(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側から外部の圧力が導入される圧力導入通路（１２）を有するハウジング（１０）と、
一端側に圧力検出用のダイヤフラム（２１）を有し、他端側に前記ダイヤフラムへ前記圧力を導くための開口部（２２）を有するとともに、その外周面のうち軸方向の途中部位に段部（２３）を有する中空段付筒状をなす金属ステム（２０）とを備え、
前記圧力導入通路は、前記金属ステムの外形に対応した形状を有しており、
前記金属ステムは、その他端側が前記圧力導入通路の一端側に位置するように前記圧力導入通路内に挿入されており、
前記段部が、前記圧力導入通路の内面に形成された座面（１３）に対して、前記金属ステムの他端側から一端側へ向かって押し付けられシールされており、
前記金属ステム（２０）の外周面のうち前記段部（２３）以外の部位には雄ネジ部（２４）が形成されており、
前記圧力導入通路（１２）の内面のうち前記座面（１３）以外の部位には前記雄ネジ部に対応した雌ネジ部（１４）が形成されており、
前記雄ネジ部と前記雌ネジ部とのネジ結合の軸力により、前記段部の前記圧力導入通路の座面に対する押し付けが行わ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、圧力検出用の検出部及びこの検出部へ圧力を導くための開口部を有する金属ステムの外周面を、圧力導入通路を有するハウジングに押し付けてシール部を形成し、このシール部によって、金属ステムの開口部とハウジングの圧力導入通路との連通部のシール性を確保するようにした圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の圧力センサ２００の一般的な断面構成を図５に示す。２１０は金属製のハウジングであり、このハウジング２１０には、外部から圧力を導入するための圧力導入通路２１２が形成されている。２２０は金属ステムであり、一端側に圧力検出用のダイヤフラム（検出部）２２１を有し、他端側に圧力導入通路２１２と連通し圧力導入通路２１２に導入された圧力をダイヤフラム２２１へ導くための開口部２２２を有する中空の段付き筒状をなしている。
【０００３】
これら金属ステム２２０とハウジング２１０との間には、金属ステム２２０をハウジング２１０に保持するためのネジ部材２３０が介在している。このネジ部材２３０は、ハウジング２１０とネジ結合されてハウジング２１０に支持されるとともに、その内周面を、金属ステム２２０の外周面に形成された段部２２３に当接させた状態としている。
【０００４】
そして、ネジ部材２３０をハウジング２１０に締め付けてネジ結合させることで、このネジ結合の軸力によって金属ステム２２０をハウジング２１０に押し付けている。それにより、金属ステム２２０の外周面のうち開口部２２２側の端面とハウジング２１０の圧力導入通路２１２側の面とが接触し、互いの接触面の境界部（シール部）Ｋ１がシールされている。
【０００５】
このように、境界部Ｋ１において金属ステム２２０及びハウジング２１０の両者が接触する接触面に、シール性を確保するために必要な面圧（上記軸力を接触面の面積で割ったもの）を発生させることにより、開口部２２２と圧力導入通路２１２の連通部のシール性が確保されている。
【０００６】
そして、かかる圧力センサ２００では、図中の矢印Ｄに示す様に、圧力が導入され、この圧力によりダイヤフラム２２１を変形させ、この変形に基づく信号を回路基板２４０からコネクタターミナル２５０を経て外部に出力するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者の検討によれば、上記従来の圧力センサ２００において次のような問題が発生することがわかった。圧力検出時には、図５中の矢印Ｄに示す様に、圧力導入通路２１２から圧力が導入され、この圧力は金属ステム２２０に対して、金属ステム２２０の外周面をハウジング２１０に押し付ける力（つまり上記軸力）を打ち消す方向に加わる。
【０００８】
