JP2011002393A - Pressure sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

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Noriyasu Yamada
規靖 山田
Taisuke Miyamoto
泰介 宮本
Kazuya Fujise
和也 藤瀬
Tatsuhiko Suzuki
達彦 鈴木
Norio Kitao
典雄 北尾
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Denso Corp
Toyota Motor Corp
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Denso Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of accurately detecting the pressure of a gas that may permeate a metal member by a pressure sensor including a metal member having a deep hole.SOLUTION: A pressure sensor 10 is used to detect the pressure of a gas. The pressure sensor 10 includes: a metal member 20 provided with a hole 21 which has an open end and a bottom at the other end, and to which the gas is introduced; and a pressure detection part 26 provided at a position on the outer surface of the metal member 20 to face the bottom surface of the hole 21. A permeation suppressing film 28 for suppressing permeation of the gas is formed at least on the bottom surface of the hole 21 by a vapor deposition method.

Description

本発明は、気体の圧力を検出する圧力センサに関する。   The present invention relates to a pressure sensor that detects the pressure of a gas.

高圧な気体の圧力を検出する圧力センサとして、例えば、特許文献１に開示された圧力センサがある。特許文献１に記載の圧力センサは、４２アロイ等の低熱膨張金属からなる金属部材に深い穴が形成された構造を有している。この圧力センサでは、前述した穴に、測定対象となる高圧な気体を導入し、その穴の底部の変形を歪みゲージで検出することで、気体の圧力を測定している。特許文献１に記載の圧力センサは、このような構造の金属部材を採用することにより、高圧な気体に対する耐圧強度を高めている。   As a pressure sensor for detecting the pressure of a high-pressure gas, for example, there is a pressure sensor disclosed in Patent Document 1. The pressure sensor described in Patent Document 1 has a structure in which a deep hole is formed in a metal member made of a low thermal expansion metal such as 42 alloy. In this pressure sensor, the pressure of the gas is measured by introducing a high-pressure gas to be measured into the above-described hole and detecting the deformation of the bottom of the hole with a strain gauge. The pressure sensor described in Patent Document 1 uses a metal member having such a structure to increase the pressure resistance against high-pressure gas.

しかし、このような圧力センサによって、高圧な水素ガスの圧力を測定しようとすると、金属部材の内部を水素が透過する現象が生じる場合があった。特に、透過した水素が、金属部材と歪みゲージとの間、より詳しくは、金属部材に歪みゲージを接着している接着剤内の気泡の中、に滞留すると、滞留した水素の圧力によって、歪みゲージの出力が変動するという問題があった。このような問題は、水素ガスの圧力を測定する場合に限られず、金属部材を透過可能な気体の圧力を測定する場合に共通する問題であった。   However, when such a pressure sensor is used to measure the pressure of high-pressure hydrogen gas, a phenomenon that hydrogen permeates through the metal member may occur. In particular, if the permeated hydrogen stays between the metal member and the strain gauge, more specifically, in the bubbles in the adhesive that adheres the strain gauge to the metal member, the strain is caused by the pressure of the retained hydrogen. There was a problem that the output of the gauge fluctuated. Such a problem is not limited to the case of measuring the pressure of hydrogen gas, but is a problem common to the case of measuring the pressure of gas that can permeate the metal member.

上述した問題に対して、金属部材そのものの材質を変更する手法も考えられる。しかし、金属部材の材質としては、低い膨張率でかつ高強度であることが要求され、水素ガスの圧力を検出する場合には、耐水素脆性をも備えている必要がある。そのため、金属部材の材質そのものを見直すことは大変困難であった。   A method of changing the material of the metal member itself is also conceivable with respect to the problem described above. However, the material of the metal member is required to have a low expansion coefficient and high strength. When detecting the pressure of hydrogen gas, it is necessary to have hydrogen embrittlement resistance. For this reason, it is very difficult to review the material of the metal member itself.

特開２００１−２９６１９８号公報JP 2001-296198 A

このような問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、金属部材中を透過するおそれの有る気体の圧力を、深い穴を有する金属部材を備えた圧力センサにおいて、精度良く検出することが可能な技術を提供することにある。   In view of such problems, the problem to be solved by the present invention is to accurately detect the pressure of a gas that may permeate through a metal member in a pressure sensor including a metal member having a deep hole. It is to provide a technology that can.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］気体の圧力を検出するために用いられる圧力センサであって、一端が開口し他端に底を有する穴部であって前記気体が導入される穴部を備えた金属部材と、前記金属部材の外面の、前記穴部の底面に対向する位置に設けられた圧力検知部と、を備え、少なくとも前記穴部の底面に、前記気体の透過を抑制する透過抑制膜が、気相成長法またはメッキ法によって形成されている圧力センサ。 Application Example 1 A pressure sensor used to detect the pressure of a gas, which is a hole having one end opened and a bottom at the other end, and a hole into which the gas is introduced. A pressure detection unit provided at a position opposite to the bottom surface of the hole portion on the outer surface of the metal member, and a permeation suppression film that suppresses the permeation of the gas at least on the bottom surface of the hole portion. Pressure sensor formed by phase growth method or plating method.

このような態様の圧力センサであれば、金属部材に設けられた穴部の少なくとも底面に、気体の透過を抑制する透過抑制膜が形成されている。そのため、金属部材中を透過するおそれの有る気体が、穴部内から圧力検知部に向かって金属部材中を透過することを抑制することができる。この結果、透過した気体によって圧力検知部が圧力を誤検出することが抑制されるので、気体の圧力を精度良く検出することが可能になる。また、上記態様であれば、穴部の底面に透過抑制膜を形成することで気体の透過を抑制することができるので、金属部材の材質を変更することなく、圧力検出の精度を向上させることができる。   If it is a pressure sensor of such an aspect, the permeation | transmission suppression film | membrane which suppresses permeation | transmission of gas is formed in the at least bottom face of the hole provided in the metal member. Therefore, it is possible to suppress the gas that may permeate through the metal member from permeating through the metal member from the inside of the hole toward the pressure detection unit. As a result, the pressure detection unit is prevented from erroneously detecting the pressure by the permeated gas, so that the gas pressure can be detected with high accuracy. Moreover, if it is the said aspect, since the permeation | transmission of gas can be suppressed by forming a permeation | transmission suppression film | membrane in the bottom face of a hole part, the precision of a pressure detection is improved, without changing the material of a metal member. Can do.

［適用例２］適用例１に記載の圧力センサであって、前記気相成長法は、化学気相成長法または物理気相成長法である圧力センサ。このような態様であれば、化学気相成長法または物理気相成長法によって、透過抑制膜を穴部内に良好に形成することができる。また、透過抑制膜は、気相成長法以外のメッキ法などによっても良好に形成することが可能である。 Application Example 2 The pressure sensor according to Application Example 1, wherein the vapor deposition method is a chemical vapor deposition method or a physical vapor deposition method. If it is such an aspect, a permeation | transmission suppression film | membrane can be favorably formed in a hole by a chemical vapor deposition method or a physical vapor deposition method. Further, the permeation suppression film can be satisfactorily formed by a plating method other than the vapor phase growth method.

［適用例３］適用例１または適用例２に記載の圧力センサであって、前記透過抑制膜は、アルミニウム、チタン、金、銀、銅、スズの少なくともいずれか一つを含む圧力センサ。このような態様であれば、これらの金属の性質を利用することで、金属部材中を透過するおそれの有る気体が金属部材中を透過してしまうことを効果的に抑制することができる。 [Application Example 3] The pressure sensor according to Application Example 1 or Application Example 2, wherein the permeation suppression film includes at least one of aluminum, titanium, gold, silver, copper, and tin. If it is such an aspect, it can suppress effectively that the gas which may permeate | transmit the inside of a metal member will permeate | transmit the inside of a metal member by utilizing the property of these metals.

