JP2014016334A - 圧力センサー - Google Patents

Abstract

【課題】封入樹脂が熱によって膨張した場合に、または、封入樹脂が冷却されて収縮した場合にも、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に熱応力が発生せず、基板が破損損傷することがなく、確実に圧力の検出を行うことができる圧力センサーを提供する。
【解決手段】 流路１２が形成された継手部材１４と、継手部材１４の流路１２と対面するように配置された圧力検出エレメント１６と、圧力検出エレメントに接続された外部リード線５４と、カバー部材４２の内部に形成された間隙に充填され、接着剤を構成する封入樹脂部５２とを備え、圧力検出エレメント１６と、外部リード線５４を接続する基板３８とが、当接した状態で配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液封型の圧力センサーに関する。

従来より、流体圧検出用の圧力センサーとして、特許文献１（特開２０１２−６８１０５号公報）には、水分が外部から侵入しないように隙間のない構成にした液封型の圧力センサー１００が開示されている。

この圧力センサー１００は、図５に示したように、圧力検出エレメント１０２と、継手部材１０４と、カバー部材１０６との結合体により構成されている。

そして、圧力検出エレメント１０２の一方の端面（下底面）には、金属製のダイヤフラム１０８の外周縁部が溶接によって気密に固着されている。圧力検出エレメント１０２の下面に設けられたセンサーチップ１１０に、ワイヤーボンディング１１２を介して、リードピン１１４が接続されている。

さらに、図５に示したように、このリードピン１１４が基板１１６に接続され、外部リード線１１８に接続されている。そして、カバー部材１０６内の空間は、接着剤からなる封入樹脂１２２が封入されており、さらに、カバー部材１０６と継手部材１０４との間の空間にも、接着剤からなる封入樹脂１２４が封入されている。これにより、隙間がなく、水分などの液体が内部に浸入するのが阻止されるようになっている。

また、特許文献１の圧力センサー１００では、図５に示したように、防水ケースを構成するカバー部材１０６の形状が、大径部であるカバー本体部１２０ａと、内径側に延設された段部１２０ｂと、この段部１２０ｂから垂直に立設された小径部１２０ｃとから構成されている構造である。

特開２０１２−６８１０５号公報

しかしながら、このような従来の特許文献１に記載されているような、液封型の圧力センサー１００では、図５に示したように、圧力検出エレメント１０２と基板１１６との間が、一定間隔離間した間隙Ｔが形成されている。

このため、この特許文献１の圧力センサー１００では、封入樹脂１２２が圧力検出エレメント１０２と基板１１６との間に入り込み、封入樹脂１２２が熱によって膨張した場合に、または、封入樹脂１２２が冷却されて収縮した場合に、図５の矢印Ａで示したように、熱応力が生じる。

これにより、その熱応力によって、基板１１６が破損損傷することがあり、確実に圧力の検出を行うことができないことになる。

また、封入樹脂１２２が熱によって膨張した場合に、または、封入樹脂１２２が冷却されて収縮した場合にも、圧力検出エレメント１０２と、外部リード線１１８を接続する基板１１６との間に熱応力が発生することになる。

これにより、圧力検出エレメント１０２と基板１１６とを接続するリードピン１１４との接続部分１２８が損傷して電気的接続が遮断されたり、基板１１６と外部リード線１１８とを接続する接続部分１３０が損傷して電気的接続が遮断されたりすることがあり、正確な圧力の検出が行えない。

さらに、図５に示したように、圧力検出エレメント１０２と、外部リード線１１８を接続する基板１１６とが、離間した状態で配置されているので、圧力検出エレメント１０２と、外部リード線１１８を接続する基板１１６との間に間隙Ｔが存在する。このため、接着剤を構成する封入樹脂１２２の量が多く必要で、コストを高くなるとともに、圧力センサー自体が大型化してしまうことになる。

本発明は、このような現状に鑑み、封入樹脂が熱によって膨張した場合に、または、封入樹脂が冷却されて収縮した場合にも、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に熱応力が発生せず、基板が破損損傷することがなく、確実に圧力の検出を行うことができる圧力センサーを提供することを目的とする。

