JPH11153500A - 圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化して封入液の量を削減すると共に、封
入液注入孔の封止をチューブの押し潰しによって行うこ
とによりボールが不要で封止作業を容易に行うことがで
き、製造コストを低減する。 【解決手段】 キャリア４の底面部４Ｂに一端が圧力セ
ンサ５の内室１７に開口する圧力導入路１９と、一端が
裏側室８に開口する封入液注入孔９を貫通して形成す
る。さらに封入液注入孔９に連通するチューブ３４を一
体に突設し、このチューブ３４の端部を封入液の封入後
に押し潰しによって封止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力または差圧を
検出する圧力検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体圧力センサを利用した
圧力検出装置としては種々提案されている（例：実開昭
５９−１３５６５４号公報、特公昭５８−４７０１３号
公報等）。この種の圧力検出装置は、半導体基板の表面
に不純物の拡散もしくはイオン打ち込み技術によりピエ
ゾ抵抗領域として作用するゲージを形成すると共に、Ａ
ｌの蒸着等によりリードを形成し、裏面の一部をエッチ
ングによって除去することにより厚さ２０μｍ〜１００
μｍ程度の起歪部、すなわちダイアフラムとした圧力セ
ンサを用いている。このような圧力センサにシリコーン
オイル等の封入液を介して測定圧力を加えると、ダイア
フラムが変形してゲージの比抵抗が変化するため、この
時の抵抗変化に伴う出力電圧を検出することにより圧力
または差圧を測定することができる。

【０００３】図４にこの種の圧力検出装置の従来例を示
す。この圧力検出装置１は、ＳＵＳ３１６等の金属によ
って形成した円筒状のパッケージ２内にキャリア４を介
して圧力センサ５を収納して受圧ダイアフラム７により
覆い、この受圧ダイアフラム７に加わる被測定圧力Ｐ1
をシリコーンオイル等の封入液６を介して圧力センサ５
に伝達するようにしている。

【０００４】前記パッケージ２には、一端が前記封入液
６を封入する受圧ダイアフラム７の裏側室８に開口し、
他端がパッケージ２の裏面に開口し封入液６を前記裏側
室８に注入するための封入液注入孔９が形成され、その
裏面側開口部をボール１０によって封止している。

【０００５】前記キャリア４は、耐食性と溶接性に優
れ、前記圧力センサ５の台座１１と線膨張係数が略等し
い材料、例えばコバールによって形成され、圧力センサ
５からの電気信号を外部に導くリードピン１２が貫通し
て設けられている。このリードピン１２が貫通するキャ
リア４のピン挿通孔１３は、キャリア４とリードピン１
２との電気的絶縁および封入液６の漏洩を防止するため
にガラス等のシール材１４によってハーメチックシール
されている。このようなキャリア４は、前記パッケージ
２に嵌合もしくはねじ込まれ、封入液６の漏洩を防止す
るために通常プロジェクション溶接等によって溶接され
ている。

【０００６】前記圧力センサ５は、Ｓｉ等の半導体基板
に設けた起歪部５Ａの表面に不純物の拡散もしくはイオ
ン打ち込み技術によりピエゾ抵抗領域として作用するゲ
ージを形成して構成され、台座１１の上面に陽極接合さ
れている。台座１１としては、圧力センサ５を接合する
ときの熱歪みが圧力センサ５に伝わると圧力検出装置１
の温度特性を低下させ零点シフトの原因となるため、圧
力センサ５の線膨張係数に近似した線膨張係数を有する
材料、例えばパイレックスガラス（商品名）、セラミッ
クス等によって形成されている。圧力センサ５の裏面側
には、前記裏側室８から仕切られた内室１７が形成され
ている。この内室１７は、前記台座１１およびキャリア
４に形成した圧力導入路１９を介して大気に連通される
ことにより大気圧Ｐ2 が導かれている。なお、２０は圧
力センサ５のゲージとリードピン１２を電気的に接続す
る金線である。

【０００７】図５は圧力検出装置の他の従来例を示す断
面図である。この圧力検出装置２１はキャリア４をステ
ム２２を介してパッケージ２内に収納している。ステム
２２は通常アルミナ等のセラミックスによって形成さ
れ、キャリア４が接着固定されている。また、ステム２
２にはリードピン１２が貫通して設けられている。キャ
リア４の下面には、圧力導入路１９に連通するチューブ
２３が一体に延設されている。その他の構成は図４に示
した従来装置と同じである。

