JP2003270074A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサ素子について専用の設計を行うことな
く、シール剤の接合面積を大きくできる圧力センサを提
供する。 【解決手段】 一端側に凹部１１を有する樹脂ケース１
０と、凹部１１の底面１１ａに搭載された圧力検出用の
センサ素子２０と、一端側が凹部１１の底面１１ａから
突出するように樹脂ケース１０を貫通しセンサ素子２０
と電気的に接続されたターミナル１２と、凹部１１内に
設けられ、凹部１１に突出するターミナル１２の根元部
と樹脂ケース１０との隙間を封止するシール剤１４とを
備える圧力センサにおいて、凹部１１の底面１１ａのう
ちターミナル１２の根元部の周囲が、センサ素子２０の
搭載面よりも深く掘り下げられた掘り下げ部１１ｂとな
っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターミナルを有す
る樹脂ケースに圧力検出用のセンサ素子を搭載してなる
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の一般的な構
成を図６に示す。図６では、従来品としての圧力センサ
の要部の断面構成を示している。樹脂ケース１０の一端
側には凹部１１が形成されており、凹部１１の底面１１
ａにはセンサ素子２０が接着等により搭載されている。

【０００３】樹脂ケース１０には、一端側が凹部１１の
底面１１ａから突出するように樹脂ケース１１を貫通す
るターミナル１２がインサート成形等により設けられて
いる。なお、ターミナル１２の他端側は、図示しない
が、樹脂ケース１０の他端側に突出しており、外部と電
気的に接続されるようになっている。

【０００４】この凹部１１内に突出するターミナル１２
の一端とセンサ素子２０とは、例えばボンディングワイ
ヤ１３により結線され電気的に接続されている。また、
凹部１１内にはシリコーン樹脂等からなるシール剤１４
が設けられており、このシール剤１４によって、凹部１
１に突出するターミナル１２の根元部と樹脂ケース１０
との隙間が封止されている。

【０００５】このような圧力センサにおいては、図６中
の白抜き矢印に示すように、凹部１１の開口部側からセ
ンサ素子２０の表面２０ａに圧力が印加され、センサ素
子２０からは受圧した圧力に基づく信号が発生し、この
信号は、ボンディングワイヤ１３からターミナル１２を
介して外部に出力されるようになっている。

【０００６】そして、このような圧力センサにおいて
は、圧力検出範囲の異なるものを製造しようとする場
合、同一構成である共通のセンサ素子に対してトリミン
グ等を行って感度調整を行うことにより、圧力検出範囲
の異なる複数個の圧力センサを提供してきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、圧力
センサにおける圧力検出範囲の高圧化が要望されてい
る。そのような場合、ターミナル１２の根元部と樹脂ケ
ース１０との隙間の封止度合を向上させる必要があり、
そのためには、シール剤１４と樹脂ケース１０（つまり
凹部１１の内面）との接合面積を大きくする必要があ
る。

【０００８】この接合面積を大きくするために、従来で
は、シール剤１４の注入量を増やし、シール剤１４の厚
さを厚くするようにしている。しかし、シール剤１４を
厚くした分、シール剤１４がセンサ素子２０の表面２０
ａに付着しやすくなる。そして、センサ素子２０の表面
２０ａにシール剤１４が付着すると、センサ素子２０の
機能が阻害され不良品が発生するという問題がある。

【０００９】また、この問題に対して、専用のセンサ素
子２０、例えばシール剤１４が表面２０ａに付着しない
ように厚さを厚くする等の構成を採用したセンサ素子２
０を用いることも考えられるが、この場合、専用である
が故に安価な構成とすることは困難である。

【００１０】そこで、本発明は上記問題に鑑み、センサ
素子について専用の設計を行うことなく、シール剤の接
合面積を大きくできる圧力センサを提供することを目的
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、一端側に凹部（１１）
を有する樹脂ケース（１０）と、凹部の底面（１１ａ）
に搭載された圧力検出用のセンサ素子（２０）と、一端
側が凹部の底面から突出するように樹脂ケースを貫通し
センサ素子と電気的に接続されたターミナル（１２）
と、凹部内に設けられ、凹部に突出するターミナルの根
元部と樹脂ケースとの隙間を封止するシール剤（１４）
とを備える圧力センサにおいて、凹部の底面のうちター
ミナルの根元部の周囲が、センサ素子の搭載面よりも深
く掘り下げられた掘り下げ部（１１ｂ）となっているこ
とを特徴とする。

