(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定体に存在する測定媒体の状態に応じた信号を出力可能なセンサチップと、
前記被測定体に固定されて前記センサチップに前記測定媒体の状態を伝達するハウジングと、
前記センサチップからの信号を取り出すターミナルを有し、前記センサチップを覆うように前記ハウジングに組み付けられるコネクタケースと、
を備えるセンサ装置であって、
前記ハウジングの前記コネクタケース側には、弾性変形可能な環状の弾性部材が前記センサチップを囲うように配置されており、
前記コネクタケースは、前記センサチップを覆うように形成された環状の連結部にて前記弾性部材に環状に接触した状態で前記ハウジングに組み付けられ、
前記弾性部材には、内周面の全周にわたって断面コ字状の環状凹部が形成されており、
前記連結部は、前記環状凹部内に入り込むことで前記弾性部材に環状に接触して組み付けられることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記弾性部材は、ゴム材料からなることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記弾性部材は、金属製のバネ材からなることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定媒体の状態に応じた信号を出力可能なセンサチップを有するセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定媒体の状態に応じた信号を出力可能なセンサチップを有するセンサ装置として、下記特許文献１に開示される圧力センサが知られている。この圧力センサでは、被検出体に締結される金属ハウジングと外部配線部材に嵌合してこの外部配線部材を介して外部回路に電気的に接続するためのコネクタケースとからなるケース内にセンシング部を有する基板が収容されるように構成されている。そして、ハウジングには、圧力媒体を被検出体からセンシング部に導入する圧力導入通路が形成されている。また、センシング部であるダイアフラムに対応する位置にある部位がハウジングの内面に接して支持されることで、ダイアフラムがケースに支持されている。これにより、圧力導入通路にて発生する圧力脈動や、圧力センサに加わる車両振動などの外部振動によって、基板のダイアフラムが振動するのを抑制している。
【０００３】
また、下記特許文献２に開示される圧力検出装置では、筒形状のメタルケースの一端部および他端部に検出素子および受圧用ダイアフラムが固定されており、このメタルケース内には、受圧用ダイアフラムの受けた圧力を検出素子へ伝達する圧力伝達部材が収容されている。この圧力伝達部材は、検出素子と受圧用ダイアフラムとで挟み付けられて予荷重が付与されている。そして、メタルケースの側面には、蛇腹状のバネ部が設けられており、このバネ部の弾性力がメタルケースの両端部を結ぶ方向に作用するように構成されている。これにより、メタルケースのバネ部の弾性力がメタルケースの両端部を結ぶ方向に作用するため、このバネ部のバネ特性により、受圧用ダイアフラム、圧力伝達部材および検出素子の間の予荷重を保持して、これら各部材間の熱膨張差により生じる予荷重の変動を吸収している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０１４４８４号公報
【特許文献２】特開２００６−２５０６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に開示されるようなセンサ装置の構成では、被検出体に固定される金属ハウジングと外部配線部材に嵌合するコネクタケースとの固定にかしめ等が採用されている。このため、被検出体を介してハウジングに振動が伝達されると、この振動がコネクタケースにも伝達されて外部配線部材とコネクタのターミナルピンとの間に振動の位相差が生じてしまう。特に、この位相差が大きくなる場合には、外部配線部材との接触によりターミナルピンが磨耗してしまうという問題があった。また、上記特許文献２に開示されるようなセンサ装置の構成であっても、上記バネ部よりもコネクタケース側のハウジングに対して被検出体からの振動が伝達されると、同様の問題が生じる可能性があった。