JP3333703B2 - 圧力センサ及び圧力センサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧力センサに関する
ものであり、詳しくは圧力検知素子と回路基盤とを結線
するワイヤの近傍におけるポッティング剤の内部の気泡
の発生を防止する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の圧力センサ１００の断面
構成を説明するための図である。この種の圧力センサ
は、例えば自動車のブレーキシステムの油圧回路内の油
圧を測定するために使用されるものである。

【０００３】このような使用においては広範囲な温度環
境条件（マイナス４０℃からプラス６０℃程度）や走行
により加わる振動や衝撃、かつ測定対象流体であるブレ
ーキオイルの温度上昇（プラス１２０℃程度まで）によ
り内部的にも高い温度にさらされること等を考慮し、こ
のような厳しい使用条件でも破損することなく確実に動
作するための高い信頼性を備えることが要求されてい
る。

【０００４】この圧力センサ１００の外観形状は、概略
金属製のケース１０１、及びコネクタ部１０２とからな
っている。ケース１０１は、油圧回路の油圧測定部１０
３の取付孔１０４に取り付けるためのネジ部１０５と、
このネジ部１０５をねじ込む際に締め付けるための締付
部１０６とを有する。ネジ部１０５の頭部側に設けられ
た締付部１０６は、有底円筒形状で外周形状は例えば６
角ナットのような形状を備え、締付部１０６の内部に
は、凹部１１０が形成されている。

【０００５】また、ネジ部１０５の軸心に沿って圧力導
入孔１０９が穿設されている。この圧力導入孔１０９
は、一端がネジ部１０５先端部の中央部に開口し、他端
は凹部１１０の底面１１１の中央の段部１０７に開口し
ている。

【０００６】段部１０７には、圧力導入孔１０９の開口
に臨んで圧力検知素子１１４が取り付けられている。圧
力検知素子１１４は円筒形状であり、上部が薄肉で閉じ
られたダイアフラム１１５を備えている。圧力検知素子
１１４の開口側の端部は全周的に電子ビーム等によりビ
ーム溶接されて、ケース１０１に固定されている。

【０００７】そして、ダイアフラム１１５の下面が圧力
導入孔１０９に臨む感圧面をなし、ダイアフラム１１５
の上面には絶縁膜を介して歪ゲージが配設されている。
感圧面は圧力導入孔１０９に導入された測定対象流体の
圧力を受け、この圧力によるダイアフラム１１５の変形
により歪ゲージが変形し、変形による歪ゲージの抵抗値
の変化を出力として取り出す。

【０００８】圧力検知素子１１４の上部周辺には、凹部
１１０の内周面に突出する段部１１０ａに載置されるこ
とで位置決めされる回路基盤１１７が配置されている。
そして各歪ゲージは、ワイヤ１１８によって回路基盤１
１７に接続され、歪ゲージの微弱な出力信号を回路基盤
１１７の下面に実装された増幅器等の電子部品１２０に
より増幅している。尚、回路基盤１１７と凹部１１０の
底面１１１との間及び回路基盤１１７の上面には、電子
部品１２０やワイヤ１１８を保護する等のために、シリ
コンゲル等のポッティング剤１１９が充填されている。

【０００９】回路基盤１１７の上部には、蓋状の金属製
プレート１２１が設けられている。このプレート１２１
は、外周を締付部１０６の内周に固定されている。そし
てプレート１２１には貫通コンデンサ１２２が設けられ
ており、この貫通コンデンサ１２２を介して回路基盤１
１７からの出力を取り出す。

【００１０】プレート１２１の上部には、蓋状のコネク
タ部１０２が装着される。コネクタ部１０２外縁のフラ
ンジ１２３は、締付部１０６上端内周に嵌合している。
コネクタ部のフランジ１２３とプレート１２１の外縁と
締付部１０６の内周面との間にはＯリング１２４が装着
されている。コネクタ部１０２は樹脂製で、頂部には略
直方体のコネクタ１２５が設けられている。回路基盤１
１７からピン１２６によって貫通コンデンサ１２２を介
して取り出された電気信号は、コネクタ部１０２内でピ
ン１２６に接続されたコネクタピン１２７によって圧力
センサ１００から取り出される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図６は、凹部１１０近
傍を拡大した図であり、図７はその矢視Ｖ１図である。
この図６及び図７により、ポッティング剤１１９の充填
工程について更に詳細に説明する。

【００１２】回路基盤１１７は、円形の外周部の一部に
切り欠き部１１７ａを備え、切り欠き部１１７ａ以外の
外周端部が凹部１１０の内周面に突出する段部１１０ａ
に載置されている（図７の矢印Ａ１０３の領域）。ま
た、回路基盤１１７の中央部には圧力検知素子１１４の
上部が嵌合するような円形の窓部１１７ｂが形成されて
いる。

