JP2005037311A - 圧力センサ - Google Patents

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】 ホルダ１と、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及び半導体圧力センサ素子に接続されるリード部材２３を取付け固定するコネクタケース３と、液体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、金属製からなり、コネクタケース３は、圧力検出室６と外部とをむすび、かつ、封止部材２６を保持する貫通保持孔３１を設けており、ダイヤフラム４は、金属製のホルダ１と金属製の蓋部材４とで挟持されている。
【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、ホルダと、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及び該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取付け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、金属製からなり、前記コネクタケースは、圧力検出室と外部とをむすび、かつ、封止部材を保持する貫通保持孔を設けており、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圧力センサである。

また、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、金属製からなるとともに、圧力検出室と外部とをむすび、かつ、封止部材を保持する貫通保持孔を設けており、前記コネクタケースは、前記貫通保持孔と連通し封止部材を挿入する挿入孔を設けており、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圧力センサである。

そして、本発明は、上記ホルダと蓋部材は、当接面の径が異なり、その当接部分が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、ホルダと蓋部材との接合を強固にした組立性を向上した圧力センサを実現することができる。

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、金属製例えばステンレススチール製の略円筒状部材であり、上壁部１ａと下壁部１ｂ及びそれら壁部と一体に形成された円筒状壁部１ｃとからなり、これら壁部１ａ〜１ｃによって形成される内部空間１ｄ内に例えば樹脂製のコネクタケース３がインサート成形により略円柱上に構成され、ホルダ１と結合し、上壁部１ａとコネクタケース３の肩部３ａとが当接するので、隙間は生じない。

ホルダ１の内部空間１ｄ内に挿入されたコネクタケース３の平坦端部３２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に伝達される圧力に曝される。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（図示せず）に接続される。

コネクタケース３には、その上下方向、即ちダイヤフラム４に垂直な方向に貫通保持孔３１と複数のリード部材２３を挿入して固定する挿入固定孔３４が形成されている。なお、リード部材２３は、コネクタケース３内で折曲部分２３ａを設けており、コネクタケース３から抜け難くされている。

コネクタケース３の挿入保持孔３１は大径部３１ａと小径部３１ｂとからなり、封止部材となるネジ部材２６は、大径部３１ａの内面と螺合し、ネジ部材２６の先端は小径部３１ｂと当接し、圧力検出室６を封止する。また、ネジ部材２６には、Ｏリング２７が設けられ、しかも、封止部材はコネクタケース３の縦方向に配置されるので、外部から封止部材を見え難くすることができる。圧力検出室６には、シール用として例えば接着剤又は樹脂シール２５が半導体圧力センサ素子２１、リード部材２３、ホルダ１の挿入固定孔１１及びコネクタケースの挿入保持孔３１の小径部３１ｂの周囲に設けられて気密に固定している。

コネクタケース３の挿入固定孔３４により固定されるリード部材２３の上記平坦端部３２より突出する先端部分は、ボンデングワイヤ２４により半導体圧力センサ素子２１と電気的に接続される。

ダイヤフラム４、ホルダ１の下壁部１ｂの内面、コネクタケース３の平坦端部３２及びこれに連続する傾斜部３３とで圧力検出室６が形成され、この圧力検出室６にフッ素系オイル又はシリコーンオイル等の圧力伝達媒体としての絶縁油がコネクタケース３に設けられた貫通保持孔３１を通して注入され、半導体圧力センサ素子２１の周囲を充填する。貫通保持孔３１は、ネジ部材２６等の封止部材により封止され、圧力伝達媒体は圧力検出室６内に密封され、蓋部材５の立下り部５ｂに形成された圧力導入孔５ｃに接続された圧力導入管５１から圧力伝達空間５ｅに導入される圧力を検出するべく、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５ｂに溶接部５２により取付けられ、圧力伝達空間５ｅは円盤部５ａ及び立上り部５ｄの内面とダイヤフラム４とにより形成される。

蓋部材５は、金属製例えばステンレス製であり、円盤部５ａと、円盤部５ａと一体に形成された立上り部５ｄ及び立下り部５ｂとからなり、立上り部５ｄの上面当接部分５ｄ´とホルダ１の下部壁１ｂの下面当接部分１ｂ´との間に挟持された金属製例えばステンレス製の円板状のダイヤフラム４の三者は互いに溶接、例えばレーザー溶接により接合され固着される。この結果、ホルダ１の下壁部１ｂの内面、コネクタケース３の平坦端部３２及びダイヤフラム４により圧力検出室６が形成される。

ここに、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の密封をより向上させるため、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、蓋部材５及びダイヤフラム４を溶接する。その際、ホルダ１と蓋部材５の当接面の径の大きさが異なる形状、すなわちホルダ１と蓋部材５の側面の当接部分が面一とはならない形状に構成されるので、その当接部分を溶接部７とすると、溶接部分を確定して溶接することができる。したがって、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。すなわち、ホルダ１と蓋部材５はともに金属製であるため、溶接による封止を強固にできる。

