JP2005351789A - Manufacturing method for pressure detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力に応じた信号を出力する感圧素子を保持部材に取り付け、感圧素子と受圧ダイアフラムとの間に圧力伝達部材を介在させつつ受圧ダイアフラムを保持部材に対して溶接して固定してなる圧力検出装置の製造方法に関する。 In the present invention, a pressure sensitive element that outputs a signal corresponding to pressure is attached to a holding member, and the pressure receiving diaphragm is welded and fixed to the holding member while a pressure transmitting member is interposed between the pressure sensitive element and the pressure receiving diaphragm. The present invention relates to a method for manufacturing a pressure detecting device.
従来より、圧力に応じた信号を出力する感圧素子を保持部材に取り付け、感圧素子と受圧ダイアフラムとの間に圧力伝達部材を介在させ、受圧ダイアフラムが受けた圧力を圧力伝達部材を介して感圧素子に伝達することにより圧力検出を行うようにした圧力検出装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
ところで、本発明者は、上記したような従来の圧力検出装置において、センサ特性の向上を図るため、感圧素子をより検出環境側へ近づけるような配置構成を試みた。つまり、圧力伝達部材を短くすることで受圧ダイアフラムと感圧素子との距離を小さくすることを試みた。 By the way, in order to improve the sensor characteristics in the conventional pressure detection apparatus as described above, the present inventor tried an arrangement configuration in which the pressure sensitive element is brought closer to the detection environment side. That is, an attempt was made to reduce the distance between the pressure receiving diaphragm and the pressure sensitive element by shortening the pressure transmission member.
このように圧力伝達部材を短くする理由は次の通りである。たとえば、圧力検出装置をエンジンの燃焼圧センサとして適用した場合に、圧力伝達部材が長いものであると、圧力伝達部材の共振周波数が燃焼のノッキングの振動周波数と重なって圧力伝達部材が共振を起こす。 The reason for shortening the pressure transmission member in this way is as follows. For example, when the pressure detection device is applied as a combustion pressure sensor for an engine, if the pressure transmission member is long, the resonance frequency of the pressure transmission member overlaps with the vibration frequency of combustion knocking, causing the pressure transmission member to resonate.
すると、元来それほど大きくないノッキング信号が圧力伝達部材の共振によるノイズに埋まってしまい、ノッキングを計測することができない、というセンサ特性上の問題が生じる。 Then, the knocking signal that is not so large is buried in the noise due to the resonance of the pressure transmission member, and there is a problem in sensor characteristics that the knocking cannot be measured.
また、圧力伝達部材を長いものにする場合、圧力伝達部材自身が変形しやすくなるため、圧力伝達部材と受圧ダイアフラムや感圧素子との接触状態が変化することがある。そのような接触状態の変化が生じると、圧力伝達の精度の悪化が生じ、センサ特性へ悪影響を及ぼす。 Further, when the pressure transmission member is made long, the pressure transmission member itself is easily deformed, and the contact state between the pressure transmission member and the pressure receiving diaphragm or the pressure sensitive element may change. When such a change in the contact state occurs, the accuracy of pressure transmission deteriorates, which adversely affects the sensor characteristics.
その点、感圧素子をより検出環境側へ近づけるような配置構成とすれば、感圧素子を受圧ダイアフラムへ近づけることになり、圧力伝達部材を短くした構成とすることができる。そのため、上述したような、圧力伝達部材を長くすることによる共振の問題や圧力伝達部材自身の変形を極力抑制することができる。 In that respect, if the pressure sensitive element is arranged closer to the detection environment side, the pressure sensitive element is brought closer to the pressure receiving diaphragm, and the pressure transmission member can be shortened. Therefore, the problem of resonance and the deformation of the pressure transmission member itself as described above can be suppressed as much as possible.
