JP3758304B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体圧力センサチップ等のセンサ本体が固定されるケースを、取付対象に取付ける際の構造を改良したセンサ装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
センサ装置例えば圧力センサの従来構造を図７に示す。この圧力センサ１は、上面が開口したプラスチック製のケース２内に、台座部に支持された半導体圧力センサチップ３を収納し例えば接着により固着して構成される。詳しく図示はしないが、前記センサチップ３は、シリコン基板に薄肉のダイヤフラムを形成すると共にその上面部に圧力検知回路を一体に設けて構成されている。また、前記ケース２の底部には、下方に突出するように、管状の突出口部４が一体に設けられ、その内部を貫通する圧力導入路４ａが、前記ダイヤフラムの下面側部分に連通されるようになっている。
【０００３】
そして、前記ケース２には、底部側壁部から左右両側方に延出するように、ねじ挿通穴５ａを有するフランジ部５が一体に設けられている。さらに、前記ケース２の上面開口部は、蓋６によって密閉状態に塞がれるようになっている。尚、前記蓋６には、前記センサチップ３のダイヤフラムの破壊時における外部へのガス漏れを一定の微少量に保つための、ごく小径（例えば直径が０．５mm程度）の孔６ａが形成されている。
【０００４】
このように構成された圧力センサ１は、取付対象の取付部７に形成された２個のねじ穴７ａに対して、それぞれ前記フランジ部５のねじ挿通孔５ａを通してねじ８を締付けることにより、取付部７に取付けられるようになっている。しかしながら、このような圧力センサ１の取付構造では、ねじ８の締付け時にケース２に対する応力が発生し、その応力がセンサチップ３に及んでしまい、センサチップ３の特性が変動してしまう虞があった。このようなセンサチップ３の特性変動は、特に微小な圧力を検出するようにした圧力センサ１においては、大きな問題となる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、取付対象への取付け時に発生する応力を緩和し、その応力による悪影響がセンサ本体に極力及ばないようにすることができるセンサ装置を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のセンサ装置は、半導体圧力センサチップからなるセンサ本体と、このセンサ本体が固定されるケースと、このケースの開口部を塞ぐ蓋を兼用しており、該ケースを保持した状態で取付対象に取付けられる取付部材とを具備し、前記取付部材とケースとを、相互間のずれ移動を可能に結合する保持手段を介して結合すると共に、前記保持手段は、弾性係合爪を係合穴に係合させるようにしたスナップフィット構造から構成されているところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【０００７】
これによれば、半導体圧力センサチップからなるセンサ本体を有するケースは、直接ではなく取付部材を介して間接的に取付対象に取付けられる。この取付けの際に、取付部材に応力が発生することがあるが、取付部材とケースとの間には、相互間のずれ移動を許容する保持手段が介在されるので、取付部材に発生した応力が、保持手段によって緩和されるようになり、そのままケースひいてはセンサ本体に作用することがなくなる。
従って、本発明の請求項１のセンサ装置によれば、取付対象への取付け時に発生する応力を緩和し、その応力による悪影響がセンサ本体に極力及ばないようにすることができるという優れた実用的効果を奏するものである。
【０００８】
この場合、上記保持手段を、弾性係合爪を係合穴に係合させるようにしたスナップフィット構造から構成したことにより、保持手段を比較的簡単な構成で済ませながらも、所期の目的を達成することができる。
【０００９】
また、上記取付部材を、前記ケースの開口部を塞ぐ蓋を兼用する構成としたことにより、蓋と取付部材と別途に設ける場合に比べて、構成部品数を少なく済ませることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を半導体圧力センサに適用した一実施例について、図１ないし図６を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係るセンサ装置たる圧力センサ１１を、取付対象の取付部１２に取付けた様子を示している。この圧力センサ１１は、センサ本体たる半導体圧力センサチップ１３と、このセンサチップ１３が収納状態で装着されるケース１４と、このケース１４の上面開口部を塞ぎ取付部材を兼用する蓋１５とを備えて構成されている。
【００１１】
このうちセンサチップ１３は、図２に示すように、例えば単結晶シリコン基板から全体として矩形状に形成され、エッチング加工により中央部の矩形状領域に薄肉のダイヤフラム１６を一体に有すると共に、その上面部に、例えば４個の拡散ピエゾ抵抗体１７（２個のみ図示）をブリッジ接続した検知回路を形成してなる周知の構成とされている。このセンサチップ１３は、上下に貫通する貫通穴１８ａを有する支持台座１８上に接着により取付けられた形態で設けられる。
【００１２】
