JPH0536333U - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイアフラムのダイアフラム部の肉厚を超薄
肉にすることによって、測定精度を向上させる。 【構成】 筒状をなすボディ２と、このボディ２内に配
設されるセンサチップ１０と、このセンサチップ１０の
受圧面側に封入される圧力伝達媒体１６と、ボディ２の
開口部を閉塞するダイアフラム１３とを具えた圧力セン
サであって、ダイアフラム１３をリング状の台座部１５
と、この台座部１５の一側に一体に形成される薄肉平板
状のダイアフラム部１４とで構成し、この場合、ダイア
フラム部１４は、台座部１５の内側に中子１９を位置さ
せた状態で、台座部１５および中子１９の一側にメッキ
膜１４を施し、その後、中子１９を溶融して形成したも
のであるので、超薄肉のダイアフラム部１４を形成する
ことができることになる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は圧力センサに関し、特に、ダイアフラムに作用する圧力を圧力伝達 媒体を介してセンサチップに伝達させるようにした圧力センサに関するものであ る。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】

一般に、この種の圧力センサは図４に示すように構成されている。 すなわち、この圧力センサ２１は、筒状をなす金属製のボディ２２と、このボ ディ２２内に配設されるセンサチップ３０と、ボディ２２の開口部を閉塞して前 記センサチップ３０の受圧面側に密閉された空所を形成する薄肉円板状の金属製 のダイアフラム３３と、前記空所内に封入されるシリコンオイル等の圧力伝達媒 体３６とを具えている。

【０００３】 前記ボディ２２の外周面には、ナット状の締付部２３およびこれに連続してね じ部２４が形成されるとともに、締付部２３の内部には大径空所２５が、ねじ部 ２４の内部には大径空所２５よりも小径の中径空所２６がそれぞれ形成され、さ らに、中径空所２６と大径空所２５との間は連通孔２７を介して互いに連通する ようになっている。また、ねじ部２４の適宜の位置には、外面側から内面側に貫 通する圧力伝達媒体３６を注入するための注入孔３７が穿設されている。

【０００４】 前記中径空所２６内には、円柱状のセラミック製のステム２９が嵌合され、こ のステム２９の上面には前記センサチップ３０が配設され、さらに、このセンサ チップ３０は、ステム２９の上下面を貫通している棒状の導電性を有するピン３ １の一端にリード線３２を介して接続され、ピン３１の他端は増幅回路等を具え た図示しない回路部材に接続するようになっている。

【０００５】 前記センサチップ３０は、例えば、シリコン単結晶の中央部にエッジング等に より超薄肉状の起歪部を形成した上で、起歪部の表面にストレインゲージを拡散 し、このストレインゲージをアルミニウムを蒸着して形成した線によりブリッジ に接続して構成したもの等である。

【０００６】 そして、上記のようにボディ２２の中径空所２６内にセンサチップ３０を配設 した後に、ボディ２２の開口部、すなわち、中径空所２６の開口部に前記ダイア フラム３３の周縁部を溶着させて中径空所２６の開口部を閉塞して、センサチッ プ３０の受圧面側に密閉された空所（中径空所２６）を形成し、この空所（中径 空所２６）内に、ねじ部２４の注入孔３７を介して圧力伝達媒体３６を注入し、 その後、注入孔３７内に金属製のボール３８を圧入して中径空所２６内に圧力伝 達媒体３６を封入することで、圧力センサ２１が構成されるようになっている。

【０００７】 そして、上記のように構成した圧力センサ２１を用いて図示しない被測定体の 圧力を測定するには、まず、圧力センサ２１のねじ部２４を締付部２３を介して 図示しない被測定体に螺合させ、被測定体の圧力媒体に圧力センサ２１のダイア フラム３３を接触させる。 そして、被測定体の圧力媒体の圧力がダイアフラム３３に作用すると、その圧 力は中径空所２６内の圧力伝達媒体３６を介してセンサチップ３０に伝達され、 このときの圧力の大きさに応じて、センサチップ３０の起歪部上のストレインゲ ージがその抵抗値を変化させるとともに、この抵抗値の変化を、リード線３２お よびピン３１を介してピン３１の他端に接続している図示しない増幅回路等を備 えた回路部材で増幅処理等して外部に取り出すことにより、被測定体の圧力を検 出できるようになっている。 なお、３９はねじ部２４を被測定体に取り付ける際に、被測定体との間をシー ルするＯリングである。

