JP2002013994A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力検出用のダイヤフラムを有する金属ステ
ムの開口部側と金属製ハウジングの圧力導入通路側との
境界部をメタルタッチシールにて気密接合するようにし
た圧力センサにおいて、当該シール部の気密性検査を正
確に行うことができるようにする。 【解決手段】 段付き円筒状のネジ部材２０とハウジン
グ３０とをネジ結合し、ネジ部材２０の内部にて、段付
き中空円筒状の金属ステム１０の段部１３をネジ部材２
０にて押圧することにより、金属ステム１０の開口部１
２側とハウジング３０の圧力導入通路３２側との境界部
Ｋ１をシールする。金属ステム１０の段部１３の表面に
溝１４を形成することで、ネジ部材２０を介して金属ス
テム１０のダイヤフラム１１側に位置する第１の空間１
０１と金属ステム１０の開口部１２側に位置する第２の
空間１０２とが、溝１４により連通している。

Description

【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
部を有する金属ステムと金属製ハウジングとをメタルタ
ッチシールにて気密接合するとともに、該気密接合部以
外の部位にて金属ステムを保持するようにした圧力セン
サに関し、特に気密接合部の気密性検査における検査ミ
スの防止に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の圧力センサの一般的な断
面構成を図３に示す。３０は金属製のハウジングであ
り、このハウジング３０には、外部から圧力を導入する
ための圧力導入通路３２が形成されている。１０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）１１を有し、他端側に圧力導入通路３２に導入さ
れた圧力をダイヤフラム１１へ導入するための開口部１
２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１０とハウジング３０と
の間には、金属ステム１０をハウジング３０に保持する
ための段付き筒状のネジ部材（保持部材）２０が介在し
ている。このネジ部材２０は、ハウジング３０とネジ結
合されてハウジング３０に支持されるとともに、その内
周面を、金属ステム１０の外周面における軸方向の途中
部に形成された段部１３に当接させた状態で金属ステム
１０をハウジング３０に押圧している。

【０００４】これによって、金属ステム１０の開口部１
２側とハウジング３０の圧力導入通路３２側とが当接し
て境界部Ｋ１がシールされ、また、金属ステム１０の外
周の空間が、ネジ部材２０を介して金属ステム１０の一
端側（ダイヤフラム１１側）に位置する空間（第１の空
間）１０１と金属ステム１０の他端側（開口部１２側）
に位置する空間（第２の空間）１０２とに区画されてい
る。

【０００５】このように、金属ステム１０とハウジング
３０とは、金属同士を接触させ、ネジ結合等によって軸
力を与えることにより、接触面にシールに必要な面圧以
上の面圧を発生させシールを形成する技術、即ち、メタ
ルタッチシールにより気密接合されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したメ
タルタッチシール型の圧力センサにおいては、上記境界
部Ｋ１のシール性（気密性）を確実に保証するために、
境界部Ｋ１の気密性検査（リーク検査）を行う必要があ
る。この検査は、例えば、Ｈｅリークディテクタ等の検
査装置を用い、ハウジング３０にネジ部材２０を介して
金属ステム１０を組み付けた状態のワークに対して、圧
力導入通路３２から圧力を導入する。

【０００７】しかしながら、従来の構造では、上記境界
部Ｋ１以外にも、ネジ部材２０と金属ステム１０の外周
面（段部１３）との当接部Ｋ２、及び、ネジ部材２０と
ハウジング３０とのネジ結合部Ｋ３にも荷重が印加され
ているため、上記第２の空間１０２は、上記第１の空間
１０１とは、ある程度気密性を持って区画された形とな
る。そのため、境界部Ｋ１にリークがあったとしても、
第２の空間１０２から第１の空間１０１へのリークが抑
えられ、あたかも、境界部Ｋ１のシール性に異常がない
と判断される恐れがある。

【０００８】そこで、本発明は上記問題に鑑み、メタル
タッチシール型の圧力センサにおいて、金属ステムの開
口部側とハウジングの圧力導入通路側とのシール部の気
密性検査を正確に行うことができるようにすることを目
的とする。

