JP4389375B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力検出部が形成されたダイヤフラムを有するステムを圧力導入可能なハウジングにネジ結合してなる圧力センサに関し、特に、２００ＭＰａ程度の高圧を検出するものに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
この種の圧力センサとして、本出願人は、先に特願平１１−８２１８０号に記載されているようなものを提案している。この先願に基づいて本発明者が試作した圧力センサの概略断面を図８に示す。このものは、例えば、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内の高い圧力（燃料圧）を検出する高圧検出用のセンサに適用可能なものである。
【０００３】
図８において、Ｊ１は、軸一端側に閉塞部としての薄肉状のダイヤフラムＪ２を有し軸他端側に開口部Ｊ３を有する中空筒状の金属ステムである。このステムＪ１は、ダイヤフラムＪ２上にガラス接合された圧力検出用のチップ（検出部）Ｊ４を有し、開口部Ｊ３がハウジングＪ５の圧力導入孔（圧力導入通路）Ｊ６と連通している。
【０００４】
また、ステムＪ１は、別体のネジ部材Ｊ７によってハウジングＪ５に固定され、それにより、ステムＪ１の開口部Ｊ３側の端面は圧力導入孔Ｊ６の開口縁部に押圧されてシールされ、高い圧力が導入されても気密が保たれるようになっている。
【０００５】
このセンサにおいては、圧力導入孔Ｊ６から導入された圧力によってダイヤフラムＪ２が変形し、その歪みをチップＪ４にて電気信号に変換し、この信号をワイヤＪ８、回路基板Ｊ９、ピンＪ１０、さらにコネクタターミナルＪ１１を介して、図示しない外部回路（自動車のＥＣＵ等）へ出力され、圧力検出を行うようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記試作品においては、ステムＪ１とは別体のネジ部材Ｊ７を、高圧に対する気密性を維持しつつステムＪ１をハウジングへ固定する手段として用いているため、これを収納するハウジングＪ５ひいてはセンサの体格が大きくなるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑み、ダイヤフラムを有するステムを圧力導入可能なハウジングに固定した圧力センサにおいて、ハウジングの小型化に適したステムのハウジングへの固定構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者は、圧力導入可能な圧力導入通路（１３）を有するハウジング（１０）と、このハウジングに収納されるとともに、軸一端側に該ハウジングに導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム（２１）を有し、軸他端側に該圧力導入通路と連通する開口部（２２）を有する中空筒状のステム（２０）と、該ダイヤフラム上に設けられ該ダイヤフラムの変形に応じた電気信号を出力する検出部（３０）とを備える圧力センサであって、該ステムの外周の側面に、該ステムを軸他端方向へ押圧するように該ハウジングとネジ結合を行うためのネジ部（２４）を一体に形成した圧力センサに着目した。
【０００９】
それにより、ステム自身にハウジングとネジ結合可能なネジ部を一体形成しているから、別体のネジ部材を配することなく、ステムをハウジングへ固定できるため、ハウジングの小型化に適したステムのハウジングへの固定構造を提供することができる。また、ネジ結合の軸力によりステム軸他端側の開口部をハウジングの圧力導入通路側に押圧してシールできることで、高圧検出に好適なものとできる。
【００１０】
また、この種の圧力センサにおいて、電気的な断線や検出部（例えばチップ）の破損（ステムからの剥がれ等）等による故障診断を可能とするためには、１個の圧力センサに複数個のステム及びチップを配し、各チップからの出力信号をセンサ内の回路や外部回路にて比較することが考えられる。そして、各チップの出力信号の比較により、あるチップに発生した出力異常を容易に検出することが可能である。
【００１１】
このように、１個の圧力センサに複数個のステム及びチップを配する場合に、上記した別体のネジ部材によってステムをハウジングへ固定する構造では、ネジ部材のネジ径増大が必要であり、ハウジングの体格増大は避けられない。請求項１に記載の発明は、上記目的を達成しつつ、複数個の検出部（チップ等）を配することが可能な構成を提供するものである。
