JP2000155064A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サージ性の圧力に起因する圧力センサチップ
への悪影響を効果的に防止し、しかも比較的簡単な構成
で済ませる。 【解決手段】 ケース１２の凹部１６ａ内に、圧力セン
サチップ１３を支持台座１５により支持された状態で設
ける。ケース１２の突出部１７内に、該突出部１７の下
端部に入口部を有し、上端部が支持台座１５の貫通孔１
５ａに連通する圧力導入路１８を、上下方向に蛇行する
形態に形成する。圧力導入路１８のＵ字状部１８ａ部分
に、水等の液体Ｗを収容し、圧力センサチップ１３との
間に空気溜り１８ｂを形成する。ケース１２を、圧力導
入路１８の上下２か所の折返し部分に対応した分割線
Ａ，Ｂにて分割された形態の３個の部品を接合して構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力導入路から導
入された圧力を、圧力センサチップにより検出するよう
にした圧力センサに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】気体や液体の圧力を検
出するための圧力センサとして、例えば図３に示す構造
のものが供されている。この圧力センサは、ケース１内
に、支持台座２に支持された半導体圧力センサチップ３
を設けると共に、前記ケース１の下面側に管状の圧力導
入ポート４を一体的に設け、前記圧力導入ポート４を上
下に貫通する圧力導入路４ａから導入された圧力を、前
記半導体圧力センサチップ３により検出するように構成
されている。

【０００３】ところで、このような圧力センサにあって
は、検出圧力に、サージ性の過大な圧力が発生すること
があるが、その際に、半導体圧力センサチップ３のダイ
ヤフラムに過大な圧力が作用して悪影響を及ぼす虞があ
る。そのようなサージ性の圧力を緩和するためには、圧
力導入路４ａを迷路構造とすることや、図示のように圧
力導入路４ａの内径を極端に小さくすることが考えられ
るが、迷路構造を採用した場合には、ケース１の大形化
を招き、また、圧力導入路４ａの内径を小さくした場合
には、精度の高い部品が要求されコストアップとなると
いったディメリットがあった。

【０００４】そこで、実開平６−６２３４４号公報に
は、本体ボディに、過大圧保護室を設け、シールダイア
フラムに過大圧が印加されたときに、弁を開放させて過
大圧保護室内に圧力を逃がすようにした技術が示されて
いる。しかしながら、この構成では、本体ボディに過大
圧保護室を設けているため全体が大形化する不具合があ
ると共に、弁、ばね、シリコンゴム、封止栓など多くの
部品が必要となり、組付け工数も増加して大幅なコスト
高となる欠点がある。

【０００５】また、別の構造として、実開平１−８５６
５１号公報には、圧力導入ポートの内部に、スポンジや
多孔質金属からなるダンパを設けた技術が示されてい
る。ところが、この構成では、数気圧（場合によっては
１０気圧を越える）のサージ圧力を吸収するためには、
ダンパに設けられる気孔を極端に微細化しなければなら
ず、そのため、高圧縮されることにより気孔の一部が容
易に塞がれて圧力が伝わらなくなってしまう不具合があ
る。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、サージ性の圧力に起因する圧力センサ
チップへの悪影響を効果的に防止することができ、しか
も比較的簡単な構成で済ませることができる圧力センサ
を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の圧力
センサは、圧力導入路の途中部に、上下方向に折返され
るＵ字状部を設けると共に、そのＵ字状部内に液体を収
容することにより、その液体と圧力センサチップとの間
に空気溜りを設けるようにしたところに特徴を有する。

【０００８】これによれば、圧力の急変があっても、液
体が遅延して移動することと、Ｕ字状部内の液体と圧力
センサチップとの間に空気溜りがいわゆる空気ダンパと
して機能することにより、サージ性の圧力を効果的に緩
和することができる。そして、圧力導入路を蛇行状に形
成すると共に、Ｕ字状部に液体を収容するだけで実現で
きるので、さほどの部品数の増加や全体の大形化を招く
こともない。

