(57)【要約】【課題】センサ素子が熱の影響を受けることを抑制することが可能な圧力センサを提供する。【解決手段】内部に閉空間１８を有し、検出された圧力に応じた信号を得るセンサ素子１５が閉空間１８に配置されるボディ３を備える。センサ素子１５を支持し、センサ素子１５へ圧力を伝達する導圧路の一部として機能する低圧側導圧パイプ２５および高圧側導圧パイプ２６を備える。閉空間１８は、真空状態、不活性ガスで満たされている状態、あるいは、空気で満たされている状態である。【選択図】  図１
2020187047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に閉空間を有し、検出された圧力に応じた信号を得るセンサ素子が前記閉空間に配置されるボディと、
前記センサ素子を支持し、前記センサ素子へ圧力を伝達する導圧路の一部として機能する導圧パイプと、
を備え、
前記閉空間は、真空状態、不活性ガスで満たされている状態、あるいは、空気で満たされている状態である、圧力センサ。
【請求項２】
前記センサ素子は、前記閉空間の境界から離隔して配置される、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記センサ素子は、前記センサ素子の一部が前記閉空間の境界に接するように配置される、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記導圧パイプは、
第１の圧力を伝達する第１の導圧路の一部として機能する第１の導圧パイプと、
第２の圧力を伝達する第２の導圧路の一部として機能する第２の導圧パイプと、
を含み、
前記センサ素子は、前記第１の圧力と前記第２の圧力との差圧に応じた信号を得る、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
差圧発信器に関する技術が開発されている。上記技術としては、例えば特許文献１に記載の技術が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１９４３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば特許文献１に記載の差圧発信器などの、圧力を検出する圧力センサにおいては、センサ素子（あるいはセンサチップ）が熱の影響を受けることを抑制することが要請されている。
【０００５】
本発明の目的は、センサ素子が熱の影響を受けることを抑制することが可能な圧力センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために本発明に係る圧力センサは、内部に閉空間を有し、検出された圧力に応じた信号を得るセンサ素子が前記閉空間に配置されるボディと、前記センサ素子を支持し、前記センサ素子へ圧力を伝達する導圧路の一部として機能する導圧パイプと、を備え、前記閉空間は、真空状態、不活性ガスで満たされている状態、あるいは、空気で満たされている状態であるものである。
【０００７】
本発明は、前記圧力センサにおいて、前記センサ素子は、前記閉空間の境界から離隔して配置されていてもよい。
【０００８】
本発明は、前記圧力センサにおいて、前記センサ素子は、前記センサ素子の一部が前記閉空間の境界に接するように配置されていてもよい。
【０００９】
本発明は、前記圧力センサにおいて、前記導圧パイプは、第１の圧力を伝達する第１の導圧路の一部として機能する第１の導圧パイプと、第２の圧力を伝達する第２の導圧路の一部として機能する第２の導圧パイプと、を含み、前記センサ素子は、前記第１の圧力と前記第２の圧力との差圧に応じた信号を得るものであってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、センサ素子が熱の影響を受けることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る圧力センサが搭載された差圧発信器の概略の構成を示す断面図である。
【図２】要部を拡大して示す断面図である。
【図３】他の実施の形態を示す断面図である。
【図４】他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】他の実施の形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る圧力センサの一実施の形態を図１および図２を参照して詳細に説明する。この実施の形態においては、本発明に係る圧力センサを差圧発信器に搭載する場合の一例について説明する。
【００１３】
図１に示す差圧発信器１は、本発明に係る圧力センサ２を収容するボディ３と、円筒状のカバー４とを備えている。ボディ３は、カバー４の一端部（図１においては下側の端部）に中央部が嵌合する状態でカバー４に固着されている。このため、円筒状のカバー４の一端部は、ボディ３によって閉塞されている。ボディ３とカバー４は、例えばステンレス鋼などの金属材料によって形成されている。
【００１４】
