JP2020008307A - 圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】出力値の安定化と小型化を図りつつコストも低減できる圧力検出ユニット及び圧力センサを提供する。【解決手段】圧力検出ユニットは、流体の圧力を受けるダイアフラム５０と、前記ダイアフラム５０との間に媒質が封入された受圧空間Ｓ１を形成するベース４０と、前記受圧空間Ｓ１内において前記ベース４０に配置され、前記媒質に伝達された圧力を検出して電気的圧力信号に変換する圧力検出装置６０と、前記圧力検出装置６０と外部の電気回路との間で、電気的接続を行うための複数の端子ピン７０〜７４と、を有し、前記ダイアフラム５０及び前記ベース４０の前記受圧空間Ｓ１に面する部位に絶縁層を形成した。【選択図】図３

Description

本発明は、圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサに関する。

冷凍冷蔵装置や空調装置に装備されて冷媒圧力を検知したり、産業用機器に装備されて各種の流体圧力を検知するために、圧力検出装置を備えた圧力センサが使用されている。このような圧力検出装置の一タイプにおいては、ダイアフラムで区画されてオイルが封入された受圧室内に圧力検出装置としてのセンサチップを配置しており、これにより受圧空間内の圧力変化を電気的圧力信号に変換して外部に出力する機能を備えている。

ところで、かかるタイプの圧力センサにおいて、何らかの要因で静電気を帯び、出力値が影響を受ける懸念がある。

そこで、オイルが封入された受圧空間、特にセンサチップとダイアフラムとの間に導電性部材を配置して、この導電性部材をセンサチップ内の電気回路のゼロ電位に接続することで除電を図るものが、下記の特許文献に開示されている。

特許第３９８７３８６号明細書

ここで、特許文献１の従来技術によれば、金属製の下板と金属部材とで円筒状の空間を形成し、その内部にセンサチップを配置したり、オイル充填用パイプ、支持リングまたはリング状の金属部材の上端に金属部材を接合している。しかしながら、このような態様で金属部材を接合すると、製作工数が増大しコストが上昇する。また、支持リングやリング状の金属部材を設置するスペースが必要になるため、圧力センサの大型化を招いている。

本発明の目的は、出力値の安定および小型化を図りつつコストも低減できる圧力検出ユニット及び圧力センサを提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の圧力検出ユニットは、
流体の圧力を受けるダイアフラムと、
前記ダイアフラムとの間に媒質が封入された受圧空間を形成するベースと、
前記受圧空間内において前記ベースに配置され、前記受圧空間内の圧力を検出して電気的圧力信号に変換する圧力検出装置と、
前記圧力検出装置と外部の電気回路との間で、電気的接続を行うための複数の端子ピンと、を有し、
前記ダイアフラム及び前記ベースの前記受圧空間に面する部位に絶縁層を形成した、
ことを特徴とする。

本発明によれば、出力値の安定および小型化を図りつつコストも低減できる圧力検出ユニット及び圧力センサを提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる圧力検出ユニットの上面図である。 図２は、図１のＸ−Ｘ線における断面を側面視したものを示す図である。 図３は、図２の構成をＡ−Ａ線で切断して矢印方向に見た横断面図である。 図４は、図２の構成をＢ−Ｂ線で切断して矢印方向に見た横断面図である。 図５は、圧力センサの一実施形態を示す縦断面図である。 図６は、第１の変形例にかかる図５に対応する断面図である。 図７は、第２の変形例にかかる圧力検出ユニット２Ａの縦断面図である。 図８は、図７のＣ−Ｃ線における断面を矢視方向に見た図である。 図９は、第３の変形例にかかる圧力検出ユニット２Ｂの縦断面図である。 図１０は、図９のＤ−Ｄ線における断面を矢視方向に見た図である。 図１１は、第４の変形例にかかる圧力検出ユニット２Ｃの縦断面図である。 図１２は、図１１のＥ−Ｅ線における断面を矢視方向に見た図である。 図１３は、第５の変形例にかかる圧力検出ユニット２Ｄの縦断面図である。 図１４は、図１３のＧ−Ｇ線における断面を矢視方向に見た図である。 図１５は、本発明の第２の実施形態にかかる圧力検出ユニットの上面図である。 図１６は、図１５のＨ−Ｈ線における断面を側面視した図である。 図１７は、第２の実施形態による圧力検出ユニットを取り付けた圧力センサの縦断面図である。 図１８は、第３の実施形態による圧力検出ユニットを取り付けた圧力センサの断面図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる実施の形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる圧力検出ユニットの上面図を示し、図２は、図１のＸ−Ｘ線における断面を側面視したものを示している。

図２において、圧力検出ユニット２は、図示されない流体流入管が接続される流体流入管２０を支持する皿状の受け部材３０と、受け部材３０に対向配置される皿状のベース４０と、受け部材３０とベース４０とにより外周が挟持される金属製のダイアフラム５０とを備えている。これら受け部材３０、ベース４０及びダイアフラム５０は、例えばステンレス合金等より形成されており、それらの外周部は溶接Ｗにより一体化されている。