【００１２】
即ち、請求項１の圧力センサにおいては、ステム（２０）を複数個設け、各々の該ステムの外周の側面に、該ステムを軸他端方向へ押圧するようにハウジング（１０）とネジ結合を行うためのネジ部（２４）を形成したことを特徴としている。
【００１３】
それによれば、各ステムにネジ部があるから別体のネジ部材が不要であり、また、ステムの外径は検出部（チップ）搭載可能な程度の大きさにとどめられる。よって、本発明によれば、ハウジングの小型化に好適であり、且つ、複数個の検出部（チップ等）を配することの可能なステムのハウジングへの固定構造を提供することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１の圧力センサにおいて、ハウジング（１０）の一端側の外周面に、被測定体（Ｋ１）にネジ結合可能なネジ部（１１）を形成し、各々のステム（２０）のネジ部（２４）の回転軸を、該ハウジングのネジ部の回転軸を中心とした１つの円周上に位置させ、圧力導入通路（１３）を、該ハウジングの一端に形成された開口部（１２）から該ハウジング内に延びる前記円を断面形状とした孔として構成したことを特徴としている。
【００１６】
それによれば、ハウジングのネジ部と圧力導入通路の軸とが一致するため、ハウジングに対して圧力導入通路を加工しやすくできるとともに、圧力導入通路の断面積を必要以上に大きくすること無く、圧力導入通路と各ステムとの連通が確保できるため、ハウジングの小型化に好ましい構成を提供できる。
【００２３】
また、請求項２に記載の圧力センサにおいては、圧力導入通路（１３）は、ハウジング（１０）の一端に形成された開口部（１２）からハウジング内に延びる円を断面形状とした孔であるものとしたが、請求項３に記載の発明では、このような圧力導入通路（１３）において、開口部（１２）からハウジング（１０）内に向かって斜めに形成されたものとしたことを特徴としている。
【００２４】
それによれば、圧力導入通路の開口部を好適に小さくすることができ、当該開口部の外縁部、即ちセンサにおける被測定体（Ｋ１）とのシール部の面積を大きくすることができる。つまり、本発明によっても、被測定体とのシール性を向上させ、より高耐圧化に適した圧力センサを実現することができる。
【００２５】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の圧力センサにおいて、ダイヤフラム（２１）とネジ部（２４）との間におけるステム（２０）の外周の側面に、ネジ結合の際にネジ部にネジ締め力を付与するための面部（２５）を形成したことを特徴としている。それによれば、ステムとハウジングとを容易にネジ結合することができ、好ましい。
【００２６】
ここで、請求項５に記載の発明のように、面部（２５）は、ステム（２０）における面部とダイヤフラム（２１）との間の部位よりも肉厚であって、面部の外周面がダイヤフラムの外周よりも外方に突出して位置していることが好ましい。
【００２７】
ネジ締めは、面部の外周面に治具を当ててステムを回転させることにより行う。このとき、面部の外周面をダイヤフラムの外周よりも外方に突出させることにより、ネジ締め用の治具がダイヤフラムおよびダイヤフラム上に設けられた検出部に当たることを抑制できる。
【００２８】
また、面部を、ステムにおける面部とダイヤフラムとの間の部位よりも肉厚としているため、ネジ締めの力が、圧力センサのセンシング部であるダイヤフラムおよび検出部に伝わりにくくなる。このように、請求項１０の発明によれば、センシング部のダメージを低減することができ、好ましい。
【００２９】
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。
【００３０】
【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に本発明の第１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に取り付けられ、この燃料パイプ内の圧力媒体としての液体または気液混合気の圧力（例えば２００ＭＰａ程度の高圧）を検出するものである。
【００３１】
