JPH02206738A - 半導体圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えばエンジンの気筒内の圧力を測定する
ように、高温の圧力媒体の圧力を測定する半導体圧力検
出装置に関する。

［従来の技術］ コンピュータ等を使用した各種制御装置において、セン
サ機構の１つとして圧力検出機構が使用される。この圧
力検出機構としては、検出圧力に対応した電気信号が容
易且つ高精度に発生されるものとして半導体を利用した
圧力検出装置が多く使用されている。

半導体を利用した圧力検出機構は、充分に小型化して構
成し、精度の高い計測結果が得られるものであるため、
各種自動制御システムに多用される。例えば、自動車用
エンジンの電子制御等のために、エンジンの気筒内の圧
力を測定するために、この半導体圧力検出機構を用いる
ことが望まれる。

この半導体圧力検出機構は、１つの面を受圧用ダイヤフ
ラムで封じた圧力検出室内に半導体センサを設置し、上
記圧力検出室内をシリコーンオイル等により充満させる
ように構成される。そして、ダイヤフラムに受けた圧力
をシリコーンオイルを介して半導体センサに伝達し、こ
の半導体センサから圧力に対応した電気信号を発生させ
ている。

しかし、このような半導体圧力検出機構は、圧力検出室
の封入液がシリコーンオイルによって構成され、また半
導体センサがダイヤフラムによる受圧部に近い距離に設
定されることから、半導体素子の動作温度を越えてしま
い、圧力検出の精度が劣化する。このため、自動車用エ
ンジンの気筒内の圧力を測定する場合のように、高温の
圧力媒体の圧力を測定するには適さない状態にあった。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、例え
ば自動車用エンジンの気筒内の圧力が測定できるように
、例えば５００℃にも達する高温の圧力媒体の圧力測定
が可能とされるようにして、エンジン制御システムのセ
ンサ機構として効果的に使用されるようにする半導体圧
力検出装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る半導体圧力検出装置にあっては、オイル
シール用のダイヤフラムによって少なくとも１つの面を
封止した、絶縁オイルで充満した圧力検出室内に半導体
センサを設定すると共に、上記シール用ダイヤフラムで
一方の面が封止され、その対向する他方の面を受圧用ダ
イヤフラムで封止するようにした圧力伝達室を形成し、
この圧力伝達室内に断熱用の圧力伝達媒体を充填設定す
るようにしている。

力伝達媒体が介在されるものであるため、受圧面に作用
した高温が半導体センサ部まで伝達されることがなく、
例えばエンジン気筒内の圧力検出等も可能とされる。こ
の場合、圧力伝達媒体は、圧力伝達室に簡単に封入可能
なものであり、その構造および組立て工程が非常に簡易
化される。

［作用］ すなわち、上記のように構成される半導体圧力検出装置
においては、圧力伝達室内に充填設定される圧力伝達媒
体として、セラミックあるいは金属等の多数のボールの
ような粒状部材が使用され、あるいはオイル等の液体が
使用されるもので、受圧面のダイヤフラムに作用した圧
力変化によって、この受圧用ダイヤフラムが変形し、こ
の変形が圧力伝達媒体を介してシール用ダイヤフラムに
伝達される。そして、このシール用ダイヤフラムの変形
に対応して、半導体センサにおいて圧力が計測される。

この場合、受圧面と半導体センサに圧力変化を伝達する
シール用ダイヤフラムとの間に圧［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はその断面構造を示すもので、金属製のハウジン
グ１１を備える。このハウジング１１の外周にはねじ１
２が形成され、圧力測定部位に適宜ねじ込みにより取り
付は設定されるようになっている。

このハウジング１１の一方の面には回路室目が開口形成
され、この回路室１３の開口部は蓋体１４をかしめ等に
より固定することによって封止されている。この回路室
１３の内部には、ハイブリットＩＣ等の回路基板１５が
設定され、この基板１５はシリコーンゲル１６の内部に
設定されるようにしている。

またハウジング１１の他方の面には、圧力検出室１７が
開口形成される。この圧力検出室１７の開口面は、金属
のオイルシール用ダイヤフラム１８によって封止される
もので、その内部はシリコーンオイル１９により充満さ
れている。

そして、この圧力検出室１７の内部の、上記ダイヤフラ
ム１８に対向する位置に台座２０を設定し、この台座２
０上に半導体センサ２１を載置設定する。すなわち、こ
の半導体センサ２１の受圧面が上記シール用ダイヤフラ
ム１８の面に対向設定される。