【０００９】

【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、外部から圧力を導入するため
の圧力導入通路（３２）を有するハウジング（３０）
と、一端側に圧力検出用の検出部（１１）を有し、他端
側に圧力導入通路に導入された圧力を検出部へ導くため
の開口部（１２）を有する中空筒状の金属ステム（１
０）と、金属ステムとハウジングとの間に介在し、金属
ステムをハウジングに保持する保持部材（２０）とを備
え、保持部材が、金属ステムの外周面における軸方向の
途中部（１３）に当接した状態で金属ステムをハウジン
グに押圧することによって、金属ステムの開口部側とハ
ウジングの圧力導入通路側との境界部（Ｋ１）がシール
されており、金属ステムの外周の空間が、保持部材を介
して金属ステムの一端側に位置する第１の空間（１０
１）と金属ステムの他端側に位置する第２の空間（１０
２）とに区画されている圧力センサにおいて、金属ステ
ムの外周面における保持部材と当接する面、及び、保持
部材の少なくとも一方に、第１の空間と第２の空間とを
連通する連通路（１４）を形成したことを特徴としてい
る。

【００１０】本発明によれば、金属ステムの外周面にお
ける保持部材と当接する面、及び、保持部材の少なくと
も一方に、第１の空間と第２の空間とを連通する連通路
が形成されるため、従来構造における検査ミスの原因と
なっていた第１の空間と第２の空間の気密性が無くな
る。よって、金属ステムの開口部側とハウジングの圧力
導入通路側とのシール部の気密性検査を正確に行うこと
ができる。

【００１１】ここで、請求項２の発明のように、上記連
通路としては、金属ステム（１０）の外周面における保
持部材（２０）と当接する面、及び、保持部材における
金属ステムと当接する面のうち少なくとも一方に形成さ
れた溝（１４）により構成されたものとすることができ
る。

【００１２】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。

【００１３】

【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。この圧力センサ１
００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。

【００１４】なお、本実施形態の圧力センサ１００は、
上記図３に示したものにおいて金属ステム１０やネジ部
材２０を一部変形したものであり、上記図３と同一部分
には、図１中、同一符号を付してある。また、図２は、
図１中の金属ステム１０を拡大して示す斜視図である。

【００１５】金属ステム１０は、ネジ部材（本発明でい
う保持部材）２０によりハウジング３０に固定されてお
り、軸の一端側に閉塞部としての薄肉状のダイヤフラム
１１を有し、軸の他端側に開口部１２を有する段付き中
空円筒形状を成す。また、金属ステム１０の外周面にお
ける軸方向の途中部には段部１３が形成されており、こ
の段部１３を介して、金属ステム１０の他端側（開口部
１２側）は、一端側（ダイヤフラム１１側）に比べて外
周径が大きくなっている。

【００１６】金属ステム１０のダイヤフラム１１は圧力
検出用の検出部として構成されているものであり、この
ダイヤフラム１１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４０が、低融点
ガラス等により接合されている。このセンサチップ４０
は、開口部１２から金属ステム１０内部に導入された圧
力によってダイヤフラム１１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。

【００１７】金属ステム１０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４０をガラス等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、Ｃ
ｏまたはＦｅ、Ｎｉを主体とし、析出強化材料としてＴ
ｉ、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。

【００１８】ハウジング３０は、被取付体としての上記
燃料パイプに直接取り付けられるもので、外周面に該取
付用のネジ３１が形成されている。また、ハウジング３
０の内部には、金属ステム１０の開口部１２と連通する
圧力導入通路３２が形成されている。

【００１９】この圧力導入通路３２は、ハウジング３０
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、該燃料パイプ内の圧力が導入されるよう
になっている。そして、圧力導入通路３２に導入された
圧力は、開口部１２から金属ステム１０内へ導入され、
ダイヤフラム１１の内面側へ導かれるようになってい
る。

【００２０】ネジ部材（スクリュウ）２０は、筒状の金
属ステム１０の外周側面にて金属ステム１０とハウジン
グ３０との間に介在し、金属ステム１０をハウジング３
０に保持する保持部材として機能する。ネジ部材２０
は、金属ステム１０の外周を覆う段付き円筒形状を有
し、その外周面に雄ネジ部２１が形成されている。

【００２１】一方、ハウジング３０における雄ネジ部２
１と対応する部位には、雄ネジ部２１に対応した形状の
雌ネジ部３３が形成されている。これら雄ネジ部２１及
び雌ネジ部３３のネジ結合によって、ネジ部材２０はハ
ウジング３０に固定され、また、ネジ部材２０の内周面
が、金属ステム１０の外周面に形成された段部１３に当
接した状態となる。図２に、この当接領域をハッチング
にて示す。

