JPH11241970A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ケースの大形化を招くことなく、サージ性の
圧力を吸収する。 【解決手段】 ケース主部３の上面部に、蓋４を取付け
てケース２を構成する。ケース主部３の仕切壁部３ａの
下面側に圧力ポート１２に連通する圧力導入室６を形成
する。仕切壁部３ａの凹部３ｂ上に、台座９を介して圧
力センサチップ１０を設ける。圧力センサチップ１０の
ダイヤフラム１０ａの下面側を圧力導入室６に連通さ
せ、その検知回路をボンディングワイヤ１１によりター
ミナル７に接続する。ケース主部３の下面側に、ゴム製
のダイヤフラム１３を設け、仕切壁部３ａとの間に圧力
導入室６を形成する。ダイヤフラム１３を、圧力導入室
６が定格圧力の範囲内であれば変形することはなく、圧
力導入室６内が過大圧力となったときに下方へ膨出する
ように弾性変形する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サージ性の圧力を
吸収することができる圧力センサに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】液体や気体の圧力を検
出するための圧力センサとしては、ケース内に、検出対
象圧力が導入される圧力導入室を設けると共に、その圧
力導入室に導入された圧力を検出する圧力センサチップ
を設けたものがある。前記圧力センサチップは、シリコ
ン基板に薄肉なダイヤフラムを形成すると共に、その上
面部に圧力検知回路を形成して構成され、前記ダイヤフ
ラムに作用する応力に伴う電気抵抗の変化により圧力を
検出するようになっている。

【０００３】ところで、このような圧力センサにあっ
て、検出圧力に、サージ性の圧力（瞬間的に定格の圧力
を越えて突出する圧力）が発生した際に、圧力センサチ
ップのダイヤフラムに過度の応力が作用して変形を招く
虞があり、ひどい場合には破壊に至ることも考えられ
る。そこで、従来では、サージ性の圧力が発生しやすい
液体の圧力の計測に用いるようなものにあっては、前記
圧力導入室に圧力を導く導入路を迷路状に細長く構成し
たり、あるいは、圧力導入室の容積を大きくするといっ
た対策がなされていた。

【０００４】しかしながら、上述のような圧力の導入路
を迷路状に構成するものでは、構造が複雑となると共
に、あまり細長い通路を構成すると、目詰りを起こしや
すいという欠点があった。また、圧力導入室の容積を大
きくするものでは、その分ケースが大きくなり、ひいて
は全体が大形化してしまう問題点があった。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、ケースの大形化を招くことなく、サー
ジ性の圧力を吸収することができる圧力センサを提供す
るにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力センサは、
ケース内に、検出すべき圧力が導入される圧力導入室を
備えると共に、その圧力導入室内の圧力を検出する圧力
センサチップを備えるものにあって、前記圧力導入室
に、サージ性の圧力が導入されたときに弾性変形してそ
の圧力を吸収するためのサージ圧力吸収部を設けたとこ
ろに特徴を有する（請求項１の発明）。

【０００７】これによれば、通常時には、圧力導入室内
の圧力は定格圧力の範囲内であり、その状態では、サー
ジ圧力吸収部が変形することなく、圧力導入室内に導入
された正規の圧力が、圧力センサチップにより検出され
る。そして、圧力導入室内に定格を越えたサージ性の圧
力が導入されると、サージ圧力吸収部が圧力導入室内の
容積を増やす方向に弾性的に変形し、これによりそのサ
ージ性の圧力が吸収されるようになる。このサージ性の
圧力は過渡的なものであり、サージ性の圧力が解消され
るとサージ圧力吸収部が速やかに元に戻り、圧力導入室
内の圧力検出が可能な状態に復帰される。このとき、弾
性変形可能なサージ圧力吸収部を設けるだけの構成で、
構成の複雑化や目詰りを防止し且つケースの大形化も抑
えながらも、サージ性の圧力を吸収することができるよ
うになる。

【０００８】この場合、前記サージ圧力吸収部を、ダイ
ヤフラムから構成すれば（請求項２の発明）、サージ圧
力吸収部を薄形にすることができて効果的となる。ま
た、前記サージ圧力吸収部を、前記ケースの一部を構成
するようにしても良く（請求項３の発明）、これによ
り、一層構成が簡単となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化したいくつ
かの実施例について、図面を参照しながら説明する。 （１）第１の実施例 まず、図１は本発明の第１の実施例に係る圧力センサ１
の構成を示している。ここで、圧力センサ１のケース２
は、例えば合成樹脂製のケース主部３の上面部に、これ
も合成樹脂製の蓋４を取付けて構成される。

