JP3697862B2

JP3697862B2 - 圧力検出装置

Info

Publication number: JP3697862B2
Application number: JP30452997A
Authority: JP
Inventors: 安洋山下; 治伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2017-11-06
Also published as: DE19843471B4; DE19843471A1; JPH11142273A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出する圧力検出装置に関し、例えば車両における燃料噴射装置の燃料圧やブレーキ装置のブレーキオイル圧等の高圧を検出するのに用いて好適なるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の圧力検出装置としては、特開昭６２−７３１３１号公報に示されるものがある。
このものは、圧力導入孔の終端が薄肉部となっているセンシングボディをハウジング内に収納し、センシングボディの薄肉部に固定したセンサチップにより薄肉部の変位を検出するとともに、このセンサチップからの電気信号を回路基板にて信号処理するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記した構成において、回路基板として、表面及び内層に導電性のペーストを印刷形成した積層セラミック基板を有して構成し、この回路基板をハウジング内に収納して固定することが考えられる。この場合、回路基板はセンサチップとワイヤボンディング等によって電気接続されるので、回路基板の位置決めが重要となる。また、回路基板上の取り出し電極とコネクタターミナルとを電気溶接等により電気接続する場合にも回路基板の位置決めが重要になる。
【０００４】
しかしながら、積層セラミック基板においては、積層ばらつきや印刷焼成ずれによる配線ばらつきがあり、回路基板を固定する際の位置決め精度が悪くなるという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みたもので、回路基板の位置決め精度を良好にすることを目的とする。
【０００５】
【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、２に記載の発明においては、積層セラミック基板（７ａ）によって回路基板（７）を構成し、積層セラミック基板（７ａ）のうちの１層を他の層より外形を大きくし、この外形が大きい層を用いて回路基板（７）をハウジング部（１）内に収納するときの位置決めに用いるようにしたことを特徴としている。
【０００６】
この場合、その位置決め精度は、外形が大きい層の寸法ばらつきのみで決まるため、積層セラミック基板（７ａ）を高精度に位置決めすることができる。
請求項３に記載の発明においては、積層セラミック基板（７ａ）のうち外形が大きくなっている層は、他の層より内径が小さくなっていることを特徴としている。これによって、回路基板（７）とハウジング部（１）の間および回路基板（７）とセンシングボディ部（２）の間の位置決めを精度よく行うことができる。
【０００７】
請求項４に記載の発明においては、積層セラミック基板（７ａ）の最上層（７ａ₁）を他の層（７ａ₂〜７ａ₄）より外形を大きくしたことを特徴としている。
回路基板（７）を接着剤（１３）によりハウジング部（１）に接着固定するときに、ハウジング部（１）の内壁（１ｅ）と積層セラミック基板（７ａ）の間を接着剤（１３）がはい上がり、接着剤（１３）が積層セラミック基板（７ａ）の表面に付着するという問題が生じるが、最上層（７ａ₁）の外形を他の層（７ａ₂〜７ａ₄）より大きくすることによって、接着剤（１３）のはい上がりを防止することができ、上記した問題をなくすことができる。
【０００８】
請求項５に記載の発明においては、積層セラミック基板（７ａ）のうちの１層を他の層より内径を小さくし、この内径が小さい層を用いて、回路基板（７）をセンシングボディ部（２）の回りのハウジング部（１）の上面に固定するときの位置決めに用いるようにしたことを特徴としている。