また、本発明は、封入樹脂が熱によって膨張した場合に、または、封入樹脂が冷却されて収縮した場合にも、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に熱応力が発生せず、圧力検出エレメントと基板とを接続するリードピンとの接続部分が損傷して電気的接続が遮断されたり、基板と外部リード線とを接続する接続部分が損傷して電気的接続が遮断されたりすることがなく、確実に圧力の検出を行うことができる圧力センサーを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、接着剤を構成する封入樹脂の量が少なくなり、コストを低減することができるとともに、圧力センサーをコンパクトで小型化することが可能な圧力センサーを提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の圧力センサーは、
流路が形成された継手部材と、
前記流路内の流体の圧力を検出するために、前記継手部材に固着され、継手部材の流路と対面するように配置された圧力検出エレメントと、
前記圧力検出エレメントに接続された外部リード線と、
カバー部材の内部に形成された間隙に充填され、接着剤を構成する封入樹脂部と、
を備え、
前記圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板とが、当接した状態で配置されていることを特徴とする。

このように構成することによって、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板とが、当接した状態で配置されているので、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に間隙が存在しない。このため、接着剤を構成する封入樹脂を注入した場合にも、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に封入樹脂が存在しないことになる。

従って、封入樹脂が熱によって膨張した場合に、または、封入樹脂が冷却されて収縮した場合にも、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に熱応力が発生せず、基板が破損損傷することがなく、確実に圧力の検出を行うことができる。

また、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に熱応力が発生しないので、圧力検出エレメントと基板とを接続するリードピンとの接続部分が損傷して電気的接続が遮断されたり、基板と外部リード線とを接続する接続部分が損傷して電気的接続が遮断されたりすることがなく、確実に圧力の検出を行うことができる。

さらに、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板とが、当接した状態で配置されているので、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に間隙が存在しない。このため、接着剤を構成する封入樹脂の量が少なくなり、コストを低減することができるとともに、圧力センサーをコンパクトで小型化することが可能である。

また、本発明の圧力センサーは、前記カバー部材が、封入樹脂部を収容する部分において、略鉛直に立設された部分を備えた筒形状であることを特徴とする。

このように構成することによって、カバー部材が、封入樹脂部を収容する部分において、略鉛直に立設された部分を備えた筒形状であるので、従来のように、内径側に延設された段部が存在せず、カバー部材の封入樹脂部が開放された状態となっている。

従って、封入樹脂が熱によって膨張した場合にも、封入樹脂と圧力検出エレメントのエレメント本体との間で、熱応力によって剥離が生じることがなく、外部から水分が浸入して、絶縁不良や、圧力検出エレメントに腐食などの影響を及ぼすことがなく、正確な圧力の検出が行える。

また、カバー部材が、封入樹脂部を収容する部分において、略鉛直に立設された部分を備えた筒形状であるので、従来のように、内径側に延設された段部、小径部が存在せず、カバー部材の封入樹脂部が開放された状態となっている。

従って、封入樹脂を入れる際に、注入作業が容易で、手間がかからず、コストも低減でき、しかも、防水ケースを構成するカバー全体に樹脂が行き渡り、注入不良が生じたり、気泡が発生して、クラックが生じたりすることなく、外部から水分が浸入して、絶縁不良や、圧力検出エレメントに腐食などの影響を及ぼすことがなく、正確な圧力の検出が行える。

本発明によれば、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板とが、当接した状態で配置されているので、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に間隙が存在しない。このため、接着剤を構成する封入樹脂を注入した場合にも、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に封入樹脂が存在しないことになる。

従って、封入樹脂が熱によって膨張した場合に、または、封入樹脂が冷却されて収縮した場合にも、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に熱応力が発生せず、基板が破損損傷することがなく、確実に圧力の検出を行うことができる。

また、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に熱応力が発生しないので、圧力検出エレメントと基板とを接続するリードピンとの接続部分が損傷して電気的接続が遮断されたり、基板と外部リード線とを接続する接続部分が損傷して電気的接続が遮断されたりすることがなく、確実に圧力の検出を行うことができる。

