JP2020008394A - Pressure sensor and manufacturing method for pressure sensor - Google Patents

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倫久 青山
Tsunehisa Aoyama
倫久 青山
志村 智紀
Tomonori Shimura
智紀 志村
葉子 田村
Yoko Tamura
葉子 田村
元桐 向井
Gento Mukai
元桐 向井
開 荻原
Kai Ogiwara
開 荻原
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Fujikoki Corp
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Abstract

To provide a pressure sensor and a manufacturing method therefor, with which it is possible to suppress the ingress of a liquid such as water without increasing component counts.SOLUTION: The pressure sensor comprises: a male connector 190; a base 110 being in contact with the male connector 190; a ring member 140 joined to the base 110; a receive member 120 including a flange part 123 joined to the ring member 140 by welding; a diaphragm 130; a caulking member 180 for connecting the male connector 190 and the base 110; and a pressure detection device 150 attached to the base 110 on a pressure-receiving space S1 side formed between the base 110 and the diaphragm 130. The caulking member 180 is added with a heating medium from the axial direction of the receive member 120 and welded to the flange part 123 of the receive member 120 over the entire circumference and is connected the male connector 190 by being caulked thereto.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、圧力センサ及び圧力センサの製造方法に関する。   The present invention relates to a pressure sensor and a method for manufacturing a pressure sensor.

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半導体型圧力検出装置を収容した液封入式の圧力センサは、冷凍冷蔵装置や空調装置に装備されて冷媒圧力の検知に使用され、また自動車の燃料供給装置に装備されて燃料圧力の検知などに使用されている。   A liquid-filled pressure sensor containing a semiconductor-type pressure detector in a pressure-receiving chamber partitioned by a diaphragm and filled with oil is installed in a refrigeration unit or an air conditioner, and is used for detecting refrigerant pressure. It is installed in a fuel supply device and is used for detecting fuel pressure.

半導体型圧力検出装置は、上記受圧室内に配置され、受圧空間内の圧力変化を電気信号に変換し、中継基板及びリード線等を介して外部に出力する機能を有している。   The semiconductor type pressure detecting device is disposed in the pressure receiving chamber, and has a function of converting a pressure change in the pressure receiving space into an electric signal and outputting the electric signal to the outside via a relay board, a lead wire, and the like.

このような圧力センサは、設置される環境や装置の使用状況によっては、外部からセンサ内部に水等の液体が浸入してしまい、半導体型圧力検出装置に不具合を生じることがある。そこで、半導体型圧力検出装置が収容されているベースにカバーを取り付けて、当該カバー内部に接着剤を封入して水密性を高めた圧力センサが知られている(特許文献1参照)。   In such a pressure sensor, a liquid such as water may enter the inside of the sensor from the outside depending on the environment in which the pressure sensor is installed and the usage state of the device, which may cause a malfunction in the semiconductor pressure detection device. Therefore, there is known a pressure sensor in which a cover is attached to a base accommodating a semiconductor-type pressure detecting device, and an adhesive is sealed inside the cover to improve watertightness (see Patent Document 1).

特開2017−146136号公報JP 2017-146136 A

ところで、従来技術の圧力センサにおいては、カバー内部に接着剤を封入することで高い水密性を得ることができるが、それに伴い製造コストが増大する。一方、圧力センサの仕様によっては、高い水密性を必要としないこともある。   By the way, in the conventional pressure sensor, high watertightness can be obtained by enclosing the adhesive inside the cover, but the manufacturing cost increases accordingly. On the other hand, depending on the specifications of the pressure sensor, high watertightness may not be required.

ここで、特許文献1においては、O−リングなどの封止部材をカシメ部材と内部部品との間に配置した構成も開示されており、かかる構成を流用して圧力センサの軽便な水密性を確保しようとすることもできる。しかしながら、O−リングなどの封止部材を設けると、圧力センサの部品点数の増大を招くという問題がある。   Here, Patent Literature 1 also discloses a configuration in which a sealing member such as an O-ring is disposed between a caulking member and an internal component, and the configuration is diverted to make the pressure sensor light and watertight. You can also try to secure. However, when a sealing member such as an O-ring is provided, there is a problem that the number of components of the pressure sensor increases.

そこで、本発明の目的は、部品点数を増大させることなく、水等の液体が浸入することを抑制できる圧力センサ及び圧力センサの製造方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a pressure sensor and a method of manufacturing a pressure sensor that can suppress intrusion of a liquid such as water without increasing the number of parts.

