JP2011007533A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a pressure sensor for measuring the pressure of a fluid.
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
圧力センサの一例として、図6に示すような圧力センサ80がある。圧力センサ80は、
流体の圧力を検出する圧力センサチップ81、パッケージ82、ハウジング83、プリン
ト配線板84、回路部品85、及びコネクタ部86を備える。圧力センサチップ81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81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。
Conventionally, various pressure sensors for measuring the pressure of a fluid have been provided. An example of this type of pressure sensor is a
A
It consists of a diaphragm formed into a thin film by processing a semiconductor substrate (silicon substrate) and a plurality of piezoresistive elements constituting a bridge circuit on the diaphragm. For example, when pressure is applied to the
パッケージ82は、図6に示すように、合成樹脂材料によって箱型に形成されて圧力セ
ンサチップ81を内部に収納し、その下壁部には流体の圧力を導入するための圧力導入孔
87が貫設される。圧力導入孔87は、パッケージ82の下壁部から円筒状に下方へ突出
する導入管82aの軸心を通って外部へ真直ぐ貫通して形成される。
As shown in FIG. 6, the
ハウジング83は、図6に示すように、一面が開口する扁平な箱型の第1及び第2のケ
ース83a,83b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り、パッケー
ジ82を内部に収納する。第1のケース83aの下端部には下方へ円筒状に突出するポー
ト部83cが配設される。そして、ハウジング83の内底面83dには、パッケージ82
の導入管82aが嵌入する穴部83eが穿設される。穴部83eの内底面には、導入管8
2aの圧力導入孔87と連通する貫通孔88が貫設され、穴部83eの内周面には、弾性
材料から環状に形成されて導入管82aの外径と略等しくした内径を有するOリング89
が嵌着される。そして、穴部83eに嵌入する導入管82aがOリング89に挿通される
ことで、パッケージ82とハウジング83との隙間が封止される。尚、Oリング89は、
その上に配設されているワッシャ90により上方向の移動が規制されている。
As shown in FIG. 6, the
A
A through
Is inserted. Then, the introduction pipe 82a fitted into the
The upward movement is restricted by a
プリント配線板84は、図6に示すように、第1のケース83aの開口周縁部に固定さ
れており、プリント配線板84の上面と下面には圧力センサチップ81から検出される検
出値を信号処理するための複数の回路部品85が実装されている。また、プリント配線板
84の下面略中心部には、パッケージ82の上端部が嵌入する凹所84aが形成されてい
る。コネクタ部86は、外部のコネクタとの接続が可能となっており、ハウジング83の
左端部に貫設される導出孔92より導出されるリード線91を通じて、プリント配線板8
4に形成される導電パターンと電気的に接続されている。
As shown in FIG. 6, the printed
4 is electrically connected to the conductive pattern formed on the
ところで、圧力センサ80は、上述の通り複数の回路部品85が実装されたプリント配
線板84が配設されているのに対して、特許文献1に記載されている圧力センサは、この
ようなプリント配線板が存在せず、導電パターンが形成されたパッケージの内面に圧力セ
ンサチップからの検出値を信号処理するための集積回路チップが実装された2チップ構成
となっている。また、当該圧力センサのコネクタ部は、パッケージから延出して圧力セン
サチップより検出される検出値を出力する複数のコネクタ端子と、コネクタ端子の一端部
を囲むようにハウジングと一体に形成されて外部コネクタと嵌合する嵌合部とから構成さ
れる。従って、当該圧力センサは、圧力センサ80に比べて部材数が少ないためコスト削
減を図ることができる。
Incidentally, the
しかしながら、特許文献1に記載の圧力センサは、プリント配線板が配設されていない
ため、上述の2チップ以外にノイズを低減させるための回路部品を容易に実装させること
ができないという問題があった。これに対して、コネクタ端子間を跨ぐように直接ノイズ
低減用のチップコンデンサを表面実装させるという考えもある。しかし、外部のコネクタ
がコネクタ部の嵌合部と嵌合する度にコネクタ端子の一端部に外力がかかり、コネクタ端
子とチップコンデンサとの接合部に応力が加わるので、圧力センサと外部のコネクタとの
接続作業を繰り返し行うことで前記接合部が破損してしまう恐れがあった。
However, the pressure sensor described in Patent Document 1 has a problem that circuit components for reducing noise other than the above-described two chips cannot be easily mounted because the printed wiring board is not disposed. . On the other hand, there is also an idea that a chip capacitor for noise reduction is directly surface-mounted so as to straddle between connector terminals. However, an external force is applied to one end of the connector terminal each time the external connector is fitted to the fitting portion of the connector portion, and stress is applied to the joint portion between the connector terminal and the chip capacitor. There is a possibility that the joint portion is damaged by repeatedly performing the connecting operation.
