JP2001124647A - 圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力検出装置の軽量化と小型化とを達成す
る。 【解決手段】 シリコンダイヤフラム２４は受圧凹部２
５とセンサ部２６とを有し、シリコンダイヤフラム２４
は、受圧凹部２５に対向する保持部２１と流体案内路が
接続される管部２２とを有する圧力導入パイプ２３によ
り基板１５に固定される。基板１５の歪みがシリコンダ
イヤフラム２４に伝達されることは、保持部２１で遮断
されることになる。シリコンダイヤフラム２４と保持部
２１とをガラス台座を介して接続するようにしても良
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流体の圧力を検出す
るための圧力検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気圧シリンダなどの空気圧機器を作動
させる場合には、コンプレッサなどの空気圧源からの圧
縮空気を空気圧配管を介して空気圧機器に供給するよう
にし、圧縮空気の供給と供給停止とを制御したり、圧力
を調整するために空気圧配管には流路の開閉や圧力調整
をするために切換弁や圧力調整弁が設けられている。

【０００３】空気圧源とこれに空気圧配管を介して接続
された空気圧機器とにより形成される空気圧回路には、
流路内を流れる空気の圧力を検出してその値を表示した
り、流路内の空気の圧力が設定した圧力となったことを
検出してスイッチをオンオフするために圧力センサや圧
力スイッチなどを有する圧力検出装置が使用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】空気などの流体の圧力
を検出するための従来の圧力検出装置としては、ブルド
ン管形のものがあるが、このような機械式の圧力検出装
置はそのサイズが大型となってしまうという問題点があ
る。これに対して、圧力に応じて弾性変形する部材にス
トレインゲージを設けることにより、ストレインゲージ
の抵抗値の変化によって圧力を検出するようにした電子
式の圧力検出装置が開発されている。この電子式の場合
には、圧力を検出するセンサ部を小型化することができ
るので、電磁弁などにも圧力検出装置を搭載することが
できる。

【０００５】ＩＣやＬＳＩなどの電子部品を吸着具によ
り真空吸着して搬送するチップマウンタなどのように、
吸着ビットなどの吸着具が複数個設けられた搭載ヘッド
を高速で移動する場合には、電子部品が吸着ビットによ
り吸着されたか否かを検出するために搭載ヘッドに複数
の圧力検出装置が組み込まれており、搭載ヘッドを軽量
化するには、圧力検出装置を小型化することが必要とな
っている。

【０００６】本発明の目的は、圧力検出装置の軽量化と
小型化とを達成することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力検出装置
は、シリコンチップに受圧凹部を形成し、前記シリコン
チップにピエゾ抵抗体を有するセンサ部が形成されたシ
リコンダイヤフラムと、前記受圧凹部に対向する保持部
と流体案内路が接続される管部とを有し、前記流体案内
路からの流体を前記受圧凹部に案内する樹脂製の圧力導
入パイプと、前記シリコンダイヤフラムを前記圧力導入
パイプを介して支持する基板とを有し、前記基板の歪み
の前記シリコンダイヤフラムへの伝達を前記保持部で遮
断するようにしたことを特徴とする。

【０００８】本発明の圧力検出装置においては、前記シ
リコンダイヤフラムと前記保持部とをガラス台座を介し
て接続するようにしても良い。

【０００９】本発明の圧力検出装置は、前記流体案内路
を有し前記センサ組立体が取り付けられるポートブロッ
クと、前記センサ組立体に接続されたリード線が装着さ
れ前記ポートブロックに組み付けられる弾性変形自在の
カバーとを有することを特徴とする。

【００１０】本発明の圧力検出装置は、前記流体案内路
を有し前記センサ組立体が取り付けられるポートブロッ
クと、前記センサ組立体に接続されたリード線が装着さ
れ前記ポートブロックに滑り込ませて組み付けられるカ
バー本体と、該カバー本体の開口部を覆う板材とを有す
ることを特徴とする。

