JPH0694555A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被測定ガスに直接触れる材料の膨潤と収縮等に
よる変形、変質を防止してセンサ外部へのガス漏れを防
止し、また被測定ガス中のごみの付着によるセンサ特性
劣化をも防止して、長期間、シリコン膜へ正確なガス圧
力が印加される信頼性の高い圧力センサを提供する。 【構成】被測定対象ガスを受圧するための被測定流体導
入部２と基準流体を受圧するための基準流体導入部５と
の間に、両流体の差圧を検出する圧力検出部７を設け、
圧力検出部７と被測定流体導入部２との間には、被測定
対象ガスに直接接触させない隔壁部13を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスの流量を計測する
ガスメータに内蔵され、ガスの供給が正常かどうかを監
視するための圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のガスメータに設けられる小型圧
力センサとして半導体式圧力センサを使うことが考えら
れている。従来の半導体式圧力センサについて図10に断
面を示し説明する。

【０００３】図10において１は圧力センサの外枠であ
り、ガス導入部２を有している。前記外枠２内には、ガ
スの導入部２に対応させてセンサケース３を接着剤４で
接着させている。センサケース３は大気の導入部５を有
し、内部に圧力検出部を設けている。圧力検出部はシリ
コン基板上６と、このシリコン基板６上にエッチングに
より設けられた厚み数ミクロンのシリコン膜７と、この
シリコン膜７上に形成され機械的歪により抵抗値の変化
する半導体抵抗によって構成されている。前記シリコン
膜７上にはガスに含まれるごみや水分を直接接触しない
ようにゲル８がコーティングされている。また外枠１内
には増幅回路等の電気回路が形成されたプリント基板９
が設けられ、プラスチック樹脂10によりモールドされて
いる。なおプリント基板９は入出力端子11を有してい
る。図中の12はガスの導入部２の先端を示している。

【０００４】上記構成においてガスの導入部２から加わ
るガス圧と、大気の導入部５から加わる大気圧との差圧
によりシリコン膜７が機械的な歪を生じる。そしてその
歪みはガス圧と大気圧との差圧に比例する。シリコン膜
７が歪をおこすとシリコン膜７上に形成された半導体抵
抗の抵抗値が歪の大きさに比例して変化する。したがっ
てこの抵抗値の変化を検出し増幅して出力することによ
り、ガス圧と大気圧の差圧を測定することができる。ま
たプリント基板９上に形成された電気回路は前記抵抗値
の変化を増幅する機能を有している。入出力端子11はプ
リント基板９上の電気回路およびシリコン膜７上の抵抗
に電源を供給するための電源端子、抵抗値の変化を増幅
して出力するための出力端子、およびグランド端子であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、シリコン膜７へは、ゲル８を介してガスの
圧力を受ける構成であるため、ガスに直接触れるのは、
ゲル８、接着剤４、センサケース３である。このうちゲ
ル８、接着剤４は、おもに高分子材料で構成されている
が、ガスに直接触れる部分にあるためガスに侵されやす
く、膨潤してガスを透過し、最悪の場合、モールド剤で
あるプラスチック樹脂10を介して大気側へガスが漏れて
しまうという課題があった。また、温度変動によって、
ガスが液化と気化を繰り返すうちに、前記ゲル８、接着
剤４、プラスチック樹脂10等が膨潤と収縮によって変
形、変質してしまったり、ガス中のごみを付着してしま
い、その結果ガス圧と大気圧との差圧を正確に計ること
ができなくなるという課題があった。

【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、被測
定ガスに直接触れる材料の膨潤と収縮等による変形、変
質を防止してセンサ外部へのガス漏れを防止し、また被
測定ガス中のごみの付着よるセンサ特性劣化をも防止
し、長期間、シリコン膜へ正確なガス圧力が印加される
信頼性の高い圧力センサを実現することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために下記構成とした。第１の解決手段とし
て、被測定流体の圧力と基準圧力との差圧を測定するた
めに設けられ、前記被測定流体を導入する被測定流体導
入部と、前記基準圧力となる基準流体を導入する基準流
体導入部と、前記被測定流体導入部と前記基準流体導入
部との間に設けられ前記差圧を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部と前記被測定流体を直接接触させない隔
壁部とからなる構成とした。