［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の圧力センサであって、前記穴部に対して、所定の時間、前記気体を、前記気体の圧力および温度の少なくとも一方が前記圧力センサの使用時以上の圧力または温度の状態にして供給するエイジング処理が施されている圧力センサ。このような態様であれば、透過抑制膜が形成された上に、エイジング処理が施されるので、より精度良く気体の圧力を検出することができる。 [Application Example 4] The pressure sensor according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein the gas is supplied to the hole for a predetermined time, and at least one of the pressure and temperature of the gas is the pressure sensor. A pressure sensor that has been subjected to an aging process that supplies pressure or temperature that is higher than the pressure sensor in use. In such an embodiment, since the aging treatment is performed after the permeation suppression film is formed, the gas pressure can be detected with higher accuracy.

［適用例５］適用例４に記載の圧力センサであって、前記所定の時間は、前記圧力センサに前記透過抑制膜が形成されていない状態で、前記圧力センサが使用された場合に、前記圧力検知部からの出力が平衡化するまでの時間に基づいて定められている圧力センサ。このような態様であれば、エイジング処理を施す時間を適切な時間に定めることができる。 [Application Example 5] The pressure sensor according to Application Example 4, wherein the predetermined time is when the pressure sensor is used in a state where the permeation suppression film is not formed on the pressure sensor. A pressure sensor that is determined based on the time until the output from the pressure detector equilibrates. If it is such an aspect, the time which performs an aging process can be set to an appropriate time.

［適用例６］適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の圧力センサであって、前記圧力センサの使用後、所定のタイミングで、前記穴部に前記気体が導入されない状態にするリフレッシュ処理が施される圧力センサ。このような態様であれば、仮に、気体が金属部材中に透過したとしても、その透過した気体を外部に拡散させることができる。 [Application Example 6] The pressure sensor according to any one of Application Example 1 to Application Example 5, wherein after the use of the pressure sensor, the gas is not introduced into the hole at a predetermined timing. Pressure sensor to which is applied. If it is such an aspect, even if gas permeate | transmits in a metal member, the permeate | transmitted gas can be diffused outside.

［適用例７］適用例６に記載の圧力センサであって、前記リフレッシュ処理中に前記圧力センサが加熱される圧力センサ。このような態様であれば、金属部材中に気体が透過した場合であっても、その透過した気体を速やかに外部に拡散させることができる。 Application Example 7 The pressure sensor according to Application Example 6, wherein the pressure sensor is heated during the refresh process. If it is such an aspect, even if it is a case where gas permeate | transmits in a metal member, the permeate | transmitted gas can be rapidly diffused outside.

［適用例８］適用例１ないし適用例７のいずれかに記載の圧力センサであって、前記圧力検知部は、前記金属部材の外面に、ガラスによって接着されている圧力センサ。このような態様であれば、穴部の底面に透過抑制膜を形成することによって、気体がガラス内に透過して滞留することを抑制することができる。この結果、このガラスによって接着された圧力検知部による圧力の誤検出を抑制することができる。 [Application Example 8] The pressure sensor according to any one of Application Examples 1 to 7, wherein the pressure detection unit is bonded to the outer surface of the metal member with glass. If it is such an aspect, it can suppress that gas permeate | transmits and retains in glass by forming a permeation | transmission suppression film | membrane in the bottom face of a hole part. As a result, it is possible to suppress erroneous detection of pressure by the pressure detection unit bonded by the glass.

［適用例９］適用例１ないし適用例８のいずれかに記載の圧力センサであって、前記気体は、水素ガスである圧力センサ。このような態様であれば、金属部材中を水素が透過することを抑制することができる。 Application Example 9 The pressure sensor according to any one of Application Examples 1 to 8, wherein the gas is hydrogen gas. If it is such an aspect, it can suppress that hydrogen permeate | transmits the inside of a metallic member.

なお、本発明は、上述した圧力センサとしての構成のほか、圧力センサの製造方法や、この圧力センサを備えた燃料電池システム、この燃料電池システムを備えた車両、としても構成することが可能である。   In addition to the configuration as the pressure sensor described above, the present invention can also be configured as a pressure sensor manufacturing method, a fuel cell system including the pressure sensor, and a vehicle including the fuel cell system. is there.

圧力センサ１０を備える燃料電池システム１００の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system 100 including a pressure sensor 10. FIG. 圧力センサ１０の概略構成を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a pressure sensor 10. FIG. 金属ステム２０の拡大断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view of a metal stem 20. FIG. 圧力センサ１０の製造方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a method for manufacturing the pressure sensor 10. 透過抑制膜２８の構造を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a structure of a permeation suppression film 28. FIG. 実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows an experimental result. 第２実施例における圧力センサ１０の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the pressure sensor 10 in 2nd Example. 透過抑制膜２８の形成されていない圧力センサの出力変動を異なる圧力毎に表すグラフである。It is a graph showing the output fluctuation | variation of the pressure sensor in which the permeation | transmission suppression film | membrane 28 is not formed for every different pressure. 透過抑制膜２８の形成されていない圧力センサの出力変動を異なる温度毎に表すグラフである。It is a graph showing the output fluctuation | variation of the pressure sensor in which the permeation | transmission suppression film | membrane 28 is not formed for every different temperature. リフレッシュ処理のフローチャートである。It is a flowchart of a refresh process. リフレッシュ処理による効果を示す図である。It is a figure which shows the effect by a refresh process.

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
（Ａ１）燃料電池システムの概略構成：
（Ａ２）圧力センサの構成：
（Ａ３）圧力センサの製造方法：
（Ａ４）実験結果：
Ｂ．第２実施例（エイジング処理）：
Ｃ．第３実施例（リフレッシュ処理）：
Ｄ．変形例： Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
(A1) Schematic configuration of fuel cell system:
(A2) Configuration of pressure sensor:
(A3) Pressure sensor manufacturing method:
(A4) Experimental results:
B. Second embodiment (aging process):
C. Third embodiment (refresh process):
D. Variation:

Ａ．第１実施例：
（Ａ１）燃料電池システムの概略構成：
図１は、本発明の実施例としての圧力センサ１０を備える燃料電池システム１００の概略構成を示す図である。燃料電池システム１００は、２つの水素タンク１１０，１２０を備えている。それぞれの水素タンク１１０，１２０には、分岐管１３０を介して、各水素タンク１１０，１２０に水素ガスを充填するための充填口１３５が接続されている。水素タンク１１０，１２０には、この充填口１３５を通じて、７０ＭＰａの水素ガスが充填される。水素ガスの充填時には、断熱圧縮により、水素ガスは８５℃程度まで温度が上昇する。なお、図１には、水素タンクを２つ示したが、その数は特に限定されない。 A. First embodiment:
(A1) Schematic configuration of fuel cell system:
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 including a pressure sensor 10 as an embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 includes two hydrogen tanks 110 and 120. The hydrogen tanks 110 and 120 are connected to the hydrogen tanks 110 and 120 through the branch pipes 130 for filling the hydrogen tanks 110 and 120 with hydrogen gas. The hydrogen tanks 110 and 120 are filled with 70 MPa hydrogen gas through the filling port 135. When filling the hydrogen gas, the temperature of the hydrogen gas rises to about 85 ° C. due to adiabatic compression. Although two hydrogen tanks are shown in FIG. 1, the number is not particularly limited.

各水素タンク１１０，１２０は、遮断弁１１２，１２２、集合管１４０、圧力調整弁１５０、開放弁１５５を通じて、燃料電池１６０に接続されている。燃料電池１６０は、各水素タンク１１０，１２０から水素ガスの供給を受けるとともに、ブロア等（図示せず）によって空気を導入することで発電を行う。燃料電池システム１００は、例えば、電気自動車に搭載されて、電力源として用いられる。   The hydrogen tanks 110 and 120 are connected to the fuel cell 160 through the shutoff valves 112 and 122, the collecting pipe 140, the pressure adjustment valve 150, and the release valve 155. The fuel cell 160 generates power by receiving supply of hydrogen gas from the hydrogen tanks 110 and 120 and introducing air by a blower or the like (not shown). The fuel cell system 100 is mounted on an electric vehicle and used as a power source, for example.

