(57)【要約】  【課題】圧力センサの信頼性を向上しつつ構成部品の削減により簡素化を図り組立ての容易化とコスト低減を目的とする。  【解決手段】圧力ポートおよびフランジを有する継手部材１０にダイヤフラム式センサ１２とプリント配線基板１４を装着し、パッケージ１９により気密的に密閉した圧力センサにおいて、パッケージ１９を気密端子１６および樹脂製ハウジング１８で構成し、構成の簡素化で部品点数を削減し組立て工数およびコスト低減を図る。【選択図】  図１
2005049240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定圧力を導入する圧力ポートおよびフランジを有する継手部材と、前記圧力ポートに配置した圧力に感応するダイヤフラム式センサと、このダイヤフラム式センサの検知信号を電気的に増幅処理する電気回路装置と、前記ダイヤフラム式センサおよび電気回路装置を囲繞するパッケージとを具備し、前記パッケージは金属シェル部材、この金属シェル部材を貫通するリード部材およびこのリード部材を金属シェル部材から絶縁して封着するガラス部材を有する気密端子からなり、前記気密端子の金属シェル部材を前記継手部材のフランジに気密的に溶接接合して前記ダイヤフラム式センサおよび前記電気回路装置を前記パッケージ内に収容し、前記リード部材の内部導出部分を前記電気回路装置に接続すると共に外部導出部分を出力ターミナルとした圧力センサ。
【請求項２】
前記パッケージは前記気密端子に装着した絶縁樹脂ハウジングを含み、このハウジング内に前記出力ターミナルを配置したことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記ハウジングは前記気密端子に予め一体成形で装着して前記リード部材の外部導出部分と密着固定したことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記電気回路装置はフレキシブルワイヤを介して前記リード部材の内部導出部分に接続したことを特徴とする請求項１ないし３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記電気回路装置はばね状接触子の介在で前記リード部材の内部導出部分に接続したことを特徴とする請求項１ないし３に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記リード部材の内部導出部分はコンタクトピンを有し、前記電気回路装置は導通スルーホールを有するプリント配線基板からなり、前記コンタクトピンを前記導通スルーホールに挿入して前記リード部材と前記電気回路装置を相互に接続したことを特徴とする請求項１ないし３に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記リード部材の内部導出部分を前記電気配線装置に接続する際に、電気的当接する部位にはんだ材を用いて接続固定したことを特徴とする請求項４ないし６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、圧力に感応する検出部と検出信号を電気的に処理する回路部とを気密的に密閉収容して外部環境から保護するパッケージタイプのセンサ装置、特に、ダイヤフラム式センサと検出信号を増幅処理する電気回路とを気密収容する簡素化構造のパッケージを利用して信頼性を高める圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力センサは、図６に示すように、フランジ付継手１の圧力伝達通路の先端部にダイヤフラム式センサ２を取り付け、センサからの検出信号をワイヤボンディング３の介在により近接して設けたプリント配線基板４に接続している。検出信号はプリント配線基板４で増幅処理され、電気信号として絶縁樹脂製ターミナルスタンド５を貫通するターミナル６から外部導出していた。ターミナルスタンド５は、継手１のフランジ面の所定位置に固定するため樹脂成形したハウジング７が用意され、このハウジング７がフランジ周辺側の係留突起部とかしめ固定されることにより所定位置に取付けられる。同時に、Ｏリング８の介在によって気密的にシールして支持される。換言すると、継手１のフランジにかしめ固定したハウジング７の内部にターミナルスタンド５を固定して収納する構造であった。一方、ターミナルスタンド５を挿通するターミナル６はハウジング７との間に生ずる隙間を埋めるためにターミナルスタンド５とハウジング７の間にガスケット９を介在させて固定させている。ここで、ダイヤフラム式センサ２はその片面に歪検知部を有し、検知部の検知信号を処理して外部導出するが、ターミナル６の保護のためにもハウジング７が利用されている。この種の圧力センサは、以下の特許文献によるものが知られている。
