WO2015098324A1 - 圧力測定装置 - Google Patents

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diaphragm
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真之 日尾
瑞紀 芝田
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0048—Details about the mounting of the diaphragm to its support or about the diaphragm edges, e.g. notches, round shapes for stress relief
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance

Definitions

  • the present invention relates to a pressure measuring device that is mounted on various devices to be measured and detects pressure.
  • the pressure measuring device is configured as, for example, a high pressure sensor mounted on a vehicle, and is used for measuring engine fuel pressure, brake oil pressure, various gas pressures, and the like.
  • Patent Documents 1 and 2 have been proposed as conventional pressure measuring devices.
  • Patent Document 1 states that “a plate glass is bonded to a diaphragm surface of a pressure-receiving metal diaphragm via a low-melting glass layer, a strain gauge semiconductor chip is placed on the plate glass, and the plate glass and the strain gauge semiconductor chip are anodically bonded. Is a pressure detector.
  • Patent Document 2 discloses that “a pressure at which the sensor element is bonded to the diaphragm by a bonding member bonded to the sensor element at the first bonding surface and bonded to the diaphragm formed on the metal stem at the second bonding surface.
  • the thermal expansion coefficient of the first joint surface is closer to the thermal expansion coefficient of the sensor element than the thermal expansion coefficient of the metal stem
  • the thermal expansion coefficient of the second joint surface is the sensor.
  • the pressure is characterized in that the thermal expansion coefficient is closer to the thermal expansion coefficient of the metal stem than the thermal expansion coefficient of the sensor element, and the thermal expansion coefficient changes continuously from the first joint surface to the second joint surface. Sensor ".
  • the strain detection element made of silicon is bonded to the diaphragm through the low melting point glass, but the strain detection element and the bonding layer are damaged by the stress generated in the cooling process of bonding.
  • an Fe—Ni—Co alloy having a thermal expansion coefficient close to that of silicon or glass has been used as the material of the diaphragm.
  • the Fe—Ni—Co alloy has a problem that it has a relatively low yield strength and is unsuitable for high pressure, and corrodes in a high temperature and high environment.
  • Patent Document 2 describes a bonding member formed by mixing a plurality of bonding materials and continuously changing the thermal expansion coefficient. Generally, a bonding member rapidly expands in the vicinity of a melting point. Because the rate changes, it is difficult to control the coefficient of thermal expansion. Even when the mixing control is insufficient, if the mixing is not uniform, the coefficient of thermal expansion is not uniform, and the joining state may vary, and there is a problem in the stability of the joining.
  • Patent Documents 1 and 2 leave room for improvement in connection reliability when connecting a strain detection element on a diaphragm having a large coefficient of thermal expansion.
  • the present invention solves the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a pressure measuring device with high bonding reliability between a diaphragm made of a metal material having a thermal expansion coefficient larger than that of silicon or glass and a strain detection element. Is to provide.
  • a pressure measuring device generates a metal casing having a pressure introducing portion, a diaphragm that is deformed by the pressure introduced from the pressure introducing portion, and the diaphragm.
  • a strain detection element that detects strain; and a base made of a first brittle material on the metal casing, the strain detection element having a lower melting point than the base. It is characterized by being joined to the base via a second brittle material.
  • a pressure detection element having a high bonding reliability between a diaphragm made of a metal material having a larger thermal expansion coefficient than that of silicon or glass and a strain detection element.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the entire pressure measuring device in a first embodiment of the present invention.
  • the circuit diagram of the pressure measuring device in the 1st example of the present invention. The cross-sectional enlarged view of the junction part in the 1st Example of this invention.
  • the pressure measuring device 100 includes a metal housing 10 in which a pressure port 12, a diaphragm 14, and a flange 13 are formed, a strain detecting element 15 that measures the pressure introduced into the pressure port 11, A substrate 16 connected to the cover, a cover 18, and a connector 19 for electrically connecting to the outside.
  • the pressure port 11 is formed on a hollow cylindrical pressure introduction portion 12ha in which a pressure introduction port 12a is formed on one end side (lower side) in the axial direction, and on the other end side (upper side) in the axial direction of the pressure introduction portion 12ha. And a cylindrical flange 13. A diaphragm 14 is erected at the central portion of the flange 13 to be deformed by pressure and generate distortion.