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、部材数を抑えながらノイ
ズの低減を図ることができ、且つ外部のコネクタとの接続作業時における信頼性を向上さ
せることができる圧力センサを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and the object thereof is to reduce noise while suppressing the number of members and to improve reliability during connection work with an external connector. It is to provide a pressure sensor that can be used.
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
設された箱型のパッケージと、前記パッケージを内部に収納して内底面には前記圧力導入
孔と連通する貫通孔が貫設された箱型のハウジングと、外部のコネクタと接続されて前記
圧力センサチップより検出される検出値を出力するコネクタ部と、両端部に各々端子が配
設されるノイズ低減用のチップコンデンサと、を備え、前記コネクタ部は、前記圧力セン
サチップと電気的に接続されて前記パッケージから延出する複数のコネクタ端子と、前記
コネクタ端子の一端部を囲むように前記ハウジングと一体に形成されて前記コネクタと嵌
合する嵌合部とから構成され、前記コネクタ端子は、長細の帯板状に形成されてなり、前
記ハウジングの前記内底面に沿ってかしめ固定され、前記チップコンデンサの一方の前記
端子は、複数の中の何れか1つの前記コネクタ端子に表面実装され、前記チップコンデン
サの他方の前記端子は、他の前記コネクタ端子に表面実装されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a pressure sensor chip for detecting the pressure of a fluid and a pressure introduction hole for accommodating the pressure sensor chip and introducing the pressure of the fluid are provided. A box-shaped package, a box-shaped housing in which the package is housed and a through hole communicating with the pressure introduction hole is formed in the inner bottom surface; and an external connector connected to the pressure sensor chip And a noise reduction chip capacitor in which terminals are provided at both ends, respectively, and the connector part is electrically connected to the pressure sensor chip. A plurality of connector terminals extending from the package; and a fitting portion that is formed integrally with the housing so as to surround one end of the connector terminal and is fitted to the connector, The connector terminal is formed in the shape of an elongated strip, and is fixed by caulking along the inner bottom surface of the housing, and one of the terminals of the chip capacitor is one of the connectors The terminal is surface-mounted, and the other terminal of the chip capacitor is surface-mounted to the other connector terminal.
この発明によれば、前記コネクタ端子は、長細の帯板状に形成されてなり、前記ハウジ
ングの前記内底面に沿ってかしめ固定され、前記チップコンデンサの一方の前記端子は、
複数の中の何れか1つの前記コネクタ端子に表面実装され、前記チップコンデンサの他方
の前記端子は、他の前記コネクタ端子に表面実装されるので、プリント配線板が配設され
なくても前記チップコンデンサを容易に実装することができ、更に、外部の前記コネクタ
との接続作業の際に、前記コネクタ端子と前記チップコンデンサとの接合部に加わる応力
を、前記コネクタ端子と前記ハウジングの内底面とのかしめ固定による固定部で緩和させ
ることができる。従って、部材数を抑えながらノイズの低減を図ることができ、且つ外部
のコネクタとの接続作業時における信頼性を向上させることができる。
According to this invention, the connector terminal is formed in an elongated strip shape, and is caulked and fixed along the inner bottom surface of the housing, and the one terminal of the chip capacitor is
Since it is surface-mounted on any one of the plurality of connector terminals and the other terminal of the chip capacitor is surface-mounted on the other connector terminal, the chip can be provided without a printed wiring board. Capacitors can be easily mounted, and stress applied to the joint between the connector terminal and the chip capacitor during the connection work with the external connector, the connector terminal and the inner bottom surface of the housing It can be relaxed at the fixed part by caulking. Therefore, it is possible to reduce noise while suppressing the number of members, and it is possible to improve reliability at the time of connecting work with an external connector.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記コネクタ端子の前記チップコンデン
サの前記端子が表面実装される位置には、前記チップコンデンサの前記両端部が各々嵌入
される溝部が形成されることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a groove portion into which the both end portions of the chip capacitor are respectively inserted is formed at a position where the terminal of the chip capacitor of the connector terminal is surface-mounted. It is characterized by that.