【００１２】それによれば、シール剤が配設される凹部
の底面のうちターミナルの根元部の周囲が、センサ素子
の搭載面よりも深く掘り下げられているため、この掘り
下げ部内にもシール剤が充填される。そのため、センサ
素子周囲のシール剤の厚さを厚くすることなく、ターミ
ナルの根元部周囲におけるシール剤とケースとの接合面
積を大きくすることができる。

【００１３】よって、センサ素子自体の厚さを変更する
ことが不要となるため、センサ素子について専用の設計
を行うことなく、シール剤の接合面積を大きくできる圧
力センサを提供することができる。

【００１４】また、請求項２に記載の発明では、掘り下
げ部（１１ｂ）の開口縁部における角部（１１ｃ）がＲ
形状となっていることを特徴とする。

【００１５】それによれば、掘り下げ部の角部近傍にお
いて、シール剤の応力集中を緩和することができるた
め、さらなる高耐圧化が可能となることから、好まし
い。

【００１６】また、請求項３に記載の発明では、掘り下
げ部（１１ｂ）の内面は、掘り下げ部の開口縁部側から
底部側に向かって先すぼまりとなったテーパ形状となっ
ていることを特徴とする。

【００１７】このような構成を採用することによって
も、掘り下げ部の角部近傍において、シール剤の応力集
中を緩和することができるため、さらなる高耐圧化が可
能となり、好ましい。

【００１８】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。

【００１９】

【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は本実施形態に係る圧力センサ
Ｓ１の全体概略を示す断面図であり、図２は図１中の凹
部１１近傍の拡大図である。限定するものではないが、
この圧力センサＳ１は例えば自動車に搭載され自動車の
燃料噴射系の燃料圧を検出するものに適用することがで
きる。

【００２０】樹脂ケース１０は、ＰＰＳ（ポリフェニレ
ンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレー
ト）等の樹脂を型成形することにより作られ、本例では
略円柱状をなしている。この樹脂ケース１０の一端部
（図１中、上方側の端部）には凹部１１が形成されてい
る。

【００２１】この凹部１１の底面１１ａには、圧力検出
用のセンサ素子２０が配設されている。本例のセンサ素
子２０は、その表面２０ａに受圧面としてのダイヤフラ
ム（図示せず）を有し、受けた圧力を電気信号に変換し
この電気信号をセンサ信号として出力する半導体ダイヤ
フラム式のものである。

【００２２】そして、センサ素子２０は、ガラス等より
なる台座２１に陽極接合等により一体化されており、こ
の台座２１を凹部１１の底面１１ａに接着することで、
センサ素子２０は樹脂ケース１０に搭載されている。

【００２３】また、樹脂ケース１０には、センサ素子２
０と外部の回路等とを電気的に接続するための複数個の
金属製棒状のターミナル１２が貫通している。本例で
は、ターミナル１２は黄銅（真鍮）にメッキ処理（例え
ばＮｉメッキ）を施した材料よりなり、インサートモー
ルドにより樹脂ケース１０と一体に成形されることによ
り樹脂ケース１０内にて保持されている。

【００２４】各ターミナル１２の一端側（図１中、上方
端側）の端部は、センサ素子２０の搭載領域の周囲にお
いて凹部１１の底面１１ａから突出して配置されてい
る。一方、各ターミナル１２の他端側（図１中、下方端
側）の端部は、樹脂ケース１０の他端側の開口部１５内
に露出している。

【００２５】この凹部１１内に突出する各ターミナル１
２の一端部とセンサ素子２０とは、金やアルミニウム等
のボンディングワイヤ１３により結線され電気的に接続
されている。

【００２６】また、凹部１１内にはシリコン系樹脂等か
らなるシール剤１４が設けられており、このシール剤１
４によって、凹部１１に突出するターミナル１２の根元
部と樹脂ケース１０との隙間が封止されている。