  • the diaphragm 14 has a pressure receiving surface that receives the pressure introduced from the pressure introducing port 12a and a sensor mounting surface opposite to the pressure receiving surface.
  • the tip portion 12hat of the pressure introducing portion 12ha of the pressure port 11 facing the strain detecting element 15 on the diaphragm 14 side has a rectangular shape, and is slightly lower than the center portion of the flange 13 and the upper surface of the diaphragm 14. Is continuously drilled. Due to the rectangular shape of the tip portion 12hat, the diaphragm 14 has a strain difference in the x direction and the y direction.
  • the strain detection element 15 is joined to the substantially central portion of the sensor mounting surface of the diaphragm 14.
  • the strain detection element 15 is configured as a semiconductor chip including one or more strain resistance bridges 30a to 30c that output an electrical signal corresponding to deformation (strain) of the diaphragm 14 on a silicon chip.
  • the substrate 16 amplifies each detection signal output from the strain detection element 15, an A / D converter that converts the analog output signal of the amplifier into a digital signal, and performs a correction operation to be described later based on the digital signal.
  • a digital signal arithmetic processing circuit, a memory storing various data, a capacitor 17 and the like are mounted.
  • a predetermined diameter range from the center of the closing plate 18a that closes the other end of the cover 18 in the axial direction is cut out, and the detected pressure detected by the pressure measuring device 100 is formed by, for example, resin in the cutout portion.
  • a connector 19 for outputting the value to the outside is inserted.
  • One end of the connector 19 is fixed to the cover 18 in the cover 18, and the other end of the connector 19 is exposed from the cover 18 to the outside.
  • the connector 19 has a rod-like terminal 20 inserted by, for example, insert molding.
  • the terminal 20 is composed of, for example, three terminals for power supply, grounding, and signal output. One end of each terminal 20 is connected to the substrate 16 and the other end is connected to an external connector (not shown). Is electrically connected to the ECU or the like of the automobile via a wiring member.
  • Each of the strain resistance bridges 30a to 30c is configured by bridge-connecting resistance gauges whose resistance values are changed by being distorted in accordance with the deformation of the diaphragm 14.
  • the output signals (bridge signals corresponding to pressure) of the strain resistance bridges 30a to 30c are amplified by the amplifiers 31a to 31c, and the amplified output signals are converted into digital signals by the AD (analog-digital) converters 32a to 32c. Is done.
  • the digital signal arithmetic processing circuit 33 Based on the output signals of the AD converters 32a to 32c, the digital signal arithmetic processing circuit 33 converts, for example, the pressure value detected by one strain resistance bridge 30a into the detected pressure value of the other strain resistance bridges 30b and 30c. The correction processing is performed, and the corrected pressure value is output as a detection value of the pressure measuring device.
  • the digital signal arithmetic processing circuit 33 is not limited to the correction arithmetic processing, but compares the detected pressure values of a plurality of strain resistance bridges, or the detected pressure values of the strain resistance bridges and the specified pressure stored in the nonvolatile memory 34 in advance. Comparison with the value is performed to determine whether the device to be measured is deteriorated or the strain detecting element 16 is deteriorated, and processing such as outputting a failure signal at the time of the determination is performed.
  • the power supply from the voltage source 35 to the strain resistance bridges 30a to 30c and the output of each signal from the digital signal arithmetic processing circuit 33 are performed via the terminal 21 shown in FIGS.
  • the nonvolatile memory 34 may be mounted on a circuit chip different from other circuit components. Further, instead of the digital signal calculation processing circuit 33, the correction calculation may be performed by an analog circuit.
  • the material of the diaphragm 14 is required to have corrosion resistance and high strength so that it can cope with high pressure. Therefore, a material having high proof strength by precipitation hardening is used as a corrosion-resistant material containing chromium. Specifically, SUS630 is employed.
  • the brittle material base 21 is formed by mounting on the sensor mounting surface of the diaphragm 14 a brittle material that breaks in an elastic region such as glass, ceramic, or concrete.
  • the brittle material base 21 is formed on the diaphragm 14 by applying a glass paste having a melting point of 800 ° C. or higher to the diaphragm 14 and baking it at a temperature higher than the melting point of the glass paste.
  • Glass paste is crystallized glass and has a coefficient of thermal expansion of less than 11 ppm.