ボディ３は、図１において左側に位置する低圧側接液部５と、図１において右側に位置する高圧側接液部６とを有している。低圧側接液部５には、低圧側バリアダイアフラム７が壁の一部となるように低圧側受圧室８が設けられている。高圧側接液部６には、高圧側バリアダイアフラム９が壁の一部となるように高圧側受圧室１０が設けられている。低圧側バリアダイアフラム７および高圧側バリアダイアフラム９は、図示していない被計測流体の圧力で押されて変位する。
【００１５】
低圧側受圧室８は、ボディ３内とカバー４内とに形成された第１の導圧路１１を介して圧力センサ２に接続されている。高圧側受圧室１０は、ボディ３内とカバー４内とに形成された第２の導圧路１２を介して圧力センサ２に接続されている。第１の導圧路１１と第２の導圧路１２には、それぞれ圧力伝達媒体１３が充填されている。
【００１６】
圧力センサ２は、カバー４の中空部４ａ内に嵌合するハウジング１４と、このハウジング１４の中に収容されたセンサ素子１５とを有している。ハウジング１４は、有底円筒状に形成されたセンサヘッダー１６と、センサヘッダー１６の開口部を閉塞する蓋体１７とによって構成されている。センサヘッダー１６と蓋体１７もステンレス鋼などの金属材料によって形成されている。センサヘッダー１６の中には、蓋体１７で閉塞された閉空間１８が形成されている。センサヘッダー１６は、底部１６ａがボディ３と対向する状態でボディ３およびカバー４と嵌合し、ボディ３およびカバー４に液密となるように固着されている。蓋体１７は、センサヘッダー１６の開口部１６ｂに嵌合して気密となるように固着されている。
【００１７】
センサヘッダー１６には、上述した第１の導圧路１１に接続される第３の導圧路２１と、上述した第２の導圧路１２に接続される第４の導圧路２２とが形成されている。この実施の形態においては、カバー４とセンサヘッダー１６との嵌合部に第１の導圧路１１が形成されているために、第３の導圧路２１は、センサヘッダー１６の外周面からセンサヘッダー１６の軸心部に向けて延びるように形成されている。また、この実施の形態においては第２の導圧路１２がセンサヘッダー１６の底部１６ａとボディ３との間に形成されているために、第４の導圧路２２は、センサヘッダー１６の底部１６ａ内を軸線方向に延びている。第３の導圧路２１と第４の導圧路２２は、圧力伝達媒体１３で満たされている。
【００１８】
第１の導圧路１１と第３の導圧路２１は、低圧側接液部５から圧力伝達媒体１３によって圧力を伝達する低圧側導圧路２３を構成している。一方、第２の導圧路１２と第４の導圧路２２は、高圧側接液部６から圧力伝達媒体１３によって圧力を伝達する高圧側導圧路２４を構成している。
【００１９】
センサヘッダー１６の底部１６ａであって径方向の中心部には、低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６とがそれぞれセンサヘッダー１６の軸線方向に延びるように設けられている。これらの低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６は、それぞれステンレス鋼などの金属材料によって形成されている。低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６は、圧力センサ２へ圧力を伝達する導圧路の一部として機能する。低圧側導圧パイプ２５は、第３の導圧路２１に一端部が接続された状態で他端部が閉空間１８内に臨んでいる。高圧側導圧パイプ２６は、第４の導圧路２２に一端部が接続された状態で他端部が閉空間１８内に臨んでいる。低圧側導圧パイプ２５は、圧力伝達媒体１３で満たされて低圧側導圧路２３から圧力が伝達される。高圧側導圧パイプ２６は、圧力伝達媒体１３で満たされて高圧側導圧路２４から圧力が伝達される。低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６は、図２に示すように、それぞれ接着剤２７によってセンサヘッダー１６に接着されている。
【００２０】
低圧側導圧パイプ２５の他端部および高圧側導圧パイプ２６の他端部にはセンサ素子１５が接続されている。センサ素子１５は、低圧側接液部５の圧力が低圧側導圧路２３と低圧側導圧パイプ２５とを介して伝達されるとともに、高圧側接液部６の圧力が高圧側導圧路２４と高圧側導圧パイプ２６とを介して伝達される。この実施の形態においては、低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６とのうちいずれか一方のパイプが請求項４記載の発明でいう「第１の圧力を伝達する第１の導圧路の一部として機能する第１の導圧パイプ」に相当し、他方のパイプが請求項４記載の発明でいう「第２の圧力を伝達する第２の導圧路の一部として機能する第２の導圧パイプ」に相当する。
【００２１】
センサ素子１５の内部には、図示してはいないが、低圧側接液部５の圧力と高圧側接液部６の圧力とが加えられるセンサダイアフラムが設けられている。センサ素子１５は、センサダイアフラムの変位を電気信号に変換し、低圧側接液部５の圧力と高圧側接液部６の圧力との差圧に相当する信号を出力する。このセンサダイアフラムを含めてセンサ素子１５を形成する材料はシリコンである。