上記目的を達成するために、本発明による圧力センサは、
コネクタ部材と、
前記コネクタ部材に当接するベースと、
前記ベースと接合されたリング部材と、
前記リング部材と溶接により接合されたフランジ部を備えた受け部材と、
前記リング部材と前記受け部材のフランジ部との間に挟まれたダイアフラムと、
前記ベースを収容する円筒部および前記円筒部の一端側に設けられた環状連結部を有し、前記コネクタ部材と前記ベースとを連結するカシメ部材と、
前記ベースと前記ダイアフラムとの間に形成された受圧空間内において、前記ベースに取り付けられた圧力検出装置と、を有し、
前記環状連結部と前記フランジ部の当接部分が溶接により接合され、
前記カシメ部材は、前記円筒部の他端側がカシメられて前記コネクタ部材に連結されている、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a pressure sensor according to the present invention comprises:
A connector member,
A base contacting the connector member;
A ring member joined to the base,
A receiving member having a flange portion joined by welding to the ring member,
A diaphragm sandwiched between the ring member and the flange portion of the receiving member,
A caulking member that has a cylindrical portion that accommodates the base and an annular connecting portion provided at one end side of the cylindrical portion, and that connects the connector member and the base;
In a pressure receiving space formed between the base and the diaphragm, a pressure detecting device attached to the base,
The annular connecting portion and the contact portion of the flange portion are joined by welding,
The caulking member is characterized in that the other end side of the cylindrical portion is caulked and connected to the connector member.

さらに、本発明による圧力センサの製造方法は、
コネクタ部材と、
前記コネクタ部材に当接するベースと、
前記ベースと接合されたリング部材と、
前記リング部材と溶接により接合されるフランジ部を備えた受け部材と、
前記リング部材と前記受け部材のフランジ部との間に挟まれたダイアフラムと、
前記ベースを収容する筒状部および前記円筒部の一端側に設けられた環状連結部を有し、前記コネクタ部材と前記ベースとをカシメにより連結するカシメ部材と、
前記ベースと前記ダイアフラムとの間に形成された受圧空間内において、前記ベースに取り付けられた圧力検出装置と、を有する圧力センサの製造方法であって、
前記カシメ部材の前記環状連結部は、前記受け部材の軸方向から加熱媒体を付与されて全周に沿って前記受け部材のフランジ部に溶接される、ことを特徴とする。
Further, the method for manufacturing a pressure sensor according to the present invention includes:
A connector member,
A base contacting the connector member;
A ring member joined to the base,
A receiving member having a flange portion joined to the ring member by welding,
A diaphragm sandwiched between the ring member and the flange portion of the receiving member,
A caulking member having a tubular portion for accommodating the base and an annular connecting portion provided at one end side of the cylindrical portion, and connecting the connector member and the base by caulking;
In a pressure receiving space formed between the base and the diaphragm, a pressure detection device attached to the base, a method for manufacturing a pressure sensor,
The annular connecting portion of the caulking member is provided with a heating medium from the axial direction of the receiving member and is welded to the flange portion of the receiving member along the entire circumference.

本発明によれば、部品点数を増大させることなく、水等の液体が浸入することを抑制できる圧力センサ及び圧力センサの製造方法を提供することができる。   Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a pressure sensor and a method of manufacturing a pressure sensor that can suppress intrusion of a liquid such as water without increasing the number of parts.

図1は、第1の実施形態による圧力検出ユニットの上面図である。FIG. 1 is a top view of the pressure detection unit according to the first embodiment. 図2は、図1の構成におけるA−A線における断面を側面視した図である。FIG. 2 is a side view of a cross section taken along line AA in the configuration of FIG. 図3は、第1の実施形態による圧力検出ユニット100を取り付けた圧力センサの縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the pressure sensor to which the pressure detection unit 100 according to the first embodiment is attached. 図4は、本実施形態による圧力センサの組立工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an assembly process of the pressure sensor according to the present embodiment. 図5は、第2の実施形態による圧力検出ユニットを用いた圧力センサの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a pressure sensor using the pressure detection unit according to the second embodiment.

<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の構成においてA−A線における断面を側面視したものを示している。
図1、2に示すように、圧力検出ユニット100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と、リング部材140と、カシメ部材180とを含む。
<First embodiment>
FIG. 1 is a top view of a pressure detecting unit according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of a cross section taken along line AA in the configuration of FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the pressure detection unit 100 includes a base 110 made of ceramics, a receiving member 120 facing the base 110, a diaphragm 130 sandwiched between the base 110 and the receiving member 120, and a ring. A member 140 and a caulking member 180 are included.

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2で下面中央部が凹むような形状とされている。   The base 110 includes a disk-shaped main body 111 and a protruding portion 112 that protrudes in the axial direction in a ring shape around the entire outer edge of the main body 111. That is, the base 110 has a shape such that the lower surface center portion is depressed in FIG. 2 so that a pressure receiving space S1 described later is formed.