【０００８】また、第２の解決手段として、被測定流体
の圧力と基準圧力との差圧を測定するために設けられ、
前記基準前記被測定流体を導入する被測定流体導入部
と、前記基準圧力となる基準流体を導入する基準流体導
入部と、前記被測定流体導入部と前記基準流体導入部と
の間に設けられ前記差圧を検出する圧力検出部と、前記
圧力検出部と前記被測定流体導入部との間に充填された
液体隔壁部とからなる構成とした。

【０００９】そして、第３の解決手段として、被測定流
体の圧力と基準圧力との差圧を測定するために設けら
れ、前記被測定流体を導入する被測定流体導入部と、前
記基準圧力となる基準流体を導入する基準流体導入部
と、前記被測定流体導入部と前記基準流体導入部との間
に設けられ前記差圧を検出する圧力検出部と、前記圧力
検出部と前記被測定流体導入部との間に形成され、前記
被測定流体を受圧し、前記圧力検出部へ圧力伝達する金
属材料や樹脂、高分子材料の仕切部とからなる構成とし
た。

【００１０】さらに、第４の解決手段として、被測定流
体の圧力と基準圧力との差圧を測定するために設けら
れ、前記被測定流体を導入する被測定流体導入部と、前
記基準圧力となる基準流体を導入する基準流体導入部
と、前記被測定流体導入部と前記基準流体導入部との間
に設けられ前記差圧を検出する圧力検出部と、前記圧力
検出部と前記被測定流体導入部との間に形成され、前記
被測定流体を受圧し、前記圧力検出部へ圧力伝達する金
属材料や樹脂、高分子材料の仕切部と、前記圧力検出部
と前記仕切部との間に充填された液体隔壁部とからなる
構成とした。

【００１１】さらに、第５の解決手段として、半導体の
圧力センサ素子と、この圧力センサ素子を収容し被測定
圧を導入する圧力導入部を有した収容部材と、この収容
部材の圧力導入部と上記センサ素子との間に空気を介在
させて気密状態に隔離した伸縮自在の隔膜とからなる構
成とした。

【００１２】

【作用】本発明は上記構成によって、下記の作用が得ら
れる。第１の課題解決手段により、圧力検出部へは、隔
壁部を介して被測定流体（ガス）圧力のみが正確に伝達
され、かつ圧力検出部のゲル、センサケースを接着する
接着剤等の高分子材料は、ガスに直接触れないためガス
に侵されず、したがって前記高分子材料は膨潤せず、ま
たガス中のごみの付着によるセンサ特性劣化も発生しな
い。

【００１３】第２の課題解決手段により、圧力検出部へ
は、体積圧縮率の少ない液体隔壁部を介してガス圧力の
みが均等かつ正確に伝達され、かつゲル、接着剤等の高
分子材料は、ガスに直接触れないためガスに侵されず、
したがってゲル、接着剤等の高分子材料は膨潤せず、ま
たガス中のごみの付着によるセンサ特性劣化も発生しな
い。

【００１４】第３の課題解決手段により、圧力検出部へ
は、仕切部によって、ガス通路と遮断されガス圧力のみ
が正確に伝達され、かつ仕切部は被測定流体導入部の開
口率の規制がなく、設計、製造の自由度が高い。またゲ
ル、接着剤等の高分子材料は、ガスに直接触れないため
ガスに侵されず、したがって前記高分子材料は膨潤せ
ず、またガス中のごみの付着によるセンサ特性劣化も発
生しない。