【００２７】ここにおいて、本実施形態では、凹部１１
の底面１１ａのうちターミナル１２の根元部の周囲を、
当該底面１１ａにおけるセンサ素子２０の搭載面よりも
深く掘り下げられた掘り下げ部１１ｂとした独自の構成
を採用している。この掘り下げ部１１ｂは例えば丸穴形
状とでき、その深さｄ（図２参照）は限定しないが例え
ば０．２ｍｍ〜１．２ｍｍ程度にすることができる。

【００２８】そして、シール剤１４は、この掘り下げ部
１１ｂ内にも充填されている。こうして、シール剤１４
は、凹部１１に突出するターミナル１２の根元部と樹脂
ケース１０との隙間を封止するとともに、センサ素子２
０の表面２０ａに付着しないように台座２１の側面を被
覆している。

【００２９】また、一方、図１において、樹脂ケース１
０の他端部（図１中、下方側の端部）側は開口部１５と
なっており、この開口部１５は、ターミナル１２の他端
側を例えばワイヤハーネス等の外部配線部材（図示せ
ず）を介して上記外部回路（車両のＥＣＵ等）に電気的
に接続するためのコネクタ部となっている。

【００３０】つまり、開口部１５内に露出する各ターミ
ナル１２の他端側は、このコネクタ部によって外部と電
気的に接続可能となっている。こうして、センサ素子２
０と外部との間の信号の伝達は、ボンディングワイヤ１
３及びターミナル１２を介して行われるようになってい
る。

【００３１】次に、図１に示すように、樹脂ケース１０
の一端部にはハウジング３０が組み付けられている。こ
のハウジング３０は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の
金属材料よりなる本体部３１を備える。この本体部３１
は、自動車の燃料配管等から燃料圧が導入される圧力導
入孔３２と、圧力センサＳ１を燃料配管等に固定するた
めのネジ部３３とを有する。

【００３２】更に、ハウジング３０は、薄い金属（例え
ばＳＵＳ等）製のメタルダイヤフラム３４と金属（例え
ばＳＵＳ等）製の押さえ部材（リングウェルド）３５と
が本体部３１に全周溶接され、圧力導入孔３２の一端に
気密接合されたものとなっている。

【００３３】このハウジング３０は、図１に示す様に、
本体部３１の端部３６を樹脂ケース１０の一端部にかし
めることにより樹脂ケース１０と固定され一体化されて
いる。こうして組み合わせられた樹脂ケース１０とハウ
ジング３０において、樹脂ケース１０の凹部１１とハウ
ジング３０のメタルダイヤフラム３４との間で、圧力検
出室４０が構成されている。

【００３４】この圧力検出室４０には圧力伝達媒体であ
り封入液であるオイル（フッ素オイル等）４１が充填さ
れ封入されている。このオイル４１の封入により、凹部
１１にはセンサ素子２０及びワイヤ１３等の電気接続部
分を覆うようにオイル４１が充填され、更に、オイル４
１はメタルダイヤフラム３４により覆われて封止された
形となる。

【００３５】このような圧力検出室４０を構成すること
により、圧力導入孔３２から導入された圧力は、メタル
ダイヤフラム３４、オイル４１を介して、圧力検出室４
０内のセンサ素子２０、ボンディングワイヤ１３、ター
ミナル１２に印加されることになる。

【００３６】また、圧力検出室４０の外周囲には、環状
の溝（Ｏリング溝）４２が形成され、この溝４２内に
は、圧力検出室４０を気密封止するためのＯリング４３
が配設されている。このＯリング４３は例えばシリコン
ゴム等の弾性材料よりなり、樹脂ケース１０とハウジン
グ３０の押さえ部材３５とにより挟まれて押圧されてい
る。こうして、メタルダイヤフラム３４とＯリング４３
とにより圧力検出室４０が封止され閉塞されている。

【００３７】なお、本例では、上記溝４２内には、Ｏリ
ング４３の外周にバックアップリング４４が設けられて
いる。このバックアップリング４４は、例えば４フッ化
エチレン樹脂等の樹脂材料よりなり、Ｏリング４３が広
がったときにＯリング４３がケース１０と押さえ部材３
５との隙間に入り込んで損傷するのを防止する等の役割
を担うものである。