ベース４０は、円盤状の本体４１と、フランジ部４２と、本体４１とフランジ部４２とを接続する環状の接続部４３とを有する。すなわちベース４０は、後述する受圧空間Ｓ１が形成されるように、図２で下面中央部が凹むような形状とされている。

ベース４０とダイアフラム５０との間には、密閉された受圧空間Ｓ１が形成され、ここにオイル等の絶縁性の液状媒質が充填される。また、接続部４３の内側における本体４１の受圧空間Ｓ１側の中央部には、後述する半導体型の圧力検出装置６０が取り付けられている。

図１に示すように、ベース４０における上記圧力検出装置６０の周囲位置には、３本の端子ピン７０、７２、７４が挿入される３つの貫通穴４０ａと、媒質注入用の孔４０ｂ（点線で図示）が形成されている。

３本の端子ピン７０、７２、７４は、それぞれベース４０に設けた貫通穴４０ａに挿通されることでベース４０を貫通するとともに、その下端が上記圧力検出装置６０と電気的に接続される。端子ピン７０、７２、７４と貫通穴４０ａとの間にはハーメチックシール４０ｃが設けられ、受圧空間Ｓ１を密封している。なお、孔４０ｂは受圧空間Ｓ１内に媒質が注入された後、金属製のボール４０ｄにより遮蔽され、ボール４０ｄがベース４０に溶接されることで密封される。

図２において、受け部材３０は、例えばステンレス鋼板等の金属材料から形成され、中央部が凹むようにプレス成形された皿状の部材であり、円形底部３１と、円形底部３１の外縁から上方に延在する円錐部３２と、円錐部３２の外縁から水平に延在するフランジ部３３とを有する。

円形底部３１の中央には、後述する流体流入管を取り付ける開口部３４が形成されており、フランジ部３３の上面には、ダイアフラム５０が接合されている。このような構造により、受け部材３０とダイアフラム５０との間には、検出対象である流体が流入する加圧空間Ｓ２が形成される。

ダイアフラム５０は、例えばステンレス鋼等の金属材料からなる円板状の薄板部材である。

圧力検出装置６０は、ベース４０の中央部に接着等によりダイボンディングされる。圧力検出装置６０は、ガラス製の支持基板６２と、それに接合された圧力検出素子（半導体チップ）６４とからなる。

圧力検出装置６０の圧力検出素子６４は、その表面に例えば８つのパッド（電極）を備えている。後述する図３を参照して、そのうち３つのパッドは、出力信号用の電源入力パッド６４ａ、アースパッド６４ｂ、及び信号出力用パッド６４ｃであり、残る５つは信号調整用パッド６４ｄである。

図３は、図２の構成をＡ−Ａ線で切断して矢印方向に見た横断面図であり、図４は、図２の構成をＢ−Ｂ線で切断して矢印方向に見た横断面図である。本実施の形態においては、ベース４０の本体４１と接続部４３とフランジ部４２の受圧空間Ｓ１に露出した面は、絶縁層ＩＳ（図３でダブルハッチングで示す）により被覆されている。ただし、圧力検出装置６０の近傍は、その設置のため絶縁層ＩＳの被覆は除かれる。圧力検出素子６４の表面に、絶縁層ＩＳを被覆してもよい。

また、ダイアフラム５０における受圧空間Ｓ１に露出した面（全面）も、絶縁層ＩＳ（図４でダブルハッチングで示す）により被覆されている。

絶縁層ＩＳは、媒質に不溶なエポキシ樹脂またはシリコーンを主成分とする膜、もしくは絶縁性めっき（リン酸マンガン処理等）である。

＜圧力検出ユニットの組立工程＞
圧力検出ユニット２を組み立てる工程を、以下に説明する。前工程として、ベース４０の受圧空間Ｓ１に露出した面と、ダイアフラム５０の受圧空間Ｓ１に露出した面に、エポキシ接着剤を薄く塗布し、固化させる。次いで、ベース４０に形成された貫通穴４０ａに、電源入力用の端子ピン７０、アース用の端子ピン７２及び信号出力用の端子ピン７４をそれぞれ挿通し、３本の端子ピン７０、７２、７４と、ベース４０とをハーメチックシール４０ｃで接合固定する。

続いて、ベース４０の中央部に、圧力検出装置６０をダイボンディングする。その後、圧力検出装置６０の電源入力パッド６４ａ、アースパッド６４ｂ、及び信号出力用パッド６４ｃと、３本の端子ピン７０、７２、７４の一端とを、それぞれボンディングワイヤ７６を介して電気的に接続する。

尚、液状媒質を注入する前に、ベース４０内に露出した圧力検出装置６０の圧力検出素子６４における上述した８つのパッド６４ａ〜６４ｄに、それぞれ通電用のプローブを接触させ、圧力検出素子６４の温度補正作業（トリミング作業）を行うことで、端子ピンの数を３本に減らすことができる。これにより、ハーメチックシール４０ｃの径の増大や配置の自由度が向上し、絶縁距離を稼ぐことができる。ただし、パット数と同じ８本の端子ピンを設けてもよい。

