(57)【要約】【課題】ダイヤフラムを薄肉化してセンサ感度を高めた場合にも、流体を注ぎ込む際の衝撃によってセンサチップが破損してしまうのを抑制できる圧力センサを得る。【解決手段】圧力センサ１は、センサチップ３と、センサチップ３に流体圧を印加させる圧力導入部１１と、浴槽（流体貯留部）２０内に突出して配置される突出部１８を有し、突出部１８の内部に形成される流体通路Ｓに浴槽２０内の流体を導入して圧力導入部１１に伝達するケース１２と、突出部１８の外壁１８ｃに設けられる導入口３０とを備える。そして、導入口３０をケース１２の浴槽２０への取付状態で、流体通路Ｓから下側に向けて開口するように突出部１８の外壁１８ｃに設けることで、流体通路Ｓ内に空気溜り部を形成することができ、この空気溜り部が干渉機能を果たして衝撃を緩和することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧の印加によって撓み変形するダイヤフラムを有し、当該ダイヤフラムの撓み量によって印加された圧力を検知するセンサチップと、
前記センサチップに流体圧を印加させる圧力導入部と、
流体貯留部内に突出して配置される突出部を有し、前記突出部の内部に形成される流体通路に前記流体貯留部内の流体を導入して前記圧力導入部に伝達するケースと、
前記ケースの前記流体貯留部への取付状態で、前記流体通路から下側に向けて開口するように前記突出部の外壁に設けられる導入口と、を備えることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記ケースを、前記流体貯留部の側壁に取り付けた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、流体貯留部に溜められる水等の流体圧を検知する圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流体貯留部としての浴槽に、ダイヤフラムを用いた圧力センサを装着して使用するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この圧力センサは、ダイヤフラムを有するセンサチップをパッケージで密封するとともに、そのパッケージをケース内に収納して概ね構成されている。パッケージには、ダイヤフラムに水圧を作用させる圧力導入部が設けられており、かつ、ケースには浴槽に注ぎ込まれた水（又は湯）を圧力導入部に取り込む流体通路が形成されている。
【０００４】
そして、流体通路から取り込んだ水（又は湯）の水圧が、圧力導入部を介してダイヤフラムに作用することにより、ダイヤフラムの歪み量が変化する。この歪み量の変化をピエゾ抵抗素子等で検出して電気信号として取り出すことにより、水圧、つまり、浴槽に溜まった水位を検知できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５６１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術にあっては、流体通路が形成されたケースの突出部が真っ直ぐに延びて、その突出部の先端に水（又は湯）の導入口が設けられている。このため、浴槽に勢いよく注水した際に、注水時の衝撃が流体通路の導入口から圧力導入部を介してダイヤフラムに直接作用してしまうこととなる。
【０００７】
一方で、このようにダイヤフラムによって圧力を検出する場合、ダイヤフラムを薄肉化して歪み量を大きくすることにより、圧力センサの感度をより高めることができる。ところが、このようにダイヤフラムを薄肉化すると強度的に弱くなり、注水時の衝撃でセンサチップが破損して壊れてしまう恐れがあった。
【０００８】
そこで、本発明は、ダイヤフラムを薄肉化してセンサ感度を高めた場合にも、流体を注ぎ込む際の衝撃によってセンサチップが破損してしまうのを抑制できる圧力センサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、流体圧の印加によって撓み変形するダイヤフラムを有し、当該ダイヤフラムの撓み量によって印加された圧力を検知するセンサチップと、前記センサチップに流体圧を印加させる圧力導入部と、流体貯留部内に突出して配置される突出部を有し、前記突出部の内部に形成される流体通路に前記流体貯留部内の流体を導入して前記圧力導入部に伝達するケースと、前記ケースの前記流体貯留部への取付状態で、前記流体通路から下側に向けて開口するように前記突出部の外壁に設けられる導入口と、を備えることを要旨とする。
