JP4069874B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、センシング部を有するセンサ構造部と、センシング部からの信号を外部に出力するためのコネクタ部とを備えるセンサ装置に関する。

従来、センシング部を有するセンサ構造部と、センシング部からの信号を外部に出力するためのコネクタ部とを備えるセンサ装置としては、たとえば、センシング部としてのセンサチップをダイアフラム上に設けたセンサ構造部と、コネクタ部としてのコンタクトピンとを備える圧力センサが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特表２００２−５４２１０７号公報

図７は、上記したこの種のセンサ装置について、本発明者が試作した圧力センサの全体構成を示す一部断面図である。また、図８は、図７中のケース３００におけるセンシング部設置部３０１の概略断面図である。

ケース３００は、金属等からなり、一端側（図中、上側）に開口部３０２が形成された段付円筒形状をなすものであり、このケース３００における開口部３０２の底部を挟んで開口部３０２とは反対側（図中、下側）の部位は、センシング部が配置されるセンシング部設置部３０１として構成されている。

図８に示すように、センシング部設置部３０１は、ケース３００の他端側に形成された凹部３０３を有し、この凹部３０３内にセンシング部としての感圧素子１１が設置されたものである。この感圧素子１１は例えば半導体ダイアフラム式のセンサ素子であり、印加圧力に応じた電気信号を出力するものを採用することができる
また、凹部３０３は、ケース３００に溶接等にて固定されたメタルダイアフラム３０４によって閉塞されており、凹部３０３内には圧力伝達媒体としてのオイル３０５が封入されている。

そして、このメタルダイアフラム３０４に印加された圧力がオイル３０５を介して感圧素子１１に伝達され、感圧素子１１は受圧した圧力に基づいて信号を出力するようになっている。

また、図８に示すように、ケース３００における開口部３０２の底部には、センシング部設置部３０１に設置された感圧素子１１に通じる貫通穴３０６が形成されている。

そして、ケース３００における開口部３０２から金属等からなるターミナルピン３０７が挿入されており、このターミナルピン３０７の一端部側は、貫通穴３０６を通じて開口部３０１の底部を貫通し、凹部３０３内に露出している。

また、貫通穴３０６において、ケース３００とターミナルピン３０７との間は、絶縁性のハーメチックガラスとしてのガラス部材３０８によって封止されている。そして、ケース３００とターミナルピン３０７とはガラス部材３０８を介して、電気的に絶縁されている。

そして、凹部３０３内に露出しているターミナルピン３０７の一端部は、感圧素子１１と、金やアルミ等のボンディングワイヤ３０９によって結線され、電気的に接続されている。

また、図７に示すように、ケース３００の開口部３０２から突出するターミナルピン３０７の他端部には、鉄系金属等からなるコネクタピン３１０が溶接やかしめ、はんだ等の導電性接着材等により電気的・機械的に接合されている。

また、コネクタピン３１０は樹脂等からなる成形体３１１に支持されてコネクタ部としてのコネクタアッシー３１２として構成されている。

また、このコネクタアッシー３１２の成形体３１１には、ターミナルピン３０７が貫通可能な穴部３１３を有する支持部３１４が一体成形されており、この穴部３１３にターミナルピン３１４が挿入され支持されている。

また、金属等からなる円筒状のパイプ部材３１５の一端部が、ケース３００の開口部３０２側に取り付けられている。そして、このパイプ部材３１５によって、開口部３０２から突出するターミナルピン３０７は、ターミナルピン３０７とコネクタピン３１０との接合部まで覆われている。

ここで、図７に示すように、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂材料からなるコーティング材３１６、３１７が、ケース３００の開口部３０２内およびパイプ部材３１５内に充填されている。

このような圧力センサにおいては、センシング部設置部３０１を被測定環境に置き、メタルダイアフラム３０４に印加された圧力が、オイル３０５を介して感圧素子１１に伝達される。そして、感圧素子１１から出力されるセンサ信号は、ボンディングワイヤ３０９、ターミナルピン３０７、コネクタピン３１０を介して、外部に伝達されるようになっている。

ところで、このようなセンサ装置としての圧力センサにおいては、センサの径方向のサイズを縮小化すること、すなわちセンサを細径化することが要望されており、具体的には、上記図８に示される圧力センサにおいて感圧素子１１の小型化が必要である。

ここで、この種の感圧素子１１としては、センサ信号を処理する回路がセンサチップに一体化された集積化センサチップが採用されており、感圧素子１１を小型化するためには、回路の簡素化が必要である。

しかしながら、センサにおいて、診断や通信など要求される機能は増加する方向であり、感圧素子すなわちセンシング部の小型化との両立を実現するには、半導体プロセスの見直しが必要となり、時間・コスト・品質から実際の選択は難しい。

そこで、感圧素子すなわちセンシング部の機能を分割して、感圧素子は検知部のみの構成とし、増幅・調整を行う回路部（ＩＣ）は別部位に設ける構成が考えられる。また、センシング部としての集積化センサチップの機能を維持したまま、さらに必要な回路部を別部位に設ける構成が考えられる。

このように、回路部をセンシング部とは別部位に設ける構成とした場合、たとえば、上記図７に示される圧力センサにおいては、その回路部（ＩＣ）は、支持部３１４などに収納されることになる。

しかしながら、必要に応じてコンデンサを追加することなど、回路部を用途に応じて自由に変更することが要求されており、回路部の構成の変更への対応が容易な構造が求められている。

