JP4168813B2

JP4168813B2 - Pressure sensor device

Info

Publication number: JP4168813B2
Application number: JP2003103860A
Authority: JP
Inventors: 誠畑中; 精一郎大竹
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2023-04-08
Also published as: JP2004309334A

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、ハウジングの貫通穴に固定してなる圧力センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、センシング部としてのダイアフラムを有するステムを、ハウジングの貫通穴に固定してなる圧力センサ装置としては、ステムを当該貫通穴に挿入し、ネジ結合させて固定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２７２２９７号（第５頁、第１−２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記したハウジングの貫通穴にステムをネジ結合させるタイプの代わりに、組付けの容易なものとして、ハウジングの貫通穴にステムを圧入して固定するタイプの圧力センサ装置の開発を進め、試作検討した。図１１にその試作品の断面構成を示す。
【０００５】
ステム２０は、一端側にダイアフラム２１およびこのダイアフラム２１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２１に圧力を導入するための開口部２２を有する金属製中空筒状をなす。
【０００６】
ここで、歪みゲージ部２３は、シリコン基板に拡散抵抗を形成したピエゾ感圧素子等であり、ダイアフラム２１に低融点ガラス等の接着材２４を介して固定されている。
【０００７】
ハウジング１０は、例えばアルミダイカスト加工により形成されたもので、一面側から他面側に貫通する貫通穴１１を有する。そして、貫通穴１１には、ハウジング１０の一面側にダイアフラム２１側が露出し且つハウジング１０の他面側に開口部２２側が露出するように、ステム２０が圧入されて固定されている。
【０００８】
ここで、ステム２０の他端側の端面２２ａがハウジング１０の他面よりも奥まって貫通穴１１の内部に位置しており、貫通穴１１の内部にはステム２０の他端側の端面２２ａに隣り合った位置に、Ｏリング等の弾性材からなるシール部材３０が設けられている。
【０００９】
このような圧力センサ装置は、ハウジング１０と共にステム２０を被測定部材Ｋ１へ搭載したときに、シール部材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。
【００１０】
ところで、上記試作品においては、ステム２０をハウジング１０の他端側から貫通穴１１に挿入していく際に、圧入という形態を採っているがゆえに、このステム２０の圧入によってハウジング１０が変形する。
【００１１】
すると、変形したハウジング１０からステム２０を介してステム２０の一端側に位置する歪みゲージ部２３に応力が印加されることになる。例えば、図１１中の矢印Ｙに示すように、応力が加わる。そして、歪みゲージ部２３では、この印加された応力によって出力が変動するという問題が生じることになる。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、ハウジングの貫通穴にステムを圧入固定するようにした圧力センサ装置において、ステムのハウジングへの圧入によって生じるハウジングの応力により、センサ出力が変動するのを防止することを目的とする。
【００１３】
【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ステム（２０）と、一面側から他面側に貫通する貫通穴（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、前記ステムが圧入されて固定されており、前記ステムおよび前記ステムの周囲に位置する前記ハウジングの部分の少なくとも一方には、前記ハウジングから前記ステムを介して前記歪みゲージ部に印加される応力を緩和するための溝（１４、１４ａ）が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
それによれば、ステム（２０）およびステム（２０）の周囲に位置するハウジング（１０）の部分の両方もしくはどちらか一方に溝（１４、１４ａ）を形成することで、ハウジング（１０）からステム（２０）を介して歪みゲージ部（２３）に印加される応力を緩和することができる。
【００１５】
そのため、本発明によれば、ステム（２０）のハウジング（１０）への圧入によって生じるハウジング（１０）の応力により、センサ出力が変動するのを防止することができる。
ところで、上記図１１に示したような、ハウジング（１０）の貫通穴（１１）にステム（２０）を圧入固定するとともに貫通穴（１１）にシール部材（３０）を配置するようにした圧力センサ装置においては、ステム（２０）をハウジング（１０）の他端側から貫通穴（１１）に圧入していく際に、貫通穴（１１）の内面とステム（２０）の外面との強い擦れにより、貫通穴（１１）の内面に傷が付くという問題がある。
特に、貫通穴（１１）のうちシール部材（３０）が配置される部位の内面に傷が付くと、傷ついた内面の部分によって、一般に弾性材からなるシール部材（３０）にも傷が付き、シール部材（３０）の劣化や破損等を招く恐れがある。その結果、圧力センサ装置におけるシール性の悪化を招き、圧力漏れ等の問題を生じさせることになる。このような問題に対し、請求項１に記載の発明では、前記ステム（２０）の他端側の端面（２２ａ）が前記ハウジング（１０）の他面よりも奥まって前記貫通穴（１１）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、前記貫通穴における前記ステムの圧入部の径（Ｄ１）は、前記シール部材が設けられる部位の径（Ｄ２）よりも小さくなっており、前記ハウジングと共に前記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（２２ａ）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。
それによれば、貫通穴（１１）においてシール部材（３０）が設けられる部位の径（Ｄ２）がステムの圧入部の径（Ｄ１）よりも大きくなっているため、ステム（２０）を貫通穴（１１）へ圧入していく際に、貫通穴（１１）におけるシール部材（３０）の配置部の内面とステム（２０）の外面との強い擦れを防止できる。
よって、本発明によれば、上記請求項１〜請求項３の発明の効果に加えて、ステム（２０）を貫通穴（１１）へ圧入する際に、貫通穴（１１）におけるシール部材（３０）の配置部分の内面が傷つくのを防止することができる。
【００１６】
ここで、請求項２に記載の発明のように、前記溝としては、前記ステム（２０）の周囲に位置する前記ハウジング（１０）の部分に設けられ、前記ステムの全周を取り囲むように形成された環状の溝（１４）にすることができる。
【００１７】
それにより、ステム（２０）の周囲のハウジング（１０）の部分に変形しやすい部分を設けることができ、ハウジング（１０）に生じる応力のステム（２０）への伝達を抑制することができる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明のように、前記溝としては、前記ステム（２０）の外周面の全周に設けられた環状の溝（１４ａ）としてもよい。
【００１９】
それによれば、ステム（２０）自体を変形しやすくすることで、ステム（２０）の一端側に位置する歪みゲージ部（２３）へ伝わるハウジング（１０）の応力を抑制することができる。
【００２５】
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。
