JPH0342540A - 圧力検出器 - 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〕 本発明は圧力検出器に関し、特に高温流体の圧力測定、
例えば内燃機関の燃焼圧測定に好適な圧力検出器に関す
る。

〔従来の技術〕

圧力検出器の一般的構造として、圧力室壁に固定する筒
状ハウジングを有し、圧力室内に臨む上記ハウジング先
端の開口部に金属製センシング部を設けるとともに該セ
ンシング部に歪ゲージ素子を付設した受圧部を保持せし
めて、受圧部の変形に応じた出力信号を得るものが知ら
れている。

第６図に従来の圧力検出器の一例を示す。このものは、
筒状ハウジング３′を有し、ハウジング３′の小径部外
周のネジ部３ａ′で圧力室壁に固定される。ハウジング
３′の先端部開口には側壁に開口２ａ’が設けられたセ
ンシングボデー２′が気密に保持せしめてあり、この開
口２　ａｒにセラミック板よりなる受圧ダイヤフラムｌ
′が覆着されるとともに、該ダイヤフラムｌ′の内側面
に半導体歪ゲージ素子（回路）が接合固定しである。

歪ゲージ素子はターミナル板９′の電極にワイヤ線４′
で接続され、歪ゲージ素子の出力信号は上記ターミナル
板９′、リードビン９１’およびリード線６′を経て外
部へ取り出される。

〔発明が解決しようとする課硬〕

ところで、上記従来構造の圧力検出器において、歪ゲー
ジ素子からの出力信号を外部に取り出すワイヤ線４′、
ターミナル板９′、リードピン９１’等のり一ド取出部
も高温の圧力室内へ挿入されることになり、特にダイヤ
フラム部とターごナル板９′間のワイヤ線４′によるボ
ンディング部は高温にさらされることになり、この部分
での信頼性確保が達成できないという問題がある。

本発明は、かかる問題点に鑑み、高温によるリード取出
部での信頼性悪化を避けることができる圧力検出器を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、先端部を圧力室
内に臨ましめたハウジングと、このハウジングの先端部
に気密的に保持せしめられると共に、一端閉鎖の圧力導
入路を有し、かつ、前記圧力導入路の側壁に開口穴を有
するエレメントホルダと、 前記開口穴を気密的に覆着するべく前記エレメントホル
ダの前記圧力導入路と反対側の端面に接合固定されると
ともに、前記圧力導入路に導入される流体の圧力を検出
するべく前記開口穴の覆着部を受圧ダイヤフラムとなし
、この受圧ダイヤフラムのダイヤフラム面に半導体歪ゲ
ージ素子を形成したセンシングエレメントと、 を有し、 前記センシングエレメントは長平方向に所定長さを有す
る形状に構成され、その長手方向における一方端を受圧
部として前記受圧ダイヤプラムとなし、かつ他方端をリ
ード取出部としてこの他方端まで配線を形成するという
技術的手段を採用する。

〔作用・効果〕

高温流体の流体圧はセンシングエレメントに設けられた
受圧ダイヤフラムのダイヤフラム面に作用してこれを変
形せしめ、変形歪に応じた出力信号が半導体歪ゲージ素
子より発せられる。この時、該ダイヤフラム部は上記高
温流体の熱により高温下にさらされるが、該センシング
エレメントは長手方向に所定の長さを有する形状に構成
されて、その長手方向における一方端を受圧部とし、か
つ他方端をリード取出部としているために、前記リード
取出部が構成されるセンシングエレメントの他端部にお
いては高温とならず、上記高温流体熱の影響を抑制でき
る。従って、高温によるリード取出部での信頼性悪化を
避けることができるという優れた効果がある。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例について説明する。

第１図には、本発明一実施例による圧力検出器の主要部
構造を示す。右端部を大径とした筒状ハウジング３には
本体外周に取付用ネジ部３ａが形成され、左端開口には
一端閉鎖の筒体よりなるエレメントホルダ２が挿通配設
され、溶接により密着固定しである。

エレメントホルダ２は熱膨張係数の小さいＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ系合金で構成されており、エレメントホルダ２内は
圧力導入ポートとなしである。また、圧力導入ポートの
側壁には開口２ａが設けられている。