【特許文献１】特開２００２−１６８７１８
【特許文献２】特開２００２−０１３９９７
【特許文献３】特開２００１−３２４４０２
【０００３】
ところで、圧力センサには圧電素子、感圧ポリマ（重合体）、静電容量式（差圧センサ）、水晶式、プルドン管、ベローズおよびダイヤフラムなどの各種が知られている。特に、ダイヤフラム式センサは半導体で作られ、例えば、シリコン基板の上にＩＣ技術でｎ形やｐ形の抵抗体を拡散層で作っておき、シリコン基板の裏側から薄く削ってダイヤフラムという面板に加工し、これを補強するために固定台に接着して使用される。固定台は圧力の伝達通路側に設けられ伝達された圧力でダイヤフラムが変形して歪を検知する。歪の検知は半導体センサの電極間の抵抗値として検出され、ワイヤボンディングの介在で電気回路配線基板に接続されている。なお、圧力センサの種類により圧力伝達通路が異なり、差圧形圧力センサでは２つの導圧口を必要とするが、一般の絶対圧を検出する圧力センサでは単一通路の導圧ポートが利用されて絶対圧として測定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述する従来の圧力センサは、ダイヤフラム式センサを収納する歪検知部やプリント配線基板を外部環境から保護するとは云うものの、構造上隙間が生じ易く、且つ使用する材料や材質の変形や劣化から気密性が不充分であった。例えば、高温多湿とか温度変化の激しい環境において、Ｏリングと樹脂製ハウジングの間に生ずる隙間、Ｏリングとセンサ本体の金属部品との間の隙間、ハウジングとこれを貫通するターミナルの間のギャップ、さらに、Ｏリング、ターミナルスタンドおよびハウジングのパッケージ構成部品に使用される材料の変形や劣化などから外部の水蒸気や有害ガスの滲入が生じてセンサ主要部の歪検出部や電気回路部品さらには配線に不具合が生じ、センサの信頼性を損ねる等の問題があった。
【０００５】
したがって、本発明の目的は上記欠点の解消に鑑みて提案されたものであり、長期に亘り変形劣化の生じない安定部品を用いると共に構成部品の使用点数を減らして構造の簡素化を図り、さらには製造上では組立て作業を容易にして信頼性を高める新規且つ改良された圧力センサを提供することにある。
【０００６】
さらに、本発明の他の目的は、パッケージ内のセンサおよび電気回路部品とその配線体を外部環境から確実に保護する高度の気密性を確保し、使用する部品点数を削減して組み立て作業工数とコストを低減する圧力センサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、被測定圧力を導入する圧力ポートおよびフランジを備えた継手部材と、圧力に感応して圧力検出する圧力ポートに配置したダイヤフラム式センサと、このダイヤフラム式センサの検知信号を電気的に増幅処理する電気回路装置と、ダイヤフラム式センサおよび電気回路装置を囲繞するパッケージとを具備して構成するものであって、パッケージは金属シェル部材、この金属シェル部材を貫通するリード部材およびこのリード部材を金属シェル部材から絶縁封着したガラス部材を有する気密端子からなり、継手部材のフランジと気密端子の金属シェル部材を気密的に溶接接合してパッケージ内部にダイヤフラム式センサおよび電気回路装置を密閉収容し、リード部材の外部導出部分を電気信号取出し用出力ターミナルとした圧力センサが提供される。好ましくは、パッケージはさらに樹脂製ハウジングを含み、このハウジングを予め気密端子に固定装着して使用し、出力ターミナルの製作過程を含めて保護するようにする。
【０００８】
