JP2004045076A - 圧力センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体圧力センサ素子41が収納された圧力検出室21内に液体を封入し、この圧力検出室に外部から加えられた圧力を前記液体を介して前記半導体圧力センサ素子に伝えることで、この圧力センサ素子から前記圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサにおいて、圧力導入管19を備えた蓋部材1と、圧力を受けるダイヤフラム3と、半導体圧力センサを内部空間21に固定したホルダー2を、溶接により一体化して圧力センサ本体部とするとともに、ダイヤフラム3の接合面の背面に補強板32をあてがい、ダイヤフラム3と蓋部材1またはホルダー2と補強板32を一体に溶接した。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサに関し、特に圧力検出素子を収容した間接受圧室に液体を封入するとともに、ハウジングとコネクタケースとを具備した圧力センサの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、半導体圧力センサ素子が収納された圧力検出室内に液体を封入し、この圧力検出室に外部から加えられた圧力を半導体圧力センサ素子に液体を介して伝えることで、この圧力センサ素子から圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力検出器が種々提案されている。
【0003】
例えば、「半導体圧力センサの用途・製品動向」(センサ技術12月号、第11巻第12号(第72〜76頁)、1991年11月11日、株式会社情報調査会、発行)には、「圧力伝達媒体(封入液)を気密封止する圧力検出室を有するハウジングと、圧力に応じた信号を出力する感圧素子(チップ)と、前記感圧素子と外部との間で信号の授受を行う信号伝達手段(端子)とを備え、前記感圧素子を前記圧力室内に設け、該感圧素子に電気的接続する前記信号伝達手段をステム内で保持して前記感圧素子と前記外部との間で信号の授受を行う半導体圧力検出器」、「拡散型歪みゲージを搭載したシリコンダイヤフラムの周辺に、増幅・調整および温度特性の補償を行なう信号処理回路を作ること、すなわち、感圧素子に電気的に接続し共動する処理回路を設けること」が示されている。
【0004】
さらに、特開平5‐149814号公報には、歪ゲージと信号処理回路の回路素子を集積化したセンサを用い、このセンサをシールダイヤフラムと容器で囲まれ、シリコーン油などの絶縁油で満たされた空間に配置された半導体圧力センサが開示されている。
【0005】
かかる従来の感圧素子および信号処理回路を封入液中に設ける半導体圧力検出器においては、気密性の向上と組立工数の低減について配慮がなされていなかった。
【0006】
そこで、本出願人は、受圧空間と加圧空間を簡単な構成により実現し、しかも漏れのない圧力センサを、特願2002−092250号として出願している。すなわち、この出願にかかる圧力センサは、半導体圧力センサ素子が収納された圧力検出室内に液体を封入し、この圧力検出室に外部から加えられた圧力を前記液体を介して前記半導体圧力センサ素子に伝えることで、この圧力センサ素子から前記圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサにおいて、圧力導入部を備えた蓋部材と、圧力を受けるダイヤフラムと、半導体圧力センサを内部空間に固定したホルダーを、溶接により一体化して圧力センサ本体部としている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、受圧空間と加圧空間を簡単な構成により実現し、しかも気密性の優れた圧力センサを提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記圧力センサにおいて、受圧空間を形成するダイヤフラムと蓋部材もしくはホルダーとの接合を強固にすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の圧力センサは、半導体圧力センサ素子が収納された圧力検出室内に液体を封入し、この圧力検出室に外部から加えられた圧力を前記液体を介して前記半導体圧力センサ素子に伝えることで、この圧力センサ素子から前記圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサにおいて、圧力導入部を備えた蓋部材と、圧力を受けるダイヤフラムと、半導体圧力センサを内部空間に固定したホルダーを、溶接により一体化して圧力センサ本体部とするとともに、ダイヤフラムを蓋部材またはホルダーに気密に接合するに当たって、ダイヤフラムの接合面の背面に補強板をあてがってこれらを一体に溶接するようにした。
【0009】
このような構造とすることによって、ダイヤフラム3の溶接部は補強板32によって補強され、受圧空間を形成するダイヤフラムと蓋部材もしくはホルダーとを強固に接合することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる圧力センサの第1の実施の形態について、図1を用いて説明する。図1は第1の実施の形態にかかる圧力センサの構成を示す縦断面図である。
