JPH09178595A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度補償のために必要な圧力センサチップの
温度特性計測時間を短縮できる圧力センサを提供する。 【解決手段】 貫通孔１ａを設けた金属製のボディ１
と、ボディ１に装着されたセンサエレメント２とを備
え、センサエレメント２は、樹脂製の基台２１と、測定
対象である流体が流入する流入孔を有し基端部をその貫
通孔１ａの一方側に配して基台２１に固着された金属製
の圧力導入管２２と、圧力導入管２２の基端部端面に密
着固定されて流入孔２２ａを遮蔽することによって圧力
を電気信号に変換する圧力センサチップと、圧力センサ
チップと電気的に接続して基台２１に固着された端子２
４ｂと、を有し、流体の圧力を測定する圧力センサであ
って、前記貫通孔１ａの側壁と前記圧力導入管２２の外
周とを気密接合した接合部１２を形成した構成にしてあ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製のボディに
パッケージされて高圧の流体の圧力と大気圧との差圧に
基づいて流体の圧力を測定するいわゆる差圧型の圧力セ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧力センサとして、図５
及び図６に示す構成のものが存在する。このものは、貫
通孔Ａ１を設けた金属製のボディＡと、貫通孔Ａ１に対
して一方側であるボディＡの凹部Ａ２内にて貫通孔Ａ１
を遮蔽するようにボディＡと密着固定されて圧力を電気
信号に変換する圧力センサチップＢと、圧力センサチッ
プＢとワイヤＣで電気的に接続されたプリント基板Ｄ
と、を備えている。

【０００３】さらに詳しくは、圧力センサチップＢは、
シリコンダイヤフラム上にピエゾ抵抗を配することによ
って歪みゲージを形成したシリコン半導体素子Ｂ１と、
金属台座Ｂ２に接合されたガラス台座Ｂ３とを有し、半
導体素子Ｂ１がガラス台座Ｂ３上に接合して搭載されて
いる。その状態で、金属台座Ｂ２を一方側からのレーザ
溶接により接合部Ｂ４を形成して凹部Ａ２内にボディＡ
と密着固定される。その状態で、温度補償用の抵抗及び
増幅回路等を搭載したプリント基板Ｄが,ボディＡに装
着されて、中央に設けた角孔Ｄ１に圧力センサチップＢ
を位置させて、ワイヤボンディングによってワイヤＣで
電気的に接続される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の圧力セ
ンサでは、金属製のボディを使用しているので耐圧性が
高く、空気等の流体の圧力を高圧に至るまで温度補償し
たうえで測定できる。

【０００５】しかしながら、圧力センサチップＢ及びプ
リント基板Ｄが、ボディＡに装着されて、ワイヤボンデ
ィングによってワイヤＣで電気的に接続された後でない
と圧力センサチップＢの温度特性、すなわちピエゾ抵抗
の抵抗値の温度依存性、を測定できなかった。この温度
特性は、温度補償のために必要であって、その測定のた
めに圧力を負荷した状態で圧力センサチップＢの温度を
上昇及び下降させなければならず、圧力センサチップＢ
と一体となった金属製のボディＡの熱容量が大きいか
ら、長時間の計測時間を必要としていた。

【０００６】また、ボディＡの凹部Ａ２内に金属台座Ｂ
１を密着固定する溶接行程で、貫通孔Ａ１に対して圧力
センサチップＢが存在する一方側からレーザ溶接しなけ
ればならないので、溶接時に発生するちりが圧力センサ
チップＢに付着して、圧力センサチップＢの汚れ及び破
損を生じる場合があった。

【０００７】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、温度補償のために必要な
圧力センサチップの温度特性計測時間を短縮できる圧力
センサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１記載のものは、貫通孔を設けた金属製
のボディと、ボディに装着されたセンサエレメントとを
備え、センサエレメントは、樹脂製の基台と、測定対象
である流体が流入する流入孔を有し基端部をその貫通孔
の一方側に配して基台に固着された金属製の圧力導入管
と、圧力導入管の基端部端面に密着固定されて流入孔を
遮蔽することによって圧力を電気信号に変換する圧力セ
ンサチップと、圧力センサチップと電気的に接続して基
台に固着された端子と、を有し、流体の圧力を測定する
圧力センサであって、前記貫通孔の側壁と前記圧力導入
管の外周とを気密接合した接合部を形成した構成にして
ある。

【０００９】請求項２記載のものは、請求項１記載のも
のにおいて、前記接合部が、前記ボディの貫通孔の他方
側からの溶接でもって形成した構成にしてある。

【００１０】請求項３記載のものは、請求項１記載のも
のにおいて、前記接合部が、前記貫通孔の側壁と前記圧
力導入管の外周とのねじ螺合でもって形成された構成に
してある。