【００２２】
センサ素子１５は、センサヘッダー１６内の閉空間１８に収容されて、低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６とを介してセンサヘッダー１６に支持されている。この実施の形態によるセンサ素子１５は、閉空間１８の中央部に閉空間１８の底壁１８ａ（図２参照）および側壁１８ｂから離間するように位置付けられており、低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６のみを介してセンサヘッダー１６に支持されている。この実施の形態においては、底壁１８ａおよび側壁１８ｂが請求項２記載の発明でいう「閉空間の境界」に相当する。
【００２３】
閉空間１８にはセンサ素子１５の他に支持部材３１とフレキシブル配線板３２などが収容されている。支持部材３１は、フレキシブル配線板３２の一端部をセンサヘッダー１６に対して固定している。フレキシブル配線板３２の一端部は、図示していないボンディングワイヤを介してセンサ素子１５の出力端子（図示せず）に電気的に接続されている。フレキシブル配線板３２の他端部には、外部出力ピン３３が電気的に接続されている。外部出力ピン３３は、蓋体１７を貫通する状態で蓋体１７に支持されている。
【００２４】
閉空間１８は、センサ素子１５やフレキシブル配線板３２などが収容された状態で、所定の雰囲気とされて密封されている。蓋体１７には、閉空間１８内を所定の雰囲気とするときに空気を排出する貫通孔３４が形成されている。貫通孔３４は、閉空間１８内が所定の雰囲気になった後に封止材３５によって閉塞される。この実施の形態において所定の雰囲気とは、閉空間１８内が真空状態、窒素ガスやその他の不活性ガスで満たされている状態、あるいは、空気で満たされている状態であることをいう。閉空間１８を封止するにあたっては、封止材３５を抵抗溶接や、レーザー溶接によって蓋体１７に溶接したり、あるいは、貫通孔３４を有していない蓋体１７をセンサヘッダー１６に抵抗溶接によって溶接して行うことができる。また、貫通孔３４を有していない蓋体１７とセンサヘッダー１６との間にＯリングなどを有するシール構造を設けたり、蓋体１７をセンサヘッダー１６に接着剤で接着しても閉空間１８を封止可能である。
【００２５】
この実施の形態による差圧発信器１のボディ３とカバー４は、被計測流体の熱や、使用環境の熱などで加熱されることがある。この熱は、圧力センサ２のハウジング１４に直接伝達されるとともに、圧力伝達媒体１３を介して間接的にも伝達される。しかし、圧力センサ２は、センサ素子１５がハウジング１４（センサヘッダー１６）に低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６によって支持されるから、ハウジング１４の熱や圧力伝達媒体１３の熱が低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６とを介してセンサ素子１５に伝達されるようになる。このため、この実施の形態によれば、センサ素子が熱の影響を受けることを抑制することが可能な圧力センサを提供することができる。
【００２６】
この実施の形態によるセンサ素子１５は、低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６のみを介して支持されて閉空間１８の底壁１８ａおよび側壁１８ｂから離間している。このため、センサ素子１５に熱がより一層伝わり難くなるから、耐熱性が高い圧力センサを実現できる。
【００２７】
この実施の形態による閉空間１８は真空状態で封止されている。このため、閉空間１８内の温度が上昇することがないから、圧力センサ２の温度を更に低く保つことが可能になる。
【００２８】
この実施の形態において、圧力センサ２に圧力を導く導圧路は、低圧側導圧路２３と高圧側導圧路２４とによって構成されている。この圧力センサ２は、低圧側導圧路２３に接続された低圧側導圧パイプ２５と、高圧側導圧路２４に接続された高圧側導圧パイプ２６とを有し、低圧側導圧パイプ２５によって伝達された圧力と、高圧側導圧パイプ２６によって伝達された圧力との差圧を検出する。このため、この実施の形態によれば、耐熱性が高い差圧センサを提供することができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６がセンサ素子１５に接続される位置は、適宜変更することができる。低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６は、例えば図３に示すように、センサ素子１５を挟むような位置に接続することができる。図３において、図１および図２によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。図３は、閉空間１８を閉塞する蓋体１７や、閉空間１８内に収容されたフレキシブル配線板３２などの部材を省略して描いてある。
【００３０】
