JP2002013997A

JP2002013997A - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2002013997A
Application number: JP2000196968A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Makita; 真宏巻田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2002-01-18
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP4281221B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属ステムの外周面をハウジングに押し付け
ることによりシール部を形成し、金属ステムの開口部と
ハウジングの圧力導入通路の連通部のシール性を確保す
るようにした圧力センサにおいて、当該シール部の面圧
が圧力検出時に低下するのを防止する。【解決手段】圧力センサ１００は、一端側から圧力が
導入される圧力導入通路１２を有するハウジング１０
と、一端側に圧力検出用のダイヤフラム２１を有し、他
端側に開口部２２を有する中空段付筒状をなす金属ステ
ム２０とを備える。金属ステム２０は、その他端側が圧
力導入通路１２の一端側に位置するように圧力導入通路
１２内に挿入されてネジ結合され、このネジ結合の軸力
により、金属ステム２０の段部２３は、圧力導入通路１
２の内面段部の座面１３に対して、金属ステム２０の他
端側から一端側へ向かって押し付けられシールされてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力検出用の検出
部及びこの検出部へ圧力を導くための開口部を有する金
属ステムの外周面を、圧力導入通路を有するハウジング
に押し付けてシール部を形成し、このシール部によっ
て、金属ステムの開口部とハウジングの圧力導入通路と
の連通部のシール性を確保するようにした圧力センサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の圧力センサ２００の一般
的な断面構成を図５に示す。２１０は金属製のハウジン
グであり、このハウジング２１０には、外部から圧力を
導入するための圧力導入通路２１２が形成されている。
２２０は金属ステムであり、一端側に圧力検出用のダイ
ヤフラム（検出部）２２１を有し、他端側に圧力導入通
路２１２と連通し圧力導入通路２１２に導入された圧力
をダイヤフラム２２１へ導くための開口部２２２を有す
る中空の段付き筒状をなしている。

【０００３】これら金属ステム２２０とハウジング２１
０との間には、金属ステム２２０をハウジング２１０に
保持するためのネジ部材２３０が介在している。このネ
ジ部材２３０は、ハウジング２１０とネジ結合されてハ
ウジング２１０に支持されるとともに、その内周面を、
金属ステム２２０の外周面に形成された段部２２３に当
接させた状態としている。

【０００４】そして、ネジ部材２３０をハウジング２１
０に締め付けてネジ結合させることで、このネジ結合の
軸力によって金属ステム２２０をハウジング２１０に押
し付けている。それにより、金属ステム２２０の外周面
のうち開口部２２２側の端面とハウジング２１０の圧力
導入通路２１２側の面とが接触し、互いの接触面の境界
部（シール部）Ｋ１がシールされている。

【０００５】このように、境界部Ｋ１において金属ステ
ム２２０及びハウジング２１０の両者が接触する接触面
に、シール性を確保するために必要な面圧（上記軸力を
接触面の面積で割ったもの）を発生させることにより、
開口部２２２と圧力導入通路２１２の連通部のシール性
が確保されている。

【０００６】そして、かかる圧力センサ２００では、図
中の矢印Ｄに示す様に、圧力が導入され、この圧力によ
りダイヤフラム２２１を変形させ、この変形に基づく信
号を回路基板２４０からコネクタターミナル２５０を経
て外部に出力するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の検討によれば、上記従来の圧力センサ２００におい
て次のような問題が発生することがわかった。圧力検出
時には、図５中の矢印Ｄに示す様に、圧力導入通路２１
２から圧力が導入され、この圧力は金属ステム２２０に
対して、金属ステム２２０の外周面をハウジング２１０
に押し付ける力（つまり上記軸力）を打ち消す方向に加
わる。

【０００８】そのため、圧力検出時に、上記境界部Ｋ１
における面圧が低下し、シール性が低下する恐れがあ
る。特に、検出する圧力が高くなるほど、この面圧低下
によるシール性の低下は顕著となってくると考えられ
る。

【０００９】そこで、本発明は上記問題に鑑み、金属ス
テムの外周面をハウジングに押し付けることによりシー
ル部を形成し、このシール部によって、金属ステムの開
口部とハウジングの圧力導入通路の連通部のシール性を
確保するようにした圧力センサにおいて、当該シール部
の面圧が圧力検出時に低下するのを防止することを目的
とする。