集合管１４０には、水素タンク１１０，１２０から供給された水素ガスの圧力を検出するための圧力センサ１０が取り付けられている。また、圧力センサ１０の近傍にはヒータ１８０が設けられている。このヒータ１８０は、後述する第３実施例のリフレッシュ処理において圧力センサ１０を加熱するために用いられる。   A pressure sensor 10 for detecting the pressure of hydrogen gas supplied from the hydrogen tanks 110 and 120 is attached to the collecting pipe 140. A heater 180 is provided in the vicinity of the pressure sensor 10. The heater 180 is used to heat the pressure sensor 10 in a refresh process of a third embodiment to be described later.

圧力センサ１０の出力は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０に入力される。ＥＣＵ１７０は、圧力センサ１０によって検出した水素ガスの圧力に応じて、水素タンク１１０，１２０内の水素ガスの残量を推定する。ＥＣＵ１７０は、このように水素ガスの残量を推定する機能のほか、遮断弁１１２，１２２や圧力調整弁１５０、開放弁１５５の開閉を制御する機能や、ヒータ１８０を制御する機能を有する。   The output of the pressure sensor 10 is input to an ECU (Electronic Control Unit) 170. ECU 170 estimates the remaining amount of hydrogen gas in hydrogen tanks 110 and 120 according to the pressure of hydrogen gas detected by pressure sensor 10. The ECU 170 has a function of estimating the remaining amount of hydrogen gas as described above, a function of controlling the opening / closing of the shutoff valves 112 and 122, the pressure regulating valve 150, and the release valve 155, and a function of controlling the heater 180.

（Ａ２）圧力センサの構成：
図２は、圧力センサ１０の概略構成を示す断面図である。圧力センサ１０は、金属ステム２０や、ハウジング３０、ネジ部材４０、コネクタターミナル５０、コネクタケース８０などから構成される。図２には、コネクタケース８０が上方に、ハウジング３０が下方に位置するように圧力センサ１０を示しているが、圧力センサ１０の使用時には、特に方向性はない。 (A2) Configuration of pressure sensor:
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the pressure sensor 10. The pressure sensor 10 includes a metal stem 20, a housing 30, a screw member 40, a connector terminal 50, a connector case 80, and the like. Although FIG. 2 shows the pressure sensor 10 so that the connector case 80 is located on the upper side and the housing 30 is located on the lower side, there is no particular directionality when the pressure sensor 10 is used.

図３は、金属ステム２０の拡大断面図である。金属ステム２０は、下端が開口し、上端に底を有する穴部２１を備えた略円筒状の部材である。後述するように、この穴部２１には、圧力の検出対象となる水素ガスが導入される。穴部２１の内径は、約２．５ｍｍであり、その底部は、０．２〜１．０ｍｍの薄肉状に形成されている。以下では、薄肉状の底部のことを、ダイアフラム２２と呼ぶ。金属ステム２０の下端側は、上端側に比べて外径が大きく、その間には段部２３が形成されている。   FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the metal stem 20. The metal stem 20 is a substantially cylindrical member having a hole 21 having a lower end opened and a bottom at the upper end. As will be described later, hydrogen gas to be detected in pressure is introduced into the hole 21. The inner diameter of the hole 21 is about 2.5 mm, and the bottom is formed in a thin shape of 0.2 to 1.0 mm. Hereinafter, the thin-walled bottom portion is referred to as a diaphragm 22. The lower end side of the metal stem 20 has an outer diameter larger than that of the upper end side, and a step portion 23 is formed therebetween.

ダイアフラム２２の上面には、センサ基板２４がガラス２５によって接着されている。ガラス２５としては、例えば、硬質ガラスや、鉛ガラス等の低融点ガラスを用いることができる。センサ基板２４には、圧力検知部としての歪みゲージ２６や、この歪みゲージ２６の出力を増幅するためのアンプ回路（図示せず）が実装されている。センサ基板２４の上面は、センサ基板２４から電気信号を出力するボンディングワイヤ（図示せず）を保護するために、シリコンゲル２７で覆われている。   A sensor substrate 24 is bonded to the upper surface of the diaphragm 22 by glass 25. As the glass 25, for example, hard glass or low-melting glass such as lead glass can be used. On the sensor substrate 24, a strain gauge 26 as a pressure detection unit and an amplifier circuit (not shown) for amplifying the output of the strain gauge 26 are mounted. The upper surface of the sensor substrate 24 is covered with a silicon gel 27 in order to protect a bonding wire (not shown) that outputs an electrical signal from the sensor substrate 24.

穴部２１の内面には、穴部２１に導入される水素ガスが金属ステム２０中を透過することを抑制する透過抑制膜２８が形成されている。透過抑制膜２８を穴部２１の内面に形成する方法については後述する。   On the inner surface of the hole portion 21, a permeation suppression film 28 that suppresses hydrogen gas introduced into the hole portion 21 from passing through the metal stem 20 is formed. A method of forming the permeation suppression film 28 on the inner surface of the hole 21 will be described later.

金属ステム２０は、穴部２１に高圧の水素ガスが導入されることから高強度である必要がある。また、後述するように、熱ＣＶＤ法によって穴部２１内に透過抑制膜２８を形成することや、ガラス２５を軟化させてセンサ基板２４を接着することから、熱膨張率が低いことが求められる。そのため、金属ステム２０は、例えば、４２アロイ等のＦｅ−Ｎｉ系合金や、コバール、ＳＵＳ等の低熱膨張金属により形成することができる。   The metal stem 20 needs to have high strength because high-pressure hydrogen gas is introduced into the hole 21. Further, as will be described later, since the permeation suppression film 28 is formed in the hole 21 by the thermal CVD method, or the glass substrate 25 is softened and the sensor substrate 24 is bonded, it is required that the coefficient of thermal expansion is low. . Therefore, the metal stem 20 can be formed of, for example, a Fe—Ni alloy such as 42 alloy, or a low thermal expansion metal such as Kovar or SUS.

ハウジング３０（図２参照）は、図１に示した集合管１４０に直接的に取り付けられる略円筒状の部材であり、その下方の外周には、集合管１４０への取り付けに用いられるネジ部３１が形成されている。ハウジング３０の内部は、上方から下方にかけて、３段階に内径が細くなる構造を有している。以下では、最も内径の大きい上方部分を、回路収納部３２といい、２番目に内径の大きい中間部分を、ステム収納部３３という。また、最も内径の小さい下方部分を、気体導入流路３４という。ステム収納部３３の内面には、ネジ部材４０を取り付けるためのネジ山３５が形成されている。ハウジング３０は、例えば、耐食性と高強度を合わせもつ炭素鋼（例えばＳ１５Ｃ等）に耐食性を上げる亜鉛メッキを施したものや、耐食性を有するＸＭ７、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０により形成することができる。   The housing 30 (see FIG. 2) is a substantially cylindrical member that is directly attached to the collecting pipe 140 shown in FIG. 1, and a screw portion 31 used for attachment to the collecting pipe 140 is provided on the outer periphery below the housing 30. Is formed. The inside of the housing 30 has a structure in which the inner diameter is narrowed in three stages from the upper side to the lower side. Hereinafter, the upper portion having the largest inner diameter is referred to as a circuit storage portion 32, and the second intermediate portion having the second largest inner diameter is referred to as a stem storage portion 33. The lower part having the smallest inner diameter is referred to as a gas introduction channel 34. A thread 35 for attaching the screw member 40 is formed on the inner surface of the stem storage portion 33. The housing 30 can be formed by, for example, carbon steel (for example, S15C) having both corrosion resistance and high strength, which is galvanized to increase corrosion resistance, or XM7, SUS430, SUS304, and SUS630 that have corrosion resistance.

