JP2004045281A

JP2004045281A - 圧力センサ

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Publication number: JP2004045281A
Application number: JP2002204526A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Suzuki; 鈴木　一志
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: JP3991798B2

Abstract

【課題】耐圧性及びシール性が高い圧力センサを提供すること。
【解決手段】感圧素子２０及びターミナルピン１０を有するコネクタハウジング３０と，該コネクタハウジング３０を挿入するセンサハウジング４０とを有する圧力センサ１である。該センサハウジング４０とコネクタハウジング３０との間の圧力室４２に感圧素子２０を収容してある。コネクタハウジング３０は，センサハウジング４０に挿入される挿入部３５を有し，その先端にセラミックブロック８０を有している。このセラミックブロック８０は，ターミナルピン１０を挿設する貫通穴８２を有していると共に，該貫通穴８２の内周面には，メタライズ処理により形成した被膜を介してターミナルピン１０をろう付けしてある。また，コネクタハウジング３０とセンサハウジング４０との間は，セラミックブロック８０の外周部に配設されたシール部材によりシールされている。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，感圧素子により圧力を計測する圧力センサに関する。
【０００２】
【従来技術】
圧力センサは，シリコン基板上に形成した歪ゲージと，シリコン基板を精密にエッチングして形成した圧力検知用のダイヤフラムとを有する感圧素子を利用したセンサである。そして，この圧力センサは，上記歪ゲージにより，圧力によるダイヤフラムのひずみ量を計測することにより圧力を測定する。
【０００３】
そして，圧力センサは，感圧素子を配置する受圧面を，圧力計測対象である流体が流入する圧力室に対面させて，その圧力を計測するように構成されている。
圧力センサにおける圧力室は，圧力センサの圧力計測範囲に対してその耐圧性が十分に高く，圧力室内の流体に対するシール性が十分であることが必要である。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の圧力センサにあっては，次のような問題がある。
即ち，圧力センサにおける，圧力を検知する感圧素子を配置する上記受圧面には，該感圧素子と電気的に接続されるターミナルピン等を露出させる必要がある。一方，上記受圧面を構成するコネクタハウジングは，合成樹脂よりなるのが一般的であり，上記ターミナルピンは，合成樹脂よりなるコネクタハウジング内に一体的に配置される。
【０００５】
そして，コネクタハウジングとターミナルピンとの境界部分に生ずる間隙は，例えばシリコーン接着剤等によりシールを行っている。
しかしながら，上記シリコーン接着剤によるシール構造は，必ずしも十分な耐圧性及びシール性を維持することができない。そのため，さらに信頼性のあるシール構造が実現できる圧力センサの開発が望まれていた。
【０００６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，従来よりも信頼性の高いシール構造を有する圧力センサを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
本発明は，感圧素子及びターミナルピンを有するコネクタハウジングと，該コネクタハウジングを挿入するセンサハウジングと，該センサハウジングと上記コネクタハウジングとの間に形成される圧力室とを有し，該圧力室に上記感圧素子を収容してある圧力センサにおいて，
上記コネクタハウジングは，上記センサハウジングに挿入される挿入部を有していると共に，該挿入部の先端にセラミックスよりなるセラミックブロックを有しており，
該セラミックブロックは，上記ターミナルピンを挿設する貫通穴を有していると共に，該貫通穴の内周面には，メタライズ処理により形成した被膜を介して上記ターミナルピンをろう付けしてあり，
かつ，上記コネクタハウジングと上記センサハウジングとの間は，上記セラミックブロックの外周部または先端部に配設されたシール部材によりシールされていることを特徴とする圧力センサにある（請求項１）。
【０００８】
本発明の圧力センサにおいては，上記のごとく，コネクタハウジングの挿入部の先端に，上記セラミックス製のセラミックブロックを設けてある。そして，上記圧力室におけるシール部分が，すべて上記セラミックブロックに接する部分となるシール構造を採用している。
【０００９】
