JPH03287037A - 差圧センサ - 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〕 本発明は差圧センサに関し、特に薄板状の金属ダイヤフ
ラムの受圧部に歪みゲージを設け、ダイヤフラムの受圧
部における表裏両面を受圧面として使用する差圧センサ
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の差圧センサの構成の一例を第４図に基づき説明す
る。この差圧センサ１００は、３つのブロック部材１０
０ａ、１００ｂ、１００ｃから構成され、これらは、そ
れぞれの間にシールダイヤフラム１０】が介設され且つ
ボルト１０２で結合されることにより、図示される如く
２種類の流体１０３ａと１０３ｂがそれぞれ導入される
内部空間とシリコンオイル１０４が充填される内部空間
とを形成している。１０５ａは流体１０３ａを導入する
孔であり、１０５ｂは流体１０３ｂを導入するための孔
である。ブロック部材１００ｂはダイヤフラム部材設置
箇所１０６と前記シリコンオイル１０４を連通させる孔
１０７を有する。設置箇所１０６にダイヤフラム部材１
０８を設置することによりシリコンオイル１０４は２つ
の部分に分離される。ダイヤフラム部材１０８は接着剤
等でブロック部材１００ｂに接合される。

上記のダイヤフラム部材１０８は受圧部を有し、第４図
中受圧部の上面に例えばシリコン単結晶の膜を形成し、
更にこのシリコン単結晶膜を利用して歪みゲージを形成
している。ダイヤフラム部材１０８の受圧部では、表裏
の両面にシリコンオイル１０４が接液することになり、
この２つの接液面がそれぞれ受圧面となる。ダイヤフラ
ム部材１０８の上面に形成された歪みゲージは保護膜で
覆われており、且つ電極膜を介してボンディングワイヤ
１０９に接続される。このボンディングワイヤ１０９の
他方の端部は所定のターミナル基板１１０に接続される
。１１１は引出し線であり、この引出し線１１１はブロ
ック部材１００ｂに形成された孔１１２を通して前記タ
ーミナル基板１１０に接続され、これにより前記ボンデ
ィングワイヤ１０９に接続される。引出し線１１１が配
置される孔１１２にはハーメチックシール１１３が施さ
れ、引出し線１１１とブロック部材１ｏｏｂを絶縁する
と共にシリコンオイル１０４の外部漏出を防いでいる。

ボンディングワイヤと引出し線は所要の本数存在するが
、図示例では便宜上１本のみを示している。外部に取出
された引出し線１１１は信号処理を行う図示しない電気
回路部に接続される。

上記構成を有する差圧センサでは、２つの流体１０３ａ
と１０３ｂの圧力がシールダイヤフラム１０１に印加さ
れ、これを受けて２領域のシリコンオイル１０４のそれ
ぞれがダイヤフラム部材１０８の対応する受圧面に流体
の圧力を伝えることにより、測定対象である２つの流体
１０３ａと１０３ｂの差圧が検出される。ダイヤフラム
部材１０８の圧力検出部に測定対象の流体が直接に接触
しないようにシリコンオイル１０４を介在させた間接的
な差圧検出構造となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来の差圧センサの構造によれば、測定対象で
ある流体１０３ａ、１０３ｂとダイヤフラム部材１０８
の受圧部との間に圧力伝達媒体としてのシリコンオイル
１０４を介設し、２つの被測定圧力が間接的にダイヤフ
ラム部材１０８の受圧面に加わるように構成したため、
圧力測定の精度が低減するという不具合がある。シリコ
ンオイル１０４を充填する空間を確保するため２つのシ
ールダイヤフラム１０１が必要となり、構造が複雑とな
るという欠点を有する。更に、ダイヤフラム部材１０８
の上面に形成された歪み検出部は、保護膜によって覆う
ことによりシリコンオイル１０４から保護されているも
のの、シリコンオイル１０４に直接接液され且つボンデ
ィングワイヤ１０９を保護膜を挿通させて取出し、シリ
コンオイル１０４の中に配置した状態でターミナル基板
１１０に接続させているため、保護を完全に行うことが
できず、接続部の信頼性が低下するという問題も生しる
。

本発明の目的は、ダイヤフラムの１つの面に設けられた
歪みゲージ等からなる歪み検出部のすべてを保護膜で完
全に保護することができる構造を有する差圧センサを提
供すことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る差圧センサは、薄板で形成され、表面と裏
面のうち一方の面に歪み検出部が設けられ且つ他方の面
が取付は面となり、表裏両面に受圧面が形成されるダイ
ヤフラムと、歪み検出部から他方の面の取付は面部に引
出された引出し配線と、ダイヤフラムを取付け、ダイヤ
フラムの他方の面の受圧面に流体を導く孔と引出し配線
を貫通させて外部に取出す孔を有するダイヤフラム支持
部材とからなることを特徴点として有する。

