JPH09250943A

JPH09250943A - 水位センサー

Info

Publication number: JPH09250943A
Application number: JP5752796A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Izumiya; 和博泉屋; Akinori Kogori; 昭則古郡; Yoshiaki Tasai; 義明太斉; Masaya Kito; 正弥鬼頭
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】耐環境性に優れるとともに、測定精度の向上
した水位センサーを提供すること。【解決手段】半導体圧力センサーの歪ゲージの装着面
の反対側の面を圧力伝達室１０の圧力を受ける面とする
水位センサー１において、圧力伝達室１０内に極軟質絶
縁材７を充填し、歪ゲージの装着面およびボンディング
ワイヤーを含むワイヤー基板を極軟質絶縁材１７で被覆
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水位センサー、特
に、洗濯機や風呂用給湯器等に使用される水位検知用の
センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、全自動風呂給湯器の浴槽の水位等
を検知するために水位センサーが使用されており、この
水位センサーの一例として、特開平４−４２５８０号公
報に開示されているセンサーを図４に示す。

【０００３】このセンサーは、絶対圧型水位センサーで
あって、正圧オイル封入型センサーである。このセンサ
ーは、センサーエレメント１０１と、ダイアフラム１０
３と、ハウジング１０５と中間壁１０７と、作動流体１
０９とを備える。

【０００４】センサーエレメント１０１は、センサーチ
ップ１１１と、台座１１３とを備え、接着剤１１５によ
りハウジング１０５の内部底面に取り付けられる。セン
サーチップ１１１はダイアフラム構造を有し、歪抵抗が
４箇所に形成される。センサーチップ１１１の４隅は、
ボンディングワイヤ１２１により、信号取出用のリード
１２３に接続され、このリード１２３はハウジング１０
５を貫通して外部に導かれる。ダイアフラム１０３の外
周はハウジング１０５にシーム溶接され、ハウジング１
０５の内部の気密を保っている。

【０００５】中間壁１０７は、センサーエレメント１０
１を覆うように形成され、この中間壁１０７の側壁に複
数形成された連通孔１２５によって、センサーエレメン
ト１０１の位置する室Ａと、ダイアフラム１０３の存在
する室Ｂとの２室が連通する。そして、この２室に作動
流体が充満される。

【０００６】上記構成を有する従来の水位センサー１０
１においては、ダイアフラム１０３を押す外部からの力
の大きさに応じて、作動流体１０９が室Ａと、室Ｂとの
間を中間壁１０７の連通孔１２５を通って移動するた
め、外部からの力に応じた力でセンサーチップ１１１を
変形させる。そして、このセンサーチップ１１１の変形
によって、歪抵抗の抵抗値が増減し、外部の圧力に応じ
た電圧信号がリード１２３から検出される。

【０００７】次に、水位センサーの他の従来例を示す。
図５は、実公昭６０−１１４７９号公報に開示されてい
る水位センサーであって、感圧素子２１３の歪ゲージが
取り付けられた面と反対側の面において感圧する、いわ
ゆる逆圧型の水位センサーである。このセンサーにおい
て、外周部の金属製つば部２３２を除いて合成樹脂等か
らなる基台２１０上に、台座２１２を介して、感圧素子
２１３が設置され、通路２１４内の被検知流体の圧力上
昇により感圧素子２１３が変形し、その圧力に対応した
電気信号が基台２１０の下方に導出されたリード片２１
６、２１７に出力されるように構成されている。

【０００８】また、リード片２１６、２１７はワイヤ２
１８、２１９により感圧素子２１３に接続されている
が、この感圧素子２１３及びワイヤ２１８、２１９は、
軟質絶縁材２２０によって保護されている。また、基台
２１０の外周には金属製のキャップ２２１が装着され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記第１従来
例においては、センサーチップの正圧方向、すなわち歪
抵抗の取付側より圧力を受ける構造であるため、センサ
ーチップを流体から保護するためのゲルは、ゲル内部に
応力が生じないようにするため、極軟質のゲルを使用し
なければならない。しかし、流体の脈動による振動でダ
イヤフラム及びゲルが微動し、ボンディングワイヤーが
断線する可能性があった。

