(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力導入孔を有するハウジングと、ピエゾ抵抗効果を有する半導体素子よりなる圧力検出素子と、前記圧力検出素子を台座およびヘッダを介して固着するホルダと、コネクタケースとを有し、前記圧力検出素子と前記ホルダとを台座およびヘッダを介して気密に接合して参照用圧力空間を形成した圧力センサ本体とした圧力センサにおいて、前記圧力センサ本体の前記ホルダ上に電極パッドを有する回路基板を設け、前記コネクタケースに支持され弾力性を有する電気導電性を有するばね状体を備え、
前記ばね状体は、参照用圧力空間内に配置され、その一端が前記コネクタケースに設けたコネクタの下端に固着されるとともに、他端が下方に折り曲げられその先端が湾曲部で形成され、
前記圧力検出素子及び前記回路基板が設けられた前記ホルダを前記ハウジングにその内部空間より載置してから前記コネクタケースを前記ハウジングの上部からかぶせてその内部空間に挿入して固定し、前記ばね状体の湾曲部を前記電極パッド上に押付けることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
上記ばね状体のコネクタの下端に固着された個所から折り曲げ部までが上記コネクタケースの内部空間の底部に支持され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】
上記圧力センサが、ゲージ圧力式圧力センサである請求項１又は請求項２に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサに関し、特に圧力検出素子を収容したハウジングとコネクタケースとを具備した圧力センサにおいて、組立工数を削減する目的で組立てを簡単に行えるようにした圧力センサの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−３５１９９０号公報には、流体の圧力を検出する絶対圧力式圧力センサまたはシールドゲージ圧力式圧力センサとして、圧力検出空間に連通する内部空間と上端に肉薄の立上部を有する金属製のハウジングと、内部空間と内部空間を上下に分離する隔壁と上端に肉薄の立上部を有する円筒形の金属製の圧力ケースと、絶縁性材料からなるコネクタケースとからなり、ハウジングと圧力ケースとコネクタケースを積み重ね、それぞれの立上部をかしめて一体化して形成した内部空間に圧力検出用のセンサエレメントと電気回路とを収容し、圧力ケースに貫通コンデンサを設けた圧力センサが、開示されている。
【０００３】
さらに、本出願人は上述した圧力センサの出力電圧に対する電磁ノイズの影響をの変動を減少させることを目的として、圧力導入孔を有するハウジングと、ピエゾ抵抗効果を有する半導体素子よりなるセンサエレメントと、前記センサエレメントを固着するホルダと、圧力ケースとを有し、前記センサエレメントと前記ホルダと前記圧力ケースを気密に溶接して参照用圧力空間を形成して圧力センサ本体とし、圧力センサ本体を前記ハウジングに電気的に絶縁して保持した圧力センサに関する発明を、特願平１１‐３１２６１１号として出願している。
【０００４】
この発明によれば、圧力センサの電磁ノイズの影響を減少させることができるが、圧力センサ本体とコネクタとを接続する部分の構成が複雑で工数が多くなり、製造コストが引き下がらない要因となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような要請に応えるために、圧力センサ本体とコネクタを接続する部分の構造を単純化し、製造工数を削減した、圧力センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の圧力センサは、圧力導入孔を有するハウジングと、ピエゾ抵抗効果を有する半導体素子よりなる圧力検出素子と、前記圧力検出素子を台座およびヘッダを介して固着するホルダと、コネクタケースとを有し、前記圧力検出素子と前記ホルダとを台座およびヘッダを介して気密に接合して参照用圧力空