JP3800759B2 - 圧力検出装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出する圧力検出装置およびその製造方法に関し、この圧力検出装置としては、例えば車両における燃料噴射装置の燃料圧やブレーキ装置のブレーキオイル圧等の高圧を検出するのに用いて好適なるものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の圧力検出装置としては、特開昭62−73131号公報に示されるものがある。
このものは、圧力導入孔の終端が薄肉部となっているセンシングボディをハウジング内に収納し、センシングボディの薄肉部に固定したセンサチップにより薄肉部の変位を検出するようにしている。また、ハウジングを被検出体に取り付けるときに生じる応力や、ハウジングとセンシングボディの熱膨張係数差に起因して生じる応力などがセンサチップに伝達するのを阻止するために、ハウジングとセンサチップの間に隙間が形成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハウジングとセンサチップの間に形成された隙間に、異物、例えば外部から侵入した粉塵などが入ると、センサチップへの応力の伝達を阻止するという機能が失われてしまうことがある。
すなわち、侵入した異物が隙間の途中で狭まったりした場合、この異物を通じて応力が伝達されてしまうことがある。これは、異物が硬い場合に特に顕著になる。
【0004】
本発明は上記問題を解決することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明においては、ハウジング部(1)からセンサチップ(4)への応力伝達経路中に形成された隙間(3)の少なくとも開口端部に充填材(9a)を充填したことを特徴としている。
従って、隙間(3)に異物が混入することがないため、隙間(3)による応力伝達阻止機能の低下を防止することができる。
【0006】
なお、隙間(3)に充填する充填材(9a)は、隙間(3)の全てに充填されている必要はなく、少なくとも隙間(3)の開口端部に充填されていれば、異物の混入を防ぐことができる。
請求項2又は3に記載の発明によれば、請求項1に記載の圧力検出装置を製造することができる。この場合、請求項4に記載の発明のように、充填材(9a)を注入する工程において、センサチップ(4)の上に充填材(9a)と同じ材料でコーティングを施すようにすれば、充填材の注入とコーティングとを同一工程で行うことができ、工程数を少なくすることができる。
【0007】
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0008】
【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。
図1に、本発明の一実施形態を示す圧力検出装置の断面構造を示す。この圧力検出装置は、車両における燃料噴射装置の燃料圧やブレーキ装置のブレーキオイル圧等の高圧(例えば20MPa)の流体の圧力を測定するものである。
【0009】
図において、ハウジング1は、耐食性が良好で溶接可能な金属(例えばSUS430)で構成されており、ねじ山1aを有し、図示しない被検出体(例えば、燃料配管)にねじ締めで固定されるようになっている。
センシングボディ2は、熱膨張率が小さい低熱膨張率金属(例えばコバール等の線熱膨張係数がシリコンに近い材質のもの)で構成され、内側に圧力導入孔2aを有し、その終端に受圧用ダイヤフラムをなす肉薄部2bが形成されている。図2に、センシングボディ2の外観形状を示す。センシングボディ2は、円筒形状をしており、その端部すなわち下端開口周縁部には段差部2cが形成されている。
【0010】
このセンシングボディ2は、ハウジング1の内側空洞部に圧入され、その段差部2cとハウジング1の開口縁(端部)1bとが突き合わされ、その部分が電気溶接等によって密着固定される。このようにして、センシングボディ2がハウジング1内に組付け固定され、ボディ部が構成される。
また、ハウジング1には、ねじ山1aの内側空洞部に段差部1bが形成されてているため、センシングボディ2がハウジング1内に組付け固定されたとき、ハウジング1とセンシングボディ2の間に、環状の隙間3が形成される。この隙間3により、ハウジング1を被検出体に固定したときに生じる応力や、ハウジング1とセンシングボディ2の熱膨張係数差に起因して生じる応力などがセンサチップ4に伝達するのを阻止することができる。
【0011】
