JP3915605B2 - 圧力センサ装置 - Google Patents
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- G01L9/0055—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センシング部としてのダイアフラムを有するステムを複数個備える圧力センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数個の圧力センサを備えるシステムとしては、例えば自動車の電子ブレーキ制御システムがある。このものは各車輪のブレーキ油圧等、複数の圧力を検出するために複数個の圧力センサを必要としている。
【０００３】
このような場合、図１０に断面図として示すように、例えばブレーキ装置のアクチュエータなどの被測定部材Ｋ１にセンサ取り付け用の貫通穴２００を形成して、圧力センサ２１０を１個ずつ被測定部材Ｋ１に挿入して取り付けている。ここで、圧力センサ２１０と貫通穴２００とはかしめにより形成されたかしめ部２２０により固定され、さらに両者はＯリング２３０を介してシールされている。
【０００４】
そして、個々の圧力センサ２１０に対しては図１０中の下方から圧力が導入され、検出された圧力に基づく電気信号がピン２４０から外部に出力されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、複数個の圧力センサ２１０を１個ずつ直接被測定部材Ｋ１に取り付けていたため、ある１個の圧力センサ２１０が故障した場合、被測定部材Ｋ１ごと取り替える必要があった。上述したように被測定部材Ｋ１はアクチュエータ等の高価なものであるため、コスト的に不利である。
【０００６】
そこで、本発明者らは複数個の圧力センサをユニット化し、このようなユニットとして被測定部材に取り付ければ、あるセンサが故障しても被測定部材から当該ユニットを取り外すことで上記問題を解決できると考えた。
【０００７】
すなわち、本発明の目的は、複数個の圧力センサをユニット化して被測定部材への取り付けを適切に行えるような圧力センサ装置を提供することにある。
【０００８】
【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、一端側にダイアフラム（２１）およびこのダイアフラムの歪みを検出する歪みゲージ部（２３）を有し、他端側にダイアフラムに圧力を導入するための開口部（２２）を有する中空筒状の複数個のステム（２０）と、一面側から他面側に貫通する複数個の貫通穴（１１）を有するハウジング（１０）とを備え、貫通穴には、ハウジングの一面側にダイアフラム側が露出し且つハウジングの他面側に開口部側が露出するように、個々のステムが挿入固定されており、ステムの他端側の端面（２２ａ）がハウジングの他面よりも奥まって貫通穴の内部に位置しており、貫通穴の内部にはステムの他端側の端面に隣り合った位置にシール部材（３０）が設けられており、ハウジングと共に複数個のステムを被測定部材（Ｋ１）へ搭載したときに、シール部材を介して被測定部材とステムの他端側の端面との間がシールされるようになっていることを特徴とする。
【０００９】
それによれば、各ステムは開口部から圧力を導入しこの圧力をダイアフラムで受圧して歪みゲージ部にてセンシングするという１個のセンサとして機能する。そして、複数個のステムがハウジングによって一体化、すなわちパッケージ化されることにより、このハウジングを介して被測定部材に装着可能となる。
【００１０】
よって、あるステムが故障したとしても、ハウジングを被測定部材から取り外して交換すれば良く、被測定部材ごとを取り替える必要はなくなる。
【００１１】
また、単純にハウジングに複数個のセンサを取り付けた場合、各部のシール構成が複雑化するなどの問題となるが、本発明では、各ステムと被測定部材との間にシール部材を設けるだけでシール性を確保できる。つまり、被測定部材からの圧力はステムの開口部から導入されるが、この圧力導入部分はシール部材にてシールされており圧力の漏れはない。
【００１２】
また、ステムの他端側の端面をハウジングの他面よりも奥まって貫通穴の内部に位置させることで空いたスペースにシール部材を設けている。そのため、シール部材を貫通穴内に保持することができ、シール部材の取り扱い性に優れる。さらに、装置側すなわちハウジングにシール部材を保持できるため、被測定部材側にシール部材を保持するための凹部などを設けるといった手間が不要となる。
【００１３】
また、装置側のシール面は、ハウジングの他面よりも奥まって位置するステムの他端側の端面である。そのため、シール面が傷つくのを防止できるとともに、ハウジングにシール面を持たせることが不要となり、ハウジングの材質や加工などの面で制約を低減することができる。
【００１４】
このように、本発明の圧力センサ装置によれば、単純に複数個の圧力センサをユニット化しただけでなく、上記した種々の効果を有するものとなる。そのため、本発明によれば、複数個の圧力センサをユニット化して被測定部材への取り付けを適切に行えるような圧力センサ装置を提供することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明では、個々のステム（２０）における一端側の外面と貫通穴（１１）の内面との間には隙間（１３）が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
ダイアフラムおよび歪みゲージ部はステムにおけるセンシング部を構成し、センサ特性を決定する部位であるが、本発明では、ステムにおけるセンシング部がハウジングと非接触状態にできるため、ステムとハウジングとの熱膨張係数の差などによる応力がセンシング部に加わるのを抑制できる。そのため、良好なセンサ特性を確保できる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明では、ステム（２０）は段差部（２５）を介して大径部（２７）と小径部（２６）とを有するものであり、貫通穴（１１）の内面はステムの外形に対応した段付形状をなしており、ステムは大径部において貫通穴に圧入されて固定されており、ステムの段差部の角部は面取りが施されていることを特徴とする。
