JP3663837B2

JP3663837B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP3663837B2
Application number: JP16831697A
Authority: JP
Inventors: 正美堀; 伸行茨; 康明渡部
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2017-06-25
Also published as: JPH1114486A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出する圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の圧力センサとしては、例えば図６及び図７に示すように、半導体基板に凹所を設けることによって形成された受圧ダイアフラムにピエゾ抵抗が形成された半導体センサチップ１と、半導体センサチップ１がガラス台座５を介して実装されたセラミック基板（プリント板）１０と、セラミック基板１０を納装するケース２とから構成されるものがあった。ここに、半導体センサチップ１表面の電極（図示せず）とセラミック基板１０に形成された電極１３とは例えばアルミニウム細線よりなるボンディングワイヤＷにより接続される。また、セラミック基板１０には、半導体センサチップ１の出力（差動出力）を増幅するための出力増幅回路が設けられている。出力増幅回路は、セラミック基板１０に実装された増幅用ＩＣ３０（演算増幅器）や、セラミック基板１０上に焼成により形成されたトリミング用の厚膜抵抗（図示せず）などにより構成される。また、半導体センサチップ１の表面にはシリコン樹脂７がコーティングされている。
【０００３】
半導体センサチップ１などが実装されたセラミック基板１０は、一面が開口した例えば樹脂製のボディ２０に収納される。図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、ボディ２０の上面には、ボディ２０の内外を連通する圧力導入孔２４が穿孔された圧力導入用パイプ２１が、ボディ２０の上面と略直交する方向に突設されており、また、ガラス台座５及びセラミック基板１０にも、圧力導入孔２４と連通する孔６，１１がそれぞれ穿設され、半導体センサチップ１の受圧ダイアフラムには、圧力導入用パイプ２１の圧力導入孔２４からの圧力が伝わるようになっている。ここに、ボディ２０とボディ２０に接着固定され半導体センサチップ１やセラミック基板１０などを覆うカバー４０とでケース２が構成され、圧力導入用パイプ２１が突設されたボディ２０の上面には、半導体センサチップ１とカバー４０との間の空間と、ケース２の外部とを連通する大気導入孔２６が穿設された大気導入用パイプ２７が、ボディ２０の上面と略直交する方向に突設されている。
【０００４】
ところで、ボディ２０には複数の金属製の端子２２が同時成形されており、出力増幅回路は、ボディ２０に設けられた端子２２に導電性ペースト（例えば、銀ペーストなど）や半田などにより接続される。端子２２は圧力導入用パイプ２１が突出する方向と反対方向に折曲され、出力増幅回路の出力を外部へ取り出すための端子や、出力増幅回路へ電源を供給するための端子などを構成する。
【０００５】
尚、図６（ｂ）中の３３はセラミック基板１０をボディ２０に固定する接着剤であり、同図中の３４はセラミック基板１０の導電部と端子２２の導通をとるための導電性ペーストであり、同図中の２３は端子２２をボディ２０に一体成形するためのフレームである。また、図６（ａ）中の３１はセラミック基板の周囲に封止されたシリコンゲルであり、２９は半導体センサチップ１へのシリコンゲル３１の流入を防ぐための枠体である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の圧力センサでは、圧力導入用パイプ２１がボディ２０の上面と略直交する方向に突設されてるので、図８に示すように、この圧力センサをプリント基板５１に実装し、圧力を測定箇所から導入するための圧力導入用チューブ５０を圧力導入用パイプ２１に嵌めると、圧力導入用チューブ５０がボディ２０の上面と略直交する方向から差し込まれるため、圧力導入用チューブ５０を圧力導入用パイプに接続するのに必要な取付け高さＨが高くなるという問題があった。また、取付け高さＨが制限されている場合、図８中に二点鎖線で示すように、圧力導入用チューブ５０が途中で折れ曲げられ、測定箇所の圧力を正確に測定できなくなるという問題もあった。
【０００７】
また、大気導入孔２６がボディ２０の上面と略直交する方向に形成されているので、水がかかるような場所で圧力センサを使用する場合（例えば、洗濯機の水位測定用などの用途に使用する場合）、大気導入孔２６からケース２内に水が浸入しやすいという問題もあった。
