JP3956809B2

JP3956809B2 - 圧力センサ

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Publication number: JP3956809B2
Application number: JP2002262966A
Authority: JP
Inventors: 輝夫小田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2022-09-09
Also published as: JP2004101350A; US20040069627A1; US7312406B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製のハウジングとターミナルピンを有する樹脂製のコネクタ部とを一体化してなる圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の圧力センサとして、例えば図８に示すような断面構成を有する圧力センサが提案されている。
【０００３】
このものは、金属製のハウジング１００と金属製のターミナルピン２００がインサート成形された樹脂製の樹脂ケース４００とが、ハウジング１００の端部１１０を樹脂ケース４００にかしめることで、かしめ固定され一体化されたものである。そして、一体化した両者１００、４００の内部に形成された空間には、センシング素子３００が設けられている。
【０００４】
このセンシング素子３００は、ターミナルピン２００の一端側とボンディングワイヤ３１０により電気的に接続されている。一方、ターミナルピン２００の他端側は、樹脂ケース４００の開口部４１０から露出しており、この開口部４１０において外部配線部材に接続可能となっている。つまり、樹脂ケース４００の開口部４１０はターミナルピン２００とともにコネクタ部を構成している。
【０００５】
このような圧力センサにおいては、センシング素子３００には、ハウジング１００の穴１１１から圧力が導入され、この圧力はメタルダイアフラム３２０を介してセンシング素子３００に印加される。そして、センシング素子３００では印加圧力に応じた信号が出力され、この信号はターミナルピン２００を介して外部へ出力される。こうして圧力検出がなされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の圧力センサにおいては、金属製のハウジング１００を樹脂ケース４００にかしめ固定しているため、これら両者１００、４００の接合強度を向上させて耐圧を向上させるためには、かしめ圧を増大させることが必要となる。
【０００７】
そのためには、大きなかしめ圧に耐えうるために、ハウジング１００および樹脂ケース４００におけるかしめ部の金属厚や樹脂厚を大きくたり、樹脂ケース４００を構成する樹脂を機械的強度の大きな材質に変更したりする必要があり、センサ体格の大型化や設計変更に手間がかかるなどの問題を生じる。
【０００８】
また、かしめ圧を増大させることは、かしめ装置の大型化や高コスト化などを招く。さらに、大きなかしめ圧になるほど、かしめ圧の微調整が難しくなり、狙いのかしめ圧を精度良く実現することが困難となる。また、樹脂ケースにおける樹脂のクリープや応力緩和などによる樹脂の劣化も懸念される。
【００１０】
そこで本発明は上記問題に鑑み、金属製のハウジングとターミナルピンを有する樹脂製のコネクタ部とを一体化してなる圧力センサにおいて、ハウジングとコネクタ部との接合にかしめを不要としつつ、当該接合における接合強度を向上できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【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に記載の発明では、中空部（１１）を有する金属製のハウジング（１０）と、一端側がハウジングの中空部に挿入された金属製のターミナルピン（２０）と、ターミナルピンと電気的に接続された圧力センサチップ（３０）と、ターミナルピンの他端側の外周に設けられ、ターミナルピンとともに外部との接続を行うコネクタ部を構成する樹脂ケース（４０）とを備え、ハウジングの中空部にターミナルピンの一端側を挿入した状態にてインサート成形を行うことにより、樹脂ケースがターミナルピンの一端部と他端部とを突出させた状態でターミナルピンの途中部を封止し、樹脂ケースのうちターミナルピンの一端部寄りを封止する部位が中空部内に充填された形となり、この状態にて、樹脂ケースがハウジングおよびターミナルピンと一体化されており、樹脂ケースから突出するターミナルピンの一端部に圧力センサチップが電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
