JP3410257B2

JP3410257B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP3410257B2
Application number: JP19559895A
Authority: JP
Inventors: 広伸馬場; 千昭水野; 正人今井; 祐一横山; 昌樹高桑
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 2003-05-26
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JPH0943076A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、コネクタ挿入部を備えた
圧力センサに係り、このコネクタ挿入部にコネクタを挿
入するときの圧縮空気がセンサ内部に達するのを回避し
ょうとした圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧力センサは、例えば図
１１に示すような構造を備えている。この圧力センサ
は、樹脂ケース１を有しており、樹脂ケース１は、主表
面の中央に感圧素子２を搭載する箱型の凹部１ａを有
し、凹部１ａの側面には接続用の台１ａ1 を設けてい
る。主表面の反対側面の凹部１ａの対応位置には、面に
垂直に突出した筒状の圧力ポート１ｂを有している。凹
部底面と圧力ポート１ｂとは貫通孔で連結されており、
被測定圧を導入するようになっている。

【０００３】樹脂ケース１にはコネクタ挿入部１ｃが設
けられ、台１ａ1 位置からコネクタ挿入部１ｃに伸びた
複数の金属製のターミナル１ｄがインサート成形により
樹脂に挟まれて設けられている。樹脂ケース１の凹部１
ａ以外の一部には、大気圧導入口１ｅが樹脂ケース１を
貫通して設けられ、大気圧導入口１ｅには撥水フィルタ
１ｅ1 が設けられている。

【０００４】そして、凹部１ａの底面には感圧素子２と
ガラス台座３が接着されたステム４が接着剤５により固
定されている。感圧素子２は、中央の薄肉の感圧部分の
接着面側がガラス台座３及びステム４に設けた貫通孔に
より圧力ポート１ｂに露出している。そして、感圧素子
２の電極とターミナル１ｄの台１ａ1 位置における露出
部分とが、ワイヤ２ａをボンディングすることにより接
続されている。

【０００５】感圧素子２、ワイヤ２ａ及びガラス台座３
は、凹部１ａ内に注入されたシリコンゲル６により被覆
されている。そして、樹脂ケース１の主表面側の凹部１
ａ及び大気導入口撥水フィルタ１ｅ１を含む部分は、リ
ッド７を被覆することにより封止されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、樹脂ケース
１は、ターミナル１ｄのインサート成形時に高温が加わ
り、室温への冷却時あるいは温度差の生じる環境下では
両材料の熱膨張係数の違いにより両者の界面の密着性が
低下する傾向にある。そして、コネクタ挿入部１ｃにコ
ネクタ８を挿入するときに、コネクタ８のシールゴム９
によりコネクタ挿入部１ｃ内の空気が圧縮され大気圧以
上になり、この圧縮空気が樹脂ケース１とターミナル１
ｄの隙間を通過して感圧素子２の位置にまで達する。そ
して、この空気がシリコンゲル６内に侵入して気泡とな
り、ワイヤ２ａを押すことによりこれを断線させるおそ
れがある。

【０００７】また、圧力センサは、防湿等の耐環境性の
向上を目的として感圧素子２及びワイヤ２ａはシリコン
ゲル６により厚く被覆して保護されているが、一方、圧
力センサは耐衝撃性も求められている。しかるに、圧力
センサに落下等による大きな衝撃が加えられると、シリ
コンゲル６の移動によりワイヤ２ａが引っ張り力や圧縮
力を受けて変形し易く、その結果としてワイヤ２ａの断
線にいたるおそれがあった。

【０００８】本発明は、上記した問題を解決しようとす
るもので、コネクタとの接続時の空気の侵入や、衝撃等
に対しワイヤ接続の信頼性の高い圧力センサを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達成するために上記請求項１に係る発明の構成上の特
徴は、堤によって区画された主室および副室を持つ圧力
導入室と主室と対置された測定圧導入室とを有する樹脂
ケースと、主室と測定圧導入室とを区画するように樹脂
ケースに固定されダイヤフラムを形成する薄肉部を有す
る感圧素子と、基端が主室に位置し堤を貫通して副室に
表出しさらに樹脂ケースの外壁を貫通して先端が外部に
表出するように一体的にインサート成形されたターミナ
ルと、感圧素子の歪検出部とターミナルの基端とを結ぶ
ワイヤと、感圧素子、ワイヤおよびターミナルの基端を
覆うように主室に注入されたゲルと、からなることにあ
る。

