(57)【要約】【課題】センサチップを貼り付ける低融点ガラスのサイズの縮小化を図ることで、センサ特性のばらつきを抑制する。【解決手段】金属ステム３０に凹部３０ａを設け、この凹部３０ａに低融点ガラス５１を配置する。そして、凹部３０ａ内にセンサチップ５０を収容し、低融点ガラス５１を介して金属ステム３０に接合する。これにより、センサチップ５０が低融点ガラス５１内において移動したとしても、その移動量が低融点ガラス５１のサイズに制限されるため、従来と比べて、センサチップ５０の歪み部３２の中心部からのズレ量を少なくすることが可能となる。したがって、センサごとの感度がばらつくなど、センサ特性のばらつきを抑制することが可能となる。【選択図】図２
2008082825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面が被測定圧力を受ける受圧面（１１）となっており、この受圧面（１１）に前記被測定圧力を受けて歪む受圧用ダイアフラム（１０）と、
一端部が前記受圧用ダイアフラム（１０）の前記受圧面（１１）とは反対側となる他面に接触している圧力伝達部材（６０）と、
前記圧力伝達部材（６０）の前記一端部とは反対の他端部側に設けられ、前記受圧用ダイアフラム（１０）が受けた被測定圧力に応じた力が前記圧力伝達部材（６０）を介して加えられることで、それに応じた信号を発生する感歪素子が形成されたセンサチップ（５０）とを備える圧力センサにおいて、
前記センサチップ（５０）が貼り付けられると共に、前記圧力伝達部材（６０）から加えられる前記被測定圧力に応じた力に基づいて変位する歪み部（３２）を備えた金属ステム（３０）と、
前記金属ステム（３０）における前記歪み部（３２）に前記センサチップ（５０）を貼り付ける接着材（５１）とを有し、
前記金属ステム（３０）のうち前記センサチップ（５０）が配置される場所には凹部（３０ａ）が形成されており、該凹部（３０ａ）内に前記接着剤（５１）が充填されていると共に、前記凹部（３０ａ）内に前記センサチップ（５０）が収容されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記凹部（３０ａ）は、前記金属ステム（３０）のうち前記歪み部（３２）となる場所を部分的に凹ませることで形成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。
【請求項３】
前記凹部（３０ａ）は、前記金属ステム（３０）のうち前記歪み部（３２）が形成される面に該凹部（３０ａ）を囲む突起部（３０ｂ）を形成することにより構成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。
【請求項４】
前記凹部（３０ａ）は、前記センサチップ（５０）の上面側から見たときの上面形状が円形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。
【請求項５】
前記センサチップ（５０）は１．７ｍｍ□の正方形で構成され、
前記凹部（３０ａ）により構成される前記円形の直径は、２．４ｍｍ以上かつ３．１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記凹部（３０ａ）は、前記センサチップ（５０）の上面側から見たときの上面形状が多角形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。
【請求項７】
前記センサチップ（５０）は１．７ｍｍ□の正方形で構成され、
前記凹部（３０ａ）により構成される前記多角形の各辺は、前記センサチップ（５０）が収容されるサイズであり、かつ、該多角形の対角線の長さが３．１ｍｍ未満とされていることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記凹部（３０ａ）の深さは、前記接着剤（５１）の膜厚よりも深く設定されていることを特徴とする請求項１ないし７に記載の圧力センサ。
【請求項９】
前記接着剤（５１）は、前記凹部（３０ａ）内に流し込まれていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の圧力センサ。
【請求項１０】
