特許 6028557 センサユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6028557

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月16日

(54)【発明の名称】センサユニット

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/14 20060101AFI20161107BHJP

【ＦＩ】

   G01L19/14

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-277264(P2012-277264)

(22)【出願日】2012年12月19日

(65)【公開番号】特開2014-119433(P2014-119433A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2015年10月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(72)【発明者】

【氏名】藤原 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】川勝 一聡

(72)【発明者】

【氏名】森川 智隆

(72)【発明者】

【氏名】坪内 洋

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第３２０８５１２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００７−２５８６７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面側から第２面側に至る挿通孔が形成されたボディ部材と、該ボディ部材の第１面側に搭載されたセンサ部と、前記挿通孔に挿通された前記センサ部の外部電極と、前記ボディ部材の第１面側で前記センサ部を覆うキャップ部材とを備えるセンサユニットにおいて、
前記キャップ部材の内部に設けられ、少なくとも前記センサ部の周囲を覆い、且つ前記挿通孔を塞ぐように前記ボディ部材の第１面側に接合されており、前記外部電極の一部をなす貫通電極、或いは前記外部電極に接続される内部配線が形成されたセラミックス部材と、
前記キャップ部材の内部において、前記センサ部の上部を覆うように前記セラミックス部材の一端部側に配置され、前記セラミックス部材との間の隙間を介して前記キャップ部材を介した圧力が導かれる封液室を前記セラミックス部材とともに形成する、セラミックスで形成された保護キャップ部材と
を備えることを特徴とするセンサユニット。

【請求項2】

前記貫通電極或いは前記内部配線は、前記ボディ部材の第１面側に接合された前記セラミックス部材の端部とは異なる端部において幅広に形成されていることを特徴とする請求項１記載のセンサユニット。

【請求項3】

前記センサ部は、前記キャップ部材を介して導かれる外部の第１圧力を受ける第１受圧面と、外部の第２圧力を受ける第２受圧面とを備えており、
前記ボディ部材には、前記第２圧力を前記センサ部の前記第２受圧面に導く導圧路が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のセンサユニット。

【請求項4】

前記挿通孔は、前記導圧路の形成位置に応じて偏心した状態に形成されることを特徴とする請求項３記載のセンサユニット。

【請求項5】

前記セラミックス部材は、積層構造であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のセンサユニット。

【請求項6】

前記貫通電極或いは前記内部配線の少なくとも一部に沿うように形成されたシールド部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のセンサユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力、温度、流量等の物理量の測定に用いられるセンサユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

周知の通り、プラントや工場等においては、プロセスにおける各種の状態量（例えば、圧力、温度、流量等）を制御するプロセス制御システムが構築されており、高度な自動操業が実現されている。このようなプロセス制御システムでは、上記の状態量を測定するために、差圧・圧力伝送器、温度伝送器等の各種の伝送器が多数設けられている。この伝送器は、圧力、温度、流量等の測定に用いられるセンサユニットを備えており、センサユニットを用いて得られる測定結果を外部（例えば、プロセス制御を行うコントローラ）に伝送するものである。

【0003】

上記のセンサユニットは、概して、圧力、温度、流量等の検出を行うセンサ部、センサ部の検出信号を外部に出力するための外部電極、及びセンサ部を内部に収容する筐体を備える構成である。尚、上記の外部電極は、例えば筐体に形成された挿通孔に挿通され、一端が筐体の内部においてセンサ部と電気的に接続され、他端が筐体の外部に配置された金属ピンである。

【0004】

以下の特許文献１，２には、従来の差圧センサ及び圧力センサの一例が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、受圧ダイアフラムの中央部及び周縁部にそれぞれ形成された振動子の固有振動周波数が、受圧ダイアフラムに印加される圧力に応じて個別に変化する性質を利用して差圧を検出する差圧センサが開示されている。また、以下の特許文献２には、複数の基体層が積層接合されて構成され、内部に形成された貫通穴の上端から下端へ至るように導電体が設けられた基体上に圧力感知体が搭載された圧力センサが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特公平８−１０１６９号公報

【特許文献2】特許第３２０８５１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述したセンサユニットは、センサ部が収容されている筐体の内部を密封（封止）するためにハーメチック構造とされている。具体的には、上述したセンサ部の検出信号を外部に出力する外部電極（金属ピン）が、上述した筐体に形成された挿通孔（金属ピンが挿通される孔）に挿通された状態でガラス材によって封着されたハーメチック構造とされている。