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、圧力導入用チューブの取付け高さを低くし、水の浸入を防止した圧力センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、上記目的を達成するために、圧力を検出する圧力検出部と、圧力検出部が納装されるケースとを備え、圧力検出部に圧力を導入するための圧力導入孔が穿設された圧力導入用パイプをケース表面に突設するとともに、圧力導入用パイプをケース表面と略平行な方向に突出させ、圧力導入用パイプの付け根に、圧力を測定箇所から導入するための圧力導入用チューブが入り込むえぐれ部を設け、ケース表面と圧力導入用パイプとの間で、えぐれ部に差し込まれた圧力導入用チューブを挟持することを特徴とし、圧力導入用パイプをケース表面と略直交する方向に突出させた場合に比べて、圧力センサ全体の高さを低くすることができる。さらに、圧力を測定箇所から導入するための圧力導入用チューブを圧力導入用パイプに差し込んだ場合、圧力導入用チューブはケース表面と平行な方向に伸びるので、圧力導入用チューブを接続するのに必要な取付け高さを低くすることができる。
【０００９】
しかも、請求項１の発明では、圧力導入用パイプの付け根に、圧力を測定箇所から導入するための圧力導入用チューブが入り込むえぐれ部を設けているので、圧力導入用チューブを圧力導入用パイプの付け根まで差し込むことができ、且つケース表面と圧力導入用パイプとの間で、えぐれ部に差し込まれた圧力導入用チューブを挟持しているので、圧力導入用チューブが抜けるのを防ぐことができる。
【００１０】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、圧力導入孔の一部に略垂直に屈曲する第１の屈曲部を設け、第１の屈曲部の断面形状を略Ｄ字状としているので、第１の屈曲部に絞りの機能を持たせることができる。また、第１の屈曲部の平面部を、樹脂成形時に圧力導入孔を成形する金型の合わせ面とすることができる。
【００１１】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、ケース内部に大気を導入する大気導入孔をケースの側面に設け、大気導入孔の一部に略垂直に屈曲する第２の屈曲部を設けるとともに、大気導入孔のケース側面側の開口端に絞り部を設けており、大気導入孔をケースの側面に設けているので、大気導入孔をケースの上面に設けた場合に比べて水が入りにくくなる。そのうえ大気導入孔のケース側面側の開口端に絞り部を設け、大気導入孔の一部に第２の屈曲部を設けているので、さらに水の浸入を防止することができる。
【００１２】
請求項４の発明では、請求項１乃至３の何れか１つの発明において、上記圧力検出部に電源供給するための端子や上記圧力検出部の検出出力を外部に出力するための端子からなる複数の外部接続端子をケースの両側面に突設し、複数の外部接続端子の内、最外縁の外部接続端子を幅広に形成しているので、プリント基板に外部接続端子を半田付けする際に、外部接続端子の取付け強度を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。尚、基本的な構成は上述した従来の圧力センサと同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態の圧力センサは、図１及び図２に示すように、半導体基板に凹所を設けることによって形成された受圧ダイアフラムにピエゾ抵抗が形成された半導体センサチップ１と、半導体センサチップ１がガラス台座５を介して実装されたセラミック基板１０と、セラミック基板１０を納装するケース２とから構成されている。ここに、半導体センサチップ１表面の電極（図示せず）とセラミック基板１０に形成された電極１３とは例えばアルミニウム細線よりなるボンディングワイヤＷにより接続される。また、セラミック基板１０には、半導体センサチップ１の出力（差動出力）を増幅するための出力増幅回路が設けられている。出力増幅回路は、セラミック基板１０に実装された増幅用ＩＣ３０（演算増幅器）や、セラミック基板１０上に焼成により形成されたトリミング用の厚膜抵抗（図示せず）などにより構成される。また、半導体センサチップ１の表面にはシリコン樹脂７がコーティングされている。
【００１４】
半導体センサチップ１などが実装されたセラミック基板１０は、一面が開口した例えば樹脂製のボディ２０に収納される。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ボディ２０の上面には、ボディ２０の内外を連通する圧力導入孔２４が穿孔された略Ｌ字状の圧力導入用パイプ２１が突設されており、圧力導入用パイプ２１は、ボディ２０の上面と略平行な方向に突出している。ここで、ガラス台座５及びセラミック基板１０には、圧力導入孔２４と連通する孔６，１１がそれぞれ穿設され、半導体センサチップ１の受圧ダイアフラムに、圧力導入用パイプ２１の圧力導入孔２４からの圧力が伝わるようになっている。また、圧力導入用パイプ２１の付け根には、圧力を検出箇所から導入するための圧力導入用チューブが差し込まれるえぐれ部２８が形成されているので、図３に示すように、圧力導入用チューブ５０を圧力導入用パイプ２１の付け根まで差し込むことができ、圧力導入用チューブ５０を圧力導入用パイプ２１に確実に接続することができる。また、圧力導入用チューブ５０をえぐれ部２８まで差し込むと、圧力導入用チューブ５０がケース２（ボディ２０）の表面と圧力導入用パイプ２１との間に挟持されるので、圧力導入用チューブ５０が圧力導入用パイプ２１から抜けにくくなり、圧力導入用チューブ５０を圧力導入用パイプ２１に確実に差し込むことができる。