ここでは、基準となる温度（例えば室温）下で圧力検出素子６４に荷重（圧力）を負荷した状態で、信号出力用パッド６４ｃあるいは信号調整用パッド６４ｄから出力される出力値を読み取り、所定の圧力と出力値との相関を取得して補正係数（補正関数）を設定する。

その後、受け部材３０とベース４０との間にダイアフラム５０を挟み込み、ベース４０とダイアフラム５０との間に形成される受圧空間Ｓ１に、孔４０ｂを介して液状媒質を充填し、ボール４０ｄで遮蔽してこれをベース４０に溶接し密封する。

かかる状態で、受け部材３０とベース４０との重ね合わせ部を、外周方向からレーザー光を照射して相対的に回転させ、連続的に周溶接（溶接部Ｗを形成）して一体化する。これにより、受け部材３０とダイアフラム５０とベース４０とが一体化される。

尚、周溶接の手法として、レーザー溶接に限られず、アーク溶接等の溶融溶接、あるいはシーム溶接等の抵抗溶接を適用することが可能であるが、溶接によるひずみの低減等を考慮すれば、入熱の小さいレーザー溶接や電子ビーム溶接等を適用することが好ましい。

＜圧力センサ＞
図５は、圧力センサの一実施形態を示す縦断面図である。図５に示すように、圧力センサ１は、横断面が例えば円管状である大径部１０aと、横断面が円環状、長円状、楕円状等である小径部１０ｂとが同軸に配列され、それぞれの端部同士を、段部１０ｃを介して接合した形状の樹脂製のカバー１０を有する。カバー１０の大径部１０aの内側には、圧力検出ユニット２が取り付けられている。

また、流体流入管２０の上端に円筒部２０ａが突出して形成されており、受け部材３０の中央に形成された開口部３４にロウ付け等の手法により密封的に嵌合固着されている。円筒部２０ａの内部には貫通路２０ｂが形成されていて、これを介して、受け部材３０の内部の加圧空間Ｓ２と流体流入管２０の内部とは連通している。

圧力検出ユニット２の３本の端子ピン（符号７０のみ図示）は、中継基板９０の配線に接続されている。

リード線９４は、当該圧力センサ１が設置された冷凍冷蔵装置や空調装置等の制御盤内に設けられた、図示されない電気回路に接続される。かかる電気回路から、リード線９４、端子ピンを介して圧力検出素子６４に電源電圧を印加することができ、また圧力検出用の信号を出力できる。

＜圧力センサの組立工程＞
図５に示す圧力センサ１を組み立てる際には、まず圧力検出ユニット２のベース４０から突出する３本の端子ピンの一端に、コネクタ９２を取り付けた中継基板９０を固着する。

一方、圧力検出ユニット２の受け部材３０の開口部３４に、流体流入管２０の円筒部２０aを取付固定する。

続いて、リード線９４を大径部１０aから挿入して小径部１０ｂを通して外部に露出するように、圧力検出ユニット２をカバー１０の大径部１０aに挿入する。

その後、大径部１０ａ側の開口端から樹脂Ｒ２を充填し、固化して圧力検出ユニット２をカバー１０内に固定する。同様に、カバー１０の小径部１０ｂ側の開口部から樹脂Ｒ１を充填し、固化して内部空間Ｓ３を封止する。

なお、樹脂Ｒ１、Ｒ２を充填する順番はいずれが先でもよい。

図５に示す圧力センサ１において、流体流入管２０に導入される圧力検出対象の流体は、圧力検出ユニット２の加圧空間Ｓ２に入り、その圧力でダイアフラム５０を変形させる。

ダイアフラム５０が変形すると、受圧空間Ｓ１内の液状媒質が加圧され、ダイアフラム５０を変形させた圧力が圧力検出装置６０の圧力検出素子６４に伝達される。

圧力検出素子６４は、上記伝達された圧力の変動を検知して電気信号に変換し、信号出力用の端子ピンを介して電気信号を中継基板９０に出力する。

そして、上記電気信号は中継基板９０の配線層に伝達され、さらにコネクタ９２及びリード線９４を介して外部の機器に出力される。

本実施の形態によれば、ベース４０の本体４１と接続部４３とフランジ部４２の受圧空間Ｓ１に露出した面と、ダイアフラム５０における受圧空間Ｓ１に露出した面とが、絶縁層ＩＳにより被覆されているので、受圧空間Ｓ１内に収容された液状媒質の帯電を抑制でき、それにより出力誤動作等の不具合が生ずることを回避できる。

＜第１の変形例＞
図６は、第１の変形例にかかる図５に対応する断面図である。本変形例にかかる圧力センサ１Ａにおいては、受け部材３０と、流体流入管２０との間に、セラミックス製の中間連結部材２１を設けている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

