KR20110039434A - 압력 센서장치 - Google Patents

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카츠미치 우에야나기
시게루 시노다
키미히로 아시노
카즈노리 사이토
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후지 덴키 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

본　발명은　압력 센서장치에 있어서, 저렴한 가격과 함께 장기적인 신뢰성을 높이고, 또한 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성을 높이는 것을　목적으로　하며　그것을　위한　수단으로서，다이어프램(45), 피에조 저항 소자, 증폭 회로 및 각종 조정 회로를 내장한 압력 센서칩(41)을, 다이어프램(45)이 베이스 부재(42)의 관통구멍(46)에 면하도록 베이스 부재(42)에 접합한다. 베이스 부재(42)와 금속 파이프 부재(43)를 그들의 관통구멍(46, 48)이 연결되도록 접합한다. 수지 케이스(44)에 금속 파이프 부재(43)를 접착하고, 수지 케이스(44)의 신호 단자(58)와 압력 센서칩(41)을 와이어 본딩(59)에 의해 전기적으로 접속하여, 압력 센서셀(100)로 한다. 금속 파이프 부재(43)에 O링을 장착하고, 수지 케이스(44)를 위에서 눌러 오일 밀봉 블록 등에 압력 센서셀(100)을 고정한다. 또는, 압력 센서셀(100)을 나사부를 갖는 부재에 코킹 구조에 의해 고정하고, 나사부를 블록 등에 나사체결한다.

Description

압력 센서장치{Pressure sensor device}
본 발명은, 반도체 실리콘을 이용하여 압력을 계측하는 압력 센서장치에 관한 것으로, 특히 1MPa 이상의 높은 압력을 계측하는 압력 센서장치에 관한 것이다.
(종래의 기술)
일반적으로, 자동차의 트랜스미션의 오일 밀봉 블록이나 유압 액추에이터의 블록 등에 부착하여 압력을 계측하는 압력 센서장치에서는, 센서 소자로서 피에조 저항 효과를 이용한 반도체 압력 센서칩이 사용된다. 이 반도체 압력 센서는, 단결정 실리콘 등의 피에조 저항 효과를 갖는 재료로 만들어진 다이어프램상에 복수개의 반도체 스트레인 게이지를 브리지 접속한 구성으로 되어 있다. 압력 변화에 의해 다이어프램이 변형하면, 그 변형량에 따라 반도체 스트레인 게이지의 게이지 저항이 변화하고, 그 변화량이 전압 신호로서 브리지 회로로부터 인출된다.
종래부터, 압력 센서장치로서 도 16 내지 도 19에 도시한 구성의 것이 공지이다. 도 16에 도시한 압력 센서장치는, 나사부를 갖는 조인트(1)와, 조인트(1)를 피 설치부에 나사체결하기 위한 플랜지 부재(3)와, 상술한 바와 같이 압력의 변화량에 따른 전압 신호를 출력한 압력 센서(2)와, 압력 센서(2)의 출력 신호를 처리하는 회로 칩을 실장한 회로 기판(4)과, 압력 센서(2)와 회로 기판(4)을 접속하는 와이어 본딩(5)과, 회로 기판(4)으로부터 외부로 신호를 인출하기 위한 단자(6, 7)를 구비하고 있다. 단자(7)를 지지하고 있는 단자대(8)와 단자(6)는, 접합 부재(11)에 의해 플랜지 부재(3)에 고정되어 있다. 또한, 개스킷(9) 및 O링(10)이 접합 부재(11)에 의해 조립되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
도 17에 도시된 압력 센서장치는, 트랜스듀서(12;transducer)와 육각 포트(13)와 커버(14)와 고리형상 실용 개스킷(15)과 연부클립(16;periphery clip)과 가요성 회로(17)와 외부로 신호를 인출하기 위한 베이스 부재(18)에 의해 구성되어 있다. 트랜스듀서(12)는, 압력을 받으면 변형하는 제 1의 도전막과, 이 도전막에 스페이서를 통하여 대향하는 제 2의 도전막과, 제 1의 도전막의 변형에 의해 변화하는 정전 용량을 전압 신호로 변환하는 회로에 의해 구성되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
도 18에 도시한 압력 센서장치는, 접속 리드(19, 20, 21, 22)를 허메틱 글라스(23;hermetic glass)에 의해 절연하여 고정한 센서 케이스(24) 내에서, 압력 센서칩(25)을 접속 리드(19, 20, 21, 22)에 접속함과 함께, 금속 다이어프램(26)에 의해 실리콘 오일 내에 압력 센서칩(25)을 밀봉한 구성으로 되어 있다. 그리고, 상부로부터는 금속 하드 커버(27)에 의해 보호되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).
도 19에 도시한 압력 센서장치는, 도 18에 도시한 압력 센서장치를 금속 하우징(28) 내에 O링(29)을 이용하여 저장하고, 이의 금속 하우징(28)에 대해, 접속 리드(19, 20, 21, 22)에 전기적으로 접속하는 단자판(30, 31, 32)을 갖는 커넥터 하우징(33)을, O링(34) 및 스페이서 링(35)을 조립하여 코킹한 구성으로 되어 있다. 금속 하우징(28)은 수압구체(36;pressure receiving port)와 나사부(37)와 고정부(38)와 단부(39)를 갖는다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).
또한, 반도체 압력 센서로서, 피에조 저항이 형성되는 다이어프램부를 갖는 반도체 소자에 연산 증폭기 및 박막 저항으로 이루어지는 저항 회로망이 복합 집적화되어 피에조 저항으로부터의 출력 신호의 증폭 회로부가 구성된 것이 공지이다. 이 반도체 압력 센서를 이용한 센서장치에서는 밀봉된 용기 내에 반도체 압력 센서가 수납된다. 그 용기 내에서 반도체 압력 센서의 표면이 면하는 측의 공간은 일정한 압력으로 유지된다. 그리고, 그 용기 내의 압력을 기준으로 하여, 용기의 압력 도입구를 통하여 반도체 압력 센서의 이면에 가하여지는 압력을 계측하는 구성으로 되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 4 참조).
[특허 문헌 1] 일본 특개 2002-168718호 공보(도 1)
[특허 문헌 2] 일본 특개 2002-202215호 공보(도 1)
[특허 문헌 3] 일본 특개 2000―55762호 공보(도 8, 도 10)
[특허 문헌 4] 일본 특개평 1-150832호 공보
그러나, 도 16 또는 도 17에 도시한 압력 센서장치에서는, 부품 개수가 많기 때문에 부재 가격 및 조립 가격이 높아진다는 문제점이 있다. 또한, 신호의 전달 경로가 도 16에 도시한 장치에서는 압력 센서(2), 와이어 본딩(5), 회로 기판(4), 회로 칩, 단자(6) 및 단자(7)이고, 한편, 도 17에 도시한 장치에서는 트랜스듀서(12), 가요성 회로(17), 회로 칩 및 베이스 부재(18)라는 바와 같이, 어느 장치에서도 많은 부품 및 부품끼리의 접속점으로 구성되어 있기 때문에, 고장 확률이 높아지고, 장기적인 신뢰성이 모자란다는 문제점이 있다. 또한, 도 16에 도시한 장치에서는 조인트(1)에 압력 센서(2)를 직접, 접합하고 있기 때문에, 조인트(1)를 나사체결할 때의 응력이 압력 센서(2)에 전하여져, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 도 18에 도시한 압력 센서장치에서는, 단자와 외부에 인가되는 외부 노이즈 등의 영향에 의해 실리콘 오일이 분극되고, 압력 센서칩(25)의 표면에 전하가 쌓이는 일이 있다. 그 때문에, 압력 센서칩(25)의 신호가 변동하여 버리고, 측정 신호의 신뢰성이 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 고온 환경하에서의 실리콘 오일의 팽창에 의한 내부 압력의 증가나, 고압 인가시의 실리콘 오일의 압축에 의해, 금속 다이어프램(26)에 반복 피로가 일어나기 때문에 장기 신뢰성이 모자란다는 문제점이 있다.
또한, 도 19에 도시한 압력 센서장치에서는 압력을 받는 부분의 면적이 넓기 때문에 인가되는 하중이 커져 버린다. 이 하중을 지탱하기 위해서는 금속 하우징(28)의 강성을 높게 할 필요가 있다. 그 때문에, 코스트가 높아지고 장치가 대형화되어 버린다는 문제점이 있다.
또한, 상기 특허 문헌 4에 개시된 압력 센서장치에서는, 외부로 출력 신호를 인출하기 위한 외부 신호 단자가 용기 저부에 유리 밀봉되어 있기 때문에, 용기가 금속으로 만들어져 있다고 추정되는데, 금속제의 용기는 고가라는 결점이 있다. 또한, 압력 센서장치를 오일 밀봉 블록이나 액추에이터의 블록 등에 부착하여 압력을 계측하는 용도인 경우, 상기 특허 문헌 4에 개시된 압력 센서장치와 같이 압력 도입구와 외부 신호 단자가 같은 측에 마련되어 있으면, 외부 신호 단자에 방해되어 압력 센서장치를 오일 밀봉 블록 등에 부착할 수 없다. 따라서, 압력 도입구가 마련되어 있는 측과 반대측에 외부 신호 단자를 돌출시킬 필요가 있지만, 상술한 바와 같이 금속제 용기의 경우에는, 외부 신호 단자를 압력 도입구의 반대측에 마련하는 것은 곤란하다는 문제점이 있다.
