JP6523762B2

JP6523762B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP6523762B2
Application number: JP2015084539A
Authority: JP
Inventors: 倫久青山; 元桐向井
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2035-04-16
Also published as: JP2016205872A; CN106052951A

Description

本発明は、圧力センサに関し、特に、半導体型圧力検出装置を収容した液封入式の圧力センサに関する。

従来、ダイアフラムで区画されてオイルが封入された受圧室内に半導体型圧力検出装置を収容した液封入式の圧力センサは、冷凍冷蔵装置や空調装置に装備されて冷媒圧力を検知したり、産業用機器に装備されて各種の流体圧力の検知に使用されている。
半導体型圧力検出装置は、上記受圧室内に配置され、受圧空間内の圧力変化を電気信号に変換して外部に出力する機能を有している。
受圧空間内に配置されるダイアフラムは、可撓性の金属板であって、半導体からなる圧力検出素子との間で電位差が発生し、封入されたオイルが静電気を帯びたりすると、圧力検出素子あるいはその出力信号に不具合が生ずる場合がある。

そこで、上記圧力検出素子が収容されている受圧空間内に導電性部材（除電板）をさらに配置し、この導電性部材を検出装置における電気回路のゼロ電位に接続することにより、上記不具合の解消を図る圧力センサが下記の特許文献１に開示されている。

特開２０１５−４５９１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている圧力センサにおいて、上記受圧空間を形成する上側部材（ベース）に上記導電性部材を取り付ける際に、上記導電性部材を上記上側部材に対して位置決めして接着剤等により接合固定した後に、導電性部材と端子ピンとを電気的に接続する必要がある。
したがって、取り付け作業が煩雑であって組立効率が低下するとともに製品精度が低下する懸念がある。

そこで、本発明の目的は、受圧空間内に導電性部材を取り付ける際に、組立工程を簡素化し、製品精度を向上できる圧力センサを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の圧力センサは、流体の圧力を受圧するダイアフラムと、前記ダイアフラムとの間で絶縁性媒質が封入された受圧空間が形成されるベースと、前記受圧空間内に設けられるとともにアースパッドを含む複数のボンディングパッドを備えた半導体型圧力検出装置と、前記ベースを貫通するとともに前記半導体型圧力検出装置と電気的に接続される複数の端子ピン及び１つのアース端子ピンとを具備し、前記ベースと前記ダイアフラムとの間であって、かつ前記半導体型圧力検出装置の周囲位置に除電板が設けられており、前記除電板は、前記アース端子ピンの一端と嵌合する有底の凹部を備えた突出部を有しており、前記アースパッドは、前記除電板と電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の圧力センサは、その一の実施例において、前記除電板は、一部に凹凸を有する。
また、本発明の圧力センサは、別の実施例において、前記除電板が、前記アース端子ピンとハンダ付け又は溶接により接続されるか、あるいはアース端子ピンを圧入固定することにより接続されてもよい。
さらに、前記除電板は、前記ベースと非接触とすることができる。

本発明の圧力センサによれば、受圧空間内に導電性部材を配置した場合に、組立工程を簡素化し、製品精度を向上できる。
また、本発明による圧力センサは、除電板がベースと接触しない構造のため、絶縁体あるいは絶縁層を設ける必要がなく、結果として圧力センサ全体の軽量化を実現できる。

本発明による圧力センサの縦断面図である。本発明による圧力センサの半導体型圧力検出装置を取り付けた部分の近傍を受圧空間側から見た概略図であり、図１のＡ−Ａ断面図よりカバーを取り除いた図である。

図１は、本発明による圧力センサの縦断面図である。また、図２は、本発明による圧力センサの半導体型圧力検出装置を取り付けた部分の近傍を受圧空間側から見た概略図であり、図１のＡ−Ａ断面図よりカバーを取り除いた図である。
図１に示すように、圧力センサ１は、段付の円筒形状のカバー１０を有し、カバー１０の大径の開口部１０ａには、後述する半導体型圧力検出装置６０が搭載されたベース４０、図示されない流体流入管が接続される接続ナット２０を支持する取付部材３０、ベース４０及び取付部材３０によりその外周部が挟持されたダイアフラム５０等より成る圧力検出ユニット２が挿入される。