ベース110を構成するセラミックス材料としては、例えば、アルミナやアルミナジルコニア等を用いることができる。   As a ceramic material forming the base 110, for example, alumina, alumina zirconia, or the like can be used.

ベース110の内側部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。また、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、後述する半導体型圧力検出装置150が取り付けられている。   A sealed pressure receiving space S1 is formed between the inner portion 114 of the base 110 and the diaphragm 130, and is filled with an insulating liquid medium such as oil. Further, a semiconductor-type pressure detecting device 150 described later is attached to a central portion of the main body 111 on the pressure receiving space S1 side inside the protruding portion 112.

図1に示すように、ベース110における上記半導体型圧力検出装置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。   As shown in FIG. 1, three through holes 116 into which three terminal pins 160, 162, and 164 are inserted are formed in the base 110 at positions around the semiconductor-type pressure detecting device 150.

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、その下端が上記半導体型圧力検出装置150と電気的に接続される。   The three terminal pins 160, 162, and 164 are respectively inserted into the through holes 116 provided in the base 110 to penetrate the base 110, and the lower ends thereof are electrically connected to the semiconductor-type pressure detecting device 150. You.

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成形された円形底部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、円形底部121の下面中央に接続した円管部124とを有する。円管部124は外部と接続するためのものであり、円形底部121の中央には開口部125が形成され、円管部124の内部と連通している。   The receiving member 120 is formed of, for example, a metal material such as a stainless steel plate, and has a circular bottom 121 formed with a concave central portion, a conical portion 122 extending upward from an outer edge of the circular bottom 121, and a conical portion 122. It has a flange portion 123 extending horizontally from the outer edge, and a circular tube portion 124 connected to the center of the lower surface of the circular bottom portion 121. The circular tube portion 124 is for connection to the outside, and an opening 125 is formed at the center of the circular bottom portion 121 and communicates with the inside of the circular tube portion 124.

フランジ部123の上面には、後述するようにして、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。   The diaphragm 130 is joined to the upper surface of the flange portion 123 as described later. With such a structure, a pressurized space S2 into which the fluid to be detected flows is formed between the receiving member 120 and the diaphragm 130.

ダイアフラム130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。また、リング部材140は、ステンレス鋼等の金属材料からなる環状に形成された部材である。   The diaphragm 130 is a disk-shaped thin plate member made of a metal material such as stainless steel. The ring member 140 is a ring-shaped member made of a metal material such as stainless steel.

カシメ部材180は、ステンレス鋼等の金属材料からなる管状部材であり、ベース110を収容する中空の円筒部181と、円筒部181の下端に連続して設けられた環状連結部182とを有する。円筒部181の上端は、薄肉部183となっている。   The caulking member 180 is a tubular member made of a metal material such as stainless steel, and has a hollow cylindrical portion 181 that accommodates the base 110 and an annular connecting portion 182 provided continuously at the lower end of the cylindrical portion 181. The upper end of the cylindrical portion 181 is a thin portion 183.

半導体型圧力検出装置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。半導体型圧力検出装置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。   The semiconductor pressure detecting device 150 is die-bonded to the center of the base 110 by bonding or the like. The semiconductor type pressure detection device 150 includes a support substrate 152 made of glass and a pressure detection element (semiconductor chip) 154 bonded thereto.

圧力検出素子154は、図示を省略するが、表面に例えば8つのボンディングパッド(電極)を備えている。そのうち3つのボンディングパッドは、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。   Although not shown, the pressure detecting element 154 has, for example, eight bonding pads (electrodes) on the surface. Three bonding pads are a power input pad for output signals, a ground pad, and a signal output pad, and the remaining five are signal adjustment pads.

<圧力検出ユニット100の組立工程>
圧力検出ユニット100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、アース用の端子ピン160、電源入力用の端子ピン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。
<Assembly process of pressure detection unit 100>
The process of assembling the pressure detection unit 100 will be described below. First, a ground terminal pin 160, a power input terminal pin 162, and a signal output terminal pin 164 are inserted into the through holes 116 formed in the base 110, respectively, and three terminal pins 160, 162, 164 are formed. And the base 110 by brazing.

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。   Specifically, the base 110 is heated to a predetermined temperature with a brazing material such as silver brazing interposed between the through-hole 116 formed in the base 110 and the terminal pins 160, 162, 164, respectively. A brazing portion is formed between the ceramic of 110 and the metal of the terminal pins 160, 162, 164.

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整合性を高めることができる。   At this time, before the brazing operation is performed, a metallized layer (for example, a Mo—Mn layer or the like or a tungsten layer as a main component) is formed in advance on a surface of the base 110 that comes into contact with the brazing material. The consistency between the material and the brazing material can be improved.