従って、この発明においても、位置決め精度が内径が小さい層の寸法ばらつきのみで決まるため、回路基板（７）とセンシングボディ部（２）の間の位置決めを精度よく行うことができる。
【０００９】
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１０】
【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、本発明の一実施形態を示す圧力検出装置の断面構造を示す。この圧力検出装置は、車両における燃料噴射装置の燃料圧やブレーキ装置のブレーキオイル圧等の高圧（例えば２０ＭＰａ）の流体の圧力を測定するものである。
【００１１】
図において、ハウジング１は、耐食性が良好で溶接可能な金属（例えばＳＵＳ４３０）で構成されており、ねじ山１ａを有し、図示しない被検出体（例えば、燃料配管）にねじ締めで固定されるようになっている。
センシングボディ２は、熱膨張率が小さい低熱膨張率金属（例えばコバール等の線熱膨張係数がシリコンに近い材質のもの）で構成され、内側に圧力導入孔２ａを有し、その終端に受圧用ダイヤフラムをなす肉薄部２ｂが形成されている。図２に、センシングボディ２の外観形状を示す。センシングボディ２は、円筒形状をしており、その端部すなわち下端開口周縁部には段差部２ｃが形成されている。
【００１２】
このセンシングボディ２は、ハウジング１の内側空洞部に圧入され、段差部２ｃとハウジング１の開口縁（端部）１ｂとが突き合わされ、その部分が電気溶接等によって密着固定される。このようにして、センシングボディ２がハウジング１内に組付け固定され、ボディ部が構成される。
また、ハウジング１には、ねじ山１ａの内側空洞部に段差部１ｂが形成されてているため、センシングボディ２がハウジング１内に組付け固定されたとき、ハウジング１とセンシングボディ２の間に、環状の隙間３が形成される。この隙間３により、ハウジング１を被検出体に固定したときに生じる応力がセンサチップ４に伝達するのを阻止することができる。
【００１３】
センシングボディ２における薄肉部２ｂの上面、すなわち圧力導入側と反対側の面には、センサチップ４が、絶縁体である低融点ガラス５により接合されている。図３に、センシングボディ２の先端部分の断面斜視図を示す。図に示すように、Ｎ型単結晶のシリコン基板４１に４つのＰ型の拡散ゲージ（歪ゲージ）４２ａ〜４２ｄが形成されてセンサチップ４が構成されており、薄肉部２ｂの変位に応じた電気信号を出力する。
【００１４】
センシングボディ２の先端部の周囲には、図１に示すように、回路基板７が配置されている。この回路基板７は、センサチップ４からの電気信号を増幅して出力する増幅回路（センサの感度調整を行う調整回路を含む）などの回路部を有しており、積層セラミック基板７ａ、回路チップ７ｂ、およびポスト７ｃから構成されている。
【００１５】
積層セラミック基板７ａは、表面及び内層に導電性のペーストを印刷し焼成して形成されたもので、接着剤によりハウジング１に固定されている。回路チップ７ｂは、積層セラミック基板７ａ上に実装され、ワイヤにより積層セラミック基板７ａの導電性ペーストを焼成してなる導電体（配線の一部領域）と電気的に接続されている。ポスト７ｃは、外部との電気接続を行うための取り出し電極となるもので、例えば４２アロイにて構成されており、ろう付け等によりセラミック積層基板７ａ上に接合されている。
【００１６】
図４に、積層セラミック基板７ａおよびポスト７ｃの構成を示す。（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
積層セラミック基板７ａは、例えば４層のセラミック基板７ａ₁〜７ａ₄が積層して構成されており、最上層のセラミック基板７ａ₁の上にポスト７ｃが接合されている。このポスト７ｃは、電源線用、出力信号線用、接地線用の３本で構成されている。また、図に示すように最上層のセラミック基板７ａ₁は、外形が他の層７ａ₂〜７ａ₄より大きくなっており（φＤ＞φｄ）、また内径が他の層７ａ₂〜７ａ₄より小さくなっている（φＡ＞φａ）。
【００１７】
