JP2003322575A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感圧素子を利用する圧力センサにおいて，気
密性が良好な圧力センサを提供すること。 【解決手段】 複数のターミナルピン１０と感圧素子２
０とを配置した受圧面３２を有するコネクタハウジング
３０と，シールダイヤフラムを有するセンサハウジング
と，該センサハウジングにコネクタハウジング３０を嵌
入することによりセンサハウジングとコネクタハウジン
グ３０との間に形成された圧力室４２を有し，該圧力室
４２には，感圧素子２０を収容してある圧力センサ１で
ある。そして，ターミナルピン１０は，受圧面３２に設
けた凹部３４に充填されたシリコーン系シール材よりな
るシール層１２を貫通するように圧力室４２に露出して
いる。そして，このシール層１２の厚さは，０．２ｍｍ
〜１．２ｍｍである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，感圧素子により圧力を計測する
圧力センサに関する。

【０００２】

【従来技術】圧力センサは，シリコン基板上に形成され
た歪ゲージと，シリコン基板を精密にエッチングして形
成した圧力検知用のダイヤフラムとを有する感圧素子を
利用したセンサである。そして，この圧力センサは，圧
力を受けたときダイヤフラムに生じるひずみを，歪ゲー
ジにより計測して圧力の測定を実施する。

【０００３】この感圧素子は，半導体素子であるためデ
リケートである。ノイズの影響を受けたり，金属ダスト
や水分によるショート等を生じるおそれがある。そこ
で，通常は，シールダイヤフラムを介して外部と連接す
る圧力室を設け，この圧力室の中に感圧素子を配置する
ことが多い。そして，この圧力室には，シリコンオイル
等の非圧縮性流体を圧力伝達媒体として充填している。

【０００４】このように圧力室に配置した感圧素子によ
り圧力を測定するには，圧力室に露出してあるターミナ
ルピンと感圧素子とをボンディングワイヤ等により接続
し，このターミナルピンを利用して感圧素子への電源供
給及び感圧素子からの信号出力を実施する。ここで，圧
力センサ本体とターミナルピンとの間にシール材を充填
して，上記圧力室の気密性を保持しておく必要がある。

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記圧力セン
サにあっては，次のような問題がある。即ち，上記シー
ル材は，圧力室の圧力が繰り返し作用して，変形を繰り
返し，クラック等の欠陥を生じることがある。

【０００６】本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので，感圧素子を利用する圧力センサにおいて，
気密性が良好な圧力センサを提供しようとするものであ
る。

【０００７】

【課題の解決手段】本発明は，複数のターミナルピンと
感圧素子とを配置した受圧面を有するコネクタハウジン
グと，センサハウジングと，該センサハウジングに上記
コネクタハウジングを嵌入することにより上記センサハ
ウジングと上記コネクタハウジングとの間に形成された
圧力室を有し，該圧力室には，上記感圧素子を収容して
ある圧力センサにおいて，上記ターミナルピンは，上記
受圧面に設けた凹部に充填されたシリコーン系シール材
よりなるシール層を貫通するように上記圧力室に露出し
ており，かつ，上記シール層の厚さは０．２ｍｍ〜１．
２ｍｍであることを特徴とする圧力センサにある（請求
項１）。

【０００８】ここで，シール層の厚さとは，上記ターミ
ナルピンの外周面と上記凹部の外縁をなす内周面との隙
間の距離に応じて規定してある厚さである。すなわち，
この隙間の距離が，３ｍｍ以内である場合には，上記の
シール層の厚さとは，凹部に形成されたシール層におい
て，上記ターミナルピンの貫通方向の厚みが最も薄くな
る部分の，その厚みをいう。また，上記の隙間の距離
が，３ｍｍ以上である場合には，ターミナルピンの外周
面及び凹部の外縁をなす内周面のうち，シールすべき面
から他方の面へ向かって１ｍｍの位置におけるシール層
の上記貫通方向の厚みをいう。

【０００９】そして，本発明における上記圧力センサに
おいては，上記コネクタハウジングの上記凹部に充填さ
れたシリコーン系シール材からなるシール層を貫通し
て，上記ターミナルピンが露出するよう構成してある。
そして，本発明では，上記シール層の厚さを０．２ｍｍ
〜１．２ｍｍに限定する。これにより，上記シール層に
よるシール性の確保と，シール層自体のクラック等の発
生を防止して耐久性を高める効果を同時に実現すること
ができる。それ故，上記圧力室の機密性が良好な圧力セ
ンサを得ることができる。