【００１３】尚、圧力検知素子１１４の外周と窓部１１
７ｂは直接的に接触しないよう若干の隙間を持つ様に位
置決めされている。これにより、回路基盤１１７の窓部
１１７ｂが圧力検知素子１１４のダイアフラム１１５に
接触して歪みを与えたりすることを極力抑えている。

【００１４】ポッティング剤１１９の充填工程は、図６
に示される矢印Ａ１０１のように、回路基盤１１７の切
り欠き部１１７ａと段部１１０ａとの間の開口領域Ｒ１
０１より凹部１１０の下側に注入・充填される。

【００１５】そして、この充填工程においてポッティン
グ剤１１９の流動状態によっては、回路基盤１１７に実
装されている電子部品１２０の凹凸に留まる滞留気泡Ｂ
１０１や、充填工程で巻き込んだ滞留気泡Ｂ１０２を巻
き込んだ状態で矢印Ａ１０２の方向に流動し、圧力検知
素子１１４の外周と窓部１１７ｂとの隙間から回路基盤
１１７の上側のワイヤ１１８部へと滞留気泡を移動させ
てワイヤ１１８部近傍に位置する滞留気泡Ｂ１０３を発
生させるという問題がある。

【００１６】また、滞留気泡を含んだポッティング剤１
１９の加熱硬化に伴い、滞留気泡が移動してワイヤ１１
８部近傍に位置するという問題がある。

【００１７】このようなワイヤ１１８部近傍に滞留気泡
が発生することを防止するために、ポッティング剤１１
９充填後に真空脱泡することで加熱硬化前に存在する滞
留気泡をある程度除去することは可能であるが、その後
の加熱硬化処理工程において、ポッティング剤１１９が
膨張・収縮し、これにより凹部１１０の内周面とポッテ
ィング剤１１９の界面から気泡が侵入して凹部１１０の
内周面から圧力検知素子１１４の側面を通り、ワイヤ１
１８部近傍に気泡を位置させてしまうことも考えられ
る。

【００１８】ワイヤ１１８は、圧力検知素子１１４の出
力パッドと回路基盤１１７の入力パッドとを結線するも
ので、いわゆるワイヤーボンディング・プロセスにより
形成されている。このワイヤ１１８は極めて細く切れ易
いので、ワイヤーボンディング後に他の部材が接触した
り、曲げたりすることのないように注意深く扱う必要が
ある。

【００１９】ポッティング剤１１９は、このようなワイ
ヤ１１８を保護するために、ワイヤ１１８部をも覆うよ
うに充填されているが、上記のようなワイヤ１１８部近
傍に気泡が位置すると、気泡とポッティング剤１１９と
の熱による膨張・収縮率の違いにより、使用時の温度変
化（例えば自動車のブレーキシステムに使用されている
場合には、自動車のエンジン稼動による外的な温度上昇
及びブレーキオイルの加熱による内的な温度上昇等）で
ワイヤ１１８部の回りのゲル状のポッティング剤１１９
が動き、これが何回も繰り返されるとワイヤ１１８に疲
労を生じてワイヤ１１８が切断されたり、あるいはパッ
ドに圧着されているワイヤの足がはずれたりすることが
懸念される。

【００２０】圧力センサ１００の使用される対象によっ
ては、極めて高い信頼性が必要とされているものである
から、上記のような問題の発生は回避しなければなら
ず、本発明は上記従来技術の問題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、ワイヤを保護す
るポッティング剤においてワイヤ近傍に気泡が位置する
ことを防止して圧力センサの信頼性を向上させることに
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、ハウジング内部に圧力検知素子
と、この圧力検知素子の周囲に配置される回路基盤と、
前記圧力検知素子と回路基盤とを結線するワイヤとを備
え、ポッティング剤を前記ハウジング内において回路基
盤の両面かつ前記ワイヤを覆うように充填してなる圧力
センサにおいて、前記圧力検知素子の外周側面と前記回
路基盤に当接し、圧力検知素子と回路基盤の隙間を塞ぐ
密封手段を備えることを特徴とする。

【００２２】この密封手段により、ポッティング剤の充
填後に圧力検知素子と回路基盤の隙間をポッティング剤
及びポッティング剤に含まれる気泡が疎通することが防
止され、ワイヤの存在する回路基盤の面の反対の面側か
らワイヤの存在する回路基盤の面側への気泡の移動も同
時に防止され、ワイヤ近傍に気泡が位置することがなく
なる。密封手段は適度な弾性を備えることが好ましく、
ゴム状弾性部材や樹脂部材等を用いることができる。

