JP6111766B2 - 圧力センサの実装構造および実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサを被取付部材に実装した圧力センサの実装構造および実装方法に関するものである。

従来より、この種の実装構造として、次のようなものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、圧力センサは、測定媒体に応じたセンサ信号を出力するセンサチップが内蔵されたセンサ構造部を有し、センサ構造部には両端が開口部とされた筒状のメタルケースの一端部が溶接されている。また、メタルケース内には外部端子と接続される端子部が配置されている。

そして、上記圧力センサは、被取付部材としての配管等に形成された挿入孔にセンサ構造部が挿入され、挿入孔の開口端部がセンサ構造部にかしめられることによって固定（実装）されている。

特開２００５−２５７４９７号公報

しかしながら、上記のような圧力センサを製造して当該圧力センサを配管に固定する場合、現状では製造工程を少なくしたいという要望がある。

本発明は上記点に鑑みて、製造工程を削減できる圧力センサの実装構造および実装方法を提供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、一端が開口部（１２）とされていると共に中空部を有する有底筒状とされ、底部が中空部に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム（１１）とされているステム（１０）と、ダイヤフラムのうち中空部側と反対側の部分に備えられ、ダイヤフラムの変形に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（２０）と、両端が開口部とされていると共に中空部を有する筒状とされ、ステムに配置されてセンサチップを収容するメタルケース（８０）と、ステムが挿入される挿入孔（９１）が形成された被取付部材（９０）と、を備え、ステムが挿入孔に挿入されて被取付部材に固定された圧力センサの実装構造において、以下の点を特徴としている。

すなわち、メタルケースは、ステム側の一端部にフランジ部（８１）を有し、挿入孔の開口端部（９１ａ）がフランジ部にかしめられることにより、ステムおよびメタルケースのフランジ部が被取付部材に固定されていると共に、ステムにメタルケースのフランジ部が固定されており、センサチップと電気的に接続されると共に外部端子と電気的に接続される第２端子部（４３ｂ）を有し、メタルケースは、円筒状とされ、メタルケースの軸方向からメタルケースおよび第２端子部を視たとき、第２端子部はメタルケースの中心軸と一致する状態で配置されていることを特徴としている。

これによれば、挿入孔の開口端部がフランジ部にかしめられることにより、ステムが被取付部材に固定されていると共に、ステムにメタルケースのフランジ部が固定されている。つまり、挿入孔の開口端部がフランジ部にかしめられることによって２つの機能を発揮している。このため、圧力センサを製造して当該圧力センサを被取付部材に実装する際の製造工程を削減できる。

また、請求項５に記載の発明では、一端が開口部（１２）とされていると共に中空部を有する有底筒状とされ、底部が中空部に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム（１１）とされているステム（１０）を用意する工程と、ダイヤフラムのうち中空部側と反対側の部分にダイヤフラムの変形に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（２０）を配置する工程と、両端が開口部とされた中空部を有する筒状であって一端部にフランジ部（８１）を有するメタルケース（８０）を用意し、中空部内にセンサチップが配置されるように、フランジ部をステムに配置する工程と、センサチップおよび外部端子と電気的に接続される第２端子部（４３ｂ）を有する構成部材（３０）をステムに配置する工程と、被取付部材に形成された挿入孔（９１）にステムおよびフランジ部を挿入する工程と、挿入孔の開口端部（９１ａ）をフランジ部にかしめることにより、ステムおよびメタルケースのフランジ部を被取付部材に固定すると共に、ステムにメタルケースのフランジ部を固定する工程と、を行い、メタルケースとして円筒状のものを用意し、フランジ部をステムに配置する工程および構成部材をステムに配置する工程では、メタルケースの軸方向からメタルケースおよび第２端子部を視たとき、第２端子部はメタルケースの中心軸と一致する状態とすることを特徴としている。

これによれば、挿入孔の開口端部をフランジ部にかしめることにより、ステムを被取付部材に固定する工程と、ステムにメタルケースのフランジ部（メタルケース）を固定する工程とを同時に行うことができる。このため、圧力センサを製造して当該圧力センサを被取付部材に実装する際の実装工程を削減できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。

本発明の第１実施形態における圧力センサの実装構造を示す断面図である。 図１に示す圧力センサの平面図である。 図１に示す圧力センサの実装工程を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における圧力センサの実装構造を示す断面図である。 図４に示す圧力センサの平面図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、例えば、車両の燃料噴射系における燃料パイプ等の配管に実装された圧力センサの実装構造に適用されると好適である。