なお、上記した問題は、圧力センサ以外にも、センシング部を有するセンサ構造部と、センシング部からの信号を外部に出力するためのコネクタ部とを備えるセンサ装置について、共通した問題であると考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、センシング部を有するセンサ構造部と、センシング部からの信号を外部に出力するためのコネクタ部とを備えるセンサ装置において、センサ装置の細径化を実現しつつ、回路部の構成の変更などにも容易に対応可能なセンサ装置を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、センシング部（１１）を有するセンサ構造部（１００）と、センシング部（１１）からの信号を外部に出力するためのコネクタ部（２００）とを備えるセンサ装置において、センサ構造部（１００）とコネクタ部（２００）との間には、複数個の構造体（３０、４０）が介在することによって、センサ構造部（１００）、複数個の構造体（３０、４０）およびコネクタ部（２００）が積層されてなる積層体が形成されており、この積層体における外周部には、センサ構造部（１００）、個々の構造体（３０、４０）およびコネクタ部（２００）を互いに支持して固定する支持部（２２、３２、４２、５２）が設けられており、個々の構造体（３０、４０）には、電子部品（３１、４１）が搭載されており、センシング部（１１）、電子部品（３１、４１）およびコネクタ部（２００）は、電気的に接続されていることを特徴としている。

それによれば、各構造体（３０、４０）に搭載された電子部品（３１、４１）によって、センシング部（１１）からの信号の信号処理などを行う回路部を構成することができる。そして、センシング部（１１）からの信号は、当該電子部品により構成された回路部を介して、コネクタ部（２００）から出力可能となる。

また、積層体の各部の支持は、積層体の外周部に設けられた支持部（２２、３２、４２、５２）にて行われるため、個々の構造体（３０、４０）の中央部において、当該構造体（３０、４０）に搭載される電子部品（３１、４１）の種類やレイアウトを適宜設計変更することが自由である。

そのため、回路部を用途に応じて自由に変更することが容易であり、また、センシング部（１１）やコネクタ部（２００）の構成が変更されても、これらセンシング部（１１）およびコネクタ部（２００）と構造体（３０、４０）との接続構造を容易に変更することができる。

そして、上述したように、回路部は、積層された各構造体（３０、４０）により構成できる。つまり、回路部はセンサ装置の軸方向に配置されることになるため、センサ装置の径方向の体格を増大させることは極力防止できる。

よって、本発明によれば、センシング部（１１）を有するセンサ構造部（１００）と、センシング部（１１）からの信号を外部に出力するためのコネクタ部（２００）とを備えるセンサ装置において、センサ装置の細径化を実現しつつ、回路部の構成の変更などにも容易に対応可能なセンサ装置を実現することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のセンサ装置において、支持部（２２、３２、４２、５２）は、センサ構造部（１００）、個々の構造体（３０、４０）およびコネクタ部（２００）のそれぞれの外周部において２箇所以上設けられていることを特徴としている。

支持部は積層体を構成する個々の部材において、１箇所であってもよいが、本発明のように、個々の部材において２箇所以上設ければ、積層体の安定な支持が可能となり、好ましい。

また、請求項１に記載の発明では、支持部（２２、３２、４２、５２）は、センサ構造部（１００）、個々の構造体（３０、４０）およびコネクタ部（２００）のそれぞれの部材同士において、一方の部材に凸部（２２ａ、３２ａ、４２ａ）、これに対向する他方の部材の部分に凸部（２２ａ、３２ａ、４２ａ）が嵌合される凹部（３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ）を有するものであることを特徴としている。

支持部（２２、３２、４２、５２）としてはこのようなものにでき、凸部（２２ａ、３２ａ、４２ａ）と凹部（３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ）とが嵌合することで、隣接する部材間の固定が適切になされるとともに、これら凸部と凹部とが目印となって位置あわせを行いやすい。

さらに、請求項１に記載の発明では、凸部（２２ａ、３２ａ、４２ａ）および凹部（３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ）の形状または位置は、正規の組合せ以外では凸部と凹部とが嵌合しないように、センサ構造部（１００）、個々の構造体（３０、４０）およびコネクタ部（２００）のそれぞれの部材同士の間で相違していることを特徴としている。

それによれば、間違った積層の順序で各部材（１００、３０、４０、２００）を積層した場合には、対向する部材の凸部（２２ａ、３２ａ、４２ａ）と凹部（３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ）とが嵌合しない場合が生じる。つまり、本発明によれば、組み付け順序や向きの間違いなど防止することができ、好ましい。

請求項３に記載の発明では、請求項１、２に記載のセンサ装置において、センサ構造部（１００）、個々の構造体（３０、４０）およびコネクタ部（２００）のそれぞれの部材同士において、一方の部材にピン部材（２３、３３、４３）、これに対向する他方の部材の部分に貫通穴（３４、４４、５４）が設けられており、ピン部材（２３、３３、４３）が貫通穴（３４、４４、５４）に挿入されて一方の部材と他方の部材とが電気的に接続されていることにより、センシング部（１１）、電子部品（３１、４１）およびコネクタ部（２００）は、電気的に接続されていることを特徴としている。

センサ構造部（１００）、個々の構造体（３０、４０）およびコネクタ部（２００）のそれぞれの部材同士における電気的な接続は、このようなものにできる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のセンサ装置において、ピン部材（２３、３３、４３）が貫通穴（３４、４４、５４）に挿入されてなる電気的接続部は、積層体における外周部に位置することを特徴としている。