間を形成した圧力センサ本体とした圧力センサにおいて、前記圧力センサ本体の前記ホルダ上に電極パッドを有する回路基板を設け、前記コネクタケースに支持され弾力性を有する電気導電性を有するばね状体を備え、前記ばね状体は、参照用圧力空間内に配置され、その一端が前記コネクタケースに設けたコネクタの下端に固着されるとともに、他端が下方に折り曲げられその先端が湾曲部で形成され、前記圧力検出素子及び前記回路基板が設けられた前記ホルダを前記ハウジングにその内部空間より載置してから前記コネクタケースを前記ハウジングの上部からかぶせてその内部空間に挿入して固定し、前記ばね状体の湾曲部を前記電極パッド上に押付ける。
【０００８】
さらに、本発明は、上記ばね状体のコネクタの下端に固着された個所から折り曲げ部までが上記コネクタケースの内部空間の底部に支持される。
【０００９】
さらに、本発明は、上記圧力センサが、ゲージ圧力式圧力センサである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる圧力センサの第１の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。図１は第１の実施の形態にかかるゲージ圧力式圧力センサの構成を示す縦断面図、図２は回路基板およびホルダの上面図、図３はコネクタケースの下面図、図４は電極パッドとばね状体との接続状態を説明する図である。
【００１１】
本発明の第１の実施の形態にかかる圧力センサ１は、ハウジング１０と、センサエレメント２０と、ホルダ３０と、回路基板４０と、ばね状体５０と、コネクタケース７０と、コネクタ８０とから構成されている。
【００１２】
この圧力センサ１は、ハウジング１０と、コネクタケース７０からなる容器内に、センサエレメント２０、ホルダ３０からなる圧力センサ本体が収納されている。
【００１３】
ハウジング１０は、例えば、アルミニウムを用いて略円筒形状に構成されている。該ハウジング１０は、下部に流体を導入する流体導入孔１２を有しており、該流体導入孔の上部に円形のハウジング底部１３が形成され、その周辺に設けた環状の堤１４１によって形成されるＯリングおよびコネクタケース受け部として働く環状の溝１４と、該環状の溝の外周から立ち上がる周壁１６と、周壁の上端部に肉薄に設けたかしめ部１７と、本体の内側に底部と周壁とによって形成されたハウジング内部空間１８とを有して構成される。
【００１４】
ハウジング１０の流体導入孔口１２とハウジング内部空間１８とは、連通している。
【００１５】
測定圧力側の配管にハウジング１０の流体導入孔１２の外周に設けたネジ部１９を捩じ込んで、ハウジング１０を気密に配管に固定する。
【００１６】
センサエレメント２０は、圧力を検出する機能を有しており、金属製のヘッダ２１と、半導体基板の上面に複数のピエゾ抵抗効果を有する抵抗をブリッジを形成するように設けた半導体素子からなる圧力検出素子２２と、ヘッダ２１の上面に気密に固定されたシリコン製台座２３とから構成され、ヘッダ２１と台座２３の中央部には、圧力検出素子２２の底部に達するセンサエレメント開口２４が設けられている。
【００１７】
ヘッダ２１の上面２１３に、前記台座２３が気密に載置固定され、抵抗が配置された面が上面となるように圧力検出素子２２が台座２３の上面に載置固定されている。
【００１８】
ヘッダ２１の下部周囲には上面に閉じた形状に形成されたホルダ受け用堤２１２を有するつば部２１１が設けられている。
【００１９】
圧力検出素子２２は、半導体基板の平面形状が矩形に形成されるとともに、中央部が肉薄状に構成され、圧力によって変形するダイヤフラム部が形成されており、上記ダイヤフラム部の上面には、複数のピエゾ抵抗素子をブリッジ状に形成することによって歪ゲージである圧力検知部が形成されるとともに、周辺部の肉厚部上に集積回路製造技術を用いて製造した増幅回路や演算処理回路などの電気回路を設けている。
【００２０】
さらに、圧力検出素子２２の上面に設けたランド部と回路基板４０の上面に設けたランド部４３とがボンディングワイヤ２５によって接続されている。