【００２６】
【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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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（図１、図３参照）、この位置決めピン１０ａはアクチュエータＫ１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（図２、図４参照）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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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は段付内孔としての丸穴であり、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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としてゴム等からなるＯリング３０を用いている。このＯリング３０は、上記図８に示したように、ステム２０を貫通穴１１に圧入した後、配置される。
【００４１】
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をアクチュエータＫ１へ搭載したときに、Ｏリング３０を介してアクチュエータ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、アクチュエータ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。
【００４２】
ここで、好ましい形態として、図５に示すように、貫通穴１１におけるステム２０の圧入部の径Ｄ１は、Ｏリング３０が設けられる部位の径Ｄ２よりも小さくなっている。図５や図１等ではこの穴径の違いをデフォルメしてしめしてあるが、具体的には、Ｏリング３０が設けられる部位の径Ｄ２は、ステム２０の圧入部の径Ｄ１よりも数十μｍ〜数百μｍ程度大きくなっている。
【００４３】
さらに言うならば、貫通穴１１におけるステム２０の圧入部の径Ｄ１により構成される円と、Ｏリング３０が設けられる部位の径Ｄ２により構成される円とは、同心円の関係にあることがより好ましい。なお、貫通穴１１におけるステム２０の圧入部の径Ｄ１とＯリング３０が設けられる部位の径Ｄ２とが同一であってもかまわない。
【００４４】
ここにおいて、本実施形態では、図３〜図５に示すように、ステム２０の周囲に位置するハウジング１０の部分すなわちハウジング１０における貫通穴１１の周囲部には、ハウジング１０からステム２０を介してセンサチップ（歪みゲージ部）２３に印加される応力を緩和するための溝１４が形成されている。以下、この溝１４を応力緩和用溝１４ということにする。
【００４５】
この応力緩和用溝１４は本実施形態の主たる特徴部分となるものであり、本例では、応力緩和用溝１４はステム２０の全周を取り囲むように形成された円環状の溝１４である。また、本例では、応力緩和用溝１４はハウジング１０の一面側および他面側に形成されている。この応力緩和用溝１４は、切削加工やハウジング１０を形成する際の型加工等により容易に形成可能である。
【００４６】
なお、応力緩和用溝１４は本例の形態以外にも、ステム２０の全周ではなく一部にのみ形成されていてもよく、また、ハウジング１０の一面側のみあるいはハウジング１０の他面側のみに形成されていてもよい。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
次に、アルミダイカスト加工により形成され且つ貫通穴１１や応力緩和用溝１４が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。
【００５６】
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。その後、Ｏリング３０を配置する。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
このような圧力センサ装置Ｓ１においては、アクチュエータＫ１からの圧力Ｐが、ステム２０の開口部２２からダイアフラム２１の裏面に印加され、それによってダイアフラム２１が歪み、この歪みに基づく信号がセンサチップ２３から出力される。そして、この出力信号は回路基板４０にて信号処理されてリードピン４４から外部へ出力される。このようにして圧力検出がなされる。
【００６０】
ところで、上述したように、本実施形態によれば、ステム２０の周囲に位置するハウジング１０の部分に、応力緩和用溝１４が形成されていることを主たる特徴としている。
【００６１】
それによれば、このような応力緩和用溝１４を形成することで、ハウジング１０からステム２０を介してセンサチップ２３に印加される応力を緩和することができる。そのため、ステム２０のハウジング１０への圧入すなわちステム２０の貫通穴１１への圧入によって生じるハウジング１０の応力により、センサ出力が変動するのを防止することができる。
【００６２】
本実施形態では、応力緩和用溝１４をステム２０の周囲に位置するハウジング１０の部分に形成することで、ステム２０の周囲のハウジング１０の部分に変形しやすい部分を設けることができる。そのため、ステム２０の圧入の際に、ハウジング１０に生じる応力のステム２０への伝達を抑制することができる。
【００６３】
特に、図示例では、ステム２０の全周を取り囲むように環状の応力緩和用溝１４を形成することによって、ハウジング１０に生じる応力の伝達の抑制を適切に実現している。
【００６４】
また、本実施形態の好ましい形態では、上述したように、ハウジング１０の貫通穴１１においてシール部材としてのＯリング３０が設けられる部位の径Ｄ２がステム１０の圧入部の径Ｄ１よりも大きくなっている。そのため、ステム２０を貫通穴１１へ圧入していく際に、貫通穴１１におけるＯリング３０の配置部の内面とステム２０の外面との強い擦れを防止できる。
【００６５】
そして、ステム２０を貫通穴１１へ圧入する際に、貫通穴１１におけるＯリング３０の配置部分の内面が傷つくのを防止することができる。その結果、弾性材からなるＯリング３０の傷付きを防止でき、Ｏリング３０の耐久性を適切に確保することができるため、信頼性の高い圧力センサ装置Ｓ１を実現することができる。
【００６６】
また、上述したように、貫通穴１１におけるステム２０の圧入部の形状と、Ｏリング３０が設けられる部位の形状とは、同心円の関係となっていることが好ましい。
【００６７】
それによれば、Ｏリング３０の中心軸とステム２０の中心軸とが実質的に同軸となるので、Ｏリング３０とステム２０の他端側の端面２２ａとの間の位置合わせが容易になる。
【００６８】
また、本実施形態の圧力センサ装置Ｓ１は、一つのハウジング１０に一つのステム２０を圧入固定したものに対しても適用可能であるが、特に、複数個の圧力センサすなわち複数個のステム２０を一つのハウジング１０に固定しユニット化した構成とすることによって、次に示すような各種の効果等を発揮することができる。
【００６９】
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を介してアクチュエータＫ１に装着可能となる。
【００７０】
よって、あるステム２０が故障したとしても、ハウジング１０をアクチュエータＫ１から取り外して交換すれば良く、従来のようにアクチュエータＫ１ごと取り替える必要はなくなる。
【００７１】
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とアクチュエータ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、アクチュエータ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。
