JP2003042883A - 液封型圧力センサ - Google Patents

液封型圧力センサ

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JP2003042883A
JP2003042883A JP2001229601A JP2001229601A JP2003042883A JP 2003042883 A JP2003042883 A JP 2003042883A JP 2001229601 A JP2001229601 A JP 2001229601A JP 2001229601 A JP2001229601 A JP 2001229601A JP 2003042883 A JP2003042883 A JP 2003042883A
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Yoshiaki Tasai
義明 太斎
Yuji Kanai
祐二 金井
Yuji Kimura
裕次 木村
Kazue Suzuki
和重 鈴木
Hajime Watanabe
肇 渡辺
Mitsuo Kurosawa
美津男 黒沢
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Saginomiya Seisakusho Inc
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Saginomiya Seisakusho Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 厳しい温度環境下でも、高い圧力検出精度
と、優れた安定性、耐久性を示す液封型圧力センサを提
供すること。 【解決手段】 一部壁面をダイヤフラム14により画定
された密封室17内のヘッダ部材(ハーメチックガラ
ス)13にセンサチップ40が装着され、密封室17に
オイルが封入され、外部よりダイヤフラム14に作用す
る圧力が密封室17のオイルを介してセンサチップ40
の感圧部に伝えられる液封型圧力センサにおいて、セン
サチップ40が絶対圧タイプのセンサチップであり、セ
ンサチップ40のヘッダ部材13に対する装着を、密封
室17のオイルとは異種の物質のゲル45により行う。

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、液封型圧力セン
サに関し、特に、カーエアコンやビル空調用パッケージ
・エアコンの冷媒圧力センサや、ポンプ用圧力センサ等
として使用される液封型圧力センサのセンサチップの取
付構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】流体圧検出用の圧力センサとして、一部
壁面をダイヤフラムにより画定された密封室内のヘッダ
部材にセンサチップが装着され、前記密封室に液体が封
入され、外部より前記ダイヤフラムに作用する圧力が前
記密封室の封入液体を介して前記センサチップの感圧部
に伝えられる型式のもの(液封型圧力センサと云う)が
知られている(特開平2−8722号公報)。
【0003】圧力センサにおいて重要なことは、センサ
チップとヘッダ部材との熱膨張係数の差による熱的応
力、その他、機械的応力がセンサチップに作用すること
がなく、センサ出力が温度の影響を受けないことであ
る。このことに対して、センサチップのヘッダ部材(基
台等)に対する装着を、シリコンゴム、フッ素エラスト
マ、シリコン系ゲル等による接着によって行い、センサ
チップとヘッダ部材との間の熱的歪を緩和することが行
われている。
【0004】このセンサチップの接着に関する技術は、
特開昭59−102131号公報、特開昭59−154
332号公報、特開平10−332505号公報、特開
平11−23396号公報、特開平11−295172
号公報等に示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】液封型圧力センサで
は、センサ出力が温度の影響を受けないこと、安定性、
耐久性の面から、センサチップのヘッダ部材に対する接
着強度が充分であること、センサチップをヘッダ部材に
対して接着する接着材料と密封室に封入する液体(オイ
ル)とが、相互に、変質劣化の影響を与えることがな
く、両物質相互の化学的安定性に優れていることを要求
される。
【0006】この発明は、上述の要求を全て満たし、厳