中間連結部材２１は、上部円筒２１ａと、下部円筒２１ｂと、上部円筒２１ａと下部円筒２１ｂとの間に配置されたフランジ部２１ｃと、上下に貫通した貫通孔２１ｄとから一体的に形成されている。上部円筒２１ａと下部円筒２１ｂの外周における、ロウ材と接触する面に予めメタライズ層（例えばＭｏ−Ｍｎ層等又はタングステン層を主成分とする）を形成しておくことにより、セラミックス材料とロウ材との濡れ性を高めることができる。フランジ部２１ｃは上下のロウ付け部間に介在して、これらがつながらないように機能する。かかる機能を強化するため周溝を設けてもよい。

中間連結部材２１は、上部円筒２１ａを受け部材３０の開口部３４に嵌合させて、ロウ付けを行うことで受け部材３０に接合され、また下部円筒２１ｂを流体流入管２０の上端の係合部２０ｃに係合させて、ロウ付けを行うことで流体流入管２０に接合される。これにより中間連結部材２１を介して受け部材３０と流体流入管２０を連結でき、貫通孔２１ｄと貫通路２０ｂが加圧空間Ｓ２に密封的に連通することになる。

本変形例によれば、絶縁体であるセラミックス製の中間連結部材２１を介して受け部材３０と流体流入管２０を連結しているので、圧力検出ユニット２の帯電をより効果的に抑制できる。流体流入管２０は銅製パイプであってもよい。

＜第２の変形例＞
図７は、第２の変形例にかかる圧力検出ユニット２Ａの縦断面図であり、図８は、図７の構成においてＣ−Ｃ線における断面を矢視方向に見た図である。本変形例では、端子ピン７０，７２，７４を周方向に等間隔に配置している。これにより、端子ピンをより内側に配置できると共に、ハーメチックシール４０ｃの径を更に拡大できる。

本変形例でもベース４０の受圧空間Ｓ１に露出した面と、ダイアフラム５０における受圧空間Ｓ１に露出した面とが、絶縁層ＩＳ（ハッチング省略）により被覆されている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

＜第３の変形例＞
図９は、第３の変形例にかかる圧力検出ユニット２Ｂの縦断面図であり、図１０は、図９の構成においてＤ−Ｄ線における断面を矢視方向に見た図である。本変形例では、ベース４０と圧力検出装置６０との間に除電板８０を形成している点が異なる。除電板８０は金属製の薄板であってよく、もしくはセラミックス製の薄板であれば、その表面にメタライズ層やメッキが形成されていると好ましい。

除電板８０は、アース用の端子ピン７２の下端とはんだ接合もしくはロウ付け（Ｆ）され、またボンディングワイヤ８１でアースパッド６４ｂに電気的に接続（結線）されている。

本変形例でもベース４０の受圧空間Ｓ１に露出した面と、ダイアフラム５０における受圧空間Ｓ１に露出した面とが、絶縁層ＩＳ（ハッチング省略）により被覆されている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

アースに接続した除電板８０を設けることで、帯電抑制効果がさらに高まる。また、ベース４０と圧力検出装置６０との間に除電板８０を配置したことで、ベース４０のひずみが圧力検出装置６０に伝わりにくいという効果もある。

＜第４の変形例＞
図１１は、第４の変形例にかかる圧力検出ユニット２Ｃの縦断面図であり、図１２は、図１１の構成においてＥ−Ｅ線における断面を矢視方向に見た図である。本変形例では、ベース４０と端子ピン７０，７２，７４を接合するハーメチックシール４０ｃを一体化している。

ベース４０は、本体４１に開口４１ａを有する。円盤状のハーメチックシール４０ｃは、周方向に等間隔に端子ピン７０，７２，７４を保持しており、開口４１aに嵌合するようにして接合されている。また、ハーメチックシール４０ｃは、中央に矩形開口４０ｅを有し、その内部にＳＵＳ製である角柱状の保持部４０ｆを接合している。保持部４０ｆ上に圧力検出装置６０が設置されている。なお、ハーメチックシール４０ｃの熱膨張係数は、ベース４０及び保持部４０ｆの線膨張係数に近づけることが好ましい。

本変形例でもベース４０の受圧空間Ｓ１に露出した面と、ダイアフラム５０における受圧空間Ｓ１に露出した面とが、絶縁層ＩＳ（ハッチング省略）により被覆されている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

＜第５の変形例＞
図１３は、第５の変形例にかかる圧力検出ユニット２Ｄの縦断面図であり、図１４は、図１３の構成においてＧ−Ｇ線における断面を矢視方向に見た図である。上述した実施の形態及び変形例では、ベース４０は平板をプレスすることにより成形していたが、本変形例のベース４０は、冷間鍛造により凹部４４を下面に有する円盤形状に成形している。これによりベース４０の形状精度を高めることができる。

本変形例でもベース４０の受圧空間Ｓ１に露出した面と、ダイアフラム５０における受圧空間Ｓ１に露出した面とが、絶縁層ＩＳ（ハッチング省略）により被覆されている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

