JPS58180927A - 半導体感圧素子の保護装置 - 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】 〔−―の技術分野〕 本４！ｉ明は、圧力に応じて質位しその圧力管電気信号
に変換する半導体感圧素子の保護装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

従来、半導体感圧素子により圧力を検出する装置として
は、第１図に示すような差圧変換１１１０が知られてい
る。この差圧変換器ｌＯは、ピエゾ抵抗素子を拡散した
半導体感圧素子１１と、この感圧素子１１０対向面にそ
れすれ異なる圧力を印加するための流通路１２ｍ、　１
２ｂ　ｆ形成する本体ケース１３と、この本体ケース１
３の各流通路１２ｓｓ、　１２ｂ内に圧力伝達媒体ｔ４
ａ、　１４ｂ　を夫々封入する受圧ダイアフラム１５ａ
、１５ｂと、との受圧ダイアプラム１５ｍ、　１５ｂの
外面に被測定圧力Ｐａ、　Ｐｂ　ｔ−導く受圧フランジ
１６ａ、　１６ｂとから構成されている。

この被測定圧力Ｐａ、　Ｐｂは、各受圧ダイアフラム１
５．．１５ｋ）　、圧力伝達媒体１４ａ、　１４ｂ　ｋ
介して感圧素子１１の各面に印加される。そして。

その差圧（Ｐａ−Ｆｂ　）に応じて感圧素子１１が撓み
電気信号として検出される。

ところで、半導体感圧素子１１は、差圧に応じて撓むこ
とによりそのピエゾ抵抗素子の抵抗値変化として圧力を
捕えるものであるが。

その弾性限界を越えた被測定圧力が印加されると破損し
てしまうため１本体ケース１３内に過圧防止機構が設け
られている。

この過圧防止機構は、前記圧力伝達媒体１４ｍ、　１４
ｂにその内外面が接液され両媒体１４ｍ＋１４ｂｔ’区
画するベローズ１７．　　このベローズ１７に取着され
た弁棒１８の雨漏゛に設けられそれぞれ被測定媒体１４
ｍ、　１４ｂ内に配置された弁体１８ｍ、　１８ｂ及び
この弁体１８ａｓ　１８ｂのベローズ１７側に取着され
、前記本体ケース１３の央起部１３ｍ、１３ｂに対向配
置されたオーリング１９　ａｍ　）９　ｂとから構成さ
れている。

この過圧防止機構は２次のようにして感圧素子１１に過
大圧が印加されるのを防止している０例えば今、被測定
圧力Ｐｂが過大圧となると、受圧ダイアフラム１５ｂ及
び圧力伝達媒体１４ｂを介してベローズ１７及び弁体１
８ｍ。

１８ｂが図中左方向に移動する。そして、これに伴−弁
体１８ｂ側のオーリング１９ｂが前記突趨＠　１３ｂ　
Ｋ密着し、前記被測定媒体Ｐｂを伝達する圧力伝達媒体
１４ｂの移動管阻止する。

この媒体１４ｂの移動が阻止されることにより。

過大圧Ｐｂが感圧素子１１へ伝達されることはなくなる
。

したがって、この過圧防止機構が感圧素子１１０弾性限
界會越えない圧力で機能するように構成することにより
感圧素子１１？過大圧から保護することができる。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、このような過圧防止機構を　　１本体ケ
ース１３内に設けることにより、構造が大形化し、温度
変化の影響を受ける圧力伝達媒体１４ｍ、１４ｂの量力
号増大する結果となり。

好ましいとは言えない、また、圧力伝達媒体の移＠を阻
止するという間接的な過圧防止手段であり、好ましくは
直接的な手段が信頼性。

安全性等の面から要望されている。

〔発明の目的〕

本発明は、上記要望に対処して成されたもので、感圧素
子の起歪部の変位を直接阻止できる半導体感圧素子の保
護装置を提供するも本発明は、感圧素子の起歪部に対面
する湾曲面を有する変位阻止体を、感圧素子を保持する
基台と起歪部との間に設けられた空間部内に配置して構
成し、起歪部が過大圧により変位する以前にこの変位阻
止体と密着して起歪部のそれ以上の変位を阻止するもの
である。

：発明の実施例〕 以下１本発明の一実施例につき第２図全参照して説明す
る。

２０Ｆｉ環状に形成された半導体感圧素子である。この
感圧素子２０Ｆｉ、中心部に形成された肉薄な起歪部２
１とその外周に形成された肉厚の脚部２２とから構成さ
れ、その起歪　　゛部ｚ１の一面側に凹所を有している
。また。