また、図２は本実施形態におけるコネクタ部を除いたハウジング部分即ち要部を示す構成図であり、（ａ）は図１中のＡ矢視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面に沿った概略断面図である。なお、図１は図２（ａ）中のＣ−Ｃ断面に沿った概略断面図である。
【００３２】
１０は、切削や冷間鍛造等により加工された金属製のハウジングであり、その一端側の外周面には、被測定体Ｋ１にネジ結合可能なネジ部１１が形成されている。そして、図２（ｂ）に示す様に、ハウジング１０は、被測定体としての燃料パイプＫ１に形成されたネジ穴Ｋ２に、ネジ部１１によってネジ結合され取り付けられている。ここで、ハウジング１０の一端に位置するハウジングシール面１４により、ハウジング１０とパイプＫ１とがシールされている。
【００３３】
また、ハウジング１０の一端側には、ハウジング１０の一端に形成された開口部１２からハウジング１０内に延びる孔が形成されており、この孔が燃料パイプＫ１より圧力が導入される圧力導入通路１３として構成されている。本例では、圧力導入通路１３の断面形状は、ハウジング１０のネジ部１１の回転軸を中心とした１つの円をなすものである。
【００３４】
また、図２（ｂ）に示す様に、本例では、圧力導入通路１３のハウジング１０内における終点１３ａを、ハウジング１０のネジ部１１が燃料パイプＫ１に固定される高さ以下に位置させることによって、圧力導入通路１３全体を、ハウジング１０のネジ部１１におけるパイプＫ１とネジ結合される部位に対応した部位に位置させた構成としている。
【００３５】
２０は、中空円筒形状に加工された金属製のステムであり、ハウジング１０の他端側に２個取り付けられ、ハウジング１０内に収納されている。各ステム２０は、その軸一端側にハウジング１０に導入された圧力によって変形可能な薄肉状のダイヤフラム２１を有し、軸他端側に圧力導入通路１３と連通する開口部２２を有する。ここで、図３は、各ステム２０の軸一端側を断面を含んで拡大した斜視図である。
【００３６】
各ステム２０のダイヤフラム２１上には、単結晶Ｓｉ（シリコン）からなる圧力検出用のセンサチップ３０が、低融点ガラス２３により接合固定されている。このセンサチップ３０はブリッジ回路（図４参照）を有し、ステム２０の開口部２２からステム２０内部に導入された圧力によってダイヤフラム２１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検出部（歪みゲージ）として機能するものである。そして、これらダイヤフラム２１及びセンサチップ３０が、センサ１００の基本性能を左右する。
【００３７】
また、各々のステム２０の外周の側面には、ステム２０をその軸他端方向へ押圧するようにハウジング１０とネジ結合を行うための雄ネジ部（本発明でいうステムのネジ部）２４が切削加工等にて一体形成されており、この雄ネジ部２４よりも軸一端側には、六角形状等、ネジ締め力を付与可能な形状を有するナット部２５が形成されている。この雄ネジ部２４は、ハウジング１０内のステム固定用ネジ穴に形成された雌ネジ部１５に対応した形状をなしており、これら両ネジ部１５、２４のネジ結合により、ステム２０はハウジング１０に固定されている。
【００３８】
また、ナット部２５は、ダイヤフラム２１とネジ部２４との間におけるステム２０の外周の側面に形成されており、上記ネジ結合の際に雄ネジ部２４にネジ締め力を付与するための面部として構成されている。即ち、ナット部２５の外周面にレンチやスパナ等のネジ締め用の治具を当接させ、ステム２０を雄ネジ部２４の回転軸回りに回転させることにより、上記ネジ結合が行われる。
【００３９】
このナット部（面部）２５について、図４を参照して、より詳細に述べる。図４は、ステム２０単体の詳細構成図であり、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）の上視図である。図４に示す様に、本例ではナット部２５は、六角形状をなしており、ステム２０におけるナット部２５とダイヤフラム２１との間の部位よりも肉厚であって、ナット部２５の外周面がダイヤフラム２１の外周よりも外方に突出して位置している。
【００４０】
また、ハウジング１０には、各々のステム２０について、開口部２２と圧力導入通路１３とを連通させるための連通路１６が形成されている。ここで、上記した両ネジ部１５、２４のネジ結合により、ステム２０に対して、その軸他端（開口部２２側）方向へ押圧力が印加されるため、この押圧力によって、各ステム２０の開口部２２側の端面とハウジング１０の連通路１６の開口縁部とがシールされている。こうして、燃料パイプＫ１内の圧力は圧力導入通路１３から連通路１６を介してステム２０内へ導入されるようになっている。