【００２３】また、前記圧力検知素子は柱状であり、前
記回路基盤は該圧力検知素子の頭部を覗かせる開口部を
備え、前記密封手段は、圧力検知素子の外周側面に嵌合
する環状部材であることも好適である。

【００２４】これによると、環状部材が圧力検知素子の
外周側面に嵌合することで位置を固定することが可能と
なり、回路基盤との当接状態を確実にすることができ、
隙間の密封性を向上することができる。

【００２５】また、前記環状部材は、一方の端部を前記
ハウジングの底面から圧力検知素子が立ち上がる立ち上
がり部に当接させ、他方の端部を前記回路基盤のワイヤ
の反対側の面に当接させることも好適である。

【００２６】これにより、環状部材と回路基盤との当接
状態をさらに確実にすると共に、環状部材の他方の端部
が回路基盤の位置決め部材として機能する。

【００２７】圧力センサの製造方法においては、ハウジ
ング内部に柱状の圧力検知素子と、この圧力検知素子の
頭部を覗かせる開口部を備えた回路基盤と、前記圧力検
知素子と回路基盤とを結線するワイヤとを備え、予め、
前記圧力検知素子の外周側面と前記回路基盤に当接して
圧力検知素子と回路基盤の隙間を塞ぐ環状部材を取り付
けた後、前記ポッティング剤を前記ハウジング内におい
て回路基盤の両面かつ前記ワイヤを覆うように充填する
ことを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１は本発明を適用した実施の形
態に係る圧力センサＰＳの特徴的な構成が現れている部
分の断面構成説明図である。この圧力センサＰＳは、図
５で説明した従来の圧力センサ１００に環状部材３０を
備えている点を構成上の特徴としている。

【００２９】圧力センサＰＳは、ハウジングとしての金
属製のケース１、及びコネクタ部２とからなっている。
ケース１は、油圧回路の油圧測定部３の取付孔４に取り
付けるためのネジ部５と、このネジ部５をねじ込む際に
締め付けるための締付部６とを有する。ネジ部５の頭部
側に設けられた締付部６は、有底円筒形状で外周形状と
しては例えば６角ナットのような形状を備え、ケース１
の締付部６の内側には、凹部１０が形成されている。

【００３０】また、ネジ部５の軸心に沿って圧力導入孔
９が穿設されている。この圧力導入孔９は、一端がネジ
部５先端部の中央部に開口し、他端は凹部１０の底面１
１の中央の段部７に開口している。

【００３１】段部７には、圧力導入孔９の開口に臨んで
圧力検知素子１４が取り付けられている。圧力検知素子
１４は上部が薄肉で閉じられた円筒形状であり、その薄
肉部にダイアフラム１５を備えている。圧力検知素子１
４の開口側の端部は外側に拡がる立ち上がり部としての
フランジ部１４ａがあり、フランジ部１４ａを段部７に
嵌め込んだ状態で全周的に電子ビーム等によりビーム溶
接されて、ケース１に固定されている。

【００３２】そして、ダイアフラム１５の下面が圧力導
入孔９に臨む感圧面をなし、ダイアフラム１５の上面に
は絶縁層を介して歪ゲージ（図示せず）が配設されてい
る。感圧面は圧力導入孔９に導入された測定対象流体の
圧力を受け、この圧力によるダイアフラム１５の変形に
より歪ゲージが変形し、変形による歪ゲージの抵抗値の
変化を出力として取り出す。

【００３３】圧力検知素子１４の上部周辺には、凹部１
０の内周面に突出する段部１０ａに載置されることで位
置決めされる回路基盤１７が配置されている。回路基盤
１７の中央部は圧力検知素子１４の頭部を覗かせる開口
１７ａを備え、開口１７ａから圧力検知素子１４の頭部
であるダイアフラム１５が覗くように位置している。そ
して圧力検知素子１４のダイアフラム１５に備えられた
各歪ゲージは、ワイヤ１８によって回路基盤１７に接続
され、歪ゲージの微弱な出力信号を回路基盤１７の下面
に実装された増幅器等の電子部品２０により増幅してい
る。尚、回路基盤１７と凹部１０の底面１１との間及び
回路基盤１７の上面には、電子部品２０やワイヤ１８を
保護する等のために、シリコンゲル等のポッティング剤
１９が充填されている。