【0007】

このようなセンサユニットは、上記のハーメチック構造によって１００ＭＰａ程度の耐圧性を実現することができるものの、ガラス材の強度を考慮すると、構造を何ら変更することなく、これ以上の耐圧性（例えば、２００〜３００ＭＰａ程度）を実現するのは難しいと考えられる。ここで、金属ピンの大径化或いは挿通孔の小径化を行ってガラス材の厚みを薄くし、或いはガラス材による金属ピンの封着長（ガラス材によって金属ピンが筐体に封着される長さ）を長くする構造の変更を行えば、耐圧性を向上させることができると考えられる。

【0008】

しかしながら、ガラス材の厚みを薄くすると、金属ピンと挿通孔の内壁との間隔が狭くなるため、金属ピンと筐体との間の寄生容量が増大してしまう。また、金属ピンの封着長を長くすると、金属ピンと筐体との間の誘電率が高い部分が増えるため、ガラス材の厚みを薄くした場合と同様に、金属ピンと筐体との間の寄生容量が増大してしまう。すると、ノイズが筐体から寄生容量を介して金属ピンに伝わる虞があるという問題が生ずる。

【0009】

また、センサユニットには、耐圧性の向上のみならず小型化が求められている。ここで、センサユニットを小型化するには、センサユニットを構成する各部材を小型化する必要があるが、各部材を小型化することによって寄生容量が増大してしまうことがある。例えば、筐体を小型化しようとすると、筐体に形成されている挿通孔も小径化する必要が生じ、これによりガラス材の厚みが薄くなって寄生容量が増大してしまう。このように、従来のセンサユニットは、小型化に伴って寄生容量が増大する可能性があるという問題があった。

【0010】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、小型で耐圧性を向上させることができ、更には寄生容量を低減することができるセンサユニット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】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明のセンサユニットは、第１面（Ｓ１）側から第２面（Ｓ２）側に至る挿通孔（Ｔ１、Ｔ２）が形成されたボディ部材（１７、２２）と、該ボディ部材の第１面側に搭載されたセンサ部（１１）と、前記挿通孔に挿通された前記センサ部の外部電極（１６、２３）と、前記ボディ部材の第１面側で前記センサ部を覆うキャップ部材（１５）とを備えるセンサユニット（１〜４）において、少なくとも前記センサ部の周囲を覆い、且つ前記挿通孔を塞ぐように前記ボディ部材の第１面側に接合されており、前記外部電極の一部をなす貫通電極、或いは前記外部電極に接続される内部配線（２１ａ）が形成されたセラミックス部材（１３、２１）を備えることを特徴としている。
この発明によると、ボディ部材に形成された挿通孔に挿通される外部電極の一部をなす貫通電極、或いは外部電極に接続される内部配線が形成されたセラミックス部材によって、ボディ部材の第１面側に搭載されたセンサ部の周囲が覆われ、且つボディ部材に形成された挿通孔が塞がれるようにされている。
また、本発明のセンサユニットは、前記貫通電極或いは前記内部配線が、前記ボディ部材の第１面側に接合された前記セラミックス部材の端部とは異なる端部において幅広に形成されていることを特徴としている。
また、本発明のセンサユニットは、前記センサ部が、前記キャップ部材を介して導かれる外部の第１圧力を受ける第１受圧面（１１ａ）と、外部の第２圧力を受ける第２受圧面（１１ｂ）とを備えており、前記ボディ部材には、前記第２圧力を前記センサ部の前記第２受圧面に導く導圧路（Ｃ１）が形成されていることを特徴としている。
また、本発明のセンサユニットは、前記挿通孔が、前記導圧路の形成位置に応じて偏心した状態に形成されることを特徴としている。
また、本発明のセンサユニットは、前記セラミックス部材が、積層構造であることを特徴としている。
また、本発明のセンサユニットは、前記貫通電極或いは前記内部配線の少なくとも一部に沿うように形成されたシールド部材（４１ａ〜４１ｃ）を備えることを特徴としている。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ボディ部材に形成された挿通孔に挿通される外部電極の一部をなす貫通電極、或いは外部電極に接続される内部配線が形成されたセラミックス部材が、ボディ部材の第１面側に搭載されたセンサ部の周囲を覆い、且つボディ部材に形成された挿通孔を塞ぐようにボディ部材の第１面に接合されているため、小型で耐圧性を向上させることができ、更には寄生容量を低減することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態によるセンサユニットの断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態によるセンサユニットの使用例を示す断面図である。

