JPS6111625A - 液封型圧力センサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発゛明は、比較的圧力の高い油圧機器や工業計測など
の分野で使用するのに適した液封塵圧力センサに係シ、
特に圧力検出素子として半導体装置検出素子を用いた圧
力センサに関する。

〔発明の背景〕

流体の圧力を検出し、それを表わす電気信号を発生する
センサ、いわゆる圧力センサとしては、従来から種々の
検出原理のものが知られているが、近年にいたーリ、シ
リコン単結晶の上にピエゾ抵抗素子を形成してなる、い
わゆる半導体圧力検出素子が広く使用されるようになっ
てきた。

ところで、この半導体圧力検出素子を用いた圧力センサ
には、この素子の劣化に伴なう問題点を除くため、シリ
コンオイルなど適尚な液体中に検出素子を封入した状態
で使用する、いわゆる液封塵圧力センサとして構成され
たものが知られており、その−例を第２図に示す。

との第２図において、１はシリコン板の上にピエゾ抵抗
素子２を形成して作られた圧力検出素子で、はうけい酸
ガラスなどの絶縁勅で作られている台３の上に気密に接
着されている。

この台３はセンサ室４を構成するセンサボディ５に気密
に固着され、検出素子１の下側音大気中などに連通させ
るための連通孔６や、検出素子１から′リード線７で取
り出される信号を外部に取り出すためのハーメチック端
子８が設けられている。

９はシールダイアフラムで、その周辺部９ａがボディ５
に溶接などによって固着され、検出素子１を覆ってセン
サ室４を区画している。

ボディ５にはセンサ室４を外部に連通させるための孔ｌ
Ｏが設けられておシ、検出素子１やシールダイアフラム
９を取付けたあと、この孔１０によってセンサ室４内°
を真空脱気し−その後、シリコンオイルなどの液体をこ
の孔ｌＯからセンサ室１０の中に棲入充填し、孔１０に
栓１１に打込んで封止する。

一方、センサボディ５にはＯリングなどの気密リングパ
ツキング１２を介して７ランジ１３がネジ１４などによ
って組付けられ、圧力センサとして完成される。

こうして作られた圧力センサには、フランジ°１３に設
けられている孔１５から被測定圧力が、その圧力導入室
１６の中に導入され、この結果、圧力検出素子１はシー
ルダイアフラム９とセンサ室４内に密封されているシリ
コンオイルを介して被測定圧力を受け、それに応じた電
気信号を端子８に発生し、圧力センサとして動作するこ
とになる。

そして、この液封塵圧力センサによれば、検出素子１の
検出面がシリコンオイルなどの安定な液体によって封じ
込められているため、被測定圧力をもたらす液体などに
よる劣化の虞れがなく、耐環境性に富み、高い信頼性を
与えることができる。

ところで、このような液封塵圧力センサでは、そのセン
サ室４の中に封入しであるシリコンオイルなどの液体が
外部に漏れると圧力が正確に測定できなくなシ、遂には
圧力センサとしての機能を失ってしまう。

一方、このような圧力センサでは、センサ室４内の液体
に被測定圧力がそのまま与えられ、その圧力は油圧機器
などでは数百気圧にも達する場合も少くない。

しかして、この第２図に示すような圧力センサでは、被
測定圧力がそのまま孔１０に打込んである栓１１に加え
られるため、センサボディ５に対する栓１１の固着を充
分に行なわない唸と、この栓１１０部分で液漏れを生じ
る處れがある。

従って、この従来の液封塵圧力センサでは、液封後、こ
の栓１１の固着を、例えば溶接などによ　、シ充分に行
なう必要があり、このため製造工程が複雑になってコス
トアップになシ易いという欠点があった。

なお、この第２図に示すような液封塵圧力センサに関連
するものとしては、例えば米国特許第４３４２２３１号
などを挙けることができる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、液封
後における液封入孔の閉塞工程を要せず、ローコストで
高い信頼性を得ることができるようにした液封塵圧力セ
ンサを提供すると共に、このような液封塵圧力センサを
効率よく得ることができるようにした圧力センサの製造
方法を提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、シールダイアフラ
ムの取付けによシ液封用′液体の封入が完了されるよう
にした点ヲＩ￥ｊ徴とし”、さらに、このようなシール
ダイアプラムの取付けを液封用液体の中にシールダイア
フラムとセンサボディが浸漬された状態のもとで行なう
ようにした点を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による液封塵圧力センサとその製造方法に
ついて、図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明による液封塵圧力センサの一実施例で、
この第１図において、２０は押え板であシ、その他は第
２図の従来例と同じである。