ネジ部材４０は、金属ステム２０の外周を覆う略円筒状の部材である。ネジ部材４０は、例えば、炭素鋼によって形成されている。ネジ部材４０の下方の外周には、前述したステム収納部３３への取り付けに用いられるネジ山４１が形成されている。ネジ部材４０の中央に設けられた筒状部分には、金属ステム２０の段部２３が接触する段部４２が形成されている。このネジ部材４０の段部４２によって、金属ステム２０の段部２３を押さえながら、ネジ部材４０のネジ山４１を、ステム収納部３３に形成されたネジ山３５に螺合させると、金属ステム２０の下面が、ステム収納部３３の底部に接触して、ハウジング３０内に固定される。こうして、金属ステム２０がハウジング３０内に固定されると、金属ステム２０の穴部２１が、ハウジング３０内の気体導入流路３４と連通する。   The screw member 40 is a substantially cylindrical member that covers the outer periphery of the metal stem 20. The screw member 40 is made of, for example, carbon steel. On the outer periphery below the screw member 40, a screw thread 41 used for attachment to the stem storage portion 33 is formed. A cylindrical portion provided in the center of the screw member 40 is formed with a step portion 42 that contacts the step portion 23 of the metal stem 20. When the screw thread 41 of the screw member 40 is screwed into the screw thread 35 formed in the stem housing part 33 while the step part 42 of the metal stem 20 is pressed by the step part 42 of the screw member 40, the metal stem 20. Is fixed in the housing 30 in contact with the bottom of the stem storage portion 33. Thus, when the metal stem 20 is fixed in the housing 30, the hole 21 of the metal stem 20 communicates with the gas introduction channel 34 in the housing 30.

ネジ部材４０の上部は、椀状に形成されている。この椀状部分の底部には、セラミック基板６０が配置されている。このセラミック基板６０は、金属ステム２０の上面に接着されたセンサ基板２４とボンディングワイヤ６１によって電気的に接続されている。セラミック基板６０には、センサ基板２４から入力される信号に対して所定の信号処理を加えるためのＩＣチップ６２が実装されている。また、セラミック基板６０には、ＩＣチップ６２と導通するピン６３が立設されている。   The upper part of the screw member 40 is formed in a bowl shape. A ceramic substrate 60 is disposed at the bottom of the bowl-shaped portion. The ceramic substrate 60 is electrically connected to the sensor substrate 24 bonded to the upper surface of the metal stem 20 by bonding wires 61. On the ceramic substrate 60, an IC chip 62 for performing predetermined signal processing on a signal input from the sensor substrate 24 is mounted. The ceramic substrate 60 is provided with pins 63 that are electrically connected to the IC chip 62.

コネクタターミナル７０は、ＥＣＵ１７０への接続に用いられる金属端子７２を樹脂にインサート成形して構成された部材である。このコネクタターミナル７０は、ネジ部材４０の椀状部分の上部に嵌め込まれる。金属端子７２の下端は、レーザ溶接等によって、セラミック基板６０上に設けられたピン６３に接合されている。なお、金属端子７２は、図２では１本だけ示しているが、センサ基板２４やセラミック基板６０への電源供給に用いられる端子や、信号出力に用いられる端子、接地のために用いられる端子など、複数本が設けられている。   The connector terminal 70 is a member formed by insert-molding a metal terminal 72 used for connection to the ECU 170 into a resin. The connector terminal 70 is fitted into the upper part of the hook-shaped portion of the screw member 40. The lower end of the metal terminal 72 is joined to a pin 63 provided on the ceramic substrate 60 by laser welding or the like. Although only one metal terminal 72 is shown in FIG. 2, a terminal used for power supply to the sensor substrate 24 and the ceramic substrate 60, a terminal used for signal output, a terminal used for grounding, etc. A plurality of lines are provided.

コネクタケース８０は、金属端子７２の周囲を囲む部材である。コネクタケース８０は、Ｏリング９０を介してハウジング３０の上端の開口部に挿入される。このとき、ハウジング３０の上端が内側にかしめられ、コネクタケース８０は、ハウジング３０の上部に一体的に固定される。   The connector case 80 is a member surrounding the metal terminal 72. The connector case 80 is inserted into the opening at the upper end of the housing 30 via the O-ring 90. At this time, the upper end of the housing 30 is caulked inward, and the connector case 80 is integrally fixed to the upper portion of the housing 30.

以上のように構成された圧力センサ１０では、ハウジング３０に設けられた気体導入流路３４を通じて、水素タンク１１０，１２０から、金属ステム２０の穴部２１に、最大７０ＭＰａ、最大８５℃の水素が導入される。すると、この水素ガスの圧力によってダイアフラム２２が変形する。ダイアフラム２２が変形すると、その上面に接着されたセンサ基板２４に実装されている歪みゲージ２６も変形する。すると、歪みゲージ２６からは、その変形度合いに応じた電気信号が出力され、センサ基板２４、セラミック基板６０、および、金属端子７２を通じて、その電気信号がＥＣＵ１７０に伝達される。ＥＣＵ１７０は、この電気信号に応じて、水素ガスの圧力を検知し、水素タンク１１０，１２０に残存する水素量を推定する。   In the pressure sensor 10 configured as described above, hydrogen at a maximum of 70 MPa and a maximum of 85 ° C. is supplied from the hydrogen tanks 110 and 120 to the hole 21 of the metal stem 20 through the gas introduction flow path 34 provided in the housing 30. be introduced. Then, the diaphragm 22 is deformed by the pressure of the hydrogen gas. When the diaphragm 22 is deformed, the strain gauge 26 mounted on the sensor substrate 24 bonded to the upper surface of the diaphragm 22 is also deformed. Then, an electrical signal corresponding to the degree of deformation is output from the strain gauge 26, and the electrical signal is transmitted to the ECU 170 through the sensor substrate 24, the ceramic substrate 60, and the metal terminal 72. ECU 170 detects the pressure of hydrogen gas in accordance with this electrical signal, and estimates the amount of hydrogen remaining in hydrogen tanks 110 and 120.

（Ａ３）圧力センサの製造方法：
図４は、圧力センサ１０の製造方法を示すフローチャートである。本実施例の製造方法では、まず、穴部２１を形成した金属ステム２０を用意し（ステップＳ１００）、この穴部２１の内面に対して、化学気相成長法（ＣＶＤ法）によってアルミニウム（より詳しくは、酸化アルミニウム）を含む透過抑制膜２８を形成する（ステップＳ２０）。 (A3) Pressure sensor manufacturing method:
FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing the pressure sensor 10. In the manufacturing method of the present embodiment, first, a metal stem 20 having a hole 21 is prepared (step S100), and aluminum (more than the inner surface of the hole 21 is formed by chemical vapor deposition (CVD). Specifically, the permeation suppression film 28 containing aluminum oxide is formed (step S20).