それによれば、樹脂ケースをインサート成形することにより、ハウジング、ターミナルピンおよび樹脂ケースの３者が一体化されるので、従来のようなかしめ構造が不要となる。
【００１３】
また、このようなインサート成形によって、樹脂ケースと金属製のハウジングとの固着面積を大きくすることができるため、コネクタ部を構成する樹脂ケースとハウジングとの接合強度は大きいものとできる。
【００１４】
よって、本発明によれば、金属製のハウジングとターミナルピンを有する樹脂製のコネクタ部とを一体化してなる圧力センサにおいて、ハウジングとコネクタ部との接合にかしめを不要としつつ、当該接合における接合強度を向上させることができる。
【００１５】
また、請求項１に記載の発明では、ハウジング（１０）の中空部（１１）の内壁面には、樹脂ケース（４０）との密着性を高めるための凹凸部（１３、１４、１５）が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
それによれば、凹凸部によってハウジングと樹脂ケースとがかみ合うため、樹脂ケースのハウジングへの固着面積をより大きくすることができ、両者の接合強度をより高いレベルに確保することができる。
【００２２】
また、凹凸部としては、請求項１に記載の発明のように、中空部（１１）の内壁面に形成された溝部（１３）により構成されたものにしても良い。この場合、溝部の段差が凹凸部として構成される。
【００２５】
また、請求項１に記載の発明では、溝部（１３）の側壁には、当該側壁を貫通し樹脂ケース（４０）を構成する樹脂が流動可能な樹脂流動穴（１６）が形成されていることを特徴とする。
【００２６】
凹凸部が溝部からなる場合、溝部が深いと、インサート成形の際に樹脂が溝部の側壁から十分に回り込まずに溝部内の全体に充填されない可能性がある。その点、樹脂流動穴を設けることで、溝部の側壁を越えなくても樹脂が溝部に入り込むため、樹脂を溝部内に隙間無く充填することができ、好ましい。
【００２７】
また、請求項２に記載の発明では、ターミナルピン（２０）において樹脂ケース（４０）に封止されている部位には、ターミナルピンの軸方向への変位を抑制するために樹脂ケースと引っかかる形状を有する引っかかり部（２１、２２、２３、２４）が形成されていることを特徴とする。
【００２８】
それによれば、樹脂ケースに封止されたターミナルピンが、コネクタ部を着脱するとき等に樹脂ケースから抜けにくくすることができ、好ましい。
【００２９】
そのようなターミナルピン（２０）に形成する引っかかり部（２１〜２４）としては、請求項３〜請求項６に記載の発明のような、ターミナルピンを貫通する穴部（２１）、ターミナルピンの軸方向から外れた非直線形状部分（２２、２３）、ターミナルピンの軸方向に拡がるテーパ形状部分（２４）、ターミナルピンの表面を荒らす処理を施した部分等を採用することができる。
【００３０】
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。
【００３１】
【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は本発明の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る。
【００３２】
圧力センサＳ１は、大きくは、中空部１１を有する金属製のハウジング１０と、一端側がハウジング１０の中空部１１に挿入された金属製のターミナルピン２０と、ターミナルピン２０と電気的に接続されたセンシング素子３０と、ターミナルピン２０の他端側の外周に設けられターミナルピン２０とともに外部との接続を行うコネクタ部を構成する樹脂ケース４０とを備えている。
【００３３】
