(57)【要約】【課題】  圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部と、中空筒状をなす金属製のステムを有する圧力センサにおいて、ステムを相手部材に取り付ける際に、ステムにおける相手部材への取付部からの熱によってセンシング部の特性が阻害されるのを抑制する。【解決手段】  中空筒状をなすものであって軸一端側のダイアフラム１１上に圧力検出用のセンシング部としてのセンサチップ２０を有するとともに軸他端側に中空部へ圧力を導入するための開口部１２を有するステム１０を備え、ステム１０の軸他端側の部位が相手部材１００に取り付けられる圧力センサＳ１において、ステム１０の外周面のうち相手部材１００に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位に、当該外周面より凹んだ凹部１３が形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空筒状をなすものであって軸一端側に圧力検出用のセンシング部（２０）を有するとともに軸他端側に中空部へ圧力を導入するための開口部（１２）を有するステム（１０）を備え、
前記ステム（１０）の軸他端側の部位にて相手部材（１００）に取り付けられるようになっている圧力センサにおいて、
前記ステム（１０）の外周面のうち前記相手部材（１００）に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位には、凹部（１３）および凸部（１４）の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記ステム（１０）は、軸一端側に圧力によって変形可能なダイアフラム（１１）を有するものであり、
前記センシング部（２０）は、前記ダイアフラム（１１）上に設けられ、前記ダイアフラム（１１）の変形に応じた電気信号を出力するものであ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】
前記ステム（１０）の軸他端側の部位にて相手部材（１００）に対して溶接されることにより取り付けられるようになっ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。
【請求項４】
前記センシング部（２０）は、半導体よりなるものであ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空筒状をなすステムの軸一端側に圧力検出用のセンシング部を有し、ステムの軸他端側を相手部材に取り付けて当該軸他端側の開口部からステムの中空部を介してセンシング部へ圧力を導入するようにした圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の圧力センサとしては、圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部と、中空筒状をなす金属製のステムを有する圧力センサが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この圧力センサは、中空筒状をなすものであって軸一端側に圧力検出用のセンシング部を有するとともに軸他端側に中空部へ圧力を導入するための開口部を有するステムを備え、ステムの軸他端側の部位にて、ハウジングや被測定部材などの相手部材に取り付けられるようになっている。
【０００４】
ここで、この種の圧力センサでは、上記特許文献１に記載されているように、ステムは、ねじ締めなどにより相手部材に取り付けられており、この場合、圧力センサの相手部材への取付時において熱の発生は無く、センシング部への熱の影響も当然考慮する必要がなかった。
【０００５】
しかし、近年、体格の小型化の要求が増してきており、上記したねじ締め等以外の固定方法で、圧力センサを相手部材に取り付ける必要が出てきている。これを達成する手段として、たとえば、圧力センサを相手部材に対してレーザ溶接などの溶接を用いて接合する方法が採用されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００６】
この方法を採用すれば、ステムを相手部材に対して溶接するだけで圧力センサの相手部材への取付がなされるため、ねじ締めに比べて部品点数が少なくなるなど、センサの取付構造において適切に小型化を実現することができる。
【特許文献１】特開２００１−２７２２９７号公報
【特許文献２】特表２００３−５２２６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、センシング部が設けられているステムの熱伝導率が高いような場合には、ステムを相手部材へ取り付ける際すなわち溶接時に発生する熱が、ステムを通じてセンシング部に伝わるため、センシング部の特性すなわちセンサ特性が阻害されるという懸念がある。
【０００８】
これは、センシング部がたとえば半導体素子で作られているような場合に、特に顕著に現われることが想定される。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、中空筒状をなすステムの軸一端側に圧力検出用のセンシング部を有し、ステムの軸他端側を相手部材に取り付けて当該軸他端側の開口部からステムの中空部を介してセンシング部へ圧力を導入するようにした圧力センサにおいて、ステムを相手部材に取り付ける際に、ステムにおける相手部材に取り付けられた部位からの熱によってセンシング部の特性が阻害されるのを極力抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、中空筒状をなすものであって軸一端側に圧力検出用のセンシング部（２０）を有するとともに軸他端側に中空部へ圧力を導入するための開口部（１２）を有するステム（１０）を備え、ステム（１０）の軸他端側の部位にて相手部材（１００）に取り付けられるようになっている圧力センサにおいて、ステム（１０）の外周面のうち相手部材（１００）に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位には、凹部（１３）および凸部（１４）の少なくとも一方が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
