(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の圧力を検出する圧力検出素子と、
前記圧力検出素子に接続され、外部に引き出される複数の電線と、
前記圧力検出素子、及び、前記複数の電線を内部に収容する防水ケースと、
前記防水ケースの内周部に充填される封止剤と
を備える圧力センサにおいて、
前記圧力センサの外周面を覆う前記防水ケース及び前記封止剤のいずれよりも水蒸気透過度が低いコーティング剤を更に備え、
前記コーティング剤は、前記圧力センサの外周面を覆う前記防水ケース及び前記封止剤のいずれよりも撥水性が高く、
前記コーティング剤は、前記封止剤及び前記防水ケースの外周面の全てを覆うことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記コーティング剤は、フッ素系樹脂であることを特徴とする請求項１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、圧力センサに関し、特に圧力検出素子を防水ケースなどで覆い使用する圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から流体の圧力を検出する圧力センサとして、例えば液封型の圧力センサが知られている。【０００３】
液封型の圧力センサは、圧力検出される流体を圧力室に供給する流体供給部と、圧力室の流体の圧力を検出する圧力検出部と、圧力検出部で検出された圧力信号を外部に送出する信号送出部と、流体供給部、圧力検出部、及び、信号送出部を覆う外表面部材から構成される。【０００４】
外表面部材は、例えば、略円筒形状で圧力検出部及び信号送出部の周囲を覆う防水ケースと、端子台の上部に被される端子台キャップと、防水ケースの内周面とハウジングの外周面及び端子台の外周面との間を充填する封止剤とを主に備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１６６３９号公報
【特許文献２】特開２００４−３７３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような、圧力検出素子を防水ケースや封止剤で覆い、圧力検出素子に配線が接続される圧力センサでは、使用環境により、水分が製品樹脂内に透過し、製品の絶縁抵抗が低下することがある。また、絶縁抵抗の低下が更に進行すると、回路短絡を起こす可能性もある。これは、防水ケース等を透過した水と、プリント配線板上のハロゲンイオンにより、金属イオンの移行が起こり、このイオンが電子と結合し、再び金属化することにより新たな電流路が形成されることが原因である。【０００７】
このような、防水性能を測定する試験としてＰＣＴ試験（プレッシャークッカ試験）が知られており、樹脂封止された電子部品などの耐湿性の評価に使用されている。プレッシャークッカ試験は１００℃以上で、かつ高密度な水蒸気雰囲気を再現し、試験槽内の水蒸気圧力を製品の内部の水蒸気分圧よりも極端に高めることにより、製品の内部への水分の浸入を時間的に短縮することができ、電子部品材料の耐湿評価の加速寿命試験に使用される。【０００８】
以上のような防水性能を高める手段としては、例えば、ケースを頑強にするなどの方法も考えられるが、コストが上がる、内部に部品を設置する製造工数が嵩むなどの問題がある。また、特許文献１には、半導体圧力センサにおいて、樹脂ケース内にセンサチップなどを配置した後、軟質なゲル状コーティング樹脂を充填して、樹脂ケース内に空気、湿気の侵入などを防止する発明が記載されているが、上述のＰＣＴ試験のような室外での過酷な環境には対応できない。また、特許文献２には、センサハウジングの表面に、電気的な絶縁性を有する絶縁膜がコーティングされる圧力センサの発明が記載されているが、コーティングされた絶縁膜の防水性能については、記載されていない。【０００９】
したがって、本発明は、圧力検出素子を防水ケースなどで覆い使用する圧力センサにおいて、ＰＣＴ試験など、過酷な防水性能要求を満足できる圧力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の圧力センサは、流体の圧力を検出する圧力検出素子と、上記圧力検出素子に接続され、外部に引き出される複数の電線と、上記圧力検出素子、及び、上記複数の電線を内部に収容する防水ケースと、上記防水ケースの内周部に充填される封止剤とを備える圧力センサにおいて、上記圧力センサの外周面を覆う上記防水ケース及び上記封止剤のいずれよりも水蒸気透過度が低いコーティング剤を更に備え、上記コーティング剤は、上記圧力センサの外周面を覆う上記防水ケース及び上記封止剤のいずれよりも撥水性が高く、上記コーティング剤は、上記封止剤及び上記防水ケースの外周面の全てを覆うことを特徴とする。
【００１２】
また、上記コーティング剤はフッ素系樹脂であるものが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧力センサによれば、圧力検出素子を防水ケースなどで覆い使用する圧力センサにおいて、ＰＣＴ試験など、過酷な防水性能要求を満足できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る圧力センサの第１の実施形態として液封形の圧力センサを示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る圧力センサの第２の実施形態として液封形の圧力センサを示す縦断面図である。