【００１１】請求項４記載のものは、請求項３記載のも
のにおいて、前記圧力導入管がその基端部側に鍔部を設
けたものであって、Ｏリングが、前記貫通孔を外囲して
鍔部と前記ボディとの間に設けられた構成にしてある。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１乃至
図３に基づいて以下に説明する。

【００１３】１はボディで、鋼又はステンレス等の金属
により、中心位置には２段に形成された貫通孔１ａが設
けられ、貫通孔１ａの一方側にその貫通孔１ａに通じた
同心円状の段を有する凹部１ｂを設けて六角ボルト状に
形成されている。

【００１４】２はセンサエレメントで、図３に示すよう
に、基台２１と圧力導入管２２と圧力センサチップ２３
と端子２４とを有している。基台２１は、絶縁性の樹脂
により、一端部２１ａが円筒状で一端部２１ａから略直
角方向に伸長した略四角状の収容部２１ｂを有し、内部
が収容空間となっている。

【００１５】圧力導入管２２は、鋼又はステンレス等の
金属により、測定対象である流体が流入し外部に貫通し
た流入孔２２ａを有し、基端部に２段の鍔部２２ｂを設
けその鍔部２２ｂが基台２１の一端部２１ａと一体成形
によって固着されている。

【００１６】圧力センサチップ２３は、シリコンダイヤ
フラム上にピエゾ抵抗を配することによって歪みゲージ
が形成されたシリコン半導体素子２３ａと、軸孔２３ｃ
が設けられたたガラス台座２３ｂとを有し、シリコン半
導体素子２３ａがガラス台座２３ｂ上にその軸孔２３ｃ
を遮蔽するように密着固定して搭載され、流体の圧力を
電気信号に変換する。さらに、ガラス台座２３ｂが半田
付け又はシリコン系の接着剤によって、圧力導入管２２
の流入孔２２ａの軸と略一致させて圧力導入管２２の基
端部端面２２ｃに密着固定されている。つまり、流入孔
２２ａが圧力センサチップ２３によって遮蔽されてい
る。

【００１７】端子２４は、基台２１に固着されて、基台
２１の内部に配された内部端子２４ａと外部に配され折
曲形成された外部端子２４ｂとを有し、内部端子２４ａ
が圧力センサチップ２３の電極とワイヤ２４ｃのワイヤ
ボンディングでもって電気的に接続されている。ワイヤ
ボンディングした状態で、シリコン半導体素子２３ａの
表面がシリコンゲル２３ｄでもって被覆保護される。

【００１８】３はプリント基板で、回路が形成されたセ
ラミック基板により、ボディの凹部１ｂにシリコン系接
着剤によって固定されるとともに、挿通孔３ａに外部端
子２４ｂが挿通され半田付けされることによって圧力セ
ンサチップ２３と電気的に接続され、増幅回路が配され
た素子３ｂが搭載され、さらに温度補償用の厚膜抵抗が
形成されている。

【００１９】４はシールドキャップで、金属材料によ
り、円形の箱型に形成され、その底部に設けた孔に外部
ノイズを遮断する貫通コンデンサ４ａを設けてあり、ボ
ディの凹部１ｂに固定される。このとき、プリント基板
３に予めはんだ付けした端子片３ｃが、貫通コンデンサ
４ａに挿通されて、はんだ付けして固定される。

【００２０】５は端子ブロックで、コネクタ用端子５ａ
を同時成形して形成され、シールドキャップ４上に搭載
される。このとき、コネクタ用端子５ａに設けた接続部
５ｂに端子片３ｃがはんだ接続される。

【００２１】６は防水キャップで、ゴム系材料により、
貫通孔６ａを有して平板状に形成され、その貫通孔６ａ
にコネクタ用端子５ａを挿通して端子ブロック５に装着
される。７はＯリングで、シールドキャップ４の円周部
に搭載される。

【００２２】８はコネクタで、合成樹脂により、角筒状
の着脱部８ａと、その着脱部８ａの外形よりも大きな径
の円筒状の台座部８ｂとを有して形成され、台座部８ｂ
の端面外周部にはＯリングを収容する溝が形成されてい
る。台座部８ｂがボディ１の凹部１ｂに嵌挿され、この
とき端子ブロック５のコネクタ用端子５ａが着脱部８ａ
の筒内に突出して導出されるとともに、そのコネクタ用
端子５ａが防水キャップ６により防水構造になってお
り、ボディ１のかしめ部１ｃでもってかしめ固定され
て、Ｏリング７によってボディ１との間が防水構造とな
る。

