JP4281221B2

JP4281221B2 - Pressure sensor

Info

Publication number: JP4281221B2
Application number: JP2000196968A
Authority: JP
Inventors: 真宏巻田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP2002013997A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力検出用の検出部及びこの検出部へ圧力を導くための開口部を有する金属ステムの外周面を、圧力導入通路を有するハウジングに押し付けてシール部を形成し、このシール部によって、金属ステムの開口部とハウジングの圧力導入通路との連通部のシール性を確保するようにした圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の圧力センサ２００の一般的な断面構成を図５に示す。２１０は金属製のハウジングであり、このハウジング２１０には、外部から圧力を導入するための圧力導入通路２１２が形成されている。２２０は金属ステムであり、一端側に圧力検出用のダイヤフラム（検出部）２２１を有し、他端側に圧力導入通路２１２と連通し圧力導入通路２１２に導入された圧力をダイヤフラム２２１へ導くための開口部２２２を有する中空の段付き筒状をなしている。
【０００３】
これら金属ステム２２０とハウジング２１０との間には、金属ステム２２０をハウジング２１０に保持するためのネジ部材２３０が介在している。このネジ部材２３０は、ハウジング２１０とネジ結合されてハウジング２１０に支持されるとともに、その内周面を、金属ステム２２０の外周面に形成された段部２２３に当接させた状態としている。
【０００４】
そして、ネジ部材２３０をハウジング２１０に締め付けてネジ結合させることで、このネジ結合の軸力によって金属ステム２２０をハウジング２１０に押し付けている。それにより、金属ステム２２０の外周面のうち開口部２２２側の端面とハウジング２１０の圧力導入通路２１２側の面とが接触し、互いの接触面の境界部（シール部）Ｋ１がシールされている。
【０００５】
このように、境界部Ｋ１において金属ステム２２０及びハウジング２１０の両者が接触する接触面に、シール性を確保するために必要な面圧（上記軸力を接触面の面積で割ったもの）を発生させることにより、開口部２２２と圧力導入通路２１２の連通部のシール性が確保されている。
【０００６】
そして、かかる圧力センサ２００では、図中の矢印Ｄに示す様に、圧力が導入され、この圧力によりダイヤフラム２２１を変形させ、この変形に基づく信号を回路基板２４０からコネクタターミナル２５０を経て外部に出力するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者の検討によれば、上記従来の圧力センサ２００において次のような問題が発生することがわかった。圧力検出時には、図５中の矢印Ｄに示す様に、圧力導入通路２１２から圧力が導入され、この圧力は金属ステム２２０に対して、金属ステム２２０の外周面をハウジング２１０に押し付ける力（つまり上記軸力）を打ち消す方向に加わる。
【０００８】
そのため、圧力検出時に、上記境界部Ｋ１における面圧が低下し、シール性が低下する恐れがある。特に、検出する圧力が高くなるほど、この面圧低下によるシール性の低下は顕著となってくると考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、金属ステムの外周面をハウジングに押し付けることによりシール部を形成し、このシール部によって、金属ステムの開口部とハウジングの圧力導入通路の連通部のシール性を確保するようにした圧力センサにおいて、当該シール部の面圧が圧力検出時に低下するのを防止することを目的とする。
【００１０】
【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の発明では、一端側から外部の圧力が導入される圧力導入通路（１２）を有するハウジング（１０）と、一端側に圧力検出用のダイヤフラム（２１）を有し、他端側にダイヤフラムへ圧力を導くための開口部（２２）を有するとともに、その外周面のうち軸方向の途中部位に段部（２３）を有する中空段付筒状をなす金属ステム（２０）とを備え、圧力導入通路を、金属ステムの外形に対応した形状を有するものとし、金属ステムを、その他端側が圧力導入通路の一端側に位置するように圧力導入通路内に挿入し、金属ステムの段部を、圧力導入通路の内面に形成された座面（１３）に対して、金属ステムの他端側から一端側へ向かって押し付けてシールし、金属ステム（２０）の外周面のうち段部（２３）以外の部位に雄ネジ部（２４）を形成し、圧力導入通路（１２）の内面のうち座面（１３）以外の部位に雄ネジ部に対応した雌ネジ部（１４）を形成し、これら雄ネジ部と雌ネジ部とのネジ結合の軸力により、上記段部の圧力導入通路の座面に対する押し付けを行うようにすることを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、金属ステムが、その他端側を圧力導入通路の一端側に位置させた状態で圧力導入通路内に挿入されているため、圧力検出時には、圧力導入通路の一端側から導入された圧力は、金属ステムの他端側にの開口部からダイヤフラムへ導かれ、ダイヤフラムにて圧力検出を行うことができる。