図３に示すセンサ素子１５は、ボディ３と筒状のカバー４とからなるハウジング１４の閉空間１８に収容されている。低圧側導圧パイプ２５は、図３において左側に位置するセンサ素子１５の一側部１５ａから一側方に向けて延びて途中で曲げられ、カバー４とセンサ素子１５との間でカバー４の軸線方向（図３においては上下方向）に延びてボディ３内の低圧側導圧路２３に接続されている。
【００３１】
高圧側導圧パイプ２６は、図３において右側に位置するセンサ素子１５の他側部１５ｂから他側方に向けて延びて途中で曲げられ、カバー４とセンサ素子１５との間でカバー４の軸線方向に延びてボディ３内の高圧側導圧路２４に接続されている。
この実施の形態においては、センサ素子１５が低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６とによって両側から支持される。このため、第１の実施の形態を採るときのようにセンサ素子１５の一側部が低圧側および高圧側導圧パイプ２６によって支持される場合と較べると、センサ素子１５を強固に支持できるようになる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
センサ素子１５から検出信号を取り出す部分の構造は、フレキシブル配線板３２に限定されることはなく、適宜変更することができる。センサ素子１５の検出信号は、図４に示すようにリードピン４１を用いて取り出したり、図示してはいないが、プリント基板やリード線などを用いて取り出すこともできる。図４において、図１および図２によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００３３】
図４に示すリードピン４１は、閉空間１８の底壁１８ａに設けられた中継板４２に立てて設けられ、蓋体１７を貫通してハウジング１４の外に導出されている。リードピン４１は、中継板４２上の配線（図示せず）と、ボンディングワイヤ４３などによってセンサ素子１５の出力端子（図示せず）に接続されている。
【００３４】
（第４の実施の形態）
センサ素子１５は、図５に示すように、低圧側導圧パイプ２５および高圧側導圧パイプ２６の他に、閉空間１８の底壁１８ａに接近させて配置することができる。図５において、図１および図２によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００３５】
図５に示すセンサヘッダー１６は、閉空間１８の底壁１８ａに開口する凹部５１を有している。低圧側導圧パイプ２５および高圧側導圧パイプ２６は、凹部５１の中を通されてセンサヘッダー１６とセンサ素子１５とを接続している。凹部５１の開口幅はセンサ素子１５の幅より狭い。センサ素子１５は、凹部５１の開口縁部に接着剤５２によって固定されている。接着剤５２は、センサ素子１５の複数の部分に塗布されている。このため、センサ素子１５は、その一部が閉空間１８の境界に接するように配置され、接着剤５２からなる熱伝達経路が可及的少なくなるようにセンサヘッダー１６に固定されている。
【００３６】
図５に示す形態を採ることにより、センサ素子１５の支持が安定するから、センサ素子１５の図示していない出力端子にボンディングワイヤをボンディングする作業を容易に行うことができる。したがって、この実施の形態によれば、耐熱性と組立性とに優れた圧力センサを提供することができる。
【００３７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲はかかる例に限定されない。本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、様々な変形例に想到しうることは明らかであり、これらの変形例についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。
【００３８】
例えば、上述した各実施の形態は、本発明に係る圧力センサ２を差圧センサに適用する例について説明した。しかし、本発明は、このような限定にとらわれることはない。本発明に係る圧力センサ２は、絶対圧センサにも適用することができる。絶対圧センサに本発明を適用する場合は、図示してはいないが、低圧側導圧パイプ２５と高圧側導圧パイプ２６とのいずれか一方のパイプをハウジング１４内の導圧路を介して真空あるいは大気圧の気室に接続する。気室から上記一方のパイプを経て圧力センサ２に至る通路内は、真空あるいは空気で満たされる。他方のパイプは、圧力伝達媒体１３とバリアダイアフラムとを介して被測定用流体の圧力が伝達されるように構成する。
【符号の説明】
【００３９】
１…差圧発信器、２…圧力センサ、１３…圧力伝達媒体、１４…ハウジング、１５…センサ素子、１８…閉空間、２３…低圧側導圧路、２４…高圧側導圧路、２５…低圧側導圧パイプ、２６…高圧側導圧パイプ。
【図１】
2020187047.tif 000003
【図２】
2020187047.tif 000004
【図３】
2020187047.tif 000005
【図４】
2020187047.tif 000006
【図５】
2020187047.tif 000007