＜第２の実施形態＞
図１５は、本発明の第２の実施形態にかかる圧力検出ユニット１００Ａの上面図を示し、図１６は、図１５の構成においてＨ−Ｈ線における断面を側面視したものを示している。

図１５、１６に示すように、圧力検出ユニット１００Ａは、セラミックスからなるベース１１０と、当該ベース１１０に対向する受け部材１２０と、ベース１１０及び受け部材１２０の間に挟まれたダイアフラム１３０及びリング部材１４０と、を含む。

ベース１１０は、円盤状の本体１１１と、本体１１１の外縁全周にて軸方向に環状に突出した突出部１１２とを備えている。すなわちベース１１０は、後述する受圧空間Ｓ１が形成されるように、図１６で下面中央部が凹むような形状とされている。

ベース１１０の突出部１１２の内側の下面１１４とダイアフラム１３０との間には、密閉された受圧空間Ｓ１が形成され、ここにオイル等の絶縁性の液状媒質が充填される。本実施の形態では、ベース１１０がセラミックス製であるため、それ自体絶縁性を有するが、リング部材１４０や端子ピンに対するロウ付け面が導電性を有する。そこで、受圧空間Ｓ１に露出したこれらロウ付け面を、絶縁層により被覆する。また、上述した実施の形態と同様に、ダイアフラム５０における受圧空間Ｓ１に露出した面（全面）も、絶縁層ＩＳ（図４参照）により被覆されている。これにより液状媒質の帯電を抑制できる。端子ピンに絶縁層を設けてもよい。

更に、突出部１１２の内側における本体１１１の受圧空間Ｓ１側の中央部には、圧力検出装置１５０が取り付けられている。

図１５に示すように、ベース１１０における上記圧力検出装置１５０の周囲位置には、３本の端子ピン１６０、１６２、１６４が挿入される３つの貫通穴１１６が形成されている。

３本の端子ピン１６０、１６２、１６４は、それぞれベース１１０に設けた貫通穴１１６に挿通されることでベース１１０を貫通するとともに、その下端が上記圧力検出装置１５０と電気的に接続される。

受け部材１２０は、例えばステンレス鋼板等の金属材料から形成され、中央部が凹むようにプレス成形された皿状の部材であり、円形底部１２１と、円形底部１２１の外縁から上方に延在する円錐部１２２と、円錐部１２２の外縁から水平に延在するフランジ部１２３とを有する。

円形底部１２１の中央には、後述する流体流入管を取り付ける開口部１２４が形成されており、フランジ部１２３の上面には、ダイアフラム１３０が接合されている。このような構造により、受け部材１２０とダイアフラム１３０との間には、検出対象である流体が流入する加圧空間Ｓ２が形成される。

圧力検出装置１５０は、ベース１１０の中央部に接着等によりダイボンディングされる。圧力検出装置１５０は、ガラス製の支持基板１５２とそれに接合された圧力検出素子（半導体チップ）１５４とからなる。

圧力検出素子１５４は、図３に示すような８つのパッド（電極）を備えている。そのうち３つのパッドは、出力信号用の電源入力パッド、アースパッド及び信号出力用パッドであり、残る５つは信号調整用パッドである。

＜圧力検出ユニット１００Ａの組立工程＞
圧力検出ユニット１００Ａを組み立てる工程を、以下に説明する。まずベース１１０に形成された貫通穴１１６に、電源入力用の端子ピン１６０、アース用の端子ピン１６２及び信号出力用の端子ピン１６４をそれぞれ挿通し、３本の端子ピン１６０、１６２、１６４と、ベース１１０とをロウ付けすることにより接合固定する。

具体的には、ベース１１０に形成された貫通穴１１６と端子ピン１６０、１６２、１６４との間に、それぞれ銀ロウ等のロウ材を介在させた状態で所定の温度に加熱することにより、ベース１１０のセラミックスと端子ピン１６０、１６２、１６４の金属との間にロウ付け部を形成する。

このとき、ロウ付け作業を行う前に、ベース１１０の上記ロウ材と接触する面に予めメタライズ層（例えばＭｏ−Ｍｎ層等又はタングステン層を主成分とする）を形成しておくことにより、セラミックス材料とロウ材との濡れ性を高めることができる。

続いて、リング部材１４０の上面１４１に、ベース１１０をロウ付けによって接合する。具体的には、ベース１１０とリング部材１４０との間に、例えば銀ロウ等のロウ材を介在させた状態で所定の温度に加熱することにより、ベース１１０のセラミックス材料とリング部材１４０の金属材料との間に全周でロウ付け部Ｂを形成する。

このとき、ロウ付け作業を行う前に、ベース１１０のロウ材と接触する面に予めメタライズ層（例えばＭｏ−Ｍｎ層等又はタングステン層を主成分とする）を形成しておくことにより、セラミックス材料とロウ材との濡れ性を高めることができる。

