JP2006078417A

JP2006078417A - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2006078417A
Application number: JP2004264919A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Suzuki; 一志鈴木
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-23
Also published as: EP1635157A1; US7313969B2; US20060053896A1; CN1749721A

Abstract

【課題】圧力センサの信号線とセンサハウジングが電気的に浮いていると、外部からの電気ノイズの影響を受けやすい問題がある。
【解決手段】センサチップ１１を内蔵した金属ハウジング１２とジョイントハウジング１４との間に、両者の間を電気的に絶縁するための絶縁部材１５を配設した圧力センサであって、前記金属ハウジング１２を、安定した電位、例えば、センサ電源もしくはセンサグランドに電気的に接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力に感圧するセンサチップにより圧力を計測する圧力センサに関するものである。

金属ダイヤフラムを有するオイル封入型の圧力センサにおいて、圧力計測対象装置への取付け部を有する銅系合金よりなるジョイントハウジングと、ステンレススチールからなるセンサハウジングとの間に、両者を電気的に絶縁するためのアルミナ系セラミックスからなる絶縁部材を設けたものとして、従来、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。
特開２００４−３７３１８（段落００１５、００３０、図１、図２）

上記した従来の圧力センサにおいては、圧力センサの信号線とセンサハウジングが電気的に浮いているため、外部からの電気ノイズの影響を受けやすい問題がある。

本発明は、上記した従来の不具合を解消するためになされたもので、外部からの電気ノイズに影響されない耐ノイズ性に優れた圧力センサを提供せんとするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係る圧力センサの構成上の特徴は、圧力室の圧力に感圧するセンサチップを内蔵した金属ハウジングと、圧力計測対象装置への取付け部を有するジョイントハウジングと、該ジョイントハウジングと前記金属ハウジングとの間に配設され両者の間を電気的に絶縁するための絶縁部材とを備えた圧力センサにおいて、前記金属ハウジングを、安定した電位を有する部位に電気的に接続したことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明に係る圧力センサの構成上の特徴は、請求項１において、前記金属ハウジングは、センサチップを配設したステムと、該ステムとの間に金属ダイヤフラムを挟持して一体結合されたセンサハウジングとからなり、前記ステムと金属ダイヤフラムとによって圧力伝達媒体を封入する圧力室が画定されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明に係る圧力センサの構成上の特徴は、請求項１において、前記金属ハウジングが接続された安定した電位を有する部位は、センサ電源もしくはセンサグランドであるものである。

上記した請求項１、２に係る圧力センサによれば、センサチップを覆う金属ハウジングを、安定した電位に電気的に接続することで、センサチップを電気的にシールドすることができ、外部からの電気ノイズに影響されない耐ノイズ性に優れた圧力センサを得ることができる効果がある。

上記した請求項３に係る圧力センサによれば、既存のターミナルピン等を利用して、センサチップを覆う金属ハウジングをセンサ電源もしくはセンサグランドに接続することができるので、センサチップのシールド機能をきわめて簡単に行える効果がある。

本発明の実施の形態にかかる圧力センサ１について、図面を用いて説明する。

本発明の圧力センサ１０は、図１に示すごとく、主に、センサチップ１１を内蔵した金属ハウジング１２と、圧力計測対象装置への取付け部１３を有するジョイントハウジング１４と、該ジョイントハウジング１４と前記金属ハウジング１２との間に配設された絶縁部材１５と、前記金属ハウジング１２および絶縁部材１５を完全に覆い、かつジョイントハウジング１４の一部を覆うように絶縁性の樹脂によってモールドしたモールド樹脂１６とによって構成されている。

金属ハウジング１２は、中心部にセンサチップ１１を配設した金属からなるステム１７と、該ステム１７との間に収納空間１８を形成して一体結合されたステンレススチールからなるセンサハウジング１９とからなっている。収納空間１８は、センサチップ１１を配設したステム１７の一端側に、ステム１７とセンサハウジング１９との間に挟持された金属ダイヤフラム２０により密閉された圧力室２１を形成している。圧力室２１には、圧力伝達媒体としてのシリコーンオイル２２が封入されている。圧力室２１は、圧力計測対象である流体とは隔離され、金属ダイヤフラム２０に作用する流体の圧力を、圧力室２１に封入したシリコーンオイル２２を介して、センサチップ１１により検知できるよう構成されている。