そのため、圧力検出時に、上記境界部Ｋ１における面圧が低下し、シール性が低下する恐れがある。特に、検出する圧力が高くなるほど、この面圧低下によるシール性の低下は顕著となってくると考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、金属ステムの外周面をハウジングに押し付けることによりシール部を形成し、このシール部によって、金属ステムの開口部とハウジングの圧力導入通路の連通部のシール性を確保するようにした圧力センサにおいて、当該シール部の面圧が圧力検出時に低下するのを防止することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、一端側から外部の圧力が導入される圧力導入通路（１２）を有するハウジング（１０）と、一端側に圧力検出用のダイヤフラム（２１）を有し、他端側にダイヤフラムへ圧力を導くための開口部（２２）を有するとともに、その外周面のうち軸方向の途中部位に段部（２３）を有する中空段付筒状をなす金属ステム（２０）とを備え、圧力導入通路を、金属ステムの外形に対応した形状を有するものとし、金属ステムを、その他端側が圧力導入通路の一端側に位置するように圧力導入通路内に挿入し、金属ステムの段部を、圧力導入通路の内面に形成された座面（１３）に対して、金属ステムの他端側から一端側へ向かって押し付けてシールし、金属ステム（２０）の外周面のうち段部（２３）以外の部位に雄ネジ部（２４）を形成し、圧力導入通路（１２）の内面のうち座面（１３）以外の部位に雄ネジ部に対応した雌ネジ部（１４）を形成し、これら雄ネジ部と雌ネジ部とのネジ結合の軸力により、上記段部の圧力導入通路の座面に対する押し付けを行うようにすることを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、金属ステムが、その他端側を圧力導入通路の一端側に位置させた状態で圧力導入通路内に挿入されているため、圧力検出時には、圧力導入通路の一端側から導入された圧力は、金属ステムの他端側にの開口部からダイヤフラムへ導かれ、ダイヤフラムにて圧力検出を行うことができる。
【００１６】
ここで、金属ステムの段部が、ハウジングにおける圧力導入通路の内面に形成された座面に対して、金属ステムの他端側から一端側へ向かって押し付けられシールされているため、当該段部を圧力導入通路の座面に押し付ける力（押し付け力）の向きと、上記印加圧力の向きとを同じにすることができる。そのため、請求項１の発明と同様に、印加圧力によって押し付け力が増加する。
【００１７】
従って、本発明によれば、金属ステムの外周面に形成された段部を、ハウジングの圧力導入通路内面に形成された座面に当接して押し付けることにより形成されたシール部の面圧が、圧力検出時には上昇することにより、当該シール部の面圧の低下を防止することができる。
【００１９】
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。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１に本発明の実施形態に係る圧力センサ１００の全体断面構成を示す。圧力センサ１００は、自動車の燃料噴射系（例えばコモンレ−ル）における燃料パイプ（図示せず）に取り付けられ、この燃料パイプ内の圧力媒体としての燃料の圧力を検出するものである。また、図２は、図１中の丸で囲んだＡ部（センサチップと金属ステムの断面を含む）を拡大して示す斜視図である。
【００２１】
１０は、上記燃料パイプに直接取り付けられるハウジングであり、その外周面には該取付用のネジ１１が形成されている。また、ハウジング１０の内部には、圧力導入通路１２が形成されており、この圧力導入通路１２は、ハウジング１０が上記燃料パイプに取り付けられた状態で上記燃料パイプ内と連通し、一端側（図１中の下方側）から圧力が導入されるようになっている。
【００２２】
ここで、ハウジング１０の材質としては、耐食性と高強度を合わせもつ炭素鋼（例えばＳ１５Ｃ等）に耐食性を上げるＺｎめっきを施したものや、耐食性を有するＸＭ７、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０等を採用することができる。
【００２３】
２０は中空段付円筒形状を成す金属ステムであり、一端側に薄肉状をなす圧力検出用のダイヤフラム（本発明でいう検出部）２１を有し、他端側にこのダイヤフラム２１へ圧力を導くための開口部２２を有する。また、金属ステム２０の外周面のうち軸方向の途中部位には、テーパ状に拡径した段部２３が形成されており、この段部２３を介して、金属ステム２０の他端側（開口部２２側）は、一端側（ダイヤフラム２１側）に比べて外周径が大きくなっている。
【００２４】