본 발명은, 상술한 종래 기술에 의한 문제점을 해소하기 위해, 저코스트로 장기적인 신뢰성이 높고, 또한 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높은 압력 센서장치, 나아가서는 외부로의 신호 단자가 압력 도입구의 반대측에 배치되는 압력 센서장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해 본 발명에 관한 압력 센서장치는 수압부에 압력을 받음으로서, 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하는 변환 수단을 갖는 반도체 압력 센서칩과, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 가지며, 또한 제 1의 면에 금속 박막을 갖는 베이스 부재와, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 금속으로 이루어지는 압력 도입 수단과, 압력 센서칩으로부터의 상기 전기 신호를 인출하는 신호 단자를 갖는 수지 케이스를 구비하고, 상기 수압부가 상기 베이스 부재의 관통구멍에 면하는 상태에서, 상기 압력 센서칩이 상기 베이스 부재의 제 2의 면에 접합되고, 상기 압력 도입 수단의 관통구멍이 상기 베이스 부재의 관통구멍에 연결되는 상태에서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 베이스 부재의 상기 제 1의 면에 금속 재료를 통하여 접합되고, 상기 수지 케이스가 상기 압력 도입 수단에 접착되고, 상기 압력 센서칩과 상기 신호 단자가 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되어 이루어지는 압력 센서셀로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 기재된 압력 센서셀과, 상기 압력 센서셀을 배치하는 배치부를 구비하고, 일단이 상기 압력 센서셀의 신호 단자와 전기적으로 접속되고, 타단이 외부로 돌출하는 신호 단자가 일체로 성형된 커넥터 부재와,
관통구멍을 갖는 나사부와, 상기 커넥터 부재를 고정하는 고정부를 가지며 상기 커넥터 부재에 배치되는 압력 센서셀을 저장(contain)하는 저장부를 구비한 조인트 부재를 구비하고, 상기 압력 센서셀은 상기 압력 도입 수단의 제 1의 면의 개구가 개방되도록 상기 커넥터 부재에 배치되고, 상기 압력 센서셀의 신호 단자와 상기 커넥터 부재에 일체로 성형된 상기 신호 단자가 전기적으로 접속되고, 상기 나사부의 관통구멍이 상기 압력 도입 수단의 관통구멍에 연결되고, 상기 압력 도입 수단과 상기 조인트 부재와의 사이를 밀봉 수단에 의해 밀봉되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 베이스 부재가 유리로 만들어져 있고, 압력 센서칩이 상기 베이스 부재에 정전접합(electrostatic)에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 베이스 부재 및 상기 압력 센서칩이 실리콘으로 만들어져 있고, 상기 압력 센서칩이 상기 베이스 부재에 저융점 유리에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 압력 도입 수단이 42알로이로 만들어져 있고, 그 표면에 니켈 도금 또는 니켈 도금과 금 도금이 시행되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 금속 박막이 크롬과 백금과 금의 3층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 압력 도입 수단이 상기 베이스 부재에 접합된 측의 단부로부터 해당 압력 도입 수단의 관통구멍이 개구하는 개방단측의 단부를 향하는 도중에 외향으로 돌출하는 단차부를 갖고 있고, 상기 단차부가 상기 수지 케이스의, 상기 압력 도입 수단의 개방단측의 단부에 맞닿은 상태에서 접착되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해 본 발명에 관한 압력 센서장치는, 수압부에 압력을 받음에 의해 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하는 변환 수단을 갖는 반도체 압력 센서칩과, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 베이스 부재와, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 금속으로 이루어지는 압력 도입 수단과, 압력 센서칩으로부터의 상기 전기 신호를 인출하는 신호 단자(terminal)를 갖는 수지 케이스를 구비하고, 상기 수압부가 상기 베이스 부재의 관통구멍에 면하는 상태에서, 상기 압력 센서칩이 상기 베이스 부재의 제 2의 면에 접합되고, 상기 압력 도입 수단의 관통구멍이 상기 베이스 부재의 관통구멍에 연결되는 상태에서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 베이스 부재의 상기 제 1의 면에 접착제에 의해 접착되고, 상기 수지 케이스가 상기 압력 도입 수단에 접착되고, 상기 압력 센서칩과 상기 신호 단자가 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되어 이루어지는 압력 센서셀로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 압력 센서셀과, 상기 압력 센서셀을 배치하는 배치부를 구비하고, 일단이 상기 압력 센서셀의 신호 단자와 전기적으로 접속되고, 타단이 외부로 돌출하는 신호 단자가 일체로 성형된 커넥터 부재와,
관통구멍을 갖는 나사부와, 상기 커넥터 부재를 고정하는 고정부를 가지며 상기 커넥터 부재에 배치되는 압력 센서셀을 저장하는 저장부를 구비한 조인트 부재를 구비하고, 상기 압력 센서셀은 상기 압력 도입 수단의 제 1의 면의 개구가 개방되도록 상기 커넥터 부재에 배치되고, 상기 압력 센서셀의 신호 단자와 상기 커넥터 부재에 일체로 성형된 상기 신호 단자가 전기적으로 접속되고, 상기 나사부의 관통구멍이 상기 압력 도입 수단의 관통구멍에 연결되고, 상기 압력 도입 수단과 상기 조인트 부재와의 사이를 밀봉 수단에 의해 밀봉되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 베이스 부재는 유리로 만들어져 있고, 압력 센서칩은 상기 베이스 부재에 정전접합에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 베이스 부재 및 상기 압력 센서칩은 실리콘으로 만들어져 있고, 상기 압력 센서칩은 상기 베이스 부재에 저융점 유리에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 압력 도입 수단은 42 알로이로 만들어져 있고, 그 표면에 니켈 도금 또는 니켈 도금과 금 도금이 시행되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 압력 도입 수단은, 상기 베이스 부재에 접착된 측의 단부로부터 해당 압력 도입 수단의 관통구멍이 개구하는 개방단측의 단부를 향하는 도중에 외향으로 돌출하는 단차부를 갖고 있고, 상기 단차부가 상기 수지 케이스의, 상기 압력 도입 수단의 개방단측의 단부에 맞닿은 상태에서 접착되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해 본 발명에 관한 압력 센서장치는, 수압부에 압력을 받음에 의해 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하는 변환 수단을 갖는 반도체 압력 센서칩과, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 가지며, 또한 제 1의 면에 금속 박막을 갖는 베이스 부재와, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 금속판 부재로 이루어지는 압력 도입 수단과, 압력 센서칩으로부터의 상기 전기 신호를 인출하는 신호 단자를 갖는 수지 케이스를 구비하고, 상기 수압부가 상기 베이스 부재의 관통구멍에 면하는 상태에서, 상기 압력 센서칩이 상기 베이스 부재의 제 2의 면에 접합되고, 상기 압력 도입 수단의 관통구멍이 상기 베이스 부재의 관통구멍에 연결되는 상태에서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 베이스 부재의 상기 제 1의 면에 금속 재료를 통하여 접합되고, 상기 수지 케이스가 상기 압력 도입 수단에 접착되고, 상기 압력 센서칩과 상기 신호 단자가 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되어 이루어지는 압력 센서셀로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는 압력 센서셀에, 상기 압력 센서셀을 배치하는 배치부를 구비하고, 일단이 상기 압력 센서셀의 신호 단자와 전기적으로 접속되고, 타단이 외부로 돌출하는 신호 단자가 일체로 성형된 커넥터 부재와, 관통구멍을 갖는 나사부와, 상기 커넥터 부재를 고정하는 고정부를 가지며 상기 커넥터 부재에 배치되는 압력 센서셀을 저장하는 저장부를 구비한 조인트 부재를 구비하고, 상기 압력 센서셀은 상기 압력 도입 수단의 제 1의 면의 개구가 개방되도록 상기 커넥터 부재에 배치되고, 상기 압력 센서셀의 신호 단자와 상기 커넥터 부재에 일체로 성형된 상기 신호 단자가 전기적으로 접속되고, 상기 나사부의 관통구멍이 상기 압력 도입 수단의 관통구멍에 연결되고, 상기 압력 도입 수단과 상기 조인트 부재와의 사이를 밀봉 수단에 의해 밀봉되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 압력 도입 수단은, 상기 수지 케이스의 단면보다도 외측으로 돌출하여 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 압력 도입 수단은 상기 수지 케이스의 단면보다도 외측에 해당 압력 도입 수단과 일체화되는 다른 부재가 맞닿는 지지부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 베이스 부재는 유리로 만들어져 있고, 압력 센서칩은 상기 베이스 부재에 정전접합에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 베이스 부재 및 상기 압력 센서칩은 실리콘으로 만들어져 있고, 상기 압력 센서칩은 상기 베이스 부재에 저융점 유리에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 압력 도입 수단은 42 알로이로 만들어져 있고, 그 표면에 니켈 도금 또는 니켈 도금과 금 도금이 시행되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 금속 박막은 크롬과 백금과 금의 3층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위한 압력 센서장치는, 수압부에 압력을 받음에 의해 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하는 변환 수단을 갖는 반도체 압력 센서칩과, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 베이스 부재와, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 금속판 부재로 이루어지는 압력 도입 수단과, 압력 센서칩으로부터의 상기 전기 신호를 인출하는 신호 단자를 갖는 수지 케이스를 구비하고, 상기 수압부가 상기 베이스 부재의 관통구멍에 면하는 상태에서, 상기 압력 센서칩이 상기 베이스 부재의 제 2의 면에 접합되고, 상기 압력 도입 수단의 관통구멍이 상기 베이스 부재의 관통구멍에 연결되는 상태에서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 베이스 부재의 상기 제 1의 면에 접착제에 의해 접착되고, 상기 수지 케이스가 상기 압력 도입 수단에 접착되고, 상기 압력 센서칩과 상기 신호 단자가 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되어 이루어지는 압력 센서셀로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 압력 센서셀과, 상기 압력 센서셀을 배치하는 배치부를 구비하고, 일단이 상기 압력 센서셀의 신호 단자와 전기적으로 접속되고, 타단이 외부로 돌출하는 신호 단자가 일체로 성형된 커넥터 부재와,
관통구멍을 갖는 나사부와, 상기 커넥터 부재를 고정하는 고정부를 가지며 상기 커넥터 부재에 배치되는 압력 센서셀을 저장하는 저장부를 구비한 조인트 부재를 구비하고, 상기 압력 센서셀은 상기 압력 도입 수단의 제 1의 면의 개구가 개방되도록 상기 커넥터 부재에 배치되고, 상기 압력 센서셀의 신호 단자와 상기 커넥터 부재에 일체로 성형된 상기 신호 단자가 전기적으로 접속되고, 상기 나사부의 관통구멍이 상기 압력 도입 수단의 관통구멍에 연결되고, 상기 압력 도입 수단과 상기 조인트 부재와의 사이를 밀봉 수단에 의해 밀봉되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 압력 도입 수단은 상기 수지 케이스의 단면보다도 외측으로 돌출하여 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 압력 도입 수단은 상기 수지 케이스의 단면보다도 외측에, 해당 압력 도입 수단과 일체화되는 다른 부재가 맞닿아지는 지지부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 베이스 부재는 유리로 만들어져 있고, 압력 센서칩은 상기 베이스 부재에 정전접합에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 베이스 부재 및 상기 압력 센서칩은 실리콘으로 만들어져 있고, 상기 압력 센서칩은 상기 베이스 부재에 저융점 유리에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압력 센서장치는, 상기 압력 도입 수단은 42 알로이로 만들어져 있고, 그 표면에 니켈 도금 또는 니켈 도금과 금 도금이 시행되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 압력 센서칩으로부터 직접 외부로 출력하기 위한 신호가 출력된다. 그리고, 압력 센서칩으로부터 출력된 신호는, 와이어 본딩을 경유하여 신호 단자에 도달하기 때문에, 신호 전달 경로상의 접속 개소의 수가 최소로 되고, 고장 확률이 낮아지기 때문에, 압력 센서셀의 장기적인 신뢰성이 높아진다. 따라서, 이 압력 센서셀을 이용한 압력 센서장치의 장기적인 신뢰성이 높아진다. 또한, 압력 센서셀의 부품 개수가 적기 때문에, 저코스트의 압력 센서셀을 얻을 수 있다. 따라서, 이 압력 센서셀을 이용함에 의해, 압력 센서장치의 저코스트화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 압력 도입 수단을 통과하여 압력 매체가 압력 센서칩의 수압부에 인도되기 때문에, 압력 센서칩에 큰 영향을 미치는 실리콘 오일을 이용하지 않아도 수압부에서 압력을 직접 받을 수 있다. 따라서, 실리콘 오일의 영향에 의한 출력 신호의 변동을 회피할 수 있기 때문에, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 압력을 받는 부위의 면적이 실리콘 칩의 수압부의 이면으로 한정되기 때문에, 압력 센서 본체에 인가되는 하중이 작아진다. 따라서, 압력 센서장치를 소형화하고, 또한 구조를 간소화할 수 있다.