【００１６】
ここで、金属ステムの段部が、ハウジングにおける圧力導入通路の内面に形成された座面に対して、金属ステムの他端側から一端側へ向かって押し付けられシールされているため、当該段部を圧力導入通路の座面に押し付ける力（押し付け力）の向きと、上記印加圧力の向きとを同じにすることができる。そのため、請求項１の発明と同様に、印加圧力によって押し付け力が増加する。
【００１７】
従って、本発明によれば、金属ステムの外周面に形成された段部を、ハウジングの圧力導入通路内面に形成された座面に当接して押し付けることにより形成されたシール部の面圧が、圧力検出時には上昇することにより、当該シール部の面圧の低下を防止することができる。
【００１９】
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。
【００２０】
【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に本発明の実施形態に係る圧力センサ１００の全体断面構成を示す。圧力センサ１００は、自動車の燃料噴射系（例えばコモンレ−ル）における燃料パイプ（図示せず）に取り付けられ、この燃料パイプ内の圧力媒体としての燃料の圧力を検出するものである。また、図２は、図１中の丸で囲んだＡ部（センサチップと金属ステムの断面を含む）を拡大して示す斜視図である。
【００２１】
１０は、上記燃料パイプに直接取り付けられるハウジングであり、その外周面には該取付用のネジ１１が形成されている。また、ハウジング１０の内部には、圧力導入通路１２が形成されており、この圧力導入通路１２は、ハウジング１０が上記燃料パイプに取り付けられた状態で上記燃料パイプ内と連通し、一端側（図１中の下方側）から圧力が導入されるようになっている。
【００２２】
ここで、ハウジング１０の材質としては、耐食性と高強度を合わせもつ炭素鋼（例えばＳ１５Ｃ等）に耐食性を上げるＺｎめっきを施したものや、耐食性を有するＸＭ７、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０等を採用することができる。
【００２３】
２０は中空段付円筒形状を成す金属ステムであり、一端側に薄肉状をなす圧力検出用のダイヤフラム（本発明でいう検出部）２１を有し、他端側にこのダイヤフラム２１へ圧力を導くための開口部２２を有する。また、金属ステム２０の外周面のうち軸方向の途中部位には、テーパ状に拡径した段部２３が形成されており、この段部２３を介して、金属ステム２０の他端側（開口部２２側）は、一端側（ダイヤフラム２１側）に比べて外周径が大きくなっている。
【００２４】
ここで、上記ハウジング１０の圧力導入通路１２は、金属ステム２０の外形に対応した形状を有する段付内孔であり、その一端側（圧力導入側）の内径が大径部となっている。そして、圧力導入通路１２の内面には、金属ステム２０の段部２３に対応したテーパ形状の座面１３が形成されている。
【００２５】
また、金属ステム２０の大径部の外周面には、雄ネジ部２４が形成されており、一方、ハウジング１０の圧力導入通路１２の内周面には、雄ネジ部２４と対応した雌ネジ部１４が形成されている。そして、金属ステム２０は、その他端側（開口部２２側）が圧力導入通路１２の一端側に位置するように圧力導入通路１２内に挿入され、雄ネジ部２４と雌ネジ部１４とがネジ結合することによって、金属ステム２０はハウジング１０に固定されている。
【００２６】
ここで、上記ネジ結合の軸力により、金属ステム２０の外周面における段部２３が、ハウジング１０の圧力導入通路１２の内面に形成された座面１３に対して、金属ステム２０の他端側から一端側へ向かって押し付けられシールされている。こうして、金属ステム２０の開口部２２が圧力導入通路１２と連通した状態となり、互いに密着する段部２３と座面１３とがシール部Ｋを形成することにより、該開口部２２と圧力導入通路１３の連通部のシール性が確保されている。
【００２７】
また、金属ステム２０のダイヤフラム２１の外面には、図２に示す様に、単結晶Ｓｉ（シリコン）からなるセンサチップ３０が、低融点ガラス４０により接合されている。このセンサチップ３０は、開口部２２から金属ステム２０内部に導入された圧力をダイヤフラム２１へ導き、当該圧力によってダイヤフラム２１が変形したときに発生する歪みを検出する歪みゲージとして機能するものである。
