JPH04130238A - 固体圧力センサ - Google Patents
固体圧力センサInfo
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- JPH04130238A JPH04130238A JP2414058A JP41405890A JPH04130238A JP H04130238 A JPH04130238 A JP H04130238A JP 2414058 A JP2414058 A JP 2414058A JP 41405890 A JP41405890 A JP 41405890A JP H04130238 A JPH04130238 A JP H04130238A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/147—Details about the mounting of the sensor to support or covering means
-
- G—PHYSICS
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- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/0061—Electrical connection means
- G01L19/0084—Electrical connection means to the outside of the housing
-
- G—PHYSICS
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- G01L19/142—Multiple part housings
-
- G—PHYSICS
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- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0055—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１］
本発明は固体圧力センサに関し、特に、圧力応答エンジ
ン燃料配送制御システム及び同様のものに特に有用性を
見出されているものに関する。 ［０００２］
ン燃料配送制御システム及び同様のものに特に有用性を
見出されているものに関する。 ［０００２］
コンパクトで経済的な効率の良い封止された圧力センサ
が有用性を見出す多数の応用が商工業に存在する。例え
ば、Ｕ、Ｓ、特許４，７２８，２６４号、４゜７８９．
３０８号と４，９２６，８２９号及びＵ、 Ｓ、出願０
７／４２１，８１０号は内燃機関用の燃料配送システム
を開示している。それらにおいては圧力センサは燃料圧
力が燃料ポンプモータへの電流を変調して適用する様に
燃料圧力に応答している。自動車用燃料は特に腐蝕性で
あるので、燃料ラインに接する圧力センサが適当に封止
されていることは重要なことである。流体圧力センサが
漏洩に対して封止されていなければならない多数の他の
例、例えば、環境に有害な液体や気体の圧力検知の様な
例を見ることが出来る。 ［０００３］
が有用性を見出す多数の応用が商工業に存在する。例え
ば、Ｕ、Ｓ、特許４，７２８，２６４号、４゜７８９．
３０８号と４，９２６，８２９号及びＵ、 Ｓ、出願０
７／４２１，８１０号は内燃機関用の燃料配送システム
を開示している。それらにおいては圧力センサは燃料圧
力が燃料ポンプモータへの電流を変調して適用する様に
燃料圧力に応答している。自動車用燃料は特に腐蝕性で
あるので、燃料ラインに接する圧力センサが適当に封止
されていることは重要なことである。流体圧力センサが
漏洩に対して封止されていなければならない多数の他の
例、例えば、環境に有害な液体や気体の圧力検知の様な
例を見ることが出来る。 ［０００３］
したがってコンパクトで、経済的に製造できて、最低数
の部品を持って、充分な稼働時間にわたって信頼できる
サービスを産み出す圧力センサを提供することが本発明
の一般目的である。本発明の別にあるより特定の目的は
