JP6556620B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、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用いた圧力センサに関する。

従来より、工業用の圧力センサとして、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用いた圧力センサが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

この圧力センサは、受圧ダイアフラムに加えられる被測定流体の圧力をシリコーンオイル等の圧力伝達媒体（封入液）によってセンサダイアフラムの一方の面に導き、他方の面との圧力差により生じるセンサダイアフラムの歪みを例えば歪抵抗ゲージの抵抗値変化として検出し、この抵抗値変化を電気信号に変換して取り出すように構成されている。

図７に従来の圧力センサの要部を示す。同図において、１は金属製のボディ、２は受圧ダイアフラム、３はボディ１の内部に形成された封入室、４は封入室３に設けられたセンサチップ、５（５−１，５−２）は電極ピンである。

この圧力センサ１００において、ボディ１はベースボディ１−１とカバーボディ１−２とから構成され、封入室３は受圧室３−１と導圧路３−２とセンサ室３−３とから構成されている。受圧ダイアフラム２は、ベースボディ１−１の上面にその外周縁面を溶接して固定されており、この受圧ダイアフラム２の背面に受圧室３−１が形成され、この受圧室３−１が導圧路３−２を通してセンサ室３−３と連通している。この受圧室３−１と導圧路３−２とセンサ室３−３とから構成される封入室３には封入液６が封入されている。

センサチップ４は、センサダイアフラム４−１と、このセンサダイアフラム４−１を挾んで接合された第１の保持部材４−２および第２の保持部材４−３とから構成されている。センサダイアフラム４−１は、シリコンやガラス等からなり、薄板状に形成されたダイアフラムの表面に歪抵抗ゲージが形成されている。図７ではセンサダイアフラム４−１における歪抵抗ゲージの形成面を斜線で示している。

保持部材４−２，４−３もシリコンやガラス等からなり、第１の保持部材４−２には凹部４−２ａとこの凹部４−２ａに連通する圧力導入孔（導圧孔）４−２ｂとが形成され、第２の保持部材４−３には凹部４−３ａとこの凹部４−３ａに連通する圧力導入孔（導圧孔）４−３ｂとが形成されている。第１の保持部材４−２の凹部４−２ａはその底部が平坦面とされているが、第２の保持部材４−３の凹部４−３ａはその底部がセンサダイアフラム４−１の変位に沿った曲面（非球面）とされている。

第１の保持部材４−２は、凹部４−２ａの周縁部４−２ｃをセンサダイアフラム４−１の一方の面４−１ａに対面させて、センサダイアフラム４−１の一方の面４−１ａに接合されている。第２の保持部材４−３は、凹部４−３ａの周縁部４−３ｃをセンサダイアフラム４−１の他方の面４−１ｂに対面させて、センサダイアフラム４−１の他方の面４−１ｂに接合されている。

この圧力センサ１００において、センサチップ４はセンサ室３−３内に設けられ、このセンサチップ４の底面（第２の保持部材４−３の下面）４ａがエポキシ系接着剤を塗布してセンサ室３−３の底面（カバーボディ１−２の内壁面）３ａに接合されている。すなわち、センサチップ４の底面４ａとセンサ室３−３の底面３ａとが接着材の層（接着層）７を介して接合されている。カバーボディ１−２には、センサチップ４の第２の保持部材４−３の導圧孔４−３ｂに対応する位置に、この導圧孔４−３ｂへの大気圧の導入路（導圧路）１−２ａが形成されている。

また、この圧力センサ１００において、第１の保持部材４−２と第２の保持部材４−３とはセンサダイアフラム４−１を挟んで対向する面の面積が異なり、この例では第２の保持部材（下側の保持部材）４−３の面積よりも第１の保持部材（上側の保持部材）４−２の面積が小さい凸構造とされている。このセンサチップ４の凸構造において、第１の保持部材４−２および第２の保持部材４−３のうち外側にはみ出た保持部材（第２の保持部材４−３）の周縁部に位置するセンサダイアフラム４−１の歪み抵抗ゲージが形成されている面からワイヤ８（８−１，８−２）が導出され、このセンサダイアフラム４−１から導出されたワイヤ８（８−１，８−２）が電極ピン５（５−１，５−２）に接続されている。

電極ピン５は、その一方側の端部がセンサ室３−３の内部に位置し、その他方側の端部がカバーボディ１−２を貫いてセンサ室３−３の外側に位置している。電極ピン５が貫通するカバーボディ１−２の挿通孔１−２ｂは、カバーボディ１−２と電極ピン５との間の電気的絶縁および封入液６の漏洩を防止するために、シール材９によってハーメチックシールされている。

