JP5966071B2

JP5966071B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP5966071B2
Application number: JP2015170351A
Authority: JP
Inventors: 修高月; 倫久青山
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: JP2015215364A

Description

本発明は、圧力センサに関し、特に、圧力検出素子を収容した受圧空間に液体を封入した液封入式の圧力センサに関する。

従来、圧力検出素子が収容された受圧空間内に液体を封入し、圧力検出室に外部から加えられた圧力を液体を介して圧力検出素子に伝えることで、圧力検出素子から外部圧力に応じた電圧信号を出力する圧力センサが種々提案されている。

上記液封入式圧力センサの一例として、特許文献１には、バリアダイアフラムを介して伝達された圧力をセンサチップ（圧力検出素子）によって検出し、検出した圧力を電圧に変換し、円盤状の位置決めガラス（ベース）に同心円上に配置された複数の電極ピン（リードピン）を介して外部に出力する圧力センサが記載されている。

また、圧力センサの圧力検出素子から出力された電圧は、製造時や部品のばらつきによりそのまま外部出力とすることはできず、圧力センサの特性に応じた補正が必須となる。電圧補正は、特許文献２に記載のように、一般には、予め補正情報をリードオンリーメモリへ記憶させ、圧力計測時に記憶した情報を読み出して電圧を補正することにより行われる。

この場合、リードピンは、出力用の他、上記電圧補正用（以下、「調整用」という）のものも配設される。出力用リードピンは、配線基板に半田付けされ、圧力検出素子からの電圧信号を配線基板を介して、例えば当該圧力センサの中心から引き出される外部出力用リード線へ伝達するが、調整用リードピンは、専ら製造の際に補正情報を記憶する場合にのみ用いられ、外部出力用リード線と接続されない。また、出力用リードピンと調整用リードピンは、圧力検出素子の構造や上記調整作業のし易さを考慮し、各グループ毎に区分して配設されるのが通常である。

特開２００１−４１８３８号公報特開昭６２−１７５６３１号公報

しかし、上記従来の圧力センサにおいては、出力用リードピンとリード線の軸心がずれているため、圧力センサの製造時等に出力用リードピンがリード線方向に引っ張られると、大きく変形するおそれがあった。また、リードピンは、貫通孔との間をハーメチックシールによって封止されるが、上記引っ張りによって、ハーメチックシールそのものが破壊されるおそれもあった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、圧力検出部の気密性を維持すると共に、出力用リードピン周りの構造上の脆弱性を改善した圧力センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ベース及び該ベースの中央部に設けられた圧力検出素子を有する圧力検出部と、前記圧力検出素子の中心軸から偏心するように前記ベースを貫通して該貫通部においてハーメチックシールにより封止され、一端が前記圧力検出素子に電気的に接続され、他端が前記圧力検出部の外部に突出する複数の出力用リードピンと、前記圧力検出素子の中心軸から偏心するように前記ベースを貫通して該貫通部においてハーメチックシールにより封止され、一端が前記圧力検出素子に電気的に接続され、他端が前記圧力検出部の外部に突出し、前記複数の出力用リードピンと離間する複数の調整用リードピンと、前記圧力検出部側の端部が前記複数の出力用リードピンの中心軸から偏心するように設けられた複数の外部出力用リード線と、前記複数の出力用リードピン及び前記複数の外部出力用リード線の前記圧力検出部側の端部が互いに電気的に接続され、前記ベースから離間した位置に配置された配線基板と、前記圧力検出部及び前記配線基板、並びに該配線基板に接続された前記複数の出力用リードピン、前記複数の調整用リードピン及び前記複数の外部出力用リード線の該配線基板側を収容するカバーとを備えた圧力センサにおいて、前記配線基板が前記複数の調整用リードピン側まで延長され、前記複数の調整用リードピンが前記配線基板に固定され、少なくとも前記配線基板を埋めるように前記カバーの内部には接着剤が充填されたことを特徴とする。

そして、本発明によれば、出力用リードピンだけでなく、電圧補正用等として用いられる調整用リードピンも合わせて配線基板へ固定したため、出力用リードピン、配線基板及び調整用リードピンの全体構造の強度が高まり、リード線方向の引っ張りにより生じるリードピンの変形を防止することができる。また、圧力検出部の気密性を維持するとともに、ハーメチックシールそのものが破壊されることを防止することができる。

さらに上記圧力センサにおいて、前記複数の出力用リードピン及び前記複数の調整用リードピンは、略円環状に配列され、該円環の中心に対して反対側に位置することができる。このような各リードピンの配列により、リードピンの変形やハーメチックシールの破壊がさらに効果的に防止される。

以上のように、本発明によれば、圧力センサの圧力検出部の気密性を維持すると共に、出力用リードピン周りの構造上の脆弱性を改善することができる。

本発明にかかる圧力センサの一実施の形態を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図であって、ケースを外した状態を示す。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる圧力センサの一実施の形態を示し、この圧力センサ１は、内部に圧力検出素子２１を有すると共に、流体流入部２２が接続される圧力検出部２と、圧力検出部２を囲繞すると共に、圧力検出素子２１に接続される配線基板（以下、「基板」という）３１や外部出力用リード線３２を収容するコネクタ接続部３とを備える。