通常のシリコンマイクロ構造の製造技術を使用している
固体構造の圧力センサを提供することである。 ［０００４］
の部品を持って、充分な稼働時間にわたって信頼できる
サービスを産み出す圧力センサを提供することが本発明
の一般目的である。本発明の別にあるより特定の目的は
通常のシリコンマイクロ構造の製造技術を使用している
固体構造の圧力センサを提供することである。 ［０００４］
本発明による固体圧力センサはその本体を支持構造に取
付けるための周辺部と、該周辺部と協働して集積された
モノリシック構造を形成する中央の可撓性ダイヤフラム
を持つシリコン本体からなっている。歪み計センサはダ
イヤフラムの湾曲の関数として電気信号を供給するため
にシリコン本体上に取付けられている。 一対の取付部材がダイヤフラムの相対する側で本体周辺
に封止するように結合されていて、その取付部材のそれ
ぞれは、本体と協働してダイヤフラムの結合された側に
封止された流体の空洞部を形成している。センサは空洞
部とダイヤフラムの全湾曲の間の圧力の差の関数として
電気信号を供給する。できるならば、歪み計センサは本
体と集積構造を形成するように本体上に堆積されたピエ
ゾ−抵抗素子からなるものであることが望ましい。取付
部材の好適実施例は本体に陽極接合（ａｎｏｄｉｃ−ｂ
ｏｎｄｅｄ）若しくは融着（ｆｕｓｉｏｎ−ｂｏｎｄｅ
ｄ）されたＰＹＲＥＸ （登録商標）ガラスの組成を持
つものである。 ［０００５］ 本発明の好適実施例において、シリコン本体は環状周辺
部を持ち、本体が環状周辺部の軸に関して対称であるよ
うにその周辺部を橋絡している薄い孔の穿いていないダ
イヤフラムを持つものである。そのダイヤフラムと周辺
部は共通の平らな表面を持ち、その表面上にセンサが適
当なリードを一緒に持って堆積されている。それらのリ
ードは表面と取付部材の一つの間の隣接している接合点
を通ってセンサから本体の周辺に伸びている。一つのハ
ウジングがその本体を外部で取り巻いていて、本体と少
なくとも取付部材の一部を包囲している。電気的端子は
そのハウジングに付随していて本体周辺にあるリードに
接続されている。本発明の好適実施例のハウジングは相
互に結合された一対の対向したコツプ形状の断面からな
っている。 ［０００６］ と付随する図面によって最も良く理解されるものである
。 ［０００７］ 本発明の現在の好適実施例による固体圧力センサ１０は
一対の流体用取付部材１４．１６の間にサンドウィッチ
されているモノリシックシリコン構造のコ・ラフ形状本
体１２からなっている。本体１２は円周状に連続した環
状の肩１８と肩１８に橋絡している薄い孔の穿いていな
い基板２０を包含している。肩１８と基板２０は軸に垂
直な共通の平らな表面２２を分は合っている。直列のピ
エゾ抵抗素子２４は表面２２に設けられていて、表面２
２に同じく設けられている適当なリード線２６によって
相互に接続され、外部回路に接続するために本体１２の
周辺に接続されている。素子２４とリード線２６はガラ
ス若しくは同様の保護層によって被覆されている。集積
されたセンサ要素とリードを持つモノリシック本体１２
は、例えばＩＣ５ｅｎｓｏｒ、 Ｉｎｃ、発刊（１９８
８）のＫｎｕｔｔｉの「シリコンマイクロ構造センサ」
に記述されているような通常の集積回路技術を使用して
形成される。 ［０００８］ 取付部材１４は基部２８及び本体１２と同軸の中空のネ
ック３０を包含する。 基部２８内には基板２０と空洞が囲んでいるセンサ素子
２４に対向してそれらに対称的な空洞３２にネック３０
の通路が開いている。同様に取付部材１６は肩１８の平
らな端面３５に結合された基部３４と中空のネック３６
及び本体１２の内部ポケット４０に対向している内部空
洞３８を包含している。出来るならば取付部材１４．１
６は同等のものでＰＹＲＥＸ （登録商標）ガラス若し
くは多少劣るがシリコン構造を持つものが望ましい。各
取付部材は本体１２の対向する平らな表面に陽極接合か
融着によって本体の中心軸と同軸に、力りイン−ライン
圧力センサを形成するように結合されている。その圧力
センサではそれぞれの流体空洞が取付部材とシリコン本
体との間を電着若しくは融着によって気密的に封止され