  • the strain detection element 15 is joined to the brittle material base 21 via a low melting point brittle material 22 having a melting point lower than that of the brittle material constituting the brittle material base 21.
  • a low melting point brittle material 22 As the low melting point brittle material 22, a glass paste mainly composed of glass containing vanadium having a melting point of 400 ° C. or lower is employed. Since the melting point of the low melting point brittle material 22 is lower than the melting point of the brittle material base 21, the physical properties of the brittle material base 21 do not change before and after joining. Further, when the bonding temperature is 400 ° C. or lower, it is possible to suppress deterioration of the strain detection element 15 at the time of bonding.
  • an object to be bonded to the strain detection element 15 is not the diaphragm 14 but the brittle material base 21 having a smaller difference in thermal expansion coefficient from the strain detection element 15 than the diaphragm 14. Therefore, since the difference in coefficient of thermal expansion between the strain detection element 15 and the object to be bonded can be reduced, the stress generated in the bonding cooling process can be reduced. Further, by joining the brittle material base 21 and the strain detection element 15 with the low melting point brittle material 22, the heating temperature when joining the strain detection element 15 can be reduced, and the strain detection element 15 is generated. Internal stress can be reduced. In particular, when the melting point of the low melting point brittle material 22 is a material having a melting point of 400 ° C.
  • the bonding temperature of the strain detecting element 15 is 400 ° C. or lower, it is possible to suppress deterioration of the terminals and wiring of the strain detecting element 15. This is particularly effective. And since the low melting point brittle material 22 is deformed in an elastic region even in a high temperature environment where the pressure measuring device 100 is mounted, it does not plastically deform in a high temperature environment unlike a ductile material. Therefore, it is possible to suppress deterioration in detection accuracy due to plastic deformation of the joint. As described above, according to the first embodiment of the present invention, it is possible to provide an accurate pressure detection device.
  • a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.
  • the pressure measuring device 100 in the second embodiment is characterized in that the strain detection element 15 and the glass plate 23 are anodically bonded, and the glass plate 23 and the brittle material base 21 are bonded via the low melting point brittle material 22.
  • the glass plate 23 uses a material that maintains a solid shape even at the melting point of the low-melting-point brittle material 22, so that the thickness can be easily managed as compared with a paste-like material. Therefore, according to the second embodiment of the present invention, the sensitivity of the strain detecting element 15 can be easily set to a desired value by designing the thickness of the glass plate 23 that is inversely correlated with the sensitivity of the strain detecting element 15. It becomes possible to control.
  • a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.
  • the pressure measuring device 100 forms a base base 24 and a top base 25 by laminating a plurality of brittle materials having melting points equal to or higher than the melting point of the low melting point brittle material 22. It is characterized in that at least one brittle material among the brittle materials used is a brittle material that is in a solid form even at the melting point of the low melting point brittle material 22. Any of the laminated brittle materials has a coefficient of thermal expansion of less than 11 ppm. As shown in FIG.
  • a glass paste having a melting point equal to or higher than that of the low melting point brittle material 22 is applied to the diaphragm 14 as the base base 24, and a glass plate is used as the top base 25 on the base base 24.
  • a base made of a two-layer brittle material can be formed.
  • the thickness of the bonding layer can be easily managed, and the sensitivity of the strain detection element 15 can be set to a desired value. .
  • a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.
  • the brittle material base 21 and the low melting point brittle material 22 are formed in a circular shape.
  • the concentrated stress applied to the corners of the strain detection element 15 can be reduced.
  • the low melting point brittle material 22 into a circular shape, the concentrated stress applied to the corners of the strain detecting element 15 can be reduced. Therefore, according to the fourth embodiment of the present invention, it is possible to suppress the cracking of the member due to the stress generated in the bonding cooling process, that is, the cracking of the strain detecting element 15, the brittle material base 21, and the low melting point brittle material 22. It becomes.
  • the brittle material base 21 is an octagonal or more polygonal shape, it is possible to reduce the concentrated stress applied to the corners of the strain detection element 15 generated in the bonding cooling step, as in the circular shape. Therefore, it is possible to suppress the cracking of the member in the cooling process.
  • the low melting point brittle material 22 is made an octagon or more polygon, it is possible to obtain the same effect as when it is made circular.
  • the fourth embodiment can achieve the same effect by combining with the second embodiment or the third embodiment.

