(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサ素子と、
この圧力センサ素子を保持するセンサ保持体と、
このセンサ保持体を収容する収容部を有するハウジングと、
このハウジングの収容部の内面における前記センサ保持体のうちの前記収容部の開口部側の端部に対応する部位に形成された溝部と、
高強度を有する部材から形成され前記溝部に嵌合することにより前記センサ保持体が前記収容部内から抜けることを止める抜止め手段と、
前記収容部の開口部に嵌合されるプラグとを備え、
前記抜止め手段をプレートにより構成すると共に、
前記プレートが前記収容部の溝部から外れる方向へ移動することを前記プラグにより規制するように構成したことを特徴とする圧力検出器。
【請求項２】
前記プレートを、高炭素鋼製の複数のプレートにより構成したことを特徴とする請求項１記載の圧力検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のブレーキ圧や燃料圧やエンジン油圧等の圧力を検出する場合に好適する圧力検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばシールダイヤフラム形圧力検出器は、半導体圧力センサ素子を保持するセンサ保持体と、このセンサ保持体を収容固定するハウジングとから構成されている。上記センサ保持体は、素子収容室を有しており、この素子収容室内に半導体圧力センサ素子を固定してシリコン油を充填し、更に該素子収容室をシールダイヤフラムで封止するように構成されている。そして、このように構成されたセンサ保持体を、ハウジングに形成された収容部内に収容して固定している。
【０００３】
このような構成の圧力検出器においては、センサ保持体に対して強い圧力が作用するので、この圧力に耐えるようにセンサ保持体をハウジングに強固に固定する必要がある。センサ保持体を固定する手段としては、従来より、ねじ締め、溶接、かしめ等が用いられていた。
【０００４】
具体的には、ねじ締めを用いる構成として特開昭６０−１７１４２９号公報に記載された構成があり、溶接を用いる構成として特開昭５９−２１４２６８号公報に記載された構成があり、かしめを用いる構成として特願平５−１８３８３８号に記載された構成がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来構成には、次の通りの欠点があった。即ち、ねじ締めを用いる構成では、耐圧を大きくする場合、センサ保持体に形成するねじ部のねじ締め方向の長さ寸法を長くする必要がある。このため、センサ保持体が大形化すると共に、圧力検出器の全体構成が大形化するという問題点があった。また、組立時において、センサ保持体を締め付けるという比較的時間を要する作業を実行しなければならず、組立作業性に劣るという不具合もあった。
【０００６】
また、溶接を用いる構成またはかしめを用いる構成においては、耐圧を十分大きくすることができないという問題点があった。というのは、溶接可能な部材、または、かしめ可能な部材としては、実用上Ｓ１５Ｃ〜Ｓ２０Ｃ程度の低炭素鋼を使用しなければならず、この低炭素鋼の強度がそれほど高くないためである。実際、上記低炭素鋼を使用して溶接またはかしめを行う構成の場合、耐圧は最大でも２０ＭＰａ程度しか得ることができなかった。
【０００７】
一方、圧力検出器により例えば自動車のブレーキ圧や燃料圧やエンジン油圧等の圧力を検出する場合、耐圧が最低でも３０ＭＰａ程度あることが必要であるので、上記各圧力を検出する用途には、溶接またはかしめを行う構成を用いることはできなかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、耐圧を十分高くすることができると共に、組立作業性を向上させることができ、また、全体の構成を小形化し得る圧力検出器を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、ハウジングの収容部の内面におけるセンサ保持体のうちの収容部の開口部側の端部に対応する部位に溝部を形成し、この溝部に高強度を有する部材から形成された抜止め手段を嵌合することにより、該抜止め手段によりセンサ保持体が収容部内から抜けることを止めるように構成し、更に、収容部の開口部に嵌合されるプラグを備え、抜止め手段をプレートにより構成すると共に、前記プレートが前記収容部の溝部から外れる方向へ移動することを前記プラグにより規制するように構成した。