【００２８】
金属ステム２０の材料には、超高圧を受けることから高強度であること、及び、Ｓｉからなるセンサチップ３０をガラス４０により接合するため低熱膨張係数であること、が求められ、具体的には、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できる。
【００２９】
また、ハウジング１０における圧力導入通路１２の他端側からは、金属ステム２０のダイヤフラム２１が突出しており、このダイヤフラム２１の外周には、セラミック基板５０がハウジング１０に接着等により配設されている。該基板５０には、センサチップ３０の出力を増幅するアンプＩＣチップ５２及び特性調整ＩＣチップ５２が接着剤にて固定されている。
【００３０】
これらＩＣチップ５２は、ワイヤボンディングにより形成されたアルミニウムの細線５４によって、セラミック基板５０の導体（配線部）と接続されている。また、コネクタターミナル６０へ電気的接続するためのピン５６が銀ろうにてセラミック基板５０の上記導体と接合されている。
【００３１】
コネクタターミナル６０は、ターミナル６２が樹脂６４にインサート成形により構成されたアッシーである。ターミナル６２とセラミック基板５０とはピン５６にレーザ溶接により接合されている。また、コネクタターミナル６０は、コネクタケース７０とハウジング１０との間に固定保持され、ターミナル６２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。
【００３２】
コネクタケース７０は、コネクタターミナル６０の外形を成すもので、Ｏリング８０を介して組付けられたハウジング１０と一体化してパッケージを構成し、該パッケージ内部のセンサチップ４０、各種ＩＣ、電気的接続部を湿気・機械的外力より保護するものである。コネクタケース７０の材質は、加水分解性の高いＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等を採用できる。
【００３３】
かかる構成を有する圧力センサ１００の組付方法について、図３を参照して述べる。図３は、上記図１に対応した断面にて、組付前の各部品の分解状態を示す図であり、基本的には、各部品が図３中の一点鎖線に沿って組み付けられるようになっている。
【００３４】
まず、センサチップ３０がガラス４０で接合されている状態の金属ステム２０を、その一端側（ダイヤフラム２１側）から、ハウジング１０の圧力導入通路１２の一端側（圧力導入側）へ挿入する。そして、金属ステム２０を軸回りに回転させながら挿入していき、雄ネジ部２４と雌ネジ部１４とをネジ結合させる。
【００３５】
こうして、ネジ結合の軸力により、金属ステム２０の段部２３とハウジング１０の座面１３とが密着してシールされ、金属ステム２０の開口部２２とハウジング１０の圧力導入通路１３との連通部のシール性が確保される。
【００３６】
次に、チップ５２及びピン５６が搭載されたセラミック基板５０を、接着剤等にて、ハウジング１０における圧力導入通路１２の他端側の部位に固定する。そして、ワイヤボンディングを行うことにより、センサチップ３０とセラミック基板５０の導体（配線部）とを上記細線５４にて電気的に接続する。
【００３７】
次に、コネクタターミナル６０とピン５６とをレーザ溶接（ＹＡＧレーザ溶接等）にて接合する。次に、Ｏリング８０を介して、コネクタケース７０をハウジング１０に組み付け、ハウジング１０の端部をかしめることにより、コネクタケース７０とハウジング１０とを固定する。こうして、上記図１に示す圧力センサ１００が完成する。
【００３８】
かかる圧力センサ１００は、ハウジング１０のネジ１１を上記図示しない燃料パイプに形成されたネジ部に直接結合し取り付けることによって、該燃料パイプに接続固定される。そして、燃料パイプ内の燃料圧（圧力媒体）が、圧力導入通路１２の一端側から導入され、金属ステム２０の開口部２２から金属ステム２０の内部（中空部）へ導かれたときに、その圧力によってダイヤフラム２１が変形する。
【００３９】
このダイヤフラム２１の変形をセンサチップ３０により電気信号に変換し、この信号をセンサの処理回路部を構成するセラミック基板５０等にて処理し、圧力検出を行う。そして、検出された圧力（燃料圧）に基づいて、上記ＥＣＵ等により燃料噴射制御がなされるのである。
【００４０】
ところで、本実施形態によれば、金属ステム２０の段部２３が、ハウジング１０における圧力導入通路１２内の座面１３に対して、金属ステム２０の他端側から一端側へ向かって押し付けられシールされているため、図４に示すような作用効果を奏する。
【００４１】