趨ｌｌ＠２１の他面側には、起歪部２１の変位量に応じ
て変化する抵抗層２３が例えば拡散形成されている。こ
の抵抗層２３の抵抗変化は、電極２４及びリード線２５
を介して外部に亀山されるように構成されている。

３０は、平板状に形成され、中心に導圧口３１Ｖｔ有す
る基台である。この基台３０には。

前記感圧素子２０の脚部２２が接着剤３２等により固着
されている。すなわち、この両者２０．３０Ｆｉ、前記
起歪部２１の一面側に空間部３２ｆ、残し一体に形成さ
れる。

４０Ｆｉこの空間部３２内に配置された変位阻止体であ
る。この変位阻止体４０Ｆｉ、前記基台３０の導圧口３
１に連通する導圧口４１を有している。また、この変位
阻止体４０ｔ’ｊ。

紡紀空間部３２の内径とほは同一の外径を有し、最大高
さが前記基台３０上面から起歪部２１−面までの距離と
ほぼ同一に選択されている。

そして、この変位阻止体４０の前記起歪部２１と対向す
る面Ｆｉ、湾曲に形成されている。

この湾曲面４２は、前記起歪部２１がその弾性限界を越
えて変位する以紡の形状に合致し。

かつその際起歪部２１に密着する位置に配置されている
。

また、この変位阻止体４０Ｆｉ、単に基台３０上に載置
しておいても良いが、接着剤等により基台３０上に固着
した方が安全上好ましい。

さて、このように感圧素子２０と基台３０との間に変位
阻止体４０ｔ−配置した状態で。

図中上方から圧力が印加されると、感圧素子２０の起歪
部２１はその印加圧力に応じて図中下方向に変位する。

そして、この変位量に応じて前記抵抗層２３の抵抗値が
変化する。

すなわち、印加圧力は９機械豹変位量に変換された後電
気信号として前記電１１２４及びリード纏２５に介して
外部へ取出される。

このようにして印加゛圧力は検出されるが。

この印加圧力が、１Ｉｌｌ紀起歪部２１にその弾性限界
を越える変位を生じさせる過大圧となった場合には、従
来の過圧防止機構と異なり。

本発明ではその変位そのものを直接組上する。

すなわち、第３図に示すように起歪部２１は１図中下方
向ＫＷ位するが、変位阻止体４０に当接しそれ以上の変
位は強制的に阻止される。シタがって、いくら印加圧力
が過大圧となっても、起歪部２１が、その弾性限界を越
えて変位することはなくなる。

なお、この一実施例では、変位阻止体４゜と基台３０と
を別体に構成して説明したが。

第４図に示す如く両者管一体に構成しても良い、湾曲面
の形成は、超音波加工技術等により行なう、この実施例
によれば、　−＊施例の如く両者３０．４０を接着剤等
で固定する手間が省ける利点がある。

また、一実施例では、凹所含有する感圧素子２０を用い
て説明したが、第５図に示すように感圧素子２０が平板
状の場合に４本発明を適用することかできる。すなわち
、この場合感圧素子２０′の起歪部２１と対面する部分
を湾曲面４２とした基台３０　ｔ−用いれば、前記一実
施例同様の効果を奏することができる。

もちろん、基台３０に凹部を形成し、この凹部内に前記
変位阻止体４ｏを配置するように形成しても良い。

また、変位阻止体４０の材質としては２種々前えられる
が加工容易性を優先した場合には９例えば軟鋼、黄銅あ
るいはアルミニウム郷の金属材料が適している。資た。

感圧素子２０と基台３０と鉱例えば溶融ガラス等で接着
するため、変位阻止体４０の材料には、接着時の温度よ
りも溶融点の高い材料を選択する必要がある。

資た。変位阻止体４０を前述のように予め加工して空間
部３２内に配置して説明したが。

次のようにして変位阻止体４０を構成しても喪い、すな
わち、感圧素子２０と基台３ｏとｔ接着固定した後、こ
の基台３ｏの導圧口３１から液状のエポキシ系接着剤を
注入し加鶴碩化させる。そして、硬化前に、感圧素子ｔ
ｏの起歪１ｇ２１に過大圧管印加して変位させ、この状
態のままで前記エポキシ畢接着剤會加熱硬化させる。硬
化後、起歪部２１を復帰させることにより湾−面を持つ
変位阻止体を形成させることができる。なお、この場合
。

