JP2005037312A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 気密性が優れ、ホルダと蓋部材との接合を強固にした圧力センサを提供する。
【解決手段】 ホルダ１と、受けた圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサ素子２１及び半導体圧力センサ素子２１に電気的に接続されるリード部材２３を取付け固定するコネクタケース３と、絶縁油を封入する圧力検出室６をホルダ１及びコネクタケース３とで形成するダイヤフラム４と、圧力導入管５１を取付けた金属製の蓋部材５とを備える圧力センサにおいて、ホルダ１は、金属製からなるとともに、圧力検出室６を外部とをむすび、かつ、封止部材２６を保持する貫通保持孔１２を設けており、ダイヤフラム４は、金属製のホルダ１と金属製の蓋部材５とで挟持して固着されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧力センサであり、特に圧力検出素子を収容した圧力検出室に液体を充填するとともに、ホルダ、コネクタケース、ダイヤフラム及び蓋部材を備えた圧力センサに関する。

従来から、半導体圧力センサ素子が収納された圧力検出室内に液体を封入し、この圧力検出室に外部から加えられた圧力を半導体圧力センサ素子に液体を介して伝えることで、この圧力センサ素子から圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力検出器が種々提案されている（特許文献１参照）。

さらに、特許文献２には、歪ゲージと信号処理回路の回路素子を集積化したセンサを用い、このセンサをシールダイヤフラムと容器で囲まれ、シリコーン油などの絶縁油で満たされた空間に配置された半導体圧力センサが開示されている。

かかる従来の感圧素子および信号処理回路を封入液中に設ける半導体圧力検出器においては、気密性の向上と組立工数の低減について配慮がなされていなかった。
特許第３１９８７７３号公報 特開平５‐１４９８１４号公報

本発明は、従来技術の問題を解決するものであり、気密性が優れ、ホルダと蓋部材との接合を強固にした圧力センサを提供することを目的とする。

本発明は、ホルダと、受けた圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサ素子及び該半導体圧力センサ素子電気的に接続されるリード部材を取付け固定するコネクタケースと、液体を封入する圧力検出室をホルダ及びコネクタケースとで形成するダイヤフラムと、圧力導入管を取付けた金属製の蓋部材とを備える圧力センサにおいて、前記ホルダは、金属製からなるとともに、圧力検出室を外部とをむすび、かつ、封止部材を保持する貫通保持孔を設けており、前記ダイヤフラムは、金属製のホルダと金属製の蓋部材とで挟持して固着されている圧力センサである。

また、本発明は、上記ダイヤフラムは、ホルダの円筒形状部分の内壁にも固定されている圧力センサである。

そして、本発明は、上記ダイヤフラムは、ホルダと蓋部材の嵌合部分で挟持されて溶接されている圧力センサである。

更に、本発明は、上記ホルダに設けた貫通保持孔は、進入した封止部材を保持する保持部分と、封止部材の進入方向に対して所定の角度をなす傾斜部分とからなる圧力センサである。

また、本発明は、上記ホルダと蓋部材は、当接面の径が異なり、その当接部分が溶接により固着されている圧力センサである。

本発明によれば、気密性が優れ、ホルダと蓋部材との接合を強固にした圧力センサを得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明の圧力センサの実施例について、図１〜図４を用いて説明する。図１は実施例１の圧力センサの構成を示す縦断面図である。図２は実施例２の圧力センサの構成を示す縦断面図である。図３は実施例１の圧力センサの構成を示す縦断面図である。図４は実施例２の圧力センサの構成を示す縦断面図である。

本発明の圧力センサの第１の実施例について、説明する。本実施例の圧力センサは、図１に示すように、ホルダ１と、コネクタケース３と、ダイヤフラム４と、蓋部材５とから構成される。

ホルダ１は、金属製例えばステンレススチール製の略円筒状部材であり、上壁部１ａと下壁部１ｂ及びそれら壁部と一体に形成された円筒状壁部１ｃとからなり、これら壁部１ａ〜１ｃによって形成される挿入固定孔１１内に例えば樹脂製のコネクタケース３がインサート成形により略円柱上に構成され、ホルダ１と結合し、上壁部１ａとコネクタケース３の肩部３ａとが当接するので、隙間は形成されない。

ホルダ１の円筒状壁部１ｃには、挿入固定孔１１及び貫通保持孔１２が形成される。挿入固定孔１１にはコネクタケース３が挿入され固定される。貫通保持孔１２は、円筒状壁部１ｃを横方向から貫通するように形成され、そして、大径部１２ａと小径部１２ｂとからなり、封止部材となるネジ部材２６は、大径部１２ａの内面と螺合し、ネジ部材２６の先端は小径部１２ｂと当接し、内部空間１ｄ内の圧力検出室６を封止する。これにより、貫通保持孔１２は、ダイヤフラム４に対して平行に設けられ、圧力検出室６を封止する。

