JP2002236070A - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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JP2002236070A
JP2002236070A JP2001030943A JP2001030943A JP2002236070A JP 2002236070 A JP2002236070 A JP 2002236070A JP 2001030943 A JP2001030943 A JP 2001030943A JP 2001030943 A JP2001030943 A JP 2001030943A JP 2002236070 A JP2002236070 A JP 2002236070A
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diaphragm
resistor
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gauge
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Masahide Ishikawa
正秀 石川
Naoya Wanaki
直也 和南城
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TGK Co Ltd
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TGK Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイヤフラム部に形成される配線パターンを
安価に構成することができるようにすることを目的とす
る。 【解決手段】 ダイヤフラム部に形成される配線パター
ンを、金の配線パターン225と、銀パラジウム合金の
配線パターン226とで形成し、配線パターン225上
に、ゲージ抵抗、スパ調整用の調整抵抗、オフセット調
整用の調整抵抗、および温度ドリフト補償用の補償抵抗
を形成する。金の配線パターン225を限定して使用し
たことにより、高価な金の使用量を削減でき、圧力セン
サのコストを低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、液体や気体等か
らなる被測定媒体の圧力を検出するための圧力センサに
関し、特に、自動車用エアコンの冷媒の圧力を検出する
ためのものに関する。
【0002】
【従来の技術】近年になって、自動車用エアコンの冷媒
圧力からエアコン運転情報を検知し、自動車エンジンの
電子制御を効率良く実行するシステムの導入が試みられ
ている。一般に、自動車用エアコンでは冷媒圧力を検出
するための圧力センサを小型化、軽量化する必要があ
る。そのためには、例えばシリコン基板の中央部に薄肉
のダイヤフラムを形成し、その表面に半導体歪みゲージ
抵抗を不純物の拡散により形成し、ホイートストンブリ
ッジを構成した圧力センサが使用される。
【0003】こうした圧力センサはIC製造工程により
大量生産に適しているが、温度変化の影響が大きい。そ
こで、温度特性を補償すべく、特公昭59−41134
号公報においてはダイヤフラム部の圧力を感じない部位
に温度補正用の抵抗回路を設け、この抵抗値を基にゲー
ジ抵抗による圧力信号を補正して出力するようにしてい
た。
【0004】ところで、自動車用エアコンの冷媒圧力を
検出する圧力センサの場合、従来からダイヤフラム部に
複数のゲージ抵抗、調整抵抗、温度補償用の抵抗回路を
形成して、それらを金など抵抗値の小さい配線パターン
で接続していた。これは、配線パターンをコストの低い
材料、例えば銀パラジウム合金を使用した場合、銀パラ
ジウム合金の配線バターンと厚膜印刷されたゲージ抵抗
との接続面で配線パターンから銀が抵抗体に溶け込んで
しまうという拡散現象(マイグレーション)が経時的に
発生し、あらかじめ調整されたゲージ抵抗の初期性能が
得られなくなるからである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、配線パ
ターンをすべて金材料の配線パターンを構成するとコス
トが高いという問題点があった。
【0006】この発明の目的は、ダイヤフラム部に形成
される配線パターンを安価に構成することができる圧力