センシングボディ2における薄肉部2bの上面、すなわち圧力導入側と反対側の面には、センサチップ4が、絶縁体である低融点ガラス5により接合されている。図3、にセンシングボディ2の先端部分の断面斜視図を示す。図に示すように、N型単結晶のシリコン基板41に4つのP型の拡散ゲージ(歪ゲージ)42a〜42dが形成されてセンサチップ4が構成されており、薄肉部2bの変位に応じた電気信号を出力する。
【0012】
センシングボディ2の先端部の周囲には、図1に示すように、回路基板7が配置されている。この回路基板7は、センサチップ4からの電気信号を増幅して出力する増幅回路(センサの感度調整を行う調整回路を含む)などの回路部を有しており、積層セラミック基板7a、回路チップ7b、およびポスト7cから構成されている。
【0013】
積層セラミック基板7aは、表面及び内層に導電性のペーストを印刷し焼成して形成されたもので、接着剤によりハウジング1に固定されている。回路チップ7bは、積層セラミック基板7a上に実装され、ワイヤにより積層セラミック基板7aの導電性ペーストを焼成してなる導電体(配線の一部領域)と電気的に接続されている。ポスト7cは、外部との電気接続を行うための取り出し電極となるもので、例えば42アロイにて構成されており、ろう付け等によりセラミック積層基板7a上に接合されている。
【0014】
セラミック基板7aの表面の導電体とセンサチップ4とは、隙間3を跨いでワイヤ8により電気的に接続されている。
また、ハウジング1とセンシングボディ2の間に形成された隙間3には、充填材9aが充填されている。この充填材9aとしては、シリコーンゲル、フロロシリコーンゲルのような軟らかい(例えば弾性率200Pa以下)材料を用いることができる。また、センシングボディ2および積層セラミック基板7の上面(センサチップ4およびワイヤ8の上を含む)には、腐食防止のためにコーティング材(例えばシリコーンゲル)9bでコーティングが施されている。なお、充填材9aとコーティング材9bは別部材であってもよいが、充填材9aとコーティング材9bを同じ材料とすれば、両者を同じ工程にて形成することができる。
【0015】
セラミック積層基板7aに接合されたポスト7cは、ターミナルアッセンブリ10のコネクタターミナル10aと電気溶接等で接続されている。このターミナルアッセンブリ10は、コネクタターミナル10aをPPS等の樹脂でインサート成形したものである。そして、ターミナルアッセンブリ10と、PPS等の樹脂で成形されたコネクタケース11は、Oリング12を介しハウジング1のかしめ部1dでハウジング1にかしめ固定されている。
【0016】
上記したセンサチップ4および回路基板7における回路部の電気結線図を図4に示す。歪ゲージ42a〜42dは、図に示すようにブリッジ回路を構成している。回路基板7における回路部は、ブリッジ回路からの電気信号を増幅する増幅回路71の他、ブリッジ回路に電源供給を行う電源回路72を有している。そして、歪ゲージ42a〜42dにより構成されるブリッジ回路は、薄肉部2bに加わる圧力に応じた電気信号を増幅回路71に出力し、増幅回路71は、その信号を増幅し、圧力に応じた電気信号を外部に出力する。
【0017】
図5に、図1に示す主要部品の分解断面図を示し、図6乃至図9にそれら組付けて圧力検出装置を製造する工程を示す。なお、図6乃至図9に示す各工程図において、(a)は上面図、(b)は断面図を示す。
〔図6の工程〕
まず、センシングボディ2にペースト状のガラス5を印刷しセンサチップ4を焼成により接合する。次に、ハウジング1をセンシングボディ2にかぶせ、センシングボディ2をハウジング1内に圧入し、ハウジング1の端部1bとセンシングボディ2の段差部2cとを突き合わせ、その突き合わせ部を電気溶接等で密着固定する。
〔図7の工程〕
次に、センシングボディ2の回りのハウジング1の上面に接着剤をスタンプ等により薄く均一に塗布し、その上に、回路チップ7bが実装された積層セラミック基板7aをセットして接着を行う。そして、積層セラミック基板7aの導電体とセンサチップ4をワイヤ8により超音波ボンディングして電気接続する。
【0018】
この後、真空などの減圧中で、隙間3にシリコーンゲルを注入するとともにセンサチップ4、回路基板7の上などにシリコーンゲルでコーティングを施し、シリコーンゲルを大気中で硬化させる。
〔図8の工程〕
次に、ターミナルアッセンブリ10のコネクタターミナル10aと積層セラミック基板7のポスト7aを合わせ、電気溶接等で接合する。
〔図9の工程〕
この後、コネクタケース11とOリング12をハウジング1にセットし、ハウジング1のかしめ部1dをかしめることにより、コネクタケース11とハウジング1の内部をシールし固定する。このようにして図1に示す圧力検出装置が構成される。
【0019】
従って、上記実施形態によれば、隙間3にシリコーンゲルなどの充填材9aが充填されているので、その隙間3に異物が混入するのを防止することができ、隙間3の応力伝達阻止機能の低下を防止することができる。
