(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース（１０）と、
前記ケースに収納されたセンサ素子（２０）と、
前記ケース内にて前記センサ素子の一面側に設けられ一定の基準圧力となっている基準圧力室（１４）と、
前記ケースに設けられ前記センサ素子の他面側に測定圧力を導入するための測定圧力導入部（１５）と、
前記センサ素子の一面に電気的に接続されたワイヤ（３０）とを備え、
前記基準圧力と前記測定圧力との比較に基づいて圧力検出を行うようにした圧力センサにおいて、
前記基準圧力室には撥水性を有するオイル状の部材（４０）が封入されており、このオイル状の部材によって前記センサ素子の一面および前記ワイヤが包み込まれており、
前記基準圧力室における前記ケースの壁部には、前記オイル状の部材の漏れを防止しつつ、前記基準圧力室の内圧変動に伴い前記基準圧力室の体積を増減させる圧力調整手段（５０、６０）が設けられており、
前記基準圧力室（１４）の内壁には、当該内壁から突出する複数の隔壁部（１６）が形成されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記圧力調整手段（５０、６０）は、前記ケース（１０）の壁部に設けられ前記基準圧力室（１４）から外部に通じる貫通孔（５１、６１）と、
前記ケースの壁部に設けられ、前記ケースの外側から加わる外圧と前記貫通孔から加わる前記基準圧力室の内圧との圧力差によって変位する移動体（５２、６２）とを備えるものである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】
前記移動体（５２）は、前記貫通孔（５１）の内部に設けられ前記圧力差によって前記貫通孔内を摺動するものである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】
前記移動体は、前記ケース（１０）の壁面の外側にて前記貫通孔（６１）を覆うように設けられたベローズ体（６２）であることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記オイル状の部材（４０）は、フッ素系オイルまたはシリコーン系オイルであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケースに収納されたセンサ素子に対して基準圧力と測定圧力とを印加し、基準圧力と測定圧力との比較に基づいて圧力検出を行うようにした相対圧型の圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の相対圧型の圧力センサ（以下、相対圧センサという）では、ケースと、該ケースに収納されたセンサ素子と、ケース内にてセンサ素子の一面側に設けられ大気圧等の一定の基準圧力となっている基準圧力室と、ケースに設けられセンサ素子の他面側に測定圧力を導入するための測定圧力導入部と、センサ素子の一面に電気的に接続されたワイヤとを備え、基準圧力と測定圧力との比較、例えば両圧力差に基づいて圧力検出を行うようにしている。
【０００３】
そして、このような相対圧センサでは、センサ素子ならびにワイヤの腐食防止等のため、基準圧力室に面するセンサ素子の一面やセンサ素子とワイヤとの接続部に低弾性率のゲル材を塗布し、このゲル材を加熱硬化させ固めて保護材として使用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の相対圧センサでは、ゲル材の熱膨張によりワイヤが切断されたり、ゲル材の塗布時にワイヤにゲル材が玉のように付着して硬化し、これが外部振動によって振動することでワイヤが切断されたりするという問題が生じる。
【０００５】
また、ゲル材は水分を吸湿することはないが、透過はするため湿度によりセンサ素子に水分が吸湿し特性が変動する可能性がある。特に、より感度を上げるべくセンサ素子を微細化するにつれ、従来問題でないような水分であっても、センサ特性に大きな影響を与えるようになってくる。例えば、ダイアフラム式のセンサ素子においては、ダイアフラムの薄肉化に伴い、わずかな水分がダイアフラムの歪み特性に影響を与えるという問題が生じる。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑み、相対圧センサにおいて、ワイヤの切断を適切に防止するとともに、センサ素子への水分の影響を極力抑制することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、ゲル材の代わりに撥水性を有するオイル状の部材を用いてセンサ素子およびワイヤを保護することに着目してなされたものである。
【０００８】
