JP2009222460A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 水が氷結しても圧力検出部が破壊されることのない圧力センサを提供する。
【解決手段】 圧力媒体を導入する圧力導入孔５を備えた圧力導入部１と、圧力導入孔５を通じて前記圧力媒体を導入するように圧力導入部１に配設される圧力検出部２とを備えた圧力センサＤであって、圧力導入部１が金属製で、圧力導入孔５の中程に、圧力導入孔５の両端に設けた径大部５ａ、５ｂの内径よりも内径が小さい径小部５ｃを設けるとともに、圧力導入孔５の圧力検出部２側径大部内にゲル状の保護剤１５を設けたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧力センサに関し、特に、圧力媒体が水、あるいは、圧力媒体中に含まれる水が氷結することによる検出素子の破損を防止する圧力センサに関する。

従来の圧力センサは、圧力媒体の圧力を導入する圧力導入部と、前記圧力導入部に圧力を受ける状態で配設される圧力検出部とを備えたものである。圧力検出部は、金属製のベース板を前記圧力導入部に配設するとともに、薄肉のダイヤフラム部を有する半導体センサからなる圧力検出素子が陽極接合によって接合されたガラス台座を前記ベース板に圧力を受ける状態で半田付けによって配設したものである（特許文献１参照）。
特開２０００−１７１３１５号公報

しかしながら、このような圧力センサは、前記圧力導入部を通じて半導体センサ内に浸入した圧力媒体である水、あるいは圧力媒体中に含まれる水が、低温環境下におかれ氷結した場合に、水が氷になる際の体積膨張によって前記圧力検出部の前記圧力検出素子が破壊されるといった問題点を有している。

そこで、本発明は前述した問題点に着目し、水が氷結しても圧力検出部が破壊されることのない圧力センサを提供することを目的とする。

本発明は、圧力媒体を導入する圧力導入孔を備えた圧力導入部と、前記圧力導入孔を通じて前記圧力媒体を導入するように前記圧力導入部に配設される圧力検出部とを備えた圧力センサであって、前記圧力導入部が金属製で、前記圧力導入孔の中程に、前記圧力導入孔の両端に設けた径大部の内径よりも内径が小さい径小部を設けるとともに、前記圧力導入孔の前記圧力検出部側径大部内にゲル状の保護剤を設けたものである。

また、本発明は、前記圧力導入部がステンレス鋼である。

本発明によれば、所期の目的を達成でき、水が氷結しても圧力検出部が破壊されることのない圧力センサを提供することができる。

以下、本発明を適用した第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。

本実施形態の圧力センサＤは、水の圧力を検出するものであり、圧力導入部１、圧力検出部２、ハウジング３及びカバー４とで、主に構成されている。

圧力導入部１は、金属製で、本実施形態では、ステンレス鋼製である。圧力導入部１は、液体を導入する圧力導入孔５を備えている。この圧力導入孔５には、図示しないパイプが接続されており、このパイプから圧力導入孔５に圧力媒体である水が導入される。

圧力検出部２は、半導体チップ６、台座７およびベース板８で構成されている。

半導体チップ６は、圧力検出素子であり、基材がシリコンからなる。そして、歪みゲージである拡散抵抗が形成されたダイアフラム部を備えている。半導体チップ６は、圧力に応じて変形する前記ダイアフラム部の拡散抵抗の変化に基づく検出信号を出力するものである。

台座７は、ガラス製で、陽極接合法によって気密的に半導体チップ６に接合されている。また、台座７には、貫通孔７ａが形成されており、この貫通孔７ａを介して、水が半導体チップ６のダイアフラム部に導入される。

ベース板８は、金属製で、特に、ガラスからなる台座７と熱膨張計数が近似したコバールにて形成されている。ベース板８にも、水を導入するために、貫通孔８ａが形成されている。

台座７とベース板８とは、台座７の貫通孔７ａとベース板８の貫通孔８ａとが対向するように固定されている。台座７とベース板８との固定は、台座７のベース板８との対向面に形成されるクロムや金等の金属蒸着膜からなるメタライズ層（図示しない）によって半田９を介しベース板８と水密に接合される。