それによれば、ステム（１０）の外周面のうち相手部材（１００）に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位に、凹部（１３）や凸部（１４）を形成した分、ステム（１０）の熱抵抗や放熱面積を大きくすることができる。
【００１２】
そのため、ステム（１０）を相手部材（１００）に取り付ける際に、ステム（１０）において、相手部材（１００）に取り付けられた部位から軸一端側に位置するセンシング部（２０）へ向かう熱の量を低減することができる。
【００１３】
したがって、本発明によれば、ステム（１０）を相手部材（１００）に取り付ける際に、ステム（１０）における相手部材（１００）に取り付けられた部位からの熱によってセンシング部（２０）の特性が阻害されるのを極力抑制することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の圧力センサにおいて、ステム（１０）は、軸一端側に圧力によって変形可能なダイアフラム（１１）を有するものであり、センシング部（２０）は、ダイアフラム（１１）上に設けられ、ダイアフラム（１１）の変形に応じた電気信号を出力するものであることを特徴としている。
【００１５】
ステムの軸一端側の部位およびセンシング部の構成としては、このようなものにすることができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の圧力センサにおいて、ステム（１０）の軸他端側の部位にて相手部材（１００）に対して溶接されることにより取り付けられるようになっていることを特徴としている。
【００１７】
この場合、ステム（１０）を相手部材（１００）に取り付ける際に、ステム（１０）における相手部材（１００）との溶接部にて大きな熱が発生するが、本発明では、上述したように、この発生した熱をセンシング部（２０）に伝わりにくくできることから、効果的である。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３に記載の圧力センサにおいて、センシング部（２０）は、半導体よりなるものであることを特徴としている。
【００１９】
このように、センシング部（２０）が半導体よりなるものである場合、熱に弱いため、ステム（１０）において相手部材（１００）との取り付け部からセンシング部（２０）へ向かう熱量を低減することは有効である。
【００２０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
【００２２】
以下の各実施形態に係る圧力センサは、たとえば自動車のブレーキシステムにおけるブレーキオイルの圧力を検出する圧力センサや、自動車の燃料噴射系における燃料パイプ内の圧力を検出する圧力センサ等に適用することができる。
【００２３】
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、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２４】
（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Ｓ１の全体構成を示す概略縦断面図である。
【００２５】
［圧力センサの構成］
図１に示されるように、ステム１０は、内部に中空部を有する有底筒状のもの、すなわち中空筒状をなす金属製のものである。このステム１０は、基本的には円筒体を加工することにより容易に形成することができる。
【００２６】
この中空筒状をなすステム１０は、軸一端側（図１中の上方）に圧力検出用のセンシング部としてのセンサチップ２０を有するとともに軸他端側（図１中の下方）に中空部へ圧力を導入するための開口部１２を有する。
【００２７】
本実施形態では、図１に示されるように、ステム１０は、軸一端側に圧力によって変形可能なダイアフラム１１を有するものである。
【００２８】
そして、センサチップ２０は、このダイアフラム１１上に設けられ、ダイアフラム１１の変形に応じた電気信号を出力するものである。ここで、ダイアフラム１１は、ステム１０の軸一端側の端面を薄肉部とすることにより形成されている。
【００２９】
ここで、図１に示されるように、ステム１０は、その軸他端側の部位すなわち開口部１２側の部位にて相手部材１００に取り付けられるようになっている。本実施形態では、ステム１０は、その軸他端側の部位にて相手部材１００に対して溶接されることにより取り付けられるようになっている。
【００３０】
図１に示される例では、ステム１０は、金属製の相手部材１００に対してレーザ溶接により取り付けられており、このレーザ溶接により形成された溶融部２００が、図１中に示されている。
【００３１】
ここで、上記相手部材１００は、上述したように、たとえば自動車のブレーキシステムにおけるブレーキオイルの配管や、自動車の燃料噴射系における燃料パイプなど、あるいは、このステム１０を保持するハウジングなどである。
【００３２】
ここにおいて、本実施形態の圧力センサＳ１では、図１に示されるように、ステム１０の外周面のうち相手部材１００に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位には、当該外周面から凹んだ凹部１３が形成されている。
【００３３】
なお、この凹部１３は、ステム１０の外周面の全周に形成されていてもよいし、部分的に形成されたものであってもよい。
【００３４】
このようにして、ステム１０が相手部材１００に取り付けられた状態において、被測定物からの圧力すなわち被測定圧力は、ステム１０の開口部１２からステム１０の中空部に導入される。すると、導入された被測定圧力の大きさに応じて、ダイアフラム１１が歪むようになっている。
【００３５】
また、上述したように、ステム１０のダイアフラム１１上には、センシング部としてのセンサチップ２０が設けられているが、このセンサチップ２０は、上記したダイアフラム１１の変形に応じた電気信号を出力するものである。
【００３６】