【００１１】本発明の圧力検出装置においては、前記カ
バーと前記カバー本体に形成されて前記センサ組立体に
外気を導入する貫通孔に疎水性の膜体を取り付け、前記
センサ組立体に水が浸入するのを防止するようにしたこ
とを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１は電子部品を吸着して搬送するための
エジェクタ式の吸着搬送装置の一例を示す概略図であ
り、エジェクタ１は給気ポート２ａとこの給気ポート２
ａから流入した圧縮空気を排出する排気ポート２ｂとを
有し、これらのポート間には図示しないディフューザが
設けられ、ディフューザには吸引ポート２ｃが開口して
いる。空気圧源からの圧縮空気は、作動流体供給ポート
３および作動流体流路４ａを通って給気ポート２ａに送
られ、マフラ５から外部に排出されるようになってい
る。作動流体流路４ａにはこの流路を開閉するために電
磁弁６が設けられている。電子部品Ｗを吸着する吸着ビ
ット７は電磁弁８が設けられた真空流路９ａによって吸
引ポート２ｃに接続され、吸着ビット７には電磁弁８を
介して真空破壊流路４ｂにより作動流体供給ポート３に
接続されるようになっている。

【００１４】したがって、電磁弁６をオンさせると、エ
ジェクタ１によって吸着ビット７は真空状態となり、電
磁弁６をオフさせて電磁弁８をオンさせると、吸着ビッ
ト７には真空破壊用の圧縮空気が供給されることにな
る。吸着ビット７にはこの中が負圧状態となっているか
否かを検出するために、真空流路９ｂを介して圧力検出
装置圧力検出装置１１が接続されている。このようなエ
ジェクタ式の吸着搬送装置としては、たとえば、実開平
6-63900 号公報に記載されたものがある。なお、吸着ビ
ット７に対する負圧空気の供給をエジェクタを使用する
ことなく、真空ポンプからの負圧を供給するようにして
も良い。

【００１５】図２は流体の圧力を検出するための本発明
の一実施の形態である圧力検出装置１１を示す斜視図で
あり、図３は図２の断面図である。

【００１６】この圧力検出装置１１は、金属あるいは樹
脂などからなるポートブロック１２と、ゴムなどの弾性
変形自在の部材からなりポートブロック１２に対して着
脱自在に組み付けられるカバー１３とを有し、ポートブ
ロック１２には検出すべき流体が流入する流体案内路１
４が形成されており、流体案内路１４に連通するねじ孔
１４ａがポートブロック１２に形成されている。この圧
力検出装置１１が図１に示すようなエジェクタ式の吸着
搬送装置に使用される場合には、ねじ孔１４ａに吸着搬
送装置の真空流路９ｂを有するホースやパイプを接続す
ることにより吸着搬送装置にポートブロック１２の部分
で圧力検出装置１１が取り付けられることになる。

【００１７】ポートブロック１２には基板１５が配置さ
れるようになっており、ポートブロック１２に全周に連
なって形成された係合溝１６に、カバー１３の内面に形
成された突部１７を係合させると、カバー１３の押圧部
１８が基板１５に押し付けられ、基板１５はカバー１３
によって固定されることになる。弾性変形自在のカバー
１３をポートブロック１２に組み付ける際には、カバー
１３をポートブロック１２に押し付けると、カバー１３
が広がって容易にカバー１３を組み付けることができ
る。ポートブロック１２に配置される基板１５にはセン
サ組立体１９が取り付けられている。

【００１８】図４は図３に示されたセンサ組立体１９を
示す一部切り欠き斜視図であり、図５は図４の断面図で
ある。

【００１９】センサ組立体１９はカバー２０内に組み込
まれており、図５に示するように、基板１５に固定され
るプレート状の保持部２１と、これと一体となった管部
２２とを有する樹脂製の圧力導入パイプ２３を有してお
り、この圧力導入パイプ２３は保持部２１の部分で接着
剤により基板１５に接着され、管部２２は流体案内路１
４に連通されるようになっている。この圧力導入パイプ
２３は基板１５の素材である樹脂よりも硬度が高い硬質
の樹脂により形成されている。