【００１０】上記のように構成した請求項１に係る発明
においては、樹脂ケースのターミナルにコネクタを挿入
するときに、密着性の低い樹脂ケースとターミナルの界
面を伝って圧縮空気が、圧力導入室に流入しようとす
る。このとき、この圧縮空気は、感圧素子が固定された
主室と副室とを区分する堤によって阻止され、主室内に
流入することなく、ターミナルが表出する副室内に流入
し、副室に設けたゲル内に流出して気泡となる。その結
果、主室内に設けられたゲル内に気泡が生じることがな
く、主室内にてゲルに覆われたワイヤが気泡により変形
することもないので、ワイヤ接続の信頼性が確保され
る。

【００１１】また、上記請求項２に係る発明の構成上の
特徴は、前記請求項１に記載の圧力センサにおいて、感
圧素子は感圧素子と熱膨張係数の近似したガラスを介し
て樹脂ケースに固定される。その結果、上記請求項１に
係る発明の効果に加え、感圧素子は、ガラスが介在する
ことにより、熱膨張係数の異なる樹脂ケースの膨張収縮
の影響を受けることがなく、またヤング率の低い接着剤
で接合されるため歪みが伝わりにくく、その信頼性が損
なわれない。

【００１２】また、上記請求項３に係る発明の構成上の
特徴は、前記請求項１記載の圧力センサにおいて、ゲル
はシリコンゲルであり、ゲルの量はワイヤの上部を覆う
ゲルの部分が突出した状態となる量であることにある。
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、
ゲルの量はワイヤの上部を覆うゲルの部分が突出した状
態であり、感圧素子を覆う部分は薄くされている。その
ため、圧力センサに落下等の衝撃が加わっても、それに
伴うゲルの移動が抑制されるので、ワイヤの過度な変形
を防止することができる。その結果、上記請求項１に係
る発明の効果に加え、ワイヤ接続の信頼性が損なわれな
い。

【００１３】また、上記請求項４に係る発明の構成上の
特徴は、前記請求項１に記載の圧力センサにおいて、樹
脂ケースは圧力導入室を区画する蓋部を持ち、圧力導入
室の導入口に撥水フィルタを持つことにある。その結
果、上記請求項１に係る発明の効果に加え、圧力導入室
内には水分の除去された大気が導入され、感圧素子に対
する水分の影響を抑制することができる。

【００１４】また、上記請求項５に係る発明の構成上の
特徴は、前記請求項１に記載の圧力センサにおいて、タ
ーミナルは、副室に表出する部分に貫通孔を持つことに
ある。その結果、ターミナルの副室に表出する面の反対
側の樹脂ケースとの界面を伝った圧縮空気が、貫通孔を
通ってスムーズに副室内に流出することができ、上記請
求項１に係る発明の効果を、さらに確実に得ることがで
きる。

【００１５】また、上記請求項６に係る発明の構成上の
特徴は、前記請求項５に記載の圧力センサにおいて、タ
ーミナルの副室に表出する面の反対側面にて貫通孔の周
囲に溝を設けたことにある。この溝は樹脂がまわり込ま
ない程小さい形状を有している。その結果、ターミナル
の副室に表出する面の反対側の樹脂ケースとの界面を伝
った圧縮空気が、溝によって貫通孔によりスムーズに流
出することができ、上記請求項５に係る発明の効果を、
さらに確実に得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明すると、図１は、一実施形態に係る圧力セ
ンサを一例として縦断面図により示したものであり、図
２は圧力センサを部分平面図により示したものである。
圧力センサは、樹脂ケース１０を有している。樹脂ケー
ス１０は、主表面の中央に感圧素子２を搭載する箱型の
凹部１１を設けている。樹脂ケース１０の主表面の反対
面の凹部１１との対応位置には、円筒形の測定圧導入管
１２が垂直に立設されている。測定圧導入管１２の貫通
孔１２ａは、凹部１１の底壁に設けた貫通孔１１ａと連
通しており、両貫通孔１１ａ，１２ａは測定圧導入室を
構成している。

【００１７】凹部１１は、図２に示すように、各側面の
中間位置に中央に向けて突出した四角柱状の接続端子台
１１ｂ〜１１ｅを設けている。凹部１１は、接続端子台
１１ｂを設けた側縁が、接続端子台１１ｂに続いて同じ
高さの台１３になっている。凹部１１の周囲は、枠部１
４によって囲まれており、枠部１４の周囲は枠形状の溝
部１５になっており、後述するリッド３０が挿着される
ようになっている。

