JP2021056071A - Pressure detection unit and pressure sensor using the same - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a pressure detection unit and a pressure sensor using the same.
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を検知し、また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使用されている。 A liquid-filled pressure sensor, which houses a semiconductor-type pressure detector in a pressure receiving chamber partitioned by a diaphragm and filled with oil, is installed in refrigerating and cooling equipment and air-conditioning equipment to detect refrigerant pressure, and is also used in industrial equipment. It is equipped and used to detect various fluid pressures.
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圧力検出素子により電気信号に変換して外部に出力する機能を有している。 The semiconductor type pressure detection device is arranged in the pressure receiving chamber and has a function of converting a pressure change in the pressure receiving space into an electric signal by a pressure detecting element and outputting it to the outside.
受圧空間内に配置されるダイアフラムは、可撓性の金属板である。このため、半導体型圧力検出装置の圧力検出素子とダイアフラムとの間で電位差が発生して、封入されたオイルが静電気を帯びると、圧力検出素子あるいはその出力信号に不具合が生ずる場合がある。圧力検出素子とダイアフラムとの間の電位差は、例えば圧力センサが取り付けられる配管系から伝達される高周波ノイズなどに起因して生じうる。 The diaphragm arranged in the pressure receiving space is a flexible metal plate. Therefore, when a potential difference is generated between the pressure detection element of the semiconductor type pressure detection device and the diaphragm and the enclosed oil is charged with static electricity, a problem may occur in the pressure detection element or its output signal. The potential difference between the pressure sensing element and the diaphragm can be caused, for example, by high frequency noise transmitted from the piping system to which the pressure sensor is attached.
そこで、上記圧力検出素子が収容されている受圧空間内に導電性部材(除電板)をさらに配置し、この導電性部材を、ボンディングワイヤを用いてアース端子ピンに接続することにより、上記不具合の解消を図る圧力センサが下記の特許文献1に開示されている。 Therefore, by further arranging a conductive member (static elimination plate) in the pressure receiving space in which the pressure detecting element is housed and connecting the conductive member to the ground terminal pin using a bonding wire, the above-mentioned problem can be solved. A pressure sensor for eliminating the problem is disclosed in Patent Document 1 below.
ところで、上記不具合の解消を図るために、受圧空間に封入された絶縁性媒質としてのオイル全体の帯電を抑制する必要はなく、少なくとも半導体型圧力検出装置の周囲におけるオイルの帯電を抑制できれば足りる。また、オイルは比較的高価であるため、圧力センサでの使用量を減らしてコスト低減を図りたいとの要請もある。 By the way, in order to solve the above-mentioned problems, it is not necessary to suppress the charge of the entire oil as an insulating medium enclosed in the pressure receiving space, and it is sufficient if at least the charge of the oil around the semiconductor type pressure detection device can be suppressed. In addition, since oil is relatively expensive, there is also a demand to reduce the amount used in the pressure sensor to reduce the cost.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、静電気の影響を有効に抑えつつ、コスト低減を図れる圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a pressure detection unit capable of reducing costs while effectively suppressing the influence of static electricity, and a pressure sensor using the same.
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、
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絶縁性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、前記絶縁性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と、
前記ベースを貫通して配置され、前記受圧空間内で前記圧力検出装置と電気的に接続された複数の端子ピンと、
前記受圧空間内に設けられ導電性素材から形成された筐体と、を有し、
前記筐体は、有底筒部と、前記有底筒部の開放端を遮蔽する蓋部と、を備え、前記端子ピンのいずれかに電気的に接続されており、
前記圧力検出装置が、前記筐体の内外を連通する開口内に配置されている、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the pressure detection unit of the present invention
The diaphragm that receives the pressure of the fluid and
The diaphragm that receives the pressure of the fluid and
A base that forms a pressure receiving space in which an insulating medium is sealed between the diaphragm and the diaphragm.
A pressure detection device arranged on the base in the pressure receiving space, detecting the pressure transmitted to the insulating medium, and converting the pressure into an electrical pressure signal.
A plurality of terminal pins arranged through the base and electrically connected to the pressure detector in the pressure receiving space.
It has a housing provided in the pressure receiving space and formed of a conductive material.
The housing includes a bottomed cylinder portion and a lid portion that shields the open end of the bottomed cylinder portion, and is electrically connected to any of the terminal pins.