본 발명에 의하면, 부품 개수가 적은 간소한 구성으로, 압력 매체에 의한 방폭(妨爆)의 파일 세이프 구조를 실현할 수 있기 때문에, 고신뢰성의 압력 센서장치를 얻을 수 있다. 또한, 부재 코스트 및 조립 코스트를 낮게 억제할 수 있다. 또한, 압력 센서장치를 오일 밀봉 블록 등에 나사체결하여 부착할 때의 나사부로부터의 응력이, 밀봉 수단인 예를 들면 O링에 의해 완화되기 때문에, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 외부로의 신호 단자가, 압력 도입 수단의 개방단의 개구부, 즉 압력 도입구의 반대측에 배치된 압력 센서장치를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면 압력 센서칩과 베이스 부재를, 그들의 사이를 높은 기밀성을 유지한 상태에서 접합할 수 있기 때문에, 기밀성이 높은 구조를 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 베이스 부재가 압력 센서칩과 같은 재료로 맞들어져 있기 때문에, 압력 도입 수단으로부터 압력 센서칩에 미치는 열응력이 베이스 부재에서 흡수되기 때문에, 압력 도입 수단으로부터의 열응력의 영향을 저감할 수 있다.
본 발명에 의하면 압력 도입 수단과 베이스 부재를 금/주석 공정(eutectic) 솔더나 고온 솔더 등의 금속 재료를 통하여 접합한 경우의 접합 강도가 높아지기 때문에, 압력 도입 수단과 베이스 부재와의 접합의 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명에 의하면, 압력 도입 수단을 유리제의 베이스 부재에 접합한 경우, 크롬은 유리와의 밀착성이 우수하다. 또한, 압력 도입 수단과 베이스 부재와의 접합에 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등을 이용하는 경우, 금속 박막의 솔더측의 표면이 금이라도 좋지만, 금과 크롬을 접촉시키는 것은 바람직하지 않기 때문에, 금과 크롬의 접촉을 피하기 위해 금과 크롬의 사이에 백금이 마련되어 있다. 이와 같은 이유로 3층구조의 금속 박막을 마련함에 의해 압력 도입 수단과 베이스 부재와의 접합 강도가 높아진다.
본 발명에 의하면, 압력 매체의 압력에 의해 압력 도입 수단의 단차부가 수지 케이스의, 압력 도입 수단의 개방단측의 단부에 꽉 눌리기 때문에 압력에 대한 구조적인 신뢰성을 높게 확보할 수 있다.
본 발명에 의하면, 베이스 부재와 압력 도입 수단을 접착제로 고정함에 의해 부재의 코스트를 내릴 수 있다.
본 발명에 의하면, 압력 도입 수단을 금속판 부재로 구성함에 의해 압력 도입 수단을 금속 파이프 부재로 구성하는 경우보다도 부재의 코스트를 내릴 수 있다.
본 발명에 의하면 압력 도입 수단의 수지 케이스보다도 외측으로 돌출하는 단부를 이 단부에 커넥터 부재 등의 다른 부재를 맞닿게 한 상태에서 압력 도입 수단에 그 밖의 부재를 고정하기 위한 지지부로서 이용할 수 있기 때문에, 그와 같이 함에 의해 높은 압력 범위까지 압력을 측정 가능한 압력 센서셀 또는 압력 센서장치를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 압력 도입 수단의 수지 케이스보다도 외측으로 돌출하는 지지부에 커넥터 부재 등의 다른 부재를 맞닿게 한 상태에서 압력 도입 수단에 그 밖의 부재를 고정할 수 있기 때문에, 높은 압력 범위까지 압력을 측정 가능한 압력 센서셀 또는 압력 센서장치를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 압력 센서셀의 구성을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 형태 4에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 형태 5에 관한 압력 센서셀의 구성을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시 형태 6에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 실시 형태 7에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 실시 형태 8에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 실시 형태 9에 관한 압력 센서셀의 구성을 도시한 평면도.
도 10은 본 발명의 실시 형태 9에 관한 압력 센서셀의 구성을 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 실시 형태 9에 관한 압력 센서셀의 구성을 도시한 단면도.
도 12는 본 발명의 실시 형태 10에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 13은 본 발명의 실시 형태 10에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 14는 본 발명의 실시 형태 11에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 15는 본 발명의 실시 형태 12에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 16은 종래의 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 17은 종래의 압력 센서장치의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도.
도 18은 종래의 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
도 19는 종래의 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 압력 센서장치의 알맞는 실시 형태를 상세히 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태의 설명에 있어서, 다른 실시 형태와 같은 구성에 관해서는 동일한 부호를 병기하고 설명을 생략한다.
(실시 형태 1)
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 압력 센서셀의 구성을 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 압력 센서셀(100)은 압력 센서칩(41), 베이스 부재(42), 금속 파이프 부재(43) 및 수지 케이스(44)를 구비하고 있다.
압력 센서칩(41)은, 예를 들면 반도체 실리콘의 제 1의 면(도 1에서는 하면)으로부터 오목 가공하여 형성된 수압부인 다이어프램(45)을 갖는다. 이 다이어프램(45)에서 압력을 받는다. 반도체 실리콘의 제 2의 면(도 1에서는 상면)의, 다이어프램(45)의 이면측(back side)에 상당하는 개소에는, 확산 저항으로 이루어지는 적어도 4개의 게이지(도시 생략)가 형성되어 있다. 이들의 게이지는 다이어프램(45)의 오목면에 압력이 인가된 때에 반도체 실리콘의 제 2의 면에 발생하는 왜곡을 저항치로 변환한다. 또한, 압력 센서칩(41)은 다른 반도체 재료로 만들어져 있어서도 좋다.
또한, 도시는 생략하지만, 압력 센서칩(41)에는 상기 게이지에 의해 구성되는 휘트스톤 브리지 회로, 휘트스톤 브리지 회로(wheatstone bridge circuit)의 출력 신호를 증폭하는 회로, 감도를 보정하는 회로, 오프셋을 보정하는 회로, 감도 및 오프셋의 온도 특성을 보정하는 회로 등이 형성되어 있다. 또한, 압력 센서칩(41)에는 서지 보호 소자나 필터(도시 생략) 등도 형성되어 있다.
베이스 부재(42)는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 유리 재료, 즉 파이렉스(pyrex)(R)글라스나 템팍스글라스(tempax glass) 등으로 만들어져 있다. 베이스 부재(42)의 중심에는 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(46)이 마련되어 있다. 베이스 부재(42)와 압력 센서칩(41)은 400℃/400V의 접합 조건을 이용한 정전접합에 의해 접합되어 있다. 그 때, 다이어프램(45)이 관통구멍(46)에 면하도록 위치를 맞추어 접합된다. 이와 같이 정전접합함에 의해 압력 센서칩(41)과 베이스 부재(42)를, 그들의 사이를 높은 기밀성을 유지한 상태에서 접합할 수 있다. 따라서, 기밀성이 높은 구조를 실현할 수 있다.
베이스 부재(42)의, 압력 도입 수단인 금속 파이프 부재(43)와 접합되는 측의 면에는 베이스 부재(42)측으로부터 차례로 크롬, 백금 및 금의 3층으로 이루어지는 금속 박막(47)이 적층되어 있다. 크롬은 유리 재료와의 밀착성이 우수하기 때문에, 금속 박막(47)이 박리하는 일은 없다. 또한, 백금에 의해 크롬과 금이 접촉하는 것을 막고 있다. 또한, 금은, 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등을 통하여 베이스 부재(42)와 금속 파이프 부재(43)를 접합하는데 알맞다.
금속 파이프 부재(43)는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 42알로이로 만들어져 있고, 그 표면에 니켈 도금이 시행되어 있다. 또는, 니켈 도금과 금 도금의 조합이라도 좋다. 금속 파이프 부재(43)의 중심에는 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(48)이 마련되어 있다. 금속 파이프 부재(43)와 베이스 부재(42)는 그들의 관통구멍(46, 48)이 하나로 연속되도록 위치가 맞추어져, 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등의 금속 재료(49)에 의해 접합되어 있다. 금속 파이프 부재(43)에 도금을 시행하는 이유는 베이스 부재(42)와의 접합 강도가 높아지기 때문이다.
금속 재료(49)로서 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등을 이용하는 이유는 고온하에서의 사용에 견딜 수 있도록 하기 위해서이다. 또한, 이들 솔더의 영율은 낮기 때문에, 베이스 부재(42)와 금속 파이프 부재(43)와의 사이의 응력을 완화할 수 있기 때문다. 여기서, 크롬, 백금 및 금의 열팽창 계수는 각각 4.5×10-6/℃, 9×10-6/℃ 및 14.3×10-6/℃이다. 또한, 베이스 부재(42)의 유리 재료의 열팽창 계수는 3.2×1O-6/℃이다. 금속 파이프 부재(43)의 42알로이 재료의 열팽창 계수는 4.3×10-6/℃이다.
또한, 금속 파이프 부재(43)는, 베이스 부재(42)에 접합된 측의 단부로부터 또한쪽의 단부, 즉 금속 파이프 부재(43)의 관통구멍(48)이 개구하는 개방단측의 단부를 향하는 도중에 외향으로 돌출하는 단차부(50)를 갖고 있다. 또한, 이하의 설명에서는 금속 파이프 부재(43)의 개방단(51)에 있어서의 관통구멍(48)의 개구부를 압력 도입구(52)라고 한다.
수지 케이스(44)는, 그 한쪽의 단부측에 오목부(53)를 갖는다. 이 오목부(53)에는 압력 센서칩(41) 및 베이스 부재(42)가 수용되어 있다. 또한, 오목부(53)의 바닥으로부터 반대측의 단부로 관통하는 구멍부(54)가 마련되어 있다. 이 구멍부(54)에는 금속 파이프 부재(43)가 넣어져 있다. 수지 케이스(44)의 오목부(53)와 반대측의 단부에는 금속 파이프 부재(43)의 단차부(50)가 들어가는 오목부(55)가 형성되어 있다. 이 오목부(55)에 단차부(50)가 들어간 상태에서, 단차부(50)의 압력 도입구(52)와 반대측의 면(56)과, 이 면(56)이 맞닿는 오목부(55)의 면(57)이 접착되어 있다.
