JP5793451B2 - 差圧センサ - Google Patents

Description

この発明は、封入液として圧力伝達用媒体を封止した封入液封止型の差圧センサに関するものである。

従来より、差圧センサとしては種々のタイプのものがあるが、その中に封入液として圧力伝達用媒体を封止した封入液封止型の差圧センサがある（例えば、特許文献１参照）。この封入液封止型の差圧センサにおいて、圧力伝達用媒体としては、シリコーンオイル等の非圧縮性流体が用いられる。図３に従来の封入液封止型の差圧センサの一例の要部の断面図を示す。

図３において、１は金属製のボディであり、内部空間として、隔壁１−１によって区画された第１の空間１−２と第２の空間１−３とを有している。隔壁１−１には第１の空間１−２と第２の空間１−３とを連通する貫通路１−４が設けられている。第１の空間１−２の開口部１−２ａには第１の金属ダイアフラム（第１の受圧ダイアフラム）２−１が設けられており、第２の空間１−３の開口部１−３ａには第２の金属ダイアフラム（第２の受圧ダイアフラム）２−２が設けられている。

３はセンサチップであり、センサダイアフラム３−１と、台座３−２とから構成されている。センサダイアフラム３−１はシリコンなどから成り、台座３−２はシリコンやガラスなどから成る。センサダイアフラム３−１はその中央部が薄肉状とされており、その一方の面３−１ａに対する他方の面３−１ｂに凹部３−１ｃが形成され、この凹部３−１ｃが形成された他方の面３−１ｃ側に台座３−２の一方の端面３−２ａが接合されている。台座３−２は筒状とされており、その中空部３−２ｃとセンサダイアフラム３−１の凹部３−１ｃとによって、センサダイアフラム３−１の他方の面３−１ｂに通ずる連通路３−３が形成されている。

センサチップ３は、センサダイアフラム３−１の一方の面３−１ａを第１の受圧ダイアフラム２−１に臨むようにして、センサダイアフラム３−１の他方の面３−１ｂに通ずる連通路３−３を隔壁１−１の貫通路１−４に連通させるようにして、第１の空間１−２側に位置する隔壁１−１の壁面１−１ａに接合されている。すなわち、台座３−２の中空部３−２ｃを隔壁１−１の貫通路１−４に連通させるようにして、台座３−２の他方の端面３−２ｂを隔壁１−１の壁面１−１ａに接合させている。以下、台座３−２と隔壁１−１との接合部を第１の接合部４−１とし、台座３−２とセンサダイアフラム３−１との接合部を第２の接合部４−２とする。

ボディ１には、第１の空間１−２を第１の封入室６−１として、第１の圧力伝達用媒体５−１が封止されている。また、第２の空間１−３および隔壁１−１の貫通路１−４およびセンサダイアフラム３−１の他方の面３−１ｂに通ずる連通路３−３を第２の封入室６−２として、第２の圧力伝達用媒体５−２が封止されている。この第１の封入室６−１への第１の圧力伝達用媒体５−１の封止および第２の封入室６−２への第２の圧力伝達用媒体５−２の封止は、どちらも同じ条件（大気圧下）で行われており、第１の圧力伝達用媒体５−１および第２の圧力伝達用媒体５−２の封止圧は等しくされている。

この封入液封止型の差圧センサ１００では、第１の受圧ダイアフラム２−１が受けた圧力Ｐ１が第１の圧力伝達用媒体５−１を介してセンサダイアフラム３−１の一方の面３−１ａに伝達され、第２の受圧ダイアフラム２−２が受けた圧力Ｐ２が第２の圧力伝達用媒体５−２を介してセンサダイアフラム３−１の他方の面３−１ｂに伝達される。その結果、センサダイアフラム３−１が圧力Ｐ１とＰ２との圧力差に応じて撓み、その圧力差に応じた信号がセンサダイアフラム３−１から出力される。センサダイアフラム３−１には、圧力差に応じた信号を出力するための構成として、圧力変化に応じて抵抗値が変化する歪抵抗ゲージが形成されている。

この差圧センサ１００は、例えば、圧力Ｐ１を受ける第１の受圧ダイアフラム２−１側を高圧側、圧力Ｐ１を受ける第２の受圧ダイアフラム２−２側を低圧側とした場合、低圧側に高圧側より高い圧力（逆圧）が加わると、壊れやすいという弱点を有している。

すなわち、この差圧センサ１００では、高圧側に低圧側より高い圧力が加えられた場合には、センサチップ３の第１の接合部４−１（台座３−２と隔壁１−１との接合部（高圧側・低圧側境界部））や第２の接合部４−２（台座３−２とセンサダイアフラム３−１との接合部（高圧側・低圧側境界部））を押し付ける状態となるので耐圧性が高いが、低圧側に高圧側より高い圧力（逆圧）が加えられた場合には、センサチップ３の接合部４−１や４−２が剥離される方向に力がかかる状態となるため、壊れやすくなる。

