JP2001050837A - ダイヤフラム型半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が単純で容易に製造することができるダ
イヤフラム型半導体圧力センサを提供する。 【解決手段】 被測定圧力Ｐが印加される圧力変換部１
と圧力を検出する圧力検出部とから組み立てられたダイ
ヤフラム型半導体圧力センサにおいて、圧力変換部１
は、圧力を受けるダイヤフラム３と、流体が封入される
内部空間４と、圧力検出部と内部空間４とを連結する開
口とを有し、圧力検出部は、圧力変換部１の開口に気密
的に連結される圧力導入部１２と、この圧力導入部１２
の圧力を受ける圧力感応チップ部１６と、この圧力感応
チップ部１６における圧力導入口１２の反対側の面に基
準圧力を印加する基準圧力部１９と、圧力感応チップ部
１６から圧力検出信号を導出するリードとを有する。ま
た、圧力変換部１と圧力検出部とは内部に流体が封入さ
れた伝達管２１を介して気密的に連結される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気圧、水圧又は
油圧等の圧力を測定することができるダイヤフラム型半
導体圧力センサに関し、特に、耐食性が要求される環境
で使用されるステンレス鋼等の耐食材料でダイヤフラム
が形成されたダイヤフラム型半導体圧力センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、水、油若しくはガス等の圧力測定
又は高温、低温若しくは高湿度等の過酷な条件下で圧力
測定を行う場合、耐食性が優れたステンレス鋼製のダイ
ヤフラムを有するダイヤフラム型半導体圧力センサを使
用している。図５は従来のダイヤフラム型半導体圧力セ
ンサを示す断面図である。図５に示すように、筐体１０
０の凹部が形成された上面にステンレス製のダイヤフラ
ム１０１が形成されている。この凹部とダイヤフラム１
０１との間の空間には台１０３を介して圧力感応チップ
部１０４が配置され、封入油（オイル）１０８が封入さ
れている。封入油（オイル）としては、鉱油又はシリコ
ンオイルが使用され、安定性又は安全性の面から、好ま
しくはシリコンオイルが使用される。この圧力感応チッ
プ部１０４は金線１０５を介して筐体１００を貫通して
外部に延設されたリード端子（電気信号線）１０６に接
続されている。このリード端子１０６は筐体１００を貫
通する際に、ハーメチック１０７により封入油１０８が
漏れないように気密性が保持されている。また、筐体１
００には基準圧力導入ポート１０２が形成され、台１０
３には貫通孔１０３ａが形成されている。

【０００３】即ち、この筐体１００の上面に形成された
ステンレス製のダイヤフラム１０１で被測定圧力Ｐを受
け、内部に封入された封入油１０８を介して圧力を伝達
する構造を有した圧力センサを使用している。

【０００４】上述の構成を有する従来のダイヤフラム型
半導体センサは感圧ダイヤフラム等を作製した感圧チッ
プを使用し、被測定圧力Ｐをステンレスダイヤフラムで
受け、封入油１０８を介して加えられた圧力を電気信号
に変換している。その電気信号を得ることにより、被測
定圧力Ｐの計測を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のダイヤ
フラム型半導体圧力センサは、筐体１００内部の気密を
保持したまま、リード端子１０６を筐体１００外部まで
貫通させなければならないので、ハーメチック１０７等
の特殊な構造にする必要があり、構造が複雑化するとい
う問題点がある。また、圧力感応チップ部１０４及びリ
ード線１０６の一部は封入油１０８に漬けられるので、
これらの耐食性を考慮する必要がある。更に、ハーメチ
ック１０７等の特殊形状を有する構造を持つ筐体１００
において、金線１０５を形成するためダイボンド又はワ
イヤボンド等の高精度を要求される作業が必要であるの
で、製造が困難であるという問題点がある。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、構造が単純で容易に製造することができる
ダイヤフラム型半導体圧力センサを提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るダイヤフラ
ム型半導体センサは、被測定圧力が印加される圧力変換
部と前記圧力を検出する圧力検出部とから組み立てられ
たダイヤフラム型半導体圧力センサにおいて、前記圧力
変換部は、圧力を受けるダイヤフラムと、流体が封入さ
れる内部空間と、前記圧力検出部と前記空間とを連結す
る開口とを有し、前記圧力検出部は、前記圧力変換部の
前記開口に気密的に連結される圧力導入部と、この圧力
導入部の圧力を受ける圧力感応チップ部と、この圧力感
応チップ部における前記圧力導入口の反対側の面に基準
圧力を印加する基準圧力部と、前記圧力感応チップ部か
ら圧力検出信号を導出するリードとを有することを特徴
とする。