【００１８】台１３の内端には、枠部１４に達する堤１
３ａが立設されている。堤１３ａの高さは、台１３から
枠部１４上端よりも低く設定されている。この堤１３ａ
によって、凹部１１は、中央側の主室Ｒ１と、外側の副
室Ｒ２とに区画される。樹脂ケース１０の外側の台１３
との対向位置には、コネクタ接続用のコネクタ接続凹部
１８が設けられている。

【００１９】そして、樹脂ケース１０には、接続端子台
１１ｂ〜１１ｄ上から堤１３ａを貫通し、さらに樹脂ケ
ース１０の側壁を貫通してコネクタ接続凹部１８に突出
する３本の金属薄板製のターミナル１６ａ〜１６ｃが配
設されている。ターミナル１６ａは、図３に示すよう
に、内端の近傍位置に円形の貫通孔１６ａ1 を設けてい
る。ターミナル１６ｂ，１６ｃについても、同様に円形
の貫通孔１６ｂ1 ，１６ｃ1 を設けている。ターミナル
１６ａ〜１６ｃは、図１及び図２に示すように、一表面
が副室Ｒ２に表出しており、表出部分に貫通孔１６ａ1
〜１６ｃ1 が配設されている。

【００２０】樹脂ケース１０の一部には、筒状の貫通孔
である大気圧導入口１７が設けられている。対気圧導入
口１７の主表面側には撥水フィルタ１７ａが取り付けら
れており、樹脂ケース１０が水を被ったときに、大気導
入口１７に水が溜って、主室Ｒ１及び副室Ｒ２内に侵入
しないようにされている。そして、樹脂ケース１０の凹
部１１内には、感圧素子２０がガラス台座２１に気密接
合された状態で搭載されている。感圧素子２０は、図４
に示すように、表面にエピタキシャル層を有するシリコ
ン基板２０ａを用いており、中央に薄肉の感圧部２０ｂ
が設けられている。感圧部２０ｂは、シリコン基板２０
ａの裏面側から電気ストップエッチング技術によりエピ
タキシャル層に達するまでシリコンエッチングを行うこ
とにより形成される。また、感圧素子２０は、表面側に
例えば窒化珪素等の保護膜２０ｃを設けて耐湿性を向上
させている。つぎに、感圧素子２０の凹部１１内への搭
載手順について、図５及び図６を用いて説明する。ま
ず、感圧素子２０は、四角柱形状で中心軸部分に上記貫
通孔１１ａにつながる貫通孔２１ａを有するガラス台座
２１に陽極接合等により気密接合される。ガラス台座２
１の熱膨張係数はシリコンに合わされている。つぎに、
平板形状で中心に上記貫通孔１１ａにつながる貫通孔２
２ａを有する金属製ステム２２を用意し、ステム２２の
表面に接着強度を高めるためのプライマ等の接着補助剤
２２ｂを塗布し（図５（ａ））、さらに接着剤２２ｃを
塗布してこれに感圧素子２０が接着されたガラス台座２
１を接着し、加熱処理することにより硬化させる（図５
（ｂ））。

【００２１】ガラス台座２１にプライマ等の接着補助剤
２２ｂを使用しないのは、第１に接着補助剤が感圧素子
の薄肉部に付着することによる特性変動を防ぐため、第
２にガラスと接着剤２２ｃの密着性がよいためである。
ガラス台座２１とステム２２の熱膨張係数は近似した値
にされている。つぎに、樹脂ケース１０の凹部１１の底
面に接着強度を高めるためのプライマ等の接着補助剤２
３ａを塗布し（図５（ｃ））、さらに接着剤２３ｂを薄
く塗布し、これに上記ステム２２を組付け加熱により接
着剤２３ｂを硬化させる（図６（ａ））。なお、接着剤
２２ｃ，２３ｂは、機械的応力を感圧素子２０に伝え
ず、圧力媒体により気密劣化が生じないように、ヤング
率が低く、耐薬品性に優れた例えばふっ素系材料が使用
される。

【００２２】さらに、感圧素子２０の電極とターミナル
１６ａ〜１６ｃ（１６ａのみ図示する）の内端間を、ワ
イヤボンディング法によりワイヤ２４で接続する（図６
（ｂ））。つぎに、ガラス台座２１の側面、ステム２２
及び凹部１１側面に接着補助剤２３ａを塗布した後、接
着剤２５をポッティングすることによりステム２２を埋
め、加熱により接着剤２５を硬化させる（図６
（ｃ））。