【０００８】このような圧力検出装置１，２１におい
て、被測定圧Ｐ1 を受圧ダイアフラム７の変位により封
入液６を介して圧力センサ５に導くと、起歪部５Ａが変
位してゲージの比抵抗が変化するため、この時の抵抗変
化に伴う出力電圧を検出することにより差圧Ｐ1 −Ｐ2
または被測定圧Ｐ1 を測定することができる。なお、絶
対圧を検出する場合は、圧力センサ５の内室１７を真空
にしておけばよい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したようにこの種
の圧力検出装置としては、特にリードピン１２の取出し
構造の相違により図４および図５に示した２種類の構造
が一般的である。しかしながら、これらの圧力検出装置
１，２１においては、いずれもパッケージ２に封入液注
入孔９を設け、封入液６の封入後に封入液注入孔９の下
端開口部をボール１０で封止し図示しないキャップをね
じ込む構造を採っていたため、パッケージ２の肉厚を厚
くしなければならず、そのため検出装置１全体が大型化
するという問題があった。また、大型化するとそれに付
随して封入液６の量も増加するため、周囲温度の影響を
受け易くなり、検出精度が低下するという問題もあっ
た。さらに、ボール１０の圧入による封止は、その作業
および部品の増加を招きコスト的にも問題があった。

【００１０】また、ボールによる封止構造においては、
以下に列記するような問題がある。 ボールと圧入穴の高い寸法精度（５０μｍ以下）と高
い平滑性（表面粗さ）を必要とする。 封入液の封入時に封入液による汚染が顕著となり、
その封入液の洗浄が必要となる。 ボールの圧入後のシール部分は、穴の中にありシール
状態の確認ができない。

【００１１】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、小型化
して封入液の量を削減すると共に、封入液注入孔の封止
をチューブの押し潰しによって行うことによりボールが
不要で封止作業を容易に行うことができ、製造コストを
低減し得るようにした圧力検出装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明は、金属製のキャリアを収納するパッケー
ジと、このパッケージの表面を覆う受圧ダイアフラム
と、この受圧ダイアフラムの裏側室に封入された封入液
と、前記キャリアに絶縁材からなる基台を介して取付け
られた圧力センサと、前記キャリアをシールされて貫通
し前記圧力センサからの電気信号を外部に取り出すリー
ドピンと、前記キャリアにそれぞれ貫通して形成され一
端が前記圧力センサの内室に開口する圧力導入路および
一端が前記裏側室に開口する封入液注入孔とを備え、こ
の封入液注入孔に連通するチューブを前記キャリアに一
体に突設し、このチューブの端部を押し潰して封止した
ことを特徴とする。

【００１３】第２の発明は、金属製のキャリアを収納す
るステムと、このステムを収納するパッケージと、この
パッケージの表面を覆う受圧ダイアフラムと、この受圧
ダイアフラムの裏側室に封入された封入液と、前記キャ
リアに絶縁材からなる基台を介して取付けられた圧力セ
ンサと、前記ステムを貫通し前記圧力センサからの電気
信号を外部に取り出すリードピンと、前記キャリアにそ
れぞれ貫通して形成され一端が前記圧力センサの内室に
開口する圧力導入路および一端が前記裏側室に開口する
封入液注入孔とを備え、この封入液注入孔に連通するチ
ューブを前記キャリアに一体に突設し、このチューブの
端部を押し潰して封止したことを特徴とする。

【００１４】第３の発明は、上記第１または第２の発明
において、チューブの押し潰された部分を４５〜１８０
°の範囲で折り曲げたことを特徴とする。

【００１５】第４の発明は、上記第１または第２の発明
において、チューブの押し潰された端部を半田付けによ
って封止したことを特徴とする。

【００１６】第１、第２の発明においては、封入液注入
孔をキャリアに形成したことによりパッケージの肉厚を
薄くすることができる。したがって、検出装置の小型化
を可能にすると共に、封入液の量を少なくすることがで
きる。また、チューブの端部を押し潰しによって封止し
たことによりボールによる封止が不要となる。

【００１７】第３の発明においては、押し潰された部分
を折り曲げているので、確実に封止することができる。
すなわち、単に押し潰しただけのオイル封入チューブ
は、２枚の平板状になるが、チューブの弾性力でスプリ
ングバックを起こし、完全なシールを確保することがで
きない。特に、チューブの押し潰された両端部分はスプ
リングバックが顕著に現れる（図２（ｄ））。そこで、
所定角度折り曲げると、チューブの押し潰された両端部
分が密着し、スプリングバックを起こさない。