【００１０】

【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の発明では、外部から圧力を導入するため
の圧力導入通路（１２）を有するハウジング（１０）
と、圧力検出用の検出部（２１）及びこの検出部へ圧力
を導くための開口部（２２）を有し、この開口部が圧力
導入通路と連通した状態でハウジングに取り付けられた
金属ステム（２０）とを備え、金属ステムの外周面をハ
ウジングに押し付けてシールすることにより、上記開口
部と上記圧力導入通路の連通部のシール性を確保するよ
うにした圧力センサにおいて、金属ステムの外周面をハ
ウジングに押し付ける力の向きと、圧力が圧力導入通路
へ導入されたときに金属ステムに加わる圧力の向きとが
同じになっていることを特徴としている。

【００１１】本発明によれば、圧力検出時には、ハウジ
ングの圧力導入通路から圧力が導入され、この圧力は、
圧力導入通路と連通する金属ステムの開口部から検出部
へ導かれ、検出部にて圧力検出を行うことができる。

【００１２】ここで、金属ステムの外周面をハウジング
に押し付ける力（以下、本欄にて押し付け力という）の
向きと、圧力が圧力導入通路へ導入されたときに金属ス
テムに加わる圧力（以下、本欄にて印加圧力という）の
向きとが同じになっているため、従来のように、圧力検
出時において印加圧力と押し付け力とが打ち消し合うこ
となく、むしろ、印加圧力によって押し付け力が増加す
る。

【００１３】従って、本発明によれば、金属ステムの外
周面をハウジングに当接して押し付けることにより形成
されたシール部の面圧が、圧力検出時には上昇すること
により、当該シール部の面圧の低下を防止することがで
きる。

【００１４】また、請求項２の発明では、一端側から外
部の圧力が導入される圧力導入通路（１２）を有するハ
ウジング（１０）と、一端側に圧力検出用のダイヤフラ
ム（２１）を有し、他端側にダイヤフラムへ圧力を導く
ための開口部（２２）を有するとともに、その外周面の
うち軸方向の途中部位に段部（２３）を有する中空段付
筒状をなす金属ステム（２０）とを備え、圧力導入通路
を、金属ステムの外形に対応した形状を有するものと
し、金属ステムを、その他端側が圧力導入通路の一端側
に位置するように圧力導入通路内に挿入し、金属ステム
の段部を、圧力導入通路の内面に形成された座面（１
３）に対して、金属ステムの他端側から一端側へ向かっ
て押し付けてシールしたことを特徴としている。

【００１５】本発明によれば、金属ステムが、その他端
側を圧力導入通路の一端側に位置させた状態で圧力導入
通路内に挿入されているため、圧力検出時には、圧力導
入通路の一端側から導入された圧力は、金属ステムの他
端側にの開口部からダイヤフラムへ導かれ、ダイヤフラ
ムにて圧力検出を行うことができる。

【００１６】ここで、金属ステムの段部が、ハウジング
における圧力導入通路の内面に形成された座面に対し
て、金属ステムの他端側から一端側へ向かって押し付け
られシールされているため、当該段部を圧力導入通路の
座面に押し付ける力（押し付け力）の向きと、上記印加
圧力の向きとを同じにすることができる。そのため、請
求項１の発明と同様に、印加圧力によって押し付け力が
増加する。

【００１７】従って、本発明によれば、金属ステムの外
周面に形成された段部を、ハウジングの圧力導入通路内
面に形成された座面に当接して押し付けることにより形
成されたシール部の面圧が、圧力検出時には上昇するこ
とにより、当該シール部の面圧の低下を防止することが
できる。

【００１８】ここで、請求項３の発明のように、金属ス
テム（２０）の外周面のうち段部（２３）以外の部位に
雄ネジ部（２４）を形成し、圧力導入通路（１２）の内
面のうち座面（１３）以外の部位に雄ネジ部に対応した
雌ネジ部（１４）を形成し、これら雄ネジ部と雌ネジ部
とのネジ結合の軸力により、上記段部の圧力導入通路の
座面に対する押し付けを行うようにすることができる。