ここで、上記ハウジング１０の圧力導入通路１２は、金属ステム２０の外形に対応した形状を有する段付内孔であり、その一端側（圧力導入側）の内径が大径部となっている。そして、圧力導入通路１２の内面には、金属ステム２０の段部２３に対応したテーパ形状の座面１３が形成されている。
【００２５】
また、金属ステム２０の大径部の外周面には、雄ネジ部２４が形成されており、一方、ハウジング１０の圧力導入通路１２の内周面には、雄ネジ部２４と対応した雌ネジ部１４が形成されている。そして、金属ステム２０は、その他端側（開口部２２側）が圧力導入通路１２の一端側に位置するように圧力導入通路１２内に挿入され、雄ネジ部２４と雌ネジ部１４とがネジ結合することによって、金属ステム２０はハウジング１０に固定されている。
【００２６】
ここで、上記ネジ結合の軸力により、金属ステム２０の外周面における段部２３が、ハウジング１０の圧力導入通路１２の内面に形成された座面１３に対して、金属ステム２０の他端側から一端側へ向かって押し付けられシールされている。こうして、金属ステム２０の開口部２２が圧力導入通路１２と連通した状態となり、互いに密着する段部２３と座面１３とがシール部Ｋを形成することにより、該開口部２２と圧力導入通路１３の連通部のシール性が確保されている。
【００２７】
また、金属ステム２０のダイヤフラム２１の外面には、図２に示す様に、単結晶Ｓｉ（シリコン）からなるセンサチップ３０が、低融点ガラス４０により接合されている。このセンサチップ３０は、開口部２２から金属ステム２０内部に導入された圧力をダイヤフラム２１へ導き、当該圧力によってダイヤフラム２１が変形したときに発生する歪みを検出する歪みゲージとして機能するものである。
【００２８】
金属ステム２０の材料には、超高圧を受けることから高強度であること、及び、Ｓｉからなるセンサチップ３０をガラス４０により接合するため低熱膨張係数であること、が求められ、具体的には、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できる。
【００２９】
また、ハウジング１０における圧力導入通路１２の他端側からは、金属ステム２０のダイヤフラム２１が突出しており、このダイヤフラム２１の外周には、セラミック基板５０がハウジング１０に接着等により配設されている。該基板５０には、センサチップ３０の出力を増幅するアンプＩＣチップ５２及び特性調整ＩＣチップ５２が接着剤にて固定されている。
【００３０】
これらＩＣチップ５２は、ワイヤボンディングにより形成されたアルミニウムの細線５４によって、セラミック基板５０の導体（配線部）と接続されている。また、コネクタターミナル６０へ電気的接続するためのピン５６が銀ろうにてセラミック基板５０の上記導体と接合されている。
【００３１】
コネクタターミナル６０は、ターミナル６２が樹脂６４にインサート成形により構成されたアッシーである。ターミナル６２とセラミック基板５０とはピン５６にレーザ溶接により接合されている。また、コネクタターミナル６０は、コネクタケース７０とハウジング１０との間に固定保持され、ターミナル６２は自動車のＥＣＵ等へ配線部材を介して電気的に接続可能となっている。
【００３２】
コネクタケース７０は、コネクタターミナル６０の外形を成すもので、Ｏリング８０を介して組付けられたハウジング１０と一体化してパッケージを構成し、該パッケージ内部のセンサチップ４０、各種ＩＣ、電気的接続部を湿気・機械的外力より保護するものである。コネクタケース７０の材質は、加水分解性の高いＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等を採用できる。
【００３３】
かかる構成を有する圧力センサ１００の組付方法について、図３を参照して述べる。図３は、上記図１に対応した断面にて、組付前の各部品の分解状態を示す図であり、基本的には、各部品が図３中の一点鎖線に沿って組み付けられるようになっている。
【００３４】
まず、センサチップ３０がガラス４０で接合されている状態の金属ステム２０を、その一端側（ダイヤフラム２１側）から、ハウジング１０の圧力導入通路１２の一端側（圧力導入側）へ挿入する。そして、金属ステム２０を軸回りに回転させながら挿入していき、雄ネジ部２４と雌ネジ部１４とをネジ結合させる。
【００３５】
こうして、ネジ結合の軸力により、金属ステム２０の段部２３とハウジング１０の座面１３とが密着してシールされ、金属ステム２０の開口部２２とハウジング１０の圧力導入通路１３との連通部のシール性が確保される。