【００１８】
ステムを貫通穴に圧入すると互いの段差部で当たってステムが止まり、ステムの軸方向の位置決めがなされる。そのとき、ステムがハウジングを削り、その削りかすが互いの段差部の間に溜まり、溜まった削りかすの厚みによってステムの軸方向の位置がばらつく可能性がある。
【００１９】
その点、本発明では、ステムの段差部の角部に面取りを施すことにより、貫通穴とステムの面取り部との間に上記削りかすを溜めるスペースが形成され、ステムの位置決めに有利である。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明では、ハウジング（１０）はダイカスト加工により成形されたものであることを特徴とする。
【００２１】
上述したように、ステムにシール面があるためハウジングにはシール面を持たせることが不要となる。すなわちシール面を持つ場合に必要な平坦性や気密性といった制約がハウジングには不要となる。そのため、安価なダイカスト加工にてハウジングを形成することができる。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明では、ハウジング（１０）においては、その周辺部および貫通穴（１１）の周囲を除く部位が他の部位よりも肉薄となっていることを特徴とする。
【００２３】
ハウジングを全体が均一な肉厚であるものとした場合、反りなどが発生しやすいが、本発明によれば、そのような反りを防止し強度を向上させたハウジングを実現できる。また、必要な部位のみを肉厚とし、それ以外を肉薄とすることでハウジングの軽量化が図れる。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明では、複数個の貫通穴（１１）は千鳥形状に配置されていることを特徴とする。
【００２５】
それによれば、複数個の貫通穴を面積的に効率良く配置することができ、圧力センサ装置の小型化に有利である。
【００２６】
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。
【００２７】
【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は本発明の実施形態に係る圧力センサ装置Ｓ１の全体概略断面図、図２は図１の上視平面図でありカバー６０を取り除いた状態で示してある。また、図３は図１中のハウジング１０単体を示す厚み方向の断面図、図４は図３の上視平面図である。
【００２８】
この圧力センサ装置Ｓ１は自動車の電子ブレーキ制御システムに適用され、ブレーキ油圧等を検出するものである。圧力センサ装置Ｓ１は、金属や樹脂等により成形された板状のハウジング１０を備えており、このハウジング１０は本例ではアルミダイカスト加工により成形されたものである。
【００２９】
図３および図４に示すように、ハウジング１０には一面（図３中の上面）側から他面（図３中の下面）側に貫通する複数個の貫通穴１１が形成されている。また、このハウジング１０はその他面側にて被測定部材であるアクチュエータＫ１（図５参照）上に搭載される。
【００３０】
ハウジング１０の他面側には樹脂などからなる位置決めピン１０ａが形成されており、この位置決めピン１０ａは被測定部材に設けられた穴に挿入される。そして、ハウジング１０は、その周辺部に形成されているネジ穴１２によりアクチュエータＫ１にネジ結合されるようになっている。
【００３１】
本例では、ハウジング１０の各貫通穴１１は７個形成されており、図２、図４に示すように、千鳥状に配置されている。また、図４に示すように、ハウジング１０においては、その周辺部および貫通穴１１の周囲を除く部位が他の部位よりも肉薄な肉薄部１０ｂとなっている。例えばハウジング１０の一面（図３中の上面）側においてこの肉薄部１０ｂの面と肉厚部の面とは約２ｍｍ以上の段差を有している。
【００３２】
そして、各貫通穴１１にはセンシング部としての金属製のステム２０が挿入され固定されている。図５はこのステム２０の拡大断面を示す図である。また、図６はステム２０をダイアフラム２１側からみた図すなわち図５の上視図であり、さらに、図７はステム２０の軸方向に沿った断面を示す斜視図である。
【００３３】
図５〜図７に示すように、ステム２０は、有底中空円筒形状をなすものである。ステム２０を構成する金属材料には、具体的にＦｅ、Ｎｉ、ＣｏまたはＦｅ、Ｎｉを主体とし、必要強度によっては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、形成できる。
【００３４】
ステム２０は、その一端側すなわち底部側に圧力の印加により歪み可能なダイアフラム２１を有し、その他端側にダイアフラム２１に圧力を導入するための開口部２２を有する。また、ダイアフラム２１の表面にはシリコン基板等の半導体基板からなる矩形板状のセンサチップ２３が低融点ガラス等の接着材２４を介して固定されている。
【００３５】
このセンサチップ２３は、ダイアフラム２１が歪んだときにその歪みを検出する歪みゲージ部として構成されている。例えば、シリコン基板に拡散抵抗を形成し、この拡散抵抗によってフルブリッジまたはハーフブリッジなどのブリッジ回路を形成し、ダイアフラム２１の歪みに基づく電気信号を出力可能としている。なお、図６に示すように、センサチップ２３には、ステム２０の軸回りの位置決めを行うための目視可能なマーク２３ａが形成されている。
【００３６】
また、図５に示すように、ステム２０のダイアフラム２１部分およびセンサチップ２３は貫通穴１１から突出してハウジング１０の一面側に露出している。一方、ステム２０の開口部２２側は、ハウジング１０の他面側に露出している。ただし、ステム２０の他端側の端面２２ａすなわち開口部２２の縁部２２ａはハウジング１０の他面よりも奥まって貫通穴１１の内部に位置している。
【００３７】
このように筒状のステム２０はその軸方向（長手方向）に沿って貫通穴１１に挿入されている。また、ステム２０は外面に段差部２５を有し、この段差部２５を介してダイアフラム２１側（一端側）が小径部２６、開口部２２側（他端側）が大径部２７となっている。ここで、図５や図７に示すように段差部２５の角部には面取りが施され、面取り部２５ａが形成されている。
【００３８】