【００７２】
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。
【００７３】
さらに、圧力センサ装置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、アクチュエータ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。
【００７４】
また、圧力センサ装置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。
【００７５】
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をユニット化してアクチュエータＫ１への取り付けを適切に行えるような圧力センサ装置Ｓ１を提供することができる。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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においては不要となるため、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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
（他の実施形態）
上記実施形態では、応力緩和用溝１４をステム２０の周囲に位置するハウジング１０の部分に設けているが、応力緩和用溝をステム２０の側に設けることもできる。
【００８４】
図１０は、ステム２０に応力緩和用溝１４ａを設けた他の実施形態を示す概略断面図である。ここでは、応力緩和用溝１４ａは、ステム２０の外周面の全周に設けられた環状の溝１４ａとしている。
【００８５】
それによれば、ステム２０自体を変形しやすくすることで、ステム２０の一端側に位置するセンサチップ（歪みゲージ部）２３へ伝わるハウジング１０の応力を抑制することができる。
【００８６】
さらに、応力緩和用溝は、ステム２０およびステム２０の周囲に位置するハウジング１０の部分の両方に形成してもよい。具体的には、上記図５に示すようなハウジング１０に形成した応力緩和用溝１４と、上記図１０に示したようなステム２０に形成した応力緩和用溝１４ａとの組合せの形態とすることができる。
【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】本発明の他の実施形態を示す概略断面図である。
【図１１】本発明者が試作した試作品としての圧力センサ装置を被測定部材に取り付けた状態にて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、１４、１４ａ…溝、
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…歪みゲージ部としてのセンサチップ、
２５…段差部、３０…シール部材としてのＯリング、
Ｄ１…貫通穴におけるステムの圧入部の径、
Ｄ２…貫通穴におけるＯリングが設けられる部位の径、
Ｋ１…被測定部材としてのアクチュエータ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure sensor device in which a stem having a diaphragm as a sensing unit is fixed to a through hole of a housing.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a pressure sensor device in which a stem having a diaphragm as a sensing unit is fixed to a through-hole of a housing, a device is proposed in which the stem is inserted into the through-hole and screwed and fixed ( For example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-272297 (5th page, Fig. 1-2)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventor has developed a pressure sensor device of a type in which a stem is press-fitted and fixed into a through hole of the housing as an easy assembly instead of the type in which the stem is screwed to the through hole of the housing. Proceeded and examined prototypes. FIG. 11 shows a cross-sectional configuration of the prototype.
[0005]
The stem 20 has a metal hollow cylindrical shape having a diaphragm 21 on one end side and a strain gauge portion 23 for detecting strain of the diaphragm 21 and an opening 22 for introducing pressure to the diaphragm 21 on the other end side. Eggplant.
[0006]
Here, the strain gauge portion 23 is a piezoelectric pressure sensitive element or the like in which a diffusion resistance is formed on a silicon substrate, and is fixed to the diaphragm 21 via an adhesive 24 such as low melting point glass.
[0007]
The housing 10 is formed by, for example, aluminum die casting, and has a through hole 11 penetrating from one surface side to the other surface side. The stem 20 is press-fitted and fixed in the through hole 11 so that the diaphragm 21 side is exposed on one surface side of the housing 10 and the opening 22 side is exposed on the other surface side of the housing 10.
[0008]
Here, the end surface 22 a on the other end side of the stem 20 is located deeper than the other surface of the housing 10 and is located inside the through hole 11, and the end surface 22 a on the other end side of the stem 20 is located inside the through hole 11. Sealing members 30 made of an elastic material such as an O-ring are provided at adjacent positions.