上記のロウ付けと同時に、リング部材140の上面141に、ベース110の突出部112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。   At the same time as the above brazing, the protruding portion 112 of the base 110 is joined to the upper surface 141 of the ring member 140 by brazing. Specifically, by heating to a predetermined temperature with a brazing material such as silver brazing interposed between the base 110 and the ring member 140, the ceramic material of the base 110 and the metal material of the ring member 140 are heated. And a brazing portion B is formed all around.

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整合性を高めることができる。   At this time, before the brazing operation is performed, a metallized layer (for example, a Mo—Mn layer or the like or a tungsten layer as a main component) is formed in advance on a surface of the base 110 that comes into contact with the brazing material. And the brazing material can be improved in consistency.

続いて、ベース110の中央部に、半導体型圧力検出装置150をダイボンディングする。その後、半導体型圧力検出装置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。   Subsequently, the semiconductor pressure detector 150 is die-bonded to the center of the base 110. After that, the ground pad, the power input pad, and the signal output pad of the semiconductor pressure detecting device 150 are electrically connected to one ends of the three terminal pins 160, 162, and 164 via the bonding wires 166, respectively.

更に、ベース110内に露出した半導体型圧力検出装置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。   Further, the above-mentioned eight pads of the pressure detection element 154 of the semiconductor type pressure detection device 150 exposed in the base 110 are each brought into contact with a current-carrying probe, and a temperature correction operation (trimming operation) of the pressure detection element 154 is performed. .

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に荷重(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(又は補正関数)を設定する。   Here, in a state where a load (pressure) is applied to the pressure detection element 154 at a reference temperature (for example, room temperature), an output value output from a signal output pad or an adjustment pad is read, and a predetermined pressure and output are output. A correction coefficient (or correction function) is set by acquiring a correlation with the value.

更に、受け部材120のフランジ部123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(第1の溶接部W1)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。   Further, the diaphragm 130 is sandwiched between the flange portion 123 of the receiving member 120 and the ring member 140, and the pressure receiving space S1 formed between the base 110 and the diaphragm 130 is filled with the liquid medium. The overlapped portion with the ring member 140 is relatively rotated by irradiating laser light from the outer peripheral direction, and is continuously integrated by circumferential welding (first welded portion W1). Thus, the receiving member 120, the diaphragm 130, and the ring member 140 are integrated to form a pressure receiving structure.

尚、周溶接の手法として、加熱媒体としてのレーザー光や電子ビームを照射するレーザー溶接に限られず、加熱媒体としてアークを用いる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。   The method of girth welding is not limited to laser welding that irradiates a laser beam or an electron beam as a heating medium, but may be fusion welding such as arc welding using an arc as a heating medium, or resistance welding such as seam welding. However, in consideration of a reduction in distortion due to welding, it is preferable to apply laser welding, electron beam welding, or the like having a small heat input.

第1の溶接部W1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100の軸線Oに直交する方向に偏位しており、すなわちロウ付け部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に及ぶことを極力抑制できる。   The first welded portion W1 is deviated in a direction perpendicular to the axis O of the pressure detecting unit 100 with respect to a brazed portion B between the ring member 140 and the protruding portion 112 of the base 110, that is, the brazed portion B By moving away from the brazing portion, the influence of heat during welding can be minimized from affecting the brazing portion B.

次いで、カシメ部材180を下方から相対的に接近させ、環状連結部182の上面を受け部材120のフランジ部123の下面に突き当てる。かかる状態を維持しつつ、受け部材120のフランジ部とカシメ部材180の環状連結部との径方向に当接した面(重ね合わせ部)を、軸方向に沿って(図2で上下方向に)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(第2の溶接部W2)して一体化する。ただし、円筒部181とベース110との間には、径方向に筒状の隙間が存在する。   Next, the caulking member 180 is relatively approached from below, and the upper surface of the annular connecting portion 182 is abutted against the lower surface of the flange portion 123 of the receiving member 120. While maintaining such a state, the surface (overlapping portion) in which the flange portion of the receiving member 120 and the annular connecting portion of the caulking member 180 abut in the radial direction is moved along the axial direction (vertically in FIG. 2). The laser beam is irradiated to rotate relatively, and the circumference is continuously welded (second welded portion W2) to be integrated. However, a cylindrical gap exists between the cylindrical portion 181 and the base 110 in the radial direction.

同様に、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。   Similarly, as a method of girth welding, not limited to laser welding, it is possible to apply fusion welding such as arc welding, or resistance welding such as seam welding, but if the reduction of distortion due to welding is considered, It is preferable to apply laser welding, electron beam welding, or the like having a small heat input.

