JPS61246642A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は圧力センサに関するものである。

（従来の技術） 従来より圧力センサは例えば自動車用のエンジンの吸気
管内の圧力を検出するために使用されていた。

従来の圧力センサの構成の一例を以下に簡単に述べる。

圧力センサの内部にはシリコンダイヤフラム式の圧力検
出素子を備え、この圧力検出素子はシリコン単結晶の一
面を部分的に凹形状に化学的エツチング等により薄肉部
分を形成してダイヤフラム状とし、他面のダイヤフラム
内に拡散歪ゲージを所定配位に４個形成し、これをアル
ミ配線によりブリッジを構成している。この圧力検出素
子は台座等に固定されており、この台座には圧力検出素
子のダイヤフラム部分に圧力を導びくための導圧孔が形
成されている。また圧力センサ内には混成集積回路を構
成するセラミック基板が備えられており、圧力検出素子
の歪ゲージとセラミック基板上の所定回路とは電気的に
接続されている。

このような構成の圧力センサにおいて、導圧孔を介して
圧力検出素子に圧力が伝えられると、ダイヤフラム部分
が歪み、この歪みにより歪みゲージの抵抗値が変化し、
この抵抗値変化を電気信号として取り出し、この電気信
号を混成集積回路にて増幅、温度補償を行なって圧力に
対応した電気信号を得ていた。

そして、自動車用として用いられる圧力センサは小型で
安価なものを要求される上から、圧力検出素子を構成す
るシ・Ｊコンダイヤフラムは可能なかぎり小さなものと
される。一般には３簡角程度の大きさであって、特にそ
の薄肉の凹部分は２輸角以下の小さなものとなっている
。そしてこの圧力検出素子が固定される台座の導圧孔の
開口面積が薄肉の凹部分の面積より小さい場合には、組
付は上、台座面と凹部骨形成との間に台座の突出部がで
きる。

ここで吸気管内の圧力を圧力検出素子に導び（ために、
圧力検出素子のダイヤフラム部分まで導圧孔を介して吸
気管内の吸気を導びいた場合、吸気管内に存在するガソ
リン、水、あるいはゴミ等がエンジンの作動行程による
吸気管内の圧力変化により圧力検出素子部分にまで到達
するために圧力検出素子に悪影響を及ぼすようになる。

特に水が圧力検出素子部分まで到達すると、水る。この
時の水の量は微々たるものである。

上記のような不具合の発生を防止するために、導圧孔に
通じるパイプの中にシリコンオイルを封止して、水等が
圧力検出素子部分にまで到達しないように構成し、シリ
コンオイルを介して圧力が圧力検出素子に導びかれるよ
うに構成したものが開発されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の如く導圧孔に通じるパイプ中にシリコンオイルを
封止した構成であれば、パイプの面積を覆う水の量まで
圧力検出素子のダイヤフラム破損に対する水の量を増す
ことが可能となるものであるが、水の量がパイプの面積
を完全に覆う量以上となると、シリコンオイルの圧縮率
が極めて小さいために、水が氷結し体積膨張することに
より、七の膨張分の応力がシリコンオイルを介して圧力
検出素子のダイヤフラムに伝わり、ダイヤフラムの破壊
耐圧以上の応力が加わってダイヤフラムは破損するとい
う問題点がある。

従って、本発明の目的は、圧力センサの圧力検出素子に
圧力を導びく導圧系に水が侵入しても圧力検出素子の破
損や、損傷の発生を充分に回避できる構成を備えた圧力
センサとし、信頼性の高い圧力センサを提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段） 上記の問題点を解決するために、本発明においては、圧
力検出素子と、この圧力検出素子に圧力を導び（導圧路
と、この導圧路内に充填された充填液と、前記導圧路に
沿って配設され前記充填液と接触しその内部が中空であ
って前記圧力検出素子の破損応力、または永久変形を生
じさせる応力よりも小さな応力で可逆変形する中空体と
を備えたことを特徴とする圧力センサとしている。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