【００２２】この状態にて、ネジ部材２０からの押圧力
が段部１３に印加されるため、金属ステム１０はハウジ
ング３０に押圧固定される。そして、この押圧力によっ
て、金属ステム１０の開口部１２側とハウジング３０の
圧力導入通路３２側とが当接して境界部（開口部１２と
圧力導入通路３２との連通部）Ｋ１を形成し、この境界
部Ｋ１がシールされている。

【００２３】ここで、ハウジング３０の要求品質として
は、圧力媒体及び実車環境からの耐食性、また上記境界
部Ｋ１にて高いシール面圧を発生させる軸力を維持する
ためのネジ強度等、が挙げられる。そのため、ハウジン
グ３０の材質としては、高強度の炭素鋼に耐食性を上げ
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。

【００２４】また、ネジ部材２０は、金属ステム１０を
ハウジング３０に固定し、高いシール面圧を発生させる
軸力を維持するために高強度が求められるが、ハウジン
グ３０と後述するコネクタケース７０により構成される
パッケージの内部に収納されることから、ハウジング３
０と違い耐食性は必要なく、炭素鋼等を採用できる。

【００２５】このように、圧力センサ１００において
は、金属ステム１０とハウジング３０とがメタルタッチ
シールにて気密接合されるとともに、気密接合された境
界部（気密接合部）Ｋ１以外の部位にてネジ部材２０に
よって金属ステム１０が保持された構造となっている。

【００２６】そして、金属ステム１０の外周の空間は、
ネジ部材２０を介してダイヤフラム１１側に位置する空
間（第１の空間）１０１と開口部１２側に位置する空間
（第２の空間）１０２とに区画されている。なお、図１
に示す様に、第１の空間１０１は、金属ステム１０の小
径部外周面とネジ部材２０の内周面との隙間であり、第
２の空間１０２は金属ステム１０の大径部外周面とネジ
部材２０の下端側とハウジング３０とにより囲まれた空
間である。

【００２７】ここで、本実施形態においては、これら第
１の空間１０１と第２の空間１０２は、気密性を持って
区画されているものではなく、金属ステム１０の外周面
におけるネジ部材２０と当接する面（つまり、段部１
３）、及び、ネジ部材２０の少なくとも一方に、第１の
空間１０１と第２の空間１０２とを連通する連通路を形
成することによって、連通させた独自の構成としてい
る。

【００２８】本例では、図１及び図２に示す様に、金属
ステム１０の段部１３の表面に、連通路としての溝（ス
リット）１４が、金属ステム１０の軸方向に沿って伸び
るように形成されている。そのため、ネジ部材２０の内
周面と段部１３とが当接した状態となっても、この溝１
４を介して第１の空間１０１と第２の空間１０２との連
通状態が確保されている。

【００２９】また、この溝１４は、段部１３とネジ部材
２０との接触面積を一部減らすだけであるため、ネジ部
材２０による金属ステム１０への荷重は、問題なく印加
することができる。また、この溝１４は、組付可能な範
囲であれば、複数箇所設けても良い。

【００３０】図１を参照して、圧力センサ１００の全体
説明を続ける。５０はセラミック基板であり、該基板５
０には、センサチップ４０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、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６
２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のピン
５６とは、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、接着剤６６により、コネクタ
ケース７０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３０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Ｐ
ＰＳ（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
付方法は、次のようにして行う。まず、ネジ部材２０と
金属ステム１０（センサチップ４０が接合されている）
とを組み付けた一体品を下側に位置させ、該一体品の上
方からハウジング３０を近づけ、ネジ部材２０とハウジ
ング３０とを相対的に回転させ、雄ネジ部２１と雌ネジ
部３３とをネジ結合し、金属ステム１０をハウジング３
０に固定する。

【００３４】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、接着剤にてネジ部材２０に接
着する。このとき、詳細は図示しないがセンサチップ４
０とセラミック基板５０の導体（配線部）とをワイヤボ
ンディングにより電気的に接続する。

【００３５】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。
そして、Ｏリング８０を介して、コネクタケース７０を
ハウジング３０の溝部に組み付け、該溝部をかしめるこ
とにより、コネクタケース７０とハウジング３０とを固
定する。こうして、図１に示す圧力センサ１００が完成
する。

【００３６】かかる圧力センサ１００は、ハウジング３
０のネジ３１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。

【００３７】そして、燃料パイプ内の燃料圧（圧力媒
体）が、圧力導入通路３２を通じて、金属ステム１０の
開口部１２から金属ステム１０の内部（中空部）へ導入
されたときに、その圧力によってダイヤフラム１１が変
形し、この変形をセンサチップ４０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。

