JP2009168538A

JP2009168538A - Pressure sensor

Info

Publication number: JP2009168538A
Application number: JP2008005236A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Iwamoto; 貴宏岩本
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2009-07-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the outer diameter of a metallic diaphragm of a pressure sensor. <P>SOLUTION: The pressure sensor 1 includes the metallic diaphragm 2 which is based tubular in shape and has a base part for receiving pressure introduced into the inner part A as a pressure receiving part 2a, a sensor part 3 which is mounted on the outer surface of the pressure receiving part 2a and is provided with a strain gauge for detecting the strain of the pressure receiving part 2a, and a substrate 5 which is connected to the sensor part 3 through bonding wires 4. The substrate 5 is mounted on the pressure receiving part 2a. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧力センサの改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a pressure sensor.

この種、圧力センサとしては、たとえば、内部に圧力が導入される有底筒状の金属ダイヤフラムの受圧部となる底部外面にブリッジ回路を構成する歪ゲージを備えたセンサ部を接着或いは接合して取付けたものが知られている。 As this type of pressure sensor, for example, a sensor part having a strain gauge constituting a bridge circuit is bonded or joined to the outer surface of the bottom part which becomes a pressure receiving part of a bottomed cylindrical metal diaphragm into which pressure is introduced. What is installed is known.

この圧力センサでは、センサ部が出力する電気信号を処理するか、前記電気信号を処理する処理回路を搭載した処理基板へ中継するための基板を備えており、当該基板は、金属ダイヤフラムの側面に取付けられ（たとえば、特許文献１参照）、或いは金属ダイヤフラムの外周に装着される筒状のハウジングの上端に固定されて（たとえば、特許文献２参照）、受圧部に取付けたセンサ部とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
特開２００５−１４７７９５号公報（図１および図２）特開２００６−１０５６４５号公報（図１および図２） The pressure sensor includes a substrate for processing an electrical signal output from the sensor unit or relaying it to a processing substrate on which a processing circuit for processing the electrical signal is mounted. The substrate is provided on a side surface of the metal diaphragm. The sensor unit and the bonding wire attached to the pressure receiving unit are attached (for example, see Patent Document 1) or fixed to the upper end of a cylindrical housing attached to the outer periphery of the metal diaphragm (for example, see Patent Document 2). Is electrically connected.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-147795 (FIGS. 1 and 2) JP 2006-105645 A (FIGS. 1 and 2)

さて、このような圧力センサは、油圧機器等に用いられて、機器内の圧力を検知するために使用されるが、これらの機器に対しては恒常的に小型化が要求されており、そのため、機器に適用される部品である圧力センサに対しても同様であって、特に機器に連結される部位である金属ダイヤフラム周りの小型化が要求されている。 Now, such pressure sensors are used in hydraulic equipment and the like, and are used to detect the pressure in the equipment. However, these equipments are constantly required to be downsized. The same applies to the pressure sensor that is a component applied to the device, and in particular, downsizing around the metal diaphragm that is a portion connected to the device is required.

これに対して、従来の圧力センサは、基板の配置を工夫することによって金属ダイヤフラム周りの小型化に寄与しているが、センサ部に対してボンディングワイヤで接続される基板が金属ダイヤフラムの外径範囲外に設置されているので、その分、圧力センサの金属ダイヤフラム周りの外径が未だ大型であり、更なる小型化の要求を満たすことができない。 On the other hand, the conventional pressure sensor contributes to downsizing around the metal diaphragm by devising the arrangement of the substrate, but the substrate connected to the sensor part by the bonding wire is the outer diameter of the metal diaphragm. Since it is installed outside the range, the outer diameter around the metal diaphragm of the pressure sensor is still large, and the demand for further miniaturization cannot be satisfied.

そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、圧力センサの金属ダイヤフラム周りの外径を小型化することである。 Accordingly, the present invention has been made to improve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the outer diameter of the pressure sensor around the metal diaphragm.