【００１０】
第２の特徴は、前記ケースを、前記流体貯留部の側壁に取り付けたことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、導入口を、流体通路から下側に向けて開口するように突出部の外壁に設けるようにしたので、流体通路の内側に空気溜り部を形成しておくことができる。したがって、流体貯留部に流体を注ぎ込む際の衝撃が導入口から流体通路内に作用した際に、内側の空気溜り部が干渉機能を果たして衝撃を緩和することができる。これにより、ダイヤフラムを薄肉化してセンサ感度を高めた場合にも、流体を注ぎ込む際の衝撃によってセンサチップが破損してしまうのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる圧力センサの断面図である。
【図２】図１に示す圧力センサを分解した断面図である。
【図３】ピエゾ抵抗素子が配置されたダイヤフラムを示した図であり、（ａ）は圧力が作用していない通常状態を概略的に示した断面図、（ｂ）は圧力が印加された状態を概略的に示した断面図である。
【図４】図３に示すダイヤフラムを概略的に示した平面図である。
【図５】ピエゾ抵抗素子の回路図である。
【図６】図１に示す圧力センサの流体貯留部への取付状態を示した断面図である。
【図７】図６に示す圧力センサのケースの導入口を下方から見た底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態では、背景技術で述べたように流体として浴槽に溜められる水（又は湯）である場合を例にとって説明するものとする。
【００１４】
図１、図２に示すように、本実施形態の圧力センサ１は、ダイヤフラム２を内蔵したセンサチップ３を有しており、このセンサチップ３は、集積回路チップ４とともに容器状のパッケージ５内に収納されている。また、パッケージ５の底部５ａには、紙面表裏方向に並設される複数の端子部６が配置されるようになっており、それら端子部６の両端部６ａ、６ｂがパッケージ５の両側から所定量突出して配置されている。そして、センサチップ３と集積回路チップ４およびそれら各チップ３、４と端子部６とは、ボンディングワイヤ７によって電気的に接続されている。
【００１５】
パッケージ５内には、センサチップ３、集積回路チップ４および端子部６を収納した状態でポッティング材８が充填されるようになっており、このポッティング材８の硬化によって各チップ３、４および端子部６が埋設状態で固定される。ポッティング材８としては、例えば、シリコン基板との密着性が高いＪＣＲ（Junction Coating Resin）を用いることが好ましい。そして、パッケージ５の開口部５ｂはカバー９によって閉止される。
【００１６】
また、パッケージ５の底部５ａの略中央部には、センサチップ３とは反対側に向けて突出する柱状のボス部１０が設けられ、このボス部１０の内部には、軸方向に貫通してセンサチップ３に水圧を印加させる圧力導入部としての水圧導入孔１１が形成されている。本実施形態では、水圧導入孔１１内にオイルが充填されており、このオイルを介して水圧がセンサチップ３に伝達されるようになっている。そして、センサチップ３に伝達された水圧はダイヤフラム２に印加される。
【００１７】
ダイヤフラム２は、印加された水圧によって歪み変形するが、その歪み量によって水圧の大きさ、つまり、水位を検知できるようになっている。具体的には、図３〜図５に示すように、ダイヤフラム２の歪み量の大きさは４個のピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４によって検出されるようになっている。なお、本実施形態ではダイヤフラム２は矩形状に形成されている。
【００１８】
ピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４は、図４に示すように、ダイヤフラム２の薄肉化させた歪み変形部２ａの所定部位に配置されている。すなわち、一対のピエゾ抵抗素子Ｐ１、Ｐ３は、歪み変形部２ａの対向辺部に配置されており、残りの一対のピエゾ抵抗素子Ｐ２、Ｐ４は、歪み変形部２ａの中央部に、ピエゾ抵抗素子Ｐ１、Ｐ３の対向方向とは直角方向に所定間隔を設けて配置されている。そして、ダイヤフラム２の歪み変化に伴って各ピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４に発生する抵抗値（Ｒ１〜Ｒ４）の変化で、ダイヤフラム２の歪み量が計測されるようになっている。
【００１９】
図３（ａ）は、ダイヤフラム２に水圧が印加されていない状態を示した図であり、図３（ｂ）は、水圧が印加された状態を示した図である。図３（ｂ）に示すように、水圧によってダイヤフラム２が撓み変形すると、両端部側のピエゾ抵抗素子Ｐ１、Ｐ３には圧縮応力が印加され、中央部側のピエゾ抵抗素子Ｐ２、Ｐ４には引張応力が印加される。これにより、圧縮応力が印加されたピエゾ抵抗素子Ｐ１、Ｐ３は抵抗値Ｒ１、Ｒ３がΔＲ分だけ増加するとともに、引張応力が印加されたピエゾ抵抗素子Ｐ２、Ｐ４は抵抗値Ｒ２、Ｒ４がΔＲ分だけ減少する。このときの抵抗値Ｒ１〜Ｒ４の増減幅はダイヤフラム２の歪み変形量に応じて変化することとなる。
【００２０】
各ピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４は、図５に示すブリッジ回路ＢＣを構成しており、それぞれの抵抗値Ｒ１〜Ｒ４の増減に応じてブリッジ回路ＢＣのＡ−Ｂ間に発生する電位差を電気信号として取り出し、その電気信号から水位を検知できるようになっている。
【００２１】
したがって、ダイヤフラム２をより薄肉化することによって、印加される水圧に対して歪み変形量が増大し、ひいては、各ピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４で検出される抵抗値Ｒ１〜Ｒ４の増減幅も大きくなってセンサ感度を高めることができる。
【００２２】
パッケージ５は、全体的にケース１２によって覆われている。このケース１２は、本実施形態では、パッケージ５の底部５ａ側と開口部５ｂ側とに分割された第１ケース１２Ａと第２ケース１２Ｂとで構成されている。そして、第１ケース１２Ａの底壁部１２Ａａの内側にパッケージ５を配置するとともに、そのパッケージ５を挟むようにして第２ケース１２Ｂを配置し、これら第１、第２ケース１２Ａ、１２Ｂは互いに嵌着して結合される。
【００２３】
第１ケース１２Ａの底壁部１２Ａａには、パッケージ５を係合する浅凹部１３が設けられているとともに、その浅凹部１３の内側領域には、ボス部１０を嵌合する深凹部１４が設けられている。そして、浅凹部１３には、パッケージ５の底部５ａ側が位置決めして固定され、かつ、深凹部１４には、パッケージ５のボス部１０が固定される。
【００２４】
浅凹部１３にパッケージ５を嵌合させた際、パッケージ５から突出した端子部６の両端部６ａ、６ｂが、底壁部１２Ａａの浅凹部１３の外側領域の内面に当接する。端子部６の両端部６ａ、６ｂには取付孔１５（図２参照）が形成されている一方で、第１ケース１２Ａの底壁部１２Ａａの内面にはかしめ突起１６が突設されている。そして、かしめ突起１６を取付孔１５に挿通してかしめることにより、パッケージ５が第１ケース１２Ａに固定されるようになっている。
【００２５】
また、深凹部１４にボス部１０を嵌合させた際、深凹部１４の内周にはＯリング１４ａが嵌挿されており、このＯリング１４ａによってボス部１０と第１ケース１２Ａとの間の液密性が保たれるようになっている。Ｏリング１４ａはワッシャー１４ｂによって抜止めされており、さらに、このワッシャー１４ｂは、かしめ部１４ｃによって抜止めされている。
【００２６】
また、端子部６の一端部６ａは、かしめ突起１６によるかしめ部分よりもさらに外側に突出しており、かつ、第１、第２ケース１２Ａ、１２Ｂのケース端部１２Ａｂ、１２Ｂａも、端子部６の一端部６ａを両側から覆うように突出している。そして、第１、第２ケース１２Ａ、１２Ｂを結合させた際に、ケース端部１２Ａｂ、１２Ｂａが端子部６の一端部６ａを囲繞して雄コネクタＣが形成されるようになっている。したがって、その雄コネクタＣに図示省略した雌コネクタを接続させることによって、端子部６に入力されたセンサチップ３および集積回路チップ４の電気信号を外部に取り出すことができる。