そして，上記ターミナルピンと上記セラミックブロックとの間のシールは，該セラミックブロックのセラミックスとしての特性を有効に利用して，メタライズ処理を施した上にろう付けする処理を採用することができる。そのため，ターミナルピンの周囲のシール性は，従来の接着剤を用いる場合と比べて信頼性が高まる。
【００１０】
また，上記コネクタハウジングと上記センサハウジングとの間は，上記セラミックブロックの外周部又は先端部に配設されたシール部材によりシールされている。ここで，上記セラミックブロックは，上記のごとくセラミックスより構成されており，耐圧性に優れ，変形も少ないので，上記コネクタハウジングと上記センサハウジングとの間のシール性も従来と同等以上の高い信頼性が得られる。
【００１１】
従って，本発明の圧力センサは，その圧力室におけるシール性，耐圧性等に優れ，優れた圧力計測性能を長く維持することができる信頼性の高いものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては，上記セラミックブロックは，インサート成形によって，合成樹脂よりなる上記コネクタハウジングに一体的に配設されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には，上記コネクタハウジングへのセラミックブロックの配設を容易かつ精度良く行うことができる。
【００１３】
また，上記センサハウジングは，シールダイヤフラムを有しており，上記圧力室は，上記シールダイヤフラムにより密閉されていると共に，該圧力室の中には，圧力伝達媒体が充填されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には，上記圧力室に対して，さらに高い耐圧性や安定したシール性等が要求されるため，本発明による効果が特に有効である。
【００１４】
また，上記感圧素子は，上記セラミックブロックから露出した上記ターミナルピンに，電気導電性のバンプ材を介して接合されていることが好ましい（請求項４）。
【００１５】
この場合には，バンプ接合により上記感圧素子を接合することにより，上記ターミナルピンに対する電気的な接合と，上記セラミックブロックに対する物理的な接合とを同時に実現でき，効率的である。
さらに，上記セラミックブロックに対して，上記感圧素子と上記ターミナルピンとを，さらに効率的に配置できる。すなわち，上記感圧素子と上記ターミナルピンとを重複して配置することもでき，その配置の自由度が高い。
【００１６】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる圧力センサ１について，図１，図２を用いて説明する。
本例の圧力センサ１は，感圧素子２０及びターミナルピン１０を有するコネクタハウジング３０と，該コネクタハウジング３０を挿入するセンサハウジング４０とを有している。また，該センサハウジング４０とコネクタハウジング３０との間には，圧力室４２が形成されており，該圧力室４２に感圧素子２０を収容してある。
【００１７】
コネクタハウジング３０は，センサハウジング４０に挿入される挿入部３５を有していると共に，該挿入部３５の先端にセラミックスよりなるセラミックブロック８０を有している。このセラミックブロック８０は，ターミナルピン１０を挿設する貫通穴８２を有していると共に，該貫通穴８２の内周面には，メタライズ処理により形成した被膜を介してターミナルピン１０をろう付けしてある。
また，コネクタハウジング３０とセンサハウジング４０との間は，セラミックブロック８０の外周部に配設されたシール部材５０によりシールされている。
以下に，この内容について詳しく説明する。
【００１８】
本例の圧力センサ１は，図１，図２に示すごとく，シールダイヤフラム４３を有するセンサハウジング４０に，ターミナルピン１０と感圧素子２０とを有するコネクタハウジング３０を挿入して組み立ててある。
すなわち，この圧力センサ１は，シールダイヤフラム４３により密閉されると共に，圧力計測対象である流体とは隔離された圧力室４２を有している。そして，この圧力センサ１は，シールダイヤフラム４３に作用する上記流体の圧力を，圧力室４２に封入した圧力伝達媒体を介して，感圧素子２０により検知できるよう構成されている。
【００１９】
上記シールダイヤフラム４３は，その外周部に積層されたシールリング４３１の表面からレーザ溶接して，センサハウジング４０まで達する溶接部４３５を設けることにより，センサハウジング４０に強固に固定してある。
また感圧素子２０は，シリコン層を加工して歪ゲージを形成するとともに，シリコン基板を精密にエッチングしてセンサダイヤフラムを形成したものである。
【００２０】
コネクタハウジング３０は，図１，図２に示すごとく，セラミックブロック８０をインサート成形したＰＰＳ樹脂よりなる部品である。このコネクタハウジング３０は，センサハウジング４０に挿入する挿入部３５と，外部機器のコネクタ（図示略）を電気的に接続するためのソケット部３００とを有している。
【００２１】
