JPH0749275A - 圧力センサ用の出力回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回路基板の周囲にポッティング部材を充填しな
がらも回路基板に応力が生じるのを防止する。 【構成】圧力センサ１は、ダイアフラム状のセンサ部１
１の両面の圧力差を検出する。出力回路の回路基板４は
ケース２１の基板収納室２４ａに収納される。ケース２
１には２本のケーブル３ａ，３ｂが導入され、ケーブル
３ａは圧力センサ１に接続される。両ケーブル３ａのア
ウタシース３１は固定室２４ｃを通して通気室２４ｂに
開放される。基板収納室２４ａには回路基板４の周囲で
シリコーンゲルのポッティング部材５が充填される。固
着室２４ｃにはエポキシ系接着剤の接着部材６が充填さ
れて両ケーブル３ａ，３ｂがケース２１に固着される。
圧力センサ１の空室１９にはケーブル３ａ，３ｂのアウ
タシース３１の内部と通気室２４ｂとを通して大気が導
入される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧力センサの出力の増
幅等を行う出力回路を備えた圧力センサ用の出力回路装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近では、ピエゾ抵抗効果を利用した半
導体圧力センサが圧力センサとして多く用いられてい
る。この種の圧力センサを用いるには、検出圧力に応じ
て変化する出力抵抗値を電圧に変換して増幅する出力回
路装置が必要である。この種の出力回路装置では、耐環
境性を高めるために、増幅回路等の出力回路の構成部品
を実装したプリント基板よりなる回路基板をエポキシ樹
脂等のポッティング部材を用いてポッティングしたり、
回路基板を構造的な強度の大きい金属製のケースに納装
したりしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、回路基板の
絶縁板として、ガラスエポキシ積層板や紙フェノール積
層板を用いる場合には上記構成でも特に問題は生じない
が、耐熱性を向上させたり圧膜抵抗を印刷してレーザト
リミングを行なったりするために、セラミック板を絶縁
板とした回路基板を用いるときには、ポッティングによ
り生じる応力によって、回路基板に実装した出力回路の
特性が変化するという問題が生じる。

【０００４】また、大気圧との相対圧力を検出する場合
には、ダイアフラム状に形成されているセンサ部の表裏
の一面に大気圧を作用させ、他面に検出すべき圧力を作
用させることになるから、圧力センサの周囲を完全に密
封することはできないものである。すなわち、増幅回路
等の出力回路の構成部品を実装した回路基板を圧力セン
サと同じケースに納装している場合には、ケースの一部
分に大気を導入するための通気孔を穿孔する必要があ
り、高温多湿等の悪環境下で使用すると、出力回路の動
作特性に影響する問題が生じる。この問題を回避するた
めに回路基板を圧力センサとは別のケースに収納してい
る場合でも、圧力センサには高温多湿の大気を導入する
ことになり、圧力センサで相対圧力を正確に測定できな
いという問題が生じる。