しい温度環境下でも、高い圧力検出精度と、優れた安定
性、耐久性を示す液封型圧力センサを提供することを目
的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明による液封型圧力センサは、一部壁面を
ダイヤフラムにより画定された密封室内のヘッダ部材に
センサチップが装着され、前記密封室に液体が封入さ
れ、外部より前記ダイヤフラムに作用する圧力が前記密
封室の封入液体を介して前記センサチップの感圧部に伝
えられる液封型圧力センサにおいて、前記センサチップ
を絶対圧タイプのセンサチップとし、前記センサチップ
の前記ヘッダ部材に対する装着が、前記密封室の封入液
体とは異種の物質で、前記センサチップの前記感圧部と
は反対側の面部と前記ヘッダ部材のチップ装着面部との
間で層状をなすゲルによる接着により行われている。
【0008】この発明による液封型圧力センサによれ
ば、センサチップが絶対圧タイプのセンサチップである
ことにより、センサチップとヘッダ部材との接着面部に
感知圧力と大気圧との差圧が作用することがないから、
この接着面部における接着強度や気密性が重要視される
ことがなく、ゲルのような柔らかいものによる接着で
も、センサ性能を確保するするために必要な接着強度を
確保でき、ゲルによる接着であるから、ヘッダ部材とセ
ンサチップとの間の機械的応力や熱的応力の吸収緩和が
良好に行われ、優れた圧力検出精度が得られる。封入液
体はゲルとは異種の物質であることにより、長期間の使
用でも、ゲルが封入液体によって膨潤変質することがな
い。
【0009】この封入液体とゲルの組み合わせは、封入
液体がシリコン系オイルで、ゲルがフッ素系ゲル、ある
いは封入液体がフッ素系オイルで、ゲルがシリコン系ゲ
ルがある。
【0010】この発明による液封型圧力センサでは、前
記センサチップの前記ヘッダ部材に対する装着面部をガ
ラス製台座により構成し、ハーメチックガラス製、ある
いはFe・Ni系合金製のヘッダ部材を使用することが
でき、ゲルによるセンサチップとヘッダ部材との接着
は、ガラス対ガラス、あるいはガラス対Fe・Ni系合
金になり、ゲルによる良好な接着を保証できる。また、
この発明による液封型圧力センサでは、ダイヤフラムは
金属薄膜により構成されており、ダイヤフラムと封入液
体との間の化学的安定性も充分なものになる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明する。
【0012】図1〜図3はこの発明による液封型圧力セ
ンサの一つの実施の形態を示している。
【0013】液封型圧力センサは、圧力検出エレメント
10と、継手20と、コネクタハウジング30との組立
体により構成されている。
【0014】圧力検出エレメント10は金属製のエレメ
ント本体11を有している。エレメント本体11は中央
部に中央開口12を穿設されており、中央開口12には
当該中央開口12を気密に閉じるようにハーメチックガ
ラス13が固着されている。圧力検出エレメント10の
一方の端面(上面)には、ステンレス鋼等の薄膜による
金属ダイヤフラム14の外周縁部と、その上に重ねた連
通孔16を有するダイヤフラム保護カバー15の外周縁
部とが、溶接によって気密に固着されている。
【0015】この構造により、エレメント本体11の中
央部分において、ハーメチックガラス13と金属ダイヤ
フラム14との間に密封室17が画定される。換言すれ
ば、密封室17は一部壁面を金属ダイヤフラム14によ
り画定されている。
【0016】ハーメチックガラス13はヘッダ部材をな
し、ハーメチックガラス13の密封室17の側の面部
(上面)にはワンチップ構造のセンサチップ40が装着
されている。
【0017】センサチップ40は、密封室17内にあ
り、図3に示されているように、非ゲージ面側にエッチ
ングによってダイヤフラム部42を作られたシリコン基
板41とガラス台座43とを真空雰囲気で陽極接合して
真空室44を形成するワンチップ構造のものであり、真
空圧を基準にしてダイヤフラム部42に加えられた圧力
分相応の電気的な撓み信号を発生する絶対圧タイプにな
っている。
【0018】センサチップ40のハーメチックガラス1
3に対する装着は、センサチップ40の感圧部であるダ
イヤフラム部42とは反対側の面部、すなわち、ガラス
台座43の底面により与えられる面部40Aとヘッダ部
材をなすハーメチックガラス13のチップ装着面部13