本発明による圧力センサは、圧力センサの主要部であるダイヤフラム式センサの歪検出部とプリント配線基板からなる電気回路装置とが、近接配置されワイヤボンディングで接続してパッケージ内に収容されると共にプリント配線基板からの生成信号の取り出しは気密端子のリード部材の内部導出部分とフレキシブルワイヤの介在で相互に接続される。組立ての容易化のために、このような相互接続には、ばね状接触子の使用のほか、コンタクトピンとスルーホールの利用構造、さらにはプリント配線基板のスルーホールへコンタクトピンを挿入すると同時にはんだ付け処理する方法などが提示され、信頼性の高い圧力センサが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の圧力センサは構成部品を削減して構造の簡素化を図ると共に組立ての合理化と省力化を図りコスト低減に寄与し、高い信頼性を維持するなど実用的で工業的価値が大である。例えば、気密端子のリード部材と電気回路装置のプリント配線基板との相互接続にコンタクトピンとスルーホールを利用すれば組立て作業が容易且つ確実に実施でき製品の信頼性を高める。また、気密的構造の安定化は、特に、高圧用の圧力センサに有利であり、そのために部品点数の削減化が大きく寄与している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の圧力センサは、ダイヤフラム式センサ、このセンサを圧力ポートに取付けて測定圧力気体または液体を導入する通路を形成した継手部材、センサの検知信号を電気的に増幅処理する電気回路装置およびこれらの主要部を気密的に囲繞するパッケージからなる。本発明の特徴はパッケージが金属シェル部材、この金属シェル部材を貫通するリード部材およびこのリード部材を金属シェル部材から絶縁封着したガラス部材を有する気密端子により構成し、継手部材のフランジと金属シェル部材を気密的に溶接接合し、パッケージ内部にダイヤフラム式センサおよび電気回路装置を密閉収容すると共にリード部材の外部導出部分を電気信号の出力ターミナルとして構造の簡素化と信頼性の向上を図った圧力センサを提供する。なお、パッケージは気密端子とこれに固定装着した絶縁樹脂ハウジングにより構成することで、リード部材の外部導出部分の出力ターミナルを保護するカバーとした。ここで気密端子のリード部材と電気回路装置のプリント配線基板との接続方法として、リード部材の内部導出部分はコンタクトピンを有し、プリント配線基板は導通スルーホールを有し、コンタクトピンを導通スルーホールに挿入して相互に接続したり、必要に応じて、コンタクトピンはスルーホールに当接させると共に挿入部位にはんだ材を用いて固定し、信頼性の向上を図った圧力センサも開示する。望むらくは、パッケージは気密端子のリード部材の外部導出部分が絶縁樹脂ハウジングと予めインサート成形などの手段により一体成形され、出力ターミナルをハウジング内で位置決めさせることで信頼性の向上と共に製作工程の簡素化とコスト低減化に役立てることを提案する。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の実施例である圧力センサについて図１を参照しつつ詳述する。図１に示す圧力センサは、継手部材１０に取付けたダイヤフラム式センサ１２および電気回路装置のプリント配線基板１４と、気密端子１６およびハウジング１８からなるパッケージ１９とにより構成され、ダイヤフラム式センサ１２とプリント配線基板１４がパッケージ１９の内部に気密的に密閉して収容される。継手部材１０は中央に被測定圧力を導入する通路とその先端に圧力ポート１１が形成され、圧力ポート１１に圧力に感応して圧力検出するダイヤフラム式センサ１２が取付けられる。ダイヤフラム式センサ１２の検知信号は、継手部材のフランジ１３面の中央部に固定したセンサ１２および近接配置したプリント配線基板１４がワイヤボンディング１５により結合され、プリント配線基板１４で電気的信号として抽出し増幅処理される。パッケージ１９は金属シェル部材２０と、この金属シェル部材２０を貫通するリード部材２２、およびリード部材２２を金属シェル部材２０から絶縁して封着するガラス部材２３を有する気密端子１６を具備し、継手部材１０のフランジ１３面に溶接１７により気密的に結合される。リード部材２２の外部導出部分は出力ターミナル２４となり、また内部導出部分は直接またはフレキシブルワイヤ２５を介在してプリント配線基板１４に接続される。パッケージ１９は気密端子１６に密着固定した樹脂製ハウジング１８を備え、このハウジングにより出力ターミナル２４を保護するカバーとして利用する。
【００１２】