【００３８】次に、上記圧力センサＳ１の製造方法につ
いて述べる。ターミナル１２がインサート成形された樹
脂ケース１０を用意する。シリコン系樹脂等よりなる接
着剤を用いて、樹脂ケース１０の凹部１１内へセンサ素
子２０を台座２１を介し接着固定する。

【００３９】そして、凹部１１内へシール剤１４を注入
し、シール剤１４を、凹部１１の底面１１ａおよび掘り
下げ部１１ｂ内へ行き渡らせる。ここで、シール剤１４
がセンサ素子２０の表面２０ａに付着しないようにす
る。例えば、シール剤１４を注入した時点で、図２に示
すようなシール剤１４の上面からセンサ素子２０の表面
２０ａまでの高さｈが１ｍｍ程度となるようにする。

【００４０】続いて、注入したシール剤１４を硬化させ
る。そして、ワイヤボンディングを行って、各ターミナ
ル１２の一端部とセンサ素子２０とをボンディングワイ
ヤ１３で結線する。

【００４１】そして、センサ素子２０側を上にして樹脂
ケース１０を配置し、樹脂ケース１０の上方から、ディ
スペンサ等によりフッ素オイル等よりなるオイル４１
を、凹部１１へ一定量注入する。

【００４２】続いて、メタルダイヤフラム３４及び押さ
え部材３５が全周溶接され、圧力導入孔３２の一端に気
密接合されたハウジング３０を用意し、このハウジング
３０を上から水平を保ったまま、樹脂ケース１０に嵌合
するように降ろす。この状態のものを真空室に入れて真
空引きを行い圧力検出室４０内の余分な空気を除去す
る。

【００４３】その後、樹脂ケース１０とハウジング３０
の押さえ部材３５とが十分接するまで押さえ、メタルダ
イヤフラム３４とＯリング４３によりシールされた圧力
検出室４０を形成する。次に、ハウジング３０における
本体部３１の端部３６を樹脂ケース１０の一端側にかし
めることにより、ハウジング３０と樹脂ケース１０とを
一体化する。こうして、樹脂ケース１０とハウジング３
０との組合せ固定がなされ、上記図１に示す圧力センサ
Ｓ１が完成する。

【００４４】かかる圧力センサＳ１の基本的な圧力検出
動作について述べる。圧力センサＳ１は、例えば、ハウ
ジング３０のネジ部３３を介して、車両における燃料配
管系の適所に取り付けられる。そして、該燃料配管内の
燃料圧がハウジング３０の圧力導入孔３２より圧力セン
サＳ１内に導入される。

【００４５】すると、導入された燃料圧がメタルダイヤ
フラム３４から圧力検出室４０内のオイル４１を介し
て、センサ素子２０の表面すなわち受圧面に印加され
る。そして、印加された圧力に応じた電気信号がセンサ
信号として、センサ素子２０から出力される。このセン
サ信号は、センサ素子２０からワイヤ１３、ターミナル
１２を介して、上記外部回路へ伝達され、燃料配管の燃
料圧が検出される。

【００４６】ところで、本実施形態によれば、シール剤
１４が配設される凹部１１の底面１１ａのうちターミナ
ル１２の根元部の周囲が、センサ素子２０の搭載面より
も深く掘り下げられた掘り下げ部１１ｂとなっているた
め、この掘り下げ部１１ｂ内にもシール剤１４が充填さ
れている。

【００４７】そのため、このような掘り下げ部を持たな
い従来のものに比べて、センサ素子２０周囲のシール剤
１４の厚さを厚くすることをしなくても、シール剤１４
が掘り下げ部１１ｂの内面と接合する分だけ、ターミナ
ル１２の根元部周囲におけるシール剤１４と樹脂ケース
１０との接合面積を大きくすることができる。

【００４８】よって、センサ素子２０自体の厚さを変更
することが不要となるため、センサ素子２０について専
用の設計を行うことなく、シール剤１４の接合面積を大
きくできる圧力センサＳ１を提供することができる。