ここで、通常、この種の圧力検出装置では、装置本体を構成するハウジングには、感圧素子からの信号を取り出すためのコネクタ部などの信号処理部が設けられており、従来のものでは、感圧素子とこれら信号処理部とは、ワイヤボンディングなどにより電気的に接続されていた。 Here, normally, in this type of pressure detection device, a signal processing unit such as a connector unit for taking out a signal from a pressure sensitive element is provided in a housing constituting the device main body. The pressure sensitive element and these signal processing units are electrically connected by wire bonding or the like.
しかしながら、感圧素子をより検出環境側へ近づける場合、圧力伝達部材を短くする分、感圧素子と信号処理部との距離が遠くなる。すると、感圧素子と信号処理部との電気的な接続を行うにあたっては、従来の接続方法であるワイヤボンディングでは対処できなくなってくる。 However, when the pressure sensitive element is brought closer to the detection environment side, the distance between the pressure sensitive element and the signal processing unit is increased by shortening the pressure transmission member. Then, in the electrical connection between the pressure-sensitive element and the signal processing unit, it becomes impossible to cope with wire bonding which is a conventional connection method.
そして、本発明者は、このようにワイヤボンディングでは対処できないほど遠く離れた感圧素子と信号処理部とを接続しようとする場合において、取り扱い性、小型化、接続容易性などを考慮したうえで、接続部材としてフレキシブルプリント基板を用いることとした。 And, in the case where the present inventor tries to connect the pressure sensitive element and the signal processing unit so far that cannot be dealt with by wire bonding, in consideration of handling property, miniaturization, easy connection, etc. A flexible printed circuit board was used as the connection member.
このように、圧力伝達部材を短くして感圧素子と受圧ダイアフラムとの距離を小さくすること、および、感圧素子とコネクタ部を含む信号処理部とを接続するためにフレキシブルプリント基板を用いること、これらの点を考慮して、本発明者は、次の図５に示されるような圧力検出装置を試作した。 In this way, the pressure transmission member is shortened to reduce the distance between the pressure sensitive element and the pressure receiving diaphragm, and the flexible printed circuit board is used to connect the pressure sensitive element and the signal processing unit including the connector part. In consideration of these points, the present inventors made a prototype of a pressure detection device as shown in FIG.
図５は、本発明者が試作した試作品としての圧力検出装置の全体構成を示す概略断面図である。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a pressure detection device as a prototype manufactured by the present inventor.
この圧力検出装置は、その用途を限定するものではないが、ハウジング１０のパイプ部１２を、たとえば自動車のエンジンブロックにおける取付穴にネジ結合することにより取り付けられ、燃焼室内の圧力（筒内圧）を検出圧力として検出する燃焼圧センサとして適用することができる。
This pressure detection device is not limited in its application, but is attached by, for example, screwing the
