(57)【要約】【課題】静電耐圧の高い圧力検出装置を提供する。【解決手段】圧力検出装置１００は、ベース板１２と、圧力センサ１３と、絶縁層１５と、を備える。ベース板１２は、第１の面２１と第１の面２１の裏面となる第２の面２２とを有し、開口部２３を備える。圧力センサ１３は、汎用品であり、ベース板１２の開口部２３を覆って第１の面２１に配置され、開口部２３内の被測定流体の圧力に応じた電気信号を出力する圧力測定素子２５と、圧力測定素子２５とベース板１２との間に配置され、開口部２３に連通する開口を備える台座（第１の絶縁層）２４と、から構成される。絶縁層（第２の絶縁層）１５は、電気的に絶縁性を有し、ベース板１２に配置され、圧力センサ１３と自装置が載置される載置面との間を電気的に絶縁する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と前記第１の面の裏側に位置する第２の面とを有し、開口部を備えるベース板と、
前記ベース板の前記開口部を覆って前記第１の面に配置され、前記開口部内の被測定流体の圧力に応じた電気信号を出力する圧力測定素子と、前記圧力測定素子と前記ベース板との間に配置され、前記開口部に連通する開口を備える第１の絶縁層と、から構成される圧力センサと、
電気的絶縁性を有し、前記ベース板に配置され、前記圧力センサと自装置が載置される載置面との間を電気的に絶縁する第２の絶縁層と、
を備えることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記第２の絶縁層は、前記第２の面と前記載置面との間に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記ベース板を格納するハウジングを備え、
前記第２の絶縁層は、前記ハウジングと同じ材料により前記ハウジングと一体成形されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記第２の絶縁層は、前記ベース板の前記第１の面と前記第１の絶縁層との間に配置される、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記ベース板は、金属板から構成される、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の圧力検出装置。
【請求項６】
前記圧力センサの前記被測定流体の圧力を受ける面の裏面を覆う密閉された圧力基準室を形成する蓋部材を備え、
前記圧力測定素子は、前記圧力基準室内の流体の圧力と前記被測定流体の圧力との差に応じて歪みが生じるダイアフラムを備え、前記ダイアフラムの歪みに応じた電気信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体、液体等の流体の圧力を測定するために、半導体式圧力センサを用いた圧力検出装置が使用されている。特許文献１には、圧力導入口を備えた金属ベース板と、ベース板の圧力導入口を介して外気圧を受ける圧力センサと、圧力センサにワイヤボンディングを介して接続された電極端子と、を備える圧力検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５７６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている圧力センサは、ガラス台座に半導体チップが接合された構造を有する。半導体チップは、絶縁性のガラス台座により、金属ベース板から電気的に絶縁されている。しかし、ガラス台座は比較的薄く、その絶縁耐圧は低い。このため、圧力検出装置に静電気が放電した際、ガラス台座に耐圧を超える電圧が印加され、ガラス台座が絶縁破壊する虞がある。ガラス台座に絶縁破壊が発生すると、電極端子が、ガラス台座と金属ベース板を介して圧力検出装置が取り付けられている装置に短絡してしまう。電極端子に高電圧を印加して静電気試験を実施する場合にも同様の問題が発生する。
【０００５】
ガラス台座を厚くして、ガラス台座の絶縁耐圧を高くすることも可能であるが、ユーザ（アッセンブリメーカ等）において、汎用タイプの圧力センサを用いて圧力検出装置を構成する場合、ガラス台座の厚みを変更することは容易ではない。このため、汎用タイプの圧力センサを用いたとしても、静電耐圧の高い圧力検出装置が求められている。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、静電耐圧の高い圧力検出装置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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る圧力検出装置は、
