JP2015219095A - 差圧センサおよび差圧センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサチップの耐圧性能の向上と熱応力緩和とを同時に実現する。【解決手段】センサチップ１の一方の上面（コバール台座１−６の上面）を第１の接着剤の層７−１を介してセンサ室３の上面側の内壁面（第１のハウジング２−１の内壁面）３ａに接合し、センサチップ１の他方の面（コバール台座１−７の底面）を第２の接着剤の層７−２を介してセンサ室３の下面側の内壁面（第２のハウジング２−２の内壁面）３ｂに接合する。第１の接着剤の層７−１は、センサダイアフラム１−１を構成する材料のヤング率に対して１／１０００以下のヤング率を有する接着剤の層とし、第２の接着剤の層７−２は、第１の接着剤の層７−１のヤング率に対して１００倍以上のヤング率を有する接着剤の層とする。【選択図】 図１

Description

この発明は、一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを用いた差圧センサおよび差圧センサの製造方法に関するものである。

従来より、工業用の差圧センサとして、一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを用いた差圧センサが用いられている。この差圧センサは、高圧側および低圧側の受圧ダイアフラムに加えられる流体圧力を、シリコーンオイル等の圧力伝達媒体（封入液）によってセンサダイアフラムの一方の面および他方の面に導き、そのセンサダイアフラムの歪みを例えば歪抵抗ゲージの抵抗値変化として検出し、この抵抗値変化を電気信号に変換して取り出すように構成されている。

このような差圧センサは、例えば石油精製プラントにおける高温反応塔等の被測定流体を貯蔵する密閉タンク内の上下２位置の差圧を検出することにより、液面高さを測定するときなどに用いられる。

図２４に従来の差圧センサの要部の構成を示す（例えば、特許文献１参照）。同図において、１−１はセンサダイアフラム、１−２および１−３はセンサダイアフラム１−１を挟んで接合された第１および第２のストッパ、１−４および１−５はストッパ１−２および１−３に接合された第１および第２のガラス台座であり、ストッパ１−２とガラス台座１−４とを第１の保持部材として、ストッパ１−３とガラス台座１−５とを第２の保持部材としてセンサチップ１が構成されている。センサダイアフラム１−１は、シリコンによって構成され、薄板状に形成されたダイアフラムの表面に歪抵抗ゲージが形成されている。ストッパ１−２，１−３もシリコンによって構成されている。

このセンサチップ１において、ストッパ１−２には凹部１−２ａが形成され、この凹部１−２ａの周縁部１−２ｂをセンサダイアフラム１−１の一方の面１−１ａに対面させて、ストッパ１−２がセンサダイアフラム１−１の一方の面１−１ａに接合されている。ストッパ１−３には凹部１−３ａが形成され、この凹部１−３ａの周縁部１−３ｂをセンサダイアフラム１−１の他方の面１−１ｂに対面させて、ストッパ１−３がセンサダイアフラム１−１の他方の面１−１ｂに接合されている。

ストッパ１−２，１−３の凹部１−２ａ，１−３ａは、センサダイアフラム１−１の変位に沿った曲面（非球面）とされており、その頂部に圧力導入孔（導圧孔）１−２ｃ，１−３ｃが形成されている。また、ガラス台座１−４，１−５にも、ストッパ１−２，１−３の導圧孔１−２ｃ，１−３ｃに対応する位置に、圧力導入孔（導圧孔）１−４ａ，１−５ａが形成されている。

このセンサチップ１はセンサハウジング（金属製のパッケージボディ）２の内部空間として形成されたセンサ室３に収容されている。この例では、センサチップ１の上面（ガラス台座１−４の上面）を開放状態とし、すなわちセンサチップ１の上面をセンサ室３の上面側の内壁面３ａには接合せずに、センサチップ１の底面（ガラス台座１−５の下面）をエポキシ系接着剤を塗布してセンサ室３の下面側の内壁面３ｂに接合している。センサハウジング２には、ガラス台座１−５の導圧孔１−５ａに対応する位置に、圧力導入路（導圧路）２ｂが形成されている。

この差圧センサ１００では、流体圧力Ｐａがシリコーンオイル等の圧力伝達媒体を介して、ガラス台座１−４の導圧孔１−４ａおよびストッパ１−２の導圧孔１−２ｃを通り、センサダイアフラム１−１の一方の面１−１ａに印加される。また、流体圧力Ｐｂがシリコーンオイル等の圧力伝達媒体を介して、センサハウジング２の導圧路２ｂ、ガラス台座１−５の導圧孔１−５ａおよびストッパ１−３の導圧孔１−３ｃを通り、センサダイアフラム１−１の他方の面１−１ｂに印加される。

この場合、センサダイアフラム１−１の一方の面１−１ａに過大圧が印加されてセンサダイアフラム１−１が変位したとき、その変位面の全体がストッパ１−３の凹部１−３ａの曲面によって受け止められる。また、センサダイアフラム１−１の他方の面１−１ｂに過大圧が印加されてセンサダイアフラム１−１が変位したとき、その変位面の全体がストッパ１−２の凹部１−２ａの曲面によって受け止められる。

これにより、センサダイアフラム１−１に過大圧が印加された時の過度な変位が阻止され、センサダイアフラム１−１の周縁部に応力集中が生じないようにして、過大圧の印加によるセンサダイアフラム１−１の不本意な破壊を効果的に防ぎ、その過大圧保護動作圧力（耐圧）を高めることが可能となる。

特開２００５−６９７３６号公報

しかしながら、このような構造の差圧センサ１００は、例えば、圧力Ｐａを受けるセンサダイアフラム１−１の一方の面１−１ａ側を高圧側、圧力Ｐｂを受けるセンサダイアフラム１−１の他方の面１−１ｂ側を低圧側とした場合、低圧側に高圧側より高い圧力（逆圧）が加わると、壊れやすいという弱点を有している。