【0011】
本発明の第1の実施の形態にかかる圧力センサは、蓋部材1と、ホルダー2と、ダイヤフラム3と、ホルダー2の内部に形成された受圧空間(圧力検出室)21に配置された圧力検出手段4と、コネクタケース6とから構成される。
【0012】
蓋部材1は、例えば、ステンレススチールで構成され、周囲が立上り平坦な鍔部とされた円盤状に形成されている。蓋部材1の中心部には開口が設けられ、加圧空間11に連通する圧力導入管19がロー付けされており、191はその溶接部を示す。
【0013】
ホルダー2は、例えばステンレススチールからなり、鍋形に構成され、内部に形成された空間が、液体を充填された受圧空間21として働く。ホルダー2の底部には、複数の引出部材貫通孔23と、液体注入孔24が形成される。液体注入孔24は中間に弁受け部26が形成され、さらに上部にピン固定部25が設けられている。この実施の形態では、ピン固定部25には雌ネジが切られている。弁受け部26よりも上方に、側部開口27が形成されており、受圧空間封止時に液体抜きおよび空気抜き手段として働く。
【0014】
ホルダー2の受圧空間21の底部には、プリント配線基板43の表面にガラス製の台座42を固定しこの上に半導体圧力センサ素子41を固着した圧力検出手段4が、プリント配線基板43の底面を接着して固定される。
【0015】
ホルダー2の引出部材貫通孔23に引出部材5が挿入され、ハーメチックシール53によって気密に固定される。
【0016】
圧力センサ素子41は、半導体基板の平面形状が矩形に形成されるとともに、中央部が肉薄状に構成され、圧力によって変形するダイヤフラム部が形成されており、上記ダイヤフラム部の上面には、複数のピエゾ抵抗素子をブリッジ状に形成することによって歪ゲージである圧力検知部が形成されるとともに、周辺部の肉厚部上に集積回路製造技術を用いて製造した増幅回路や演算処理回路などの電気回路を設けている。
【0017】
さらに、圧力センサ素子41の上面に設けた図示を省略したランド部とプリント配線基板43の上面に設けた図示を省略したランド部とがボンディングワイヤ51によって接続されている。さらに、プリント配線基板43の表面に設けた図示を省略したランド部と引出部材5はボンディングワイヤ52によって接続される。
【0018】
ダイヤフラム3は、圧力が加えられると変形する例えばステンレススチールの薄板からなり、円盤状に構成される。ダイヤフラム3の周辺部31の接合面の背面には、補強板32があてがわれ、補強板32とともに蓋部材1の底面12上に、TIG溶接、プラズマ溶接、レーザー溶接などによって溶接部33にて溶接されて、気密にかつ強固に接合される。
【0019】
ダイヤフラム3が溶接により固着された蓋部材1の底面12に、ホルダー2が配置され、ホルダー2の下部に形成された環状堤部22がプロジェクション溶接によって接合固着される。
【0020】
接合されたホルダー2とダイヤフラム3によって形成される受圧空間21内に、液体注入孔24を経由して圧力伝達媒体としての液体、例えばシリコーン油などの絶縁油を満たし、さらに液体注入孔24に封止ボール8を投入した後封止ネジ80をピン固定部25に固定して封止ボール8を弁受け部26に固定して密封される。
【0021】
蓋部材1のかしめ部17をホルダー2のかしめ受け部28にかしめつけて、蓋部材1とホルダー2を溶接とともに固定する。
【0022】
半導体圧力センサ素子41は、半導体基板の表面にブリッジを構成するようにピエゾ抵抗が形成されており、半導体基板の裏面には圧力検出用の密閉された空間が形成されている。
【0023】
コネクタケース6は、コネクタ7を固定する樹脂製ケースであり、コネクタ7を固定したターミナル支持台79が配置されている。
【0024】
コネクタ7の他端部に設けた通電接続部71には、引出部材5がカシメまたはスポット溶接などによって接続されている。
【0025】
コネクタケース6は、例えば、ナイロン樹脂を用いて略円筒形状に構成されている。
【0026】
以下、この圧力センサの組立工程を説明する。先ず、圧力導入管19を開口にロー付けした蓋部材1の底面12上にダイヤフラム3を位置させる。さらにその上に、補強部材32を配置して、補強部材32とともにダイヤフラム3を蓋部材1に溶接部33にて溶接する。
【0027】
一方、引出部材貫通孔23に引出部材5をハーメチックシールによって固定したホルダー2の受圧空間21内に、半導体圧力センサ素子41と台座42とプリント配線基板43とからなる圧力検出部4を接着により固着し、プリント配線基板43の表面に設けたランド部と引出部材5をボンディングワイヤ52によって接続する。
【0028】
このホルダー2の環状堤部22を蓋部材1の底面12に配置した後、プロジェクション溶接によって気密に接合して一体化して圧力センサ本体部を形成する。
【0029】
その後、液体注入孔24からフッ素オイルまたはシリコーンオイルなどの液体を、受圧室を構成するダイヤフラム3とホルダー2によって形成される受圧空間21内に充填した後、封止ボール8を弁受け部26上に投入し、封止ネジ80をピン固定部25にねじ込んで固定して液体注入孔24を封止する。ネジ80をねじ込むときに余分な液体および空気は、側部開口27から排出される。