ベース板８は、圧力導入部１に溶接にて固定されている。ベース板８と圧力導入部１との溶接は、水密であり、圧力導入部１の圧力導入孔５から導入された水が、溶接箇所から漏れないようになっている。

ハウジング３とカバー４は、ともにポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の合成樹脂からなり、ハウジング３は、圧力導入部１にインサート成形によって配設されており、カバー４は、ハウジング３に固定されている。ハウジング３は、カバー４とともに、圧力検出部２及び後述する回路基板１０を収納する収納空間１１を形成している。

カバー４は、カバー４の下端部を加締めることによって、ハウジング９に固定される。また、カバー４は、その上部にコネクタ４ａを備えている。このコネクタ４ａによって、圧力検出部２への電源供給や圧力検出部２からの出力を外部に伝達する。

回路基板１０は、その基材にガラスエポキシ樹脂などを用いた硬質の基板であり、その表面には、圧力検出部２からの出力を増幅したり、圧力検出部２の入出力保護を行うための図示しない電子部品などを備えている。半導体チップ６と回路基板１０とは、配線１２によって電気的に接続されている。なお、１３は、半導体チップ６の前記拡散抵抗や配線１２を保護するために覆うようにして形成されるシリコンゲルである。また、回路基板１０は、接着剤１４によって、ハウジング３に固定されている。

本実施形態の圧力導入孔５は、その断面形状は円形であり、圧力導入孔５の中程に、圧力導入孔５の両端に設けた径大部５ａ、５ｂの内径よりも内径が小さい径小部５ｃが設けられている。

また、圧力導入孔５の圧力検出部２側の径大部５ｂ内にゲル状の保護剤１５、例えば、シリコンゲルを設けてある。このシリコンゲル１５は、径大部５ｂだけでなく、半導体チップ６、台座７およびベース板８で形成される空間を満たすように設けられている。

半導体チップ６の前記ダイアフラム部は、シリコンゲル１５を介して圧力導入部１から導入される水の圧力を受ける。

以上の構成によって、圧力導入部１の圧力導入孔５内に侵入した水が、氷結した場合に、圧力導入孔５の径小部５ｃ部分の水から氷結し始め、次第に、径大部５ａ側の水が氷結する。これによって、水の体積膨張による圧力は、既に径小部５ｃが氷結しているために、径大部５ａ側から外側へ逃げ、圧力検出部２には過大な圧力がかかることを防止し、水が氷結しても半導体チップ６が破壊することのない圧力センサを提供することができる。また、径小部５ｃの圧力検出部２側への氷結による圧力は、シリコンゲル１５によって吸収され、半導体チップ６の破損を防止する。

また、圧力導入部１をステンレス鋼で形成したことによって、水を用いた場合の圧力挿入部１の腐蝕を防止する。

なお、本実施形態では、ゲル状の保護材１５は、圧力検出部２側の径大部５ｂ内に設けられていたが、径小部５ｃ内に、水が侵入可能であるならば、径小部５ｃ内の一部にゲル状の保護材１５を設けてもよい。

なお、本実施形態では、圧力媒体が水であったが、水に限定されるものではなく、例えば、塩水などであってもよい。また、圧力媒体は、水、塩水などの他に、水（水蒸気）を含んだ気体などであってもよい。

本発明の第１実施形態の圧力センサの要部断面図

符号の説明

Ｄ 圧力センサ
１ 圧力導入部
２ 圧力検出部
５ 圧力導入孔
５ａ、５ｂ 径大部
５ｃ 径小部
６ 半導体チップ
１５ 保護材（シリコンゲル）

Claims (2)

1. 圧力媒体を導入する圧力導入孔を備えた圧力導入部と、前記圧力導入孔を通じて前記圧力媒体を導入するように前記圧力導入部に配設される圧力検出部とを備えた圧力センサであって、前記圧力導入部が金属製で、前記圧力導入孔の中程に、前記圧力導入孔の両端に設けた径大部の内径よりも内径が小さい径小部を設けるとともに、前記圧力導入孔の前記圧力検出部側径大部内にゲル状の保護剤を設けたことを特徴とする圧力センサ。
2. 前記圧力導入部がステンレス鋼であることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。

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