ただし、相対圧センサにおけるセンサ素子の一面側すなわち基準圧力室にオイル状の部材を設けるにあたっては、従来では基準圧力室は大気圧等の基準圧力に開放されているため、オイル状の部材が漏れないように封じ込める必要がある。本発明は、このような知見に基づいて創案されたものである。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明では、ケース（１０）と、ケースに収納されたセンサ素子（２０）と、ケース内にてセンサ素子の一面側に設けられ一定の基準圧力となっている基準圧力室（１４）と、ケースに設けられセンサ素子の他面側に測定圧力を導入するための測定圧力導入部（１５）と、センサ素子の一面に電気的に接続されたワイヤ（３０）とを備え、基準圧力と測定圧力との比較に基づいて圧力検出を行うようにした圧力センサにおいて、基準圧力室には撥水性を有するオイル状の部材（４０）が封入されており、このオイル状の部材によってセンサ素子の一面およびワイヤが包み込まれており、基準圧力室におけるケースの壁部には、オイル状の部材の漏れを防止しつつ、基準圧力室の内圧変動に伴い基準圧力室の体積を増減させる圧力調整手段（５０、６０）が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
それによれば、センサ素子の一面およびワイヤを包み込んで保護しているオイル状の部材は、硬化せず流動性があるため、温度が変化したり振動が加わってもワイヤの切断が発生しない。また、オイル状の部材は撥水性があるため、水分の透過は大幅に抑制できる。
【００１１】
また、圧力調整手段によってオイル状の部材の漏れを防止することができ、しかも圧力調整手段によれば、基準圧力室の内圧変動に伴い基準圧力室の体積を増減させることができるため、基準圧力室内の内圧すなわち基準圧力を一定に維持することができる。そのため、センサ特性は確保される。
【００１２】
よって、本発明によれば、相対圧センサにおいて、ワイヤの切断を適切に防止するとともに、センサ素子への水分の影響を極力抑制することができる。また、請求項１に記載の発明では、基準圧力室（１４）の内壁には、当該内壁から突出する複数の隔壁部（１６）が形成されていることを特徴とする。圧力センサが傾いたときなど、基準圧力室内のオイル状の部材が基準圧力室内の一方に偏在し、センサ素子がオイル状の部材から露出してしまう場合が起こる可能性がある。その点、本発明によれば、隔壁部によって基準圧力室内のオイル状の部材の移動を抑制することができるので、センサ素子を常にオイル状の部材によって封止しやすくでき、好ましい。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明では、上記請求項１に記載の圧力調整手段（５０、６０）は、ケース（１０）の壁部に設けられ基準圧力室（１４）から外部に通じる貫通孔（５１、６１）と、ケースの壁部に設けられ、ケースの外側から加わる外圧と貫通孔から加わる基準圧力室の内圧との圧力差によって変位する移動体（５２、６２）とを備えるものであることを特徴とする。
【００１４】
それによれば、基準圧力室の外圧と内圧との差に応じて移動体が変位することで、基準圧力室の内圧変動に伴い基準圧力室の体積を適切に増減させることができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明では、上記請求項２に記載の移動体（５２）は、貫通孔（５１）の内部に設けられ上記の圧力差によって貫通孔内を摺動するものであることを特徴とする。
【００１６】
それによれば、移動体は貫通孔の内壁と摺動しつつ変位するため、この移動体を境として貫通孔からオイル状の部材は漏れることが無くなり、適切な圧力調整手段を実現することができる。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明では、上記請求項２に記載の移動体は、ケース（１０）の壁面の外側にて貫通孔（６１）を覆うように設けられたベローズ体（６２）であることを特徴とする。
【００１８】
それによれば、貫通孔がベローズ体で覆われているからオイル状の部材の漏れを防止できると共に、ベローズ体の伸縮により基準圧力室の体積を適切に増減させることができる。つまり、適切な圧力調整手段を実現することができる。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明のように、上記オイル状の部材（４０）としては、フッ素系オイルまたはシリコーン系オイルを採用することができる。これらのオイルは水に比べて表面張力が非常に小さく無極性であるため、水に対して濡れにくいという性質を持つ。
【００２３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。以下の各実施形態に示す圧力センサは相対圧センサであり、ガス圧センサや水位センサ等に適用される。また、説明の簡略化のため、各実施形態相互において同一部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る圧力センサＳ１の概略断面構成を示す図であり、図１において（ａ）は全体図、（ｂ）は、（ａ）中の丸で囲んだＡ部の拡大図である。