すなわち、この差圧センサ１００では、高圧側に低圧側より高い圧力が加えられた場合には、センサチップ１のセンサダイアフラム１−１とストッパ１−２との接合部４−１を剥離するように作用する高圧である圧力Ｐａで接合部４−１を押し付ける状態となるので耐圧性が高いが、低圧側に高圧側より高い圧力（逆圧）が加えられた場合には、センサチップ１のセンサダイアフラム１−１とストッパ１−３との接合部４−２を剥離するように作用する高圧である圧力Ｐｂより低い圧力である圧力Ｐａでのみ接合部４−２を押し付ける状態となるため、壊れやすくなる。

なお、通常、圧力Ｐａを受けるセンサダイアフラム１−１の一方の面１−１ａ側を高圧側、圧力Ｐｂを受けるセンサダイアフラム１−１の他方の面１−１ｂ側を低圧側として定めて使用すればよいと思われるが、このような構造の差圧センサ１００では、圧力Ｐａと圧力Ｐｂとの高低関係が逆転し得るような場合や、圧力Ｐａと圧力Ｐｂとの高低関係は逆転しないが、センサダイアフラム１−１の一方の面１−１ａ側を低圧側、他方の面１−１ｂ側を高圧側として誤って選択してしまうこともあり、高圧側・低圧側を定めただけでは、センサチップ１の接合部４−１，４−２の剥離が生じ易いという弱点を解消することはできない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、センサチップの耐圧性能の向上と熱応力緩和とを同時に実現することが可能な差圧センサおよび差圧センサの製造方法を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムと、センサダイアフラムの一方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの一方の面へ第１の流体圧力を導く第１の導圧孔を有する第１の保持部材と、センサダイアフラムの他方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの他方の面へ第２の流体圧力を導く第２の導圧孔を有する第２の保持部材とを備えたセンサチップと、センサチップを収容するセンサ室と、センサ室の第１の内壁面まで第１の流体圧力を導く第１の導圧路と、センサ室の第１の内壁面と対向する第２の内壁面まで第２の流体圧力を導く第２の導圧路とを有するセンサハウジングとを備えた差圧センサにおいて、センサチップは、センサ室の第１の内壁面と第２の内壁面との間に、センサチップの一方の面とセンサ室の第１の内壁面との間に第１の接着剤の層を介して接合され、センサチップの他方の面とセンサ室の第２の内壁面との間に第２の接着剤の層を介して接合され、第１の接着剤の層は、センサダイアフラムを構成する材料のヤング率よりも小さいヤング率を有する接着剤の層とされ、第２の接着剤の層は、センサダイアフラムを構成する材料のヤング率よりも小さく且つ第１の接着剤の層のヤング率よりも大きいヤング率を有する接着剤の層とされていることを特徴とする。

本発明において、センサチップは、センサ室の第１の内壁面と第２の内壁面との間に、第１および第２の接着剤の層を介して接合される。この場合、センサチップは、その一方の面がセンサ室の第１の内壁面に第１の接着剤の層を介して接合され、その他方の面がセンサ室の第２の内壁面に第２の接着剤の層を介して接合されるので、センサ室の第１の内壁面と第２の内壁面との間にセンサチップが挟まれ、第１の流体圧力と第２の流体圧力との圧力の高低関係がどうであれ、大きな差圧が生じた場合でも、導入された圧力により、センサチップは第１の接着剤の層を介して第１の内壁面に、第２の接着剤の層を介して第２の内壁面に押し付けられる。これにより、センサダイアフラムと保持部材との剥離が抑制され、第１の流体圧力と第２の流体圧力との圧力の高低に係わらず、センサチップの接合部の剥離が避けられる。

また、本発明において、第１の接着剤の層は、センサダイアフラムを構成する材料のヤング率よりも小さいヤング率（例えば、センサダイアフラムを構成する材料のヤング率に対して１／１０００以下のヤング率）を有する接着剤の層とされ、第２の接着剤の層は、センサダイアフラムを構成する材料のヤング率よりも小さく且つ第１の接着剤の層のヤング率よりも大きいヤング率（例えば、第１の接着剤の層のヤング率に対して１００倍以上のヤング率）を有する接着剤の層とされる。このため、外部の熱がセンサ室の第１の内壁面や第２の内壁面からセンサチップへ伝導してきたような場合、第１の接着剤の層が引っ張り（圧縮）方向の熱応力を緩和する層の役割を果たし、熱膨張係数の違いによって生じるセンサチップの接合面への引っ張り（圧縮）方向の熱応力を緩和する。これにより、高圧時だけではなく、周囲温度が変化したような場合でも、センサチップの接合部の剥離が避けられる。

本発明によれば、センサチップをセンサ室の第１の内壁面と第２の内壁面との間に第１および第２の接着剤の層を介して接合するようにし、センサチップの一方の面とセンサ室の第１の内壁面との間の第１の接着剤の層をセンサダイアフラムを構成する材料のヤング率よりも小さいヤング率を有する接着剤の層とし、センサチップの他方の面とセンサ室の第２の内壁面との間の第２の接着剤の層をセンサダイアフラムを構成する材料のヤング率よりも小さく且つ第１の接着剤の層のヤング率よりも大きいヤング率を有する接着剤の層とするようにしたので、高圧時や周囲温度の変化時、センサチップの接合部に加わる圧力起因の応力や熱応力を緩和するようにして、センサチップの接合部の剥離を防止し、センサチップの耐圧性能の向上と熱応力緩和とを同時に実現することが可能となる。