【００２０】保持部２１にはシリコンダイヤフラム２４
が接着されるようになっており、このシリコンダイヤフ
ラム２４は幅寸法が２mm程度の四辺形のシリコンチップ
からなり、エッチング処理によりシリコンチップに受圧
凹部２５を形成することによって、シリコンダイヤフラ
ム２４には他の部分よりも薄肉のセンサ部２６が形成さ
れる。このセンサ部２６の表面の一部に不純物を拡散す
ることにより、センサ部２６にはピエゾ抵抗体からなる
歪みセンサが形成されることになる。

【００２１】センサ部２６には４つのピエゾ抵抗体が形
成されるとともにそれぞれは接続されてホイートストン
ブリッジ回路を構成し、受圧凹部２５に作用する流体の
圧力に応じてセンサ部２６が変形すると、歪みセンサの
抵抗値が変化することから、受圧凹部２５内に入り込ん
だ流体の圧力を検出することができる。したがって、抵
抗値の変化から得られた信号を外部の制御機器にケーブ
ルを介して送ることにより、圧力値をデジタル式あるい
はアナログ式の表示部に点灯表示するようにしたり、所
定の圧力値によってオンオフする圧力スイッチを作動さ
せるようにすることができる。

【００２２】このシリコンダイヤフラム２４は受圧凹部
２５が保持部２１に対向するようにして保持部２１に接
合されており、この接合は溶接技術である陽極接合によ
って行われる。

【００２３】図４に示すように、シリコンダイヤフラム
２４の表面に形成された端子電極２７は、基板１５に形
成された端子電極２８に対してワイヤボンディングの技
術により金線などからなるワイヤ２９により接続されて
いる。カバー１３には、ゴム製のブッシュ３０によりリ
ード線３１が固定され、このリード線３１は基板１５に
プリントされた接続端子に接続され、このリード線３１
を介して外部に圧力に応じた出力信号が出力される。出
力信号を増幅するための増幅回路をシリコンダイヤフラ
ム２４に形成するようにしても良く、基板１５に形成す
るようにしても良く、外部に設けた増幅回路にリード線
３１からの信号を送るようにしても良い。

【００２４】カバー１３には内部のセンサ組立体１９に
外気を案内するために、疎水性を有する膜体３２がリン
グ状の止め具３３により取り付けられており、カバー１
３内に大気を案内しつつ、水などが浸入しないようにな
っている。カバー２０には大気をセンサ組立体１９に案
内するための開口部２０ａが形成されている。これによ
り、センサ組立体１９の周囲に外部空気つまり大気圧の
空気を案内すると、大気圧を基準としたゲージ圧を検出
することができる。

【００２５】このように、圧力導入パイプ２３を基板１
５に固定し、圧力導入パイプ２３の保持部２１にシリコ
ンダイヤフラム２４を接合するようにしたことから、基
板１５に外力が加わって歪みが発生しても、その歪みは
保持部２１により遮断されてシリコンダイヤフラム２４
に歪みが伝達することを防止できる。この結果、シリコ
ンダイヤフラム２４のセンサ部２６は流体の圧力のみに
よって弾性変形し、圧力を高精度で検出することができ
る。

【００２６】しかも、シリコンダイヤフラム２４やワイ
ヤ２９などを有するセンサ組立体１９を保護するカバー
２０は薄い樹脂製であるため、圧力検出装置を小型化す
ることができる。つまり、シリコンダイヤフラム２４を
これを覆うようにしたパッケージに取り付けてパッケー
ジを基板１５に固定するようにした場合には、基板１５
に対する実装面積が大きくなり、圧力検出装置の全体の
サイズが大きくなってしまうが、シリコンダイヤフラム
２４を圧力導入パイプ２３を介して基板１５に取り付け
るようにしたことから、圧力検出装置１１のサイズを小
型化しかつ軽量化することが可能となる。