【００２６】
圧力センサＳ１は、金属や樹脂あるいはセラミック等を成形する等により形成されたケース１０を備えている。このケース１０は、図１中、下側に位置する第１のケース１１と、上側に位置する第２のケース１２とを組み付けて一体化したものである。
【００２７】
第１のケース１１の一端側には凹部１３が形成されており、この凹部１３の底部には、センサ素子２０が接着等により固定され凹部１３に収納されている。第２のケース１２は、凹部１３を覆うように第１のケース１１に接着や溶接等により接合され固定されている。
【００２８】
センサ素子２０は例えばダイアフラムが形成された半導体基板を有する半導体ダイアフラム式のものであり、図１（ａ）では、センサ素子２０の一面２１と他面２２がそれぞれ該ダイアフラムの一面側と他面側に相当するものである。そして、当該一面２１と他面２２とに印加される圧力差によりダイアフラムが歪み、この歪みに基づく電気信号が出力されるようになっている。
【００２９】
このセンサ素子２０は、例えば上記半導体基板を直接またはガラス台座等を介して第１のケース１１に接着等により接合する。それにより、センサ素子２０が第１のケース１１に固定されている。
【００３０】
ケース１０において、凹部１３は第２のケース１２によって閉塞された部屋となっている。この部屋は、ケース１０内にてセンサ素子２０の一面２１側に設けられた部屋であり、一定の内圧すなわち基準圧力となっている基準圧力室１４として構成されている。
【００３１】
一方、ケース１０におけるセンサ素子２０の他面２２側すなわち第１のケース２１には、センサ素子２０の他面２２側に測定圧力を導入するための測定圧力導入部１５が形成されている。この測定圧力導入部１５は、第１のケース１０において突出して設けられた導入ポート１５ａと、この導入ポート１５ａとセンサ素子２０の他面２２側とを連通する導入孔１５ｂとにより構成されている。
【００３２】
本例では、閉塞された部屋である基準圧力室１４は大気圧に維持されており、測定圧力導入部１５には、ガス圧や水位変化に伴う圧力変化等といった測定部材からの測定圧力が導入されるようになっている。
【００３３】
つまり、センサ素子２０においては、一面２１側は一定の基準圧力になっており、他面２２側を受圧面として測定圧力が印加される。そして、基準圧力と測定圧力との比較、例えば両圧力の圧力差に基づいてセンサ素子２０からの出力がなされ、圧力検出が行われるようになっている。
【００３４】
また、センサ素子２０の一面２１側には、アルミや金等のワイヤボンディングにより形成されたワイヤ３０の一端側が接続されている。このワイヤ３０の他端側は、ケース１０に配設されたリードフレーム等からなる図示しないターミナルに接続されている。これにより、センサ素子２０の出力は外部に取り出されるようになっている。
【００３５】
このような圧力センサＳ１において、本実施形態では、基準圧力室１４内の全体に、撥水性を有するオイル状の部材４０が封入されており、このオイル状の部材４０によってセンサ素子２０の一面２１およびワイヤ３０が包み込まれている。
【００３６】
このオイル状の部材４０は、例えばフッ素系オイルまたはシリコーン系オイル等を用いることができるが、一般的にオイルと呼ばれるものに限らず、水に濡れにくい性質すなわち撥水性を有するオイル状のものであれば良い。
【００３７】
例えば、水の表面張力は７０ｍＮ／ｍであるのに対し、フッ素オイルやシリコーンオイルの表面張力は２０ｍＮ／ｍ程度である。このようなオイル状の部材４０は、水に比べて表面張力が非常に小さいので表面エネルギーが小さく極性が無いため、水に対し濡れにくい性質を持っている。
【００３８】
さらに、ケース１０における第２のケース１２の壁面には、オイル状の部材４０の漏れを防止しつつ、基準圧力室１４の内圧変動に伴い基準圧力室１４の体積を増減させる圧力調整手段５０が設けられている。
【００３９】
この圧力調整手段５０は、ケース１０における第２のケース１２の壁部に設けられ基準圧力室１４から外部に通じる貫通孔５１と、第２のケース１２の壁部に設けられケース１０の外側から加わる外圧と貫通孔５１から加わる基準圧力室１４の内圧との圧力差によって変位する移動体５２とからなる。
【００４０】
本実施形態の圧力調整手段５０においては、移動体５２は、貫通孔５１の内部に設けられ上記の圧力差によって貫通孔５１の内面と接しつつ移動する、すなわち貫通孔５１の内部を摺動するものである。
【００４１】
具体的には、図１（ｂ）に示すように、貫通孔５１は、第２のケース１２の壁部内に設けられた丸穴である空間部５３と、この空間部５３から基準圧力室１４に通じ空間部５３よりも径の小さい第１の孔５４と、空間部５３からケース１０の外部に通じ空間部５３よりも径の小さい第２の孔５５とから構成されている。
【００４２】