【００１５】
ところで、図１（ａ）及び図４に示すように、圧力導入孔２４の一部には第１の屈曲部２４ｃが形成されており、ボディ２０の上面と略平行な方向に伸びる孔２４ａと、ボディ２０の上面と略直交する方向に伸びる孔２４ｂとが第１の屈曲部２４ｃで略直交している。ここで、第１の屈曲部２４ｃの断面形状は略Ｄ字状に形成されており、ボディ２０を樹脂成形する際に、第１の屈曲部２４ｃの平面部が、孔２４ａを成形する金型と、孔２４ｃを成形する金型との合わせ面となるので、両金型を容易に合わせることができる。また、両金型は平面部で当接するので、両金型の当接面でバリなどが発生しにくくなる。また、第１の屈曲部２４ｃの断面積が孔２４ａ，２４ｂの断面積に比べて小さいので、第１の屈曲部２４ｃが絞りの役割を果たし、圧力導入孔２４を通ってケース２内に異物が浸入するのを防止している。
【００１６】
ここに、ボディ２０とボディ２０に接着固定され半導体センサチップ１やセラミック基板１０などを覆うカバー４０とでケース２が構成され、ボディ２０の側面には、半導体センサチップ１とカバー４０との間の空間と、ケース２の外部とを連通する大気導入孔２６が穿設されている。したがって、大気導入孔２６をボディ２０の側面に設けているので、大気導入孔２６をボディ２０の上面に設けた場合に比べて、大気導入孔２６内に水が入り込みにくくなる。さらに、大気導入孔２６の一部には略垂直に屈曲する第２の屈曲部２６ａが設けられており、大気導入孔２６のボディ２０の側面側の開口端には絞り部２６ｂが設けられているので、大気導入孔２６の開口端から内部に入るにつれて、大気導入孔２６の断面積が除々に小さくなるため、大気導入孔２６の開口端に水滴が付着しても、水の表面張力によって、水滴が大気導入孔２６内に入り込むことがなく、大気導入孔２６内に水が浸入するのを防止することができる。
【００１７】
ところで、ボディ２０の両側面には複数の金属製の外部接続端子たる端子２２，２２’が同時成形されており、圧力導入用パイプ２１が突設された方向と反対方向に略直角に折曲されている。一方の側面に設けられた５本の端子の内、例えば内側の３本の端子２２が出力増幅回路に導電性ペースト（例えば、銀ペーストなど）３４により接続されており、端子２２の両側の２本の端子２２’及び他方の側面に設けられた３本の端子２２’は端子２２よりも幅広に形成されている。したがって、端子２２’をプリント基板に半田付けする際に、端子２２’の取付け強度を端子２２に比べて大きくすることができ、ケース２全体の取付け強度を増すことができるので、例えば圧力導入用パイプ２１に圧力導入用チューブ５０を取り付ける際に、ケース２に外力が加わっても、端子２２，２２’が破損することがない。
【００１８】
また、図５に示すように、端子２２，２２’をボディ２０内で略垂直に二度折曲し、ボディ２０の両側面からボディ２０の上面と略平行な方向に突出させた状態で、端子２２，２２’を図５中下方に折曲するようにしてもよい。端子２２，２２’に折り返し部２２ａを設けることによって、ケース２外に露出する端子２２，２２’の上端からケース２の下面までの高さ寸法ｈを小さくすることができる。したがって、この圧力センサをプリント基板５１に実装する際に、ユーザにてプリント基板５１の表面を例えばウレタン樹脂からなるポッティング剤８１でコーティングすることにより、ケース２の外部に露出する端子２２，２２’の部位を容易にコーティングすることができる。
【００１９】
尚、図１（ａ）中の３３はセラミック基板１０をボディ２０に固定する接着剤であり、同図中の２３，２３ａは端子２２，２２’をボディ２０に一体成形するためのフレームである。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、上述のように、圧力を検出する圧力検出部と、圧力検出部が納装されるケースとを備え、圧力検出部に圧力を導入するための圧力導入孔が穿設された圧力導入用パイプをケース表面に突設するとともに、圧力導入用パイプをケース表面と略平行な方向に突出させ、圧力導入用パイプの付け根に、圧力を測定箇所から導入するための圧力導入用チューブが入り込むえぐれ部を設け、ケース表面と圧力導入用パイプとの間で、えぐれ部に差し込まれた圧力導入用チューブを挟持することを特徴とし、圧力導入用パイプをケース表面と略直交する方向に突出させた場合に比べて、圧力センサ全体の高さを低くすることができるという効果がある。さらに、圧力を測定箇所から導入するための圧力導入用チューブを圧力導入用パイプに差し込んだ場合、圧力導入用チューブはケース表面と平行な方向に伸びるので、圧力導入用チューブを接続するのに必要な取付け高さを低くすることができ、圧力導入用チューブの取付け高さが制限されている場所でも、圧力を正確に測定することができるという効果がある。