それによれば、支持部（２２、３２、４２、５２）に加えて電気的な接続部も積層体の外周部に位置するため、個々の構造体（３０、４０）の中央部において、当該構造体（３０、４０）に搭載される電子部品（３１、４１）の種類やレイアウトを適宜設計変更することが、より自由となる。

ここで、請求項５に記載の発明のように、請求項１〜請求項４に記載のセンサ装置において、個々の構造体（３０、４０）は、樹脂またはセラミックにより形成されたものにできる。

また、請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５に記載のセンサ装置において、複数個の構造体（３０、４０）の外周囲は、ケース（６０）にて被覆されていることを特徴としている。

それによれば、ケース（６０）によって、各構造体（３０、４０）の適切な保護がなされ、好ましい。

また、請求項７に記載の発明のように、請求項１〜請求項６に記載のセンサ装置において、センシング部は、圧力検出を行う感圧素子（１１）を有するものにできる。

つまり、本発明によれば、請求項１〜請求項６に記載のセンサ装置を圧力センサとして適用したものにできる。

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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサ装置としての圧力センサＳ１の全体構成を示す概略断面図であり、図２は、図１中の各部構成を示す図である。用途を限定するものではないが、この圧力センサＳ１は、たとえば自動車のブレーキシステムにおけるブレーキオイルの圧力を検出する圧力センサ等に適用することができる。

図２において、（ａ）は図１中のＡ−Ａ線に沿った第４の構造体５０の概略断面図、（ｂ）は図１中のＢ−Ｂ線に沿った面における第３の構造体４０の概略平面図、（ｃ）は図１中のＣ−Ｃ線に沿った面における第２の構造体３０の概略平面図、（ｄ）は図１中のＤ−Ｄ線に沿った面における第１の構造体２０の概略平面図である。

［センサの構成等］
この圧力センサＳ１は、大きくは、センシング部１１を有するセンサ構造部１００と、センシング部１１からの信号を外部に出力するためのコネクタ部２００とを備える。ここで、第１の構造体２０はセンサ構造部１００の一部であり、第４の構造体５０はコネクタ部２００の一部として構成されている。

そして、センサ構造部１００とコネクタ部２００との間には、複数個の構造体３０、４０、５０が介在することによって、センサ構造部１００、第２の構造体４０、第３の構造体５０およびコネクタ部２００が積層されてなる積層体が形成されている。

センサ構造部１００は、内部に中空部を有する有底筒状のステム１０すなわち中空筒状をなすステム１０とこのステム１０に取り付けられた第１の構造体２０とにより構成されている。

ステム１０は、基本的には円筒体を加工することにより形成されている。このステム１０は、その外面の一部に圧力によって変形可能なダイアフラム１０ａを有するとともに中空部へ圧力を導入するための開口部１０ｂを有する。

本実施形態では、ダイアフラム１０ａは、ステム１０の軸一端側の端面に設けられ、開口部１０ｂは、ステム１０の軸他端側に設けられている。ここで、ダイアフラム１０ａは、ステム１０の軸一端側の端面を薄肉部とすることにより形成されている。

また、このステム１０は、開口部１０ｂ側の部位にて被測定物にシールされた形で取り付けられるようになっており、ステム１０の開口部１０ｂ側における外周面には、シール用の図示しないＯリングを取り付けるためのＯリング溝１０ｃが形成されている。ここで、上記被測定物は、たとえば自動車のブレーキシステムにおけるブレーキオイルの配管である。

このようにして、ステム１０が被測定物に取り付けられた状態において、被測定物からの圧力すなわち被測定圧力は、ステム１０の開口部１０ｂからステム１０の中空部に導入される。すると、導入された被測定圧力の大きさに応じて、ダイアフラム１０ａが歪むようになっている。

また、図１、図２（ｄ）に示されるように、ステム１０のダイアフラム１０ａ上には、センシング部としてのセンサチップ１１が設けられている。このセンサチップ１１は、上記したダイアフラム１０ａの変形に応じた電気信号を出力するものであり、圧力検出を行う感圧素子として構成されている。

たとえば、センサチップ１１は、単結晶Ｓｉ（シリコン）等の半導体チップからなるものであり、本例では、図示しない低融点ガラスなどによってステム１０のダイアフラム１０ａに接合され固定されている。

限定するものではないが、具体的に、センサチップ１１としては、ブリッジ回路を有し、ステム１０の開口部１０ｂから導入された圧力によってダイアフラム１０ａが変形したとき、この変形に応じた抵抗値変化を電気信号に変換して出力する歪みゲージとして機能するものにできる。そして、これらダイアフラム１０ａおよびセンサチップ１１が、圧力センサＳ１の基本性能を左右する。

また、ステム１０において、ダイアフラム１０ａとＯリング溝１０ｃとの間の外周面には、当該外周面から突出するフランジ部１０ｄが形成されている。そして、このフランジ部１０ｄに第１の構造体３０およびケース６０が搭載されるようになっている。

ここで、ステム１０を構成する金属材料には、超高圧を受けることから高強度であること、および、Ｓｉからなるセンサチップ１１をガラスなどにより接合するため低熱膨張係数であることなどが求められる。

具体的には、ステム１０は、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏまたはＦｅ、Ｎｉを主体とし、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、プレス、切削や冷間鍛造等により形成することができる。

センサ構造部１００の一部としての第１の構造体２０は、リング形状をなしており、電気絶縁性を有する樹脂やセラミックなどにより構成されている。この第１の構造体２０は、ステム１０のフランジ部１０ｄ上に接着などにより搭載されステム１０に固定されている。