前記圧力室２１内には、圧力を感知するシリコンダイヤフラムを有するセンサチップ１１と、センサチップ１１とボンディングワイヤ２３で結ばれるターミナルピン２４とが収納されている。センサチップ１１はステム１７に接着され、ターミナルピン２４は、ステム１７を貫通して一端が圧力室２１内に突出している。ターミナルピン２４とステム１７との間は、例えばガラス系のシール材２５によってシールかつ絶縁され、ターミナルピン２４とステム１２との隙間からシリコーンオイル２２が洩れるのを防止している。

上記ターミナルピン２４は、電源用、信号出力用およびグランド用の３本からなり、これらのターミナルピン２４は、ステム１７にそれぞれ前記シール材２５を介して貫通され、モールド樹脂１６にインサート成形されたハーネス２７によって圧力センサ１０の外部に導かれ、図２に示すように、電源用ターミナルピン２４は電源端子Ｖｃｃに接続され、信号出力用ターミナルピン２４は信号出力端子Ｖｏｕｔに接続され、グランド用ターミナルピン２４はグランド端子ＧＮＤに接続される。

前記グランド用のターミナルピン２４には、リード２８が電気的に接続され、このリード２８の一端は金属ハウジング１２を構成する前記ステム１７の上端に抵抗溶接によって接続されている。これにより、センサチップ１１を覆っている金属ハウジング１２の電位を、センサチップ１１のグランドと等電位となるように強制的に設定することができる。このようにして、センサチップ１１を電気的にシールドして、電気ノイズに対する影響を小さくできるようにしている。

前記ステム１７とセンサハウジング１９との間に挟持された金属ダイヤフラム２０は、レーザ溶接によってステム１７およびセンサハウジング１９間に強固に固定されている。センサハウジング１９は、金属ダイヤフラム２０の背面側に、圧力計測対象としての流体を導入する圧力導入孔３１を有し、また、絶縁部材１５と接合する面側に、絶縁部材１５をろう付けするための取付け面３２を有している。

ジョイントハウジング１４は、被計測対象である流体を密閉する配管パイプ等に対して圧力センサ１０を取り付けるための銅系合金（黄銅）よりなるジョイント用の部材である。ジョイントハウジング１４は、略円筒状をなし、軸方向の一方の端部には、その内周面に上記配管パイプ等に取り付けるためのねじ部３３を形成した取付け部１３を備えている。

また、ジョイントハウジング１４の絶縁部材１５と接合する面には、絶縁部材１５を取付けるための取付け面３５が設けられている。そして、ジョイントハウジング１４および絶縁部材１５には、圧力計測対象である流体を導入するための圧力導入孔３７、３８が穿設され、これら圧力導入孔３７、３８は前記センサハウジング１９の圧力導入孔３１を介して金属ダイヤフラム２０の背面側に連通されている。

絶縁部材１５は、アルミナ系セラミックスよりなり、電気的絶縁性を有している。この絶縁部材１５は、中心部に圧力計測対象である流体を流通させる前記圧力導入孔３８を有するリング状を呈している。

絶縁部材１５の両表面である当接面３９、４０には、モリブデン−マンガンをメタライズし、その上にＮｉメッキを施した被膜が形成してある。これら当接面３９、４０における被膜は、独立して形成されており、両者の間が電気的に接触しないようにしてある。そして、絶縁部材１５の一方の当接面３９とセンサハウジング１９の端面である取付け面３２とを銀ろうによるろう付けにより、絶縁部材１５とセンサハウジング１９とを接合している。同様に、絶縁部材１５の他方の当接面４０とジョイントハウジング１４の端面である取付け面３５とを銀ろうによるろう付けにより、絶縁部材１５とジョイントハウジング１４とを接合している。