まず、本実施形態の圧力センサの構造について説明する。図１に示されるように、圧力センサは、ＳＵＳ４３０のようなステンレス鋼等で構成された中空部を有する有底円筒状とされたステム１０を備えている。このステム１０は、底部の略中央部にて薄肉のダイヤフラム１１が構成されており、ダイヤフラム１１と反対側の他端部が中空の開口部１２とされている。そして、開口部１２から中空部に測定媒体が導入されると、測定媒体の圧力に応じてダイヤフラム１１が変形するようになっている。

ステム１０の外周側壁には、ダイヤフラム１１側から順に、軸方向（図１中紙面上下方向）と垂直方向に突出した第１段付部１３と、第１段付部１３よりさらに突出した第２段付部１４が形成されている。本実施形態では、ステム１０は、有底円筒状とされているため、ステム１０には、ダイヤフラム１１側の外径より外径が大きくされた第１段付部１３と、第１段付部１３より外径が大きくされた第２段付部１４が形成されているともいえる。つまり、ステム１０は、軸方向に沿った断面において、外壁面が階段状とされている。なお、本実施形態では、第２段付部１４が本発明の段付部に相当している。

そして、このようなステム１０には、ダイヤフラム１１のうちステム１０の中空部側と反対側に圧力検出用のセンサチップ２０が図示しない低融点ガラス等を介して接合されている。センサチップ２０は、例えば、矩形板状のシリコン基板を用いて構成され、薄肉のダイヤフラムにブリッジ回路を構成するようにゲージ抵抗が形成されたものである。すなわち、本実施形態のセンサチップ２０は、ステム１０の内部に導入された測定媒体の圧力によってダイヤフラム１１が変形すると、ゲージ抵抗の抵抗値が変化してブリッジ回路の電圧が変化し、この電圧の変化に応じたセンサ信号を出力する半導体ダイヤフラム式のものである。

そして、ステム１０には、ダイヤフラム１１の法線方向（図１中紙面上下方向）に沿って回路素子等が封止された構成部材３０と、構成部材３０を収容するメタルケース８０とが配置されている。

構成部材３０は、図１および図２に示されるように、センサチップ２０と外部回路とを接続するものであり、本実施形態では、内部接続領域４１、搭載領域４２、第１〜第３端子部４３ａ〜４３ｃを有し、これらがモールド樹脂７０で一体化されて１つの部材とされている。なお、内部接続領域４１、搭載領域４２、第１〜第３端子部４３ａ〜４３ｃは、Ｃｕや４２アロイ等の金属がエッチングやプレス等されたリードフレームの一部にて形成されている。つまり、内部接続領域４１、搭載領域４２、外部接続領域４３は、それぞれ形状は異なるが、同一の構成部材によって構成されている。

内部接続領域４１は、複数の板状部材から構成されており、ステム１０の近傍に配置されている。そして、ボンディングワイヤ５１を介してセンサチップ２０と電気的に接続されている。

搭載領域４２は、矩形板状部材とされ、一面４２ａおよび他面４２ｂがダイヤフラム１１の法線方向と平行となるように配置されている。そして、一面４２ａに所定の処理を行う回路チップ６１およびコンデンサや抵抗等の電子部品６２等が搭載され、他面４２ｂに電子部品６２等が搭載されている。

回路チップ６１は、内部接続領域４１とボンディングワイヤ５２を介して電気的に接続されていると共に、搭載領域４２とボンディングワイヤ５３を介して電気的に接続されている。そして、搭載領域４２は、第１端子部４３ａとボンディングワイヤ５４を介して電気的に接続されている。

なお、図１中紙面右側の内部接続領域４１および第２、第３端子部４３ｂ、４３ｃも図１とは別断面において搭載領域４２とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。

第１〜第３端子部４３ａ〜４３ｃは、それぞれ棒状部材とされて搭載領域４２を挟んで内部接続領域４１と反対側に配置されている。そして、第１端子部４３ａは、適宜折り曲げられてメタルケース８０と溶接等で接合されている。つまり、第１端子部４３ａはメタルケース８０と電気的に接続されている。また、第２、第３端子部４３ｂ、４３ｃは、一方が外部回路の信号線兼電源端子と電気的に接続され、他方が外部回路のクランド端子と電気的に接続されるようになっている。

そして、上記内部接続領域４１、搭載領域４２、第１〜第３端子部４３ａ〜４３ｃは、第２、第３端子部４３ｂ、４３ｃの先端部（搭載領域４２側と反対側の端部）が露出するように、モールド樹脂７０に封止されて一体化されている。モールド樹脂７０の形状は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、略円柱状とされており、ステム１０側の一端部側にステム１０におけるダイヤフラム１１側の外周壁面に沿った壁面を構成する凹部７０ａが形成されている。