この第１図の実施例が第２図の従来例と異なる点は、予
じめセンサボディ５にシールダイアフラム９を取付けて
おき、その後でセンサ室４の中に液体を注入するのでは
なく、まず、センサボディ５のセンサ室４となる部分に
液体を満たしておき、その後でセンサボディ５にシール
ダイアフラム９を取付けるようにしである点で％このた
め、押え板２０を用いてシールダイ７７ラム９を取付け
るようになっており、従来例に７おける液体注入用の孔
１０は設けられていない。なお、圧力導入室１６とシー
ルダイアフラＡ９との間は押、え板２０に設けられてい
る孔２０ａによって連通されている。

第３図は押え板２０によるシールダイアフラム９のセン
サボディ５に対する取付は方法の一実施例を示したもの
で、５ａはセンサボディ５の円筒状をした内周面にその
局方向に連続して形成されている周状突起、２０ｂは押
え板２０にリング状に形成されたくぼみであり、シール
ダイアフラム９と押え板２０を第１図に示すようにセン
サボディ５の所定位置にセットしたあと、リング状のポ
ンチなど適当な工具で押え板２０を押し、くほみ２０ｂ
を形成させ、これＫよ）押え板２０の周辺部をセンサボ
ディ５の突起５ａを有する部分に喰い込ませ、これらの
塑性変形（メタル７０−）によシ押え板２０がシールダ
イア７うλ９の周辺部９ａをセンサボディ５に押し付け
た状態で押え板２０が取付けられるようにしている。

従って、この第１図の実施例によれば、センサ室４を外
部に連通する、例えば第２図における孔１０のような部
分が全く存在しないから、圧力検出動作中にセンサ室４
内が高圧になっても液漏れの虞れは本質的に生ぜず、高
い信頼性を与えることができる上、液封後の封止工程が
不要でコストアップの虞れをなくすことができる。なお
、この実施例においても、圧力導入室１６内の圧力がど
のように変化してもシールダイアフラム９０両面間には
僅かな圧力しか働かないから、シールダイアフラム９の
センサボディ５に対する取付部で液漏れが生じる虞れは
ほとんどない。

次に、本発明による圧力センサの製造方法の一実施例を
第４図で説明する。

この第４図において、３０は液封容器、３１は蓋、３２
はバッキング、３３は治具、８４は真空引き用のパイプ
、３５はタンク、３６はバルブ、３７はホルダ、３８は
ピンであシ、その他は第１図の実施例と同じである。

次に、この実施例による製造工程について説明す名と、
まず、圧力検出素子１を取付けたセンサボディ５ｔ−液
封容器３０内の治具３３の上にセットする。このとき、
治具３３の上面には位置決め用のくほみが設けてあシ、
センサボディ５が所定の位置に正しくセットされるよう
になっている。

そして、このとき、センサボディ５の底面に突出してい
る端子８を逃げるため、治具３３の所定の位置に孔３３
ａが設けられている。

次に、ホルダ３７の先に°押え板２０とシールダイアフ
ラム９を取付け、蓋３１ｔ−液封容器３０の上に設置し
、バッキング３２で密封する。

一方、タンク３５の中には、予じめ所定量の液封用の液
体、例えばシリコンオイルなどが入れてあシ、バルブ３
６は閉じられている。

ここでパイプ３４を真空ポンプに接続し、液封容器３０
の内部とオイルタンク３５の上部を真空引きし、脱気を
行なう。なお、このときの真空度は例えば１０”−”Ｔ
ｏｒｒ位に保つ。また、このときには、シールダイアフ
ラム９゛がセンサボディ５から完全に離れているように
しておく。