本実施の形態によれば、第2の溶接部W2により、環状連結部182の上面と受け部材120のフランジ部123の下面とが全周で接合されているので、O−リング等の封止部材を設けることなく、カシメ部材180の下端側から内部への水等の侵入を抑制できる。   According to the present embodiment, since the upper surface of annular connection portion 182 and the lower surface of flange portion 123 of receiving member 120 are joined all around by second welded portion W2, sealing such as an O-ring is performed. The intrusion of water and the like from the lower end side of the caulking member 180 to the inside can be suppressed without providing a member.

また、本実施の形態によれば、第2の溶接部W2により、環状連結部182の上面と受け部材120のフランジ部123の下面と(すなわち互いの当接部分)が接合されており、すなわちリング部材140とベース110の突出部112とのロウ付け部Bに対して、少なくともリング部材140を隔てているので、ロウ付け部Bから遠ざかることとなり、溶接時の熱の影響がロウ付け部Bに及ぶことを極力抑制できる。また、第1の溶接部W1には径方向にレーザー光が照射され、第2の溶接部W2には軸方向にレーザー光が照射されるので、径方向の小型化を図りつつ、溶接同士の干渉を回避でき、より適切な溶接を行うことができる。   Further, according to the present embodiment, the upper surface of annular connection portion 182 and the lower surface of flange portion 123 of receiving member 120 (that is, the contact portions with each other) are joined by second welded portion W2. Since at least the ring member 140 is separated from the brazing portion B between the ring member 140 and the protruding portion 112 of the base 110, the ring member 140 is separated from the brazing portion B, and the influence of heat during welding is reduced by the brazing portion B. Can be suppressed as much as possible. Further, the first welded portion W1 is irradiated with laser light in the radial direction, and the second welded portion W2 is irradiated with laser light in the axial direction. Interference can be avoided and more appropriate welding can be performed.

<圧力センサ>
図3は、第1の実施形態による圧力検出ユニット100を取り付けた圧力センサの縦断面図である。
<Pressure sensor>
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the pressure sensor to which the pressure detection unit 100 according to the first embodiment is attached.

図3に示すように、圧力センサ1は、図1、2で例示した本実施形態による圧力検出ユニット100と、上記圧力検出ユニット100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フレキシブルプリント基板20と、フレキシブルプリント基板20に取り付けられるコネクタピン22と、コネクタピン22をインサート成形してなる樹脂製の雄コネクタ(コネクタ部材)190と、を含む。不図示の雌コネクタを雄コネクタ190に嵌合させることで、圧力検出ユニット100で検出した信号を、コネクタピン22を介して外部に出力できるようになっている。   As shown in FIG. 3, the pressure sensor 1 includes a pressure detection unit 100 according to the present embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, and one end of three terminal pins (only 160 is shown) protruding from the pressure detection unit 100. It includes a flexible printed circuit board 20 to be attached, a connector pin 22 to be attached to the flexible printed circuit board 20, and a resin male connector (connector member) 190 formed by insert molding the connector pin 22. By fitting a female connector (not shown) to the male connector 190, a signal detected by the pressure detection unit 100 can be output to the outside via the connector pin 22.

雄コネクタ190は、下部中空筒部191と、上部中空筒部192とを有し、下部中空筒部191の下面にフレキシブルプリント基板20の一端が取り付けられている。フレキシブルプリント基板20の他端は、圧力検出ユニット100の3本の端子ピン(160,162のみ図示)と電気的に接続されている。   The male connector 190 has a lower hollow cylindrical portion 191 and an upper hollow cylindrical portion 192, and one end of the flexible printed circuit board 20 is attached to a lower surface of the lower hollow cylindrical portion 191. The other end of the flexible printed circuit board 20 is electrically connected to three terminal pins (only 160 and 162 are shown) of the pressure detection unit 100.

受け部材120の円管部124は、圧力検出対象の流体が流れる配管(不図示)に接続される。   The circular pipe portion 124 of the receiving member 120 is connected to a pipe (not shown) through which a fluid to be subjected to pressure detection flows.

<圧力センサの組立工程>
図4を参照して、圧力センサ1の組み立て工程を説明する。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100のベース110から突出する3本の端子ピンの一端に、雄コネクタ190に取り付けられたフレキシブルプリント基板20の各配線に、はんだ付け等で電気的に接続する。
<Assembly process of pressure sensor>
The assembly process of the pressure sensor 1 will be described with reference to FIG. When assembling the pressure sensor 1, first, one end of three terminal pins protruding from the base 110 of the pressure detection unit 100 is electrically connected to each wiring of the flexible printed circuit board 20 attached to the male connector 190 by soldering or the like. Connection.