【００２１】
例えば、シリコン製台座２３は、その平面形状が矩形であり、中心にセンサエレメント開口２４を設けた形状に形成される。
【００２２】
シリコン製台座２３のヘッダ２１との接合面には金スパッタリング等によって金メッキ層が設けられている。
【００２３】
ヘッダ２１は、例えば４２アロイ等の鉄−ニッケル系合金を用いて構成され、その平面形状が円形であり、中心にセンサエレメント開口２４を設けた形状に形成される。ヘッダ２１の台座２３との接合面には金メッキ層が設けられている。
【００２４】
台座２３およびヘッダ２１のセンサエレメント開口２４は、それぞれ同軸上に配置され、ハウジング１０の流体導入孔１２に連通し、圧力検出素子２２の裏面に設けた空間に圧力流体を導くように構成されている。
【００２５】
圧力検出素子２２の下面は、台座２３の上面に気密に溶着固定され、台座２３の下面とヘッダ２１の上面２１３は金−シリコンのロー材を介在させて加熱圧着（スクラブ）することによって、金−シリコン合金が形成されて気密に溶着固定される。
【００２６】
ホルダ３０は、コネクタケース７０とともに参照圧力用空間を形成する。
【００２７】
ホルダ３０は、例えばステンレススチールを用いて形成され、中心部にホルダ開口３２が設けられ、周辺の一部にコネクタケースの位置を決める位置決め用切欠き部３３が設けられている。
【００２８】
ホルダ３０の下面３１は、センサエレメント２０のヘッダ２１のつば部２１１に設けたホルダ受け用堤２１２の上面が当接され、例えば、プロジェクション溶接によって気密に固着される。
【００２９】
ホルダ３０の上面３４には、回路基板４０が接着剤などを用いて固定される。
【００３０】
回路基板４０は、たとえばアルミナ基板から構成される絶縁性のプリント配線基板からなり、略々円盤形状に構成され中央にセンサエレメント２０の圧力検出素子２２が位置する回路基板開口４１が設けられるとともに、その表面には、信号を外部に取り出す金パッドからなる電極パッド４２、圧力検出素子２２からのボンディングワイヤ２５が接続される金パッドからなるランド部４３、圧力検出素子２２からの電気信号を増幅・演算処理して出力する回路を構成するプリント配線４４および回路素子４５が設けられている。回路基板４０の回路部は、前記電極パッド４２およびランド部４３ならびに検査用端子部を除きの破線で示されるように保護皮膜４６で覆われている。
【００３１】
回路基板４０に設けられた入出力端子として働く電極パッド４２は、ばね状体５０が接してとコネクタ８０と接続され、信号線や電源供給線や接地線に対応して設けられる。
【００３２】
ばね状体５０は、例えばリン青銅などの電気伝導性弾性体から構成され、一端５１がコネクタ８０の下端８１にスポット溶接などによって固定され、他端側が下方に折り曲げられ垂下部５２を形成するとともにその先端部には湾曲部５３が形成されている。湾曲部５３の電極パッド４２と接する面には部分的に金メッキ５４が施されている。
【００３３】
ばね状体５０は、端部５１から折り曲げ部５２までがコネクタケース７０の底面７４に支持されており、コネクタケース７０をハウジング１０にかしめ付けたときに湾曲部５３を電極パッド４２上に押し付けるように働く。
【００３４】
コネクタケース７０は、コネクタ８０を差し込み固定する樹脂製ケースであり、上部に設けたソケット部７１と、ソケット部７１の下方に設けた参照用空間として働くコネクタケース内部空間７２と、下方に垂れ下がった上部周壁７３と、上部周壁７３の下面７４と、上部周壁７３の下方に垂れ下がった下部周壁７５と、下部周壁７５の外側上方に設けたかしめ受け部７６と、下部周壁７５の内面に設けた位置決め部７７と、下部周壁７６の下端の平坦面７８と、コネクタ８０を挿通保持するためのコネクタ挿入孔７９を有し、コネクタ挿入孔７９には、コネクタ８０が下方から挿入されて固定されいる。
【００３５】
なお、図示しないが、コネクタ８０とコネクタ挿入孔７９の隙間(均圧路)を通して参照用空間の圧力は外部(大気圧)と連通しており、ゲージ圧力式圧力センサを達成している。また、均圧路は、圧力が伝わる必要最小限の大きさでよいのは勿論である。