【００４１】
また、本例では、上述のように、圧力導入通路１３の断面形状がハウジング１０のネジ部１１の回転軸を中心とした１つの円に相当する形状となっているが、更に、この円周上に、各々のステム２０の雄ネジ部２４の回転軸が位置した構成となっている。言い換えれば、ハウジング１０のネジ部１１の同心円が、圧力導入通路１３の断面形状を構成し、この同心円周上に各ステム２０の雄ネジ部２４の回転軸が位置している。
【００４２】
ここで、ステム２０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、及び、Ｓｉからなるセンサチップ３０をガラス２３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。
【００４３】
また、ハウジング１０は、上述したように、燃料パイプ（燃料配管）Ｋ１への固定（超高圧シール及び機械的保持）、及び、ステム２０の固定（超高圧シール及び機械的保持）、という機能、更には、後述のコネクタケース７０の固定（シール及び機械的保持）という機能を有する。
【００４４】
そのため、ハウジング１０の要求品質としては、圧力媒体及び実車環境からの耐食性、また、ステム２０の開口部２２側の端面とのシール部において、高いシール面圧を発生させる軸力を維持するためのネジ強度、が挙げられる。そして、これらの要求品質から、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。
【００４５】
また、４０はセラミック基板（回路基板）であり、このセラミック基板４０は、ハウジング１０の内部にてステム２０の外周に設けられたスペーサ５０に接着されている。このスペーサ５０によって、基板４０は、ステム２０のダイヤフラム２１と同程度の高さに配置される。そして、図２（ａ）に示す様に、各センサチップ３０と基板４０の端子（図示例では４個ずつ、後述の図５における各端子Ｔ１〜Ｔ４に相当するもの）４２とは、アルミニウム（Ａｌ）等のボンディングワイヤ４４により結線され、電気的に接続されている。
【００４６】
また、セラミック基板４０におけるセンサチップ３０とのワイヤボンディング面には、コネクタターミナル６０へ電気的接続するためのピン（図示例では３個）４６が銀ろう等にて接合されている。また、セラミック基板４０のワイヤボンディング面と反対側の面には、各センサチップ３０の出力を増幅するアンプ（Ａｍｐ）ＩＣチップ４８及び特性調整ＩＣチップ４８が接着されている。これらＩＣチップ４８は、基板４０に形成されたスルーホール等により、ピン４６と電気的に接続されている。
【００４７】
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（ＡＳＳＹ）である。ターミナル６２とセラミック基板４０とはピン４６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、ハウジング１０の他端１７をコネクタケース７０にかしめることにより、コネクタケース７０とスペーサ５０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。
【００４８】
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、ハウジング１０の他端１７をコネクタケース７０にかしめることにより、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３０、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。なお、コネクタケース７０とケース１０とのかしめ部はシール材１８によりシールされている。コネクタケース７０の材質は、例えば、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。
【００４９】
かかる構成を有する圧力センサ１００の組付方法について、述べる。まず、センサチップ３０がガラス２３で接合された各ステム２０を、ナット部２５を介してハウジング１０にネジ結合し、ステム２０をハウジング１０に固定する。次に、スペーサ５０をハウジング１０内に投入するとともに、スペーサ５０にセラミック基板４０を接着する。