【０００８】この場合、前記圧力変換部と前記圧力検出
部とは内部に流体が封入された伝達管を介して気密的に
連結されることが好ましい。

【０００９】本発明においては、被測定圧力が印加され
る圧力変換部と圧力を検出する圧力検出部とを有し、こ
の圧力変換部は被測定圧力が印加されるダイヤフラム
と、流体が封入される内部空間と、圧力変換部と空間と
を連結する開口とを有し、圧力検出部は、圧力変換部の
開口に気密的に連結される圧力導入部と、この圧力導入
部の圧力を受ける圧力感応チップ部と、この圧力感応チ
ップ部における圧力導入口の反対側の面に基準圧力を印
加する基準圧力部と、圧力感応チップ部から圧力検出信
号を導出するリードとを有することにより、ダイヤフラ
ムが受けた圧力は内部空間に封入された流体により開口
及び圧力導入部を経て圧力感応チップに伝達され、この
圧力が圧力検出信号に変換されて、圧力が圧力検出信号
として外部に導出される。これにより、圧力変換部と圧
力検出部とは個別製造されていても、圧力を測定するこ
とができると共に、構造を単純化することができるので
容易に製造することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係るダイ
ヤフラム型半導体センサについて添付の図面を参照して
詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係るダイヤフ
ラム型半導体センサに使用される圧力変換部を示す断面
図であり、図２は本発明の実施例に係るダイヤフラム型
半導体センサに使用される圧力センサ部を示す断面図で
ある。図３は本発明の実施例に係るダイヤフラム型半導
体センサを示す断面図である。

【００１１】本実施例に使用される圧力変換部１は、図
１に示すように、筐体２と被測定圧力Ｐを受ける測定面
に形成された例えば、ステンレス製のダイヤフラム３と
を有する。筐体２には、被測定圧力Ｐを受ける上面側に
縦断面形状が凹字状の流体が封入される内部空間４が形
成されており、中央部には圧力を伝達させると共に、他
の部材と連結するための接続穴（開口）５が形成されて
いる。筐体２の被測定圧力Ｐを受ける上面側には一面に
ダイヤフラム３が貼り付けられている。なお、ダイヤフ
ラム３の直下に形成された内部空間４及び接続穴５には
流体として、封入油６が封入され、圧力の変化によるダ
イヤフラム３の変位が封入油６により伝達される。

【００１２】また、本実施例に使用される圧力センサ部
（圧力検出部）１０は、図２に示すように、圧力センサ
筐体１１は下面側から第１の凹部１１ａとこの第１の基
部１１ａの内側に形成された第２の基部１１ｂとが形成
された基部と、この基部よりも小径で接続穴５に接続可
能な大きさに形成され、中央部に第２の凹部１１ｂと連
続して圧力伝達孔１２ａが形成された圧力導入部１２と
からなる。この第２の凹部１１ｂには圧力伝達孔１２ａ
に連通した貫通穴１５ａが中心部に形成された台１５が
配置されている。この台１５の下面には圧力感応チップ
部１６が配置されている。圧力感応チップ部１６の両側
には金線１７を介して圧力センサ筐体１１の外部に例え
ば、電気信号である圧力検出信号を導出するリード端子
１８が２個配置されている。圧力センサ筐体１１の下面
側には圧力感応チップ部１６に基準圧力を印加する基準
圧力部１９が形成されている。この基準圧力部１９には
圧力感応チップ部１６に基準となる圧力を導入する基準
圧導入ポート１４が形成された底板１３が第１の凹部１
１ａに配置されている。なお、このリード端子１８は圧
力センサ筐体１１と底板１３とは絶縁されている。

