(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
継手に設けられた圧力導入孔の一端側に取り付けられる圧力検出素子と、この圧力検出素子の周囲に配置されて前記継手に固定される台部材と、この台部材に一端側が固定されかつ他端側が前記圧力検出素子に対して離間した回路基板に接続される端子とを備え、この端子の前記台部材への固定端側に前記圧力検出素子との間で行われるワイヤーボンディング用の結線部が設けられており、この結線部は板状であるとともに、前記台部材の周方向に沿った短辺と径方向に沿った長辺とを有し、かつ長辺側の一対の辺縁が連続して前記台部材に埋設されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力センサにおいて、前記台部材は樹脂製とされ、前記端子が前記台部材にインサートモールドされていることを特徴とする圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサに係り、流体の圧力を電気信号に変換して外部に出力する圧力センサに関する。
【０００２】
【背景技術】
流体圧力の測定には、被検知圧力および大気圧の圧力差を検出して電気信号に変換する圧力センサが用いられている。
このような圧力センサは、被設置部に締着固定される継手と、継手にビーム溶接等によって取り付けられる圧力検出素子と、圧力検出素子に電気的に接続される出力手段とを備え、継手の圧力導入孔内に導かれた流体圧が圧力検出素子を形成するダイアフラムの歪みに変換され、この歪みがダイアフラム上の歪みゲージで検出され、この歪みゲージの抵抗値に応じた電気信号が出力手段からコネクタやケーブルを介して出力されるようになっている。
【０００３】
このような圧力センサの出力手段は、中央に開口を有する環状の回路基板を含んで構成されている。そして、回路基板の開口内に圧力検出素子を位置させることにより、圧力検出素子のダイアフラムと回路基板とをほぼ面一にし、ダイアフラム上の歪みゲージと回路基板上のパッドとをワイヤーボンディング等で電気的に接続している。
【０００４】
ところで、このような圧力センサによれば、回路基板の開口部分やボンディング用のパッド部分にはＩＣ、コンデンサ、抵抗等の電気回路部品を実装できないため、その分回路基板の径寸法を大きくして実装面積を確保する必要がある。従って、圧力センサ全体の径寸法も大きくなるため、被設置部周りの形状やスペースによってはボックスレンチが入らず、圧力センサの取付作業が困難な場合がある。
【０００５】
一方、圧力センサの中には、実開平６−２１８９号公報に示すように、圧力検出素子と回路基板とを離間させるとともに、回路基板から圧力検出素子側に向かってＬ字形の端子を突出させ、この端子と歪みゲージとをワイヤーボンディングによって電気的に接続したものがある。このような圧力センサでは、圧力検出素子と回路基板とを離間させるうえ、回路基板には前述のような開口が設けられないため、回路基板の両面全域に電気回路部品を実装することで回路基板の径寸法を小さくでき、その分圧力センサ全体を小径化して小スペースに対応できるというメリットがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の公報記載の圧力センサによれば、Ｌ字形の端子の一端は回路基板に固定されているものの、他端すなわちワイヤーボンディングの結線側が回路基板と圧力検出素子との間に宙吊り状態で位置しているため、金線等のワイヤーに超音波振動を付与しながら行う通常のボンディングでは、端子の結線部分も一緒に振動してまう可能性があり、ボンディングによる端子とワイヤーとの接合強度が低下するという心配がある。
【０００７】
本発明の目的は、小径化を図った場合でも、ワイヤボンディングによる端子とワイヤ−との接合強度を確実に確保できる圧力センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力センサは、継手に設けられた圧力導入孔の一端側に取り付けられる圧力検出素子と、この圧力検出素子の周囲に配置されて前記継手に固定される台部材と、この台部材に一端側が固定されかつ他端側が前記圧力検出素子に対して離間した回路基板に接続される端子とを備え、この端子の前記台部材への固定端側に前記圧力検出素子との間で行われるワイヤーボンディング用の結線部が設けられており、この結線部は板状であるとともに、前記台部材の周方向に沿った短辺と径方向に沿った長辺とを有し、かつ長辺側の一対の辺縁が連続して前記台部材に埋設されていることを特徴とするものである。