【図3】本発明の第２実施形態によるセンサユニットの断面図である。

【図4】本発明の第３実施形態によるセンサユニットの断面図である。

【図5】本発明の第４実施形態によるセンサユニットの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本発明の実施形態によるセンサユニットについて詳細に説明する。尚、以下では、差圧・圧力伝送器に設けられていて、圧力、流量等の測定に用いられるセンサユニットを例に挙げて説明する。

【0015】

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるセンサユニットの断面図である。図１に示す通り、本実施形態のセンサユニット１は、センサ部１１、支持台１２、セラミックス部材１３、保護キャップ１４、金属キャップ１５（キャップ部材）、金属ピン１６（外部電極）、及び金属ボディ１７（ボディ部材）を備える構成である。かかる構成のセンサユニット１は、金属キャップ１５を介して封液室Ｒに導かれる圧力と、導圧路Ｃ１〜Ｃ３を介して導かれる圧力との差圧を測定し、その測定結果を示す信号を金属ピン１６から外部に出力する。

【0016】

センサ部１１は、金属キャップ１５を介して封液室Ｒに導かれる外部の圧力（第１圧力）を受ける第１受圧面１１ａと、導圧路Ｃ１〜Ｃ３を介して導かれる外部の圧力（第２圧力）を受ける第２受圧面１１ｂとを有しており、第１受圧面１１ａに加わる圧力と第２受圧面１１ｂに加わる圧力との差圧を検出する。具体的に、センサ部１１は、例えばシリコン単結晶の基板上に形成され、一方の面が第１受圧面１１ａにされるとともに他方の面が第２受圧面１１ｂにされた受圧ダイアフラム（図示省略）と、受圧ダイアフラムの中央部及び周縁部にそれぞれ形成された第１，第２振動子（図示省略）とを備えており、第１受圧面１１ａ及び第２受圧面１１ｂの各々に加わる圧力の差圧に応じて第１，第２振動子の固有振動数が個別に変化する性質を利用して圧力（差圧）を検出する。

【0017】

支持台１２は、絶縁材で形成された支持部材であり、封液室Ｒ内においてセンサ部１１を固定支持する。具体的に、支持台１２は、内部に形成された導圧路Ｃ３がセンサ部１１の第２受圧面１１ｂに向けて開口し、且つ封液室Ｒ内の液体（具体的には、シリコンオイル）がセンサ部１１の第２受圧面１１ｂ側に侵入することがない状態にセンサ部１１を固定支持する。

【0018】

セラミックス部材１３は、セラミックスで形成された所定の厚みを有する略円柱形状の部材であって、一端部側に支持台１２が搭載されるとともに、他端部側に金属ボディ１７が接合される。尚、セラミックス部材１３の他端部は、金属ボディ１７の形状、センサ部１１の入出力部の形状、及び金属ピン１６の形状に合わせて適宜形状を変更しても良い。このセラミックス部材１３は、センサユニット１の耐圧性を向上させるために設けられており、その厚みは高圧（例えば、２００〜３００ＭＰａ程度）で破壊が生じない程度の厚みに設定される。

【0019】

具体的に、セラミックス部材１３の一端部には凹部が形成されており、支持台１２はセンサ部１１を支持した状態でこの凹部内に搭載される。つまり、セラミックス部材１３は、少なくともセンサ部１１及び支持台１２の周囲を覆うように設けられている。また、セラミックス部材１３に形成された上記凹部の中心部には、一端が金属ボディ１７に形成された導圧路Ｃ１に連通し、他端が支持台１２に形成された導圧路Ｃ３に連通する導圧路Ｃ２が形成されている。

【0020】

また、セラミックス部材１３の周縁部（センサ部１１及び支持台１２の周囲を覆う部分）には、金属ピン１６が貫通形成されている。つまり、セラミックス部材１３には、金属ピン１６の一部をなす貫通電極が形成されている。この金属ピン１６は、例えばワイヤーボンディングされた接続線を介してセンサ部１１と電気的に接続されており、センサ部１１の検出信号を外部に出力するためのものである。

