JPH1130561A - 圧力検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱膨張係数の差による測定誤差を発生させ
ず、かつハーメチックシール部の気密性を良好に確保で
きる圧力検出器を提供する。 【解決手段】 金属製ケース１２は筒状形状からなる。
載置部１２ｃはケース１２の一方の端部に内側方向に向
かって延長形成される。金属製ダイアフラム９はケース
１２の他方の端部に配設される。金属製ベース板１３は
載置部１２ｃ上に溶接により配設され、両端部に載置部
１２ｃに対応するフランジ部１３ａを形成する。圧力セ
ンサチップ４はダイアフラム９に対向するようにベース
板１３上に配設される。リードピン６は圧力センサチッ
プ４と電気的に接続し、封着用ガラス５によりベース板
１３に気密封止される。シリコンオイル（注入部材）８
はケース１２及びベース板１３で構成される空間部内に
注入される。溝部１２ｄはケース１２の載置部１２ｃと
ベース板１３のフランジ部１３ａとの接合部近傍の載置
部１２ｃの一部に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体や液体等の流
体の圧力を金属製ダイアフラムからシリコンオイル等の
媒体を介し圧力センサチップのダイアフラムに伝達す
る、所謂２重ダイアフラム式の圧力検出器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、微少な圧力を検出する場合に、
ピエゾ抵抗素子が形成されたダイアフラムを有するシリ
コン圧力チップをガラス台座上に配設した半導体式圧力
センサチップが多く用いられている。この圧力センサチ
ップが用いられた圧力検出器に液体等の流体圧力を印加
する場合は、特開平５−１７２６７０号公報に開示さ
れ、図５に示すような構造の圧力検出器が知られてい
る。

【０００３】かかる圧力検出器は、凹部形状のＳＵＳ３
０４等からなる金属製ケース１の底面に、ガラス台座２
上にシリコン圧力チップ３が陽極接合により固着された
圧力センサチップ４がエポキシ系接着剤を介し配設され
ている。そして、圧力センサチップ４は、シリコン圧力
チップ３上に形成される電極部と、ケース１の圧力セン
サチップ４の配設箇所近傍に封着用ガラス５により気密
的に固着されたリードピン６とが金等の接続部材７によ
りワイヤボンディングされている。また、ケース１内に
はシリコンオイル８が充填され、ステンレス製のダイア
フラム９によりケース１の開口部を塞いでいる。

【０００４】このような構成の圧力検出器は、液体等の
圧力をダイアフラム９で受けると、シリコンオイル８を
媒体として圧力センサチップ４に圧力を印加する構造で
ある。

【０００５】かかる構造の圧力検出器は、圧力センサチ
ップ４のガラス台座２とケース１との間の熱膨張係数の
差によって発生する応力歪みが、ガラス台座２からシリ
コン圧力チップ３に伝わってしまうことから、前記歪み
により測定誤差が発生して圧力測定の精度が悪くなって
しまうという問題点を有している。

【０００６】このような問題点を解決するものとして、
図６に示すような圧力検出器が提案されている。この圧
力検出器は、筒状のＳＵＳ３０４等からなる金属製ケー
ス１０と、圧力センサチップ４を配設し、ガラス台座２
及びハーメチックシールを行う封着用ガラス５に熱膨張
係数が略等しいコバール等の材料からなる金属ベース板
１１とから構成し、ケース１０の下端部にベース板１１
をプロジェクション溶接することにより有底状のケース
を得るものである。前述した構成を用いることにより、
前記ケースとガラス台座２との熱膨張係数の差によって
発生する応力歪みが圧力測定時の誤差となって発生する
ことを防ぐものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た構成を用いた場合、圧力センサチップ４の測定誤差の
発生は防げるものの、圧力検出器の使用環境の温度変化
やケース１０とベース板１１とを溶接する場合に発生す
る熱等から、ケース１０とベース板１１との熱膨張係数
の差によって応力歪みが発生し、この歪みがケース１０
の近傍に位置するリードピン６を封着する封着用ガラス
５に作用することになるため、ハーメチックシール部の
割れ，クラック等が発生しオイル漏れが発生することか
ら圧力センサチップを収納する収納部内（ケース内）の
気密性を確保できないという問題点がある。

