JPH062189U - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 組立てが容易であるとともに、出力の安定性
を図ることができる圧力センサを提供する。 【構成】 筒状のパッケージ１の一方の開口部を感圧部
材２で閉塞する。感圧部材２は金属ダイアフラム２ａの
受圧部に感圧素子２ｂが形成されている。パッケージ１
の他方の開口部に、孔３ａを有する端子取付部材３を設
ける。端子取付部材３にはＬ字状の端子４が貫通する。
端子取付部材３の孔３ａを、増幅回路部材６を取着した
蓋部材５で閉塞する。蓋部材５にはピン９が貫通する。
感圧素子２ｂと増幅回路部材６とはパッケージ１内に位
置させる。端子４と感圧素子２ｂとの間、およびピン９
と増幅回路部材６との間を結線する。端子４およびピン
９は、パッケージ１の外部に配置する回路基板７に接続
する。感圧素子２ｂと増幅回路部材６とが、密封された
パッケージ１内に位置してユニット化される。

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、特にダイアフラム等の受圧部に作用する流体の 圧力を、その圧力の大きさに応じた電気信号として検出して計測する圧力センサ に関するものである。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】

従来、この種の圧力センサとしては、金属ダイアフラムに形成される受圧部上 に、スパッタリング等の手法を用いて例えば歪みゲージ等の感圧素子を薄膜に形 成することにより感圧部材を構成し、さらに感圧素子を別体の回路基板に接続し て形成されたものが知られている。

【０００３】 そして、金属ダイアフラムの受圧部に圧力が作用すると、感圧素子が圧力を電 気信号として検知するようになり、さらに、この検知信号は回路基板で電気的に 処理されたのち外方へ出力され、これによって、圧力の計測がなされるようにな っている。

【０００４】 上記のような圧力センサにあっては、金属ダイアフラムに感圧素子が薄膜に形 成されて構成された感圧部材は、耐熱性、長期安定性、耐環境性（主に温度）に 優れているが、この反面では、その構造上において金属ダイアフラムの小型化が 難しく、かつ感圧素子からの出力値が低く（ゲージ率が小さい）、そのために感 圧素子の保護が必要であり、組立てが煩雑となるものであった。

【０００５】 このため、上記のような圧力センサにあっては、優れた特性を持ちながら産業 上の限られた分野でしか、用いられておらず、汎用性が乏しいものであった。

【０００６】 この考案は上記のような問題点を解消し、組立てを容易にするとともに、高機 能化および汎用性の向上を図ることができる圧力センサを提供することを目的と する。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】

この考案は上記の問題点を解決するために、筒状をなすパッケージと、金属ダ イアフラムの受圧部に感圧素子を配設して形成されるとともに、前記感圧素子が 前記パッケージの内側に位置する状態で前記パッケージの一方の開口部を閉塞す る感圧部材と、孔を有するとともに、前記パッケージの他方の開口部を閉塞する 端子取付部材と、この端子取付部材を貫通して設けられる端子と、増幅回路部材 が取り付けられるとともに、この増幅回路部材が前記パッケージの内側に位置す る状態で前記端子取付部材の孔を閉塞する蓋部材と、この蓋部材を貫通して設け られるピンと、前記パッケージの外部に配置する回路基板とを具え、前記パッケ ージは、その内部が前記感圧部材と端子取付部材と蓋部材とで密閉され、前記端 子は、その一方の端部を前記感圧部材の感圧素子と結線するとともに、他方の端 部を回路基板と接続し、前記ピンは、その一方の端部を前記増幅回路部材と結線 するとともに、他方の端部を回路基板と接続したという構成を有しているもので ある。

【０００８】

【作用】

この考案は上記の手段を採用したことにより、感圧部材に圧力が作用すると、 この圧力の作用で金属ダイアフラムの受圧部が変位し、このときの変位量に応じ て感圧素子より電気信号が発生する。この電気信号は、端子を介して回路基板に 導かれたのち、ピンを通じて増幅回路部材に入力される。そして、この増幅回路 部材に入力された電気信号は、増幅回路部材で増幅されたのち、ピンを介して回 路基板に導かれ、この後外方に出力されるようになっている。