ホルダ１の内部空間１ｄ内に挿入されたコネクタケース３の平坦端部３１には半導体圧力センサ素子２１が台座２２を介して設けられ、台座２２は平坦端部３１に例えば接着剤により適宜固定される。

半導体圧力センサ素子２１は、ブリッジ回路を構成するようにピエゾ抵抗が形成されるとともにその周囲に電気信号を処理する回路が形成されており、受けた圧力に応じた電圧信号を出力する。半導体圧力センサ素子２１は、圧力検出室６に伝達される圧力に曝される。半導体圧力センサ素子２１は、これに電気的に接続されるリード部材２３により圧力センサの外部に設けた回路（図示せず）に接続される。

コネクタケース３には、複数のリード部材２３を挿入固定する挿入固定孔３２が形成され、リード部材２３を固定する。なお、リード部材２３は、コネクタケース３内で折曲部分を設けており、コネクタケース３から抜け難くされている。

コネクタケース３の挿入固定孔３２により固定されるリード部材２３の平坦端部３１より突出する先端部分は、ボンデングワイヤ２４により半導体圧力センサ素子２１と電気的に接続される。

ダイヤフラム４、ホルダ１の下壁部１ｂの内面及びコネクタケース３の平坦端部３１で圧力検出室６が形成され、この圧力検出室６に圧力伝達媒体としてのフッ素系オイル又はシリコーンオイル等の絶縁油がホルダ１に設けられた貫通保持孔１２を通して注入され、半導体圧力センサ素子２１の周囲を充填する。貫通保持孔１２は、ネジ部材２６等の封止部材により封止され、圧力伝達媒体は圧力検出室６内に密封され、蓋部材５の立下り部５ｂに形成された圧力導入孔５ｃに接続された圧力導入管５１を介して導入される圧力を検出するべく、圧力検出室６は気密に保持される。なお、圧力導入管５１は、圧力導入孔５ｃに溶接部５２により取付けられる。

圧力検出室６には、例えば接着剤又は樹脂シール２５が半導体圧力センサ素子２１、リード部材２３及び挿入固定孔１１の周囲に設けられシールとして作用する。

蓋部材５は、金属製例えばステンレス製であり、円盤状部分と一体に形成された円盤立上り部５ａと立下り部５ｂとからなり、円盤立上り部５ａの上面当接部分５ａ´とホルダ１の下部壁１ｂの下面当接部分１ｂ´との間にその周辺部が挟持された金属製例えばステンレス製の円板状のダイヤフラム４の三者は互いに溶接、例えばレーザー溶接により固着される。

ここに、ホルダ１と蓋部材５とによるダイヤフラム４の挟持について、説明する。ホルダ１とダイヤフラム４で形成する圧力検出室６の密封をより向上させるため、ホルダ１と蓋部材５とによりダイヤフラム４を挟持するとともに、ホルダ１と蓋部材５とを溶接する。その際、ホルダ１と蓋部材５の当接面の径の大きさが異なる形状、すなわちホルダ１と蓋部材５の側面の当接部分が面一とはならない形状に構成されるので、その当接部分を溶接部７とすると、溶接部分を確定して溶接することができる。したがって、ホルダ１と蓋部材５及びホルダ１とダイヤフラム４の固着は強固になり、圧力検出室６の密封度を高めることができる。すなわち、ホルダ１と蓋部材５はともに金属製であるため、溶接による封止を強固にできる。なお、ホルダ１と蓋部材５の側面の当接部分を面一とすることも可能である。

以下、実施例１の圧力センサの組立工程の一例を説明する。先ず、台座２２を介した半導体圧力センサ２１及びリード部材２３を固定したコネクタケース３をホルダ１に嵌合する。ホルダ１と、半導体圧力センサ２１、リード部材２３及びコネクタケース３とをそれぞれ接着剤又は樹脂シール２５によって固定する。半導体圧力センサ素子２１とリード部材２３とをボンディングワイヤ２４によって接続する。

一方、蓋部材５の開口に圧力導入管５１をロー付けする。そして、ホルダ１と蓋部材５とでダイヤフラム４を挟持し、溶接によって気密に接合して一体化する。

その後、挿入保持孔３１からフッ素オイルまたはシリコーンオイルなどの絶縁油を、ダイヤフラム４とホルダ１によって形成された圧力検出室６内に充填した後、封止部材２６を挿入保持孔１２内に挿入して保持する。これにより、実施例１の圧力センサが構成される。なお、絶縁油の充填をした後に、ホルダ１と蓋部材５とを溶接することも可能である。