該エレメントホルダ２には、サファイア基板より構成さ
れたセンシングエレメント１が、開口２ａをふさぐべく
開口２ａ上方より接合覆着しである。なお、開口２ａの
中心直上のセンシングエレメント１に薄肉となった凹部
が設けられており、受圧用ダイヤフラムｌａとしである
。センシングニレメン）１の詳細を第２図に示す。

センシングエレメントｌは、前述のようにサファイア基
板を加工したものであり、細長い直方体形状をなしてい
る。また、センシングエレメント１は第２図に示すよう
に、サファイア基板表面の４ケ所にシリコンを気相成長
さ・仕た単結晶薄膜からなる半導体歪ゲージ素子１１，
１２，１３．１４を形成したものである。なお、半導体
の面方位は（１００）であり、半導体歪ゲージ素子の長
手方向は（１１０）の軸方向、すなわち第２図において
χ方向となっている。また、半導体歪ゲージ素子１１〜
１４は、前記ダイヤフラムｌａの周線部面上に配置され
、同じくサファイア基板上に形成したシリコンからなる
リード電極１５．ｉ６゜１７．１８により互いに接続さ
れて、第４図に示す如きフルブリッジを構成している。

センシングエレメント１表面の他端部、すなわち第２図
において、右端部にはり一ド取出部１ｂが構成され、リ
ード取出部１ｂには金属電極からなるパッド部１５ａ、
１６ａ、１７ａ、１８ａが配設されており、前記リード
電極１５〜１８がそれぞれパッド部１５ａ〜１８ａに接
続されるべく左右方向に平行に配線形成されている。さ
らに、パッド部１５ａ〜１８ａは、センシング土しメン
トｌのリード取出部１ｂに接着固定された信号処理用の
ＩＣ回路チップ５とワイヤ４によってポンディングされ
ている。また、ＩＣ回路チップ５は増幅回路および温度
補償回路とから構成されており、さらにリード線６を介
して外部と接続されている。

受圧用ダイヤフラム１ａに圧力が印加されると、ダイヤ
フラム１ａはこれに応じて変形し、半導体歪ゲージ素子
１１〜１４が各々抵抗値変化する。

すると、第４図に示すブリッジ回路のバランスが変化す
る。パッド部１５ａ、１７ａには定電流あるいは定電圧
が印加されており、前記ブリッジのバランス変化によっ
て、パッド部１６ａ、１８ａに現れる出力はダイヤフラ
ム１ａに印加された圧力に応じたものとなる。しかして
、信号処理用のＩＣ回路チップ５で増幅され温度補償さ
れて、測定圧に応じた出力信号が取り出される。なお、
温度補償回路はダイヤフラムｌａ部の温度変化に伴って
変化する半導体歪ゲージ素子の抵抗値特性を補償するも
のである。

一方、ダイヤフラムｌａ部を除いたセンシングエレメン
ト１の裏面、すなわちエレメントホルダ２との接触側端
面ば、第３図に示す如く、これよりＴｉのメタライズＪ
ｉ１９ａ、Ｍｏのメタライズｗｉ１９ｂ、Ｎｉのメッキ
層１９ｃが形ｌ戊されており、Ａｇペーストのろう付は
層１９ｄを介して前記エレメントホルダ２に接合固定し
である。なお、エレメントホルダ２のろう付は部分には
Ｎｉのメッキ層２ｂが形成されており、ろう付けによる
接合は強固なものとなっている。すなわち、センシング
エレメントに高圧圧力が作用しても、エレメントホルダ
２とセンシングエレメント１のシール性が確保され、高
温・高圧環境下における圧力測定を正確に行うことがで
きる。

さらに、第１図において、ハウジング２には筒体のカバ
ー７が溶接固定され、カバー７とハウジング３に接着固
定されたホルダ部材８により、前記センシングエレメン
トｌがその右端部において支えられている。

上記構造の圧力検出器によれば、センシングエレメント
１のダイヤフラム１ａ部は高温にさらされるが、センシ
ングエレメント１は細長形状のサファイア基板により構
成されるため、リード取出部１ｂおよびＩＣ回路チップ
５の配設される同エレメントｌの他端では温度は高くな
らず、低いものとすることができる。また、サファイア
の熱伝導率はエレメントホルダ２のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系
合金に比して小さいため、ダイヤフラムｌａに高温流体
の熱が伝達されても、エレメントホルダ２に放散される
。その際、メタライズ層、メッキ層、ろう付層は伝熱性
良好な熱拡散層として機能する。