ハウジング１０は、例えばＳＵＳ４３０等のステンレス等の金属を用いて冷間鍛造等により形成されたものである。ハウジング１０の中空部１１は、本例では円筒形状であるが、角筒形状等であっても良い。ハウジング１０の外周面には、センサＳ１を被取付部材にネジ結合して取り付けるための取付ネジ部１２が形成されている。
【００３４】
ターミナルピン２０は、例えばＣ２６００等の銅等の金属を用いて形成された棒状のものである。また、樹脂ケース４０は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂を用いて成形されたものである。
【００３５】
この樹脂ケース４０は、ターミナルピン２０の一端部（図中の上端側）と他端部（図中の下端側）とを突出させた状態でターミナルピン２０の途中部を封止したものである。
【００３６】
ここで、樹脂ケース４０のうちターミナルピン２０の一端寄りを封止する部位は、ハウジング１０の中空部１１内に充填された形となっており、この状態にて、樹脂ケース４０はハウジング１０およびターミナルピン２０と一体化されている。
【００３７】
そして、中空部１１内にて樹脂ケース４０から突出するターミナルピン２０の一端部には、センシング素子３０が電気的に接続されている。図２は、図１中のセンシング素子３０の近傍部を示す拡大図である。センシング素子３０は、中空部１１内における樹脂ケース４０の端面に接着され固定されている。
【００３８】
このセンシング素子３０は、例えば半導体ダイアフラム式の圧力センサチップを採用できる。この圧力センサチップは、圧力が印加されたときにダイアフラムが歪み、その歪みに基づく信号がダイアフラムに形成された歪みゲージから出力されるようになっているものである。
【００３９】
センシング素子３０とターミナルピン２０の一端部とは、金やアルミ等のボンディングワイヤ３１により結線され電気的に接続されている。また、センシング素子３０は、ハウジング１０にメタルシール３２を介して固定されたメタルダイアフラム３３により被覆されており、外部とはメタルダイアフラム３３にて区画されている。
【００４０】
メタルダイアフラム３３の内部には封止材および圧力伝達媒体としてのフッ素オイル等からなるオイルが充填されている。さらに、メタルダイアフラム３３は、圧力導入孔３４を有するカバー３５によって覆われている。
【００４１】
センシング素子３０の周辺はこのような構成となっており、この構成においては、圧力導入孔３４から導入された圧力が、メタルダイアフラム３３に受けられて上記オイルを介してセンシング素子３０における上記ダイアフラムに受圧される。そして、受圧された圧力に基づく信号がセンシング素子３０から出力されるようになっている。
【００４２】
一方、図１に示すように、ターミナルピン２０の他端部も樹脂ケース４０から突出しているが、この突出したターミナルピン２０の他端部の周囲では、樹脂ケース４０は開口部４１を形成している。
【００４３】
そして、この開口部４１と開口部４１内に突出するターミナルピン２０の他端部とによりコネクタ部が構成されている。つまり、この開口部４１に外部の配線部材等が挿入されることで、ターミナルピン２０の他端部と外部とが電気的に接続されるようになっている。こうして、センシング素子３０からの信号はワイヤ３１を介してターミナルピン２０から外部へ出力されるようになっている。
【００４４】
このように、樹脂ケース４０は、その一部が中空部１１内に充填された形でハウジング１０およびターミナルピン２０と一体化されているが、この樹脂ケース４０は、ハウジング１０の中空部１１にターミナルピン２０の一端部側を挿入した状態にてインサート成形を行うことにより形成されている。
【００４５】
また、図１に示す例では、好ましい形態として、ハウジング１０の中空部１１の内壁面には、樹脂ケース４０との密着性を高めるための凹凸部として溝部１３が形成されている。この溝部１３は、中空部１１の内壁面の一部もしくは全周に形成されたものであり、例えばハウジング１０を冷間鍛造により形成した後、当該内壁面を切削加工することで作ることができる。
【００４６】
次に、上記圧力センサＳ１の製造方法について、図３を参照して述べる。図３は本圧力センサＳ１の製造方法のうちインサート成形工程を示す概略断面図である。
【００４７】