本発明に係る差圧センサは、前記の構成において、ダイ
ヤフラムの一方の面における歪み検出部が形成された箇
所を全面的に保護膜で覆うことができることを特徴点と
して有する。この保護膜としては例えばパッシベーショ
ン薄膜、エポキシ接着剤、高分子薄膜を用いる。

本発明に係る差圧センサは、前記の構成において、前記
のダイヤフラムの形状を四角形とすることができる。

〔作用〕

本発明による差圧センサでは、薄板状のダイヤフラムの
一方の面に形成された歪み検出部から引き出される配線
を、当該一方の面側から引き出さず、ダイヤフラム支持
部材への取付は面である他方の面側に引き出すように構
成し、更にダイヤプラム支持部材を、引出し線を圧力流
体に接触させることなく外部に取出せるように形成して
いる。

これによりダイヤフラムの一方の面に形成された歪み検
出部を全面的に保護膜で覆い、完全に保護することがで
きる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明に係る差圧センサの要部の断面図を示す
。１は金属で作られた薄板状のダイヤフラムであり、２
はこのダイヤフラム】−を支持し固定する支持部材であ
る。ダイヤフラム１は接着剤等を用いて支持部材２に固
定される。支持部材２も一般的には所要の剛性を有する
金属材によって形成される。支持部材２は全体的外観形
状として円柱状の形状を有し、その上下端面部のそれぞ
れに円形凹部３，４が形成されている。円形凹部３の底
部３ａはダイヤフラム１を取付けるための取付は面とな
り、この凹部３は第１の被測定流体を導入する空間とし
ての役割を有する。円形凹部４の底部４ａは例えば増幅
器等を含む電気回路部１５を配置する空間として利用さ
れる。円形凹部３と４を形成することにより支持部材２
の中央に中央壁部２ａが形成され、中央壁部２ａの上下
の面がそれぞれダイヤフラムｌの取付は面及び電気回路
部１５の取付は面となる。支持部材２の中央壁部２ａに
は、支持部材２の側壁外面と前記底部３ａにおいて開口
し、支持部材２の外部と円形凹部３とを連通ずる孔５が
形成され、この孔５は横孔５ａと縦孔５ｂとからなる。

孔５自体は底部３ａにおいて開口しているが、前述の如
く底部３ａにはダイヤフラム１が固定されるため、孔５
の奥の開口部はダイヤフラム１で塞がれることになる。

この孔５は第２の被測定流体を導入する流路としての役
割を有する。

上記の構成において、ダイヤフラム１の図中上面には、
例えば絶縁膜と４個の歪みゲージと電気配線膜等からな
る歪み検出部が設けられる。歪み検出部は、ダイヤフラ
ム１の上面において前記孔５ａの開口部で決まる領域に
対応する領域内に形成される。第１図に示される構造で
明らかなように、ダイヤフラム１は上面と下面が受圧面
となり、上面には円形凹部３で導入された第１の被測定
流体による圧力Ｐ１が印加され、下面には孔５で導入さ
れた第２の被測定流体による圧力Ｐ２が印加される。こ
の結果ダイヤフラム１では圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差が
測定される。歪み検出部の電気配線膜はダイヤフラム１
の上面の絶縁膜上に配線され、端子部６まで延設される
。端子部６はダイヤフラム１の上面に凹部を形成し、そ
の中に設けられる。この凹部に形成された端子部６には
引出し線７が接続され、引出し線７はダイヤフラム１の
下側の取付は面側に引き出され、更に支持部材２の中央
壁部２ａに形成された孔８を貫通して電気回路部１５ま
で引き出される。孔８は孔５ａと交差しない位置関係に
て形成されている。底部４ａ側に引出し線７は電気回路
部１５の所定端子に接続される。孔８の上端はダイヤフ
ラム１−で塞がれており且つ孔８にはシール材９が充填
されている。

上記歪み検出部は全体的に保護膜によって被覆されてい
る。またダイヤフラム１の平面形状としては例えば円形
や四角形の形状のものが使用される。

次に第２図を参照してダイヤフラム１の上面に形成され
た歪み検出部の構造を詳細に説明する。

第２図では縦方向を拡大して示し、横方向は縮小して示
しており、支持部材２の上下部分と横部分に適宜な箇所
で切断している。

第２図において、１はダイヤフラム、２は支持部材、３
は円形凹部、３ａは底部、５は孔、５ｂは縦孔、６は端
子部、７は引出し線、８は孔、９はシール材である。こ
れらは前記第１図で示したものと同じである。ダイヤフ
ラム１の上面には絶縁膜１０が成膜される。ダイヤフラ
ム１の上面には端子部６を埋め込み収容する凹部１ａが
形成されるが、この凹部１ａの中にも絶縁膜１０は成膜
される。端子部６は絶縁膜１０を成膜した後凹部に埋め
込まれる。端子部６は接合によりダイヤフラム１の凹部
に収容され、その上面が絶縁膜ＩＯの面と同一面となる
ように収容する。なお、端子部６は導体部材で作られて
いる。絶縁膜を成膜した後、その上に歪みゲージを形成
する例えば４個のゲージ膜１１を各種の方法で形成する
。端子部６の埋め込みとゲージ膜１１の作製の順序は任
意である。その後、所定の対応関係にあるゲージ膜１１
と端子部６をＣｒ　／　Ａ　ｕ等の電極膜１２で接続す
る。この電極膜１２は電気配線としての機能を有する。