【０００９】 そして、この考案にあっては、組立てを容易にすることができるようになって いる。

【００１０】 すなわち、端子と感圧素子との間、およびピンと増幅回路部材との間はワイア ボンディングで結線が可能となっているために、この配線作業が容易となり、こ れによって、組立てを容易にすることができるようになっている。

【００１１】 また、この考案にあっては、感圧部材と増幅回路部材とを１つのパッケージに 組み込んで一体に形成されることとなるため、圧力センサをユニットとして取り 扱うことができるようになり、これによって、機能性が高くなるとともに、小型 化を図ることができるようになっている。

【００１２】 さらに、この考案にあっては、圧力の計測時の特性を長期的に確保できるよう になっている。

【００１３】 すなわち、感圧部材の感圧素子と蓋部材に取り付けられる増幅回路部材とは、 密封されたパッケージの内部に位置されるため、感圧素子および増幅回路部材が パッケージで外部の環境から保護されるようになっている。

【００１４】 つまり、パッケージは、その一方の開口部を感圧素子を有する感圧部材で閉塞 し、また他方の開口部を端子取付部材と、増幅回路部材を取り付けた蓋部材とで 閉塞することにより、パッケージの内部が密閉されて外部より遮断された状態と なり、そしてこのパッケージの内部に精密部品である感圧素子と増幅回路部材と が位置するように組み入れられることとなるため、感圧素子および増幅回路部材 には外部の環境の影響を受けないようになり、これによって、耐環境性が向上し て出力特性の安定性を確保できるようになっている。

【００１５】

【実施例】

以下、図面に示すこの考案の実施例を説明する。

【００１６】 図１は、この考案による圧力センサの一実施例を示す図である。 すなわち、図１に示してある圧力センサは、筒状をなすパッケージ１と、金属 ダイアフラム２ａの受圧部に感圧素子２ｂを配設して形成されるとともに、感圧 素子２ｂが内側に位置する状態でパッケージ１の一方の開口部を閉塞する感圧部 材２と、孔３ａを有するとともに、パッケージ１の他方の開口部を閉塞する端子 取付部材３と、この端子取付部材３を貫通して設けられるＬ字状の端子４と、一 方の面に増幅回路部材６が取り付けられるとともに、この増幅回路部材６がパッ ケージ１の内側に位置する状態で端子取付部材３の孔３ａを閉塞する蓋部材５と 、この蓋部材５を貫通して設けられるピン９と、パッケージ１の外部に配置する 回路基板７とを具え、端子４は、その一方端を感圧部材２の感圧素子２ｂと結線 するとともに、他方端を回路基板７と接続し、さらに、ピン９は、その一方端を 増幅回路部材６と結線するとともに、他方端を回路基板７と接続しているもので ある。

【００１７】 そして、金属ダイアフラム２ａの受圧部に圧力Ｐが作用すると、感圧素子２ｂ に電気信号が生じて圧力が検知されるようになり、さらにこの電気信号は、端子 ４を介して回路基板７を通ったのち、ピン９を介して増幅回路部材６に導かれて この増幅回路部材６で増幅され、こののち、増幅された電気信号は、さらにピン ９を介して回路基板７を通って外方へ出力され、これによって、作用した圧力の 計測がなされるようになっている。

【００１８】 図１において、パッケージ１は両端が開口した筒状部材であって、この一方の 開口部にはダイアフラム取付部材１３が、また他方の開口部には端子取付部材３ がそれぞれ取り付けられる

【００１９】 パッケージ１の他方の開口部に取り付けられる端子取付部材３は、中央部に孔 ３ａを有する円板状をなすものであって、この所要個所には端子４が貫通した状 態で取り付けられる。

【００２０】 この端子４は、図２乃至図４にも示してあるように、その一方の端部が軸線に 対して直角に折り曲げられるとともに、その折り曲げられた部位が軸線に対して 垂直な平坦面を形成して結線部４ａが形成され、全体としてＬ字状をなしている ものである。そして、端子４は、その他方の端部を端子取付部材３に貫通させた 状態で等配に取り付けられ、この場合、結線部４ａの先端部が径方向内方（端子 取付部材３の軸線）に向かうように位置させておく。