ＣＶＤ法には、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法など種々の方法が存在するが、本実施例では、熱ＣＶＤ法によって、透過抑制膜２８を形成する。具体的には、金属ステム２０を反応炉の中にセットして、原料ガスを９００〜１０００℃に加熱して活性化させて、この反応炉の中に流す。そうすると、穴部２１の内面および金属ステム２０の表面に、均一な透過抑制膜２８が形成される。本実施例では、原料ガスを変更しながら、このＣＶＤ処理を５回繰り返すことで、透過抑制膜２８として５層の多層膜を形成する。なお、センサ基板２４が接着される金属ステム２０の上面に形成された膜は、切削により除去する。もちろん、ハウジング３０と接触する金属ステム２０の下面に形成された膜や、その他、穴部２１の内面以外に形成された膜のすべてを除去することとしてもよい。   There are various CVD methods such as a thermal CVD method, a plasma CVD method, and a photo CVD method. In this embodiment, the permeation suppression film 28 is formed by the thermal CVD method. Specifically, the metal stem 20 is set in a reaction furnace, and the raw material gas is heated to 900 to 1000 ° C. to be activated, and flows into the reaction furnace. As a result, a uniform permeation suppression film 28 is formed on the inner surface of the hole 21 and the surface of the metal stem 20. In the present embodiment, this CVD process is repeated five times while changing the source gas, thereby forming a multilayer film of five layers as the permeation suppression film 28. Note that the film formed on the upper surface of the metal stem 20 to which the sensor substrate 24 is bonded is removed by cutting. Of course, all of the film formed on the lower surface of the metal stem 20 in contact with the housing 30 and other films formed on the inner surface of the hole 21 may be removed.

図５は、本実施例において形成された透過抑制膜２８の構造を示す断面図である。本実施例では、金属ステム２０の穴部２１の内面に、基材（金属ステム２０）側から順に、ＴｉＮ（窒化チタン）膜、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）膜、ＴｉＣ（炭化チタン）膜、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）膜、ＴｉＮ膜を形成することで、５層からなる透過抑制膜２８を形成した。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the permeation suppression film 28 formed in this embodiment. In the present embodiment, a TiN (titanium nitride) film, a TiCN (titanium carbonitride) film, a TiC (titanium carbide) film, Al on the inner surface of the hole 21 of the metal stem 20 in this order from the base material (metal stem 20) side. By forming a 2 O 3 (aluminum oxide) film and a TiN film, a permeation suppression film 28 consisting of five layers was formed.

以上のようにして、金属ステム２０の穴部２１の内面に透過抑制膜２８を形成すると、続いて、ダイアフラム２２の上面に、歪みゲージ２６が実装されたセンサ基板２４をガラス２５によって接着する（ステップＳ３０）。そして、最後に、ネジ部材４０によって金属ステム２０をハウジング３０内に取り付け、更に、コネクタターミナル７０とコネクタケース８０とをハウジング３０に取り付けることで、圧力センサ１０を組み立てる（ステップＳ４０）。   When the permeation suppression film 28 is formed on the inner surface of the hole 21 of the metal stem 20 as described above, the sensor substrate 24 on which the strain gauge 26 is mounted is subsequently bonded to the upper surface of the diaphragm 22 with the glass 25 ( Step S30). Finally, the metal stem 20 is attached to the housing 30 by the screw member 40, and the connector terminal 70 and the connector case 80 are attached to the housing 30 to assemble the pressure sensor 10 (step S40).

以上で説明した本実施例の製造方法によれば、ＣＶＤ法によって透過抑制膜２８を形成するので、金属ステム２０内の比較的内径の小さな穴部２１の内面に対して、透過抑制膜２８を良好に形成することができる。また、本実施例では、穴部２１の内面に透過抑制膜２８を形成することで水素ガスの透過を抑制することができるので、金属ステム２０の材質を変更することなく、圧力センサ１０による圧力検出の精度を向上させることができる。   According to the manufacturing method of the present embodiment described above, since the permeation suppression film 28 is formed by the CVD method, the permeation suppression film 28 is formed on the inner surface of the hole 21 having a relatively small inner diameter in the metal stem 20. It can be formed satisfactorily. Further, in this embodiment, the permeation suppression film 28 is formed on the inner surface of the hole portion 21 so that the permeation of hydrogen gas can be suppressed. Therefore, the pressure by the pressure sensor 10 can be changed without changing the material of the metal stem 20. The accuracy of detection can be improved.

（Ａ４）実験結果：
続いて、透過抑制膜２８を形成した圧力センサ１０に対して行った実験の結果を示す。この実験では、透過抑制膜２８を形成していない２つの圧力センサと、透過抑制膜２８を形成した２つの圧力センサ１０のそれぞれについて、８０℃、７０Ｍｐａの水素ガスを供給し、その出力変動を調べた。 (A4) Experimental results:
Then, the result of the experiment conducted with respect to the pressure sensor 10 which formed the permeation | transmission suppression film | membrane 28 is shown. In this experiment, hydrogen gas at 80 ° C. and 70 Mpa was supplied to each of the two pressure sensors not formed with the permeation suppression film 28 and the two pressure sensors 10 formed with the permeation suppression film 28, and the output fluctuation was measured. Examined.

図６は、実験結果を示すグラフである。このグラフによれば、透過抑制膜２８を形成していない圧力センサは、いずれも、水素ガスを供給してから、時間が経過するにつれて、出力が７０Ｍｐａよりも大きい値を示すようになり、８００時間経過後には、＋２．０％ＦＳ以上の出力変動が生じることになった。これに対して、透過抑制膜２８を形成した圧力センサ１０については、時間が経過しても、出力変動は、−０．５〜０．０％ＦＳの範囲に収まった。   FIG. 6 is a graph showing experimental results. According to this graph, all of the pressure sensors not formed with the permeation suppression film 28 show an output value larger than 70 Mpa as time elapses after supplying hydrogen gas. After the passage of time, output fluctuations of + 2.0% FS or more occurred. On the other hand, for the pressure sensor 10 in which the permeation suppression film 28 was formed, the output fluctuation was within the range of −0.5 to 0.0% FS even when time passed.

以上で説明したように、圧力センサ１０に透過抑制膜２８を形成すれば、穴部２１内から外部に、特に、薄肉状のダイアフラム２２を通じて歪みゲージ２６側に水素が透過することが抑制される。そのため、水素ガスが、ガラス２５内に存在する気泡等に滞留することが抑制され、歪みゲージ２６による圧力の誤検出を抑制することができる。この結果、水素ガスの圧力を精度良く検出することが可能になる。また、圧力センサ１０が車両に搭載された場合には、透過抑制膜２８の働きによって、水素タンク１１０，１２０内の圧力が過大に検出されることが抑制される。そのため、ＥＣＵ１７０によって、水素ガスの残量がゼロと判定されていないのにもかかわらず、燃料切れで車両が停止してしまうことが抑制されることになる。   As described above, if the permeation suppression film 28 is formed in the pressure sensor 10, it is possible to suppress hydrogen from permeating from the inside of the hole 21 to the outside, in particular, to the strain gauge 26 side through the thin diaphragm 22. . Therefore, it is possible to suppress the hydrogen gas from staying in bubbles or the like existing in the glass 25, and to prevent erroneous detection of pressure by the strain gauge 26. As a result, the pressure of hydrogen gas can be detected with high accuracy. When the pressure sensor 10 is mounted on a vehicle, the permeation suppression film 28 prevents the pressure in the hydrogen tanks 110 and 120 from being detected excessively. Therefore, the ECU 170 is prevented from stopping due to running out of fuel even though the remaining amount of hydrogen gas is not determined to be zero.

Ｂ．第２実施例（エイジング処理）：
第１実施例では、ＣＶＤ法により金属ステム２０の穴部２１の内面に透過抑制膜２８を形成した。これに加え、第２実施例では、圧力センサ１０に対してエイジング処理と呼ばれる処理を施す。 B. Second embodiment (aging process):
In the first embodiment, the permeation suppression film 28 is formed on the inner surface of the hole 21 of the metal stem 20 by the CVD method. In addition, in the second embodiment, a process called an aging process is performed on the pressure sensor 10.