The pressure detecting device is arranged in an opening that communicates with the inside and outside of the housing.
本発明によれば、静電気の影響を有効に抑えつつ、コスト低減を図れる圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a pressure detection unit capable of reducing costs while effectively suppressing the influence of static electricity, and a pressure sensor using the same.
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。図1は、本実施形態の圧力センサ1を示す縦断面図である。図2は、圧力センサ1が備える圧力検出ユニット2の縦断面図である。図3は、図2のA−A線における断面を底面視した図である。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the pressure sensor 1 of the present embodiment. FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the
図1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筒部10aと、横断面が円環状、長円状、楕円状等である小筒部10bとが同軸に配列され、それぞれの端部同士を、段部10cを介して成形した形状の樹脂製のカバー10を有する。カバー10の大筒部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。
As shown in FIG. 1, in the pressure sensor 1, for example, a
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接続ナット20を支持する皿状の取付部材30と、取付部材30に対向配置される有底筒状のベース40と、取付部材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。取付部材30及びダイアフラム50は、例えばステンレス合金などより形成することができる。
The
ベース40とダイアフラム50で区画される受圧空間(受圧室)52には、オイルなどの絶縁性の液状媒質が充填される。
The pressure receiving space (pressure receiving chamber) 52 partitioned by the
ベース40は、図2において、SUSなどの導電性素材から形成された円筒部(導電部)41と、円筒部41の内側全周に固着されたハーメチックシールからなる円筒状の絶縁部42とを有する。絶縁部42は、上下方向に延在する3つの嵌合孔42aを具備する。嵌合孔42aには、後述する端子ピン70,72が密封的に嵌合している。ベース40には、筐体100が固定されている。
In FIG. 2, the
図4は、ベース40に固定される筐体100の分解斜視図である。アルミニウムなどの導電性素材から形成される筐体100は、円筒状の有底筒部101と、円盤状の蓋部110とを有する。有底筒部101は、円形の底壁102と、円管状の周壁103とを連設してなるが、複数の部品を導電性接着剤などを用いて固着することにより形成されてもよい。底壁102が、接着剤を介してベース40の絶縁部42に固着される。
FIG. 4 is an exploded perspective view of the
底壁102には、それぞれ筐体100の内外を連通する、矩形状の開口104と3つの貫通孔105が形成されている。図3に示すように、開口104の内側には、隙間を空けて圧力検出装置64が配置され、また貫通孔105の内側には、隙間を空けて端子ピン70,72が配置されている。圧力検出装置64の表面(検出部)は、底壁102より蓋部110側に突出していると好ましい。
The
蓋部110は、円盤状の本体部111と、本体部111より薄い厚さで且つ本体部111から径方向外側に張り出したフランジ部112とを連接してなる。本体部111は、3つの連通孔113を有している。連通孔113は、取付部材30側から見て(底面視で)、圧力検出装置64と重ならないよう、外周近傍に設けられている。すなわち、連通孔113は圧力検出装置64と対向していないため、ダイアフラム50側から侵入するノイズに直接さらされることがない。
The
図1において、圧力検出素子(半導体チップ)を備える圧力検出装置64が、受圧空間52側における、ベース40の絶縁部42の中央に固定されている。
In FIG. 1, a
図3において、圧力検出装置64の圧力検出素子は、その外周近傍にボンディングパッド(電極)として、センサ入力電源パッド64a、グラウンドパッド64b及びセンサ出力パッド64cを備えている。ただし、ボンディングパッドの数は3つに限られない。本実施形態では、センサ入力電源パッド64aは5Vに維持され、グラウンドパッド64bは0Vに維持され、センサ出力パッド64cの電圧は、検出した圧力に応じて0V以上、5V以下(好ましくは0.5V以上、4.5V以下)の範囲で変化する。また、ボンディングパッドの配置は、以上に限られない。
In FIG. 3, the pressure detection element of the
半導体形の圧力検出装置64の周囲には、ベース40を貫通するようにして複数本(この例においては3本)の端子ピン70、72が配置されている。端子ピン70、72は、上述したように、絶縁部42の嵌合孔42aに嵌合し絶縁封止されている。
A plurality of (three in this example)
複数の端子ピンのうちの1つは、グラウンド用の端子ピン70である。グラウンド以外の端子ピン72と、1本のグラウンド用の端子ピン70は、図1に示す中継基板90の配線に接続される。
One of the plurality of terminal pins is a
中継基板90につながるリード線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70、72を介して圧力検出装置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。
The