この構成によれば、高強度を有するプレートによってセンサ保持体が収容部内から抜け出ることを防止したので、センサ保持体の固定強度を高くすることができる。この結果、耐圧を十分大きくすることができる。この構成の場合、プレートを収容部の溝部に嵌合すると共に、プレートの外れ方向への移動をプラグにより規制するだけであるから、組立作業性も向上する。そして、上記構成では、ねじ締めする構成とは異なり、ねじ部の長さ寸法を長くする必要もないので、全体の構成が大形化することもない。
【００１０】
請求項２の発明においては、前記プレートを、高炭素鋼製の複数のプレートにより構成したので、複数のプレートの外れ防止を簡単な構成にて容易に実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をシールダイヤフラム形圧力検出器に適用した第１の実施例について、図１ないし図３を参照しながら説明する。まず、図１は圧力検出器の縦断面を示す図である。この図１において、圧力検出器のハウジング１は、例えば炭素鋼から形成されており、基部２と、この基部２の図１中下面中央部に下方へ向けて突設された凸部３とから構成されている。基部２には、上面が開口すると共に横断面形状が円形の収容部４が形成されている。この収容部４の内底部の中心部には、貫通孔５が下方へ向けて上記凸部３を貫通するように形成されており、この貫通孔５が圧力導入孔となっている。尚、上記凸部３の外周部には、圧力検出器を他の機器に取り付けるためのねじ部３ａが形成されている。
【００１２】
また、ハウジング１の収容部４内には、センサ保持体である例えばステム６が収容されている。このステム６は、例えばＳ１５Ｃ程度の炭素鋼から形成されており、全体としてほぼ円盤状をなしている。上記ステム６の図１中下面側には、外周から中心に向けて３段に深くなる凹部状をなす素子収容室７が形成されている。この素子収容室７の最深部の凹部７ａ内には、圧力センサ素子として例えば半導体圧力センサ素子８が収容されて固定されている。
【００１３】
この場合、半導体圧力センサ素子８は、例えばシリコンから形成されており、具体的には、シリコン基板にイオン注入法により４個のピエゾ抵抗素子を形成すると共に、これら４個のピエゾ抵抗素子をブリッジ接続して構成されている。そして、この半導体圧力センサ素子８を例えばガラス製の台座９に陽極接合した後、この台座９を上記ステム６の最深部の凹部７ａの内底面に接着剤により固着している。
【００１４】
また、ステム６の素子収容室７の中段部７ｂ（最深部の凹部７ａの周囲）には、複数例えば４個の貫通孔１０が縦方向に形成されている。これら貫通孔１０には、例えばアロイ等からなるピン形リード１１が挿通されている。このピン形リード１１と貫通孔１０との間には、ハーメチックガラス１２が充填固化されており、もって両者間が気密に封止されている。上記ピン形リード１１と半導体圧力センサ素子８とは、例えばアルミ製等の細線１３を介してワイヤボンディングされている。
【００１５】
そして、ステム６の素子収容室７の開口部（即ち、素子収容室７の最浅の段部７ｃの開口部）は、例えばステンレス製のダイヤフラム１４により閉塞されている。このダイヤフラム１４は例えばステンレス製の固定リング１５と上記素子収容室７の段部７ｃとの間に挟まれていると共に、これら３つの部材は例えばレーザ溶接することにより気密に接合されている。
【００１６】
更に、ステム６の素子収容室７内には、絶縁オイル例えばシリコンオイル１６が充填されている。この場合、シリコンオイル１６は、ステム６の中段部７ｂに縦方向に貫通するように形成された注入孔１７を通して素子収容室７内に注入されるように構成されている。上記注入孔１７は、ステンレス製のエキスパンダ１８により封止される構成となっている。そして、上述したステム６、半導体圧力センサ素子８、ダイヤフラム１４、固定リング１５及びシリコンオイル１６等によりセンサコア部が構成されている。
