JP2010256186A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサチップの検出誤差を抑え且つ組立作業性を向上させることができるこ
と。
【解決手段】圧力センサ１は、流体の圧力を検出する圧力センサチップ２（以下チップ２
）と、パッケージ４と端子部５とハウジング８とを備える。箱型のパッケージ４はチップ
２を内部に収納し、その壁部には流体の圧力を導入する圧力導入孔４ｃが貫設される。ハ
ウジング８は、一面が開口する箱型の第１及び第２のケース１１，１２が開口面同士を突
き合わせることで結合されてなり、内部にパッケージ４を収納する。第１のケース１１の
内底面１１ｈには、圧力導入孔４ｃと連通して流体が流入する貫通孔１１ｅが貫設される
。端子部５はチップ２と電気的に接続されて検出値をハウジング８外部へ出力する。端子
部５のパッケージ４外部に露出する端部には複数の孔部５ｂが貫設される。内底面１１ｈ
には孔部５ｂに挿通してかしめ固定される複数の突起部１１ｄが突設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の圧力を測定するための圧力センサに関するものである。

従来より、流体の圧力を測定するための種々の圧力センサが提供されている。この種の
圧力センサは、流体の圧力を検出する圧力センサチップ、パッケージ、ハウジング、及び
端子部を備える。圧力センサチップは、半導体基板（シリコン基板）を加工して薄膜状に
形成されるダイヤフラム及びそのダイヤフラム上にブリッジ回路を構成する複数のピエゾ
抵抗素子からなる。例えば、水などの流体によって圧力センサチップに圧力が印加される
とダイヤフラムが撓んでピエゾ抵抗素子に歪みが生じる。そして、前記歪みによりピエゾ
抵抗素子の抵抗値が変化し、その変化に応じて検出される検出値を取り出すことで流体の
圧力が測定される。

パッケージは、合成樹脂材料によって箱状に形成されて圧力センサチップを内部に収納
し、その壁部には流体の圧力を導入する圧力導入孔が貫設される。ハウジングは、一面が
開口する箱型の第１及び第２のケースが互いの開口面同士を突き合わせることで結合され
てなり内部にパッケージを収納する。第１のケースの内面にはパッケージの圧力導入孔と
連通して流体が流入するための貫通孔が貫設される。端子部は、圧力センサチップと電気
的に接続されて、圧力センサチップより検出される検出値をハウジング外部へ出力する。

そして、上述のような圧力センサの一例として特許文献１に記載のものがあり、当該圧
力センサのパッケージ及びハウジングは、パッケージが第１のケースの内面に形成された
溝に接着剤を介して固定されることにより圧力センサチップを気密に収納している。

特開２０００−３３７９８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の圧力センサは、パッケージとハウジングとが密着し
て接着剤によって直接固定されているので、流体より相対的に強い圧力がハウジングに印
加されると、ハウジング及びパッケージ全体が歪み、圧力センサチップのダイヤフラムが
流体から直接受ける圧力以外に前記歪みによる応力を受けてしまい、検出される検出値に
誤差が生じる恐れがあった。また、接着剤を硬化させるためには十分な時間を必要とし、
組立作業性が悪いという問題もあった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、圧力センサチップの検出
誤差を抑え且つ組立作業性を向上させることができる圧力センサを提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、流体の圧力を検出する圧力センサチッ
プと、前記圧力センサチップを内部に収納して前記流体の圧力を導入する圧力導入孔が貫
設される箱型のパッケージと、一面が開口する箱型の第１及び第２のケースが互いの開口
面同士を突き合わせることで結合されてなり内部に前記パッケージを収納するハウジング
と、前記圧力センサチップと電気的に接続されて前記圧力センサチップより検出される検
出値を前記ハウジング外部へ出力する端子部と、を備え、前記端子部の前記パッケージ外
部に露出する端部には複数の孔部が貫設され、前記圧力導入孔と連通して前記流体が流入
するための貫通孔が貫設される前記第１のケースの内面には、前記孔部に挿通してかしめ
固定される複数の突起部が突設されることを特徴とする。