【００２１】 このとき、端子取付部材３において端子４が貫通する部位には、ガラス等より なる絶縁材１０で所謂ハーメチックシールがなされて、絶縁材１０が端子取付部 材３と端子４との間に介在するようになっていて、これによって、端子取付部材 ３と端子４との間にシール性および電気的な絶縁性が得られるようになっている 。

【００２２】 そして、この端子４が取り付けられた端子取付部材３は、パッケージ１の他方 の開口部を閉塞するような状態で配設され、端子取付部材３とパッケージ１との 間が溶着されて固定される。この場合、端子４の一方の端部に形成された結線部 ４ａがパッケージ１の内側に、また端子４の他方の端部がパッケージ１の外部に それぞれ位置するように、端子取付部材３を配置しておく。

【００２３】 パッケージ１の一方の開口部に取り付けられるダイアフラム取付部材１３は、 中央部に孔１３ａを有する円板状の部材であって、パッケージ１の他方の開口部 を閉塞する状態で配設され、ダイアフラム取付部材１３とパッケージ１との間を 溶着することにより一体に固定される。

【００２４】 このダイアフラム取付部材１３には、金属ダイアフラム２ａに感圧素子２ｂが 取着されて形成された感圧部材２を取り付ける。

【００２５】 感圧部材２を形成する金属ダイアフラム２ａは円盤状をなしているもので、こ の中央部が薄肉に形成されて圧力Ｐの受圧部を形成している。この場合、金属ダ イアフラム２ａの受圧部は薄肉であるために可撓性を有しており、この受圧部に 圧力Ｐが作用すると、その圧力の大きさに応じて受圧部が軸線方向に変位し、こ れによって径方向に歪みが生じるようになっている。

【００２６】 この金属ダイアフラムａ２の受圧部の面上には、歪ゲージ等の感圧素子２ｂが 取着される。この感圧素子２ｂは、例えばスパッタリング等の手法を用いて薄膜 状に形成されるもので、金属ダイアフラム２ａの受圧部が変位した際に、この感 圧素子２ｂが受圧部と一体に変位することにより、受圧部に生じる歪み量に応じ て内部の抵抗値が変化するようになっている。

【００２７】 そして、この感圧素子２ｂが取着されて形成された感圧部材２は、外部よりダ イアフラム取付部材１３の孔１３ａを閉塞する状態でダイアフラム取付部材１３ に接合する。この場合、感圧部材２は、その金属ダイアフラム２ａの受圧部に形 成される感圧素子２ｂをパッケージ１の内部側に位置させた状態で配置し、金属 ダイアフラム２ａの外周縁部とダイアフラム取付部材１３の内周縁部との間（図 １中のｂの部分）を接合することにより固着される。

【００２８】 こののち、感圧部材２の感圧素子２ｂと、端子取付部材３に取り付けられた端 子４の結線部４ａとが、例えばワイアボンディング等の手段によって結線され、 これによって、感圧素子２ｂと端子４とが電気的に導通するようにしている。

【００２９】 そして、パッケージ１の他方の開口部に固定された端子取付部材３には蓋部材 ５が取り付けられる。この蓋部材５は、端子取付部材３の孔３ａを閉塞可能な大 きさの円板状をなすもので、その一方の面には例えばシリコンチップ等のデバイ スで形成される増幅回路部材６が実装されている。

【００３０】 また、この蓋部材５には、増幅回路部材６の入出力信号を導通させるピン９が 貫通した状態で固定されていて、このピン９と増幅回路部材６との間が例えばワ イアボンディング等の手段によって結線されることにより、ピン９と増幅回路部 材６とが電気的に導通するようにしている。

【００３１】 このとき、蓋部材５においてピン９が貫通する部位には、ガラス等よりなる絶 縁材１１で所謂ハーメチックシールがなされて、絶縁材１１が蓋部材５とピン９ との間に介在するようになっていて、これによって、蓋部材５とピン９との間に シール性および電気的な絶縁性が得られるようになっている。