図７は、第２実施例における圧力センサ１０の製造方法を示すフローチャートである。図７に示すように、ステップＳ１０からステップＳ４０までの工程は、図４に示した製造方法のステップＳ１０〜Ｓ４０と同じ工程であるため、説明を省略する。本実施例では、ステップＳ４０による組み立て工程の後で、圧力センサ１０に対してエイジング処理を施す（ステップＳ５０ｂ）。   FIG. 7 is a flowchart showing a manufacturing method of the pressure sensor 10 in the second embodiment. As shown in FIG. 7, the processes from step S10 to step S40 are the same as steps S10 to S40 of the manufacturing method shown in FIG. In the present embodiment, the aging process is performed on the pressure sensor 10 after the assembly process in step S40 (step S50b).

本実施例におけるエイジング処理とは、水素ガスの圧力および温度の少なくとも一方を、圧力センサ１０に通常、供給される以上の圧力または温度の状態にして、所定の時間、圧力センサ１０に供給する処理である。エイジング処理を行う時間は、透過抑制膜２８が形成されていない圧力センサを使用した場合において、この圧力センサの出力変動が平衡化するまでの時間に基づいて定める。具体的には、以下のように定める。   The aging process in the present embodiment is a process in which at least one of the pressure and temperature of hydrogen gas is set to a pressure or temperature higher than that normally supplied to the pressure sensor 10 and supplied to the pressure sensor 10 for a predetermined time. It is. The time for performing the aging process is determined based on the time until the output fluctuation of the pressure sensor is balanced in the case where the pressure sensor in which the permeation suppression film 28 is not formed is used. Specifically, it is determined as follows.

図８は、透過抑制膜２８の形成されていない圧力センサの出力変動を、水素ガスの温度を一定（例えば、室温）とした場合において、異なる圧力毎に表すグラフである。水素ガスの圧力としては、７０ＭＰａ、５０ＭＰａ、３５ＭＰａ、１５ＭＰａ、５ＭＰａの５種類について示した。この図８に示すように、透過抑制膜２８の形成されていない圧力センサの出力変動は、水素ガスの圧力が高いほど早く進行することになる。例えば、１５ＭＰａの水素ガスを１０年間供給した場合の出力変動値（約２％ＦＳ）は、７０ＭＰａの水素ガスであれば、約１年間供給するだけでほぼ同じ値となる。よって、水素ガスの圧力を高めれば、それだけ、出力変動が平衡化するまでの期間が短くなることになる。なお、図８に示したグラフは、水素ガスの温度を高めて加速試験を行い、その試験結果に基づいて推定した出力変動を示している。   FIG. 8 is a graph showing the output fluctuation of the pressure sensor in which the permeation suppression film 28 is not formed for each different pressure when the temperature of the hydrogen gas is constant (for example, room temperature). As the pressure of hydrogen gas, five types of pressures of 70 MPa, 50 MPa, 35 MPa, 15 MPa, and 5 MPa are shown. As shown in FIG. 8, the output fluctuation of the pressure sensor in which the permeation suppression film 28 is not formed proceeds faster as the hydrogen gas pressure is higher. For example, the output fluctuation value (about 2% FS) when hydrogen gas of 15 MPa is supplied for 10 years is almost the same value when supplied for about 1 year if hydrogen gas of 70 MPa is supplied. Therefore, if the pressure of hydrogen gas is increased, the period until the output fluctuations are balanced becomes shorter. In addition, the graph shown in FIG. 8 shows the output fluctuation estimated based on the test result by raising the temperature of hydrogen gas and performing an acceleration test.

図９は、透過抑制膜２８の形成されていない圧力センサの出力変動を、水素ガスの圧力を一定（例えば、７０ＭＰａ）とした場合において、異なる温度毎に表すグラフである。水素ガスの温度としては、１００℃、８０℃、６０℃、４０℃、２０℃の５種類について示した。この図９に示すように、透過抑制膜２８の形成されていない圧力センサの出力変動は、水素ガスの温度が高いほど早く進行することになる。そのため、水素ガスの温度を高めれば、それだけ、出力変動が平衡化するまでの時間が短くなることになる。   FIG. 9 is a graph showing the output fluctuation of the pressure sensor in which the permeation suppression film 28 is not formed at different temperatures when the hydrogen gas pressure is constant (for example, 70 MPa). As the temperature of hydrogen gas, five types of temperatures of 100 ° C., 80 ° C., 60 ° C., 40 ° C., and 20 ° C. are shown. As shown in FIG. 9, the output fluctuation of the pressure sensor in which the permeation suppression film 28 is not formed progresses faster as the temperature of the hydrogen gas is higher. Therefore, if the temperature of the hydrogen gas is increased, the time until the output fluctuation is balanced becomes shorter.

本実施例では、図８および図９に示した圧力センサの出力変動の特性を考慮し、上記ステップＳ５０ｂにおけるエイジング処理を、透過抑制膜２８を形成した圧力センサ１０に対して、７０ＭＰａ、１００℃の水素ガスを用いて、５００時間行うこととした。そして、エイジング処理後には、ＥＣＵ１７０は、エイジング処理後に平衡化した出力変動値を差し引きながら、圧力センサ１０による水素ガスの圧力の検知を行う。このように、透過抑制膜２８を形成することに加えて、エイジング処理を圧力センサ１０に施せば、水素ガスの圧力を、より精度良く検出することが可能になる。なお、エイジング処理は、圧力センサ１０を燃料電池システム１００の集合管１４０に取り付けた状態で行ってもよいし、取り付ける前の段階で行ってもよい。   In this embodiment, considering the output fluctuation characteristics of the pressure sensor shown in FIGS. 8 and 9, the aging process in step S50b is performed at 70 MPa and 100 ° C. with respect to the pressure sensor 10 on which the permeation suppression film 28 is formed. The hydrogen gas was used for 500 hours. After the aging process, the ECU 170 detects the pressure of the hydrogen gas by the pressure sensor 10 while subtracting the output fluctuation value that has been balanced after the aging process. Thus, in addition to forming the permeation suppression film 28, if the aging process is performed on the pressure sensor 10, the pressure of the hydrogen gas can be detected with higher accuracy. The aging process may be performed in a state where the pressure sensor 10 is attached to the collecting pipe 140 of the fuel cell system 100, or may be performed at a stage before the attachment.

Ｃ．第３実施例（リフレッシュ処理）：
上述した第２実施例では、圧力センサ１０にエイジング処理を施すことで、圧力センサ１０による圧力の検出精度を向上させている。これに対して、第３実施例では、以下に説明するリフレッシュ処理を圧力センサ１０に施すことで、圧力センサ１０による圧力の検出精度を向上させる。 C. Third embodiment (refresh process):
In the second embodiment described above, the pressure sensor 10 is subjected to an aging process to improve the pressure detection accuracy of the pressure sensor 10. In contrast, in the third embodiment, the pressure sensor 10 is subjected to a refresh process described below to improve the pressure detection accuracy by the pressure sensor 10.

図１０は、リフレッシュ処理のフローチャートである。このリフレッシュ処理は、例えば、半年に１回などの頻度で、燃料電池システム１００の停止時にＥＣＵ１７０が実行する処理である。この頻度は、圧力センサに透過抑制膜２８が形成されていない場合における出力変動が、圧力センサの実用性を考慮した所定の閾値（例えば、＋１．０％ＦＳ）に到達する一般的な期間に基づいて定める。例えば、図８に示したグラフでは、圧力が７０ＭＰａの場合に、出力変動が＋１．０％に到達する期間が約半年のため、本実施例では、半年に１度、このリフレッシュ処理を実行する。   FIG. 10 is a flowchart of the refresh process. This refresh process is a process executed by the ECU 170 when the fuel cell system 100 is stopped, for example, once every six months. This frequency is during a general period when the output fluctuation when the permeation suppression film 28 is not formed on the pressure sensor reaches a predetermined threshold value (for example, + 1.0% FS) considering the practicality of the pressure sensor. Determine based on. For example, in the graph shown in FIG. 8, when the pressure is 70 MPa, the period in which the output fluctuation reaches + 1.0% is about half a year. In this embodiment, this refresh process is executed once every six months. .