圧力検出部２は、圧力検出素子２１と、べース２３と、べース２３に対向して配置された受け部材２４と、べース２３と受け部材２４とで挟持されたダイアフラム２５とを備える。ベース２３とダイアフラム２５との間の受圧空間２６には、液体（オイル）が封入される。圧力検出素子２１は、受圧空間２６の内部でベース２３に固定される。受け部材２４とダイアフラム２５との間には圧力導入空間としての加圧空間２７が形成され、加圧空間２７には流体流入部２２の内部空間が連通する。

ベース２３は、蓋状に形成され、べース２３の下面には圧力検出素子２１が固定される。受け部材２４は、上方が開口する皿状に形成され、中心部開口に流体流入部２２がろう付け固定される。ダイアフラム２５は、その外周縁部がベース２３の鍔部と受け部材２４の鍔部との間に挟み込まれ、これら３つの部材２３〜２５は、ダイアフラム２５の外周縁部が露出する外周縁部分においてレーザー溶接等によって同時に溶接され、圧力検出部２として一体化される。受圧空間２６は、べース２３を貫通して形成された充填孔（不図示）から液体（オイル）が注入された後、べース２３の上面において、充填孔がボール２８によって封じられる。

圧力検出素子２１は、例えば、ピエゾ素子であって、このピエゾ素子は、強誘電体の一種であって圧電素子とも呼ばれ、振動や圧力等の力が加わると電圧が発生し、逆に電圧が加えられると伸縮する。

圧力検出素子２１は、ベース２３に形成された貫通孔２３ａを挿通する出力用リードピン３３（３３Ａ〜３３Ｃ）及び調整用リードピン３６（３６Ａ〜３６Ｅ）にワイヤ２９を介して電気的に接続される。出力用リードピン３３は、圧力検出素子２１で検出された圧力に応じた電圧信号を外部に出力するためのものであり、調整用リードピン３６は、上述のように、製造時の電圧補正用等に用いられるものである。

また、出力用リードピン３３（３３Ａ〜３３Ｃ）、及び５本の調整用リードピン３６のうちの２本（３６Ｂ、３６Ｃ）は、各々の上端部が基板３１に固定される。基板３１の表面には、出力用リードピン３３Ａ〜３３Ｃを接続し固定するための、金属箔からなる３つの配線パターン５０が形成されると共に、２本の調整用リードピン３６Ｂ、３６Ｃを固定するための２つの金属箔５１が形成されている。

３つの配線パターン５０は、各出力用リードピン３３Ａ〜３３Ｃと、コネクタ３４を介して基板３１に接続される３つの外部出力用リード線３２の各々とを接続するために形成されている。

２つの金属箔５１は、調整用リードピン３６Ｂ、３６Ｃの各々を基板３１に固定するためだけに設けられており、各金属箔５１に調整用リードピン３６Ｂ、３６Ｃの各々を接続しても、各リードピン３６Ｂ、３６Ｃは、他のリードピンと接続されたり、外部出力用リード線と接続されたりすることはなく、これらと電気的には遮断されている。

図１に示されるように、出力用リードピン３３Ａ〜３３Ｃ及び調整用リードピン３６Ａ〜３６Ｅが、圧力検出素子２１を中心として略円環上に配置されており、かつ外部出力用リード線３２が圧力検出素子２１の中心軸方向（当該圧力センサ１の中心軸方向）に引き出すようにされている場合、出力用リードピン３３Ａ〜３３Ｃと外部出力用リード線３２とは偏心しているから、単にこれらを基板３１で接続しただけでは、外部出力用リード線３２に引張力等が加えられたときに、出力用リードピン３３Ａ〜３３Ｃに横方向の応力が加わってこれが変形し、また各リードピン３３Ａ〜３３Ｃを取り囲む後述のハーメチックシール２３ｂが破壊されるおそれがある。

しかし、本実施例のように、圧力検出素子２１（換言すれば、上記の円環の中心）に対して各出力用リードピン３３Ａ〜３３Ｃと反対側に位置する調整用リードピン（本実施例の場合は符号３６Ｂ及び３６Ｃ）を基板３１に固定することにより、外部出力用リード線３２に引張力等が加えられても、出力用リードピン３３Ａ〜３３Ｃに横方向の応力が加わることがなく、この結果、各出力用リードピン３３Ａ〜３３Ｃ（及び調整用リードピン３６Ｂ、３６Ｃ）を取り囲むハーメチックシール２３ｂが破壊されるおそれがない。

このように、出力用リードピン３３だけでなく、本来、基板３１に固定する必要がない調整用リードピン３６をも基板３１に固定した点が本発明の特徴であり、これによって、出力用リードピン３３、基板３１及び調整用リードピン３６（３６Ｂ、３６Ｃ）の全体構造の強度が高まり、出力用リードピン３３の周りの構造上の脆弱性を改善することができる。

