载在差压发送器上。在图3中，位于最上方的压力传感器41是差压传感器，其经由粘接剂42搭载于差压发送器43的隔膜基座44。该实施方式的压力传感器41的通路形成构件45具有由传感器隔膜46闭塞的第一凹部47及第二凹部48、和连通这些第一凹部47和第二凹部48的连通孔49。这些第一凹部47及第二凹部48和连通孔49中充满压力传递介质50。压力传递介质50从与连通孔49连接的密封孔51注入。密封孔51在通路形成构件45的一端面45a上开口，由密封材料52封闭。

传感器隔膜46被通路形成构件45和支承构件53夹持保持。通路形成构件45、传感器隔膜46和支承构件53分别由硅形成。支承构件53在隔着传感器隔膜46与通路形成构件45的第一及第二凹部47、48相对的位置具有第一贯通孔54和第二贯通孔55。在传感器隔膜46和绝缘构件56与支承构件53接合的状态下，这些第一贯通孔54的内部和第二贯通孔55的内部成为第一压力室57和第二压力室58。

在传感器隔膜46的与第一凹部47相对的部分和与第二凹部48相对的部分，分别设置有将传感器隔膜46的位移变换为电信号的电桥电路(未图示)。这些电桥电路与设置在传感器隔膜46的侧部的电极焊盘59连接。

绝缘构件56由玻璃形成，将支承构件53和隔膜基座44电绝缘。在该实施方式中，由支承构件53和绝缘构件56构成本发明所说的“压力室形成构件”。另外，在该实施方式中，本发明中所说的“凹部”由第一及第二贯通孔54、55和绝缘构件56的一部分构成。进而，支承构件53的接合有传感器隔膜46的主面53a相当于本发明中所说的“一端的主面”。

在绝缘构件56的成为第一压力室57的壁的部分形成有第三贯通孔61。另外，在绝缘构件56的成为第二压力室58的壁的部分形成有第四贯通孔62。在该实施方式中，这些第三贯通孔61和第四贯通孔62相当于本发明中所说的“在凹部开口的孔”。在第3贯通孔61中插入第一导压管63并通过粘接剂64粘接。在第四贯通孔62中插入第二导压管65并通过粘接剂64粘接。粘接剂64可以使用环氧粘接剂或焊锡等。

第三贯通孔61由在第一压力室57开口的第一锪孔部66和粘接有第一导压管63的第一孔部67构成。第四贯通孔62由在第二压力室58开口的第二锪孔部68和粘接有第二导压管65的第二孔部69构成。第一锪孔部66和第二锪孔部68的内径是在第一及第二导压管63、65的一端部63a、65a的周围形成有粘接剂64不会因毛细管现象而爬升的宽度的空间的内径。

第一导压管63和第二导压管65的一端部63a、65a收容在第一及第二锪孔部66、68中。另外，如图3所示，在第一及第二压力室57、58形成得比传感器隔膜46的能位移的深度深的情况下，能够将第一及第二导压管63、65的一端部63a、65a插入到第一及第二压力室57、58中。在该情况下，在第三和第四贯通孔61、62中不需要第一锪孔部66和第二锪孔部68。

第一及第二导压管63、65插入隔膜基座44的第五及第六贯通孔71、72并贯通隔膜基座44。第一及第二导压管63、65的另一端部向隔膜基座44成为壁的一部分的第一及第二受压室73、74开口。

隔膜基座44例如由不锈钢等金属材料形成为规定的形状。在隔膜基座44的绝缘构件56侧的一个(图3中上侧的)主面44a上，以与压力传感器41相邻的方式设置有中继基板75。在中继基板75上设置有电极焊盘76和未图示的多个外部输出引脚等。电极焊盘76通过未图示的布线与外部输出引脚连接。另外，电极焊盘76经由接合线77与传感器隔膜46的电极焊盘59连接。由此，传感器隔膜46的电桥电路经由传感器隔膜46侧的电极焊盘59、接合线77、中继基板75侧的电极焊盘76、外部输出引脚等与未图示的信号处理电路或电源电路等其他电路电连接。

在隔膜基座44的另一个主面44b上形成有第一受压室73和第二受压室74，该第一受压室73和第二受压室74由朝向与绝缘构件56相反的方向开口的凹部构成。第一受压室73的开口部被第一阻挡隔膜81封闭。第二受压室74的开口部被第二阻挡隔膜82封闭。虽然未图示，但第一阻挡隔膜81构成为成为被测量流体流过的低压侧流体通路的壁的一部分，与隔膜基座44接合。第二阻挡隔膜82构成为成为被测量流体流过的高压侧流体通路的壁的一部分，与隔膜基座44接合。

第一受压室73、第一导压管63的内部、第三贯通孔61的锪孔部66、第一压力室57构成将施加在第一阻挡隔膜81上的压力传递到传感器隔膜46的第一导压通路83，并填充有作为压力传递介质的油84。该油84从设置在隔膜基座44的一侧部的第一油导入孔85注入到第一受压室73内。第一油导入孔85在注入油后被第一栓构件86封闭。

另外，第二受压室74、第二导压管65的内部、第四贯通孔62的锪孔部68、第二压力室58构成将施加在第二阻挡隔膜82上的压力传递到传感器隔膜46的第二导压通路87，与第一导压通路83内同样地填充有作为压力传递介质的油84。第二导压通路87内的油84从设置在隔膜基座44的另一侧部的第二油导入孔88注入到第二受压室74内。第二油导入孔88在注入油后被第二栓构件89封闭。