金属製のハウジング１０は、円筒状の本体部１１とこの本体部１１から延びる筒形状のパイプ部１２とからなる。ハウジング１０におけるパイプ部１２の外周面には、上記エンジンブロックにネジ結合可能なネジ部１３が形成されている。
The
ここで、この圧力検出装置においては、ハウジング１０におけるパイプ部１２の先端部には、検出圧力に応じた信号を出力する感圧素子３０が設けられている。そして、検出圧力は、図５中の白抜き矢印Ｙに示されるように、感圧素子３０に印加されるようになっている。
Here, in this pressure detection device, a pressure
ここにおいて、感圧素子３０は、一端側が開口部２１、他端側がダイアフラム２２である中空筒状の保持部材としての金属ステム２０において、ダイアフラム２２の表面にガラス接合により取り付けられている。
Here, the pressure-
この金属ステム２０の中空部には、圧力伝達部材１６が設けられており、金属ステム２０の開口部２１には、当該開口部２１を覆うように、受圧ダイアフラム１５が溶接され固定されている。
A
そして、検出圧力は、図５中の矢印Ｙに示されるように、受圧ダイアフラム１５から圧力伝達部材１６を介して金属ステム２０のダイアフラム２２の裏面に印加されるようになっている。
The detected pressure is applied from the
そして、圧力によって金属ステム２０のダイアフラム２２が変形したとき、この変形に応じた電気信号を感圧素子３０から出力するようにしている。
When the
また、図５に示されるように、ハウジング１０の本体部１１の内部には、回路基板４０が設けられており、この回路基板４０の一面には、感圧素子３０からの信号を処理するための回路を有するＩＣチップ４２が接着されて搭載されている。
Further, as shown in FIG. 5, a
そして、このＩＣチップ４２と回路基板４０とは、ボンディングワイヤ４４を介して電気的に接続されている。さらに、この回路基板４０と上記感圧素子３０とは、フレキシブルプリント基板５０により電気的に接続されている。このフレキシブルプリント基板５０は、ハウジング１０のパイプ部１２内にてパイプ部１２の長手方向に延びるように配置されている。
The
ここで、フレキシブルプリント基板５０においては、その一端部５１が、感圧素子３０に電気的に接合されており、他端部５２側の部位が、パイプ部１２内において回路基板４０の方向へ延びている。そして、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２は、はんだなどを介して回路基板４０と電気的に接続されている。
Here, in the flexible printed
また、ハウジング１０において回路基板４０と対向する位置には、ターミナル６１を有するコネクタケース６０が設けられている。このコネクタケース６０は、感圧素子３０からの信号を取り出すためのコネクタ部として構成されている。
Further, a
そして、コネクタケース６０のターミナル６１と回路基板４０とはバネ部材６２を介して電気的に接続されている。これにより、感圧素子３０とコネクタケース６０すなわちコネクタ部６０とは、フレキシブルプリント基板５０および回路基板４０を介して電気的に接続されている。
The
この図５に示される圧力検出装置によれば、感圧素子３０をパイプ部１２の先端部に設けた構成とすることにより、従来パイプ部全体に延びるように配置されていた圧力伝達部材を、極力短くした構成とすることができる。この例では、圧力伝達部材１６は、金属ステム２０の中空部内に収納され、実質的に金属ステム２０の長さの範囲にとどまる程度に短くなっている。
According to the pressure detection device shown in FIG. 5, by adopting a configuration in which the pressure-
ここで、従来のこの種の圧力検出装置における製造方法に準じて、本試作品では、感圧素子３０をガラス接合などによって保持部材としての金属ステム２０に取り付けた後、感圧素子３０と受圧ダイアフラム１５との間に圧力伝達部材１６を介在させつつ受圧ダイアフラム１５を金属ステム２０に対して取り付け、溶接していた。
Here, according to the conventional manufacturing method in this type of pressure detection device, in this prototype, after the pressure
その後は、感圧素子３０および受圧ダイアフラム１５と一体化された金属ステム２０において、その感圧素子３０に対してフレキシブルプリント基板５０を接続し、フレキシブルプリント基板５０をハウジング１０のパイプ部１２に挿入しつつ、金属ステム２０をパイプ部１２の先端部に取り付けるようにしていた。
Thereafter, in the
ここで、受圧ダイアフラム１５の溶接時には、受圧ダイアフラム１５の裏面側にて圧力伝達部材１６を介して金属ステム２０のダイアフラム２２が押されるように、受圧ダイアフラム１５の表面に荷重をかけながら、受圧ダイアフラム１５を溶接する。
Here, when the