【００１０】一方，上記シール層の厚さが０．２ｍｍ未
満であると，上記ターミナルピンと上記シール層とが接
する長さ，すなわちシール長さが短くなり，十分なシー
ル性能が得られないおそれがある。一方，上記シール層
の厚さが１．２ｍｍを越える場合には，このシール層に
圧力が作用したときの変形量が大きくなる。そうする
と，シール層の変形に伴う各部位の変位，特に伸びに対
応しきれず，シール層の一部にクラック等を発生するお
それを生じる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明における上記圧力伝達媒体
としては，シリコンオイル又はフッ素オイル等の非圧縮
性流体を用いる。また，上記シール層の厚さは，０．５
ｍｍ〜１．０ｍｍであることがより好ましい（請求項
２）。この場合には，特に，上記ターミナルピンと上記
シール層とが接するシール長さと，シール層の厚さとの
バランスがさらに良好である。シール層の厚さを，０．
５ｍｍ以上とすることにより，シール層を透過する上記
圧力伝達媒体の量をさらに抑制して，その製品寿命を半
永久的なものとすることができる。また，１．０ｍｍ以
下にすると，シール層のクラック等，シール欠陥を生じ
るおそれをさらに抑制することができる。このように，
上記シール層の厚さが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍである場
合には，その圧力センサは，その優れた圧力検知性能
を，さらに長期間にわたって維持することができる。

【００１２】また，上記凹部は，互いに連接することな
く複数設けられており，各凹部に上記ターミナルピンが
１本ずつ配置されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には，シール層の表面積を少なくして，圧力が
作用したときに生じるシール層の変形量を抑制すること
ができる。そして，シール層の変形量を抑制することに
より，シール層にクラック等が生じるおそれをさらに抑
制することができる。

【００１３】また，上記凹部は，全ての上記ターミナル
ピンを配置できるように設けられていても良い（請求項
４）。この場合には，１回の充填作業により，上記シー
ル層を効率的に形成することができる。そのため，この
ようなシール層によってシールした圧力センサは，生産
性が高いものとなる。

【００１４】

【実施例】（実施例１）本発明の実施例にかかる圧力セ
ンサ１について，図１〜図４を用いて説明する。本発明
の圧力センサ１は，図１に示すごとく，複数のターミナ
ルピン１０と感圧素子２０とを配置した受圧面３２を有
するコネクタハウジング３０と，シールダイヤフラム４
３を有するセンサハウジング４０と，該センサハウジン
グ４０にコネクタハウジング３０を嵌入することにより
センサハウジング４０とコネクタハウジング３０との間
に形成された圧力室４２とを有するセンサである。そし
て，該圧力室４２には，感圧素子２０を収容してある。
そして，ターミナルピン１０は，図２に示すごとく，上
記受圧面３２に設けた凹部３４に充填されたシリコーン
系シール材よりなるシール層１２を貫通するように圧力
室４２に露出している。本例では，このシール層１２の
厚さを，０．５〜１．０ｍｍに設定してある。以下，こ
の内容について詳しく説明する。

【００１５】本例の圧力センサ１は，図１に示すごと
く，シールダイヤフラム４３を有する金属製のセンサハ
ウジング４０に，ターミナルピン１０と感圧素子２０と
を有するコネクタハウジング３０を嵌入してなるセンサ
である。すなわち，本例の圧力センサ１は，圧力計測対
象である流体とは隔離された圧力室４２を有するもので
ある。そして，この圧力センサ１では，シールダイヤフ
ラム４３に作用する流体圧を，圧力室４２に封入した圧
力伝達媒体を介して，感圧素子２０により検知する。ま
た，センサハウジング４０のカシメ部４１を内方に変形
させることにより，上記コネクタハウジング３０の被カ
シメ部３１に固定してある。

【００１６】上記センサハウジング４０へのコネクタハ
ウジング３０の嵌入によって，シールダイヤフラム４３
と受圧面３２とが対面した状態で圧力室４２が形成され
る。そして，センサハウジング４０とコネクタハウジン
グ３０との間には，Ｏリング５０及びバックアップリン
グ５１が介設され，圧力室４２を密封してある。また，
圧力室４２には，上記圧力伝達媒体としてシリコンオイ
ルが隙間なく封入してある。そして，このシリコンオイ
ルは，シールダイヤフラム４３に作用するセンサ外側４
４の圧力を，後述する感圧素子２０のセンサダイヤフラ
ムに伝達するように構成されている。