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ハウジングを介してコネクタケースに伝達される振動を抑制し得るセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１のセンサ装置では、被測定体に存在する測定媒体の状態に応じた信号を出力可能なセンサチップと、前記被測定体に固定されて前記センサチップに前記測定媒体の状態を伝達するハウジングと、前記センサチップからの信号を取り出すターミナルを有し、前記センサチップを覆うように前記ハウジングに組み付けられるコネクタケースと、を備えるセンサ装置であって、前記ハウジングの前記コネクタケース側には、弾性変形可能な環状の弾性部材が前記センサチップを囲うように配置されており、前記コネクタケースは、前記センサチップを覆うように形成された環状の連結部にて前記弾性部材に環状に接触した状態で前記ハウジングに組み付けられ、前記弾性部材には、内周面の全周にわたって断面コ字状の環状凹部が形成されており、前記連結部は、前記環状凹部内に入り込むことで前記弾性部材に環状に接触して組み付けられることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載のセンサ装置において、前記弾性部材は、ゴム材料からなることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１に記載のセンサ装置において、前記弾性部材は、金属製のバネ材からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明では、ハウジングのコネクタケース側には、弾性変形可能な環状の弾性部材がセンサチップを囲うように配置されている。そして、コネクタケースは、センサチップを覆うように形成された環状の連結部にて弾性部材に環状に接触した状態でハウジングに組み付けられる。
【００１４】
これにより、配管等の被検出体を介してハウジングに伝達される振動が弾性部材により抑制されるので、ハウジングを介してコネクタケースに伝達される振動を抑制することができる。特に、弾性部材はセンサチップを囲うように環状に形成されているので、弾性部材を介してハウジングおよびコネクタケースを組み付ける構成でも、センサチップを水分や塵などの異物から確実に保護することができる。
【００１５】
特に、弾性部材には、内周面の全周にわたって断面コ字状の環状凹部が形成されており、連結部は、環状凹部内に入り込むことで弾性部材に環状に接触して組み付けられる。これにより、ハウジングを介して伝達される振動を弾性部材により抑制するとともに、環状の連結部を弾性部材に容易に組み付けることができる。
【００１８】
請求項２の発明では、弾性部材は、ゴム材料から形成されるため、弾性部材によるシール性が高まり、異物の侵入を確実に防止することができる。
【００１９】
請求項３の発明では、弾性部材は、金属製のバネ材から形成されるため、寸法精度を上げてシール性を高めた弾性部材を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る圧力センサの構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の弾性部材と連結部との組み付け状態を拡大して示す断面図である。
【図３】第２実施形態に係る圧力センサの構成を概略的に示す断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、かしめ部によりかしめる前の状態を拡大して示す断面図であり、図４（Ｂ）は、かしめ部によりかしめた後の状態を拡大して示す断面図である。
【図５】第２実施形態の第１変形例に係る圧力センサの要部を拡大して示す断面図である。
【図６】第２実施形態の第２変形例に係る圧力センサの要部を拡大して示す断面図である。
【図７】第３実施形態に係る圧力センサの要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明のセンサ装置を圧力センサ１０に適用した第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る圧力センサ１０の構成を概略的に示す断面図である。図２は、図１の弾性部材５０と連結部３３ａとの組み付け状態を拡大して示す断面図である。
【００２２】
圧力センサ１０は、たとえば自動車に搭載され、燃料圧力、エンジンや駆動系の潤滑用オイル圧、あるいはエアコンの冷媒圧、さらには排気ガス圧等の圧力媒体の被測定圧力を検出する圧力センサ等に適用できる。
【００２３】
図１に示すように、圧力センサ１０は、主に、燃料配管等の被測定体Ｂ内を流れる圧力媒体（測定媒体）の圧力に応じた電気信号を出力可能なセンサチップ４０と、被測定体Ｂに固定されてセンサチップ４０に圧力媒体の圧力を伝達するハウジング２０と、センサチップ４０からの信号を取り出すターミナル３２を有するコネクタケース３０と、ハウジング２０とコネクタケース３０とを組み付けるための弾性部材５０と、を備えている。
【００２４】
ハウジング２０は、中空状の段付き円柱部材であり、ステンレスや炭素鋼、アルミニウムなどの金属を、切削加工やプレス加工などにて成形することにより作られるものである。このハウジング２０の一端側の外周面には、被測定体Ｂに締結させる締結部としてネジ部２１が形成されている。
【００２５】
このハウジング２０の一端側の端面中央には開口部２２が形成されるとともに、この開口部２２から他端側に延びる媒体導入通路２３が形成されている。この媒体導入通路２３は、被測定体Ｂから測定対象となる圧力媒体の圧力を、開口部２２を介してハウジング２０内すなわち圧力センサ１０内へ導入するための通路である。