【００２７】図６は他のタイプのセンサ組立体１９を示
す断面図であり、この場合には、保持部２１とシリコン
ダイヤフラム２４との間にガラス台座３４を配置し、こ
のガラス台座３４を介してシリコンダイヤフラム２４を
保持部２１に接合するようにしている。この場合には、
保持部２１とガラス台座３４とにより基板１５の歪みが
シリコンダイヤフラム２４に伝達されないようになって
おり、基板１５が比較的薄くて歪み易い場合に好適とな
る。

【００２８】図７は本発明の他の実施の形態である圧力
検出装置を示す断面図であり、図８は図７の分解斜視図
である。

【００２９】この圧力検出装置１１は金属あるいは樹脂
からなるポートブロック４１を有し、このポートブロッ
ク４１には開口部を有する樹脂製のカバー本体４２が取
り付けられるようになっており、カバー本体４２はポー
トブロック４１に形成された係合溝４３に係合する突起
部４４を有し、センサ組立体１９の基板１５はカバー本
体４２に固定されるようになっている。カバー本体４２
にはこれがポートブロック４１に取り付けられた状態の
もとでカバー本体４２の開口部を覆うように板材４５が
取り付けられるようになっており、板材４５はカバー本
体４２に対して接着剤やねじ部材により固定される。こ
の場合にはカバー本体４２をポートブロック４１に滑り
込ませることによってカバー本体４２をポートブロック
４１に組み付けることができる。

【００３０】センサ組立体１９は前述したものと同様の
構造であり、詳細構造は省略されており、図７および図
８においては、前述した実施の形態における部材と共通
する部材には同一の符号が付されている。

【００３１】図９は本発明の他の実施の形態である圧力
検出装置１１の外観を示す正面図であり、カバー本体４
２の上面には傾斜面となっており、この傾斜面にブッシ
ュ３０を固定することにより、リード線３１の引き出し
方向の自由度を高めるようにしている。この場合には、
シリコンダイヤフラム２４に流体を案内するために雄ね
じが形成されたジョイント部４６がポートブロック４１
に設けられており、このジョイント部４６にホースやパ
イプが接続される。図３および図７に示す圧力検出装置
に対しても、それぞれのポートブロックに雄ねじを有す
るジョイント部を設けるようにしても良い。

【００３２】図１０は本発明の他の実施の形態である圧
力検出装置を示す斜視図であり、図１１は図１０の断面
図である。

【００３３】この圧力検出装置は金属あるいは樹脂から
なるポートブロック５１を有し、このポートブロック５
１には断面がほぼコの字形状となったカバー本体５２が
取り付けられるようになっており、このカバー本体５２
の両側には板材５３、５４が取り付けられるようになっ
ている。ポートブロック５１には幅方向に伸びる溝５５
が形成され、この溝５５に係合する突起部５６がカバー
本体５２に形成されている。この場合にもカバー本体５
２をポートブロック５１に滑り込ませることによってカ
バー本体５２をポートブロック５１に組み付けることが
できる。

【００３４】センサ組立体１９は前述したものと同様と
なっているが、カバー本体５２に固定された実装基板５
７にはリード５８によりセンサ組立体１９が接続されて
おり、さらに、実行基板５７には増幅回路を有する電子
部品５８が取り付けられている。

【００３５】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。

【００３６】たとえば、図１は本発明の圧力検出装置１
１を真空圧つまり負圧を検出するために適用している
が、正圧を検出するために使用するようにしても良く、
空気圧のみならず、油圧や液圧を検出するために本発明
の圧力検出装置１１を適用するようにしても良い。