皿状のベース４０とダイアフラム５０で区画される受圧空間５２にはオイル等の絶縁性の液状媒質が充填される。ボール９９は、ベース４０に形成された孔９９ａ（図２参照）を介して受圧空間５２内に液状媒質を充填した後に該孔を封止する為のものであり、ベース４０に溶接等の手段で固着される。
ベース４０の受圧空間５２側の中央部には半導体型圧力検出装置６０が接着や拡散接合あるいは常温接合等の適宜の手法により固着される。圧力検出装置６０は、ガラス製の台座６２とそれに貼付された圧力検出素子（半導体チップ）６４とからなる。圧力検出素子６４は、この例においては８つのボンディングパッド（電極）を備え、そのうちの３つは出力信号用の電源入力パッド、アースパッド及び信号出力パッドであり、残る５つは信号調整用パッドである。

ベース４０において、半導体型圧力検出装置６０の周囲には、当該ベース４０を貫通する複数本（例えば８本）の端子ピン７０，７２が、ハーメチックシール７４により絶縁封止されて設けられる。
また、図２に示すように、複数の端子ピンのうちの１つはアース端子ピン７２として機能する。そして、当該アース端子ピン７２とそれ以外の７本の端子ピン７０とは、中継基板９０に接続される。

半導体型圧力検出装置６０（圧力検出素子６４）に形成されている電源入力パッド及び信号出力パッドは上記複数本の端子ピン７０のうちの２本と接続され、アースパッドはアース端子ピン７２と接続される。そして、これら３つの端子ピン７０，７２は、中継基板９０に設けられた金属配線パターン及び該中継基板９０に取り付けられたコネクタ９２を介してリード線９４のそれぞれに連結される。
また、リード線９４は、当該圧力センサ１が設置された冷凍冷蔵装置や空調装置等の制御盤内に設けられた図示されない電気回路に接続される。これにより、アース端子ピン７２は、リード線９４を介して外部アースに接続される。

なお、中継基板９０に接続される複数本の端子ピン７０，７２は、出力信号を出力する上記３つのパッドに接続された出力用端子ピンのみでも良く、またそれらに加えて圧力検出素子６４に形成されている信号調整用パッドに接続された５つの端子ピン７０のうちの少なくとも１つをさらに接続しても良い。
このような構成により、中継基板９０は、コネクタ９２を挟んで両側の位置に端子ピン７０，７２との接続点を備える構造となっているため、リード線９４に引張力等が加えられた場合であっても、端子ピン７０，７２に横方向の応力が加わることがなく、結果として端子ピン７０，７２とベース４０とを固定するハーメチックシール７４が破損するのを防止できる。

本発明による圧力センサにおいて、半導体型圧力検出装置６０を囲むように（半導体型圧力検出装置６０の周囲に）、除電板１００が配置される。
図２に示すように、除電板１００は、外部形状が略四角形の平面形状を有し、内側に半導体型圧力検出装置６０の外周を囲むための窓孔が形成されている。また、除電板１００の外周部の一端には、アース端子ピンに固定するための突出部１００ａを設けてある。

除電板１００に形成された突出部１００ａは、図１に示すように、アース端子ピン７２と嵌合する凹部を有しており、当該凹部にアース端子ピン７２を嵌合させた状態で、例えば抵抗溶接等の溶接、あるいはハンダ付け等の方法で電気的に接続固定されている。
また、除電板１００は、ベース４０と接触しない（ベース４０から浮いた）ように配置されており、上記突出部１００ａの部分のみでアース端子ピン７２に対して機械的かつ電気的に固着されている。
なお、図１では、アース端子ピン７２を除電板１００の突出部１００ａに溶接等で固定する場合を例示したが、かしめ固定の手法を採用したり、あるいは上記突出部１００ａにアース端子ピン７２よりやや小さい径の挿通孔を形成し、該挿通孔にアース端子ピン７２を圧入固定する等により機械的かつ電気的に接続してもよい。

除電板１００の材料としては、導電性及び強度等を考慮して、金、銀、銅、アルミニウムやステンレス等を適用することができる。
また、図１において、除電板１００の設ける位置として、ベース４０からの高さが半導体型圧力検出装置６０の高さより低い（すなわち半導体型圧力検出装置６０よりもダイアフラム５０からの距離が遠い）場合を例示したが、ベース４０からの高さを半導体型圧力検出装置６０の高さより高くなるように配置してもよい。
また、図２において、除電板１００として、突出部１００ａを含む平板状のものを例示したが、平板状の部材の一部に凹凸を形成してダイアフラム５０との間隔を変えることにより、凸部において優先的に電荷が帯電するように構成してもよい。