【図３】本発明のコーティング対策の効果を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る圧力センサの第１の実施形態として液封形の圧力センサ１００を示す縦断面図である。
【００２０】
図１において、液封型の圧力センサ１００は、圧力検出される流体を後述する圧力室１１２Ａに供給する流体導入部１１０と、圧力室１１２Ａの流体の圧力を検出する圧力検出部１２０と、圧力検出部１２０で検出された圧力信号を外部に送出する信号送出部１３０と、流体導入部１１０、圧力検出部１２０、及び、信号送出部１３０を覆う外表面部材１４０とを備える。
【００２１】
流体導入部１１０は、圧力検出される流体が導かれる配管に接続される金属製の継手部材１１１と、継手部材１１１の配管に接続される端部と別の端部に溶接等により接続されるお椀形状を有する金属製のベースプレート１１２とを備える。
【００２２】
継手部材１１１には、上述の配管の接続部の雄ねじ部にねじ込まれる雌ねじ部１１１ａと、配管から導入された流体を圧力室１１２Ａに導くポート１１１ｂとが形成される。ポート１１１ｂの開口端は、ベースプレート１１２の中央に設けられた開口部に溶接等により接続される。なお、ここでは、継手部材１１１に雌ねじ部１１１ａが設けられるものとしたが、雄ねじが設けられるものとしてもよく、または、継手部材１１１の代わりに、銅製の接続パイプが接続されるものとしてもよい。ベースプレート１１２は、継手部材１１１と対向する側に向かい広がるお椀形状を有し、後述するダイヤフラム１２２との間に圧力室１１２Ａを形成する。
【００２３】
圧力検出部１２０は、貫通孔を有するハウジング１２１と、上述の圧力室１１２Ａと後述する液封室１２４Ａとを隔絶するダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム１２２の圧力室１１２Ａ側に配置されるダイヤフラム保護カバー１２３と、ハウジング１２１の貫通孔内部にはめ込まれるハーメチックガラス１２４と、ハーメチックガラス１２４の圧力室１１２Ａ側の凹部とダイヤフラム１２２との間にシリコーンオイル等の圧力伝達媒体が充填される液封室１２４Ａと、ハーメチックガラス１２４の中央の貫通孔に配置される支柱１２５と、支柱１２５に固定され液封室１２４Ａ内部に配置される圧力検出素子１２６と、液封室１２４Ａの周囲に配置される電位調整部材１２７と、ハーメチックガラス１２４に固定される複数のリードピン１２８と、ハーメチックガラス１２４に固定されるオイル充填用パイプ１２９とを備える。
【００２４】
ハウジング１２１は、例えばＦｅ・Ｎｉ系合金やステンレス等の金属材料により形成される。ダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム保護カバー１２３は、共に金属材料で形成され、共にハウジング１２１の圧力室１１２Ａ側の貫通孔の外周縁部において溶接される。ダイヤフラム保護カバー１２３は、ダイヤフラム１２２を保護するために圧力室１１２Ａ内部に設けられ、流体導入部１１０から導入された流体が通過するための複数の連通孔１２３ａが設けられる。ハウジング１２１は、圧力検出部１２０が組み立てられた後、流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周縁部において、溶接等により接続される。
【００２５】
支柱１２５の液封室１２４Ａ側には、圧力検出素子１２６が接着剤から構成される接着剤層により接着して固定される。なお、本実施形態では、支柱１２５は、Ｆｅ・Ｎｉ系合金で形成されるものとしたが、これには限定されず、ステンレス等その他の金属材料で形成されるものとしてもよい。圧力検出素子１２６は、流体導入部１１０から圧力室１１２Ａに導入された流体の圧力を、ダイヤフラム１２２を介して液封室１２４Ａ内のシリコーンオイルの圧力変動として検出する半導体圧力センサ等の電子式の圧力センサである。
【００２６】
電位調整部材１２７は、特許第３９８７３８６号公報に記載されているように、圧力検出素子１２６を無電界（ゼロ電位）内に置き、フレームアースと２次電源との間に生じる電位の影響でチップ内の回路などが悪影響を受けないようにするために設けられる。電位調整部材１２７は、液封室１２４Ａ内の圧力検出素子１２６とダイヤフラム１２２との間に配置され、金属等の導電性の材料で形成され、圧力検出素子１２６のゼロ電位に接続される端子に接続される。
【００２７】
ハーメチックガラス１２４には、複数のリードピン１２８と、オイル充填用パイプ１２９が貫通状態でハーメチック処理により固定される。本実施形態では、リードピン１２８として、全部で８本のリードピン１２８が設けられている。すなわち、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、電源供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本のリードピン１２８と、圧力検出素子１２６の調整用の端子として５本のリードピン１２８が設けられている。なお、図１においては、８本のリードピン１２８のうち４本が示されている。複数のリードピン１２８は、例えば、金属またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６ａにより圧力検出素子１２６に接続され、圧力検出素子１２６の外部入出力端子を構成している。