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、台座２２を介した半導体圧力センサ２１及びリード部材２３を固定したコネクタケース３をホルダ１に嵌合する。ホルダ１、半導体圧力センサ２１、リード部材２３及び挿入固定孔３１をそれぞれ接着剤又は樹脂シール２５によってシールする。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の立下り部５ｂ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ホルダ１、蓋部材５及びダイヤフラム４を一体化する。

その後、挿入保持孔３１からフッ素オイルまたはシリコーンオイルなどの絶縁油を、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、封止部材２６を挿入保持孔１２内に挿入して保持する。これにより、実施例１の圧力センサが構成される。なお、絶縁油の充填をした後に、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、図２を用いて説明する。本実施例の圧力センサは、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。図１に示す実施例１と同一の構成要素には同一の符号を付している。

ホルダ１´は、例えばステンレススチール等の金属製であり、上壁部１ａ´と下壁部１ｂ´及びそれら壁部と一体に形成された略円筒状の基部１ｃ´とからなる。上壁部１ａ´は、樹脂製のコネクタケース３´とインサート成形により嵌合している。下壁部１ｂ´は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。基部１ｃ´には、複数のリード部材２３が挿入されるリード部材引出孔１２´と大径部１３ａ´及び小径部１３ｂ´からなる貫通保持孔１３´とが上面１ｄ´から下面１ｅ´に形成され、大径部１３ａ´には、封止部材であるネジ部材２６´が螺合し、小径部１３ｂ´に当接し気密を保持する。

コネクタケース３´は、ホルダ１´と嵌合し、挿入孔３１´が形成され、貫通保持孔１３´に連通し、ホルダ１´の底面１ｅ´に固定される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はコネクタケース３´に固定される。なお、リード部材２３は、コネクタケース３´内で曲線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。

ダイヤフラム４の周辺部は下壁１ｂ´と立上り部５ａとの間に挟持される。ダイヤフラム４及び蓋部材５は、図１の実施例１と同様であり、図１と同一又は均等部分には同一符号を付してその説明を省略する。さらに、図２の実施例においては、接着剤又は樹脂シール２５はパイプ部材２８を介して貫通保持孔１３´の小径部１３ｂ´をシールしている。

以下、実施例２の圧力センサの組立工程の一例について、実施例１との相違点を主に説明する。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´にインサート成形により嵌合する。リード部材２３をリード部材引出孔１２´に、そして、パイプ部材２８を介して接着剤又は樹脂シール２５によってシールする。ホルダ１´の底部下面１ｅ´に、半導体圧力センサ素子２１を台座２２を介して接着により固着し、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によって接続する。

貫通保持孔１３´からフッ素オイルまたはシリコーンオイルなどの絶縁油を、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、封止部材２６´を貫通保持孔１３´内に螺合して保持し貫通保持孔１３´を封止する。これにより、実施例２の圧力センサが構成される。

さらに、前述の第１及び第２の実施例において、封止部材２６、２６´と貫通保持孔の小径部との間にさらに金属製のボールを挿入し封止部材２６、２６´で固定してもよい。あるいは金属製のボールのみを封止部材として挿入し固定してもよい。

実施例１の圧力センサの構造を示す縦断面図。 実施例２の圧力センサの構造を示す縦断面図。

符号の説明

１、１´ ホルダ
１ａ 上壁部
１ｂ、１ｂ´ 下壁部
１ｃ 円筒状壁部
１ｃ´ 基部
１ｄ 内部空間
１ｅ 下面当接部分
１１ 挿入固定孔
１２´ リード部材引出孔
１３´ 貫通保持孔
１３ａ´ 大径部
１３ｂ´ 小径部
２１ 半導体圧力センサ素子
２２ 台座
２３ リード部材
２３ａ 折曲部分
２４ ボンディングワイヤ
２５ 接着剤又は樹脂シール
２６ 封止部材
２７ Ｏリングシール
３、３´ コネクタケース
３１ 挿入保持孔
３１ａ 大径部
３１ｂ 小径部
３１´ 挿入孔
３２ 平坦端部
３３ 傾斜部
４ ダイヤフラム
５ 蓋部材
５ａ 円盤立上り部
５ａ´ 上面当接部分
５ｂ 立下り部
５ｃ 圧力導入孔
５ｄ 立上り部
５ｄ´ 上面当接部分
５ｅ 圧力伝達空間
５１ 圧力導入管
５２ 溶接部
６ 圧力検出室
７ 溶接部

Claims (3)

1. ホルダと、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及び該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取付け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、金属製からなり、前記コネクタケースは、圧力検出室と外部とをむすび、かつ、封止部材を保持する貫通保持孔を設けており、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。
2. 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、金属製からなるとともに、圧力検出室と外部とをむすび、かつ、封止部材を保持する貫通保持孔を設けており、前記コネクタケースは、前記貫通保持孔と連通し封止部材を挿入する挿入孔を設けており、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。
3. 請求項１又は２に記載の圧力センサにおいて、
   上記ホルダと蓋部材は、当接面の径が異なり、その当接部分が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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