【００１７】
一方、ステム６の外周部には、環状の溝部１９が形成されており、この溝部１９内にＯリング２０が嵌合されている。このＯリング２０によりステム６の外周部とハウジング１の収容部４の内周面部との間がシールされている。また、ステム６の外周部の図１中上部には環状の凸部２１が形成されており、この凸部２１はハウジング１の収容部４の内面部に形成された環状の溝部２２に嵌合するように構成されている。
【００１８】
さて、ハウジング１の収容部４の内面部におけるステム６のうちの収容部４の開口部側の端部（図１中上端部）に対応する部位には、環状の溝部２３が形成されている。この溝部２３内に、高強度を有する部材である例えばＳ６０Ｃ〜Ｓ８０Ｃ程度の高炭素鋼からなるＣリング２４が嵌合されている。このＣリング２４によって、ステム６がハウジング１の収容部４内から抜け出ることを阻止するように構成されている。この場合、Ｃリング２４が本発明の抜止め手段を構成している。
【００１９】
ここで、上記Ｃリング２４の装着方法について図２及び図３を参照して説明する。Ｃリング２４の両端部には、図２に示すように、孔２４ａ、２４ａが形成されている。この孔２４ａ、２４ａに図示しない装着用工具に設けられたピン部を嵌合させてから、該装着用工具によりＣリング２４を図２中２点鎖線で示すように外径寸法を小さくさせるように弾性変形させ、この状態で上記Ｃリング２４をハウジング１の収容部４内に挿入し、図３（ａ）に示すように、溝部２３の位置まで入れる。続いて、装着工具のピン部をＣリング２４の孔２４ａから抜くと、Ｃリング２４の外径寸法が図２中実線で示すように大きくなり、図３（ｂ）に示すように、Ｃリング２４が溝部２３に嵌合する。
【００２０】
この場合、溝部２３の開口縁部は、図３中上側の開口縁部２３ａの方が下側の開口縁部２３ｂよりも低くなるように構成されている。これにより、Ｃリング２４を溝部２３に嵌合させ易くしている。尚、本実施例の場合、上記開口縁部２３ａ側の溝部２３の深さ寸法は、約０．２〜０．３ｍｍ程度に設定されている。
【００２１】
また、図１に示すように、ハウジング１の収容部４の開口部には、例えばＰＢＴ等のプラスチックから形成されたプラグ２５が嵌合されて固定されている。具体的には、プラグ２５の図１中下端部２５ａに形成された鍔状部２５ｂを収容部４の開口部内に嵌合した後、ハウジング１の図１中上端部に突設された突片部２６をかしめることにより、プラグ２５をハウジング１に固定している。
【００２２】
ここで、プラグ２５の図１中下端部２５ａの外周部には、Ｏリング２７が装着されている。このＯリング２７によりプラグ２５の下端部２５ａの外周部と収容部４の内面部との間が気密にシールされている。また、プラグ２５には、前記ピン形リード１１に例えば溶接により接続されたリード端子２８が貫通支持されている。これらリード端子２８がプラグ２５の接続用の端子となっている。尚、プラグ２５には、外部の機器に接続するためのコネクタが着脱可能に嵌合接続されるように構成されている。
【００２３】
さて、上述した構成の圧力検出器においては、圧力がハウジング１の圧力導入孔５を通してダイヤフラム１４に加わると、ダイヤフラム１４が変形することにより、上記圧力がシリコンオイル１６へ伝わり、更に、半導体圧力センサ素子８へ伝わる。これにより、半導体圧力センサ素子８は上記伝わった圧力の大きさに対応する圧力検知信号を発生し、この圧力検知信号はピン形リード１１及びリード端子２８を介して外部へ出力されるように構成されている。
【００２４】
このような構成の本実施例によれば、Ｓ６０Ｃ〜Ｓ８０Ｃ程度の高炭素鋼からなるＣリング２４によって、ステム６がハウジング１の収容部４内から抜け出ることを阻止する構成としたので、圧力検出器の耐圧を約６０ＭＰａ程度にすることができる。これにより、本実施例の圧力検出器を、自動車のブレーキ圧や燃料圧やエンジン油圧等の圧力を検出する用途に十分使用することができる。そして、本実施例の場合、Ｃリング２４を収容部４の溝部２３に嵌合するだけであるから、ねじ締めする従来構成に比べて、組立作業性を向上することができる。また、上記実施例の構成では、ねじ締めする従来構成とは異なり、ねじ部の長さ寸法を長くする必要もないので、全体の構成を小形化することができる。