この圧力センサ１００では、被測定流体（流体、ガス）からの圧力Ｐ１を受圧ダイアフラム２が受け、この受圧ダイアフラム２が受けた被測定流体の圧力Ｐ１が封入室３内の封入液６に伝わり、受圧室３−１，導圧路３−２およびセンサ室３−３を経て第１の保持部材４−２の導圧孔４−２ｂに入り、センサダイアフラム４−１の一方の面４−１ａに導かれる。センサダイアフラム４−１の他方の面４−１ｂは、第２の保持部材４−３の導圧孔４−３ｂを通して大気に解放されている。

これにより、センサダイアフラム４−１に歪みが生じ、このセンサダイアフラム４−１の歪みが歪抵抗ゲージの抵抗値変化として検出され、この抵抗値変化が電気信号（圧力差に応じた信号）に変換され、ワイヤ８（８−１，８−２）を通して、電極ピン５（５−１，５−２）より取り出される。

なお、センサダイアフラム４−１の一方の面４−１ａに過大圧が印加されてセンサダイアフラム４−１が変位したとき、その変位面の全体が第２の保持部材４−３の凹部４−３ａの曲面によって受け止められる。これにより、センサダイアフラム４−１に過大圧が印加された時の過度な変位が阻止され、センサダイアフラム４−１の周縁部に応力集中が生じないようにして、過大圧の印加によるセンサダイアフラム４−１の破壊が防がれ、耐圧が高められる。

特開平１０−３００６１２号公報

しかしながら、この圧力センサ１００では、測定媒体など外部腐食環境からセンサチップ４を保護するために、センサチップ４をボディ１の内部に形成された封入室３に収容し、この封入室３をシリコーンオイル等の封入液（圧力伝達媒体）６で満たしている。

この場合、センサダイアフラム４−１から電気信号を取り出すためのワイヤ８と封入液６とが同じ封入室３内にあるために、ワイヤ８に接続される電極ピン５を外側に引き出す際にカバーボディ１−２にハーメチックシールを施さなければならない。このため、構造が複雑となり、小型化への制約となったり、コストが高くなってしまう。

また、センサチップ４全体を封入室３に入れる構造としているために、封入室３の容積（オイル容積）が大きくなり、すなわち封入液６の使用量が大きくなり、圧力センサ１００の温度特性に影響を与える。また、封入液６の使用量を減らすために、封入室３内にオイルスペーサを設けることが考えられるが、オイルスペーサの追加によってコストが高くなってしまう。

そこで、本出願人は、図８に示すように、センサチップ４の被測定流体の圧力を導入する側の面（第１の保持部材４−２の下面）４ａを接合面とし、この接合面４ａにエポキシ系接着剤を塗布してセンサチップ４をベースボディ１−１に接合し、センサチップ４が収容されたベースボディ１−１とカバーボディ１−２とで囲まれた空間（センサ室）１１を大気開放することを考えている。なお、この例では、センサチップ４の構造を、第１の保持部材（下側の保持部材）４−２の面積よりも第２の保持部材（上側の保持部材）４−３の面積が小さい凸構造としている。また、電極ピン５（５−１，５−２）を中継端子１０に設け、この中継端子１０をセンサ室１１の底面１１ａに接着接合している。

このような構造とすることにより、ベースボディ１−１内の受圧室３−１と導圧路３−２とで構成される封入室３が第１の保持部材４−２の導圧孔４−２ｂと連通し、受圧ダイアフラム２が受けた被測定流体からの圧力が封入室３に封入されている封入液６により、第１の保持部材４−２の導圧孔４−２ｂを通してセンサダイアフラム４−１の一方の面４−１ａに導かれるものとなる。

これにより、センサチップ４の内部の空間（センサ部Ｓ１）だけが封入液６に触れ、センサチップ４全体は封入室３の外側に位置するものとなり、電極ピン５（５−１，５−２）が貫通するカバーボディ１−２の貫通孔１ａ，１ｂにハーメチックシールを施す必要がなくなる。また、封入室３の容積を小さくし、封入液６の使用量を極小化することが可能となる。

しかしながら、図８に示した構造では、第１の保持部材４−２の導圧孔４−２ｂを通る封入液６が接着層７を引きはがす方向（センサチップ４とベースボディ１−１との接合を剥離させる方向）に作用するために、接着層７としてエポキシ系接着剤のような硬い接着剤を使用し、センサチップ４をベースボディ１−１に強固に接合しなければならない。