セラミックブロック８０は，図１，図２に示すごとく，アルミナ，ジルコニア，窒化珪素等よりなる円柱形状を呈していると共に，電源用，グランド用及び信号出力用の３本のターミナルピン１０を貫通させるための貫通穴８２を有している。そして，この貫通穴８２の内周面には，Ｍｏ／Ｍｎメタライズ，Ｗメタライズ等のメタライズ処理による被膜（図示略）が配設されている。そして，ターミナルピン１０は，この被膜を介在して，貫通穴８２の内周面にＡｇ，ＡｇＣｕ，ＡｕＣｕ，ＡｕＮｉ等のろう材を用いてろう付け接合されている。
さらに，セラミックブロック８０の外周面には，コネクタハウジング３０内に強固に結合されるよう，上記コネクタハウジング３０を構成するＰＰＳ樹脂を食い込ませる溝部８１が配設されている。
【００２２】
また，図１に示すごとく，コネクタハウジング３０における挿入部３５は，その挿入方向に平行な軸を中心とした略円柱形状の挿入基部３５３と，該挿入基部３５３よりも小径である略円柱形状の挿入先端部３５１とを有している。そして，この挿入先端部３５１が上記セラミックブロック８０により構成されている。
また，挿入先端部３５１と挿入基部３５３との間には，コネクタテーパ面３５２が配設されている。
【００２３】
上記セラミックブロック８０の端面である受圧面３２には，図２に示すごとく，ターミナルピン１０及び感圧素子２０が配置されている。各ターミナルピン１０は，図２に示すごとく，感圧素子２０とボンディングワイヤ３４により相互に電気的に接続されている。
また，セラミックブロック８０の外周面は，シール材としてのＯリング５０及びバックアップリング５１を配置するためのリング溝として機能するように構成されている。
【００２４】
センサハウジング４０は，ステンレススチールよりなると共に，図１に示すごとく，上記シールダイヤフラム４３のコネクタハウジング３０側に，上記挿入部３５を挿入する凹部４５と，該凹部４５に収納した挿入部３５を係合するカシメ部４１とを有している。
【００２５】
凹部４５は，同図に示すごとく，コネクタハウジング３０の挿入基部３５３を挿入する大径の第１凹部４５３と，該第１凹部４５３より小径の上記挿入先端部３５１を挿入する第２凹部４５２と，これらの間に配設されたセンサテーパ面４５２を有している。
さらに，センサハウジング４０は，シールダイヤフラム４３側に，圧力計測対象としての流体を導入する圧力導入孔４４１と，取り付け用のネジ部４４２とを有している。
【００２６】
上記コネクタハウジング３０とセンサハウジング４０とは，図１，図２に示すごとく，セラミックブロック８０の外周部にバックアップリング５１とシール材５０としてのＯリングを配置して，これをセンサハウジング４０の凹部４５に収納し，コネクタテーパ面３５２とセンサテーパ面４５２とを当接させて組み合わせる。そして，センサハウジング４０のカシメ部４１を内径方向に変形させ，挿入部３５に係合させることにより両者を固定してある。
【００２７】
次に，本例の作用効果につき説明する。
本例の圧力センサ１においては，上記のごとく，コネクタハウジング３０の挿入部３５の先端に，上記セラミックス製のセラミックブロック８０を設けてある。そして，圧力室４２におけるシール部分が，すべてセラミックブロック８０に接する部分となるシール構造を採用している。
【００２８】
そして，ターミナルピン１０とセラミックブロック８０との間のシールは，上記のごとく，セラミックブロック８０のセラミックスとしての特性を有効に利用して，メタライズ処理を施した上にろう付けする処理を採用してある。そのため，ターミナルピン１０の周囲のシール性は，従来の接着剤を用いる場合と比べて信頼性が高まる。
【００２９】
また，コネクタハウジング３０とセンサハウジング４０との間は，セラミックブロック８０の外周部に配設されたシール部材（Ｏリング）５０によりシールされている。そのため，このシール部分も，耐圧性に優れ変形も少ないセラミックスよりなるセラミックブロック８０の優れた特性により，従来と同等以上の高い信頼性が得られる。
従って，本例の圧力センサ１は，その圧力室４２におけるシール性，耐圧性等に優れ，優れた圧力計測性能を長く維持することができる信頼性の高いものとなる。
【００３０】
なお，本例の圧力センサ１における外部と隔離された圧力室４２に代えて，上記シールダイヤフラム４３を廃し，被計測環境側に開放した圧力室４２としてもよい。この場合には，圧力計測対象としての上記流体が，感圧素子２０のセンサダイヤフラムに直接作用することとなる。
【００３１】
（実施例２）
本例は，図３に示すごとく，実施例１における圧力センサ１を基にして，感圧素子２０の接合方法を変更した例である。
本例の圧力センサ１において，感圧素子２０は，図３に示すごとく，セラミックブロック８０の表面にバンプ材２２を用いてバンプ接合してある。ここで，バンプ接合とは，一般的に，回路基板等の表面に露出する電極と，感圧素子等の半導体チップの外部電極との間に半田ボール等のバンプ材を配置し，このバンプ材を溶融等させることにより，半導体チップを回路基板上に接合する接合技術である。