[0009]
In such a pressure sensor device, when the stem 20 is mounted on the member to be measured K1 together with the housing 10, the space between the member to be measured K1 and the end face 22a on the other end side of the stem 20 is sealed via the seal member 30. It has become so. Thereby, the pressure P from the member K1 to be measured is applied from the opening 22 of the stem 20 to the back surface of the diaphragm 21 without leakage.
[0010]
By the way, in the prototype, when the stem 20 is inserted into the through hole 11 from the other end side of the housing 10, since the press-fitting is adopted, the housing 10 is deformed by the press-fitting of the stem 20. .
[0011]
Then, stress is applied from the deformed housing 10 to the strain gauge portion 23 located on one end side of the stem 20 via the stem 20. For example, stress is applied as shown by an arrow Y in FIG. And in the strain gauge part 23, the problem that an output fluctuates by this applied stress arises.
[0012]
Therefore, in view of the above problems, the present invention prevents a sensor output from fluctuating due to a stress of the housing caused by press-fitting the stem into the housing in the pressure sensor device in which the stem is press-fitted and fixed in the through hole of the housing. For the purpose.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the diaphragm (21) on one end side and the strain gauge portion (23) for detecting strain of the diaphragm are provided, and pressure is applied to the diaphragm on the other end side. A hollow cylindrical stem (20) having an opening (22) for introduction, and a housing (10) having a through hole (11) penetrating from one surface side to the other surface side; The stem is press-fitted and fixed so that the diaphragm side is exposed on one surface side of the housing and the opening side is exposed on the other surface side of the housing, and is positioned around the stem and the stem. At least one of the housing portions has a groove (14, 14a) for relaxing stress applied to the strain gauge portion from the housing via the stem. Made is characterized in that is.
[0014]
According to this, the grooves (14, 14a) are formed in the stem (20) and / or in the housing (10) located around the stem (20) to form the stem ( 20), the stress applied to the strain gauge part (23) can be relaxed.
[0015]
  Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent the sensor output from fluctuating due to the stress of the housing (10) generated by press-fitting the stem (20) into the housing (10).
  By the way, as shown in FIG. 11, the pressure sensor in which the stem (20) is press-fitted and fixed in the through hole (11) of the housing (10) and the seal member (30) is arranged in the through hole (11). In the apparatus, when the stem (20) is press-fitted into the through hole (11) from the other end side of the housing (10), due to strong rubbing between the inner surface of the through hole (11) and the outer surface of the stem (20). There is a problem that the inner surface of the through hole (11) is scratched.
  In particular, when the inner surface of the portion where the seal member (30) is disposed in the through hole (11) is damaged, the damaged inner surface portion also damages the seal member (30) generally made of an elastic material, There is a risk of causing deterioration or breakage of the seal member (30). As a result, the sealing performance of the pressure sensor device is deteriorated, causing problems such as pressure leakage.  With respect to such a problem, in the invention according to claim 1, the end surface (22a) on the other end side of the stem (20) is deeper than the other surface of the housing (10), and the through hole (11) A seal member (30) is provided in a position adjacent to the end face on the other end side of the stem inside the through hole, and the diameter of the press-fitting portion of the stem in the through hole (D1) is smaller than the diameter (D2) of the portion where the seal member is provided, and when the stem is mounted on the member to be measured (K1) together with the housing, the cover member is interposed via the seal member. The space between the measuring member and the end surface (22a) on the other end side of the stem is sealed.
  According to this, since the diameter (D2) of the portion where the seal member (30) is provided in the through hole (11) is larger than the diameter (D1) of the press-fitting portion of the stem, the stem (20) is inserted into the through hole ( 11) When press-fitting into 11), it is possible to prevent strong rubbing between the inner surface of the arrangement portion of the seal member (30) in the through hole (11) and the outer surface of the stem (20).
  Therefore, according to the present invention, in addition to the effects of the first to third aspects of the invention, when the stem (20) is press-fitted into the through hole (11), the seal member (30 in the through hole (11)). ) Can be prevented from being damaged.
[0016]
Here, as in the invention described in claim 2, the groove is provided in a portion of the housing (10) located around the stem (20) and is formed so as to surround the entire circumference of the stem. Annular groove (14).
[0017]
Thereby, the part which is easy to deform | transform can be provided in the part of the housing (10) around a stem (20), and the transmission to the stem (20) of the stress which arises in a housing (10) can be suppressed.
[0018]
Further, as in the third aspect of the invention, the groove may be an annular groove (14a) provided on the entire outer periphery of the stem (20).
[0019]
According to this, by making the stem (20) itself easily deformable, the stress of the housing (10) transmitted to the strain gauge portion (23) located on one end side of the stem (20) can be suppressed.
[0025]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below. 1 is an overall schematic cross-sectional view of a pressure sensor device S1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top plan view of FIG. 1 with a cover 60 removed. 3 is a sectional view in the thickness direction showing a single housing 10 in FIG. 1, and FIG. 4 is a top plan view of FIG.
[0027]
This pressure sensor device S1 is applied to an electronic brake control system of an automobile and detects brake hydraulic pressure or the like. The pressure sensor device S1 includes a plate-like housing 10 formed of metal, resin, or the like, and this housing 10 is formed by aluminum die casting in this example.
[0028]
As shown in FIGS. 3 and 4, the housing 10 is formed with a plurality of through holes 11 penetrating from one surface (upper surface in FIG. 3) to the other surface (lower surface in FIG. 3). The housing 10 is mounted on an actuator K1 (see FIG. 5), which is a member to be measured, on the other surface side.