そして、貫通穴１１の内面はステム２０の外形に対応した段付形状をなしている。すなわち貫通穴１１は段付内孔であり、ステム２０はその大径部２７において貫通穴１１に圧入されることでハウジング１０に固定されている。この貫通穴１１に対するステム２０の取付は次の図８に示すようにしてなされる。
【００３９】
図８に示すように、貫通穴１１においてハウジング１０の他面側からステム２０のダイアフラム２１側を挿入していく。そして、ステム２０の段差部２５が貫通穴１１の段部１１ａに当たって止まり位置決めがなされる。このようなステム２０における段差部２５の大きさは、小径部２６と大径部２７との直径の差にして１ｍｍ以上の差を持たせる程度の大きさとしている。
【００４０】
また、詳しくは図５に示すように、個々のステム２０におけるダイアフラム２１側（一端側）の外面すなわち小径部２６の外面と貫通穴１１の内面との間には隙間１３が設けられている。この隙間１３の大きさは例えば０．２ｍｍ以上とすることができる。
【００４１】
また、貫通穴１１の内部にはステム２０の他端側（開口部２２側）の端面２２ａに隣り合った位置にシール部材３０が設けられている。このシール部材３０は弾性を有し気密性に優れたものを用いることができる。本例ではシール部材３０としてＯリング３０を用いている。
【００４２】
そして、図５に示すように、ハウジング１０と共に複数個のステム２０を被測定部材Ｋ１へ搭載したときに、Ｏリング３０を介して被測定部材Ｋ１とステム２０の他端側の端面２２ａとの間がシールされるようになっている。これにより、被測定部材Ｋ１からの圧力Ｐはステム２０の開口部２２からダイアフラム２１の裏面に対して漏れなく印加されるようになっている。
【００４３】
また、図１、図２に示すように、ハウジング１０の一面上にはステム２０のセンサチップ２３から出力される信号を増幅したり調整したりするなど信号処理を行うための回路基板（本例ではプリント基板）４０が搭載されハウジング１０に固定されている。
【００４４】
回路基板４０には信号処理用のＩＣパッケージ４１やコンデンサ４２などが実装されている。そして、図２に示すように、ステム２０のセンサチップ２３は回路基板４０のパッド４３に対して、ワイヤボンディングなどにより形成されたワイヤ５０により結線され電気的に接続されている。なお、図１ではワイヤ５０は省略してある。
【００４５】
ここで、回路基板４０とハウジング１０との固定は図示しない接着剤によりなされる。この接着剤は上記回路基板４０におけるパッド４３の直下には必ず存在させることが好ましい。これは、回路基板４０におけるパッド４３の部分を十分に固定し、ワイヤボンディングの超音波パワーを確実にワイヤ５０に伝えるためである。
【００４６】
また、回路基板４０とハウジング１０とを固定するための上記接着剤は、ステム２０と貫通穴１１との隙間１３に流れ込む懸念がある。隙間１３に当該接着剤が流れ込んだ場合、接着剤のヤング率が高いとダイアフラム２１に対してセンサ特性上無視できない応力を発生する可能性がある。そのため、本発明者らの検討によれば、当該接着剤のヤング率は１００ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００４７】
また、図２に示すように、回路基板４０の周辺部には外部と接続するためのリードピン４４がはんだ４５などにより電気的・機械的に接続されている。こうして、センサチップ２３からの電気信号は回路基板４０にて処理され、リードピン４４を介して外部に出力される。
【００４８】
また、図１に示すように、回路基板４０の上は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの樹脂などからなるカバー６０により覆われており機械的な保護をなしている。このカバー６０は、ハウジング１０に対して圧入や接着などにより固定される。図９はカバー６０で覆った状態を示す概略平面図である。
【００４９】
ここで、図１、図９に示すように、リードピン４４は途中部で曲げられてカバー６０の上に重なるとともにカバー６０に近接して配置されている。これにより、リードピン４４が図１中の上方から押し付け力を受けてたわんだ場合に、リードピン４４がカバー６０に当たって支持される。そのため、リードピン４４における過大な変形を防止したり、リードピン４４におけるはんだ接合部の破損等が防止できる。
【００５０】
このような圧力センサ装置Ｓ１は例えば次のようにして製造される。切削加工やプレス加工等により形成された中空円筒状のステム２０に対し、低融点ガラスからなる接着材２４を印刷しこれを仮焼成する。そして接着材２４の上に半導体製造プロセスなどにより形成されたセンサチップ２３を組み付け、焼成することでステム２０にセンサチップ２３を固定する。
【００５１】
次に、アルミダイカスト加工により形成されたハウジング１０の各貫通穴１１に対して、上記図８に示すようにステム２０を圧入し固定する。このとき、上記図６に示したセンサチップ２３のマーク２３ａを画像認識などにより確認しながら、ステム２０の軸回りの位置決めを行う。それにより、正確なワイヤボンディングが可能となる。
【００５２】
次に、ハウジング１０に回路基板４０を接着などにより組み付け固定する。その後、センサチップ２３と回路基板４０のパッド４３とをワイヤボンディングすることにより結線する。そして、図示しないが、回路基板４０上においてＩＣパッケージ４１の接続部やワイヤ５０の接続部を保護するためにゲルを塗布し硬化させる。
【００５３】
その後、カバー６０を組み付け、さらにリードピン４４を回路基板４０にはんだ付けする。こうして上記圧力センサ装置Ｓ１が完成する。
【００５４】
ところで、本実施形態によれば、各ステム２０はその開口部２２から圧力を導入しこの圧力をダイアフラム２１で受圧して歪みージ部としてのセンサチップ２３にてセンシングするという１個のセンサとして機能する。そして、複数個のステム２０がハウジング１０によって一体化、すなわちパッケージ化されることにより、このハウジング１０を介して被測定部材Ｋ１に装着可能となる。
【００５５】
よって、あるステム２０が故障したとしても、ハウジング１０を被測定部材Ｋ１から取り外して交換すれば良く、従来のように被測定部材Ｋ１ごと取り替える必要はなくなる。
【００５６】