なお、上記実施形態では、ハウジング1とセンシングボディ2を別体にて構成するものを示したが、図10に示すように、ハウジング部1とセンシングボディ部2を一体にて構成し、その間に環状溝の隙間3を形成したものであってもよい。この場合、ハウジング1とセンシングボディ2は同一材料からなるので、両者の熱膨張係数差は0となり、それによる応力も0となる。
【0020】
また、隙間3はハウジング1からセンサチップ4への応力伝達経路中にあればよいため、図11に示すようにセンシングボディ2の薄肉部2bと垂直に、あるいは図12に示すようにセンシングボディ2の薄肉部2bと平行に、隙間3を環状溝にて形成するようにしたものであってもよく、その場合に隙間3に充填材9aが充填されるようにすればよい。
【0021】
なお、隙間3に充填する充填材9aは、隙間3の全てに充填されている必要はなく、少なくともその開口端部に充填されていればよい。この場合、シリコーンオイルを先に注入し、その後シリコーンゲルで開口端部を充填するようにすることもできる。
また、上記実施形態では、半導体基板41に歪ゲージ42a〜42dを形成してセンサチップ4を構成するものを示したが、絶縁膜上に金属の歪ゲージを蒸着等で形成してセンサチップを構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる圧力検出装置の断面図である。
【図2】センシングボディ2の外観形状を示す図である。
【図3】センシングボディ2とセンサチップ4の構成を示す部分断面斜視図である。
【図4】センサチップ4および回路基板7における増幅回路の電気結線図である。
【図5】図1に示す主要部品の分解断面図である。
【図6】図1に示す圧力検出装置の製造工程を示す図である。
【図7】図6に続く工程を示す図である。
【図8】図7に続く工程を示す図である。
【図9】図8に続く工程を示す図である。
【図10】本発明の他の実施形態にかかる圧力検出装置の断面図である。
【図11】本発明のさらに他の実施形態にかかる圧力検出装置の断面図である。
【図12】本発明のさらに他の実施形態にかかる圧力検出装置の断面図である。
【符号の説明】
1…ハウジング、2…センシングボディ、2a…圧力導入孔、2b…肉薄部、3…隙間、4…センサチップ、5…低融点ガラス、7…回路基板、
8…ワイヤ、9a…充填材、9b…コーティング材、
10…ターミナルアッセンブリ、10a…コネクタターミナル、
11…コネクタケース、12…Oリング。
Claims (4)
- 内側に圧力導入孔(2a)を有しその終端が薄肉部(2b)となっているセンシングボディ部(2)と、このセンシングボディ部(2)の外側にあって被検出体に取り付けられるハウジング部(1)とを有するボディ部材(1、2)と、
前記薄肉部(2b)の圧力導入側と反対側に固定され前記薄肉部(2b)の変位に応じた電気信号を出力するセンサチップ(4)とを備え、
前記ハウジング部(1)から前記センサチップ(4)への応力伝達経路中に、その応力の伝達を阻止するための隙間(3)が形成されており、
前記隙間(3)の少なくとも開口端部に充填材(9a)が充填されていることを特徴とする圧力検出装置。 - 内側に圧力導入孔(2a)を有しその終端が薄肉部(2b)となっているセンシングボディ部(2)と、このセンシングボディ部(2)の外側にあって被検出体に取り付けられるハウジング部(1)とを有するボディ部材(1、2)と、
前記薄肉部(2b)の圧力導入側と反対側に固定され前記薄肉部(2b)の変位に応じた電気信号を出力するセンサチップ(4)とを備え、
前記ハウジング部(1)から前記センサチップ(4)への応力伝達経路中に、その応力の伝達を阻止するための隙間(3)が形成されてなる圧力検出装置の製造方法において、
前記隙間(3)に充填材(9a)を注入する工程を有することを特徴とする圧力検出装置の製造方法。 - 内側に圧力導入孔(2a)を有しその終端が薄肉部(2b)となっているセンシングボディ(2)を用意し、
前記記薄肉部(2b)の圧力導入側と反対側に、前記薄肉部(2b)の変位に応じた電気信号を出力するセンサチップ(4)を固定し、
前記センシングボディをハウジング(1)内に組付けて、前記センシングボディ(2)とハウジング(1)との間に、前記センサチップ(4)への応力の伝達を阻止するための隙間(3)を形成し、
前記隙間(3)に充填材(9a)を注入することを特徴とする圧力検出装置の製造方法。 - 前記充填材(9a)を注入する工程において、前記センサチップ(4)の上に前記充填材(9a)と同じ材料でコーティングを施すことを特徴とする請求項2又は3に記載の圧力検出装置の製造方法。
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