이들의 면(56, 57)이 접착되어 있음에 의해, 압력 도입구(52)로부터 도입된 압력 매체에 의해 압력이 인가된 경우에, 그 압력이 금속 파이프 부재(43)의 단차부(50)를 수지 케이스(44)에 꽉 누르도록 작용하기 때문에, 압력에 대한 구조적인 신뢰성이 높다. 또한, 수지 케이스(44)는 외부로의 신호 단자(58)를 갖고 있고, 그 신호 단자(58)의 기단은 상기 오목부(53)의 측방으로 노출하고 있다. 그 신호 단자(58)의 노출 개소와 압력 센서칩(41)은, 와이어 본딩(59)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
상술한 구성의 압력 센서셀(100)에서는, 압력 도입구(52)로부터 압력 매체가 도입되고, 압력 센서칩(41)의 다이어프램(45)에서 압력을 받으면, 다이어프램(45)이 변형한다. 그리고, 다이어프램(45)상의 게이지 저항치가 변화하고, 그에 따른 전압 신호가 발생한다. 그 전압 신호는 감도 보정 회로나 오프셋 보정 회로나 온도 특성 보정 회로 등의 조정 회로에 의해 조정된 증폭 회로에 의해 증폭되고, 압력 센서칩(41)으로부터 출력된다. 그리고, 그 출력 신호는 와이어 본딩(59)을 통하여 신호 단자(58)에 출력된다.
그 때, 압력 매체가 접하는 것은 금속 파이프 부재(43)의 내벽과 베이스 부재(42)의 내벽과 압력 센서칩(41)의 다이어프램(45)뿐이다. 따라서 압력 매체가 R134a 가스나 CO2 가스 등의 에어컨 매체라도, 오일이나 윤활유 등이라 하여도, 압력 센서셀(100)이 열화되는 일은 없고, 장기에 걸쳐 높은 신뢰성을 얻을 수 있다. 또한, 고압을 계측하는 경우에도, 압력을 받는 면적(수압 면적)이 다이어프램(45)뿐이기 때문에, 압력 센서셀(100)을 이용한 압력 센서장치의 구조 및 재료를 극력 소형화하고, 경량화할 수 있다. 따라서, 저코스트의 압력 센서장치를 실현할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 측정 압력이 20MPa이고, 다이어프램(45)의 지름이 φ 1mm라고 한다. 이 경우, 수압 면적은 0.78㎟이고, 압력 센서셀(100)이 받는 하중은 20MPa×0.78㎟로 계산된다. 수지 케이스(44)의 오목부(55)의 면(57), 즉 압력에 의해 금속 파이프 부재(43)의 단차부(50)가 꽉 눌리는 면(57)(이하, 이면(裏面)지지부라고 한다)의 면적을 14.9㎟라고 하면, 수지 케이스(44)의 이면지지부에 발생하는 압축 응력은, 20MPa×0.78㎟/14.9㎟로 계산되고, 1.05MPa로 된다.
일반적으로 이와 같은 용도, 즉 수지 케이스(44) 등에 사용되는 수지 재료로서는, 에폭시 수지, 폴리페닐렌 술파이드(PPS) 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지 또는 나일론 수지 등이 있다. 이들 수지의 파괴 응력은 98 내지 196Pa 레벨이다. 따라서, 수지 케이스(44)의 이면지지부에 1.05MPa 정도의 압축 응력이 발생하더라도, 안전이 충분히 확보되기 때문에, 장기간에 걸쳐 극히 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 외부로 출력하기 까지의 신호 전달 경로의 접속 개소를 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 고장 확률이 현격하게 낮아진다. 또한, 베이스 부재(42)의 재료로서 실리콘을 이용할 수도 있다. 그 경우에는, 압력 센서칩(41)과 베이스 부재(42)를 저융점 유리를 이용하여 접합하면 좋다. 이와 같이 하면, 압력 센서칩(41)이 금속 파이프 부재(43)로부터 받는 열응력이 베이스 부재(42)에서 흡수되기 때문에, 금속 파이프 부재(43)로부터의 열응력을 저감할 수 있다.
(실시 형태 2)
도 2는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 실시 형태 2의 압력 센서장치(200)는, 실시 형태 1의 압력 센서셀(100)을 커넥터 부재(61)와 조인트 부재(62)로 끼워 넣고, 조인트 부재(62)를 코킹함으로서, 압력 센서셀(100)과 커넥터 부재(61)와 조인트 부재(62)를 일체화 한 것이다.
커넥터 부재(61)는, 압력 센서셀(100)을 수용하는 하우징부(63)와, 압력 센서장치(200)의 출력을 외부로 인출하기 위한 소켓부(64)가 일체로 성형된 구성으로 되어 있다. 소켓부(64)는 하우징부(63)보다도 가늘게 되어 있고, 하우징부(63)와 소켓부(64)와의 사이에 단차부(65)가 형성되어 있다. 하우징부(63)와 소켓부(64)와의 사이의 칸막이 부분에는, 외부로의 신호 단자(66)가 매입되어 있다. 신호 단자(66)의 일단은 하우징부(63) 내로 노출하고, 타단은 소켓부(64) 내로 노출하고 있다.
커넥터 부재(61)와 압력 센서셀(100)은, 하우징부(63)와 소켓부(64)와의 사이의 칸막이 부분의 하우징부(63) 내로 노출하는 단면(배치부)에, 압력 센서셀(100)의 압력 도입구(52)가 개구하는 개방단(51)과 반대측의 단면을 실리콘 접착제나 에폭시 접착제 등으로 접착함에 의해 일체화되어 있다. 이와 같이 커넥터 부재(61)에 압력 센서셀(100)이 접착되어 있음에 의해, 진동이나 충격 등의 메커니컬한 충격에 대한 신뢰성이 보다 한층 향상된다. 또한, 하우징부(63) 내로 노출하는 신호 단자(66)의 기단 부분은 압력 센서셀(100)의 신호 단자(58)에 레이저 용접에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
하우징부(63)와 소켓부(64)와의 사이의 칸막이 부분에는, 관통구멍(67)이 마련되어 있다. 이 관통구멍(67)은 압력 센서셀(100)의 수지 케이스(44)의 압력 센서칩(41)을 담은 오목부(53)의 공간이 밀폐 상태로 되지 않도록 하기 위해 마련되어 있다. 이 관통구멍(67)을 마련하지 않는 경우에는, 압력 센서셀(100)에 커넥터 부재(61)를 부착할 때에 이 오목부(53)에 갇힌 기체가 온도 변화에 의해 수축하고, 압력 센서의 특성이 변동되어 버린다.
본 실시 형태에서는, 관통구멍(67)이 있음에 의해, 온도 변화에 의해 오목부(53) 내의 기체가 수축하여도, 관통구멍(67)을 통하여 기체의 출입이 행하여지기 때문에, 압력 센서의 특성 변동이 일어나지 않는다. 또한, 도 2에 도시한 예에서는, 압력 센서칩(41)을 담은 오목부(53)는 겔(68)로 채워져 있다. 겔(68)에 관해서는 없어도 좋지만, 압력 센서칩(41)을 보호하는데 유효하기 때문에, 바람직하게는 오목부(53) 내에 겔(68)이 충전되어 있으면 좋다.
조인트 부재(62)는, 커넥터 부재(61)의 하우징부(63)를 고정하는 고정부를 가지며, 압력 센서셀(100)을 저장하는 저장부(69)와, 저장부(69)의 저부로부터 저장부(69)의 밖으로 돌출하는 나사부(70)가 일체로 성형된 구성으로 되어 있다. 나사부(70)의 중심에는, 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(71)이 마련되어 있다. 조인트 부재(62) 및 커넥터 부재(61)는, 압력 센서셀(100)을 접착한 커넥터 부재(61)의 하우징부(63)에 조인트 부재(62)의 저장부(69)를 씌우고, 저장부(69)의 선단 언저리를 기계 등에 의해 커넥터 부재(61)의 단차부(65)에 따르도록 코킹하여 고정할 수 있다. 고정은 코킹 이외의 방법, 예를 들면 접착, 패스너 등으로 행하도록 하여도 좋다. 고정됨에 의해, 압력 센서셀(100)의 압력 도입구(52)가 나사부(70)의 관통구멍(71)에 연결되도록 구성되어 있다.
그리고, 도 2에 도시한 바와 같이, 압력 센서장치(200)는, 압력 매체를 밀봉한 몸체(300)를 관통하는 나사구멍(301)에 나사부(70)를 나사체결함에 의해, 몸체(300)에 부착된다. 부착된 상태에서는 나사부(70)의 관통구멍(71)은 몸체(300) 내의 압력 매체가 밀봉된 공간에 연결된다. 따라서, 압력 매체는 나사부(70)의 관통구멍(71), 압력 센서셀(100)의 금속 파이프 부재(43) 및 베이스 부재(42)의 관통구멍(48, 46)을 통과하여 압력 센서칩(41)의 다이어프램(45)에 인도된다. 또한, 몸체(300)는 예를 들면 트랜스미션의 오일 밀봉 블록이나 유압 액추에이터의 블록 등이다.
또한, 저장부(69)의 저부에는, 오목부(72)가 형성되어 있다. 이 오목부(72)에는 금속 파이프 부재(43)의 압력 도입구(52)측의 단부가 들어간다. 또한, 오목부(72) 내에는 금속 파이프 부재(43)와 조인트 부재(62)와의 사이를 밀봉하는 밀봉 수단인 O링(73)이 넣어져 있다. O링(73)은, 저장부(69)의 오목부(72) 내에서 이 오목부(72)의 적어도 측면과 금속 파이프 부재(43)의 측면과의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(73)에 의해, 나사부(70)의 관통구멍(71)을 통과하여 금속 파이프 부재(43)에 인도된 압력 매체가, 금속 파이프 부재(43)의 관통구멍(48) 이외의 부분으로 흘러 들어가는 것을 막고 있다. 또한, 밀봉하는 수단으로서는 금속 파이프 부재(43)와 조인트 부재(62)와의 사이를 프로젝션 용접이나 레이저 용접 등으로 밀봉하는 것도 가능하다.
또한, 커넥터 부재(61)의 하우징부(63)와 조인트 부재(62)의 저장부(69)와의 사이에도, 그 사이를 밀봉하는 O링(74)이 마련되어 있다. 이 O링(74)에 의해, 압력 매체가 금속 파이프 부재(43)로부터 누설된 경우나, 압력 센서칩(41)이 파손된 경우나, 압력 센서칩(41)과 베이스 부재(42)와의 접합 계면이 박리한 경우 등에 압력 매체가 외부로 누출하는 것을 막고 있다.
이와 같이, 간소한 구성이기 때문에, 부재 코스트 및 조립 코스트를 낮게 억제할 수 있다. 또한, 압력 센서장치(200)를 몸체(300)에 나사체결하여 부착할 때의 나사부(70)로부터의 응력이 O링(73)을 통하여 압력 센서칩(41)에 전해지기 때문에, 그 응력이 O링(73)에 의해 완화된다. 따라서, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높아진다. 또한, 외부로의 신호 단자(66)가 압력 매체를 도입하기 위한 개구에 대해 반대측에 배치된다.