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、有底筒状であって内部に導入される圧力を受ける底部を受圧部とした金属ダイヤフラムと、上記受圧部の外面に取付けられて受圧部の歪を検出する歪ゲージを備えたセンサ部と、センサ部にボンディングワイヤを介して接続される基板とを備えた圧力センサにおいて、基板が受圧部に取付けられることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the problem-solving means of the present invention includes a metal diaphragm having a bottomed portion that receives pressure introduced into the inside and is attached to the outer surface of the pressure-receiving portion. In a pressure sensor including a sensor unit including a strain gauge for detecting strain of the pressure receiving unit and a substrate connected to the sensor unit via a bonding wire, the substrate is attached to the pressure receiving unit.

本発明の圧力センサによれば、基板が金属ダイヤフラムの外周側に配置されるのではなく、金属ダイヤフラムにおける底部である受圧部に取付けられているので、金属ダイヤフラム周りの圧力センサの外径が従来圧力センサに比較して小型化される。 According to the pressure sensor of the present invention, since the substrate is not disposed on the outer peripheral side of the metal diaphragm, but is attached to the pressure receiving portion which is the bottom of the metal diaphragm, the outer diameter of the pressure sensor around the metal diaphragm is conventionally increased. Smaller than the pressure sensor.

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態における圧力センサの縦断面図である。図２は、一実施の形態における圧力センサのセンサ部および基板を金属ダイヤフラムに取付けた状態の平面図である。 The present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a pressure sensor according to an embodiment. FIG. 2 is a plan view of a state in which the sensor portion and the substrate of the pressure sensor according to one embodiment are attached to a metal diaphragm.

一実施の形態における圧力センサ１は、図１に示すように、有底筒状であって内部Ａに導入される圧力を受ける底部を受圧部２ａとした金属ダイヤフラム２と、上記受圧部２ａの外面に取付けられて受圧部２ａの歪を検出する図示しない歪ゲージを備えたセンサ部３と、センサ部３にボンディングワイヤ４を介して接続される基板５とを備えて構成され、上記基板５は金属ダイヤフラム２の受圧部２ａに取付けられている。 As shown in FIG. 1, a pressure sensor 1 according to an embodiment includes a metal diaphragm 2 having a bottomed portion that receives pressure introduced into the interior A and has a pressure receiving portion 2a, and the pressure receiving portion 2a. A sensor unit 3 having a strain gauge (not shown) that is attached to the outer surface and detects strain of the pressure receiving unit 2a, and a substrate 5 that is connected to the sensor unit 3 via a bonding wire 4 are configured. Is attached to the pressure receiving portion 2 a of the metal diaphragm 2.

以下、各部について詳細に説明すると、金属ダイヤフラム２は、筒部２ｂと、筒部２ｂと一体であって筒部２ｂの図１中上端を閉塞する薄肉の受圧部２ａとを備えて構成されており、金属ダイヤフラム２の内部Ａに導入される圧力を受圧部２ａに作用させ、当該受圧部２ａを圧力の大きさに応じて撓ませるようになっている。 Hereinafter, each part will be described in detail. The metal diaphragm 2 includes a cylindrical portion 2b and a thin pressure receiving portion 2a that is integral with the cylindrical portion 2b and closes the upper end of the cylindrical portion 2b in FIG. The pressure introduced into the interior A of the metal diaphragm 2 is applied to the pressure receiving portion 2a, and the pressure receiving portion 2a is bent according to the magnitude of the pressure.

当該金属ダイヤフラム２は、筒状のケース８内に収容されており、筒部２ｂの図１中下端の開口端は、ケース８の下端開口に取付けたオリフィス９ａを備えたプレート９によって閉塞されており、内部Ａには当該オリフィス９ａを介して圧力が導入されるようになっている。 The metal diaphragm 2 is accommodated in a cylindrical case 8, and the opening end at the lower end in FIG. 1 of the cylindrical portion 2 b is closed by a plate 9 having an orifice 9 a attached to the lower end opening of the case 8. In the interior A, pressure is introduced through the orifice 9a.

なお、ケース８の上端側には、センサ部３に外部電源から電力を供給するとともに、センサ部３が出力する信号を外部装置へ伝達可能とするためのコネクタ１０が嵌合されており、このコネクタ１０は、処理基板６および基板５を介してセンサ部３に電気的に接続されている。また、ケース８の金属ダイヤフラム２周りの外周には、圧力センサ１を油圧機器等への連結可能なように、螺子部８ａが設けられている。 In addition, a connector 10 is fitted to the upper end side of the case 8 to supply electric power from the external power source to the sensor unit 3 and to transmit a signal output from the sensor unit 3 to an external device. The connector 10 is electrically connected to the sensor unit 3 through the processing substrate 6 and the substrate 5. A screw portion 8a is provided on the outer periphery of the case 8 around the metal diaphragm 2 so that the pressure sensor 1 can be connected to a hydraulic device or the like.