【0021】

ここで、金属ピン１６は、セラミックス部材１３に対して、例えばロウ付け、ハンダ付け、或いは接着剤による接着等がなされて接合されている。また、金属ピン１６の端部１６ａ（金属ボディ１７が接合されたセラミックス部材１３の他端部側とは異なる一端部側における端部）は、他の部分よりも幅広に形成されていてハーメチック構造とされている。これらは、センサユニット１の耐圧性を向上させて、封液室Ｒ内の液体が金属ピン１６を伝って外部に漏れるのを防止するためである。

【0022】

保護キャップ１４は、セラミックスで形成された略円板状の部材であり、センサ部１１を保護するために設けられる。具体的に、保護キャップ１４は、セラミックス部材１３と同様の外径を有しており、センサ部１１及び支持台１２を覆うようにセラミックス部材１３の一端部側に配置される。これにより、セラミックス部材１３と保護キャップ１４とによって封液室Ｒが形成される。尚、センサユニット１の使用時には、封液室Ｒ内に液体（例えば、シリコンオイル）が充填される。

【0023】

金属キャップ１５は、有底円環状の部材であり、センサ部１１、支持台１２、セラミックス部材１３、及び保護キャップ１４を覆う保護部材である。つまり、金属キャップ１５は、金属ボディ１７の第１面Ｓ１側でセンサ部１１を覆っている。この金属キャップ１５は、その開口端の数箇所が金属ボディ１７の第１面Ｓ１に溶接（スポット溶接）されている。この金属キャップ１５の一部（例えば、側面）には、外部の圧力（第１圧力）を封液室Ｒに導くための導圧孔（図示省略）が形成されている。尚、センサユニット１の使用時には、金属キャップ１５とセラミックス部材１３及び保護キャップ１４との間の隙間部に、封液室Ｒ内の液体（例えば、シリコンオイル）と同様の液体が充填される。

【0024】

金属ピン１６は、前述の通り、センサ部１１の検出信号を外部に出力するためのものであり、セラミックス部材１３を貫通するよう形成されている。また金属ピン１６は、金属ボディ１７に形成された挿通孔Ｔ１に、金属ボディ１７に接触しないように挿通されており、金属ボディ１７の第２面Ｓ２側に延在するように形成されている。

【0025】

金属ボディ１７は、金属キャップ１５よりも大径の円柱形状部材である。この金属ボディ１７には、金属ピン１６が挿通される挿通孔Ｔ１と、外部の圧力（第２圧力）をセンサ部１１の第２受圧面１１ｂに向けて導く導圧路Ｃ１とが互いに交差しないように形成されている。挿通孔Ｔ１は、セラミックス部材１３を貫通する金属ピン１６の各々に対応した位置に設けられており、第１面Ｓ１側から第２面Ｓ２側に至るよう直線状に形成された孔である。これに対し、導圧路Ｃ１は、金属ボディ１７の第１面Ｓ１の中央部から第２面Ｓ２側に向かって延び、途中で金属ボディ１７の径方向に延びるよう形成されたＬ字形状の流路である。

【0026】

セラミックス部材１３は、金属ピン１６が金属ボディ１７に形成された挿通孔Ｔ１にそれぞれ挿通されるよう、他端部が金属ボディ１７の第１面Ｓ１に接合されている。つまり、セラミックス部材１３は、金属ボディ１７に形成された挿通孔Ｔ１を塞ぐように金属ボディ１７の第１面Ｓ１側に接合されている。ここで、セラミックス部材１３は、例えばロウ付け、ハンダ付け、或いは接着剤による接着等によって金属ボディ１７の第１面Ｓ１に接合されている。

【0027】

図２は、本発明の第１実施形態によるセンサユニットの使用例を示す断面図であって、（ａ）は実使用状態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は実使用状態への組み込み方法を示す断面図である。センサユニット１は、図２（ａ），（ｂ）に示す通り、例えば差圧・圧力伝送器に設けられた受圧部Ｊに組み込まれた状態で使用される。この受圧部Ｊは、底面Ｂ側が流体の流路とされており、流路を流れる流体の流量を測定するために用いられるものである。

