JP2002333377A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工数を削減したシールドゲージ圧力式の
圧力センサまたは絶対圧力式圧力センサを提供する。 【解決手段】 圧力導入孔１２を有するハウジング１０
と、ピエゾ抵抗効果を有する半導体素子よりなる圧力検
出素子２２と、前記圧力検出素子２２を固着するホルダ
３０と、コネクタケース７０とを有し、前記圧力検出素
子２２と前記ホルダ３０とを気密に接合して参照用圧力
空間７２を形成した圧力センサ本体とした圧力センサ１
において、圧力センサ本体の前記ホルダ３０上に電極パ
ッドを有する回路基板４０を設け、コネクタケース７０
に設けたコネクタ８０と電極パッドとを弾力性を有する
電気導電性を有するばね状体５０によって接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサに関
し、特に圧力検出素子を収容したハウジングとコネクタ
ケースとを具備した圧力センサにおいて、組立工数を削
減する目的で組立てを簡単に行えるようにした圧力セン
サの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平１１−３５１９９０号公報には、
流体の圧力を検出する絶対圧力式圧力センサまたはシー
ルドゲージ圧力式圧力センサとして、圧力検出空間に連
通する内部空間と上端に肉薄の立上部を有する金属製の
ハウジングと、内部空間と内部空間を上下に分離する隔
壁と上端に肉薄の立上部を有する円筒形の金属製の圧力
ケースと、絶縁性材料からなるコネクタケースとからな
り、ハウジングと圧力ケースとコネクタケースを積み重
ね、それぞれの立上部をかしめて一体化して形成した内
部空間に圧力検出用のセンサエレメントと電気回路とを
収容し、圧力ケースに貫通コンデンサを設けた圧力セン
サが、開示されている。

【０００３】さらに、本出願人は上述した圧力センサの
出力電圧に対する電磁ノイズの影響をの変動を減少させ
ることを目的として、圧力導入孔を有するハウジング
と、ピエゾ抵抗効果を有する半導体素子よりなるセンサ
エレメントと、前記センサエレメントを固着するホルダ
と、圧力ケースとを有し、前記センサエレメントと前記
ホルダと前記圧力ケースを気密に溶接して参照用圧力空
間を形成して圧力センサ本体とし、圧力センサ本体を前
記ハウジングに電気的に絶縁して保持した圧力センサに
関する発明を、特願平１１‐３１２６１１号として出願
している。

【０００４】この発明によれば、圧力センサの電磁ノイ
ズの影響を減少させることができるが、圧力センサ本体
とコネクタとを接続する部分の構成が複雑で工数が多く
なり、製造コストが引き下がらない要因となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
要請に応えるために、圧力センサ本体とコネクタを接続
する部分の構造を単純化し、製造工数を削減した、圧力
センサを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の圧力センサは、圧力導入孔を有するハウ
ジングと、ピエゾ抵抗効果を有する半導体素子よりなる
圧力検出素子と、前記圧力検出素子を固着するホルダ
と、コネクタケースとを有し、前記圧力検出素子と前記
ホルダとを気密に接合して参照用圧力空間を形成した圧
力センサ本体とした圧力センサにおいて、前記圧力セン
サ本体の前記ホルダ上に電極パッドを有する回路基板を
設け、前記コネクタケースに設けたコネクタと前記電極
パッドとを弾力性を有する電気導電性を有するばね状体
によって接続した。

【０００７】本発明は、上記コネクタと電極パッドを接
続するばね状体の一端がコネクタの下端に固着されると
ともに、他端が下方に折り曲げられその先端が湾曲部と
されている。

【０００８】さらに、本発明は、上記ばね状体のコネク
タの下端に固着された個所から折り曲げ部までが上記コ
ネクタケースの内部空間の底部に支持される。

【０００９】本発明は、上記圧力センサが、ゲージ圧力
式圧力センサであるが、上記参照用圧力空間を圧力ケー
スによって気密に構成させることにより、絶対圧力式ま
たはシールドゲージ圧力式圧力センサとすることができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる圧力センサ
の第１の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明
する。図１は第１の実施の形態にかかるゲージ圧力式圧
力センサの構成を示す縦断面図、図２は回路基板および
ホルダの上面図、図３はコネクタケースの下面図、図４
は電極パッドとばね状体との接続状態を説明する図であ
る。