このため、周囲温度が変化したような場合、線膨張係数の違いによるセンサチップ４の底面（接合面）へのせん断方向の熱応力の発生により、センサチップ４とベースボディ１−１との接合部の剥離を引き起こし、破壊に至る場合がある。

この問題の解決策として、図９に示すように、センサチップ４の底面（第１の保持部材４−２の下面）４ａとセンサ室１１の底面（ベースボディ１−１の内壁面）１１ａとの間に、高耐圧かつ低線膨張係数の材料（コバール、樹脂など）を台座（熱応力緩和台座）１２として接着接合し、熱応力を緩和する構造とすることが考えられる。しかし、高耐圧かつ低線膨張係数の材料は高価であり、コストがアップする。また、熱応力緩和台座１２の厚さ方向の寸法として、十分な高さを確保する必要があり、小型化の制約ともなる。

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、耐圧性能の向上と熱応力緩和とを同時に実現することが可能な圧力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、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と、センサダイアフラムの一方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの一方の面へ被測定流体の圧力を導く第１の導圧孔を有する第１の保持部材と、センサダイアフラムの他方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの他方の面を大気に解放させる第２の導圧孔を有する第２の保持部材とを備えたセンサチップと、センサチップが被測定流体の圧力を導入する側の面を接合面として接合されたボディと、第１の保持部材の第１の導圧孔の内径より細い内径を有する細管とを備え、ボディは、第１の保持部材の第１の導圧孔に被測定流体を導く導圧路を備え、細管は、ボディの導圧路を貫いて第１の保持部材の第１の導圧孔に挿入固定され、被測定流体は、細管を通してセンサダイアフラムの一方の面に導かれることを特徴とする。

この発明において、センサチップは、被測定流体の圧力を導入する側の面を接合面としてボディに接合される。ボディは、第１の保持部材の第１の導圧孔に被測定流体を導く導圧路を備えており、このボディの導圧路を貫いて、第１の保持部材の第１の導圧孔に、細管が挿入固定される。細管は、第１の保持部材の第１の導圧孔の内径より細い内径を有しており、この細管を通して、センサダイアフラムの一方の面へ被測定流体が導かれる。すなわち、本発明では、第１の保持部材の第１の導圧孔の内径より細い内径を有する細管の管内の通路が、センサダイアフラムの一方の面へ被測定流体を導く実際の導圧路とされる。

これにより、センサダイアフラムの一方の面へ被測定流体の圧力を導く導圧路の受圧面積が小さくなり、センサチップとボディとの接合を剥離する方向への力を抑え、より高圧に耐えられる構造とすることが可能となる。また、センサチップをボディに接合する際、軟接着剤（低ヤング率の接着剤）を用いることが可能となり、この軟接着剤の層によってせん断方向の熱応力を緩和することが可能となる。これにより、高圧時だけではなく、周囲温度が変化したような場合でも、センサチップとボディとの接合部の剥離を避けることが可能となる。

本発明によれば、センサチップを被測定流体の圧力を導入する側の面を接合面としてボディに接合し、第１の保持部材の第１の導圧孔の内径より細い内径を有する細管をボディの導圧路を貫いて第１の保持部材の第１の導圧孔に挿入固定し、この挿入固定した細管を通してセンサダイアフラムの一方の面へ被測定流体の圧力を導くようにしたので、センサダイアフラムの一方の面への被測定流体の導圧路の受圧面積を小さくし、センサチップとボディとの接合を剥離する方向への力を抑え、センサチップとボディとの接合に軟接着剤を使用すようにして、耐圧性能の向上と熱応力緩和とを同時に実現することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る圧力センサの要部の構成を示す断面図である。 図２は、この圧力センサにおける電極ピンが設けられた中継端子（センサダイアフラムから導出されたワイヤとの接続部）の平面図である。 図３は、センサダイアフラムから導出されたワイヤとの接続部を回路が形成された基板とした例を示す平面図である。 図４は、センサチップを第２の保持部材（上側の保持部材）の面積よりも第１の保持部材（下側の保持部材）の面積の方が小さい凸構造とした例を示す図である。 図５は、カバーボディを取り除いた例を示す図である。 図６は、センサダイアフラムを挾む両側の導圧路に細管を設けた例を示す図である。 図７は、従来の圧力センサの要部の構成を示す断面図である。 図８は、出願人が考えている本発明に至る前の圧力センサの要部の構成を示す断面図である。 図９は、センサチップの底面とセンサ室の底面との間に熱応力緩和台座を設けた例を示す図である。

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、本発明の実施の形態に係る圧力センサの要部の構成を示す図である。