【００２８】
オイル充填用パイプ１２９は、液封室１２４Ａの内部にシリコーンオイル等の圧力伝達媒体を充填するために設けられる。なお、オイル充填用パイプ１２９の一方の端部は、オイル充填後、図１の点線で示されるように、押し潰されて閉塞される。
【００２９】
信号送出部１３０は、圧力検出部１２０の圧力室１１２Ａに対向する側に設けられ、複数のリードピン１２８を配列する端子台１３１と、端子台１３１に接着剤１３２ａにより固定され、複数のリードピン１２８に接続される複数の接続端子１３２と、複数の接続端子１３２の外端部に半田付け等により電気的に接続される複数の電線１３３と、ハウジング１２１の上端部と端子台１３１の間にシリコーン系接着剤で形成される静電気保護層１３４とを備える。
【００３０】
端子台１３１は、略円柱形状であって、当該円柱の中段付近に、上述の複数のリードピン１２８を固定するための固定壁を有する形状に形成され、樹脂材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により形成される。端子台１３１は、例えば、エポキシ樹脂などの接着剤により、圧力検出部１２０のハウジング１２１の上部に固定される。
【００３１】
接続端子１３２は、金属材料で形成され、端子台１３１の上述の固定壁より上段の円柱側壁に垂直に接着剤１３２ａにより固定される。なお、本実施形態では、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、電源供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本の接続端子１３２が設けられる。３本の接続端子１３２の内端部は、それぞれ対応するリードピン１２８に溶接等により電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、３本の接続端子１３２に接続するために３本の電線１３３が設けられる。電線１３３は、電線１３３のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された被覆をはがした芯線１３３ａに予め予備半田を行い、その撚り線を束ねたものを、上述の接続端子１３２の外端部に設けられた穴に貫通させた後、半田付けや溶接等により接続端子１３２に電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。また、３本の電線１３３は、圧力センサ１００の周囲を覆う外表面部材１４０から引き出された後、３本束ねた状態にしてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された保護チューブ１３５で覆われる。
【００３３】
静電気保護層１３４は、ハーメチックガラス１２４の上端面を覆うようにハウジング１２１の上端面に塗布され、シリコーン系接着剤により形成される所定の厚さを有する環状の接着層と、複数のリードピン１２８が突出するハーメチックガラス１２４の上端面全体に塗布され、シリコーン系接着剤からなる被覆層とから構成される。静電気保護層１３４は、ＥＳＤ保護回路の有無に影響されることなく、圧力検出部１２０の静電気耐力を向上させるために設けられる。
【００３４】
外表面部材１４０は、略円筒形状で圧力検出部１２０及び信号送出部１３０の周囲を覆う防水ケース１４１と、端子台１３１の上部に被される端子台キャップ１４２と、防水ケース１４１の内周面とハウジング１２１の外周面及び端子台１３１の外周面との間を充填する封止剤１４３とを備える。
【００３５】
端子台キャップ１４２は、例えば樹脂材料により形成される。端子台キャップ１４２は、本実施形態では、上述の円柱形状の端子台１３１の上部を塞ぐ形状に形成され、ウレタン系樹脂等の封止剤１４３が充填される前に端子台１３１の上部に被される。しかしながら、端子台キャップ１４２はこの形状には限定されず、端子台１３１の上部及び防水ケース１４１の上部を一体として塞ぐ形状に形成され、封止剤１４３が充填された後に被されるものとしても、または、端子台キャップ１４２とは別に新たな蓋部材が設けられ、端子台キャップ１４２及び封止剤１４３が配置された後に、防水ケース１４１の上部に新たな蓋部材が被されるものとしてもよい。
【００３６】
防水ケース１４１は、樹脂材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により略円筒形状に形成され、円筒形状の下端部には、内側に向かうフランジ部が設けられている。このフランジ部には、防水ケース１４１の上部の開口部から挿入された信号送出部１３０及び圧力検出部１２０が接続された流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周部が当接する。この状態で封止剤１４３を充填することにより圧力検出部１２０等の内部の部品が固定される。
【００３７】
