JP2002357501A - 圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents
圧力センサおよびその製造方法Info
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Abstract
製のエレメントハウジング11の中央開口部12にハー
メチックガラス13がハーメチック固着され、該ハーメ
チックガラス13には、センサチップ17からの電気信
号を外部に導出するためのリードピン14、センサチッ
プ17を保持するセンサチップマウント用ガラス部材1
6が設けられている。ハウジング11の上側開口縁部に
は金属ダイヤフラム20が固着されて液封型の圧力セン
サとなっている。ハウジングの中央開口部12は、金属
ダイヤフラム側の内径よりもリードピン14が導出され
ている側の内径の方が大きくされており、リードピン1
4とハウジング11との絶縁距離を大きくしている。
Description
その製造方法に関するものであり、特に、高耐電圧を要
求される圧力センサに適用して好適なものである。
を示す断面図である。この図に示すように液封型圧力セ
ンサは、圧力検出エレメント10と、継手部30と、コ
ネクタ部40とにより構成されている。圧力検出エレメ
ント10は、金属製のエレメントハウジング11と、エ
レメントハウジング11の中央開口部12にハーメチッ
ク固着されたハーメチックガラス13と、該ハーメチッ
クガラス13に貫通状態でハーメチック装着された複数
のリードピン14、オイル充填用パイプ15、センサチ
ップマウント部材16と、前記センサチップマウント部
材16の上端面に固着された圧力検出用センサチップ1
7とからなっている。圧力検出用センサチップ17と前
記リードピン14とは、図示しないワイヤなどにより接
続されており、センサチップ17からの電気信号はリー
ドピン14を介して外部に導出される。
央開口部12の上側開口縁部には、金属ダイヤフラム2
0と、これを覆う連通孔21を有するダイヤフラム保護
カバー22とが、それらの外周縁部を溶接することで気
密に固着されている。エレメントハウジング11の中央
開口部12、ハーメチックガラス13および金属ダイヤ
フラム20とにより、シリコンオイルなどのオイルが封
入される液封室23が形成される。オイル充填用パイプ
15は、液封室23にオイルを充填する充填口として使
用され、オイル充填完了後に外側のパイプ先端をつぶし
て密着され、その部分を溶接される。これにより、オイ
ルが液封室23に封止される。
と共に、継手部30のエレメント収納孔31内に嵌め込
まれ、リードピン14に結線材35が導通接続されて、
結線材35とコネクタ部40の端子41とが導通接続さ
れる。コネクタ部40はOリング25とともに継手部3
0のエレメント収納孔31内に嵌め込まれ、エレメント
収納孔31の開口縁部32がかしめられることにより、
圧力検出エレメント10を挟んだ状態で継手部30と固
定結合される。
3により被測定部に取り付けられるようになされてお
り、被測定流体圧通路34を介して、流体の圧力が前記
金属ダイヤフラム20に伝達される。金属ダイヤフラム
20は極めて薄いため圧力が低下されることなくオイル
に伝達され、この圧力により、センサチップ17のシリ
コンダイヤフラムが変形し、これをピエゾ抵抗素子で検
出した電気信号が前記リードピン14、端子41を介し
て外部に取り出されることとなる。
調機器用の冷媒圧力センサ、給水、産業用ポンプなどの
水圧センサ、蒸気ボイラの蒸気圧センサ、空/油圧産業
機器の空/油圧センサ、自動車などの圧力センサなど、
各種の用途に使用されており、用途によっては、高耐電
圧を要求される場合がある。絶縁耐力を向上させるため
に、従来は、接着剤やゲル材等を用いて、前記リードピ
ン14、ハーメチックガラス13およびエレメントハウ
ジング11の表面をコーティングあるいはポッティング
し、絶縁距離を増やし、絶縁耐力を上げるようにしてい
た。図7は、絶縁耐力を向上させた前記圧力検出エレメ
ント10の構成を示す図である。図中36で示すよう
に、図中下部(アウター側)においてハーメチックガラ
ス13とエレメントハウジング11との間に接着剤やシ
リコンゲル材などをポッティングあるいはコーティング
処理している。なお、以下、本明細書において、圧力検
出エレメント10の圧力流体と接触する継手部側を金属
ダイヤフラム側あるいはインナー側、リードピン41が
突出しているコネクタ部側をリードピンが導出されてい
る側あるいはアウター側と呼ぶこととする。
ル材等は接着面と完全に接着・硬化することで、性能を
発揮する。そのため、接着面側では完全な脱脂・洗浄が