図１において、２１は金属製のボディ、２２は受圧ダイアフラム、２３はボディ２１内の封入室、２４はセンサチップ、２５（２５−１，２５−２）は電極ピン、２６は電極ピン２５（２５−１，２５−２）が設けられた中継端子である。

この圧力センサ２００（２００Ａ）において、ボディ２１はベースボディ２１−１とカバーボディ２１−２とから構成され、ベースボディ２１−１に受圧室２３−１と導圧路２３−２とから構成される封入室２３が設けられている。センサチップ２４は、ベースボディ２１−１とカバーボディ２１−２とで囲まれたセンサ室２０に収容されており、センサ室２０はカバーボディ２１−２に形成された貫通孔２１ａ，２１ｂ，２１ｃを通して大気に解放されている。

受圧ダイアフラム２２は、ベースボディ２１−１の下面にその外周縁面を溶接して固定されており、この受圧ダイアフラム２２の背面に受圧室２３−１が形成され、この受圧室２３−１の中央部に導圧路２３−２が形成されている。

センサチップ２４は、センサダイアフラム２４−１と、このセンサダイアフラム２４−１を挾んで接合された第１の保持部材２４−２および第２の保持部材２４−３とから構成されている。センサダイアフラム２４−１は、シリコンやガラス等からなり、薄板状に形成されたダイアフラムの表面に歪抵抗ゲージが形成されている。図１ではセンサダイアフラム２４−１における歪み抵抗ゲージの形成面を斜線で示している。

保持部材２４−２，２４−３もシリコンやガラス等からなり、第１の保持部材２４−２には凹部２４−２ａとこの凹部２４−２ａに連通する圧力導入孔（導圧孔）２４−２ｂとが形成され、第２の保持部材２４−３には凹部２４−３ａとこの凹部２４−３ａに連通する圧力導入孔（導圧孔）２４−３ｂとが形成されている。第１の保持部材２４−２の凹部２４−２ａはその底部が平坦面とされているが、第２の保持部材２４−３の凹部２４−３ａはその底部がセンサダイアフラム２４−１の変位に沿った曲面（非球面）とされている。

第１の保持部材２４−２は、凹部２４−２ａの周縁部２４−２ｃをセンサダイアフラム２４−１の一方の面２４−１ａに対面させて、センサダイアフラム２４−１の一方の面２４−１ａに接合されている。第２の保持部材２４−３は、凹部２４−３ａの周縁部２４−３ｃをセンサダイアフラム２４−１の他方の面２４−１ｂに対面させて、センサダイアフラム２４−１の他方の面２４−１ｂに接合されている。

この圧力センサ２００Ａにおいて、センサチップ２４は、第１の保持部材２４−２を下にして、センサ室２０の底面（ベースボディ２１−１の内壁面）２０ａに接合されている。すなわち、第１の保持部材２４−２の下面２４ａをセンサチップ２４の底面とし、このセンサチップ２４の底面２４ａとセンサ室２０の底面２０ａとが接着材の層（接着層）２８を介して接合されている。

本実施の形態において、接着層２８は、センサダイアフラム２４−１を構成する材料のヤング率に対して１／１０００以下のヤング率を有する軟接着剤（低ヤング率の接着剤）の層とされている。この例では、センサダイアフラム２４−１を構成する材料をシリコンとし、接着層２８をフッ素系接着剤を硬化させた層としている。

シリコンのヤング率は１９０GPa、フッ素樹脂を硬化させた時のヤング率は１０MPaであり、フッ素樹脂を硬化させた時のヤング率はシリコンのヤング率のほゞ１／１９０００となる。なお、フッ素系（シリコン系）の接着剤は、エポキシ系の接着剤に比べ、線膨張率で数倍、硬化時ヤング率は１００〜１０００分の１という物性を持つ。換言すれば、エポキシ系の接着剤は、フッ素系（シリコン系）の接着剤に比べ、線膨張率で数分の１、硬化時ヤング率は１００〜１０００倍という物性を持つ。以下、接着層２８を軟接着層と呼ぶ。

このセンサチップ２４の底面２４ａのセンサ室２０の底面２０ａへの接合は、ベースボディ２１−１に形成された導圧路２３−２とセンサチップ２４の第１の保持部材２４−２の導圧孔２４−２ｂとの位置を合わせた状態で行われている。これにより、受圧室２３−１と導圧路２３−２とで構成されるベースボディ２１−１内の封入室２３と、センサチップ２４内の凹部２４−２ａと導圧孔２４−２ｂとで構成される空間（センサ部）Ｓ１との連通が図られている。