【００３７】

【発明の効果】本発明にあっては、シリコンダイヤフラ
ムを基板に対して圧力導入パイプを介して固定するよう
にし、圧力導入パイプは基板に固定される保持部とこれ
に一体となった管部とを有しており、外部の熱などによ
って基板が歪んだとしても、その歪みがシリコンダイヤ
フラムに伝達されるのを防止することができ、高精度で
圧力を検出することができる。また、基板にシリコンダ
イヤフラムを固定するようにしたので、圧力検出装置の
小型化と軽量化とが達成される。シリコンダイヤフラム
と保持部とをガラス台座を介して固定することにより、
歪みの伝達の遮断効果をさらに高めることができる。セ
ンサ組立体が取り付けられるポートブロックに対して弾
性変形自在のカバーを取り付けるようにしたので、これ
らの組み付けを容易に行うことができる。センサ組立体
が取り付けられるポートブロックに対してカバー本体を
滑り込ませるとともに、カバー本体に板材を取り付ける
ことによりセンサ組立体の組み付けを容易に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子部品を吸着して搬送するためのエジェクタ
式の吸着搬送装置の一例を示す概略図である。

【図２】本発明の一実施の形態である圧力検出装置を示
す斜視図である。

【図３】図２の断面図である。

【図４】図３に示されたセンサ組立体を示す斜視図であ
る。

【図５】図４の断面図である。

【図６】他のタイプのセンサ組立体を示す断面図であ
る。

【図７】本発明の他の実施の形態である圧力検出装置を
示す断面図である。

【図８】図７の分解斜視図である。

【図９】本発明の他の実施の形態である圧力検出装置の
外観を示す正面図である。

【図１０】本発明の他の実施の形態である圧力検出装置
を示す斜視図である。

【図１１】図１０の断面図である。

【符号の説明】

１１ 圧力検出装置 １２ ポートブロック １３ カバー １４ 流体案内路 １５ 基板 １９ センサ組立体 ２０ ガバー ２１ 保持部 ２２ 管部 ２３ 圧力導入パイプ ２４ シリコンダイヤフラム ２５ 受圧凹部 ２６ センサ部 ２９ ワイヤ ３０ ブッシュ ３１ リード線 ３４ ガラス台座 ４１ ポートブロック ４２ カバー本体 ４５ 板材 ５１ ポートブロック ５２ カバー本体 ５３、５４ 板材

フロントページの続き (72)発明者 大村 雄厚 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社コガネイ内 Ｆターム(参考） 2F055 AA39 BB10 CC02 DD05 EE13 FF43 GG12 HH05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンチップに受圧凹部を形成し、前
   記シリコンチップにピエゾ抵抗体を有するセンサ部が形
   成されたシリコンダイヤフラムと、 前記受圧凹部に対向する保持部と流体案内路が接続され
   る管部とを有し、前記流体案内路からの流体を前記受圧
   凹部に案内する樹脂製の圧力導入パイプと、 前記シリコンダイヤフラムを前記圧力導入パイプを介し
   て支持する基板とを備えたセンサ組立体を有し、前記基
   板の歪みの前記シリコンダイヤフラムへの伝達を前記保
   持部で遮断するようにしたことを特徴とする圧力検出装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の圧力検出装置において、
   前記シリコンダイヤフラムと前記保持部とをガラス台座
   を介して接続するようにしたことを特徴とする圧力検出
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の圧力検出装置に
   おいて、前記流体案内路を有し前記センサ組立体が取り
   付けられるポートブロックと、前記センサ組立体に接続
   されたリード線が装着され前記ポートブロックに組み付
   けられる弾性変形自在のカバーとを有することを特徴と
   する圧力検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の圧力検出装置に
   おいて、前記流体案内路を有し前記センサ組立体が取り
   付けられるポートブロックと、前記センサ組立体に接続
   されたリード線が装着され前記ポートブロックに滑り込
   ませて組み付けられるカバー本体と、該カバー本体の開
   口部を覆う板材とを有することを特徴とする圧力検出装
   置。
5. 【請求項５】 請求項３または４記載の圧力検出装置に
   おいて、前記カバーと前記カバー本体に形成されて前記
   センサ組立体に外気を導入する貫通孔に疎水性の膜体を
   取り付け、前記センサ組立体に水が浸入するのを防止す
   るようにしたことを特徴とする圧力検出装置。