前記接着剤（５１）は、低融点ガラス（５１）であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一面が被測定圧力を受ける受圧面となっている圧力センサに関するものであり、エンジンに取りつけエンジンの燃焼室内の圧力を測定するために用いられる圧力センサ（燃焼圧センサ）に適用すると好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の圧力センサとして、ケースの一端部に、一面が被測定圧力を受ける受圧面となっている受圧用ダイアフラムが設けられ、受圧用ダイアフラムがその受圧面に被測定圧力を受けて歪むと、その歪が圧力伝達部材を介して感歪素子が形成されたセンサチップに伝えられ、それにより生じる感歪素子の出力変化に基づいて被測定圧力を検出するようにしたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような圧力センサは、たとえば、自動車のエンジンに設けられた燃焼室に通じる取付穴に対して、ケースの一端部側すなわち受圧用ダイアフラム側から挿入して取りつけられる。このため、感歪素子が形成されたセンサチップが高温下に曝されないように、受圧用ダイアフラムを燃焼室側に露出させ、上述した圧力伝達部材を介して感歪素子に被測定圧力に応じた力が加えられるような構造とされている。
【特許文献１】特開平７−１９９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような圧力センサにおいて、本発明者らは先に、例えば薄肉な歪み部が備えられた金属ステムにおける歪み部にセンサチップを貼り付け、歪み部が圧力伝達部材から伝えられる力によって歪むことにより、歪み部に貼り付けられたセンサチップも歪むようにし、センサチップに形成された感歪素子の出力変化に基づいて被測定圧力を検出する構造を提案している（例えば、特願２００５−３２３４４４参照）。
【０００５】
図６は、上記のような圧力センサにおける金属ステムＪ１上へのセンサチップＪ２の搭載状態を示したものであり、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は上面図である。
【０００６】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、圧力に応じた力が加えられる歪み部Ｊ３の上に、接着材料となる低融点ガラスＪ４を印刷形成し、この低融点ガラスＪ４にセンサチップＪ２を貼り付けている。しかしながら、低融点ガラスＪ４の印刷形成に限界があり、例えばφ３．１ｍｍ以下では印刷できない。このため、それよりもサイズが小さなセンサチップＪ２が低融点ガラスＪ４上で図中矢印のように移動してしまい、センサチップＪ２を歪み部Ｊ３の中心部に配置できなくなって、センサごとに感度がばらつくなど、センサ特性がばらつくという問題が発生する。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、センサチップを貼り付ける低融点ガラスのサイズの縮小化を図ることで、センサ特性のばらつきを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、センサチップ（５０）が貼り付けられると共に、圧力伝達部材（６０）から加えられる被測定圧力に応じた力に基づいて変位する歪み部（３２）を備えた金属ステム（３０）と、金属ステム（３０）における歪み部（３２）にセンサチップ（５０）を貼り付ける接着材（５１）とを有し、金属ステム（３０）のうちセンサチップ（５０）が配置される場所には凹部（３０ａ）が形成されており、該凹部（３０ａ）内に接着剤（５１）が充填されていると共に、凹部（３０ａ）内にセンサチップ（５０）が収容されていることを特徴としている。
【０００９】
このように、金属ステム（３０）に凹部（３０ａ）を設け、この凹部（３０ａ）に接着剤（５１）を配置した構造としている。そして、凹部（３０ａ）内にセンサチップ（５０）を収容し、接着剤（５１）を介して金属ステム（３０）に接合している。このため、センサチップ（５０）が接着剤（５１）内において移動したとしても、その移動量が接着剤（５１）のサイズに制限されるため、従来と比べて、歪み部（３２）の中心部からのセンサチップ（５０）のズレ量を少なくすることが可能となる。これにより、センサごとの感度がばらつくなど、センサ特性のばらつきを抑制することが可能となる。
【００１０】
例えば、金属ステム（３０）のうち歪み部（３２）となる場所を部分的に凹ませることで凹部（３０ａ）を形成することができる。また、金属ステム（３０）のうち歪み部（３２）が形成される面に該凹部（３０ａ）を囲む突起部（３０ｂ）を形成することにより凹部（３０ａ）を構成することもできる。
【００１１】
このような凹部（３０ａ）は、例えば、センサチップ（５０）の上面側から見たときの上面形状が円形とされる。この場合において、センサチップ（５０）が１．７ｍｍ□の正方形で構成されているのであれば、凹部（３０ａ）により構成される円形の直径を２．４ｍｍ以上かつ３．１ｍｍ未満にすることができる。
【００１２】