このような製造方法においては、受圧ダイアフラム１５の溶接時には、保持部材である金属ステム２０のダイアフラム２２および受圧ダイアフラム１５に対して圧力伝達部材１６から荷重が加わっている。このように、荷重をかけながら溶接を行う主な理由は、次の２つである。
In such a manufacturing method, when the
１つは、もし、圧力伝達部材１６の両端部が、金属ステム２０のダイアフラム２２、受圧ダイアフラム１５に対してほとんど荷重をかけないで接している状態である場合、圧力伝達部材１６が、その線膨張係数により縮んだとき、圧力伝達部材１６が、金属ステム２０のダイアフラム２２および受圧ダイアフラム１５の少なくとも一方から離れた状態となってしまう。
One is that if both ends of the
２つ目としては、この圧力検出装置をたとえばエンジンの燃焼室内の圧力を検出するセンサとして用いた場合、当該燃焼室内の圧力は負圧になることがある。すると、受圧ダイアフラム１５が、外側に膨らんで圧力伝達部材１６から離れてしまうようなことが起こりうる。
Secondly, when this pressure detection device is used as a sensor for detecting the pressure in the combustion chamber of the engine, for example, the pressure in the combustion chamber may be negative. Then, the
このようなことから、圧力伝達部材１６と金属ステム２０および受圧ダイアフラム１５との接触を確保するために、受圧ダイアフラム１５に荷重をかけながら溶接を行うことによって、組み付け後において圧力伝達部材１６の各端部が、金属ステム２０のダイアフラム２２および受圧ダイアフラム１５のそれぞれに荷重を与えた状態で接触するようにしている。
For this reason, in order to ensure contact between the
しかしながら、感圧素子３０をガラス接合などによって保持部材としての金属ステム２０に取り付けた後、受圧ダイアフラム１５を金属ステム２０に溶接する方法では、次のような問題が生じる。
However, the method of welding the
１つには、圧力伝達部材１６を短くして受圧ダイアフラム１５の溶接部と感圧素子３０との距離が小さくなっていることから、溶接の熱の影響が大となる。そのため、受圧ダイアフラム１５の溶接の熱が、金属ステム２０上の感圧素子３０に対して熱的なダメージを与える。
For example, since the
２つ目は、感圧素子３０を金属ステム２０に貼り付けた後に、圧力伝達部材１６から金属ステム２０のダイアフラム２２を介して感圧素子３０に荷重が印加された状態で、受圧ダイアフラム１５が溶接固定されるため、このとき印加された荷重が、受圧ダイアフラム１５の溶接後において感圧素子３０に残る。すると、この残った荷重が、出力のオフセットを発生させる。
Second, after the pressure
このように、圧力に応じた信号を出力する感圧素子を保持部材に取り付け、感圧素子と受圧ダイアフラムとの間に圧力伝達部材を介在させつつ、受圧ダイアフラムを保持部材に対して溶接して固定してなる圧力検出装置においては、受圧ダイアフラムの溶接時における感圧素子への熱的ダメージ、および、当該溶接時の荷重による出力のオフセット発生という問題が生じる。 In this way, the pressure sensitive element that outputs a signal corresponding to the pressure is attached to the holding member, and the pressure receiving diaphragm is welded to the holding member while the pressure transmitting member is interposed between the pressure sensitive element and the pressure receiving diaphragm. In the fixed pressure detection device, there are problems of thermal damage to the pressure-sensitive element during welding of the pressure-receiving diaphragm and generation of output offset due to the load during the welding.
そこで、本発明は上記問題に鑑み、このような圧力検出装置において、受圧ダイアフラムを保持部材へ溶接するときに、感圧素子に対して熱的ダメージおよびオフセットの原因となる荷重が加わるのを防止することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention prevents the pressure sensing device from being subjected to a load that causes thermal damage and offset when the pressure receiving diaphragm is welded to the holding member. The purpose is to do.