また、単純にハウジングに複数個のセンサを取り付けた場合、各部のシール構成が複雑化するなどの問題となるが、本実施形態では、各ステム２０と被測定部材Ｋ１との間にシール部材としてのＯリング３０を設けるだけでシール性を確保できる。つまり、被測定部材Ｋ１からの圧力はステム２０の開口部２２から導入されるが、この圧力導入部分はＯリング３０にてシールされており圧力の漏れはない。
【００５７】
また、ステム２０の他端側の端面２２ａをハウジング１０の他面よりも奥まって貫通穴１１の内部に位置させることで、空いたスペースにＯリング３０を設けている。そのため、Ｏリング３０を貫通穴１１内に保持することができ、Ｏリング３０の取り扱い性に優れる。
【００５８】
さらに、装置Ｓ１側すなわちハウジング１０にＯリング３０を保持できるため、被測定部材Ｋ１側にＯリング３０を保持するための溝などを設けるといった手間が不要となる。
【００５９】
また、装置Ｓ１側のシール面は、ハウジング１０の他面よりも奥まって位置するステム２０の他端側の端面２２ａである。そのため、シール面２２ａが傷つくのを防止できるとともに、ハウジング１０にシール面を持たせることが不要となり、ハウジング１０の材質や加工などの面で制約を低減することができる。
【００６０】
このように、本圧力センサ装置Ｓ１によれば、単純に複数個の圧力センサすなわちステム２０をユニット化しただけでなく、上記した種々の効果を有するものとなる。そのため、本実施形態によれば、複数個のステム２０をユニット化して被測定部材Ｋ１への取り付けを適切に行えるような圧力センサ装置を提供することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、個々のステム２０における一端側の外面すなわち小径部２６の外面と貫通穴１１の内面との間には隙間１３が設けられている。ダイアフラム２１および歪みゲージ部としてのセンサチップ２３はステム２０におけるセンシング部を構成し、センサ特性を決定する部位である。
【００６２】
本実施形態では、ステム２０のセンシング部がハウジング１０と非接触状態にできるため、ステム２０とハウジング１０との熱膨張係数の差などによる応力が当該センシング部に加わるのを抑制できる。そのため、良好なセンサ特性を確保できる。
【００６３】
また、上述したように、ステム２０を貫通穴１１に圧入すると互いの段差部１１ａ、２５で当たってステム２０が止まり、ステム２０の軸方向の位置決めがなされる。そのとき、ステム２０がハウジング１０を削り、その削りかすが互いの段差部１１ａ、２５の間に溜まり、溜まった削りかすの厚みによってステム２０の軸方向の位置がばらつく可能性がある。
【００６４】
その点、本実施形態では、ステム２０の段差部２５の角部に面取りを施すことにより、貫通穴１１とステム１０の面取り部２５ａとの間に上記削りかすを溜めるスペースが形成され、ステム２０の位置決めに有利である。
【００６５】
また、本実施形態では、ハウジング１０はダイカスト加工により成形されたものにできる。上述したように、ステム２０にシール面があるためハウジング１０にはシール面を持たせることが不要となる。すなわちシール面を持つ場合に必要な平坦性や気密性といった制約がハウジング１０には不要となる。そのため、安価なダイカスト加工にてハウジング１０を形成することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、ハウジング１０において、その周辺部および貫通穴１１の周囲を除く部位が他の部位よりも肉薄となっている。もし、ハウジング１０を全体が均一な肉厚であるものとした場合、反りなどが発生しやすいが、本実施形態によれば、そのような反りを防止し強度を向上させたハウジング１０を実現できる。また、必要な部位のみを肉厚とし、それ以外を肉薄とすることでハウジング１０の軽量化が図れる。
【００６７】
また、本実施形態では、複数個の貫通穴１１を千鳥形状に配置しているため、複数個の貫通穴１１を面積的に効率良く配置することができ、圧力センサ装置Ｓ１の小型化に有利である。
【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装置の全体概略断面図である。
【図２】図１の圧力センサ装置におけるカバーを取り除いた状態の上視図である。
【図３】図１中のハウジング単体を示す断面図である。
【図４】図３の上視平面図である。
【図５】図１中のステムの拡大断面図である。
【図６】図５の上視図である。
【図７】ステムの一部断面斜視図である。
【図８】ハウジングの貫通穴に対するステムの取付の様子を示す断面図である。
【図９】図１に示す圧力センサ装置におけるカバーをつけた状態を示す概略平面図である。
【図１０】従来における複数個の圧力センサを被測定部材に取り付けた状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…ハウジング、１１…貫通穴、１３…隙間、２０…ステム、
２１…ダイアフラム、２２…開口部、２２ａ…ステムの他端側の端面、
２３…センサチップ、２５…段差部、３０…Ｏリング、Ｋ１…被測定部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、センシング部としてのダイアフラムを有するステムを複数個備える圧力センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数個の圧力センサを備えるシステムとしては、例えば自動車の電子ブレーキ制御システムがある。このものは各車輪のブレーキ油圧等、複数の圧力を検出するために複数個の圧力センサを必要としている。
【０００３】
このような場合、図１０に断面図として示すように、例えばブレーキ装置のアクチュエータなどの被測定部材Ｋ１にセンサ取り付け用の貫通穴２００を形成して、圧力センサ２１０を１個ずつ被測定部材Ｋ１に挿入して取り付けている。ここで、圧力センサ２１０と貫通穴２００とはかしめにより形成されたかしめ部２２０により固定され、さらに両者はＯリング２３０を介してシールされている。
【０００４】