【０００８】そこで、本発明は前記問題点に着目し、熱
膨張係数の差による測定誤差を発生させず、かつハーメ
チックシール部の気密性を良好に確保できる圧力検出器
を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属製ベース
板上に配設される圧力センサチップと、前記圧力センサ
チップと電気的に接続されるリードピンと、前記リード
ピンを前記ベース板に気密的に封止する封着用ガラス
と、前記ベース板に固着され、前記圧力センサチップを
収納する収納部を形成する筒状の金属製ケースと、前記
ケースの開口部に前記圧力センサチップに対向するよう
に配設する金属製ダイアフラムと、前記収納部内に注入
される注入部材と、前記ケース及び前記ベース板の少な
くとも一方の接合部近傍に形成される溝部と、から構成
されるものである。

【００１０】また、筒状の金属製ケースと、前記ケース
の一方の端部に配設される金属製ダイアフラムと、前記
ケースの内側に形成される載置部と、前記載置部上に配
設される金属製ベース板と、前記ダイアフラムに対向す
るように前記ベース板上に配設される圧力センサチップ
と、前記圧力センサチップと電気的に接続されるリード
ピンと、前記ベース板に前記リードピンを気密的に封止
する封着用ガラスと、前記ケース及び前記ベース板で形
成される収納部内に注入される注入部材と、前記載置部
及び前記ベース板の少なくとも一方の接合部近傍に形成
される溝部と、から構成されるものである。

【００１１】また、前記溝部は、前記ケースと前記ベー
ス板との熱膨張差により発生する応力歪みを緩和する応
力吸収部である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の圧力検出器は、気体や液
体等の流体の圧力を金属製ダイアフラムからシリコンオ
イル等の媒体を介し圧力センサチップのダイアフラムに
伝達する、所謂２重ダイアフラム式の圧力検出器に関す
るものである。かかる圧力検出器は、筒状の金属製ケー
ス１２と、ケース１２の一方の端部に配設される金属製
ダイアフラム９と、ケース１２の内側に延長形成される
載置部１２ｃと、載置部１２ｃ上に配設され、両端部に
載置部１２ｃに対応するフランジ部１３ａを形成する金
属製ベース板１３と、ダイアフラム９に対向するように
ベース板１３上に配設される圧力センサチップ４と、圧
力センサチップ４と電気的に接続し、封着用ガラス５に
よりベース板１３の取付孔１３ｅに気密的に封止される
リードピン６と、ケース１２及びベース板１３で形成さ
れる収納部内に注入されるシリコンオイル（注入部材）
８と、ケース１２の載置部１２ｃ及びベース板１３のフ
ランジ部１３ａの接合部近傍の載置部１２ｃの一部に形
成される溝部１２ｄと、から構成されるものであり、溝
部１２ｄは、ケース１２とベース板１３との熱膨張差に
より発生する応力歪みを緩和する応力吸収部であること
から、封着用ガラス５に与える応力を緩和し、封着用ガ
ラス５の割れやクラック等の発生を防止できることか
ら、オイル漏れのない機密性の良好な圧力検出器が得ら
れる。

【００１３】また、溝部１２ｄは、前記歪みが圧力セン
サチップ４に伝わることを抑制でるため、正確な圧力を
検出することができるとともに、圧力センサチップ４の
ガラス台座２を従来よりも低く形成できるため、小型化
可能な圧力検出器を提供することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の圧力検出器を添付図面に記載
した実施例に基づき説明するが、従来例と同一もしくは
相当箇所には同一符号を付してその詳細な説明は省く。

【００１５】図１は本発明の実施例を示す圧力検出器の
外観図、図２は前記圧力検出器の要部断面図、図３は前
記圧力検出器のケースの要部断面図、図４は前記圧力検
出器のベース板の要部断面図である。である。