Aとの間で均一層状をなすゲル45による接着(粘着)
により行われる。この場合、ゲル45によるセンサチッ
プ40とヘッダ部材(ハーメチックガラス13)との接
着は、ガラス対ガラスとなる。
【0019】ゲル45は、フッ素系やシリコン系のもの
であり、センサ性能を確保をするために必要な接着強度
と、センサチップ実装のワイヤボンド時に必要なチップ
保持力を確保し、ハーメチックガラス13とセンサチッ
プ40との間の機械的応力や熱的応力の吸収緩和が良好
に行われる柔軟性とを兼ね備えた硬度に設定されてい
る。ゲルの硬度は、計測針をゲルに差し込み、それの深
入度(針入度)より計測いることができ、この場合の針
入度は70程度であればよい。
【0020】ハーメチックガラス13には、センサチッ
プ40に対する信号の入出力等を行うための複数個のリ
ードピン18と、オイル充填用パイプ19が、各々、貫
通状態で、ハーメチック処理により固定されている。リ
ードピン18は、図示されていない金製あるいはアルミ
ニウム製のワイヤ(図示省略)によってセンサチップ4
0と導通接続される。
【0021】オイル充填用パイプ19は、密封室17に
封入液体を充填する充填口として使用され、充填完了後
に外側のパイプ先端19aをつぶし密着され(図1参
照)、その部分を溶接することにより、オイルを密封室
17に封止する。
【0022】密封室17に封入する液体としては、シリ
コン系オイル、フッ素系オイル等がある。ここで、重要
なことは、密封室17の封入液体によってゲル45が膨
潤変質しないよう、密封室17の封入液体の材質はゲル
45とは異種のものが選ばれていることである。換言す
れば、ゲル45は密封室17の封入液体とは異種物質に
より構成される。この封入液体とゲル45の組み合わせ
は、封入液体がシリコン系オイルであると、ゲル45が
フッ素系ゲル、封入液体がフッ素系オイルであると、ゲ
ル45がシリコン系ゲルとなる。
【0023】なお、継手20は、ニップル状をなし、金
属ダイヤフラム14に流体圧を導くための被測定流体圧
通路21を形成していると共に、液封型圧力センサ取付
用のねじ部22を有している。また、コネクタハウジン
グ30には接続端子31が設けられており、接続端子3
1は内部配置のフレキシブル接続材32によってリード
ピン18と導通接続されている。
【0024】上述の構成による液封型圧力センサでは、
被測定流体圧通路21よりダイヤフラム14に作用する
圧力が密封室17の封入液体を介してセンサチップ40
のダイヤフラム部42に伝えられ、真空室44の真空圧
を基準にしてダイヤフラム部42に加えられた圧力分相
応の電気的な撓み信号を発生するから、センサチップ4
0とハーメチックガラス13との接着面部(40A−1
3A)に感知圧力と大気圧との差圧が作用することがな
く、この接着面部における接着強度や気密性が重要視さ
れることがない。
【0025】このこと、すなわち、センサチップ40を
絶対圧タイプに特定することで、ゲル45のような柔ら
かいものによる接着でも、接着層が薄くても(10μm
m以下)、センサ性能を確保するするために必要な接着
強度を確保できると云うことと、ゲル45による柔軟性
がある接着であることから、ハーメチックガラス13と
センサチップ40との間の機械的応力や熱的応力の吸収
緩和が良好に行われ、優れた圧力検出精度が得られると
云うこととが両立する。
【0026】また、密封室17の封入液体がゲル45と
は異種の物質であることにより、長期間の使用でも、ゲ
ルが封入液体によって膨潤変質することがなく、優れた
安定性、耐久性が得られる。また、ダイヤフラム14が
金属薄膜により構成されているから、ダイヤフラム14
が密封室17のシリコン系オイルやフッ素系オイル等の
封入液体によって変質劣化することもなく、このことに
よっても優れた安定性、耐久性が得られる。
【0027】図4はこの発明による液封型圧力センサの
他の実施の形態を示している。この実施の形態では、ハ
ーメチックガラス13の中央部にガラスあるいはFe・
Ni合金製の支柱50がはめ込み固定されており、支柱
50の上面50Aにゲル45によって絶対圧タイプのセ
ンサチップ40が接着されている。
【0028】センサチップ40がハーメチックガラス1
3に直接に接着されていることに代えて、センサチップ
40がヘッダ部材をなす支柱50に接着されていること
以外は、全て上述の実施の形態と同じである。なお、こ
の場合、ゲル45によるセンサチップ40とヘッダ部材
(支柱50)との接着は、ガラス対ガラス、あるいはガ