たとえば、センサチップ２０は、単結晶Ｓｉ（シリコン）等の半導体チップからなる矩形板状をなすものであり、たとえば、図示しない低融点ガラスなどによってダイアフラム１１に接合され固定されている。
【００３７】
限定するものではないが、具体的に、センサチップ２０としては、ブリッジ回路を有し、ステム１０の開口部１２から導入された圧力によってダイアフラム１１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歪みゲージとして機能するものにできる。そして、これらダイアフラム１１およびセンサチップ２０が、圧力センサＳ１の基本性能を左右する。
【００３８】
ここで、ステム１０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、および、Ｓｉからなるセンサチップ２０を上記低融点ガラスなどにより接合するため低熱膨張係数であることなどが求められる。
【００３９】
具体的には、ステム１０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することができる。
【００４０】
そして、図示しないが、センサチップ２０は、その周囲に設けられた処理回路チップやターミナルなどに対してボンディングワイヤなどを介して電気的に接続されており、センサチップ２０からの電気信号は、信号処理されてターミナルなどから外部（たとえば自動車のＥＣＵ等）に出力されるようになっている。
【００４１】
［製造方法］
かかる構成を有する圧力センサＳ１の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、上記ステム１０を用意し、このステム１０におけるダイアフラム１１上に上記低融点ガラスを印刷し、その上にセンサチップ２０を搭載する。そして、上記低融点ガラスを溶融・固化させることにより、センサチップ２０をステム１０に固定する。
【００４３】
続いて、センサチップ２０と上記した図示しない処理回路チップやターミナルなどとを、金やＡｌなどを用いたワイヤボンディングを行うことにより結線し、電気的に接続する。こうして、本実施形態の圧力センサＳ１が完成する。
【００４４】
かかる圧力センサＳ１は、上述したように、上記相手部材１００に対して、レーザ溶接などの溶接により固定され取り付けられる。
【００４５】
そして、被測定物からの圧力が、ステム１０の開口部１２からステム２０の中空部へ導入されたときに、その圧力によってダイアフラム１１が変形する。この変形をセンサチップ２０により電気信号に変換し、この電気信号が外部へ出力される。こうして圧力検出が行われるようになっている。
【００４６】
そして、たとえば、この検出された圧力に基づいて、ブレーキシステムの制御や燃料噴射制御がなされるのである。
【００４７】
［効果等］
ところで、本実施形態によれば、中空筒状をなすものであって軸一端側に圧力検出用のセンシング部としてのセンサチップ２０を有するとともに軸他端側に中空部へ圧力を導入するための開口部１２を有するステム１０を備え、ステム１０の軸他端側の部位にて相手部材１００に取り付けられるようになっている圧力センサＳ１において、ステム１０の外周面のうち相手部材１００に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位には、凹部１３が形成されていることを特徴とする圧力センサＳ１が提供される。
【００４８】
それによれば、ステム１０の外周面のうち相手部材１００に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位に、凹部１３を形成した分、ステム１０の熱抵抗や放熱面積を大きくすることができる。
【００４９】
そのため、ステム１０を相手部材１００に取り付ける際に、ステム１０において、相手部材１００に取り付けられた部位から軸一端側に位置するセンシング部２０へ向かう熱の量を低減することができる。
【００５０】
したがって、本実施形態によれば、ステム１０を相手部材１００に取り付ける際に、ステム１０における相手部材１００に取り付けられた部位からの熱によってセンシング部２０の特性が阻害されるのを極力抑制することができる。特に、センシング部としてのセンサチップ２０が半導体素子からなる場合に、本実施形態は有効である。
【００５１】
また、本実施形態では、ステム１０は、軸一端側に圧力によって変形可能なダイアフラム１１を有するものであり、しかも、センシング部は、ダイアフラム１１上に設けられダイアフラム１１の変形に応じた電気信号を出力するセンサチップ２０として構成されている。つまり、本実施形態において、ステム１０はセンサチップ保持部材として構成されている。
【００５２】
また、本実施形態では、圧力センサＳ１すなわちステム１０と相手部材１００との組付けは、ステム１０の軸他端側の部位を相手部材１００に対して溶接して固定することによりなされている。
【００５３】
この場合、ステム１０を相手部材１００に取り付ける際に、ステム１０における相手部材１００との溶接部にて大きな熱が発生するが、本実施形態によれば、上述したように、この熱をセンシング部２０に伝わりにくくでき、効果的である。
【００５４】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサＳ２の全体構成を示す概略縦断面図である。上記実施形態との相違点を中心に述べる。
【００５５】
上記実施形態では、ステム１０の外周面に設けられた凹部１３は、１つであったが、図２に示されるように、複数個の凹部１３が設けられていてもよい。
【００５６】
本実施形態の場合も、上記実施形態と同様、ステム１０を相手部材１００に取り付ける際に、ステム１０における相手部材１００に取り付けられた部位からの熱によってセンシング部２０の特性が阻害されるのを極力抑制することができる。
【００５７】
また、図３は、本実施形態の変形例としての圧力センサの全体構成を示す概略縦断面図である。本実施形態のように複数個の凹部１３を設ける場合、図３に示されるように、各々の凹部１３の深さを変化させることで放熱効率を上げるようにしてもよい。