本発明に係る差圧センサの第１の実施の形態（実施の形態１）の要部の構成を示す断面図である。 この差圧センサに用いるスペーサの外観斜視図である。 本発明に係る差圧センサの第２の実施の形態（実施の形態２）の要部の構成を示す断面図である。 本発明に係る差圧センサの第３の実施の形態（実施の形態３）の要部の構成を示す断面図である。 実施の形態２の差圧センサに用いるワッシャの内周面に突起を設けるようにした例を示す平面図および断面図（Ａ−Ａ線断面図）である。 実施の形態２の差圧センサに用いるコバール台座の外周面に切欠を設けるようにした例を示す平面図および断面図（Ｂ−Ｂ線断面図）である。 内周面に突起を設けたワッシャと外周面に切欠を設けたコバール台座とを組み合わせた状態を示す平面断面図（Ｄ−Ｄ線断面図）および縦断面図（Ｃ−Ｃ線断面図）である。 実施の形態２の差圧センサを製造する際の第１工程を説明する図である。 実施の形態２の差圧センサを製造する際の第２工程を説明する図である。 実施の形態２の差圧センサを製造する際の第３工程を説明する図である。 実施の形態２の差圧センサを製造する際の第４工程を説明する図である。 実施の形態２の差圧センサを製造する際の第５工程を説明する図である。 実施の形態２の差圧センサを製造する際の第６工程を説明する図である。 実施の形態２の差圧センサを製造する際の第７工程を説明する図である。 実施の形態２の差圧センサを製造する際の第８工程を説明する図である。 実施の形態２の差圧センサを製造する際の第９工程を説明する図である。 実施の形態２の差圧センサを製造する際の第１０工程を説明する図である。 実施の形態２の差圧センサを製造する際の第１１工程を説明する図である。 実施の形態２の差圧センサにおいてスペーサを第１のハウジングと第２のハウジングとの間に接着剤により固定するようにした例を示す図である。 実施の形態２の差圧センサにおいてスペーサを第１のハウジングと第２のハウジングとの間に溶接により固定するようにした例を示す図である。 実施の形態２の差圧センサにおいてスペーサを第１のハウジングと第２のハウジングとの間に嵌め合いによる圧入によって固定するようにした例を示す図である。 実施の形態２の差圧センサにおいてスペーサを用いずに第２のハウジングの内壁面の周囲を高くして第１のハウジングと第２のハウジングとをボルトによって締結固定するようにした例を示す図である。 実施の形態１の差圧センサにおいてセンサチップの上下のストッパに非球面の凹部を設けるようにした例を示す図である。 従来の差圧センサの要部の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１はこの発明に係る差圧センサの第１の実施の形態（実施の形態１）の要部の構成を示す断面図である。同図において、図２４と同一符号は図２４を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態１の差圧センサ２００Ａでは、センサハウジング２を第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２との２分割構造とし、この第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２とを２本のスペーサ５（５−１，５−２）を間に挟んで組み合わせている。

図２にスペーサ５の外観斜視図を示す。スペーサ５は円筒状とされ、その中央部に中空部５ａを備えており、センサハウジング２と同様、金属製（ステンレス製）とされている。

この例において、第１のハウジング２−１には段差孔２ｃ，２ｄが、第２のハウジング２−２にはネジ孔２ｅ，２ｆが形成されており、第１のハウジング２−１の段差孔２ｃ，２ｄからスペーサ５−１，５−２の中空部５−１ａ，５−２ａにボルト６−１，６−２を通し、このスペーサ５−１，５−２の中空部５−１ａ，５−２ａを通したボルト６−１，６−２の先端を第２のハウジング２−２のネジ孔２ｅ，２ｆに螺合することによって、第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２とを締結固定している。

また、この差圧センサ２００Ａでは、第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２との間の空間を、すなわち２本のスペーサ５−１，５−２を柱としてその周囲が開放された第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２との間の空間をセンサ室３とし、このセンサ室３にセンサチップ１を設けている。

本実施の形態において、センサチップ１は、センサダイアフラム１−１とストッパ１−２，１−３とガラス台座１−４，１−５との組立体をセンサ部Ｓとし、このセンサ部Ｓの上面と下面に台座１−６と台座１−７とを接合した構造とされている。

本実施の形態において、台座１−６および１−７はコバール（鉄にニッケル，コバルトを配合した合金）とされており、台座１−６および１−７はセンサ部Ｓの上面（ガラス台座１−４の上面）および下面（ガラス台座１−５の下面）にエポキシ系接着剤により接着されている。１ａ，１ｂはガラス台座１−４，１−５とコバールの台座１−６，１−７との間のエポキシ系接着剤の層である。以下、コバールの台座１−６および１−７をコバール台座と呼ぶ。

このセンサチップ１において、ストッパ１−２とガラス台座１−４とコバール台座１−６とが本発明でいう第１の保持部材に相当し、ストッパ１−３とガラス台座１−５とコバール台座１−７とが第２の保持部材に相当する。コバール台座１−６，１−７にも、ガラス台座１−４，１−５の導圧孔１−４ａ，１−５ａに対応する位置に、圧力導入孔（導圧孔）１−６ａ，１−７ａが形成されている。

なお、この実施の形態では、センサダイアフラム１−１の一方の面１−１ａ側が高圧側、他方の面１−１ｂ側が低圧側とされ、ストッパ１−３側にしか凹部１−３ａを設けていないが、ストッパ１−２側にも同様の凹部を設けるようにしてもよいことは言うまでもない。また、その凹部の形状は、センサダイアフラム１−１の変位に沿った曲面（非球面）とすることが望ましい。図２３に、差圧センサ２００Ａにおいて、ストッパ１−２，１−３に非球面の凹部１−２ａ，１−３ａを設けるようにした例を示す。