【０００５】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、出力回路の構成部品を実装した回路基板の周
囲にポッティング部材を充填しながらも回路基板に応力
が生じるのを防止し、かつ高温多湿等の悪環境下でも相
対圧力の測定に使用できるようにした圧力センサ用の出
力回路装置を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、一面に被測定圧力を作用させ他面に大
気圧を作用させるダイアフラム状のセンサ部を備えた圧
力センサの出力を所望の電気信号として出力する出力回
路を備えた出力回路装置であって、圧力センサとは別体
に設けられたケースと、出力回路の構成部品が実装され
ケースの中に形成された基板収納室に収納された回路基
板と、ケース内において基板収納室とは異なる部位に形
成された固定室を通過するアウタシース内に挿通された
電線を有し回路基板と圧力センサとを電線を介して電気
的に接続するケーブルと、基板収納室の内周面から離れ
て基板収納室の中に保持されている回路基板の周囲に充
填された粘ちょう性を有するポッティング部材と、固定
室内に充填されアウタシースをケースに固着する接着部
材とを備え、圧力センサの内部で大気圧が導入される空
室にケーブルのアウタシースが導入され、アウタシース
を通して大気が空室に導入されることを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、出力回路の構成部品を実装
した回路基板の周囲に粘ちょう性を有するポッティング
部材を充填していることによって、回路基板を封止しな
がらも回路基板に応力が生じるのを防止することがで
き、かつケースおよびポッティング部材によって高い耐
環境性を得ることができる。また、ケース内に形成した
固定室にケーブルのアウタシースを通して固定室に接着
部材を充填しているから、アウタシースをケースに固着
することができ、ケーブルに張力が作用しても回路基板
への影響を抑制することができる。しかも、圧力センサ
で大気圧との相対圧力を測定する際にケーブルのアウタ
シースを通して圧力センサに大気を導入するのであっ
て、圧力センサを高温多湿の悪環境下で使用するような
場合でも、圧力センサとは離れた場所から大気を圧力セ
ンサに導入できることによって、圧力センサの劣化など
を防止することができる。

【０００８】

【実施例】 （実施例１）出力回路装置２は、図１に示すように、圧
力センサ１とは別のケース２１を備える。圧力センサ１
は半導体圧力センサであって、拡散技術によってシリコ
ンダイアフラムに抵抗を形成したセンサ部１１を有し、
センサ部１１は両面に作用する圧力の差による歪みに応
じた抵抗値を出力する歪みゲージを形成する。センサ部
１１はシリコンダイアフラムと熱膨張係数が略等しいガ
ラス台座１２の上に接合されており、ガラス台座１２に
はセンサ部１１の一面に被検出圧力を作用させるための
引込孔１３が形成されている。ガラス台座１２は金属台
座１５を介してセンサケース１４に固着される。センサ
ケース１４は他の部材との結合に用いられるねじ部１３
を備え、金属台座１５は溶接等によってセンサケース１
４に固着される。センサ部１１はセンサケース１４に固
定されたプリント基板１６に対してボンディングワイヤ
１７を介して電気的に接続されている。さらに、金属台
座１５、ガラス台座１２、プリント基板１６、センサ部
１１は、センサケース１４に接合されたセンサカバー１
８とセンサケース１４との間に納装されており、センサ
部１１における引込孔１３とは反対側の面はセンサケー
ス１４とセンサカバー１８とに囲まれた空室１９に臨ん
でいる。空室１９は引込孔１３とは気密的に分離されて
いる。

【０００９】プリント基板１６はケーブル３ａを介して
出力回路装置２に電気的に接続される。ケーブル３ａ
は、合成樹脂等よりなるアウタシース３１の中に絶縁被
覆電線である複数本の電線３２およびシールド線３３
（図３参照）を収納したものであって、センサカバー１
８に固着されるブッシング３４を通してアウタシース３
１の一端が空室１９の中で開放される。ここに、アウタ
シース３１の内部には各電線３２の間に隙間があり、空
気が流通可能になっている。

【００１０】出力回路装置２は、センサケース１４とは
別のケース２１を備え、図３に示すように、ケース２１
は合成樹脂の成形品であって一面が開放された直方体状
のボディ２２と、ボディ２２の開口面を覆う金属製もし
くは合成樹脂製のカバー２３とを結合して構成されてい
る。ケース２１の一面には圧力センサ１のセンサ部１１
での検出出力を出力回路装置２に入力するケーブル３ａ
と、出力回路装置２からの出力を外部に取り出すための
ケーブル３ｂとが挿通されている。ここに両ケーブル３
ａ，３ｂは、同じ構成を有している。ボディ２２の底面
にはセラミックの絶縁板を有し増幅回路等の出力回路の
構成部品を実装したプリント基板よりなる回路基板４を
収納する基板収納室２４ａと、両ケーブル３ａ，３ｂの
アウタシース３１の一端が開放される通気室２４ｂと、
両ケーブル３ａ，３ｂに沿って通気室２４ｂよりも外側
に形成される固定室２４ｃとを仕切るように２枚のリブ
２５ａ，２５ｂが略平行に形成されている。リブ２５ａ
にはケーブル３ａ，３ｂの電線３２が挿通され、リブ２
５ｂにはケーブル３ａ，３ｂのアウタシース３１が挿通
される。また、基板収納室２４ａの中でボディ２２の底
面にはボディ２２の内周面との間に逃がし溝２７を形成
する保持リブ２８が形成されている。保持リブ２８はボ
ディ２２の底面と平行な断面が略コ形であって、内周面
には回路基板４の周部が載置される段部２８ａが形成さ
れている。