【００５０】
次に、各センサチップ３０とセラミック基板４０の端子４２とをワイヤボンディングにより結線し、電気的に接続する。次に、コネクタターミナル６０とピン４６とをレーザ溶接（ＹＡＧレーザ溶接等）にて接合する。そして、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の他端１７をかしめ、シール材１８を配することにより、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。
【００５１】
かかる圧力センサ１００は、ハウジング１０のネジ部１１を上記燃料パイプ（被測定体）Ｋ１に形成されたネジ穴Ｋ２に直接結合し取り付けることによって、燃料パイプＫ１に接続固定される。
【００５２】
そして、燃料パイプＫ１内の燃料圧（圧力媒体）が、圧力導入通路１３から各連通路１６を通じて、各ステム２０の開口部２２からステム２０の内部（中空部）へ導入されたときに、その圧力によってダイヤフラム２１が変形する。この変形をセンサチップ３０により電気信号に変換し、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。
【００５３】
ここで、本実施形態では、２個のセンサチップ３０からの各出力信号を、センサの処理回路部を構成するセラミック基板４０もしくはＥＣＵ等の外部回路（本例ではセラミック基板４０）等にて比較する。それにより、一方の出力信号に異常があると、この異常は、正常な他方の信号との比較によって容易に検出できる。こうして、センサの故障診断が容易となる。
【００５４】
以上、本実施形態によれば、２個のステム２０の外周の側面に、ステム２０を軸他端方向へ押圧するようにハウジング１０とネジ結合を行うためのネジ部２４を一体に形成しているため、別体のネジ部材を配することなく、ステム２０をハウジング１０へ固定できる。また、ネジ結合の軸力により軸他端側の開口部２２をハウジング１０の圧力導入通路１３側（連通路１６の開口縁部）に押圧してシールできることで、高圧検出に好適なものにできる。
【００５５】
よって、本実施形態によれば、別体のネジ部材が不要であり、また、ステム２０の外径はセンサチップ３０の搭載可能な程度の大きさにとどめられるため、ハウジングの小型化に好適であり、且つ、複数個のチップを配することの可能なステムのハウジングへの固定構造を提供することができる。また、本実施形態では、各々のステム２０について、連通路１６を設けているため、各ステム２０のダイヤフラム２１に適切に圧力を導くことができる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、各々のステム２０のネジ部２４の回転軸を、ハウジング１０の一端側の外周面に形成されたネジ部１１の回転軸（ハウジングの中心軸）を中心とした１つの円周上に位置させ、さらに、圧力導入通路１３の断面形状を前記円に相当する円形状として構成したことを特徴としている。
【００５７】
それによって、ハウジング１０のネジ部１１と圧力導入通路１３の軸とが一致するため、ハウジング１０に対して圧力導入通路１３を容易に切削や冷間鍛造等にて加工できる。また、各々のステム２０のネジ部２４の回転軸を同じ円周上に位置させることにより、圧力導入通路１３の通路断面積を必要以上に大きくすることが無いため、ハウジング１９の小型化に好ましい。
【００５８】
ちなみに、もし、どちらか一方のステム２０のネジ部２４の回転軸が、圧力導入通路１３における上記円周上からずれると、圧力導入通路１３の断面形状が、ハウジングの中心軸に対して偏芯した円となる。そのため、該通路１３の開口部１２部分のハウジング１０の肉厚が偏るので、ハウジングシール面１４の面積にも偏りが生じ好ましくない。
【００５９】
また、本実施形態によれば、開口部１２を起点としてハウジング１０内に延びる孔である圧力導入通路１３において、該孔のハウジング１０内における終点１３ａを、ハウジング１０のネジ部１１における燃料パイプ（被測定体）Ｋ１とネジ結合される部位に対応した部位に位置させている。
【００６０】
それによれば、ハウジング１０のうち圧力導入通路１３が形成された部分は、パイプＫ１へ取り付けられた状態において、その外周をパイプＫ１によって支持されるため、圧力導入通路１３内に加わる高圧によってハウジング１０に発生する応力の集中を抑制することができる。