【００１１】本発明の第１の実施の形態にかかる圧力セ
ンサ１は、ハウジング１０と、センサエレメント２０
と、ホルダ３０と、回路基板４０と、ばね状体５０と、
コネクタケース７０と、コネクタ８０とから構成されて
いる。

【００１２】この圧力センサ１は、ハウジング１０と、
コネクタケース７０からなる容器内に、センサエレメン
ト２０、ホルダ３０からなる圧力センサ本体が収納され
ている。

【００１３】ハウジング１０は、例えば、アルミニウム
を用いて略円筒形状に構成されている。該ハウジング１
０は、下部に流体を導入する流体導入孔１２を有してお
り、該流体導入孔の上部に円形のハウジング底部１３が
形成され、その周辺に設けた環状の堤１４１によって形
成されるＯリングおよびコネクタケース受け部として働
く環状の溝１４と、該環状の溝の外周から立ち上がる周
壁１６と、周壁の上端部に肉薄に設けたかしめ部１７
と、本体の内側に底部と周壁とによって形成されたハウ
ジング内部空間１８とを有して構成される。

【００１４】ハウジング１０の流体導入孔口１２とハウ
ジング内部空間１８とは、連通している。

【００１５】測定圧力側の配管にハウジング１０の流体
導入孔１２の外周に設けたネジ部１９を捩じ込んで、ハ
ウジング１０を気密に配管に固定する。

【００１６】センサエレメント２０は、圧力を検出する
機能を有しており、金属製のヘッダ２１と、半導体基板
の上面に複数のピエゾ抵抗効果を有する抵抗をブリッジ
を形成するように設けた半導体素子からなる圧力検出素
子２２と、ヘッダ２１の上面に気密に固定されたシリコ
ン製台座２３とから構成され、ヘッダ２１と台座２３の
中央部には、圧力検出素子２２の底部に達するセンサエ
レメント開口２４が設けられている。

【００１７】ヘッダ２１の上面２１３に、前記台座２３
が気密に載置固定され、抵抗が配置された面が上面とな
るように圧力検出素子２２が台座２３の上面に載置固定
されている。

【００１８】ヘッダ２１の下部周囲には上面に閉じた形
状に形成されたホルダ受け用堤２１２を有するつば部２
１１が設けられている。

【００１９】圧力検出素子２２は、半導体基板の平面形
状が矩形に形成されるとともに、中央部が肉薄状に構成
され、圧力によって変形するダイヤフラム部が形成され
ており、上記ダイヤフラム部の上面には、複数のピエゾ
抵抗素子をブリッジ状に形成することによって歪ゲージ
である圧力検知部が形成されるとともに、周辺部の肉厚
部上に集積回路製造技術を用いて製造した増幅回路や演
算処理回路などの電気回路を設けている。

【００２０】さらに、圧力検出素子２２の上面に設けた
ランド部と回路基板４０の上面に設けたランド部４３と
がボンディングワイヤ２５によって接続されている。

【００２１】例えば、シリコン製台座２３は、その平面
形状が矩形であり、中心にセンサエレメント開口２４を
設けた形状に形成される。

【００２２】シリコン製台座２３のヘッダ２１との接合
面には金スパッタリング等によって金メッキ層が設けら
れている。

【００２３】ヘッダ２１は、例えば４２アロイ等の鉄−
ニッケル系合金を用いて構成され、その平面形状が円形
であり、中心にセンサエレメント開口２４を設けた形状
に形成される。ヘッダ２１の台座２３との接合面には金
メッキ層が設けられている。

【００２４】台座２３およびヘッダ２１のセンサエレメ
ント開口２４は、それぞれ同軸上に配置され、ハウジン
グ１０の流体導入孔１２に連通し、圧力検出素子２２の
裏面に設けた空間に圧力流体を導くように構成されてい
る。

【００２５】圧力検出素子２２の下面は、台座２３の上
面に気密に溶着固定され、台座２３の下面とヘッダ２１
の上面２１３は金−シリコンのロー材を介在させて加熱
圧着（スクラブ）することによって、金−シリコン合金
が形成されて気密に溶着固定される。

【００２６】ホルダ３０は、コネクタケース７０ととも
に参照圧力用空間を形成する。

【００２７】ホルダ３０は、例えばステンレススチール
を用いて形成され、中心部にホルダ開口３２が設けら
れ、周辺の一部にコネクタケースの位置を決める位置決
め用切欠き部３３が設けられている。