センサを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では上記問題を解
決するために、加圧面に導入した被測定媒体の圧力によ
って歪が形成されるダイヤフラムと、前記ダイヤフラム
の変形部分に被着され、加圧面での歪量に応じて抵抗値
が変化するように配置されたゲージ抵抗と、前記ダイヤ
フラムの非変形部分に配置され、前記ゲージ抵抗の抵抗
値および前記ゲージ抵抗に印加される電圧値を調整する
調整抵抗と、前記ゲージ抵抗の温度補償を行う補償抵抗
と、前記ゲージ抵抗、前記調整抵抗および前記補償抵抗
を接続するための配線パターンとを有する圧力センサに
おいて、前記配線パターンは、少なくとも前記ゲージ抵
抗、前記調整抵抗および前記補償抵抗との接触部分が金
パターンによって形成されていることを特徴とする圧力
センサが提供される。
【0008】この圧力センサでは、少なくとも前記ゲー
ジ抵抗、前記調整抵抗および前記補償抵抗と接触する配
線パターンの部分を金パターンで形成し、他の配線パタ
ーンは金以外の材料で形成するようにした。このよう
に、高価な金パターンを限定して使用することによっ
て、圧力センサのコストを低減できる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、この発明の圧力センサを具
体化した実施の形態について、図面を参照して説明す
る。
【0010】図1は、圧力センサの構成を示す断面図で
ある。図示した圧力センサは、自動車用エアコンの冷媒
ガスの圧力を検出するために使用されるものであり、ハ
ウジング部材10、ダイヤフラム部材20、フレキシブ
ル回路基板30、およびコネクタ部材40から構成され
ている。
【0011】ハウジング部材10は、自動車用エアコン
の冷凍サイクルの配管から冷媒ガスを導入するための接
続部12、この接続部12の反対側に形成された外筒部
14、および外筒部14の内部にこのハウジング部材1
0と一体に形成された筒状突出部16を備えている。ハ
ウジング部材10の筒状突出部16の軸線位置には、た
とえば樹脂製のピン17が挿通される挿入孔13が形成
され、円筒状のピン17がハウジング部材10の接続部
12側から挿入され、下端部はかしめによって抜け止め
されている。このピン17は、ハウジング部材10の接
続部12にエアコンシステムの配管が接続された場合
に、その配管側に設けられている弁を押圧して開けるた
めのもので、上部が閉止された空洞部18とスリット部
19が形成されている。
【0012】ダイヤフラム部材20は、セラミックスか
ら構成されるものであって、ハウジング部材10の筒状
突出部16に嵌め込まれている。ダイヤフラム部材20
には、ハウジング部材10の筒状突出部16に対応する
円筒形の空洞部24が形成され、その中央部分がダイヤ
フラム部22となっている。
【0013】ダイヤフラム部材20の空洞部24とは反
対側のダイヤフラム部22の裏面には、後述する複数の
ゲージ抵抗が貼り付けられて、ダイヤフラム部22の歪
量を測定するためのストレインゲージが構成されてい
る。ダイヤフラム部材20の空洞部24は、ハウジング
部材10の筒状突出部16と嵌合するOリング26を介
して気密に嵌め込まれている。Oリング26は空洞部2
4の内側面と接触するとともに、ハウジング部材10の
筒状突出部16に、ワッシャ28を固定することによっ
てOリング26の脱落が防止されている。
【0014】ピン17は、内部の空洞部18が側面のス
リット部19と連通して、接続部12からダイヤフラム
部材20に冷媒ガス圧力を導入するものである。ダイヤ
フラム部22は、ピン17の先端部分から所定距離だけ
離れた位置に保持され、ダイヤフラム部22の中央部分
が冷媒ガスに晒されることで、そこに加えられた冷媒ガ
スの圧力に対応して変形するようになっている。
【0015】フレキシブル回路基板30は、ダイヤフラ
ム部22に貼り付けられたゲージ抵抗と、増幅器などの
回路部品32からなる測定回路との電気的な接続を構成
するためのものである。そして、ダイヤフラム部材20
に接続されているフレキシブル回路基板30が、S字状
に折り畳まれた状態で円筒形のストッパ部材34の内部
に収納されている。ストッパ部材34は、圧力測定時
に、ダイヤフラム部22の裏面と一致する位置に形成さ
れた段部15と当接して、ダイヤフラム部材20をハウ
ジング部材10の外筒部14の内側で所定位置に固定す
るものである。