(실시 형태 3)
도 3은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 실시 형태 3의 압력 센서장치는 실시 형태 1의 압력 센서셀(100)을, 압력 매체를 밀봉한 몸체(300)에 고정 치구(310)를 이용하여 고정한 것이다. 즉, 몸체(300)에는 오목부(302)가 마련되어 있고, 이 오목부(302) 내에 압력 센서셀(100)이 넣어져 있다. 그리고, 고정 치구(310)가 몸체(300) 및 압력 센서셀(100)의 위로부터 씌워지고, 나사 부재(311)에 의해 몸체(300)에 붙여져 있다. 압력 센서셀(100)은 압력 도입구(52)로부터 인가되는 압력과, 그것에 대한 고정 치구(310)로부터의 반력에 의해 고정되어 있다.
오목부(302)의 저부에는, 2단째의 오목부(303)가 형성되어 있다. 이 오목부(303)에는 압력 센서셀(100)의 금속 파이프 부재(43)의 압력 도입구(52)측의 단부가 들어간다. 그리고, 2단째의 오목부(303)의 저부에는 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(304)이 마련되어 있다. 1의 관통구멍(304)은 금속 파이프 부재(43)의 관통구멍(48)에 연결되어 있다. 따라서, 압력 매체는 몸체(300)의 관통구멍(304), 압력 센서셀(100)의 금속 파이프 부재(43) 및 베이스 부재(42)의 관통구멍(48, 46)을 통과하여 압력 센서칩(41)의 다이어프램(45)에 인도된다.
또한, 2단째의 오목부(303) 내에는, 금속 파이프 부재(43)와 몸체(300)와의 사이를 밀봉하는 O링(75)이 넣어져 있다. O링(75)은 2단째의 오목부(303) 내에서, 이 오목부(303)의 적어도 측면과 금속 파이프 부재(43)의 측면과의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(75)에 의해, 몸체(300)의 관통구멍(304)을 통과하여 금속 파이프 부재(43)에 인도된 압력 매체가, 금속 파이프 부재(43)의 관통구멍(48) 이외의 부분으로 흘러 들어가는 것을 막고 있다. 또한, 1단째의 오목부(302) 내에는 압력 센서셀(100)의 수지 케이스(44)와 몸체(300)와의 사이를 밀봉하는 O링(76)이 넣어져 있다. 이 O링(76)에 의해, 압력 매체가 금속 파이프 부재(43)로부터 누설된 경우나, 압력 센서칩(41)이 파손된 경우나, 압력 센서칩(41)과 베이스 부재(42)와의 접합 계면이 박리한 경우 등에 압력 매체가 외부로 누출되는 것을 막고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 실시 형태 3에서는, 압력 센서셀(100)의 신호 단자(58)는 절곡되어, 몸체(300)의 부근에 설치된 프린트 기판(400)에 직접 솔더링 등에 의해 접속된다. 여기서, 고정 치구(310)가 몸체(300)의 오목부(302)를 완전하게 막는 구성의 경우에는, 도면에는 나타나 있지 않지만, 고정 치구(310)에 관통구멍이 마련되어 있고, 압력 센서셀(100)의 수지 케이스(44)의 압력 센서칩(41)을 담은 오목부(53)의 공간을 밀폐 상태로 하지 않도록 되어 있다. 또한, 고정 치구(310)는 수지 케이스(44)의 오목부(53)를 완전히 막지 않고, 오목부(53)의 일부를 개방하는 구성으로 되어 있다. 또한, 오목부(53)가 겔로 채워져 있어도 좋다.
(실시 형태 4)
도 4는 본 발명의 실시 형태 4에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 실시 형태 4의 압력 센서장치는, 실시 형태 3에서 고정 치구(310) 및 나사 부재(311)를 이용하여 압력 센서셀(100)을 고정하는 대신에 몸체(300)의 오목부(302, 303) 내에 넣은 압력 센서셀(100)을, 몸체(300)로부터 기립하는 탭(321;tab)을 기계 등을 이용하여 코킹에 의해 고정한 것이다. 따라서, 실시 형태 4에서는 고정 치구(310) 및 나사 부재(311)는 불필요하고, 부품 개수를 줄일 수 있다. 실시 형태 4에서도, O링(75)은 몸체(300)의 2단째의 오목부(303) 내에서, 이 오목부(303)의 적어도 측면과 금속 파이프 부재(43)의 측면과의 사이를 밀봉하고 있다. 그 밖의 구성은 실시 형태 3과 같다.
(실시 형태 5)
도 5는 본 발명의 실시 형태 5에 관한 압력 센서셀의 구성을 도시한 단면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 압력 센서셀(101)은 압력 센서칩(41), 베이스 부재(42), 금속판 부재(143) 및 수지 케이스(144)를 구비하고 있다. 압력 센서칩(41)과 베이스 부재(42)의 구성은 실시 형태 1과 같다.
금속판 부재(143)는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 42알로이로 만들어져 있고, 그 표면에 니켈 도금이 시행되어 있다. 또한, 니켈 도금과 금 도금의 조합이라도 좋다. 금속판 부재(143)의 중심에는 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(148)이 마련되어 있다. 금속판 부재(143)와 베이스 부재(42)는 베이스 부재(42)의 관통구멍(46)과 금속판 부재(143)의 관통구멍(148)이 하나로 연속되도록 위치가 맞추어져 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등의 금속 재료(49)에 의해 접합되어 있다. 금속판 부재(143)에 도금을 시행하는 이유는 베이스 부재(42)와의 접합 강도가 높아지기 때문이다.
수지 케이스(144)는 그 한쪽의 단부측에 제 1의 오목부(153)를 갖는다. 이 제 1의 오목부(153)에는 압력 센서칩(41) 및 베이스 부재(42)가 수용되어 있다. 또한, 수지 케이스(144)의 제 1의 오목부(153)와 반대측의 단부에는 제 1의 오목부(153)보다도 개구 면적이 크고, 또한 제 1의 오목부(153)에 연결되는 제 2의 오목부(155)가 형성되어 있다. 즉, 제 1의 오목부(153)와 제 2의 오목부(155)에 의해, 수지 케이스(144)를 관통하는 구멍부가 형성되어 있다. 제 2의 오목부(155)에는 금속판 부재(143)가 넣어져 있다. 금속판 부재(143)의 개방단(151)에 있어서의 관통구멍(148)의 개구부를 압력 도입구(152)라고 하면, 이 압력 도입구(152)와 반대측의 면(156)과, 이 면(156)이 접합하는 제 2의 오목부(155)의 저면(157)이 접착되어 있다.
이들의 면(156, 157)이 접착되어 있음으로서, 압력 도입구(152)로부터 도입된 압력 매체에 의해 압력이 인가된 경우에, 그 압력이 금속판 부재(143)를 수지 케이스(144)에 꽉 누르도록 작용하기 때문에, 압력에 대한 구조적인 신뢰성이 높다. 또한, 수지 케이스(144)는 외부로의 신호 단자(158)를 갖고 있고, 그 신호 단자(158)의 기단은 상기 제 1의 오목부(153)의 측방으로 노출하고 있다. 그 신호 단자(158)의 노출 개소와 압력 센서칩(41)은 와이어 본딩(59)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
상술한 구성의 압력 센서셀(101)에서는 압력 도입구(152)로부터 압력 매체가 도입되고, 압력 센서칩(41)의 다이어프램(45)에서 압력을 받으면 다이어프램(45)이 변형한다. 그리고, 다이어프램(45)상의 게이지 저항치가 변화하고, 그것에 따른 전압 신호가 발생한다. 그 전압 신호는 감도 보정 회로나 오프셋 보정 회로나 온도 특성 보정 회로 등의 조정 회로에 의해 조정된 증폭 회로에 의해 증폭되고, 압력 센서칩(41)으로부터 출력된다. 그리고, 그 출력 신호는 와이어 본딩(59)을 통하여 신호 단자(158)에 출력된다.
그 때, 압력 매체가 접하는 것은 금속판 부재(143)의 내벽과 베이스 부재(42)의 내벽과 압력 센서칩(41)의 다이어프램(45)뿐이다. 따라서 압력 매체가 에어컨 매체나 오일이나 윤활유 등이라 하여도, 압력 센서셀(101)이 열화되는 일은 없고, 장기에 걸쳐 높은 신뢰성을 얻을 수 있다. 또한, 고압을 계측하는 경우에도 압력을 받는 면적(수압 면적)이 다이어프램(45)뿐이므로, 압력 센서셀(101)을 이용한 압력 센서장치의 구조 및 재료를 극력 소형화하고, 경량화할 수 있다. 따라서, 저코스트의 압력 센서장치를 실현할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 측정 압력이 20MPa이고, 다이어프램(45)의 지름이 φ1mm인 경우, 수압 면적이 0.78㎟이기 때문에, 압력 센서셀(101)이 받는 하중은 20MPa×0.78㎟로 계산된다. 수지 케이스(144)의 제 2의 오목부(155)의 저면(157), 즉 압력에 의해 금속판 부재(143)가 꽉 눌리는 이면지지부의 면적을 14.9㎟라고 하면, 수지 케이스(144)의 이면지지부에 발생하는 압축 응력은 20MPa×0.78㎟/14.9㎟로 계산되고, 1.05MPa로 된다.
실시 형태 1과 마찬가지로, 수지 케이스(144)에 사용되는 수지 재료는 에폭시 수지, 폴리페닐렌 술파이드(PPS) 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지 또는 나일론 수지 등이다. 이들 수지의 파괴 응력은 98 내지 196Pa 레벨이기 때문에, 수지 케이스(144)의 이면지지부에 1.05MPa 정도의 압축 응력이 발생하여도, 안전이 충분히 확보된다. 따라서, 장기에 걸쳐 극히 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 실시 형태 1과 마찬가지로, 외부로 출력하기 까지의 신호 전달 경로의 접속 개소를 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 고장 확률이 현격하게 낮아진다. 또한, 베이스 부재(42)의 재료로서 실리콘을 이용하고, 압력 센서칩(41)과 베이스 부재(42)를 저융점 유리를 이용하여 접합하는 경우에는, 압력 센서칩(41)이 금속판 부재(143)로부터 받는 열응력이 베이스 부재(42)에서 흡수되기 때문에, 금속판 부재(143)로부터의 열응력을 저감할 수 있다. 또한, 금속 파이프 부재(43) 대신에 금속판 부재(143)를 이용함에 의해, 실시 형태 1보다도 부재 코스트를 내릴 수 있다.
(실시 형태 6)
도 6은 본 발명의 실시 형태 6에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 실시 형태 6의 압력 센서장치(201)는 실시 형태 5의 압력 센서셀(101)을 실시 형태 2와 마찬가지로, 커넥터 부재(61)와 조인트 부재(62)로 끼워 넣고, 조인트 부재(62)를 고정함으로서, 압력 센서셀(101)과 커넥터 부재(61)와 조인트 부재(62)를 일체화한 것이다. 커넥터 부재(61)와 조인트 부재(62)의 구성은 실시 형태 2와 같다.