この差圧センサ２００Ａでは、第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２とがセンサ室３を挾んで対向しており、この対向する第１のハウジング２−１の内壁面がセンサ室３の上面側の内壁面３ａとされ、第２のハウジング２−２の内壁面がセンサ室３の下面側の内壁面３ｂとされている。以下、センサ室３の上面側の内壁面３ａを第１のハウジング２−１の内壁面、センサ室２−２の下面側の内壁面３ｂを第２のハウジング２−２の内壁面とも呼ぶ。

本実施の形態において、第１のハウジング２−１の内壁面３ａは平坦な面とされており、第２のハウジング２−２の内壁面３ｂにはその中央部に大径の段差孔２ｇが設けられている。センサチップ１は、一方の面（コバール台座１−６の上面）が第１のハウジング２−１の内壁面３ａに第１の接着剤の層７−１を介して接合され、他方の面（コバール台座１−７の底面）が第２のハウジング２−２の内壁面３ｂの大径の段差孔２ｇの底面３ｂ１に第２の接着剤の層７−２を介して接合されている。

本実施の形態において、第１の接着剤の層７−１は、センサダイアフラム１−１を構成する材料のヤング率に対して１／１０００以下のヤング率を有する接着剤の層とされている。また、第２の接着剤の層７−２は、第１の接着剤の層７−１のヤング率に対して１００倍以上のヤング率を有する接着剤の層とされている。この例では、センサダイアフラム１−１を構成する材料をシリコンとし、第１の接着剤の層７−１をフッ素系接着剤を硬化させた層とし、第２の接着剤の層７−２をエポキシ系接着剤を硬化させた層としている。

シリコンのヤング率は１９０GPa、フッ素樹脂を硬化させた時のヤング率は１０MPaであり、フッ素樹脂を硬化させた時のヤング率はシリコンのヤング率のほゞ１／１９０００となる。なお、フッ素系（シリコン系）の接着剤は、エポキシ系の接着剤に比べ、線膨張率で数倍、硬化時ヤング率は１００〜１０００分の１という物性を持つ。換言すれば、エポキシ系の接着剤は、フッ素系（シリコン系）の接着剤に比べ、線膨張率で数分の１、硬化時ヤング率は１００〜１０００倍という物性を持つ。以下、第１の接着剤の層７−１を軟接着層と呼び、第２の接着剤の層７−２をエポキシ接着層と呼ぶ。

第１のハウジング２−１には、コバール台座１−６の導圧孔１−６ａに対向する位置に圧力導入路（導圧路）２ａが形成されており、第２のハウジング２−２には、コバール台座１−７の導圧孔１−７ａに対向する位置に圧力導入路（導圧路）２ｂが形成されている。また、軟接着層７−１には、導圧孔１−６ａと導圧路２ａとを連通させる連通孔７−１ａが形成されており、エポキシ接着層７−２には、導圧孔１−７ａと導圧路２ｂとを連通させる連通孔７−２ａが形成されている。

導圧路２ａ、連通孔７−１ａおよび導圧孔１−６ａ，１−４ａ，１−２ｃは、高圧側の流体圧力Ｐａをセンサダイアフラム１−１の一方の面１−１ａに導く連通路とされ、この連通路にシリコーンオイル等の圧力伝達媒体が封入されている。また、導圧路２ｂ、連通孔７−２ａおよび導圧孔１−７ａ，１−５ａ，１−３ｃは、低圧側の流体圧力Ｐｂをセンサダイアフラム１−１の他方の面１−１ｂに導く連通路とされ、この連通路にシリコーンオイル等の圧力伝達媒体が封入されている。

なお、８はプリント基板であり、第２のハウジング２−２の内壁面３ｂの中央部に形成された段差孔２ｇの周縁面３ｂ２にエポキシ系接着剤によって接着されている。７−３はプリント基板８と第２のハウジング２−２の内壁面３ｂ（段差孔２ｇの周縁面３ｂ２）との間のエポキシ系接着剤の層である。また、シリコンチップ１のセンサ部Ｓとプリント基板８との間は、ワイヤボンド９によって電気的な接続が図られている。

この差圧センサ２００Ａでは、高圧側の流体圧力Ｐａが第１のハウジング２−１の導圧路２ａ、軟接着層７−１の連通孔７−１ａ、コバール台座１−６の導圧孔１−６ａ、ガラス台座１−４の導圧孔１−４ａおよびストッパ１−２の導圧孔１−２ｃを通り、センサダイアフラム１−１の一方の面１−１ａに印加される。また、低圧側の流体圧力Ｐｂが第２のハウジン２−２の導圧路２ｂ、エポキシ接着層７−２の連通孔７−２ａ、コバール台座１−７の導圧孔１−７ａ、ガラス台座１−５の導圧孔１−５ａおよびストッパ１−３の導圧孔１−３ｃを通り、センサダイアフラム１−１の他方の面１−１ｂに印加される。

この差圧センサ２００Ａにおいて、センサチップ１は、センサ室３の上面側の内壁面３ａと下面側の内壁面３ｂとの間に、軟接着層７−１およびエポキシ接着層７−２を介して接合されている。すなわち、センサチップ１の一方の面（コバール台座１−６の上面）が軟接着層７−１を介して第１のハウジング２−１の内壁面３ａに接合され、センサチップ１の他方の面（コバール台座１−７の底面）がエポキシ接着層７−２を介して第２のハウジング２−２の内壁面３ｂ（段差孔２ｇの底面３ｂ１）に接合されている。

この場合、センサチップ１は、センサ室３の上面側の内壁面３ａと下面側の内壁面３ｂとの間に挟まれ、流体圧力ＰａとＰｂとの圧力の高低関係がどうであれ、軟接着層７−１を介して内壁面３ａに、又はエポキシ接着層７−２を介して内壁面３ｂに押し付けられる。これにより、流体圧力ＰａとＰｂとの圧力の高低関係が逆転しても、センサチップ１のセンサダイアフラム１−１とストッパ１−２との接合部４−１およびセンサダイアフラム１−１とストッパ１−３との接合部４−２の剥離が避けられるものとなる。