【０００９】従って、請求項１の発明によれば、サージ
性の圧力に起因する圧力センサチップへの悪影響を効果
的に防止することができ、しかも比較的簡単な構成で済
ませることができるという優れた実用的効果を得ること
ができる。

【００１０】このとき、前記液体としては、水など流動
性のあるものであれば各種のものを採用することができ
るが、圧力検出対象が液体である場合には、前記Ｕ字状
部に収容される液体を、圧力検出対象と同一種類の液体
とすることが望ましい（請求項２の発明）。これによれ
ば、万一、Ｕ字状部に収容された液体が漏れたり、逆に
圧力検出対象の液体がＵ字状部に侵入したりした場合で
も、大きな影響なく済ませることができるようになる。

【００１１】本発明の請求項３の圧力センサは、圧力導
入路の途中部に、繊維材料を集合させて塊状とした圧力
緩和部材を配設したところに特徴を有する。これによれ
ば、圧力緩和部材の繊維材料間を通して圧力が導入され
ることになり、圧力導入路が実質的に径小となり且つ長
尺となった如き状態となるので、サージ性の圧力を効果
的に緩和することができる。また、圧力緩和部材を設け
るだけの簡単な構成で済む。さらには、圧力緩和部材
は、断面が円形となる繊維材料の集合であるため、高圧
縮されても通路が完全に塞がれることを防止できる。

【００１２】従って、請求項３の発明によれば、サージ
性の圧力に起因する圧力センサチップへの悪影響を効果
的に防止することができ、しかも比較的簡単な構成で済
ませることができるという優れた実用的効果を得ること
ができる。尚、圧力緩和部材としては、天然繊維や合成
繊維さらにはセラミック繊維などを、わた状、フェルト
状、ブランケット状としたものや、織物（布状）とした
もの等を採用することが可能である。

【００１３】また、このとき、前記圧力導入路の途中部
を部分的に径大し、その径大部に前記圧力緩和部材を収
容するように構成することができる（請求項４の発
明）。これによれば、圧力緩和部材が径大部を越えて圧
力導入路中をずれ動くことが防止されるので、圧力緩和
部材の保持を容易に行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（１）第１の実施例 まず、本発明の第１の実施例（請求項１に対応）につい
て、図１を参照しながら説明する。この図１は、本実施
例に係る圧力センサ１１の構成を示している。この圧力
センサ１１は、例えばプラスチック製のケース１２内に
半導体圧力センサチップ１３を備えると共に、そのケー
ス１２の上面を蓋部１４で覆って構成される。

【００１５】詳しく図示はしないが、前記圧力センサチ
ップ１３は、周知の通り、例えば単結晶シリコン基板の
中央部に、エッチングにより薄肉なダイヤフラムを形成
し、その上面部に、例えば４個の拡散ピエゾ抵抗体をブ
リッジ接続した検知回路を一体に設けて構成されてい
る。これにて、ダイヤフラムに作用する圧力を電気信号
に変換して取出せるようになっている。この圧力センサ
チップ１３は、上下に貫通する貫通孔１５ａを有する特
性安定化のための支持台座１５の上面に、気密に接合さ
れた状態で設けられるようになっている。

【００１６】前記ケース１２は、上面が開放した薄形容
器状をなすケース主部１６と、そのケース主部１６から
下面側へ突出する突出部（圧力導入ポート）１７とを一
体的に有して構成されている。前記ケース主部１６の内
底部中央部には、凹部１６ａが形成されており、この凹
部１６ａ内に前記圧力センサチップ１３（支持台座１
５）が取付けられている。このとき、後述するように、
前記突出部１７には、圧力導入路１８が形成されてお
り、この圧力導入路１８の上端部が、前記支持台座１５
の貫通孔１５ａに連通し、以て圧力センサチップ１３の
ダイヤフラムの下面側に検出圧力が導かれるようになっ
ている。