【００３４】回路基盤１７の上部には、蓋状の金属製プ
レート２１が設けられている。このプレート２１は、外
周を締付部６の内周に固定されている。そしてプレート
２１には貫通コンデンサ２２が設けられており、この貫
通コンデンサ２２を介して回路基盤１７からの出力を取
り出す。

【００３５】さらにプレート２１の上部には、蓋状のコ
ネクタ部２が装着される。コネクタ部２外縁のフランジ
２３は、締付部６上端内周に嵌合している。コネクタ部
のフランジ２３とプレート２１の外縁と締付部６の内周
面との間にはＯリング２４が装着されている。コネクタ
部２は樹脂製で、頂部には略直方体のコネクタ２５が設
けられている。回路基盤１７からピン２６によって貫通
コンデンサ２２を介して取り出された電気信号は、コネ
クタ部２内でピン２６に接続されたコネクタピン２７に
よって圧力センサＰＳから取り出される。

【００３６】３０は環状部材であり、この実施の形態で
はゴム状弾性材により作成された円環状のゴムパッキン
と同じような形態を呈している。環状部材３０の内周面
３０ａは圧力検知素子１４の外周に嵌め込まれて軸方向
の位置を固定している。そして図において上側の端面３
０ｂは回路基盤１７のワイヤ１８が接続されていない面
に当接し、圧力検知素子１４の外周と開口１７ａとの隙
間を密封する密封手段として機能している。

【００３７】図２は、凹部１０近傍を拡大した図であ
り、図３はその矢視Ｖ２図である（図３はポッティング
剤１９を充填する前の状態である。）この図２及び図３
により、環状部材３０を備える際の製造方法を説明す
る。

【００３８】予め、圧力検知素子１４はフランジ部１４
ａを段部７に嵌め込んだ状態で全周的に電子ビーム等に
よりビーム溶接されて、ケース１の底面１１に固定され
ている。

【００３９】この状態で、圧力検知素子１４の外周に環
状部材３０を嵌め込み、環状部材３０の緊迫力により所
定の位置に固定させる。そして回路基盤１７を凹部１０
の内周面に突出する段部１０ａに載置して接着等により
固定する。この時、環状部材３０の端面３０ｂの位置は
回路基盤１７の下側の面に密着するような位置としてお
く。

【００４０】そしてワイヤボンディングを行い、ワイヤ
１８によりダイアフラム１５に備えられた各歪ゲージと
回路基盤１７とを結線した後に、回路基盤１７の下側に
矢印Ａ１のようにポッティング剤１９を充填する。ま
た、回路基盤１７の上側は、適宜ワイヤ１８を覆うよう
にポッティング剤１９を置いていけば良い。そしてポッ
ティング剤１９の充填の後、硬化させる。尚、回路基盤
１７は外周の一部が切り欠かれた切欠部１７ｂとなって
おり、切欠部１７ｂと凹部１０の内周面からポッティン
グ剤１９の充填を行っている。

【００４１】ポッティング剤１９の充填時及び硬化時に
は、ポッティング剤１９に気泡が巻き込まれて存在した
としても、圧力検知素子１４の外周と開口１７ａとの隙
間が環状部材３０により密封されているのでポッティン
グ剤１９が上側に流動することはなく、ワイヤ１８の近
傍に気泡が移動してしまうことを防止している。

【００４２】図４は、環状部材３０の具体的な形状を説
明する図であり、図４（ａ）は第１図及び第２図に適用
された環状部材３０である。この環状部材３０の幅は回
路基盤１７の下側の面からケース１の底面１１までの深
さＤ１よりも短い寸法に設定されていた。

【００４３】図４（ｂ）は、回路基盤１７の下側の面か
らケース１の底面１１までの深さＤ１と略等しい幅Ｄ１
を備えた環状部材３１であり、環状部材３０の代わりに
この環状部材３１を使用することで、環状部材３１の一
方の端面が底面１１から立ち上がる圧力検知素子１４の
フランジ部１４ａ（またはフランジ部１４ａが存在しな
いものに関しては底面１１）に当接し、他方の端面が回
路基盤１７の下側の面に当接することになり、回路基盤
１７の位置決め及び密封当接状態を確実に行うことがで
きる。

【００４４】図４（ｃ）及び図４（ｄ）は、少なくとも
一方の端面に外向きフランジ部を備えた環状部材３２及
び３３であり、外向きフランジ部が回路基盤１７の下側
の面により密封性を高めて当接することが可能となる。
また、図４（ｃ）の環状部材３２は上下を逆にして圧力
検知素子１４に嵌合させることも可能である。