【０００９】
このような圧力センサにおいては、端子におけるワイヤーボンディング用の結線部が設けられた側を台部材で固定するため、ボンディング中に超音波振動を付与しても端子まで振動する心配がない。従って、ワイヤボンディングを良好な状態で行え、端子とワイヤ−との接合強度が確実に確保されるようになる。
この際、圧力検出素子と回路基板とを互いに離間させるため、回路基板に従来のような開口を設ける必要がなく、その分回路基板の径寸法を小さくして圧力センサの小径化も図られる。
【００１０】
また、以上において、端子の前記固定端側を結線部が露出した状態で台部材に埋設させるので、台部材と端子との固定状態が良好に維持され、端子への超音波振動による影響がより低減される。
【００１１】
また、台部材を樹脂製とし、端子を台部材にインサートモールドすることで埋設してもよく、こうすることにより、端子を埋設させた台部材が簡単かつ安価に製作されるうえ、互いに一体に成形されることで取り扱いも容易である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係る圧力センサ１を示す断面図、図２は、その分解斜視図である。
【００１３】
圧力センサ１は、図中の二点鎖線で示す被設置部Ａの挿入孔Ｂに螺入される継手１０と、継手１０にビーム溶接された圧力検出素子２０と、検出した圧力に応じて外部に電気信号を出力する出力手段３０とを備えたものであり、車載用で油圧を検出するセンサである。
【００１４】
継手１０は、金属製とされているとともに、図中の上下（以下、上および下の記載は、図中での位置を意味し、必ずしも実際に取り付けられた場合の位置を意味するものではない）に貫通した圧力導入孔１１を備えている。
【００１５】
この圧力導入孔１１の上部には、一回り大きな径寸法の嵌合部１２が設けられ、この嵌合部１２には、引抜加工で得られるパイプ１３が圧力導入孔１１から一部突出した状態に嵌合している。そして、パイプ１３に設けられた貫通孔１４の径寸法は、圧力導入孔１１の径寸法よりも小さく、これによって圧力導入孔１１内の容積がより小さく調整され、また、パイプ１３が圧力検出素子２０を溶接する際の裏あて部材を兼ねるようになっている。そして、圧力導入孔１１の上部外周縁部分にはテーパ面１５が設けられ、テーパ面１５のさらに外周側には一段低い位置決め溝１６が設けられている。
【００１６】
この位置決め溝１６は、後述するケース３１の取付時に利用されるものであり、平面環状に連続して設けられている。位置決め溝１６の底面側（すなわち深さ方向の奥側）は、圧力導入孔１１の径方向の内側に向かって抉られた状態に設けられている。
【００１７】
圧力検出素子２０は、金属ダイアフラム２１の上面に酸化シリコン等の絶縁膜を介して歪みゲージを設けた歪みゲージ型の素子（モジュール）である。この圧力検出素子２０では、ダイアフラム２１が下方の筒状部２２と一体に形成され、筒状部２２の内側面をパイプ１３の外側面に接触させることにより、圧力検出素子２０全体がガイドされながら継手１０の上部に配置され、これによって筒状部２２の内部と圧力導入孔１１とが連通してダイアフラム２１の感圧面に油圧が作用する。そして、筒状部２２の下端には継手１０のテーパ面１５と対向当接する別のテーパ面２３が設けられ、各テーパ面１５，２３同士が当接した状態でその傾斜角度に沿った方向からビーム溶接されている。
【００１８】
出力手段３０は、金属製のケース３１と、ケース３１内の底部分に接着されて圧力検出素子２０を囲う樹脂製の台部材３２と、圧力検出素子２０の上方に配置された回路基板３３と、これらの各部材３１〜３３の全体を覆う樹脂製のコネクタ３４とで構成され、台部材３２および回路基板３３が第１端子３５で接続され、回路基板３３およびコネクタ３４が第２端子３６で電気的に接続されている。
【００１９】