【００１０】また、上記第２従来例においては、感圧素
子の被検知流体の圧力を受けない面、すなわち正圧側に
ついては、軟質絶縁材によって保護されているが、圧力
を受けている逆圧側の面については軟質絶縁材が存在し
ない。そのため、水の侵入等により、感圧素子２１３と
台座２１２、または基台２１０と台座２１２の接着部が
検圧媒体からの直接の影響を受けることとなる。

【００１１】そこで、本発明は、上記従来の水位センサ
ーの問題点に鑑みてなされたものであって、耐環境性に
優れるとともに、測定精度の向上した水位センサーを提
供することを目的とする。また、本発明は、検圧媒体の
急激な圧力の変化に対応することが可能な、さらに耐環
境性に優れた水位センサーを提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
半導体圧力センサーで圧力を検出する水位センサーであ
って、歪ゲージの装着面の反対側の面を圧力伝達室の圧
力を受ける面とする水位センサーにおいて、該圧力伝達
室内に極軟質絶縁材を充填し、前記歪ゲージの装着面お
よびボンディングワイヤーを含むワイヤー基板を極軟質
絶縁材で被覆したことを特徴とする。

【００１３】請求項２記載の発明は、前記極軟質絶縁材
がシリコンゲルであることを特徴とする。

【００１４】請求項３記載の発明は、半導体圧力センサ
ーで圧力を検出する水位センサーであって、歪ゲージの
装着面の反対側の面を圧力伝達室の圧力を受ける面とす
る水位センサーにおいて、該圧力伝達室内にシリコンオ
イルまたはフッ素オイルを充填し、該圧力伝達室に通じ
る圧力導入管の内壁に邪魔板を装着するとともに、該邪
魔板装着部にシリコンオイルまたはフッ素オイルを充填
してダンパ室を形成し、前記歪ゲージの装着面およびボ
ンディングワイヤーを含むワイヤー基板を極軟質絶縁材
で被覆したことを特徴とする。

【００１５】本発明によれば、半導体圧力センサーの装
着面の反対側の面を圧力伝達室の圧力を受ける面とした
ため、ゲルの微動によるボンディングワイヤーの結線に
与える影響を考慮する必要はなく、極軟度のゲルを使用
することができる。また、圧力伝達室内に水垢等が溜ま
ることがないため、圧力伝達室の穴詰まりが発生するこ
ともない。

【００１６】また、本発明によれば、圧力伝達室に通じ
る圧力導入管にダンパー室を設けているため、急激な圧
力変化がセンサーチップまで伝達されることはない。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る水位センサー
の実施の形態の具体例を図面を参照しつつ説明する。図
１は、この本発明に係る水位センサーの第１実施例を示
す断面図である。この水位センサー１は、いわゆる逆圧
型の水位センサーであって、本体２と、センサーチップ
３、ワイヤー基板５、回路基板６、シリコンゲル７、カ
バー８等により構成されている。

【００１８】本体２は樹脂等により形成され、その上部
２ａは、上方が開放された皿状に形成され、中心部に後
述するセンサーチップ３等が配置されている。この上部
２ａには、カバー８が装着され、カバー８の内壁と上部
２ａの内壁に空間を形成する。また、カバー８の中心部
には大気に通じる通気孔８ａが穿設されている。

【００１９】本体２の下部２ｂが圧力測定部位に取り付
けられる。図２は、本実施例における水位センサー１を
圧力測定配管１４に取り付けた状態を示している。この
下部２ｂが圧力測定配管１４のフランジ部１４ａに固定
され、本体２の圧力導入口２ｃが、圧力測定配管１４内
と連通し、測定の対象となる浴室内の水等が導入され
る。尚、圧力測定配管１４と本体２の下部２ｂ間をシー
ルするためＯリング１５が取り付けられている。

【００２０】本体２の中央には台座１１に接合されたセ
ンサーチップ３が接着剤等により固定されている。この
センサーチップ３は、シリコンからなり、正方形に形成
され、その中央部が受圧部として周辺部よりも薄く形成
されたダイアフラム構造であって、ダイヤフラム上に拡
散抵抗で形成された歪ゲージを備える。