【0028】

この受圧部Ｊには、センサユニット１を収容する凹部Ｑが形成されている。この凹部Ｑは、センサユニット１が備える金属ボディ１７の外径とほぼ同様の内径を有し、センサユニット１の高さ（金属ボディ１７の第２面Ｓ２から金属キャップ１５の最上部までの高さ）よりも僅かに大きな深みを有するものである。また、受圧部Ｊには、底面Ｂから凹部Ｑの底面に至る圧力流路Ｐ１と、底面Ｂから凹部Ｑの側面に至る圧力流路Ｐ２とが形成されている。尚、図２では図示を省略しているが、圧力流路Ｐ１，Ｐ２の端部（受圧部Ｊの底面Ｂ側における端部）には、可撓性を有する隔壁板（ダイアフラム）が設けられており、流路を流れる流体が圧力流路Ｐ１，Ｐ２に流れ込まないようにされている。

【0029】

ここで、圧力流路Ｐ１は、圧力流路Ｐ２に導かれる圧力よりも高圧が導かれる流路（高圧側の流路）であって、圧力流路Ｐ２は、圧力流路Ｐ１に導かれる圧力よりも低圧が導かれる流路（低圧側の流路）である。例えば、受圧部Ｊの底面Ｂ側における流路の途中（圧力流路Ｐ１が形成されている位置と、圧力流路Ｐ２が形成されている位置の間）にオリフィス板（図示省略）が設けられることによって、圧力流路Ｐ１が高圧側の流路とされるとともに、圧力流路Ｐ２が低圧側の流路とされている。

【0030】

センサユニット１は、図２（ｂ）に示す通り、金属キャップ１５が下を向くように（金属キャップ１５が凹部Ｑの底面と対向するように）凹部Ｑ内に収容され、図２（ａ）に示す通り、金属ボディ１７の第２面Ｓ２が全周に亘って治具Ｊに対して溶接等されることによって接合される。このとき、センサユニット１は、金属ボディ１７に形成された導圧路Ｃ１と受圧部Ｊに形成された圧力流路Ｐ２とが連通するように治具Ｊに接合される。

【0031】

また、センサユニット１が受圧部Ｊに接合されることによって、受圧部Ｊの凹部Ｑとセンサユニット１の金属キャップ１５とによって、圧力流路Ｐ１が連通する圧力室Ｒ１０が形成される。この圧力室Ｒ１０内には、センサユニット１の封液室Ｒ内の液体（例えば、シリコンオイル）と同様の液体が充填される。つまり、受圧部Ｊに形成された圧力流路Ｐ１、圧力室Ｒ１０、並びにセンサユニット１内の封液室Ｒ及び隙間部（金属キャップ１５とセラミックス部材１３及び保護キャップ１４との間）には、液体が充填されている。尚、受圧部Ｊは、フレームグラウンドＦＧに接続されている。

【0032】

次に、上記構成におけるセンサユニット１の動作について簡単に説明する。尚、ここでは、図２（ａ）に示す差圧・圧力伝送器に設けられた受圧部Ｊに組み込まれた状態のセンサユニット１の動作を例に挙げて説明する。オリフィス板が設けられた流路に流体が流れると、オリフィス板によって流体に圧力損失が生じ、オリフィス板の上流側が高圧になる一方で、オリフィス板の下流側が低圧になる。

【0033】

オリフィス板の上流側における圧力は、受圧部Ｊに形成された圧力流路Ｐ１を介して圧力室Ｒ１０に伝わり、センサユニット１の金属キャップ１５に形成された不図示の導圧孔（或いは、金属キャップ１５と金属ボディ１７との間の隙間）、セラミックス部材１３と保護キャップ１４との間の隙間、及び封液室Ｒを順に介してセンサ部１１の第１受圧面１１ａに伝わる。これに対し、オリフィス板の下流側における圧力は、受圧部Ｊに形成された圧力流路Ｐ２を介してセンサユニット１の金属ボディ１７に導かれ、金属ボディ１７に形成された導圧路Ｃ１、セラミックス部材１３に形成された導圧路Ｃ２、及び支持台１２に形成された導圧路Ｃ３を順に介してセンサ部１１の第１受圧面１１ｂに伝わる。すると、第１受圧面１１ａに加わる圧力と第２受圧面１１ｂに加わる圧力との差圧がセンサ部１１で検出され、その検出結果を示す信号が金属ピン１６を介して外部に出力される。

【0034】

ここで、セラミックス部材１３は、高圧（例えば、２００〜３００ＭＰａ程度）で破壊が生じない程度の厚みに設定される。また、セラミックス部材１３を貫通するように形成された金属ピン１６は、セラミックス部材１３に接合されており、しかもその端部１６ａはハーメチック構造とされている。このため、圧力室Ｒ１０から金属キャップ１５等を介してセラミックス部材１３に加わる圧力が２００〜３００ＭＰａ程度の高圧であったとしても、破壊が生ずることなく差圧を検出することができる。