図面に示すのは本発明の実施例構成を備えた圧力センサ
の部分断面図である。

図面において、１はシリコンダイヤフラム式の圧力検出
素子であって、シリコン単結晶の一面を部分的に凹形状
に化学的エツチング等により薄肉部分を形成しダイヤプ
ラム状とし、他面のダイヤフラム内に拡散歪ゲージを所
定配位に４個形成し、これをアルミ配線によりブリッジ
を構成している。

この圧力検出素子１は導圧孔２ａを備えたシリコン製の
台座２に搭載固定されており、導圧孔２ａは圧力検出素
子１の凹形状部分により覆われており、両者１．２は気
密的に接合されている。この台座２はベース３に接着固
定されており、このベース３にも台座２の導圧孔２ａに
連通する導圧孔３ａが形成されている。また台座２とベ
ース３との接合も気密保持されている。ベース３にはカ
バー４が気密的に接着固定されており、圧力検出素子１
１台座２等はカバー４内に空間を介して収納されており
、圧力検出素子ｌ８台座２．ベース３゜カバー４とによ
り密閉空間が形成されている。なおベース３にはリード
ピン５が貫通して設けられており、このリードピン５の
貫通部分にも気密処理がなされている。

リードピン５は混成集積回路を構成するセラミック基板
６に半田付けされており、セラミック基板６に印刷され
ている導体配線と電気的に接続されている。またリード
ピン５の他端はボンディングワイヤ７により圧力検出素
子ｌの歪ゲージと電気的に接続されている。

前記ベース３には前記導圧孔２ａ、３ａと連通するパイ
プ８が接続されており、このバイブ８はセラミック基板
６を貫通しており、その先端部は圧力センサのケース９
に導圧手段として取付は固定された圧力導入管１０にフ
ッ素ゴムからなるＯリング１１８．１１ｂを介して気密
的に連結されている。圧力導入管１０の０リング１１ａ
、１１ｂが配設されている広径部分１０ａには樹脂製の
リング状スリーブ１２が嵌め込まれており、このスリー
ブ１２により圧力導入管１０の段部１０ｂにフッ素ゴム
からなる中空体１３が押付は固定しである。なおスリー
ブ１２は上記の如く中空体１３を押付は固定するために
広径部分１０ａの内径より若干大きめの外径を有してい
る。

さらに圧力検出素子１の凹形状部分から圧力導入管１０
の狭径部分１０ｂの端部まで充填液をなすシリコンオイ
ル１４が充填されている。

なお、１５はゴムホースであり、圧力導入管１０と吸気
管とを接続する。また１６は電気信号の入出力線である
。また１７はケース９の蓋である。

このシリコンオイル１４は公知の二重ダイヤフラム（シ
ールダイヤフラム）構造の圧力センサに使用されている
ものでよいが、本実施例では特に自動車用として本圧力
センサを使用することから耐ガソリン性に優れたものが
使用され、例えばフロロシリコンオイルが使用される。

そして前述の二重ダイヤフラム構造の場合、圧力伝達ロ
スを防ぐためにシリコンオイル１４中の気泡を完全に取
除く処理が必要であるが、図に示す如く、一端が開放さ
れている構造においてはシリコンオイル１４中の気泡残
存は精度上の重大な問題とはならないことを本願発明者
らは確認している。しかしながら多大の気泡が残存する
と使用状態の圧力変化、使用環境温度の変化による気泡
の膨張でシリコンオイル１４が圧力導入管１０より外へ
流出する現象が起こるので、シリコンオイル１４中の気
泡は極力少ない方が好ましい。また本実施例の構造で圧
力導入管ｌＯの内径を３ｆｉとした場合、シリコンオイ
ル１４は数Ｔｏｒｒの低圧状態で注入され、このような
低圧状態で、脱泡状態で注入されることで圧力導入管１
０から流れ出るということは無くなる。

また前記中空体１３は耐ガソリン性を考慮してフッ素ゴ
ムで構成したもので、例えば厚み０．３鶴、日本工業規
格の自動車用ゴム材料における硬さ７０程度の板状のも
のを成形したものである。