そして、第１の構造体２０は、ステム１０におけるダイアフラム１０ａおよびセンサチップ１１の周囲を取り囲むように設けられている。ここで、図２（ｄ）に示されるように、第１の構造体２０の上端面には、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）などからなるパッド２１が設けられている。

そして、このパッド２１とセンサチップ１１とが、金やアルミニウムなどからなるワイヤ１２により結線され、電気的に接続されている。このワイヤ１２はワイヤボンディングなどにより形成される。

また、第１の構造体２０の上端面には、センサ構造部１００、複数個の構造体３０、４０およびコネクタ部２００が積層されてなる積層体を支持して固定するための支持部２２が設けられている。この支持部２２は、リング状の第１の構造体２０の上端面に設けられることにより、センサ構造部１００の外周部に設けられた形となっている。

ここでは、第１の構造体２０すなわちセンサ構造部１００の支持部２２は、２箇所以上（図示例では３箇所）設けられており、それぞれの支持部２２は、第１の構造体２０の上端面から突出する柱状のものであり、その先端部に凸部２２ａを有する。

さらに、第１の構造体２０の上端面には、導電性のピン部材２３が突出して設けられている。このピン部材２３は、たとえば金属などのピン部材をインサート成形などにより第１の構造体２０に固定したものである。

そして、ピン部材２３とパッド２１とは、第１の構造体２０の表面に形成された図示しない配線などにより、電気的に導通している。つまり、センサ構造部１００において、センサチップ１１とピン部材２３とは、ワイヤ１２、パッド２１を介して電気的に接続されている。

また、第２の構造体３０は、センサ構造部１００すなわち第１の構造体２０の上に積層されているが、この第２の構造体３０は、樹脂やセラミックからなる円板形状のものである。

図２（ｃ）に示されるように、第２の構造体３０の上面には、本圧力センサＳ１の回路部を構成する電子部品としてのＩＣチップ３１が実装されている。ここでは、ＩＣチップ３１は、ワイヤ３１ａを介したワイヤボンド実装されている。

また、第２の構造体３０の上面の外周部には、センサ構造部１００、複数個の構造体３０、４０およびコネクタ部２００が積層されてなる積層体を支持して固定するための支持部３２が設けられている。

ここでは、第２の構造体３０の支持部３２は、２箇所以上（図示例では３箇所）設けられており、それぞれの支持部３２は、第２の構造体３０の上面から突出する柱状のものであり、その先端部に凸部３２ａを有する。

また、図１に示されるように、第２の構造体３０の下面（図２に示される面とは反対側の面）において、上記第１の構造体２０における支持部２２の凸部２２ａに対応した位置には、第１の構造体２０の凸部２２ａがはめ込まれる凹部３２ｂが形成されている。

第２の構造体３０においては、第２の構造体３０の凸部３２ａと凹部３２ｂとにより、第２の構造体３０の支持部３２が構成されている。そして、第１の構造体２０の凸部２２ａと第２の構造体３０の凹部３２ｂとが嵌合することにより、第１の構造体２０すなわちセンサ構造部１００と第２の構造体３０とが互いに支持されて固定されている。

さらに、図２（ｃ）に示されるように、第２の構造体３０の上端面には、導電性のピン部材３３が突出して設けられている。このピン部材３３は、たとえば金属などのピン部材をインサート成形などにより第２の構造体３０に固定したものである。

さらに、第２の構造体３０の外周部において、第１の構造体２０のピン部材２３に対向する部位には貫通穴３４が設けられている。

この貫通穴３４には、図１に示されるように、第１の構造体２０のピン部材２３が挿入されることにより、第１の構造部材１０と第２の構造部材３０とが電気的に接続されている。この貫通穴３４とピン部材２３との電気的接続は、バネ接点式の接続方法やはんだなどによる接続によって行うことができる。

そして、第２の構造体３０において、ＩＣチップ３１とピン部材３３および貫通穴３４とは、ワイヤ３１および図示しない配線などによって電気的に導通している。こうして、センサ構造部１００におけるセンサチップ１１と第２の構造体３０に搭載されたＩＣチップ３１とは電気的に接続されている。

また、第３の構造体４０は、第２の構造体３０の上に積層されているが、この第３の構造体４０も、樹脂やセラミックからなる円板形状のものである。

図２（ｂ）に示されるように、第３の構造体４０の上面には、本圧力センサＳ１の回路部を構成する電子部品としてのチップコンデンサ４１が実装されている。ここでは、チップコンデンサ４１は４個示されており、図示しない導電性接着剤やはんだなどにより実装されている。

また、第３の構造体４０の上面の外周部には、センサ構造部１００、複数個の構造体３０、４０およびコネクタ部２００が積層されてなる積層体を支持して固定するための支持部４２が設けられている。

ここでは、第３の構造体４０の支持部４２は、２箇所以上（図示例では３箇所）設けられており、それぞれの支持部４２は、第３の構造体４０の上面から突出する柱状のものであり、その先端部に凸部４２ａを有する。

また、図１に示されるように、第３の構造体４０の下面（図２に示される面とは反対側の面）において、上記第２の構造体３０における支持部３２の凸部３２ａに対応した位置には、第２の構造体３０の凸部３２ａがはめ込まれる凹部４２ｂが形成されている。