【0016】コネクタ部材40は、ハウジング部材10
の外筒部14内でストッパ部材34を固定するように、
防水用のOリング36を介して気密構造に嵌め込まれて
いる。コネクタ部材40の上面には、回路部品32から
なる増幅回路が実装されている部分のフレキシブル回路
基板30が取り付けられている。そして、この増幅回路
とダイヤフラム部材20の裏側に貼り付けられているゲ
ージ抵抗とは、フレキシブル回路基板30によって互い
に電気的に接続された測定回路を構成している。また、
コネクタ部材40には、外気と連通する透孔42が形成
されており、ダイヤフラム部22の裏面の、測定回路収
納空間が大気圧に等しくなるように構成されている。
【0017】コネクタ部材40には、測定回路出力信号
を取り出す信号出力端子44、コネクタを嵌め込むため
の樹脂製の接合ピン46等が形成されている。信号出力
端子44は、図示しないエアコン制御回路およびエンジ
ン制御回路に接続され、そこに圧力測定データを供給す
る。エアコン制御回路およびエンジン制御回路では供給
された圧力データに基づいて、コンプレッサ、コンデン
サのファン、エンジン回転数などの制御を精密に行うこ
とによって、エアコンの運転効率を上げるとともに最適
なエンジンの燃費制御を行うことが可能になる。
【0018】次に、圧力センサに組み込まれたゲージ抵
抗について説明する。図2は、圧力センサのダイヤフラ
ム部を示す平面図である。ダイヤフラム部22には、そ
の中央部分にピン17を介して導入された冷媒ガスの圧
力によって歪が形成される薄肉の屈曲部分220が構成
されている。ゲージ抵抗R1〜R4は、ダイヤフラム部
材20の下面に抵抗体を印刷して構成される。ストレイ
ンゲージを構成するホイートストンブリッジ回路では、
4つのゲージ抵抗R1〜R4のうち、抵抗R2,R3を
ダイヤフラム部22の屈曲部分220の中心付近に配置
し、抵抗R1,R4をダイヤフラム部22の非変形部分
と屈曲部分220の周辺付近とに跨がって配置してい
る。
【0019】また、ダイヤフラム部22の非変形部分に
は、目標出力電圧の変化範囲を設定するスパン電圧調整
用の調整抵抗R5、ホイートストンブリッジ回路のオフ
セットを調整する調整抵抗R6,R7、温度ドリフト補
償用の補償抵抗R8,R9、電極パッド221〜224
が配置され、それらの間は配線パターンで接続されてい
る。
【0020】図3は、ダイヤフラム部にゲージ抵抗、調
整抵抗および補償抵抗を印刷する前に形成される配線パ
ターンを示す図である。この発明の圧力センサでは、図
3において、斜線を施した部分の配線パターン225が
金パターンで構成されており、残りの配線パターン22
6および電極パッド221〜224は銀パラジウム合金
で形成している。
【0021】金の配線パターン225の上には、抵抗ペ
ーストを印刷して、それを高温で焼き固める。焼成され
た厚膜抵抗は、いずれも銀パラジウム合金の配線パター
ンとは直接接触していない。したがって、銀が抵抗体に
溶け込む拡散現象が確実に回避できるだけでなく、配線
パターン全体を金パターンとした場合に比較して、金パ
ターンの面積が限定されることになって、使用する金の
分量を削減できるので、コストの面でも有利である。
【0022】なお、最初に配線パターン全体を銀パラジ
ウム合金で形成し、抵抗印刷部分のみに金パターンを重
ねるようにしてもよい。次に、圧力センサの回路構成に
ついて説明する。
【0023】図4は、圧力センサの全体を示す回路図で
ある。この図において、二点鎖線で囲んだ部分はダイヤ
フラム部22に印刷された抵抗R1〜R9からなる抵抗
回路50であり、電源端子+UB,−UB、信号出力端
子+OUT,−OUTを有している。電源端子+UBは
電源電圧Vccが供給される電源ライン52に接続さ
れ、電源端子−UBはグランドライン54に接続されて
いる。
【0024】抵抗回路50の信号出力端子+OUT,−
OUTは、2つの演算増幅器56,58からなる増幅回
路に接続され、その出力は出力端子OUTPUTに接続
されている。この増幅回路は、基準電位を設定する抵抗
R10,R11、増幅率を決定する抵抗R12〜R15
および出力抵抗R16を有している。また、各ラインに
重畳される高圧・高周波雑音などを吸収するために、コ
ンデンサC1〜C5、ツェナーダイオードZ1、および
サージ吸収素子Z2が設けられている。
【0025】抵抗回路50によって検出された圧力検出
信号は、演算増幅器56,58からなる二段増幅回路に