【0035】

以上の通り、本実施形態のセンサユニット１は、金属ボディ１７の第１面Ｓ１側に搭載されたセンサ部１１の周囲を覆い、且つ金属ボディ１７に形成された挿通孔Ｔ１を塞ぐように金属ボディ１７の第１面Ｓ１側に接合されており、金属ピン１６の一部をなす貫通電極が形成されたセラミックス部材１３を備えているため、耐圧性を向上させることができる。

【0036】

尚、以上説明したセンサユニット１は、センサ部１１を支持する支持台１２と金属ボディ１７との間にセラミックス部材１３が介在する構成であった。セラミックス部材１３は、少なくともセンサ部１１の周囲を覆うように設けられていれば良いため、必要とされる耐圧性を確保することができるのであれば、セラミックス部材１３の支持台１２と金属ボディ１７との間に介在する部位を省略することが可能である。

【0037】

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態によるセンサユニットの断面図である。尚、図３においては、図１に示したセンサユニット１が備える部材と同様の部材については同一の符号を付してある。図３に示す通り、本実施形態のセンサユニット２は、図１に示すセンサユニット１が備えるセラミックス部材１３に代えて積層構造のセラミックス部材２１を設け、金属ボディ１７に代えて金属ボディ２２を設け、更には金属ピン１６に代えて金属ピン２３を設けたものである。

【0038】

セラミックス部材２１は、外形形状が図１に示すセラミックス部材１３と略同一に形成された積層構造の部材であり、その内部には内部配線２１ａと導圧路Ｃ２とが互いに交差しないように形成されている。このセラミックス部材２１は、積層した薄板状のシート部材を焼成することによって形成される。尚、セラミックス部材２１をなすシート部材は、必要とされる耐圧性を確保し得る厚みを有するものが用いられる。

【0039】

内部配線２１ａは、セラミックス部材２１の一端部から他端部に至るように形成された配線であり、例えばワイヤーボンディングされた接続線を介して一端がセンサ部１１と電気的に接続されており、他端が金属ピン２３に接続されている。具体的に、内部配線２１ａは、セラミックス部材２１の周縁部（センサ部１１及び支持台１２の周囲を覆う部分）を通り、セラミックス部材２１に形成された凹部の下方に回り込み、その凹部の下方において他端部に至るように形成されている。

【0040】

導圧路Ｃ２は、セラミックス部材２１に形成された凹部の中心部から他端部側に向かって延び、途中でセラミックス部材２１の径方向に延びるよう形成され、更に途中でセラミックス部材２１の他端部に至るように形成された流路である。かかる形状に導圧路Ｃ２を形成するのは、図３に示す通り、金属ボディ２２の中央部に挿通孔Ｔ２が形成されており、直線状に導圧路Ｃ２を形成したのでは導圧路Ｃ２を金属ボディ２２に形成された導圧路Ｃ１に連通させることができないからである。

【0041】

上記の内部配線２１及び導圧路Ｃ２は、例えばセラミックス部材２１をなすシート部材に貫通孔や溝を予め形成しておき、積層したシート部材を焼成することによって形成される。但し、内部配線２１を形成する場合には、シート部材を積層する前に、シート部材に形成された貫通孔や溝に対して内部配線２１の配線材料を充填しておく必要がある。

【0042】

金属ボディ２２は、図１に示す金属ボディ１７と同様の径を有する円柱形状部材であり、複数の金属ピン２３が挿通される１つの挿通孔Ｔ２と導圧路Ｃ１とが互いに交差しないように形成されている。挿通孔Ｔ２は、金属ボディ２２の中央部において、第１面Ｓ１側から第２面Ｓ２側に至るよう直線状に形成された孔である。導圧路Ｃ１は、金属ボディ２２の第１面Ｓ１において、セラミックス部材２１に形成された導圧路Ｃ２と連通し得る位置から第２面Ｓ２側に向かって延び、途中で金属ボディ２２の径方向に延びるよう形成されたＬ字形状の流路である。