また、この差圧センサ２００Ａにおいて、軟接着層７−１は、センサダイアフラム１を構成する材料のヤング率に対して１／１０００以下のヤング率を有する接着剤の層とされ、エポキシ接着層７−２は軟接着層７−１のヤング率に対して１００倍以上のヤング率を有する接着剤の層とされている。このため、外部の熱がセンサ室３の内壁面３ａや３ｂからセンサチップ１へ伝導してきたような場合、軟接着層７−１が引っ張り（圧縮）方向の熱応力を緩和する層の役割を果たし、熱膨張係数の違いによって生じるセンサチップ１の接合面への引っ張り（圧縮）方向の熱応力を緩和する。これにより、高圧時だけではなく、周囲温度が変化したような場合でも、センサチップ１の接合部４−１，４−２の剥離が避けられるものとなり、センサチップ１の耐圧性能の向上と熱応力緩和とを同時に実現することができるようになる。

仮に、接着層７−１と７−２を両方軟接着層とした場合には、圧力ＰａとＰｂとの差圧により、センサチップ１が全体として、ハウジング２−１もしくは２−２の側に移動してしまい、センサ室３の内壁面３ｂもしくは３ａへの押し付けが不十分となり、センサダイアフラム１−１とストッパ１−２，１−３間の剥離が生じる場合がある。また、接着層７−１と７−２を両方エポキシ接着層とすると、温度変化時の熱応力の影響を強く受けることとなるため、接着層７−１と７−２を軟接着層とエポキシ接着層の組み合わせとすることが重要である。

〔実施の形態２〕
図３に本発明に係る差圧センサの第２の実施の形態（実施の形態２）の要部を示す。

上述した実施の形態１の差圧センサ２００Ａでは、軟接着層７−１の接着面が一面であるため、硬化後の気密性が低く、内部からの圧力印加でリークパスを形成してしまう虞がある。また、軟接着層７−１の硬化後の引っ張り強度が小さいため、十分な強度を得るための接着面積が大きくなってしまう。すなわち、構造体、形成部品の小型化が困難である、というような問題が生じる虞がある。

そこで、図３に示した差圧センサ２００Ｂでは、軟接着層７−１の接合部にワッシャ１０を用いるようにし、軟接着層７−１の接着面を複数面として、接着面積を増やすと共に、リーク経路を折り曲げるようにしている。

すなわち、この差圧センサ２００Ｂでは、第１のハウジング２−１の内壁面３ａにワッシャ１０をエポキシ系接着剤によって接着し、センサチップ１の一方の面（コバール台座１−６の上面）をワッシャ１０の内周面で囲まれた空間内に位置させ、このワッシャ１０の内周面で囲まれた空間内をフッ素系接着剤で満たし、熱硬化させるようにしている。なお、図３において、７−４は、第１のハウジング２−１の内壁面３ａとワッシャ１０との間のエポキシ系接着剤の層である。

これにより、軟接着層７−１が、ワッシャ１０の内周面で囲まれた空間内に、センサチップ１の一方の面（コバール台座１−６の上面）、センサ室３の内壁面（第１のハウジング２−１の内壁面）３ａ、ワッシャ１０の内周面およびセンサチップ１の一方の面に連なる外周面（コバール台座１−６の外周面）を接着面として形成されるものとなり、軟接着層７−１の接着面積が増大する。また、リーク経路が折り曲げられ、リークパスの伸展が阻害され、気密性の高い構造となり、耐圧強度が飛躍的に向上する。

〔実施の形態３〕
図４に本発明に係る差圧センサの第３の実施の形態（実施の形態３）の要部を示す。

上述した実施の形態２の差圧センサ２００Ｂでは、軟接着層７−１の接合部に上下面が開放されたリング状のワッシャ１０を使用しているが、実施の形態３の差圧センサ２００Ｃでは、軟接着層７−１の接合部にざぐりワッシャ１１を使用する。

すなわち、この差圧センサ２００Ｃでは、第１のハウジング２−１の内壁面３ａにざぐりワッシャ１１の底面をエポキシ系接着剤によって接着し、センサチップ１の一方の面（コバール台座１−６の上面）をざぐりワッシャ１１の内周面で囲まれた空間内に位置させ、このざぐりワッシャ１１の内周面で囲まれた空間内をフッ素系接着剤で満たし、熱硬化させるようにしている。

これにより、軟接着層７−１が、ざぐりワッシャ１１の内周面で囲まれた空間内に、センサチップ１の一方の面（コバール台座１−６の上面）、センサ室３の内壁面（第１のハウジング２−１の内壁面）３ａ、ざぐりワッシャ１１の内周面、ざぐりワッシャ１１の内底面およびセンサチップ１の一方の面に連なる外周面（コバール台座１−６の外周面）を接着面として形成されるものとなり、軟接着層７−１の接着面積が増大すると共に、リーク経路の折り曲げ箇所が増大し、気密性がさらに向上するものとなる。

なお、例えば、実施の形態２の差圧センサ２００Ｂ（図３）において、図５に示すようにワッシャ１０の内周面に突起１０ａ，１０ａを設け、図６に示すようにコバール台座１−６の外周面に切欠１−６ｂ，１−６ｂを設け、図７に示すようにワッシャ１０とコバール台座１−６とを突起１０ａ，１０ａと切欠１−６ｂ，１−６ｂとを係合させて組み合わせ、ワッシャ１０の内周面で囲まれた空間内に軟接着層７−１を形成するようにしてもよい。このような構造とすることにより、軟接着層７−１の接着面積がさらに増大し、硬化後の引っ張り強度が大きくなる。これと同様の構造を実施の形態３の差圧センサ２００Ｃ（図４）でも採用するようにしてもよい。