【００１１】カバー２３はボディ２２の内周側に圧入さ
れる。ボディ２２の周壁の内周面のうちケーブル３ａ，
３ｂが導入される面を除く３面にはカバー２３の周部が
載置される段部２２ａが形成されており、段部２２ａは
ボディ２２の底面からの高さ位置がリブ２５ａ，２５ｂ
と略等しく設定されている。ボディ２２の周壁のうちケ
ーブル３ａ，３ｂが挿通される周壁は、ボディ２２の底
面からの突出寸法がリブ２５ａ，２５ｂと同程度に設定
されている。カバー２３においてこの周壁に対応する部
位には、ボディ２２にカバー２３を結合したときにボデ
ィ２２の他の周壁と同程度の高さになる壁部２３ａが形
成されている。ケーブル３ａ，３ｂは、アウタシース３
１にゴム製のブッシング３５が装着され、このブッシン
グ３５がボディ２２とカバー２３との間に挟持されるこ
とによってケース２１に固定されている。また、アウタ
シース３１の一端部は上述したように固定室２４ｃを通
り通気室２４ｂに開放されている。

【００１２】カバー２３の中央部にはねじ筒２３ｂが形
成され、ねじ筒２３ｂに螺合する接続ねじ２９によって
ケーブル３ａ，３ｂのシールド線３３がカバー２３に固
定されるようになっている。ここに、シールド線３３は
カバー２３に穿孔した通し孔２３ｃを通してボディ２２
の中から引き出される。また、カバー２３において固定
室２４ｃに対応する部位には連通孔２３ｄが形成されて
いる。

【００１３】ケーブル３ａ，３ｂの電線３２は回路基板
４に半田接続される。基板収納室２４ａに回路基板４が
納装された状態で、基板収納室２４ａにはシリコーンゲ
ルよりなるポッティング部材５が注入されることによっ
て回路基板４がポッティングされる。ポッティング部材
５は、回路基板４が覆われる程度に注入されるが、基板
収納室２４ａを完全に満たす必要はない。このポッティ
ング部材５によって回路基板４および回路基板４に実装
された回路部品が保護され耐環境性が高まることにな
る。ポッティング部材５としては、２液性で１００℃以
下で硬化する低温硬化型のものであって、ＪＩＳ Ｋ
２２２０に規定されている１／４ちょう度（針入度）で
５０以上になるものが用いられる。このようなポッティ
ング部材５は内部応力がほとんどなく、また回路基板４
や回路部品にも応力が生じないのであり、回路基板４に
実装された回路部品の動作特性に影響を与えないのであ
る。カバー２３はポッティング部材５の硬化後にボディ
２２に装着される。また、このとき接続ねじ２９によっ
てシールド線３３をカバー２３に接続する。