[0029]
A positioning pin 10a made of resin or the like is formed on the other surface side of the housing 10 (see FIGS. 1 and 3), and the positioning pin 10a is inserted into a hole provided in the actuator K1. The housing 10 is screwed to the actuator K1 through a screw hole 12 (see FIGS. 2 and 4) formed in the peripheral portion thereof.
[0030]
In this example, seven through holes 11 of the housing 10 are formed, and are arranged in a staggered manner as shown in FIGS. As shown in FIG. 4, in the housing 10, a portion excluding the peripheral portion and the periphery of the through hole 11 is a thin portion 10 b thinner than other portions. For example, on the one surface (upper surface in FIG. 3) side of the housing 10, the surface of the thin portion 10b and the surface of the thick portion have a step of about 2 mm or more.
[0031]
A metal stem 20 as a sensing portion is inserted and fixed in each through hole 11. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the stem 20. 6 is a view of the stem 20 as viewed from the diaphragm 21 side, that is, a top view of FIG. 5, and FIG. 7 is a perspective view showing a cross section of the stem 20 along the axial direction.
[0032]
As shown in FIGS. 5 to 7, the stem 20 has a bottomed hollow cylindrical shape. Specifically, the metal material constituting the stem 20 is mainly composed of Fe, Ni, Co or Fe, Ni, and depending on the required strength, Ti, Nb, Al, or a material to which Ti, Nb is added as a precipitation strengthening material. Select and form.
[0033]
The stem 20 has a diaphragm 21 that can be distorted by application of pressure on one end side, that is, the bottom side, and an opening 22 for introducing pressure to the diaphragm 21 on the other end side. A rectangular plate-shaped sensor chip 23 made of a semiconductor substrate such as a silicon substrate is fixed to the surface of the diaphragm 21 via an adhesive 24 such as low-melting glass.
[0034]
The sensor chip 23 is configured as a strain gauge portion that detects the distortion when the diaphragm 21 is distorted. For example, a diffusion resistor is formed on a silicon substrate, and a bridge circuit such as a full bridge or a half bridge is formed by the diffusion resistor, so that an electric signal based on the distortion of the diaphragm 21 can be output. As shown in FIG. 6, a visible mark 23 a for positioning the stem 20 around the axis is formed on the sensor chip 23.
[0035]
Further, as shown in FIG. 5, the diaphragm 21 portion of the stem 20 and the sensor chip 23 protrude from the through hole 11 and are exposed on one surface side of the housing 10. On the other hand, the opening 22 side of the stem 20 is exposed on the other surface side of the housing 10. However, the end surface 22 a on the other end side of the stem 20, that is, the edge portion 22 a of the opening 22 is located deeper than the other surface of the housing 10 and is located inside the through hole 11.
[0036]
Thus, the cylindrical stem 20 is inserted in the through hole 11 along the axial direction (longitudinal direction). Further, the stem 20 has a step portion 25 on the outer surface, and through this step portion 25, the diaphragm 21 side (one end side) becomes a small diameter portion 26 and the opening portion 22 side (other end side) becomes a large diameter portion 27. Yes. Here, as shown in FIGS. 5 and 7, chamfering is performed on the corners of the stepped portion 25 to form a chamfered portion 25 a.
[0037]
The inner surface of the through hole 11 has a stepped shape corresponding to the outer shape of the stem 20. That is, the through hole 11 is a round hole as a stepped inner hole, and the stem 20 is fixed to the housing 10 by being press-fitted into the through hole 11 at the large diameter portion 27 thereof. The stem 20 is attached to the through hole 11 as shown in FIG.
[0038]
As shown in FIG. 8, the diaphragm 21 side of the stem 20 is inserted into the through hole 11 from the other surface side of the housing 10. Then, the stepped portion 25 of the stem 20 hits the stepped portion 11a of the through hole 11 and is positioned. The size of the step portion 25 in the stem 20 is set to a size that gives a difference of 1 mm or more as a difference in diameter between the small diameter portion 26 and the large diameter portion 27.
[0039]
Further, as shown in detail in FIG. 5, a gap 13 is provided between the outer surface of each stem 20 on the diaphragm 21 side (one end side), that is, the outer surface of the small diameter portion 26 and the inner surface of the through hole 11. The size of the gap 13 can be set to 0.2 mm or more, for example.
[0040]
Further, a seal member 30 is provided in the through hole 11 at a position adjacent to the end surface 22 a on the other end side (opening portion 22 side) of the stem 20. The seal member 30 can be elastic and has excellent airtightness. In this example, an O-ring 30 made of rubber or the like is used as the seal member 30. As shown in FIG. 8, the O-ring 30 is disposed after the stem 20 is press-fitted into the through hole 11.
[0041]
As shown in FIG. 5, when the plurality of stems 20 are mounted on the actuator K1 together with the housing 10, the gap between the actuator K1 and the end face 22a on the other end side of the stem 20 is sealed via the O-ring 30. It has become so. Thus, the pressure P from the actuator K1 is applied from the opening 22 of the stem 20 to the back surface of the diaphragm 21 without leakage.
[0042]
Here, as a preferred embodiment, as shown in FIG. 5, the diameter D1 of the press-fitting portion of the stem 20 in the through hole 11 is smaller than the diameter D2 of the portion where the O-ring 30 is provided. Although the difference in the hole diameter is deformed in FIGS. 5 and 1, specifically, the diameter D <b> 2 of the portion where the O-ring 30 is provided is several tens of the diameter D <b> 1 of the press-fitting portion of the stem 20. It is about μm to several hundred μm larger.