そして、前記ケース１４は、図３及び図４に示すように、上面が開口した薄形形箱状をなしいわば上げ底状態に構成されたケース主部１４ａと、そのケース主部１４ａの底壁部から下方に突出する中空状の突出管部１４ｂとを一体に有して構成されている。前記ケース主部１４ａ内の中央前部寄り部位には、前記センサチップ１３が収納される収納凹部１４ｃが形成され、前記突出管部１４ｂの中空部は、ケース主部１４ａの底壁部をも貫通して収納凹部１４ｃの内底面にて開口するようになっている。これにて、検出圧力を導入するための圧力導入路１９が形成されている。
【００１３】
前記センサチップ１３（支持台座１８）は、ケース１４の収納凹部１４ｃ内に載置された状態で例えば接着により固着されるようになっている。このとき、支持台座１８の貫通穴１８ａが、圧力導入路１９の上端開口部に連続し、もって検出圧力が圧力導入路１９からダイヤフラム１６部分に導入されるようになっているのである。尚、図示はしないが、この取付状態で、センサチップ１３上面の検知回路のコンタクトと、ケース１４側の端子とがボンディングワイヤにより電気的に接続されるようになっている。
【００１４】
一方、前記蓋１５は、図５にも示すように、例えば合成樹脂から構成され、前記ケース１４（ケース主部１４ａ）に対し、内周壁部に若干のクリアランスをもって深く被さるような下面が開口した矩形箱状をなしている。そして、この蓋１５の左右の側壁部の下端部には、夫々側方に延びるようにして、ねじ挿通孔２０ａを有する取付板部２０が一体に設けられている、尚、詳しくは後述するように、前記ケース１４と蓋１５とは、スナップフィット構造によって連結され、もって圧力センサ１１が構成されるようになっている。
【００１５】
そして、このように構成された圧力センサ１１の取付対象（取付部１２）に対する取付けは、図１に示すように、ケース１４の突出管部１４ｂの先端部を、取付部１２の穴１２ａに差込んだ状態で、取付板部２０のねじ挿通孔２０ａを通して取付部１２に形成されたねじ穴１２ｂに対し、それぞれねじ２１を締付けることにより行われるようになっている。このとき、突出管部１４ｂと穴１２ａとの間にはＯリング２２が装着され、気密状態が確保されるようになっている。
【００１６】
また、本実施例では、図１，図３及び図４に示すように、前記ケース１４の圧力導入路１９には、その途中部この場合上端部寄り部位に位置して、部分的に径小とされたガス漏れ規制部１９ａが設けられている。つまり、圧力導入路１９のうち上部（ガス漏れ規制部１９ａの上側）を除く大部分は径大（例えばφ３．５mm）に構成され、圧力導入路１９の上端部（収納凹部１４ｃにて開口する部分）がやや径大（φ１．２mm）に構成され、それらの間が径小なガス漏れ規制部１９ａにより連通された状態とされている。本実施例では、前記ガス漏れ規制部１９ａの内径は、φ０．５mm以下例えばφ０．３mmとされている。
【００１７】
このとき、ケース１４のうちケース主部１４ａ等は、合成樹脂から構成されるのであるが、圧力導入路１９の内周壁部分については、例えば金属製のインサートパイプ２３から構成されるようになっている。これにて、予めガス漏れ規制部１９ａを形成しておいたインサートパイプ２３をインサートした状態でケース１４を成形することにより、突出管部１４ｂ内に寸法精度の高いガス漏れ規制部１９ａを容易に形成することができるのである。
【００１８】
さて、前記ケース１４と蓋１５との連結構造（スナップフィット構造）は、次のようになっている。即ち、図５及び図６にも示すように、前記蓋１５の左右の両側壁部には、前記取付板部２０の上部に位置して、夫々四角形の係合穴２４が形成されている。一方、図３及び図６にも示すように、前記ケース１４には、ケース主部１４ａの左右の両側壁部から下方に延びるようにして、前記係合穴２４に対応する弾性係合爪２５が一体に形成されている。この弾性係合爪２５は下端部に外側に凸となる爪部２５ａを有している。
【００１９】
これにて、弾性係合爪２５が左右方向に弾性的に撓ることを利用して、蓋１５をケース１４に対して被せた際に、爪部２５ａが前記係合穴２４に対して弾性的に係合され、もってこれらケース１４と蓋１５とがいわばフローティング状態に結合されるようになっている。また、このとき、図６に示すように、前記係合穴２４の前後方向の幅寸法は、爪部２５ａの幅寸法よりも若干広め（約１mm程度）に形成され、前後方向にも若干のクリアランスを有している。これにより、蓋１５とケース１４とを、相互間の若干のずれ移動可能に結合する保持手段が構成されているのである。
【００２０】
次に、上記構成の作用について述べる。上述のように、圧力センサ１１は、ケース１４の収納凹部１４ｃ内にセンサチップ１３が接着された状態で、蓋１５が被せられて構成される。そして、この圧力センサ１１は、図１に示すように、蓋１５に一体に設けられた取付板部２０のねじ挿通孔２０ａを通して、取付部１２のねじ穴１２ｂにねじ２１を締付けることにより、取付部１２に取付けられるようになっている。
【００２１】
しかして、この取付け時（ねじ２１の締付け時）に、取付板部２０つまり蓋１５に応力が発生することがある。ところが、蓋１５とケース１４とは、係合穴２４と弾性係合爪２５との係合によって相互間のずれ移動可能に結合されているので、取付け時に発生する応力（歪み）が、そのスナップフィット構造によって吸収されるようになり、そのままケース１４ひいてはセンサチップ１３に作用することがなくなる。これにより、取付部１２への取付け時に発生する応力が緩和され、その応力による悪影響がセンサチップ１３に及ばなくなるのである。