【００１９】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。

【００２０】

【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に本発明の実施形態に係る圧力
センサ１００の全体断面構成を示す。圧力センサ１００
は、自動車の燃料噴射系（例えばコモンレ−ル）におけ
る燃料パイプ（図示せず）に取り付けられ、この燃料パ
イプ内の圧力媒体としての燃料の圧力を検出するもので
ある。また、図２は、図１中の丸で囲んだＡ部（センサ
チップと金属ステムの断面を含む）を拡大して示す斜視
図である。

【００２１】１０は、上記燃料パイプに直接取り付けら
れるハウジングであり、その外周面には該取付用のネジ
１１が形成されている。また、ハウジング１０の内部に
は、圧力導入通路１２が形成されており、この圧力導入
通路１２は、ハウジング１０が上記燃料パイプに取り付
けられた状態で上記燃料パイプ内と連通し、一端側（図
１中の下方側）から圧力が導入されるようになってい
る。

【００２２】ここで、ハウジング１０の材質としては、
耐食性と高強度を合わせもつ炭素鋼（例えばＳ１５Ｃ
等）に耐食性を上げるＺｎめっきを施したものや、耐食
性を有するＸＭ７、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵ
Ｓ６３０等を採用することができる。

【００２３】２０は中空段付円筒形状を成す金属ステム
であり、一端側に薄肉状をなす圧力検出用のダイヤフラ
ム（本発明でいう検出部）２１を有し、他端側にこのダ
イヤフラム２１へ圧力を導くための開口部２２を有す
る。また、金属ステム２０の外周面のうち軸方向の途中
部位には、テーパ状に拡径した段部２３が形成されてお
り、この段部２３を介して、金属ステム２０の他端側
（開口部２２側）は、一端側（ダイヤフラム２１側）に
比べて外周径が大きくなっている。

【００２４】ここで、上記ハウジング１０の圧力導入通
路１２は、金属ステム２０の外形に対応した形状を有す
る段付内孔であり、その一端側（圧力導入側）の内径が
大径部となっている。そして、圧力導入通路１２の内面
には、金属ステム２０の段部２３に対応したテーパ形状
の座面１３が形成されている。

【００２５】また、金属ステム２０の大径部の外周面に
は、雄ネジ部２４が形成されており、一方、ハウジング
１０の圧力導入通路１２の内周面には、雄ネジ部２４と
対応した雌ネジ部１４が形成されている。そして、金属
ステム２０は、その他端側（開口部２２側）が圧力導入
通路１２の一端側に位置するように圧力導入通路１２内
に挿入され、雄ネジ部２４と雌ネジ部１４とがネジ結合
することによって、金属ステム２０はハウジング１０に
固定されている。

【００２６】ここで、上記ネジ結合の軸力により、金属
ステム２０の外周面における段部２３が、ハウジング１
０の圧力導入通路１２の内面に形成された座面１３に対
して、金属ステム２０の他端側から一端側へ向かって押
し付けられシールされている。こうして、金属ステム２
０の開口部２２が圧力導入通路１２と連通した状態とな
り、互いに密着する段部２３と座面１３とがシール部Ｋ
を形成することにより、該開口部２２と圧力導入通路１
３の連通部のシール性が確保されている。

【００２７】また、金属ステム２０のダイヤフラム２１
の外面には、図２に示す様に、単結晶Ｓｉ（シリコン）
からなるセンサチップ３０が、低融点ガラス４０により
接合されている。このセンサチップ３０は、開口部２２
から金属ステム２０内部に導入された圧力をダイヤフラ
ム２１へ導き、当該圧力によってダイヤフラム２１が変
形したときに発生する歪みを検出する歪みゲージとして
機能するものである。

【００２８】金属ステム２０の材料には、超高圧を受け
ることから高強度であること、及び、Ｓｉからなるセン
サチップ３０をガラス４０により接合するため低熱膨張
係数であること、が求められ、具体的には、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、ＣｏまたはＦｅ、Ｎｉを主体とし、析出強化材料と
してＴｉ、Ｎｂ、Ａｌまたは、Ｔｉ、Ｎｂが加えられた
材料を選定し、プレス、切削や冷間鍛造等により形成で
きる。

【００２９】また、ハウジング１０における圧力導入通
路１２の他端側からは、金属ステム２０のダイヤフラム
２１が突出しており、このダイヤフラム２１の外周に
は、セラミック基板５０がハウジング１０に接着等によ
り配設されている。該基板５０には、センサチップ３０
の出力を増幅するアンプＩＣチップ５２及び特性調整Ｉ
Ｃチップ５２が接着剤にて固定されている。