そして、モールド樹脂７０の一端部側の先端が第１段付部１３と図示しない接着剤等を介して接合されることにより、構成部材３０がステム１０に接合されている。つまり、ステム１０には、構成部材３０が直接接合されている。

なお、本実施形態のモールド樹脂７０は、搭載領域４２の他面４２ｂに配置された電子部品６２が覆われない形状とされている。

メタルケース８０は、両端が開口部とされた中空部を有する筒状とされており、中空部内にセンサチップ２０および構成部材３０を収容するようにステム１０に備えられている。具体的には、このメタルケース８０は、ステム１０側の一端部にフランジ部８１が備えられている。そして、フランジ部８１が第２段付部１４に沿って配置されている。なお、ステム１０とメタルケース８０とは、溶接等されておらず、直接的には接合されていない。

以上が本実施形態における圧力センサの構成である。そして、上記圧力センサは、図１に示されるように、被取付部材としての燃料パイプ等の配管９０に形成された挿入孔９１に挿入されて固定されている。

具体的には、圧力センサは、ステム１０およびメタルケース８０のフランジ部８１が挿入孔９１内に位置するように配管９０に備えられている。そして、挿入孔９１の開口端部９１ａがフランジ部８１（第２段付部１４）にかしめられることにより、ステム１０およびメタルケース８０のフランジ部８１が配管９０に固定されていると共に、ステム１０にメタルケース８０のフランジ部８１が固定されている。

以上が本実施形態における圧力センサの実装構造である。次に、このような実装構造の実装方法について説明する。

まず、図３（ａ）に示されるように、上記形状の構成部材３０およびメタルケース８０を用意し、ステム１０に構成部材３０およびメタルケース８０を配置する。具体的には、ステム１０の第１段付部１３に接着剤を介して構成部材３０を接合する。また、ステム１０の第２段付部１４にフランジ部８１が沿うようにメタルケース８０を配置する。そして、第１端子部４３ａとメタルケース８０とを溶接等によって接合する。

なお、この工程では、ステム１０とメタルケース８０とは固定されていない。また、第１端子部４３ａとメタルケース８０とを接続する工程は、構成部材３０およびメタルケース８０をステム１０に配置する前に行ってもよい。

次に、図３（ｂ）に示されるように、被取付部材としての配管９０の挿入孔９１に、ステム１０およびフランジ部８１を挿入する。

その後、図３（ｃ）に示されるように、挿入孔９１の開口端部９１ａをフランジ部８１（第２段付部１４）にかしめることにより、ステム１０およびメタルケース８０のフランジ部８１を配管９０に固定すると共に、ステム１０にメタルケース８０のフランジ部８１（メタルケース８０）を固定する。つまり、ステム１０を配管９０に固定する工程と、ステム１０にメタルケース８０のフランジ部８１を固定する工程とを１工程で同時に行う。

以上説明したように、本実施形態では、挿入孔９１の開口端部９１ａをフランジ部８１にかしめることにより、ステム１０を配管９０に固定する工程と、ステム１０にメタルケース８０のフランジ部８１を固定する工程とを同時に行っている。このため、圧力センサを製造して当該圧力センサを配管９０に実装する際の実装工程を削減できる。

また、第１端子部４３ａは、センサチップ２０およびメタルケース８０と電気的に接続されている。そして、メタルケース８０は、配管９０に固定され、配管９０と接触している。このため、外部ノイズが侵入したとしても、第１端子部４３ａおよびメタルケース８０を介して配管９０にノイズを放出でき、ノイズ特性（ＥＭＣ特性）を向上できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第２、第３端子部４３ｂ、４３ｃの形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図４および図５に示されるように、本実施形態では、第２端子部４３ｂは、メタルケース８０の軸方向から第２端子部４３ｂおよびメタルケース８０を視たとき、モールド樹脂７０から露出する先端がメタルケース８０の中心軸と一致するように配置されている。

また、第３端子部４３ｃは、メタルケース８０の軸方向から第２端子部４３ｂおよびメタルケース８０を視たとき、モールド樹脂７０から露出する先端が第２端子部４３ｂを中心とする円環状とされている。

つまり、本実施形態では、第２、第３端子部４３ｂ、４３ｃおよびメタルケース８０は、メタルケース８０の軸方向から第２、第３端子部４３ｂ、４３ｃおよびメタルケース８０を視たとき、第２端子部４３ｂを中心とする同心円状に配置されている。