そして、このセンサチップ２４の底面２４ａをセンサ室２０の底面２０ａに接合した状態で、ベースボディ２１−１の導圧路２３−２を貫いて、第１の保持部材２４−２の導圧孔２４−２ｂに、ステンレス製の細管（超小径パイプ）３１を挿入固定している。

細管３１は、第１の保持部材２４−２の導圧孔２４−２ｂの内径より細い内径を有し、第１の保持部材２４−２の導圧孔２４−２ｂ内に位置する一方の側がセンサチップ２４とベースボディ２１−１との間の軟接着層２８のヤング率よりも大きいヤング率を有する接着剤（この例では、エポキシ系接着剤）で導圧孔２４−２ｂの内壁面に接合され、ベースボディ２４−１の導圧路２３−２を貫く他方の側が一方の側と同等のヤング率を有する接着剤（この例では、エポキシ系接着剤）あるいは溶接によりベースボディ２１−１の導圧路２３−２の入口に接合されている。

これにより、受圧ダイアフラム２２の背面の受圧室２３−１が細管３１を通して、センサチップ２４の第１の保持部材２４−２の凹部２４−２ａと連通し、この受圧室２３−１と細管３１が挿入された導圧路２３−２とから構成される封入室２３とセンサチップ２４内のセンサ部Ｓ１とに封入液２７が封入されている。

なお、本実施の形態において、細管３１の外径は０．３ｍｍ、内径は０．１５ｍｍとされ、長さは１５ｍｍとされている。この細管３１のサイズは、あくまでも一例であり、これに限られるものでないことは言うまでもない。

一方、センサチップ２４の上面（第２の保持部材２４−３の上面）２４ｂは、解放状態とされている。すなわち、センサチップ２４の第２の保持部材２４−３の導圧孔２４−３ｂは、カバーボディ２１−２に設けられている貫通孔２１ａ，２１ｂ，２１ｃを通して大気に解放されている。

また、この圧力センサ２００Ａにおいて、第１の保持部材２４−２と第２の保持部材２４−３とはセンサダイアフラム２４−１を挟んで対向する面の面積が異なり、この例では第１の保持部材（下側の保持部材）２４−２の面積よりも第２の保持部材（上側の保持部材）２４−３の面積の方が小さい凸構造とされている。

このセンサチップ２４の凸構造において、第１の保持部材２４−２および第２の保持部材２４−３のうち外側にはみ出た保持部材（第１の保持部材２４−２）の周縁部に位置するセンサダイアフラム２４−１の歪み抵抗ゲージが形成されている面からワイヤ２９（２９−１，２９−２）が導出され、このセンサダイアフラム２４−１から導出されたワイヤ２９（２９−１，２９−２）が中継端子２６に設けられた電極ピン２５（２５−１，２５−２）に接続されている。

図２に中継端子２６の平面図を示す。中継端子２６は、絶縁材よりなるＵ字状の端子台２６ａと、この端子台２６ａに貫通して設けられた電極ピン２５（２５−１，２５−２）とを備えている。この中継端子２６はセンサ室２０の底面２０ａに接着固定されている。電極ピン２５−１，２５−２は、カバーボディ２１−２に設けられている貫通孔２１ａ，２１ｂを通して、センサ室２０の外側に導出されている。センサ室２０は、大気に解放され、封入液は封入されていない。

この圧力センサ２００Ａでは、被測定流体（流体、ガス）からの圧力Ｐ１を受圧ダイアフラム２２が受け、この受圧ダイアフラム２２が受けた被測定流体の圧力Ｐ１が封入室２３内の封入液２７に伝わり、導圧路２３−２を貫いて設けられた細管３１を通して、センサダイアフラム２４−１の一方の面２４−１ａに導かれる。センサダイアフラム２４−１の他方の面２４−１ｂは、第２の保持部材２４−３の導圧孔２４−３ｂを通して大気に解放されている。

これにより、センサダイアフラム２４−１に歪みが生じ、このセンサダイアフラム２４−１の歪みが歪抵抗ゲージの抵抗値変化として検出され、この抵抗値変化が電気信号（圧力差に応じた信号）に変換され、ワイヤ２９（２９−１，２９−２）を通して、中継端子２６に設けられた電極ピン２５（２５−１，２５−２）より取り出される。

なお、センサダイアフラム２４−１の一方の面２４−１ａに過大圧が印加されてセンサダイアフラム２４−１が変位したとき、その変位面の全体が第２の保持部材２４−３の凹部２４−３ａの曲面によって受け止められる。これにより、センサダイアフラム２４−１に過大圧が印加された時の過度な変位が阻止され、センサダイアフラム２４−１の周縁部に応力集中が生じないようにして、過大圧の印加によるセンサダイアフラム２４−１の破壊が防がれ、耐圧が高められる。