【００３０】これらＩＣチップ５２は、ワイヤボンディ
ングにより形成されたアルミニウムの細線５４によっ
て、セラミック基板５０の導体（配線部）と接続されて
いる。また、コネクタターミナル６０へ電気的接続する
ためのピン５６が銀ろうにてセラミック基板５０の上記
導体と接合されている。

【００３１】コネクタターミナル６０は、ターミナル６
２が樹脂６４にインサート成形により構成されたアッシ
ーである。ターミナル６２とセラミック基板５０とはピ
ン５６にレーザ溶接により接合されている。また、コネ
クタターミナル６０は、コネクタケース７０とハウジン
グ１０との間に固定保持され、ターミナル６２は自動車
のＥＣＵ等へ配線部材を介して電気的に接続可能となっ
ている。

【００３２】コネクタケース７０は、コネクタターミナ
ル６０の外形を成すもので、Ｏリング８０を介して組付
けられたハウジング１０と一体化してパッケージを構成
し、該パッケージ内部のセンサチップ４０、各種ＩＣ、
電気的接続部を湿気・機械的外力より保護するものであ
る。コネクタケース７０の材質は、加水分解性の高いＰ
ＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等を採用できる。

【００３３】かかる構成を有する圧力センサ１００の組
付方法について、図３を参照して述べる。図３は、上記
図１に対応した断面にて、組付前の各部品の分解状態を
示す図であり、基本的には、各部品が図３中の一点鎖線
に沿って組み付けられるようになっている。

【００３４】まず、センサチップ３０がガラス４０で接
合されている状態の金属ステム２０を、その一端側（ダ
イヤフラム２１側）から、ハウジング１０の圧力導入通
路１２の一端側（圧力導入側）へ挿入する。そして、金
属ステム２０を軸回りに回転させながら挿入していき、
雄ネジ部２４と雌ネジ部１４とをネジ結合させる。

【００３５】こうして、ネジ結合の軸力により、金属ス
テム２０の段部２３とハウジング１０の座面１３とが密
着してシールされ、金属ステム２０の開口部２２とハウ
ジング１０の圧力導入通路１３との連通部のシール性が
確保される。

【００３６】次に、チップ５２及びピン５６が搭載され
たセラミック基板５０を、接着剤等にて、ハウジング１
０における圧力導入通路１２の他端側の部位に固定す
る。そして、ワイヤボンディングを行うことにより、セ
ンサチップ３０とセラミック基板５０の導体（配線部）
とを上記細線５４にて電気的に接続する。

【００３７】次に、コネクタターミナル６０とピン５６
とをレーザ溶接（ＹＡＧレーザ溶接等）にて接合する。
次に、Ｏリング８０を介して、コネクタケース７０をハ
ウジング１０に組み付け、ハウジング１０の端部をかし
めることにより、コネクタケース７０とハウジング１０
とを固定する。こうして、上記図１に示す圧力センサ１
００が完成する。

【００３８】かかる圧力センサ１００は、ハウジング１
０のネジ１１を上記図示しない燃料パイプに形成された
ネジ部に直接結合し取り付けることによって、該燃料パ
イプに接続固定される。そして、燃料パイプ内の燃料圧
（圧力媒体）が、圧力導入通路１２の一端側から導入さ
れ、金属ステム２０の開口部２２から金属ステム２０の
内部（中空部）へ導かれたときに、その圧力によってダ
イヤフラム２１が変形する。

【００３９】このダイヤフラム２１の変形をセンサチッ
プ３０により電気信号に変換し、この信号をセンサの処
理回路部を構成するセラミック基板５０等にて処理し、
圧力検出を行う。そして、検出された圧力（燃料圧）に
基づいて、上記ＥＣＵ等により燃料噴射制御がなされる
のである。

【００４０】ところで、本実施形態によれば、金属ステ
ム２０の段部２３が、ハウジング１０における圧力導入
通路１２内の座面１３に対して、金属ステム２０の他端
側から一端側へ向かって押し付けられシールされている
ため、図４に示すような作用効果を奏する。