【００１４】この状態で、カバー２３の上にエポキシ系
接着剤よりなる接着部材６を注入する。カバー２３には
連通孔２３ｄが形成されていることによって、接着部材
６は固定室２４ｃにも導入されることになる。接着部材
６はボディ２２の周壁とカバー２３の壁部２３ａとに囲
まれる部位が満杯になるように充填される。このように
して、ボディ２２とカバー２３とが完全に固着され、か
つケーブル３ａ，３ｂがケース２１に固着されるのであ
る。すなわち、回路基板４はケース２１に収納されると
ともに接着部材６により封止されて耐環境性が高くな
り、しかも、接着部材６によってケーブル３ａ，３ｂが
ケース２１に対して固着されることになる。このように
ケーブル３ａ，３ｂがケース２１に固着されることによ
ってケーブル３ａ，３ｂに張力が作用しても回路基板４
に応力が作用することがない。接着部材６は、１液性ま
たは２液性で１００℃以下で硬化する低温硬化型のもの
であって、硬化後のショア硬度がＤスケールで５０以上
となるものを用いる。

【００１５】ケース２１の両外側面には、図２に示すよ
うに、透孔２６ａが穿孔された取付片２６が突設されて
おり、各取付片２６の基部には図３に示すように、薄肉
部２６ｂが形成されている。取付片２６は透孔２６ａに
ねじを通して他の部材に固着されるのであって、取付片
２６の基部に薄肉部２６ｂが存在することによって、取
付片２６に作用する外力を薄肉部２６ｂで逃がすことに
よってケース２１での応力の発生を抑制することができ
る。しかも、ボディ２２の内周面と回路基板４を保持す
る保持リブ２８との間に逃がし溝２７が形成されている
ことによって、ケース２１に外力が作用しても逃がし溝
２７で吸収することができ、回路基板４での応力の発生
を抑制することができるのである。結局、逃がし溝２７
および薄肉部２６ｂにより回路基板４での応力の発生を
抑制することができ、回路基板４に実装されている増幅
回路等の出力回路の特性変化を緩和することができる。

【００１６】ところで、ケース２１の中に形成されてい
る通気室２４ｂの中で両ケーブル３ａ，３ｂのアウタシ
ース３１の一端面が開放されているから、両ケーブル３
ａ，３ｂのアウタシース３１の内部は、通気室２４ｂを
介して連通することになる。また上述したように、一方
のケーブル３ａのアウタシース３１の他端は圧力センサ
１のセンサケース１４とセンサカバー１８との間に形成
されている空室１９に開放されているのであって、他方
のケーブル３ｂのアウタシース３１の他端は外気が導入
できるように外部に開放されている。したがって、ケー
ブル３ｂのアウタシース３１、通気室２４ｂ、ケーブル
３ａのアウタシース３１を通して圧力センサ１の空室１
９に外気が導入されることになり、空室１９の内部には
大気圧が作用することになる。すなわち、センサ部１１
の一面には大気圧が作用し、他面には引込孔１３を通し
て被測定圧力が作用するのであって、センサ部１１では
相対圧力を検出することができるのである。

【００１７】上記構成によれば、増幅回路等の出力回路
の構成部品を実装する回路基板４として絶縁板にセラミ
ックを用いた場合でも、回路基板４に外力が作用しない
ようにしながらも回路基板４を密封することができ、ケ
ース２１を高温多湿等の悪環境下に配置したとしても接
着部材６に回路基板４が封止されていることによって問
題なく使用することができる。しかも、ケース２１に外
力が作用したりケーブル３ａ，３ｂに張力が作用して
も、逃がし溝２７、薄肉部２６ｂ、固定室２４ｃ等によ
って、これらの外力が回路基板４に及ぼす影響を抑制す
ることができるのである。また、ケーブル３ａ，３ｂを
通して圧力センサ１とは離れた場所から圧力センサ１に
大気を導入することになり、高温多湿等の悪環境下で使
用する場合でも常温常湿の大気を導入して環境の影響を
抑制することができる。