続いて、ベース１１０の中央部に、圧力検出装置１５０をダイボンディングする。その後、圧力検出装置１５０のアースパッド、電源入力パッド及び信号出力用パッドと、３本の端子ピン１６０、１６２、１６４の一端とを、それぞれボンディングワイヤ１６６を介して電気的に接続する。

更に、ベース１１０内に露出した圧力検出装置１５０の圧力検出素子１５４における上述した８つのパッドに、それぞれ通電用のプローブを接触させ、圧力検出素子１５４の温度補正作業（トリミング作業）を行う。

ここでは、基準となる温度（例えば室温）下で圧力検出素子１５４に圧力を負荷した状態で、信号出力用パッドあるいは調整用パッドから出力される信号の強度を読み取り、所定の圧力毎の信号の強度値との相関を取得して補正係数を設定する。

最後に、受け部材１２０とリング部材１４０との間にダイアフラム１３０を挟み込み、ベース１１０とダイアフラム１３０との間に形成される受圧空間Ｓ１に液状媒質を充填した状態で、受け部材１２０とリング部材１４０との重ね合わせ部を、外周方向からレーザー光を照射して相対的に回転させ、連続的に周溶接（Ｗ）して一体化する。これにより、受け部材１２０とダイアフラム１３０とリング部材１４０とが一体化されて受圧構造体を構成する。

尚、周溶接の手法として、レーザー溶接に限られず、アーク溶接等の溶融溶接、あるいはシーム溶接等の抵抗溶接を適用することが可能であるが、溶接によるひずみの低減等を考慮すれば、入熱の小さいレーザー溶接や電子ビーム溶接等を適用することが好ましい。

溶接部Ｗは、リング部材１４０とベース１１０の突出部１１２とのロウ付け部Ｂに対して圧力検出ユニット１００Ａの軸線Ｏ（図１６）に直交する方向に偏位しており、圧力検出ユニット１００の軸線方向から見て、ロウ付け部Ｂは溶接部Ｗと重ならない配置とされている。すなわち、溶接部Ｗをロウ付け部Ｂから遠ざけることで、溶接時の熱の影響がロウ付け部Ｂに及ぶことを抑制できる。

＜圧力センサ＞
図１７は、第２の実施形態による圧力検出ユニット１００Ａを取り付けた圧力センサ１Ｂの縦断面図である。

図１７に示すように、圧力センサ１Ｂは、図１５、１６で例示した本実施形態による圧力検出ユニット１００Ａと、当該圧力検出ユニット１００Ａに取り付けられる円筒形状のカバー１０と、上記圧力検出ユニット１００Ａから突出する３本の端子ピン（１６０のみ図示）の一端が取り付けられる中継基板９０と、中継基板９０に取り付けられるコネクタ９２と、コネクタ９２に接続されて外部の機器との間で電気信号等を送受するリード線９４と、圧力検出ユニット１００Ａの受け部材１２０に取り付けられる流体流入管２０と、を含む。

カバー１０は、大径部１２と小径部１４とを含む段付きの円筒形状を有する部材であって、大径部１２が上記圧力検出ユニット１００Ａの外周部を囲繞する態様で、圧力検出ユニット１００Ａにベース１１０側から取り付けられる。

図１７に示すように、カバー１０の内側には、ベース１１０を底面とする内部空間Ｓ３が形成されており、当該内部空間Ｓ３には、後述する中継基板９０とコネクタ９２とが収容されている。

カバー１０の内側に形成された内部空間Ｓ３には樹脂Ｒ１が充填され、固化されており、大径部１２の開口端側にも圧力検出ユニット１００Ａを覆う態様で樹脂Ｒ２が充填され、固化されている。

これらの樹脂Ｒ１及びＲ２は、カバー１０の内部に水分等が入り込むのを防止し、中継基板９０等の電気系を保護する。

中継基板９０は、ベーク基板やガラスエポキシ基板、セラミックス基板あるいはフレキシブル基板として形成され、その中央部にコネクタ９２の一端が取り付けられており、当該コネクタ９２の取付位置の周囲にビア電極及び金属配線層（図示せず）を有する。

コネクタ９２は、一端が中継基板９０に取り付けられるとともに、他端にはカバー１０の外部に延びるリード線９４が取り付けられる。

また、中継基板９０のビア電極には、圧力検出ユニット１００Ａのベース１１０から突出する３本の端子ピン（１６０のみ図示）の一端がそれぞれ貫通して固着されている。このとき、３本の端子ピンは、ビア電極と例えばハンダ付け等で電気的に固着接続される。

流体流入管２０は、例えば銅合金やアルミ合金等の金属材料からなる管状部材であって、上記圧力検出ユニット１００Ａの受け部材１２０に取り付けられる円筒部２０ａと、圧力検出対象の流体が流れる配管に接続される貫通路２０ｂと、を有する。