この発明によれば、前記チップコンデンサの前記コネクタ端子への位置決めが容易とな
り作業性を向上させることができる。
According to this invention, positioning of the chip capacitor to the connector terminal is facilitated and workability can be improved.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記溝部はV字状に窪んで形成されるこ
とを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、前記チップコンデンサの前記両端部の一角を前記溝部に対向させて
嵌入さることができ位置決めがより容易となる。更に、前記チップコンデンサと前記溝部
とが半田や接着剤によって接合される面積は、例えばコ字状に窪んで形成されるよりも広
くなり接合強度を向上させることができる。
According to this invention, the corners of the both end portions of the chip capacitor can be fitted to face the groove portion, and positioning becomes easier. Furthermore, the area where the chip capacitor and the groove are joined by solder or an adhesive becomes wider than that formed by, for example, a U-shaped depression, and the joining strength can be improved.
本発明では、部材数を抑えながらノイズの低減を図ることができ、且つ外部のコネクタ
との接続作業時における信頼性を向上させることができるという効果がある。
In the present invention, it is possible to reduce noise while suppressing the number of members, and to improve the reliability at the time of connection work with an external connector.
以下、本発明の実施形態について、図1〜図5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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the vertical and horizontal directions are defined in FIG. 1, and the front of FIG.
本実施形態の圧力センサ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、ハウジング5と、コネク
タ部6と、オイル7と、封止材8と、チップコンデンサ9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。
The pressure sensor 1 of this embodiment is for measuring the pressure of a fluid. As shown in FIG. 1, the
The present invention can be applied to a water level sensor that detects the water level of a bathtub by the pressure in the flow path.
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
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)して凹所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の前記抵抗素子が圧力センサ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。
As described in the prior art, the
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
する箱型に形成されて、その下壁部には圧力導入孔10が貫設される導入管4aが突出し
ている。パッケージ4の内底面の略中心部には、図1に示すように、圧力センサチップ2
が凹所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4aの圧力導入孔10が配置される。圧力導入孔10と凹所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7が充填される。
オイル7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7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。
As shown in FIG. 1, the
Is fixed with the
The
そして、先述の集積回路チップ3は、図1に示すように、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固着される。圧力センサチップ2のピエゾ抵抗素
子、集積回路チップ3、及びパッケージ4の内底面に形成される導電パターンは、各々ボ
ンディングワイヤ11を通じて電気的に接続され、後述する3本のコネクタ端子18が前
記導電パターンと導通してパッケージ4の左側壁から外部に延出される。
The above-described
上述の様な圧力センサチップ2や集積回路チップ3は、図1に示すように、パッケージ
4の上面から充填される封止材8によって封止され、更にパッケージ4の上面を塞ぐよう
に矩形板状のカバー12が取り付けられる。尚、封止材8は、各チップ2,3を酸化から
保護するためのものであり、本実施形態ではシリコン基板との密着力が高いJCR(Ju
nction Coating Resin)が封止材8として充填されている。
As shown in FIG. 1, the
(Non Coating Resin) is filled as the sealing
ハウジング5は、図1に示すように、一面が開口する扁平な箱型の第1及び第2のケー