【００１７】上記コネクタハウジング４０は，図２に示
すごとく，電源用，グランド用及び信号出力用の３本の
ターミナルピン１０をインサート成形してなるＰＰＳ樹
脂よりなる部材である。そして，その受圧面３２に設け
た凹部３３には，感圧素子２０がシリコーン系接着剤に
より接合されている。

【００１８】この上記感圧素子２０は，シリコン層を加
工して歪ゲージを形成するとともに、シリコン基板を精
密にエッチングしてセンサダイヤフラムを形成したもの
である。この感圧素子２０は，圧力を受けたときセンサ
ダイヤフラムに生じるひずみを歪ゲージにより計測し，
出力するよう構成されている。

【００１９】また，プレス加工により突出された直径１
ｍｍの突出部１１を有するターミナルピン１０は，受圧
面３２の形状を表す図３に示すごとく，受圧面３２に設
けられた凹部３４に突出部１１を露出させている。該凹
部３４の内部には，シリコーン系シール材を充填し，図
３におけるＡ−Ａ断面形状を表す図４に示すごとく，厚
さｔが０．５〜１．０ｍｍであるシール層１２を形成し
てある。そして，突出部１１は，このシール層１２を貫
通するように露出している。そして，この露出した突出
部１１と感圧素子２０とを，相互にボンディングワイヤ
２２により電気的に接続し，感圧素子２０からの信号出
力や，感圧素子２０への電源供給等を可能としている。
なお，上記凹部３４は，図３に示すごとく，感圧素子２
０を配置する上記凹部３３とは独立して，かつ，それぞ
れのターミナルピン１０ごとに設けてある。

【００２０】以上のごとく，本例の圧力センサ１におい
ては，内径３ｍｍの凹部３４に厚さｔが０．５〜１．０
ｍｍであるシリコーン系シール材よりなるシール層１２
が形成されており，そのシール層１２を貫通してターミ
ナルピン１０が露出している。そのため，シール層１２
は，ターミナルピン１０の全周囲にわたって，コネクタ
ハウジング３０との間に生じる隙間を十分にシールする
ことができる。また，シール層１２に高い圧力が作用し
た場合であっても，厚さｔが０．５〜１．０ｍｍであっ
て適度に薄いシール層１２は大きな変形を生じることが
ない。それ故，シール層１２の表面にクラック等を生じ
るおそれがほとんどない。

【００２１】さらに，ターミナルピン１０は，それぞれ
独立して設けてある凹部３４に配置してある。そのた
め，シール層１２の表面積を小さくして，その変形量を
さらに抑制することができる。それ故，上記圧力センサ
１においては，シール層１２に生じうるクラック等の抑
制効果をさらに高めることができる。

【００２２】このように本例の圧力センサ１は，上記圧
力室４２のシール性が高く，優れた圧力検知性能を発揮
し得るものである。また，高圧計測に適用した場合であ
っても，シール層１２のクラック等を生じるおそれが少
なく，長くその優れた性能を維持しうるものである。な
お，本例の圧力センサ１において，シールダイヤフラム
４３の内側に封入したシリコンオイルに代えて，フッ素
オイルを適用することもできる。

【００２３】また，本例の圧力センサ１における外部と
隔離された圧力室４２に代えて，上記シールダイヤフラ
ム４３を廃し，外部に開放した圧力室４２としてもよ
い。この場合には，圧力計測対象である流体が，直接上
記感圧素子２０のセンサダイヤフラムに作用することと
なる。なお，上記突出部１１の直径については，０．５
ｍｍ〜３ｍｍの範囲であることが好ましい。またこのと
き，上記凹部３４を各ターミナルピン１０に対して独立
して設けた場合には，上記突出部１１の外周面と上記凹
部３４の外縁をなす内周面との距離は，０．３ｍｍ〜３
ｍｍにあることが好ましい。

【００２４】（実施例２）本例は，実施例１の圧力セン
サ１を基にして，ターミナルピン１０を変更した例であ
る。本例の圧力センサ１は，図５及び図６に示すごと
く，実施例１と同様に独立した凹部３４に１本ずつター
ミナルピン１０を配置するという構成の受圧面３２を有
するコネクタハウジング３０を備えたものである。一
方，本例では，実施例１のプレス加工により上記突出部
１１を突出させたターミナルピンに代えて，曲げ加工の
みにより成形したターミナルピン１０を適用している。
そのため，図５に示すごとく，このターミナルピン１０
は軸方向に略同一断面を有している。

【００２５】本例の圧力センサ１においても，図６にお
けるＢ−Ｂ断面形状を表す図７に示すごとく，実施例１
と同様，厚さ０．５〜１．０ｍｍのシール層１２により
ターミナルピン１０の全周囲を十分にシールして，コネ
クタハウジング３０との間を十分に密封することができ
る。なお，その他の構成及び作用効果については，実施
例１と同様である。