【００１５】第４の課題解決手段により、圧力検出部
は、仕切部と液体隔壁部によって、ガス通路と遮断され
ガス圧力のみが正確に伝達され、かつゲル、接着剤等の
高分子材料は、ガスに直接触れないためガスに侵され
ず、したがって前記高分子材料は膨潤せず、またガス中
のごみの付着によるセンサ特性劣化も発生しない。ま
た、仕切部破壊時にも、充填された液体隔壁部によって
上記高分子材料は、ガスに直接触れないように構成して
いるためガスに侵されず、したがって前記高分子材料は
膨潤せず、またガス中のごみの付着によるセンサ特性劣
化も発生しない。

【００１６】第５の課題解決手段により、被測定圧力媒
体の圧力を、隔膜および内部の空気を介してセンサ素子
にかかるようにしているので、被測定圧力媒体によるセ
ンサ素子への影響がなくなる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を図１から図６を参照し
て説明する。なお上記従来例と同一相当部分には同一符
号を付与して説明する。 実施例１ 図１は実施例１の半導体式圧力センサの断面図である。
この構成の特徴はセンサケース３内において、ガスの導
入部２と圧力検出部との間に隔壁部13を形成したことに
ある。隔壁部13は、耐ガス性、耐薬品性を有するため高
分子材料特有の膨潤現象を起こさず、よって体積変化、
変質等が発生しないため、ガスを透過させず、ガス漏れ
を起こすことはない。なお、圧力検出部はシリコン基板
６、シリコン膜７、ゲル８等よりなるものである。 実施例２ 図２は実施例２の半導体式圧力センサの断面図である。
この構成の特徴は、ガスの導入部２部分、すなわちガス
の導入部の先端12と圧力検出部におけるゲル８との間に
フッ素系オイルよりなる液体隔壁部14を充填したことに
ある。ガスの導入部の先端12は、表面張力によって液体
隔壁部（フッソ系オイル）14がこぼれ出ないような穴径
に形成されている。フッソ系オイルは、耐ガス性、耐薬
品を有し、かつ体積圧縮率が少ないため、ガス圧力を正
確に圧力検出部に伝達できる。またゲル８、接着剤４の
高分子材料の特徴は膨潤現象を起こさず、よって体積変
化、変質等が発生しないため、ガスを透過させガス漏れ
を起こすこともない。 実施例３ 図３は実施例３の半導体式圧力センサの断面図、図４は
図３のガス導入部部分の詳細断面図である。この構成の
特徴は、ガスの導入部２部分、すなわちガスの導入部の
先端12と圧力センサの感圧部であるシリコン膜７を有す
る空間との間に金属フィルム（ステンレス316 ：厚さ20
〜30ミクロンのダイアフラム）よりなる仕切部15を設け
たことにある。この仕切部15の取付けはガスの導入部の
先端12部分と外枠１との接合部16において、金属フィル
ムよりなる仕切部15をゴムパッキン17を介在させて挾圧
固定する。前記金属フィルムの仕切部15によって、ガス
通路（ガスの導入部の先端12部分）と圧力センサの感圧
部であるシリコン膜７を有する空間とは遮断され、シリ
コン膜７へはガス圧力のみが正確に伝達される。ゲル
８、接着剤４は、ガスに直接触れないためガスに侵され
ず、したがって膨潤せず、またガス中のごみの付着によ
るセンサ特性劣化も発生しない。また仕切部15は被測定
流体導入部の開口率の規制がなく、設計、製造の自由度
が高い。

【００１８】なお本実施例では、ガスの導入部の先端12
と圧力センサの感圧部であるシリコン膜７を有する空間
とを遮断する仕切部15を金属フィルムで構成した場合に
ついて説明したが、ポリエステル系樹脂フィルム等の耐
ガス性を有する樹脂フィルム仕切部にしてもよい。 実施例４ 図５は実施例４の半導体式圧力センサの断面図、図６は
図５のガス導入部部分の詳細断面図である。この構成の
特徴は液体隔壁部（フッソ系オイル）14と金属フィルム
よりなる仕切部15を併設した構成にある。なお液体隔壁
部14は実施例２と、また仕切部15の構成は実施例３と同
じであるので、その説明は省略する。ガスの導入部の先
端12部分は、万一、金属フィルムの仕切部15が破損、脱
落した場合に、表面張力によってフッソ系オイルよりな
る流体隔壁部14がこぼれ出ないような穴径に形成されて
いる。金属フィルムの仕切部15によって、ガス通路（ガ
スの導入部の先端12部分）とシリコン膜７およびゲル８
の前面のフッ素系オイルよりなる液体隔壁部14部分とは
遮断され、シリコン膜７へはガス圧力のみが正確に伝達
される。ゲル８、接着剤４は、ガスに直接触れないため
ガスに侵されず、したがって膨潤せず、またガス中のご
みの付着によるセンサ特性劣化も発生しない。