この発明によれば、前記端子部の前記パッケージ外部に露出する端部には複数の孔部が
貫設され、前記圧力導入孔と連通して前記流体が流入するための貫通孔が貫設される前記
第１のケースの内面には、前記孔部に挿通してかしめ固定される複数の突起部が突設され
るので、前記パッケージと前記ハウジングとは互いに密着しているものの、直接固定され
ているのではなく前記端子部を介して固定されている。つまり、流体から相対的に強い圧
力が前記ハウジングに印加されて前記ハウジングに歪みが生じても、前記端子部を介して
前記パッケージの歪みを軽減させることができる。また、前記パッケージと前記ハウジン
グとの固定が接着剤による固定よりも短時間で容易に行うことができる。従って、前記圧
力センサチップの検出誤差を抑え且つ組立作業性を向上させることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１のケースには、前記端子部の前
記端部が嵌入する溝部が形成され、前記突起部は前記溝部の内底面に配置されることを特
徴とする。

この発明によれば、前記第１のケースには、前記端子部の前記端部が嵌入する溝部が形
成され、前記突起部は前記溝部の内底面に配置されるので、前記パッケージ及び前記端子
部の前記第１のケースへの位置決めや取り付けが容易となり、組立作業性をより向上させ
ることができる。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記端子部は、導電性材料によ
り細長矩形板状に形成される複数の端子板が前記孔部の貫設される長手方向両端部を各々
前記パッケージ外部に露出させて並設されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記端子部は、複数の前記端子板が並設されてなるので、例えば導
電パターンが形成される一枚の基板からなるよりも製造コストを抑えることができる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、複数の前記端子板のうちの少なくとも１
つの前記端子板に貫設される前記孔部は、前記端子板の短手方向に対して何れか一方の辺
縁部を開口する位置に配置され、他の前記端子板に貫設される前記孔部は、前記短手方向
に対して他方の辺縁部を開口する位置に配置されることを特徴とする。

この発明によれば、前記パッケージと前記ハウジングとの固定を確保しつつ、前記端子
板の短手方向の長さ寸法を小さくすることができ、前記パッケージ全体の小型化を図るこ
とができる。

請求項５の発明は、請求項３または４の発明において、前記端子板の前記両端部のうち
の一端部には、各々前記ハウジング外部へ導出される端子片が延設され、前記端子片が延
設されない他端部に貫設される前記孔部の内径は、前記一端部に貫設される前記孔部の内
径よりも大きく設定されていることを特徴とする。

この発明によれば、全ての前記突起部を前記孔部にかしめ固定した後に前記端子板及び
前記パッケージに撓みが残留していても、前記他端部側の前記突起部の軸心に対して前記
他端部の前記孔部の軸心を変位させることで、その撓みを緩和することができる。

本発明では、圧力センサチップの検出誤差を抑え且つ組立作業性を向上させることがで
きるという効果がある。

本発明の実施形態１の断面図である。 同上におけるパッケージ、第１のケース及び端子部の上面図である。 同上における第１のケースを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）左側面断面図である。 本発明の実施形態２のパッケージ、第１のケース及び端子部の上面図である。 同上における端子板の要部上面図である。 同上における端子板を示し、（ａ）は左端部の上面図、（ｂ）は右端部の上面図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について、図１〜図３を参照して説明する。尚、以下の説明
では、図１において上下左右方向を規定し、図１の正面を前面として説明を行う。

本実施形態１の圧力センサ１は、流体の圧力を測定するためのもので、図１に示すよう
に、圧力センサチップ２と、集積回路チップ３と、パッケージ４と、端子部５と、オイル
６と、封止材７と、ハウジング８とから構成される。そして、圧力センサ１は、例えば浴
槽の給湯器における水（または温水）の流路に取り付けられて、前記流路内の圧力によっ
て浴槽の水位を検出する水位センサ等に適応可能である。