図3において、半導体形の圧力検出装置64における、グラウンドパッド64b以外の、センサ入力電源パッド64a、センサ出力パッド64cと、端子ピン72とは、ボンディングワイヤ80で接続(結線)される。また本実施形態では、グラウンドパッド64bが、筐体100の底壁102にボンディングワイヤ82を介して接続(結線)されるとともに、底壁102とグラウンド用の端子ピン70とが、ボンディングワイヤ81を介して接続(結線)される。
In FIG. 3, in the semiconductor type
図1,2において、接続ナット20の上端に円筒部20aが突出して形成されており、取付部材30の中央に形成された円孔30aにろう付けなど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、取付部材30の内部と接続ナット20の内部とは連通している。
In FIGS. 1 and 2, a
組み付け時には、不図示の型に対して円筒部41と端子ピン70,72とを所定の位置に配置した後、円筒部41内に液状のハーメチックシールを注入し固化させて、絶縁部42を形成する。更に離型後に、圧力検出装置64を絶縁部42に固着し、図3に示す位置関係を維持しつつ、有底筒部101を絶縁部42に固着する。その後、上述したようにワイヤボンディングを行った後、有底筒部101の開放端を蓋部110で遮蔽する。具体的には、有底筒部101の開放端と蓋部110のフランジ部112との間に導電性接着剤を付与して、両者を接着する。これにより、圧力検出装置64が面する空間は、グラウンドと同電位となる導電性素材から形成された筐体100により周囲を囲われることとなる。
At the time of assembly, after the
更に組み付けの一例として、図2に示す状態から天地を逆にして、筐体100を組み付けたベース40の円筒部41の内側にオイルなどの絶縁性媒質を注入する。このとき、注入された絶縁性媒質は、ベース40内に貯留されると共に、連通孔113から筐体100内へと進入するので、圧力検出装置64の周囲が絶縁性媒質で満たされる。その後、取付部材30、ベース40の円筒部41,及びダイアフラム50の外周部を重ねて溶接して溶接部Wを形成することで、これらを一体化できる。尚、絶縁性媒質の注入方法は以上に限られない。
Further, as an example of assembly, the top and bottom are reversed from the state shown in FIG. 2, and an insulating medium such as oil is injected into the inside of the
図1において、端子ピン70,72を中継基板90の配線層にはんだ付けし、リード線94に接続したコネクタ92を中継基板90に係合させる。その後、リード線94をカバー10内に通しつつ、圧力検出ユニット2のベース40の端部を、カバー10の大筒部10aの内側に形成された段部10dに突き当てる。かかる状態を維持しつつ、大筒部10aの下端側及び小筒部10bの上端側(リード線94が導出される側)からカバー10の内部に樹脂Pを充填し、これを固化させる。これによりカバー10内に、圧力検出ユニット2の電気的構造部が密封固定される。
In FIG. 1, the terminal pins 70 and 72 are soldered to the wiring layer of the
圧力検出装置64は、外部の電気回路から入力電源用の端子ピン72を介して給電されることで動作する。流体が接続ナット20に導入されて、取付部材30の内側の流体導入室32内に進入すると、流体圧力でダイアフラム50が弾性変形し、受圧空間52内の絶縁性媒質を加圧する。圧力検出装置64は、連通孔113を介して筐体100内に出入り可能な絶縁性媒質の圧力変動を検知して電気信号に変換し、端子ピン72を介して電気信号、すなわち圧力検出用の信号を外部に出力する。かかる圧力検出用の信号を入力した外部の電気回路は、それに基づき、接続ナット20に導入された流体の圧力を精度よく検出することができる。
The
本実施形態においては、図1、2に示すように、半導体形の圧力検出装置64の周囲が筐体100で囲われている。又、筐体100の底壁102と、グラウンドパッド64bとは、ボンディングワイヤ82により接続されており、また底壁102と、グラウンド用の端子ピン70とは、ボンディングワイヤ81により接続されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor-type
更に、グラウンド用の端子ピン70は、リード線94(図1)を介して当該圧力センサ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電気回路のゼロ電位に導通される。つまり、導電性素材からなる筐体100全体はゼロ電位に維持される。
Further, the
本実施形態によれば、外部環境により受圧空間52内に充填された絶縁性媒質に帯電が生じた場合においても、圧力検出装置64が、ゼロ電位に維持された筐体100により囲われているため、帯電の影響を回避して、圧力検出装置64の帯電に起因する出力誤動作などの発生が防止される。
According to the present embodiment, the
また、圧力検出装置64及び筐体100は、円筒部41に接することなく、絶縁部42のみに固定されているので、接続ナット20などを介して伝達されるノイズが、圧力検出装置64に伝達されることを有効に阻止できる。
Further, since the
更に本実施形態によれば、受圧空間52内に筐体100を設けることで、その体積分、絶縁性媒質の使用量を抑えることができ、それによりコスト削減に貢献する。
Further, according to the present embodiment, by providing the
本発明は、以上述べた実施形態に限られない。例えば筐体100に電気的接続される端子ピンは、センサ入力電源パッド64a、又はセンサ出力パッド64cに接続される端子ピン72であっても良い。また、上述した実施の形態とは逆に、筐体100の蓋部110をベース40側に配置し、有底筒部101をダイアフラム50側に配置してもよい。
The present invention is not limited to the embodiments described above. For example, the terminal pin electrically connected to the