第１の面と前記第１の面の裏側に位置する第２の面とを有し、開口部を備えるベース板と、
前記ベース板の前記開口部を覆って前記第１の面に配置され、前記開口部内の被測定流体の圧力に応じた電気信号を出力する圧力測定素子と、前記圧力測定素子と前記ベース板との間に配置され、前記開口部に連通する開口を備える第１の絶縁層と、から構成される圧力センサと、
電気的絶縁性を有し、前記ベース板に配置され、前記圧力センサと自装置が載置される載置面との間を電気的に絶縁する第２の絶縁層と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、静電耐圧の高い圧力検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）は、実施の形態に係る圧力検出装置の断面図であり、（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図に相当する。（Ｂ）は、実施の形態に係る圧力検出装置の底面図である。
【図２】（Ａ）は、圧力測定素子の平面図、（Ｂ）は圧力測定素子の回路図である。
【図３】実施の形態に係る圧力検出装置の静電耐圧試験を説明するための図である。
【図４】変形例に係る圧力検出装置の断面図である。
【図５】変形例に係る圧力検出装置の断面図である。
【図６】変形例に係る圧力検出装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態）
以下、本発明を実施するための形態に係る圧力検出装置を、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
本実施の形態に係る圧力検出装置１００は、図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ハウジング１１と、ベース板１２と、圧力センサ１３と、電極端子１４と、絶縁層１５と、蓋部材１６と、を備える。
【００１２】
ハウジング１１は、ほぼ円筒状に形成され、ベース板１２および圧力センサ１３を格納する。ハウジング１１は、例えばＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）樹脂などの電気的に絶縁性を有する樹脂から構成される。
【００１３】
ベース板１２は、圧力センサ１３を支持する円板状の部材であり、第１の面２１と第１の面２１の裏面となる第２の面２２とを有し、気体等の被測定流体が流通する開口部（圧力導入口）２３を備え、ハウジング１１に一体成形され、気密に固定されている。ベース板１２は、圧力センサ１３を支持し、測定対象流体の圧力により歪みが発生しないように強度が要求されるため、ＳＵＳ３０４などの金属から構成される。
【００１４】
圧力センサ１３は、ワンチップ化された半導体式圧力センサから構成されている。具体的には、圧力センサ１３は、ガラス製の台座（第１の絶縁層）２４と、台座２４に気密に陽極接合され、半導体基板を薄肉に形成した図２（Ａ）に示すダイアフラムＤと図２（Ｂ）に示す定電流回路ＣＣＣと増幅回路Ａｍｐとを備える圧力測定素子２５を備える。
【００１５】
圧力センサ１３は、被測定流体の圧力に応じた電圧信号を出力するものであり、ダイアフラムＤが開口部２３を覆ってベース板１２の第１の面２１に配置され、台座２４がダイボンドにより気密に固定されている。ダイアフラムＤには、図２（Ａ）に示すように、ボロン等の不純物が拡散処理されることでピエゾ抵抗効果を有する感圧素子となる４つの抵抗Ｒ１〜Ｒ４が形成され、抵抗Ｒ１〜Ｒ４とアルミニウム等の導電性材料を用いた配線パターンとにより図２（Ｂ）に示す圧力測定素子２５を構成するブリッジ回路が構成される。ブリッジ回路の出力を大きく取る為、開口部２３側からダイアフラムＤに圧力が加えられた場合に、ダイアフラムＤの引張歪が発生する位置に抵抗Ｒ１、Ｒ３が配置され、圧縮歪が発生する位置に抵抗Ｒ２、Ｒ４が配置されている。
【００１６】
抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ４との接続点に電源電極部ＰＥが形成され、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点にグランド電極部ＰＧが形成され、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点に第１の出力電極部Ｐ１、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点に第２の出力電極部Ｐ２、が形成されている。定電流回路ＣＣＣは、電源電極部ＰＥとグランド電極部ＰＧとの間に定電流を供給する。増幅回路Ａｍｐは、第１の出力電極部Ｐ１の電圧と第２の出力電極部Ｐ２の電圧とを差分増幅する。増幅回路Ａｍｐは、電源電圧が印加される電源パッドＶｄｄと、基準電位に接地されるグランドパッドＧＮＤと、差分増幅された出力電圧が出力される出力パッドＯＵＴと、を備える。
【００１７】
図１に戻って、電極端子１４は、ハウジング１１に気密にインサート成形され、一端がワイヤＷによって圧力センサ１３に電気的に接続され、他端がハウジング１１の外に突出している。より具体的には、電極端子１４は、電源用電極端子１４Ｅと、グランド用電極端子１４Ｇと、出力用電極端子１４Ｏを含み、電源用電極端子１４Ｅは電源パッドＶｄｄにワイヤボンディングにより接続され、グランド用電極端子１４ＧはグランドパッドＧＮＤにワイヤボンディングにより接続され、出力用電極端子１４Ｏは出力パッドＯＵＴにワイヤボンディングにより接続されている。各電極端子１４Ｅ、１４Ｇ、１４Ｏは、例えばＮｉメッキされたリン青銅などから構成される。ワイヤＷは、例えばアルミニウム製ワイヤから構成される。電源用電極端子１４Ｅに電源電圧が印加され、グランド用電極端子１４Ｇが接地されると、電源電極部ＰＥとグランド電極部ＰＧとの間に定電流が供給され、開口部２３内の被測定流体の圧力によるダイアフラムＤの歪みに相当するブリッジ回路の出力電圧が出力用電極端子１４Ｏから出力される。
【００１８】
絶縁層（第２の絶縁層）１５は、電気的絶縁性を有する層であり、ベース板１２の第２の面２２の縁部に配置され、リング状の形状を有し、ハウジング１１と同一材料によりハウジング１１と一体成形されている。絶縁層１５は、ベース板１２と圧力検出装置１００を載置する載置面との間を電気的に絶縁する。絶縁層１５の厚みＴは、圧力検出装置１００が必要とする耐電圧によって決定され、例えば、圧力検出装置１００を接地した金属板に載置し、電極端子１４の何れか１つに静電気が放電された場合に想定される電圧が印加されても、絶縁層１５および台座２４が絶縁破壊しない厚みである。
【００１９】
絶縁層１５の下面は、圧力検出装置１００の測定対象機器の載置面への取り付け面となる。
【００２０】
蓋部材１６は、例えばレーザー溶着によってハウジング１１に気密に固定され、ベース板１２の第１の面２１、圧力センサ１３のダイアフラムＤと共に、圧力センサ１３の被測定流体の圧力を受ける面の裏面を覆う密閉された圧力基準室Ｂを形成する。蓋部材１６は、例えばＰＰＳなどの樹脂から構成される。
【００２１】
上記構成を有する圧力検出装置１００は、圧力測定空間に開口部２３が連通するように、絶縁層１５又はハウジング１１が、測定対象機器の載置面に固定される。開口部２３を供給される被測定流体の圧力と、圧力基準室Ｂ内の流体の圧力（基準圧力）との差分に応じて圧力センサ１３のダイアフラムＤが歪む（変形する）。この歪み（変形）に応じて、ダイアフラムＤに形成された抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が変化し、ブリッジ回路ＢＣの出力パッドＰ１とＰ２の電圧が変化する。増幅回路Ａｍｐは、出力パッドＰ１とＰ２の電圧を差同増幅し、測定信号として出力用電極端子１４Ｏに出力する。すなわち、圧力測定素子２５が被測定対象流体の圧力に対応する電圧信号を出力する。
【００２２】
上記構成を有する圧力検出装置１００は、ベース板１２の第２の面２２の縁部が絶縁層１５で覆われている。このため、被測定装置に固定された状態で、圧力検出装置１００に静電気が放電した際、印加電圧は、台座（第１の絶縁層）２４と絶縁層（第２の絶縁層）１５との複数の絶縁層により分圧される。このため、台座２４にかかる電圧が、絶縁層１５が配置されていない場合に比して低くなる。これにより、台座２４及び絶縁層１５が絶縁破壊を起こすことを防ぐことができる。
【００２３】