また、移動体５２は、空間部５３に収納された玉であり、当該玉の表面は空間部５３の内面と接している。そして、この移動体５２としての玉は、上記の圧力差によって空間部５３内を摺動するようになっている。また、第２の孔５５は、ストッパ５６に対して貫通孔として形成されている。このストッパ５６もケース１０の一部を構成しており、金属や樹脂あるいはセラミック等から形成されている。
【００４３】
このような圧力調整手段５０においては、移動体５２が空間部５３の内面に接して空間部５３の一方と他方とを遮断しているため、基準圧力室１４内のオイル状の部材４０が貫通孔５１から漏れないようになっている。そして、上記圧力差が加わったときに移動体５２が摺動することによって、貫通孔５１内における移動体５２の位置が変化するため、貫通孔５１も含めた基準圧力室１４の体積が増減するようになっている。
【００４４】
この図１に示す圧力センサＳ１は、例えば次のようにして作ることができる。第１のケース１１の凹部１３内にセンサ素子２０を固定し、ワイヤボンディング等を行ってワイヤ３０を形成する。次に、凹部１３にオイル状の部材４０を注入し、第２のケース１２を接合し固定する。
【００４５】
また、第２のケース１２における圧力調整手段５０は、まず、ストッパ５６を付けない状態で空間部５３内に移動体５２を投入し、その後、ストッパ５６を接着や溶接等によって第２のケース１２に固定することで形成することができる。このようにして上記圧力センサＳ１を製造することができる。
【００４６】
なお、空間部５３と移動体５２は、オイル状の部材４０が漏れずに移動体５２が摺動するように、両者を精密に加工することが必要である。また、このことに関連して、空間部５２を構成する第２のケース１２と移動体５２とは、熱膨張差が生じないように、同一もしくは同等の線膨張係数を有する材質であって線膨張係数の小さい金属や合成樹脂またはセラミック等を用いることが好ましい。
【００４７】
そして、圧力センサＳ１においては、例えば、導入ポート１５ａを測定部材に挿入して導入ポート１５ａの部分を測定圧力下に置き、第２のケース１２を大気圧下に置く。それにより、測定圧力導入部１５は測定圧力環境に通じ、圧力調整手段１５は大気圧環境に通じる。
【００４８】
すると、センサ素子２０の一面２１側はオイル状の部材４０を介して大気圧つまり一定の基準圧力となり、センサ素子２０の他面２２側は測定圧力を受圧する。そして、基準圧力と測定圧力との圧力差に応じてセンサ素子２０から信号が出力され、この信号はワイヤ３０から上記ターミナル等を介して外部に取り出されるようになっている。
【００４９】
このような圧力センサＳ１によれば、センサ素子２０の一面２１およびワイヤ３０を包み込んで保護しているオイル状の部材４０は、従来のゲル材のように硬化するものではなく流動性を有する。そのため、温度が変化したり振動が加わってもワイヤ３０の切断が発生しない。また、オイル状の部材４０は撥水性があるため、水分の透過は大幅に抑制できる。
【００５０】
また、圧力調整手段５０によってオイル状の部材４０の漏れを防止することができ、しかも圧力調整手段５０によれば、温度変化等による基準圧力室１４の内圧変動に伴い基準圧力室１４の体積を増減させることができる。そのため、基準圧力室１４内の内圧すなわち基準圧力を一定に維持することができ、センサ特性は確保される。
【００５１】
よって、本実施形態によれば、相対圧センサである圧力センサＳ１において、ワイヤ３０の切断を適切に防止するとともに、センサ素子２０への水分の影響を極力抑制することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、圧力調整手段５０を、上記貫通孔５１と移動体５２とを備えるものとしており、基準圧力室１４の外圧と内圧との差に応じて移動体５２が変位することで、基準圧力室１４の内圧変動に伴い基準圧力室１４の体積を適切に増減させることができる。
【００５３】
特に、本実施形態の圧力調整手段５０は、移動体５２が上記圧力差によって貫通孔５１の内壁と摺動しつつ変位する。そのため、この移動体５２を境として貫通孔５１からのオイル状の部材４０の漏れを防止することができ、適切な圧力調整手段５０が実現されている。
【００５４】
ここで、このような貫通孔５１内に摺動可能に設けられる移動体５２としては、上記図１（ｂ）に示すような玉形状のものに限定されない。例えば、貫通孔５０の空間部５３に応じた円柱または円筒形状のものであっても良い。また、移動体５２の材質としてはゴム状のものを採用することも可能である。
【００５５】
さらに、貫通孔５１内を移動体５２が摺動するという圧力調整手段５０としては、次の図２に示すようなものでも良い。図２では、貫通孔５１は一つの真っ直ぐな丸穴形状であり、この貫通孔５０内には円筒状の移動体５２が収納されている。
【００５６】
この移動体５２の外周面には、ゴム等からなるシール材としてのＯリング５２ａが取り付けられており、このＯリング５２ａと貫通孔５１の内壁面とが接しつつ、移動体５２は貫通孔５１内を摺動可能となっている。このような図２に示す圧力調整手段５０であっても上記と同様の作用効果を奏する。