【００１６】図１から図４において、本実施例における
圧力検出器は、ケース１２と、ベース板１３と、圧力セ
ンサチップ４と、リードピン６と、ダイアフラム９と、
スペーサ１４と、シリコンオイル（注入部材）８と、ジ
ョイント１５と、回路基板１６とから構成されている。

【００１７】ケース１２は、略円筒形状のＳＵＳ３１６
Ｌ等の金属材料からなるもので、後で詳述する回路基板
１６の取り付け側の第１の開口部１２ａに対し、ダイア
フラム９の取り付け側の第２の開口部（一方の端部）１
２ｂが径小となるように形成されている。また、第２の
開口部１２ｂ側のケース１２内には、後で詳述するベー
ス板１３を配設するための円周状の載置部１２ｃが形成
され、この載置部１２ｃの外周方向の一部には、後で詳
述する作用効果が得られる溝部１２ｄがケース１２の全
周に渡って形成されている。これらの各部は、切削等の
手段により形成されるものであるが、前記各部によりケ
ース１２の断面形状が略Ｌ字状になっている。

【００１８】ベース板１３は、略円状からなり、圧力セ
ンサチップ４のガラス台座２及び封着用ガラス５に熱膨
張係数が略等しいコバール等の金属材料が用いられてい
る。ベース板１３の外周端部全周には、ケース１２の載
置部１２ｃに対応するフランジ部１３ａが形成されてい
る。また、ベース板１３の表面の略中央には、凹部１３
ｂが形成され、この凹部１３ｂの底面には、大気圧を導
入するための貫通孔１３ｃが形成されいる。そして、凹
部１３ｂの底面には、貫通孔１３ｃとセンサチップ４と
が対向するように、エポキシ系接着剤１７を介し配設固
定されている。

【００１９】また、ベース板１３のフランジ部１３ａの
近傍には、シリコンオイル８注入用のオイル注入孔１３
ｄと、リードピン６を配設固定させるための複数の取付
孔１３ｅとが形成されている。

【００２０】圧力センサチップ４は、ガラス台座２上に
ダイアフラムを有するシリコン圧力チップが陽極接合さ
れている。ガラス台座２には、前述したようにベース板
１３の貫通孔１３ｃに対応する大気圧導入路２ａが形成
されている。この圧力センサチップ４は、ベース板１３
の貫通孔１３ｃと、ガラス台座２に形成される大気圧導
入路２ａとが対向するように、かつガラス台座２が貫通
孔１３ｃを覆うようにエポキシ系接着剤１７を介しベー
ス板１３の凹部１３ｂに配設固定される。

【００２１】リードピン６は、コバール等の金属材料に
金メッキが施され、圧力センサチップ４の図示しない電
極に金線等の接続部材７によりワイヤボンディングさ
れ、圧力センサチップ４への電源入力及び圧力に応じた
検出信号の出力を行うものである。また各リードピン６
は、ベース板１３の各取付孔１３ｅに封着用ガラス５を
用いてハーメチックシールされ、気密的に保持されるも
のである。

【００２２】ダイアフラム９は、厚さ２０〜３０μｍ程
度のＳＵＳ３１６等の金属材料からなり、例えば、流体
の圧力を受け、シリコンオイル８に圧力を伝えるもであ
る。また、このダイアフラム９は、ケース１２の第２の
開口部１２ｂ側の上端部と、後で詳述するジョイント１
４の下端部との間に挟持されるものである。

【００２３】スペーサ１４は、セラミック材料からなる
もので、ケース１２とベース板１３とで形成される収納
部へのシリコンオイル８の注入量を調整するものであ
り、ベース板１３上に配設される。

【００２４】ジョイント１５は、ＳＵＳ３１６Ｌ等の金
属製材料からなるもので、例えば水道管等に圧力検出器
を取り付けるための補助器具である。ジョイント１５の
略中央には、水等の流体を導入するための導入路１５ａ
が形成され、ダイアフラム９との対向面には、ダイアフ
ラム９の全体に前記流体の圧力が加わるように凹溝１５
ｂが形成されている。このジョイント１５は、ジョイン
ト１５とケース１２との各接合面にダイアフラム９を挟
持した状態で、ケース１２との接合部全周を溶接するこ
とにより固定配置される。