さらに、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板とが、当接した状態で配置されているので、圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板との間に間隙が存在しない。このため、接着剤を構成する封入樹脂の量が少なくなり、コストを低減することができるとともに、圧力センサーをコンパクトで小型化することが可能である。

図１は、本発明の圧力センサーの縦断面図である。 図２は、本発明の圧力センサーの別の実施例の縦断面図である。 図３は、図２の本発明の圧力センサーの部分拡大縦断面図である。 図４は、応力解析を示す図である。 図５は、従来の液封型の圧力センサー１００を示した縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。

図１は、本発明の圧力センサーの縦断面図である。

図１において、符号１０は、全体で本発明の圧力センサーを示している。

図１に示したように、本発明の圧力センサー１０は、液封型の圧力センサーであり、流路１２が形成された継手部材１４と、流路１２内の流体の圧力を検出する圧力検出エレメント１６とを備えている。

そして、この継手部材１４の流路１２と対面するように、圧力検出エレメント１６が配置され、その周縁部で継手部材１４と溶接され固着されている。

圧力検出エレメント１６は、例えば、ステンレス、アルミニウムなどの金属製のエレメント本体１８を備えており、このエレメント本体１８に形成された中央開口２０内に、ハーメチックガラス２２が嵌め込まれて固着されている。

また、図１に示したように、圧力検出エレメント１６のエレメント本体１８と、金属製のダイヤフラム２４と、連通孔２６が形成されたダイヤフラム保護カバー２８とが、それらの外周縁部において溶接によって一体的に固着されている。

そして、この構造によって、エレメント本体１８の中央開口２０の部分において、ハーメチックガラス２２とダイヤフラム２４との間に、オイルが封入される液封室３０が形成されている。

一方、図１に示したように、ハーメチックガラス２２の液封室３０の側の面部には、ワンチップ構造のセンサーチップ３２が接着剤によって固定されている。

このセンサーチップ３２は、液封室３０内に配設されており、圧力を検出する圧力素子と、この圧力検出素子の出力信号を処理する集積化された電子回路とが一体に形成された圧力センサーチップとして構成されている。

また、ハーメチックガラス２２には、センサーチップ３２に対する信号の入出力を行うための複数個のリードピン３４が、それぞれ、貫通状態で、ハーメチック処理により固定されている。
この実施例では、図示しないが、リードピン３４は全部で８本設けられている。すなわち、入出力用の端子として後述する、外部リード線６２ａ（Ｖｏｕｔ）、６２ｂ（Ｖｃｃ）、６２ｃ（ＧＮＤ）用の３本のリードピン３４と、センサーチップ３２の調整用の端子として５本のリードピン３４とが設けられている。

リードピン３４は、例えば、金製またはアルミニウム製のワイヤー３６によって、センサーチップ３２と導通接続（ワイヤーボンディング）され、センサーチップ３２の外部出力端子や外部入力端子を構成している。

そして、継手部材１４の流路１２から圧力室４０内に伝達された流体圧は、ダイヤフラム保護カバー２８の連通孔２６を通ってダイヤフラム２４の表面を押圧し、この押圧力を液封室３０内のセンサーチップ３２により検知するようにしている。

また、図１に示したように、圧力検出エレメント１６の上方には、圧力検出エレメント１６と、外部リード線５４を接続する基板３８とが、当接した状態で配置されている。この基板３８の一方の端部に形成された貫通孔３８ａを貫通するように、リードピン３４の先端３４ａが挿通され、基板３８の図示しない回路に電気的に、例えば、半田付けにより接続されている。

一方、基板３８の他方の端部には、外部リード線５４が、基板３８の図示しない回路に電気的に、例えば、半田付けにより接続されている。

また、図１に示したように、継手部材１４のフランジ部１４ａと当接した状態で、カバー部材４２の基端部４４が装着されている。カバー部材４２の基端部４４と、継手部材１４のフランジ部１４ａとの間は、例えば、半田付け、溶接、接着剤などによって固着されている。