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明によれば、圧力に応じた信号を出力する感圧素子（３０）を保持部材（２０）に取り付け、感圧素子（３０）と受圧ダイアフラム（１５）との間に圧力伝達部材（１６）を介在させつつ、受圧ダイアフラム（１５）を保持部材（２０）に対して溶接して固定してなり、受圧ダイアフラム（１５）が受けた圧力を圧力伝達部材（１６）を介して感圧素子（３０）に伝達することにより圧力検出を行うようにした圧力検出装置を製造する圧力検出装置の製造方法において、次のような点を特徴としている。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a pressure sensitive element (30) that outputs a signal corresponding to pressure is attached to the holding member (20), and the pressure sensitive element (30) and the pressure receiving diaphragm are attached. The pressure receiving diaphragm (15) is welded and fixed to the holding member (20) while the pressure transmitting member (16) is interposed between the pressure receiving diaphragm (15) and the pressure received by the pressure receiving diaphragm (15). The pressure detection device manufacturing method for manufacturing a pressure detection device that detects pressure by transmitting to the pressure sensitive element (30) via the pressure transmission member (16) is characterized by the following points. .
すなわち、本製造方法は、保持部材（２０）と受圧ダイアフラム（１５）との間に圧力伝達部材（１６）を介在させ、受圧ダイアフラム（１５）から圧力伝達部材（１６）を介して保持部材（２０）に荷重を与えた状態で、受圧ダイアフラム（１５）の溶接を行った後、保持部材（２０）に感圧素子（３０）を取り付けることを特徴としている。 That is, in this manufacturing method, the pressure transmission member (16) is interposed between the holding member (20) and the pressure receiving diaphragm (15), and the holding member (16) is interposed from the pressure receiving diaphragm (15) via the pressure transmission member (16). The pressure-sensitive element (30) is attached to the holding member (20) after the pressure-receiving diaphragm (15) is welded in a state where a load is applied to 20).
それによれば、保持部材（２０）に感圧素子（３０）を取り付ける前に、受圧ダイアフラム（１５）から圧力伝達部材（１６）を介して荷重をかけながら、受圧ダイアフラム（１５）を保持部材（２０）に溶接することになる。 According to this, before attaching the pressure sensitive element (30) to the holding member (20), the pressure receiving diaphragm (15) is held by the holding member (15) while applying a load from the pressure receiving diaphragm (15) via the pressure transmitting member (16). 20).
そのため、圧力伝達部材（１６）と保持部材（２０）および受圧ダイアフラム（１５）との接触を確保することができる。 Therefore, the contact between the pressure transmission member (16), the holding member (20), and the pressure receiving diaphragm (15) can be ensured.
また、荷重を印加しながら受圧ダイアフラム（１５）を溶接するときには、保持部材（２０）には感圧素子（３０）が取り付けられておらず存在しないため、そもそも、当該溶接による感圧素子（３０）への熱的ダメージおよび荷重の印加は発生しない。 In addition, when the pressure receiving diaphragm (15) is welded while applying a load, since the pressure sensitive element (30) is not attached to the holding member (20) and does not exist, the pressure sensitive element (30 by the welding is originally provided. No thermal damage or load is applied to).
したがって、本発明によれば、受圧ダイアフラム（１５）を保持部材（２０）へ溶接するときに、感圧素子（３０）に対して熱的ダメージおよびオフセットの原因となる荷重が加わるのを防止することができる。 Therefore, according to the present invention, when the pressure-receiving diaphragm (15) is welded to the holding member (20), the pressure-sensitive element (30) is prevented from being subjected to a load that causes thermal damage and offset. be able to.