커넥터 부재(61)와 압력 센서셀(101)은 커넥터 부재(61)의 하우징부(63)와 소켓부(64)와의 사이의 칸막이 부분의 하우징부(63) 내로 노출하는 단면(배치부)에, 압력 센서셀(101)의 압력 도입구(152)가 개구하는 개방단(151)과 반대측의 단면을 실리콘 접착제나 에폭시 접착제 등으로 접착함으로서 일체화되어 있다. 이와 같이 커넥터 부재(61)에 압력 센서셀(101)이 접착되어 있음에 의해, 진동이나 충격 등의 메커니컬한 충격에 대한 신뢰성이 보다 한층 향상된다. 또한, 하우징부(63) 내로 노출하는 신호 단자(66)의 기단 부분은, 압력 센서셀(101)의 신호 단자(158)에 레이저 용접에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 6에 도시한 예에서는 압력 센서칩(41)을 담은 제 1의 오목부(153)는 겔(68)로 채워져 있다. 겔(68)에 관해서는 없어도 좋지만, 압력 센서칩(41)을 보호하는데 유효하기 때문에, 바람직하게는 제 1의 오목부(153) 내에 겔(68)이 충전되어 있으면 좋다. 압력 센서장치(201)에서는 몸체(300) 내의 공간에 밀봉된 압력 매체는 조인트 부재(62)의 나사부(70)의 관통구멍(71), 압력 센서셀(101)의 금속판 부재(143) 및 베이스 부재(42)의 관통구멍(148, 46)을 통과하여 압력 센서칩(41)의 다이어프램(45)에 인도된다.
조인트 부재(62)의 저장부(69) 저부에 형성된 오목부(72) 내에는, 금속판 부재(143)와 조인트 부재(62)와의 사이를 밀봉하는 밀봉 수단인 O링(173)이 넣어져 있다. O링(173)은, 저장부(69)의 오목부(72) 내에서, 이 오목부(72)의 적어도 저면과, 금속판 부재(143)의 개방단(151)과의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(173)에 의해, 나사부(70)의 관통구멍(71)을 통과하여 금속판 부재(143)에 인도된 압력 매체가, 금속판 부재(143)의 관통구멍(148) 이외의 부분으로 흘러 들어가는 것을 막고 있다.
이와 같이, 실시 형태 6에 의하면 간소한 구성이므로, 부재 코스트 및 조립 코스트를 낮게 억제할 수 있다. 또한, 압력 센서장치(201)를 몸체(300)에 나사체결하여 부착할 때의 나사부(70)로부터의 응력이 O링(173)을 통하여 압력 센서칩(41)에 전해지기 때문에, 그 응력이 O링(173)에 의해 완화된다. 따라서, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높아진다. 또한, 외부로의 신호 단자(66)가, 압력 매체를 도입하기 위한 개구에 대해 반대측에 배치된다.
또한, 실시 형태 6에서는, 압력 매체에 의해 압력 센서셀(101)에 작용하는 하중은, 금속판 부재(143)의 개방단(151)과 O링(173)과의 접선으로 만들어지는 형상의 면적(S1)으로 정해진다. 그에 대해, 실시 형태 2에서는, 압력 매체에 의해 압력 센서셀(100)에 작용하는 하중이, 조인트 부재(62)의 오목부(72)의 측면과 O링(73)과의 접선으로 만들어지는 형상의 면적(S2)으로 정해진다. S1은 S2보다도 작기 때문에 실시 형태 6에서는, 압력 센서셀(102)에 작용하는 하중이 실시 형태 2보다도 작아진다. 따라서, 실시 형태 6은 실시 형태 2보다도 높은 압력을 계측하는 데 알맞다.
(실시 형태 7)
도 7은 본 발명의 실시 형태 7에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 실시 형태 7의 압력 센서장치는 실시 형태 5의 압력 센서셀(101)을, 실시 형태 3과 마찬가지로 몸체(300)에 형성된 오목부(302) 내에 압력 센서셀(101)을 넣고, 그 위로부터 고정 치구(310)를 나사 부재(311)에 의해 몸체(300)에 나사 고정한 것이다. 압력 센서셀(101)은 압력 도입구(152)로부터 인가되는 압력과, 그에 대한 고정 치구(310)로부터의 반력에 의해 고정되어 있다.
오목부(302)의 저부에 형성된 2단째의 오목부(303) 내에는, 금속판 부재(143)와 몸체(300)와의 사이를 밀봉하는 O링(175)이 넣어져 있다. O링(175)은 2단째의 오목부(303) 내에서 이 오목부(303)의 적어도 저면과, 금속판 부재(143)의 개방단(151)과의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(175)에 의해 몸체(300)의 관통구멍(304)을 통과하여 금속판 부재(143)에 인도된 압력 매체가, 금속판 부재(143)의 관통구멍(148) 이외의 부분으로 흘러 들어가는 것을 막고 있다. 또한, 압력 센서셀(101)의 신호 단자(158)는 절곡되어 있고, 몸체(300)의 부근에 설치된 프린트 기판(400)에 직접 솔더링 등에 의해 접속된다.
(실시 형태 8)
도 8은 본 발명의 실시 형태 8에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 실시 형태 8의 압력 센서장치는, 실시 형태 7에서 고정 치구(310) 및 나사 부재(311)를 이용하여 압력 센서셀(101)을 고정하는 대신에 실시 형태 4와 마찬가지로, 몸체(300)의 오목부(302, 303) 내에 넣은 압력 센서셀(101)을 몸체(300)로부터 기립하는 탭(321)을 기계 및 패스너 등을 이용하여 코킹함으로서 고정한 것이다. 따라서, 실시 형태 8에서는, 고정 치구(310) 및 나사 부재(311)는 불필요하고, 실시 형태 7보다도 부품 개수를 줄일 수 있다. 실시 형태 8에서도, O링(175)은 몸체(300)의 2단째의 오목부(303) 내에서 이 오목부(303)의 적어도 저면과, 금속판 부재(143)의 개방단(151)과의 사이를 밀봉하고 있다. 그 밖의 구성은 실시 형태 7과 같다.
(실시 형태 9)
도 9는 본 발명의 실시 형태 9에 관한 압력 센서셀의 구성을 도시한 평면도이고, 도 10 및 도 11은, 각각 도 9의 절단선 A-A 및 B-B에 있어서의 구성을 도시한 단면도이다. 이들의 도면에 도시한 바와 같이, 압력 센서셀(102)은 압력 센서칩(41), 베이스 부재(42), 금속판 부재(243) 및 수지 케이스(244)를 구비하고 있다. 압력 센서칩(41)과 베이스 부재(42)의 구성은 실시 형태 1과 같다.
수지 케이스(244)는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 평면 형상이 직사각형 형상을 하고 있고, 상대하는 한 쌍의 변으로부터 예를 들면 4개씩의 신호 단자(258)가 돌출하고 있다. 수지 케이스(244)의 한쪽의 변에 나열하는 신호 단자(258)는 압력 센서셀(102)의 출력을 외부로 인출하기 위한 외부 접속용 단자이다. 수지 케이스(244)의 또 한쪽의 변에 나열한 신호 단자(258)는 압력 센서셀(102)의 특성을 조정할 때 사용되는 내부 조정용 단자로서, 예를 들면 외부 접속용 단자보다도 짧아도 좋다.
또한, 수지 케이스(244)는 오목부(253)를 갖는다. 이 오목부(253)에는 압력 센서칩(41) 및 베이스 부재(42)가 수용되어 있고, 신호 단자(258)의 기단이 노출되어 있다. 신호 단자(258)의 노출 개소와 압력 센서칩(41)은, 와이어 본딩(59)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 수지 케이스(244)의 이면은 금속판 부재(243)의 한쪽 면에 접착되어 있다.
금속판 부재(243)는, 수지 케이스(244)의 신호 단자(258)가 돌출하지 않은 양단면보다도 외측으로 돌출되어 있다. 이 금속판 부재(243)의 수지 케이스(244)의 양단면보다도 외측으로 돌출하여 있는 부분은, 금속판 부재(243)와 일체화되는 다른 부재(예를 들면, 후술하는 실시 형태 10의 커넥터 부재(161) 등)가 맞닿아지는 지지부(245)가 된다. 신호 단자(258)는 금속판 부재(243)의 수지 케이스(244)로부터 신호 단자(258)가 돌출하고 있는 양단면보다도 외측으로 돌출되어 있다.
또한, 금속판 부재(243)는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 42알로이로 만들어져 있고, 그 표면에 베이스 부재(42)와의 접합 강도를 높이기 위한 니켈 도금이 시행되어 있다. 또한, 니켈 도금과 금 도금의 조합이라도 좋다. 금속판 부재(243)의 중심에는 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(248)이 마련되어 있다. 베이스 부재(42)는 금속판 부재(243)의 한쪽 면에, 베이스 부재(42)의 관통구멍(46)과 금속판 부재(243)의 관통구멍(248)이 하나로 연속되도록 위치가 맞추어져 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등의 금속 재료(49)에 의해 접합되어 있다.
상술한 구성의 압력 센서셀(102)에서는 금속판 부재(243)의 관통구멍(248)을 통하여 압력 매체가 도입되고, 압력 센서칩(41)의 다이어프램(45)에서 압력을 받으면 다이어프램(45)이 변형한다. 그리고, 다이어프램(45)상의 게이지 저항치가 변화하고, 그것에 따른 전압 신호가 발생한다. 그 전압 신호는 감도 보정 회로나 오프셋 보정 회로나 온도 특성 보정 회로 등의 조정 회로에 의해 조정된 증폭 회로에 의해 증폭되고, 압력 센서칩(41)으로부터 출력된다. 그리고, 그 출력 신호는 와이어 본딩(59)을 통하여 신호 단자(258)로 출력된다.
그 때, 압력 매체가 접하는 것은 금속판 부재(243)의 내벽과 베이스 부재(42)의 내벽과 압력 센서칩(41)의 다이어프램(45)뿐이다. 따라서 압력 매체가 에어컨 매체나 오일이나 윤활유 등이라 하여도, 압력 센서셀(102)이 열화되는 일은 없고, 장기에 걸쳐 높은 신뢰성을 얻을 수 있다. 또한, 고압을 계측하는 경우에도 압력을 받는 면적(수압 면적)이 다이어프램(45)뿐이기 때문에, 압력 센서셀(102)을 이용한 압력 센서장치의 구조 및 재료를 극력 소형화하고, 경량화할 수 있다. 따라서, 저코스트의 압력 센서장치를 실현할 수 있다.