また、製造過程で、電極端子１４に、台座（第１の絶縁層）２４の耐圧を超える電圧を印加する静電耐圧試験を実施しても、圧力検査装置１００の静電破壊を防ぐことができる。より具体的に説明すると、圧力検出装置１００の製造過程で、例えば、図３に示すように、接地した金属板Ｓに圧力検出装置１００（製造途中のため、蓋部材１６は配置されていない）を載置する。続いて、電極端子１４の何れかに、静電ガンＧにより台座（第１の絶縁層）２４の耐圧を超える電圧を印加する静電耐圧試験を実施しても、台座２４と絶縁層１５により印加電圧が分圧されるため、絶縁層１５及び台座２４の絶縁破壊を防ぐことができる。
このように、圧力検出装置合１００は、汎用の圧力センサ１３を構成要素としつつ、ユーザ（例えば、アッセンブリメーカ）側で任意の静電耐圧を得ることができる。また、絶縁層１５は、ハウジング１１と一体成形されるため、圧力検出装置１００の製造工程の組み立て工程数を削減できる。
【００２４】
（変形例）
上述の実施の形態の圧力検知装置１００では、絶縁層１５は、絶縁性を有する樹脂から構成される場合について説明した。絶縁層１５は、絶縁性を有する材料から構成されれば特に限定されず、例えば、セラミックス、ガラスから構成されてもよい。
【００２５】
また、絶縁層１５を、ベース板１２の第２の面２２の縁部に配置する場合について説明したが、絶縁層１５は、載置面と圧力センサ１３との間の絶縁耐圧を向上することができれば、ベース板１２の第２の面２２の何れの部分に配置されてもよい。例えば、絶縁層１５は、ベース板１２の開口部２３を除く第２の面２２全体を覆って配置されてもよい。
【００２６】
また、絶縁層１５は、ハウジング１１と一体成形される場合について説明したが、絶縁層１５は、ハウジング１１と一体成形されなくてもよく、図４に示すように、ハウジング１１とは別のパーツとしてベース板１２の第２の面２２の縁部に配置されてもよい。この場合、ハウジング１１を構成する材質とは別の材質で絶縁層１５が構成されてもよい。例えば、ハウジング１１は、樹脂から構成され、絶縁層１５は、絶縁性を有するセラミックスから構成されてもよい。
【００２７】
また、上記実施の形態では、ベース板１２として、円板状のベース板を例示したが、ベース板は、圧力センサ１３を安定して支持することができれば、その形状は任意である。例えば、図５に示すような階段状のステップを有するキャップ状の構成としてもよい。この場合も、ベース板１２の第１の面２１に開口部２３を覆って圧力測定素子２５を配置し、第１の面２１の裏側に位置する第２の面２２に絶縁層１５を配置すればよい。
【００２８】
また、絶縁層１５を、ベース板１２の第２の面２２に配置する例について説明したが、圧力測定素子２５と載置面との間を複数層の絶縁膜で絶縁できるならば、絶縁層の位置は任意である。例えば、絶縁層１５に代えて、図６に示すように、絶縁層（第２の絶縁層）１７をベース板１２の第１の面２１と圧力センサ１３の台座２４との間に配置してもよい。絶縁層１７の材質は、ガラス、セラミックス、樹脂など電気的に絶縁性を有する材料を採用することができる。このような構成でも、圧力測定素子２５と載置面との間を複数層の絶縁膜で絶縁することができ、静電耐圧を向上することができる。
【００２９】
また、絶縁層１５と絶縁層１７とを共に配置するようにしてもよい。
【００３０】
なお、第２の絶縁層１５、１７は、１層でも、２層以上の絶縁体を積層したものであってもよい。第２の絶縁層１５、１７を２層以上積層する場合、同じ材質の層を複数積層してもよく、異なる材質の層を積層してもよい。例えば、ガラスの層と樹脂の層とを積層したものでもよい。また、第２の絶縁層１５、１７の厚みは、圧力検出装置１００、１０１が必要とする静電耐圧によって決定される。
【００３１】
また、ワンチップ半導体式の圧力センサを例示したが、圧力センサの構成は任意である。
【００３２】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００３３】
１１  ハウジング
１２  ベース板
１３  圧力センサ
１４  電極端子
１４Ｅ  電源用電極端子
１４Ｇ  グランド用電極端子
１４Ｏ  出力用電極端子
１５  絶縁層（第２の絶縁層）
１６  蓋部材
１７  絶縁層（第２の絶縁層）
２１  第１の面
２２  第２の面
２３  開口部
２４  台座（第１の絶縁層）
２５  圧力測定素子
１００、１０１  圧力検出装置
Ｄ  ダイアフラム
Ｗ  ワイヤ
Ｂ  圧力基準室
Ｓ  金属板
【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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