【００４５】環状部材の材料としては、低温から高温ま
で幅広い温度範囲で使用される場合にはシリコンゴム、
シリコン樹脂、フッ素ゴム、フッ素樹脂等が好適であ
り、特に、ポッティング剤にシリコンゲルを用いる場合
においては、その相性の良さ（例えば密着性、線膨張
等）からシリコン系材料が好適である。

【００４６】また、常温付近などの狭い温度範囲で使用
される場合には、コスト低減、取扱易さ（製造のし易
さ）等の観点より、アクリルゴム、ニトリルゴム、アク
リル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂等も
選択可能であり特に限定されることはない。つまりこれ
ら環状部材として回路基盤１７と当接した状態での密封
性能が得られるような材料を使用することが可能であ
る。

【００４７】

【発明の効果】本発明は以上の構成および作用を有する
ものであり、密封手段により圧力検知素子と回路基盤の
隙間が密封され、ポッティング剤の充填及び硬化時にポ
ッティング剤及びポッティング剤に含まれる気泡が疎通
することが防止され、ワイヤ近傍に気泡が位置すること
が低減してワイヤ破損が発生しにくくなり、信頼性を向
上させることが可能となる。

【００４８】前記密封手段が圧力検知素子の外周側面に
嵌合する環状部材であることで、環状部材が圧力検知素
子の外周側面に嵌合することで位置を固定することが可
能となり、回路基盤との当接状態を確実にすることがで
き、隙間の密封性を向上することができる。

【００４９】環状部材の一方の端部を立ち上がり部に当
接させ、他方の端部を前記回路基盤のワイヤの反対側の
面に当接させることにより、回路基盤との当接状態をさ
らに確実にすると共に、環状部材の他方の端部が回路基
盤の位置決め部材として機能する。

【００５０】また、本発明の製造方法に従うことで、ワ
イヤ近傍に気泡が位置することが低減してワイヤ破損が
発生しにくくなり、信頼性を向上させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ
の構成を示す断面図。

【図２】図２は、図１の凹部近傍の図。

【図３】図３は、図２のＶ２矢視図。

【図４】図４は環状部材の図。

【図５】図５は従来の圧力センサの構成を示す断面図。

【図６】図６は、図５の凹部近傍の図。

【図７】図７は、図６のＶ１矢視図。

【符号の説明】

１ ケース（ハウジング） ２ コネクタ部 ３ 油圧測定部 ４ 取付孔 ５ ネジ部 ６ 締付部 ７ 段部 ９ 圧力導入孔 １０ 凹部 １０ａ 段部 １１ 底面 １４ 圧力検知素子 １４ａ フランジ部 １５ ダイア不ラム １７ 回路基盤 １７ａ 開口 １７ｂ 切欠部 １８ ワイヤ １９ ポッティング剤 ２０ 電子部品 ２１ プレート ２２ 貫通コンデンサ ２３ フランジ ２４ Ｏリング ２５ コネクタ ２６ ピン ２７ コネクタピン ３０ 環状部材（密封手段） ３０ａ 内周面 ３０ｂ 端面 ＰＳ 圧力センサ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内部に圧力検知素子と、この
   圧力検知素子の周囲に配置される回路基盤と、前記圧力
   検知素子と回路基盤とを結線するワイヤとを備え、 ポッティング剤を前記ハウジング内において回路基盤の
   両面かつ前記ワイヤを覆うように充填してなる圧力セン
   サにおいて、 前記圧力検知素子の外周側面と前記回路基盤に当接し、
   圧力検知素子と回路基盤の隙間を塞ぐ密封手段を備える
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記圧力検知素子は柱状であり、前記回
   路基盤は該圧力検知素子の頭部を覗かせる開口部を備
   え、 前記密封手段は、圧力検知素子の外周側面に嵌合する環
   状部材であ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】 前記環状部材は、一方の端部を前記ハウ
   ジングの底面から圧力検知素子が立ち上がる立ち上がり
   部に当接させ、他方の端部を前記回路基盤のワイヤの反
   対側の面に当接させることを特徴とする請求項２に記載
   の圧力センサ。
4. 【請求項４】 ハウジング内部に柱状の圧力検知素子
   と、この圧力検知素子の頭部を覗かせる開口部を備えた
   回路基盤と、前記圧力検知素子と回路基盤とを結線する
   ワイヤとを備え、 ポッティング剤を前記ハウジング内において回路基盤の
   両面かつ前記ワイヤを覆うように充填する圧力センサの
   製造方法において、 予め、前記圧力検知素子の外周側面と前記回路基盤に当
   接して圧力検知素子と回路基盤の隙間を塞ぐ環状部材を
   取り付けた後、前記ポッティング剤を充填することを特
   徴とする圧力センサの製造方法。