【0030】
その後、蓋部材1のかしめ部17をホルダー2のかしめ受け部28上にかしめて蓋部材1とホルダー2を一体化する。
【0031】
この圧力センサ本体部のホルダー2の上にターミナル支持台79を載置し、引出部材5とコネクタ7の通電接続部71をかしめもしくはスポット溶接などにより接続する。その後、この上からコネクタケース6を載置して圧力センサを構成する。
【0032】
この発明によれば、圧力センサを、少ない部品点数と、少ない製造工程によって、気密性良く製造することができる。
【0033】
本発明の第2の実施の形態にかかる圧力センサの構成を図2を用いて説明する。第2の実施の形態は、第1の実施の形態における圧力センサにおいて、引出部材5とコネクタ7との接続を、燐青銅などのバネ部材72によって圧接して行なう形態であり、その余の構成は図1に示した第1の実施の形態と同様であり、同一の構成要素には、同一の符号を付している。バネ部材72の引出部材5と接する部分には、金メッキなどを施して導電性を向上させた良導電部73が形成されている。
【0034】
本発明の第3の実施の形態にかかる圧力センサの構成を図3を用いて説明する。第3の実施の形態は、第1の実施の形態における圧力センサにおいて、液体注入機構の形状を変更した形態である。すなわち、この実施の形態では、封止ピン81をピン固定部25に圧入して固定する形態であり、封止ボール8は封止ピン81によって、弁受け部26に圧接して固定される。封止ピン81には空気抜き溝82が形成されている。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であり、同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【0035】
本発明の第4の実施の形態にかかる圧力センサの構成を図4を用いて説明する。第4の実施の形態は、第1の実施の形態における圧力センサにおいて、液体注入機構を省略した形態である。その他の構成は第1の実施の形態と同様であり、同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【0036】
この実施の形態では、液体注入機構を省略したことによって、製造工程に工夫を凝らしている。すなわち、ダイヤフラム3を溶接した蓋部材1と、圧力検出手段4を固定したホルダー2を溶接固着するに当たって、ホルダー2内に固着した圧力検出手段4の出力調整を行う。ついで、ホルダー2を図示と天地を逆さに配置して、受圧空間21に圧力伝達媒体(液体)を満たし、この上から蓋部材1を被せて蓋部材1の底面12にホルダー2の環状堤部22を接触させながらプロジェクション溶接によって、両者を溶接固定する。その後かしめ部17をかしめ受け部28へかしめつけて蓋部材1とホルダー2とを一体化固定する。
【0037】
本発明の第5の実施の形態にかかる圧力センサの構成を図5を用いて説明する。第5の実施の形態は、第3の実施の形態における圧力センサにおいて、液体注入機構の封止ピン81の固着をより確実にしたもので、ピン固定部25の開口周辺にかしめ部29を形成しており、圧力媒体注入後封止ピン81の上端をかしめ部29によってかしめ固定している。その他の構成は第3の実施の形態と同様であり、同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【0038】
本発明の第6の実施の形態にかかる圧力センサの構成を図6を用いて説明する。第6の実施の形態は、第2の実施の形態における圧力センサにおいて蓋部材1と圧力導入管を一体化して構成しており、圧力導入部の下端には、図示を省略した配管にネジ等によって固定されるネジ止め部18を設けている。また、このネジ止め部18によって直接蓋部材1を固定してもよい。その他の構成は第2の実施の形態と同様であり、同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【0039】
本発明の第7の実施の形態にかかる圧力センサの構成を図7を用いて説明する。第7の実施の形態は、第3の実施の形態における圧力センサにおいて、受圧空間21を、ホルダー2に設けた溶接面211に、ダイヤフラム3を溶接固定することによって形成した点に特徴を有している。すなわち、この実施の形態では、ダイヤフラム3を、蓋部材1に溶接するのではなくホルダー2に溶接している。この場合も、ダイヤフラム3の接合面の背面に補強板32をあてがいこれらを一体に溶接している。溶接方法は、これまでに実施の形態と同じくレーザービーム溶接や電子ビーム溶接などの手法によって行われる。その他の構成は第3の実施の形態と同様であり、同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【0040】
本発明の第8の実施の形態にかかる圧力センサの構成を図8を用いて説明する。第8の実施の形態は、第2の実施の形態における圧力センサにおいて、第7の実施の形態と同じ構造によって、受圧空間21を構成した例である。その他の構成は第7の実施の形態と同様であり、同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【0041】