つづいて、センサ部３は、具体的には、シリコンチップとされ、センサ部３内に図示しない歪ゲージが四つ形成されており、歪ゲージは、具体的にはたとえば、センサ部３内に形成される拡散抵抗素子とされている。 Subsequently, the sensor unit 3 is specifically a silicon chip, and four strain gauges (not shown) are formed in the sensor unit 3. Specifically, the strain gauges are, for example, in the sensor unit 3. The diffusion resistance element is formed.

また、センサ部３は、図１および図２に示すように、金属ダイヤフラム２の受圧部２ａの外面に接着や接合によって取付けられており、取付け側となる裏面に、環状の凹部３ｂを備えて裏面の中央部３ｃと外周部３ｄとが金属ダイヤフラム２に接するようになっている。なお、凹部３ｂの形成に際しては、センサ部３の裏面をエッチングすることによって形成することができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor unit 3 is attached to the outer surface of the pressure receiving unit 2a of the metal diaphragm 2 by adhesion or bonding, and includes an annular recess 3b on the back surface on the mounting side. The central part 3 c and the outer peripheral part 3 d on the back surface are in contact with the metal diaphragm 2. In addition, when forming the recessed part 3b, it can form by etching the back surface of the sensor part 3. FIG.

そして、センサ部３内の各歪ゲージは、ループ状に接続されるがこの実施の形態の場合、ループの一部が開放されており、センサ部３は、図２に示すように、ループ状に接続される歪ゲージ間の三箇所および二つの歪ゲージの端部の二箇所の合計五箇所にそれぞれ連絡する５つの端子３ａを備えている。そして、これら端子３ａは、基板５を中継として最終的に処理基板６に接続され、この処理基板６によって歪ゲージが完全にループ状に接続されてブリッジ回路が構成されることになる。 Each strain gauge in the sensor unit 3 is connected in a loop shape, but in the case of this embodiment, a part of the loop is opened, and the sensor unit 3 has a loop shape as shown in FIG. Are provided with five terminals 3a respectively connected to a total of five locations including three locations between the strain gauges connected to each other and two locations at the ends of the two strain gauges. These terminals 3a are finally connected to the processing substrate 6 with the substrate 5 as a relay, and the processing substrate 6 connects the strain gauges in a complete loop to form a bridge circuit.

なお、センサ部３内において、歪ゲージが完全にループを形成していないのは、主として各歪ゲージの抵抗値の検査や確認のためであり、処理基板６を介して各歪ゲージをブリッジ接続させるのは、処理基板６にて各歪ゲージの抵抗値の誤差を補正するためであるが、その必要が無ければ、センサ部３内において歪ゲージを完全にループ状に接続してブリッジ回路を形成してもよく、その場合には、端子３ａは四つ設置されることになる。 The reason why the strain gauge does not completely form a loop in the sensor unit 3 is mainly for inspection and confirmation of the resistance value of each strain gauge, and each strain gauge is bridge-connected via the processing substrate 6. The reason for this is to correct the error of the resistance value of each strain gauge in the processing substrate 6, but if this is not necessary, the strain gauge is completely connected in a loop shape in the sensor unit 3 to form a bridge circuit. In this case, four terminals 3a are provided.

したがって、金属ダイヤフラム２の受圧部２ａが内部Ａ内の圧力の作用による撓みが、受圧部２ａに取付けられる中央部３ｃを介してセンサ部３に伝達されてセンサ部３が撓み、このセンサ部３の撓みによる歪ゲージの抵抗変化を測定することによって、内部Ａ内の圧力を検出することができるようになっている。 Therefore, the bending of the pressure receiving portion 2a of the metal diaphragm 2 due to the action of the pressure in the interior A is transmitted to the sensor portion 3 via the central portion 3c attached to the pressure receiving portion 2a, and the sensor portion 3 is bent. The pressure in the interior A can be detected by measuring the change in resistance of the strain gauge due to the bending of.