ス13,14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り、パッケージ4を
内部に収納する。第1のケース13の下端部には下方へ円筒状に突出するポート部13a
が配設される。ハウジング5の内底面5aには、図1に示すように、パッケージ4の底部
と略同形に下方へ窪んでなる段部5bが形成され、更に段部5bの底面には、パッケージ
4の導入管4aが嵌入する穴部5cが穿設される。また、ハウジング5の内底面5aの左
右両端部付近には、図1及び図2に示すように、各々4個の突起部5dが並んで突設され
ている。穴部5cの内底面には、導入管4aの圧力導入孔10と連通する貫通孔15が貫
設され、穴部5cの内周面には、弾性材料から環状に形成されて導入管4aの外径と略等
しくした内径を有するOリング16及びワッシャ17が嵌着される。そして、穴部5cに
嵌入する導入管4aがOリング16に挿通されることで、パッケージ4とハウジング5と
の隙間が封止される。
As shown in FIG. 1, the
Is disposed. As shown in FIG. 1, a
コネクタ部6は、図1及び図2に示すように、3本のコネクタ端子18と、コネクタ端
子18の一端部18aを囲むようにハウジング5の左端部と一体に形成された嵌合部19
とから構成されたメス型のコネクタであり、外部のオス型のコネクタ(図示せず)と接続
可能になっている。そして、コネクタ部6は、前記コネクタと接続されて圧力センサチッ
プ2より検出される検出値をハウジング5の外部へ出力する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
And is connectable to an external male connector (not shown). The
3本のコネクタ端子18は、図2及び図3(a)に示すように、各々長細の帯板状に形
成されてなり、手前から順に出力電圧端子Vout、グランド端子GND、電源電圧端子
VDDとなっている。そして、2個のノイズ低減用のチップコンデンサ9,9が各コネク
タ端子18間を跨ぐように表面実装されている。即ち、図3(a)を点線位置で切った断
面図たる図3(b)に示すように、チップコンデンサ9,9の前後方向両端部(図3中の
左右方向両端部)の下面には各々端子9a,9bが配設されており、チップコンデンサ9
,9の前方の端子9a,9aが半田21により出力電圧端子Vout、及びGND端子の
上面後端部にそれぞれ接合され、後方の端子9b,9bが同じく半田21によりGND端
子、及び電源電圧端子VDDの上面前端部にそれぞれ接合される。尚、チップコンデンサ
9は、半田21の代わりに導電性の接着剤で固着させてもよい。また、本実施形態の2個
のチップコンデンサ9,9は、何れも隣接し合うコネクタ端子18間を跨ぐように実装さ
れているが、例えば、外形の大きめのチップコンデンサ9を使用して、中央のコネクタ端
子18を跨ぐように前方と後方のコネクタ端子18に実装されてもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3A, each of the three
, 9 are joined to the output voltage terminal Vout and the rear end of the upper surface of the GND terminal by the
また、コネクタ端子18のハウジング5の突起部5dと対向する位置には、図1に示す
ように、孔部18bが貫設される。尚、パッケージ4には、コネクタ端子18以外にもコ
ネクタ端子18と同形の長細の帯板状に形成されて、更に突起部5dと対向する位置に孔
部20aが貫設された延出片20が左壁部に1つ、右壁部に4つ延出される。そして、計
8つの突起部5dがそれぞれ対向する孔部18b,20aにかしめ固定されることで、コ
ネクタ端子18及び延出片20がハウジング5の内底面5aに沿って固定される。即ち、
パッケージ4はコネクタ端子18及び延出片20を通じてハウジング5に固定される。
Further, as shown in FIG. 1, a
The
水などの流体がポート部13a下面の開口部13bより貫通孔15内へ流入すると、オ
イル7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。すると前記歪みによりピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化して、その変化に応じて検出さ
れる検出値がコネクタ部6を通じてハウジング5の外部に取り出されることで流体の圧力
が測定される。
When a fluid such as water flows into the through-
以下、本実施形態の圧力センサ1の作用について説明する。本実施形態の圧力センサ1
は、上述の通り、コネクタ端子18が長細の帯板状に形成されてなり、ハウジング5の内
底面5aに沿ってかしめ固定され、チップコンデンサ9の前方の端子9aが何れか1つの
コネクタ端子18に表面実装されて、後方の端子9bが他のコネクタ端子18に表面実装
されるので、プリント配線板が配設されなくてもチップコンデンサ9を容易に実装するこ
とができる。更に、外部のコネクタとの接続作業の際に、コネクタ端子18とチップコン
デンサ9との接合部に加わる応力を、コネクタ端子18とハウジング5の内底面5aとの
かしめ固定による固定部で緩和させることができる。従って、部材数を抑えながらノイズ
の低減を図ることができ、且つ外部のコネクタとの接続作業時における信頼性を向上させ
ることができる。尚、図1〜図3中では、前記固定部が前記接合部より左方に配置されて
いるが、この限りではなく前記固定部が前記接合部より右方に配置されてもよい。
Hereinafter, the operation of the pressure sensor 1 of the present embodiment will be described. Pressure sensor 1 of this embodiment
As described above, the
ところで、上述のチップコンデンサ9の各端子9a,9bは、図3(b)に示すように
隣接し合うコネクタ端子18の上面に半田21によって直接接合されているが、図4に示
すように、コネクタ端子18の端子9a,9bが表面実装される位置にチップコンデンサ
9の前後方向両端部が各々嵌入される溝部22を形成すれば、チップコンデンサ9のコネ
クタ端子18への位置決めが容易となり作業性を向上させることができる。
By the way, each terminal 9a, 9b of the above-mentioned