【００３８】ところで、本実施形態においては、上記組
付工程において、境界部Ｋ１のシール性（気密性）を確
実に保証するために、境界部Ｋ１の気密性検査（リーク
検査）を行う。この検査は、例えば、Ｈｅリークディテ
クタ等の検査装置を用い、ハウジング３０にネジ部材２
０を介して金属ステム１０を組み付けた状態のワークに
対して、圧力導入通路３２から検査用ガス（例えばＨｅ
ガス等）を圧力媒体として圧力を導入する。

【００３９】このとき、圧力センサ１００においては、
上記した溝（連通路）１４によって第１の空間１０１と
第２の空間１０２とを連通させているため、従来構造に
おける検査ミスの原因となっていた第１の空間１０１と
第２の空間１０２の間の気密性が無くなる。

【００４０】そのため、境界部Ｋ１にてリークが無けれ
ば、シール性が正常であると判断することができ、境界
部Ｋ１にリークがあった場合には、境界部Ｋ１側の第２
の空間１０２から溝１４を通って第１の空間１０１へ
（つまり、外気中へ）検査用ガスがリークするため、境
界部Ｋ１のシール性の異常を確実に検出することができ
る。

【００４１】よって、本実施形態によれば、圧力検出用
のダイヤフラム１１を有する金属ステム１０の開口部１
２側と金属製ハウジング３０の圧力導入通路３２側との
シール部、即ち境界部Ｋ１をメタルタッチシールにて気
密接合するようにした圧力センサ１００において、当該
境界部Ｋ１の気密性検査を正確に行うことができる。

【００４２】なお、溝１４は、段部１３の表面ではな
く、ネジ部材（保持部材）２０のうち段部１３と当接す
る内周面に形成しても良いし、段部１３とネジ部材２０
との当接部において、両部１３、２０の面に形成しても
良い。更に、第１の空間１０１側から第２の空間１０２
側へネジ部材２０内部を貫通する孔を形成し、この貫通
孔を本発明の連通路としても良い。また、連通路として
は、上記溝１４以外にも、例えば、溝幅を広げていき平
面的な凹部形状としたものでも良い。

【００４３】また、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。また、
保持部材としては、金属ステムの軸方向の途中部に接触
して金属ステムを押圧することにより、シールされた気
密接合部を形成できるものであれば、ネジ結合以外のも
のでも良い。

【００４４】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断面構成
図である。

【図２】図１中の金属ステムの拡大斜視図である。

【図３】従来の一般的な圧力センサの断面構成図であ
る。

【符号の説明】

１０…金属ステム、１１…ダイヤフラム、１２…金属ス
テムの開口部、１３…段部、１４…溝、２０…ネジ部
材、３０…ハウジング、３２…圧力導入通路、１０１…
第１の空間、１０２…第２の空間、Ｋ１…金属ステムの
開口部側とハウジングの圧力導入通路側との境界部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から圧力を導入するための圧力導入
   通路（３２）を有するハウジング（３０）と、 一端側に圧力検出用の検出部（１１）を有し、他端側に
   前記圧力導入通路に導入された圧力を前記検出部へ導く
   ための開口部（１２）を有する中空筒状の金属ステム
   （１０）と、 前記金属ステムと前記ハウジングとの間に介在し、前記
   金属ステムを前記ハウジングに保持する保持部材（２
   ０）とを備え、 前記保持部材が、前記金属ステムの外周面における軸方
   向の途中部（１３）に当接した状態で前記金属ステムを
   前記ハウジングに押圧することによって、前記金属ステ
   ムの前記開口部側と前記ハウジングの前記圧力導入通路
   側との境界部（Ｋ１）がシールされており、 前記金属ステムの外周の空間が、前記保持部材を介して
   前記金属ステムの一端側に位置する第１の空間と前記金
   属ステムの他端側に位置する第２の空間とに区画されて
   いる圧力センサにおいて、 前記金属ステムの外周面における前記保持部材と当接す
   る面、及び、前記保持部材の少なくとも一方には、前記
   第１の空間と前記第２の空間とを連通する連通路（１
   ４）が形成されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記連通路は、前記金属ステム（１０）
   の外周面における前記保持部材（２０）と当接する面、
   及び、前記保持部材における前記金属ステムと当接する
   面のうち少なくとも一方に形成された溝（１４）により
   構成された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。