【００３２】
そして，本例の圧力センサ１においては，感圧素子２０は，図３に示すごとく，その外部電極（図示略）が配置された素子面を，セラミックブロック８０側に向けて配置してある。また，セラミックブロック８０の表面には，感圧素子２０の外部電極のパターンと一致するようターミナルピン１０が配置されている。
【００３３】
そして，ターミナルピン１０と感圧素子２０の外部電極との間に，Ａｕ，はんだ等よりなるバンプ材２２を配置し，このバンプ材２２によりターミナルピン１０と感圧素子２０とを電気的に接続した状態で，セラミックブロック８０に対して感圧素子２０を接合してある。
【００３４】
このように本例の圧力センサ１は，感圧素子２０をバンプ接合により接合してあるため，その接合が強固でありその耐久性も高く，ターミナルピン１０との電気的な接続における信頼性が高い。そして，本例においても，実施例１と同様に，圧力室４２のシール構造は，セラミックブロック８０に接する部分をシールする構造としてある。そのため，本例の圧力センサ１は，耐久性に優れ，その優れた初期性能を長期間にわたり維持することができる。
なお，その他の構成及び作用効果については実施例１と同様である。
【００３５】
（実施例３）
本例は，図４に示すごとく，実施例１における圧力センサを基にして，セラミックブロック８０をコネクタハウジング３０内にインサート成形することなく別途準備し組み付けた例である。
すなわち，本例のコネクタ部３０１は，ＰＰＳ樹脂によりコネクタピン１９を一体成形した部品である。コネクタ部３０１は，図４に示すごとく，セラミックブロック８０におけるコネクタ部３０１側の端部を収納できるよう構成された収納凹部３８を有している。
【００３６】
コネクタ部３０１における収納凹部３８には，図４に示すごとく，コネクタピン１９が露出している。コネクタピン１９は，収納凹部３８に収納したセラミックブロック８０のターミナルピン１０と電気的に接触できるよう接続部１９１を先端に有している。
また，セラミックブロック８０とコネクタ部３０１とを組み合わせたコネクタハウジング３０の全体形状が，実施例１におけるセラミックブロックを一体成形したコネクタハウジングと略同一の形状をなし得るよう構成してある。
【００３７】
このように本例の圧力センサ１は，別体の部品であるセラミックブロック８０とコネクタ部３０１とを組み合わせたコネクタハウジング３０を適用して，実施例１における圧力センサと同様の作用効果を実現している。
なお，その他の構成及び作用効果については実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，圧力センサの構造を示す断面図。
【図２】実施例１における，圧力センサの圧力室近傍の構造を示す説明図。
【図３】実施例２における，圧力センサの圧力室近傍の構造を示す拡大説明図。
【図４】実施例３における，圧力センサの構造を示す断面図。
【符号の説明】
１．．．圧力センサ，
１０．．．ターミナルピン，
１９．．．コネクタピン，
２０．．．感圧素子，
３０．．．コネクタハウジング，
３２．．．受圧面，
３５．．．挿入部，
４０．．．センサハウジング，
４２．．．圧力室，
４３．．．シールダイヤフラム，
４５．．．凹部，
５０．．．Ｏリング，
５１．．．バックアップリング，
８０．．．セラミックブロック，
８１．．．溝部，
８２．．．貫通穴，

Claims

感圧素子及びターミナルピンを有するコネクタハウジングと，該コネクタハウジングを挿入するセンサハウジングと，該センサハウジングと上記コネクタハウジングとの間に形成される圧力室とを有し，該圧力室に上記感圧素子を収容してある圧力センサにおいて，
上記コネクタハウジングは，上記センサハウジングに挿入される挿入部を有していると共に，該挿入部の先端にセラミックスよりなるセラミックブロックを有しており，
該セラミックブロックは，上記ターミナルピンを挿設する貫通穴を有していると共に，該貫通穴の内周面には，メタライズ処理により形成した被膜を介して上記ターミナルピンをろう付けしてあり，
かつ，上記コネクタハウジングと上記センサハウジングとの間は，上記セラミックブロックの外周部または先端部に配設されたシール部材によりシールされていることを特徴とする圧力センサ。
請求項１において，上記セラミックブロックは，インサート成形によって，合成樹脂よりなる上記コネクタハウジングに一体的に配設されていることを特徴とする圧力センサ。
請求項１又は２において，上記センサハウジングは，シールダイヤフラムを有しており，上記圧力室は，上記シールダイヤフラムにより密閉されていると共に，該圧力室の中には，圧力伝達媒体が充填されていることを特徴とする圧力センサ。
請求項１〜３のいずれか１項において，上記感圧素子は，上記セラミックブロックから露出した上記ターミナルピンに，電気導電性のバンプ材を介して接合されていることを特徴とする圧力センサ。