JP7345173B2 - pressure sensor - Google Patents
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本発明は、圧力センサに関する。 The present invention relates to pressure sensors.
ダイアフラムで区画されてオイルが封入された受圧室内に半導体型圧力検出装置を収容した液封入式の圧力センサは、冷凍冷蔵装置や空調装置に装備されて冷媒圧力を検知し、また産業用機器に装備されて各種の流体圧力を検知するために使用されている。 Liquid-filled pressure sensors, which house a semiconductor pressure detection device in a pressure-receiving chamber divided by a diaphragm and filled with oil, are installed in refrigeration equipment and air conditioners to detect refrigerant pressure, and are also used in industrial equipment. It is equipped and used to detect various fluid pressures.
半導体型圧力検出装置は、上記受圧室内に配置され、受圧空間内の圧力変化を圧力検出素子により電気信号に変換して外部に出力する機能を有している。 The semiconductor pressure detection device is disposed within the pressure receiving chamber, and has a function of converting pressure changes within the pressure receiving space into an electrical signal using a pressure detection element and outputting the electrical signal to the outside.
受圧空間内に配置されるダイアフラムは、可撓性の金属板である。このため、半導体型圧力検出装置の圧力検出素子とダイアフラムとの間で電位差が発生して、封入されたオイルが静電気を帯びると、圧力検出素子あるいはその出力信号に不具合が生ずる場合がある。圧力検出素子とダイアフラムとの間の電位差は、例えば圧力センサが取り付けられる配管系から伝達されるノイズなどに起因して生じうる。 The diaphragm disposed within the pressure receiving space is a flexible metal plate. Therefore, if a potential difference occurs between the pressure detection element and the diaphragm of the semiconductor pressure detection device and the sealed oil is charged with static electricity, a problem may occur in the pressure detection element or its output signal. A potential difference between the pressure sensing element and the diaphragm may be caused by, for example, noise transmitted from a piping system to which the pressure sensor is attached.
これに対し、特許文献1には、半導体型圧力検出装置を取り付けるベースをセラミックス材料で形成した圧力センサが開示されている。特許文献1の圧力センサによれば、セラミックス製のベースに半導体型圧力検出装置を取り付けることにより絶縁効果が発揮されるため、配管系から伝達される高周波ノイズなどの影響を有効に抑制できる。
On the other hand,
特許文献1に開示されている圧力センサによれば、ベースをセラミックス材料により形成することで有効なノイズ対策を行えるが、一般的にセラミックス材料は加工難易度が高く、それによりコスト高を招くという問題がある。
According to the pressure sensor disclosed in
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、コストを抑えつつも、ノイズの影響を抑制できる圧力センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor that can suppress the influence of noise while keeping costs low.
上記目的を達成するために、本発明の圧力センサは、
流体の圧力を受けるダイアフラムと、
前記ダイアフラムとの間に絶縁性媒質が封入された受圧空間を形成するベースと、
前記受圧空間内に配置され、前記絶縁性媒質に伝達された圧力を検出して電気的圧力信号に変換する圧力検出装置と、
外部の電気回路に電気的に接続された配線層を備えた中継基板と、
前記圧力検出装置と前記中継基板の配線層との間で、電気的接続を行うための複数の端子ピンと、を具備した圧力センサであって、
前記受圧空間内における前記ダイアフラムの面に、前記圧力検出装置に対向する位置にのみ、前記絶縁性媒質よりも誘電率が高い絶縁層を形成した、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the pressure sensor of the present invention includes:
a diaphragm that receives fluid pressure;
a base forming a pressure receiving space in which an insulating medium is enclosed between the base and the diaphragm;
a pressure detection device disposed in the pressure receiving space to detect the pressure transmitted to the insulating medium and convert it into an electrical pressure signal;
a relay board including a wiring layer electrically connected to an external electric circuit;
A pressure sensor comprising a plurality of terminal pins for electrical connection between the pressure detection device and the wiring layer of the relay board,
An insulating layer having a higher dielectric constant than the insulating medium is formed on the surface of the diaphragm in the pressure receiving space only at a position facing the pressure detecting device .