即ち、図４中の矢印Ｂ及びＣに示す様に、金属ステム２０の外周面をハウジング１０に押し付ける力、即ち段部２３を座面１３に押し付ける力（以下、押し付け力という）の向きＢと、圧力が圧力導入通路１２へ導入されたときに金属ステム２０に加わる圧力（以下、印加圧力という）の向きＣとが同じになる。そのため、印加圧力によって押し付け力が増加する構成となる。
【００４２】
従って、本圧力センサ１００によれば、金属ステム２０の外周面（段部２３）をハウジング１０（座面１３）に当接して押し付けることにより形成されたシール部Ｋの面圧が、圧力検出時には上昇することにより、当該シール部Ｋの面圧の低下を防止することができる。そして、検出する圧力が高くなるほど、シール部Ｋの面圧が上昇し、シール性が向上するという好ましい作用を発揮する。
【００４３】
（他の実施形態）
なお、金属ステムに設けられる検出部としては、ダイヤフラム以外にも、半導体よりなるダイヤフラム式のチップや、圧電素子、歪みゲージ等、圧力に基づく信号を出力できるものならば、何でも良い。
【００４４】
また、圧力導入通路１２の座面１３に対する金属ステム２０の段部２３の押し付けを行う手段、即ち、金属ステム２０の外周面をハウジング１０に押し付ける押し付け力を発生させる手段としては、上記両ネジ部１４、２４によるネジ結合手段に限定されるものではない。例えば、金属ステム１０とは別体の締結手段や押圧手段を用いる等により、上記押し付け力を発生させても良い。
【００４５】
また、本発明は、自動車の燃料噴射系の燃料の圧力を検出するもの以外にも、種々の圧力センサに適用可能であることは勿論である。
【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の全体断面図である。
【図２】図１中のＡ部を拡大して示す一部断面斜視図である。
【図３】図１に示す圧力センサの分解状態を示す図である。
【図４】本発明の作用効果を説明するための説明図である。
【図５】従来の圧力センサの一般的な全体構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…ハウジング、１２…圧力導入通路、１３…座面、１４…雌ネジ部、
２０…金属ステム、２１…ダイヤフラム、２２…開口部、２３…段部、
２４…雄ネジ部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, a seal portion is formed by pressing the outer peripheral surface of a metal stem having a detection portion for pressure detection and an opening for guiding pressure to the detection portion against a housing having a pressure introduction passage. The present invention also relates to a pressure sensor that ensures the sealing performance of the communication portion between the opening of the metal stem and the pressure introduction passage of the housing.
[0002]
[Prior art]
A general cross-sectional configuration of this type of conventional pressure sensor 200 is shown in FIG. Reference numeral 210 denotes a metal housing, and the housing 210 is formed with a pressure introduction passage 212 for introducing pressure from the outside. Reference numeral 220 denotes a metal stem, which has a pressure detection diaphragm (detection unit) 221 on one end side, communicates with the pressure introduction passage 212 on the other end side, and guides the pressure introduced into the pressure introduction passage 212 to the diaphragm 221. It has a hollow stepped cylindrical shape having a plurality of openings 222.