こうして液封容器３０の内部及びオイルタンク３５内の
液体（シリコンオイル）が充分に脱気されたら、真空引
きを継続したｔまでパルプ３６を開き、オイルタンク３
５内の液体を液封容器３゜の中に落下注入し、センサボ
ディ５とシールダイアフラム９、それに押え板２ｏが充
分に液体中に授精されるようにする。

ついでホルダ３７から押え板２ｏとシールダイアフラム
９ｔ−外し、センサボディ５の上に落下させ、所定ｄ位
置にセットさせるようにする。なお、ホルダ３７による
押え板２ｏとシールダ・１アフラム９の保持方法として
は、電磁力を利用した方法や機械的な方法を用いればよ
い。また、ここで真空引きを止める。

次に、ホルダ３７を止めているピン３８を外し、ホルダ
３７を矢印の方向に動かしてセンサボディ５の所定の位
置にセットされている押え板２ｏの上に押し付け、その
上でこのホルダ３７に矢印の方向から数１０〜数１００
Ｋｇの力を加え、第３図で説明したように、押え板２０
の周辺部をセンサボディ５の一部に喰込ませ、両者の塑
柾変形（メタルフロー）によリシールダイアフラム９を
センサボディ５に取付け、センサ室４内に液体が封入さ
れた状態でシールダイアフラム９の取付けが行なわれる
ようにする。なお、ホルダ３７に設けられている孔３７
ａは、このホルダ３７に押え板２０とシールダイアフラ
ム９が保持されているときにも、液体が充分に行き渡る
ようにするためのものである０ 以上で、センサボディ５に対するシールダイブフラム９
の取付けとセンサ室４内への液体の封入とが完了し、セ
ンサボディ５を液封容器３０内から取シ出して７ランジ
１３を組付けてやれば第１図に示す液封捜圧カセンサを
得ることができる。

従って、第４図の実施例における製造工程をフローチャ
ートで示すと第５図のようになる。

なお、この実施例では、押え板２０によるシールダイア
フラム９のセンサボディ５への取付けまでを全て液封容
器３０内で行な、うホようにしているが、液封容器３０
の中での作業はシールダイアフラム９と押え板２０ｔ−
センサボディ５にセットするまでとし、そのあとセンサ
ボディ５を液封容器３０から取）出し、押え板２０を嵌
合させる工程だけは別の場所で行なうようにしてもよい
。

また、第４図の実施例では詳しく説明しなかったが、液
封容器３０の中に同時に多数個のセンサボディ５がセッ
トできるようにしておけば、多量生産も容易に行なうこ
とができる。

次に、センサボディ５に対するシールダイアフラム９の
シール構造に関する本発明の他の実施例について説明す
る。

まず、第６図はセンサボディ５とシールダイアフラム９
の周辺部９ａとが接する部分に突起５ｂを設けたもので
、この突起５ｂは第６図の上方からみるとリング状をし
ているものである。

第３図の実施例ではシールダイアフラム９の周辺部９ａ
とセンサボディ５とが面接触しておシ、従って、押え板
２０による押圧力をかなシ太きく保つ必要があるが、こ
の第６図の実施例によれば、突起５ｂによ、リシールダ
イアフラム９の周辺部９ａに対するセンサボディ５の接
触面積が減少され、接触圧力を増すことができるため、
押え板２０による押圧力をかなり少くしても液漏れを充
分に抑えることができる。

次に、第７図は、シールダイアフラム９とセンサボディ
５との間のシールを０リング２２で得るようにした本発
明の一実施例で、この実施例によれば、シールダイアフ
ラム９の周辺部９ａとセンサボディ５との間のシール機
能がＯリング２２によって得られるため、押え板２０に
よる押圧力が多少変化してもシール機能が損われる虞れ
がなく、従って温度変化などによる信頼性の低下をなく
すことができる。

第８図は同じくＯリング２２を用いた本発明の一実施例
であるが、押え板２００周辺部２０ｃを切欠２０ｄによ
って弾性をもたせ、この周辺部２０ｃの弾性変形を利用
し、周知のＣＩＪングのようにして押え板２０をセンサ
ボディ５の係合溝５ｃに嵌合させるようにしたもので、
プレス作業が不要で組立工程を簡単にすることができる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、センサ室内への
液体の封入がシールダイアフラムの組付けと同時に行な
われるから、センサ室を外部に連通させる孔が不要で、
圧力計測時での液漏れの余地を本質的に除くことができ
、従来技術の欠点を除いて耐圧に優れ、信頼性の高い圧
力センサを容易に提供することができる上、以下に説明
するような優れた効果を得ることができる。