また、凹部（３０ａ）は、センサチップ（５０）の上面側から見たときの上面形状が多角形とされていても良い。この場合において、センサチップ（５０）が１．７ｍｍ□の正方形で構成されているのであれば、凹部（３０ａ）により構成される多角形の各辺をセンサチップ（５０）が収容されるサイズ、かつ、該多角形の対角線の長さが３．１ｍｍ未満とされるようにすることができる。
【００１３】
また、凹部（３０ａ）の深さは、接着剤（５１）の膜厚よりも深く設定される。なお、凹部（３０ａ）への接着剤（５１）の配置は、凹部（３０ａ）内に接着剤（５１）を流し込むことにより行うことができる。このような接着剤（５１）としては、例えば低融点ガラス（５１）を用いることができる。
【００１４】
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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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、図中、同一符号を付してある。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１００のエンジン２００への取付構造を示す概略断面図であり、本圧力センサ１００は、エンジン２００の燃焼室２０２内の圧力を検出する燃焼圧センサとして適用されるものである。
【００１７】
この圧力センサ１００は、大きくは、ケース１と、このケース１に接続されたコネクタ部２とを有するものである。また、エンジン２００には、燃焼室２０２に通じる取付穴２０１が設けられており、圧力センサ１００のケース１は、その一端部（図１中の下端部）から取付穴２０１に挿入されて、エンジン２００の燃焼室２０２に臨んだ状態となっている。
【００１８】
ケース１は、その一端部に受圧部としての受圧用ダイアフラム１０を有する。本例では、ケース１は筒状をなすもので、その一端部側から有底筒状のメタルパイプ２０、筒状の金属ステム３０、筒状のハウジング４０が、順次、溶接やロウ付け、接着などにより接続され一体化されたものである。そして、このケース１の他端部すなわちハウジング４０に対して、コネクタ部２が接続されている。
【００１９】
まず、ハウジング４０は、たとえばステンレスなどの金属により構成される。このハウジング４０の外面には、エンジン２００の取付穴２０１に対して圧力センサ１００を固定するための取付部となるネジ部４１が形成されている。取付部はネジ部４１以外の構成であっても構わないが、本実施形態では、取付穴２０１とネジ結合可能なネジ部４１を用い、ネジ部４１とネジ穴としての取付穴２０１とのネジ結合により、圧力センサ１００をエンジン２００に取り付けている。
【００２０】
金属ステム３０は、中空筒形状に加工されたステンレスなどの金属製の部材であり、メタルパイプ２０側の端部が開口部３１、ハウジング４０側の端部が閉塞された薄肉状の歪み部３２となっている。
【００２１】
この金属ステム３０の歪み部３２は、受圧用ダイアフラム１０が受けた圧力Ｐが、後述する圧力伝達機構により印加されることで、歪むようになっている。そして、この歪み部３２には、当該歪み部３２の圧力による歪みに基づいて信号を発生する感歪素子を有するセンサチップ５０が設けられている。
【００２２】
図２は、金属ステム３０およびセンサチップ５０の部分拡大断面図である。図１および図２に示すように、金属ステム３０のうちセンサチップ５０を設ける側の端面には、凹部３０ａが形成されており、この凹部３０ａ内に接着剤として例えば低融点ガラス５１が充填されている。この低融点ガラス５１を介してセンサチップ５０が金属ステム３０に接合されている。
【００２３】
凹部３０ａは、例えば、１．７ｍｍ□の正方形で構成されるセンサチップ５０の対角線の長さ２．４ｍｍ（１．７×２1/2ｍｍ）以上かつ３．１ｍｍ未満の円形にて構成され、この凹部３０ａ内にセンサチップ５０が収容される程度の大きさとされている。凹部３０ａの深さは任意であるが、凹部３０ａの端部がセンサチップ５０の移動を規制するストッパーとしての役割を果たすように、低融点ガラス５１の膜厚よりも大きく設定されている。
【００２４】
低融点ガラス５１は、流し込みによって凹部３０ａ内に充填される。このような流し込みによれば、低融点ガラス５１を印刷形成する場合と比べて、低融点ガラス５１の供給自由度が高くなり、低融点ガラス５１のサイズを縮小化することが可能となる。すなわち、低融点ガラス５１を印刷形成する場合には、印刷に用いるマスクのサイズの限界から必然的に印刷可能なサイズが決まってくる。しかしながら、このように低融点ガラス５１を流し込みにより形成すれば、そのような制約が無いため、低融点ガラス５１のサイズを自由に設定できる。そして、本実施形態の場合には、凹部３０ａに低融点ガラス５１を流し込んでいることから、低融点ガラス５１のサイズは凹部３０ａのサイズとなり、低融点ガラス５１は、２．４ｍｍ以上かつ３．１ｍｍ未満の円形で構成される。