材料としては、加熱硬化温度が、感圧素子２０と基台３
０とを固着する接着剤の溶融温度より低いものを選択す
る必要がある。すなわち、材料の硬化温度がその接着剤
の溶融温度より高いと、材料の硬化時に接着剤が溶融し
てしまうために、それより低い硬化温度のものを選択す
る。一般に、感圧素子２０と基台３０との接着用に用い
る接着剤として用いられる　低融点ガラスあるいは共晶
合金の溶融温度は３００℃〜５００℃と高いのに対し、
エポキシ系接着剤は１００℃で硬化するので低融点ガラ
ス等が溶融することはない、また、前記起歪部２１の基
台３０儒面には、４７フ化エチレン樹脂などの離型剤を
塗布し、起歪部２１とエポキシ系接着剤とが接着しない
よう圧する。また、その中心に導圧口を形成させるため
に、接着剤注入後４フツ化エチレン樹脂等のパイプを基
台３０の導圧口３１から挿入し硬化後取除くようにする
。このように実際に起歪部２１ｔ−変位させた状態で変
位阻止体を構成することにより、所定印加圧力時。

すなわち起歪部２１の所定変位量で確実にその変位を阻
止できる信頼性の高い変位阻止体ｆ、爽現できる。

また、変位阻止体４ｏと起歪部２１とが接触する際、電
気的絶縁を保持させたい場合には、起歪部２１の接触面
に８五〇ａｔ成形させれば爽い、もちろん、変位阻止体
４０儒の接触面にも絶縁性被膜を施してもよい、変位阻
止体４０が基台３ｏに一体に形成されている場合には、
引０雪被膜、金属の場合は４７フ化エチレン樹脂等の被
膜を施せば嵐い。

Ｃ＠Ｈの効果〕 本−明は、このように感圧素子の起歪部に接触し直接そ
の変位を阻止するように構成したので、確実に過大圧印
加時の起歪部の変位ｃｍ止することができる。

また、半導体感圧素子を組み込んだ圧力伝送器あるいは
差圧伝送器において、従来設けられていた過圧防止機構
を本発明の保護装置に代えるととくより次のような効果
がある。

まず、第１に多くのスペースを占めていた従来の過圧防
止機構を除くことができるので。

小ｍ帳量化が計れろ。

第２に、被測定圧力を伝達する圧力伝達媒体の封入量を
大幅に少なくできる。

第３に、温度変化の影響を受ける伝達媒体の量を少なく
できることにより、温度依存性の少ない測定結果を得る
ことができる。

第４に、従来の過圧防止機構で問題となっていた応答性
の問題もなく、浚た。オーリングの圧縮による過大圧印
加等の問題もなくなる。

さらに、従来の過圧防止機構において必要とされた各部
の材質選択わるいは微調整等の煩しさもなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の差圧伝送器を説明するための断面図、第
２図及び第３図は本発明の保護装置を説明するためのも
ので、第２図は断面図、第３図は作動状態を示す断面図
、第４図及び第５図はそれぞれ異なる他の爽施例會示す
断面図である。 ２０・・・・・・感圧素子 ２１・・・・・・起歪部 ３０・・・・・１台 ４０・・・・・・変位阻止体 ４２・・・・・・湾曲面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　圧力を電気信号に変換する感圧素子の起歪部
   との間にその起歪部が変位するための９関を形成する基
   台側に、起歪部との対向面が湾曲して形成され、起歪部
   がその弾性限界を越えて変位する以前にその起歪部と密
   着し、起歪部のそれ以上の変位を阻止する変位阻止体を
   配置したことを特徴とする半導体感圧素子の保護装置。
2. （２）　　変位阻止体が基台と一体成形されたことを特
   許請求の範囲第１項記載の半導体感圧素子の保護装置。
3. （３）感圧素子が肉薄の起歪部と肉厚の周辺部とからな
   る凹形に形成され、変位阻止体がこの凹所内に配置され
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
   感圧素子の保護装置。
4. （４）ｆ位阻止体が、感圧素子と基台とｔＩ！合する−
   の温度より高い融点を持゛つ材料で構成されたことｔ特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の半導体感圧素子の
   保ｍ装置。
5. （５）　　変位素正体が、加熱硬化剤で構成されたこと
   ｔ−特徴とする特許請求の範囲第３項記載の半導体感圧
   素子の保−装置。