まず、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、中空部１１に溝部１３が形成されたハウジング１０とターミナルピン２０とを用意し、中空部１１にターミナルピン２０の一端部側を挿入した状態にて、これらハウジング１０およびターミナルピン２０を金型内にセットする。
【００４８】
次に、図３（ｃ）に示すように、樹脂ケース４０を構成する樹脂を上記金型内に流し込み、硬化させる。それにより、ハウジング１０およびターミナルピン２０と一体化した樹脂ケース４０が形成される。
【００４９】
次に、上記図２に示すように、センシング素子３０を樹脂ケース４０に接着固定し、ワイヤボンディングを行ってターミナルピン２０と結線する。そして、上記オイルの充填、メタルダイアフラム３３およびカバー３５の取付を行うことにより、上記圧力センサＳ１ができあがる。
【００５０】
ところで、本実施形態では、樹脂ケース４０は、ハウジング１０の中空部１１にターミナルピン２０の一端側を挿入した状態にてインサート成形を行うことにより、その一部が中空部１１内に充填された形でハウジング１０およびターミナルピン２０と一体化されていることを特徴としている。
【００５１】
それによれば、樹脂ケース４０をインサート成形することにより、ハウジング１０、ターミナルピン２０および樹脂ケース４０の３者が一体化されるので、従来のようなかしめ構造が不要となる。
【００５２】
また、このようなインサート成形によって、樹脂ケース４０と金属製のハウジング１０との固着面積を大きくすることができる。本例では、実質的にハウジング１０の中空部１１の内壁面全体を固着面積とすることができる。そのため、コネクタ部を構成する樹脂ケース４０とハウジング１０との接合強度を大きいものとすることができる。
【００５３】
よって、本実施形態によれば、金属製のハウジング１０とターミナルピン２０を有する樹脂製のコネクタ部とを一体化してなるセンサ装置Ｓ１において、ハウジング１０とコネクタ部すなわち樹脂ケース４０との接合にかしめを不要としつつ、当該接合における接合強度を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施形態では、好ましい形態として、ハウジング１０の中空部１１の内壁面に、樹脂ケース４０との密着性を高めるための凹凸部としての溝部１３を形成している。
【００５５】
それによれば、凹凸部としての溝部１３によってハウジング１０と樹脂ケース４０とがかみ合うため、樹脂ケース４０のハウジング１０への固着面積をより大きくすることができ、両者１０、４０の接合強度をより高いレベルに確保することができる。
【００５６】
ここで、樹脂ケース４０との密着性を高めるための凹凸部の変形例について、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して述べる。
【００５７】
まず、図４（ａ）に示すように、凹凸部１４はネジ形状をなすものにできる。この場合、ネジの山と谷により形成される凹凸が凹凸部１４として構成される。このネジ形状をなす凹凸部１４は、例えば冷間鍛造にてハウジング１０を形成した後、通常のネジ切り治具を用いたネジ切り加工により容易に形成することができる。
【００５８】
また、図４（ｂ）では、凹凸部として溝部１３を形成したものであるが、ここでは、溝部１３を複数個（図では２個）形成している。溝部１３を複数個とすることで、樹脂ケース４０とハウジング１０とのかみ合いをより多くすることができ、密着性向上のためには好ましい。
【００５９】
また、図４（ｃ）では、凹凸部を、中空部１１の壁面を貫通する貫通穴１５としている。この場合、貫通穴１５により形成される段差が凹凸部として構成される。この貫通穴１５は、例えば冷間鍛造にてハウジング１０を形成した後、切削加工する等により形成可能である。
【００６０】
さらに、図示しないが、凹凸部としては、中空部１１の内壁面をシボ形状としたもの、すなわちハウジング中空部の内壁面にシワを形成したものにできる。この場合、シワが凹凸部となる。このシボ形状をなす凹凸部は、例えば冷間鍛造にてハウジング１０を形成した後、中空部１１の内壁表面をサンドブラスト処理する等により形成可能である。
【００６１】
なお、本変形例にて述べたネジ形状をなす凹凸部１４や複数個の溝部１３や上記シボ形状をなす凹凸部についても、中空部１１の内壁面の一部に形成されたものでも良いし、全周に形成されたものであっても良い。
【００６２】