図２に示すように、半導体型圧力検出装置６０の圧力検出素子６４に設けられた各ボンディングパッドのうち、アースパッドを除く７つのボンディングパッドは、７本の端子ピン７０とボンディングワイヤ８０でそれぞれ電気的に接続（結線）される。また、アースパッドは、除電板１００とボンディングワイヤ８１で電気的に接続（結線）される。
そして、上述の圧力検出ユニット２がカバー１０内に配置された後、カバー１０の大径の開口部１０ａ側及び小径の開口部１０ｂ側（リード線９４が導出される側）からカバー１０の内部に樹脂Ｐが充填、固化され、これによりカバー１０内に圧力検出ユニット２が固定される。

上記のような構成を備えた本発明による圧力センサ１において、接続ナット２０に導入される流体は流体導入室３２内に入り、その圧力でダイアフラム５０が変形し、受圧空間５２内の媒質を加圧する。
そして、圧力検出素子６４はこの圧力変動を検知して電気信号に変換し、ボンディングワイヤ８０、端子ピン７０、７２を介して電気信号を外部に出力する。

また、アース端子ピン７２は、上記のとおり、リード線９４を介して本発明の圧力センサ１が設置された冷凍冷蔵装置や空調装置等の制御盤内に設けられた電気回路のゼロ電位（外部アース）に接続されている。
このような構成により、除電板１００の表裏両面を利用して圧力検出ユニット２の内部に帯電する電荷を効率的に外部に逃がすことができるため、半導体型圧力検出装置６０の周囲あるいは受圧空間５２内に充填された液状媒質に電荷が帯電するのを極めて効果的に抑制することができ、結果として、半導体型圧力検出装置６０の帯電に起因する作動不良が防止される。

本発明による圧力センサ１によれば、半導体型圧力検出装置６０の周囲に配置された除電板１００を、ベース４０と接触しない状態でアース端子ピン７２に直接固定する構造を採用しているため、従来型の圧力センサの組立作業に比べて除電板１００をベース４０に位置決め固定する必要がない。
したがって、除電板１００をアース端子ピン７２に固定する際に、除電板１００と半導体型圧力検出装置６０との位置決めを行うのみで実施できるため、組立作業を簡素化することができる。
また、従来型の除電板を用いた圧力センサに対して、本発明による圧力センサ１は、除電板１００がベース４０と接触しないため、絶縁体あるいは絶縁層を設ける必要がなく、結果として圧力検出ユニット２全体の軽量化を実現できる。

なお、本発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、種々の改変を施すことがで
きる。
例えば、図１及び図２において、除電板１００の形状として、半導体型圧力検出装置６０を囲むような形状の場合を例示したが、上記半導体型圧力検出装置６０の周囲位置の一部のみに配置するように構成してもよい。

また、図２において、除電板１００が略四角形である場合を例示したが、除電板１００の機能を損なわない範囲で、円形やその他の多角形（例えば五角形や六角形、あるいは八角形）等の形状を採用することも可能である。
さらに、除電板１００は、ベース４０と接触しないようにアース端子ピン７２に固定されるものとして説明したが、本発明は特にこれのみに限定されることはなく、ベース４０の表面（除電板１００と対向する面）、及び／あるいは除電板１００の表面（ベース４０と対向する面）に非導電性の層を設ければ、それらが接触するように除電板１００をアース端子ピン７２に固定して良いことは当然である。

１圧力センサ１０カバー
２０接続ナット３０取付部材
３２流体導入室４０ベース
５０ダイアフラム５２受圧空間
６０半導体型圧力検出装置６２台座
６４圧力検出素子７０端子ピン
７２アース端子ピン７４ハーメチックシール
８０ボンディングワイヤ８１アース用ボンディングワイヤ
９０中継基板９２コネクタ
９４リード線１００除電板

Claims

流体の圧力を受圧するダイアフラムと、
前記ダイアフラムとの間で絶縁性媒質が封入された受圧空間が形成されるベースと、
前記受圧空間内に設けられるとともにアースパッドを含む複数のボンディングパッドを備えた半導体型圧力検出装置と、
前記ベースを貫通するとともに前記半導体型圧力検出装置と電気的に接続される複数の端子ピン及び１つのアース端子ピンと、を具備した圧力センサであって、
前記ベースと前記ダイアフラムとの間であって、かつ前記半導体型圧力検出装置の周囲位置に除電板が設けられており、
前記除電板は、前記アース端子ピンの一端と嵌合する有底の凹部を備えた突出部を有しており、
前記アースパッドは、前記除電板と電気的に接続されていることを特徴とする圧力センサ。
前記除電板は、一部に凹凸を有することを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
前記除電板は、前記アース端子ピンとハンダ付け又は溶接により接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の圧力センサ。
前記除電板は、前記アース端子ピンを圧入固定することにより、前記アース端子ピンと接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の圧力センサ。
前記除電板は、前記ベースとは非接触であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力センサ。