なお、センサ部３は、上記したところでは、シリコンチップとされているが、金属ダイヤフラム２の受圧部２ａに絶縁層を構成する二酸化珪素膜と、歪ゲージを構成する珪素膜と、電極層を構成するアルミニウム膜等を順次蒸着して形成されるものであってもよい。 Although the sensor unit 3 is a silicon chip in the above-described manner, the silicon dioxide film constituting the insulating layer, the silicon film constituting the strain gauge, and the electrode layer are formed on the pressure receiving part 2a of the metal diaphragm 2. It may be formed by sequentially vapor-depositing constituent aluminum films and the like.

つづいて、基板５は、上述したように、この実施の形態の場合、処理基板６とセンサ部３との間に位置して、処理基板６によるセンサ部３のブリッジ回路への印加、センサ部３の出力信号の処理基板６への入力に際し、これらを電気的に中継する基板とされており、処理基板６とセンサ部３の双方に接続されている。 Subsequently, as described above, in the case of this embodiment, the substrate 5 is positioned between the processing substrate 6 and the sensor unit 3 and is applied to the bridge circuit of the sensor unit 3 by the processing substrate 6 and the sensor unit. When the output signals 3 are input to the processing board 6, they are boards that electrically relay them, and are connected to both the processing board 6 and the sensor unit 3.

そして、基板５は、環状であってセンサ部３に干渉しない形状とされており、中心部に矩形の開口を備えて受圧部２ａ上にセンサ部３の外周を取り囲むようにして取付けられている。 And the board | substrate 5 is made into the shape which is cyclic | annular and does not interfere with the sensor part 3, is provided so that the outer periphery of the sensor part 3 may be enclosed on the pressure receiving part 2a, provided with a rectangular opening in the center part. .

この基板５は、五つの端子５ａと、各々対応する端子５ａに電気的に接続される五つの外部用端子５ｂを備えており、これらの端子５ａは、それぞれ対応するセンサ部３の各端子３ａにボンディングワイヤ４によって接続されるとともに、外部用端子５ｂは処理基板６に設けた図示しない端子に導線７を介して接続されている。 The substrate 5 includes five terminals 5a and five external terminals 5b that are electrically connected to the corresponding terminals 5a. These terminals 5a are respectively corresponding to the terminals 3a of the corresponding sensor unit 3. The external terminal 5 b is connected to a terminal (not shown) provided on the processing substrate 6 via a lead wire 7.

また、基板５の外周形状は、円形状とされていて、その外径が金属ダイヤフラム２の受圧部２ａの外径より小径に設定され、基板５は金属ダイヤフラム２の外径の範囲に収まる形状とされている。 Further, the outer peripheral shape of the substrate 5 is circular, and the outer diameter thereof is set to be smaller than the outer diameter of the pressure receiving portion 2a of the metal diaphragm 2, so that the substrate 5 fits within the outer diameter range of the metal diaphragm 2. It is said that.

したがって、基板５は、受圧部２ａに取付けられても、金属ダイヤフラム２の側方に張り出すことが無いようになっている。 Therefore, even if the board | substrate 5 is attached to the receiving pressure part 2a, it does not protrude to the side of the metal diaphragm 2. FIG.

さらに、処理基板６は、センサ部３が出力する信号の増幅やノイズの除去といった調整を行うとともに、歪ゲージの誤差を補正する等の処理を行うものであり、ケース８に嵌合するコネクタ１０の下端に固定されている。 Further, the processing board 6 performs adjustments such as amplification of signals output from the sensor unit 3 and noise removal, and correction of strain gauge errors, and the like. It is fixed to the lower end of.

なお、処理基板６にて行う処理の一部または全部を基板５に集約することが可能であれば、基板５によって処理基板６において行う処理を行うようにしてもよく、そのような場合、処理基板６を省略することも可能である。また、処理基板６は、導線７を介して基板５に接続されるため、金属ダイヤフラム２に対して離れた位置に配置することができ、圧力センサ１の油圧機器等への連結部である金属ダイヤフラム２周りの外径、この場合螺子部８ａの外径に影響を与えることはない。 If part or all of the processing performed on the processing substrate 6 can be integrated on the substrate 5, the processing performed on the processing substrate 6 by the substrate 5 may be performed. It is also possible to omit the substrate 6. Further, since the processing substrate 6 is connected to the substrate 5 via the conductive wire 7, it can be disposed at a position away from the metal diaphragm 2, and the metal serving as a connecting portion of the pressure sensor 1 to a hydraulic device or the like. The outer diameter around the diaphragm 2, in this case, the outer diameter of the screw portion 8 a is not affected.