ているものである。 ［０００９］ ハウジング４２は本体１２と取付部材１４．１６の基部
２８．３４を包含してセンサ１０の中央部分を囲んでい
る。ハウジング４２はモールドプラスティック構造若し
くは同等の対向する対のコツプ形状のハウジング部品４
４．４６の形状をとることが望ましい。電気端子４８の
円周状配列はハウジングの開放端に近いハウジング本体
４４に挿入モールドされていて適当な導体５０によって
本体１２の周辺のリード線２６に接続されている。ハウ
ジング部品４４．４６のそれぞれはハウジング部分と対
向する取付部材の間の連合している○リング５２．５４
を捉えるように取付部材１４．１６のネック３０，３６
を通してアセンブリに受入れられている中央開口を包含
する。ハウジング部品４４．４６の対向する端は完全に
封止されたセンサを形成するために相互に適当に結合さ
れている。 ［００１０］ 第３図は電気的なブリッジ配置で接続されたセンサ１０
の素子２４を図示する電気的な概観図であって、それら
の素子２４は本発明の好適実施例の適当な燃料ポンプ制
御エレクトロニクス５８に差動増幅器５６を介して接続
されていて配送システムにおいて燃料ポンプモータに燃
料圧力の関数として電流を適用している。例えば取付部
材１６のネック３６は燃料ポンプの高圧出力側に接続さ
れ、取付部材１４は外気圧力若しくはエンジン空気マニ
ホルド圧力の大気に接続される。 シリコン本体の基盤２０はかくして燃料配送ラインと外
気若し゛くはマニホルド空気圧力の間の圧力差の関数と
して湾曲するダイヤフラムを形成する。そのようなダイ
ヤフラムの湾曲は第３図のブリッジ回路の非平衡を介し
て検出される。その非平衡はセンサ１０を横切る予め定
められた圧力差若しくは所望の他の圧力特性を維持する
ように燃料ポンプに電流を適用する。 ［００１１］ 第４図乃至第８図は、本発明の第２実施例６０（第７図
）の製造過程を図示している。最初（第４図）に取付部
材１４−１８は本体１２に既に記述されたように電着か
融着によって結合される。次に（第５図）プラスティッ
ク若しくは他の適当な構造の第１のコツプ形状のハウジ
ング部分６２が取付部材１６と本体１２にわたって置か
れので、その開放端は本体１２の上面２２と平面を共有
する。第２のコツプ形状のハウジング部分６４（第６図
と第８図）は取付部材１４を通してその開放端が部分６
２の開放端に隣接するように置かれる。ハウジング部分
６２．６４のそれぞれの端で、第８図で最も良くみられ
るように、それらの肩が交挿入モールドされるので、第
６図と第８図に示されるようにハウジング部分が組み立
てられるときに、端子６６の内部側の端はアーク状スプ
リング接点６８（第８図）を形成する。そしてその内部
側の端は本体１２に堆積されているリード２６と接して
いる電気的機械的係合に入るように弾力的に偏倚されて
いる。このようにして、第１〜２図の実施例のような別
の電気導体５０を必要としない。最後に（第７図）プラ
スティック若しくは他の適切な構造のカバー７０がハウ
ジング部分６２．６４と取付部材１４．１６の露出した
ネックを通して挿入モールドされて、それと共に密閉さ
れたセンサアセンブリ６０を形成する。このようにして
第１〜２図の実施例のような○リングの必要性は同様に
消滅させられる。 ［００１２］ 本発明の好適実施例はエンジン燃料配送システム用の燃
料圧力センサと関連して詳細に記述されてきたが、本発
明の固体センサが他の潜在する多様な応用を見出すこと
は確かである。実際圧力センサの気密封止構造は有害廃
棄物のような流体、放射性ガス、化学工程における有毒
流体若しくはガスなどに関連して特にセンサを有用なも
のとしている。
付けるための周辺部と、該周辺部と協働して集積された
モノリシック構造を形成する中央の可撓性ダイヤフラム
を持つシリコン本体からなっている。歪み計センサはダ
イヤフラムの湾曲の関数として電気信号を供給するため
にシリコン本体上に取付けられている。 一対の取付部材がダイヤフラムの相対する側で本体周辺
に封止するように結合されていて、その取付部材のそれ
ぞれは、本体と協働してダイヤフラムの結合された側に
封止された流体の空洞部を形成している。センサは空洞