本発明によれば、コストを抑えつつも、ノイズの影響を抑制できる圧力センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a pressure sensor that can suppress the influence of noise while keeping costs low.
(第1の実施形態)
以下、図面を参照して、本発明にかかる実施形態を説明する。図1は、第1の実施形態にかかる圧力センサ1を示す縦断面図である。図2は、第1の実施形態にかかる圧力検出ユニット2の縦断面図である。図3は、圧力検出ユニット2の上面図である。図4は、圧力検出ユニット2における図2のA-A線における断面を底面視した図である。図5は、圧力検出ユニット2における図2のB-B線における断面を上面視した図である。
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a
図1に示すように、圧力センサ1は、横断面が例えば円管状である大筒部10aと、横断面が円環状、長円状、楕円状等である小筒部10bとが同軸に配列され、それぞれの端部同士を、段部10cを介して接合した形状の樹脂製のカバー10を有する。カバー10の大筒部10aの内側には、圧力検出ユニット2が取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the
圧力検出ユニット2は、図示されない流体流入管(配管)が螺合接続される接続ナット20を支持する皿状の取付部材30と、取付部材30に対向配置される皿状のベース40と、取付部材30とベース40とにより外周が挟持される金属製のダイアフラム50とを備えている。これら取付部材30、ベース40及びダイアフラム50は、例えばステンレス合金等の導電性素材より形成されており、それらの外周部は周溶接されてなる溶接部Wにより一体化されている。ベース40を金属製とすることで、コストを抑制できる。
The
また、接続ナット20の上端に円筒部20aが突出して形成されている。一方、取付部材30の中央には、円孔30aが形成されている。円筒部20aと取付部材30とは嵌合した後に、ろう付けなどの手段によって接合されている。
Further, a
円筒部20aの内部には貫通路20bが形成されていて、貫通路20bを介して、取付部材30の内部と接続ナット20の内部とが連通している。
A through
図1,2において、ベース40とダイアフラム50で区画される受圧空間52には、オイル等の絶縁性の液状媒質が充填される。この液状媒質を、ベース40の開口40a(図4)を介して受圧空間内に充填した後、これを密閉するため、金属製のボール41がベース40に溶接などの手段で固着される。
In FIGS. 1 and 2, a
図5において、ダイアフラム50は、中央の平坦部50aと、平坦部50aの周囲において同心円状に隆起し、もしくは隆起と沈降とを繰り返した環状凹凸部50bとを有する。平坦部50aの受圧空間52側の面に、円形の絶縁層51が固着されている。絶縁層51は、例えばポリイミドフィルムであって、平坦部50aに接着されていると好ましい。絶縁層51は、絶縁性媒質よりも高い誘電率を有する。
In FIG. 5, the
絶縁層51に対向して、ベース40の受圧空間52側の中央部に、半導体形の圧力検出装置60が配置されている。圧力検出装置60は、ガラス製の台座62と、その表面に貼付された圧力検出素子(半導体チップ)64とからなる。台座62は接着剤を用いてベース40に接合されている。
A semiconductor
圧力検出装置60の厚さ方向(ダイアフラム50を向いた面の法線方向)に沿って、絶縁層51を圧力検出装置60に投影したときに、投影された絶縁層51が圧力検出装置60の一部もしくは全体を覆うと好ましい。特に、投影された絶縁層51の中心と、圧力検出装置60の中心とを一致させると好ましい。
When the
図4において、圧力検出素子64は、その外周近傍に8つのボンディングパッド(電極)を備えている。ボンディングパッドのうち3つは、センサ入力電源パッド64a、グラウンドパッド64b及びセンサ出力パッド64cであり、残る5つは信号調整用パッド64dである。ただし、ボンディングパッドの数は8つに限られない。本実施形態では、センサ入力電源パッド64aは5Vに維持され、グラウンドパッド64bは0Vに維持され、センサ出力パッド64cの電圧は、検出した圧力に応じて0V以上、5V以下(好ましくは0.5V以上、4.5V以下)の範囲で変化する。また、ボンディングパッドの配置は、以上に限られない。
In FIG. 4, the
半導体形の圧力検出装置60の周囲には、ベース40を貫通するようにして複数本(この例においては8本)の端子ピン70、72が配置されている。端子ピン70、72は、これらが挿通されたベース40の貫通孔に対してハーメチックシール74により絶縁封止されている。
A plurality of (eight in this example)
複数の端子ピンのうちの1つは、グラウンド用の端子ピン70である。グラウンド用以外の7本の端子ピン72は、図1に示す中継基板90の配線層の端子に接続されている。1本のグラウンド用の端子ピン70の上端は、図1に示す中継基板90の配線層のグラウンドに接続され、その下端は除電板100の表面の導電層102(図4)に、はんだ付けなどの手段で接合されている。