前記金属ハウジング１２、絶縁部材１５を覆うモールド樹脂１６は、絶縁性の樹脂からなり、金属ハウジング１２を防水するとともに、ハーネス２７をインサート成形している。

前記ステム１７には、中心部より偏倚した位置で圧力室２１に一端が開口するオイル封入孔４１が形成され、このオイル封入孔４１の他端はステム１７の上面に開口されている。オイル封入路４１からのシリコーンオイル２２の封入は、金属ハウジング１２がサブアッシー化され、ステム１７と金属ダイヤフラム２０との間に、圧力室２１が画定された後に行われる。すなわち、金属ハウジング１２のサブアッシー化によって、ステム１７と金属ダイヤフラム２０との間に圧力室２１が形成された状態で、圧力室２１が真空引きされ、この真空の雰囲気下において、オイル封入路４１よりシリコーンオイル２２が封入される。シリコーンオイル２２が封入された後、オイル封入路４１の開口端はシール用ボール４２によって閉塞され、圧力室２１は密閉状態とされる。シール用ボール４２は圧力室２１を封入した後に、抵抗溶接によってステム１７に固定される。

なお、図中、４３は、ステム１７の上半部を覆う樹脂製のケーブルホルダーであり、前記ターミナルピン２４およびリード２８がインサート成形されている。

上記した構成の圧力センサ１０を用いて、圧力を計測するに当たっては、ジョイントハウジング１４のねじ部３３により、被計測対象である流体を密閉する配管パイプ等に圧力センサ１０を取り付ける。これにより、被計測対象である流体が、ジョイントハウジング１４、絶縁部材１５、およびセンサハウジング１９に形成した圧力導入孔３１、３７、３８を介して金属ダイヤフラム２０の背面側に導入される。従って、金属ダイヤフラム２０には、被計測対象である流体の圧力が作用され、この圧力を圧力室２１に封入した圧力伝達媒体としてのシリコーンオイル２２を介してセンサチップ１１に伝達する。そして、センサチップ１１により圧力が電気信号に変換され、この電気信号は、ボンディングワイヤ２３およびターミナルピン２４を介して外部に取り出される。

この際、センサチップ１１を内蔵した金属ハウジング１２は、センサグランドに接続されていることにより、センサチップ１１が電気的にシールドされ、外部からの電気ノイズに影響を受けにくくなる。

上記した実施の形態においては、金属ハウジング１２を構成するステム１７を、センサグランドに接続した例について述べたが、シールドのためのステム１７への接続部は、センサグランドに限定されるものではなく、安定した電位を有する部位、例えば、センサ電源であってもよい。また、センサ電源とは別の電源に接続しても同様の効果が得ることができる。

また、ステム１７を例えばセンサグランドに接続する場合に、グランド用のターミナルピン２４をシール材２５を介することなく、直接ステム１７に形成した孔に挿通させ、このグランド用のターミナルピン２４をステム１７に接合することにより、両者を接続することもできる。

また、上記した実施の形態においては、金属ハウジング１２および絶縁部材１５をモールド樹脂１６によって覆った例について述べたが、当該モールド樹脂１６は、金属ハウジング１２を水等から保護するうえで有効であるが、本発明にとって必ずしも必要なものではない。

本発明の実施の形態を示す圧力センサの断面図である。センサチップに接続された端子を示す回路図である。

符号の説明

１０・・・圧力センサ、１１・・・センサチップ、１２・・・金属ハウジング、１３・・・取付け部、１４・・・ジョイントハウジング、１５・・・絶縁部材、１６・・・モールド樹脂、１７・・・ステム、１９・・・センサハウジング、２０・・・金属ダイヤフラム、２１・・・圧力室、２４・・・ターミナルピン、２８・・・リード、Ｖｃｃ・・・電源端子、Ｖｏｕｔ・・・信号出力端子、ＧＮＤ・・・グランド端子。

Claims

圧力室の圧力に感圧するセンサチップを内蔵した金属ハウジングと、圧力計測対象装置への取付け部を有するジョイントハウジングと、該ジョイントハウジングと前記金属ハウジングとの間に配設され両者の間を電気的に絶縁するための絶縁部材とを備えた圧力センサにおいて、前記金属ハウジングを、安定した電位を有する部位に電気的に接続したことを特徴とする圧力センサ。
請求項１において、前記金属ハウジングは、センサチップを配設したステムと、該ステムとの間に金属ダイヤフラムを挟持して一体結合されたセンサハウジングとからなり、前記ステムと金属ダイヤフラムとによって圧力伝達媒体を封入する圧力室が画定されていることを特徴とする圧力センサ。
請求項１において、前記金属ハウジングが接続された安定した電位を有する部位は、センサ電源もしくはセンサグランドである圧力センサ。