JP2005037310A - 圧力センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】 気密性が優れ、ホルダと蓋部材との接合を強固にした圧力センサを提供する。
【解決手段】 受けた圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサ素子２１を取付けたホルダ１と、半導体圧力センサ素子２１に接続されるリード部材２３を固定するコネクタケース３と、絶縁油を充填する圧力検出室６をホルダ１とで形成するダイヤフラム４と、圧力導入管５１を取付けた金属製の蓋部材５とを備える圧力センサにおいて、ホルダ１は、金属製であるとともに、圧力検出室６と外部とをむすぶ貫通孔１２と貫通孔１２を塞ぐ封止部材２７とを有し、コネクタケース３は、貫通孔１２に連通して封止部材２７を挿入する挿入孔３１を有し、ダイヤフラム４は、金属製のホルダ１と金属製の蓋部材５とで挟持され固着されている。
【選択図】 図１
【解決手段】 受けた圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサ素子２１を取付けたホルダ１と、半導体圧力センサ素子２１に接続されるリード部材２３を固定するコネクタケース３と、絶縁油を充填する圧力検出室６をホルダ１とで形成するダイヤフラム４と、圧力導入管５１を取付けた金属製の蓋部材５とを備える圧力センサにおいて、ホルダ１は、金属製であるとともに、圧力検出室６と外部とをむすぶ貫通孔１２と貫通孔１２を塞ぐ封止部材２７とを有し、コネクタケース３は、貫通孔１２に連通して封止部材２７を挿入する挿入孔３１を有し、ダイヤフラム４は、金属製のホルダ１と金属製の蓋部材５とで挟持され固着されている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、圧力センサであり、特に圧力検出素子を収容した圧力検出室に液体を充填するとともに、ホルダ、コネクタケース、ダイヤフラム及び蓋部材を備えた圧力センサに関する。
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（特許文献１参照）。
さらに、特許文献２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。
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。
特許第３１９８７７３号公報
特開平５‐１４９８１４号公報
本発明は、従来技術の問題を解決するものであり、気密性が優れ、ホルダと蓋部材との接合を強固にした圧力センサを提供することを目的とする。
本発明は、受けた圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサ素子を取付けたホルダと、半導体圧力センサ素子に電気的に接続されるリード部材を固定するコネクタケースと、液体を充填する圧力検出室をホルダとで形成するダイヤフラムと、圧力導入管を取付けた金属製の蓋部材とを備える圧力センサにおいて、前記ホルダは、金属製であるとともに、圧力検出室と外部とをむすぶ貫通孔と該貫通孔を塞ぐ封止部材とを有し、前記コネクタケースは、前記封止部材を挿入する挿入孔を有し、前記ダイヤフラムは、前記金属製のホルダと前記金属製の蓋部材とで挟持されている圧力センサである。
また、本発明は、上記ホルダは、受けた圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサ素子を搭載した基板を取付けている圧力センサである。
そして、本発明は、上記ホルダと蓋部材とは、ダイヤフラムを挟持して溶接により固着されている圧力センサである。
本発明によれば、気密性が優れ、ホルダ、コネクタケース、ダイヤフラム及び蓋部材を主として構成されているので、構造が簡素化された圧力センサを実現でき、さらに、ホルダと蓋部材を用いてダイヤフラムを挟持するので、組立性を向上した圧力センサを得ることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明の圧力センサの実施例について、図１、図２を用いて説明する。図１は実施例１の圧力センサの構成を示す縦断面図である。図２は実施例２の圧力センサの構成を示す縦断面図である。
本発明の圧力センサの第１の実施例について、説明する。本実施例の圧力センサは、図１に示すように、ホルダ１と、コネクタケース３と、ダイヤフラム４と、蓋部材５とから構成される。
ホルダ１は、例えばステンレススチールを用いた金属製であり、内部に形成される圧力検出室６として働く空間を有する円盤状の基部１ａとその内部側に一体に形成された円柱状の柱部１ｂとからなり、柱部１ｂには大径部１２ａと小径部１２ｂとからなる貫通孔１２及びリード部材２３が挿入される引出孔１１がそれぞれその上下方向、即ちダイヤフラム４に対して垂直方向に形成される。貫通孔１２には、第１の封止部材２７及び第２の封止部材２８が配置される。貫通孔１２の小径部１２ｂは圧力検出部６に連通し、引出孔１１内に挿入されるリード部材２３はその下方向の先端が圧力検出室６内に突出する。