【００１３】本実施例においては、圧力変換部１と圧力
センサ部１０を個別に製造し、図３に示すように、圧力
変換部１の接続穴５に圧力センサ部１０の圧力導入部１
２を挿入し、接続部２０で接続部材として、例えば、Ｏ
リングを使用して圧力変換部１に封入された封入油６が
外部に漏れないように気密を保持した状態で接続されて
いる。上述のような構成にすることにより、ダイヤフラ
ム３が被測定圧力Ｐを受けた場合、ダイヤフラム３が変
形し内部空間４に封入されている封入油６に圧力が伝達
され、接続穴５から圧力伝達孔１２ａ及び貫通穴１５ａ
を経て圧力感応チップ部１６に伝達され、被測定圧力Ｐ
は圧力感応チップ部１６により圧力検出信号に変換され
てリード端子１８から外部に電気信号として導出され
る。これにより被測定圧力Ｐを測定することができる。
また、従来のように、圧力感応チップ部１０４をダイヤ
フラム１０１の直下に封入油１０８を封入した状態とす
ることなく、圧力変換部１及び圧力センサ部１０を夫々
分離可能な構成にすることができ、封入油６の中に圧力
感応チップ部１６を設ける構成にする必要がなくなるの
で、圧力感応チップ部１６の腐食等を考慮する必要がな
く構成を単純にすることができる。更に、圧力変換部１
及び圧力センサ部１０は夫々別々に製造することができ
るため、圧力変換部１又は圧力センサ部１０のいずれか
が腐食等により故障した場合には、交換することができ
る。圧力センサ部１０の精度等の性能が向上した場合に
も、圧力センサ部１０だけを交換することができる。

【００１４】更にまた、圧力変換部１及び圧力センサ部
１０を夫々個別に製造し、封入油６を圧力変換部１の内
部空間４及び接続穴５に封入して組立てることにより、
圧力変換部１は圧力センサ部１０から離れているので耐
食性等が要求される環境が厳しい場合であっても、十分
に対応することができる。更にまた、耐食性が要求され
る部材のみを耐食性が優れた例えば、ステンレス鋼によ
り成形しコストを抑えることができる。

【００１５】また、本実施例においては、圧力感応チッ
プ部１６は特に限定されるものではなく、種々の構成の
ものとすることができ、例えば、歪ゲージを有するもの
又は圧電素子を有するものとすることができる。また、
圧力感応チップ部１６には、下面側に基準圧力部１９が
設けられているので、基準圧導入ポート１４から圧力を
印加して圧力センサ部１０の較正を行うことができる。

【００１６】更に、本実施例においては、圧力変換部１
と圧力センサ部１０との接続部２０に使用される接続部
材はＯリングに限定されるものではなく、圧力変換部１
と圧力センサ部１０と気密性を保持し封入油６が漏れな
い構成とすればよいので、接続部材として、接着剤又は
パッキンを使用してもよい。また、接続部２０として、
接続穴５の内面に雌ねじを形成し、圧力導入部１２の外
周に雄ねじを形成してねじ込む構成にしてもよい。

【００１７】以下、本発明の他の実施例について具体的
に説明する。図４は本発明の他の実施例に係るダイヤフ
ラム型半導体センサを示す断面図である。なお、図１乃
至図３に示す実施例と同一構成物には同一符号を付しそ
の詳細な説明は省略する。

【００１８】本実施例は実施例と比較して、図４に示す
ように、圧力変換部１と圧力センサ部１０とが圧力によ
るダイヤフラム３の変位を伝達させることができる例え
ば、オイル等の流体で満たされた伝達管２１により接続
されている点で異なり、それ以外は実施例と同様の構成
である。