구체적으로는, 수지 케이스(244)가 에폭시 수지, 폴리페닐렌 술파이드(PPS) 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지 또는 나일론 수지 등으로 만들어져 있는 경우, 실시 형태 5와 마찬가지로, 수지 케이스(244)에 1.05MPa 정도의 압축 응력이 발생하여도 안전이 충분히 확보된다. 따라서, 장기에 걸쳐 극히 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 실시 형태 1과 마찬가지로, 외부로 출력하기 까지의 신호 전달 경로의 접속 개소를 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 고장 확률이 현격하게 낮아진다. 또한, 베이스 부재(42)의 재료로서 실리콘을 이용하고, 압력 센서칩(41)과 베이스 부재(42)를 저융점 유리를 이용하여 접합하는 경우에는, 압력 센서칩(41)이 금속판 부재(243)로부터 받는 열응력이 베이스 부재(42)에서 흡수되기 때문에, 금속판 부재(243)로부터의 열응력을 저감할 수 있다. 또한, 금속 파이프 부재(43) 대신에 금속판 부재(243)를 이용함에 의해, 실시 형태 1보다도 부재 코스트를 내릴 수 있다.
(실시 형태 10)
도 12 및 도 13은, 본 발명의 실시 형태 10에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도로서, 각각 도 9의 절단선 A-A 및 B-B에 상당하는 절단면에 있어서의 구성을 도시한 단면도이다. 이들의 도면에 도시한 바와 같이, 실시 형태 10의 압력 센서장치(202)는 실시 형태 9의 압력 센서셀(102)을 실시 형태 2와 마찬가지로, 커넥터 부재(161)와 조인트 부재(62)로 끼워 넣고, 조인트 부재(62)를 코킹에 의해, 압력 센서셀(102)과 커넥터 부재(161)와 조인트 부재(62)를 일체화한 것이다. 조인트 부재(62)의 구성은 실시 형태 2와 같다.
커넥터 부재(161)는, 압력 센서셀(102)을 수용하는 하우징부(163)와, 압력 센서장치(202)의 출력을 외부로 인출하기 위한 소켓부(164)가 일체로 성형된 구성으로 되어 있다. 소켓부(164)는 하우징부(163)보다도 가늘게 되어 있고, 하우징부(163)와 소켓부(164)와의 사이에 단차부(165)가 형성되어 있다. 하우징부(163)와 소켓부(164)와의 사이의 칸막이 부분에는, 외부로의 신호 단자(166)가 매입되어 있다. 신호 단자(166)의 일단은 하우징부(163) 내로 노출하고, 타단은 소켓부(164) 내로 노출하고 있다.
하우징부(163)의 높이는, 금속판 부재(243)의 신호 단자(258)가 있는 측과 없는 측에서 다르다. 도 12에 도시한 바와 같이, 금속 판부재(243)의 신호 단자(258)가 있는 측, 즉 금속판 부재(243)의 긴 변에 따른 측에서는 하우징부(163)의 하단은, 금속 판부재(243)의 외측에서, 조인트 부재(62)의 저면에 맞닿아 있다. 한편, 도 13에 도시한 바와 같이, 금속판 부재(243)의 신호 단자(258)가 없는 측, 즉 금속판 부재(243)의 단변에 따른 측에서는, 하우징부(163)의 하단은 금속판 부재(243)의 지지부(245)에 맞닿아 있다. 이와 같이, 커넥터 부재(161)가 조인트 부재(62) 및 금속판 부재(243)에 의해 지지되어 있음으로써 높은 압력을 계측하는 경우에, 수지 케이스(244)에 과대한 하중이 걸리는 것을 막고 있다.
커넥터 부재(161)와 압력 센서셀(102)은, 커넥터 부재(161)의 하우징부(163)와 소켓부(164)와의 사이의 칸막이 부분의 하우징부(163) 내로 노출하는 단면(배치부)에, 압력 센서셀(102)의 압력 도입구(252)가 개구하는 개방단(251)과 반대측의 단면을 실리콘 접착제나 에폭시 접착제 등으로 접착함으로서 일체화되어 있다. 이와 같이 커넥터 부재(161)에 압력 센서셀(102)이 접착되어 있음에 의해, 진동이나 충격 등의 메커니컬한 충격에 대한 신뢰성이 보다 한층 향상된다. 또한, 하우징부(163) 내로 노출하는 신호 단자(166)의 기단 부분은, 압력 센서셀(102)의 신호 단자(258)에 레이저 용접에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
하우징부(163)와 소켓부(164)와의 사이의 칸막이 부분에는, 관통구멍(167)이 마련되어 있다. 이 관통구멍(167)은 압력 센서셀(102)의 수지 케이스(244)의 압력 센서칩(41)을 담은 오목부(253)의 공간이 밀폐 상태로 되지 않도록 하기 위해 마련되어 있다. 또한, 이 오목부(253)는 예를 들면 압력 센서칩(41)을 보호하기 위한 겔(68)로 채워져 있다.
조인트 부재(62)는, 커넥터 부재(161)의 하우징부(163)를 고정하는 고정부를 갖고 있다. 조인트 부재(62) 및 커넥터 부재(161)는 압력 센서셀(102)을 접착한 커넥터 부재(161)의 하우징부(163)에 조인트 부재(62)의 저장부(69)를 씌우고, 저장부(69)의 선단 언저리를 기계 등에 의해 커넥터 부재(161)의 단차부(165)에 따르도록 코킹함으로써 고정할 수 있다. 고정은 코킹 이외의 방법, 예를 들면 접착 등으로 행하도록 하여도 좋다.
압력 센서장치(202)에서는 몸체(300) 내의 공간에 밀봉된 압력 매체는, 조인트 부재(62)의 나사부(70)의 관통구멍(71), 압력 센서셀(102)의 금속판 부재(243) 및 베이스 부재(42)의 관통구멍(248, 46)을 통과하여 압력 센서칩(41)의 다이어프램(45)에 인도된다. 또한, 조인트 부재(62)의 저장부(69)의 저부에 형성된 오목부(72) 내에는, 밀봉 수단인 O링(173)이 넣어져 있다. O링(173)은, 저장부(69)의 오목부(72) 내에서 이 오목부(72)의 적어도 저면과, 금속판 부재(243)의 개방단(251)과의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(173)에 의해, 나사부(70)의 관통구멍(71)을 통과하여 금속판 부재(243)에 인도된 압력 매체가, 금속판 부재(243)의 관통구멍(248) 이외의 부분으로 흘러 들어가는 것을 막고 있다.
또한, 커넥터 부재(161)의 하우징부(163)의 외측 측면과 조인트 부재(62)의 저장부(69)의 내측 측면과의 사이에도, 그 사이를 밀봉하는 O링(174)이 마련되어 있다. 이 O링(174)에 의해, 압력 매체가 금속판 부재(143)로부터 누설된 경우나, 압력 센서칩(41)이 파손된 경우나, 압력 센서칩(41)과 베이스 부재(42)와의 접합 계면이 박리한 경우 등에 압력 매체가 외부로 누출되는 것을 막고 있다.
이와 같이, 실시 형태 10에 의하면 간소한 구성이기 때문에, 부재 코스트 및 조립 코스트를 낮게 억제할 수 있다. 또한, 압력 센서장치(202)를 몸체(300)에 나사체결하여 부착할 때의 나사부(70)로부터의 응력이 O링(173)을 통하여 압력 센서칩(41)에 전해지기 때문에 그 응력이 O링(173)에 의해 완화된다. 따라서, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높아진다. 또한, 외부로의 신호 단자(166)가 압력 매체를 도입하기 위한 개구에 대해 반대측에 배치된다.
또한, 실시 형태 10에서는 압력 매체에 의해 압력 센서셀(102)에 작용하는 하중은, 금속판 부재(243)의 개방단(251)과 O링(173)과의 접선으로 만들어지는 형상의 면적(S3)으로 정해진다. 그에 대해, 실시 형태 2는 상술한 S2로 정해진다. S3은 S2보다도 작기 때문에, 실시 형태 10에서는 압력 센서셀(102)에 작용하는 하중이 실시 형태 2보다도 작아진다. 따라서, 실시 형태 10은 실시 형태 2보다도 높은 압력을 계측하는데 알맞다. 또한, 실시 형태 10은 상술한 바와 같이, 수지 케이스(244)에 과대한 하중이 걸리지 않는 구성으로 되어 있기 때문에, 실시 형태 6보다도 높은 압력을 계측하는데 알맞다.
(실시 형태 11)
도 14는 본 발명의 실시 형태 11에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 14에 도시한 바와 같이 실시 형태 11의 압력 센서장치는, 실시 형태 9의 압력 센서셀(102)을, 실시 형태 3과 마찬가지로 몸체(300)에 형성된 오목부(302) 내에 압력 센서셀(102)을 넣고, 그 위로부터 고정 치구(312)를 나사 부재(311)에 의해 몸체(300)에 나사 고정한 것이다. 고정 치구(312)의 하면에는 수하편(垂下片)(313)이 돌출하여 마련되어 있다. 이 수하편(313)은 금속판 부재(243)의 지지부(245)에 맞닿는다. 압력 센서셀(102)은 압력 도입구(252)로부터 인가되는 압력과 그에 대한 고정 치구(312)로부터의 반력에 의해 고정되어 있다.
오목부(302)의 저부에 형성된 2단째의 오목부(303) 내에는, 금속 판부재(243)와 몸체(300)와의 사이를 밀봉하는 O링(175)이 넣어져 있다. O링(175)은, 2단째의 오목부(303) 내에서 이 오목부(303)의 적어도 저면과, 금속판 부재(243)의 개방단(251)과의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(175)에 의해, 몸체(300)의 관통구멍(304)을 통과하여 금속판 부재(243)에 인도된 압력 매체가, 금속판 부재(243)의 관통구멍(248) 이외의 부분으로 흘러 들어가는 것을 막고 있다.
또한, 압력 센서셀(102)의 신호 단자(258)는 절곡되어 있고, 몸체(300) 부근에 설치된 프린트 기판(400)에 직접 솔더링 등에 의해 접속된다. 실시 형태 11에서는 금속판 부재(243)는 원반형상이라도 좋고, 또한, 그 외주의 전체에 걸쳐 지지부(245)가 마련되어 있어도 좋다.
(실시 형태 12)
도 15는 본 발명의 실시 형태 12에 관한 압력 센서장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 실시 형태 12의 압력 센서장치는, 실시 형태 11에서 고정 치구(312) 및 나사 부재(311)를 이용하여 압력 센서셀(102)을 고정하는 대신에, 몸체(300)의 오목부(302) 내에 넣은 금속판 부재(243)의 지지부(245)를, 몸체(300)로부터 기립하는 탭(322;tab)을 기계 등을 이용하여 코킹하여 고정한 것이다. 따라서, 실시 형태 12에서는, 고정 치구(312) 및 나사 부재(311)는 불필요하고, 실시 형태 11보다도 부품 개수를 줄일 수 있다. 실시 형태 12에서도, O링(75)은 몸체(300)의 2단째의 오목부(303) 내에서 이 오목부(303)의 적어도 저면과, 금속판 부재(243)의 개방단(251)과의 사이를 밀봉하고 있다. 그 밖의 구성은 실시 형태 11과 같다.