【００１９】また、金属フィルムよりなる仕切部15の破
壊時にも、充填されたフッ素系オイルよりなる液体隔壁
部14によって、ゲル８、接着剤４等の高分子材料は、ガ
スに直接触れないように構成しているためガスに侵され
ず、したがって上記同様の効果が得られる。

【００２０】なお本実施例では、ガスの導入部の先端12
と圧力センサの感圧部であるシリコン膜７を有する空間
とを遮断する仕切部を金属フィルムで構成した場合につ
いて説明したが、実施例３と同様に、ポリエステル系樹
脂フィルム等の耐ガス性を有する樹脂フィルム仕切部に
してもよい。 実施例５ 図７は実施例５の半導体式圧力センサの断面図である。
この構成の特徴は腐食性ガス等の危険なガスが直接セン
サ素子に触れないようにしたことにある。具体的には、
シリコン半導体のセンサ素子19がセンサケース18内に設
けられ、センサ素子19はガラス基台20に陽極接合部21に
より接着されている。ガラス基台20はシリコン系樹脂の
接着剤25によってセンサケース18内に固定されている。
センサケース18は、ＰＰＳ樹脂等の耐熱性のある樹脂で
あり、リードフレーム30がインサート成形され、リード
フレーム30とセンサ素子19との間に金線28がボンディン
グされている。センサケース18には大気圧導入筒18ａが
一体に形成され、この大気圧導入筒18ａとは反対側のセ
ンサ素子19の表面側には、ポッティング剤24が充填さ
れ、センサ素子19が埋設されている。

【００２１】センサケース18には、リードフレーム30を
介してプリント基板27が取り付けられ、プリント基板27
には端子31が固定されている。センサケース18は、収容
部材であるＰＢＴ樹脂等のハウジング29の中央部にエポ
キシ系接着剤26により固定され、ポッティング剤24で覆
われたセンサ素子19の表面側がハウジング29の圧力導入
筒29ａ側を向いて取り付けられている。ハウジング29内
では、センサケース18がシリコン系樹脂の充填剤23と、
さらにその上に充填された軟質エポキシ系樹脂の充填剤
22とが充填され、大気圧導入筒18ａと端子31が突出した
状態に形成されている。

【００２２】ハウジング29の圧力導入筒29ａには、大気
圧導入筒18ａの外部とハウジング29の内部とを隔離する
隔膜であるベローズ32が固定されている。ベローズ32
は、ゴムまたは合成樹脂からなる柔軟な薄膜であり、有
底筒状に形成されている。ベローズ32の側面は波うった
状態に形成され、柔軟に変形可能に形成されている。ベ
ローズ32の基端周縁部32ａは圧力導入筒29ａの内壁の取
り付け溝29ｂにはめ込まれ、全周にわたって気密状態に
取り付けられている。また、ベローズ32の材質は、腐食
性ガス等の有毒ガスに対して耐久性があり、安全性の高
いものを選択する。ベローズ32、センサ素子19とにより
挟まれた空間には、空気が気密状態に収容されている。

【００２３】この実施例の圧力センサの動作は、圧力導
入筒29ａに被測定ガス圧がかかるように接続し、大気圧
導入筒18ａには大気圧がかかるようにゴム管なとを接続
する。そして、被測定ガス圧が圧力導入筒29ａにかかる
と、ベローズ32はその圧力で伸び、センサ素子19とベロ
ーズ32との間の空間部の空気の圧力がガス圧と釣り合っ
て等しくなる状態までベローズ32は変形する。これによ
って、センサ素子19には、被測定ガス圧がベローズ32お
よびその内側の空気の圧力を介して伝わり、被測定ガス
の圧力が検出される。