そして、個々の圧力センサ２１０に対しては図１０中の下方から圧力が導入され、検出された圧力に基づく電気信号がピン２４０から外部に出力されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、複数個の圧力センサ２１０を１個ずつ直接被測定部材Ｋ１に取り付けていたため、ある１個の圧力センサ２１０が故障した場合、被測定部材Ｋ１ごと取り替える必要があった。上述したように被測定部材Ｋ１はアクチュエータ等の高価なものであるため、コスト的に不利である。
【０００６】
そこで、本発明者らは複数個の圧力センサをユニット化し、このようなユニットとして被測定部材に取り付ければ、あるセンサが故障しても被測定部材から当該ユニットを取り外すことで上記問題を解決できると考えた。
【０００７】
すなわち、本発明の目的は、複数個の圧力センサをユニット化して被測定部材への取り付けを適切に行えるような圧力センサ装置を提供することにある。
【０００８】
【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、一端側にダイアフラム（２１）およびこのダイアフラムの歪みを検出する歪みゲージ部（２３）を有し、他端側にダイアフラムに圧力を導入するための開口部（２２）を有する中空筒状の複数個のステム（２０）と、一面側から他面側に貫通する複数個の貫通穴（１１）を有するハウジング（１０）とを備え、貫通穴には、ハウジングの一面側にダイアフラム側が露出し且つハウジングの他面側に開口部側が露出するように、個々のステムが挿入固定されており、ステムの他端側の端面（２２ａ）がハウジングの他面よりも奥まって貫通穴の内部に位置しており、貫通穴の内部にはステムの他端側の端面に隣り合った位置にシール部材（３０）が設けられており、ハウジングと共に複数個のステムを被測定部材（Ｋ１）へ搭載したときに、シール部材を介して被測定部材とステムの他端側の端面との間がシールされるようになっていることを特徴とする。
【０００９】
それによれば、各ステムは開口部から圧力を導入しこの圧力をダイアフラムで受圧して歪みゲージ部にてセンシングするという１個のセンサとして機能する。そして、複数個のステムがハウジングによって一体化、すなわちパッケージ化されることにより、このハウジングを介して被測定部材に装着可能となる。
【００１０】
よって、あるステムが故障したとしても、ハウジングを被測定部材から取り外して交換すれば良く、被測定部材ごとを取り替える必要はなくなる。
【００１１】
また、単純にハウジングに複数個のセンサを取り付けた場合、各部のシール構成が複雑化するなどの問題となるが、本発明では、各ステムと被測定部材との間にシール部材を設けるだけでシール性を確保できる。つまり、被測定部材からの圧力はステムの開口部から導入されるが、この圧力導入部分はシール部材にてシールされており圧力の漏れはない。
【００１２】
また、ステムの他端側の端面をハウジングの他面よりも奥まって貫通穴の内部に位置させることで空いたスペースにシール部材を設けている。そのため、シール部材を貫通穴内に保持することができ、シール部材の取り扱い性に優れる。さらに、装置側すなわちハウジングにシール部材を保持できるため、被測定部材側にシール部材を保持するための凹部などを設けるといった手間が不要となる。
【００１３】
また、装置側のシール面は、ハウジングの他面よりも奥まって位置するステムの他端側の端面である。そのため、シール面が傷つくのを防止できるとともに、ハウジングにシール面を持たせることが不要となり、ハウジングの材質や加工などの面で制約を低減することができる。
【００１４】
このように、本発明の圧力センサ装置によれば、単純に複数個の圧力センサをユニット化しただけでなく、上記した種々の効果を有するものとなる。そのため、本発明によれば、複数個の圧力センサをユニット化して被測定部材への取り付けを適切に行えるような圧力センサ装置を提供することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明では、個々のステム（２０）における一端側の外面と貫通穴（１１）の内面との間には隙間（１３）が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
ダイアフラムおよび歪みゲージ部はステムにおけるセンシング部を構成し、センサ特性を決定する部位であるが、本発明では、ステムにおけるセンシング部がハウジングと非接触状態にできるため、ステムとハウジングとの熱膨張係数の差などによる応力がセンシング部に加わるのを抑制できる。そのため、良好なセンサ特性を確保できる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明では、ステム（２０）は段差部（２５）を介して大径部（２７）と小径部（２６）とを有するものであり、貫通穴（１１）の内面はステムの外形に対応した段付形状をなしており、ステムは大径部において貫通穴に圧入されて固定されており、ステムの段差部の角部は面取りが施されていることを特徴とする。
【００１８】
ステムを貫通穴に圧入すると互いの段差部で当たってステムが止まり、ステムの軸方向の位置決めがなされる。そのとき、ステムがハウジングを削り、その削りかすが互いの段差部の間に溜まり、溜まった削りかすの厚みによってステムの軸方向の位置がばらつく可能性がある。
【００１９】
その点、本発明では、ステムの段差部の角部に面取りを施すことにより、貫通穴とステムの面取り部との間に上記削りかすを溜めるスペースが形成され、ステムの位置決めに有利である。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明では、ハウジング（１０）はダイカスト加工により成形されたものであることを特徴とする。
【００２１】
上述したように、ステムにシール面があるためハウジングにはシール面を持たせることが不要となる。すなわちシール面を持つ場合に必要な平坦性や気密性といった制約がハウジングには不要となる。そのため、安価なダイカスト加工にてハウジングを形成することができる。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明では、ハウジング（１０）においては、その周辺部および貫通穴（１１）の周囲を除く部位が他の部位よりも肉薄となっていることを特徴とする。
【００２３】