【００６１】
また、本実施形態によれば、セラミック基板（回路基板）４０のワイヤボンディング面と反対側の面に、ＩＣチップ４８を配置することで、ハウジング１０内のスペースを有効活用し、センサの小型化に貢献している。
【００６２】
また、本実施形態によれば、ダイヤフラム２１と雄ネジ部（ネジ部）２４との間におけるステム２０の外周の側面に、ネジ結合の際に雄ネジ部２４にネジ締め力を付与するためのナット部（面部）２５を形成しているため、ステム２０とハウジング１０とを容易にネジ結合することができ、好ましい。なお、ナット部２５は、六角形状即ち六面でなくとも、ネジ締めが可能なように、少なくとも、ある角度を持って対向する２面を有するものであれば良い。
【００６３】
ここで、本実施形態では、好ましい形態として、上記図４に示す様に、ナット部（面部）２５を、ステム２０におけるナット部２５とダイヤフラム２１との間の部位よりも肉厚とし、ナット部２５の外周面をダイヤフラム２１の外周よりも外方に突出して位置させている。
【００６４】
ステム２０とハウジング１０とのネジ締めは、上述の様に、ナット部２５の外周面にネジ締め用の治具を当ててステム２０を回転させることにより行う。このとき、ナット部２５の外周面をダイヤフラム２１の外周よりも外方に突出させることにより、ネジ締め用の治具がダイヤフラム２１およびセンサチップ（検出部）３０に当たることを抑制できる。
【００６５】
また、ナット部２５を、ステム２０におけるナット部２５とダイヤフラム２１との間の部位よりも肉厚としているため、ネジ締めの力が、圧力センサのセンシング部であるダイヤフラム２１およびセンサチップ３０に伝わりにくくなる。このように、本実施形態の好ましい形態によれば、センシング部のダメージを低減することができる。
【００６６】
ところで、本実施形態では、ステム２０をネジ結合しているため、各センサチップ３０とセラミック基板４０の端子４２とをワイヤボンディングする工程において、センサチップ３０が、正規の配置に対してステム２０のネジ部２４の回転軸回り（ステム回転軸）に位置ずれし、ワイヤボンディングが困難となったり、セラミック基板４０の位置を補正しなければならないといった不具合が発生する可能性がある。この問題について、本実施形態では、次の図５に示す様に、センサチップ３０上のパッドの配置を工夫することで解決を図っている。
【００６７】
図５は、本実施形態におけるセラミック基板４０とセンサチップ３０とのワイヤ４４による接続構成の一例を示す模式図（ステム回転軸方向から見た図）である。図５において、（ａ）はチップ３０が正規の位置にある場合、（ｂ）チップ３０が正規の位置から反時計回りに２２．５°回転した場合、（ｃ）はチップ３０が正規の位置から反時計回りに４５°回転した場合である。
【００６８】
図５に示す様に、センサチップ３０には、ワイヤボンディング用のパッドＰ１〜Ｐ４がＡｌ（アルミ）等の蒸着等により形成されている。なお、図５では、各パッドＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を各々、▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼で示してある。そして、本例では、４個のパッドＰ１〜Ｐ４をパッドの１組として、矩形板状であるチップ３０の周辺部に、各組におけるパッドの順序がステム回転軸に対して反時計回りにＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の順となるように、上記パッドの組が１組ずつ配置されている。
【００６９】
ここで、各組における各パッドＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、それぞれ、チップ３０のブリッジ回路３１の電源端子用パッド、出力（−）端子用パッド、電源端子用パッド、出力（＋）端子用パッドに相当する。そして、これら電源端子用パッドＰ１、出力（−）端子用パッドＰ２、電源端子用パッドＰ３、及び出力（＋）端子用パッドＰ４は、図５（ａ）に示す正規の位置にてそれぞれ、基板４０の端子４２としての電源端子Ｔ１、出力（−）端子Ｔ２、電源端子Ｔ３、及び出力（＋）端子Ｔ４に対し、ワイヤ４４で結線され、チップ３０のブリッジ回路３１は図示のような結線状態となっている。
【００７０】