円筒部２０ａは、図１６に示した受け部材１２０の開口部１２４に、溶接、接着あるいは機械的締結等の任意の手法で取り付けられる。

＜圧力センサの組立工程＞
図１７に示す圧力センサ１Ｂを組み立てる際には、まず圧力検出ユニット１００Ａのベース１１０から突出する３本の端子ピンの一端に、コネクタ９２を取り付けた中継基板９０を固着する。

一方、圧力検出ユニット１００Ａの受け部材１２０の開口部１２４に、流体流入管２０の円筒部２０ａを取付固定する。

続いて、リード線９４を大径部１２から挿入して小径部１４を通して外部に露出するように、圧力検出ユニット１００Ａをカバー１０の大径部１２に挿入し、ベース１１０の上端を内径段部１３に突き当てる。このときベース１１０と大径部１２の内周との間には隙間ができる。

その後、カバー１０の小径部１４側の開口部から樹脂Ｒ１を充填し、固化して内部空間Ｓ３を封止する。

同様に、大径部１２側の開口端から樹脂Ｒ２を充填し、固化して圧力検出ユニット１００Ａをカバー１０内に固定する。

図１７に示す圧力センサ１Ｂにおいて、流体流入管２０に導入される圧力検出対象の流体は、圧力検出ユニット１００Ａの加圧空間Ｓ２に入り、その圧力でダイアフラム１３０を変形させる。

ダイアフラム１３０が変形すると、受圧空間Ｓ１内の液状媒質が加圧され、ダイアフラム１３０を変形させた圧力が圧力検出装置１５０の圧力検出素子１５４に伝達される。

圧力検出素子１５４は、上記伝達された圧力の変動を検知して電気信号に変換し、信号出力用の端子ピン１６４を介して電気信号を中継基板９０に出力する。

そして、上記電気信号は中継基板９０の配線層に伝達され、さらにコネクタ９２及びリード線９４を介して外部の機器に出力される。

これらの構成を備えることにより、本発明の一実施例による圧力検出ユニット１００Ａ及びこれを適用した圧力センサ１Ｂは、圧力検出装置１５０を取り付けるベース１１０を熱膨張係数の小さいセラミックス材料で形成したため、圧力検出ユニット１００Ａの組立製造時や圧力センサ１Ｂの使用温度環境の変化等によりベース１１０が膨張あるいは収縮することを抑制できる。

また、ベース１１０を熱膨張係数の小さいセラミックス材料で形成したことにより、従来の金属材料でベースを形成したものに比べて、高温あるいは低温の厳しい使用環境に晒された場合であってもベース１１０の形状や寸法の変動が小さくなるため、圧力検出装置１５０の温度環境による検出精度の低下を抑制することができる。

そして、ベース１１０をセラミックス材料で形成したことにより、従来型の圧力検出ユニットでベースに端子ピンを埋め込む際に用いられたガラス製のハーメチックシールをロウ付け部で代替できる。

さらに、本発明の一実施例による圧力検出ユニット１００Ａ及びこれを適用した圧力センサ１Ｂは、予め受け部材１２０とリング部材１４０との間にダイアフラム１３０を挟んで一体化した受圧構造体を形成し、当該受圧構造体のリング部材１４０にベース１１０を接合する構造としたため、薄板で比較的弱いダイアフラム１３０を受け部材１２０及びリング部材１４０で補強することができる。

＜第３の実施形態＞
図１８は、第３の実施形態による圧力検出ユニット１００Ｂを用いた圧力センサ１Ｃの断面図である。第２の実施の形態に対して、異なる部分について説明する。

圧力検出ユニット１００Ｂは、セラミックスからなるベース１１０と、当該ベース１１０に対向する受け部材１２０と、ベース１１０及び受け部材１２０の間に挟まれたダイアフラム１３０及びリング部材１４０と、を含む。圧力検出ユニット１００Ｂの基本的構成は、上述した実施の形態と同様であり、同様に組み付けられる。

本実施形態における受け部材１２０は、環状の板である。ベース１１０及びリング部材１４０は、上述した実施形態と同様な素材から形成されている。

圧力検出ユニット１００Ｂは、カシメ保持部材２５０を介して雄コネクタ２４０に連結されている。カシメ保持部材２５０は、中空の大円筒部２５１と、段付きフランジ部２５２と、小円柱部２５３とを直列に連結した構成を有する。

大円筒部２５１内において、段付きフランジ部２５２の上面中央に凹部２５４が形成され、その中央には連通孔２５５が形成されている。連通孔２５５は小円柱部２５３内を通過して、その下端で開口している。凹部２５４の周囲には、周溝２５６が形成され、その内部にＯ−リングＯＲ１が配置されている。

樹脂製の雄コネクタ２４０は、その下端に下部中空筒部２４１と、上部中空筒部２４２とを有し、下部中空筒部２４１の内部中央に中継基板９０が取り付けられている。圧力検出ユニット１００Ｂの３本の端子ピン（１６０，１６２のみ図示）と、中継基板９０とはフレキシブルプリント基板２４３により電気的に接続されている。