【００１０】前記ケース主部３は、ケース２の内部を上
下２室に仕切るような仕切壁部３ａを有しており、これ
にて、ケース２内には、仕切壁部３ａの上面側の前記蓋
４との間に基準圧力室５が設けられると共に、仕切壁部
３ａの下面側に、圧力導入室６が形成されるようになっ
ている。このとき、前記蓋４はケース主部３に対して気
密に固着されるようになっており、前記基準圧力室５内
は、大気圧あるいは所定の圧力に維持されるようになっ
ている。

【００１１】また、前記仕切壁部３ａの上面部のうち右
側部位には、複数本のターミナル７（１本のみ図示）
が、ケース主部３の図で右壁部を貫通して右方に突出す
るようにインサート成形されている。そして、ケース主
部３の図で右壁部には、前記ターミナル７を囲む角筒状
のハウジング部８ａが一体に形成され、もって外部との
接続用のコネクタ部８が設けられている。

【００１２】そして、前記仕切壁部３ａの図で左側部位
には、前記ターミナル７が設けられる部分よりも一段下
がった凹部３ｂが形成され、この凹部３ｂ上に、例えば
ガラス製の台座９を介して圧力センサチップ１０が設け
られている。この圧力センサチップ１０は、周知のよう
に、例えば単結晶シリコン基板から構成され、上面中央
部に薄肉のダイヤフラム１０ａを一体に有すると共に、
その上面部に、例えば４個のピエゾ抵抗素子をブリッジ
接続した検知回路を形成して構成されている。この圧力
センサチップ１０は、台座９上に気密に接合され、その
台座９が凹部３ｂ上に、気密に接着されるようになって
いる。

【００１３】このとき、前記圧力センサチップ１０のダ
イヤフラム１０ａの上面側は前記基準圧力室５に臨み、
ダイヤフラム１０ａの下面側が、前記台座９の貫通孔９
ａ及び凹部３ｂに設けられた透孔３ｃを介して前記圧力
導入室６に連通しており、もって、ダイヤフラム１０ａ
が基準圧力室５と圧力導入室６との間の圧力差により歪
むことに基づき、圧力導入室６の圧力が検出されるよう
になっている。前記圧力センサチップ１０の検知回路
は、ボンディングワイヤ１１により前記ターミナル７に
接続され、信号が外部に取出されるようになっている。

【００１４】さて、前記圧力導入室６部分について述べ
る。前記ケース主部３の図で左側壁部には、圧力ポート
１２が一体形成されている。この圧力ポート１２は、左
方に若干量突出する管状をなし、その中空部が圧力導入
室６に連通する圧力導入路１２ａとされる。図示はしな
いが、この圧力ポート１２には、圧力測定対象が例えば
フレキシブルなチューブ等を介して接続され、その圧力
が導入されるようになっている。

【００１５】そして、前記ケース主部３の下面側には、
例えばゴム製のダイヤフラム１３が、その開口部を塞ぐ
ようにして設けられ、サージ圧力吸収部を構成するよう
になっている。この場合、ダイヤフラム１３は、その周
縁部が、ケース主部３の仕切壁部３ａの下側に位置する
周壁部のうち下面開口部よりもやや上部に形成された段
部３ｄに宛がわれるようにして、ダイヤフラム押え１４
により気密状態に固定されるようになっている。これに
て、ダイヤフラム１３と仕切壁部３ａとの間に圧力導入
室６が形成されるのである。

【００１６】このとき、前記ダイヤフラム１３は、圧力
導入室６が定格圧力の範囲内（圧力センサチップ１０の
検出領域内）であれば、変形することはなく、圧力導入
室６内が定格圧力を越えた過大圧力となったときに、そ
の圧力により下方へ膨出するように弾性変形する構成と
されている。また、ここでは、ダイヤフラム１３が、ケ
ース２の外壁の一部である底壁部を構成するようになっ
ている。

【００１７】上記構成においては、圧力ポート１２に接
続された圧力測定対象の圧力が、圧力導入路１２ａから
圧力導入室６に導入され、その圧力が圧力センサチップ
１０により検出されるのであるが、このとき、圧力導入
室６内の圧力が定格圧力の範囲内である通常時において
は、ダイヤフラム１３が変形することなく、圧力導入室
６内に導入された正規の圧力が、圧力センサチップ１０
により検出されるようになる。