【００２１】尚、接着剤として、硬化時の体積収集率が
極めて小さいダイボンド材を使用することにより、有効
接着面積を確保するとともに、接着時の接着剤の応力を
小さく抑えることができるため、センサーチップ３部の
強度が増加する。また、シリコンゲル７の受圧部の面積
をできるだけ狭くすることにより、加圧時の発生荷重を
抑えることができるとともに、高価なゲルの使用量を極
力押さえることができる。

【００２２】センサーチップ３に陽極接合されたパイレ
ックスガラス製の台座１１には、圧力伝達室１０が形成
される。この圧力伝達室１０の検圧媒体の圧力上昇によ
りセンサーチップは変形し、圧力に応じた電気信号が出
力される。上記歪ゲージは、センサーチップ３の上面３
ａに配置され、センサーチップ３の端部において信号取
出用ボンディングワイヤ１２に接続され、その表面をシ
リコンゲル１７によって被覆することによって保護して
いる。

【００２３】本体２の圧力導入口２ｃの上方は下方より
も内径が小さく、この小径部が圧力伝達室１０に連通し
ている。そして、これら圧力伝達室１０、本体２の圧力
導入口２ｃの上部空間２ｄにはシリコンゲル７が充填さ
れ、センサーチップ３を保護している。

【００２４】この圧力伝達室１０等へ充填されるシリコ
ンゲル７は、シリコンゲル７の硬化前の状態において極
めて粘度の低いものを使用し、かつ、真空封入法を採用
することにより、細管穴中へのシリコンゲル７の充填が
可能となる。また、硬化後は、極軟質を維持するゲルを
使用することにより、水位の測定にあたってのゲルの影
響を抑えることができる。

【００２５】従来の正圧ゲル型水位センサーの場合、セ
ンサーチップを保護するためのゲルは、ゲル内部に応力
を生じないようにするため極軟度のゲルを使用しなけれ
ばならない。しかし、流体の脈動による振動でゲルが微
動し、ボンディングワイヤーの結線に悪い影響を与える
ため、極軟化させるのには限度があった。そのため、ゲ
ルの硬化に伴う温度特性の影響を受けやすかった。しか
し、本実施例では、逆圧ゲル型としているため、ゲルの
微動によるボンディングワイヤーの結線に与える影響を
考慮する必要がなく、シリコンゲル７として極軟度のゲ
ルを使用することができる。

【００２６】チップ３は、ボンディングワイヤー１２を
介してワイヤー基板５に接続され、リード線１３で回路
基板６に接続され、コネクター９を介して給電されると
ともに、外部回路に測定圧力に応じた電気信号が送信さ
れる。

【００２７】上記構成を有する水位センサー１において
は、圧力導入口２ｃに導入された検圧媒体のＸ方向の圧
力に応じてシリコンゲル７の圧力が上昇し、この圧力が
圧力伝達室１０に伝達され、センサーチップ３を変形さ
せる。その結果、歪ゲージの抵抗値が増減し、検圧媒体
の圧力に応じた電圧信号がボンディングワイヤー１２か
ら検出される。

【００２８】そして、本発明では、センサーチップ３上
の歪ゲージの装着面を検出圧力面の反対側の面とすると
ともに、軟質絶縁材を充填したため、検圧媒体からの直
接の影響を受けることがなく、軟質絶縁材を比較的軟化
させることができる。

【００２９】次に、本発明に係る水位センサーの第２実
施例を図３を参照しつつ説明する。この水位センサー２
１の主要部は上記第１実施例と同様であるため、第１実
施例と同様の構成要素については、同一の参照番号を付
して詳細な説明を省略する。本実施例においても、本発
明に係る水位センサーは、逆圧型の水位センサー２１と
して、本体２２と、センサーチップ３、ワイヤー基板
５、回路基板６、カバー８等により構成されている。

【００３０】本体２２は樹脂等からなり、その上部２２
ａは第１実施例と同様の形状を有する。また、本体２２
の下部２２ｂが圧力測定部位に取り付けられる。取付要
領は、図２に示した第１実施例の場合と同様である。本
体２２の中央には貫通孔２２ｄが形成され、台座１１に
センサーチップ３が接着剤等により固定されている。