【００２８】ホルダ３０の下面３１は、センサエレメン
ト２０のヘッダ２１のつば部２１１に設けたホルダ受け
用堤２１２の上面が当接され、例えば、プロジェクショ
ン溶接によって気密に固着される。

【００２９】ホルダ３０の上面３４には、回路基板４０
が接着剤などを用いて固定される。

【００３０】回路基板４０は、たとえばアルミナ基板か
ら構成される絶縁性のプリント配線基板からなり、略々
円盤形状に構成され中央にセンサエレメント２０の圧力
検出素子２２が位置する回路基板開口４１が設けられる
とともに、その表面には、信号を外部に取り出す金パッ
ドからなる電極パッド４２、圧力検出素子２２からのボ
ンディングワイヤ２５が接続される金パッドからなるラ
ンド部４３、圧力検出素子２２からの電気信号を増幅・
演算処理して出力する回路を構成するプリント配線４４
および回路素子４５が設けられている。回路基板４０の
回路部は、前記電極パッド４２およびランド部４３なら
びに検査用端子部を除きの破線で示されるように保護皮
膜４６で覆われている。

【００３１】回路基板４０に設けられた入出力端子とし
て働く電極パッド４２は、ばね状体５０が接してとコネ
クタ８０と接続され、信号線や電源供給線や接地線に対
応して設けられる。

【００３２】ばね状体５０は、例えばリン青銅などの電
気伝導性弾性体から構成され、一端５１がコネクタ８０
の下端８１にスポット溶接などによって固定され、他端
側が下方に折り曲げられ垂下部５２を形成するとともに
その先端部には湾曲部５３が形成されている。湾曲部５
３の電極パッド４２と接する面には部分的に金メッキ５
４が施されている。

【００３３】ねじ状体５０は、端部５１から折り曲げ部
５２までがコネクタケース７０の底面７４に支持されて
おり、コネクタケース７０をハウジング１０にかしめ付
けたときに湾曲部５３を電極パッド４２上に押し付ける
ように働く。

【００３４】コネクタケース７０は、コネクタ８０を差
し込み固定する樹脂製ケースであり、上部に設けたソケ
ット部７１と、ソケット部７１の下方に設けた参照用空
間として働くコネクタケース内部空間７２と、下方に垂
れ下がった上部周壁７３と、上部周壁７３の下面７４
と、上部周壁７３の下方に垂れ下がった下部周壁７５
と、下部周壁７５の外側上方に設けたかしめ受け部７６
と、下部周壁７５の内面に設けた位置決め部７７と、下
部周壁７６の下端の平坦面７８と、コネクタ８０を挿通
保持するためのコネクタ挿入孔７９を有し、コネクタ挿
入孔７９には、コネクタ８０が下方から挿入されて固定
されいる。

【００３５】なお、図示しないが、コネクタ８０とコネ
クタ挿入孔７９の隙間(均圧路)を通して参照用空間の圧
力は外部(大気圧)と連通しており、ゲージ圧力式圧力セ
ンサを達成している。また、均圧路は、圧力が伝わる必
要最小限の大きさでよいのは勿論である。

【００３６】このコネクタケース７０は、その形状を変
更することによって、種々の異なる形状のコネクタに対
応することができる。

【００３７】コネクタ８０は、電源線と接地線が電気回
路への電力供給に使用され、接地線と信号線は、センサ
エレメント２０の出力信号を外部へ取り出すために使用
されている。

【００３８】Ｏリング９５は、Ｏリング受け用溝である
環状溝１４に挿入され、外部からの水や湿気等がコネク
タケース７０の内部空間７２へ浸入することを防ぐ。Ｏ
リング９６は、ハウジングのねじ部１９の上部にはめら
れ、配管との間の気密を保持する。

【００３９】これらの構成部品を用いて圧力センサ１を
組み立てる手順を説明する。

【００４０】圧力検出素子２２と台座２３の積層体をヘ
ッダ２１上に固着して組み立てたセンサエレメント２０
を、ホルダ３０のホルダ開口３２に挿入して、ヘッダ２
１のつば部２１１に設けたホルダ受け用堤２１２の上面
をホルダ下面３１に当てた後、環状のプロジェクション
電極を押し当て、ホルダ下面３１にヘッダ２１を気密に
溶接し固着する。