【００３６】
このコネクタケース７０は、その形状を変更することによって、種々の異なる形状のコネクタに対応することができる。
【００３７】
コネクタ８０は、電源線と接地線が電気回路への電力供給に使用され、接地線と信号線は、センサエレメント２０の出力信号を外部へ取り出すために使用されている。
【００３８】
Ｏリング９５は、Ｏリング受け用溝である環状溝１４に挿入され、外部からの水や湿気等がコネクタケース７０の内部空間７２へ浸入することを防ぐ。Ｏリング９６は、ハウジングのねじ部１９の上部にはめられ、配管との間の気密を保持する。
【００３９】
これらの構成部品を用いて圧力センサ１を組み立てる手順を説明する。
【００４０】
圧力検出素子２２と台座２３の積層体をヘッダ２１上に固着して組み立てたセンサエレメント２０を、ホルダ３０のホルダ開口３２に挿入して、ヘッダ２１のつば部２１１に設けたホルダ受け用堤２１２の上面をホルダ下面３１に当てた後、環状のプロジェクション電極を押し当て、ホルダ下面３１にヘッダ２１を気密に溶接し固着する。
【００４１】
次いで、ホルダ３０の上面３４に回路基板４０を接着剤を用いて固定した後、圧力検出素子２２のランド部と回路基板４０のランド部４３とを金線からなるボンディングワイヤ２５を用いて接続する。
【００４２】
センサエレメント２０とホルダ３０と回路基板４０からなる圧力センサ組立体を、Ｏリング９５を載置したハウジング１０にハウジング内部空間１８より載置する。コネクタケース７０のコネクタ挿入孔７９に下端部８１にばね状体５０を固定したコネクタ８０を挿入して接続手段を設けたコネクタケース７０を組立てる。
【００４３】
次いで、コネクタケース７０に固定されたターミナルに８０に固定されたばね状体５０の湾曲部５３が回路基板４０の電極パッド４２の上に位置するように位置決めした後、このコネクタケース７０をハウジング１０の内部空間１８に挿入し、コネクタケース７０のかしめ受け部７６上へハウジング１０の立上部（周壁部）１６の上端のかしめ部１７をかしめてハウジング１０とコネクタケース７０を固定する。
【００４４】
以上の工程によって、コネクタ８０と電極パッド４２が電気的に接続された圧力センサ１が組み立てられる。
【００４５】
この発明によれば、圧力センサ組立体をハウジング１０内に位置させた後、コネクタケース７０を上部からかぶせて、ハウジングのかしめ部１７をかしめることによって、流体導入空間が気密に構成されたゲージ圧の圧力センサを、リード線の半田付けなどの工程を経ずに容易に製造することができる。
【００４６】
本発明の参考例は、第１の実施の形態におけるゲージ圧力式圧力センサを絶対圧力式およびシールドゲージ圧力式の圧力センサとしたものである。
【００４７】
本発明の参考例に係る絶対圧力式およびシールドゲージ式の圧力センサ１の構成を図５および図６を用いて説明する。図５は圧力センサ全体の構成を示す縦断面図であり、図６は、絶対圧力式およびシールドゲージ圧力式圧力センサの圧力ケースの取付け部の拡大断面図である。
【００４８】
参考例にかかる圧力センサ１は、図１に示した第１の実施の形態にかかるゲージ圧力式圧力センサ１に、圧力ケース６０を気密に設け、その内部空間を参照用圧力空間にし、内部空間６１を真空および所定のガス圧に保つことで絶対圧およびシールドゲージ圧を検出するようにした点に特徴を有している。また、この圧力ケース６０を金属部材で構成すると、外部から飛来する高周波電磁ノイズがセンサエレメント２０へ届くのを軽減する効果も持っている。
【００４９】
圧力ケース６０には、内部空間６１が形成され、図６に示すように、内部空間６１は所定の圧力とされる。圧力ケース６０の周辺部６２は、回路基板４０の上面に形成されたガラス層からなる絶縁性保護膜４６の上にシリコン接着剤６２によって気密に接着される。
【００５０】
その他の点は、第１の実施の形態にかかるゲージ圧力式圧力センサ１と略々同様の構成をしている。
【００５１】
この構成を有する圧力センサ１も、第１の実施の形態にかかるゲージ圧力式圧力センサと同様に、半田付けなどの工程を経ずに圧力センサ自体を製造することができる。