One of the plurality of terminal pins is a
除電板100は、図2に示すように略多角形の平板形状を有し、矩形開口100aと、グラウンド用の端子ピン70を挿通する為の貫通孔100b(図1)を有する。ベース40に取り付けられた状態で、圧力検出装置60の全周は、隙間を開けて矩形開口100aにより囲われている。
The
除電板100は、例えば、セラミックス、ガラス等の無機材料、又はポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、PPS等の耐熱性に富んだ絶縁板の表面に導電層102を形成した構造を有しており、絶縁板は接着剤を介してベース40上に固着される。このとき、導電層102はベース40に対して絶縁され、電気的接続がなされていない。導電層102を金属の薄板で構成したり、あるいは印刷や焼成で薄膜状に形成してもよい。また、導電層102の材料としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル等が代表的であるが、高電圧耐久性を得るためにタングステンやモリブデン等が高融点材料を用いることもできる。
The static eliminating
図2から明らかなように、圧力検出装置60と絶縁層51との間隔は、除電板100とダイアフラム50との間隔よりも狭くなっている。すなわち、圧力検出装置60は除電板100よりもダイアフラム50側に突出している。
As is clear from FIG. 2, the distance between the
図1において、中継基板90にコネクタ92を介して接続されるリード線94は、圧力センサ1が設置された冷凍冷蔵装置や空調装置等の制御盤内に設けられた、図示されない電気回路に接続される。かかる電気回路から、リード線94、端子ピン70、72を介して圧力検出素子64に電源電圧を印加することができ、また圧力検出用の信号を出力できる。
In FIG. 1, a
図4において、半導体形の圧力検出装置60における、グラウンドパッド64b以外の、センサ入力電源パッド64a、センサ出力パッド64c、信号調整用パッド64dと、端子ピン72とは、ボンディングワイヤ80で接続(結線)される。また本実施形態では、グラウンドパッド64bが、ボンディングワイヤ82を介して、除電板100の導電層102に接続(結線)される。
In FIG. 4, the sensor input
圧力センサ1の組み付け時には、図1において、圧力検出ユニット2をカバー10の大筒部10aの内側に形成された段部10dに突き当てるようにして配置する。その後、大筒部10aの下端側及び小筒部10bの上端側(リード線94が導出される側)からカバー10の内部に樹脂Pを充填し、これを固化させる。これによりカバー10内に、圧力検出ユニット2の電気的構造部が密封されるようにして固定される。
When assembling the
圧力検出装置60は、外部の電気回路から入力電源用の端子ピン72を介して給電されることで動作する。流体が接続ナット20内に導入されて、取付部材30の内側の流体導入室32内に進入すると、その圧力でダイアフラム50が弾性変形し、受圧空間52内の絶縁性媒質を加圧する。圧力検出素子64は、この圧力変動を検知して電気信号に変換し、端子ピン72を介して電気信号、すなわち圧力検出用の信号を外部に出力する。かかる圧力検出用の信号を入力した外部の電気回路は、それに基づき、接続ナット20に導入された流体の圧力を精度よく検出することができる。
The
本実施形態によれば、圧力検出装置60に対向するダイアフラム50の面に、絶縁性媒質よりも誘電率が高い絶縁層51を設けているため、絶縁層51を設けない場合に比べ、圧力検出装置60とダイアフラム50との間の合成誘電率が高くなる。このため、例えば外部の配管から接続ナット20を介して圧力検出ユニット2に高周波ノイズが伝達された場合、コンデンサと同様の効果が発揮されて、高周波ノイズによる電荷が絶縁層51側に蓄積され、圧力検出素子64に影響を与えることが抑制される。
According to this embodiment, since the insulating
特に、圧力検出装置60と絶縁層51との間隔が、除電板100とダイアフラム50との間隔よりも狭くなっているため、高いノイズ抑制効果を実現できる。
In particular, since the distance between the
本実施形態では、絶縁層51の形状をダイアフラム50の平坦部の形状に合わせて円形としたが、圧力検出装置60の形状に合わせて矩形としてもよい。この場合、圧力検出装置60の形状と同寸、もしくはそれ以上の寸法とすることが望ましい。
In this embodiment, the shape of the insulating
さらに、除電板100を設けることにより、圧力検出装置60の周囲に帯電する電荷、あるいは受圧空間52内に充填された液状媒質に帯電する電荷が除電板100を介して除電され、これにより圧力検出装置60の帯電に起因する作動不良が防止される。ただし、除電板100を設けることなく、絶縁層51のみを設けるようにしてもよい。