ケース３１は、回路基板３３の両面に実装されたＩＣ、コンデンサ、抵抗等の電気回路部品５０をノイズから保護する電磁遮蔽用の部材であり、底部分が継手１０の取付面１０Ｂ上に配置された状態でプロジェクション溶接等され、底の中央部分に設けられた開口を通して圧力検出素子２０がケース３１内に収容されるようになっている。ケース３１の底側開口部周縁の一部分には、しぼり加工等によって下方に折曲した突起部３１Ａが設けられており、この突起部３１Ａが断面凹略状に設けられた前記位置決め溝１６の上部周縁に嵌合係止し、これによってケース３１が継手１０に対して位置決めされるようになっている。また、ケース３１の底側開口部周縁の他の部分には、上方に折曲した突片３１Ｂ（図２）が設けられ、この突片３１Ｂが台部材３２を取り付ける際に利用される。
【００２０】
このケース３１には、側面の一部をプレスや切り起こし等で加工した支持部３７が設けられ、この支持部３７上に回路基板３３が載置されるようになっている。また、ケース３１の上端縁の一部には、回路基板３３の上面に折り曲げられる接点部３８が設けられており、接点部３８を介して回路基板３３のアースラインとケース３１（最終的には継手１０）とが電気的に接続されることで、回路基板３３の下面に実装されてケース３１に囲われた電気回路部品５０が確実に電磁遮蔽され、また、その接点部３８によって回路基板３３がケース３１に上方から確実に押さえ込まれるようになっている。
【００２１】
台部材３２にはケース３１の突片３１Ｂに対応した挿入部３２Ａ（図２）が設けられ、接着剤を台部材３２の下面に塗布するのみならず挿入部３２Ａ内にも充填することにより、この挿入部３２Ａと突片３１Ｂとを嵌合させて台部材３２を取り付け、これによってケース３１に対する台部材３２の取付強度を向上させている。
【００２２】
このような台部材３２に固定された第１端子３５の下端側は、台部材３２の上面に露出した部分が結線部３５Ａとなっており、この結線部３５Ａと圧力検出素子２０の前述した歪みゲージとが金線３９によるワイヤーボンディングで電気的に接続されている。この際、第１端子３５は、図３，４に示すように、固定部３５Ｂが台部材３２にインサートモールドされることで埋設固定されており、特に結線部３５Ａの長辺側の辺縁３５Ｃも連続して台部材３２に埋設されることで、金線３５に超音波振動を付与して行われるボンディング中の第１端子３５の振動がより確実に抑えられるようになっている。
【００２３】
コネクタ３４には樹脂製の受部材５２にインサートモールドされた複数のターミナル５３が設けられ、これらのターミナル５３の下端側に穿設された挿通孔に第２端子３６の上端側が挿通されて半田付けされている。各ターミナル５３は、受部材５２ごとコネクタ本体５４の内側から固定され、外側に貫通した先端のみが露出するようになっている。受部材５２の下部側にはケース３１の上端縁と当接して支持される受部５２Ａが設けられ、受部材５２がコネクタ本体５４の挿入部６９から外れるのを防止している。
【００２４】
このようなコネクタ本体５４の下端側は、継手１０の薄肉状のかしめ部である立上部１７の内側にＯリング５６を介して位置されるとともに、その内面がケース３１の外面と近接対向するようになっており、立上部１７の先端をかしめることで継手１０に固定される。なお、コネクタ本体５４の内面とケース３１の外面とは、図１に示すように互いに接触していることが好ましいが、コネクタ３４の内側への収縮をシール性が失われない程度に抑制できれば、若干の隙間を空けて近接対向させてもよい。
【００２５】
このような出力手段３０では、圧力検出素子２０のダイアフラム２１に作用する圧力は、ダイアフラム２１上の歪みゲージおよびこれに第１端子３５を介して接続された回路基板３３上の電気回路によって電気抵抗値に変換され、さらに、電気回路によってその抵抗値が所定の電気信号に変換され、その電気信号が第２端子３６を介してコネクタ３４のターミナル５３から出力される。
【００２６】
このような本実施形態においては、先ず、継手１０に圧力検出素子２０をビーム溶接する。
次いで、ケース３１を上方から継手１０に配置するとともに、ケース３１の突起部３１Ａを位置決め溝１６に係止させることでケース３１を位置決めし、この後、ケースを継手１０に対してプロジェクション溶接で固定する。