Abstract

　熱膨張率の大きい金属からなるダイアフラムにおいても歪検出素子を安定的に接合することができる圧力測定装置を提供する。　上記課題を解決するために、本発明の圧力測定装置は、圧力導入部と、該圧力導入部から導入された圧力により変形が発生するダイアフラムと、を有する金属筐体と、前記ダイアフラムに発生する歪を検出する歪検出素子と、を備える圧力検出装置において、前記金属筐体上に、第一の脆性材からなる基台を有し、前記歪検出素子は、前記基台よりも低融点である第二の脆性材を介して、前記基台と接合されることを特徴とする。

Description

圧力測定装置
　本発明は、測定対象の各種機器に装着されて圧力を検出する圧力測定装置に関する。
　圧力測定装置は、例えば車両に搭載される高圧センサとして構成され、エンジンの燃料圧、ブレーキ油圧、各種ガス圧等の測定に用いられる。
　従来の圧力測定装置としては、例えば特許文献１、２に記載のものが提案されている。
　特許文献１には、「受圧用金属ダイアフラムのダイアフラム面に低融点ガラス層を介して板ガラスを接合し、該板ガラスに歪ゲージ半導体チップを載置して上記板ガラスと歪ゲージ半導体チップを陽極接合してなる圧力検出器。」が記載されている。
　また特許文献２には、「センサ素子に第１接合面にて接合され金属ステムに形成されるダイアフラムに第２接合面にて接合される接合部材により前記センサ素子が前記ダイアフラムに接合される圧力センサであって、前記接合部材は、前記第１接合面の熱膨張係数が前記金属ステムの熱膨張係数よりも前記センサ素子の熱膨張係数に近く、前記第２接合面の熱膨張係数が前記センサ素子の熱膨張係数よりも前記金属ステムの熱膨張係数に近く、前記第１接合面から前記第２接合面にかけて熱膨張係数が連続的に変化するように形成されることを特徴とする圧力センサ。」が記載されている。
特開昭６２－２９１５３３号公報 特開２０１３－３６９３５号公報
　特許文献１を含む従来の圧力測定装置は、シリコンからなる歪検出素子は低融点ガラスを介してダイアフラムに接合されているが、接合の冷却工程で発生する応力により歪検出素子や接合層が破損するのを防ぐため、ダイアフラムの材質には、シリコンやガラスの熱膨張率に近い熱膨張率を有するＦｅ－Ｎｉ－Ｃｏ系合金を使用していた。しかし、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ系合金は、耐力が比較的低く高圧には不向きであることや、高温高環境下で腐食するという課題がある。
　そのため耐力と耐食性で優位なステンレスで、ダイアフラムを形成することが考えられる。しかしステンレスと歪検出素子とは、熱膨張率が大きく異なるため、接合の冷却工程で接合層に大きな応力が発生し、それによって歪検出素子や接合層が破壊する可能性がある。
　特許文献２に、複数の接合材料を混合し、熱膨張率が連続的に変化するように形成された接合部材についての記載があるが、一般的に接合部材は、融点付近で急激に熱膨張率が変化するため、熱膨張率を制御するのは難しい。また混合の制御が不十分な場合においても、混合が不均一になれば熱膨張率も不均一になり接合状態がばらつく可能性があり、接合の安定性に課題がある。
　特許文献１および２に記載の発明は、熱膨張率の大きいダイアフラム上に歪検出素子を接続する場合の接続信頼性について改良の余地が残されている。
　本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、シリコンやガラスの熱膨張率と比べて熱膨張率が大きい金属材料からなるダイアフラムと歪検出素子との接合信頼性の高い圧力測定装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明の圧力測定装置は、圧力導入部と、該圧力導入部から導入された圧力により変形が発生するダイアフラムと、を有する金属筐体と、前記ダイアフラムに発生する歪を検出する歪検出素子と、を備える圧力検出装置において、前記金属筐体上に、第一の脆性材からなる基台を有し、前記歪検出素子は、前記基台よりも低融点である第二の脆性材を介して、前記基台と接合されることを特徴とする。