中継基板９０は、下部中空筒部２４１側から上部中空筒部２４２の内部へと延在するコネクタピン２４４に電気的に接続されている。不図示の雌コネクタを雄コネクタ２４０に嵌合させることで、圧力検出ユニット１００Ｂで検出した信号を、コネクタピン２４４を介して外部に出力できるようになっている。

組み付け時には、カシメ保持部材２５０の大円筒部２５１内に、圧力検出ユニット１００Ｂを挿入して、雄コネクタ２４０の下部中空筒部２４１の下端をベース１１０の上面に当接させる。その後、大円筒部２５１の上端を内側にカシメて塑性変形させ、それによりカシメ部２５７を形成して雄コネクタ２４０の下部中空筒部２４１の上端近傍に固定する。これにより、圧力検出ユニット１００Ｂが、カシメ保持部材２５０と雄コネクタ２４０とにより挟持されて保持される。ただし、大円筒部２５１とベース１１０との間には、径方向の隙間が存在する。

このとき、Ｏ−リングＯＲ１を介してカシメ保持部材２５０と受け部材１２０とが全周で当接し、液漏れを防止するようになっている。

一点鎖線で示す流体流入管２０は、例えば銅合金やアルミ合金等の金属材料からなる管状部材であって、カシメ保持部材２５０の小円柱部２５３の外周に螺合して接合され、更にＯ−リングＯＲ２によりその上端とカシメ保持部材２５０とが密封的に連結されている。

図１８に示す圧力センサ１Ｃにおいて、流体流入管２０に導入される圧力検出対象の流体は、圧力検出ユニット１００Ｂの加圧空間Ｓ２に入り、その圧力でダイアフラム１３０を変形させる。

ダイアフラム１３０が変形すると、受圧空間Ｓ１内の液状媒質が加圧され、ダイアフラム１３０を変形させた圧力が半導体型圧力検出装置１５０の圧力検出素子１５４に伝達される。

圧力検出素子１５４は、上記伝達された圧力の変動を検知して電気信号に変換し、信号出力用の端子ピン（不図示）及びフレキシブルプリント基板２４３を介して電気信号を中継基板９０に出力する。

そして、上記電気信号は中継基板９０の配線層に伝達され、さらにコネクタピン２４４を介して外部の機器に出力される。

本実施の形態においても、ベース１１０がセラミックス製であるため、それ自体絶縁性を有するが、リング部材１４０や端子ピンに対するロウ付け面が導電性を有する。そこで、受圧空間Ｓ１に露出したこれらロウ付け面を、絶縁層により被覆する。また、上述した実施の形態と同様に、ダイアフラム５０における受圧空間Ｓ１に露出した面（全面）も、絶縁層ＩＳにより被覆されている。これにより液状媒質の帯電を抑制できる。

なお、本発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、種々の改変を施すことがで
きる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 圧力センサ
２，２Ａ〜２Ｄ、１００、１００Ａ，１００Ｂ 圧力検出ユニット
１０ カバー
２０ 流体流入管
３０，１２０ 受け部材
４０，１１０ ベース
５０，１３０ ダイアフラム
６０，１５０ 圧力検出装置
７０，７２，７４ 端子ピン
１６０、１６２、１６４ 端子ピン
４０ｃ ハーメチックシール
８０ 除電板
９０ 中継基板
９２ コネクタ
９４ リード線
１４０ リング部材
２４０ 雄コネクタ
２５０ カシメ保持部材

Claims (7)

1. 流体の圧力を受けるダイアフラムと、
   前記ダイアフラムとの間に媒質が封入された受圧空間を形成するベースと、
   前記受圧空間内において前記ベースに配置され、前記受圧空間内の圧力を検出して電気信号に変換する圧力検出装置と、
   前記圧力検出装置と外部の電気回路との間で、電気的接続を行うための複数の端子ピンと、を有し、
   前記ダイアフラム及び前記ベースの前記受圧空間に面する部位に絶縁層を形成した、
   ことを特徴とする圧力検出ユニット。
2. 前記絶縁層は、エポキシ樹脂またはシリコーンを主成分とする膜である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力検出ユニット。
3. 前記絶縁層は、絶縁性めっきである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力検出ユニット。
4. 前記ベースは鋼製であって、前記ダイアフラムを挟んで前記ベースに対向する受け部材に溶接されており、前記ベースの前記受圧空間に面する面に前記絶縁層が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力検出ユニット。
5. 前記ベースはセラミックス製であって、前記ダイアフラムを挟んで前記ベースに対向するリング部材および前記ベースの貫通孔に挿入された前記端子ピンが、それぞれ前記ベースにロウ付けされており、前記ベースの前記受圧空間側の面に付着したロウの表面に前記絶縁層が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力検出ユニット。
6. 前記端子ピンは、前記ベースの貫通孔に挿入されてロウ付けされており、前記端子ピンに対する前記ベースのロウ付け面に前記絶縁層が形成されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の圧力検出ユニット。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧力検出ユニットを用いてなる、
   ことを特徴する圧力センサ。
   
   

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