図１に示す本発明の圧力センサ１００では、防水ケース１４１、端子台キャップ１４２、及び、封止剤１４３を含む圧力センサ１００の外周面の全面が均一にコーティング剤１４４でコーティングされる。なお、金属部品である継手部材１１１、及び、ベースプレート１１２などには、コーティング剤１４４をコーティングする必要はない。コーティング剤としては、防水ケース１４１及び封止剤１４３のいずれかよりも水蒸気透過度が低いコーティング剤を使用すると良い。なお、例えばＰＢＴで形成された防水ケース１４１の水蒸気透過度は１．２ｇ・ｍｍ／ｍ２・２４ｈであり、ウレタン系樹脂の封止剤１４３の水蒸気透過度は７ｇ・ｍｍ／ｍ２・２４ｈである。具体的なコーティング剤の種類としては、フッ素系樹脂を含む、例えば、フロロサーフ（登録商標）などのコーティング剤が使用可能であるが、これには限定されない。フッ素系樹脂のコーティング剤１４４は、ポリマー系などの他のコーティング剤と比較して、難付着性、撥水性・撥油性、耐熱性、耐磨耗性などの性能が優れている。
【００３８】
このような、フッ素系樹脂を含むコーティング剤１４４を圧力センサ１００の外周面の全面に均一にコーティングしてＰＣＴ試験を行った。試験条件としては、コーティング剤１４４として、フロロサーフ（ＦＧ−３０５０シリーズ）（登録商標）を、膜圧１２０μｍで塗布し、１１０℃、１．４気圧の、高温の水蒸気ガスが充満する環境に放置する等の試験条件が考えられる。
【００３９】
図３は、本発明のコーティング対策の効果を示す模式図である。
図３に示す横軸は耐久時間（ｈ）を示し、縦軸は絶縁耐圧（ＭΩ）を示す。図３に示すように、コーティング剤が有る場合は、コーティング剤が無い場合と比較して、絶縁耐圧（ここでは１０００ＭΩ）を確保できる耐久時間が長くなることがわかる。
【００４０】
また、上述のようにフッ素系樹脂のコーティング剤１４４のように撥水性を有するコーティング剤を使用すると水が付着するような環境において、水との接触面積が小さくなるため、防水性能が更に向上する。
【００４１】
なお、本実施形態では、圧力センサの一例として、液封形の圧力センサ１００を例にとり説明したが、これには限定されず、本発明は、防水ケースなどの樹脂で防水機能を確保する全ての圧力センサに適用可能である。
【００４２】
以上のように本発明の第１の実施形態によれば、圧力検出素子を防水ケースなどで覆い使用する圧力センサにおいて、ＰＣＴ試験など、過酷な防水性能要求を満足できる圧力センサを提供できる。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４４】
図２は、本発明に係る圧力センサの第２の実施形態として液封形の圧力センサ２００を示す縦断面図である。
【００４５】
図２において、液封型の圧力センサ２００は、図１に示す圧力センサ１００と比較して、コーティング剤２４４がコーティングされる位置が異なり、その他の構成要素は同じである。同様の構成要素には、同様の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４６】
図２において、液封型の圧力センサ２００では、コーティング剤２４４が防水ケース２４１の上部の開口部に配置された封止剤２４３及び端子台キャップ２４２の上面のみにコーティングされる。コーティング剤２４４としては、第１の実施形態と同様に、フッ素系樹脂を含むコーティング剤が使用される。これにより、第１の実施形態の圧力センサ１００と同等かそれに近い性能が期待できる。
【００４７】
以上のように本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態の圧力センサと同等の効果があり、更に、第１の実施形態の圧力センサと比較してコストを抑制できるという効果がある。
【００４８】
以上説明したように、本発明の圧力センサによれば、圧力検出素子を防水ケースなどで覆い使用する圧力センサにおいて、ＰＣＴ試験など、過酷な防水性能要求を満足できる。
【符号の説明】
【００４９】
１００、２００  圧力センサ
１１０、２１０  流体導入部
１１１、２１１  継手部材
１１１ａ、２１１ａ  雌ねじ部
１１１ｂ、２１１ｂ  ポート
１１２、２１２  ベースプレート
１１２Ａ、２１２Ａ  圧力室
１２０、２２０  圧力検出部
１２１、２２１  ハウジング
１２２、２２２  ダイヤフラム
１２３、２２３  ダイヤフラム保護カバー
１２３ａ、２２３ａ  連通孔
１２４、２２４  ハーメチックガラス
１２４Ａ、２２４Ａ  液封室
１２５、２２５  支柱
１２６、２２６  圧力検出素子
１２６ａ、２２６ａ  ボンディングワイヤ
１２７、２２７  電位調整部材
１２８、２２８  リードピン
１２９、２２９  オイル充填用パイプ
１３０、２３０  信号送出部
１３１、２３１  端子台
１３２、２３２  接続端子
１３２ａ、２３２ａ  接着剤
１３３、２３３  電線
１３３ａ、２３３ａ  芯線
１３４、２３４  静電気保護層
１４０、２４０  外表面部材
１４１、２４１  防水ケース
１４２、２４２  端子台キャップ
１４３、２４３  封止剤
１４４、２４４  コーティング剤
【図１】
0006781259.tif 000002
【図２】
0006781259.tif 000003
【図３】
0006781259.tif 000004