【００１９】本実施例においては、オイル等の流体を満
たした伝達管２１の一端を圧力変換部１の接続穴５に連
結し、他端を圧力センサ部１０の圧力導入部１２の圧力
伝達孔１２ａに連結することにより、被測定圧力Ｐの印
加によるダイヤフラム３の変位を封入油６から更に伝達
管２１の流体により圧力センサ部１０の圧力感応チップ
部１６に伝達させて被測定圧力Ｐを測定することができ
る。また、伝達管２１の内部には流体が封入され、これ
により圧力が伝達されるので圧力変換部１と圧力センサ
部１０との配置を自由にすることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明においては、
被測定圧力が印加される圧力変換部と圧力を検出する圧
力検出部とを有し、この圧力変換部は被測定圧力が印加
されるダイヤフラムと、流体が封入される内部空間と、
圧力変換部と空間とを連結する開口とを有し、圧力検出
部は、圧力変換部の開口に気密的に連結される圧力導入
部と、この圧力導入部の圧力を受ける圧力感応チップ部
と、この圧力感応チップ部における圧力導入口の反対側
の面に基準圧力を印加する基準圧力部と、圧力感応チッ
プ部から圧力検出信号を導出するリードとを有すること
により、ダイヤフラムが受けた圧力は内部空間に封入さ
れた流体により開口及び圧力導入部を経て圧力感応チッ
プに伝達され、この圧力が圧力検出信号に変換されて、
圧力が圧力検出信号として外部に導出される。これによ
り、圧力変換部と圧力検出部とは個別製造されていて
も、圧力を測定することができると共に、構造を単純化
することができるので容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るダイヤフラム型半導体セ
ンサに使用される圧力変換部を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例に係るダイヤフラム型半導体セ
ンサに使用される圧力センサ部を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例に係るダイヤフラム型半導体セ
ンサを示す断面図である。

【図４】本発明の他の実施例に係るダイヤフラム型半導
体センサを示す断面図である。

【図５】従来のダイヤフラム型半導体圧力センサを示す
断面図である。

【符号の説明】

１；圧力変換部 ２、１００；筐体 ３、１０１；ダイヤフラム ４；内部空間 ５；接続穴 ６、１０８；封入油 １０；圧力センサ部 １１；圧力センサ筐体 １１ａ；第１の凹部 １１ｂ；第２の凹部 １２；圧力導入部 １２ａ；圧力伝達孔 １３；底板 １４；基準圧導入ポート １５、１０３；台 １５ａ、１０３ａ；貫通穴 １６、１０４；圧力感応チップ部 １７、１０５；金線 １８、１０６；リード端子 １９；基準圧力部 ２０；接続部 ２１；伝達管 １０７；ハーメチック Ｐ；被測定圧力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 達也 秋田県秋田市御所野湯本５丁目１番２号 株式会社東北フジクラ内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD04 EE13 FF38 GG22 HH07 HH11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定圧力が印加される圧力変換部と前
   記圧力を検出する圧力検出部とから組み立てられたダイ
   ヤフラム型半導体圧力センサにおいて、前記圧力変換部
   は、圧力を受けるダイヤフラムと、流体が封入される内
   部空間と、前記圧力検出部と前記空間とを連結する開口
   とを有し、前記圧力検出部は、前記圧力変換部の前記開
   口に気密的に連結される圧力導入部と、この圧力導入部
   の圧力を受ける圧力感応チップ部と、この圧力感応チッ
   プ部における前記圧力導入口の反対側の面に基準圧力を
   印加する基準圧力部と、前記圧力感応チップ部から圧力
   検出信号を導出するリードとを有することを特徴とする
   ダイヤフラム型半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記圧力変換部と前記圧力検出部とは内
   部に流体が封入された伝達管を介して気密的に連結され
   ることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム型半
   導体圧力センサ。