【００２３】ここで、圧力センサチップ２３の温度特性
がセンサエレメント２の状態で測定される。すなわち、
圧力導入管２２の流入孔２２ａに空気等の流体が流入さ
れて圧力を負荷した状態で温度を上昇及び下降させて、
外部端子２４ｂからの電気信号を測定する。この温度特
性測定結果に基づいてプリント基板３の温度補償用の厚
膜抵抗の抵抗値を調整する。

【００２４】次いで、センサエレメント２の圧力導入管
２２がボディ１の内径の小さい方の貫通孔１ａに挿通さ
れる。ここで、圧力導入管２２の基端部である鍔部２２
ｂは、すなわち基端部端面２２ｃに搭載された圧力セン
サチップ２３は、その貫通孔１ａの一方側に配した状態
となる。この状態で、他方側、すなわち貫通孔１ａに対
して圧力センサチップ２３の搭載位置の反対側から、貫
通孔１ａの側壁と圧力導入管２２の先端部の外周とをレ
ーザビーム溶接でもって気密接合して、円形状の接合部
１２を形成する。

【００２５】このものの動作を説明する。空気等の流体
は、圧力導入管２２の流入孔２２ａに導入され、このと
き、貫通孔１ａの側壁と圧力導入管２２の外周とを気密
接合し、かつ、圧力センサチップ２３が圧力導入管２２
の流入孔２２ａを遮蔽するように基端部端面２２ｃに密
着固定されているから、漏れることがない。流体の圧力
が圧力センサチップ２３に負荷されると、シリコン半導
体素子２３ａに形成されたシリコンダイヤフラムが、流
体の圧力と大気圧との差に比例して撓む。

【００２６】そして、シリコンダイヤフラム上に形成さ
れたピエゾ抵抗の抵抗値が撓みの大きさに比例して変化
し、この抵抗値をプリント基板３に設けられた厚膜抵抗
の抵抗値でもって温度補償をしたうえで、電気信号を素
子３ｂで増幅してコネクタ用端子５ａに出力する。この
ようにして流体の圧力と大気圧との差圧を測定する。

【００２７】かかる第１実施形態の圧力センサにあって
は、上記したように、圧力センサチップ２３が、基台２
１に固着された圧力導入管２２の基端部端面２２ｃに密
着固定され、その圧力導入管２２の流入孔２２ａに流入
した気体の圧力を電気信号に変換して外部端子２４ｂに
出力できる状態、すなわち、センサエレメント２が完成
した状態で、ボディ１に設けられた貫通孔１ａの側壁と
圧力導入管２２の外周とを接合部１２でもって気密接合
したから、圧力センサチップ２３の温度特性が熱容量の
小さいセンサエレメント２という単体の状態で前もって
計測されるので、熱容量の大きい金属製のボディ１を必
要とした従来と比較して計測に必要な温度上昇及び下降
時間が短かくなって、温度特性計測時間を短縮できる。

【００２８】また、貫通孔１ａの側壁と圧力導入管２２
の外周との接合部１２が、貫通孔１ａに対して一方側に
位置した圧力センサチップ２３の反対側である他方側か
らレーザビーム溶接でもって形成されたから、溶接持に
発生するちりが付着することがなく、ちりに起因した圧
力センサチップ２３の汚れ及び破損を防止することがで
きる。

【００２９】なお、第１実施形態では、圧力センサチッ
プ２３は軸孔２３ｃが設けられたガラス台座２３ｂを有
したものとしたが、シリコン半導体素子２３ａと圧力導
入管２２を形成する金属との熱膨張率が略等しいときは
ガラス台座２３ｂを設けなくてもよく、限定されない。

【００３０】また、第１実施形態では、ボディ１に設け
られた貫通孔１ａを２段に形成したが、１段すなわち内
径の等しい貫通孔１ａとしてもよく、限定されない。

【００３１】本発明の第２実施形態を図４に基づいて以
下に説明する。なお、第２実施形態では第１実施形態と
異なる機能について述べることとし、第１実施形態と実
質的に同一機能を有する部材については同一符号を付し
てある。

【００３２】１はボディで、中心位置には２段に形成さ
れた貫通孔１ａが設けられ、内径の小さい方の貫通孔１
ａの側壁に雌ねじ１ｄを設けてある。２２は圧力導入管
であり、その外周に雄ねじ２２ｄを設けてある。９はＯ
リング９で、貫通孔１ａを外囲して圧力導入管２２の鍔
部２２ｂとボディ１との間に設けられ、雌ねじ１ｄと雄
ねじ２２ｄとのねじ螺合でもって接合部を形成して、貫
通孔１ａの側壁と圧力導入管２２の外周とが気密接合さ
れている。