【００１８】第４の発明においては、チューブの押し潰
された端部を半田付けしているので、確実に封止するこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る圧
力検出装置の一実施の形態を示す断面図である。なお、
図中従来技術の欄で示した構成部材等と同一のものにつ
いては同一符号をもって示し、その説明を適宜省略す
る。キャリア４を収納するパッケージ２は、両端が開放
する薄肉の円筒体に形成されている。また、パッケージ
２の穴３０は、上端側の大径穴部３０ａと、下端側の小
径穴部３０ｂとからなる異径穴とされることにより段差
部３１を有し、この段差部３１上に前記キャリア４が密
接され、溶接等によって固定されている。

【００２０】前記キャリア４は、前記パッケージ２の大
径穴部３０ａに嵌合し得る大きさのカップ状に形成され
ることにより上面中央に凹陥部３２を有し、この凹陥部
３２内に圧力センサ５が台座１１を介して収納されてい
る。キャリア４の前記凹陥部３２を取り囲む外周部４Ａ
には、リードピン１２が挿通されるピン挿通孔１３が上
下面に貫通して形成されている。リードピン１２は、ガ
ラスからあるシール材１４によってハーメチックシール
されている。キャリア４の底面部４Ｂには、封入液注入
孔９と圧力導入孔１９が形成されている。封入液注入孔
９は、上端が前記凹陥部３２に連通し、下端にはチュー
ブ３４が連設されている。このチューブ３４は、キャリ
ア４に一体に突設された薄肉のチューブからなり、封入
液６を受圧ダイアフラム７の裏側室８に封入した後、押
し潰しによって封止される。

【００２１】押し潰しによる封止方法としては図２に示
すように種々の方法が考えられる。すなわち、図２
（ａ）はリング３５をチューブ３４の下端部に嵌着し、
このリング３５と共にチューブ３４を押し潰した例を示
す。同図（ｂ）はチューブ３４の下端部を押し潰した
後、押し潰された部分を板厚方向に所要の角度θで折り
曲げた例を示す。角度θとしては、４５°〜１８０°の
範囲が望ましい。単に押し潰しただけのチューブは、２
枚の平板状になるが、チューブの弾性でスプリングバッ
クを起こし完全なシールが得られない。特に、押し潰し
たチューブの両端部分はスプリングバックが大きく、図
２（ｃ）に示すように空洞部３６ができ、シールが不完
全となる。そこで、押し潰した部分を上記角度θの範囲
で折り曲げると、スプリングバック部が潰れ、前記空洞
部３６をなくすことができる。

【００２２】図２（ｄ）は押し潰した端部を半田３７に
よって封止した例を示す。この場合、アーク溶接も考え
られるが、溶接技術では押し潰した後の２枚の平板状の
板部の間に存在する微少な封入液に高い温度（３００°
Ｃ以上）が加わると、封入液が蒸発し、図２（ｅ）に示
すように溶融部分３８からその蒸発ガスが抜けて穴３９
ができ、シール不良を起こす。これに対して半田３７
は、封入液の蒸発圧が高くなる３００°Ｃ以下で行うこ
とができるので、上記した溶接による問題を解消するこ
とができる。

【００２３】このような構造からなる圧力検出装置１に
おいては、封入液注入孔９をキャリア４に形成している
ので、パッケージ２の肉厚を封入液注入孔を形成するに
必要な肉厚分だけ薄くすることができる。また、チュー
ブ３４はキャリア４の下面に一体に突設されているの
で、キャリア４を大きくする必要がなく、従来のものと
同じ大きさのものを使用することができる。その結果、
パッケージ２の外径を小さくすることができ、検出装置
１を小型化することができる。また、小型になれば封入
液６の量も削減することができるため、周囲の温度変化
による影響が少なく、検出精度を向上させることができ
る。

【００２４】また、キャリア４にチューブ３４を一体に
突設しているので、別個の製作したパイプを接合する工
程が不要であると共に、高いシール性を確報することが
できる。さらに、チューブ３４を押し潰しによって封止
しているので、従来のようにボールを使用する必要がな
く、封止作業も容易である。特に、押し潰した部分を所
要角度θで折り曲げると、スプリングバック部を潰すこ
とができるので、良好なシール性を確保することができ
る。また、半田３７によって封止すると、蒸発ガスによ
る穴ができず、一層確実に封止することができる。