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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施形態に係る圧力検出装置１００の全体構成を示す概略断面図である。また、図２は、図１中におけるパイプ部１２の先端部の近傍部を拡大して示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a
この圧力検出装置１００には、用途を限定するものではないが、燃焼圧センサとして適用することができる。燃焼圧センサとは、ハウジング１０のパイプ部１２が被検出体としてのたとえば自動車のエンジンブロックにおける取付穴に挿入されネジ結合などによって取り付けられることで、燃焼室内の圧力（いわゆる筒内圧）を検出圧力として検出するセンサである。
Although the application is not limited to this
本実施形態の圧力検出装置１００のハウジング１０は、円筒状の本体部１１とこの本体部１１よりも細い細長筒形状のパイプ部１２とからなり、これら本体部１１およびパイプ部１２は、切削や冷間鍛造等により加工されたたとえばステンレスなどの金属製のものである。本例では、パイプ部１２は円筒パイプ形状をなすものとしているが、角パイプ形状でもよい。
The
なお、ハウジング１０において、本体部１１とパイプ部１２とは一体形成されたものであってもよいし、これら両者１１、１２をそれぞれ別体に形成し、その後でこれら両者１１、１２を溶接や接着あるいは圧入、ネジ結合、かしめなどにより接合して一体化したものであってもよい。
In the
また、ハウジング１０におけるパイプ部１２の外周面には、被検出体としての上記エンジンブロックにネジ結合可能なネジ部１３が形成されている。このように、本実施形態の圧力検出装置１００においては、ハウジング１０は、その一端側から突出するように設けられた細長形状のパイプ部１２を備えたものとして構成されている。
Further, on the outer peripheral surface of the
ここで、ハウジング１０のパイプ部１２は、当該エンジンブロックに形成されたネジ穴としての取付穴に挿入され、ネジ部１３を介して取り付けられる。それにより、圧力検出装置１００はエンジンブロックに取り付けられる。
Here, the
そして、この圧力検出装置１００のエンジンブロックへの取付状態においては、検出圧力としての燃焼室内の圧力（筒内圧）は、図１、図２中の白抜き矢印Ｙに示されるように、パイプ部１２の先端部側から印加されるようになっている。
When the
また、ハウジング１０におけるパイプ部１２の先端部には、検出圧力に応じた信号を出力する感圧素子３０が設けられている。この感圧素子３０は、たとえば、検出圧力によって自身が歪み、その歪みに基づいて検出圧力に応じた信号を出力する歪みゲージ機能を有するものにできる。
A pressure-
具体的には、図２に示されるように、感圧素子３０は、一端側が開口部２１、他端側がダイアフラム２２である中空筒状の金属ステム２０１に対して、この金属ステム２０のダイアフラム２２の表面にガラス溶着などによって取り付けられている。この金属ステム２０は保持部材として構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 2, the pressure
金属ステム２０は、中空円筒形状に加工された金属製の部材であり、開口部２１の開口縁部には、周面と直交する方向へ張り出したフランジ２３が形成されている。なお、本例では、金属ステム２０の中空部は円筒状であるが、角筒状でもよい。
The metal stem 20 is a metal member processed into a hollow cylindrical shape, and a
そして、金属ステム２０は、そのダイアフラム２２側をパイプ部１２内に向け開口部２１を燃焼室側に向けてパイプ部１２に挿入されている。そして、金属ステム２０のフランジ２３とパイプ部１２の先端部の開口縁部とが、接着または溶接あるいは圧接などにより固定されている。
The metal stem 20 is inserted into the
さらに、図２に示されるように、ハウジング１０におけるパイプ部１２の先端部において、金属ステム２０の開口部２１を覆うようにダイアフラム１５が設けられている。以下、このダイアフラム１５は、上記した金属ステム２０のダイアフラム２２との区別のため、受圧ダイアフラム１５ということにする。
Further, as shown in FIG. 2, a
この受圧ダイアフラム１５は、たとえばステンレスなどの金属製円形板状のものであり、その周辺部が金属ステム２０のフランジ２３に溶接されることによって接合固定されている。
The
それにより、受圧ダイアフラム１５と金属ステム２０とは一体化されている。そして、この受圧ダイアフラム１５は、図１中の白抜き矢印Ｙに示されるように、上記燃焼室に面して燃焼圧（筒内圧）を受けるものである。