이상에 있어서, 본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한하지 않고, 여러가지로 변경 가능하다. 예를 들면, 실시 형태 2 또는 실시 형태 6에 있어서, 커넥터 부재(61)의 하우징부(63)의 하단과 조인트 부재(62)의 저장부(69)의 내측 저면과의 사이를 밀봉하는 O링(74)의 대신에, 또는 이 O링(74)과 함께, 실시 형태 10과 같이, 커넥터 부재(61)의 하우징부(63)의 외측 측면과 조인트 부재(62)의 저장부(69)의 내측 측면과의 사이를 밀봉하는 O링을 마련하여도 좋다.
또한, 각 실시 형태에 있어서, 베이스 부재(42)의 이면에 금속 박막(47)을 마련하지 않고, 금속 파이프 부재(43) 혹은 금속판 부재(143, 243)와 베이스 부재(42)를, 에폭시 등의 접착제에 의해 접착하여 일체화하는 구성으로 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 부재 코스트를 내릴 수 있다. 또한, 금속 파이프 부재(43) 또는 금속판 부재(143, 243)와 베이스 부재(42)를 솔더링에 의해 고정하는지 또는 접착제에 의해 고정하는지는 측정 대상이 되는 압력 매체에 따라 적절히 선택된다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 압력 센서장치는, 1MPa 이상의 높은 압력을 계측하는 압력 센서장치에 유용하고, 특히 자동차용, 의료용, 산업용 또는 민생용 등의 각종 장치 등에 사용되는 압력 센서장치에 알맞다.
본 발명에 관한 압력 센서장치에 의하면, 외부로의 신호 전달 경로상의 접속 개소의 수가 최소로 되고, 고장 확률이 낮아지기 때문에, 장기적인 신뢰성이 높은 압력 센서장치를 얻을 수 있다는 효과를 갖는다. 또한, 부품 개수가 적은 저코스트의 압력 센서장치를 얻을 수 있다는 효과를 갖는다. 또한, 실리콘 오일의 영향에 의한 출력 신호의 변동을 회피할 수 있기 때문에, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높아진다는 효과를 갖는다. 또한, 압력 센서장치를 나사체결하여 부착할 때 나사부로부터의 응력이 완화되기 때문에, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높아진다는 효과를 갖는다. 또한, 외부로의 신호 단자를 압력 도입구의 반대측에 배치한 압력 센서장치를 얻을 수 있다는 효과를 갖는다.
41 : 압력 센서칩 42 : 베이스 부재
43 : 압력 도입 수단(금속 파이프 부재)
44, 144, 244 : 수지 케이스 45 : 수압부(다이어프램)
46, 48, 71 : 관통구멍 47 : 금속 박막
49 : 금속 재료 50, 65, 165 : 단차부(계단부)
51, 151, 251 : 개방단 58, 66, 158, 166, 258 : 신호 단자
59 : 와이어 본딩 61, 161 : 커넥터 부재
62 : 조인트 부재 63, 163 : 하우징부
64, 164 : 소켓부 69 : 저장부(containing section)
70 : 나사부 73, 173 : 밀봉 수단(O링)
100, 101, 102 : 압력 센서셀
143, 243 : 압력 도입 수단(금속판 부재)
200, 201, 202 : 압력 센서장치 245 : 지지부

Claims (17)

  1. 압력 센서장치에 있어서,
    압력 센서셀은,
    압력을 수신하기 위한 수압부와 수압부에 의해 수신되는 압력에 의해 왜곡되는 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하기 위한 변환 수단을 갖는 압력 센서칩과,
    제 1면, 제 2면과, 상기 제 1면과 제 2면을 통하여 연장되는 관통 구멍을 갖는 베이스 부재와,
    제 1면, 제 2면과, 상기 제 1면과 제 2면을 통하여 연장되는 관통 구멍을 갖는 금속성 압력 도입 수단과,
    상기 압력 센서칩의 변환 수단으로부터의 전기 신호를 출력하기 위한 신호 터미널을 갖는 수지 케이스를 구비하고,
    상기 수압부가 베이스 부재의 관통 구멍과 면하며, 압력 센서칩은 베이스부재의 제 2면에 접합되고,
    상기 압력 도입 수단의 관통 구멍은 베이스 부재의 관통 구멍과 연통되고, 압력 도입 수단은 베이스 부재의 제 1면에 접합되며,
    상기 수지 케이스는 압력 도입 수단에 접착되고,
    상기 압력 센서칩과 신호 터미널은 와이어에 의해 전기적으로 접속되고,
    압력 센서셀을 몸체에 장착하기 위한 장착 수단을 구비하며,
    상기 장착 수단은,
    일체로 성형된 출력 터미널을 가지며, 출력 터미널의 한 단부는 압력 센서셀의 신호 터미널에 전기적으로 접속되어 있고 출력 터미널의 다른 단부는 외측으로 돌출되어 있고, 압력 센서셀을 배치하기 위한 설치부와 함께 구비되어 있는 커넥터 부재와,
    나사부와 나사부를 통하여 연장된 관통 구멍을 가진 나사와, 커넥터 부재를 고정하기 위한 고정부를 가지며 커넥터 부재내에 설치된 압력 센서셀을 저장하는 저장부를 구비한 조인트 부재와,
    압력 센서셀은 압력 도입 수단의 제 1 면상의 관통 구멍의 개구가 몸체로부터 압력 전달 매체가 연통하도록 커넥터 부재내에 설치되어 있고,
    압력 센서셀의 신호 터미널은 출력 터미널에 전기적으로 접속되어 있고,
    압력 센서셀은 나사부의 관통 구멍이 압력 도입 수단의 관통구멍과 연통하도록 커넥터 부재와 조인트 부재 사이에 설치되고,
    상기 압력 도입 수단과 상기 조인트 부재 사이를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  2. 압력 센서장치에 있어서,
    압력 센서셀은,
    압력을 수신하기 위한 수압부와 수압부에 의해 수신되는 압력에 의해 왜곡되는 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하기 위한 변환 수단을 갖는 압력 센서칩과,
    제 1면, 제 2면과, 상기 제 1면과 제 2면을 통하여 연장되는 관통 구멍을 갖는 베이스 부재와,
    제 1면, 제 2면과, 상기 제 1면과 제 2면을 통하여 연장되는 관통 구멍을 갖는 금속성 압력 도입 수단과,
    상기 압력 센서칩의 변환 수단으로부터의 전기 신호를 출력하기 위한 신호 터미널을 갖는 수지 케이스를 구비하고,
    상기 수압부가 베이스 부재의 관통 구멍과 면하며, 압력 센서칩은 베이스부재의 제 2면에 접합되고,
    상기 압력 도입 수단의 관통 구멍은 베이스 부재의 관통 구멍과 연통되고, 압력 도입 수단은 베이스 부재의 제 1면에 접합되며,
    상기 수지 케이스는 압력 도입 수단에 접착되고,
    상기 압력 센서칩과 신호 터미널은 와이어에 의해 전기적으로 접속되고,
    압력 센서셀을 몸체에 장착하기 위한 장착 수단을 구비하며,
    상기 장착 수단은 몸체에 형성된 홈에 센서셀을 지지하기 위한 고정부를 가지며, 고정부의 구멍을 통하여 신호 터미널이 외측으로 연장되고 몸체에 패스너로 장착되며,
    상기 압력 도입 수단과 상기 몸체 사이를 용접하거나 그 사이에 O링을 구비함으로써 밀봉하는 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  3. 압력 센서장치에 있어서,
    압력 센서셀은,
    압력을 수신하기 위한 수압부와 수압부에 의해 수신되는 압력에 의해 왜곡되는 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하기 위한 변환 수단을 갖는 압력 센서칩과,
    제 1면, 제 2면과, 상기 제 1면과 제 2면을 통하여 연장되는 관통 구멍을 갖는 베이스 부재와,
    제 1면, 제 2면과, 상기 제 1면과 제 2면을 통하여 연장되는 관통 구멍을 갖는 금속성 압력 도입 수단과,
    상기 압력 센서칩의 변환 수단으로부터의 전기 신호를 출력하기 위한 신호 터미널을 갖는 수지 케이스를 구비하고,
    상기 수압부가 베이스 부재의 관통 구멍과 면하며, 압력 센서칩은 베이스부재의 제 2면에 접합되고,
    상기 압력 도입 수단의 관통 구멍은 베이스 부재의 관통 구멍과 연통되고, 압력 도입 수단은 베이스 부재의 제 1면에 접합되며,
    상기 수지 케이스는 압력 도입 수단에 접착되고,
    상기 압력 센서칩과 신호 터미널은 와이어에 의해 전기적으로 접속되고,
    압력 센서셀을 몸체에 장착하기 위한 장착 수단을 구비하며,
    상기 장착 수단은 센서셀을 몸체에 형성된 홈에 지지하기 위한 탭을 구비하고, 탭의 구멍을 통하여 신호 터미널이 외측으로 연장되고 탭은 센서셀을 몸체에 고정하며,
    상기 압력 도입 수단과 상기 몸체 사이를 용접하거나 그 사이에 O링을 구비함으로써 밀봉하는 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 부재의 제 1면 위에 금속성 박막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 압력 도입 수단 사이에 배치된 금속성 재료를 더 포함하며,
    압력 도입 수단의 제 2면은 금속성 박막과 그 사이에 배치된 금속성 재료와 함께 베이스의 제 1면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단의 제 2면은 접착제로 베이스 부재의 제 1면에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단은 금속성 파이프와 금속성 플레이트 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  8. 제 6항에 있어서
    상기 압력 도입 수단은 금속성 파이프와 금속성 플레이트 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 부재는 유리로 제조되고, 압력 센서칩은 유리 베이스 부재에 정전기 접합에 의해 접합된 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 압력 센서칩은 모두 실리콘으로 제조되고,
    압력 센서칩은 밀폐 유리로 베이스 부재에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  11. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단은 알로이 42로 이루어지며, 적어도 니켈과 금 도금 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  12. 제 4항에 있어서,
    상기 금속성 박막은 금막, 백금막, 크롬막을 포함하는 3개의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  13. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단은 제 1면, 제 2면의 중간부의 일정 위치에 바깥쪽으로 돌출된 계단부를 가지며, 상기 계단부는 수지 케이스에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  14. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단은 수지 케이스의 단부면보다 최소한 어느 한 방향으로 더 바깥측에 지지부를 가지며, 상기 지지부는 압력 도입 수단과 함께 일체화되는 다른 부재와 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단과 조인트 부재 또는 몸체의 사이에 O링을 구비함으로서 상기 밀봉을 이루며, 상기 조인트 부재 또는 몸체는 그 저부에 오목부를 구비하며, O링은 상기 압력 도입 수단과 오목부 저부의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  16. 제 2항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단과 몸체의 사이에 O링을 구비함으로서 상기 밀봉을 이루며, 상기 몸체는 그 저부에 오목부를 구비하며, O링은 상기 압력 도입 수단과 상기 오목부 저부의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  17. 제 3항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단과 몸체의 사이에 O링을 구비함으로서 상기 밀봉을 이루며, 상기 몸체는 그 저부에 오목부를 구비하며, O링은 상기 압력 도입 수단과 상기 오목부 저부의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
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