このリフレッシュ処理が実行されると、まず、ＥＣＵ１７０は、遮断弁１１２，１２２を閉じて、水素タンク１１０，１２０からの水素の供給を遮断する（ステップＳ２００）。続いて、ＥＣＵ１７０は、開放弁１５５を開ける（ステップＳ２１０）。こうすることで、圧力センサ１０内の水素は外部に排出され、圧力センサ１０の穴部２１の内面は大気に晒される。   When this refresh process is executed, the ECU 170 first closes the shutoff valves 112 and 122 to shut off the supply of hydrogen from the hydrogen tanks 110 and 120 (step S200). Subsequently, the ECU 170 opens the release valve 155 (step S210). By doing so, hydrogen in the pressure sensor 10 is discharged to the outside, and the inner surface of the hole 21 of the pressure sensor 10 is exposed to the atmosphere.

ＥＣＵ１７０は、開放弁１５５を開けると、続いて、ヒータ１８０によって、所定時間、圧力センサ１０を加熱する（ステップＳ２２０，Ｓ２３０）。最後に、ＥＣＵ１７０は、開放弁１５５を閉じて（ステップＳ２４０）、リフレッシュ処理を終了する。   When the ECU 170 opens the release valve 155, the pressure sensor 10 is heated by the heater 180 for a predetermined time (steps S220 and S230). Finally, the ECU 170 closes the release valve 155 (step S240) and ends the refresh process.

図１１は、リフレッシュ処理による効果を示す図である。図１１に示すように、透過抑制膜２８が形成されていない場合には、圧力センサ１０の出力は、その使用によって、徐々に変動していく。しかし、所定のタイミングで、上述したリフレッシュ処理を行い、圧力センサ１０の穴部２１内を大気に晒すと、金属ステム２０から水素が拡散され、常温の場合には概ね５０時間程度で、１４０℃に圧力センサ１０を加熱した場合には、概ね５時間程度で出力変動がゼロとなる。よって、以上で説明したリフレッシュ処理を透過抑制膜２８が形成された圧力センサ１０に対して定期的に施せば、圧力センサ１０による圧力の検出精度をより一層向上させることが可能になる。   FIG. 11 is a diagram illustrating the effect of the refresh process. As shown in FIG. 11, when the permeation suppression film 28 is not formed, the output of the pressure sensor 10 gradually varies depending on its use. However, when the above-described refresh process is performed at a predetermined timing and the inside of the hole 21 of the pressure sensor 10 is exposed to the atmosphere, hydrogen is diffused from the metal stem 20. When the pressure sensor 10 is heated, the output fluctuation becomes zero in about 5 hours. Therefore, if the refresh process described above is periodically performed on the pressure sensor 10 on which the permeation suppression film 28 is formed, the pressure detection accuracy by the pressure sensor 10 can be further improved.

なお、本実施例では、ＥＣＵ１７０が自動的に上述したリフレッシュ処理を行うこととしたが、遮断弁１１２や開放弁１５５の開閉、ヒータ１８０による加熱などは手作業で行うこととしてもよい。また、本実施例では、圧力センサ１０が集合管１４０に取り付けられた状態でリフレッシュ処理を行っているが、圧力センサ１０を集合管１４０から取り外した上で、大気への暴露や加熱を行うことでも、同様の効果を得ることが可能である。   In this embodiment, the ECU 170 automatically performs the above-described refresh process. However, the opening and closing of the shutoff valve 112 and the opening valve 155, the heating by the heater 180, and the like may be performed manually. In this embodiment, the refresh process is performed with the pressure sensor 10 attached to the collecting pipe 140. However, the pressure sensor 10 is removed from the collecting pipe 140 and then exposed to the atmosphere or heated. However, similar effects can be obtained.

Ｄ．変形例：
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることが可能である。 D. Variation:
As mentioned above, although the various Example of this invention was described, this invention is not limited to these Examples, It is possible to take a various structure in the range which does not deviate from the meaning.

（Ｄ１）変形例１：
例えば、上記実施例では、透過抑制膜２８として、ＴｉＮ膜、ＴｉＣＮ膜、ＴｉＣ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、ＴｉＮ膜からなる５層膜を形成した。しかし、透過抑制膜２８としては、これらの膜のうちの単体の膜を形成することとしてもよい。また、アルミニウムや金、銀、銅、スズ、チタンなどによって、透過抑制膜２８を形成してもよい。アルミニウムや金、銀、銅、スズ、は、その価電子構造により、水素分子と共有結合しにくく、水素が吸着されにくいという性質を有するため、透過抑制膜２８として好適に機能する。また、金や銀などの貴金属を用いれば、長期的に安定した性質を有する透過抑制膜２８を形成することができる。その他、チタンは、水素を吸収するものの、その内部への水素の拡散が著しく遅いという性質を有しているため、実質的に水素ガスの透過を抑制可能な透過抑制膜２８を形成することができる。 (D1) Modification 1:
For example, in the above embodiment, as the permeation suppression film 28, a five-layer film composed of a TiN film, a TiCN film, a TiC film, an Al 2 O 3 film, and a TiN film is formed. However, as the permeation suppression film 28, a single film of these films may be formed. Further, the permeation suppression film 28 may be formed of aluminum, gold, silver, copper, tin, titanium, or the like. Aluminum, gold, silver, copper, and tin have a property that they are difficult to covalently bond to hydrogen molecules and hydrogen is difficult to be adsorbed due to their valence electron structure, and thus function suitably as the permeation suppression film 28. Further, if a noble metal such as gold or silver is used, the permeation suppression film 28 having long-term stable properties can be formed. In addition, although titanium absorbs hydrogen, it has the property that the diffusion of hydrogen into the inside is extremely slow, so that it is possible to form a permeation suppressing film 28 that can substantially suppress permeation of hydrogen gas. it can.

透過抑制膜２８を形成する場合には、上記実施例では、ＣＶＤ法を用いたが、物理気相成長法（ＰＶＤ法）やメッキ法を用いることも可能である。ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、メッキ法の何れかを採用するかは、膜の原料に適した方法を選択すればよい。例えば、アルミニウムや金、銀、銅の膜は、ＰＶＤ法によって形成することが可能であり、銅やスズ、チタンの膜は、ＣＶＤ法によって形成することが可能である。また、例えば、金、銀、スズの膜は、メッキ法によって形成することも可能である。   In the case of forming the permeation suppression film 28, the CVD method is used in the above embodiment, but a physical vapor deposition method (PVD method) or a plating method may be used. Whether a CVD method, a PVD method, or a plating method is adopted may be selected from methods suitable for film materials. For example, an aluminum, gold, silver, or copper film can be formed by a PVD method, and a copper, tin, or titanium film can be formed by a CVD method. For example, a film of gold, silver, or tin can be formed by a plating method.

（Ｄ２）変形例２：
上記実施例では、圧力センサ１０は、燃料電池システム１００の集合管１４０に取り付けられることとしたが、水素タンク１１０，１２０に直接取り付けられていてもよい。また、圧力調整弁１５０よりも下流側の配管に取り付けられていてもよい。 (D2) Modification 2:
In the above embodiment, the pressure sensor 10 is attached to the collecting pipe 140 of the fuel cell system 100, but may be attached directly to the hydrogen tanks 110 and 120. Further, it may be attached to piping downstream of the pressure regulating valve 150.

（Ｄ３）変形例３：
上記実施例では、圧力センサ１０は、水素の圧力を測定するために用いた。しかし、圧力センサ１０は、水素だけではなく、金属ステム２０を透過する可能性のある気体（例えば、ヘリウム）の圧力を測定するために用いてもよい。その他、上記実施例では、歪みゲージ２６によって水素の圧力を検知することとしたが、水素の圧力を検知可能であれば、他の圧力検知手段を適宜採用することが可能である。 (D3) Modification 3:
In the said Example, the pressure sensor 10 was used in order to measure the pressure of hydrogen. However, the pressure sensor 10 may be used to measure the pressure of not only hydrogen but also a gas (for example, helium) that may permeate the metal stem 20. In addition, in the said Example, although the pressure of hydrogen was detected with the strain gauge 26, if the pressure of hydrogen is detectable, another pressure detection means can be employ | adopted suitably.