部とダイヤフラムの全湾曲の間の圧力の差の関数として
電気信号を供給する。できるならば、歪み計センサは本
体と集積構造を形成するように本体上に堆積されたピエ
ゾ−抵抗素子からなるものであることが望ましい。取付
部材の好適実施例は本体に陽極接合（ａｎｏｄｉｃ−ｂ
ｏｎｄｅｄ）若しくは融着（ｆｕｓｉｏｎ−ｂｏｎｄｅ
ｄ）されたＰＹＲＥＸ （登録商標）ガラスの組成を持
つものである。 ［０００５］ 本発明の好適実施例において、シリコン本体は環状周辺
部を持ち、本体が環状周辺部の軸に関して対称であるよ
うにその周辺部を橋絡している薄い孔の穿いていないダ
イヤフラムを持つものである。そのダイヤフラムと周辺
部は共通の平らな表面を持ち、その表面上にセンサが適
当なリードを一緒に持って堆積されている。それらのリ
ードは表面と取付部材の一つの間の隣接している接合点
を通ってセンサから本体の周辺に伸びている。一つのハ
ウジングがその本体を外部で取り巻いていて、本体と少
なくとも取付部材の一部を包囲している。電気的端子は
そのハウジングに付随していて本体周辺にあるリードに
接続されている。本発明の好適実施例のハウジングは相
互に結合された一対の対向したコツプ形状の断面からな
っている。 ［０００６］ と付随する図面によって最も良く理解されるものである
。 ［０００７］ 本発明の現在の好適実施例による固体圧力センサ１０は
一対の流体用取付部材１４．１６の間にサンドウィッチ
されているモノリシックシリコン構造のコ・ラフ形状本
体１２からなっている。本体１２は円周状に連続した環
状の肩１８と肩１８に橋絡している薄い孔の穿いていな
い基板２０を包含している。肩１８と基板２０は軸に垂
直な共通の平らな表面２２を分は合っている。直列のピ
エゾ抵抗素子２４は表面２２に設けられていて、表面２
２に同じく設けられている適当なリード線２６によって
相互に接続され、外部回路に接続するために本体１２の
周辺に接続されている。素子２４とリード線２６はガラ
ス若しくは同様の保護層によって被覆されている。集積
されたセンサ要素とリードを持つモノリシック本体１２
は、例えばＩＣ５ｅｎｓｏｒ、 Ｉｎｃ、発刊（１９８
８）のＫｎｕｔｔｉの「シリコンマイクロ構造センサ」
に記述されているような通常の集積回路技術を使用して
形成される。 ［０００８］ 取付部材１４は基部２８及び本体１２と同軸の中空のネ
ック３０を包含する。 基部２８内には基板２０と空洞が囲んでいるセンサ素子
２４に対向してそれらに対称的な空洞３２にネック３０
の通路が開いている。同様に取付部材１６は肩１８の平
らな端面３５に結合された基部３４と中空のネック３６
及び本体１２の内部ポケット４０に対向している内部空
洞３８を包含している。出来るならば取付部材１４．１
６は同等のものでＰＹＲＥＸ （登録商標）ガラス若し
くは多少劣るがシリコン構造を持つものが望ましい。各
取付部材は本体１２の対向する平らな表面に陽極接合か
融着によって本体の中心軸と同軸に、力りイン−ライン
圧力センサを形成するように結合されている。その圧力
センサではそれぞれの流体空洞が取付部材とシリコン本
体との間を電着若しくは融着によって気密的に封止され
ているものである。 ［０００９］ ハウジング４２は本体１２と取付部材１４．１６の基部
２８．３４を包含してセンサ１０の中央部分を囲んでい
る。ハウジング４２はモールドプラスティック構造若し
くは同等の対向する対のコツプ形状のハウジング部品４
４．４６の形状をとることが望ましい。電気端子４８の
円周状配列はハウジングの開放端に近いハウジング本体
４４に挿入モールドされていて適当な導体５０によって
本体１２の周辺のリード線２６に接続されている。ハウ
ジング部品４４．４６のそれぞれはハウジング部分と対
向する取付部材の間の連合している○リング５２．５４
を捉えるように取付部材１４．１６のネック３０，３６
を通してアセンブリに受入れられている中央開口を包含
する。ハウジング部品４４．４６の対向する端は完全に
封止されたセンサを形成するために相互に適当に結合さ
れている。 ［００１０］ 第３図は電気的なブリッジ配置で接続されたセンサ１０
の素子２４を図示する電気的な概観図であって、それら