そのため、ＩＣ回路チップ５に構°威される回路が高温
により誤動作することがなく、さらに、リード取出部１
ｂのパッド部１５　ａ　＝　ｌ　８　ａにおけるボンデ
ィングの温度上昇に対する信頼性の悪化も避けることが
できる。

なお、ダイヤフラム１ａ上に形成されたシリコンからな
る半導体歪ゲージ素子１１〜１４等は耐熱的には充分問
題はない。

さらに、受圧ダイヤフラム１ａを有するセンシングエレ
メントｌとして耐熱性に優れるサファイア基板を使用し
、かつ該サファイア基板上に単結晶シリコン薄膜よりな
る半導体歪ゲージ素子を形成するようにしているため、
高温下（キュリー点１５０″Ｃ以上）で使用しても、シ
リコン基板に不純物を拡散して形成する拡散ゲージのよ
うにＰＮ接合部でリーク電流を発生してしまうという問
題を生じることはなく、高温下での高圧測定を高感度に
行うことができる。

また、センシングエレメント１としてのサファイアとエ
レメントホルダ２としてのＦｅ−ＮｉＣｏ系合金の熱膨
張率は近いものであるために、いわゆるバイメタル効果
は小さなものとなり、熱衝撃に対して有利なものとする
ことができる。

さらに、センシングエレメントｌ上に信号処理用のＩＣ
回路チップ５が接着固定されるため、半導体歪ゲージ素
子から構成されるブリッジの出力をそのまま外部に取り
出す構造のものと比べて、電気雑音に対するＳ／Ｎ比は
良好なものとなる。

なお、センシングエレメント１としては、第５図に示す
もののように受圧部を凹部に加工しない平板状のものも
使用できる。この場合も、エレメントホルダとの接合部
のみＴｉ、Ｍｏ、Ｎｉのメタライズ層１９ａ、１９ｂ、
１９ｃ６＜底膜されている。受圧部を特別に凹状に加工
しないために、製造工程数を削減でき、コストを低くす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の圧力検出器の主要部構造を示
す断面図、第２図は第１図に示すもののセンシングエレ
メントの詳細図、第３図はセンシングエレメントとエレ
メントホルダとの接合状態を示す図、第４図はブリッジ
回路図、第５図はセンシングエレメントの他の実施例を
示す構造図、第６図は従来例を示す圧力検出器の全体断
面図である。 ｌ・・・センシングエレメント、ｌａ・・・ダイヤフラ
ム、ｌｂ・・・リード取出部、２・・・エレメントホル
ダ。 ２ａ・・・開口、３・・・ハウジング、４・・・ワイヤ
、５・・・ＩＣ回路チップ、１１〜１４・・・半導体歪
ゲージ素子。 １５〜１ ８・・・リード電極。 １５ａ〜１ ８　ａ・・・ バラ ド部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端部を圧力室内に臨ましめたハウジングと、こ
   のハウジングの先端部に気密的に保持せしめられると共
   に、一端閉鎖の圧力導入路を有し、かつ、前記圧力導入
   路の側壁に開口穴を有するエレメントホルダと、 前記開口穴を気密的に覆着するべく前記エレメントホル
   ダの前記圧力導入路と反対側の端面に接合固定されると
   ともに、前記圧力導入路に導入される流体の圧力を検出
   するべく前記開口穴の覆着部を受圧ダイヤフラムとなし
   、この受圧ダイヤフラムのダイヤフラム面に半導体歪ゲ
   ージ素子を形成したセンシングエレメントと、 を有し、 前記センシングエレメントは長手方向に所定長さを有す
   る形状に構成され、その長手方向における一方端を受圧
   部として前記受圧ダイヤフラムとなし、かつ他方端をリ
   ード取出部としてこの他方端まで配線を形成したことを
   特徴とする圧力検出器。
2. （２）前記エレメントホルダをＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金
   にて構成し、前記センシングエレメントを熱膨張率が前
   記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金に近いサファイアにて構成し
   たことを特徴とする請求項１記載の圧力検出器。
3. （３）前記センシングエレメントに順次Ｔｉメタライズ
   層、Ｍｏメタライズ層、Ｎｉメッキ層およびＡｇろう付
   層を形成して、Ｎｉメッキ層を形成した前記エレメント
   ホルダに前記Ａｇろう付層で接合したことを特徴とする
   請求項２記載の圧力検出器。