【００１７】そして、この圧力センサチップ１３の取付
状態で、前記検知回路と、ケース主部１６に例えばイン
サート成形により設けられた電極１９とがボンディング
ワイヤ２０により電気的に接続されるようになってい
る。さらには、前記電極１９と一体的に設けられた複数
本のターミナル２１が前記蓋部１４を貫通して上方に突
出しており、これらターミナル２１を介して外部回路と
の接続がなされるようになっている。

【００１８】また、前記蓋部１４は、前記ケース１２
（ケース主部１６）の上面開口部を気密に塞ぐように取
付けられている。このとき、蓋部１４は、図で左右方向
に延出するフランジ部２２を一体に有しており、それら
フランジ部２２に、取付用のねじ挿通孔２２ａが設けら
れている。尚、図示はしないが、ケース１２の圧力セン
サチップ１３の上面部やボンディングワイヤ２０など
は、全体がシリコンゲルなどにより覆われ、防湿性が確
保されるようになっている。

【００１９】さて、前記ケース１２の突出部１７内に設
けられる圧力導入路１８は、この場合、突出部１７の下
面部の図で左寄り部位に形成された入口部と、前記凹部
１６ａの中央部に開口（支持台座１５の貫通孔１５ａの
下端部に連通）する上端部との間を、蛇行状（横向きの
Ｓ字状）に延びて形成されている。これにより、圧力導
入路１８の途中部（右側の下部折返し部分）には、上下
方向に折返されるＵ字状部１８ａが設けられている。

【００２０】そして、この圧力導入路１８のＵ字状部１
８ａ部分には、この場合水からなる所要量（Ｕ字状部１
８ａ全体を塞ぐ量）の液体Ｗが収容されている。これに
より、圧力導入路１８には、その液体Ｗと圧力センサチ
ップ１３との間に空気溜り１８ｂが形成されることにな
る。尚、このケース１２（突出部１７）は、前記圧力導
入路１８の上下２か所の折返し部分に対応した水平な分
割線Ａ，Ｂにて分割された形態に形成された上下３個の
部品を、接着や溶着により気密に固着して構成されるよ
うになっている。また、前記突出部１７の外周部にはＯ
リング２３が取付けられている。

【００２１】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、上記した圧力センサ１１を組立てる手順について
述べる。上述のように、ケース１２は、全体を分割線
Ａ，Ｂで分割した如き上部、中段、下部の３部品から構
成されるのであるが、そのうちまず中段部品と下部部品
とを接着し、形成されるＵ字状部１８ａ部分に所要量の
液体Ｗを入れる。この後、上部部品を接着してケース１
２を構成する。このとき、突出部１７の下端部に図示し
ないゴムカバー等を装着して、圧力導入路１８の下端の
入口部を塞ぎ、液体Ｗが漏れないようにしておく。

【００２２】そして、ケース１２の凹部１６ａに圧力セ
ンサチップ１３（支持台座１５）を接着等により取付け
る。これにて、圧力導入路１８のＵ字状部１８ａ（液体
Ｗ）と圧力センサチップ１３との間に、密閉された空気
溜り１８ｂが形成されることになる。その後、ワイヤボ
ンディングや蓋部１４の取付け等が行われて圧力センサ
１１が完成する。

【００２３】図示はしないが、この圧力センサ１１は、
取付対象に対して、ケース１２の突出部１７が前記取付
対象に設けられた穴に気密に挿入された状態で、前記フ
ランジ部２２にてねじ止めされることにより取付けられ
る。このとき、圧力検出対象の圧力が突出部１７の下端
の入口部から圧力導入路１８内に導入され、もって圧力
センサチップ１３により圧力が検出されるようになる。
尚、前記ゴムカバーは、取付対象への取付け直前に突出
部１７から外される。