第３の構造体４０においては、第３の構造体４０の凸部４２ａと凹部４２ｂとにより、第３の構造体４０の支持部４２が構成されている。そして、第２の構造体３０の凸部３２ａと第３の構造体４０の凹部４２ｂとが嵌合することにより、第２の構造体３０と第３の構造体４０とが互いに支持されて固定されている。

さらに、図２（ｂ）に示されるように、第３の構造体４０の上端面には、導電性のピン部材４３が突出して設けられている。このピン部材４３は、たとえば金属などのピン部材をインサート成形などにより第３の構造体４０に固定したものである。

さらに、第３の構造体４０の外周部において、第２の構造体３０のピン部材３３に対向する部位には貫通穴４４が設けられている。

この貫通穴４４には、第２の構造体３０のピン部材３３が挿入されることにより、第２の構造部材３０と第３の構造部材４０とが電気的に接続されている。この貫通穴４４とピン部材３３との電気的接続も、上述したものと同様に、バネ接点式の接続方法やはんだなどによる接続によって行うことができる。

そして、第３の構造体４０において、チップコンデンサ４１とピン部材４３および貫通穴４４とは、図示しない配線などによって電気的に導通している。こうして、第２の構造体３０に搭載されたＩＣチップ３１と第３の構造体４０に搭載されたチップコンデンサ４１とは電気的に接続されている。

また、第４の構造体５０は、第３の構造体４０の上に積層されているが、この第４の構造体５０は、コネクタ部２００の一部として、コネクタ部２００のうちの下部に一体に形成された円板形状のものである。

ここで、コネクタ部２００は、導電性の金属材料などからなるターミナル２１０を樹脂部２２０にインサート成形してなるものである。ここでは、３本のターミナル２１０が設けられており、図１において、各ターミナル２１０の上端部側は、自動車のＥＣＵ等へ配線部材を介して電気的に接続可能となっている。

そして、第４の構造体５０は、この樹脂部２２０の一部として一体に成形されたものである。

図１に示されるように、第４の構造体５０の下面（図２に示される面とは反対側の面）において、上記第３の構造体４０における支持部４２の凸部４２ａに対応した位置には、第３の構造体４０の凸部４２ａがはめ込まれる凹部５２ｂが形成されている。

そして、第４の構造体５０すなわちコネクタ部２００においては、この凹部５２ｂにより、第４の構造体５０の支持部５２が構成されている。そして、第３の構造体４０の凸部４２ａと第４の構造体５０の凹部５２ｂとが嵌合することにより、第３の構造体４０と第４の構造体５０すなわちコネクタ部２００とが互いに支持されて固定されている。

さらに、図２（ａ）に示されるように、第４の構造体５０の外周部において、第３の構造体４０のピン部材４３に対向する部位には貫通穴５４が設けられている。

この貫通穴５４には、第３の構造体４０のピン部材４３が挿入されることにより、第３の構造部材４０と第４の構造部材５０とが電気的に接続されている。この貫通穴５４とピン部材４３との電気的接続も、上述したものと同様に、バネ接点式の接続方法やはんだなどによる接続によって行うことができる。

そして、図１に示されるように、第４の構造体４０すなわちコネクタ部２００において、ターミナル２１０は貫通穴５４内に露出しており、第３の構造体４０のピン部材４３と電気的に導通している。こうして、第３の構造体４０に搭載されたチップコンデンサ４１とコネクタ部２００のターミナル２１０とは電気的に接続されている。

このようにして、本圧力センサＳ１においては、センサ構造部１００とコネクタ部２００との間には、複数個の構造体３０、４０が介在することによって、センサ構造部１００、複数個の構造体３０、４０およびコネクタ部２００が積層されてなる積層体が形成されている。

そして、上述したように、当該積層体における外周部には、センサ構造部１００、個々の構造体３０、４０およびコネクタ部２００を互いに支持して固定する支持部２２、３２、４２、５３が設けられている。

そして、センサ構造部１００とコネクタ部２００との間に介在する個々の構造体３０、４０には、電子部品３１、４１が搭載されており、センシング部としてのセンサチップ１１、電子部品３１、４１およびコネクタ部２００は、上述の如く電気的に接続されている。そして、これら電子部品３１、４１によって本圧力センサＳ１の回路部が構成されている。

また、図１に示されるように、ケース６０がステム１０のフランジ部１０ｄに溶接などにより固定されている。このケース６０は、金属や樹脂などからなる有底筒状のものであり、センサ構造部１００の第１の構造体２０、および第２、第３の構造体３０、４０、さらにはコネクタ部２００の外周囲を被覆している。

ここで、コネクタ部２００におけるターミナル２１０の外部との接続端部は、ケース６０に設けられた貫通穴６１からケース６０の外方に突出している。また、コネクタ部２００の樹脂部２２０とケース６０との間にはＯリング７０が介在しており、第４の構造体５０へ水分や異物が侵入するのを防止している。

本実施形態の圧力センサＳ１では、被測定圧力がステム１０の開口部１０ｂから導入され、導入された被測定圧力の大きさに応じて、ダイアフラム１０ａが歪む。そして、このダイアフラム１０ａの変形に応じた電気信号がセンサチップ１１から出力され、上記電子部品３１、４１により構成された回路部を介して、コネクタ部２００から出力可能となっている。

ここでは、たとえば、第２の構造体３０に搭載されたＩＣチップ３１などにより、センサチップ１１からの電気信号が、増幅・調整され、第３の構造体４０に搭載されたチップコンデンサ４１などにより、出力または電源のノイズやサージを抑制することが可能となっている。