【0043】

金属ピン２３は、セラミックス部材２１の他端部における略中央部に取り付けられており、セラミックス部材２１に形成された内部配線２１ａと電気的に接続される。具体的に、セラミックス部材２１の他端部における略中央部には、内部配線２１ａと電気的に接続された電極パッド（図示省略）が形成されており、金属ピン２３は、この電極パッドに接合されることによってセラミックス部材２１に形成された内部配線２１ａと電気的に接続されている。

【0044】

ここで、セラミックス部材２１は、全ての金属ピン２３が金属ボディ２２に形成された挿通孔Ｔ２に挿通されるよう、他端部が金属ボディ２２の第１面Ｓ１に接合されている。つまり、セラミックス部材２１は、金属ボディ２２に形成された挿通孔Ｔ２を塞ぐように金属ボディ２２の第１面Ｓ１側に接合されている。ここで、セラミックス部材２１は、例えばロウ付け、ハンダ付け、或いは接着剤による接着等によって金属ボディ２２の第１面Ｓ１に接合されている。

【0045】

本実施形態のセンサユニット２は、第１実施形態のセンサユニット１と同様に、例えば図２（ａ）に示す差圧・圧力伝送器に設けられた受圧部Ｊに組み込まれた状態で使用される。ここで、セラミックス部材２１は、高圧（例えば、２００〜３００ＭＰａ程度）で破壊が生じないように形成されおり、その内部には内部配線２１ａが形成されている。このため、図２（ａ）に示す圧力室Ｒ１０から金属キャップ１５等を介してセラミックス部材２１に加わる圧力が２００〜３００ＭＰａ程度の高圧であったとしても、破壊が生ずることなく差圧を検出することができる。

【0046】

以上の通り、本実施形態のセンサユニット２は、金属ボディ２２の第１面Ｓ１側に搭載されたセンサ部１１の周囲を覆い、且つ金属ボディ１７に形成された挿通孔Ｔ２を塞ぐように金属ボディ２２の第１面Ｓ１側に接合されており、金属ピン２３に接続される内部配線２１ａが形成されたセラミックス部材２１を備えているため、図１に示すセンサユニット１と同様に、耐圧性を向上させることができる。また、本実施形態のセンサユニット２は、全ての金属ピン２３が金属ボディ２２に形成された挿通孔Ｔ２に挿通されており、金属ピン２３と挿通孔Ｔ２の内壁との間隔を広げることができるため、寄生容量を低減することができる。

【0047】

〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３実施形態によるセンサユニットの断面図である。尚、図４においては、図３に示したセンサユニット２が備える部材と同様の部材については同一の符号を付してある。図４に示す通り、本実施形態のセンサユニット３は、図３に示すセンサユニット２を全体的に小型化し、これに応じて金属ピン２３が挿通される挿通孔Ｔ２を偏心させるとともに、セラミックス部材２１における内部配線２１ａの形成位置及び金属ピン２３の取り付け位置を変更したものである。

【0048】

図３に示すセンサユニット２の通り、金属ボディ２２の中央部に挿通孔Ｔ２が形成されていると、金属ボディ２２を小型化した場合に、導圧路Ｃ１と挿通孔Ｔ２との間隔が狭くなって十分な強度が得られず、必要とされる耐圧性を確保できなくなる可能性が考えられる。このため、本実施形態のセンサユニット３は、導圧路Ｃ１の形成位置に応じて挿通孔Ｔ２を偏心した状態に形成し、これに伴ってセラミックス部材２１における内部配線２１ａの形成位置及び金属ピン２３の取り付け位置を変更している。ここで、挿通孔Ｔ２の偏心量は、例えば導圧路Ｃ１の周りに発生する応力の均衡がとれるか否か等を考慮して決定するのが望ましい。

【0049】

以上の通り、本実施形態のセンサユニット３は、基本的には図３に示すセンサユニット２と同様の構成であるため、耐圧性を向上させることができるとともに寄生容量を低減することができる。また、本実施形態のセンサユニット３は、導圧路Ｃ１の形成位置に応じて挿通孔Ｔ２が偏心した状態に形成されているため、必要とされる耐圧性を確保しつつ小型化を実現することが可能である。加えて、挿通孔Ｔ２が偏心しているため、セラミックス部材２１と金属ボディ２２との軸周りの位置合わせを容易に行うことができ、センサユニット３を効率良く製造することができる。