必要であり、これが不十分であると、接着面で剥離が生
じる。また、接着剤の硬化温度や時間の管理が必要とな
り、これが不十分であると剥離や吸湿などが生じ、接着
剤やゲル材等のコーティング材、ポッティング材として
の絶縁性能を発揮できなくなる。また、コーティング
後、周囲温度変化があると、ハーメチックガラスやエレ
メントハウジングとの線膨張係数の違いから、接着剤や
ゲル材に応力が加えられ、特に、エポキシ系などの場合
には、接着面でのクラックや剥離の可能性がある。この
対策として、シリコン系のコーティング材などで弾性を
利用して、線膨張係数の違いを緩和させる方法が広く一
般的に用いられている。しかし、この方法を用いた場合
でも、接着面の状態のバラツキを考慮すると、必ずしも
完璧ではない。
をとらなくとも、エレメントハウジングの内径を単に大
きくしてやれば、リードピンとの絶縁距離が増え、絶縁
耐力を上げることができる。しかしながら、この場合に
は、インナー側のオイル充填量が増え、温度変化に対し
て熱膨張による内圧変化が多くなり、オフセット電圧温
度特性の傾きが大きくなってしまうという問題点があ
る。
ーティングを無くし、なおかつ、それと同等の絶縁耐力
をもつ圧力センサおよびその製造方法を提供することを
目的としている。また、オイル充填量を増やすことな
く、省スペースでガラスハーメチックすることにより、
リード・ハウジング間の絶縁距離を如何に増やすことの
できる圧力センサおよびその製造方法を提供することを
目的としている。さらに、安価にかつ容易に製作するこ
とのできる絶縁耐力の安定した圧力センサおよびその製
造方法を提供することを目的としている。
に、本発明の圧力センサは、金属製のハウジングと、該
金属製のハウジングに設けられた中央開口部に固着さ
れ、圧力センサチップを支持するセンサチップマウント
部材、オイル充填用パイプおよび前記圧力センサチップ
からの電気信号を外部に導出するためのリードピンが設
けられたハーメチックガラスと、前記ハウジングの一方
の端面に接合された金属ダイヤフラムとを有する圧力検
出エレメントを備えた液封型の圧力センサであって、前
記ハウジングに設けられた中央開口部の内径は、前記金
属ダイヤフラム側よりも前記リードピンが導出されてい
る側の方が大きくされているものである。また、前記ハ
ウジングに設けられた中央開口部における前記金属ダイ
ヤフラム側の内径よりも前記リードピンが導出されてい
る側の内径を大きくするために、前記ハウジングに設け
られた中央開口部の内周面に段部が設けられているもの
である。あるいは、前記ハウジングに設けられた中央開
口部における前記金属ダイヤフラム側の内径よりも前記
リードピンが導出されている側の内径を大きくするため
に、前記ハウジングに設けられた中央開口部の内周面に
テーパー部が設けられているものである。
は、金属製のハウジングと、該金属製のハウジングに設
けられた中央開口部に固着され、圧力センサチップを支
持するセンサチップマウント部材、オイル充填用パイプ
および前記圧力センサチップからの電気信号を外部に導
出するためのリードピンが設けられたハーメチックガラ
スと、前記ハウジングの一方の端面に接合された金属ダ
イヤフラムとを有する圧力検出エレメントを備え、前記
ハウジングに設けられた中央開口部における前記金属ダ
イヤフラム側の内径よりも前記リードピンが導出されて
いる側の内径を大きくするために、前記ハウジングに設
けられた中央開口部の内周面にテーパー部が設けられて
いる液封型の圧力センサの製造方法であって、前記ハウ
ジングに設けられた中央開口部に、その金属ダイヤフラ
ム側の内径と等しい外径を有し、前記リードピン、前記
センサチップマウント部材および前記オイル充填用パイ
プを挿入するための孔が設けられたガラスフリットを挿
入する工程、前記リードピン、前記センサチップマウン
ト用部材および前記オイル充填用パイプを前記ガラスフ
リットに設けられた孔に挿入する工程、および、前記ガ
ラスフリットを焼成する工程を有するものである。
エレメントハウジング11間の絶縁距離を増やすには、
エレメントハウジング11の内径を大きくすればよい事
は明白である。ただし、インナー側のエレメントハウジ
ング内径は小さいほうが液封室23のシリコンオイル充
填量が減り、オフセット電圧温度特性の傾きが小さくな
る。また、耐圧性能も上がるため、できる限り内径を小
さくする必要がある。インナー側はシリコンオイルに満
たされているため、絶縁耐力は十分高いレベルにある。
一方、リードピン14は内径方向に詰めればリードピン
とエレメントハウジング間の絶縁距離が増えるため、詰
めたいが、センサチップ17の大きさからリードピン1
4の位置はおのずと決まってしまう。