よって増幅され、出力端子OUTPUTから出力され
る。次に、圧力センサの組み立て手順について説明す
る。
【0026】図5は、圧力センサの調整時の状態を示す
平面図、図6は、圧力センサの調整時の状態を示す部分
断面側面図である。圧力センサの組み立ては、以下の手
順で行う。まず、増幅回路の素子を実装したフレキシブ
ル回路基板30をコネクタ部材40の信号出力端子へは
んだ付けし、同じく、フレキシブル回路基板30の接続
端子を調整抵抗などの未調整状態のダイヤフラム部材2
0に形成された電極パッドにはんだ付けする。
【0027】次に、ダイヤフラム部材20をハウジング
部材10(または圧力導入治具)に装着し、そのハウジ
ング部材10(または圧力導入治具)を治具60に装着
し、必要に応じてハウジング部材10に圧力を導入しな
がら、または雰囲気温度を変えながら、ダイヤフラム部
材20に被着された調整抵抗および補償抵抗をトリミン
グしてゲージ抵抗の調整を行う。このときの調整は、増
幅回路を通して行われるため、増幅回路の調整も同時に
行われることになる。
【0028】ゲージ抵抗の調整が済むと、ハウジング部
材10を治具60から外し(またはダイヤフラム部材2
0を圧力導入治具および治具60から外し)、図1に示
すように、ハウジング部材10の外筒部14にストッパ
部材34を介してコネクタ部材40を嵌め込み、外筒部
14の下端部をかしめてコネクタ部材40をハウジング
部材10に固定することで、この圧力センサの組み立て
は完了する。
【0029】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明の圧力
センサによれば、自動車用エアコンの冷媒圧力等の圧力
データを温度補正する場合に使用される抵抗パターンの
配線層を安価に構成し、配線層からの拡散現象などによ
る抵抗特性の変動をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧力センサの構成を示す断面図である。
【図2】圧力センサのダイヤフラム部を示す平面図であ
る。
【図3】ダイヤフラム部にゲージ抵抗、調整抵抗および
補償抵抗を印刷する前に形成される配線パターンを示す
図である。
【図4】圧力センサの全体を示す回路図である。
【図5】圧力センサの調整時の状態を示す平面図であ
る。
【図6】圧力センサの調整時の状態を示す部分断面側面
図である。
【符号の説明】
10 ハウジング部材 12 接続部 13 挿入孔 14 外筒部 15 段部 16 筒状突出部 17 ピン 18 空洞部 19 スリット部 20 ダイヤフラム部材 22 ダイヤフラム部 24 空洞部 26 Oリング 28 ワッシャ 30 フレキシブル回路基板 32 回路部品 34 ストッパ部材 36 Oリング 40 コネクタ部材 42 透孔 44 信号出力端子 46 接合ピン 50 抵抗回路 52 電源ライン 54 グランドライン 56,58 演算増幅器 60 治具 220 屈曲部分 221〜224 電極パッド 225 配線パターン 226 配線パターン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加圧面に導入した被測定媒体の圧力によ
    って歪が形成されるダイヤフラムと、前記ダイヤフラム
    の変形部分に被着され、加圧面での歪量に応じて抵抗値
    が変化するように配置されたゲージ抵抗と、前記ダイヤ
    フラムの非変形部分に配置され、前記ゲージ抵抗の抵抗
    値および前記ゲージ抵抗に印加される電圧値を調整する
    調整抵抗と、前記ゲージ抵抗の温度補償を行う補償抵抗
    と、前記ゲージ抵抗、前記調整抵抗および前記補償抵抗
    を接続するための配線パターンとを有する圧力センサに
    おいて、 前記配線パターンは、少なくとも前記ゲージ抵抗、前記
    調整抵抗および前記補償抵抗との接触部分が金パターン
    によって形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  2. 【請求項2】 前記配線パターンは、銀パラジウム合金
    パターンによって全体が形成され、前記ゲージ抵抗、前
    記調整抵抗および前記補償抵抗との接触部分のみに金パ
    ターンを重ねて形成していることを特徴とする請求項1
    記載の圧力センサ。
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