図２（ａ）〜（ｄ）は、図１の圧力センサの組み立て過程を示す断面図であり、ダイヤフラム式センサ１２とプリント配線基板１４を継手部材１０のフランジ面の所定位置への配置からパッケージ１９の組立て完了までの４工程を示す。先ず、図４（ａ）の接続工程は気密端子１６の内部導出部分がフレキシブルワイヤ２５またはケーブルを介在してプリント配線基板１４の所定位置とはんだ付けして相互接続する。図４（ｂ）の溶接工程は気密端子１６の金属シェル部材２０の周辺部分を溶接１７により気密的に溶着結合する。次に、図４（ｃ）のハウジング装着工程に示すように、継手部材１０に固定された気密端子１６に対して、樹脂部材のハウジング１８がリード部材２２の外部導出部分から挿入配置される。最後に図４（ｄ）の接着工程に示すように、気密端子１６とハウジング１８とが接着により一体化されてパッケージ１９を完成する。ここで、パッケージ１９は気密端子とハウジングを予めインサート成形により一体成形することで組立て作業はより簡素化され容易になる。
【実施例２】
【００１３】
図３はリード部材２２とプリント配線基板１４との相互接続に関する実施例２を示す。図３はばね状接触子２６を使用した場合の接続方法であり、継手部材１０のフランジ面に金属シェル部材２０を溶接する工程でリード部材２２の内部導出部分に取付けたばね状接触子２６がプリント配線基板１４上の導電パターン（図示せず）に弾接して相互接続を可能にする。
【実施例３】
【００１４】
図４はリード部材２２とプリント配線基板１４との相互接続に関する実施例３を示す。この場合に、リード部材２２の内部導出部分にはコンタクトピン２７が取付けられ、プリント配線基板１４には所定位置に導通スルーホール２８が形成され、このスルーホール２８にコンタクトピン２７を挿入して電気的接続が得られる。ここで、リード部材２２とプリント配線基板１４との相互接続の際、はんだ付け処理により両者の接続を確実化する。例えば、ばね状接触子を介在する場合、気密端子を所定位置でかぶせるときの僅かな隙間からはんだ鏝の挿し込みやレーザー照射によりはんだ付けする。また、スルーホールなどのはんだ付け位置に予めペーストはんだを被着させコンタクトピンをスルーホールに挿入した密閉後にリフローはんだ処理する。このような組立て方法では、作業工数の削減やコスト低減を図るのに有利である。
【実施例４】
【００１５】
図５は本発明の実施例４を示している。この実施例ではパッケージを構成する気密端子が高耐圧に適する構造としたこと以外は実質的に図１に示す実施例１と同じであり、同一部分については同一符号を用いて示し,詳細な説明を省略する。すなわち、パッケージ１９を構成する気密端子に関し、図１の実施例１では金属シェル部材２０が断面直角に曲げられたコーナーを有するのに対し、図４の実施例３では金属シェル部材２１は曲線的に曲げられた断面のコーナーを有する。金属シェル部材のこのような丸み付の曲線的構造は、加工性や耐圧性に有利であり、高圧用の圧力センサとして安定し信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１である圧力センサの断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は同じく図１の圧力センサの各組立工程における断面図である。
【図３】図１の圧力センサにおける相互接続方法の実施例２を示す断面図である。
【図４】実施例３を示す部分拡大断面図である。
【図５】実施例４である圧力センサの断面図である。
【図６】従来の圧力センサの断面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１；フランジ付継手
２；ダイヤフラム式センサ
３；ワイヤボンディング
４；プリント配線基板
５；絶縁樹脂製ターミナルスタンド
６；ターミナル
７；ハウジング
８；Ｏリング
９；ガスケット
１０；継手部材
１１；圧力ポート
１２；ダイヤフラム式センサ
１３；フランジ
１４；プリント配線基板（電気回路装置）
１５；ワイヤボンディング
１６；気密端子
１７；溶接
１８；ハウジング
１９；パッケージ
２０、２１；金属シェル部材
２２；リード部材
２３；ガラス部材
２４；出力ターミナル
２５；フレキシブルワイヤ
２６；ばね状接触子
２７；コンタクトピン
２８；導通スルーホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005049240.tif 000006
【図５】
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【図６】
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