【００４１】次いで、ホルダ３０の上面３４に回路基板
４０を接着剤を用いて固定した後、圧力検出素子２２の
ランド部と回路基板４０のランド部４３とを金線からな
るボンディングワイヤ２５を用いて接続する。

【００４２】センサエレメント２０とホルダ３０と回路
基板４０からなる圧力センサ組立体を、Ｏリング９５を
載置したハウジング１０のハウジング内部空間１８に載
置しする。コネクタケース７０のコネクタ挿入孔７９に
下端部８１にばね状体５０を固定したコネクタ８０を挿
入して接続手段を設けたコネクタケース７０を組立て
る。

【００４３】次いで、コネクタケース７０に固定された
ターミナルに８０に固定されたばね状体５０の湾曲部５
３が回路基板４０の電極パッド４２の上に位置するよう
に位置決めした後、このコネクタケース７０をハウジン
グ１０の内部空間１８に挿入し、コネクタケース７０の
かしめ受け部７６上へハウジング１０の立上部（周壁
部）１６の上端のかしめ部１７をかしめてハウジング１
０とコネクタケース７０を固定する。

【００４４】以上の工程によって、コネクタ８０と電極
パッド４２が電気的に接続された圧力センサ１が組み立
てられる。

【００４５】この発明によれば、圧力センサ組立体をハ
ウジング１０内に位置させた後、コネクタケース７０を
上部からかぶせて、ハウジングのかしめ部１７をかしめ
ることによって、流体導入空間が気密に構成されたゲー
ジ圧の圧力センサを、リード線の半田付けなどの工程を
経ずに容易に製造することができる。

【００４６】本発明の第２の実施の形態は、第１の実施
の形態におけるゲージ圧力式圧力センサを絶対圧力式お
よびシールドゲージ圧力式の圧力センサとしたものであ
る。

【００４７】本発明の第２の実施の形態に係る絶対圧力
式およびシールドゲージ式の圧力センサ１の構成を図５
および図６を用いて説明する。図５は圧力センサ全体の
構成を示す縦断面図であり、図６は、絶対圧力式および
シールドゲージ圧力式圧力センサの圧力ケースの取付け
部の拡大断面図である。

【００４８】第２の実施の形態にかかる圧力センサ１
は、図１に示した第１の実施の形態にかかるゲージ圧力
式圧力センサ１に、圧力ケース６０を気密に設け、その
内部空間を参照用圧力空間にし、内部空間６１を真空お
よび所定のガス圧に保つことで絶対圧およびシールドゲ
ージ圧を検出するようにした点に特徴を有している。ま
た、この圧力ケース６０を金属部材で構成すると、外部
から飛来する高周波電磁ノイズがセンサエレメント２０
へ届くのを軽減する効果も持っている

【００４９】圧力ケース６０には、内部空間６１が形成
され、図６に示すように、内部空間６１は所定の圧力と
される。圧力ケース６０の周辺部６２は、回路基板４０
の上面に形成されたガラス層からなる絶縁性保護膜４６
の上にシリコン接着剤６２によって気密に接着される。

【００５０】その他の点は、第１の実施の形態にかかる
ゲージ圧力式圧力センサ１と略々同様の構成をしてい
る。

【００５１】この構成を有する圧力センサ１も、第１の
実施の形態にかかるゲージ圧力式圧力センサと同様に、
半田付けなどの工程を経ずに圧力センサ自体を製造する
ことができる。

【００５２】本発明の第３の実施の形態に係るゲージ圧
力式圧力センサ１の構成を図７および図８を用いて説明
する。図７は第３の実施の形態にかかるゲージ圧力式圧
力センサの構成を示す縦断面図であり、図８はコネクタ
ケースの下面図である。

【００５３】第３の実施の形態にかかる圧力センサ１
は、図１に示した第１の実施の形態にかかるゲージ圧力
式圧力センサ１において、コネクタケース７０に取り付
けられるコネクタ８０およびばね状体５０を左右に分け
るとともに千鳥状に配置した点に特徴を有している。