【００２１】
さらに、請求項１の発明は、圧力導入用パイプの付け根に、圧力を測定箇所から導入するための圧力導入用チューブが入り込むえぐれ部を設けているので、圧力導入用チューブを圧力導入用パイプの付け根まで差し込むことができ、圧力導入用チューブを確実に差し込むことができるというという効果がある。そのうえ請求項１の発明は、ケース表面と圧力導入用パイプとの間で、えぐれ部に差し込まれた圧力導入用チューブを挟持しているので、圧力導入用チューブが抜けるのを防止でき、圧力導入用チューブを確実に取り付けることができるという効果がある。
【００２２】
請求項２の発明は、圧力導入孔の一部に略垂直に屈曲する第１の屈曲部を設け、第１の屈曲部の断面形状を略Ｄ字状としているので、第１の屈曲部に絞りの機能を持たせることができ、圧力導入孔から異物が侵入するのを防ぐことができるという効果がある。また、第１の屈曲部の平面部を、樹脂成形時に圧力導入孔を成形する金型の合わせ面とすることができるので、金型の合わせを容易に行うことができるという効果がある。
【００２３】
請求項３の発明は、ケース内部に大気を導入する大気導入孔をケースの側面に設け、大気導入孔の一部に略垂直に屈曲する第２の屈曲部を設けるとともに、大気導入孔のケース側面側の開口端に絞り部を設けており、大気導入孔をケースの側面に設けているので、大気導入孔をケースの上面に設けた場合に比べて水が入りにくくなるという効果がある。そのうえ大気導入孔のケース側面側の端部に第２の絞り部を設け、大気導入孔の一部に第２の屈曲部を設けているので、水の浸入をさらに防止できるという効果がある。
【００２４】
請求項４の発明は、上記圧力検出部に電源供給するための端子や上記圧力検出部の検出出力を外部に出力するための端子からなる複数の外部接続端子をケースの両側面に突設し、複数の外部接続端子の内、最外縁の外部接続端子を幅広に形成しているので、プリント基板に外部接続端子を半田付けする際に、外部接続端子の取付け強度を高めることができ、圧力センサに外力が加わっても外部接続端子が破損することがないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の圧力センサを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）はカバーを外した状態の平面図である。
【図２】同上の圧力センサを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図３】同上の圧力センサの使用状態を説明する説明図である。
【図４】同上の圧力センサのボディを下側から見た一部省略せる斜視図である。
【図５】同上の圧力センサの取付状態を説明する断面図である。
【図６】従来の圧力センサを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）はカバーを外した状態の平面図である。
【図７】同上の圧力センサを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。
【図８】同上の圧力センサの使用状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
１半導体センサチップ
２ケース
１０セラミック基板
２０ボディ
２１圧力導入孔
２４圧力導入用パイプ
４０カバー

Claims

圧力を検出する圧力検出部と、圧力検出部が納装されるケースとを備え、圧力検出部に圧力を導入するための圧力導入孔が穿設された圧力導入用パイプをケース表面に突設するとともに、圧力導入用パイプをケース表面と略平行な方向に突出させ、圧力導入用パイプの付け根に、圧力を測定箇所から導入するための圧力導入用チューブが入り込むえぐれ部を設け、ケース表面と圧力導入用パイプとの間で、えぐれ部に差し込まれた圧力導入用チューブを挟持することを特徴とする圧力センサ。
圧力導入孔の一部に略垂直に屈曲する第１の屈曲部を設け、第１の屈曲部の断面形状を略Ｄ字状としたことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
ケース内部に大気を導入する大気導入孔をケースの側面に設け、大気導入孔の一部に略垂直に屈曲する第２の屈曲部を設けるとともに、大気導入孔のケース側面側の開口端に絞り部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の圧力センサ。
上記圧力検出部に電源供給するための端子や上記圧力検出部の検出出力を外部に出力するための端子からなる複数の外部接続端子をケースの両側面に突設し、複数の外部接続端子の内、最外縁の外部接続端子を幅広に形成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の圧力センサ。