JP2009168538A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサの金属ダイヤフラム周りの外径を小型化することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、有底筒状であって内部Ａに導入される圧力を受ける底部を受圧部２ａとした金属ダイヤフラム２と、上記受圧部２ａの外面に取付けられて受圧部２ａの歪を検出する歪ゲージを備えたセンサ部３と、センサ部３にボンディングワイヤ４を介して接続される基板５とを備えた圧力センサ１において、基板５が受圧部２ａに取付けられることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサの改良に関する。

この種、圧力センサとしては、たとえば、内部に圧力が導入される有底筒状の金属ダイヤフラムの受圧部となる底部外面にブリッジ回路を構成する歪ゲージを備えたセンサ部を接着或いは接合して取付けたものが知られている。

この圧力センサでは、センサ部が出力する電気信号を処理するか、前記電気信号を処理する処理回路を搭載した処理基板へ中継するための基板を備えており、当該基板は、金属ダイヤフラムの側面に取付けられ（たとえば、特許文献１参照）、或いは金属ダイヤフラムの外周に装着される筒状のハウジングの上端に固定されて（たとえば、特許文献２参照）、受圧部に取付けたセンサ部とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
特開２００５−１４７７９５号公報（図１および図２） 特開２００６−１０５６４５号公報（図１および図２）

さて、このような圧力センサは、油圧機器等に用いられて、機器内の圧力を検知するために使用されるが、これらの機器に対しては恒常的に小型化が要求されており、そのため、機器に適用される部品である圧力センサに対しても同様であって、特に機器に連結される部位である金属ダイヤフラム周りの小型化が要求されている。

これに対して、従来の圧力センサは、基板の配置を工夫することによって金属ダイヤフラム周りの小型化に寄与しているが、センサ部に対してボンディングワイヤで接続される基板が金属ダイヤフラムの外径範囲外に設置されているので、その分、圧力センサの金属ダイヤフラム周りの外径が未だ大型であり、更なる小型化の要求を満たすことができない。

そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、圧力センサの金属ダイヤフラム周りの外径を小型化することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、有底筒状であって内部に導入される圧力を受ける底部を受圧部とした金属ダイヤフラムと、上記受圧部の外面に取付けられて受圧部の歪を検出する歪ゲージを備えたセンサ部と、センサ部にボンディングワイヤを介して接続される基板とを備えた圧力センサにおいて、基板が受圧部に取付けられることを特徴とする。

本発明の圧力センサによれば、基板が金属ダイヤフラムの外周側に配置されるのではなく、金属ダイヤフラムにおける底部である受圧部に取付けられているので、金属ダイヤフラム周りの圧力センサの外径が従来圧力センサに比較して小型化される。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態における圧力センサの縦断面図である。図２は、一実施の形態における圧力センサのセンサ部および基板を金属ダイヤフラムに取付けた状態の平面図である。

一実施の形態における圧力センサ１は、図１に示すように、有底筒状であって内部Ａに導入される圧力を受ける底部を受圧部２ａとした金属ダイヤフラム２と、上記受圧部２ａの外面に取付けられて受圧部２ａの歪を検出する図示しない歪ゲージを備えたセンサ部３と、センサ部３にボンディングワイヤ４を介して接続される基板５とを備えて構成され、上記基板５は金属ダイヤフラム２の受圧部２ａに取付けられている。

以下、各部について詳細に説明すると、金属ダイヤフラム２は、筒部２ｂと、筒部２ｂと一体であって筒部２ｂの図１中上端を閉塞する薄肉の受圧部２ａとを備えて構成されており、金属ダイヤフラム２の内部Ａに導入される圧力を受圧部２ａに作用させ、当該受圧部２ａを圧力の大きさに応じて撓ませるようになっている。

当該金属ダイヤフラム２は、筒状のケース８内に収容されており、筒部２ｂの図１中下端の開口端は、ケース８の下端開口に取付けたオリフィス９ａを備えたプレート９によって閉塞されており、内部Ａには当該オリフィス９ａを介して圧力が導入されるようになっている。

なお、ケース８の上端側には、センサ部３に外部電源から電力を供給するとともに、センサ部３が出力する信号を外部装置へ伝達可能とするためのコネクタ１０が嵌合されており、このコネクタ１０は、処理基板６および基板５を介してセンサ部３に電気的に接続されている。また、ケース８の金属ダイヤフラム２周りの外周には、圧力センサ１を油圧機器等への連結可能なように、螺子部８ａが設けられている。

つづいて、センサ部３は、具体的には、シリコンチップとされ、センサ部３内に図示しない歪ゲージが四つ形成されており、歪ゲージは、具体的にはたとえば、センサ部３内に形成される拡散抵抗素子とされている。

また、センサ部３は、図１および図２に示すように、金属ダイヤフラム２の受圧部２ａの外面に接着や接合によって取付けられており、取付け側となる裏面に、環状の凹部３ｂを備えて裏面の中央部３ｃと外周部３ｄとが金属ダイヤフラム２に接するようになっている。なお、凹部３ｂの形成に際しては、センサ部３の裏面をエッチングすることによって形成することができる。

そして、センサ部３内の各歪ゲージは、ループ状に接続されるがこの実施の形態の場合、ループの一部が開放されており、センサ部３は、図２に示すように、ループ状に接続される歪ゲージ間の三箇所および二つの歪ゲージの端部の二箇所の合計五箇所にそれぞれ連絡する５つの端子３ａを備えている。そして、これら端子３ａは、基板５を中継として最終的に処理基板６に接続され、この処理基板６によって歪ゲージが完全にループ状に接続されてブリッジ回路が構成されることになる。