在这样构成的差压发送器43中，施加在第一阻挡隔膜81上的被测量流体的压力经由油84传递到第一压力室57。另外，施加在第二阻挡隔膜82上的被测量流体的压力经由油84传递到第二压力室58。这样，通过向第一压力室57和第二压力室58传递压力，传感器隔膜46位移，由压力传感器41检测差压。

在图3所示的第一导压管63的一端部63a的周围和第二导压管65的一端部65a的周围，分别形成有粘接剂64不会因毛细管现象而爬升的宽度的空间S。因此，粘接剂64不会沿着第一及第二导压管63、65的一端部63a、65a爬升，因此第一及第二导压管63、65不会被粘接剂64堵塞。

因此，根据该实施方式，能够提供能够同时实现导压通路的确保和高强度粘接结构的压力传感器(差压传感器)。

(压力室形成构件和导压管的变形例)

为了在导压管的周围形成不产生毛细管现象的宽度的空间，可以如图4～图9所示那样构成。在图4～图9中，对于与通过图1和图2说明的构件相同的构件，标注相同的附图标记，并省略详细说明。

图4所示的压力室形成构件12由玻璃形成，与硅制的传感器隔膜13接合。形成压力室形成构件12的材料不限于硅，只要是如图4所示的玻璃或者不锈钢或铁镍钴合金等能够作为传感器芯片的基座使用的材料，则可以使用任何材料。

图5所示的压力室形成构件12具备：形成有凹部15和锪孔部31的第一构件101、和形成有孔径比贯通孔16的锪孔部31小的孔部32的第二构件102。第二构件102与第一构件101接合。通过采用该结构，不需要在一个构件上形成带台阶的贯通孔，因此能够简单地形成贯通孔16。

在采用图5所示的结构的情况下，能够由互不相同的材料形成第一构件101和第二构件102。例如，第一构件101可以由硅形成，第二构件102可以由玻璃形成。

图6和图7所示的贯通孔16的在凹部15开口的一端部形成为内径随着朝向凹部15而逐渐变大的锥状。图6所示的贯通孔16具有内径从与凹部15相反一侧的开口到凹部15侧的开口逐渐变大的锥面103。

图7所示的贯通孔16由第一锥形部104和第二锥形部105形成，该第一锥形部104的内径随着朝向在凹部15开口的一端而逐渐变大，该第二锥形部105的内径随着朝向与凹部15相反一侧的另一端而逐渐变大。通过采用图7所示的结构，能够从第二锥形部105简单地进行向贯通孔16内注入粘接剂22的作业。

图8和图9所示的贯通孔16形成为从一端到另一端的内径恒定。图8和图9所示的导压管21的一端部21a形成得比另一端侧的部分相对细。详细地说，图8所示的导压管21的一端部21a由比其他部分相对细的圆筒106形成。在图9所示的导压管21的一端部21a形成有外径随着朝向顶端而逐渐变小的锥面107。通过采用图8和图9所示的结构，在形成粘接剂22不会因毛细管现象而爬升的宽阔的空间S时，能够对与硅相比容易加工的导压管21进行加工而进行，因此能够容易地实现本发明。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明。但是，本发明的技术范围不限于上述例子。本发明的技术领域中的技术人员在权利要求记载的技术思想的范围内，能够想到各种变形例，这些变形例应当属于本发明的技术范围内。

符号说明

1、41…压力传感器，12…压力室形成构件，12a、53a…一端的主面，15…凹部，16…贯通孔(孔)，13、46…传感器隔膜，21…导压管，22、64…粘接剂，63…第一导压管(导压管)，65…第二导压管(导压管)，31…锪孔部，32…孔部，53…支承构件(压力室形成构件)，54…第一贯通孔(凹部)，55…第二贯通孔(凹部)，56…绝缘构件(压力室形成构件)，66…第一锪孔部(锪孔部)，67…第一孔部(孔部)，68…第二锪孔部(锪孔部)，69…第二孔部(孔部)，84…油(压力传递介质)，101…第一构件，102第二构件，103、107…锥面，104…第一锥形部，105…第二锥形部，106…圆筒，107…锥面，S…空间。

Claims (7)

1.一种压力传感器，其特征在于，具备：

传感器隔膜，其形成为板状，并通过受到压力而位移；

凹部及在所述凹部开口的孔，所述凹部设置在与所述传感器隔膜接合的压力室形成构件上，通过所述传感器隔膜闭塞所述凹部的开口部；

导压管，其以一端部露出于所述凹部的方式插入所述孔并通过粘接剂粘接，作为向所述传感器隔膜传递压力的导压通路发挥作用；以及

压力传递介质，其填充在所述凹部内和所述导压管内并传递压力，

在所述导压管的所述一端部的周围设有空间，在所述导压管的所述一端部不存在所述粘接剂。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述空间由形成于所述孔的开口部的锪孔部构成。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，

所述锪孔部形成为与所述导压管的长度方向平行地延伸。

4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，

所述压力室形成构件具备：

第一构件，其形成有所述凹部和所述锪孔部；以及

第二构件，其形成有孔径比所述孔的所述锪孔部小的孔部，并与所述第一构件接合。

5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，

所述第一构件和所述第二构件由不同的材料形成。

6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述孔的开口部形成为内径随着朝向所述凹部而逐渐变大的锥状，

所述空间形成在所述孔的开口部与所述导压管之间。

7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述导压管的所述一端部形成为比另一端侧的部分相对细。

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