また、蓋部110の直径は、筐体100の直径と異なっていてもよい。すなわち、蓋部110の直径は、筐体100の直径と同一のみならず、それより短くても長くてもよい。蓋部110の直径を筐体100の直径より短くする場合、例えば筐体100の内側に段差部を設け、この段差部に蓋部110を嵌合載置することができる。この場合、段差部の直径を蓋部110の本体部111の直径とすることで、フランジ部112を省略できる。
Further, the diameter of the
1 圧力センサ
2 圧力検出ユニット
10 カバー
20 接続ナット
30 取付部材
32 流体導入室
40 ベース
50 ダイアフラム
52 受圧空間
64 圧力検出装置
70 グラウンド用の端子ピン
72 端子ピン
80 ボンディングワイヤ
81、82 グラウンド用のボンディングワイヤ
90 中継基板
92 コネクタ
94 リード線
100 筐体
101 有底筒部
110 蓋部
1
Claims (5)
前記ダイアフラムとの間に絶縁性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、前記絶縁性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と、
前記ベースを貫通して配置され、前記受圧空間内で前記圧力検出装置と電気的に接続された複数の端子ピンと、
前記受圧空間内に設けられ導電性素材から形成された筐体と、を有し、
前記筐体は、有底筒部と、前記有底筒部の開放端を遮蔽する蓋部と、を備え、前記端子ピンのいずれかに電気的に接続されており、
前記圧力検出装置が、前記筐体の内外を連通する開口内に配置されている、
ことを特徴とする圧力検出ユニット。 The diaphragm that receives the pressure of the fluid and
A base that forms a pressure receiving space in which an insulating medium is sealed between the diaphragm and the diaphragm.
A pressure detection device arranged on the base in the pressure receiving space, detecting the pressure transmitted to the insulating medium, and converting the pressure into an electrical pressure signal.
A plurality of terminal pins arranged through the base and electrically connected to the pressure detector in the pressure receiving space.
It has a housing provided in the pressure receiving space and formed of a conductive material.
The housing includes a bottomed cylinder portion and a lid portion that shields the open end of the bottomed cylinder portion, and is electrically connected to any of the terminal pins.
The pressure detection device is arranged in an opening that communicates with the inside and outside of the housing.
A pressure detection unit characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の圧力検出ユニット。 The base has an insulating portion through which the plurality of terminal pins penetrate and a conductive portion arranged around the insulating portion, and the housing and the pressure detecting device are fixed to the insulating portion. ,
The pressure detection unit according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧力検出ユニット。 The bottom wall of the bottomed cylinder portion is formed with the opening and a through hole through which the terminal pin is inserted, and the lid portion is formed with a communication hole for communicating the inside and the outside of the housing. Has been
The pressure detection unit according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧力検出ユニット。 The terminal pin to which the housing is electrically connected is a terminal pin connected to the ground of the pressure detection device, a terminal pin connected to a power supply voltage terminal of the pressure detection device, or an electrical terminal pin of the pressure detection device. A terminal pin that outputs a pressure signal,
The pressure detection unit according to any one of claims 1 to 3.
A pressure sensor comprising the pressure detection unit according to any one of claims 1 to 4.
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