ハウジングを全体が均一な肉厚であるものとした場合、反りなどが発生しやすいが、本発明によれば、そのような反りを防止し強度を向上させたハウジングを実現できる。また、必要な部位のみを肉厚とし、それ以外を肉薄とすることでハウジングの軽量化が図れる。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明では、複数個の貫通穴（１１）は千鳥形状に配置されていることを特徴とする。
【００２５】
それによれば、複数個の貫通穴を面積的に効率良く配置することができ、圧力センサ装置の小型化に有利である。
【００２６】
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。
【００２７】
【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は本発明の実施形態に係る圧力センサ装置Ｓ１の全体概略断面図、図２は図１の上視平面図でありカバー６０を取り除いた状態で示してある。また、図３は図１中のハウジング１０単体を示す厚み方向の断面図、図４は図３の上視平面図である。
【００２８】
この圧力センサ装置Ｓ１は自動車の電子ブレーキ制御システムに適用され、ブレーキ油圧等を検出するものである。圧力センサ装置Ｓ１は、金属や樹脂等により成形された板状のハウジング１０を備えており、このハウジング１０は本例ではアルミダイカスト加工により成形されたものである。
【００２９】
図３および図４に示すように、ハウジング１０には一面（図３中の上面）側から他面（図３中の下面）側に貫通する複数個の貫通穴１１が形成されている。また、このハウジング１０はその他面側にて被測定部材であるアクチュエータＫ１（図５参照）上に搭載される。
【００３０】
ハウジング１０の他面側には樹脂などからなる位置決めピン１０ａが形成されており、この位置決めピン１０ａは被測定部材に設けられた穴に挿入される。そして、ハウジング１０は、その周辺部に形成されているネジ穴１２によりアクチュエータＫ１にネジ結合されるようになっている。
【００３１】
本例では、ハウジング１０の各貫通穴１１は７個形成されており、図２、図４に示すように、千鳥状に配置されている。また、図４に示すように、ハウジング１０においては、その周辺部および貫通穴１１の周囲を除く部位が他の部位よりも肉薄な肉薄部１０ｂとなっている。例えばハウジング１０の一面（図３中の上面）側においてこの肉薄部１０ｂの面と肉厚部の面とは約２ｍｍ以上の段差を有している。
【００３２】
そして、各貫通穴１１にはセンシング部としての金属製のステム２０が挿入され固定されている。図５はこのステム２０の拡大断面を示す図である。また、図６はステム２０をダイアフラム２１側からみた図すなわち図５の上視図であり、さらに、図７はステム２０の軸方向に沿った断面を示す斜視図である。
【００３３】
図５〜図７に示すように、ステム２０は、有底中空円筒形状をなすものである。ステム２０を構成する金属材料には、具体的にＦｅ、Ｎｉ、ＣｏまたはＦｅ、Ｎｉを主体とし、必要強度によっては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、形成できる。
【００３４】
ステム２０は、その一端側すなわち底部側に圧力の印加により歪み可能なダイアフラム２１を有し、その他端側にダイアフラム２１に圧力を導入するための開口部２２を有する。また、ダイアフラム２１の表面にはシリコン基板等の半導体基板からなる矩形板状のセンサチップ２３が低融点ガラス等の接着材２４を介して固定されている。
【００３５】
このセンサチップ２３は、ダイアフラム２１が歪んだときにその歪みを検出する歪みゲージ部として構成されている。例えば、シリコン基板に拡散抵抗を形成し、この拡散抵抗によってフルブリッジまたはハーフブリッジなどのブリッジ回路を形成し、ダイアフラム２１の歪みに基づく電気信号を出力可能としている。なお、図６に示すように、センサチップ２３には、ステム２０の軸回りの位置決めを行うための目視可能なマーク２３ａが形成されている。
【００３６】
また、図５に示すように、ステム２０のダイアフラム２１部分およびセンサチップ２３は貫通穴１１から突出してハウジング１０の一面側に露出している。一方、ステム２０の開口部２２側は、ハウジング１０の他面側に露出している。ただし、ステム２０の他端側の端面２２ａすなわち開口部２２の縁部２２ａはハウジング１０の他面よりも奥まって貫通穴１１の内部に位置している。
【００３７】
このように筒状のステム２０はその軸方向（長手方向）に沿って貫通穴１１に挿入されている。また、ステム２０は外面に段差部２５を有し、この段差部２５を介してダイアフラム２１側（一端側）が小径部２６、開口部２２側（他端側）が大径部２７となっている。ここで、図５や図７に示すように段差部２５の角部には面取りが施され、面取り部２５ａが形成されている。
【００３８】
そして、貫通穴１１の内面はステム２０の外形に対応した段付形状をなしている。すなわち貫通穴１１は段付内孔であり、ステム２０はその大径部２７において貫通穴１１に圧入されることでハウジング１０に固定されている。この貫通穴１１に対するステム２０の取付は次の図８に示すようにしてなされる。
【００３９】
図８に示すように、貫通穴１１においてハウジング１０の他面側からステム２０のダイアフラム２１側を挿入していく。そして、ステム２０の段差部２５が貫通穴１１の段部１１ａに当たって止まり位置決めがなされる。このようなステム２０における段差部２５の大きさは、小径部２６と大径部２７との直径の差にして１ｍｍ以上の差を持たせる程度の大きさとしている。
【００４０】
また、詳しくは図５に示すように、個々のステム２０におけるダイアフラム２１側（一端側）の外面すなわち小径部２６の外面と貫通穴１１の内面との間には隙間１３が設けられている。この隙間１３の大きさは例えば０．２ｍｍ以上とすることができる。
【００４１】
また、貫通穴１１の内部にはステム２０の他端側（開口部２２側）の端面２２ａに隣り合った位置にシール部材３０が設けられている。このシール部材３０は弾性を有し気密性に優れたものを用いることができる。本例ではシール部材３０としてＯリング３０を用いている。
【００４２】