[0043]
More specifically, the circle formed by the diameter D1 of the press-fitting portion of the stem 20 in the through hole 11 and the circle formed by the diameter D2 of the portion where the O-ring 30 is provided are more preferably concentric. preferable. The diameter D1 of the press-fitting portion of the stem 20 in the through hole 11 and the diameter D2 of the portion where the O-ring 30 is provided may be the same.
[0044]
Here, in this embodiment, as shown in FIGS. 3 to 5, the portion of the housing 10 located around the stem 20, that is, the peripheral portion of the through hole 11 in the housing 10 is interposed from the housing 10 via the stem 20. A groove 14 is formed for relaxing the stress applied to the sensor chip (strain gauge portion) 23. Hereinafter, this groove 14 is referred to as a stress relaxation groove 14.
[0045]
The stress relaxation groove 14 is a main characteristic portion of the present embodiment. In this example, the stress relaxation groove 14 is an annular groove 14 formed so as to surround the entire circumference of the stem 20. In this example, the stress relaxation grooves 14 are formed on one side and the other side of the housing 10. The stress relieving groove 14 can be easily formed by cutting or mold processing when the housing 10 is formed.
[0046]
In addition to the form of this example, the stress relaxation groove 14 may be formed not only on the entire circumference of the stem 20 but only on a part thereof, and only on one side of the housing 10 or only on the other side of the housing 10. It may be formed.
[0047]
As shown in FIGS. 1 and 2, a circuit board for performing signal processing such as amplifying and adjusting a signal output from the sensor chip 23 of the stem 20 on one surface of the housing 10 (this example) Then, a printed circuit board) 40 is mounted and fixed to the housing 10.
[0048]
An IC package 41 for signal processing, a capacitor 42 and the like are mounted on the circuit board 40. As shown in FIG. 2, the sensor chip 23 of the stem 20 is connected and electrically connected to the pad 43 of the circuit board 40 by a wire 50 formed by wire bonding or the like. In FIG. 1, the wire 50 is omitted.
[0049]
Here, the circuit board 40 and the housing 10 are fixed by an adhesive (not shown). It is preferable that this adhesive is always present immediately below the pad 43 in the circuit board 40. This is because the pad 43 portion of the circuit board 40 is sufficiently fixed and the ultrasonic power of wire bonding is reliably transmitted to the wire 50.
[0050]
In addition, the adhesive for fixing the circuit board 40 and the housing 10 may flow into the gap 13 between the stem 20 and the through hole 11. When the adhesive flows into the gap 13, if the Young's modulus of the adhesive is high, a stress that cannot be ignored in sensor characteristics may be generated on the diaphragm 21. Therefore, according to the study by the present inventors, the Young's modulus of the adhesive is preferably 100 MPa or less.
[0051]
As shown in FIG. 2, lead pins 44 for connecting to the outside are electrically and mechanically connected to the periphery of the circuit board 40 by solder 45 or the like. Thus, the electrical signal from the sensor chip 23 is processed by the circuit board 40 and is output to the outside via the lead pins 44.
[0052]
As shown in FIG. 1, the circuit board 40 is covered with a cover 60 made of a resin such as polybutylene terephthalate (PBT) to provide mechanical protection. The cover 60 is fixed to the housing 10 by press-fitting or bonding. FIG. 9 is a schematic plan view showing a state covered with the cover 60.
[0053]
Here, as shown in FIG. 1 and FIG. 9, the lead pin 44 is bent in the middle and overlaps the cover 60 and is disposed close to the cover 60. As a result, when the lead pin 44 is bent by receiving a pressing force from above in FIG. 1, the lead pin 44 hits the cover 60 and is supported. Therefore, excessive deformation of the lead pins 44 can be prevented, and damage to the solder joints of the lead pins 44 can be prevented.
[0054]
Such a pressure sensor device S1 is manufactured as follows, for example. An adhesive 24 made of low-melting glass is printed on a hollow cylindrical stem 20 formed by cutting or pressing, and this is temporarily fired. Then, the sensor chip 23 formed by a semiconductor manufacturing process or the like is assembled on the adhesive 24 and fired to fix the sensor chip 23 to the stem 20.
[0055]
Next, as shown in FIG. 8, the stem 20 is press-fitted and fixed to each through hole 11 of the housing 10 formed by aluminum die casting and having the through hole 11 and the stress relaxation groove 14 formed therein.
[0056]
At this time, the stem 20 is positioned around the axis while confirming the mark 23a of the sensor chip 23 shown in FIG. Thereby, accurate wire bonding becomes possible. Thereafter, the O-ring 30 is disposed.
[0057]
Next, the circuit board 40 is assembled and fixed to the housing 10 by adhesion or the like. Thereafter, the sensor chip 23 and the pad 43 of the circuit board 40 are connected by wire bonding. And although not shown in figure, in order to protect the connection part of IC package 41 and the connection part of the wire 50 on the circuit board 40, a gel is apply | coated and hardened.
[0058]
Thereafter, the cover 60 is assembled, and the lead pins 44 are soldered to the circuit board 40. Thus, the pressure sensor device S1 is completed.