【００２５】回路基板１６は、図示しない印刷抵抗が形
成され、レーザートリミング等により前記抵抗の抵抗値
調整を行うことで、圧力センサチップ４の温度補償用回
路が構成されている。また、回路基板１６は、ベース板
１３に封着用ガラス５により固着されたリードピン６に
半田等により配設固定される。

【００２６】以上の各部により圧力検出器が構成され
る。この圧力検出器の組み付け方法にあっては、圧力セ
ンサチップ４及び各リードピン６が固着され、圧力セン
サチップ４と各リードピン６とが接続部材７によりワイ
ヤボンディングされた状態のベース板１３を、ケース１
２の載置部１２ｃとベース板１３のフランジ部１３ａと
が対向するように配設し、両部材１２，１３をプロジェ
クション溶接させた後、ケース１２とベース板１３とで
形成される収納部にスペーサ１４を配設し、この収納部
を塞ぐためダイアフラム９をケース１２の上端部に配設
し、このダイアフラム９にジョイント１５の凹溝１５ｂ
が対向するようにジョイント１５をケース１２上に配設
し、ジョイント１５とケース１２との各接合部全周を溶
接する。そして、ベース板１３に設けられたオイル注入
孔１３ｄからシリコンオイル８を注入し、その後、ＳＵ
Ｓ３０４等の金属材料からなる封止球１８をオイル注入
孔１３ｄに配設し、封止球１８をオイル注入孔１３ｄに
溶接することにより圧力検出器が完成する。

【００２７】上述した圧力検出器は、前記流体をジョイ
ント１５の導入路１５ａに取り入れ、前記流体の圧力を
ダイアフラム９で受けると、シリコンオイル８を媒体と
して圧力センサチップ４に圧力を印加する構造である。

【００２８】かかる構成の圧力検出器は、ケース１２の
載置部１２ｃとベース板１３のフランジ部１３ａとの接
合部近傍に溝部１２ｄを設けることに特徴を有するもの
である。即ち、圧力検出器の使用環境の温度変化やベー
ス板１３のフランジ部１３ａとケース１２の載置部１２
ｃとを溶接する場合に発生する熱等から、ケース１２及
びベース板１３に熱膨張による伸縮作用が発生する。ケ
ース１２の材料（ＳＵＳ３１６Ｌ）に対しベース板１３
の材料（コバール）が熱膨張係数が大きいため、ベース
板１３が周囲方向へ引っ張られることになるが、前記伸
縮作用により発生する応力歪みが溝部１２ｄにより吸収
されることになるため、封着用ガラス５に与える応力を
緩和し、封着用ガラス５の割れやクラック等の発生を防
止できることから、オイル漏れのない気密性の良好な圧
力検出器が得られる。

【００２９】また、溝部１２ｄは、前記歪みが圧力セン
サチップ４に伝わることを抑制でるため、正確な圧力が
検出することができるとともに、圧力センサチップ４の
ガラス台座２を従来よりも低く形成できるため、小型化
可能な圧力検出器を提供することができる。

【００３０】尚、本実施例では、ケース１２（載置部１
２ｃの一部）に応力緩和のための溝部１２ｄを形成する
ようにしたが、本発明にあっては、ベース板１３及びケ
ース１２の接合部近傍のベース板１３側に溝部を設けた
り、あるいは、ベース板１３及びケース１２の接合部近
傍の両部材１３，１２に溝部を設け、前記応力歪みを吸
収するようにしても良い。