【００３１】本実施例の特徴部分は、本体２２の下部２
２ｂの内部に形成された圧力導入口２２ｃの内壁に形成
されたダンパー室２５にある。このダンパー室２５は、
圧力導入口２２ｃの内壁に立設された邪魔板２４等によ
って形成されるラビリンス構造を有する。そして、各邪
魔板２４間に形成された空間には、シリコンオイルやフ
ッ素オイル等の液体２３が充填される。また、本実施例
においては、シリコンゲル７の代わりに、圧力伝達室１
０にもシリコンオイルやフッ素オイル等の液体が充填さ
れている。尚、本実施例においても、図３のＹ方向から
検圧媒体の圧力が加わる。

【００３２】上記構成を有する水位センサー２１におい
ては、圧力導入口２２ｃに導入された検圧媒体のＹ方向
の圧力に応じて液体２３の圧力が上昇し、この圧力が圧
力伝達室１０に伝達され、センサーチップ３を変形させ
る。その結果、歪ゲージの抵抗値が増減し、検圧媒体の
圧力に応じた電圧信号がボンディングワイヤー１２から
検出される。この際、検圧媒体の圧力がウォーターハン
マー等により急激に変化した場合でも、ダンパー室２５
を設けているため、急激な圧力変化がセンサーチップ３
まで伝達されることはなく、センサーチップ３を急激な
圧力の変化から保護することができる。図１及び図３に
おいて、ワイヤー基板５と回路基板６を分けリード線で
結線しているが、回路基板６をワイヤー基板５と一体化
し、コネクター９と接続することもできる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、水の侵入等によるボン
ディングワイヤーの断線や歪ゲージの劣化等、検圧媒体
からの直接の影響を受けることがなく、圧力伝達室内に
水垢等が溜まることによる穴詰まりが発生することもな
いため、耐環境性に優れた水位センサーを提供すること
ができる。また、軟質絶縁材の温度特性の影響を少なく
することができるため、測定精度の向上した水位センサ
ーを提供することができる。

【００３４】また、本発明によれば、検圧媒体の急激な
圧力の変化に対応することができるため、さらに、耐環
境性に優れた水位センサーを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水位センサーの第１実施例を示す
断面図である。

【図２】図１の水位センサーを圧力測定配管に装着した
状態を示す一部断面図である。

【図３】本発明に係る水位センサーの第２実施例を示す
断面図である。

【図４】従来の水位センサーを示す断面図である。

【図５】他の従来の水位センサーを示す断面図である。

【符号の説明】

１、２１水位センサー２、２２本体３センサーチップ５ワイヤー基板６回路基板７、１７シリコンゲル８カバー９コネクター１０圧力伝達室１１台座１２ボンディングワイヤー２３液体２４邪魔板２５ダンパー室

フロントページの続き (72)発明者鬼頭正弥埼玉県所沢市青葉台1311 株式会社鷺宮製作所所沢事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体圧力センサーで圧力を検出する水
位センサーであって、歪ゲージの装着面の反対側の面を
圧力伝達室の圧力を受ける面とする水位センサーにおい
て、該圧力伝達室内に極軟質絶縁材を充填し、前記歪ゲ
ージの装着面およびボンディングワイヤーを含むワイヤ
ー基板を極軟質絶縁材で被覆したことを特徴とする水位
センサー。
【請求項２】前記極軟質絶縁材がシリコンゲルである
ことを特徴とする請求項１記載の水位センサー。
【請求項３】半導体圧力センサーで圧力を検出する水
位センサーであって、歪ゲージの装着面の反対側の面を
圧力伝達室の圧力を受ける面とする水位センサーにおい
て、該圧力伝達室内にシリコンオイルまたはフッ素オイ
ルを充填し、該圧力伝達室に通じる圧力導入管の内壁に
邪魔板を装着するとともに、該邪魔板装着部にシリコン
オイルまたはフッ素オイルを充填してダンパ室を形成
し、前記歪ゲージの装着面およびボンディングワイヤー
を含むワイヤー基板を極軟質絶縁材で被覆したことを特
徴とする水位センサー。