【００２３】つづいて、図７に示すように、接着剤２
５、感圧素子２０及びワイヤ２４をシリコンゲル２６に
よって被覆する。シリコンゲル２６は、副室Ｒ２部分に
も注入される。このとき、シリコンゲル２６の厚みは、
感圧素子２０上で約１．５ｍｍになっている。なお、シ
リコンゲル２６の厚みは、１．９ｍｍ以下であればよ
い。１．９ｍｍ以下とする理由は、圧力センサを１ｍ以
上の高さから落下させたときワイヤ２４の倒れが生じな
いようにするためであり、その根拠となる実験結果であ
る感圧素子表面のシリコンゲル厚みと、ワイヤ倒れが発
生する圧力センサの落下高さとの関係についてのグラフ
を図９に示す。

【００２４】以上のように感圧素子２０が樹脂ケース１
０に組み付けられた後、溝部１５にリッド３０を挿着
し、接着剤３１を介して樹脂ケース１０に固定すること
により、圧力センサが得られる。圧力センサは、大気圧
導入口１７から大気を主室Ｒ１，副室Ｒ２内に導入し、
一方被測定雰囲気中に測定圧導入管１２を挿入して、貫
通孔１１ａ，１２ａを通し、ステム２２の貫通孔２２ａ
及びガラス台座２１の貫通孔２１ａを通して感圧素子２
０の感圧部２０ｂに被測定圧を伝える。そして、両圧力
差による感圧部２０ｂの変位に基づく抵抗変化を検出し
て、電気信号として出力することにより相対圧力が求め
られる。

【００２５】以上のように構成した圧力センサは、図８
に示すように、コネクタ接続凹部１８にコネクタ４０を
挿入するときに、コネクタ４０のシールゴム４１により
コネクタ接続凹部１８内の空気が圧縮され大気圧以上に
なる。そして、樹脂ケース１０は、ターミナル１６ａ〜
１６ｃのインサート成形時に高温が加わり、室温への冷
却時あるいは温度差の生じる環境下では両材料の熱膨張
係数の違いにより両者の界面の密着性が低下している。
そのため、この圧縮空気が樹脂ケース１０とターミナル
１６ａ〜１６ｃの隙間に侵入するが、この圧縮空気は、
感圧素子２０が設けられた主室Ｒ１と副室Ｒ２とを区分
する堤１３ａによって阻止され、主室Ｒ１内に流出する
ことなく、副室Ｒ２内に流出し、副室Ｒ２内に設けたシ
リコンゲル２６内に気泡となって表れる。

【００２６】特に、図２及び図３に示すように、ターミ
ナル１６ａ〜１６ｃの副室Ｒ２に露出する部分に貫通孔
１６ａ1 〜１６ｃ1 が設けられており、圧縮空気はこの
貫通孔１６ａ1 〜１６ｃ1 を通過して容易に副室Ｒ２内
に流入して、この部分のシリコンゲル中に気泡Ｂが生じ
る。そのため、図８に示すように、主室Ｒ１内に設けら
れたシリコンゲル２６内に気泡が生じることがなく、主
室Ｒ１内にてシリコンゲル２６に覆われたワイヤ２４が
気泡により変形することもないので、ワイヤ接続の信頼
性が確保される。

【００２７】また、上記圧力センサは、シリコンゲル２
６の量がワイヤ２４の上部を覆うゲルの部分が突出した
状態であり、感圧素子２０を覆う部分はシリコンゲル２
６の厚さが１．９ｍｍ以下にされているので、圧力セン
サに落下等の衝撃が加わっても、それに伴うゲルの移動
が抑制されるので、ワイヤの過度な変形を防止すること
ができる。その結果、圧力センサに加えられる衝撃等に
対して、ワイヤ接続の信頼性が損なわれない。

【００２８】つぎに、上記実施形態の一変形例につい
て、図１０により説明する。変形例においては、ターミ
ナル１６ａ（１６ｂ，１６ｃについても同様である）の
副室Ｒ２に露出する面の反対側にて、貫通孔１６ａ1 の
周囲にてターミナルの長さ方向の直角位置に溝１６ａ2
を設けたことにある。ただし、溝１６ａ2 の位置は、タ
ーミナルの長さ方向の直角位置に限るものではない。溝
１６ａ2 の寸法は、インサート成形時に樹脂が溝内部に
回り込まないように定められる。