ホルダ１の圧力検出室６には、半導体圧力センサ素子２１が台座２２を介してホルダ１の下面１ｄに設けられ、上記リード部材２３の先端をワイヤボンデングによりリード線２４で電気的に接続される。
ホルダ１にはその基部１ａとインサート成形によりコネクタケース３が結合され、リード部材２３は固定され、コネクタケース３には貫通孔１２と連通する挿入孔３１が形成される。ホルダ１とコネクタケース３とは当接しており、隙間は生じない。ホルダ１の基部１ａの当接下面１ｅと金属製の蓋部材５の立上り部５ａの上面５ａ´との間には円板状のダイヤフラム４が溶接により固着されており、ホルダ１の内部空間１ｃとともに、圧力検出室６を形成する。
ホルダ１には、複数のリード部材引出孔１１と貫通孔１２とが形成される。リード部材引出孔１１には、半導体圧力センサ素子２１に電気的に接続されるリード部材２３が挿入される。貫通孔１２からは絶縁油が充填され、さらに、貫通孔１２には、第１の封止部材２７が挿入され、これに当接する第２の封止部材２８が貫通孔１２に螺合し、圧力検出室６の気密性を保つことができる。なお、封止部材としては第１の封止部材のみを用いてもよい。
ホルダ１の底面には、台座２２を介して圧力検出室６内に半導体圧力センサ素子２１が固定される。半導体圧力センサ素子２１は、ブリッジ回路を構成するようにピエゾ抵抗が形成されるとともにその周囲に電気信号を処理する回路とが形成されており、受けた圧力に応じた電圧信号を出力する。半導体圧力センサ素子２１は、圧力検出室６の圧力に曝される。半導体圧力センサ素子２１は、リード部材２３により圧力センサの外部に設けた回路に接続される。
樹脂製のコネクタケース３をホルダ１にインサート成形することにより、ホルダ１のリード部材引出孔１２にリード部材２３が形成され、また、貫通孔１２にパイプ部材２５が挿入され、それぞれ接着剤又は樹脂シールを用いた封止部材２６によって気密に固定される。
コネクタケース３は、ホルダ１とインサート成形により嵌合され、半導体圧力センサ素子２１に接続されるリード部材２３はコネクタケース３に固定される。また、必要に応じてリード部材２３は、コネクタケース３内で屈曲部分を設けておくと、コネクタケース３から抜け難くなる。コネクタケース３は、例えばＰＰＳ樹脂を用いて略円筒形状に構成される。コネクタケース３には貫通孔１２に連通する挿入孔３１を上下方向に形成し、挿入孔３１を介して第１の封止部材２７及び第２の封止部材２８を挿入して貫通孔１２に第１及び第２の封止部材を配置するので、これら封止部材はホルダ１及びコネクタケース３の縦方向に存在することとなり、封止部材を外部から見え難くすることができる。
コネクタケース３の挿入孔３１を介して圧力検出室６に圧力伝達媒体として作用する絶縁油として例えばフッ素系オイル又はシリコーン油が充填され、第１の封止部材としての金属製例えばステンレス製ボール２７が挿入孔３１を通って貫通孔１２の小径部１２ｂに圧入され小径部１２ｂの端部分１２ｂ´と当接し、さらに第２の封止部材としてのネジ部２８が、貫通孔１２の大径部１２ａの内面と螺合し、このネジ部材２８によりボール２７を押圧し、圧力検出室６はダイヤフラム４とで密封される。さらに圧力検出室６の半導体圧力検出素子２１、リード部材２３の端部、内部空間１ｃの内面各周囲を封止部材２６例えば接着剤で気密にシールされる。なお、本実施例では貫通孔１２ａと接着剤との間には、別体の金属製のパイプ部材２５を設けている。
ダイヤフラム４は、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４は、ホルダ１と蓋部材５とで挟持され、そして、ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザー溶接などによって溶接されて、気密にかつ強固に接合される。
蓋部材５は、円盤部５ｄとこれに一体に形成された立上り部５ａ及び立下り部５ｃとを有する金属製、例えばステンレススチールで略円盤状に形成され、立下り部５ｃに形成された圧力導入孔５ｂに接続された圧力導入管５１から導入される圧力を圧力伝達空間５ｅを介して検出するべく、圧力検出室６は気密に保持される。なお、圧力導入管５１は、立下り部５ｃに溶接部５２により取付けされ圧力伝達空間５ｅは立上り部５ａとダイヤフラム４とにより形成される。
ホルダ１と蓋部材５とによるダイヤフラム４の挟持について、説明する。ホルダ１とダイヤフラム４で形成する圧力検出室６の密封を高めるため、ホルダ１と蓋部材５とによりダイヤフラム４の周辺部を挟持するとともに、ホルダ１と蓋部材５とを溶接する。ホルダ１と蓋部材５との溶接部分を面一とすることにより、ホルダ１と蓋部材５及びホルダ１とダイヤフラム４の固着は強固になり、圧力検出室６の密封度を高めることができる。しかも、ホルダ１、蓋部材５及びダイヤフラム４はともに金属製であるため、溶接による接合は完全にしかも強固に行うことができる。
以下、実施例１の圧力センサの組立工程の一例を説明する。先ず、リード部材２３を固定したコネクタケース３をホルダ１に嵌合する。リード部材２３をリード部材引出孔１１に、そして、パイプ部材２５を貫通孔１２にそれぞれハーメチックシール２６によって固定する。ホルダ１の底部に、半導体圧力センサ素子２１と台座２２とを接着により固着し、半導体圧力センサ素子２１とリード部材２３とをボンディングワイヤ２４によって電気的に接続する。