この圧力センサ２００Ａにおいて、センサチップ２４は、被測定流体の圧力を導入する側の面（第１の保持部材２４−２の下面）２４ａを接合面としてベースボディ２１−１に接合されている。また、ベースボディ２１−１には、センサチップ２４の接合面２４ａと受圧ダイアフラム２２との間に封入室２３が形成されており、この封入室２３に封入された封入液２７により、受圧ダイアフラム２２が受けた被測定流体からの圧力Ｐ１が細管３１を通してセンサダイアフラム２４−１の一方の面２４−１ａに導かれる。

すなわち、この圧力センサ２００Ａでは、第１の保持部材２４−２の導圧孔２４−２ｂの内径より細い内径を有する細管３１の管内の通路が、センサダイアフラム２４−１の一方の面２４−１ａへ被測定流体を導く実際の導圧路とされる。これにより、センサダイアフラム２４−１の一方の面２４−１ａへ被測定流体の圧力Ｐ１を導く導圧路の受圧面積が小さくなり、センサチップ２４とベースボディ２１−１との接合を剥離する方向への力が抑えられる。この例において、被測定流体の圧力Ｐ１を導く導圧路の受圧面積は、細管３１を設けない図８に示した構造のものと比較し、１／１０以下となっている。これにより、センサチップ２４とベースボディ２１−１との接合を剥離する方向への力が大きく抑えられ、より高圧に耐えられる構造となる。

また、この細管３１を設けた構造では、センサチップ２４とベースボディ２１−１との接合を剥離する方向への力が抑えられることから、センサチップ２４とベースボディ２４−１とを低ヤング率の接着剤で接合することができており、この低ヤング率の接着剤の層である軟接着層２８によってせん断方向の熱応力が緩和されるものとなる。これにより、高圧時だけではなく、周囲温度が変化したような場合でも、センサチップ２４とベースボディ２４−１との接合部の剥離を避けることが可能となる。

また、細管３１の固定にはエポキシ系接着剤を用い、センサチップ２４の固定にはフッ素系接着剤を用いるというように、２種類の接着剤を効果的に使用することで、要耐圧部は強度を維持する構造でありながら、センサチップ２４の固定により発生する熱影響を極小化することが可能となる。

また、この圧力センサ２００Ａでは、センサチップ２４内のセンサ部Ｓ１だけが封入液２７に触れるようにし、センサチップ２４全体を封入室２３の外側に位置させていることから、封入液２７の使用量の極小化が図られているが、細管３１を設けることにより、封入液２７の使用量はさらに削減されるものとなる。また、細管３１の内部に細線を挿入するようにすれば、更なる封入液２７の削減効果が見込まれる。

なお、上述した実施の形態では、センサダイアフラム２４−１から導出されたワイヤ２９との接続部として電極ピン２５が設けられた中継端子２６を設けるようにしたが、例えば図３に示すように、ワイヤ２９と接続される回路が形成された基板３０を設けるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、センサチップ２４を第１の保持部材（下側の保持部材）２４−２の面積よりも第２の保持部材（上側の保持部材）２４−３の面積の方が小さい凸構造としたが、例えば図４に示す圧力センサ２００（２００Ｂ）のように、第２の保持部材（上側の保持部材）２４−３の面積よりも第１の保持部材（下側の保持部材）２４−２の面積の方が小さい凸構造とするようにしてもよい。

この場合、第１の保持部材２４−２および第２の保持部材２４−３のうち外側にはみ出た保持部材（第２の保持部材２４−３）の周縁部に位置するセンサダイアフラム２４−１の歪み抵抗ゲージが形成されている面からワイヤ２９（２９−１，２９−２）を導出し、このセンサダイアフラム２４−１から導出したワイヤ２９（２９−１，２９−２）を中継端子２６に設けられた電極ピン２５（２５−１，２５−２）に接続するようにする。

図１に示した構造の圧力センサ２００Ａとした場合、すなわちセンサチップ２４を第１の保持部材（下側の保持部材）２４−２の面積よりも第２の保持部材（上側の保持部材）２４−３の面積の方が小さい凸構造とした場合、センサダイアフラム２４−１の歪み抵抗ゲージが形成されている面（センサ抵抗パターンの配置面、電極パッド）が上向きの配置となる。この場合、センサチップ２４を接着してからワイヤーボンディングを行うことが可能となり、組み立てが容易となる。しかし、センサダイアフラム２４−１のセンサ抵抗パターンが配置されている面が大気に解放されるので、すなわち封入液２７で保護されていないので、大気解放側がクリーンでない場合、特性に影響が出る。すなわち、使用環境が制限され、設置環境がクリーンである必要がある。