【０００８】 しかしながら、上記のように構成される従来の圧力センサ２１にあっては、ダ イアフラム３３は機械加工等により製造するようになっていたため、肉厚が０． ０５ｍｍまでのものしか製造することができず、そのため、ダイアフラム３３の ばね定数が測定値に大きく影響を及ぼし、測定精度が著しく低下してしまうとい う問題点があった。 すなわち、圧力伝達媒体３６にシリコンオイルを使用した場合、熱体積膨脹係 数は金属の方がシリコンオイルよりも約３０倍大きいため、圧力センサ２１を高 温度下で使用すると、ダイアフラム３３はシリコンオイル（圧力伝達媒体３６） に押される形で膨らむことになる。また、一般に、ダイアフラム３３を一定量変 化させるために必要な圧力は、ダイアフラム３３の肉厚の３乗に比例する。した がって、ダイアフラム３３の肉厚を薄くすればするほど、測定精度を向上させる ことができるものである。

【０００９】 この考案は前記のような従来のもののもつ問題点を解決したものであって、ダ イアフラムの肉厚を薄く形成することによって、測定精度を著しく向上させるこ とのできる圧力センサを提供することを目的とするものである。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】

上記のような問題点を解決するためにこの考案は、ボディと、このボディ内に 配設されるセンサチップと、ボディの開口部を閉塞して前記センサチップの受圧 面側に密閉された空所を形成するダイアフラムと、前記空所内に封入される圧力 伝達媒体とを具え、前記ダイアフラムに作用する圧力を前記圧力伝達媒体を介し て前記センサチップに伝達させるようになっている圧力センサであって、前記ダ イアフラムは、リング状の台座部と、この台座部の一側に一体に形成される薄肉 平板状のダイアフラム部とからなり、このダイアフラム部は、前記台座部の内側 に中子を嵌合させた上で、台座部および中子の一側に金属メッキを施し、この後 、中子のみを溶融することにより形成されるという手段を採用したものである。

【００１１】

【作用】

この考案は前記のような手段を採用したことにより、ダイアフラムはリング状 の台座部と、この台座部の一側に形成される薄肉平板状のダイアフラム部とから 構成され、この場合、ダイアフラム部は、リング状の台座部の内側に中子を嵌合 させた上で、台座部および中子の一側に金属メッキを施し、その後、中子のみを 溶融することにより形成されることになり、したがって、超薄肉のダイアフラム 部を形成することができることになる。

【００１２】

【実施例】

以下、図面に示すこの考案の実施例について説明する。 図１、図２および図３には、この考案による圧力センサの一実施例が示されて いて、図１は全体を示す概略図、図２は図１に示すもののＡ部の拡大図、図３は ダイアフラムの製造方法を示す説明図である。

【００１３】 すなわち、この圧力センサ１は、筒状をなす金属製のボディ２と、このボディ ２内に配設されるセンサチップ１０と、ボディ２の開口部を閉塞して前記センサ チップ１０の受圧面側に密閉された空所を形成する金属製のダイアフラム１３と 、前記空所内に封入されるシリコンオイル等の圧力伝達媒体１６とを具えている 。

【００１４】 前記ボディ２の外周面には、ナット状の締付部３およびこれに連続してねじ部 ４が形成されるとともに、締付部３の内部には大径空所５が、ねじ部４の内部に は大径空所５よりも小径の中径空所６がそれぞれ形成され、さらに、中径空所６ と大径空所５との間は連通孔７を介して互いに連通している。また、前記ねじ部 ４の適宜の位置には、外面側から内面側に貫通する圧力伝達媒体１６を注入する ための注入孔１７が穿設されている。

【００１５】 前記中径空所６内には、円柱状のセラミック製のステム９が嵌合され、このス テム９の上面には前記センサチップ１０が配設され、さらに、このセンサチップ １０は、ステム９の上下面を貫通している棒状の導電性を有するピン１１の一端 にリード線１２を介して接続され、ピン１１の他端は図示しない増幅回路等を具 えた回路部材に接続するようになっている。

【００１６】 前記センサチップ１０は、例えば、シリコン単結晶の中央部にエッジング等に より超薄肉状の起歪部を形成した上で、起歪部の表面にストレインゲージを拡散 し、このストレインゲージをアルミニウムを蒸着して形成した線によりブリッジ に接続して構成したもの等である。

【００１７】 前記ダイアフラム１３は、断面が方形状をなすリング状のステンレス等の金属 から形成される台座部１５と、この台座部１５の一側にステンレス等の金属メッ キにより一体に形成される薄肉円板状のダイアフラム部１４とから構成されてい る。

【００１８】 この場合、台座部１５の一側に金属メッキにより薄肉円板状のダイアフラム部 １４を一体に形成するには、図３に示すように、台座部１５の内側に、アルミニ ウム等の金属製の中子１９を嵌合させた上で、電気メッキ等により台座部１５お よび中子１９の一側にステンレス等の金属メッキを施し、この後、中子１９のみ を溶融することによって薄肉平板状のダイアフラム部１４を一体に形成すること ができることになり、この実施例においては、ダイアフラム部１４の肉厚を０． ０１ｍｍと超薄肉にすることができた。