【００３６】
次に、チップ５２及びピン５６が搭載されたセラミック基板５０を、接着剤等にて、ハウジング１０における圧力導入通路１２の他端側の部位に固定する。そして、ワイヤボンディングを行うことにより、センサチップ３０とセラミック基板５０の導体（配線部）とを上記細線５４にて電気的に接続する。
【００３７】
次に、コネクタターミナル６０とピン５６とをレーザ溶接（ＹＡＧレーザ溶接等）にて接合する。次に、Ｏリング８０を介して、コネクタケース７０をハウジング１０に組み付け、ハウジング１０の端部をかしめることにより、コネクタケース７０とハウジング１０とを固定する。こうして、上記図１に示す圧力センサ１００が完成する。
【００３８】
かかる圧力センサ１００は、ハウジング１０のネジ１１を上記図示しない燃料パイプに形成されたネジ部に直接結合し取り付けることによって、該燃料パイプに接続固定される。そして、燃料パイプ内の燃料圧（圧力媒体）が、圧力導入通路１２の一端側から導入され、金属ステム２０の開口部２２から金属ステム２０の内部（中空部）へ導かれたときに、その圧力によってダイヤフラム２１が変形する。
【００３９】
このダイヤフラム２１の変形をセンサチップ３０により電気信号に変換し、この信号をセンサの処理回路部を構成するセラミック基板５０等にて処理し、圧力検出を行う。そして、検出された圧力（燃料圧）に基づいて、上記ＥＣＵ等により燃料噴射制御がなされるのである。
【００４０】
ところで、本実施形態によれば、金属ステム２０の段部２３が、ハウジング１０における圧力導入通路１２内の座面１３に対して、金属ステム２０の他端側から一端側へ向かって押し付けられシールされているため、図４に示すような作用効果を奏する。
【００４１】
即ち、図４中の矢印Ｂ及びＣに示す様に、金属ステム２０の外周面をハウジング１０に押し付ける力、即ち段部２３を座面１３に押し付ける力（以下、押し付け力という）の向きＢと、圧力が圧力導入通路１２へ導入されたときに金属ステム２０に加わる圧力（以下、印加圧力という）の向きＣとが同じになる。そのため、印加圧力によって押し付け力が増加する構成となる。
【００４２】
従って、本圧力センサ１００によれば、金属ステム２０の外周面（段部２３）をハウジング１０（座面１３）に当接して押し付けることにより形成されたシール部Ｋの面圧が、圧力検出時には上昇することにより、当該シール部Ｋの面圧の低下を防止することができる。そして、検出する圧力が高くなるほど、シール部Ｋの面圧が上昇し、シール性が向上するという好ましい作用を発揮する。
【００４３】
（他の実施形態）
なお、金属ステムに設けられる検出部としては、ダイヤフラム以外にも、半導体よりなるダイヤフラム式のチップや、圧電素子、歪みゲージ等、圧力に基づく信号を出力できるものならば、何でも良い。
【００４４】
また、圧力導入通路１２の座面１３に対する金属ステム２０の段部２３の押し付けを行う手段、即ち、金属ステム２０の外周面をハウジング１０に押し付ける押し付け力を発生させる手段としては、上記両ネジ部１４、２４によるネジ結合手段に限定されるものではない。例えば、金属ステム１０とは別体の締結手段や押圧手段を用いる等により、上記押し付け力を発生させても良い。
【００４５】
また、本発明は、自動車の燃料噴射系の燃料の圧力を検出するもの以外にも、種々の圧力センサに適用可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサの全体断面図である。
【図２】図１中のＡ部を拡大して示す一部断面斜視図である。
【図３】図１に示す圧力センサの分解状態を示す図である。
【図４】本発明の作用効果を説明するための説明図である。
【図５】従来の圧力センサの一般的な全体構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…ハウジング、１２…圧力導入通路、１３…座面、１４…雌ネジ部、
２０…金属ステム、２１…ダイヤフラム、２２…開口部、２３…段部、
２４…雄ネジ部。
【図１】
0004281221.tif 000002
【図２】
0004281221.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004281221.tif 000005
【図５】
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