続いて、雄コネクタ190を圧力検出ユニット100に接近させ、下部中空筒部191の下面をベース110の上面に突き当てる。その後、カシメ部材180の円筒部上端側に設けられている薄肉部183を内方に全周(または等間隔に6か所)にわたってカシメる(塑性変形させる)ことで、カシメ部CK(図3)を形成する。カシメ部CKが雄コネクタ190の下部中空筒部191の上端外周に当接することで、圧力検出ユニット100から雄コネクタ190が分離することが防止される。   Subsequently, the male connector 190 is made to approach the pressure detection unit 100, and the lower surface of the lower hollow cylindrical portion 191 is abutted on the upper surface of the base 110. Thereafter, the thin portion 183 provided on the upper end side of the cylindrical portion of the caulking member 180 is caulked (plastically deformed) inward over the entire circumference (or at six locations at equal intervals), thereby forming the caulking portion CK (FIG. 3). ) Is formed. The male connector 190 is prevented from being separated from the pressure detecting unit 100 by the caulking portion CK abutting on the outer periphery of the upper end of the lower hollow cylindrical portion 191 of the male connector 190.

このように、圧力検出ユニット100のカシメ部材180の上端(円筒部181の上端)をカシメるのみで、雄コネクタ190と結合できるため、製造設備が簡素化され、また工数低減を図れる。   As described above, since the male connector 190 can be connected only by caulking the upper end of the caulking member 180 of the pressure detection unit 100 (the upper end of the cylindrical portion 181), manufacturing equipment can be simplified and man-hours can be reduced.

図3に示す圧力センサ1において、受け部材120の円管部124に導入される圧力検出対象の流体は、圧力検出ユニット100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。   In the pressure sensor 1 shown in FIG. 3, the fluid to be subjected to pressure detection introduced into the circular tube portion 124 of the receiving member 120 enters the pressurized space S2 of the pressure detection unit 100 and deforms the diaphragm 130 by the pressure.

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。   When the diaphragm 130 is deformed, the liquid medium in the pressure receiving space S1 is pressurized, and the pressure resulting from the deformation of the diaphragm 130 is transmitted to the pressure detecting element 154 of the semiconductor pressure detecting device 150.

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フレキシブルプリント基板20に出力する。   The pressure detecting element 154 detects the change in the transmitted pressure, converts the detected pressure into an electric signal, and outputs the electric signal to the flexible printed circuit board 20 via the signal output terminal pin 164.

そして、上記電気信号はコネクタピン22及び不図示の雌コネクタを介して、外部の機器に出力される。   The electric signal is output to an external device via the connector pin 22 and a female connector (not shown).

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100及びこれを適用した圧力センサ1は、半導体型圧力検出装置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100の組立製造時や圧力センサ1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。   With these configurations, the pressure detection unit 100 according to the embodiment of the present invention and the pressure sensor 1 to which the pressure detection unit 100 is applied have the base 110 for mounting the semiconductor type pressure detection device 150 formed of a ceramic material having a small coefficient of thermal expansion. In addition, the base 110 can be prevented from expanding or contracting due to a change in the operating temperature environment of the pressure sensor 1 at the time of assembling and manufacturing the pressure detecting unit 100 or the like.

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、半導体型圧力検出装置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。   Further, since the base 110 is formed of a ceramic material having a small coefficient of thermal expansion, even when the base 110 is exposed to a severe high or low temperature use environment as compared with a conventional base material formed of a metal material, Since the fluctuations in the shape and dimensions of the semiconductor pressure detecting device 150 are reduced, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy due to the temperature environment of the semiconductor type pressure detecting device 150.

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ため、脆弱なハーメチックシール部が破損して受圧空間に封入した液状媒質がリークすることを防止できる。   Since the base 110 is formed of a ceramic material, the glass-made hermetic seal used when embedding the terminal pins in the base in the conventional pressure detection unit can be replaced with a brazed portion. To prevent the liquid medium sealed in the pressure receiving space from leaking.

さらに、本発明の一実施例による圧力検出ユニット100及びこれを適用した圧力センサ1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。   Further, the pressure detecting unit 100 according to one embodiment of the present invention and the pressure sensor 1 to which the pressure detecting unit 100 is applied form a pressure receiving structure integrally formed by sandwiching the diaphragm 130 between the receiving member 120 and the ring member 140 in advance. Since the base 110 is joined to the ring member 140 of the pressure receiving structure, the diaphragm 130 which is relatively thin and relatively weak can be reinforced by the receiving member 120 and the ring member 140.

<第2の実施形態>
図5は、第2の実施形態による圧力検出ユニットを用いた圧力センサ1の断面図である。第1の実施の形態に対して、異なる部分について説明する。
<Second embodiment>
FIG. 5 is a cross-sectional view of the pressure sensor 1 using the pressure detection unit according to the second embodiment. The different part from the first embodiment will be described.