【００２５】
図３は、金属ステム３０への低融点ガラス５１の流し込みおよびセンサチップ５０の貼り付け工程を示した拡大斜視図である。図３（ａ）に示すように凹部３０ａが形成された金属ステム３０に対して、図３（ｂ）に示すように凹部３０ａに低融点ガラス５１を流し込む。そして、図３（ｃ）に示すように凹部３０ａ内に収容されるようにセンサチップ５０を配置することで、低融点ガラス５１を介して金属ステム３０にセンサチップ５０を貼り付ける。これにより、図１および図２に示す構造が得られる。
【００２６】
センサチップ５０は、たとえば、半導体チップに感歪素子を構成する拡散抵抗などからなる歪みゲージを形成し、このゲージによりホイートストンブリッジ回路を形成することにより構成される。
【００２７】
また、この金属ステム３０の外周面には、周面と直交する方向へ張り出したテーパ状のシール面３３が全周に形成されている。また、このシール面３３に対向する取付穴２０１の内面は、シール面３３に対応したテーパ状の座面となっている。
【００２８】
そして、圧力センサ１００をエンジン２００へネジ結合したとき、その軸力により、このケース１のシール面３３とエンジン２００の取付穴２０１の内面とが密着してシールがなされる。
【００２９】
メタルパイプ２０は、ステンレスなどの金属製のものであり、金属ステム３０の開口部３１に嵌め込まれて、接合固定されている。そして、上記受圧用ダイアフラム１０は、このメタルパイプ２０における燃焼室２０２側の端部すなわちケース１の一端部に接合されている。
【００３０】
この受圧用ダイアフラム１０は、たとえばステンレスなどの金属製円形板状のものであり、その一面１１すなわち燃焼室２０２に面する一面１１が、被測定圧力としての燃焼室２０２内の圧力Ｐを受ける受圧面となっている。以下、この一面１１を受圧面という。
【００３１】
そして、この圧力センサ１００のエンジン２００への取付状態においては、被測定雰囲気である燃焼室２０２内の圧力Ｐは、図１中の白抜き矢印に示されるように、ケース１の一端部に位置する受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１に印加され、この圧力Ｐの印加により、受圧用ダイアフラム１０は、歪み変形するようになっている。
【００３２】
また、金属ステム３０の中空部およびメタルパイプ２０の中空部により形成される空間内部には、圧力伝達部材６０が設けられている。この圧力伝達部材６０は、例えばステンレスなどの金属やセラミックなどからなるものであり、本実施形態では棒状をなす。
【００３３】
圧力伝達部材６０の各端部は、それぞれ金属ステム３０の歪み部３２、受圧用ダイアフラム１０における一面１１とは反対側の他面に対して荷重を与えた状態で接触しており、圧力Ｐは、受圧用ダイアフラム１０から圧力伝達部材６０を介して金属ステム３０の歪み部３２に印加されるようになっている。
【００３４】
本実施形態の場合、このような圧力検出機構により、受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１にて受けた圧力Ｐが金属ステム３０の歪み部３２に伝達され、この歪み部３２の歪みに基づいて上記センサチップ５０から信号が出力されるようになっている。
【００３５】
また、図１に示されるように、ハウジング４０の内部には、セラミック基板などからなる配線基板４２が設けられている。そして、配線基板４２にはＩＣチップ４３が搭載され、図示しないボンディングワイヤなどにより配線基板４２と電気的に接続されている。このＩＣチップ４３は、センサチップ５０からの出力を増幅したり調整したりするための回路が形成されたものである。
【００３６】
さらに、図１に示されるように、ハウジング４０内において、このＩＣチップ４３とセンサチップ５０とは、リード線やフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などからなる配線部材４４により電気的に接続されている。
【００３７】
そして、上記コネクタ部２は、ハウジング４０に対して、Ｏリング４５を介して接続されている。このコネクタ部２は樹脂などからなるもので、コネクタ部２には、金属製のターミナル２ａがインサート成形などにより一体化されている。このコネクタ部２は、一端側がハウジング４０の開口部に挿入された状態でハウジング４０に、かしめなどにより組み付けられ、ハウジング４０と一体に固定されている。
【００３８】