[0059]
In such a pressure sensor device S1, the pressure P from the actuator K1 is applied to the back surface of the diaphragm 21 from the opening 22 of the stem 20, whereby the diaphragm 21 is distorted, and a signal based on this distortion is transmitted from the sensor chip 23. Is output. This output signal is processed by the circuit board 40 and output from the lead pin 44 to the outside. In this way, pressure is detected.
[0060]
As described above, according to the present embodiment, the main feature is that the stress relaxation groove 14 is formed in the portion of the housing 10 located around the stem 20.
[0061]
According to this, the stress applied to the sensor chip 23 from the housing 10 via the stem 20 can be relaxed by forming such a stress relaxation groove 14. Therefore, it is possible to prevent the sensor output from fluctuating due to the stress of the housing 10 caused by the press-fitting of the stem 20 into the housing 10, that is, the press-fitting into the through hole 11 of the stem 20.
[0062]
In the present embodiment, by forming the stress relaxation groove 14 in the portion of the housing 10 positioned around the stem 20, a portion that is easily deformed can be provided in the portion of the housing 10 around the stem 20. Therefore, transmission of stress generated in the housing 10 to the stem 20 when the stem 20 is press-fitted can be suppressed.
[0063]
In particular, in the illustrated example, by forming the annular stress relaxation groove 14 so as to surround the entire circumference of the stem 20, suppression of transmission of stress generated in the housing 10 is appropriately realized.
[0064]
Moreover, in the preferable form of this embodiment, as mentioned above, the diameter D2 of the site | part in which the O-ring 30 as a sealing member is provided in the through-hole 11 of the housing 10 becomes larger than the diameter D1 of the press fit part of the stem 10. Yes. For this reason, when the stem 20 is press-fitted into the through hole 11, it is possible to prevent strong rubbing between the inner surface of the arrangement portion of the O-ring 30 and the outer surface of the stem 20 in the through hole 11.
[0065]
When the stem 20 is press-fitted into the through hole 11, it is possible to prevent the inner surface of the portion where the O-ring 30 is disposed in the through hole 11 from being damaged. As a result, the O-ring 30 made of an elastic material can be prevented from being damaged, and the durability of the O-ring 30 can be appropriately ensured, so that a highly reliable pressure sensor device S1 can be realized.
[0066]
As described above, the shape of the press-fitting portion of the stem 20 in the through hole 11 and the shape of the portion where the O-ring 30 is provided preferably have a concentric relationship.
[0067]
According to this, since the central axis of the O-ring 30 and the central axis of the stem 20 are substantially coaxial, alignment between the O-ring 30 and the end face 22a on the other end side of the stem 20 is facilitated.
[0068]
Further, the pressure sensor device S1 of the present embodiment can be applied to one in which one stem 20 is press-fitted and fixed to one housing 10, but in particular, a plurality of pressure sensors, that is, a plurality of stems 20 are provided. By adopting a structure that is fixed to one housing 10 and unitized, the following various effects can be exhibited.
[0069]
Each stem 20 functions as a single sensor that introduces pressure from the opening 22, receives the pressure by the diaphragm 21, and senses it by the sensor chip 23 as a strained portion. Then, the plurality of stems 20 are integrated, that is, packaged by the housing 10, so that they can be attached to the actuator K <b> 1 via the housing 10.
[0070]
Therefore, even if a certain stem 20 breaks down, the housing 10 may be removed from the actuator K1 and replaced, and there is no need to replace the actuator K1 as in the conventional case.
[0071]
Further, when a plurality of sensors are simply attached to the housing, there is a problem that the seal configuration of each part becomes complicated. In this embodiment, an O as a seal member is provided between each stem 20 and the actuator K1. Sealing performance can be ensured only by providing the ring 30. That is, the pressure from the actuator K1 is introduced from the opening 22 of the stem 20, but this pressure introduction portion is sealed by the O-ring 30 and there is no pressure leakage.
[0072]
Further, the O-ring 30 is provided in the vacant space by positioning the end surface 22a on the other end side of the stem 20 behind the other surface of the housing 10 so as to be positioned inside the through hole 11. Therefore, the O-ring 30 can be held in the through hole 11 and the O-ring 30 is easy to handle.
[0073]
Furthermore, since the O-ring 30 can be held on the pressure sensor device S1, that is, the housing 10, there is no need to provide a groove for holding the O-ring 30 on the actuator K1 side.
[0074]
The sealing surface on the pressure sensor device S1 side is an end surface 22a on the other end side of the stem 20 that is located deeper than the other surface of the housing 10. Therefore, it is possible to prevent the sealing surface 22a from being damaged, and it is unnecessary to provide the housing 10 with a sealing surface, and restrictions on the material and processing of the housing 10 can be reduced.
[0075]
As described above, according to the pressure sensor device S1, not only a plurality of pressure sensors, that is, the stem 20, are simply unitized, but the above-described various effects are obtained. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the pressure sensor device S1 in which the plurality of stems 20 are unitized and can be appropriately attached to the actuator K1.
[0076]
In the present embodiment, a gap 13 is provided between the outer surface of one end of each stem 20, that is, the outer surface of the small diameter portion 26 and the inner surface of the through hole 11. The diaphragm 21 and the sensor chip 23 as a strain gauge part constitute a sensing part in the stem 20 and determine the sensor characteristics.