【００２５】図３は本発明の他の実施の形態を示す断面
図である。この実施の形態においては、キャリア４をパ
ッケージ２内にステム２２を介して収納している。キャ
リア４の下面中央にはステム２２の下方に突出する突起
部４０が一体に突設され、この突起部４０に封入液注入
孔９と圧力導入孔１９が形成されている。封入液注入孔
９は、上端がキャリア４の凹陥部３２に連通し、下端に
はチューブ４１が連設されている。このチューブ４１
は、キャリア４に一体に突設された薄肉のチューブから
なり、封入液６を受圧ダイアフラム７の裏側室８に封入
した後、上記したチューブ３４と同様に押し潰しによっ
て封止される。その他の構成は図１に示した上記実施の
形態と同一である。

【００２６】このような構造からなる圧力検出装置２１
においても、上記した実施の形態と同様に封入液注入孔
９をキャリア４に形成しているので、パッケージ２を小
型化することができ、封入液６の量を削減することがで
きる。そのため、周囲の温度変化による影響が少なく、
検出精度を向上させることができる。また、チューブ４
１を押し潰しによって封止すればよいので、従来のよう
にボールを使用する必要がなく、封止作業も容易であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る圧力検
出装置によれば、封入液注入孔をキャリアに形成してい
るので、パッケージの肉厚を薄くすることができ、検出
装置の小型化および封入液の削減を実現することができ
る。したがって、周囲の温度変化による影響が少なく、
検出精度を向上させることができる。また、チューブの
端部を押し潰しによって封止すればよいので、ボールを
不要とせず、封止作業が容易で、安価な検出装置を提供
することができる。

【００２８】また、本発明はチューブの押し潰した部分
を所要角度で折り曲げてスプリングバックを潰すように
したので、良好なシール性を確保することができる。さ
らに、押し潰した端部を半田付けしてシールすると、よ
り一層確実にシールすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る圧力検出装置の一実施の形態を
示す断面図である。

【図２】 （ａ）〜（ｅ）はそれぞれチューブの端部の
封止方法を説明するための図である。

【図３】 本発明の他の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図４】 圧力検出装置の従来例を示す断面図である。

【図５】 圧力検出装置の他の従来例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…圧力検出装置、２…パッケージ、４…キャリア、５
…圧力センサ、５Ａ…起歪部、６…封入液、７…受圧ダ
イアフラム、８…裏側室、９…封入液注入孔、１１…基
台、１２…リードピン、１３…ピン挿通孔、１４…シー
ル材、１７…内室、１９…圧力導入孔、２２…ステム、
３４，３７…半田、４１…チューブ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製のキャリアを収納するパッケージ
   と、このパッケージの表面を覆う受圧ダイアフラムと、
   この受圧ダイアフラムの裏側室に封入された封入液と、
   前記キャリアに絶縁材からなる基台を介して取付けられ
   た圧力センサと、前記キャリアを絶縁シールされて貫通
   し前記圧力センサからの電気信号を外部に取り出すリー
   ドピンと、前記キャリアにそれぞれ貫通して形成され一
   端が前記圧力センサの内室に開口する圧力導入路および
   一端が前記裏側室に開口する封入液注入孔とを備え、こ
   の封入液注入孔に連通するチューブを前記キャリアに一
   体に突設し、このチューブの端部を押し潰して封止した
   ことを特徴とする圧力検出装置。
2. 【請求項２】 金属製のキャリアを保持するステムと、
   このステムを収納するパッケージと、このパッケージの
   表面を覆う受圧ダイアフラムと、この受圧ダイアフラム
   の裏側室に封入された封入液と、前記キャリアに絶縁材
   からなる基台を介して取付けられた圧力センサと、前記
   ステムを貫通し前記圧力センサからの電気信号を外部に
   取り出すリードピンと、前記キャリアにそれぞれ貫通し
   て形成され一端が前記圧力センサの内室に開口する圧力
   導入路および一端が前記裏側室に開口する封入液注入孔
   とを備え、この封入液注入孔に連通するチューブを前記
   キャリアに一体に突設し、このチューブの端部を押し潰
   して封止したことを特徴とする圧力検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の圧力検出装置に
   おいて、 チューブの押し潰された部分を４５〜１８０°の範囲で
   折り曲げたことを特徴とする圧力検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の圧力検出装置に
   おいて、 チューブの押し潰された端部を半田付けによって封止し
   たことを特徴とする圧力検出装置。