さて、このように構成された圧力センサ１にあっては、上述のように、基板５が金属ダイヤフラム２の外周側に配置されるのではなく、受圧部２ａに取付けられているので、金属ダイヤフラム２周りの圧力センサ１の外径である螺子部８ａの外径は従来圧力センサに比較して小型化される。 Now, in the pressure sensor 1 configured in this way, as described above, the substrate 5 is not disposed on the outer peripheral side of the metal diaphragm 2 but is attached to the pressure receiving portion 2a. The outer diameter of the screw portion 8a, which is the outer diameter of the pressure sensor 1 around 2, is downsized as compared with the conventional pressure sensor.

また、基板５が金属ダイヤフラム２における受圧部２ａの外径範囲に収まる形状とされているので、基板５が金属ダイヤフラム２の受圧部２ａから外周側へ張り出すことがなくなるので、金属ダイヤフラム２周りの圧力センサ１の外径をより一層小型化することができる。 Further, since the substrate 5 has a shape that fits within the outer diameter range of the pressure receiving portion 2a of the metal diaphragm 2, the substrate 5 does not protrude from the pressure receiving portion 2a of the metal diaphragm 2 to the outer peripheral side. The outer diameter of the pressure sensor 1 can be further reduced.

なお、基板５の形状は、上記したものは一例であって上述したところに限定されるものではなく、また、基板５の端子５ａをセンサ部３の端子３ａにボンディングワイヤ４によって接続することが可能であれば、センサ部３の上方側に基板５を配置したり、センサ部３上に接着したりするようにしてもよい。すなわち、受圧部２ａに基板５を取付けることには、受圧部２ａに直接に取付けることの他、間接的に取付けることも含まれる。 The shape of the substrate 5 is not limited to the above-described example, and the terminal 5 a of the substrate 5 may be connected to the terminal 3 a of the sensor unit 3 by the bonding wire 4. If possible, the substrate 5 may be disposed on the upper side of the sensor unit 3 or may be adhered to the sensor unit 3. That is, attaching the substrate 5 to the pressure receiving portion 2a includes attaching it directly to the pressure receiving portion 2a as well as indirectly attaching it.

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。 This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is of course not limited to the details shown or described.

一実施の形態における圧力センサの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the pressure sensor in one embodiment. 一実施の形態における圧力センサのセンサ部および基板を金属ダイヤフラムに取付けた状態の平面図である。It is a top view of the state which attached the sensor part and board | substrate of the pressure sensor in one Embodiment to the metal diaphragm.

Explanation of symbols

１圧力センサ
２金属ダイヤフラム
２ａ金属ダイヤフラムにおける受圧部
２ｂ金属ダイヤフラムにおける筒部
３センサ部
３ａセンサ部における端子
４ボンディングワイヤ
５基板
５ａ基板における端子
５ｂ外部用端子
６処理基盤
７導線
８ケース
８ａケースにおける螺子部
９プレート
９ａオリフィス
１０コネクタ
Ａ金属ダイヤフラムの内部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressure sensor 2 Metal diaphragm 2a Pressure receiving part 2b in metal diaphragm Tube part 3 in metal diaphragm 3 Sensor part 3a Terminal 4 in sensor part Bonding wire 5 Substrate 5a Terminal 5b in board External terminal 6 Processing base 7 Conductor 8 Case 8a Screw in case Part 9 Plate 9a Orifice 10 Connector A Inside of metal diaphragm

Claims

A metal diaphragm with a bottom receiving a pressure that is introduced into the inside and having a bottom receiving pressure, and a sensor part provided with a strain gauge attached to the outer surface of the pressure receiving part to detect strain of the pressure receiving part; A pressure sensor comprising: a substrate connected to the sensor portion via a bonding wire; and the substrate is attached to the pressure receiving portion.

The pressure sensor according to claim 1, wherein the substrate has a shape that is within a range of the outer diameter of the pressure receiving portion of the metal diaphragm.