【0050】

〔第４実施形態〕
図５は、本発明の第４実施形態によるセンサユニットの断面図である。尚、図５においては、図３に示したセンサユニット２が備える部材と同様の部材については同一の符号を付してある。図５に示す通り、本実施形態のセンサユニット４は、図３に示すセンサユニット２に設けられるセラミックス部材２１内に、内部配線２１ａの少なくとも一部に沿うようにされたシールドパターン４１ａ〜４１ｃ（シールド部材）を形成して寄生容量を低減したものである。

【0051】

図５に示す例において、シールドパターン４１ａ，４１ｂは、例えばセラミックス部材２１に形成された内部配線２１ａのうち、セラミックス部材２１をなすシート部材の面内方向に延びる部分をシート部材の積層方向に挟むように形成されている。このようなシールドパターン４１ａ，４１ｂは、例えば積層構造であるセラミックス部材２１の任意の層に金属層をパターニングすることによって形成される。尚、これらシールドパターン４１ａ，４１ｂは貫通電極４２によって電気的に接続されている。また、図５に示す例では、シールドパターン４１ｃが、シート部材の積層方向に延びる内部配線２１ａの一部に沿うように形成されている。

【0052】

ここで、図５に示すセンサユニット４では、金属キャップ１５の開口端の数箇所がセラミックス部材２１のシールドパターン４１ａが形成された層に溶接（スポット溶接）されている。具体的には、セラミックス部材２１のシールドパターン４１ａが形成された層に円環形状の金属部材が接合されており、この金属部材に金属キャップ１５の開口端の数箇所が溶接されている。尚、図３に示すセンサユニット２と同様に、金属キャップ１５の開口端の数箇所が金属ボディ２２の第１面Ｓ１に溶接されていても良い。

【0053】

以上の通り、本実施形態のセンサユニット４は、基本的には図３に示すセンサユニット２と同様の構成であるため、耐圧性を向上させることができるとともに寄生容量を低減することができる。ここで、本実施形態のセンサユニット４は、セラミックス部材２１内に形成された内部配線２１ａの少なくとも一部に沿うようにシールドパターン４１ａ〜４１ｃが形成されているため、図３に示すセンサユニット２よりも寄生容量を低減することができる。

【0054】

以上、本発明の実施形態によるセンサユニットについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態で説明したセンサユニット１〜４は、差圧・圧力伝送器に設けられた受圧部Ｊに組み込まれて圧力流路Ｐ１に導かれる圧力と圧力流路Ｐ２に導かれる圧力との差圧を検出するものとして用いられていた。しかしながら、圧力流路Ｐ２側を真空状態にし、或いは大気圧開放状態にすれば、センサユニット１〜４を、圧力流路Ｐ１に導かれる圧力を検出するものとして用いることも可能である。

【0055】

また、上記実施形態では、センサ部１１が、振動式のもの（圧力の差圧に応じて第１，第２振動子の固有振動数が個別に変化する性質を利用して圧力（差圧）を検出するもの）である場合を例に挙げて説明したが、センサ部１１は、振動式以外のもの（例えば、抵抗式のもの、容量式のもの）であっても良い。また、上記実施形態では、圧力、流量等の測定に用いられるセンサユニットを例に挙げて説明したが、本発明は、圧力（差圧）以外の物理量（例えば、温度）の測定に用いられるセンサユニットにも適用可能である。

【0056】

また、上記第１〜第４実施形態を組み合わせることも可能である。例えば、第２，第３実施形態における積層構造のセラミックス部材２１に代えて第１実施形態における積層構造ではないセラミックス部材１３を設けても良い。また、第２〜第４実施形態における内部配線２１ａの一端部を、第１実施形態の金属ピン１６の端部１６ａのように、他の部分よりも幅広に形成しても良い。また、第４実施形態のシールドパターン４１ａ〜４１ｃと同様のものを、第１実施形態の金属ピン１６に対して設けても良い。

【符号の説明】

【0057】

１〜４ センサユニット
１１ センサ部
１１ａ 第１受圧面
１１ｂ 第２受圧面
１３ セラミックス部材
１５ 金属キャップ
１６ 金属ピン
１７ 金属ボディ
２１ セラミックス部材
２１ａ 内部配線
２２ 金属ボディ
２３ 金属ピン
４１ａ〜４１ｃ シールドパターン
Ｃ１ 導圧路
Ｓ１ 第１面
Ｓ２ 第２面
Ｔ１，Ｔ２ 挿通孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】