［センサの組み付け］
そして、このような構成を有する本実施形態の圧力センサＳ１は、たとえば次のようにして組み付けられる。

まず、センサチップ１１が搭載されたステム１０と第１の構造体２０とを組み付け、センサチップ１１と第１の構造体２０のパッド２１との間でワイヤボンディングを行い、当該間をワイヤ１２により結線する。

次に、ＩＣチップ３１が搭載された第２の構造体３０、チップコンデンサ４１が搭載された第３の構造体４０を順に積層して組み付けていく。このとき、各構造体２０〜５０間の凹部３２ｂ〜５２ｂと凸部２２ａ〜４２ａを嵌合させるとともに、ピン部材を貫通穴に挿入して電気的に接続する。なお、各凹部３２ｂ〜５２ｂと凸部２２ａ〜４２ａとは、必要に応じて接着してもよい。

そして、コネクタ部２００を第３の構造体４０の上に積層して、組み付けた後、ケース６０を積層体に被せ、ケース６０とステム１０とを接合する。こうして、本実施形態の圧力センサＳ１ができあがる。

［効果等］
ところで、本実施形態によれば、センシング部としてのセンサチップ１１を有するセンサ構造部１００と、センサチップ１１からの信号を外部に出力するためのコネクタ部（２００）とを備える圧力センサＳ１において、センサ構造部１００とコネクタ部２００との間には、複数個の構造体３０、４０が介在することで、センサ構造部１００、複数個の構造体３０、４０およびコネクタ部２００が積層されてなる積層体が形成されており、この積層体における外周部に、センサ構造部１００、個々の構造体３０、４０およびコネクタ部２００を互いに支持して固定する支持部２２、３２、４２、５２が設けられており、個々の構造体３０、４０に、電子部品３１、４１が搭載されており、センサチップ１１、電子部品３１、４１およびコネクタ部２００は、電気的に接続されていることを特徴としている。

それによれば、第２、第３の各構造体３０、４０に搭載された電子部品３１、４１によって、センサチップ１１からの信号の信号処理などを行う回路部を構成することができる。そして、センサチップ１１からの信号は、当該電子部品により構成された回路部を介して、コネクタ部２００から出力可能となる。

また、積層体の各部の支持は、積層体の外周部に設けられた支持部２２、３２、４２、５２にて行われるため、第２、第３の個々の構造体３０、４０の中央部において、当該構造体３０、４０に搭載される電子部品３１、４１の種類やレイアウトを適宜設計変更することが自由である。

そのため、回路部を用途に応じて自由に変更することが容易であり、また、センサチップ１１やコネクタ部２００の構成が変更されても、これらセンサチップ１１およびコネクタ部２００と構造体３０、４０との接続構造を容易に変更することができる。

そして、上述したように、回路部は、積層された第２、第３の各構造体３０、４０により構成できる。つまり、回路部は圧力センサＳ１の軸方向に配置されることになるため、圧力センサＳ１の径方向の体格を増大させることは極力防止できる。

よって、本実施形態によれば、センサチップ１１を有するセンサ構造部１００と、センサチップ１１からの信号を外部に出力するためのコネクタ部２００とを備える圧力センサＳ１において、圧力センサＳ１の細径化を実現しつつ、回路部の構成の変更などにも容易に対応可能な圧力センサＳ１を実現することができる。

また、本実施形態では、図２に示されるように、支持部２２、３２、４２、５２は、センサ構造部１００、第２、第３の個々の構造体３０、４０およびコネクタ部２００のそれぞれの外周部において２箇所以上設けられている。

支持部は積層体を構成する個々の部材において、１箇所であってもよいが、本実施形態のように、個々の部材１００、３０、４０、２００において２箇所以上設ければ、積層体の安定な支持が可能となり、好ましい。

また、本実施形態では、支持部２２、３２、４２、５２は、センサ構造部１００、第２、第３の個々の構造体３０、４０およびコネクタ部２００のそれぞれの部材同士において、一方の部材に凸部２２ａ、３２ａ、４２ａ、これに対向する他方の部材の部分に凸部２２ａ、３２ａ、４２ａがはめ込まれる凹部３２ｂ、４２ｂ、５２ｂを有するものとしている。

それによれば、凸部２２ａ、３２ａ、４２ａと凹部３２ｂ、４２ｂ、５２ｂとが嵌合することで、隣接する部材間の固定が適切になされるとともに、これら凸部と凹部とが目印となって位置あわせを行いやすい。

このような凸部と凹部との嵌合を利用した支持部とした場合、凸部２２ａ、３２ａ、４２ａおよび凹部３２ｂ、４２ｂ、５２ｂの形状や位置は、正規の組合せ以外では凸部と凹部とが嵌合しないように、センサ構造部１００、第２、第３の個々の構造体３０、４０およびコネクタ部２００のそれぞれの部材同士の間で相違するようにしてもよい。

それによれば、間違った積層の順序で各部材１００、３０、４０、２００を積層した場合には、対向する部材の凸部２２ａ、３２ａ、４２ａと凹部３２ｂ、４２ｂ、５２ｂとが嵌合しない場合が生じる。つまり、組み付け順序や向きの間違いなど防止することができ、好ましい。

また、本実施形態では、センサ構造部１００、第２、第３の個々の構造体３０、４０およびコネクタ部２００のそれぞれの部材同士において、一方の部材にピン部材２３、３３、４３、これに対向する他方の部材に貫通穴３４、４４、５４が設けられており、ピン部材２３、３３、４３が貫通穴３４、４４、５４に挿入されて一方の部材と他方の部材とが電気的に接続されている。そして、それにより、センシング部１１、電子部品３１、４１およびコネクタ部２００は、電気的に接続されている。