そして、図５に示すように、ハウジング１０と共に複数個のステム２０を被測定部材Ｋ１へ搭載したときに、Ｏリング３０を介して被測定部材Ｋ１とステム２０の他端側の端面２２ａとの間がシールされるようになっている。これにより、被測定部材Ｋ１からの圧力Ｐはステム２０の開口部２２からダイアフラム２１の裏面に対して漏れなく印加されるようになっている。
【００４３】
また、図１、図２に示すように、ハウジング１０の一面上にはステム２０のセンサチップ２３から出力される信号を増幅したり調整したりするなど信号処理を行うための回路基板（本例ではプリント基板）４０が搭載されハウジング１０に固定されている。
【００４４】
回路基板４０には信号処理用のＩＣパッケージ４１やコンデンサ４２などが実装されている。そして、図２に示すように、ステム２０のセンサチップ２３は回路基板４０のパッド４３に対して、ワイヤボンディングなどにより形成されたワイヤ５０により結線され電気的に接続されている。なお、図１ではワイヤ５０は省略してある。
【００４５】
ここで、回路基板４０とハウジング１０との固定は図示しない接着剤によりなされる。この接着剤は上記回路基板４０におけるパッド４３の直下には必ず存在させることが好ましい。これは、回路基板４０におけるパッド４３の部分を十分に固定し、ワイヤボンディングの超音波パワーを確実にワイヤ５０に伝えるためである。
【００４６】
また、回路基板４０とハウジング１０とを固定するための上記接着剤は、ステム２０と貫通穴１１との隙間１３に流れ込む懸念がある。隙間１３に当該接着剤が流れ込んだ場合、接着剤のヤング率が高いとダイアフラム２１に対してセンサ特性上無視できない応力を発生する可能性がある。そのため、本発明者らの検討によれば、当該接着剤のヤング率は１００ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００４７】
また、図２に示すように、回路基板４０の周辺部には外部と接続するためのリードピン４４がはんだ４５などにより電気的・機械的に接続されている。こうして、センサチップ２３からの電気信号は回路基板４０にて処理され、リードピン４４を介して外部に出力される。
【００４８】
また、図１に示すように、回路基板４０の上は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの樹脂などからなるカバー６０により覆われており機械的な保護をなしている。このカバー６０は、ハウジング１０に対して圧入や接着などにより固定される。図９はカバー６０で覆った状態を示す概略平面図である。
【００４９】
ここで、図１、図９に示すように、リードピン４４は途中部で曲げられてカバー６０の上に重なるとともにカバー６０に近接して配置されている。これにより、リードピン４４が図１中の上方から押し付け力を受けてたわんだ場合に、リードピン４４がカバー６０に当たって支持される。そのため、リードピン４４における過大な変形を防止したり、リードピン４４におけるはんだ接合部の破損等が防止できる。
【００５０】
このような圧力センサ装置Ｓ１は例えば次のようにして製造される。切削加工やプレス加工等により形成された中空円筒状のステム２０に対し、低融点ガラスからなる接着材２４を印刷しこれを仮焼成する。そして接着材２４の上に半導体製造プロセスなどにより形成されたセンサチップ２３を組み付け、焼成することでステム２０にセンサチップ２３を固定する。
【００５１】
次に、アルミダイカスト加工により形成されたハウジング１０の各貫通穴１１に対して、上記図８に示すようにステム２０を圧入し固定する。このとき、上記図６に示したセンサチップ２３のマーク２３ａを画像認識などにより確認しながら、ステム２０の軸回りの位置決めを行う。それにより、正確なワイヤボンディングが可能となる。
【００５２】
次に、ハウジング１０に回路基板４０を接着などにより組み付け固定する。その後、センサチップ２３と回路基板４０のパッド４３とをワイヤボンディングすることにより結線する。そして、図示しないが、回路基板４０上においてＩＣパッケージ４１の接続部やワイヤ５０の接続部を保護するためにゲルを塗布し硬化させる。
【００５３】
その後、カバー６０を組み付け、さらにリードピン４４を回路基板４０にはんだ付けする。こうして上記圧力センサ装置Ｓ１が完成する。
【００５４】
ところで、本実施形態によれば、各ステム２０はその開口部２２から圧力を導入しこの圧力をダイアフラム２１で受圧して歪みージ部としてのセンサチップ２３にてセンシングするという１個のセンサとして機能する。そして、複数個のステム２０がハウジング１０によって一体化、すなわちパッケージ化されることにより、このハウジング１０を介して被測定部材Ｋ１に装着可能となる。
【００５５】
よって、あるステム２０が故障したとしても、ハウジング１０を被測定部材Ｋ１から取り外して交換すれば良く、従来のように被測定部材Ｋ１ごと取り替える必要はなくなる。
【００５６】
また、単純にハウジングに複数個のセンサを取り付けた場合、各部のシール構成が複雑化するなどの問題となるが、本実施形態では、各ステム２０と被測定部材Ｋ１との間にシール部材としてのＯリング３０を設けるだけでシール性を確保できる。つまり、被測定部材Ｋ１からの圧力はステム２０の開口部２２から導入されるが、この圧力導入部分はＯリング３０にてシールされており圧力の漏れはない。
【００５７】
また、ステム２０の他端側の端面２２ａをハウジング１０の他面よりも奥まって貫通穴１１の内部に位置させることで、空いたスペースにＯリング３０を設けている。そのため、Ｏリング３０を貫通穴１１内に保持することができ、Ｏリング３０の取り扱い性に優れる。
【００５８】
さらに、装置Ｓ１側すなわちハウジング１０にＯリング３０を保持できるため、被測定部材Ｋ１側にＯリング３０を保持するための溝などを設けるといった手間が不要となる。
【００５９】
また、装置Ｓ１側のシール面は、ハウジング１０の他面よりも奥まって位置するステム２０の他端側の端面２２ａである。そのため、シール面２２ａが傷つくのを防止できるとともに、ハウジング１０にシール面を持たせることが不要となり、ハウジング１０の材質や加工などの面で制約を低減することができる。
【００６０】