【００４１】即ち、図４中の矢印Ｂ及びＣに示す様に、
金属ステム２０の外周面をハウジング１０に押し付ける
力、即ち段部２３を座面１３に押し付ける力（以下、押
し付け力という）の向きＢと、圧力が圧力導入通路１２
へ導入されたときに金属ステム２０に加わる圧力（以
下、印加圧力という）の向きＣとが同じになる。そのた
め、印加圧力によって押し付け力が増加する構成とな
る。

【００４２】従って、本圧力センサ１００によれば、金
属ステム２０の外周面（段部２３）をハウジング１０
（座面１３）に当接して押し付けることにより形成され
たシール部Ｋの面圧が、圧力検出時には上昇することに
より、当該シール部Ｋの面圧の低下を防止することがで
きる。そして、検出する圧力が高くなるほど、シール部
Ｋの面圧が上昇し、シール性が向上するという好ましい
作用を発揮する。

【００４３】（他の実施形態）なお、金属ステムに設け
られる検出部としては、ダイヤフラム以外にも、半導体
よりなるダイヤフラム式のチップや、圧電素子、歪みゲ
ージ等、圧力に基づく信号を出力できるものならば、何
でも良い。

【００４４】また、圧力導入通路１２の座面１３に対す
る金属ステム２０の段部２３の押し付けを行う手段、即
ち、金属ステム２０の外周面をハウジング１０に押し付
ける押し付け力を発生させる手段としては、上記両ネジ
部１４、２４によるネジ結合手段に限定されるものでは
ない。例えば、金属ステム１０とは別体の締結手段や押
圧手段を用いる等により、上記押し付け力を発生させて
も良い。

【００４５】また、本発明は、自動車の燃料噴射系の燃
料の圧力を検出するもの以外にも、種々の圧力センサに
適用可能であることは勿論である。

【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全体断面
図である。

【図２】図１中のＡ部を拡大して示す一部断面斜視図で
ある。

【図３】図１に示す圧力センサの分解状態を示す図であ
る。

【図４】本発明の作用効果を説明するための説明図であ
る。

【図５】従来の圧力センサの一般的な全体構成を示す断
面図である。

【符号の説明】

１０…ハウジング、１２…圧力導入通路、１３…座面、
１４…雌ネジ部、２０…金属ステム、２１…ダイヤフラ
ム、２２…開口部、２３…段部、２４…雄ネジ部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部から圧力を導入するための圧力導入
通路（１２）を有するハウジング（１０）と、圧力検出用の検出部（２１）及びこの検出部へ前記圧力
を導くための開口部（２２）を有し、この開口部が前記
圧力導入通路と連通した状態で前記ハウジングに取り付
けられた金属ステム（２０）とを備え、前記金属ステムの外周面を前記ハウジングに押し付けて
シールすることにより、前記開口部と前記圧力導入通路
の連通部のシール性を確保するようにした圧力センサに
おいて、前記金属ステムの外周面を前記ハウジングに押し付ける
力の向きと、前記圧力が前記圧力導入通路へ導入された
ときに前記金属ステムに加わる前記圧力の向きとが同じ
になっていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】一端側から外部の圧力が導入される圧力
導入通路（１２）を有するハウジング（１０）と、一端側に圧力検出用のダイヤフラム（２１）を有し、他
端側に前記ダイヤフラムへ前記圧力を導くための開口部
（２２）を有するとともに、その外周面のうち軸方向の
途中部位に段部（２３）を有する中空段付筒状をなす金
属ステム（２０）とを備え、前記圧力導入通路は、前記金属ステムの外形に対応した
形状を有しており、前記金属ステムは、その他端側が前記圧力導入通路の一
端側に位置するように前記圧力導入通路内に挿入されて
おり、前記段部が、前記圧力導入通路の内面に形成された座面
（１３）に対して、前記金属ステムの他端側から一端側
へ向かって押し付けられシールされていることを特徴と
する圧力センサ。
【請求項３】前記金属ステム（２０）の外周面のうち
前記段部（２３）以外の部位には雄ネジ部（２４）が形
成されており、前記圧力導入通路（１２）の内面のうち前記座面（１
３）以外の部位には前記雄ネジ部に対応した雌ネジ部
（１４）が形成されており、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部とのネジ結合の軸力によ
り、前記段部の前記圧力導入通路の座面に対する押し付
けが行われていることを特徴とする請求項２に記載の圧
力センサ。