【００５７】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサの圧力調整手段６０の概略断面構成を示す図である。本実施形態の圧力センサは、上記図１に示される圧力センサＳ１において圧力調整手段を変形したものであり、他の部分については同一である。
【００５８】
本実施形態の圧力調整手段６０も、上記同様、ケース１０における第２のケース１２の壁部に設けられ基準圧力室１４から外部に通じる貫通孔６１と、当該壁部に設けられケース１０の外側から加わる外圧と貫通孔６１から加わる基準圧力室１４の内圧との圧力差によって変位する移動体６２とを備える。
【００５９】
ここにおいて、本実施形態では、移動体６２は貫通孔６１の外部に設けられた樹脂や金属等からなるベローズ体より構成されている。このベローズ体６２は、一端側が開口部６３、他端側が閉塞部６４、中間部が蛇腹部６５を構成しており、開口部６３を第２のケース１２に例えば溶着や接着等により固定している。
【００６０】
そして、貫通孔６１は、ケース１０の壁面の外側にてベローズ体６２によって覆われているため、基準圧力室１４からのオイル状の部材４０の漏れは防止することができる。また、このベローズ体６２においては、その内面には貫通孔６１から基準圧力室１４の内圧が印加され、その外面には大気圧すなわち基準圧力が印加される。
【００６１】
そのため、上記両圧力の差によって蛇腹部６５が伸縮し、ベローズ体６２の閉塞部６４が変位するようになってる。それによって、ベローズ体６２の体積を含む基準圧力室１４の体積が増減することから、基準圧力室１４内の内圧すなわち基準圧力を一定に維持することができ、センサ特性は確保される。
【００６２】
よって、本実施形態においても、相対圧センサにおいて、ワイヤ３０の切断を適切に防止するとともに、センサ素子２０への水分の影響を極力抑制することができる。
【００６３】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサＳ２の全体概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記図１に示す圧力センサＳ１において、基準圧力室１４を構成するケース１０の内壁に、当該内壁から突出する複数の隔壁部１６を形成したことを相違点とするものであり、その他の部分は上記第１実施形態と同様である。
【００６４】
本例では、複数個の隔壁部１６は、基準圧力室１４を構成する第１のケース１１および第２のケース１２の内壁から突出するもので、図４の紙面垂直方向に延びるストライプ形状をなしている。このような隔壁部１６の作用効果は次のようである。
【００６５】
基準圧力室１４の全体にオイル状の部材４０が封入されるが、完全に全体に封入することは難しく、部分的に空気が入り込む場合がある。この場合、圧力センサの取付方向によっては、圧力センサが傾いたときに基準圧力室１４内のオイル状の部材が基準圧力室１４内の一方に偏在する。
【００６６】
すると、オイル状の部材４０内の気泡が移動してセンサ素子２０の一面に留まり、センサ素子２０の一面がオイル状の部材４０から露出してしまう場合が起こる可能性がある。
【００６７】
その点、本実施形態によれば、隔壁部１６によって基準圧力室１４内のオイル状の部材４０の移動すなわち気泡の移動を抑制することができるので、センサ素子２０を常にオイル状の部材４０によって封止しておくことが容易となり、好ましい。
【００６８】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態における圧力センサにおいては、基準圧力としては大気圧以外でも良く、例えば大気圧よりも高い圧力雰囲気あるいは低い圧力雰囲気の環境を基準圧力環境としても良い。要は、基準圧力は一定の圧力であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略断面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）中のＡ部拡大図である。
【図２】第１実施形態における圧力調整手段の変形例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る圧力センサの圧力調整手段の概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る圧力センサの全体概略断面図である。
【符号の説明】
１０…ケース、１４…基準圧力室、１５…測定圧力導入部、１６…隔壁部、
２０…センサ素子、３０…ワイヤ、４０…オイル状の部材、
５０…圧力調整手段、５１、６１…貫通孔、５２…移動体、
６２…ベローズ体。
【図１】
0003876726.tif 000002
【図２】
0003876726.tif 000003
【図３】
0003876726.tif 000004
【図４】
0003876726.tif 000005