本実施の形態においては、受け部材とカシメ部材とが一体となっている。より具体的には、圧力検出ユニット100は、セラミックスからなるベース110と、当該ベース110に対向する受けカシメ部材220と、ベース110及び受けカシメ部材220の間に挟まれたダイアフラム130と、リング部材140とを含む。   In the present embodiment, the receiving member and the caulking member are integrated. More specifically, the pressure detection unit 100 includes a base 110 made of ceramics, a receiving caulking member 220 facing the base 110, a diaphragm 130 sandwiched between the base 110 and the receiving caulking member 220, and a ring member. 140.

受けカシメ部材220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成形された円形底部221と、円形底部221の外縁から上方に延在する円錐部222と、円錐部222の外縁から水平に延在するフランジ部223と、円形底部221の下面中央に接続した円管部224と、フランジ部223の外周から円管部224とは逆側に軸方向に沿って延在する円筒部226とを有する。円筒部226の上端は薄肉部となっている。円形底部221の中央には開口部225が形成され、外部と接続するための円管部224の内部と連通している。その他の構成は、上述した実施の形態と同様であるので、説明を省略する。   The receiving caulking member 220 is formed of a metal material such as a stainless steel plate, for example, and has a circular bottom 221 having a concave central portion, a conical portion 222 extending upward from the outer edge of the circular bottom 221, and a conical portion 222. A flange portion 223 extending horizontally from the outer edge of the circular bottom portion 221, a circular tube portion 224 connected to the center of the lower surface of the circular bottom portion 221, and an axial direction extending from the outer periphery of the flange portion 223 to the opposite side to the circular tube portion 224. And a cylindrical portion 226. The upper end of the cylindrical part 226 is a thin part. An opening 225 is formed at the center of the circular bottom portion 221 and communicates with the inside of a circular tube portion 224 for connection to the outside. The other configuration is the same as that of the above-described embodiment, and the description is omitted.

本実施の形態にかかる圧力検出ユニットの組立工程について、上述した実施の形態とは異なる工程のみ説明する。   With respect to the assembling process of the pressure detecting unit according to the present embodiment, only steps different from the above-described embodiment will be described.

上述した実施の形態と同様の工程を経た後、受けカシメ部材220のフランジ部223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、受けカシメ部材220のフランジ部223とリング部材140との重ね合わせ部を、軸方向下方又は斜め下方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(W3)して一体化する。これにより、受けカシメ部材220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。   After the same steps as those of the above-described embodiment, the diaphragm 130 is sandwiched between the flange portion 223 of the receiving caulking member 220 and the ring member 140, and the pressure receiving space S1 formed between the base 110 and the diaphragm 130 is formed. In the state filled with the liquid medium, the overlapping portion of the flange portion 223 of the receiving caulking member 220 and the ring member 140 is relatively rotated by irradiating laser light from below or diagonally below in the axial direction to continuously rotate. Weld (W3) and integrate. Thereby, the receiving caulking member 220, the diaphragm 130, and the ring member 140 are integrated to form a pressure receiving structure.

本実施の形態においても、リング部材140と受けカシメ部材220のフランジ部223とを接合する第3の溶接部W3が、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、径方向に偏位しているので、ロウ付け部Bから遠ざかることとなり、溶接時の熱の影響がロウ付け部Bに及ぶことを極力抑制できる。また、受け部材とカシメ部材とを一体化したので、圧力検出ユニット100の部品点数が削減される。   Also in the present embodiment, the third welded portion W3 that joins the ring member 140 and the flange portion 223 of the receiving caulking member 220 is formed with respect to the brazing portion B between the ring member 140 and the protruding portion 112 of the base 110. , Since it is deviated in the radial direction, it moves away from the brazing portion B, and the influence of heat during welding on the brazing portion B can be suppressed as much as possible. Further, since the receiving member and the caulking member are integrated, the number of components of the pressure detection unit 100 is reduced.

本実施形態の圧力検出ユニット100も、上述した実施の形態と同様の形状を有する雄コネクタ190に組み付けることができる。圧力センサ1の組立工程においては、上述した実施の形態と同様に、雄コネクタ190を圧力検出ユニット100に接近させ、下部中空筒部191の下面をベース110の上面に突き当てる。その後、受けカシメ部材220の円筒部226の上端を内方に全周にわたってカシメる(塑性変形させる)ことで、カシメ部CKを形成する。   The pressure detection unit 100 of the present embodiment can also be assembled to the male connector 190 having the same shape as the above-described embodiment. In the assembling process of the pressure sensor 1, the male connector 190 is made to approach the pressure detecting unit 100, and the lower surface of the lower hollow cylindrical portion 191 is brought into contact with the upper surface of the base 110, as in the above-described embodiment. Thereafter, the upper end of the cylindrical portion 226 of the receiving caulking member 220 is caulked (plastically deformed) inward over the entire circumference to form the caulked portion CK.