上記の構成の圧力センサによれば、通常の作動状態にあ
っては、ゴムホース１５を介して伝えられた吸気管内の
圧力が圧力導入管１０．バイブ８゜導圧孔２ａ、３ａの
内部に充填されたシリコンオイル１４を伝播して圧力検
出素子１のダイヤフラム部分に伝えられて圧力が検出さ
れる。また水が流入し、シリコンオイル１４の端面を覆
う程度溜まって氷結し、体積膨張した場合はシリコンオ
イル１４に膨張による応力が伝わるが、圧力検出素子１
やパイプ８等を構成する部品より剛性の低い中空体１３
がこの応力を受けて変形収縮し、氷結による体積膨張分
の応力を吸収する。なお、吸気管から伝えられる圧力の
変化スピードは氷結による体積膨張分の応力の変化スピ
ードに比べ充分に速いので、中空体１３は吸気管から伝
えられる圧力の変化スピードに追従できず、従って中空
体１３は前述したシリコンオイル１４中の気泡と同様圧
力検出の精度上問題となることはないことを本願発明者
らは確認している。

また本実施例構成ではシリコンオイル１４を圧力導入管
１０の狭径部分１０ｂの先端まで充填しであるので、シ
リコンオイル１４に接して溜った水が氷結した場合、体
積膨張分の一部が圧力導入管１０に接続されたゴムホー
ス１５の膨張変形で吸収され、シリコンオイル１４側に
伝わる膨張分の応力が少なくなるという利点がある。

なお上記実施例では中空体１３をフッ素ゴムで構成して
いたが、中空体１３を構成する材質はゴムに限られるも
のではなく、圧力検出素子ｌのダイヤフラムの大きさ、
および厚さで決まる圧力検出素子１を破損させる応力よ
り小さな応力で可逆変形する材質であれば同等の効果が
得られる。また中空体１３の容量も圧力導入管１０の径
、長さ等、水が溜って氷結した場合の膨張量を吸収でき
るよう設定すればよい。さらに中空体１３の配設される
位置も図に示す位置に限ることはなく、圧力センサの構
造に応じた圧力の伝わる導圧系路内であってシリコンオ
イル１４と接触する位置にあればよい。

また上記実施例では圧力検出素子１としてシリコンダイ
ヤフラム式のものを採用したが、金属ダイヤフラムであ
ってもよく、前述の氷結作用による金属ダイヤフラムの
永久変形を保護するのに上記構成を適用することも可能
である。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、圧力検出素子と、こ
の圧力検出素子に圧力を導びく導圧路と、この導圧路内
に充填された充填液と、前記導圧路に沿って配設され前
記充填液と接触しその内部が中空であって前記圧力検出
素子の破損応力、または永久変形を生じさせる応力より
も小さな応力で可逆変形する中空体とを備えたことを特
徴とする圧力センサとしたことから、 水が導圧路内に溜りこの水が氷結して体積膨張し、この
膨張による応力が充填液に伝えられても、この応力を中
空体が受けて変形収縮して氷結による体積膨張分の応力
を中空体が吸収するので、圧力検出素子はこの氷結作用
により破損、損傷、永久変形等の発生を充分に回避でき
る構成となり、信頼性の高い圧力センサが得られるとい
う優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例構成を有する圧力センサの部分
断面図である。 １・・・圧力検出素子＋　　２　ａ、　　３　ａ・・・
導圧孔、８・・・パイプ、１０・・・圧力導入管、１２
・・・スリーブ、１３・・・中空体、１４・・・シリコ
ンオイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧力検出素子と、この圧力検出素子に圧力を導びく導
   圧路と、この導圧路内に充填された充填液と、前記導圧
   路に沿って配設され前記充填液と接触しその内部が中空
   であって前記圧力検出素子の破損応力、または永久変形
   を生じさせる応力よりも小さな応力で可逆変形する中空
   体とを備えたことを特徴とする圧力センサ。