[0003]
A screw member 230 for holding the metal stem 220 on the housing 210 is interposed between the metal stem 220 and the housing 210. The screw member 230 is screwed to the housing 210 and supported by the housing 210, and has an inner peripheral surface in contact with a step portion 223 formed on the outer peripheral surface of the metal stem 220.
[0004]
The metal member 220 is pressed against the housing 210 by the axial force of the screw connection by fastening the screw member 230 to the housing 210 and screwing the screw member 230. As a result, the end surface on the opening 222 side of the outer peripheral surface of the metal stem 220 and the surface on the pressure introduction passage 212 side of the housing 210 are in contact with each other, and the boundary portion (seal portion) K1 between the contact surfaces is sealed. .
[0005]
As described above, the contact surface where both the metal stem 220 and the housing 210 are in contact with each other at the boundary K1 generates the surface pressure necessary for ensuring the sealing performance (the axial force divided by the area of the contact surface). By doing so, the sealing property of the communication part of the opening part 222 and the pressure introduction channel | path 212 is ensured.
[0006]
In the pressure sensor 200, as shown by an arrow D in the figure, pressure is introduced, the diaphragm 221 is deformed by this pressure, and a signal based on this deformation is output to the outside from the circuit board 240 via the connector terminal 250. It is supposed to be.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the study of the present inventor, it has been found that the following problems occur in the conventional pressure sensor 200 described above. At the time of pressure detection, as indicated by an arrow D in FIG. 5, pressure is introduced from the pressure introduction passage 212, and this pressure is a force that presses the outer peripheral surface of the metal stem 220 against the housing 210 against the metal stem 220 (that is, the above-described pressure). Axial force is applied in the direction to cancel.
[0008]
Therefore, at the time of pressure detection, the surface pressure at the boundary K1 may be reduced, and the sealing performance may be reduced. In particular, it can be considered that the higher the pressure to be detected, the more remarkable the reduction in sealing performance due to this reduction in surface pressure.
[0009]
Therefore, in view of the above problems, the present invention forms a seal portion by pressing the outer peripheral surface of the metal stem against the housing, and this seal portion provides a seal property between the opening portion of the metal stem and the communication portion of the pressure introduction passage of the housing. An object of the pressure sensor to be secured is to prevent the surface pressure of the seal portion from decreasing when pressure is detected.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a housing (10) having a pressure introduction passage (12) through which an external pressure is introduced from one end side, and a pressure detection diaphragm (21) on one end side are provided. A metal stem having a hollow stepped cylindrical shape having an opening (22) for guiding pressure to the diaphragm on the other end side and having a step portion (23) at an intermediate position in the axial direction on the outer peripheral surface thereof (20), the pressure introduction passage has a shape corresponding to the outer shape of the metal stem, and the metal stem is inserted into the pressure introduction passage so that the other end side is located on one end side of the pressure introduction passage. The metal stem stepped portion is pressed against the seat surface (13) formed on the inner surface of the pressure introduction passage from the other end side of the metal stem toward the one end side to seal the outer periphery of the metal stem (20). Step (23 on the surface) The male screw portion (24) is formed in a portion other than the inner portion, and the female screw portion (14) corresponding to the male screw portion is formed in a portion other than the seat surface (13) in the inner surface of the pressure introduction passage (12). It is characterized in that the stepped portion is pressed against the seat surface of the pressure introducing passage by the axial force of the screw connection between the male screw portion and the female screw portion .
[0015]
According to the present invention, since the metal stem is inserted into the pressure introduction passage with the other end positioned on one end of the pressure introduction passage, the metal stem is introduced from one end of the pressure introduction passage during pressure detection. The pressure is guided to the diaphragm from the opening on the other end side of the metal stem, and the pressure can be detected by the diaphragm.