図４に示した構造の圧力センサ２００Ｂとした場合、すなわちセンサチップ２４を第２の保持部材（上側の保持部材）２４−３の面積よりも第１の保持部材（下側の保持部材）２４−２の面積の方が小さい凸構造とした場合、センサダイアフラム２４−１の歪み抵抗ゲージが形成されている面（センサ抵抗パターンの配置面、電極パッド）が下向きの配置となる。この場合、ワイヤーボンディングをしてからセンサチップ２４を接着する必要があり、組み立てが難しくなる。しかし、センサダイアフラム２４−１のセンサ抵抗パターンが配置されている面が封入液２７で充填されているため、使用環境（大気）に晒されない。このため、使用環境を選ばず、設置環境の自由度がある。

また、上述した実施の形態では、第１の保持部材２４−２の下面を接合面２４ａとし、センサ室２０の底面２０ａにセンサチップ２４を接合するようにしたが、第１の保持部材２４−２の下面に台座を設け、この台座の下面を接合面として、センサチップ２４をセンサ室２０の底面２０ａに接合するなどしてもよい。

また、上述した実施の形態では、ベースボディ２１−１とカバーボディ２１−２とを設け、このベースボディ２１−１とカバーボディ２１−２とでボディ２１を構成するものとしたが、図５に圧力センサ２００（２００Ｃ）として示すように、カバーボディ２１−２を取り除いた構造としてもよい。すなわち、センサチップ２４全体が封入室２３の外側に位置しているので、カバーボディ２１−２は必ずしも必要ではなく、カバーボディ２１−２を取り除くことにより、さらなる小型化および低コスト化を図ることが可能となる。

また、上述した実施の形態では、せん断方向の熱応力を緩和するために、センサチップ２４とベースボディ２１−１との間の接着層２８を軟接着層（フッ素系接着剤の層）としたが、必ずしも接着層２８は軟接着層としなくてもよく、エポキシ系接着剤の層であってもよい。すなわち、細管３１を設けることにより、センサチップ２４とベースボディ２１−１との接合を剥離する方向への力を抑えることができるので、せん断方向の熱応力の緩和は期待できないかもしれないが、耐圧性は向上する。

また、上述した実施の形態では、センサダイアフラム２４−１の他方の面２４−１ｂを大気に解放させるようにしたが、例えば図６に圧力センサ２００（２００Ｄ）として示すように、第１の保持部材２４−２の下面をセンサ室２０の底面（ベースボディ２１−１の内壁面）２０ａに軟接着層２８−１を介して接合し、第２の保持部材２４−３の上面をセンサ室２０の上面（カバーボディ２１−２の内壁面）２０ｂに軟接着層２８−２を介して接合し、センサダイアフラム２４−１を挾む両側の導圧路に細管３１−１，３１−２を設けるようにしてもよい。

なお、図６において、細管３１−２側は省略しているが、細管３１−１側と同様に、細管３１−２側の受圧ダイアフラムが受けた被測定流体（第２の被測定流体）からの圧力Ｐ２が封入液２７−２に伝わり、細管３１−２を通してセンサダイアフラム２４−１の他方の面２４−１ｂに導かれる。これにより、センサダイアフラム２４−１の一方の面２４−１ａに加わる被測定流体（第１の被測定流体）の圧力Ｐ１とセンサダイアフラム２４−１の他方の面２４−１ｂに加わる被測定流体（第２の被測定流体）の圧力Ｐ２との差圧が検出されるものとなる。

また、図６に示した構成において、軟接着層２８−１および２８−２は、気密性保持というよりはセンサチップ２４の固定という機能がある。このため、センサチップ２４の固定を確実に行うことができれば、軟接着層２８−１および２８−２はその何れか一方を省略するようにしてもよい。