このため、通常、圧力Ｐ１を受ける第１の受圧ダイアフラム２−１側を高圧側、圧力Ｐ２を受ける第２の受圧ダイアフラム２−２側を低圧側として定めて使用される。

特開平１−２４１１９３号公報（特許第２５９５７４９号）

しかしながら、このような構造の差圧センサ１００では、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との高低関係が逆転しうるような場合や、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との高低関係は逆転しないが、第１の受圧ダイアフラム２−１側を低圧側、第２の受圧ダイアフラム２−２側を高圧側として誤って選択してしまうこともあり、高圧側・低圧側を定めただけでは、センサチップの接合部の剥離が生じ易いという弱点を解消することはできない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、センサチップの接合部の剥離が生じ難い差圧センサを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、貫通路を有する隔壁によって区画された第１の空間と第２の空間とを有するボディと、第１の空間の開口部に設けられた第１の受圧ダイアフラムと、第２の空間の開口部に設けられた第２の受圧ダイアフラムと、一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを備え、センサダイアフラムの一方の面を第１の受圧ダイアフラムに臨むようにして、センサダイアフラムの他方の面に通ずる連通路を隔壁の貫通路に連通させるようにして、第１の空間側に位置する隔壁の壁面に接合されたセンサチップと、第１の空間に封止され、第１の受圧ダイアフラムが受けた圧力をセンサダイアフラムの一方の面に伝達する第１の圧力伝達用媒体と、第２の空間および隔壁の貫通路およびセンサダイアフラムの他方の面に通ずる連通路に封止され、第２の受圧ダイアフラムが受けた圧力をセンサダイアフラムの他方の面に伝達する第２の圧力伝達用媒体とを備えた差圧センサにおいて、第１の圧力伝達用媒体の封止圧を第２の圧力伝達用媒体の封止圧よりも高くしたものである。

この発明によれば、第１の圧力伝達用媒体の封止圧が第２の圧力伝達用媒体の封止圧よりも高いので、第１の圧力伝達用媒体の封止圧と第２の圧力伝達用媒体の封止圧との差圧が常にセンサチップの接合部を押し付ける方向に作用するものとなる。すなわち、従来の差圧センサでは、第１の圧力伝達用媒体の封止圧と第２の圧力伝達用媒体の封止圧とが同じなので、逆圧が加わった場合、その圧力をセンサチップの接合部がそのまま受けることになる。これに対して、本発明では、第１の圧力伝達用媒体の封止圧を第２の圧力伝達用媒体の封止圧よりも高くしているので、第１の圧力伝達用媒体の封止圧と第２の圧力伝達用媒体の封止圧との差圧が逆圧を軽減する方向に作用するものとなる。これにより、逆圧のダメージが軽減され、センサチップの接合部の剥離が生じ難くなる。

本発明において、第１の圧力伝達用媒体の封止圧と第２の圧力伝達用媒体の封止圧との圧力差（封止圧差）は、逆圧として加わる可能性のある最大差圧とセンサチップの接合部の接合力との関係で定めるようにするとよい。すなわち、最大差圧が逆圧で加わった場合にセンサチップの接合部の接合力がそれに耐えられるだけの圧力差で、第１の圧力伝達用媒体と第２の圧力伝達用媒体を封止するようにするとよい。

なお、本発明において、センサチップは、センサダイアフラムを備えていればよく、必ずしもセンサダイアフラムと台座とを備えた構成でなくてもよい。センサチップをセンサダイアフラムと台座とを備えた構成とした場合、センサチップの接合部は、台座の一方の端面とセンサダイアフラムの他方の面側との接合部と、台座の他方の端面と隔壁の壁面との接合部の２箇所となる。センサチップをセンサダイアフラムのみの構成とした場合、センサチップの接合部は、隔壁の壁面とセンサダイアフラムの他方の面側との接合部の１箇所となる。

本発明によれば、第１の圧力伝達用媒体の封止圧を第２の圧力伝達用媒体の封止圧よりも高くしたので、第１の圧力伝達用媒体の封止圧と第２の圧力伝達用媒体の封止圧との差圧が常にセンサチップの接合部を押し付ける方向に作用するものとなり、逆圧のダメージが軽減され、センサチップの接合部の剥離が生じ難くなる。

本発明に係る差圧センサの一実施の形態（実施の形態１）の要部を示す断面図である。 本発明に係る差圧センサの他の実施の形態（実施の形態２）の要部を示す断面図である。 従来の封入液封止型の差圧センサの一例の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はこの発明に係る差圧センサの一実施の形態（実施の形態１）の要部を示す断面図である。同図において、図３と同一符号は図３を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態１の差圧センサにおいて、第１の封入室６−１に封止された第１の圧力伝達用媒体５−１の封止圧は、第２の封入室６−２に封止された第２の圧力伝達用媒体５−２の封止圧よりも高くされている。この第１の圧力伝達用媒体５−１の封止圧を第２の圧力伝達用媒体５−２の封止圧よりも高くした差圧センサを図３に示した差圧センサ１００と区別するために符号２００で示す。