一方、蓋部材５の開口に圧力導入管５１をロー付けする。そして、ホルダ１と蓋部材５とでダイヤフラム４を挟持し、溶接によって気密に接合して一体化する。
その後、貫通孔１２からフッ素系オイルまたはシリコーンオイルなどを、ダイヤフラム４とホルダ１によって形成された圧力検出室６内に充填した後、ボール２７からなる第１の封止部材２７を貫通孔１２内に挿入し、第２の封止部材としてのネジ２８をねじ込んで固定して貫通孔１２を封止する。これにより、実施例１の圧力センサが構成される。なお、第１の封止部材２７のボールを圧入により貫通孔１２内に挿入し、第２の封止部材のネジ２８を省略してボール２７を例えば圧入により固定してもよく、また、パイプ２５は必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
なお、液体の充填をした後に、ホルダ１と蓋部材５とを溶接することも可能である。
このようにして、少ない部品点数と、少ない製造工程によって、気密性の良い圧力センサを製造することができる。
本発明の第２の実施例の圧力センサについて、説明する。本実施例は、第１の実施例とは半導体圧力センサ素子の構成が異なり、図２に示すように、ブリッジ回路を構成する半導体圧力センサ素子２１ｂが台座２２を介して基板２４ｂ上に搭載される。半導体圧力センサ素子２１ｂは、圧力を検出して電圧信号を発生し、その電圧信号を処理する回路部である基板２４ｂがホルダ１の圧力検出室６内の下面に固定されている。そして、回路部と半導体圧力センサ素子２１ｂとが電気的に接続され、リード部材２３は基板２４ｂに電気的に接続される。さらに、接着剤又は樹脂シール２６により、基板２４ｂの表面も覆われる。その他の構成は図１に示した実施例１と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
１ ホルダ
１ａ 基部
１ｂ 柱部
１ｃ 内部空間
１ｄ 下面
１ｅ 当接部分
１１ リード部材引出孔
１２ 貫通孔
１２ａ 大径部
１２ｂ 小径部
１２ｂ´ 当接部分
２１、２１ｂ 半導体圧力センサ素子
２２ 台座
２２ｂ 基板
２３ リード部材
２４ ボンディングワイヤ
２４ｂ 基板
２５ パイプ部材
２６ 接着剤又は樹脂シール
２７ 封止部材
２８ 封止部材抑え
３ コネクタケース
３１ 挿入孔
４ ダイヤフラム
５ 蓋部材
５ａ 立上り部
５ａ´ 当接部分
５ｂ 圧力導入孔
５ｃ 立下り部
５１ 圧力導入管
５２ 溶接部
６ 圧力検出室
７ 溶接部
１ａ 基部
１ｂ 柱部
１ｃ 内部空間
１ｄ 下面
１ｅ 当接部分
１１ リード部材引出孔
１２ 貫通孔
１２ａ 大径部
１２ｂ 小径部
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２１、２１ｂ 半導体圧力センサ素子
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６ 圧力検出室
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Claims (3)
- 受けた圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサ素子を取付けたホルダと、半導体圧力センサ素子に電気的に接続されるリード部材を固定するコネクタケースと、絶縁油を充填する圧力検出室をホルダとで形成するダイヤフラムと、圧力導入管を取付けた金属製の蓋部材とを備える圧力センサにおいて、
前記ホルダは、金属製であるとともに、圧力検出室と外部とをむすぶ貫通孔と該貫通孔を塞ぐ封止部材とを有し、前記コネクタケースは、前記貫通孔と連通して封止部材を挿入する挿入孔を有し、前記ダイヤフラムは、前記金属製のホルダと前記金属製の蓋部材とで挟持され固着されていることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項１記載の圧力センサにおいて、
上記ホルダは、受けた圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力センサ素子を搭載した基板を取付けていることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項１記載の圧力センサにおいて、
上記ホルダと蓋部材とは、溶接により固着されていることを特徴とする圧力センサ。
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003276477A Pending JP2005037310A (ja) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | 圧力センサ |
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| KR (1) | KR20050009681A (ja) |
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