【００２４】この実施例の圧力センサによれば、腐食性
ガス等の危険なガスが直接センサ素子19に触れることが
なく、センサ内でのガス漏れが生じる可能性のある箇所
も少なくすることができ、安全性の高いものになる。 実施例６ 第６の実施例を図８に基づいて説明する。本実施例の特
徴的構成は前述第５実施例の構成においてベローズ32の
周縁部を、二分割された圧力導入筒29ａと29ｃとの間に
挟みこんで固定した構成にある。図中33は、前記二分割
された圧力導入筒29ａ，29ｃの接合部である。

【００２５】これによって、ベローズ32の基端周縁部32
ａがより確実に圧力導入筒29に気密状態で取り付けら
れ、ベローズ32とセンサ素子19との間の空間部の気密性
がより高くなり、安全性も高いものにすることができ
る。 実施例７ 第７の実施例を図９に基づいて説明する。本実施例の特
徴的構成は、ベローズ32の基端周縁部32ａを、センサケ
ース18とハウジング29との接続部で挟み込んで固定した
ことにある。

【００２６】これによって、ベローズ32は、さらに確実
に固定され、しかも取り付け工数も削減されるものであ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した本発明の圧力センサは、以
下に示す効果がある。 (1) 圧力検出部と被測定流体を直接接触させない隔壁部
によって、ゲル、接着剤等の高分子材料の膨潤と収縮等
による変形、変質を防止し、またガス中のごみの付着に
よるセンサ特性劣化をも防止でき、長期間、シリコン膜
へ正確なガス圧力が印加される信頼性の高い圧力センサ
を実現できることができる。

【００２８】(2) 圧力検出部と被測定流体を直接接触さ
せない液体隔壁部によって、ゲル、接着剤等の高分子材
料の膨潤と収縮等による変形、変質を防止し、またガス
中のごみの付着によるセンサ特性劣化をも防止でき、長
期間、シリコン膜へ正確なガス圧力が印加される信頼性
の高い圧力センサを実現することができる。

【００２９】また、液体隔壁部としてフッ素系オイルを
用いると、耐ガス性、耐薬品性を有し、かつ体積圧縮率
が少ないため、ガス圧力を正確に圧力検出部に伝達でき
る。 (3) 圧力検出部と被測定流体導入部との空間とを遮断す
る仕切部によって、ゲル、接着剤等の高分子材料とガス
とを遮断するので、膨潤と収縮等による変形、変質を防
止し、またガス中のごみの付着によるセンサ特性劣化を
も防止でき、長期間、シリコン膜へ正確なガス圧力が印
加される信頼性の高い圧力センサを実現することができ
る。また、仕切部は被測定流体導入部の開口率の規制が
なく、設計、製造の自由度が高い。

【００３０】(4) 圧力検出部と被測定流体導入部との空
間とを遮断する液体隔壁部および仕切部によって、ゲ
ル、接着剤等の高分子材料とガスとを遮断するので、前
記ゲル、接着剤等の高分子材料の膨潤と収縮等による変
形、変質を防止し、またガス中のごみの付着によるセン
サ特性劣化をも防止でき、長期間、シリコン膜へ正確な
ガス圧力が印加される信頼性の高い圧力センサを実現す
ることができる。また、仕切部破壊時にも、充填された
液体隔壁部をなすフッ素系オイルによって、ゲル、接着
剤等の高分子材料は保護され、ガスに直接触れないよう
に構成しているためガスに侵されないので、流体の圧力
を引き続き正確に検出できるという効果がある。