ー側のエレメントハウジングの内径は、絶縁耐力を上げ
るべく大きくとるようにしている。そのため、リードピ
ン14とエレメントハウジング11の距離がインナー側
とアウター側とで異なるハウジング形状となる。エレメ
ントハウジング11の内面にガラスハーメチック処理を
する。
の形態における圧力検出エレメント10の構成を示す図
である。この図において、前記図6、図7と同一の構成
要素には同一の番号を付し、説明を省略する。図1に示
すように、この実施の形態では、前記エレメントハウジ
ング11の中央開口部12の内周面に段部1を設け、ア
ウター側のエレメントハウジングの内径を大きく、イン
ナー側の内径を小さくしている。そして、このエレメン
トハウジング11の中央開口部12に圧縮封着あるいは
整合封着によりハーメチックガラス13をハーメチック
固着している。これにより、アウター側におけるリード
ピン14とエレメントハウジング11の距離を大きくす
ることができ、絶縁耐力を向上させることができる。な
お、この図1に示した段付きタイプでは、図中Aで示す
アウター側のザグリ深さは1mm以上とすることが望まし
い。1mm以下の場合には、ガラスの厚さが薄くなり、熱
サイクルなどでクラックが入りやすくなる。
の圧力検出エレメント10の製造工程について説明す
る。図2の(a)は焼成前、(b)は焼成後の圧力検出
エレメント10を示している。なお、この図において
は、前記図1とは上下逆に紙面上方向をアウター側、下
方向をインナー側として記載している点に注意された
い。図2の(a)において、51および52はガラスフ
リット(ガラスパウダーとバインダーを混ぜ仮焼成した
もの)である。第1のガラスフリット51は前記中央開
口部12の小さいほうの内径(インナー側内径)と等し
い外径を有し、前記センサチップマウント部材16、複
数のリードピン14およびオイル充填用パイプ15を挿
入するための孔を有する円筒形状とされている。また、
第2のガラスフリット52は、前記中央開口部12の大
きいほうの内径(アウター側内径)と等しい外径を有す
るリング形状とされている。図2の(a)に示すよう
に、エレメントハウジング11の中央開口部12のイン
ナー側内径の部分に前記第1のガラスフリット51を挿
入し、次に、前記中央開口部12のアウター側内径の部
分にリング形状の前記第2のガラスフリット52を挿入
する。そして、前記複数のリードピン14、前記オイル
充填用パイプ15および前記センサチップマウント部材
16を前記第1のガラスフリット51に設けられた孔に
挿入し、ハーメチック処理(焼成)を行う。これによ
り、前記円筒形状のガラスフリット51およびリング形
状のガラスフリット52が溶融し、図2の(b)に示す
ように、リードピン14、オイル充填用パイプ15およ
びセンサチップマウント部材16が組み込まれたハーメ
チックガラス13がエレメントハウジング11に接合さ
れる。
のガラスフリット52を使用していたが、これに代え
て、円筒形状の第3のガラスフリット53を使用するよ
うにしてもよい。この第3のガラスフリット53は、前
記中央開口部12のアウター側内径と等しい外径を有
し、前記第1のガラスフリット51と同様に、前記複数
のリードピン14、オイル充填用パイプ15および前記
センサチップマウント部材16を挿入するための孔が設
けられた円筒形状とされているものである。なお、この
第3のガラスフリット53を使用する場合には、前記第
1のガラスフリット51の厚さは第2のガラスフリット
52を使用する場合とは異なる厚さとする。前記リング
形状の第2のガラスフリット52を用いる場合には、ガ
ラスフリット52が薄肉であるため、その製造において
寸法精度が出しにくく、組み込み作業が困難となる場合
があったが、このような外径の異なる2つの円筒形状の
ガラスフリット51と53を用いる場合には、リング形
状ではないため比較的寸法精度が安定し、エレメントハ
ウジング11内部に組み込みやすくなるというメリット
がある。ただし、リードピン14やオイル充填用パイプ
15を挿入する際に、ガラスフリット51、53間での
孔の位置合わせが必要となる。
ガラスフリット51とリング形状の第2のガラスフリッ
ト52、あるいは、円筒形状の第1のガラスフリット5
1と第3のガラスフリット53というように、2つのガ
ラスフリットを用いていた。これは、単一のガラスフリ
ット(例えば、前記円筒形状の第1のガラスフリット5
1よりも高さが高い単一のガラスフリット)を用いた場
合には、溶融したガラスの流れが安定せず、前記エレメ
ントハウジング11の中央開口部12に設けられた段部
1にガラスが流れきらないケースが発生するためであ