[0016]
Here, the step portion of the metal stem is pressed and sealed from the other end side of the metal stem toward the one end side against the seat surface formed on the inner surface of the pressure introduction passage in the housing. The direction of the force (pressing force) that presses against the seat surface of the pressure introduction passage can be made the same as the direction of the applied pressure. Therefore, as in the first aspect of the invention, the pressing force increases with the applied pressure.
[0017]
Therefore, according to the present invention, the surface pressure of the seal portion formed by pressing the step formed on the outer peripheral surface of the metal stem against the seat surface formed on the inner surface of the pressure introduction passage of the housing is By increasing at the time of pressure detection, it is possible to prevent a decrease in the surface pressure of the seal portion.
[0019]
In addition, the code | symbol in the parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below. FIG. 1 shows an overall cross-sectional configuration of a pressure sensor 100 according to an embodiment of the present invention. The pressure sensor 100 is attached to a fuel pipe (not shown) in a fuel injection system (for example, a common rail) of an automobile, and detects the pressure of fuel as a pressure medium in the fuel pipe. 2 is an enlarged perspective view showing a portion A (including the cross section of the sensor chip and the metal stem) surrounded by a circle in FIG.
[0021]
Reference numeral 10 denotes a housing that is directly attached to the fuel pipe, and an attachment screw 11 is formed on the outer peripheral surface thereof. Further, a pressure introduction passage 12 is formed inside the housing 10, and this pressure introduction passage 12 communicates with the inside of the fuel pipe in a state where the housing 10 is attached to the fuel pipe, and is at one end side (see FIG. The pressure is introduced from the lower side in FIG.
[0022]
Here, as the material of the housing 10, a carbon steel (for example, S15C) having both corrosion resistance and high strength, which has been subjected to Zn plating for increasing corrosion resistance, XM7, SUS430, SUS304, SUS630, etc. having corrosion resistance are adopted. be able to.
[0023]
A metal stem 20 having a hollow stepped cylindrical shape has a thin-walled pressure detection diaphragm (detection part in the present invention) 21 at one end, and guides pressure to the diaphragm 21 at the other end. For opening 22. Further, a step portion 23 having a diameter increased in a taper shape is formed at an intermediate portion in the axial direction on the outer peripheral surface of the metal stem 20, and the other end side (opening) of the metal stem 20 is formed through the step portion 23. The part 22 side) has a larger outer diameter than one end side (diaphragm 21 side).
[0024]
Here, the pressure introduction passage 12 of the housing 10 is a stepped inner hole having a shape corresponding to the outer shape of the metal stem 20, and the inner diameter of one end side (pressure introduction side) is a large diameter portion. A tapered seat surface 13 corresponding to the step portion 23 of the metal stem 20 is formed on the inner surface of the pressure introduction passage 12.
[0025]
A male screw portion 24 is formed on the outer peripheral surface of the large-diameter portion of the metal stem 20, while a female screw corresponding to the male screw portion 24 is formed on the inner peripheral surface of the pressure introduction passage 12 of the housing 10. A portion 14 is formed. The metal stem 20 is inserted into the pressure introduction passage 12 so that the other end side (opening portion 22 side) is located on one end side of the pressure introduction passage 12, and the male screw portion 24 and the female screw portion 14 are screwed. By joining, the metal stem 20 is fixed to the housing 10.
[0026]
Here, due to the axial force of the screw connection, the step portion 23 on the outer peripheral surface of the metal stem 20 is on the other end side of the metal stem 20 with respect to the seat surface 13 formed on the inner surface of the pressure introduction passage 12 of the housing 10. It is pressed and sealed toward one end side. Thus, the opening portion 22 of the metal stem 20 is in communication with the pressure introduction passage 12, and the step portion 23 and the seating surface 13 that are in close contact with each other form a seal portion K, whereby the opening portion 22 and the pressure introduction passage 13 are formed. The seal of the communication part is secured.