【００５２】
本発明の第２の実施の形態に係るゲージ圧力式圧力センサ１の構成を図７および図８を用いて説明する。図７は第２の実施の形態にかかるゲージ圧力式圧力センサの構成を示す縦断面図であり、図８はコネクタケースの下面図である。
【００５３】
第２の実施の形態にかかる圧力センサ１は、図１に示した第１の実施の形態にかかるゲージ圧力式圧力センサ１において、コネクタケース７０に取り付けられるコネクタ８０およびばね状体５０を左右に分けるとともに千鳥状に配置した点に特徴を有している。
【００５４】
すなわち、コネクタ８０に接続されたばね状体５０は、図に示すように左右に分けられるとともに千鳥状に配置されるので、コネクタケース７０をセンサ組立体を内部に挿入したハウジング１０に搭載するにあたって、コネクタケース７０が安定し、その後のかしめ工程がスムースに行える。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、圧力センサ本体とコネクタとを弾力性を有する電気導電性を有するばね状体によって接続する構造にすることによって、組立てが簡単に行える組立工数を削減したゲージ圧力方式の圧力センサを提供できる。さらにまた、必要に応じて内部に圧力ケースを設けることで、絶対圧力式およびシールドゲージ圧力式圧力センサも提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる圧力センサの構造を示す縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる圧力センサのコネクタケースの底面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態にかかる圧力センサのホルダおよび回路基板の上面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態にかかる圧力センサの電極パッド部の拡大断面図。
【図５】本発明の参考例にかかる圧力センサの構造を示す縦断面図。
【図６】本発明の参考例にかかる圧力センサの圧力ケースの接続部の構造を示す拡大断面図。
【図７】本発明の第２の実施の形態にかかる圧力センサの構造を示す縦断面図。
【図８】本発明の第２の実施の形態にかかる圧力センサのコネクタケースの底面図。
【符号の説明】
１  圧力センサ
１０  ハウジング
１２  流体導入孔
１３  ハウジング底部
１４  環状溝
１６  周壁
１７  かしめ部
１８  ハウジング内部空間
１９  ねじ部
２０  センサエレメント
２１  ヘッダ
２１１  つば部
２１２  ホルダ受け用堤
２１３  ホルダ上面
２２  圧力検出素子
２３  台座
２４  センサエレメント開口
２５  ボンディングワイヤ
３０  ホルダ
３１  ホルダ下面
３２  ホルダ開口
３３  位置決め用切欠き部
３４  ホルダ上面
４０  回路基板
４１  回路基板開口
４２  電極パッド
４３  ランド部
４４  プリント配線
４５  回路素子
５０  ばね状体
５１  端部
５２  折り曲げ部
５３  湾曲部
５４  金メッキ部
６０  圧力ケース
６１  内部空間
６２  周辺部
６３  シリコン接着剤
７０  コネクタケース
７１  ソケット部
７２  内部空間
７３  上部周壁
７４  上部周壁下面
７５  下部周壁
７６  かしめ受け部
７７  位置決め部
７８  平坦面
７９  コネクタ挿入孔
８０  コネクタ
８１  コネクタ下部
９５  Ｏリング
９６  Ｏリング
【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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【図７】
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【図８】
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