る。このことは、焼成時のガラスの表面張力(粘性)が
高いことが主な原因であると考えられるが、焼成条件の
わずかなばらつきで起こりやすく、管理が困難である。
形態について説明する。この実施の形態においては、前
記圧力検出エレメント10の製造工程において、単一の
ガラスフリットを用いるだけで良い。図3は、本発明の
圧力センサの他の実施の形態における圧力検出エレメン
ト10の構成を示す図である。この図において、前記図
6、図7と同一の構成要素には同一の番号を付し、説明
を省略する。図3に示すように、この実施の形態では、
前記エレメントハウジング11の中央開口部12の内周
面にテーパー部12を設けている。これにより、段部を
設けている前述の実施の形態の場合のようにインナー側
の内径とアウター側の内径の違いにより角部ができるの
を排除している。
ける圧力検出エレメント10の製造工程について説明す
るための図であり、(a)は焼成前、(b)は焼成後を
示している。図4の(a)に示すように、この実施の形
態では円筒形状とされた単一のガラスフリット54を用
いる。このガラスフリット54は、前記円筒形状のガラ
スフリット51と同様に、前記中央開口部12の小さい
ほうの内径(インナー側内径)と等しい外径を有し、前
記センサチップマウント部材16、複数のリードピン1
4およびオイル充填用パイプ15を挿通するための孔を
有するものとされているが、前記ガラスフリット51よ
りも高さが高くされており、溶融したときにガラスが前
記アウター側の側面に到達するようになされている。圧
力検出エレメント10を製造するときは、前記エレメン
トハウジング11の中央開口部12のインナー側内径の
部分に前記ガラスフリット54を挿入し、前記複数のリ
ードピン14、前記オイル充填用パイプ15および前記
センサチップマウント部材16をそれぞれ対応する孔に
挿入し、焼成を行う。これにより、溶融したガラスが前
記テーパー部2を伝わってスムーズにアウター側側面
(大きい方の内径の部分)にまで均一に流れ、図4の
(b)に示す焼成後の状態を得ることができる。
ーパー部2を設けていることにより、溶融したガラスを
中央開口部12の大きい方の内径を有するアウター側側
面に均一に流すことができ、2つに分割されたガラスフ
リットではなく一体化されたガラスフリットを使用する
ことが可能となる。したがって、部品点数が少なくなる
とともに組み込みの工数も減少させることできる。さら
に、ガラスフリットの形状は通常ハーメチック品と比べ
て径方向は変らずに高さ方向のみ若干増すだけであるた
め、ガラスフリットを作る際のガラス用金型は通常ハー
メチック品の金型を使用することができる。さらにま
た、通常ハーメチック品の焼成条件と同一の焼成条件で
ガラスを均一に流すことが可能となったため、一つの焼
成ライン(焼成条件)で生産することが可能となる。
前記図3に示した実施の形態のように、前記エレメント
ハウジング11の中央開口部12の内周の中央部に設け
る場合に限らない。図5は、本発明の圧力センサのさら
に他の実施の形態における圧力検出エレメント10の構
成を示す図である。この図に示すように、この実施の形
態では、前記エレメントハウジング11の中央開口部1
2の内周に設けられたテーパー部2を内径の小さいイン
ナー側から内径の大きいアウター側の端部にまで設けて
いる。これにより、前述の場合と同様に、アウター側の
リードピン14とエレメントハウジング11との距離を
大きくし、絶縁耐力を向上させることができる。なお、
この図5に示したタイプでは、テーパーがつき過ぎる
と、ガラスとハウジング間で剥離が生じ易く、耐圧の低
下をまねく恐れがある。その為、大きさを一定として、
インナー側とアウター側のハウジング内径に大きく差を
つけたい場合には、前記図1に示した段付きタイプある
いは前記図3に示した中央開口部12の内周部の中央部
分にテーパー部を設けるタイプを採用することが望まし
い。
ンサを例にとって説明したが、これに限られることはな
く、前記センサチップ17を搭載するセンサチップマウ
ント部材16を貫通する圧力導入孔を有する相対圧型の
圧力センサの場合にも全く同様に適用することができ
る。
れば、コーティングやポッティングなどの手法を用いる
ことなく、省スペースで絶縁耐力を上げることができ
る。また、インナー側のオイル充填量を増やすことがな
い形状とすることができ、センサーの性能をそのまま維
持することができる。さらに、コーティングやポッティ
ングなどの手法を用いないので、コーティングあるいは
ポッティングの工程が省け、安定した生産を可能にする
とともに、コストダウンを図ることができる。さらにま
た、コーティング材やポッティング材の剥離の問題がな