圧力センサチップ２は、従来技術で述べた通り、ダイヤフラムと複数のピエゾ抵抗素子
（図示せず）とからなり、図１に示すように、シリコン基板を加工（エッチング）して凹
部２ａを形成している。集積回路チップ３は、圧力センサチップ２から検出される検出値
を信号処理する。また、圧力センサチップ２の前記抵抗素子は、圧力センサ１外部の雰囲
気温度の影響を受け易く、ダイヤフラムの撓みによる抵抗値の変化を正しく検出すること
ができない恐れがあるため、集積回路チップ３では、周囲の温度を検出して前記検出値に
対する温度補正も行っている。

パッケージ４は、図１に示すように、合成樹脂材料によって一面（図中の上面）が開口
する扁平な略矩形箱状に形成される本体部４ａと、本体部４ａ下端部の外面より円筒状に
突出する導入管４ｂとから構成される。パッケージ４の内底面の略中心部には、圧力セン
サチップ２が凹部２ａを下方に向けながら固着され、圧力センサチップ２と対向する位置
には、導入管４ｂの軸心を通って外部へ真直ぐ貫通する圧力導入孔４ｃが配設される。そ
して、圧力導入孔４ｃと凹部２ａとは連通しており、その孔内に流体からの圧力を圧力セ
ンサチップ２に伝達するためのオイル６が充填される。オイル６は、非腐食性を有してお
り、流体が腐食性を有するものであっても、流体と圧力センサチップ２との間にオイル６
が介在することで圧力センサチップ２の腐食を防ぐことができる。

パッケージ４の内底面の圧力センサチップ２が配置される右側近傍には、図１に示すよ
うに、集積回路チップ３が固着されている。そして、圧力センサチップ２のピエゾ抵抗素
子と集積回路チップ３と端子部５とが各々ボンディングワイヤ９を通じて電気的に接続さ
れている。端子部５は、図１及び図２に示すように、導電性材料により細長矩形板状に形
成される複数の端子板５ａ（図中では４つ）が長手方向両端部を各々パッケージ４の左右
側壁部から外部に露出させながらパッケージ４の内底面に並設されてなる。また、端子板
５ａの長手方向両端部には、孔部５ｂが各々１つずつ貫設され、更に４つの端子板５ａの
うち後方から３つの端子板５ａの左端部には、各々短手方向の幅を端子板５ａの短手方向
の幅より小さくした端子片５ｃが延設されている。

上述の様な圧力センサチップ２、集積回路チップ３、及び端子部５は、図１に示すよう
に、パッケージ４の開口から充填される封止材７によって封止され、更にパッケージ４の
開口を塞ぐように矩形板状のカバー１０が取り付けられている。尚、封止材７は、各チッ
プ２，３を酸化から保護するためのものであり、本実施形態１ではシリコン基板との密着
力が高いＪＣＲ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｒｅｓｉｎ）が封止材７として充
填されている。

ハウジング８は、図１に示すように、一面が開口する扁平な矩形箱状に形成された第１
及び第２のケース１１，１２が互いの開口面同士を付き合わせることで結合されてなる。
第１のケース１１の下端部には下方へ円筒状に突出するポート部１１ａが配設される。第
１のケース１１の内底面１１ｈには下方へ窪んでなる段部１１ｂが形成され、更に段部１
１ｂの底面には穴部１１ｃが穿設される。そして、パッケージ４の導入管４ｂが穴部１１
ｃに挿入されて本体部４ａの下端部が段部１１ｂに嵌合される。このとき、第１のケース
１１の内底面１１ｈの左右両端部には、図１及び図２に示すように、端子部５の孔部５ｂ
と各々対向する位置に突起部１１ｄが突設されており、突起部１１ｄが孔部５ｂに挿通さ
れてかしめ固定される。

また、端子部５の３つの端子片５ｃは、図１に示すように、ハウジング８の左壁部８ａ
に形成される導出口８ｂを通じて外部に導出される。ハウジング７の左壁部８ａの周縁に
は、左方向から見たときに３つの端子片５ｃの先端部を囲むように略口字形状に突出して
なるオス型のコネクタ８ｃが形成される。従って、コネクタ８ｃと抜差自在に接続される
メス型のコネクタ（図示せず）を通じて圧力センサチップ２で検出される検出値が圧力セ
ンサ１外部へ取り出し可能となっている。