これによれば、圧力センサを配管９０に実装する際にメタルケース８０の周方向に位置ずれが発生したとしても、第２、第３端子部４３ｂ、４３ｃおよびメタルケース８０の位置関係は変化しない。このため、圧力センサのうちメタルケース８０の他端部側（ステム１０側と反対側）に外部端子を有するコネクタ部材を挿入する際、第２、第３端子部４３ｂ、４３ｃと外部端子との間で接続不良が発生することを抑制できる。言い換えると、コネクタ部材を配置する際の組み付け性を向上できる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態において、第１端子部４３ａが備えられていなくてもよい。

また、上記各実施形態において、ステム１０に第１、第２段付部１３、１４が形成されていなくてもよい。この場合、構成部材３０はダイヤフラム１１の外縁に接合され、フランジ部８１はダイヤフラム１１が接合される部分のさらに外縁に備えられる。

また、上記第２実施形態において圧力センサにコネクタ部材を組み付ける際、メタルケース８０にネジ部を形成し、ネジ結合によってコネクタ部材を組みつけてもよい。

１０ ステム
１１ ダイヤフラム
２０ センサチップ
８０ メタルケース
８１ フランジ部
９０ 配管（被取付部材）
９１ 挿入孔
９１ａ 開口端部

Claims (5)

1. 一端が開口部（１２）とされていると共に中空部を有する有底筒状とされ、底部が前記中空部に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム（１１）とされているステム（１０）と、
   前記ダイヤフラムのうち前記中空部側と反対側の部分に備えられ、前記ダイヤフラムの変形に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（２０）と、
   両端が開口部とされていると共に中空部を有する筒状とされ、前記ステムに配置されて前記センサチップを収容するメタルケース（８０）と、
   前記ステムが挿入される挿入孔（９１）が形成された被取付部材（９０）と、を備え、
   前記ステムが前記挿入孔に挿入されて被取付部材に固定された圧力センサの実装構造において、
   前記メタルケースは、前記ステム側の一端部にフランジ部（８１）を有し、
   前記挿入孔の開口端部（９１ａ）が前記フランジ部にかしめられることにより、前記ステムおよび前記メタルケースのフランジ部が前記被取付部材に固定されていると共に、前記ステムに前記メタルケースのフランジ部が固定されており、
   前記センサチップと電気的に接続されると共に外部端子と電気的に接続される第２端子部（４３ｂ）を有し、
   前記メタルケースは、円筒状とされ、前記メタルケースの軸方向から前記メタルケースおよび前記第２端子部を視たとき、前記第２端子部は前記メタルケースの中心軸と一致する状態で配置されていることを特徴とする圧力センサの実装構造。
2. 前記ステムは、外周側壁に前記ステムの軸方向と垂直方向に突出した段付部（１４）を有し、
   前記フランジ部は、前記段付部に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの実装構造。
3. 前記メタルケースの前記中空部内には、前記センサチップと電気的に接続されると共に前記メタルケースと電気的に接続される第１端子部（４３ａ）が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサの実装構造。
4. 前記センサチップと電気的に接続されると共に外部端子と電気的に接続される第３端子部（４３ｃ）を有し、
   前記メタルケースの軸方向から前記メタルケースおよび前記第２、第３端子部を視たとき、前記第３端子部は、前記第２端子部を中心とする円環状と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の実装構造。
5. 一端が開口部（１２）とされていると共に中空部を有する有底筒状とされ、底部が前記中空部に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム（１１）とされているステム（１０）を用意する工程と、
   前記ダイヤフラムのうち前記中空部側と反対側の部分に前記ダイヤフラムの変形に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（２０）を配置する工程と、
   両端が開口部とされた中空部を有する筒状であって一端部にフランジ部（８１）を有するメタルケース（８０）を用意し、前記中空部内に前記センサチップが配置されるように、前記フランジ部を前記ステムに配置する工程と、
   前記センサチップおよび外部端子と電気的に接続される第２端子部（４３ｂ）を有する構成部材（３０）を前記ステムに配置する工程と、
   前記被取付部材に形成された挿入孔（９１）に前記ステムおよび前記フランジ部を挿入する工程と、
   前記挿入孔の開口端部（９１ａ）を前記フランジ部にかしめることにより、前記ステムおよび前記メタルケースのフランジ部を前記被取付部材に固定すると共に、前記ステムに前記メタルケースのフランジ部を固定する工程と、を行い、
   前記メタルケースとして円筒状のものを用意し、
   前記フランジ部を前記ステムに配置する工程および前記構成部材を前記ステムに配置する工程では、前記メタルケースの軸方向から前記メタルケースおよび前記第２端子部を視たとき、前記第２端子部は前記メタルケースの中心軸と一致する状態とすることを特徴とする圧力センサの実装方法。

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