そして、台部材３２の下面および挿入部３２Ａに接着剤を塗布および充填した後、その挿入部３２Ａと突片３１Ｂとを嵌合させてケース３１内に台部材３２を接着し、第１端子３５の結線部３５Ａと圧力検出素子２０の歪みゲージとのワイヤーボンディングを行う。
さらに、第１端子３５がスルーホール３３Ａ（図２）に挿通されるようにして回路基板３３を上方から配置し、ケース３１の接点部３８を折り曲げて回路基板３３を固定し、スルーホール３３Ａ部分と第１端子３５との半田付けを行う。
【００２７】
次に、受部材５２と一体になったターミナル５３を第２端子３６に半田付けするとともに、受部材５２をケース３１の上端縁に載せて支持させ、この状態を維持しながら受部材５２をコネクタ本体５４の挿入部６９に挿入して接着剤等で固定する。そして、コネクタ３４をケース３１等を覆うように配置し、最後に、継手１０をかしめてコネクタ３４を固定し、これにより圧力センサ１の組立が完了する。
また、圧力センサ１を被設置部Ａに取り付ける際には、ボックスレンチ等を用いて圧力センサ１全体を回転させながら締着すればよい。
【００２８】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
１）圧力センサ１では、第１端子３５の結線部３５Ａ側が固定部３５Ｂで台部材３２に固定されているため、ワイヤーボンディング中に金線３９に超音波振動が付与されても第１端子３５まで振動するのを防止できる。従って、ボンディングによる第１端子３５と金線３９との結線を良好な状態で行え、それらの接合強度を確実に確保できる。
【００２９】
２）第１端子３５は固定部３５Ｂが台部材３２に埋設されて固定されているため、固定部３５Ｂを単に接着剤等を用いて固定するのに比して固定状態を良好に維持でき、第１端子３５への超音波振動による影響をより低減できる。
【００３０】
３）第１端子３５は、固定部３５Ｂのみの埋設だけでなく、結線部３５Ａの各辺縁３５Ｃの埋設によっても固定されているため、超音波振動の影響を一層受けにくくできるうえ、台部材３２の取扱中における結線部３５Ａのめくり上がりも防止できる。
【００３１】
４）従来の圧力センサでは、端子が宙吊りになっていることでバネとして作用するため、ボンディング時にボンディングマシンの先端を端子の結線部に接触させると、端子が瞬間押し戻されように弾性変形し、金線等が断線する可能性があった。しかし、本実施形態では、第１端子３５が台部材３２に固定されることにより、結線部３５Ａの裏面側がその台部材３２で受けられるから、ボンディングマシンを結線部３５Ａに接触させても弾性変形せず、金線３９の断線を防止してその結線をより確実に行える。
【００３２】
５）第１端子３５は台部材３２にインサートモールドされているため、第１端子３５が埋設された台部材３２を簡単かつ安価に製作できるとともに、それらを互いに一体に成形することで取り扱いも容易にできる。
【００３３】
６）圧力センサ１では、コネクタ３４の内側に金属のケース３１が配置されているため、コネクタ３４の下端が温度変化によって収縮するのを防止でき、継手１０のかしめ部分のシール性を良好に維持できる。従って、圧力検出素子２０と回路基板３３との間の空間を密閉しなくとも、圧力検出素子２０を外部の環境から十分保護することができ、回路基板３３とケース３１との間の面倒なシーリング等を省いて圧力センサ１を簡単かつ安価に製作できる。
【００３４】
７）圧力検出素子２０と回路基板３３とは互いに間隔を空けて配置されているため、回路基板に従来設けていた開口を不要にでき、その分回路基板３３の径寸法を小さくして圧力センサ１の小径化を図ることができる。
【００３５】
８）圧力検出素子２０と回路基板３３との間隔は、回路基板３３の下面側にも電気回路部品５０を実装できる程度に空けられているため、回路基板３３の実装効率を向上させてその径寸法をより小さくでき、小径化をさらに促進できる。
【００３６】
〔第２実施形態〕
図５には、本発明の第２実施形態に係る圧力センサ２が示されている。なお、第１実施形態と同様な機能を有する構成部材には同一符号を付し、ここでのそれらの説明を省略または簡略化するとともに、以下には第１実施形態との相違のみを説明する。
【００３７】