特に、上記図示した例では、好ましい形態として、ピン部材２３、３３、４３が貫通穴３４、４４、５４に挿入されてなる電気的接続部は、積層体における外周部に位置するものとしている。

それによれば、支持部２２、３２、４２、５２に加えて電気的な接続部も積層体の外周部に位置するため、第２、第３の個々の構造体３０、４０の中央部（図２（ｂ）、（ｃ）中の斜線ハッチング部分）において、当該構造体３０、４０に搭載される電子部品３１、４１の種類やレイアウトを適宜設計変更することが、より自由となる。

また、本実施形態では、第２、第３の複数個の構造体３０、４０の外周囲が、ケース６０にて被覆されており、ケース６０によって、各構造体３０、４０の適切な保護がなされ、好ましい。

［変形例］
本実施形態の変形例を図３、図４に示しておく。

図３は本実施形態の第１の変形例を示す平面図であって、センサチップ１１と第１の構造体２０とのワイヤ１２の結線状態を変えたものである。このように、第１の構造体２０におけるパッド２１や支持部２２、ピン部材２３の配置を適宜変更することで、ワイヤ１２の結線状態が変わっても容易に対応できる。

また、図４は本実施形態の第２の変形例を示す概略断面図であって、センサ構造部１００とコネクタ部２００との間に介在する構造体３０、４０、３０’、４０’の数を増やしたものである。

ここでは、上記図１に示される例に比べて、構造体３０’、構造体４０’を増やしたものであるが、この例では、これら構造体３０’、構造体４０’は、それぞれ上記第２の構造体３０、第３の構造体４０と同様の構成および同様の電子部品３１、４１を搭載したものである。

チップコンデンサ４１やＩＣチップ３１などの電子部品を多数必要とする場合は、図４に示されるように、同様な設計の構造体３０’、４０’を追加することで対応することができる。

その際にはケース６０のサイズを変えるだけで済むことから、第１の構造体２０および第４の構造体５０の構成は変更しなくてもよい。つまり、センサ構造部１００およびコネクタ部２００の変更の必要は生じない。

また、上記図１に示される例では、第２の構造体３０にＩＣチップ３１、第３の構造体４０にチップコンデンサ４１がそれぞれ搭載されていたが、逆に、第２の構造体３０にチップコンデンサ４１、第３の構造体４０にＩＣチップ３１がそれぞれ搭載されていてもよい。さらには、回路構成によっては、第２および第３の構造体３０、４０ともにＩＣチップ３１が搭載されていてもよい。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係るセンサ装置としての圧力センサＳ２の全体構成を示す一部断面図であり、図６は図５中のＥ−Ｅ線に沿った面における第１の構造体２０の単体概略平面図である。上記実施形態との相違点を中心に述べる。

本実施形態の圧力センサＳ２は、上記図７、図８に示した圧力センサ（以下、試作品という）に対して本発明を適用したものである。

この圧力センサＳ２は、上記試作品と同様のケース３００およびセンシング部設置部３０１の構成を有しており、第２、第３の構造体３０、４０、コネクタ部２００およびケース６０の構成は、上記第１実施形態と同様である。

そして、本実施形態の圧力センサＳ２では、センシング部設置部３０１を有するケース３００およびこのケース３００に接着などにより一体に固定された第１の構造体２０とにより、センサ構造部２００が形成されている。また、ケース６０は、ケース３００に溶接などにより固定されている。

本圧力センサＳ１では、センシング部設置部３０１において感圧素子すなわちセンサチップ１１とつながっているターミナルピン３０７と、第１の構造体２０との接続構造が、特徴点となっている。

つまり、図５、図６に示されるように、リング状の第１の構造体２０において、内周面から導電性のターミナルバー２５を突出して設け、このターミナルバー２５に形成された穴にターミナルピン３０７を挿入して、電気的な接続を行うようにしている。

本実施形態の圧力センサＳ２の圧力検出動作は、上記した試作品の検出動作から明らかであり、メタルダイアフラム３０４に印加された圧力がオイル３０５を介して感圧素子１１に伝達され、感圧素子１１は受圧した圧力に基づいて信号を出力するものである（図８参照）。

そして、感圧素子１１から出力された電気信号は、上記実施形態と同様に、上記電子部品３１、４１により構成された回路部を介して、コネクタ部２００から出力可能となっている。

また、本実施形態においても、上記第１実施形態にて述べられている効果と同様の効果を奏することは明らかである。

このように、本発明の積層体の構造は、上記したダイアフラム１０ａを有するステム１０を備えた圧力センサ以外にも、種々のセンサ構造部の構成に対しても容易に対応できるものである。

そして、上述したように、上記各実施形態の圧力センサでは、中央部分に電子部品を配置し、外周部に支持と電気的接続部を配置した構造体を複数積み上げる構成とすることにより、小型で且つ工程が簡単なセンサを実現している。さらに、回路規模の拡張やバリエーション対応も容易となっている。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態において、センサ構造部１００とコネクタ部２００との間に介在する各構造体は、樹脂やセラミックの円板形状のものであったが、円板に限らず任意の平面形状を持つ板であってもよい。また、このような構造体としては、搭載されている電子部品や接続部を樹脂でモールドした形態のものであってもよい。