ここで、上記圧力検出室１７と回路室１３との間は、通
路２２により連通され、この通路２２はねじ２３により
固定設定されるボール弁２４によって閉じられるように
している。また、圧力検出室１７と回路室１３との間に
は、ガラスシール２５により気密封止されるようにして
端子線２Ｂが貫通設定されるもので、この端子線２６の
一端はボンディングワイヤ２７を介して半導体センサ２
１に接続され、他端は回路基板１５に半田付は等により
接続される。

上記ハウジング１１の圧力検出室１７のダイヤフラムＩ
８が取り付けられる面には、圧力検出室１７と同軸的な
状態となるように筒体２８が連結され、この筒体２Ｂの
開口面には、上記シール用ダイヤフラム１８に対向する
状態で受圧用ダイヤフラム２９が取り付けられる。そし
て、筒体２８の内部に封止状態の圧力伝達室３０を形成
するもので、この圧力検出室３０内には、断熱用として
セラミックあるいは金属等の剛体により構成される多数
のボール３１を、隙間なく充填設定する。

ここで、ハウリングＩＬシール用ダイヤフラム１８、お
よび筒体２８は溶接等により密封状態で結合するもので
あり、さらに筒体２８と受圧用ダイヤフラム２９も同様
に溶接等により封止結合されている。

３２は回路基板１５からの圧力測定信号を出力する導出
線であり、さらに４０はこの圧力検出装置を、例えばエ
ンジン気筒部に取付ける際に、その取付は部に使用され
るパツキンである。

このように構成される圧力検出装置において、検出しよ
うとする圧力が受圧用の金属ダイヤフラム２９に加わる
ようになるもので、このダイヤフラム２９に圧力が作用
すると、このダイヤフラム２９が変形し、多数のボール
３１からなるボール群を押す。

このボール群に作用した押圧力はシール用ダイヤフラム
１８に伝達され、圧力検出室１７内のシリコーンオイル
１９の圧力が高められて、半導体センサ２１の受圧面で
その圧力が検知される。そして、半導体センサ２１で、
上記伝達された圧力に対応した電気信号が発生され、回
路基板１５部に伝送されて出力処理されるようになる。

この圧力検出装置にあっては、シール用ダイヤフラム１
８と受圧用ダイヤフラム２９との２枚のダイヤフラムが
使用されている。そして、この２枚のダイヤフラム１８
および２９の間に、断熱用の圧力伝達媒体として多数の
ボール３１が充填されている。

この充填された多数のボール３１は、相互に点接触の状
態で密集されているものであり、したがって受圧用ダイ
ヤフラム２９に作用した圧力を、高精度にシール用ダイ
ヤフラム１８に伝達するものであり、受圧用ダイヤフラ
ム２９に作用した圧力が、半導体センサ２１において高
精度に検出される。また、上記のようにボール３１の相
互が点接触の状態にあるため、ダイヤフラムｌＢと２９
との間の熱伝導度は非常に小さなものとなり、断熱材と
しての効果が確実に発揮される。

すなわち、゛多数のボール３１よりなるボール群は受圧
用ダイヤフラム２９の面に作用する熱を遮断してシール
用ダイヤフラム１８に伝達しない。したがって、受圧用
ダイヤフラム２９の面に接触している圧力媒体の熱は、
上記ボール３１群により遮断され、受圧用ダイヤフラム
２９に作用した圧力成分のみがシール用ダイヤフラム１
８に伝達され、半導体センサ２１の感圧部に伝えられる
。

このため、この圧力検出装置を、例えば高温状態となる
エンジンの気筒内に設置し、燃焼圧等の測定に使用可能
となる。

これまでに考えられた断熱の方法としては、セラミック
ロッドを使用することが知られている。

すなわち、これを圧力検出装置に適用する場合は、受圧
部にセラミックロッドの一端を結合し、このロッドの他
端にセンサの受圧部を連結するようになる′もので、精
度の良い測定結果を得るためには、セラミックロッドの
取付は精度が厳しく要求される。したがって、組立て構
造に工夫が必要となり、製造工程が繁雑化する。

これに対して、上記実施例に示した装置にあっては、２
枚のダイヤフラム１８．２９により区画された圧力伝達
室３０内に、多数のボール３１を封入するのみでよく、
その構造は充分に単純化され、製造コストも低くできる
。

またこのような構造は、単純化されているものであるた
め、耐圧を高くすることが容易となる。

したがって、例えば１０００　Ｋｇｆ／ａｍ２以上の高
い圧力の測定も可能とすることが容易である。

ここで、上記実施例にあっては、圧力伝達室３０内に充
填される物質を多数のボール３１として示したが、これ
は特に球状のボールである必要はなく、例えば砂のよう
な粒状体の集積であってもよく、要するにほぼボール状
とされる粒状部材で構成すればよい。