【００１９】 そして、上記のように構成したダイアフラム１３の台座部１５の外周面をボデ ィ２の開口部の内周面に溶着させることでボディ２の開口部を閉塞し、ボディ２ 内のセンサチップ１０の受圧側に密閉された空所（中径空所６）を形成し、この 空所（中径空所６）内にねじ部４の注入孔１７を介して圧力伝達媒体１６を注入 し、その後に、注入孔１６内に金属製のボ−ル１８を圧入して中径空所６内に圧 力伝達媒体１６を封入することで、この実施例による圧力センサ１が構成される ことになる。

【００２０】 そして、上記のように構成した圧力センサ１を用いて被測定体の圧力を測定す るには、まず、圧力センサ１のねじ部４を締付部３を介して図示しない被測定体 に螺合させ、被測定体の圧力媒体に圧力センサ１のダイアフラム１３を接触させ る。

【００２１】 そして、被測定体の圧力媒体の圧力がダイアフラム１３に作用すると、その圧 力は中径空所６内の圧力伝達媒体１６を介してセンサチップ１０に伝達され、こ のときの圧力の大きさに応じて、センサチップ１０の起歪部上のストレインゲー ジがその抵抗値を変化させるとともに、この抵抗値の変化をリード線１２および ピン１１を介してピン１１の他端に接続している図示しない増幅回路等を具えた 回路部材で増幅処理等して外部に取り出すことにより、被測定体の圧力を検出で きることになる。

【００２２】 なお、１９はねじ部４を被測定体に取り付ける際に、被測定体との間をシール するＯリングである。

【００２３】 上記のようにこの実施例による圧力センサ１にあっては、ダイアフラム１３を 構成するダイアフラム部１４をメッキにより形成するようにしたので、肉厚を従 来のものに比較して著しく薄く形成することができることになり、したがって、 高温度下で使用してダイアフラム１３が膨らんだ場合においても、その変位が測 定値に影響を与えることはなくなる。

【００２４】 すなわち、従来のものの肉厚０．０５ｍｍに対して、この実施例によるものは 肉厚が０．０１ｍｍであるので、高温度下で使用した場合の内部圧力の変化は次 式（１）のようになる。 （この実施例による圧力センサの圧力上昇）／（従来の圧力センサの圧力上昇） ＝（１）3 ／（５）3 ＝１／１２５…………（１）

【００２５】 すなわち、この実施例による圧力センサ１は、圧力伝達媒体１６にシリコンオ イルを使用すると、従来のものに比べて、熱膨脹による内部圧力の上昇を１／１ ２５に抑えることができることになる。 したがって、高温度下で使用した場合においても測定値が影響を受けることが なくなり、常に正確な測定値が得られることになる。

【００２６】

【考案の効果】

この考案は前記のように構成して、ダイアフラムを構成するダイアフラム部を 金属メッキにより形成するようにしたことにより、超薄肉のダイアフラム部を形 成することができることになり、したがって、高温度下で使用した場合において も、圧力伝達媒体の熱膨張による内部圧力の上昇を極めて小さく抑えることがで きるので、内部圧力の上昇が測定値に影響を及ぼす恐れがほとんどなくなり、こ れにより、測定精度を著しく向上させることができることになる等の優れた効果 を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案による圧力センサの全体を示した概略
図である。

【図２】図１に示すもののＡ部の拡大図である。

【図３】図１に示すもののダイアフラムの製造方法の説
明図である。

【図４】従来の圧力センサの全体を示した概略図であ
る。

【符号の説明】

１、２１……圧力センサ ２、２２……ボディ ３、２３……締付部 ４、２４……ねじ部 ５、２５……大径空所 ６、２６……中径空所 ７、２７……連通孔 ９、２９……ステム １０、３０……センサチップ １１、３１……ピン １２、３２……リード線 １３、３３……ダイアフラム １４……ダイアフラム部 １５……台座部 １６、３６……圧力伝達媒体 １７、３７……注入孔 １８、３８……ボール １９、３９……Ｏリング

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボディと、該ボディ内に配設されるセン
   サチップと、ボディの開口部を閉塞して前記センサチッ
   プの受圧面側に密閉された空所を形成するダイアフラム
   と、前記空所内に封入される圧力伝達媒体とを具え、前
   記ダイアフラムに作用する圧力を前記圧力伝達媒体を介
   して前記センサチップに伝達させるようになっている圧
   力センサであって、前記ダイアフラムは、リング状の台
   座部と、この台座部の一側に一体に形成される薄肉平板
   状のダイアフラム部とからなり、該ダイアフラム部は、
   前記台座部の内側に中子を嵌合させた上で、台座部およ
   び中子の一側に金属メッキを施し、この後、中子のみを
   溶融することにより形成されることを特徴とする圧力セ
   ンサ。