【００３３】かかる第２実施形態の圧力センサにあって
は、接合部が貫通孔１ａの側壁と圧力導入管２２の外周
とのねじ螺合でもって形成されたから、ボディ１とセン
サエレメント２とを簡単に気密接合できて、さらに新規
に気密接合のための設備を設ける必要がないのでコスト
的にも安価となる。

【００３４】また、Ｏリング９が、貫通孔１ａを外囲し
てボディと圧力導入管２２の鍔部２２ｂとの間に設けら
れたから、ボディ１とセンサエレメント２との気密性が
さらに向上して気体の漏れを防止して、圧力の測定精度
をさらに向上できる。

【００３５】なお、第２実施形態では、Ｏリング９を設
けたが、雌ねじ１ｄと雄ねじ２２ｄとをテーパねじとし
て接合部を形成して、Ｏリング９を設けずに貫通孔１ａ
の側壁と圧力導入管２２の外周とを気密接合してもよ
く、限定されない。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載のものは、圧力センサチッ
プが、基台に固着された圧力導入管の基端部端面に密着
固定され、その圧力導入管の流入孔に流入した気体の圧
力を電気信号に変換して外部端子に出力できる状態、す
なわち、センサエレメントが完成された状態で、ボディ
に設けられた貫通孔の側壁と圧力導入管の外周とを気密
接合したから、圧力センサチップの温度特性が熱容量の
小さいセンサエレメントという単体の状態で前もって計
測されるので、熱容量の大きい金属製のボディを必要と
した従来と比較して計測に必要な温度上昇及び下降時間
が短かくなって、温度特性計測時間を短縮できる。

【００３７】請求項２記載のものは、請求項１記載のも
のの効果に加えて、貫通孔の側壁と圧力導入管の外周と
を気密接合した接合部が貫通孔の他方側からの溶接でも
って形成されたから、溶接持に発生するちりが、貫通孔
の反対側に位置した圧力センサチップに従来のように付
着することがなく、このちりに起因した圧力センサチッ
プの汚れ及び破損を防止することができる。

【００３８】請求項３記載のものは、請求項１記載のも
のの効果に加えて、接合部が貫通孔の側壁と圧力導入管
の外周とのねじ螺合でもって形成されたから、ボディと
センサエレメントとを簡単に気密接合できて、さらに新
規に気密接合のための設備を設ける必要がないのでコス
ト的にも安価となる。

【００３９】請求項４記載のものは、請求項３記載のも
のの効果に加えて、Ｏリングが、貫通孔を外囲してボデ
ィと圧力導入管の鍔部との間に設けられたから、ボディ
とセンサエレメントとの気密性がさらに向上して気体の
漏れを防止して、圧力の測定精度をさらに向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す断面図である。

【図２】同上の斜視図である。

【図３】同上のセンサエレメントの断面図である。

【図４】本発明の第２実施形態を示す部分断面図であ
る。

【図５】従来例を示す断面図である。

【図６】同上の斜視図である。

【符号の説明】 １ ボディ １ａ 貫通孔 １ｄ 雌ねじ １２ 接合部 ２ センサエレメント ２１ 基台 ２２ 圧力導入管 ２２ａ 流入孔 ２２ｂ 鍔部（基端部） ２２ｄ 雄ねじ ２３ 圧力センサチップ ２４ 端子 ９ Ｏリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通孔を設けた金属製のボディと、ボデ
   ィに装着されたセンサエレメントとを備え、センサエレ
   メントは、樹脂製の基台と、測定対象である流体が流入
   する流入孔を有し基端部をその貫通孔の一方側に配して
   基台に固着された金属製の圧力導入管と、圧力導入管の
   基端部端面に密着固定されて流入孔を遮蔽することによ
   って圧力を電気信号に変換する圧力センサチップと、圧
   力センサチップと電気的に接続して基台に固着された端
   子と、を有し、流体の圧力を測定する圧力センサであっ
   て、前記貫通孔の側壁と前記圧力導入管の外周とを気密
   接合した接合部を形成してなることを特徴とする圧力セ
   ンサ。
2. 【請求項２】 前記接合部が、前記ボディの貫通孔の他
   方側からの溶接でもって形成されたことを特徴とする請
   求項１記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記接合部が、前記貫通孔の側壁と前記
   圧力導入管の外周とのねじ螺合でもって形成されたこと
   を特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
4. 【請求項４】 前記圧力導入管がその基端部側に鍔部を
   設けたものであって、Ｏリングが、前記貫通孔を外囲し
   て鍔部と前記ボディとの間に設けられたことを特徴とす
   る請求項３記載の圧力センサ。