この差圧センサ２００では、第１の圧力伝達用媒体５−１の封止圧が第２の圧力伝達用媒体５−２の封止圧よりも高いので、第１の圧力伝達用媒体５−１の封止圧と第２の圧力伝達用媒体５−２の封止圧との差圧が常にセンサチップ３の接合部４−１，４−２を押し付ける方向に作用するものとなる。

すなわち、従来の差圧センサ１００では、第１の圧力伝達用媒体５−１の封止圧と第２の圧力伝達用媒体５−２の封止圧とが同じなので、逆圧が加わった場合、その圧力をセンサチップ３の接合部４−１，４−２がそのまま受けることになる。

これに対して、この差圧センサ２００では、第１の圧力伝達用媒体５−１の封止圧を第２の圧力伝達用媒体５−２の封止圧よりも高くしているので、第１の圧力伝達用媒体５−１の封止圧と第２の圧力伝達用媒体５−２の封止圧との差圧が逆圧を軽減する方向に作用するものとなる。これにより、逆圧のダメージが軽減され、センサチップ３の接合部４−１，４−２の剥離が生じ難くなる。

なお、この差圧センサ２００において、第１の圧力伝達用媒体５−１の封止圧と第２の圧力伝達用媒体５−２の封止圧との圧力差（封止圧差）は、逆圧として加わる可能性のある最大差圧とセンサチップ３の接合部４−１，４−２の接合力との関係で定められている。すなわち、最大差圧が逆圧で加わった場合にセンサチップ３の接合部４−１，４−２の接合力がそれに耐えられるだけの圧力差で、第１の圧力伝達用媒体５−１と第２の圧力伝達用媒体５−２を封止している。

また、この差圧センサ２００では、センサダイアフラム３−１と台座３−２とを合わせた構成をセンサチップ３としたが、図２に示すように、台座３−２を省略し、センサダイアフラム３−１をセンサチップ３として、隔壁１−１の壁面１−１ａに接合するようにした構成（実施の形態２）としてもよい。この差圧センサ３００では、センサダイアフラム３−１の凹部３−１ｃがセンサダイアフラム３−１の他方の面３−１ｂに通ずる連通路３−３となる。また、センサチップ３の接合部は、ダイアフラム３−１の他方の面３−１ｂ側と隔壁１−１の壁面１−１ａとの接合部４−１の１箇所のみとなる。

また、この差圧センサ２００では、センサダイアフラム３−１を圧力変化に応じて抵抗値が変化する歪抵抗ゲージを形成したタイプとしているが、静電容量式のセンサチップとしてもよい。静電容量式のセンサチップは、所定の空間（容量室）を備えた基板と、その基板の空間上に配置されたダイアフラムと、基板に形成された固定電極と、ダイアフラムに形成された可動電極とを備えている。ダイアフラムが圧力を受けて変形することで、可動電極と固定電極との間隔が変化してその間の静電容量が変化する。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１…ボディ、１−１…隔壁、１−１ａ…壁面、１−２…第１の空間、１−３…第２の空間、１−４…貫通路、２−１…第１の受圧ダイアフラム、２−２…第２の受圧ダイアフラム、３…センサチップ、３−１…センサダイアフラム、３−１ａ…一方の面、３−１ｂ…他方の面、３−１ｃ…凹部、３−２…台座、３−３…連通路、４−１…第１の接合部、４−２…第２の接合部、５−１…第１の圧力伝達用媒体、５−２…第２の圧力伝達用媒体、６−１…第１の封入室、６−２…第２の封入室、２００，３００…差圧センサ。

Claims (2)

1. 貫通路を有する隔壁によって区画された第１の空間と第２の空間とを有するボディと、
   前記第１の空間の開口部に設けられた第１の受圧ダイアフラムと、
   前記第２の空間の開口部に設けられた第２の受圧ダイアフラムと、
   一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを備え、前記センサダイアフラムの一方の面を前記第１の受圧ダイアフラムに臨むようにして、前記センサダイアフラムの他方の面に通ずる連通路を前記隔壁の貫通路に連通させるようにして、前記第１の空間側に位置する前記隔壁の壁面に接合されたセンサチップと、
   前記第１の空間に封止され、前記第１の受圧ダイアフラムが受けた圧力を前記センサダイアフラムの一方の面に伝達する第１の圧力伝達媒体と、
   前記第２の空間および前記隔壁の貫通路および前記センサダイアフラムの他方の面に通ずる連通路に封止され、前記第２の受圧ダイアフラムが受けた圧力を前記センサダイアフラムの他方の面に伝達する第２の圧力伝達媒体とを備え、
   前記第１の圧力伝達媒体の封止圧が前記第２の圧力伝達媒体の封止圧よりも高くされている
   ことを特徴とする差圧センサ。
2. 請求項１に記載された差圧センサにおいて、
   前記センサチップは、
   前記センサダイアフラムと、筒状の台座とを備え、
   前記台座の一方の端面が前記センサダイアフラムの他方の面側に接合され、
   前記台座の他方の端面が前記隔壁の壁面に接合されている
   ことを特徴とする差圧センサ。

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