以上のような、ダイヤフラム１の上面における平面的な
取付は状態において、歪みゲージを中心として形成され
る歪み検出部の薄膜部の全体をパッシベーション膜１３
によって覆う。パッシベーション膜１３は歪み検出部を
保護する保護膜として機能する。パッシベーション膜１
３としては、例えばＳｉＮｘやＳｉｏ２が使用される。

また保護膜としては、パッシベーション膜の他にエポキ
シ系接着剤や高分子薄膜（例えばＰＴＥＥ被膜等）を用
いることもできるしこれらを合わせ用いることもできる
。

上記ダイヤフラム１と底部３ａとの間には接着剤１４が
介設され、ダイヤフラム１は接着剤１−４によって支持
部材２に固定される。この場合において拡散接合や溶接
等の接合方法を用いることもできる。通常は、第３図に
示されるように引出し線７を備えた状態の端子部６を凹
部１ａに収容した状態で、支持部材２の孔８に引出し線
７を挿入し、ダイヤフラム１を底部３ａに固定する。こ
のような構成によれば、被測定流体の流体圧が支持部材
２における引出し線７に加わることもなく、更に他方の
被測定流体の流体圧が加わることもない。よって引出し
線７を貫通させる孔８内には高圧用のハーメチックシー
ルを施す必要はなく、絶縁性接着剤やガラス管等を用い
ることができ、流体圧に対しての保護を考慮する必要は
ない。また、ダイヤフラム１を支持部材２の底部３ａに
固定した後に引出し線７を備えた端子部６を装着するよ
うにしても良い。

〔発明の効果〕

°以上の説明で明らかなように、本発明によれば、中間
の圧力伝達媒体が不要になったため、センサ感度が向上
してセンサとしての信頼性が高くなり、且つシールダイ
ヤフラムやシリコンオイルや高圧用ハーメチックシール
などが不要になったため構造が簡単となり、安価に製作
することができる。

ダイヤフラムの一方の面に形成される歪み検出部からの
引出し線を、いずれの流体圧の影響を受けることなく、
ダイヤフラムの取付は面から引き出すようにしたため、
更に信頼性を向上させることができる。加えて、ダイヤ
フラムの歪み検出部が設けられる面については全面的に
保護膜を設けて歪み検出部を完全に保護することができ
るので、検出精度及び動作信頼性を向上し、センサの寿
命の延長化を達成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る差圧センサの縦断面図、第２図は
差圧センサの要部拡大断面図、第３図は端子部のみを取
出して示した図、第４図は従来の差圧センサの一例を示
す縦断面図である。 〔符号の説明〕 １・・・・・ ２・・・・・ ３．４・・・ ５・・・・・ ６・・・・・ ７・・・・・ ８・・・・・ １０・・・・ １１・・・・ ・ダイヤフラム ・支持部材 ・円形凹部 ・孔 ・端子部 ・引出し線 ・孔 ・絶縁膜 ・ゲージ膜 ２ ・電極膜 ・パッシベーション膜・

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）薄板で形成され、表面と裏面のうち一方の面に歪
   み検出部が設けられ且つ他方の面が取付け面となり、表
   裏両面に受圧面が形成されるダイヤフラムと、前記歪み
   検出部から前記他方の面の取付け面部に引出された引出
   し配線と、前記ダイヤフラムを取付け、前記ダイヤフラ
   ムの前記他方の面の前記受圧面に流体を導く孔と前記引
   出し配線を貫通させて外部に取出す孔を有するダイヤフ
   ラム支持部材とからなることを特徴とする差圧センサ。
2. （２）請求項１記載の差圧センサにおいて、前記ダイヤ
   フラムの前記一方の面における前記歪み検出部が形成さ
   れた箇所は全面的に保護膜で覆われることを特徴とする
   差圧センサ。
3. （３）請求項２記載の差圧センサにおいて、前記保護膜
   は、パッシベーション膜、エポキシ系接着剤、高分子薄
   膜のうちのいずれか１つであることを特徴とする差圧セ
   ンサ。
4. （４）請求項１又は２記載の差圧センサにおいて、前記
   ダイヤフラムは四角形であることを特徴とする差圧セン
   サ