なお、カバー部材４２の基端部４４と、継手部材１４のフランジ部１４ａとの間を固着したが、嵌合して装着するようにすることも可能である。

この場合、図１に示したように、カバー部材４２は、このように継手部材１４のフランジ部１４ａと当接する基端部４４と、圧力検出エレメント１６のエレメント本体１８に嵌合するエレメント本体嵌合部４６と、このエレメント本体嵌合部４６より小径で、封入樹脂部５２を収容する封入樹脂収容部４８とから、一体で構成されている。

また、図１に示したように、封入樹脂収容部４８は、封入樹脂収容部本体４８ａと、内径側に延設された段部４８ｂと、この段部４８ｂから垂直に立設された小径部４８ｃとから構成されている構造である。

また、図１に示したように、カバー部材４２は、この封入樹脂収容部４８の上方に開口部５０を有する筒形状となっている。

これにより、図１に示したように、カバー部材４２の封入樹脂収容部４８の内部に間隙Ｓが形成されており、この間隙Ｓに、カバー部材４２の開口部５０側から、接着剤を構成する封入樹脂が充填され、封入樹脂部５２が形成されている。

このように構成される本発明の圧力センサー１０では、図１に示したように、圧力検出エレメント１６と、外部リード線５４を接続する基板３８とが、当接した状態で配置されているので、圧力検出エレメント１６と、外部リード線５４を接続する基板３８との間に間隙が存在しない。このため、接着剤を構成する封入樹脂を注入した場合にも、圧力検出エレメント１６と、外部リード線５４を接続する基板３８との間に封入樹脂部５２が存在しないことになる。

従って、封入樹脂が熱によって膨張した場合に、または、封入樹脂が冷却されて収縮した場合にも、圧力検出エレメント１６と、外部リード線５４を接続する基板との間に熱応力が発生せず、基板３８が破損損傷することがなく、確実に圧力の検出を行うことができる。

また、圧力検出エレメント１６と、外部リード線５４を接続する基板３８との間に熱応力が発生しないので、圧力検出エレメント１６と基板３８とを接続するリードピン３４との接続部分（リードピン３４の先端３４ａ）が損傷して電気的接続が遮断されたり、基板３８と外部リード線５４とを接続する接続部分（５４ａ）が損傷して電気的接続が遮断されたりすることがなく、確実に圧力の検出を行うことができる。

図２は、本発明の圧力センサーの別の実施例の縦断面図、図３は、図２の本発明の圧力センサーの部分拡大縦断面図、図４は、応力解析を示す図である。

この実施例の圧力センサー１０は、図１〜図２に示した圧力センサー１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。

図１に示した実施例１の実施例の圧力センサー１０と同様に、圧力検出エレメント１６と、外部リード線５４を接続する基板３８とが、当接した状態で配置されている。

また、図２に示したように、カバー部材４２は、この封入樹脂収容部４８が、略鉛直に立設された部分を構成しており、その上方に開口部５０を有する筒形状となっている。

この場合、カバー部材４２の形状が、封入樹脂部５２を収容する部分である封入樹脂収容部４８において、略鉛直に立設された部分であるという意味における「略鉛直」とは、図３に示したように、例えば、圧力検出エレメント１６のエレメント本体１８の上面１８ａと、封入樹脂収容部４８とのなす角度αが、９０°近傍、好ましくは、９０°よりも±１°の範囲にあれば、後述する効果を奏することができる。

このように構成される本発明の圧力センサー１０では、図２に示したように、カバー部材４２が、封入樹脂部５２を収容する部分である封入樹脂収容部４８において、略鉛直に立設された部分であり、この略鉛直に立設された部分を備えた筒形状であるので、従来のように、内径側に延設された段部が存在せず、カバー部材４２の封入樹脂部５２が開放された状態となっている。

従って、封入樹脂が熱によって膨張した場合にも、または、封入樹脂が冷却されて収縮した場合にも、図３に示したように、封入樹脂部５２と圧力検出エレメント１６のエレメント本体１８との間（図３の楕円形で囲った部分Ａ）で、熱応力によって剥離が生じることがなく、外部から水分が浸入して、絶縁不良や、圧力検出エレメントに腐食などの影響を及ぼすことがなく、正確な圧力の検出が行える。