【００１８】これに対し、サージ性の圧力が生じて圧力
導入室６内に定格を越えた圧力が導入されると、圧力導
入室６の底壁部を構成するダイヤフラム１３が、圧力導
入室６内の容積を増やす方向である下方に膨出するよう
に弾性的に変形するようになる。これにて、そのサージ
性の圧力が吸収されるようになり、圧力センサチップ１
０のダイヤフラム１０ａに過剰な圧力が作用することが
なくなるのである。このサージ性の圧力は過渡的なもの
であり、サージ性の圧力が解消されるとダイヤフラム１
３が速やかに元の状態に戻り、圧力センサチップ１０に
よる圧力導入室６内の圧力検出が可能な状態に復帰され
る。

【００１９】従って、本実施例によれば、圧力導入室６
に設けられたダイヤフラム１３によってサージ性の圧力
を吸収することができ、圧力センサチップ１０の変形や
破壊を未然に防止することができる。そしてこのとき、
従来のような圧力の導入路を迷路状に構成したり、圧力
導入室の容積を大きくするものと異なり、弾性変形可能
なダイヤフラム１３を設けるだけの簡単な構成でサージ
性の圧力を吸収することができ、構成が複雑化したり圧
力導入路１２ａが目詰りしたりすることがなく、ケース
２の大形化を招くこともないのである。

【００２０】また、特に本実施例では、サージ圧力吸収
部としてダイヤフラム１３を採用したので、サージ圧力
吸収部を薄形に構成することができ、さらには、そのダ
イヤフラム１３がケース２の一部を構成する形態とした
ので、一層の小形化や構成の簡単化を図ることができる
ものである。

【００２１】（２）第２の実施例 次に、図２を参照して、本発明の第２の実施例について
述べる。尚、説明の重複を避けるため、上記第１の実施
例と同一部分については、同一符号を付して詳しい説明
を省略することとする。

【００２２】図２は、本実施例に係る圧力センサ２１の
構成を示しており、この圧力センサ２１のケース２２
は、例えば合成樹脂製のケース主部２３の上面部に、合
成樹脂製の蓋２４を気密状態に取付けて構成される。前
記ケース主部２３の内部（上面）には、台座９を介して
圧力センサチップ１０が設けられており、その検知回路
がボンディングワイヤ１１によりターミナル７に接続さ
れている。ケース主部２３の図で右壁部には、コネクタ
部８が設けられている。

【００２３】このとき、圧力センサチップ１０のダイヤ
フラム１０ａの下面側が、前記台座９の貫通孔９ａ及び
ケース主部２３に設けられた透孔２３ａを介して例えば
大気と連通されるようになっている。そして、ケース主
部２３の上面側（圧力センサチップ１０の上面側）に
は、前記蓋２４との間に圧力導入室２５が設けられるよ
うなっている。尚、ケース主部２３の上面部は、前記圧
力センサチップ１０やボンディングワイヤ１１等を含む
全体がシリコンゲル２６により覆われ、耐湿性が確保さ
れるようになっている。

【００２４】さて、前記蓋２４は、図で左側壁部に、前
記圧力導入室２５に連通する圧力導入路２７ａを有した
圧力ポート２７を一体に形成して構成される。そして、
蓋２４の上壁部には、サージ圧力吸収部たるダイヤフラ
ム２８が設けられている。この場合、ダイヤフラム２８
は、蓋２４の中央部分を薄肉に形成することにより、蓋
２４に一体に形成されており、やはり圧力導入室２５が
定格圧力の範囲内であれば変形することはなく、圧力導
入室２５内にサージ圧力が導入されたときに、その圧力
により上方へ膨出するように弾性変形する構成とされて
いる。

【００２５】このような構成によれば、上記第１の実施
例と同様に、圧力導入室２５内に定格を越えたサージ性
の圧力が導入されると、ダイヤフラム２８が圧力導入室
２５内の容積を増やす方向に弾性的に変形し、これによ
りそのサージ性の圧力が吸収されるようになり、もって
圧力センサチップ１０の変形や破壊が未然に防止される
ようになる。従って、本実施例によれば、ケース２２の
大形化，複雑化を招くことなく、弾性変形可能なダイヤ
フラム２８を設けるだけの簡単な構成でサージ性の圧力
を吸収することができる。そして、特に本実施例では、
ダイヤフラム２８を蓋２４に一体に形成したので、より
一層の小形化や構成の簡単化を図ることができるもので
ある。

【００２６】（３）第３の実施例 図３は、本発明の第３の実施例に係る、高圧向けの圧力
センサ３１の構成を示している。この圧力センサ３１の
ケース３２は、金属製のハウジング３３と、合成樹脂製
の上ケース３４とを接合して構成される。前記ハウジン
グ３３は、上面が開口した円筒容器状をなすと共に、そ
の底部中心部から下方に突出する圧力ポート３５を一体
に有している。圧力ポート３５は、圧力導入路３５ａを
有し、ハウジング３３内の底部には、その圧力導入路３
５ａに連通する圧力導入室３６が設けられるようになっ
ている。