また、実施の形態２の差圧センサ２００Ｂにおいて、ワッシャ１０の材料として、その線膨張係数がセンサチップ１の一方の面（コバール台座１−６の上面）の線膨張係数とセンサ室３の内壁面（第１のハウジング２−１の内壁面）３ａの線膨張係数との中間値となるような材質を用いると、より熱緩和効果が高まるものとなる。例えば、ＳＵＳ３０３または３０４とコバールの場合、ワッシャ１０の材料をＳＵＳ４３０などとする。実施の形態３の差圧センサ２００Ｃにおけるざぐりワッシャ１１についても、同様のことが言える。

〔差圧センサの製造方法〕
次に、実施の形態２の差圧センサ２００Ｂを例にとって、この差圧センサ２００Ｂの製造方法について説明する。

〔第１工程〕
まず、図８に示すように、第２のハウジング２−２の内壁面３ｂ（段差孔２ｇの底面３ｂ１）に、コバール台座１−７の底面（センサチップ１の他方の面）をエポキシ系接着剤を塗布し熱硬化させて接合する。これにより、第２のハウジング２−２の内壁面３ｂ（段差孔２ｇの底面３ｂ１）とセンサチップ１−１の他方の面（コバール台座１−７の底面）との間にエポキシ接着層７−２が形成される。

〔第２工程〕
次に、図９に示すように、第２のハウジング２−２の内壁面３ｂ（段差孔２ｇの底面３ｂ１）に接合されたコバール台座１−７の上面にセンサダイアフラム１−１とストッパ１−２，１−３とガラス台座１−４，１−５との組立体であるセンサ部Ｓの下面（ガラス台座１−５の下面）をエポキシ系接着剤を塗布し熱硬化させて接合する。これにより、センサ部Ｓの下面（ガラス台座１−５の下面）とコバール台座１−７の上面との間にエポキシ系接着剤の層１ｂが形成される。

〔第３工程〕
次に、図１０に示すように、第２のハウジング２−２の内壁面３ｂ（段差孔２ｇの周縁面３ｂ２）にプリント基板８をエポキシ系接着剤を塗布し熱硬化させて接合する。これにより、プリント基板８と第２のハウジング２−２の内壁面３ｂ（段差孔２ｇの周縁面３ｂ２）との間にエポキシ系接着剤の層７−３が形成され、プリント基板８が第２のハウジング２−２の内壁面３ｂ（段差孔２ｇの周縁面３ｂ２）に固定される。

〔第４工程〕
次に、図１１に示すように、ワイヤボンド９によって、第２のハウジングの内壁面３ｂ（段差孔２ｇの周縁面３ｂ２）に固定されたプリント基板８とコバール台座１−７の上面に接合されたセンサ部Ｓとの間の電気的な接続を図る。

〔第５工程〕
次に、図１２に示すように、コバール台座１−７の上面に接合されたセンサ部Ｓの上面（ガラス台座１−４の上面）にコバール台座１−６の底面をエポキシ系接着剤を塗布し熱硬化させて接合する。これにより、センサ部Ｓの上面（ガラス台座１−４の上面）とコバール台座１−６の底面との間にエポキシ系接着剤の層１ａが形成される。

〔第６工程〕
次に、図１３に示すように、第１のハウジング２−１の内壁面３ａにワッシャ１０をエポキシ系接着剤を塗布し熱硬化させて接合する。これにより、第１のハウジング２−１の内壁面３ａとワッシャ１０との間にエポキシ系接着剤の層７−４が形成される。なお、この第６工程の作業は、必ずしも第５工程の後でなくてもよく、後述する第９工程の前であれば、どの段階で行うようにしてもよい。

〔第７工程〕
次に、図１４に示すように、プリント基板８とセンサ部Ｓとの間の電気的な接続が図られた第２のハウジング２−２の内壁面３ｂ（段差孔２ｇの周縁面３ｂ２）に筒状のスペーサ５−１，５−２を設置する。

〔第８工程〕
次に、図１５に示すように、センサ部Ｓの上面（ガラス台座１−４の上面）に接合されたコバール台座１−６の上面にフッ素系接着剤７−１’を塗布する。

〔第９工程〕
次に、図１６に示すように、ワッシャ１０が固定された第１のハウジング２−１（図１３）と筒状のスペーサ５−１，５−２が設置されコバール台座１−６の上面にフッ素系接着剤７−１’が塗布された第２のハウジング２−２（図１５）とを組み合わせ、コバール台座１−６の上面をワッシャ１０の内周面で囲まれた空間内に位置させる。

この場合、コバール台座１−６の上面のフッ素系接着剤７−１’は熱硬化させる前の状態なので、ワッシャ１０の内周面で囲まれた空間内でつぶれて、コバール台座１−６の上面に連なる外周面との間の空間にも流れ込む。また、この時のフッ素系接着剤７−１’のコバール台座１−６の上面と第１のハウジング２−１の内壁面３ａとの間の厚みｔは、スペーサ５−１，５−２の長さＬで規定され、設計上の厚みｔが確保される。

〔第１０工程〕
次に、図１７に示すように、第９工程で組み合わされた第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２とを、筒状のスペーサ５−１，５−２にボルト６−１，６−２を通して締結固定する。

〔第１１工程〕
次に、第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２とを締結固定した状態でフッ素系接着剤７−１’を熱硬化させて、第１のハウジング２−１の内壁面３ｂにコバール台座１−６の上面（センサチップ１の一方の面）を接合する。これにより、図１８に示すように、ワッシャ１０の内周面で囲まれた空間内に、センサチップ１の一方の面（コバール台座１−６の上面）、センサ室３の内壁面（第１のハウジング２−１の内壁面）３ａ、ワッシャ１０の内周面およびセンサチップ１の一方の面に連なる外周面（コバール台座１−６の外周面）を接着面として、軟接着層７−１が形成される。