　本発明によれば、シリコンやガラスの熱膨張率と比べて熱膨張率が大きい金属材料からなるダイアフラムと歪検出素子との接合信頼性の高い圧力検出素子を提供できる。
本発明の第一実施例における圧力測定装置全体の断面概略図。 本発明の第一実施例における圧力測定装置の回路図。 本発明の第一実施例における接合部の断面拡大図。 本発明の第二実施例における接合部の断面拡大図。 本発明の第三実施例における接合部の断面拡大図。 本発明の第四実施例における接合部の上面概略図。
　本発明の第一実施例を図１から図３を用いて説明する。
　まず、本発明の第一実施例における圧力測定装置１００について図１を用いて説明する。
圧力測定装置１００は、圧力ポート１２とダイアフラム１４とフランジ１３とが形成される金属筐体１０と、圧力ポート１１に導入された圧力を測定する歪検出素子１５と、歪検出素子１５と電気的に接続される基板１６と、カバー１８と、外部と電気的に接続するためのコネクタ１９とを備える。
　圧力ポート１１は、軸方向の一端側（下側）に圧力導入口１２ａが形成された中空筒状の圧力導入部１２ｈａと、圧力導入部１２ｈａの軸方向の他端側（上側）に形成された円筒状のフランジ１３とを備えている。フランジ１３の中央部位には、圧力によって変形し歪を生じるダイアフラム１４が立設されている。
　ダイアフラム１４は、圧力導入口１２ａから導入された圧力を受ける受圧面と、受圧面とは反対の面のセンサ搭載面とを有する。
　圧力ポート１１の圧力導入部１２ｈａの、ダイアフラム１４側の歪検出素子１５に対向する先端部１２ｈａｔは矩形形状になっており、フランジ１３の中央部とダイアフラム１４の上部表面より若干低い高さの部位まで連続して穿設されている。この先端部１２ｈａｔの矩形形状によって、ダイアフラム１４にはｘ方向－ｙ方向の歪差が生じる。
　歪検出素子１５は、ダイアフラム１４のセンサ搭載面のほぼ中央部に接合されている。歪検出素子１５は、シリコンチップ上にダイアフラム１４の変形（歪）に応じた電気信号を出力する１つ以上の歪抵抗ブリッジ３０ａ～ｃを備える半導体チップとして構成される。
　基板１６は、歪検出素子１５から出力された各検出信号を増幅するアンプ、そのアンプのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ－Ｄ変換器、そのデジタル信号に基づいて後述する補正演算を行うデジタル信号演算処理回路、各種データが格納されたメモリおよびコンデンサ１７等が搭載されている。
　カバー１８の軸方向他端を閉塞する閉塞板１８ａの、中央よりの所定径範囲は切り欠かれており、その切欠部には例えば樹脂等により形成され、圧力測定装置１００で検出された検出圧力値を外部に出力するためのコネクタ１９が挿入されている。
　コネクタ１９の一端はカバー１８内においてカバー１８に固定され、コネクタ１９の他端はカバー１８から外部へ露出している。
　このコネクタ１９の内部には、例えばインサート成型により挿入された棒状のターミナル２０を有している。このターミナル２０は、例えば電源用、接地用、信号出力用の３本で構成され、各ターミナル２０の一端は前記基板１６に接続されており、他端が図示省略の外部コネクタに接続されることによって、自動車のＥＣＵ等へ配線部材を介して電気的に接続される。
　次に、前記歪検出素子１５の複数の歪抵抗ブリッジと基板１６に搭載された各回路部品の回路構成について図２を用いて説明する。歪抵抗ブリッジ３０ａ～ｃは、それぞれダイアフラム１４の変形に応じて歪むことで抵抗値が変化する抵抗ゲージをブリッジ接続して構成されている。
　歪抵抗ブリッジ３０ａ～３０ｃの出力信号（圧力に相当するブリッジ信号）は、アンプ３１ａ～３１ｃによって増幅され、その増幅出力信号はＡ－Ｄ（アナログ－デジタル）変換器３２ａ～３２ｃによってデジタル信号に変換される。
　デジタル信号演算処理回路３３は、Ａ－Ｄ変換器３２ａ～３２ｃの出力信号に基づいて、例えば１つの歪抵抗ブリッジ３０ａで検出された圧力値をその他の歪抵抗ブリッジ３０ｂ，３０ｃの検出圧力値によって補正する演算処理を行って、その補正した圧力値を圧力測定装置の検出値として出力する。