【００３１】(5) センサ素子と圧力導入部との間に隔膜
を介在させたので、被測定圧力媒体が直接センサ素子に
触れず、被測定ガス等による腐食や、経年変化による亀
裂等によりガス漏れ等が生じることを確実に防止するこ
とができ、安全性、信頼性の高いものにすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における圧力センサの構造を
示す断面図

【図２】本発明の実施例２における圧力センサの構造を
示す断面図

【図３】本発明の実施例３における圧力センサの構造を
示す断面図

【図４】同実施例３の圧力センサのガス導入部付近の詳
細を示す断面図

【図５】本発明の実施例４における圧力センサの構造を
示す断面図

【図６】同実施例４の圧力センサのガス導入部付近の詳
細を示す断面図

【図７】本発明の実施例５における圧力センサの構造を
示す断面図

【図８】本発明の実施例６における圧力センサの構造を
示す断面図

【図９】本発明の実施例７における圧力センサの構造を
示す断面図

【図10】従来の圧力センサの構造を示す断面図

【符号の説明】

１ 外枠 ２ ガスの導入部（被測定流体導入部） ３ センサケース ４ 接着剤 ５ 大気の導入部（基準流体導入部） ６ シリコン基板 ７ シリコン膜（圧力検出部） ８ ゲル 13 隔壁部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 徳良 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 新井 利則 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 久保 幸作 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 宇野 尚 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 中溝 佳幸 富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地 北陸電気工業株式会社内 (72)発明者 福久 孝治 富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地 北陸電気工業株式会社内 (72)発明者 田中 清之 富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地 北陸電気工業株式会社内 (72)発明者 石割 博之 富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地 北陸電気工業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定流体の圧力と基準圧力との差圧を
   測定するために設けられ、前記被測定流体を導入する被
   測定流体導入部と、前記基準圧力となる基準流体を導入
   する基準流体導入部と、前記被測定流体導入部と前記基
   準流体導入部との間に設けられ前記差圧を検出する圧力
   検出部と、前記圧力検出部と前記被測定流体を直接接触
   させない隔壁部とで構成された圧力センサ。
2. 【請求項２】 被測定流体の圧力と基準圧力との差圧を
   測定するために設けられ、前記被測定流体を導入する被
   測定流体導入部と、前記基準圧力となる基準流体を導入
   する基準流体導入部と、前記被測定流体導入部と前記基
   準流体導入部との間に設けられ前記差圧を検出する圧力
   検出部と、前記圧力検出部と前記被測定流体導入部との
   間に充填された液体隔壁部とで構成された圧力センサ。
3. 【請求項３】 被測定流体の圧力と基準圧力との差圧を
   測定するために設けられ、前記被測定流体を導入する被
   測定流体導入部と、前記基準圧力となる基準流体を導入
   する基準流体導入部と、前記測定流体導入部と前記基準
   流体導入部との間に設けられ前記差圧を検出する圧力検
   出部と、前記圧力検出部と前記被測定流体導入部との間
   に形成され、前記被測定流体を受圧し、前記圧力検出部
   へ圧力伝達する金属材料や樹脂、高分子材料の仕切部と
   で構成された圧力センサ。
4. 【請求項４】 被測定流体の圧力と基準圧力との差圧を
   測定するために設けられ、前記被測定流体を導入する被
   測定流体導入部と、前記基準圧力となる基準流体を導入
   する基準流体導入部と、前記被測定流体導入部と前記基
   準流体導入部との間に設けられ前記差圧を検出する圧力
   検出部と、前記圧力検出部と前記被測定流体導入部との
   間に形成され、前記被測定流体を受圧し、前記圧力検出
   部へ圧力伝達する金属材料や樹脂、高分子材料の仕切部
   と、前記圧力検出部と前記仕切部との間に充填された液
   体隔壁部とで構成された圧力センサ。
5. 【請求項５】 半導体の圧力センサ素子と、この圧力セ
   ンサ素子を収容し被測定圧を導入する圧力導入部を有し
   た収容部材と、この収容部材の圧力導入部と上記センサ
   素子との間に空気を介在させて気密状態に隔離した伸縮
   自在の隔膜とを備えた圧力センサ。