また、上記図１に示す例のように、ハウジング１０の中空部１１が円筒形状である場合、樹脂ケース４０がハウジング１０に対して中空部１１の中心軸回りに回転する可能性がある。これについては、貫通穴１５としての凹凸部の場合には、樹脂ケース４０を構成する樹脂が貫通穴１５に充填されて引っかかるため、樹脂ケース４０の回転が防止される。
【００６３】
しかし、ハウジング１０の中空部１１の内壁面に凹凸部を全く設けない場合や、凹凸部として溝部１３やネジ形状をなす凹凸部１４やシボ形状をなす凹凸部を設けても中空部１１の中心軸に対して対称な凹凸部の形状とした場合には、上記樹脂ケース４０の回転が起こる可能性がある。
【００６４】
図５（ａ）、（ｂ）は、この樹脂ケース４０の回転防止対策の種々の例を示す概略断面図である。
【００６５】
まず、図５（ａ）に示す例では、ネジ形状をなす凹凸部１４を、中空部１１の中心軸に対して非対称なネジ形状にしたものである。具体的には、全周に形成した場合にはネジのパターンや深さやピッチ等を部分的に変化させる、例えば、１８０°ずつ変化させるようにする。また、全周ではなく部分的にネジ形状を形成しても良い。それにより、樹脂ケース４０の回転を防止することができる。
【００６６】
また、このネジ形状をなす凹凸部１４と同じことが、上記シボ形状をなす凹凸部に対しても言える。つまり、シボ形状をなす凹凸部についても、中空部１１の中心軸に対して非対称なシボ形状とすれば、樹脂ケース４０がハウジング中空部の中心軸回りに回転するのを防止できる。
【００６７】
また、図５（ｂ）に示す例では、凹凸部としての溝部１３の場合であり、この場合、溝部１３の深さを中空部１１の中心軸に対して非対称とすることで、樹脂ケース４０の回転防止を実現する。図示例では、全周に形成された２個の溝部１３のうち下側の溝部１３を中空部１１の中心軸に対して偏心させたものである。なお、ネジ形状のものと同様、全周でなく一部に溝部１３を形成しても、深さが上記中心軸に対して非対称な溝部１３となる。
【００６８】
また、凹凸部が溝部１３である場合、この溝部１３が深すぎると、上記のインサート成形の際に樹脂が溝部１３の側壁から十分に回り込まずに溝部１３内の全体に充填されない可能性がある。図６は、この樹脂の流動性を向上させるための対策を示す概略断面図である。
【００６９】
図６に示すように、溝部１３の側壁に、当該側壁を貫通する樹脂流動穴１６が形成されている。そして、インサート成形の際には、例えば図６中の矢印Ｙに示すように、樹脂ケース４０を構成する樹脂が樹脂流動穴１６内を通過して流れる。それにより、溝部１３の側壁を越えなくても樹脂が溝部１３に入り込むため、樹脂を溝部１３内に隙間無く充填することができる。
【００７０】
また、ターミナルピン２０は樹脂ケース４０にインサート成形により封入されているが、コネクタ部の着脱時など、ターミナルピン２０がその軸方向に引っ張られた場合、樹脂ケース４０から抜ける可能性がある。このような可能性は、センサの信頼性等の面から極力排除する必要がある。
【００７１】
このターミナルピン２０の抜け防止対策としては、ターミナルピン２０のうち樹脂ケース４０に封止されている部位に、ターミナルピン２０の軸方向への変位を抑制するために樹脂ケース４０と引っかかる形状を有する引っかかり部を設ければよい。図７（ａ）〜（ｄ）は、このターミナルピン２０の抜け防止対策としての引っかかり部の種々の例を示す図である。
【００７２】
図７（ａ）に示す引っかかり部は、ターミナルピン２０を貫通する穴部２１であり、この穴部２１に樹脂が入り込み、樹脂の引っかかりが生じるため、ターミナルピン２０の抜け防止がなされる。
【００７３】
図７（ｂ）、（ｃ）に示す引っかかり部２２、２３は、ターミナルピン２０をターミナルピン２０の軸方向から外れた非直線形状としたものであり、（ｂ）はスパイラル形状の引っかかり部２２、（ｃ）は折れ形状の引っかかり部２３である。
【００７４】
図７（ｄ）に示す引っかかり部２４は、ターミナルピン２０の一部をターミナルピン２０の軸方向に拡がるテーパ形状としたものである。この場合、ターミナルピン２０の抜けやすい方向に逆テーパ形状となるようにすることで、引っかかり部の作用が発揮される。
【００７５】
さらに、図示しないが、引っかかり部としては、ターミナルピン２０の表面を荒らす処理を施した部分であっても良い。そのような処理としては、サンドブラスト処理等が挙げられる。