穴部１１ｃの内底面には、図１に示すように、パッケージ４の圧力導入孔４ｃと対向す
る位置に圧力導入孔４ｃの内径と略同じ内径を有する貫通孔１１ｅがポート部１１ａを通
じて下方へ向かって貫設される。また、穴部１１ｃの内周面には、図１に示すように、弾
性材料から環状に形成されて導入管４ｂの外径と略等しくした内径を有するＯリング１３
が嵌着される。Ｏリング１３は、その上に配設されているワッシャ１４により上方向の移
動が規制されている。そして、導入管４ｂが穴部１１ｃに挿入されるとともにＯリング１
３に挿通されることで、パッケージ４とハウジング８との隙間が封止される。

水などの流体がポート部１１ａ下面の開口部１１ｆより貫通孔１１ｅ内へ流入すると、
オイル６を介して圧力センサチップ２のダイヤフラムが撓んでピエゾ抵抗素子に歪みが生
じる。そして、前記歪みによりピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化し、その変化に応じて検出
される検出値を取り出すことで流体の圧力が測定される。

次に、本実施形態１の圧力センサ１の作用について説明する。特許文献１に記載の圧力
センサは、従来技術で述べた通り、パッケージとハウジングとが密着して接着剤によって
直接固定されているので、流体より相対的に強い圧力がハウジングに印加されたときにハ
ウジング及びパッケージ全体が歪んで検出される検出値に誤差が生じる恐れや、接着剤を
硬化させるためには十分な時間を必要として組立作業性が悪いという問題があった。これ
に対して圧力センサ１は、上述した通り、第１のケース１１の内底面１１ｈに突設される
突起部１１ｄが端子板５ａの孔部５ｂにかしめ固定されることでパッケージ４とハウジン
グ８とが固定される。即ち、本実施形態１のパッケージ４とハウジング８とは、特許文献
１と同様に互いに密着しているものの、直接固定されているのではなく端子部５を介して
固定されている。従って、流体から相対的に強い圧力がハウジング８に印加されてハウジ
ング８に歪みが生じても、端子部５を介してパッケージ４の歪みを軽減させることができ
る。また、特許文献１の接着剤による固定よりも本実施形態１のかしめ固定の方が短時間
で容易に行うことができる。従って、圧力センサチップ２の検出誤差を抑え且つ組立作業
性を向上させることができる。

ところで、上述の端子部５のパッケージ４から露出する左右両端部は、第１のケース１
１の内底面１１ｈの左右両端部に直接載置されて、孔部５ｂとかしめ固定する突起部１１
ｄは、その内底面１１ｈに突設されているが、図３に示すように、内底面１１ｈに端子部
５の左右両端部が嵌入するための溝部１１ｇを設けて、その溝部１１ｇの内底面に突起部
１１ｄを配置させれば、パッケージ４及び端子部５の第１のケース１１への位置決め及び
取り付けが容易となり、組立作業性をより向上させることができる。尚、図３（ｂ）は図
３（ａ）中の点線箇所の正面断面図で、図３（ｃ）は図３（ａ）中の破線箇所の左側面断
面図である。

（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２について、図４〜図６を参照して説明する。尚、本実施形態
２は、基本的な構成が実施形態１と共通であるので、共通の構成要素には、同一の符号を
付して説明を省略する。また、図５及び図６中の突起部１１ｄは、何れもかしめる前の状
態を示す。

本実施形態２の孔部５ｂは、図５に示すように、端子板５ａの短手方向に対して何れか
一方の辺縁部を開口する位置に配置される点に特徴がある。そして、全ての孔部５ｂが前
記一方の辺縁部側に配置されるのではなく、図４に示すように、前方に配設される２つの
端子板５ａの孔部５ｂは、各々前方（図中の下方）の辺縁部を開口する位置に配置され、
後方に配設される２つの端子板５ａの孔部５ｂは、各々後方の辺縁部を開口する位置に配
置される。