【００２９】溝１６ａ2 は、ターミナル面に平行である
が、貫通孔１６ａ1 に向けて深さが大きくなるように傾
斜させることもできる。これにより、ターミナル１６ａ
の副室Ｒ２に表出する面の反対側の樹脂ケース１０との
界面を伝った圧縮空気が、貫通孔１６ａ1 から直接入る
と共に、溝１６ａ2 によって貫通孔１６ａ1 によりスム
ーズに流入することができる。従って、ワイヤ接続の信
頼性をより高めることができる。

【００３０】尚、上記各実施例にて説明した各構成はそ
の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であり、絶対圧
圧力センサに適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る圧力センサの概略構
成を示す縦断正面図である。

【図２】同圧力センサの部分平面図である。

【図３】ターミナルを概略的に示す斜視図である。

【図４】感圧素子を模式的に示す縦断面図である。

【図５】感圧素子の樹脂ケースへの組付け手順を示す工
程図の一部である。

【図６】感圧素子の樹脂ケースへの組付け手順を示す工
程図の一部である。

【図７】感圧素子の樹脂ケースへの組付け手順を示す工
程図の一部である。

【図８】樹脂ケースのコネクタ挿入部にコネクタを挿入
したときの気泡の発生状況を説明する説明図である。

【図９】感圧素子表面のシリコンゲル厚みと、ワイヤ倒
れが発生する圧力センサの落下高さとの関係を示すグラ
フである。

【図１０】変形例に係るターミナルを概略的に示す斜視
図である。

【図１１】従来例の圧力センサ及びコネクタの概略構成
を示す縦断正面図である。

【符号の説明】

１０…樹脂ケース、１１…凹部、１１ａ…貫通孔、１１
ｂ〜１１ｅ…接続端子台、１２…測定圧導入管、１２ａ
…貫通孔、１３…台、１３ａ…堤、１４…枠部、１５…
溝部、１６ａ〜１６ｃ…ターミナル、１６ａ1 〜１６ｃ
1 …貫通孔、１６ａ2 …溝、１７…大気圧導入口、１７
ａ…撥水フィルタ、１８…コネクタ接続凹部、２０…感
圧素子、２０ａ…シリコン基板、２０ｂ…感圧部、２０
ｃ…保護膜、２１…ガラス支持具、２１ａ…貫通孔、２
２…ステム、２２ａ…貫通孔、２４…ワイヤ、２５…接
着剤、２６…シリコンゲル、３０…リッド、４０…コネ
クタ、４１…シールゴム、Ｒ１…主室、Ｒ２…副室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横山祐一愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者高桑昌樹愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開平９−43085（ＪＰ，Ａ) 特開平９−43084（ＪＰ，Ａ) 特開平７−113706（ＪＰ，Ａ) 特開平６−186104（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−45282（ＪＰ，Ａ) 実開平７−16134（ＪＰ，Ｕ) 実開平４−113045（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−177733（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−122543（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 9/00 301 G01L 9/00 303 G01L 19/00 G01L 19/14 G01L 13/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】堤によって区画された主室および副室を持
つ圧力導入室と該主室と対置された測定圧導入室とを有
する樹脂ケースと、該主室と該測定圧導入室とを区画するように該樹脂ケー
スに固定されダイヤフラムを形成する薄肉部を有する感
圧素子と、基端が該主室に位置し該堤を貫通して該副室に表出しさ
らに該樹脂ケースの外壁を貫通して先端が外部に表出す
るように一体的にインサート成形されたターミナルと、該感圧素子の歪検出部と該ターミナルの基端とを結ぶワ
イヤと、該感圧素子、該ワイヤおよび該ターミナルの基端を覆う
ように該主室に注入されたゲルと、からなることを特徴
とする圧力センサ。
【請求項２】感圧素子は該感圧素子と熱膨張係数の近似
したガラスを介して樹脂ケースに固定されている請求項
１記載の圧力センサ。
【請求項３】ゲルはシリコンゲルであり、該ゲルの量は
該ワイヤの上部を覆うゲルの部分が突出した状態となる
量である請求項１記載の圧力センサ。
【請求項４】樹脂ケースは相対圧導入室を区画する蓋部
を持ち、該相対圧導入室の導入口に撥水フィルタを持つ
請求項１記載の圧力センサ。
【請求項５】ターミナルは、該副室に表出する部分に貫
通孔を有する請求項１記載の圧力センサ。
【請求項６】ターミナルの該副室に表出する面の反対側
面にて該貫通孔の周囲に溝を設けた請求項５記載の圧力
センサ。