〔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。

本発明は、工業用の圧力センサとして利用することができる。

２０…センサ室、２０ａ…底面、２０ｂ…正面、２１…ボディ、２１−１…ベースボディ、２１−２…カバーボディ、２２…受圧ダイアフラム、２３…封入室、２３−１…受圧室、２３−２…導圧路、２４…センサチップ、２４ａ…底面（接合面）、２４−１…センサダイアフラム、２４−１ａ…一方の面、２４−１ｂ…他方の面、２４−２…第１の保持部材、２４−２ａ…凹部、２４−２ｂ…圧力導入孔（導圧孔）、２４−２ｃ…周縁部、２４−３…第２の保持部材、２４−３ａ…凹部、２４−３ｂ…圧力導入孔（導圧孔）、２４−３ｃ…周縁部、２５（２５−１，２５−２）…電極ピン、２６…中堅端子、２７（２７−１，２７−２）…封入液、２８（２８−１，２８−２）…接着層（軟接着層）、２９（２９−１，２９−２）…ワイヤ、３０…基板、３１（３１−１，３１−２）…細管、２００（２００Ａ〜２００Ｄ）…圧力センサ。

Claims (3)

1. 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と、前記センサダイアフラムの一方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの一方の面へ被測定流体の圧力を導く第１の導圧孔を有する第１の保持部材と、前記センサダイアフラムの他方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの他方の面を大気に解放させる第２の導圧孔を有する第２の保持部材とを備えたセンサチップと、
   前記センサチップが前記被測定流体の圧力を導入する側の面を接合面として接合されたボディと、
   前記第１の保持部材の第１の導圧孔の内径より細い内径を有する細管とを備え、
   前記ボディは、
   前記第１の保持部材の第１の導圧孔に前記被測定流体を導く導圧路を備え、
   前記細管は、
   前記ボディの導圧路を貫いて前記第１の保持部材の第１の導圧孔に挿入固定され、
   前記第１の保持部材の第１の導圧孔内に位置する一方の側が前記センサチップと前記ボディとの間の接着剤の層のヤング率よりも大きいヤング率を有する接着剤で前記第１の導圧孔の内壁面に接合され、前記ボディの導圧路を貫く他方の側が前記一方の側と同等のヤング率を有する接着剤あるいは溶接により前記ボディの導圧路の入口に接合されており、
   前記被測定流体は、
   前記細管を通して前記センサダイアフラムの一方の面に導かれる
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１に記載された圧力センサにおいて、
   前記センサチップは、
   前記ボディに接着剤の層を介して接合され、
   前記接着剤の層は、
   前記センサダイアフラムを構成する材料のヤング率よりも小さいヤング率を有する接着剤の層とされている
   ことを特徴とする圧力センサ。
3. 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と、前記センサダイアフラムの一方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの一方の面へ第１の被測定流体の圧力を導く第１の導圧孔を有する第１の保持部材と、前記センサダイアフラムの他方の面にその周縁部を対面させて接合され当該センサダイアフラムの他方の面に第２の被測定流体の圧力を導く第２の導圧孔を有する第２の保持部材とを備えたセンサチップと、
   前記センサチップが前記第１の被測定流体の圧力を導入する側の面および前記第２の被測定流体の圧力を導入する側の面の少なくとも一方を接合面として接合されたボディと、
   前記第１の保持部材の第１の導圧孔の内径より細い内径を有する第１の細管と、
   前記第２の保持部材の第２の導圧孔の内径より細い内径を有する第２の細管とを備え、
   前記ボディは、
   前記第１の保持部材の第１の導圧孔に前記第１の被測定流体を導く第１の導圧路と、前記第２の保持部材の第２の導圧孔に前記第２の被測定流体を導く第２の導圧路とを備え、
   前記第１の細管は、
   前記ボディの第１の導圧路を貫いて前記第１の保持部材の第１の導圧孔に挿入固定され、
   前記第１の保持部材の第１の導圧孔内に位置する一方の側が前記センサチップと前記ボディとの間の接着剤の層のヤング率よりも大きいヤング率を有する接着剤で前記第１の導圧孔の内壁面に接合され、前記ボディの第１の導圧路を貫く他方の側が前記一方の側と同等のヤング率を有する接着剤あるいは溶接により前記ボディの第１の導圧路の入口に接合されており、
   前記第２の細管は、
   前記ボディの第２の導圧路を貫いて前記第２の保持部材の第２の導圧孔に挿入固定され、
   前記第２の保持部材の第２の導圧孔内に位置する一方の側が前記センサチップと前記ボディとの間の接着剤の層のヤング率よりも大きいヤング率を有する接着剤で前記第２の導圧孔の内壁面に接合され、前記ボディの第２の導圧路を貫く他方の側が前記一方の側と同等のヤング率を有する接着剤あるいは溶接により前記ボディの第２の導圧路の入口に接合されており、
   前記第１の被測定流体は、
   前記第１の細管を通して前記センサダイアフラムの一方の面に導かれ、
   前記第２の被測定流体は、
   前記第２の細管を通して前記センサダイアフラムの他方の面に導かれる
   ことを特徴とする圧力センサ。

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