【００２７】そして、前記ハウジング３３内には、例え
ばゴム製のダイヤフラム板３７が収容，固定されると共
に、その上面に重なるようにターミナルアッセンブリ３
８が収容，固定されている。前記ダイヤフラム板３７
は、円板状をなすと共にその中心部及び外周部が厚肉状
に構成され、それらの中間のリング状領域は、上面側が
凹状とされた薄肉なサージ圧力吸収部３９とされてい
る。このダイヤフラム板３７の上面中心部に、台座９を
介して圧力センサチップ１０が設けられ、ダイヤフラム
板３７の中心には、その圧力センサチップ１０の下面側
に連通する透孔３７ａが形成されている。

【００２８】このダイヤフラム板３７は、その外周縁部
が、ハウジング３３の内下部に形成された段部３３ａ上
に載置された状態で設けられている。また、このとき、
ハウジング３３の内底部の外周部にはＯリング４０が設
けられ、ダイヤフラム板３７との間のシールが図られる
ようになっている。これにて、ダイヤフラム板３７とハ
ウジング３３の内底部との間に前記圧力導入室３６が形
成され、前記圧力センサチップ１０により圧力導入室３
６の圧力が検出されるようになっている。

【００２９】前記ターミナルアッセンブリ３８は、中央
の開口部に前記圧力センサチップ１０及び台座９が配置
されるようなリング状をなし、前記圧力センサチップ１
０の検知回路がボンディングワイヤ１１により接続され
るターミナル４１を有して構成されている。このとき、
ターミナルアッセンブリ３８の下面側と前記ダイヤフラ
ム板３７との間には、前記サージ圧力吸収部３９の上方
への弾性変形を可能とする隙間が形成される。前記サー
ジ圧力吸収部３９は、圧力導入室３６が定格圧力の範囲
内であれば変形することはなく、圧力導入室３６内が定
格圧力を越えた過大圧力となったときに、その圧力によ
り上方へ膨出するように弾性変形する構成とされてい
る。また、前記圧力センサチップ１０及び台座９の周囲
及び上部にも、隙間が形成されるようになっている。

【００３０】前記上ケース３４は、ハウジング３３の上
部開口部に嵌り込むような円形蓋状をなすと共に、前記
ターミナル４１が導出されるコネクタ部４２を一体的に
有して構成されている。この上ケース３４はハウジング
３３に対してかしめ固定されており、このとき、その外
周部にはＯリング４３が設けられ、ハウジング３３の内
壁部との間にシールが図られるようになっている。

【００３１】上記構成においては、上記第１，第２の実
施例と同様に、圧力導入室３６内に定格を越えたサージ
性の圧力が導入されると、ダイヤフラム板３７のサージ
圧力吸収部３９が圧力導入室３６内の容積を増やす方向
に弾性的に変形し、これによりそのサージ性の圧力が吸
収されるようになり、もって圧力センサチップ１０の変
形や破壊が未然に防止されるようになる。従って、本実
施例によれば、ケース３２の大形化，複雑化を招くこと
なく、簡単な構成でサージ性の圧力を吸収することがで
きるものである。

【００３２】尚、本発明は上記した各実施例に限定され
るものではなく、例えばダイヤフラムの材質としてはメ
タル等であっても良く、また、サージ圧力吸収部として
はダイヤフラムに限らずベローズ状等であっても良いな
ど、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す圧力センサの縦断
面図

【図２】本発明の第２の実施例を示す圧力センサの縦断
面図

【図３】本発明の第３の実施例を示す圧力センサの縦断
面図

【符号の説明】 図面中、１，２１，３１は圧力センサ、２，２２，３２
はケース、３，２３はケース主部、４，２４は蓋、６，
２５，３６は圧力導入室、９は台座、１０は圧力センサ
チップ、１２，２７，３５は圧力ポート、１２ａ，２７
ａ，３５は圧力導入路、１３，２８はダイヤフラム（サ
ージ圧力吸収部）、３３はハウジング、３７はダイヤフ
ラム板、３９はサージ圧力吸収部を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケース内に、検出すべき圧力が導入され
   る圧力導入室を備えると共に、その圧力導入室内の圧力
   を検出する圧力センサチップを備えるものにおいて、 前記圧力導入室に、サージ性の圧力が導入されたときに
   弾性変形してその圧力を吸収するためのサージ圧力吸収
   部を設けたことを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記サージ圧力吸収部は、ダイヤフラム
   から構成される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】 前記サージ圧力吸収部は、前記ケースの
   一部を構成することを特徴とする請求項１又は２記載の
   圧力センサ。