圧力センサ２では、圧力検出素子２０と回路基板３３との間隔は、第１実施形態に比してさほど空いておらず、回路基板３３の下面には電気回路部品が実装されていないか、または、図示しない高さの小さな電気回路部品のみが実装されている。すなわち、本発明は、回路基板３３の下面側に電気回路部品を実装しない場合、あるいは実装不可能な場合でも含まれる。
【００３８】
その他、圧力センサ２によれば、継手１０と無底筒状のケース３１の下端縁とが溶接等されて接合されている点、そのケース３１の上端縁をかしめることでコネクタ３４が接合されている点、電気回路部品５０がケース３１およびこれと接触する蓋部材７１によって電磁遮蔽されている点、第２端子３６が蓋部材７１に設けられた貫通コンデンサ７２に挿通され、ＦＰＣ（フレキシブル・プリンテッド・サーキット）７３を介して直線状のターミナル５３と接続されている点、で第１実施形態とは大きく異なる。
【００３９】
本実施形態によれば、前記１）〜５）、７）の効果を得ることができる。
また、圧力センサ２でも、蓋部材７１が電気回路部品５０の電磁遮蔽用として用いられるのみならず、圧力検出素子２０周りの気密性を確保する作用をも有するため、第１実施形態とは構成が異なるが、前記６）の効果も同様に得ることができる。
【００４０】
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態では、圧力センサ１、２は継手１０に一体に設けられた雄ねじ部分を挿入孔Ｂの雌ねじ部分に螺入することで被設置部Ａに締着されていたが、継手１０にフランジを一体または別体で設け、そのフランジにボルトを挿通することで被設置部Ａに締着してもよい。ただし、フランジを設けると、その分圧力センサが径方向に大きくなるため、小径化や軽量化の観点からは、前記実施形態のような締着構造を採用するのが好ましい。
【００４１】
前記各実施形態では、第１端子３５が台部材３２にインサートモールドによって埋設固定されていたが、この他、例えば第１端子を台部材の溝等に圧入するなどして埋設してもよい。しかし、このような場合には、圧入する作業を要する分だけインサートモールドに比して手間がかかるという欠点がある。
【００４２】
また、本発明では、端子を台部材に任意の方法で固定でき、例えば端子を接着剤等で固定してもよいし、超音波溶着によって固定してもよい。しかし、端子をインサートモールドで固定することにより、端子を確実に埋設してより強固に固定できるうえ、台部材と端子との一体化を接着工程や溶着工程を不要にして容易かつ安価にできるため、そうすることが好ましい。
【００４３】
前記各実施形態では、車載用で油圧を検出する圧力センサ１，２が示されていたが、本発明の圧力センサは、それに限定されないことは勿論であり、船舶、建築用重機、冷凍機、その他あらゆる機器に適用でき、また、空気圧、水圧等、任意の流体の圧力検出に適用できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、端子におけるワイヤーボンディング用の結線部側が台部材で固定されるため、ボンディング中に超音波振動を付与しても端子まで振動するのを防止でき、ワイヤボンディングによる端子とワイヤ−との接合強度を確実に確保できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサを示す断面図である。
【図２】前記第１実施形態を示す分解斜視図である。
【図３】前記第１実施形態の要部を示す拡大図である。
【図４】図３におけるIV−IV線断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る圧力センサを示す断面図である。
【符号の説明】
１    圧力センサ
１０    継手
１１    圧力導入孔
２０    圧力検出素子
３２    台部材
３３    回路基板
３５    端子である第１端子
３５Ａ  結線部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003871430.tif 000005
【図５】
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