【００５８】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサＳ３の全体構成を示す概略縦断面図である。上記実施形態との相違点を中心に述べる。
【００５９】
上記実施形態では、ステム１０の外周面に凹部１３を設けていたが、本実施形態では、図４に示されるように、ステム１０の外周面のうち相手部材１００に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位に、当該外周面から突出する凸部１４を設けた構成としたものである。
【００６０】
このような凸部１４も、上記凹部１３と同様に、ステム１０をプレス、切削や冷間鍛造等により形成する際に、容易に作ることができる。
【００６１】
そして、本実施形態の場合も、ステム１０の外周面のうち相手部材１００に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位に、凸部１４を形成した分、ステム１０の熱抵抗や放熱面積を大きくすることができる。
【００６２】
そのため、上記実施形態と同様、ステム１０を相手部材１００に取り付ける際に、ステム１０において、相手部材１００に取り付けられた部位から軸一端側に位置するセンシング部２０へ向かう熱の量を低減することができる。
【００６３】
したがって、本実施形態によっても、ステム１０を相手部材１００に取り付ける際に、ステム１０における相手部材１００に取り付けられた部位からの熱によってセンシング部２０の特性が阻害されるのを極力抑制することができる。
【００６４】
ここで、本実施形態において、凸部１４は、図４に示されるように１個ではなく、複数個設けられていてもよい。また、複数個の凸部１４を設ける場合、各々の凸部１４の高さを変化させることで放熱効率を上げるようにしてもよい。
【００６５】
また、本実施形態に示される凸部１４も、上記実施形態に示した凹部１３と同様に、ステム１０の外周面の全周に形成されていてもよいし、部分的に形成されたものであってもよい。
【００６６】
また、本実施形態において、ステム１０の外周面のうち相手部材１００に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位に、上記したような凹部１３を設けてもよい。この場合、ステム１０の外周面に凹部１３と凸部１４の両方を形成した構成となる。
【００６７】
つまり、ステム１０の外周面のうち相手部材１００に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位に、凹部１３および凸部１４の少なくとも一方が形成されているならば、上述したように、ステム１０における相手部材１００に取り付けられた部位からの熱によってセンシング部２０の特性が阻害されるのを極力抑制できるのである。
【００６８】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態において、凹部１３や凸部１４に対して放熱ゲルなどを塗布してもよい。このことは、凹部１３や凸部１４の部分における放熱性を高められるため、有効な手段である。
【００６９】
また、上記実施形態では、ステム１０の軸一端側にダイアフラム１１を設け、センシング部２０は、このダイアフラム１１の変形に基づいて電気信号を出力するセンサチップであった。
【００７０】
ここで、上記圧力センサにおいて、ダイアフラム上に設けられ該ダイアフラムの変形に応じた電気信号を出力するセンシング部としては、上記センサチップ２０に限定されるものではない。たとえば、歪みゲージをダイアフラムに直接蒸着し、この歪みゲージをセンシング部として用いても良い。
【００７１】
さらには、ステム１０の軸一端側に特にダイアフラム１１を設けない場合でも、ステム１０の軸一端側にセンシング部が設けられ、このセンシング部によって開口部１２から導入された圧力が検出可能となっているものであればよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、ステム１０の軸他端側の部位にて相手部材１００に対して溶接されることにより取り付けられるようになっていたが、溶接以外にも、圧力センサの相手部材への取付時に大きな熱が発生するような取付方法であってもよい。
【００７３】
さらには、ねじ締めによる取付であってもよい。この場合、溶接のように、圧力センサの相手部材への取付時に大きな熱が発生することはないが、上記実施形態のようなステム１０に凹部１３または凸部１４を形成した構成を採用しても何ら差し支えない。
【００７４】
要するに、本発明は、中空筒状をなすものであって軸一端側に圧力検出用のセンシング部を有するとともに軸他端側に中空部へ圧力を導入するための開口部を有するステムを備え、ステムの軸他端側の部位にて相手部材に取り付けられるようになっている圧力センサにおいて、ステムの外周面のうち相手部材に取り付けられる部位よりも軸一端側寄りの部位に、凹部および凸部の少なくとも一方を形成したことを要部とするものであり、その他の部分については適宜設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの全体構成を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る圧力センサの全体構成を示す概略縦断面図である。
【図３】上記第２実施形態における変形例としての圧力センサの全体構成を示す概略縦断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る圧力センサの全体構成を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０…ステム、１１…ダイアフラム、１２…ステムの開口部、１３…凹部、
１４…凸部、２０…センシング部としてのセンサチップ、１００…相手部材。
【図１】
2005207871.tif 000003
【図２】
2005207871.tif 000004
【図３】
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【図４】
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