くなる為、長期にわたり、安定した絶縁性能を得ること
ができる。さらにまた、テーパー部を設けた本発明によ
れば、一体化されたガラスフリットを用いることが可能
となり、部品点数を減少させることができるとともに、
製造工程を簡素化することが可能となる。
ける圧力検出エレメントの構成を示す断面図である。
レメントの製造工程について説明するための図である。
る圧力検出エレメントの構成を示す断面図である。
レメントの製造工程について説明するための図である。
における圧力検出エレメントの構成を示す断面図であ
る。
る。
トの構成を示す断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 金属製のハウジングと、該金属製のハウ
ジングに設けられた中央開口部に固着され、圧力センサ
チップを支持するセンサチップマウント部材、オイル充
填用パイプおよび前記圧力センサチップからの電気信号
を外部に導出するためのリードピンが設けられたハーメ
チックガラスと、前記ハウジングの一方の端面に接合さ
れた金属ダイヤフラムとを有する圧力検出エレメントを
備えた液封型の圧力センサであって、 前記ハウジングに設けられた中央開口部の内径は、前記
金属ダイヤフラム側よりも前記リードピンが導出されて
いる側の方が大きくされていることを特徴とする圧力セ
ンサ。 - 【請求項2】 前記ハウジングに設けられた中央開口部
における前記金属ダイヤフラム側の内径よりも前記リー
ドピンが導出されている側の内径を大きくするために、
前記ハウジングに設けられた中央開口部の内周面に段部
が設けられていることを特徴とする請求項1記載の圧力
センサ。 - 【請求項3】 前記ハウジングに設けられた中央開口部
における前記金属ダイヤフラム側の内径よりも前記リー
ドピンが導出されている側の内径を大きくするために、
前記ハウジングに設けられた中央開口部の内周面にテー
パー部が設けられていることを特徴とする請求項1記載
の圧力センサ。 - 【請求項4】 金属製のハウジングと、該金属製のハウ
ジングに設けられた中央開口部に固着され、圧力センサ
チップを支持するセンサチップマウント部材、オイル充
填用パイプおよび前記圧力センサチップからの電気信号
を外部に導出するためのリードピンが設けられたハーメ
チックガラスと、前記ハウジングの一方の端面に接合さ
れた金属ダイヤフラムとを有する圧力検出エレメントを
備え、前記ハウジングに設けられた中央開口部における
前記金属ダイヤフラム側の内径よりも前記リードピンが
導出されている側の内径を大きくするために、前記ハウ
ジングに設けられた中央開口部の内周面にテーパー部が
設けられている液封型の圧力センサの製造方法であっ
て、 前記ハウジングに設けられた中央開口部に、その金属ダ
イヤフラム側の内径と等しい外径を有し、前記リードピ
ン、前記センサチップマウント部材および前記オイル充
填用パイプを挿入するための孔が設けられたガラスフリ
ットを挿入する工程、 前記リードピン、前記センサチップマウント用部材およ
び前記オイル充填用パイプを前記ガラスフリットに設け
られた孔に挿入する工程、および、 前記ガラスフリットを焼成する工程を有することを特徴
とする圧力センサの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001311298A JP2002357501A (ja) | 2001-03-26 | 2001-10-09 | 圧力センサおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001-87405 | 2001-03-26 | ||
JP2001087405 | 2001-03-26 | ||
JP2001311298A JP2002357501A (ja) | 2001-03-26 | 2001-10-09 | 圧力センサおよびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002357501A true JP2002357501A (ja) | 2002-12-13 |
Family
ID=26612031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001311298A Pending JP2002357501A (ja) | 2001-03-26 | 2001-10-09 | 圧力センサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002357501A (ja) |
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