なお、上述した実施の形態では、第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２とを筒状のスペーサ５−１，５−２にボルト６−１，６−２を通して締結固定するようにしたが、例えば、図１９に示すように、スペーサ５−１，５−２を第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２との間に接着剤を用いて固定するようにしたり、図２０に示すように、スペーサ５−１，５−２を溶接によって接合するようにしてもよい。

なお、スペーサ５−１，５−２を接着剤を用いて固定する場合、スペーサ５−１，５−２を固定する接着剤は、フッ素系接着剤７−１’を熱硬化させる前にスペーサ５−１，５−２が固定されている必要があることから、フッ素系接着剤７−１’よりも硬化温度の低い接着剤（例えば、常温硬化する硬化時間が短い接着剤）を用いるようにする。また、図１９，図２０に示した例では、スペーサ５−１，５−２を筒状としているが、ボルトを通す必要がないので、スペーサ５−１，５−２は筒状としなくてもよい。

また、図２１に示すように、上下に凸部を設けたピン型のスペーサ５−１’，５−２’を用い、このピン型のスペーサ５−１’，５−２’の凸部の嵌め合いによる圧入によって、第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２とをスペーサ５−１’，５−２’を間に挾んで固定するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２との間に設けるスペーサを２本としているが、必ずしも２本に限られるものではない。また、必ずしもスペーサを用いなくてもよく、図２２に示すように、例えば第２のハウジング２−２の内壁面３ｂのセンサ室３を囲む周囲を高くし、この高くした周囲の壁２−２ａ，２−２ｂにネジ孔２ｅ，２ｆを設け、このネジ孔２ｅ，２ｆにボルト６−１，６−２を通して、第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２とを締結固定するようにしてもよい。この場合、ハウジング２−２の内壁面３ｂのセンサ室３を囲む周囲の壁２−２ａ，２−２ｂの高さＨによって、軟接着層７−１の厚みｔが規定される。

なお、第２のハウジング２−２の内壁面３ｂのセンサ室３の周囲を囲む壁２−２ａ，２−２ｂをリング状につながった１つの壁とするような場合には、この壁に配線を通す切欠を設けるようにする。第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２との間にスペーサ５−１，５−２を設けるタイプでは、スペーサ５−１，５−２を柱として第１のハウジング２−１と第２のハウジング２−２との間に作られるセンサ室３が外部へ大きく開いており、この開かれた空間が配線を通す切欠の役割を果たす。したがって、配線を通す切欠をわざわざ設ける必要がなく、配線作業も容易となる。

また、上述した実施の形態では、センサダイアフラム１−１を圧力変化に応じて抵抗値が変化する歪抵抗ゲージを形成したタイプとしているが、静電容量式のセンサチップとしてもよい。静電容量式のセンサチップは、所定の空間（容量室）を備えた基板と、その基板の空間上に配置されたダイアフラムと、基板に形成された固定電極と、ダイアフラムに形成された可動電極とを備えている。ダイアフラムが圧力を受けて変形することで、可動電極と固定電極との間隔が変化してその間の静電容量が変化する。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、各実施の形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１…センサチップ、Ｓ…センサ部、１−１…センサダイアフラム、１−１ａ…一方の面、１−１ｂ…他方の面、１−２，１−３…ストッパ、１−２ａ，１−３ａ…凹部、１−２ｂ，１−３ｂ…周縁部、１−２ｃ，１−３ｃ…圧力導入孔（導圧孔）、１−４，１−５…ガラス台座、１−４ａ，１−５ａ…圧力導入孔（導圧孔）、１−６，１−７…コバール台座、１−６ａ，１−７ａ…圧力導入孔（導圧孔）、２…センサハウジング、２−１…第１のハウジング、２−２…第２のハウジング、２ａ，２ｂ…圧力導入路（導圧路）、３…センサ室、３ａ…センサ室の上面側の内壁面（第１のハウジングの内壁面）、３ｂ…センサ室の下面側の内壁面（第２のハウジングの内壁面）、４−１，４−２…接合部、５（５−１，５−２）…スペーサ、６（６−１，６−２）…ボルト、７−１…第１の接着剤の層（軟接着層）、７−２…第２の接着剤の層（エポキシ接着層）、７−１ａ，７−２ａ…連通孔、８…プリント基板、９…ワイヤボンド、１０…ワッシャ、１１…ざぐりワッシャ、２００Ａ〜２００Ｃ…差圧センサ。

Claims (8)