第２図は他の実施例を示すもので、第１図と同一構成部
分は同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

この圧力検出装置にあっては、圧力検出室１７のシール
ダイヤフラム１８が存在する面に、圧力伝達筺体３３が
、溶接等により結合して設定される。この筺体３３の圧
力検出室１７とは反対側の面には第１の圧力伝達室３４
１が形成され、この室３４１の開放面に受圧用ダイヤフ
ラム２９が溶接等により取り付けられている。また筐体
３３のシール用ダイヤフラム１８に対面する部分には第
２の圧力伝達室３４２を形成し、上記第１および第２の
圧力伝達室３４１および３４２の間は、圧力伝達通路３
４３により連通される。そして、シール用ダイヤフラム
１８と受圧用ダイヤフラム２９との間に形成される、上
記第１および第２の圧力伝達室３４１　、３４２　、お
よび圧力伝達通路３４３により形成される室内に、連通
路３４４を介してオイル等の液体３５を充填する。上記
連通路３４４は、ねじ３Ｂにより固定されるボール弁３
７によって封じられている。

すなわち、受圧用ダイヤフラム２９に作用された圧力は
液体３５を介してシール用ダイヤフラム２９１；伝達さ
れ、圧力検出室１７に設定された半導体センサ２１でそ
の圧力が検出されるよ°うになる。この場合、圧力媒体
が高温状態となり、受圧用ダイヤフラム２９が高温の状
態となったとしても、その熱は液体３５によって遮断さ
れ、半導体センサ２１の部分には到達しない。したがっ
て、高温状態の雰囲気においても、精度の高い圧力測定
が容易に実行できるようになる。

［発明の効果コ 以上のにようにこの発明に係る圧力検出装置によれば、
半導体センサが設定される圧力検出室を区画するシール
ダイヤフラムと、圧力媒体の直接作用される受圧用ダイ
ヤフラムとの間に、多数のボールあるいは液体からなる
圧力伝達媒体が介在設定され、この圧力伝達媒体部で熱
の伝達が遮断されるようになる。例えば自動車用エンジ
ンの気筒内の燃焼室にこの検出装置を設定するようにし
ても、半導体センサ部を高温から効果的に保護すること
ができ、高温雰囲気における圧力検出動９作が容易に実
行できる。したがって、この検出装置は例えばエンジン
制御用のコンピュータを使用した制御システムのセンサ
として、効果的に応用できるものであ□る。また、その
構造が単純化されるものであり、高い圧力媒体の測定も
容易とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る圧力検出装置を説明
する断面構成図、第２図はこの発明の他の実施例を説明
する断面構成図である。 １１・・・ハウジング、１３・・・回路室、１５・・・
回路基板、１Ｂ、１９・・・シリコーンオイル、１７・
・・圧力検出室、１８・・・シール用ダイヤフラム、２
１・・・半導体センサ、２８・・・筒体、２９・・・受
圧用ダイヤフラム、３０・・・圧力伝達室、３１・・・
ボール、３４１　、３４２・・・第１および第２の圧力
伝達室、３５・・・液体。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第 図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に絶縁オイルが密封状態で充填された圧力検
   出室内に設定された半導体圧力センサと、上記圧力検出
   室の一方の面を封するオイルシール用ダイヤフラムと、 このダイヤフラムの上記圧力検出室とは反対側の面に対
   応して形成された圧力伝達室と、この圧力伝達室の上記
   シール用ダイヤフラムとは反対側を区画する受圧用ダイ
   ヤフラムと、上記シールようおよび受圧用ダイヤフラム
   で区画された上記圧力伝達室内に充填設定される断熱用
   の圧力伝達媒体とを具備し、 上記受圧用ダイヤフラムの圧力変化による変形が、上記
   圧力伝達媒体を介して上記シール用ダイヤフラムに伝達
   されるようにしたことを特徴とする半導体圧力検出装置
   。
2. （２）上記圧力伝達媒体は、多数の硬質の粒状部材にな
   よって構成され、この多数の粒状部材が上記シール用お
   よび受圧用ダイヤフラムで区画される圧力伝達室内に密
   に充填されるようにした請求項１の半導体圧力検出装置
   。
3. （３）上記圧力伝達室は、上記シール用および受圧用の
   ダイヤフラムによって漏れのないように構成され、この
   圧力伝達室に充填される圧力伝達媒体は、液体によって
   構成されるようにした請求項１の半導体圧力検出装置。