【００４９】ここで、図３は、掘り下げ部１１ｂの深さ
ｄすなわち掘り下げ深さｄ（図２参照）と耐圧との関係
を解析した結果を示す図である。耐圧については、ハウ
ジング３０の圧力導入孔３２から導入される圧力を増加
していったときに、当該圧力が、凹部１１内に位置する
ターミナル１２の一端側と樹脂ケース１０との隙間か
ら、ターミナル１２と樹脂ケース１０との隙間を通って
ターミナル１２の他端側に漏れるときの圧力、すなわち
シール漏れ発生圧力（単位：ＭＰａ）を指標とした。

【００５０】また、図３では、凹部１１の底面１１ａか
らセンサ素子２０の表面２０ａまでの高さが２ｍｍであ
り、上記高さｈ（図２参照）が１μｍとなるように、シ
ール剤１４の凹部１１の底面１１ａからの高さは１ｍｍ
とした。この図３からわかるように、掘り下げ深さｄを
大きくして行くに連れ、つまり、シール剤１４の接合面
積を大きくしていくに連れ、耐圧が向上していくことが
わかる。

【００５１】また、上記図２に示すように、凹部１１の
底面１１ａに掘り下げ部１１ｂを形成した場合、掘り下
げ部１１ｂの開口縁部における角部１１ｃ近傍におい
て、シール剤１４に応力が集中しやすくなる。そのた
め、高耐圧化の障害となる可能性がある。

【００５２】そこで、本実施形態の変形例として図４に
示すように、掘り下げ部１１ｂの開口縁部における角部
１１ｃをＲ形状とすることが好ましい。それによれば、
掘り下げ部１１ｂの角部１１ｃ近傍において、シール剤
１４の応力集中を緩和することができるため、さらなる
高耐圧化が可能となる。

【００５３】また、もうひとつの変形例として図５に示
すように、掘り下げ部１１ｂの内面を、掘り下げ部１１
ｂの開口縁部側から底部側に向かって先すぼまりとなっ
たテーパ形状としても良い。このような構成を採用する
ことによっても、掘り下げ部１１ｂの角部１１ｃ近傍に
おいて、シール剤１４の応力集中を緩和することができ
るため、さらなる高耐圧化が可能となる。

【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概略
断面図である。

【図２】図１中の凹部１１近傍の拡大図である。

【図３】掘り下げ部の深さと耐圧との関係を示す図であ
る。

【図４】上記実施形態の変形例を示す図である。

【図５】上記実施形態のもうひとつの変形例を示す図で
ある。

【図６】従来の圧力センサの一般的な断面構成を示す図
である。

【符号の説明】

１０…樹脂ケース、１１…凹部、１１ａ…凹部の底面、
１１ｂ…掘り下げ部、１１ｃ…掘り下げ部の開口縁部に
おける角部、１２…ターミナル、１４…シール剤、２０
…センサ素子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端側に凹部（１１）を有する樹脂ケー
   ス（１０）と、 前記凹部の底面（１１ａ）に搭載された圧力検出用のセ
   ンサ素子（２０）と、 一端側が前記凹部の底面から突出するように前記樹脂ケ
   ースを貫通し、前記センサ素子と電気的に接続されたタ
   ーミナル（１２）と、 前記凹部内に設けられ、前記凹部に突出する前記ターミ
   ナルの根元部と前記樹脂ケースとの隙間を封止するシー
   ル剤（１４）とを備える圧力センサにおいて、 前記凹部の底面のうち前記ターミナルの根元部の周囲
   が、前記センサ素子の搭載面よりも深く掘り下げられた
   掘り下げ部（１１ｂ）となっていることを特徴とする圧
   力センサ。
2. 【請求項２】 前記掘り下げ部（１１ｂ）の開口縁部に
   おける角部（１１ｃ）がＲ形状となっていることを特徴
   とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記掘り下げ部（１１ｂ）の内面は、前
   記掘り下げ部の開口縁部側から底部側に向かって先すぼ
   まりとなったテーパ形状となっていることを特徴とする
   請求項１に記載の圧力センサ。