なお、センサ部３内において、歪ゲージが完全にループを形成していないのは、主として各歪ゲージの抵抗値の検査や確認のためであり、処理基板６を介して各歪ゲージをブリッジ接続させるのは、処理基板６にて各歪ゲージの抵抗値の誤差を補正するためであるが、その必要が無ければ、センサ部３内において歪ゲージを完全にループ状に接続してブリッジ回路を形成してもよく、その場合には、端子３ａは四つ設置されることになる。

したがって、金属ダイヤフラム２の受圧部２ａが内部Ａ内の圧力の作用による撓みが、受圧部２ａに取付けられる中央部３ｃを介してセンサ部３に伝達されてセンサ部３が撓み、このセンサ部３の撓みによる歪ゲージの抵抗変化を測定することによって、内部Ａ内の圧力を検出することができるようになっている。

なお、センサ部３は、上記したところでは、シリコンチップとされているが、金属ダイヤフラム２の受圧部２ａに絶縁層を構成する二酸化珪素膜と、歪ゲージを構成する珪素膜と、電極層を構成するアルミニウム膜等を順次蒸着して形成されるものであってもよい。

つづいて、基板５は、上述したように、この実施の形態の場合、処理基板６とセンサ部３との間に位置して、処理基板６によるセンサ部３のブリッジ回路への印加、センサ部３の出力信号の処理基板６への入力に際し、これらを電気的に中継する基板とされており、処理基板６とセンサ部３の双方に接続されている。

そして、基板５は、環状であってセンサ部３に干渉しない形状とされており、中心部に矩形の開口を備えて受圧部２ａ上にセンサ部３の外周を取り囲むようにして取付けられている。

この基板５は、五つの端子５ａと、各々対応する端子５ａに電気的に接続される五つの外部用端子５ｂを備えており、これらの端子５ａは、それぞれ対応するセンサ部３の各端子３ａにボンディングワイヤ４によって接続されるとともに、外部用端子５ｂは処理基板６に設けた図示しない端子に導線７を介して接続されている。

また、基板５の外周形状は、円形状とされていて、その外径が金属ダイヤフラム２の受圧部２ａの外径より小径に設定され、基板５は金属ダイヤフラム２の外径の範囲に収まる形状とされている。

したがって、基板５は、受圧部２ａに取付けられても、金属ダイヤフラム２の側方に張り出すことが無いようになっている。

さらに、処理基板６は、センサ部３が出力する信号の増幅やノイズの除去といった調整を行うとともに、歪ゲージの誤差を補正する等の処理を行うものであり、ケース８に嵌合するコネクタ１０の下端に固定されている。

なお、処理基板６にて行う処理の一部または全部を基板５に集約することが可能であれば、基板５によって処理基板６において行う処理を行うようにしてもよく、そのような場合、処理基板６を省略することも可能である。また、処理基板６は、導線７を介して基板５に接続されるため、金属ダイヤフラム２に対して離れた位置に配置することができ、圧力センサ１の油圧機器等への連結部である金属ダイヤフラム２周りの外径、この場合螺子部８ａの外径に影響を与えることはない。

さて、このように構成された圧力センサ１にあっては、上述のように、基板５が金属ダイヤフラム２の外周側に配置されるのではなく、受圧部２ａに取付けられているので、金属ダイヤフラム２周りの圧力センサ１の外径である螺子部８ａの外径は従来圧力センサに比較して小型化される。

また、基板５が金属ダイヤフラム２における受圧部２ａの外径範囲に収まる形状とされているので、基板５が金属ダイヤフラム２の受圧部２ａから外周側へ張り出すことがなくなるので、金属ダイヤフラム２周りの圧力センサ１の外径をより一層小型化することができる。

なお、基板５の形状は、上記したものは一例であって上述したところに限定されるものではなく、また、基板５の端子５ａをセンサ部３の端子３ａにボンディングワイヤ４によって接続することが可能であれば、センサ部３の上方側に基板５を配置したり、センサ部３上に接着したりするようにしてもよい。すなわち、受圧部２ａに基板５を取付けることには、受圧部２ａに直接に取付けることの他、間接的に取付けることも含まれる。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

一実施の形態における圧力センサの縦断面図である。 一実施の形態における圧力センサのセンサ部および基板を金属ダイヤフラムに取付けた状態の平面図である。

符号の説明

１ 圧力センサ
２ 金属ダイヤフラム
２ａ 金属ダイヤフラムにおける受圧部
２ｂ 金属ダイヤフラムにおける筒部
３ センサ部
３ａ センサ部における端子
４ ボンディングワイヤ
５ 基板
５ａ 基板における端子
５ｂ 外部用端子
６ 処理基盤
７ 導線
８ ケース
８ａ ケースにおける螺子部
９ プレート
９ａ オリフィス
１０ コネクタ
Ａ 金属ダイヤフラムの内部

Claims (2)

1. 有底筒状であって内部に導入される圧力を受ける底部を受圧部とした金属ダイヤフラムと、上記受圧部の外面に取付けられて受圧部の歪を検出する歪ゲージを備えたセンサ部と、センサ部にボンディングワイヤを介して接続される基板とを備えた圧力センサにおいて、基板が受圧部に取付けられることを特徴とする圧力センサ。
2. 基板は、金属ダイヤフラムの受圧部外径の範囲に収まる形状とされてなることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。

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