【００３２】 そして、この増幅回路部材６が実装された蓋部材５は、外部より端子取付部材 ３の孔３ａを閉塞する状態で端子取付部材３に接合する。この場合、蓋部材５は 、これに実装された増幅回路部材６をパッケージ１の内部側に位置させた状態で 配置し、蓋部材５の外周縁部と端子取付部材３の内周縁部との間（図１中のａの 部分）を接合することにより固着される。

【００３３】 パッケージ１の外部には回路基板７を配置して、この回路基板７に、端子取付 部材３に取り付けられた端子４と、蓋部材５を貫通するピン９とをそれぞれ接続 する。この回路基板７は、例えばＨＩＣまたはＰＣＢ等であって、基板上に実装 部品８が組み込まれて電気回路を構成しているもので、この回路基板７に端子４ およびピン９をそれぞれ半田付けすることにより、回路基板７と端子４との間、 および回路基板７とピン９との間が固着されるとともに電気的に導通するように している。

【００３４】 なお、上記の結果、パッケージ１の内部空所１２は密閉された状態となるが、 この内部空所１２は真空状態にしておくか、あるいは希ガスを充填させておくこ とが望ましい。

【００３５】 次に、上記のものの作用を説明する。

【００３６】 この圧力センサは、上記の構成により、感圧部材２に圧力Ｐが作用すると、こ の圧力Ｐの作用で金属ダイアフラム２ａの受圧部が変位して歪みが生じ、そして この歪み量に応じて、受圧部上に形成された感圧素子２ｂの内部抵抗が変化する ようになるため、これによって、作用した圧力に応じた電気信号が感圧素子２ｂ に発生することとなる。

【００３７】 すると、この感圧素子２ｂに発生した電気信号は、端子４を介して回路基板７ に一旦導かれたのちピン９を通じ、蓋部材５に実装された増幅回路部材６に入力 される。そして、この入力された電気信号は、増幅回路部材６で増幅処理がなさ れたのち、ピン９を介して回路基板７に導かれ、そしてこれより外方へ出力され るようになっていて、この結果、作用した圧力の計測が可能となっている。

【００３８】 そして、上記の圧力センサにあっては、耐環境性を良好にすることができるよ うになっている。

【００３９】 すなわち、精密部品である増幅回路部材６および感圧素子２ｂは、密閉された パッケージ１の内部に位置するようになっているため、増幅回路部材６および感 圧素子２ｂがパッケージ１で外部の環境から保護されるようになっている。

【００４０】 つまり、パッケージ１は、その一方の開口部をダイアフラム取付部材１３およ び感圧部材２で閉塞し、また他方の開口部を端子取付部材３および蓋部材５で閉 塞した状態となっているために、パッケージ１の内部空所１２が密封された状態 となり、これによって、パッケージ１の内部空所１２が外部の環境から完全に隔 離されることとなる。

【００４１】 そして、このとき、蓋部材５は、これに実装される増幅回路部材６をパッケー ジ１の内部側に位置する状態で配置され、また、感圧部材２は、その感圧素子２ ｂをパッケージ１の内部側に位置する状態で配置されるため、これによって、増 幅回路部材６および感圧素子２ｂが、密封されたパッケージ１の内部に位置する ことになる。

【００４２】 従って、精密部品である増幅回路部材６および感圧素子２ｂは、外部の環境の 影響を受けないようになるため、その出力特性が安定するようになり、これによ って、圧力計測時の長期安定性を確保することができるようになっている。

【００４３】 また、上記の圧力センサにあっては、その組立てを容易に行うことができるよ うになっている。

【００４４】 まず、従来では感圧素子の信号を取り出すための接続線の配線作業が非常に煩 雑なものであったが、この圧力センサにあっては、感圧素子２ｂは、ワイアボン ディングの手段を用いて端子４の平坦部である結線部４ａと結線することにより 電気的な配線が可能となっているため、配線作業が非常に容易である。

【００４５】 また、この圧力センサを組み立てる際には、パッケージ１の他方の開口部に端 子４を取り付けた端子取付部材３を設け、またパッケージ１の一方の開口部に感 圧部材２を設けたのち、感圧部材２の感圧素子２ｂと端子４とを結線し、そして 端子取付部材３に蓋部材５を接合するようにしたため、組立ての簡略化が可能と なっている。