また、図5(a)及び(b)に示すように、上述の溝部22をV字状に形成すれば、チ
ップコンデンサ9の前後方向両端部の一角9cを溝部22に対向させて嵌入さることがで
き位置決めがより容易となる。更に、チップコンデンサ9と溝部22とが半田21や接着
剤によって接合される面積は、図4中の溝部22のようにコ字状に窪んで形成されるより
も広くなり接合強度を向上させることができる。尚、図4及び図5(a)は、図3(b)
と同様に3本のコネクタ端子18を前後方向に切った断面図で、図5(b)は、1本のコ
ネクタ端子18を左右方向に切った断面図である。
Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, when the above-described
5 is a cross-sectional view of the three
1 圧力センサ
2 圧力センサチップ
4 パッケージ
5 ハウジング
5a 内底面
6 コネクタ部
9 チップコンデンサ
9a 端子
9b 端子
10 圧力導入孔
15 貫通孔
18 コネクタ端子
19 嵌合部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
記流体の圧力を導入する圧力導入孔が貫設された箱型のパッケージと、前記パッケージを
内部に収納して内底面には前記圧力導入孔と連通する貫通孔が貫設された箱型のハウジン
グと、外部のコネクタと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出力す
るコネクタ部と、両端部に各々端子が配設されるノイズ低減用のチップコンデンサと、を
備え、
前記コネクタ部は、前記圧力センサチップと電気的に接続されて前記パッケージから延
出する複数のコネクタ端子と、前記コネクタ端子の一端部を囲むように前記ハウジングと
一体に形成されて前記コネクタと嵌合する嵌合部とから構成され、
前記コネクタ端子は、長細の帯板状に形成されてなり、前記ハウジングの前記内底面に
沿ってかしめ固定され、前記チップコンデンサの一方の前記端子は、複数の中の何れか1
つの前記コネクタ端子に表面実装され、前記チップコンデンサの他方の前記端子は、他の
前記コネクタ端子に表面実装されることを特徴とする圧力センサ。 A pressure sensor chip for detecting the pressure of the fluid; a box-type package in which the pressure sensor chip is housed and a pressure introduction hole for introducing the fluid pressure is provided; and the package is housed in the interior. A box-shaped housing having a through-hole communicating with the pressure introduction hole on the inner bottom surface; a connector portion that is connected to an external connector and outputs a detection value detected by the pressure sensor chip; and both end portions And a noise reduction chip capacitor in which each terminal is disposed,
The connector portion is formed integrally with the housing so as to surround a plurality of connector terminals electrically connected to the pressure sensor chip and extending from the package, and one end of the connector terminal. And a mating part
The connector terminal is formed in a long strip shape, and is fixed by caulking along the inner bottom surface of the housing, and one of the terminals of the chip capacitor is any one of a plurality.
The pressure sensor is surface-mounted on one of the connector terminals, and the other terminal of the chip capacitor is surface-mounted on the other connector terminal.
チップコンデンサの前記両端部が各々嵌入される溝部が形成されることを特徴とする請求
項1記載の圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1, wherein a groove portion into which the both end portions of the chip capacitor are respectively inserted is formed at a position where the terminal of the chip capacitor of the connector terminal is surface-mounted.
The pressure sensor according to claim 2, wherein the groove is formed in a V shape.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2009149163A JP2011007533A (en) | 2009-06-23 | 2009-06-23 | Pressure sensor |
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JPWO2020012631A1 (en) * | 2018-07-13 | 2021-05-13 | 株式会社ミクニ | Detection device |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120904 |