　このデジタル信号演算処理回路３３は、補正演算処理に限らず、複数の歪抵抗ブリッジの検出圧力値同士の比較や、歪抵抗ブリッジの検出圧力値と予め不揮発メモリ３４に記憶しておいた規定圧力値との比較を行って、測定対象機器の劣化や歪検出素子１６の劣化を判定し、その判定時に故障信号を出力する等の処理も行う。
　尚、電圧源３５から歪抵抗ブリッジ３０ａ～３０ｃへの電力の供給およびデジタル信号演算処理回路３３からの各信号の出力は、図１、図２のターミナル２１を介して行われる。
　不揮発性メモリ３４は、その他の回路部品とは異なる回路チップに搭載されていてもよい。また、デジタル信号演算処理回路３３の代わりに前記補正演算をアナログ回路で行うように構成してもよい。
　第一実施例における歪検出素子１５とダイアフラム１４の接合部について図３を用いて説明する。
　ダイアフラム１４の材質には、耐食性を有することと、高圧にも対応できるように高耐力であることが求められる。そのため、クロムを含有した耐食性を有する材質に、析出硬化を行なうことで高耐力とした材質が用いられる。具体的にはＳＵＳ６３０が採用される。
　脆性材基台２１は、ガラス、セラミック、コンクリートなどの弾性領域内で破壊が起こる脆性材をダイアフラム１４のセンサ搭載面に搭載することで形成される。脆性材基台２１は、８００℃以上の融点を有するガラスペーストをダイアフラム１４に塗布した後、ガラスペーストの融点以上の温度で焼成することで、ダイアフラム１４上に形成される。ガラスペーストは、結晶化ガラスであり、１１ｐｐｍよりも小さい熱膨張率を有する。
　歪検出素子１５は、脆性材基台２１を構成する脆性材よりも低い融点を有する低融点脆性材２２を介して、脆性材基台２１に接合される。低融点脆性材２２として、融点が４００℃以下のバナジウムを含んだガラスを主成分とするガラスペーストが採用される。低融点脆性材２２の融点は脆性材基台２１の融点より低いため、接合前後で脆性材基台２１の物性は変化することはない。また接合温度が４００℃以下であれば、接合時における歪検出素子１５の劣化を抑制することができる。
　本発明の第一実施例は、歪検出素子１５の被接合物を、ダイアフラム１４ではなく、ダイアフラム１４よりも歪検出素子１５との熱膨張率の差が小さい脆性材基台２１としている。そのため、歪検出素子１５と被接合物の熱膨張率の差を小さくできるため、接合の冷却工程で発生する応力を低減することができる。また、脆性材基台２１と歪検出素子１５とを低融点脆性材２２で接合することで、歪検出素子１５を接合する際の加熱温度を低減することができ、歪検出素子１５に発生する内部応力を低減することができる。特に、低融点脆性材２２の融点を４００℃以下の材料とし、歪検出素子１５の接合温度を４００℃以下とすることで、歪検出素子１５の端子や配線の劣化を抑制することが可能となるため特に効果的である。そして、低融点脆性材２２は、圧力測定装置１００が搭載される高温環境下においても弾性領域で変形するため、延性材のように高温環境下で塑性変形することはない。そのため、接合部の塑性変形による検出精度の悪化を抑制することが可能である。以上より、本発明の第一実施例によれば、精度のよい圧力検出装置を提供することができる。
　本発明の第二実施例について図４を用いて説明する。なお、第一実施例と同様の構成については説明を省略する。
　第二実施例における圧力測定装置１００は、歪検出素子１５とガラス板２３とを陽極接合し、ガラス板２３と脆性材基台２１とを低融点脆性材２２を介して接合することを特徴とする。ガラス板２３は低融点脆性材２２の融点においても固体形状を保つ材料を用いることで、ペースト状の材料に比べて厚さの管理が容易になる。そのため、本発明の第二実施例によれば、歪検出素子１５の感度と逆相関の関係にあるガラス板２３の厚さを設計することにより歪検出素子１５の感度を所望の値に容易に制御することが可能となる。
　本発明の第三実施例について図５を用いて説明する。なお、第一実施例と同様の構成については説明を省略する。