【００２６】
また、ハウジング２０の媒体導入通路２３における他端側の先端位置において、ハウジング２０が薄肉化されており、この薄肉化された部分によって圧力により変形可能なダイアフラム２４が構成されている。そして、圧力媒体の圧力が開口部２２から媒体導入通路２３を通じてダイアフラム２４に伝えられるようになっている。
【００２７】
このように、本実施形態では、ハウジング２０は、媒体導入通路２３を中空部とし、一端側に開口部２２を有し、開口部２２とは反対側の他端部がダイアフラム２４により閉塞された閉塞部となっている有底筒状をなすものである。なお、ハウジング２０は、ネジ部２１、媒体導入通路２３やダイアフラム２４等が形成されるハウジング本体２０ａとコネクタケース３０が組み付けられるフランジ部２０ｂとを溶接等で連結して構成されているが、ハウジング本体２０ａおよびフランジ部２０ｂを一体に形成されてもよい。
【００２８】
また、ハウジング２０における表面のうちダイアフラム２４の位置においては、ダイアフラム２４の変形に応じた電気信号を出力するセンサチップ４０が取り付けられている。このセンサチップ４０は、図示しないが、低融点ガラスなどを介したガラス溶着などにより、ダイアフラム２４の表面に接合されている。
【００２９】
センサチップ４０は、例えばシリコン基板を用いて形成されており、このシリコン基板の表面に図示しない歪みゲージが備えられたものである。この歪みゲージは、たとえばＰ型不純物をドーピングして形成したホイートストンブリッジ状をなす。そして、媒体導入通路２３から導入された圧力によってダイアフラム２４が変形したときに、この変形に応じた当該歪みゲージ抵抗値の変化を電気信号に変換して出力するため、センサチップ４０は、検出部として機能する。
【００３０】
コネクタケース３０は、当該コネクタケース３０の外郭を構成するコネクタ本体３１を備えており、このコネクタ本体３１は、ＰＰＳ（ポリプロピレンサルファイド）などの樹脂を成形して構成されている。当該コネクタ本体３１は、金属などよりなる導電性の複数のターミナル３２や当該コネクタケース３０をハウジング２０に固定するための金属製のメタルケース３３が、インサート成形などにより一体に成形されている。
【００３１】
コネクタ本体３１の下端面には、各ターミナル３２の一側端部が露出しており、コネクタ本体３１の上端部に形成される開口部３１ａ内には、各ターミナル３２の他側端部が突出した形で露出している。各ターミナル３２の一側端部は、ボンディングワイヤ３４やフレキシブルケーブル３５等を介してセンサチップ４０にそれぞれ電気的に接続される。
【００３２】
メタルケース３３は、センサチップ４０が接合されたハウジング２０に組み付けられるときにセンサチップ４０を覆うように、コネクタ本体３１から露出する部位が薄肉円筒状に形成されている。また、このメタルケース３３の下端部は、連結部３３ａとして外方に円環状に延出するように形成されている（図２参照）。
【００３３】
弾性部材５０は、ニトリルゴム（ＮＢＲ）等のゴム材料により、円環状に形成されており、図１および図２に示すように、センサチップ４０を囲うようにハウジング２０のフランジ部２０ｂのコネクタケース側に接着して固定されている。この弾性部材５０の内周面には、全周にわたって断面コ字状の環状凹部５１が形成されている。
【００３４】
この環状凹部５１内には、メタルケース３３の連結部３３ａが当該環状凹部５１の底面を押圧するように入り込んで接触している。これにより、弾性部材５０とメタルケース３３、すなわち、ハウジング２０とコネクタケース３０とが一体に組み付けられることとなる。なお、弾性部材５０に対するメタルケース３３の組み付けは、連結部３３ａを内方に変位させるようにメタルケース３３を弾性変形させた状態で環状凹部５１に対向させ、その後上記弾性変形を解除することで、連結部３３ａを環状凹部５１内に入れ込むようにして実施する。
【００３５】
そして、各ターミナル３２の他側端部が、図示しない外部コネクタなどの外部配線部材に接続されることにより、圧力センサ１０の外部にある相手側回路等へ上記外部配線部材を介して信号のやりとりが可能となるように電気的に接続されることとなる。
【００３６】
このように構成される圧力センサ１０では、被検出体Ｂを介してハウジング２０に振動が伝達されると、この振動は、ハウジング２０とコネクタケース３０との間に介在する弾性部材５０の弾性変形により抑制（吸収）される。これにより、外部配線部材とターミナル３２との間に生じる振動の位相差が抑制されて、外部配線部材との接触によるターミナル３２の磨耗を防止することができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態に係る圧力センサ１０では、ハウジング２０のコネクタケース側には、弾性変形可能な環状の弾性部材５０がセンサチップ４０を囲うように配置されている。そして、コネクタケース３０は、センサチップ４０を覆うように形成された環状の連結部３３ａにて弾性部材５０に環状に接触した状態でハウジング２０に組み付けられる。