このようにして、少ない部品点数と、少ない製造工程によって、組立性の向上した気密性の良い圧力センサを製造することができる。

本発明の第２の実施例の圧力センサについて、図２を用いて説明する。本実施例の圧力センサは、ホルダ１と、コネクタケース３と、ダイヤフラム４と、蓋部材５とから構成される。図１に示す実施例１と同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明は省略する。

ダイヤフラム４は、図１の実施例１と比較して、ホルダ１の円筒状壁部１ｃの内壁１３に沿って立上部４ａが設けられ、立上部４ａに連続する鍔部４ｂがホルダ１の下面当接部分１ｂ´と蓋部材５の上面当接部分５ａ´との間に挟持され、溶接部７により固着される点で相違する。これにより、コネクタケース３と、ダイヤフラム４ｂの距離を短くすることができ、圧力検出室６の体積が小さくなり、その内部に充填する絶縁油の量を少なくすることができる。

本発明の第３の実施例の圧力センサについて、図３を用いて説明する。本実施例の圧力センサは、ホルダ１と、コネクタケース３と、ダイヤフラム４と、蓋部材５とから構成される。図１に示す実施例１と同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明は省略する。

ホルダ１と蓋部材５とによるダイヤフラム４の挟持が、実施例１、２と相違しており、以下説明する。ホルダ１と蓋部材５とによりダイヤフラム４を挟持して溶接する際、立上挟持部４ｃをホルダ１と蓋部材５とで嵌合しながら挟持しており、圧力検出室６の密封をより確実なものとすることができる。

本発明の第４の実施例の圧力センサについて、図４を用いて説明する。本実施例の圧力センサは、ホルダ１と、コネクタケース３と、ダイヤフラム４と、蓋部材５とから構成される。図１に示す実施例１と同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明は省略する。

ホルダ１が、実施例１〜３と相違しており、以下説明する。ホルダ１の円筒状壁部１ｃを横方向に設けた貫通保持孔は、封止部材たるネジ部材２６が螺合するダイヤフラム４と平行な部分１４と、封止部材２６の進入方向に対して所定の角度をなる傾斜部分１５とからなる。このような貫通保持孔とすることにより、コネクタケース３と、ダイヤフラム４の間隔を短くすることができ、圧力検出室６の体積が小さくなり、その内部に充填する絶縁油の量を少なくすることができる。

実施例１の圧力センサの構造を示す縦断面図。 実施例２の圧力センサの構造を示す縦断面図。 実施例３の圧力センサの構造を示す縦断面図。 実施例４の圧力センサの構造を示す縦断面図。

符号の説明

１ ホルダ
１ａ 上壁部
１ｂ 下壁部
１ｂ´ 下面当接部分
１ｃ 円筒状壁部
１ｄ 内部空間
１１ 挿入固定孔
１２ 貫通保持孔
１２ａ 大径部
１２ｂ 小径部
１３ 内壁
１４ 螺合部分
１５ 傾斜部分
２１ 半導体圧力センサ素子
２２ 台座
２３ リード部材
２４ ボンディングワイヤ
２５ 接着剤又は樹脂シール
２６ 封止部材
３ コネクタケース
３ａ 肩部
３１ 先端端部
３２ 挿入固定孔
４ ダイヤフラム
４ａ 立上部
４ｂ 鍔部
４ｃ 立上挟持部
５ 蓋部材
５ａ 円盤立上り部
５ａ´ 上面当接部分
５ｂ 立下り部
５ｃ 圧力導入孔
５１ 圧力導入管
５２ 溶接部
６ 圧力検出室
７ 溶接部

Claims (5)

1. ホルダと、受けた圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサ素子及び該半導体圧力センサ素子に電気的に接続されるリード部材を取付け固定するコネクタケースと、絶縁油を封入する圧力検出室をホルダ及びコネクタケースとで形成するダイヤフラムと、圧力導入管を取付けた金属製の蓋部材とを備える圧力センサにおいて、
   前記ホルダは、金属製からなるとともに、圧力検出室を外部とをむすび、かつ、封止部材を保持する貫通保持孔を設けており、前記ダイヤフラムは、金属製のホルダと金属製の蓋部材とで挟持して固着されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１記載の圧力センサにおいて、
   上記ダイヤフラムは、ホルダの円筒形状部分の内壁にも固定されていることを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項１記載の圧力センサにおいて、
   上記ダイヤフラムは、ホルダと蓋部材の嵌合部分で挟持されていることを特徴とする圧力センサ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
   上記ホルダに設けた貫通保持孔は、進入した封止部材を保持する保持部分と、封止部材の進入方向に対して所定の角度をなす傾斜部分とからなることを特徴とする圧力センサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
   上記ホルダと蓋部材は、当接面の径が異なり、その当接部分が溶接により固着されていることを特徴とする圧力センサ。

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