1. 一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムと、前記センサダイアフラムの一方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの一方の面へ第１の流体圧力を導く第１の導圧孔を有する第１の保持部材と、前記センサダイアフラムの他方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの他方の面へ第２の流体圧力を導く第２の導圧孔を有する第２の保持部材とを備えたセンサチップと、
   前記センサチップを収容するセンサ室と、前記センサ室の第１の内壁面まで前記第１の流体圧力を導く第１の導圧路と、前記センサ室の前記第１の内壁面と対向する第２の内壁面まで前記第２の流体圧力を導く第２の導圧路とを有するセンサハウジングとを備えた差圧センサにおいて、
   前記センサチップは、
   前記センサ室の第１の内壁面と第２の内壁面との間に、前記センサチップの一方の面と前記センサ室の第１の内壁面との間に第１の接着剤の層を介して接合され、前記センサチップの他方の面と前記センサ室の第２の内壁面との間に第２の接着剤の層を介して接合され、
   前記第１の接着剤の層は、
   前記センサダイアフラムを構成する材料のヤング率よりも小さいヤング率を有する接着剤の層とされ、
   前記第２の接着剤の層は、
   前記センサダイアフラムを構成する材料のヤング率よりも小さく且つ前記第１の接着剤の層のヤング率よりも大きいヤング率を有する接着剤の層とされている
   ことを特徴とする差圧センサ。
2. 請求項１に記載された差圧センサにおいて、
   前記センサ室の第１の内壁面に固定されたワッシャを備え、
   前記センサチップの一方の面は、
   前記ワッシャの内周面で囲まれた空間内に位置し、
   前記第１の接着剤の層は、
   前記ワッシャの内周面で囲まれた空間内に、前記センサチップの一方の面、前記センサ室の第１の内壁面、前記ワッシャの内周面および前記センサチップの一方の面に連なる外周面を接着面として形成されている
   ことを特徴とする差圧センサ。
3. 請求項２に記載された差圧センサにおいて、
   前記ワッシャは、ざぐりワッシャとされ、
   前記第１の接着剤の層は、
   前記ざぐりワッシャの内周面で囲まれた空間内に、前記センサチップの一方の面、前記センサ室の第１の内壁面、前記ざぐりワッシャの内周面、前記ざぐりワッシャの内底面および前記センサチップの一方の面に連なる外周面を接着面として形成されている
   ことを特徴とする差圧センサ。
4. 請求項２又３に記載された差圧センサにおいて、
   前記ワッシャの線膨張係数は、前記センサチップの一方の面の線膨張係数と前記センサ室の第１の内壁面の線膨張係数との中間値とされている
   ことを特徴とする差圧センサ。
5. 請求項１に記載された差圧センサにおいて、
   前記センサハウジングは、
   前記センサ室の第１の内壁面とされる第１の壁面を有する第１のハウジングと、前記センサ室の第２の内壁面とされる第２の壁面を有する第２のハウジングとの２分割構造とされ、
   前記第１のハウジングと前記第２のハウジングとがスペーサを間に挾んで組み合わされている
   ことを特徴とする差圧センサ。
6. 請求項５に記載された差圧センサにおいて、
   前記スペーサは、筒状のスペーサとされ、
   前記筒状のスペーサにボルトを通して前記第１のハウジングと前記第２のハウジングとが締結固定されている
   ことを特徴とする差圧センサ。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載された差圧センサにおいて、
   前記第１の接着剤の層は、
   前記センサダイアフラムを構成する材料のヤング率に対して１／１０００以下のヤング率を有する接着剤の層とされ、
   前記第２の接着剤の層は、
   前記第１の接着剤の層のヤング率に対して１００倍以上のヤング率を有する接着剤の層とされている
   ことを特徴とする差圧センサ。
8. 一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムと、前記センサダイアフラムの一方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの一方の面へ第１の流体圧力を導く第１の導圧孔を有する第１の保持部材と、前記センサダイアフラムの他方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの他方の面へ第２の流体圧力を導く第２の導圧孔を有する第２の保持部材とを備えたセンサチップと、
   前記センサチップを収容するセンサ室と、前記センサ室の第１の内壁面まで前記第１の流体圧力を導く第１の導圧路と、前記センサ室の前記第１の内壁面と対向する第２の内壁面まで前記第２の流体圧力を導く第２の導圧路とを有し、前記センサ室の第１の内壁面とされる第１の壁面を有する第１のハウジングと前記センサ室の第２の内壁面とされる第２の壁面を有する第２のハウジングとの２分割構造とされたセンサハウジングとを備え、
   第１の接着剤の層を前記センサダイアフラムを構成する材料のヤング率よりも小さいヤング率を有する接着剤の層とし、第２の接着剤の層を前記センサダイアフラムを構成する材料のヤング率よりも小さく且つ前記第１の接着剤の層のヤング率よりも大きいヤング率を有する接着剤の層とし、前記第１のハウジングの第１の壁面と前記第２のハウジングの第２の壁面との間に、前記センサチップの一方の面を前記第１のハウジングの第１の壁面に前記第１の接着剤の層を介して接合し、前記センサチップの他方の面を前記第２のハウジングの第２の壁面に前記第２の接着剤の層を介して接合する差圧センサの製造方法であって、
   前記第２のハウジングの第２の壁面に前記センサチップの他方の面として第２の台座の底面を前記第２の接着剤を塗布し硬化させて接合する第１工程と、
   前記第２のハウジングの第２の壁面に接合された第２の台座の上面にセンサダイアフラムとストッパとガラス台座との組立体を前記センサチップのセンサ部として接合する第２工程と、
   前記第２のハウジングの第２の壁面にプリント基板を固定する第３工程と、
   前記第２のハウジングの第２の壁面に固定されたプリント基板と前記第２の台座の上面に接合されたセンサ部との間の電気的な接続を図る第４工程と、
   前記第２の台座の上面に接合されたセンサ部の上面に第１の台座の底面を接合する第５工程と、
   前記第１のハウジングの第１の壁面にワッシャを固定する第６工程と、
   前記プリント基板と前記センサ部との間の電気的な接続が図られた前記第２のハウジングの第２の壁面に筒状のスペーサを設置する第７工程と、
   前記センサ部の上面に接合された第１の台座の上面に前記第１の接着剤を塗布する第８工程と、
   前記ワッシャが固定された第１のハウジングと前記筒状のスペーサが設置され前記第１の台座の上面に第１の接着剤が塗布された第２のハウジングとを組み合わせ、前記第１の台座の上面を前記ワッシャの内周面で囲まれた空間内に位置させる第９工程と、
   前記組み合わされた第１のハウジングと第２のハウジングとを前記筒状のスペーサにボルトを通して締結固定する第１０工程と、
   前記第１のハウジングと第２のハウジングとを締結固定した状態で前記第１の接着剤を硬化させて前記第１のハウジングの第１の壁面に前記第１の台座の上面を前記センサチップの一方の面として接合する第１１工程と
   を備えることを特徴とする差圧センサの製造方法。

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