【００２４】しかして、圧力検出対象にサージ性の圧力
が発生し、瞬間的に過大な圧力が圧力導入路１８内に導
入されることがある。このようなサージ性の圧力が圧力
導入路１８内に導入されると、Ｕ字状部１８ａ内に収容
されていた液体Ｗが矢印ａ方向に移動し、空気溜り１８
ｂ内の空気を圧縮するようになる。これにて、圧力の急
変があっても、液体Ｗが遅延して移動することと、空気
溜り１８ｂ内の密閉された空気がいわゆる空気ダンパと
して機能することにより、サージ性の圧力が効果的に緩
和され、圧力センサチップ１３のダイヤフラムに過剰な
圧力が作用することがなくなるのである。尚、サージ性
の圧力が解消されると、液体Ｗ（空気溜り１８ｂ）は元
の状態に戻るようになる。

【００２５】従って、本実施例によれば、圧力導入路１
８に設けられたＵ事情部１８ａ内に液体Ｗを収容して空
気溜り１８ｂを設けるようにしたので、サージ性の圧力
に起因する圧力センサチップ１３への悪影響を効果的に
防止することができる。そして、圧力導入路１８を蛇行
状に形成すると共に、Ｕ字状部１８ａに液体Ｗを収容す
るだけで実現できるので、さほどの部品数の増加や全体
の大形化を招くこともなく、比較的簡単な構成で済ませ
ることができるという優れた効果を得ることができるも
のである。

【００２６】尚、上記実施例では、Ｕ字状部１８ａに収
容される液体Ｗとして水を採用したが、流動性のあるも
のであれば各種の液体を採用することができる。このと
き、圧力検出対象が液体である場合には、Ｕ字状部１８
ａに収容される液体Ｗを、圧力検出対象と同一種類の液
体とすることができ（請求項２に対応）、これにより、
万一、Ｕ字状部１８ａに収容された液体Ｗが漏れたり、
逆に圧力検出対象の液体がＵ字状部１８ａに侵入したり
した場合でも、悪影響なく済ませることができるといっ
たメリットを得ることができるものである。

【００２７】（２）第２の実施例 次に、図２を参照して、本発明の第２の実施例（請求項
３，４に対応）について説明する。尚、説明の重複を避
けるため、上記第１の実施例と同等部分については、同
一符号を付して詳しい説明を省略し、以下、異なる点を
中心に述べることとする。

【００２８】この図２は、本実施例に係る圧力センサ３
１の構成を示しており、この圧力センサ３１は、例えば
プラスチック製のケース３２内に、上記第１の実施例と
同様に、半導体圧力センサチップ１３を備えると共に、
そのケース３２の上面を蓋部１４で覆って構成される。
前記ケース３２は、やはり、ケース主部３３と、そのケ
ース主部３３から下面側へ突出する突出部３４とを一体
的に有して構成され、前記ケース主部３３の内底部中央
部に形成された凹部３３ａ内に、圧力センサチップ１３
（支持台座１５）が取付けられるようになっている。

【００２９】さて、前記突出部３４には、入口部が該突
出部３４の下端部に開口し、上端部が支持台座１５の貫
通孔１５ａに連通する圧力導入路３５が形成されている
のであるが、この場合、圧力導入路３５は、突出部３４
の中心部を上下方向に真っ直ぐに延びて形成されてい
る。そして、この圧力導入路３５は、その途中部が部分
的に径大に形成され、その径大部３５ａ内に、圧力緩和
部材３６が配設されている。この圧力緩和部材３６は、
繊維材料例えば綿の繊維を集合させて塊状（わた状）と
したものからなり、圧縮された状態で径大部３５ａ内に
収容される。