[0027]
A sensor chip 30 made of single crystal Si (silicon) is bonded to the outer surface of the diaphragm 21 of the metal stem 20 by a low melting point glass 40 as shown in FIG. This sensor chip 30 functions as a strain gauge that guides the pressure introduced from the opening 22 into the metal stem 20 to the diaphragm 21 and detects strain generated when the diaphragm 21 is deformed by the pressure.
[0028]
The material of the metal stem 20 is required to have a high strength because it receives an ultra-high pressure, and to have a low thermal expansion coefficient in order to join the sensor chip 30 made of Si with the glass 40. Specifically, , Fe, Ni, Co or Fe, Ni, and Ti, Nb, Al, or a material added with Ti, Nb is selected as a precipitation strengthening material, and can be formed by pressing, cutting, cold forging, or the like.
[0029]
Further, a diaphragm 21 of the metal stem 20 protrudes from the other end side of the pressure introduction passage 12 in the housing 10, and a ceramic substrate 50 is disposed on the housing 10 by bonding or the like on the outer periphery of the diaphragm 21. . An amplifier IC chip 52 for amplifying the output of the sensor chip 30 and a characteristic adjustment IC chip 52 are fixed to the substrate 50 with an adhesive.
[0030]
These IC chips 52 are connected to conductors (wiring portions) of the ceramic substrate 50 by aluminum thin wires 54 formed by wire bonding. Further, pins 56 for electrical connection to the connector terminal 60 are joined to the conductor of the ceramic substrate 50 by silver solder.
[0031]
The connector terminal 60 is an assembly in which a terminal 62 is formed by insert molding on a resin 64. The terminal 62 and the ceramic substrate 50 are joined to the pin 56 by laser welding. Further, the connector terminal 60 is fixedly held between the connector case 70 and the housing 10, and the terminal 62 can be electrically connected to an ECU or the like of the automobile via a wiring member.
[0032]
The connector case 70 forms the outer shape of the connector terminal 60, and is integrated with the housing 10 assembled through the O-ring 80 to form a package. The sensor chip 40, various ICs, and electrical connection inside the package The part is protected from moisture and mechanical external force. As the material of the connector case 70, highly hydrolyzable PPS (polyphenylene sulfide) or the like can be adopted.
[0033]
A method of assembling the pressure sensor 100 having such a configuration will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a disassembled state of each part before assembly in a cross section corresponding to FIG. 1 above. Basically, each part is assembled along the one-dot chain line in FIG. It has become.
[0034]
First, the metal stem 20 in a state where the sensor chip 30 is bonded with the glass 40 is inserted from one end side (diaphragm 21 side) to one end side (pressure introduction side) of the pressure introduction passage 12 of the housing 10. Then, the metal stem 20 is inserted while rotating around the axis, and the male screw portion 24 and the female screw portion 14 are screwed together.
[0035]
Thus, the step portion 23 of the metal stem 20 and the seat surface 13 of the housing 10 are tightly sealed by the axial force of the screw connection, and the communication portion between the opening portion 22 of the metal stem 20 and the pressure introduction passage 13 of the housing 10 is sealed. Sealing performance is ensured.
[0036]
Next, the ceramic substrate 50 on which the chip 52 and the pin 56 are mounted is fixed to a portion on the other end side of the pressure introducing passage 12 in the housing 10 with an adhesive or the like. Then, by performing wire bonding, the sensor chip 30 and the conductor (wiring portion) of the ceramic substrate 50 are electrically connected by the thin wire 54.
[0037]
Next, the connector terminal 60 and the pin 56 are joined by laser welding (YAG laser welding or the like). Next, the connector case 70 and the housing 10 are fixed by assembling the connector case 70 to the housing 10 via the O-ring 80 and caulking the end of the housing 10. Thus, the pressure sensor 100 shown in FIG. 1 is completed.
[0038]
The pressure sensor 100 is connected and fixed to the fuel pipe by directly coupling and attaching the screw 11 of the housing 10 to a screw portion formed in the fuel pipe (not shown). When the fuel pressure (pressure medium) in the fuel pipe is introduced from one end side of the pressure introduction passage 12 and guided from the opening 22 of the metal stem 20 to the inside (hollow portion) of the metal stem 20, The diaphragm 21 is deformed by the pressure.