ベース２３の貫通孔２３ａは、出力用リードピン３３及び調整用リードピン３６を挿通させた後、ハーメチックシール２３ｂによって液体（オイル）漏れがないように封じられる。基板３１には、コネクタ３４が取り付けられ、圧力検出素子２１からの電圧信号は、出力用リードピン３３、基板３１及びコネクタ３４を介して外部出力用リード線３２から外部へと取り出される。

コネクタ接続部３は、ベース２３に外側から嵌合して受け部材２４の側方を覆うように圧力検出部２を収容するカバー３５を備える。カバー３５は、基板３１及びコネクタ３４を覆うコネクタケースとしても機能する。このカバー３５は、ＰＰＥ等の合成樹脂製で形成され、コネクタ３４を覆う上端部は、外部出力用リード線３２を囲繞するように縮径され、圧力検出部２を収容する下端部側は、筒状スカート状に延びる大径状に形成される。

カバー３５は、大径端部側において、その内周側にべース２３の外径と略同径の環状段部３５ａが形成され、ベース２３は、その外径角部である環状角部２３ｃにおいて環状段部３５ａに嵌合座着するように載置される。

カバー３５の内部空間は、カバー３５に装入されたべース２３で区切られ、空間４１が形成される。出力用リードピン３３と、調整用リードピン３６と、基板３１と、コネクタ３４と、外部出力用リード線３２とは、空間４１に収容される。空間４１には、カバー３５や外部出力用リード線３２との接着性及び弾性の大きいウレタン樹脂等の接着剤が充填され、その後、硬化される。この接着剤は、出力用リードピン３３、調整用リードピン３６、基板３１、コネクタ３４及び外部出力用リード線３２が埋設状態になるように空間４１に充填されるので、基板３１やコネクタ３４等の部品に対して封止機能を奏する。

また、この接着剤の硬化にはある程度の時間を要するが、接着剤の硬化に至るまでの間に外部出力用リード線に引張力等が加えられても、前述のように、リードピンの変形やハーメチックシール２３ｂの破壊が防止される。もちろん、接着剤の硬化後も上記変形や破壊の防止効果は達成される。

上記構成を有する圧力センサ１は、流体流入部２２から流入した流体の圧力変化によって加圧空間２７の圧力が変化し、ダイアフラム２５を変形させる。ダイアフラム２５の変形により受圧空間２６の内部に封入されている液体（オイル）の圧力が変化し、その圧力変化が圧力検出素子２１へ伝播する。圧力検出素子２１により検出された圧力は、電圧に変換され、その際、圧力センサ１の特性に応じた所定の電圧補正がなされる。補正後の電圧信号は、出力用リードピン３３、基板３１及びコネクタ３４を介して外部出力用リード線３２へ伝送される。

尚、上記実施の形態においては、５本の調整用リードピン３６のうちの２本（３６Ｂ、３６Ｃ）を基板３１に固定したが、５本の調整用リードピン３６の３本以上を基板３１に固定してもよい。

１圧力センサ
２圧力検出部
３コネクタ接続部
２１圧力検出素子
２２流体流入部
２３べース
２３ａ貫通孔
２３ｂハーメチックシール
２３ｃ環状角部
２４受け部材
２５ダイアフラム
２６受圧空間
２７加圧空間
２８ボール
２９ワイヤ
３１配線基板
３２外部出力用リード線
３３（３３Ａ〜３３Ｃ）出力用リードピン
３４コネクタ
３５カバー
３５ａ環状段部
３６（３６Ａ〜３６Ｅ）調整用リードピン
４１空間
５０配線パターン
５１金属箔

Claims

ベース及び該ベースの中央部に設けられた圧力検出素子を有する圧力検出部と、
前記圧力検出素子の中心軸から偏心するように前記ベースを貫通して該貫通部においてハーメチックシールにより封止され、一端が前記圧力検出素子に電気的に接続され、他端が前記圧力検出部の外部に突出する複数の出力用リードピンと、
前記圧力検出素子の中心軸から偏心するように前記ベースを貫通して該貫通部においてハーメチックシールにより封止され、一端が前記圧力検出素子に電気的に接続され、他端が前記圧力検出部の外部に突出し、前記複数の出力用リードピンと離間する複数の調整用リードピンと、
前記圧力検出部側の端部が前記複数の出力用リードピンの中心軸から偏心するように設けられた複数の外部出力用リード線と、
前記複数の出力用リードピン及び前記複数の外部出力用リード線の前記圧力検出部側の端部が互いに電気的に接続され、前記ベースから離間した位置に配置された配線基板と、前記圧力検出部及び前記配線基板、並びに該配線基板に接続された前記複数の出力用リードピン、前記複数の調整用リードピン及び前記複数の外部出力用リード線の該配線基板側を収容するカバーとを備えた圧力センサにおいて、
前記配線基板が前記複数の調整用リードピン側まで延長され、
前記複数の調整用リードピンが前記配線基板に固定され、
少なくとも前記配線基板を埋めるように前記カバーの内部には接着剤が充填されたことを特徴とする圧力センサ。
前記複数の出力用リードピン及び前記複数の調整用リードピンは、略円環状に配列され、該円環の中心に対して反対側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。