【００７６】
（他の実施形態）
なお、上記図１では、ターミナルピン２０の一端部がハウジング１０の中空部１１内に位置しているが、当該一端部は中空部１１の外側まで突出していても良い。その場合はセンシング素子３０は中空部１１の外部に設けられた形となっても良い。また、センシング素子３０を樹脂ケース４０の適所に設け、そこでターミナルピン２０と電気的に接続するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。
【図２】図１中のセンシング素子の近傍部を示す拡大図である。
【図３】図１に示す圧力センサの製造方法を示す工程図である。
【図４】ハウジングの中空部の内壁面に形成された凹凸部の種々の変形例を示す概略断面図である。
【図５】樹脂ケースの回転防止対策の種々の例を示す概略断面図である。
【図６】ハウジング内における樹脂の流動性を向上させるために溝部の側壁に樹脂流動穴を形成した例を示す概略断面図である。
【図７】ターミナルピンにおける引っかかり部の種々の例を示す図である。
【図８】従来のセンサ装置としての圧力センサの概略断面図である。
【符号の説明】
１０…ハウジング、１１…中空部、１３…凹凸部としての溝部、
１４…ネジ形状をなす凹凸部、１５…凹凸部としての貫通穴、
１６…樹脂流動穴、２０…ターミナルピン、
２１…引っかかり部としての穴部、２２…スパイラル形状の引っかかり部、
２３…折れ形状の引っかかり部、２４…テーパ形状の引っかかり部、
３０…センシング素子、４０…樹脂ケース。

Claims

中空部（１１）を有する金属製のハウジング（１０）と、
一端側が前記ハウジングの前記中空部に挿入された金属製のターミナルピン（２０）と、
前記ターミナルピンと電気的に接続された圧力センサチップ（３０）と、
前記ターミナルピンの他端側の外周に設けられ、前記ターミナルピンとともに外部との接続を行うコネクタ部を構成する樹脂ケース（４０）とを備え、
前記ハウジングの前記中空部に前記ターミナルピンの一端を挿入した状態にてインサート成形を行うことにより、前記樹脂ケースが前記ターミナルピンの一端部と他端部とを突出させた状態で前記ターミナルピンの途中部を封止し、前記樹脂ケースのうち前記ターミナルピンの前記一端部寄りを封止する部位が前記中空部内に充填された形となり、この状態にて、前記樹脂ケースが前記ハウジングおよび前記ターミナルピンと一体化されており、
前記樹脂ケースから突出する前記ターミナルピンの前記一端部に前記圧力センサチップが電気的に接続され、
前記ハウジング（１０）の前記中空部（１１）の内壁面には、前記樹脂ケース（４０）との密着性を高めるための凹凸部（１３、１４、１５）が形成されており、
前記凹凸部は前記中空部（１１）の内壁面に形成された溝部（１３）により構成されたものであり、
前記溝部（１３）の側壁には、当該側壁を貫通し前記樹脂ケース（４０）を構成する樹脂が流動可能な樹脂流動穴（１６）が形成されていることを特徴とする圧力センサ。
前記ターミナルピン（２０）において前記樹脂ケース（４０）に封止されている部位には、前記ターミナルピンの軸方向への変位を抑制するために前記樹脂ケースと引っかかる形状を有する引っかかり部（２１、２２、２３、２４）が形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
前記引っかかり部は、前記ターミナルピン（２０）を貫通する穴部（２１）であることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
前記引っかかり部（２２、２３）は、前記ターミナルピン（２０）を前記ターミナルピンの軸方向から外れた非直線形状とした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。
前記引っかかり部（２４）は、前記ターミナルピンの一部を前記ターミナルピンの軸方向に拡がるテーパ形状とした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。
前記引っかかり部は、前記ターミナルピン（２０）の表面を荒らす処理を施した部分であることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。