【００１８】（実施例２）本実施例は、図４に示すよう
に、ケース２１の中に通気室２４ｂを設けずに、基板収
納室２４ａの内部空間においてポッティング部材５が充
填されていない部分の空間を利用するものであって、各
ケーブル３ａ，３ｂのアウタシース３１の中にそれぞれ
通気用のチューブ３６を通し、各チューブ３６の一端を
上記空間に開放しているのである。すなわち、各ケーブ
ル３ａ，３ｂのアウタシース３１の中でチューブ３６を
通して空気が流通するのであって、ケーブル３ｂに設け
たチューブ３６の他端は大気を導入するように外部に開
放されている。したがって、ケーブル３ｂのチューブ３
６、基板収納室２４ａの空間、ケーブル３ａのチューブ
３６を通して圧力センサ１の空室１９に大気を導入する
ことができるのであり、通気室２４ｂが不要になるので
ある。その結果、実施例１に比較して小型化が可能にな
る。また、実施例１に比較すると、大気を導入する経路
の抵抗が安定しているから、測定値を得るまでの応答時
間が実施例１よりも安定しているものである。他の構成
は実施例１と同様であるから説明を省略する。

【００１９】（実施例３）本実施例は、図５に示すよう
に、圧力センサ１の空室１９に導入される一方のケーブ
ル３ａのアウタシース３１にのみチューブ３６を通し、
チューブ３６をケース２１に導入せずにケーブル３ａの
途中で外部に開放した構成を有する。この構成では、圧
力センサ１に比較的近い部位での外気が圧力センサ１の
空室１９に導入されるから高温多湿の環境下では利用で
きないが、常温常湿であればこの構成でも利用すること
ができる。他の構成は実施例１と同様である。

【００２０】

【発明の効果】本発明は上述のように、出力回路の構成
部品を実装した回路基板の周囲に粘ちょう性を有するポ
ッティング部材を充填しているので、回路基板を封止し
ながらも回路基板に応力が生じるのを防止することがで
き、かつケースおよびポッティング部材によって高い耐
環境性を得ることができるという利点がある。また、ケ
ース内に形成した固定室にケーブルのアウタシースを通
して固定室に接着部材を充填しているから、アウタシー
スをケースに固着することができ、ケーブルに張力が作
用しても回路基板への影響を抑制することができるとい
う効果がある。しかも、圧力センサで大気圧との相対圧
力を測定する際にケーブルのアウタシースを通して圧力
センサに大気を導入するので、圧力センサを高温多湿の
悪環境下で使用するような場合でも、圧力センサとは離
れた場所から大気を圧力センサに導入できることによっ
て、圧力センサの劣化などを防止することができるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１と圧力センサとの関係を示す構成図で
ある。

【図２】実施例１を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側
面図である。

【図３】実施例１を示す図２（ａ）中のＸ−Ｘ線断面図
である。

【図４】実施例２を示す断面図である。

【図５】実施例３を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 圧力センサ ２ 出力回路装置 ３ａ ケーブル ３ｂ ケーブル ４ 回路基板 ５ ポッティング部材 ６ 接着部材 １９ 空室 ２１ ケース ２４ａ 基板収納室 ２４ｃ 固着室 ３１ アウタシース ３２ 電線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 正美 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面に被測定圧力を作用させ他面に大気
   圧を作用させるダイアフラム状のセンサ部を備えた圧力
   センサの出力を所望の電気信号として出力する出力回路
   を備えた出力回路装置であって、圧力センサとは別体に
   設けられたケースと、出力回路の構成部品が実装されケ
   ースの中に形成された基板収納室に収納された回路基板
   と、ケース内において基板収納室とは異なる部位に形成
   された固定室を通過するアウタシース内に挿通された電
   線を有し回路基板と圧力センサとを電線を介して電気的
   に接続するケーブルと、基板収納室の内周面から離れて
   基板収納室の中に保持されている回路基板の周囲に充填
   された粘ちょう性を有するポッティング部材と、固定室
   内に充填されアウタシースをケースに固着する接着部材
   とを備え、圧力センサの内部で大気圧が導入される空室
   にケーブルのアウタシースが導入され、アウタシースを
   通して大気が空室に導入されることを特徴とする圧力セ
   ンサ用の出力回路装置。