の素子２４は本発明の好適実施例の適当な燃料ポンプ制
御エレクトロニクス５８に差動増幅器５６を介して接続
されていて配送システムにおいて燃料ポンプモータに燃
料圧力の関数として電流を適用している。例えば取付部
材１６のネック３６は燃料ポンプの高圧出力側に接続さ
れ、取付部材１４は外気圧力若しくはエンジン空気マニ
ホルド圧力の大気に接続される。 シリコン本体の基盤２０はかくして燃料配送ラインと外
気若し゛くはマニホルド空気圧力の間の圧力差の関数と
して湾曲するダイヤフラムを形成する。そのようなダイ
ヤフラムの湾曲は第３図のブリッジ回路の非平衡を介し
て検出される。その非平衡はセンサ１０を横切る予め定
められた圧力差若しくは所望の他の圧力特性を維持する
ように燃料ポンプに電流を適用する。 ［００１１］ 第４図乃至第８図は、本発明の第２実施例６０（第７図
）の製造過程を図示している。最初（第４図）に取付部
材１４−１８は本体１２に既に記述されたように電着か
融着によって結合される。次に（第５図）プラスティッ
ク若しくは他の適当な構造の第１のコツプ形状のハウジ
ング部分６２が取付部材１６と本体１２にわたって置か
れので、その開放端は本体１２の上面２２と平面を共有
する。第２のコツプ形状のハウジング部分６４（第６図
と第８図）は取付部材１４を通してその開放端が部分６
２の開放端に隣接するように置かれる。ハウジング部分
６２．６４のそれぞれの端で、第８図で最も良くみられ
るように、それらの肩が交挿入モールドされるので、第
６図と第８図に示されるようにハウジング部分が組み立
てられるときに、端子６６の内部側の端はアーク状スプ
リング接点６８（第８図）を形成する。そしてその内部
側の端は本体１２に堆積されているリード２６と接して
いる電気的機械的係合に入るように弾力的に偏倚されて
いる。このようにして、第１〜２図の実施例のような別
の電気導体５０を必要としない。最後に（第７図）プラ
スティック若しくは他の適切な構造のカバー７０がハウ
ジング部分６２．６４と取付部材１４．１６の露出した
ネックを通して挿入モールドされて、それと共に密閉さ
れたセンサアセンブリ６０を形成する。このようにして
第１〜２図の実施例のような○リングの必要性は同様に
消滅させられる。 ［００１２］ 本発明の好適実施例はエンジン燃料配送システム用の燃
料圧力センサと関連して詳細に記述されてきたが、本発
明の固体センサが他の潜在する多様な応用を見出すこと
は確かである。実際圧力センサの気密封止構造は有害廃
棄物のような流体、放射性ガス、化学工程における有毒
流体若しくはガスなどに関連して特にセンサを有用なも
のとしている。
【回目
本発明の一つの現在の好適実施例による固体圧力センサ
を三等分している拡大図である。 【図２】 図１の２−２断面図である。
を三等分している拡大図である。 【図２】 図１の２−２断面図である。
【図３】
本発明の現在の好適実施例による外部の燃料ポンプ制御
回路に接続されたセンサの電気的な概観図である。
回路に接続されたセンサの電気的な概観図である。
【図４】
本発明の別の好適実施例によるもので、製造の一段階に
おいて固体圧カセンザを三等分している断面図である。
おいて固体圧カセンザを三等分している断面図である。
【図５】
本発明の別の好適実施例によるもので、製造の他の一段
階における図４と同様
階における図４と同様
【図６】
本発明の別の好適実施例によるもので、断面図である。
【図７】
本発明の別の好適実施例によるもので、ンサを三等分し
ている断面図である。
ている断面図である。
【図８】
図６の一部を拡大した部分図である。
１０ 固体圧力センサ
１２ シリコン本体
１４．１６ 支持部材
１８ 周辺部
２０ ダイヤフラム
２４ 歪み計センサ手段
３０．３６ ネック
４２ ハウジング
４８ 電気端子
製造の他の一段階を示す図４と同様な
製造の他の一段階において固体圧カセ
【図１】
【図２】
図面
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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