【００３０】また、このとき、前記ケース３２は、径大
部３５ａの下端に対応する水平な分割線Ｃによって分割
された形態に形成された上下２個の部品を、固着して構
成されるようになっており、前記圧力緩和部材３６を径
大部３５ａ内に収容した後にそれら上下２個の部品が接
合されるようになっている。これにて、圧力緩和部材３
６を圧力導入路３５内に配設することができ、しかも圧
力緩和部材３６が上下にずれ動くことを防止することが
できるのである。

【００３１】上記構成にあっては、圧力導入路３５の途
中部に繊維材料を集合させた圧力緩和部材３６を設けた
ことにより、検出圧力は、圧力緩和部材３６の繊維材料
間の微細で且つ経路の長い隙間を通して導入されること
になるので、サージ性の圧力が発生しても、その圧力は
圧力緩和部材３６により効果的に緩和され、圧力センサ
チップ１３のダイヤフラムに過剰な圧力が作用すること
がなくなるのである。このとき、圧力緩和部材３６は、
断面が円形となる繊維材料の集合であるため、高圧縮さ
れても通路が完全に塞がれることを防止できる。

【００３２】従って、本実施例によっても、サージ性の
圧力に起因する圧力センサチップ１３への悪影響を効果
的に防止することができ、しかも、圧力導入路３５の途
中部に径大部３５ａを形成し、圧力緩和部材３６を設け
るだけの簡単な構成で済ませることができるという優れ
た実用的効果を奏するものである。また、特に本実施例
では、径大部２５ａに圧力緩和部材３６を収容する構成
としたので、圧力緩和部材３６が圧力導入路３５中をず
れ動くことが防止され、簡単な構成で圧力緩和部材３６
の保持を行うことができるといったメリットも得ること
ができる。

【００３３】尚、上記した圧力緩和部材３６としては、
天然繊維や合成繊維さらにはセラミック繊維などを、わ
た状、フェルト状、ブランケット状としたものや、織物
（布状）としたもの等の各種のものを採用することが可
能である。また、圧力緩和部材３６を径大部３５ａ内全
体に充填されるように設けなくても、径大部３５ａ内の
上部あるいは下部に隙間が形成されるように設けても良
い。

【００３４】その他、本発明は上記した各実施例に限定
されるものではなく、例えば第１の実施例においては、
ケース１２を分割線Ａ，Ｂにて上下に３分割した部品を
接合して構成するのではなく、図示した断面で縦割り２
分割状とした２つの部品を接合して構成するようにして
も良く、また、第２の実施例において、圧力緩和部材３
６を別途の保持手段を用いて保持する構成としても良い
など、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す圧力センサの縦断
面図

【図２】本発明の第２の実施例を示す圧力センサの縦断
面図

【図３】従来例を示す圧力センサの縦断面図

【符号の説明】

図面中、１１，３１は圧力センサ、１２，３２はケー
ス、１３は圧力センサチップ、１８，３５は圧力導入
路、１８ａはＵ字状部、１８ｂは空気溜り、３５ａは径
大部、３６は圧力緩和部材、Ｗは液体を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力導入路から導入された圧力を、圧力
   センサチップにより検出するようにしたものにおいて、 前記圧力導入路の途中部に、上下方向に折返されるＵ字
   状部を設けると共に、そのＵ字状部内に液体を収容する
   ことにより、その液体と前記圧力センサチップとの間に
   空気溜りを設けたことを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 圧力検出対象が液体であると共に、前記
   Ｕ字状部に収容される液体は、圧力検出対象と同一種類
   の液体であることを特徴とする請求項１記載の圧力セン
   サ。
3. 【請求項３】 圧力導入路から導入された圧力を、圧力
   センサチップにより検出するようにしたものにおいて、 前記圧力導入路の途中部に、繊維材料を集合させて塊状
   とした圧力緩和部材を配設したことを特徴とする圧力セ
   ンサ。
4. 【請求項４】 前記圧力導入路の途中部が部分的に径大
   とされ、その径大部に前記圧力緩和部材が収容されるこ
   とを特徴とする請求項３記載の圧力センサ。