【００３８】
これにより、被検出体Ｂを介してハウジング２０に伝達される振動が弾性部材５０により抑制されるので、ハウジング２０を介してコネクタケース３０に伝達される振動を抑制することができる。特に、弾性部材５０はセンサチップ４０を囲うように環状に形成されているので、弾性部材５０を介してハウジング２０およびコネクタケース３０を組み付ける構成でも、センサチップ４０を水分や塵などの異物から確実に保護することができる。
【００３９】
また、弾性部材５０には、内周面の全周にわたって断面コ字状の環状凹部５１が形成されており、連結部３３ａは、環状凹部５１内に入り込むことで弾性部材５０に環状に接触して組み付けられる。これにより、ハウジング２０を介して伝達される振動を弾性部材５０により抑制するとともに、環状の連結部３３ａを弾性部材５０に容易に組み付けることができる。
【００４０】
さらに、弾性部材５０は、ゴム材料から形成されるため、弾性部材５０によるシール性が高まり、異物の侵入を確実に防止することができる。
【００４１】
［第２実施形態］
次に、本発明のセンサ装置を圧力センサ１０ａに適用した第２実施形態について、図３および図４を参照して説明する。図３は、第２実施形態に係る圧力センサ１０ａの構成を概略的に示す断面図である。図４（Ａ）は、かしめ部２５によりかしめる前の状態を拡大して示す断面図であり、図４（Ｂ）は、かしめ部２５によりかしめた後の状態を拡大して示す断面図である。
【００４２】
本第２実施形態に係る圧力センサ１０ａは、ハウジング２０および弾性部材５０に代えてハウジング２０ｃおよび弾性部材５０ａが採用される点が、上記第１実施形態に係る圧力センサと主に異なる。したがって、第１実施形態の圧力センサと実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
図３に示すように、弾性部材５０ａは、ニトリルゴム（ＮＢＲ）等のゴム材料により、平板円環状に形成されている。また、ハウジング２０ｃは、上記ハウジング２０に対して、フランジ部２０ｂのコネクタケース３０側に、かしめる前のかしめ部２５が上方へ薄肉円環状に突出するように形成されている。そして、このかしめ部２５の内方には、弾性部材５０ａを位置決めするための凹部２６が、かしめ部２５に沿い環状に形成されている。
【００４４】
本実施形態では、弾性部材５０ａおよび連結部３３ａがかしめ部２５によりかしめられることで、ハウジング２０ｃとコネクタケース３０とが一体に組み付けられることとなる。具体的には、図４（Ａ）に示すように、凹部２６内に嵌め込むように弾性部材５０ａをハウジング２０ｃのコネクタケース３０側に配置した後に、この弾性部材５０ａの上面にメタルケース３３の連結部３３ａの下面を円環状に接触させて重ねる。そして、図４（Ｂ）に示すように、かしめ部２５の上端部を内方に折り曲げて、連結部３３ａおよび弾性部材５０ａを重ねた状態でハウジング２０ｃに押し付けるようにかしめることで、図３に示すように、ハウジング２０ｃおよびコネクタケース３０が一体に組み付けられる。
【００４５】
このように、本実施形態に係る圧力センサ１０ａでは、ハウジング２０ｃのコネクタケース３０側には、弾性部材５０ａおよび連結部３３ａを重ねた状態でかしめて当該ハウジング２０ｃに固定するかしめ部２５が環状に形成される。このようにしても、上記第１実施形態と同様に、ハウジング２０ｃを介して伝達される振動を弾性部材５０ａにより抑制するとともに、環状の連結部３３ａを弾性部材５０ａに容易に組み付けることができる。
【００４６】
図５は、第２実施形態の第１変形例に係る圧力センサの要部を拡大して示す断面図である。
図５に示すように、凹部２６内に連結部３３ａを嵌め込むようにメタルケース３３をハウジング２０ｃのコネクタケース３０側に配置し、この連結部３３ａの上面に弾性部材５０ａの下面を円環状に接触させて重ねた状態でかしめ部２５によりかしめることで、ハウジング２０ｃとコネクタケース３０とを一体に組み付けてもよい。
【００４７】
図６は、第２実施形態の第２変形例に係る圧力センサの要部を拡大して示す断面図である。
また、図６に示すように、凹部２６内に弾性部材５０ａを嵌め込み、この弾性部材５０ａの上面に連結部３３ａの下面を接触させ、この連結部３３ａの上面に別の弾性部材５０ａの下面を接触させて重ねた状態でかしめ部２５によりかしめることで、ハウジング２０ｃとコネクタケース３０とを一体に組み付けてもよい。
【００４８】
この場合には、連結部３３ａは、２つの弾性部材５０ａにて挟まれた状態でかしめ部２５によりかしめられてハウジング２０ｃに固定されることとなる。これにより、連結部３３ａおよび弾性部材５０ａを単に重ねた状態でかしめる場合と比較して、連結部３３ａとかしめ部２５との接触面積が小さくなりかしめ部２５を介して連結部３３ａに伝達される振動がより抑制されるので、ハウジング２０ｃを介して伝達される振動を確実に抑制することができる。