【００２７】
第１ケース１２Ａの底壁部１２Ａａのセンサチップ３とは反対側には、深凹部１４の底部を貫通して筒状の突出部１８が突設されている。この突出部１８の内部には、流体通路Ｓが形成されている。そして、深凹部１４にボス部１０を嵌合させた際に、流体通路Ｓ（突出部１８）の基端部１８ａ内にボス部１０の水圧導入孔１１が連通して配置されるようになっている。そして、突出部１８の流体通路Ｓに取り込まれた水圧が水圧導入孔１１内のオイルを介してセンサチップ３に印加されるようになっている。
【００２８】
第１ケース１２Ａの突出部１８は所定の肉厚をもって形成されており、図６に示すように、流体貯留部としての浴槽２０に取り付けられる。本実施形態では、浴槽２０の側壁２０ａの底部近傍に形成された取付穴２１に、突出部１８を外側から差し込むことにより、圧力センサ１の取り付けが行われる。このとき、突出部１８の先端部１８ｂ側が浴槽２０の内側に所定量突出し、その先端部１８ｂ側から浴槽２０内の水圧が突出部１８の流体通Ｓに取り込まれるようになっている。突出部１８と取付穴２１との間はＯリング２２によって液密性が保たれている。
【００２９】
ここで、本実施形態では、図１、図６および図７に示すように、突出部１８の先端部１８ｂが閉止壁１８Ｗによって閉塞されているとともに、その突出部１８の側壁（外壁）１８ｃの下部に、水（又は湯）の導入口３０が設けられている。換言すると、導入口３０は、流体通路Ｓから下側に向けて開口するように突出部１８の側壁１８ｃに設けられている。勿論、この導入口３０は、図６に示すケース１２の浴槽２０への取付状態において、流体通路Ｓから下側に開口するように設けられており、その取付状態では、導入口３０は浴槽２０の内側に位置して流体を取り込むことができるようになっている。
【００３０】
以上の構成により、本実施形態の圧力センサ１によれば、導入口３０を、流体通路Ｓから下側に向けて開口するように突出部１８の側壁（外壁）１８ｃに設けるようにしている。そのため、水（又は湯）を浴槽（流体貯留部）２０に注水する際に、流体通路Ｓの内側に空気溜り部を形成しておくことができる。
【００３１】
したがって、図６に示すように、浴槽２０に水（又は湯）を勢いよく注ぎ込んだ際の衝撃が導入口３０から流体通路Ｓ内に作用した際に、内側の空気溜り部が干渉機能を果たして衝撃を緩和することができる。これにより、ダイヤフラム２を薄肉化してセンサ感度を高めた場合にも、水（又は湯）を浴槽２０に注ぎ込む際の衝撃によってセンサチップ３が破損して壊れてしまうのを抑制することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、圧力センサ１のケース１２を浴槽２０（流体貯留部）の側壁２０ａに取り付けるようにしている。そのため、ケース１２を浴槽２０の底壁２０ｂに取り付ける場合と比べて、突出部１８の形状を単純化することができるという利点がある。すなわち、導入口３０を流体通路Ｓから下側に向けて開口するように設けるために、突出部１８を略Ｌ字状に形成する等の必要がないので好適である。
【００３３】
なお、本実施形態では、ケース２を浴槽２０（流体貯留部）の側壁２０ａに取り付けるようにしたが、浴槽２０の底壁２０ｂに取り付けるようにしても勿論よい。
【００３４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００３５】
例えば、流体貯留部としては、浴槽以外にも一般的なタンクであってもよい。また、流体が浴槽に注ぎ込まれる水（又は湯）に例をとって説明したが、これに限ることなく、タンクに溜められるその他の液体であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  圧力センサ
２  ダイヤフラム
３  センサチップ
１１  水圧導入孔（圧力導入部）
１２  ケース
１８  突出部
１８ｃ  外壁
２０  浴槽（流体貯留部）
３０  導入口
Ｓ    流体通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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