この様に孔部５ｂを配置することで、パッケージ４とハウジング８との固定を確保しつ
つ、実施形態１の端子板５ａよりもその短手方向の長さ寸法を小さくすることができ、パ
ッケージ４全体の小型化を図ることができる。尚、上述とは逆に前方の２つの端子板５ａ
の孔部５ｂが後方の辺縁部を開口する位置に配置され、後方の２つの端子板５ａの孔部５
ｂが前方の辺縁部を開口する位置に配置されてもよい。

ところで、全ての孔部５ｂが同じ内径寸法に設定されるのではなく、端子板５ａの左右
両端部のうち左端部に配置される孔部５ｂは、図６（ａ）に示されるようにその内径を突
起部１１ｄの外径と略等しくした略円形状に貫通されて、右端部に配置される孔部５ｂは
、図６（ｂ）に示されるようにその左右方向の内径を左端部の孔部５ｂの内径よりも大き
くした略長円形状に貫通されることで、全ての突起部１１ｄを孔部５ｂにかしめ固定した
後に端子板５ａ及びパッケージ４に撓みが残留していても、右端部側の突起部１１ｄの軸
心に対して右端部の孔部５ｂの軸心を左右方向に変位させることで、その撓みを緩和する
ことができる。特に、ハウジング８へパッケージ４及び端子部５を取り付ける際に、左端
部の突起部１１ｄ及び孔部５ｂを先にかしめ固定して、右端部の突起部１１ｄ及び孔部５
ｂを後からかしめ固定することで、より組立作業性を向上させることができる。

１ 圧力センサ
２ 圧力センサチップ
４ パッケージ
４ｃ 圧力導入孔
５ 端子部
５ｂ 孔部
８ ハウジング
１１ 第１のケース
１１ｄ 突起部
１１ｅ 貫通孔
１１ｈ 内底面
１２ 第２のケース

Claims (5)

1. 流体の圧力を検出する圧力センサチップと、前記圧力センサチップを内部に収納して前
   記流体の圧力を導入する圧力導入孔が貫設される箱型のパッケージと、一面が開口する箱
   型の第１及び第２のケースが互いの開口面同士を突き合わせることで結合されてなり内部
   に前記パッケージを収納するハウジングと、前記圧力センサチップと電気的に接続されて
   前記圧力センサチップより検出される検出値を前記ハウジング外部へ出力する端子部と、
   を備え、
   前記端子部の前記パッケージ外部に露出する端部には複数の孔部が貫設され、前記圧力
   導入孔と連通して前記流体が流入するための貫通孔が貫設される前記第１のケースの内面
   には、前記孔部に挿通してかしめ固定される複数の突起部が突設されることを特徴とする
   圧力センサ。
2. 前記第１のケースには、前記端子部の前記端部が嵌入する溝部が形成され、前記突起部
   は前記溝部の内底面に配置されることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
3. 前記端子部は、導電性材料により細長矩形板状に形成される複数の端子板が前記孔部の
   貫設される長手方向両端部を各々前記パッケージ外部に露出させて並設されてなることを
   特徴とする請求項１または２記載の圧力センサ。
4. 複数の前記端子板のうちの少なくとも１つの前記端子板に貫設される前記孔部は、前記
   端子板の短手方向に対して何れか一方の辺縁部を開口する位置に配置され、他の前記端子
   板に貫設される前記孔部は、前記短手方向に対して他方の辺縁部を開口する位置に配置さ
   れることを特徴とする請求項３記載の圧力センサ。
5. 前記端子板の前記両端部のうちの一端部には、各々前記ハウジング外部へ導出される端
   子片が延設され、前記端子片が延設されない他端部に貫設される前記孔部の内径は、前記
   一端部に貫設される前記孔部の内径よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項
   ３または４記載の圧力センサ。
   
   
   
   
   

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