また、ハウジング４０内にてコネクタ部２のターミナル２ａは、配線基板４２と電気的に接続されている。そして、ターミナル２ａは自動車のＥＣＵなどに対して、電気的に接続可能となっており、それにより、圧力センサ１００は外部との信号のやりとりなどが可能になっている。
【００３９】
このように構成された圧力センサ１００は、ターミナル２ａを介して電力供給を受けて作動する。そして、受圧用ダイアフラム１０が受けた圧力Ｐに応じてセンサチップ５０から信号が出力されると、その信号が配線部材４４を介してＩＣチップ４３に伝えられる。これにより、ＩＣチップ４３に備えられた処理回路等によって信号処理が行われた後、その信号が配線基板４２およびターミナル２ａを通じて出力される。
【００４０】
以上のように構成された圧力センサ１００によれば、金属ステム３０に凹部３０ａを設け、この凹部３０ａに低融点ガラス５１を配置した構造としている。そして、凹部３０ａ内にセンサチップ５０を収容し、低融点ガラス５１を介して金属ステム３０に接合している。このため、センサチップ５０が低融点ガラス５１内において移動したとしても、その移動量が低融点ガラス５１のサイズに制限されるため、従来と比べて、センサチップ５０の歪み部３２の中心部からのズレ量を少なくすることが可能となる。これにより、センサごとの感度がばらつくなど、センサ特性のばらつきを抑制することが可能となる。
【００４１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本実施形態の圧力センサ１００における金属ステム３０、センサチップ５０および低融点ガラス５１の拡大斜視図である。
【００４２】
上記第１実施形態では、金属ステム３０に形成した凹部３０ａが上面形状円形となるようにしているが、本実施形態のように凹部３０ａが上面形状四角形（例えば正方形）となるようにしても良い。
【００４３】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図５は、本実施形態の圧力センサ１００における金属ステム３０、センサチップ５０および低融点ガラス５１の拡大断面図である。
【００４４】
上記第１実施形態では、金属ステム３０を部分的に凹ませた凹部３０ａを設けることで薄肉部となる歪み部３２を形成しているが、歪み部３２の周囲、具体的にはセンサチップ５０を配置する領域を囲むように突起部３０ｂを形成することで凹部３０ａを形成するようにしても構わない。なお、突起部３０ｂの上面形状は、第１実施形態で示したような円形でも良いし、第２実施形態で示した四角形でも構わない。
【００４５】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、凹部３０ａや突起部３０ｂの上面形状が円形や四角形を例に挙げて説明したが、これらは一例を示したものであり、例えば、上面形状が四角形以上の多角形としても良いし、楕円形状としても良い。なお、凹部３０ａの上面形状を多角形とする場合には、多角形の各辺は、センサチップ５０が収容されるサイズであり、かつ、多角形の対角線の長さが３．１ｍｍ未満となるように設定される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態における圧力センサの断面構成を示す図である。
【図２】図１に示す圧力センサにおける金属ステムおよびセンサチップの部分拡大断面図である。
【図３】金属ステムへの低融点ガラスの流し込みおよびセンサチップの貼り付け工程を示した拡大斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態の圧力センサにおける金属ステム、センサチップおよび低融点ガラスの拡大斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態の圧力センサにおける金属ステム、センサチップおよび低融点ガラスの拡大断面図である。
【図６】本発明者らが先に提案している圧力センサにおける金属ステム上への感歪素子の搭載状態を示したものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…ケース、２…コネクタ部、１０…受圧用ダイアフラム、１１…受圧面、２０…メタルパイプ、３０…金属ステム、３１…開口部、３２…歪み部、３３…シール面、４０…ハウジング、４２…配線基板、４３…チップ、４４…配線部材、５０…センサチップ、５１…低融点ガラス、６０…圧力伝達部材、１００…圧力センサ、２００…エンジン、２０１…取付穴、２０２…燃焼室。
【図１】
2008082825.tif 000003
【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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