[0077]
In this embodiment, since the sensing part of the stem 20 can be brought into a non-contact state with the housing 10, it is possible to suppress the stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the stem 20 and the housing 10 from being applied to the sensing part. Therefore, good sensor characteristics can be ensured.
[0078]
Further, as described above, when the stem 20 is press-fitted into the through hole 11, the stem 20 stops at the stepped portions 11a and 25, and the stem 20 is positioned in the axial direction. At this time, the stem 20 scrapes the housing 10, and the shavings accumulate between the step portions 11a and 25, and the axial position of the stem 20 may vary depending on the thickness of the shavings accumulated.
[0079]
In this regard, in the present embodiment, by chamfering the corner of the step portion 25 of the stem 20, a space for storing the shavings is formed between the through hole 11 and the chamfered portion 25 a of the stem 10. This is advantageous for positioning.
[0080]
In the present embodiment, the housing 10 can be formed by die casting. As described above, since the stem 20 has a seal surface, the housing 10 does not need to have a seal surface. That is, restrictions such as flatness and airtightness required when having a sealing surface are not required in the housing 10, and the housing 10 can be formed by inexpensive die casting.
[0081]
In the present embodiment, in the housing 10, the portion excluding the peripheral portion and the periphery of the through hole 11 is thinner than other portions. If the housing 10 has a uniform thickness as a whole, warping or the like is likely to occur. However, according to this embodiment, it is possible to realize the housing 10 that prevents such warping and has improved strength. . Moreover, the weight reduction of the housing 10 can be achieved by making only a necessary part thick and making the others thin.
[0082]
Moreover, in this embodiment, since the several through-hole 11 is arrange | positioned in zigzag shape, the several through-hole 11 can be arrange | positioned efficiently in area, and it is advantageous to size reduction of pressure sensor apparatus S1. It is.
[0083]
(Other embodiments)
In the above embodiment, the stress relaxation groove 14 is provided in the portion of the housing 10 positioned around the stem 20, but the stress relaxation groove may be provided on the stem 20 side.
[0084]
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment in which a stress relaxation groove 14 a is provided in the stem 20. Here, the stress relaxation groove 14 a is an annular groove 14 a provided on the entire outer periphery of the stem 20.
[0085]
Accordingly, the stress of the housing 10 transmitted to the sensor chip (strain gauge portion) 23 located on one end side of the stem 20 can be suppressed by making the stem 20 itself easily deformable.
[0086]
Further, the stress relaxation groove may be formed in both the stem 20 and the portion of the housing 10 located around the stem 20. Specifically, the stress relaxation groove 14 formed in the housing 10 as shown in FIG. 5 and the stress relaxation groove 14a formed in the stem 20 as shown in FIG. 10 are combined. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic cross-sectional view of a pressure sensor device according to an embodiment of the present invention.
2 is a top view of the pressure sensor device of FIG. 1 with a cover removed. FIG.
3 is a cross-sectional view showing a single housing in FIG. 1. FIG.
4 is a top plan view of FIG. 3;
5 is an enlarged sectional view of the stem in FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is a top view of FIG. 5;
FIG. 7 is a partial cross-sectional perspective view of a stem.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing how the stem is attached to the through hole of the housing.
FIG. 9 is a schematic plan view showing a state where a cover is attached in the pressure sensor device shown in FIG. 1;
FIG. 10 is a schematic sectional view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a pressure sensor device as a prototype manufactured by the present inventors attached to a member to be measured.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Housing, 11 ... Through-hole, 13 ... Gap, 14, 14a ... Groove,
20 ... Stem, 21 ... Diaphragm, 22 ... Opening,
22a ... the end face on the other end side of the stem, 23 ... a sensor chip as a strain gauge part,
25 ... Step part, 30 ... O-ring as a sealing member,
D1 ... Diameter of the press-fitting portion of the stem in the through hole,
D2: Diameter of the portion where the O-ring is provided in the through hole,
K1: Actuator as a member to be measured.

Claims

A hollow cylindrical stem having a diaphragm (21) on one end side and a strain gauge part (23) for detecting strain of the diaphragm and an opening (22) for introducing pressure to the diaphragm on the other end side (20) and
A housing (10) having a through hole (11) penetrating from one side to the other side,
In the through hole, the stem is press-fitted and fixed so that the diaphragm side is exposed on one side of the housing and the opening side is exposed on the other side of the housing,
At least one of the stem and the portion of the housing located around the stem is formed with grooves (14, 14a) for relaxing stress applied from the housing to the strain gauge portion via the stem. Has been
The end surface (22a) on the other end side of the stem (20) is deeper than the other surface of the housing (10) and is located inside the through hole (11),
Inside the through hole, a seal member (30) is provided at a position adjacent to the end surface on the other end side of the stem,
The diameter (D1) of the press-fitting portion of the stem in the through hole is smaller than the diameter (D2) of the portion where the seal member is provided,
When the stem is mounted on the member to be measured (K1) together with the housing, the space between the member to be measured and the end surface (22a) on the other end side of the stem is sealed via the seal member. the pressure sensor device, characterized in that are.

The groove is an annular groove (14) provided in a portion of the housing (10) located around the stem (20) and formed so as to surround the entire circumference of the stem. The pressure sensor device according to claim 1.

3. The pressure sensor device according to claim 1, wherein the groove is an annular groove (14 a) provided on the entire outer periphery of the stem (20).