【００４９】
なお、上記第２実施形態およびその変形例において、位置決め用の凹部２６を廃止して、弾性部材５０ａまたは連結部３３ａをハウジング２０のコネクタケース３０側の端面に直接固定してもよい。
【００５０】
［第３実施形態］
次に、本発明のセンサ装置を圧力センサ１０ｂに適用した第３実施形態について、図７を参照して説明する。図７は、第３実施形態に係る圧力センサ１０ｂの要部を拡大して示す断面図である。
【００５１】
本第３実施形態に係る圧力センサ１０ｂは、弾性部材５０ａに代えて弾性部材５０ｂが採用される点が、上記第２実施形態に係る圧力センサと主に異なる。したがって、第２実施形態の圧力センサと実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
図７に示すように、弾性部材５０ｂは、ステンレス等の金属製のバネ材により、凹部２６に沿うように円環状であってその断面が断面Ｓ字状に形成されている。
【００５３】
このように形成される弾性部材５０ｂは、凹部２６内に嵌め込むようにハウジング２０ｃのコネクタケース３０側に配置されると、この弾性部材５０ｂの上方にメタルケース３３の連結部３３ａの下面が円環状に接触させて重ねられる。そして、かしめ部２５の上端部を内方に折り曲げて、連結部３３ａおよび弾性部材５０ｂを重ねた状態でハウジング２０ｃに押し付けるようにかしめることで、ハウジング２０ｃおよびコネクタケース３０が一体に組み付けられる。
【００５４】
このように、ハウジング２０ｃとコネクタケース３０とを組み付けるための弾性部材として、金属製のバネ材から形成される弾性部材５０ｂを採用してもよい。これにより、寸法精度を上げてシール性を高めた弾性部材５０ｂを容易に形成することができる。
【００５５】
なお、上記第２実施形態の第１変形例のように、凹部２６内に連結部３３ａを嵌め込むようにメタルケース３３をハウジング２０ｃのコネクタケース３０側に配置し、この連結部３３ａの上面に弾性部材５０ｂの下面を円環状に接触させて重ねた状態でかしめ部２５によりかしめることで、ハウジング２０ｃとコネクタケース３０とを一体に組み付けてもよい。また、上記第２実施形態の第２変形例のように、凹部２６内に弾性部材５０ｂを嵌め込み、この弾性部材５０ｂの上方に連結部３３ａの下面を接触させ、この連結部３３ａの上面に別の弾性部材５０ｂの下方を接触させて重ねた状態でかしめ部２５によりかしめることで、ハウジング２０ｃとコネクタケース３０とを一体に組み付けてもよい。
【００５６】
なお、弾性部材５０ｂは、金属製のバネ材により断面Ｓ字状に形成されることに限らず、ハウジング２０からの振動を弾性変形により抑制（吸収）可能な断面形状に形成されてもよい。
【００５７】
また、上記第３実施形態において、位置決め用の凹部２６を廃止して、弾性部材５０ｂまたは連結部３３ａをハウジング２０のコネクタケース３０側の端面に直接固定してもよい。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよい。
（１）本発明に係るセンサ装置は、圧力センサに適用されることに限らず、例えば、温度センサや誘電率センサに適用されてもよい。この場合、センサチップは、測定媒体の温度や誘電率等を検出可能に構成される。
【００５９】
（２）本発明に係るセンサ装置にて採用される弾性部材は、ゴム材料からなる弾性部材５０ａ（第２実施形態）や金属製のバネ材からなる弾性部材５０ｂ（第３実施形態）を採用することに限らず、ハウジング２０からの振動を弾性変形により抑制（吸収）可能な部材を採用してもよい。
【００６０】
（３）本発明に係るセンサ装置にて採用される弾性部材は、円環状に形成されることに限らず、例えば、多角的に環状に形成されてもよい。この場合、メタルケース３３および連結部３３ａやかしめ部２５等は、弾性部材の形状に応じて環状に形成される。
【００６１】
（４）上記第２，３実施形態において、ハウジング２０ｃには、かしめ部２５に代えて、連結部３３ａおよび弾性部材を環状に連結して固定する環状固定部材を採用してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１０，１０ａ，１０ｂ…圧力センサ（センサ装置）
２０，２０ｃ…ハウジング
２５…かしめ部
３０…コネクタケース
３２…ターミナル
３３…メタルケース
３３ａ…連結部
４０…センサチップ
５０，５０ａ，５０ｂ…弾性部材
５１…環状凹部
Ｂ…被測定体
【図１】
0005516346.tif 000002
【図２】
0005516346.tif 000003
【図３】
0005516346.tif 000004
【図４】
0005516346.tif 000005
【図５】
0005516346.tif 000006
【図６】
0005516346.tif 000007
【図７】
0005516346.tif 000008