Furthermore, by providing the
(第2の実施形態)
図6は、第2の実施形態にかかる圧力センサ1Aを示す縦断面図である。本実施形態においては、上述した実施形態に対し、圧力検出ユニット2Aの除電板100Aの形状が異なる。より具体的には、上記実施の形態に比して除電板100Aの厚さが厚くなっており、除電板100Aの導電層102Aが、圧力検出装置60の下面より下方に突出している。すなわち圧力検出装置60と絶縁層51との間隔は、除電板100Aとダイアフラム50との間隔よりも広くなっている。それ以外の構成は、上述した実施形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。
(Second embodiment)
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a
本実施形態によれば、絶縁層51を設けたことによる圧力検出装置60のノイズ抑制効果に加え、除電板100Aの導電層102Aが圧力検出装置60の下面より下方に突出させているため、ノイズ伝達時に絶縁性媒質から除電板100Aの導電層102Aに帯電しやすくなり、更に帯電した電荷を、端子ピン70を介してグラウンドへ伝達させることができる。
According to this embodiment, in addition to the noise suppression effect of the
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されない。また、本発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Further, within the scope of the present invention, it is possible to modify any component of the embodiments or omit any component in each embodiment.
1、1A 圧力センサ
2、2A 圧力検出ユニット
10 カバー
20 接続ナット
30 取付部材
32 流体導入室
40 ベース
50 ダイアフラム
52 受圧空間
60 圧力検出装置
62 ガラス製の台座
64 圧力検出素子
70 グラウンド用の端子ピン
72 端子ピン
74 ハーメチックシール
80 ボンディングワイヤ
82 グラウンド用のボンディングワイヤ
90 中継基板
92 コネクタ
94 リード線
100,100A 除電板
1,
Claims (6)
前記ダイアフラムとの間に絶縁性媒質が封入された受圧空間を形成するベースと、
前記受圧空間内において前記ベースに配置され、前記絶縁性媒質に伝達された圧力を検出して電気的圧力信号に変換する圧力検出装置と、
前記ベースを貫通して配置され、前記受圧空間内で前記圧力検出装置と電気的に接続された複数の端子ピンと、を具備した圧力センサであって、
前記受圧空間内における前記ダイアフラムの面に、前記圧力検出装置に対向する位置にのみ、前記絶縁性媒質よりも誘電率が高い絶縁層を形成した、ことを特徴とする圧力センサ。 a diaphragm that receives fluid pressure;
a base forming a pressure receiving space in which an insulating medium is enclosed between the base and the diaphragm;
a pressure detection device that is disposed on the base in the pressure receiving space and detects the pressure transmitted to the insulating medium and converts it into an electrical pressure signal;
A pressure sensor comprising: a plurality of terminal pins disposed through the base and electrically connected to the pressure detection device within the pressure receiving space,
A pressure sensor characterized in that an insulating layer having a higher dielectric constant than the insulating medium is formed on a surface of the diaphragm in the pressure receiving space only at a position facing the pressure detecting device .
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