また、上記実施形態では、本発明のセンサ装置を、センシング部が圧力検出を行う感圧素子としてのセンサチップ１１を有する圧力センサに適用した例を示したが、本発明は、圧力センサに限定されるものではない。

要するに、本発明は、センシング部を有するセンサ構造部と、センシング部からの信号を外部に出力するためのコネクタ部とを備えるセンサ装置であるならば、加速度センサ、角速度センサ、フローセンサ、ガスセンサ、温度センサ、湿度センサ、赤外線センサ、光センサなど種々のセンサ装置に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係るセンサ装置としての圧力センサの全体構成を示す概略断面図である。 （ａ）は図１中のＡ−Ａ線に沿った第４の構造体の概略断面図、（ｂ）は図１中のＢ−Ｂ線に沿った面における第３の構造体の概略平面図、（ｃ）は図１中のＣ−Ｃ線に沿った面における第２の構造体の概略平面図、（ｄ）は図１中のＤ−Ｄ線に沿った面における第１の構造体の概略平面図である。 上記第１実施形態の第１の変形例を示す平面図である。 上記第１実施形態の第２の変形例を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係るセンサ装置としての圧力センサの全体構成を示す一部断面図である。 図５中のＥ−Ｅ線に沿った面における第１の構造体の単体の概略平面図である。 本発明者が試作した圧力センサの全体構成を示す一部断面図である。 図７中のケースにおけるセンシング部設置部の概略断面図である。

符号の説明

１１…センシング部としてのセンサチップ（感圧素子）、
２０…センサ構造部の一部としての第１の構造体、２２…第１の構造体の支持部、
２２ａ…第１の構造体の支持部の凸部、２３…第１の構造体のピン部材、
３０…第２の構造体、３１…電子部品としてのＩＣチップ、
３２…第２の構造体の支持部、３２ａ…第２の構造体の支持部の凸部、
３２ｂ…第２の構造体の支持部の凹部、３３…第２の構造体のピン部材、
３４…第２の構造体の貫通穴、４０…第３の構造体、
４１…電子部品としてのチップコンデンサ、４２…第３の構造体の支持部、
４２ａ…第３の構造体の支持部の凸部、４２ｂ…第３の構造体の支持部の凹部、
４３…第３の構造体のピン部材、４４…第３の構造体の貫通穴、
５０…コネクタ部の一部としての第４の構造体、５２…第４の構造体の支持部、
５２ｂ…第４の構造体の支持部の凹部、５４…第４の構造体の貫通穴、
６０…ケース、１００…センサ構造部、２００…コネクタ部。

Claims (7)

1. センシング部（１１）を有するセンサ構造部（１００）と、
   前記センシング部（１１）からの信号を外部に出力するためのコネクタ部（２００）とを備えるセンサ装置において、
   前記センサ構造部（１００）と前記コネクタ部（２００）との間には、複数個の構造体（３０、４０）が介在することによって、前記センサ構造部（１００）、前記複数個の構造体（３０、４０）および前記コネクタ部（２００）が積層されてなる積層体が形成されており、
   前記積層体における外周部には、前記センサ構造部（１００）、個々の前記構造体（３０、４０）および前記コネクタ部（２００）を互いに支持して固定する支持部（２２、３２、４２、５２）が設けられており、
   個々の前記構造体（３０、４０）には、電子部品（３１、４１）が搭載されており、
   前記センシング部（１１）、前記電子部品（３１、４１）および前記コネクタ部（２００）は、電気的に接続されており、
   前記支持部（２２、３２、４２、５２）は、前記センサ構造部（１００）、個々の前記構造体（３０、４０）および前記コネクタ部（２００）のそれぞれの部材同士において、一方の部材に凸部（２２ａ、３２ａ、４２ａ）、これに対向する他方の部材の部分に前記凸部（２２ａ、３２ａ、４２ａ）が嵌合される凹部（３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ）を有するものであり、
   前記凸部（２２ａ、３２ａ、４２ａ）および凹部（３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ）の形状または位置は、正規の組合せ以外では凸部と凹部とが嵌合しないように、前記センサ構造部（１００）、個々の前記構造体（３０、４０）および前記コネクタ部（２００）のそれぞれの部材同士の間で相違していることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記支持部（２２、３２、４２、５２）は、前記センサ構造部（１００）、個々の前記構造体（３０、４０）および前記コネクタ部（２００）のそれぞれの外周部において２箇所以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記センサ構造部（１００）、個々の前記構造体（３０、４０）および前記コネクタ部（２００）のそれぞれの部材同士において、一方の部材にピン部材（２３、３３、４３）、これに対向する他方の部材の部分に貫通穴（３４、４４、５４）が設けられており、
   前記ピン部材（２３、３３、４３）が前記貫通穴（３４、４４、５４）に挿入されて前記一方の部材と前記他方の部材とが電気的に接続されていることにより、前記センシング部（１１）、前記電子部品（３１、４１）および前記コネクタ部（２００）は、電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. 前記ピン部材（２３、３３、４３）が前記貫通穴（３４、４４、５４）に挿入されてなる電気的接続部は、前記積層体における外周部に位置することを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
5. 個々の前記構造体（３０、４０）は、樹脂またはセラミックにより形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のセンサ装置。
6. 前記複数個の構造体（３０、４０）の外周囲は、ケース（６０）にて被覆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１つに記載のセンサ装置。
7. 前記センシング部は、圧力検出を行う感圧素子（１１）を有するものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のセンサ装置。

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