■　本発明によれば、封入液の真空脱気が容易で、封入
液中に溶存する水分などの除去を完全に行なうことがで
きるから、圧力検出素子として半導体圧力検出素子を用
いた場合でも、そのパッシベーションが充分に得られ、
高い信頼性を容易に得ることができる。

■　このような液封塵圧力センサにおける液封作業はセ
ンサの組立工程中で最も時間を要する工程であシ、シか
も信頼性確保の観点から決してゆるがせにできない工程
なため、センサのコストに大きな位置を占めているが、
本発明によれば、シールダイアフラムの組付けと同時に
液封が行なわれるため、信頼性の低下を伴なわずに大幅
な組立工程数の削減が得、られ、大きなコストダウンが
可能になる。・ ■　本発明に、よれば、液封作業に溶接工程を必要とし
ないから、この溶接作業に起因す、る種種の問題点、例
えば溶接界面への液の付着による溶接不良などの発生が
なく、その分だけ高い信頼性を得ることができる。

■　本発明によれば、液封容器中に複数個のセンサボデ
ィを同時にセットできるから、一度の真１空引き作業ご
とに数多くのセンサの組立を行なうことができ、組立時
間の短縮によるコストダウンが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液封塵圧力センサの一実施例を示
す断面図、第２図は従来の液封却圧カセンサの一例を示
す断面図、第３図は第１図の実施例におけるシールダイ
アノラム密封部の拡大図、第４図は本発明による液封塵
圧力センサの製造方法を実施するための装置の一例を示
す説明図、第５図はその動作説明用のフローチャート、
第６図、第７図、それに第８図はシールダイアフラム密
封部のそれぞれ異なった実施例を示す拡大図である。 １・・・・・・圧力検出素子、２・・・・・・ピエゾ抵
抗素子、３・・・・・・台、４・・団・センサ室、５・
・・・・・センサボディ、６・・・・・・連通孔、７・
・・・・・リード線、８・・・・・・端子、９・・・・
・・シールダイアフラム、２０・・・・・・押え板、３
０・・・・・・液封容器、３１・・・・・・蓋、３３・
・・・・・治具、３５・・・・・・タンク、３７・・・
・・・ホルダ。 第１図 ’１２！！１ 第３図 第４１１ ｂ　　　　　　５５ｏｅｓｓｓ 第５１！ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧力センサボデイの圧力検出素子に対する液封部と
   被測定圧力導入部とをシールダイアフラムで分離した液
   封型圧力センサにおいて、上記液封部に対する液体の封
   入が上記圧力センサボデイに対する上記シールダイアフ
   ラムの取付けによつて行なわれるように構成したことを
   特徴とする液封型圧力センサ。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記圧力センサボ
   デイに対するシールダイアフラムの取付けが、上記圧力
   センサボデイに対するシールダイアフラムの押え部材の
   塑性変形によつて行なわれていることを特徴とする液封
   型圧力センサ。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記圧力センサボ
   デイに対するシールダイアフラムの取付けが、上記圧力
   センサボデイに対するシールダイアフラムの押え部材の
   弾性変形によつて行なわれていることを特徴とする液封
   型圧力センサ。 ４、特許請求の範囲第２項または第３項のいずれかにお
   いて、上記圧力センサボデイに対するシールダイアフラ
   ムの接触部に気密用リングパツキングが設けられている
   ことを特徴とする液封型圧力センサ。 ５、圧力センサボデイの圧力検出素子に対する液封部と
   被測定圧力導入部とをシールダイアフラムで分離した液
   封塵圧力センサの製造方法において、上記圧力センサボ
   デイとシールダイアフラムとを液封作業用容器内のそれ
   ぞれ所定の位置に保持させる工程と、上記液封作業用容
   器内に液封用の液体を注入する工程と、上記液封作業用
   容器内で圧力センサボデイにシールダイアフラムを取付
   ける工程とから構成されていることを特徴とする液封型
   圧力センサの製造方法。