　第三実施例における圧力測定装置１００は、低融点脆性材２２の融点と同等以上の融点を有する複数の脆性材を積層してベース基台２４、及び、トップ基台２５を形成し、積層された脆性材のうちの少なくとも１つ以上の脆性材を、低融点脆性材２２の融点においても固体形状である脆性材を用いることを特徴とする。積層された脆性材はいずれも、１１ｐｐｍより小さい熱膨張率を有する。図５に示すように、ベース基台２４として低融点脆性材２２と同等、もしくはそれ以上の融点を有するガラスペーストをダイアフラム１４に塗布し、ベース基台２４の上にトップ基台２５としてガラス板を搭載し焼成することで、２層の脆性材からなる基台を形成できる。本発明の第三実施例によれば、固形形状の脆性材を用いることで、接合層の厚さの管理が容易になり、歪検出素子１５の感度を所望の値にすることが可能となる。
　本発明の第四実施例について図５を用いて説明する。なお、第一実施例と同様の構成については説明を省略する。
　第四実施例では、図６に示すように、脆性材基台２１と低融点脆性材２２を円形状に形成している。脆性材基台２１を円形状にすることで、歪検出素子１５の角部にかかる集中応力を低減できる。同様に、低融点脆性材２２を円形状にすることで、歪検出素子１５の角部にかかる集中応力を低減できる。そのため、本発明の第四実施例によれば接合の冷却工程で発生する応力による部材割れ、すなわち歪検出素子１５と脆性材基台２１と低融点脆性材２２が割れることを抑制することが可能となる。
　なお、脆性材基台２１を八角形以上の多角形とすることでも、円形形状と同様に接合の冷却工程で発生する歪検出素子１５の角部にかかる集中応力を低減することができる。そのため、冷却工程での部材の割れを抑制することが可能である。同様に低融点脆性材２２を八角形以上の多角形としても、円形形状としたときと同様の効果を得ることが可能である。
　第四実施例は、第二実施例或いは第三実施例と組み合わせることでも同様の効果を達成することが可能である。
　１０…金属筐体
　１１…圧力ポート
　１２…圧力導入部
　１２ａ…圧力導入口
　１２ｈａ…圧力導入孔
　１２ｈaｔ…先端部
　１３…フランジ
　１４…ダイアフラム
　１５…歪検出素子
　１６…基板
　１７…コンデンサ
　１８…カバー
　１８ａ…閉塞板
　１９…コネクタ
　２０…ターミナル
　２１…脆性材基台
　２２…低融点脆性材
　２３…ガラス板
　２４…ベース基台
　２５…トップ基台
　３０ａ～３０ｃ…歪抵抗ブリッジ
　３１ａ～３１ｃ…アンプ
　３２ａ～３２ｃ…Ａ－Ｄ変換器
　３３…デジタル信号演算処理回路
　３４…不揮発メモリ
　３５…電圧源
　１００…圧力測定装置

Claims (8)

  1. 　圧力導入部と、該圧力導入部から導入された圧力により変形が発生するダイアフラムと、を有する金属筐体と、
    　前記ダイアフラムに発生する歪を検出する歪検出素子と、を備える圧力検出装置において、
    　前記金属筐体上に、第一の脆性材からなる基台を有し、
    　前記歪検出素子は、前記基台よりも低融点である第二の脆性材を介して、前記基台と接合されることを特徴とする圧力測定装置。
  2. 　前記第二の脆性材は、主成分がバナジウムを含んだガラスであることを特徴とする請求項１に記載の圧力測定装置。
  3. 　前記第二の脆性材は、融点が４００℃以下であることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の圧力測定装置。
  4. 　前記第一の脆性材は、融点が８００℃以上であることを特徴とする請求項３に記載の圧力測定装置。
  5. 　前記歪検出素子は、ガラス基板と陽極接合されており、
    　前記ガラス基板は、前記第二の脆性材を介して前記基台と接合されることを特徴とする請求項１に記載の圧力測定装置。
  6. 　前記基台は、前記第二の脆性材の融点と同等以上の融点を有する複数の脆性材を積層することで形成され、前記複数の脆性材の内少なくとも１つ以上は前記低融点脆性材の融点において固体形状であることを特徴とする請求項１に記載の圧力測定装置。
  7. 　前記基台、及び/又は、前記第二の脆性材は、円形状に形成されていることを特徴とする請求項１～３に記載の圧力測定装置。
  8. 　前記基台、及び/又は、前記第二の脆性材は、n≧８のn角形状に形成されていることを特徴とする請求項１～３に記載の圧力測定装置。
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