【００２６】（実施例３）本例は，実施例１の圧力セン
サ１を基にして，シール層１２の厚さｔと，クラック発
生率及びシール性との関係を調べた例である。まず，ク
ラック発生率に関しては，雰囲気温度１２０度以下で，
圧力０〜２０ＭＰａを繰り返し負荷するという条件によ
る試験を実施して，シール層１２の厚さｔとシール層１
２に発生するクラック発生率との関係を求めた。その結
果を図８に示す。同図には，横軸にシール層１２の厚さ
ｔを示し，縦軸には，試験したサンプル全てにクラック
が発生した場合を１としてクラック発生率を相対的に示
している。

【００２７】次に，シール性に関しては，雰囲気温度１
２０度以下で，圧力０〜２０ＭＰａを繰り返し負荷する
という条件による試験を行った。そして，シール層１２
の厚さｔに応じて，圧力センサ１の作動時間と，上記圧
力室４２から漏れ出すシリコンオイルの漏れ量との関係
を求めた。その結果を図９に示す。同図には，横軸に圧
力センサ１の作動時間を示し，縦軸にはシリコンオイル
の漏れ量を示している。そして，シール層１２の厚さｔ
が０．１ｍｍ，０．２ｍｍ，０．５ｍｍのときのシリコ
ンオイルの漏れ量を表すグラフをそれぞれ図示してあ
る。

【００２８】また，同図には，漏れ量Ｑ０を示す直線Ｌ
Ｍが示してある。この直線ＬＭは，圧力センサ１におけ
る許容最大漏れ量を表す線である。また，作動時間５０
００時間は，圧力センサ１に要求される耐久仕様から定
められた作動時間である。

【００２９】図８及び図９のグラフから，以下のように
考察することができる。すなわち，図８によれば，シー
ル層１２の厚さｔが小さいほどクラック発生率が低減さ
れていることがわかる。一方，厚さｔが１．２ｍｍを越
えると，クラック発生率が急速に高まっていくことがわ
かる。特に，シール層１２の厚さｔが１．０ｍｍ以下で
あれば，安全マージンを確保してクラック等の発生をさ
らに確実に回避することができる。

【００３０】また，図９によれば，シール層１２の厚さ
ｔが大きくなるほど，許容最大漏れ量を示す直線ＬＭに
到達するまでの作動時間が長くなっていくことがわか
る。すなわち，シール層１２にクラックを生じないとす
れば，シール層１２の厚さｔが大きい程，確実にシリコ
ンオイルの漏れ量を低減することができる。従って，図
８に示すごとく，クラック発生率がゼロに近い厚さｔ≦
１．２ｍｍの範囲においては，シール層１２の厚さｔを
大きくする程，直線ＬＭに到達するまでの作動時間を長
くすることができる。特に，シール層１２の厚さｔが
０．５ｍｍ以上であれば，圧力センサ１の作動時間は大
きく５０００時間を越えてさらに十分な耐久性を実現す
ることができる。

【００３１】一方，シール層１２の厚さｔが０．１ｍｍ
となると，許容最大漏れ量を示す直線ＬＭに到達するま
での作動時間が５０００時間に満たなくなる。作動時間
５０００時間という耐久仕様を満足するためには，シー
ル層の厚さｔは，０．２ｍｍ以上である必要がある。

【００３２】このように，本例によれば，適切なシール
層１２の厚さｔの範囲を求めることができる。すなわ
ち，シール層１２の厚さｔが０．２ｍｍ未満であると，
圧力室４２から漏れ出すシリコンオイルの漏れ量が多く
なり，要求される動作時間を満たすことができなくなる
おそれがある。一方，シール層１２の厚さｔが１．２ｍ
ｍを越える場合には，シール層１２にクラックを発生す
るおそれが高くなる。以上のことから，圧力センサ１の
シール層１２の厚さｔとしては，０．２ｍｍ〜１．２ｍ
ｍの範囲にすることが必要であると判断できる。

【００３３】さらに，シール層１２の厚さｔを０．５ｍ
ｍ以上とすると，５０００時間に設定した作動時間を余
裕をもって，クリアすることができる。また，１．０ｍ
ｍ以下とすると，クラック等を回避するための安全マー
ジンをさらに十分に確保することができる。そのため，
さらに好ましくは，シール層１２の厚さｔを０．５ｍｍ
〜１．０ｍｍとするのが良い。