【００２５】
図４及び図５は本発明の第２の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第１の実施例と同一部分には、同一符号を付している。上記第２の実施例においては、図４及び図５に示すように、Ｃリング２４に代えて、Ｃリング２４と同じ鋼板製の複数枚である例えば４枚のプレート２９によりステム６の抜け止めを行っている。
【００２６】
具体的には、ハウジング１の収容部４の内面に、環状の溝部２３に代えて、各プレート２９の幅寸法よりもやや長い溝部３０をほぼ等間隔に４か所形成している。また、プラグ２５の下端部２５ａを図５中下方へ少し延ばして規制部２５ｃを形成している。
【００２７】
この構成の場合、ハウジング１の収容部４内にステム６を収容した後、４枚のプレート２９を収容部４の内面の溝部３０に嵌合し、そして、プラグ２５を収容部４の開口部に嵌合してから、ハウジング１の突片部２６をかしめることにより、プラグ２５をハウジング１に固定するように構成されている。このように組み立てた状態では、各プレート２９の中心側の端部がプラグ２５の規制部２５ｃの外周面に当接することにより、各プレート２９が収容部４の各溝部３０から外れる方向へ移動することが規制される構成となっている。尚、上述した以外の第２の実施例の構成は、第１の実施例の構成と同じ構成となっている。
【００２８】
従って、上記第２の実施例においても、第１の実施例と同じ作用効果を得ることができる。特に、第２の実施例では、Ｃリング２４に代えて４枚のプレート２９を使用する構成であるので、製造コストが一層安くなる。
【００２９】
また、図６は本発明の第３の実施例を示すものであり、第２の実施例と異なるところを説明する。尚、第２の実施例と同一部分には、同一符号を付している。上記第３の実施例においては、図６に示すように、４枚のプレート２９に代えて、同じ鋼板製の２枚のプレート３１によりステム６の抜け止めを行っている。各プレート３１は、ほぼ半円に近い扇形状に形成されている。そして、ハウジング１の収容部４の内周面には、各プレート３１の外周部の長さ寸法よりもやや長い溝部３２がほぼ対称に２か所形成されている。
【００３０】
更に、各プレート３１の中心側の端部は、プラグ２５の規制部２５ｃの外周面に当接することにより、各プレート３１が収容部４の各溝部３２から外れる方向へ移動することが規制される構成となっている。尚、上述した以外の第３の実施例の構成は、第２の実施例の構成と同じ構成となっている。従って、上記第３の実施例においても、第２の実施例と同じ作用効果を得ることができる。
【００３１】
尚、上記第２または第３の実施例では、プレート２９、３１の枚数を４枚または２枚としたが、これに限られるものではなく、１枚、３枚或いは５枚以上としても良い。また、プレートの形状も適宜設計すれば良い。更に、上記各実施例では、圧力センサ素子として半導体圧力センサ素子８を用いる構成としたが、これに限られるものではなく、例えば圧電素子からなる圧力センサ素子や、半導体以外の材料から形成された圧力センサ素子を用いる構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す圧力検出器の縦断面図
【図２】Ｃリングの上面図
【図３】Ｃリングを装着する方法を示す部分縦断面図
【図４】本発明の第２の実施例を示すプレートの嵌合部分を示す横断面図
【図５】図１相当図
【図６】本発明の第３の実施例を示す図４相当図
【符号の説明】
１はハウジング、２は基部、３は凸部、４は収容部、５は圧力導入孔、６はステム（センサ保持体）、７は素子収容室、８は半導体圧力センサ素子、１４はダイヤフラム、１５は固定リング、１６はシリコンオイル、２３は溝部、２４はＣリング（抜止め手段）、２５はプラグ、２５ａは下端部、２５ｃは規制部、２６は突片部、２９はプレート（抜止め手段）、３０は溝部、３１はプレート（抜止め手段）、３２は溝部を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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