このように、本発明は、下記アからオの各種態様をそれぞれ選択して組み合わせることができる。
【0042】
ア.受圧空間を、第1の実施の形態に示すように、蓋部材1にダイヤフラム3を溶接して蓋部材1とホルダー2を環状堤部22によって溶接して構成する態様、第7の実施の形態に示すように、ホルダー2にダイヤフラム3を溶接して構成する態様のいずれかを採用することができる。
【0043】
イ.引出部材5とコネクタ7との接続は、第1の実施の形態に示すコネクタ7の他端部に設けた通電接続部71を引出部材5にカシメまたはスポット溶接などによって接続する態様、第2の実施の形態に示すように、引出部材5とコネクタ7との接続をバネ部材72によって圧接して行なう態様のいずれかを採用することができる。
【0044】
ウ.液体注入機構を、第1の実施の形態に示す封止ネジ80を用いる態様、第3の実施の態様に示す封止ピンを用いる態様、第5の実施の態様に示す封止ピン81をかしめ付ける態様、第4の実施の態様に示す液体注入機構を省略した態様のいずれかを採用することができる。
【0045】
エ.蓋部材1の構成を、第1の実施例に示す圧力導入管19をロー付けにより設ける態様、第6の実施の態様に示す圧力導入管を一体に設けネジを構成する態様のいずれかを採用することができる。
【0046】
オ.第1〜第8の実施の形態においては、圧力検出手段4の処理回路を、半導体圧力センサ素子とプリント配線基板43に分散して設けたが、プリント配線基板43を省略して処理回路を半導体圧力センサ素子41に全て搭載態様とすることもできる。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、蓋部材とダイヤフラムとホルダーを溶接して一体化して圧力センサ本体を構成することによって、部品点数を削減するとともに、組立工数を削減した気密性に優れた圧力センサを提供できる。
【0048】
さらに、本発明によれば、ダイヤフラムの背面に補強部材が配置され一体に溶接されるので、ダイヤフラムと蓋部材またはダイヤフラムとホルダーとを強固に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態にかかる圧力センサの構造を示す縦断面図。
【図2】本発明の第2実施の形態にかかる圧力センサの構造を示す縦断面図。
【図3】本発明の第3の実施の形態にかかる圧力センサの構造を示す縦断面図。
【図4】本発明の第4の実施の形態にかかる圧力センサの構造を示す縦断面図。
【図5】本発明の第5の実施の形態にかかる圧力センサの構造を示す縦断面図。
【図6】本発明の第6の実施の形態にかかる圧力センサの構造を示す縦断面図。
【図7】本発明の第7の実施の形態にかかる圧力センサの構造を示す縦断面図。
【図8】本発明の第8の実施の形態にかかる圧力センサの構造を示す縦断面図。
【符号の説明】
1 蓋部材
11 加圧空間
12 底面
17 かしめ部
18 ネジ止め部
19 圧力導入管
191 溶接部(ロー付け部)
2 ホルダー
21 受圧空間
22 環状堤部
23 引出部材貫通孔
24 液体注入孔
25 ピン固定部
26 弁受け部
27 側部開口
28 かしめ受け部
29 かしめ部
3 ダイヤフラム
31 ダイヤフラム周辺部
32 補強板
33 溶接部
4 圧力検出手段
41 半導体圧力センサ素子
42 台座
43 プリント配線基板
5 引出部材
51、52 ボンディングワイヤ
53 ハーメチックシール
6 コネクタケース
7 コネクタ
71 導電接続部
72 バネ部材
73 良導電部
79 支持台
8 封止ボール
80 封止ネジ
81 封止ピン
82 空気抜き溝
Claims (1)
- 半導体圧力センサ素子が収納された圧力検出室内に液体を封入し、この圧力検出室に外部から加えられた圧力を前記液体を介して前記半導体圧力センサ素子に伝えることで、この圧力センサ素子から前記圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサにおいて、
圧力導入部を備えた蓋部材と、圧力を受けるダイヤフラムと、半導体圧力センサを内部空間に固定したホルダーを、溶接により一体化して圧力センサ本体部とするとともに、ダイヤフラムを蓋部材またはホルダーに溶接するに立って補強部材を一体に溶接することを特徴とする半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
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JP2002199871A JP2004045076A (ja) | 2002-07-09 | 2002-07-09 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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2002
- 2002-07-09 JP JP2002199871A patent/JP2004045076A/ja active Pending
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