【００３４】（実施例４）本例は，実施例１の圧力セン
サ１を基にして，ターミナルピン１０を配置する凹部３
４の形状を変更した例である。本例の圧力センサ１にお
いては，受圧面３２側の形状を表す図１０に示すごと
く，実施例１における感圧素子２０を取り付けるための
凹部３３と，ターミナルピン１０毎の凹部３４とを，一
体化して単一の凹部３４を形成してある。

【００３５】そのため，この凹部３４にシリコーン系シ
ール材を充填するに当たっては，１回の充填作業により
効率的にシール層１２を形成することができる。また，
１回の充填作業により形成されるシール層１２は略均一
なものとなる。そのため，それぞれのターミナルピン１
０を均等にシールすることができ，一部のターミナルピ
ン１０にシール欠陥を生じるおそれを抑制することがで
きる。なお，その他の構成及び作用効果は，実施例１と
同様である。また，受圧面３２の構成としては，図１１
に示すごとく，ターミナルピン１０の一部について共通
して凹部３４を設けることもできる。さらにまた，図１
２に示すごとく，ターミナルピン１０及び対応する凹部
３４を，感圧素子２０の３辺に対応して配置することも
できる。

【００３６】さらに，ターミナルピン１０の断面形状に
ついても，本例の円形に代えて，図１３に示すごとく，
角形その他の形状を採用することもできる。ターミナル
ピン１０の断面形状については，一辺０．４〜３ｍｍ，
他辺０．４〜３ｍｍの範囲にある矩形又は正方形である
ことが好ましい。さらに好ましくは，短辺０．６４ｍ
ｍ，長辺１．５ｍｍであることが良い。またこのとき，
上記凹部３４を各ターミナルピン１０に対して独立して
設けた場合には，上記ターミナルピン１０の外周面と凹
部３４の外縁をなす内周面との距離は，０．３ｍｍ〜３
ｍｍの範囲にあることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における，圧力センサを示す断面図。

【図２】実施例１における，コネクタハウジングを示す
断面図。

【図３】実施例１における，コネクタハウジングを受圧
面側から見た形状を表す正面図。

【図４】実施例１における，コネクタハウジングのＡ−
Ａ断面形状を表す断面図。

【図５】実施例２における，コネクタハウジングを示す
断面図。

【図６】実施例２における，コネクタハウジングを受圧
面側から見た形状を表す正面図。

【図７】実施例２における，コネクタハウジングのＢ−
Ｂ断面形状を表す断面図。

【図８】実施例３における，シール層の厚さｔとクラッ
ク発生率との関係を示すグラフ。

【図９】実施例３における，作動時間と漏れ量との関係
を，シール層の厚さｔに応じて示すグラフ。

【図１０】実施例４における，コネクタハウジングを受
圧面側から見た形状を表す正面図。

【図１１】実施例４における，その他のコネクタハウジ
ングを受圧面側から見た形状を表す正面図。

【図１２】実施例４における，その他のコネクタハウジ
ングを受圧面側から見た形状を表す正面図。

【図１３】実施例４における，その他のコネクタハウジ
ングを受圧面側から見た形状を表す正面図。

【符号の説明】

１．．．圧力センサ， １０．．．ターミナルピン， １１．．．突出部， ２０．．．感圧素子， ２２．．．ボンディングワイヤ， ３０．．．コネクタハウジング， ３２．．．受圧面， ４０．．．センサハウジング， ４３．．．シールダイヤフラム， ５０．．．Ｏリング，

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のターミナルピンと感圧素子とを配
   置した受圧面を有するコネクタハウジングと，センサハ
   ウジングと，該センサハウジングに上記コネクタハウジ
   ングを嵌入することにより上記センサハウジングと上記
   コネクタハウジングとの間に形成された圧力室を有し，
   該圧力室には，上記感圧素子を収容してある圧力センサ
   において，上記ターミナルピンは，上記受圧面に設けた
   凹部に充填されたシリコーン系シール材よりなるシール
   層を貫通するように上記圧力室に露出しており，かつ，
   上記シール層の厚さは０．２ｍｍ〜１．２ｍｍであるこ
   とを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記シール層の厚さ
   は，０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする圧
   力センサ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において，上記凹部は，
   互いに連接することなく複数設けられており，各凹部に
   上記ターミナルピンが１本ずつ配置されていることを特
   徴とする圧力センサ。
4. 【請求項４】 請求項１又は２において，上記凹部は，
   全ての上記ターミナルピンを配置できるように設けられ
   ていることを特徴とする圧力センサ。