積層セラミック基板７ａは、図１に示すように、センサチップ４がハウジング１内に挿入されて組付けられたとき、センサチップ４とハウジング１の間に形成されるスペースに収納固定されるが、このときの位置決めに最上層のセラミック基板７ａ₁が利用される。すなわち、最上層のセラミック基板７ａ₁の外形によりハウジング１の内壁１ｅとの間で位置決めを行い、また内側部分でセンサチップ４との間の位置決めを行う。この場合、その位置決め精度は、最上層のセラミック基板７ａ₁の寸法ばらつきのみで決まり、各層の印刷焼成すれによるばらつきを無視することができるので、積層セラミック基板７ａを高精度に位置決めすることができる。
【００１８】
このセラミック基板７ａの表面に形成された導電体とセンサチップ４とは、図１に示すように、隙間３を跨いでワイヤ８（例えばφ３０〜５０μｍのＡｌ線）により電気的に接続されている。
また、センシングボディ２および積層セラミック基板７の上面（センサチップ４およびワイヤ８の上を含む）には、腐食防止のためにコーティング材（例えばシリコーンゲル）９によりコーティングが施されている。
【００１９】
セラミック積層基板７ａに接合されたポスト７ｃは、ターミナルアッセンブリ１０のコネクタターミナル１０ａと電気溶接等で接続されている。このターミナルアッセンブリ１０は、コネクタターミナル１０ａをＰＰＳ等の樹脂でインサート成形したものである。そして、ターミナルアッセンブリ１０と、ＰＰＳ等の樹脂で成形されたコネクタケース１１は、Ｏリング１２を介しハウジング１のかしめ部１ｄでハウジング１にかしめ固定されている。
【００２０】
上記したセンサチップ４および回路基板７における回路部の電気結線図を図５に示す。歪ゲージ４２ａ〜４２ｄは、図に示すようにブリッジ回路を構成している。回路基板７における回路部は、ブリッジ回路からの電気信号を増幅する増幅回路７１の他、ブリッジ回路に電源供給を行う電源回路７２を有している。そして、歪ゲージ４２ａ〜４２ｄにより構成されるブリッジ回路は、薄肉部２ｂに加わる圧力に応じた電気信号を増幅回路７１に出力し、増幅回路７１は、その信号を増幅して、圧力に応じた電気信号を外部に出力する。
【００２１】
図６に、図１に示す主要部品の分解断面図を示し、図７乃至図１０にそれらを組付けて圧力検出装置を製造する工程を示す。なお、図７乃至図１０に示す各工程図において、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図を示す。
〔図７の工程〕
まず、センシングボディ２にペースト状のガラス５を印刷しセンサチップ４を焼成により接合する。次に、ハウジング１をセンシングボディ２にかぶせ、センシングボディ２をハウジング１内に圧入し、ハウジング１の端部１ｂとセンシングボディ２の段差部２ｃとを突き合わせ、その突き合わせ部を電気溶接等で密着固定する。
〔図８の工程〕
次に、センシングボディ２の回りのハウジング１の上面に接着剤をスタンプ等により薄く均一に塗布し、その上に、回路チップ７ｂが実装された積層セラミック基板７ａをセットして接着を行う。そして、積層セラミック基板７ａの導電体とセンサチップ４、回路チップ７ｂをワイヤ８により超音波ボンディングして電気接続する。この後、コーティング材９によりコーティングを施す。
〔図９の工程〕
次に、ターミナルアッセンブリ１０のコネクタターミナル１０ａと積層セラミック基板７のポスト７ａを合わせ、電気溶接等で接合する。
〔図１０の工程〕
この後、コネクタケース１１とＯリング１２をハウジング１にセットし、ハウジング１のかしめ部１ｄをかしめることにより、コネクタケース１１とハウジング１の内部をシールし固定する。このようにして図１に示す圧力検出装置が構成される。
【００２２】
なお、上記した図８の工程において、図１１に示すように、ハウジング１の上面に接着剤１３を塗布して、その上に積層セラミック基板７ａを接着固定するとき、接着剤１３がハウジング１の内壁１ｅをはい上がり、それが積層セラミック基板７ａの表面に付着すると回路チップ７ｂなどのワイヤボンディングがうまくできなくなるが、本実施形態では、積層セラミック基板７ａにおける最上層のセラミック基板７ａ₁の外形を他の層７ａ₂〜７ａ₄より大きくしているので、接着剤１３のはい上がりを防止し、上記した問題をなくすことができる。
【００２３】
上記した実施形態では、最上層のセラミック基板７ａ₁の外形を大きくし内径を小さくしているが、接着剤１３のはい上がりという問題等がなければ図１２（ａ）、（ｂ）に示すように最上層以外の他の１つの層の外形を大きくし内径を小さくするようにしてもよい。また、１つの層の外形および内径の両方を他の層と異なるようにしなくても十分な位置決め精度がでるのであれば、そのうちのいずれか一方のみとしてもよい。