【００５４】すなわち、コネクタ８０に接続されたばね
状体５０は、図に示すように左右に分けられるとともに
千鳥状に配置されるので、コネクタケース７０をセンサ
組立体を内部に挿入したハウジング１０に搭載するにあ
たって、コネクタケース７０が安定し、その後のかしめ
工程がスムースに行える。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、圧力セ
ンサ本体とコネクタとを弾力性を有する電気導電性を有
するばね状体によって接続する構造にすることによっ
て、組立てが簡単に行える組立工数を削減したゲージ圧
力方式の圧力センサを提供できる。さらにまた、必要に
応じて内部に圧力ケースを設けることで、絶対圧力式お
よびシールドゲージ圧力式圧力センサも提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる圧力センサ
の構造を示す縦断面図。

【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる圧力センサ
のコネクタケースの底面図。

【図３】本発明の第１の実施の形態にかかる圧力センサ
のホルダおよび回路基板の上面図。

【図４】本発明の第１の実施の形態にかかる圧力センサ
の電極パッド部の拡大断面図。

【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる圧力センサ
の構造を示す縦断面図。

【図６】本発明の第２の実施の形態にかかる圧力センサ
の圧力ケースの接続部の構造を示す拡大断面図。

【図７】本発明の第３の実施の形態にかかる圧力センサ
の構造を示す縦断面図。

【図８】本発明の第３の実施の形態にかかる圧力センサ
のコネクタケースの底面図。

【符号の説明】 １ 圧力センサ １０ ハウジング １２ 流体導入孔 １３ ハウジング底部 １４ 環状溝 １６ 周壁 １７ かしめ部 １８ ハウジング内部空間 １９ ねじ部 ２０ センサエレメント ２１ ヘッダ ２１１ つば部 ２１２ ホルダ受け用堤 ２１３ ホルダ上面 ２２ 圧力検出素子 ２３ 台座 ２４ センサエレメント開口 ２５ ボンディングワイヤ ３０ ホルダ ３１ ホルダ下面 ３２ ホルダ開口 ３３ 位置決め用切欠き部 ３４ ホルダ上面 ４０ 回路基板 ４１ 回路基板開口 ４２ 電極パッド ４３ ランド部 ４４ プリント配線 ４５ 回路素子 ５０ ばね状体 ５１ 端部 ５２ 折り曲げ部 ５３ 湾曲部 ５４ 金メッキ部 ６０ 圧力ケース ６１ 内部空間 ６２ 周辺部 ６３ シリコン接着剤 ７０ コネクタケース ７１ ソケット部 ７２ 内部空間 ７３ 上部周壁 ７４ 上部周壁下面 ７５ 下部周壁 ７６ かしめ受け部 ７７ 位置決め部 ７８ 平坦面 ７９ コネクタ挿入孔 ８０ コネクタ ８１ コネクタ下部 ９５ Ｏリング ９６ Ｏリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB01 BB03 CC02 DD04 EE13 FF43 GG12 GG25 4M112 AA01 BA01 CA02 CA03 CA08 CA10 CA13 CA15 GA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力導入孔を有するハウジングと、ピエ
   ゾ抵抗効果を有する半導体素子よりなる圧力検出素子
   と、前記圧力検出素子を固着するホルダと、コネクタケ
   ースとを有し、前記圧力検出素子と前記ホルダとを気密
   に接合して参照用圧力空間を形成した圧力センサ本体と
   した圧力センサにおいて、前記圧力センサ本体の前記ホ
   ルダ上に電極パッドを有する回路基板を設け、前記コネ
   クタケースに設けたコネクタと前記電極パッドとを弾力
   性を有する電気導電性を有するばね状体によって接続し
   たことを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 上記コネクタと電極パッドを接続するば
   ね状体の一端がコネクタの下端に固着されるとともに、
   他端が下方に折り曲げられその先端が湾曲部とされてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】 上記ばね状体のコネクタの下端に固着さ
   れた個所から折り曲げ部までが上記コネクタケースの内
   部空間の底部に支持されることを特徴とする請求項２に
   記載の圧力センサ。
4. 【請求項４】 上記圧力センサが、ゲージ圧力式圧力セ
   ンサである請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記
   載の圧力センサ。
5. 【請求項５】 上記参照用圧力空間が圧力ケースによっ
   て気密に構成され、圧力センサが絶対圧力式またはシー
   ルドゲージ圧力式圧力センサである請求項１ないし請求
   項３のいずれか１項に記載の圧力センサ。