ラス対Fe・Ni合金となる。
【0029】したがって、この実施の形態でも、上述し
た実施の形態と同様の効果が得られる。
【0030】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、この発
明による液封型圧力センサによれば、センサ出力が温度
の影響を受けないこと、安定性、耐久性の面から、セン
サチップのヘッダ部材に対する接着強度が充分であるこ
と、センサチップをヘッダ部材に対して接着する接着材
料と密封室に封入する液体とが、相互に、変質劣化の影
響を与えることがなく、両物質相互の化学的安定性に優
れていることの全ての要求を満たし、厳しい温度環境下
でも、高い圧力検出精度と、優れた安定性、耐久性が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による液封型圧力センサの一つの実施
の形態を示す断面図である。
【図2】この発明による液封型圧力センサの圧力検出エ
レメントの一つの実施の形態を示す拡大断面図である。
【図3】この発明による液封型圧力センサのセンサチッ
プ部分まの拡大断面図である。
【図4】この発明による液封型圧力センサの圧力検出エ
レメントの他の実施の形態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
10 圧力検出エレメント 11 エレメント本体 13 ハーメチックガラス 14 金属ダイヤフラム 15 ダイヤフラム保護カバー 17 密封室 20 継手 21 被測定流体圧通路 30 コネクタハウジング 31 端子 40 センサチップ 41 シリコーン基板 42 ダイヤフラム部 43 ガラス台座 44 真空室 45 ゲル 50 支柱
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 裕次 埼玉県所沢市青葉台1311 株式会社鷺宮製 作所所沢事業所内 (72)発明者 鈴木 和重 埼玉県所沢市青葉台1311 株式会社鷺宮製 作所所沢事業所内 (72)発明者 渡辺 肇 埼玉県所沢市青葉台1311 株式会社鷺宮製 作所所沢事業所内 (72)発明者 黒沢 美津男 埼玉県所沢市青葉台1311 株式会社鷺宮製 作所所沢事業所内 Fターム(参考) 2F055 AA40 BB01 CC02 DD05 EE13 FF01 FF43 GG14 GG22

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一部壁面をダイヤフラムにより画定され
    た密封室内のヘッダ部材にセンサチップが装着され、前
    記密封室に液体が封入され、外部より前記ダイヤフラム
    に作用する圧力が前記密封室の封入液体を介して前記セ
    ンサチップの感圧部に伝えられる液封型圧力センサにお
    いて、 前記センサチップを絶対圧タイプのセンサチップとし、
    前記センサチップの前記ヘッダ部材に対する装着が、前
    記密封室の封入液体とは異種の物質で、前記センサチッ
    プの前記感圧部とは反対側の面部と前記ヘッダ部材のチ
    ップ装着面部との間で層状をなすゲルによる接着により
    行われていることを特徴とする液封型圧力センサ。
  2. 【請求項2】 前記密封室の封入液体がシリコン系オイ
    ルで、前記ゲルがフッ素系ゲルであることを特徴とする
    請求項1記載の液封型圧力センサ。
  3. 【請求項3】 前記密封室の封入液体がフッ素系オイル
    で、前記ゲルがシリコン系ゲルであることを特徴とする
    請求項1記載の液封型圧力センサ。
  4. 【請求項4】 前記センサチップの前記ヘッダ部材に対
    する装着面部がガラス製台座により構成され、前記ヘッ
    ダ部材がハーメチックガラス製である特徴とする請求項
    1〜3の何れか1項記載の液封型圧力センサ。
  5. 【請求項5】 前記センサチップの前記ヘッダ部材に対
    する装着面部がガラス製台座により構成され、前記ヘッ
    ダ部材がFe・Ni系合金製であること特徴とする請求
    項1〜3の何れか1項記載の液封型圧力センサ。
  6. 【請求項6】 ダイヤフラムは金属薄膜により構成され
    ていること特徴とする請求項1〜5の何れか1項記載の
    液封型圧力センサ。
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