【００４６】 そしてこの結果、圧力センサは、感圧部材２と増幅回路部材６とがパッケージ １に一体に形成されることとなるため、これをユニットとして扱うことができる ようになり、これによって、圧力センサの取扱いが簡便になるとともに、高機能 化を図ることができるようになっている。

【００４７】 そして、このように圧力センサをユニットとして扱うことができることに伴っ て、図示しないが、圧力センサをケーシングに組み込むような場合では、感圧部 材２と増幅回路部材６とを一体にケーシングに組み込むことが可能となるため、 非常に作業性を良好にすることができるようになっている。

【００４８】 さらに、上記の圧力センサにあっては、回路基板７にＨＩＣまたはＰＣＢを用 いることによって、回路上の汎用性が高くなるため、産業上において広範囲な利 用が可能となっているものである。

【００４９】 なお、上記実施例においては、パッケージ１の一方の開口部にダイアフラム取 付部材１３を固着して、このダイアフラム取付部材１３に金属ダイアフラム２ａ を取り付けるようにしたが、ダイアフラム取付部材１３は無くてもよい。つまり 、金属ダイアフラム２ａを直接パッケージ１の一方の開口部に取り付けるように してもよいものである。

【００５０】

【考案の効果】

以上のようにこの考案によれば、感圧部材の感圧素子と端子との間、および増 幅回路部材とピンとの間を直接結線するようにしたため、その配線作業が容易と なり、これによって圧力センサの組立てを容易にすることができる。

【００５１】 また、感圧部材と増幅回路部材とをパッケージに固定して一体にすることによ り、圧力センサをユニット化することができるようになるため、これによって圧 力センサの取扱いが簡便になり、またこれに伴って高機能化および小型化を図る ことができるようになる。

【００５２】 さらに、密封されたパッケージの内部に精密部品である感圧素子および増幅回 路部材が位置するように組み入れられているため、感圧素子および増幅回路部材 は外部の環境に影響されることが無くなり、従って、圧力センサとしての耐久性 および耐環境性を向上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案による圧力センサの一実施例を示す図
である。

【図２】端子の側面を示す図である。

【図３】図２に示す端子の正面を示す図である。

【図４】図２に示す端子の底面を示す図である。

【符号の説明】

１……パッケージ ２……感圧部材 ２ａ……金属ダイアフラム ２ｂ……感圧素子 ３……端子取付部材 ３ａ、１３ａ……孔 ４……端子 ４ａ……結線部 ５……蓋部材 ６……増幅回路部材 ７……回路基板 ８……実装部品 ９……ピン １０、１１……絶縁材 １２……空所 １３……ダイアフラム取付部材 Ｐ……圧力

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状をなすパッケージ（１）と、金属ダ
   イアフラム（２ａ）の受圧部に感圧素子（２ｂ）を配設
   して形成されるとともに、前記感圧素子（２ｂ）が前記
   パッケージ（１）の内側に位置する状態で前記パッケー
   ジ（１）の一方の開口部を閉塞する感圧部材（２）と、
   孔（３ａ）を有するとともに、前記パッケージ（１）の
   他方の開口部を閉塞する端子取付部材（３）と、この端
   子取付部材（３）を貫通して設けられる端子（４）と、
   増幅回路部材（６）が取り付けられるとともに、この増
   幅回路部材（６）が前記パッケージ（１）の内側に位置
   する状態で前記端子取付部材（３）の孔（３ａ）を閉塞
   する蓋部材（５）と、この蓋部材（５）を貫通して設け
   られるピン（９）と、前記パッケージ（１）の外部に配
   置する回路基板（７）とを具え、前記パッケージ（１）
   は、その内部が前記感圧部材（２）と端子取付部材
   （３）と蓋部材（５）とで密閉され、前記端子（４）
   は、その一方の端部を前記感圧部材（２）の感圧素子
   （２ｂ）と結線するとともに、他方の端部を回路基板
   （７）と接続し、前記ピン（９）は、その一方の端部を
   前記増幅回路部材（６）と結線するとともに、他方の端
   部を回路基板（７）と接続したことを特徴とする圧力セ
   ンサ。