図５（ｂ）に示す程度の位置ずれ状態では、上記正規の位置にて結線されたパッドＰ１〜Ｐ４の組（第１組）を用いて、正規の位置における結線状態を維持可能にワイヤボンディングできる。ところが、図５（ｃ）に示す状態では、位置ずれが大きいため、もし、上記第１組のみで結線しようとすると、第１組のパッドＰ１及びＰ２においてはワイヤが長すぎてしまう。そのため、ワイヤボンディング時の共振によるワイヤの断線や接合性の悪化等といった問題が生じ、実質的に結線不可能である。
【００７１】
しかし、本実施形態によれば、図５（ｃ）に示す位置ずれの大きい状態であっても、センサチップ３０において、上記第１組と隣接するパッドＰ１〜Ｐ４の組（第２組）におけるパッドＰ１とＰ２が、セラミック基板４０の各端子Ｔ１、Ｔ２とワイヤボンディング可能な位置にある。
【００７２】
そして、図５（ｃ）に示す様に、セラミック基板４０の各端子Ｔ１〜Ｔ４とセンサチップ３０の各パッドＰ１〜Ｐ４とをワイヤボンディングすれば、正規の位置でワイヤボンディングしたときの回路特性を維持することができる。つまり、図５（ａ）〜（ｃ）の全てのブリッジ回路３１において、Ｔ１とＴ４間の抵抗変化方向及びＴ２とＴ３間の抵抗変化方向が共に増加方向となり、同等の回路特性が維持されている。
【００７３】
また、図５には示さないが、センサチップ３０が正規の位置から反時計回りに９０°回転した場合には、第２組のパッドＰ１〜Ｐ４が、第１組のものに置き換わることで、正規の位置における回路特性を維持するように、セラミック基板４０の各端子Ｔ１〜Ｔ４とのワイヤボンディングが可能である。また、センサチップ４０がステム回転軸に対し時計回りに位置ずれした場合も、反時計回りの場合と同様に効果があることは勿論である。
【００７４】
このように、本実施形態では、チップ３０が正規の位置にある場合のチップ３０におけるブリッジ回路３１の電源端子用パッドＰ１及びＰ３、及び出力端子用パッドＰ２及びＰ４を、ステムにおけるネジ結合の回転軸（ステム回転軸）回りに所定の順序にて繰り返し配置されたものとすれば、チップ３０が正規の位置にあるときと同様の回路特性を維持するようにボンディングワイヤ４４を結線することができる。
【００７５】
よって、本実施形態によれば、チップ３０のステム回転軸回りの位置ずれが起こっても、ワイヤボンディングを容易に実行でき、セラミック基板４０の位置を補正することがない。そして、セラミック基板４０以降のセンサの組付は、該基板４０を基準に組み付けるため、本センサ１００において、チップ３０の位置ずれが、これらの組付の作業性に影響を与えるのを防止可能とできる。
【００７６】
以上、本実施形態は、２個の各ステム２０の外周の側面にネジ部２４を形成し、このネジ部２４を介して各ステム２０を、その軸他端方向へ押圧されるようにハウジング１０にネジ結合したことを主たる特徴とするものである。なお、上記例では、ステムを２個設けた例について述べたが、図２（ａ）に示す様に、ハウジング１０内において、ステムをもう１個配置できる空きスペースが存在する。つまり、図２（ａ）にて、３個のステムの回転軸により、三角形が形成されるように配置すればよい。また、可能であるならば、４個以上のステムを配置してもよい。
【００７７】
また、本実施形態の変形例として、図６に示す様に、上記圧力センサ１００において、圧力導入通路１３を、各々の連通路１６に対応して設けられた複数個の孔より構成してもよい。
【００７８】
複数個のステム２０についてそれぞれ設けられた連通路１６の個々に対して、圧力導入通路１３を設けることにより、上記図２に示す様な各々の連通路１６に対応して１個の圧力導入通路１３を設ける場合に比べて、圧力導入通路１３がハウジング１０に占める体積を必要最小限にすることができる。そのため、圧力導入通路１３が形成された部位におけるハウジング１０の剛性を好適に確保することができ、センサの高耐圧化のために好ましい。
【００７９】
さらに、図６に示す様に、圧力導入通路１３における各々の孔を、対応する連通路１６よりもハウジング１０の中心軸寄りに配置することにより、ハウジング１０における各孔の外周部の面積を稼ぐことができる。
【００８０】
ハウジング１０における各孔の外周部は、上記したセンサにおける被測定体Ｋ１とのシールを行うハウジングシール面１４であり、当該シール面１４の面積を稼ぐことで、被測定体Ｋ１とのシール性を向上させ、より高耐圧化に適した圧力センサを実現することができる。
【００８１】