【００２２】
ところで、このような圧力センサ１１は、都市ガスやＬＰガスなどの可燃性ガスのガス圧の検出に用いられることがあるが、このとき、万一センサチップ１３の薄肉なダイヤフラム１６が破壊されるようなことがあると、外部にガスが漏れ引火するといった虞がある。このため、従来では、ケース（蓋）に、外部へのガス漏れを一定の微少量に保つための、ごく小径の孔を形成すると共に、ケースと蓋との間を高い気密状態に取付けるようにしていた。
【００２３】
ところが、本実施例では、圧力導入路１９の途中部に径小なガス漏れ規制部１９ａを設けたので、そのガス漏れ規制部１９ａにより、ダイヤフラム１６が破壊された際の外部に漏れるガスの量を、引火の虞のない程度の一定の微少量に保つことができるようになるのである。この場合、本発明者の研究によれば、ガス漏れ規制部１９ａの内径を、０．５ｍｍ以下とすることにより、確実に引火の虞のないガス漏れ量に抑えることができるようになる。通常時において、圧力導入路１９における気体の流通を確保することができることは勿論である。
【００２４】
しかも、センサチップ１３の外側におけるケース１４の気密性を特に必要としなくなるので、ケース１４及び蓋１５の接着等を不要としてその接続構成の自由度を高めることができ、上記のようなスナップフィット構造を採用することが可能となるのである。また、ガス漏れ規制部１９ａは、圧力導入路１９の途中部に設けられているので、圧力導入路１９の上端部分や下端部分を径大とすることができて、接着剤や外部からの塵埃や液滴等の異物により圧力導入路１９が塞がれてしまうといったことを未然に防止することができるのである。
【００２５】
このように本実施例によれば、ケース１４と蓋１５との間を相互の若干のずれ移動可能に結合したので、従来のようなケース２に直接的に取付けるものと異なり、取付け時に発生する応力を緩和し、その応力による悪影響がセンサチップ１３に極力及ばないようにすることができるという優れた実用的効果を得ることができる。特に本実施例のような圧力センサ１１においては、センサチップ１３の特性が大きく変動することにつながるため、特に有効となり、圧力検出を高精度で行うことができる圧力センサ１１を得ることができるのである。
【００２６】
この場合、ケース１４と蓋１５との接続に、弾性係合爪２５と係合穴２４との係合によるスナップフィット構造を採用したので、比較的簡単な構成で済ませることができ、しかも、蓋１２に取付板部２０を一体に形成するようにしたので、蓋と取付部材と別途に設ける場合に比べて、構成部品数を少なく済ませることができ、構成が一層簡単となる。
【００２７】
また、特に本実施例では、圧力導入路１９の途中部に径小なガス漏れ規制部１９ａを設けたことにより、引火性のガス圧を検出する場合でも、簡単な構成でセンサチップ１３の破壊時等におけるガス漏れ量の規制を行うことができ、このとき、ケース１４等に気密性を要しなくなるので、組付けが簡単となると共に気密性検査の工程も不要となり、製造コストを低減することができる。この場合、圧力導入路１９を、ガス漏れ規制部１９ａを予め有したインサートパイプ２３から構成したので、圧力導入路１９をケース１４に対して容易に設けることができるといった利点も得ることができる。
【００２８】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、保持手段としては各種の変形例が考えられ、例えばケース１４側に係合穴を設け蓋１５側に弾性係合爪を設けるようにしても良い。さらには、可燃性ガスのガス圧を検出する用途以外に使用する場合には、圧力導入路１９のガス漏れ規制部１９ａは特に設ける必要はない。その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、取付部に取付けた状態の圧力センサの縦断正面図
【図２】センサチップの拡大縦断正面図
【図３】ケースの縦断正面図
【図４】ケースの縦断左側面図
【図５】蓋の縦断正面図
【図６】圧力センサの側面図
【図７】従来例を示す図１相当図
【符号の説明】
図面中、１１は圧力センサ（センサ装置）、１２は取付部（取付対象）、１２ｂはねじ穴、１３はセンサチップ（センサ本体）、１４はケース、１４ａはケース主部、１４ｂは突出管部、１５は蓋（取付部材）、１６はダイヤフラム、１９は圧力導入路、１９ａはガス漏れ規制部、２０は取付板部、２０ａはねじ挿通穴、２３はインサートパイプ、２４は係合穴、２５は弾性係合爪、２５ａは爪部を示す。

Claims (1)

1. 半導体圧力センサチップからなるセンサ本体と、このセンサ本体が固定されるケースと、このケースの開口部を塞ぐ蓋を兼用しており、該ケースを保持した状態で取付対象に取付けられる取付部材とを具備し、
   前記取付部材とケースとは、相互間のずれ移動を可能に結合する保持手段を介して結合されていると共に、前記保持手段は、弾性係合爪を係合穴に係合させるようにしたスナップフィット構造から構成されていることを特徴とするセンサ装置。

Images