JP3800759B2

JP3800759B2 - 圧力検出装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP3800759B2
Application number: JP30452897A
Authority: JP
Inventors: 治伊藤; 正人今井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2017-11-06
Also published as: JPH11142272A

Description

【０００１】
【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

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。