【００３１】また、本実施例では、ケース１２とベース
板１３とで構成される空間部にスペーサ１４を配設する
タイプの圧力検出器を例に挙げて説明したが、例えば、
従来例で示したような圧力検出器でもよく、本発明は本
実施例に限定されるものではない。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、金属製ベース板上に配設され
る圧力センサチップと、前記圧力センサチップと電気的
に接続されるリードピンと、前記リードピンを前記ベー
ス板に気密的に封止する封着用ガラスと、前記ベース板
に固着され、前記圧力センサチップを収納する収納部を
形成する筒状の金属製ケースと、前記ケースの開口部に
前記圧力センサチップに対向するように配設する金属製
ダイアフラムと、前記収納部内に注入される注入部材
と、前記ケース及び前記ベース板の少なくとも一方の接
合部近傍に形成される溝部と、から構成されるものであ
り、また、筒状の金属製ケースと、前記ケースの一方の
端部に配設される金属製ダイアフラムと、前記ケースの
内側に形成される載置部と、前記載置部上に配設される
金属製ベース板と、前記ダイアフラムに対向するように
前記ベース板上に配設される圧力センサチップと、前記
圧力センサチップと電気的に接続されるリードピンと、
前記ベース板に前記リードピンを気密的に封止する封着
用ガラスと、前記ケース及び前記ベース板で形成される
収納部内に注入される注入部材と、前記載置部及び前記
ベース板の少なくとも一方の接合部近傍に形成される溝
部と、から構成されるものであり、前記溝部は、前記ケ
ースと前記ベース板との熱膨張差により発生する応力歪
みを緩和する応力吸収部となるため、前記封着用ガラス
に与える応力を前記溝部で吸収するため、前記封着用ガ
ラスの割れやクラック等の発生を防止できることから、
オイル漏れのない気密性の良好な圧力検出器が得られ
る。

【００３３】また、前記溝部は、前記歪みが前記圧力セ
ンサチップに伝わることを抑制するため正確な圧力を検
出するとともに、前記圧力センサチップのガラス台座を
従来よりも低く形成できるため、小型化可能な圧力検出
器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の圧力検出器の外観を示す平面
図。

【図２】同上圧力検出器の要部断面図。

【図３】同上圧力検出器のケースの要部断面図。

【図４】同上圧力検出器のベース板の要部断面図。

【図５】従来の圧力検出器を示す要部断面図。

【図６】従来の他の圧力検出器を示す要部断面図。

【符号の説明】

４ 圧力センサチップ ５ 封着用ガラス ６ リードピン ８ シリコンオイル（注入部材） ９ ダイアフラム １２ ケース １２ｂ 第２の開口部 １２ｃ 載置部 １２ｄ 溝部 １３ ベース板 １３ａ フランジ部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製ベース板上に配設される圧力セン
   サチップと、前記圧力センサチップと電気的に接続され
   るリードピンと、前記リードピンを前記ベース板に気密
   的に封止する封着用ガラスと、前記ベース板に固着さ
   れ、前記圧力センサチップを収納する収納部を形成する
   筒状の金属製ケースと、前記ケースの開口部に前記圧力
   センサチップに対向するように配設する金属製ダイアフ
   ラムと、前記収納部内に注入される注入部材と、前記ケ
   ース及び前記ベース板の少なくとも一方の接合部近傍に
   形成される溝部と、から構成されることを特徴とする圧
   力検出器。
2. 【請求項２】 筒状の金属製ケースと、前記ケースの一
   方の端部に配設される金属製ダイアフラムと、前記ケー
   スの内側に形成される載置部と、前記載置部上に配設さ
   れる金属製ベース板と、前記ダイアフラムに対向するよ
   うに前記ベース板上に配設される圧力センサチップと、
   前記圧力センサチップと電気的に接続されるリードピン
   と、前記ベース板に前記リードピンを気密的に封止する
   封着用ガラスと、前記ケース及び前記ベース板で形成さ
   れる収納部内に注入される注入部材と、前記載置部及び
   前記ベース板の少なくとも一方の接合部近傍に形成され
   る溝部と、から構成されることを特徴とする圧力検出
   器。
3. 【請求項３】 前記溝部は、前記ケースと前記ベース板
   との熱膨張差により発生する応力歪みを緩和する応力吸
   収部であることを特徴とする請求項１もしくは請求項２
   に記載の圧力検出器。