【００２４】
また、上記実施形態では、ハウジング１とセンシングボディ２を別体にて構成するものを示したが、図１３に示すように、ハウジング１とセンシングボディ２を一体にて構成したものであってもよい。
また、センサチップ４としては、上記実施形態で示すような半導体式のものに限らず、センシングボディ２の上に絶縁膜を介して金属の歪ゲージを蒸着等で形成したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる圧力検出装置の断面図である。
【図２】センシングボディ２の外観形状を示す図である。
【図３】センシングボディ２とセンサチップ４の構成を示す部分断面斜視図である。
【図４】積層セラミック基板７ａとポスト７ｃの構成を示す図である。
【図５】センサチップ４および回路基板７における増幅回路の電気結線図である。
【図６】図１に示す主要部品の分解断面図である。
【図７】図１に示す圧力検出装置を製造する工程を示す図である。
【図８】図７に続く工程を示す図である。
【図９】図８に続く工程を示す図である。
【図１０】図９に続く工程を示す図である。
【図１１】積層セラミック基板７ａにおける最上層のセラミック基板７ａ₁の外形を他の層７ａ₂〜７ａ₄より大きくした場合の効果を説明するための説明図である。
【図１２】積層セラミック基板７ａの他の構成を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施形態にかかる圧力検出装置の断面図である。
【符号の説明】
１…ハウジング、２…センシングボディ、２ａ…圧力導入孔、２ｂ…肉薄部、
３…隙間、４…センサチップ、５…低融点ガラス、７…回路基板、
７ａ…積層セラミック基板、８…ワイヤ、９…コーティング材、
１０…ターミナルアッセンブリ、１０ａ…コネクタターミナル、
１１…コネクタケース、１２…Ｏリング。

Claims

内側に圧力導入孔（２ａ）を有しその終端が薄肉部（２ｂ）となっているセンシングボディ部（２）と、このセンシングボディ部（２）の外側にあって被検出体に取り付けられるハウジング部（１）とを有するボディ部材（１、２）と、
前記薄肉部（２ｂ）の圧力導入側と反対側に固定され前記薄肉部（２ｂ）の変位に応じた電気信号を出力するセンサチップ（４）と、
前記ハウジング部（１）内にその内壁（１ｅ）との間で位置決めされて収納固定されており、前記センサチップ（４）とワイヤ（８）により電気接続されて前記センサチップ（４）からの電気信号を信号処理する回路基板（７）とを備え、
前記回路基板（７）は、積層セラミック基板（７ａ）を有して構成されており、そのうちの１層が他の層より外形が大きくなっていることを特徴とする圧力検出装置。
前記センシングボディ部（２）は先端が筒状のものであって、前記回路基板（７）は、前記センシングボディ部（２）の回りの前記ハウジング部（１）の上面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
前記外形が大きくなっている層は、他の層より内径が小さくなっていることを特徴とする請求項１又２に記載の圧力検出装置。
前記回路基板（７）は接着剤（１３）により前記ハウジング部（１）に接着固定されており、前記積層セラミック基板（７ａ）の最上層（７ａ₁）が他の層（７ａ₂〜７ａ₄）より外形が大きくなっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の圧力検出装置。
内側に圧力導入孔（２ａ）を有しその終端が薄肉部（２ｂ）となっているセンシングボディ部（２）と、このセンシングボディ部（２）の外側にあって被検出体に取り付けられるハウジング部（１）とを有するボディ部材（１、２）と、
前記薄肉部（２ｂ）の圧力導入側と反対側に固定され前記薄肉部（２ｂ）の変位に応じた電気信号を出力するセンサチップ（４）と、
前記センシングボディ部（２）の回りの前記ハウジング部（１）の上面に固定されており、前記センサチップ（４）とワイヤ（８）により電気接続されて前記センサチップ（４）からの電気信号を信号処理する回路基板（７）とを備え、
前記回路基板（７）は、積層セラミック基板（７ａ）を有して構成されており、そのうちの１層が他の層より内径が小さくなっていることを特徴とする圧力検出装置。