このように、本圧力センサ装置Ｓ１によれば、単純に複数個の圧力センサすなわちステム２０をユニット化しただけでなく、上記した種々の効果を有するものとなる。そのため、本実施形態によれば、複数個のステム２０をユニット化して被測定部材Ｋ１への取り付けを適切に行えるような圧力センサ装置を提供することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、個々のステム２０における一端側の外面すなわち小径部２６の外面と貫通穴１１の内面との間には隙間１３が設けられている。ダイアフラム２１および歪みゲージ部としてのセンサチップ２３はステム２０におけるセンシング部を構成し、センサ特性を決定する部位である。
【００６２】
本実施形態では、ステム２０のセンシング部がハウジング１０と非接触状態にできるため、ステム２０とハウジング１０との熱膨張係数の差などによる応力が当該センシング部に加わるのを抑制できる。そのため、良好なセンサ特性を確保できる。
【００６３】
また、上述したように、ステム２０を貫通穴１１に圧入すると互いの段差部１１ａ、２５で当たってステム２０が止まり、ステム２０の軸方向の位置決めがなされる。そのとき、ステム２０がハウジング１０を削り、その削りかすが互いの段差部１１ａ、２５の間に溜まり、溜まった削りかすの厚みによってステム２０の軸方向の位置がばらつく可能性がある。
【００６４】
その点、本実施形態では、ステム２０の段差部２５の角部に面取りを施すことにより、貫通穴１１とステム１０の面取り部２５ａとの間に上記削りかすを溜めるスペースが形成され、ステム２０の位置決めに有利である。
【００６５】
また、本実施形態では、ハウジング１０はダイカスト加工により成形されたものにできる。上述したように、ステム２０にシール面があるためハウジング１０にはシール面を持たせることが不要となる。すなわちシール面を持つ場合に必要な平坦性や気密性といった制約がハウジング１０には不要となる。そのため、安価なダイカスト加工にてハウジング１０を形成することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、ハウジング１０において、その周辺部および貫通穴１１の周囲を除く部位が他の部位よりも肉薄となっている。もし、ハウジング１０を全体が均一な肉厚であるものとした場合、反りなどが発生しやすいが、本実施形態によれば、そのような反りを防止し強度を向上させたハウジング１０を実現できる。また、必要な部位のみを肉厚とし、それ以外を肉薄とすることでハウジング１０の軽量化が図れる。
【００６７】
また、本実施形態では、複数個の貫通穴１１を千鳥形状に配置しているため、複数個の貫通穴１１を面積的に効率良く配置することができ、圧力センサ装置Ｓ１の小型化に有利である。
【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装置の全体概略断面図である。
【図２】図１の圧力センサ装置におけるカバーを取り除いた状態の上視図である。
【図３】図１中のハウジング単体を示す断面図である。
【図４】図３の上視平面図である。
【図５】図１中のステムの拡大断面図である。
【図６】図５の上視図である。
【図７】ステムの一部断面斜視図である。
【図８】ハウジングの貫通穴に対するステムの取付の様子を示す断面図である。
【図９】図１に示す圧力センサ装置におけるカバーをつけた状態を示す概略平面図である。
【図１０】従来における複数個の圧力センサを被測定部材に取り付けた状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…ハウジング、１１…貫通穴、１３…隙間、２０…ステム、
２１…ダイアフラム、２２…開口部、２２ａ…ステムの他端側の端面、
２３…センサチップ、２５…段差部、３０…Ｏリング、Ｋ１…被測定部材。
Claims (6)
- 一端側にダイアフラム（２１）およびこのダイアフラムの歪みを検出する歪みゲージ部（２３）を有し、他端側に前記ダイアフラムに圧力を導入するための開口部（２２）を有する中空筒状の複数個のステム（２０）と、
一面側から他面側に貫通する複数個の貫通穴（１１）を有するハウジング（１０）とを備え、
前記貫通穴には、前記ハウジングの一面側に前記ダイアフラム側が露出し且つ前記ハウジングの他面側に前記開口部側が露出するように、個々の前記ステムが挿入固定されており、
前記ステムの他端側の端面（２２ａ）が前記ハウジングの他面よりも奥まって前記貫通穴の内部に位置しており、
前記貫通穴の内部には前記ステムの他端側の端面に隣り合った位置にシール部材（３０）が設けられており、
前記ハウジングと共に前記複数個のステムを被測定部材（Ｋ１）へ搭載したときに、前記シール部材を介して前記被測定部材と前記ステムの他端側の端面との間がシールされるようになっていることを特徴とする圧力センサ装置。 - 個々の前記ステム（２０）における前記一端側の外面と前記貫通穴（１１）の内面との間には隙間（１３）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ装置。
- 前記ステム（２０）は段差部（２５）を介して大径部（２７）と小径部（２６）とを有するものであり、前記貫通穴（１１）の内面は前記ステムの外形に対応した段付形状をなしており、
前記ステムは前記大径部において前記貫通穴に圧入されて固定されており、
前記ステムの前記段差部の角部は面取りが施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ装置。 - 前記ハウジング（１０）はダイカスト加工により成形されたものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の圧力センサ装置。
- 前記ハウジング（１０）においては、その周辺部および前記貫通穴（１１）の周囲を除く部位が他の部位よりも肉薄となっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の圧力センサ装置。
- 前記複数個の貫通穴（１１）は千鳥形状に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の圧力センサ装置。
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