また、図２に示したように、カバー部材４２が、封入樹脂部５２を収容する部分である封入樹脂収容部４８において、略鉛直に立設された部分を備えた筒形状であるので、従来のように、内径側に延設された段部、小径部が存在せず、カバー部材４２の封入樹脂収容部４８の内部の間隙Ｓに封入された封入樹脂部５２が、カバー部材４２の開口部５０により開放された状態となっている。

従って、封入樹脂を入れる際に、注入作業が容易で、手間がかからず、コストも低減でき、しかも、防水ケースを構成するカバー部材４２全体に樹脂が行き渡り、注入不良が生じたり、気泡が発生して、クラックが生じたりすることなく、外部から水分が浸入して、絶縁不良や、圧力検出エレメント１６に腐食などの影響を及ぼすことがなく、正確な圧力の検出が行える。

図４は、１００℃から−４０℃に変化させた場合の応力解析を示す図であり、図４（Ａ）に示したように、特許文献１の圧力センサー１００のように、防水ケースを構成するカバー部材１０６の形状が、大径部であるカバー本体部１２０ａと、内径側に延設された段部１２０ｂと、この段部１２０ｂから垂直に立設された小径部１２０ｃとから構成されている構造であれば、封入樹脂１２２と、圧力検出エレメント１０２のエレメント本体１２６との間において、応力値が２１ＭＰａと大きい。

これに対して、図４（Ｂ）に示したように、本発明の圧力センサー１０のように、防水ケースを構成するカバー部材４２の形状が、封入樹脂部５２を収容する部分である封入樹脂収容部４８において、略鉛直に立設された部分であり、この略鉛直に立設された部分を備えた筒形状である場合には、応力値が６ＭＰａと、約３分の１に低減できることが分かる。

以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、上記実施例では、カバー部材４２を、継手部材１４のフランジ部１４ａと当接する基端部４４と、圧力検出エレメント１６のエレメント本体１８に嵌合するエレメント本体嵌合部４６と、このエレメント本体嵌合部４６より僅かに小径で、封入樹脂部５２を収容する封入樹脂収容部４８とから、一体で構成したが、別部材から構成して相互に固着したカバー部材とすることも可能であるなど本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明は、液封型の圧力センサーに適用することができる。

１０ 圧力センサー
１２ 流路
１４ 継手部材
１４ａ フランジ部
１６ 圧力検出エレメント
１８ エレメント本体
１８ａ 上面
２０ 中央開口
２２ ハーメチックガラス
２４ ダイヤフラム
２６ 連通孔
２８ ダイヤフラム保護カバー
３０ 液封室
３２ センサーチップ
３４ リードピン
３４ａ 先端
３６ ワイヤー
３８ 基板
３８ａ 貫通孔
４０ 圧力室
４２ カバー部材
４４ 基端部
４６ エレメント本体嵌合部
４８ 封入樹脂収容部
４８ａ 封入樹脂収容部本体
４８ｂ 段部
４８ｃ 小径部
５０ 開口部
５２ 封入樹脂部
５４ 外部リード線
１００ 圧力センサー
１０２ 圧力検出エレメント
１０４ 継手部材
１０６ カバー部材
１０８ ダイヤフラム
１１０ センサーチップ
１１２ ワイヤーボンディング
１１４ リードピン
１１６ 基板
１１８ 外部リード線
１２０ａ カバー本体部
１２０ｂ 段部
１２０ｃ 小径部
１２２ 封入樹脂
１２４ 封入樹脂
１２６ エレメント本体
１２８ 接続部分
１３０ 接続部分

Claims (2)

1. 流路が形成された継手部材と、
   前記流路内の流体の圧力を検出するために、前記継手部材に固着され、継手部材の流路と対面するように配置された圧力検出エレメントと、
   前記圧力検出エレメントに接続された外部リード線と、
   カバー部材の内部に形成された間隙に充填され、接着剤を構成する封入樹脂部と、
   を備え、
   前記圧力検出エレメントと、外部リード線を接続する基板とが、当接した状態で配置されていることを特徴とする圧力センサー。
2. 前記カバー部材が、封入樹脂部を収容する部分において、略鉛直に立設された部分を備えた筒形状であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー。

Images