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。   The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.

1 圧力センサ
20 フレキシブルプリント基板
22 コネクタピン
100 圧力検出ユニット
110 ベース
120 受け部材
130 ダイアフラム
140 リング部材
150 半導体型圧力検出装置
152 支持基板
154 圧力検出素子
160 アース用の端子ピン
162 電源入力用の端子ピン
164 信号出力用の端子ピン
166 ボンディングワイヤ
180 カシメ部材
190 雄コネクタ
220 受けカシメ部材

1 pressure sensor 20 flexible printed circuit board 22 connector pin 100 pressure detection unit 110 base 120 receiving member 130 diaphragm 140 ring member 150 semiconductor type pressure detection device 152 support substrate 154 pressure detection element 160 grounding terminal pin 162 power input terminal pin 164 terminal pin 166 for signal output bonding wire 180 caulking member 190 male connector 220 receiving caulking member

Claims (5)

コネクタ部材と、
前記コネクタ部材に当接するベースと、
前記ベースと接合されたリング部材と、
前記リング部材と溶接により接合されたフランジ部を備えた受け部材と、
前記リング部材と前記受け部材のフランジ部との間に挟まれたダイアフラムと、
前記ベースを収容する円筒部および前記円筒部の一端側に設けられた環状連結部を有し、前記コネクタ部材と前記ベースとを連結するカシメ部材と、
前記ベースと前記ダイアフラムとの間に形成された受圧空間内において、前記ベースに取り付けられた圧力検出装置と、を有し、
前記環状連結部と前記フランジ部の当接部分が溶接により接合され、
前記カシメ部材は、前記円筒部の他端側がカシメられて前記コネクタ部材に連結されている、
ことを特徴とする圧力センサ。
A connector member,
A base contacting the connector member;
A ring member joined to the base,
A receiving member having a flange portion joined by welding to the ring member,
A diaphragm sandwiched between the ring member and the flange portion of the receiving member,
A caulking member that has a cylindrical portion that accommodates the base and an annular connecting portion provided at one end side of the cylindrical portion, and that connects the connector member and the base;
In a pressure receiving space formed between the base and the diaphragm, a pressure detection device attached to the base,
The annular connecting portion and the contact portion of the flange portion are joined by welding,
The caulking member is caulked at the other end of the cylindrical portion and connected to the connector member.
Pressure sensor characterized by the above-mentioned.
前記ベースはセラミックス製であり、前記ベースと前記リング部材とは、ロウ付けにより接合されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。
The base is made of ceramics, the base and the ring member are joined by brazing,
The pressure sensor according to claim 1, wherein:
前記受け部材と前記カシメ部材は一体である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧力センサ。
The receiving member and the caulking member are integrated,
The pressure sensor according to claim 1, wherein:
前記フランジ部と前記リング部材とを接合した溶接部と、前記環状連結部と前記フランジ部とを接合した溶接部とは、連続している
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧力センサ。
The welding part which joined the said flange part and the said ring member, and the welding part which joined the said annular connection part and the said flange part are continuous, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. The pressure sensor according to the paragraph.
コネクタ部材と、
前記コネクタ部材に当接するベースと、
前記ベースと接合されたリング部材と、
前記リング部材と溶接により接合されるフランジ部を備えた受け部材と、
前記リング部材と前記受け部材のフランジ部との間に挟まれたダイアフラムと、
前記ベースを収容する筒状部および前記円筒部の一端側に設けられた環状連結部を有し、前記コネクタ部材と前記ベースとをカシメにより連結するカシメ部材と、
前記ベースと前記ダイアフラムとの間に形成された受圧空間内において、前記ベースに取り付けられた圧力検出装置と、を有する圧力センサの製造方法であって、
前記カシメ部材の前記環状連結部は、前記受け部材の軸方向から加熱媒体を付与されて全周に沿って前記受け部材のフランジ部に溶接される、
ことを特徴とする圧力センサの製造方法。


A connector member,
A base contacting the connector member;
A ring member joined to the base,
A receiving member having a flange portion joined to the ring member by welding,
A diaphragm sandwiched between the ring member and the flange portion of the receiving member,
A caulking member having a tubular portion for accommodating the base and an annular connecting portion provided at one end side of the cylindrical portion, and connecting the connector member and the base by caulking;
In a pressure receiving space formed between the base and the diaphragm, a pressure detection device attached to the base, a method for manufacturing a pressure sensor,
The annular connection portion of the caulking member is provided with a heating medium from the axial direction of the receiving member and is welded to the flange portion of the receiving member along the entire circumference.
A method for manufacturing a pressure sensor, comprising:


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