[0039]
The deformation of the diaphragm 21 is converted into an electric signal by the sensor chip 30, and this signal is processed by the ceramic substrate 50 or the like constituting the processing circuit unit of the sensor to perform pressure detection. Then, based on the detected pressure (fuel pressure), the fuel injection control is performed by the ECU or the like.
[0040]
By the way, according to the present embodiment, the stepped portion 23 of the metal stem 20 is pressed against the seat surface 13 in the pressure introduction passage 12 in the housing 10 from the other end side of the metal stem 20 toward one end side and sealed. Therefore, the effects as shown in FIG. 4 are achieved.
[0041]
That is, as indicated by arrows B and C in FIG. 4, the direction B of the force that presses the outer peripheral surface of the metal stem 20 against the housing 10, that is, the force that presses the step portion 23 against the seat surface 13 (hereinafter referred to as pressing force). The direction C of the pressure (hereinafter referred to as applied pressure) applied to the metal stem 20 when the pressure is introduced into the pressure introduction passage 12 becomes the same. For this reason, the pressing force is increased by the applied pressure.
[0042]
Therefore, according to the present pressure sensor 100, the surface pressure of the seal portion K formed by abutting and pressing the outer peripheral surface (step 23) of the metal stem 20 against the housing 10 (seat surface 13) is the pressure detected. By raising, it is possible to prevent a reduction in the surface pressure of the seal portion K. And the higher the pressure to be detected, the higher the surface pressure of the seal part K and the better effect of improving the sealing performance.
[0043]
(Other embodiments)
In addition to the diaphragm, the detection unit provided on the metal stem may be anything that can output a signal based on pressure, such as a diaphragm chip made of semiconductor, a piezoelectric element, a strain gauge, or the like.
[0044]
Further, as a means for pressing the step portion 23 of the metal stem 20 against the seat surface 13 of the pressure introduction passage 12, that is, a means for generating a pressing force for pressing the outer peripheral surface of the metal stem 20 against the housing 10, both the screw portions are used. It is not limited to the screw coupling means by 14 and 24. For example, the pressing force may be generated by using a fastening means or a pressing means separate from the metal stem 10.
[0045]
In addition, the present invention can be applied to various pressure sensors other than the one that detects the fuel pressure of the fuel injection system of the automobile.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall cross-sectional view of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged partial cross-sectional perspective view showing a portion A in FIG. 1; FIG.
3 is a diagram showing an exploded state of the pressure sensor shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the function and effect of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a general overall configuration of a conventional pressure sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Housing, 12 ... Pressure introduction channel | path, 13 ... Seat surface, 14 ... Female thread part,
20 ... Metal stem, 21 ... Diaphragm, 22 ... Opening, 23 ... Step,
24 ... Male screw part.

Claims

A housing (10) having a pressure introduction passage (12) through which external pressure is introduced from one end side;
A pressure detecting diaphragm (21) is provided on one end side, an opening (22) for guiding the pressure to the diaphragm is provided on the other end side, and a step portion is provided at an intermediate portion in the axial direction on the outer peripheral surface. A metal stem (20) having a hollow stepped cylindrical shape having (23),
The pressure introduction passage has a shape corresponding to the outer shape of the metal stem,
The metal stem is inserted into the pressure introduction passage so that the other end side is located on one end side of the pressure introduction passage,
The step is pressed against the seat surface (13) formed on the inner surface of the pressure introduction passage from the other end side of the metal stem toward the one end side, and is sealed ,
A male screw portion (24) is formed in a portion other than the step portion (23) in the outer peripheral surface of the metal stem (20),
A female screw portion (14) corresponding to the male screw portion is formed in a portion other than the seat surface (13) of the inner surface of the pressure introduction passage (12),
The pressure sensor , wherein the step portion is pressed against the seat surface of the pressure introduction passage by an axial force of screw connection between the male screw portion and the female screw portion .