（Ｄ４）変形例４：
上記実施例では、透過抑制膜２８を、金属ステム２０の穴部２１の内面全体に形成することとした。これに対して、透過抑制膜２８は、穴部２１の底面、すなわち、ダイアフラム２２の内面にだけ形成することとしてもよい。ダイアフラム２２の内面にだけ形成するには、例えば、ダイアフラム２２の内面以外の部分にマスキングを行った上で、ＣＶＤ処理を行えばよい。このように、透過抑制膜２８をダイアフラム２２の内面にだけ形成することでも、ダイアフラム２２と歪みゲージ２６との間に水素ガスが滞留することを抑制することができるので、圧力を精度良く検出することが可能になる。 (D4) Modification 4:
In the above embodiment, the permeation suppression film 28 is formed on the entire inner surface of the hole 21 of the metal stem 20. On the other hand, the permeation suppression film 28 may be formed only on the bottom surface of the hole 21, that is, on the inner surface of the diaphragm 22. In order to form only on the inner surface of the diaphragm 22, for example, a portion other than the inner surface of the diaphragm 22 may be masked and then a CVD process may be performed. As described above, even if the permeation suppression film 28 is formed only on the inner surface of the diaphragm 22, it is possible to suppress the hydrogen gas from staying between the diaphragm 22 and the strain gauge 26, so that the pressure is detected with high accuracy. It becomes possible.

１０…圧力センサ
２０…金属ステム
２１…穴部
２２…ダイアフラム
２３…段部
２４…センサ基板
２５…ガラス
２６…歪みゲージ
２７…シリコンゲル
２８…透過抑制膜
３０…ハウジング
３１…ネジ部
３２…回路収納部
３３…ステム収納部
３４…気体導入流路
３５…ネジ山
４０…ネジ部材
４１…ネジ山
４２…段部
５０…コネクタターミナル
６０…セラミック基板
６１…ボンディングワイヤ
６２…ＩＣチップ
６３…ピン
７０…コネクタターミナル
７２…金属端子
８０…コネクタケース
９０…Ｏリング
１００…燃料電池システム
１１０…水素タンク
１１２…遮断弁
１３０…分岐管
１３５…充填口
１４０…集合管
１５０…圧力調整弁
１５５…開放弁
１６０…燃料電池
１７０…ＥＣＵ
１８０…ヒータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Pressure sensor 20 ... Metal stem 21 ... Hole 22 ... Diaphragm 23 ... Step part 24 ... Sensor substrate 25 ... Glass 26 ... Strain gauge 27 ... Silicon gel 28 ... Permeation suppression film 30 ... Housing 31 ... Screw part 32 ... Circuit accommodation Part 33 ... Stem storage part 34 ... Gas introduction flow path 35 ... Screw 40 ... Screw member 41 ... Screw 42 ... Step part 50 ... Connector terminal 60 ... Ceramic substrate 61 ... Bonding wire 62 ... IC chip 63 ... Pin 70 ... Connector Terminal 72 ... Metal terminal 80 ... Connector case 90 ... O-ring 100 ... Fuel cell system 110 ... Hydrogen tank 112 ... Shut-off valve 130 ... Branch pipe 135 ... Filling port 140 ... Collecting pipe 150 ... Pressure regulating valve 155 ... Opening valve 160 ... Fuel Battery 170 ... ECU
180 ... Heater

Claims (10)

気体の圧力を検出するために用いられる圧力センサであって、
一端が開口し他端に底を有する穴部であって前記気体が導入される穴部を備えた金属部材と、
前記金属部材の外面の、前記穴部の底面に対向する位置に設けられた圧力検知部と、を備え、
少なくとも前記穴部の底面に、前記気体の透過を抑制する透過抑制膜が、気相成長法またはメッキ法によって形成されている
圧力センサ。 A pressure sensor used to detect the pressure of a gas,
A metal member provided with a hole into which one end is open and the other end has a bottom and into which the gas is introduced;
A pressure detector provided at a position of the outer surface of the metal member facing the bottom surface of the hole,
A pressure sensor, wherein a permeation suppressing film that suppresses permeation of the gas is formed at least on a bottom surface of the hole by a vapor deposition method or a plating method. 請求項１に記載の圧力センサであって、
前記気相成長法は、化学気相成長法または物理気相成長法である、圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1,
The vapor phase growth method is a pressure sensor, which is a chemical vapor deposition method or a physical vapor deposition method. 請求項１または請求項２に記載の圧力センサであって、
前記透過抑制膜は、アルミニウム、チタン、金、銀、銅、スズの少なくともいずれか一つを含む、圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1 or 2,
The permeation suppression film is a pressure sensor including at least one of aluminum, titanium, gold, silver, copper, and tin. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧力センサであって、
前記穴部に対して、所定の時間、前記気体を、前記気体の圧力および温度の少なくとも一方が前記圧力センサの使用時以上の圧力または温度の状態にして供給するエイジング処理が施されている、圧力センサ。 The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
An aging process is performed for supplying the gas in a state where at least one of the pressure and temperature of the gas is at a pressure or temperature higher than the pressure sensor when it is used for a predetermined time. Pressure sensor. 請求項４に記載の圧力センサであって、
前記所定の時間は、前記圧力センサに前記透過抑制膜が形成されていない状態で、前記圧力センサが使用された場合に、前記圧力検知部からの出力が平衡化するまでの時間に基づいて定められている、圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 4,
The predetermined time is determined based on a time until the output from the pressure detection unit is balanced when the pressure sensor is used in a state where the permeation suppression film is not formed on the pressure sensor. Pressure sensor. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧力センサであって、
前記圧力センサの使用後、所定のタイミングで、前記穴部に前記気体が導入されない状態にするリフレッシュ処理が施される、圧力センサ。 A pressure sensor according to any one of claims 1 to 5,
A pressure sensor that is subjected to a refresh process for preventing the gas from being introduced into the hole at a predetermined timing after use of the pressure sensor. 請求項６に記載の圧力センサであって、
前記リフレッシュ処理中に前記圧力センサが加熱される、圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 6,
A pressure sensor, wherein the pressure sensor is heated during the refresh process. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の圧力センサであって、
前記圧力検知部は、前記金属部材の外面に、ガラスによって接着されている、圧力センサ。 The pressure sensor according to any one of claims 1 to 7,
The pressure sensor is a pressure sensor bonded to the outer surface of the metal member with glass. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の圧力センサであって、
前記気体は、水素ガスである、圧力センサ。 The pressure sensor according to any one of claims 1 to 8,
The pressure sensor, wherein the gas is hydrogen gas. 気体の圧力を検出するために用いられる圧力センサの製造方法であって、
一端が開口し他端に底を有する穴部であって前記気体が導入される穴部を備えた金属部材を用意する工程と、
少なくとも前記穴部の底面に、気相成長法によって、前記気体の透過を抑制する透過抑制膜を形成する工程と、
前記金属部材の外面の、前記穴部の底に対向する位置に、圧力検知部を設ける工程と
を備える製造方法。 A method of manufacturing a pressure sensor used to detect the pressure of a gas,
A step of preparing a metal member provided with a hole into which one end is open and the other end has a bottom and the gas is introduced;
Forming a permeation suppressing film that suppresses permeation of the gas by a vapor phase growth method at least on the bottom surface of the hole; and
A step of providing a pressure detection portion at a position of the outer surface of the metal member facing the bottom of the hole.
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