また、上記圧力センサ１００においては、圧力導入通路１３を、ハウジング１０の一端に形成された開口部１２からハウジング１０内に延びる円を断面形状とした孔であるものとしたが、本実施形態のもう一つの変形例として、図７に示す様に、切削や型加工により、圧力導入通路１３を、その開口部１２からハウジング１０内に向かって斜めに形成することが好ましい。
【００８２】
それによれば、圧力導入通路１３の開口部１２を好適に小さくすることができ、当該開口部１２の外縁部、即ちセンサにおける被測定体Ｋ１とのシール部であるハウジングシール面１４の面積を大きくすることができる。つまり、被測定体Ｋ１とのシール性を向上させ、より高耐圧化に適した圧力センサを実現することができる。
【００８４】
なお、ダイヤフラム上に設けられ、該ダイヤフラムの変形に応じた電気信号を出力する検出部としては、上記センサチップに限定されるものではなく、歪みゲージをダイヤフラムに直接蒸着し、この歪みゲージを検出部として用いても良い。
【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構成を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す圧力センサの要部を示す構成図である。
【図３】ステムの軸一端側の拡大図である。
【図４】ステム単体の構成図である。
【図５】セラミック基板とセンサチップとの接続の詳細を説明する模式図である。
【図６】上記実施形態の変形例を示す概略断面図である。
【図７】上記実施形態のもう一つの変形例を示す概略断面図である。
【図８】本発明者の試作品としての圧力センサを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…ハウジング、１１…ハウジングのネジ部、１２…ハウジングの開口部、
１３…圧力導入通路、１３ａ…圧力導入通路の終点、１６…連通路、
２０…ステム、２１…ダイヤフラム、２２…ステムの開口部、
２４…ステムのネジ部、２５…ナット部、３０…センサチップ。

Claims (5)

1. 圧力導入可能な圧力導入通路（１３）を有するハウジング（１０）と、
   このハウジングに収納されるとともに、軸一端側に前記ハウジングに導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム（２１）を有し、軸他端側に前記圧力導入通路と連通する開口部（２２）を有する中空筒状のステム（２０）と、
   前記ダイヤフラム上に設けられ、前記ダイヤフラムの変形に応じた電気信号を出力する検出部（３０）と、を備える圧力センサであって、
   前記ステムは複数個設けられており、各々の前記ステムの外周の側面には、前記ステムを軸他端方向へ押圧するように前記ハウジングとネジ結合を行うためのネジ部（２４）が形成されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記ハウジング（１０）の一端側の外周面には、被測定体にネジ結合可能なネジ部（１１）が形成されており、
   各々の前記ステム（２０）のネジ部（２４）の回転軸は、前記ハウジングのネジ部の回転軸を中心とした１つの円周上に位置しており、
   前記圧力導入通路（１３）は、前記ハウジングの一端に形成された開口部（１２）から前記ハウジング内に延びる前記円を断面形状とした孔であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記圧力導入通路（１３）は、前記開口部（１２）から前記ハウジング（１０）内に向かって斜めに形成されているものであることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記ダイヤフラム（２１）と前記ネジ部（２４）との間における前記ステム（２０）の外周の側面には、前記ネジ結合の際に前記ネジ部にネジ締め力を付与するための面部（２５）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力センサ。
5. 前記面部（２５）は、前記ステム（２０）における前記面部と前記ダイヤフラム（２１）との間の部位よりも肉厚であって、前記面部の外周面が前記ダイヤフラムの外周よりも外方に突出して位置していることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。

Images