Thereby, the
また、図２に示されるように、金属ステム２０の中空部には、圧力伝達部材１６が設けられている。すなわち、受圧ダイアフラム１５と感圧素子３０との間に圧力伝達部材１６を介在させた形となっている。この圧力伝達部材１６は、たとえばセラミックや金属などからなるものである。
As shown in FIG. 2, a
ここで、圧力伝達部材１６の一端部は、金属ステム２０のダイアフラム２２に荷重を与えた状態で接触しており、圧力伝達部材１６の他端部は、受圧ダイアフラム１５に荷重を与えた状態で接触している。
Here, one end of the
それにより、上述したように、圧力伝達部材１６がその線膨張係数により縮んだときや、燃焼室内の圧力が負圧になったときであっても、圧力伝達部材１６と両ダイアフラム１５、２２との接触を適切に確保することができるようになっている。
Thereby, as described above, even when the
ここでは、圧力伝達部材１６は球状をなす球状部材であるが、圧力伝達部材１６の形状はこれに限定されるものではない。そして、検出圧力は、受圧ダイアフラム１５から圧力伝達部材１６を介して金属ステム２０のダイアフラム２２および感圧素子３０に印加されるようになっている。
Here, the
また、歪みゲージ機能を有する感圧素子３０としては、限定するものではないが、たとえば、半導体プロセスによってシリコン半導体チップに対して、拡散抵抗素子などにより構成されるブリッジ回路などを形成してなるものなどを採用することができる。
Further, the pressure
このような歪みゲージ機能を有する半導体チップは、圧力によって金属ステム２０のダイアフラム２２が変形したとき、この変形に応じて歪みゲージ３０自身も歪むことにより、その歪みによって生じる抵抗値変化を電気信号に変換して出力する機能を有するものである。
In the semiconductor chip having such a strain gauge function, when the
なお、これら金属ステム２０のダイアフラム２２および感圧素子３０が、検出圧力による荷重を受けて歪む歪み部として構成されており、この歪み部は圧力検出装置１００の基本性能を左右するものである。
The
ここで、金属ステム２０を構成する金属材料について、さらに述べるならば、当該金属材料に対しては、高圧を受けることから高強度であること、及び、Ｓｉ半導体などからなる感圧素子３０を低融点ガラスなどにより接合することなどのため、低熱膨張係数であることが求められる。
Here, the metal material constituting the
具体的には、金属ステム２０の金属材料としては、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、たとえば析出硬化型のステンレスなどを選定することができ、この金属ステム２０は、プレス、切削や冷間鍛造などにより形成することができる。
Specifically, the metal material of the
また、図１に示されるように、ハウジング１０の本体部１１の内部には、セラミック基板などからなる回路基板４０が設けられている。この回路基板４０は、本体部１１との境界におけるパイプ部１２の開口部を覆うように設けられており、回路基板４０の周辺部は、たとえば接着などによりハウジング１０に固定されている。
As shown in FIG. 1, a
この回路基板４０におけるパイプ部１２の開口部に面した側の面には、ＩＣチップ４２が接着などにより搭載されている。このＩＣチップ４２は、感圧素子３０からの出力を増幅したり調整したりするための回路が形成されたものである。
An
そして、このＩＣチップ４２と回路基板４０とは、アルミニウム（Ａｌ）または金などからなるボンディングワイヤ４４により結線されており、それによって、これら両者４０、４２は電気的に接続されている。さらに、図１、図２に示されるように、この回路基板４０と上記感圧素子３０とは、配線部材５０により電気的に接続されている。
The
ここでは、配線部材５０としては、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）５０を採用している。もちろん、配線部材５０としては、それ以外にも、たとえばリード線などを採用してもよい。
Here, a flexible printed circuit board (FPC) 50 is employed as the
フレキシブルプリント基板５０としては、ポリイミド樹脂などのベースに銅などの導体をパターニング形成した一般的なものを採用できる。このフレキシブルプリント基板５０は、図１に示されるように、ハウジング１０のパイプ部１２内にてパイプ部１２の長手方向に延びるように配置されている。
As the flexible printed
ここで、フレキシブルプリント基板５０の一端部５１は、感圧素子３０に対して、はんだなどを用いて電気的および機械的に接合されている。具体的には、図示しないが、感圧素子３０の表面に形成されたパッドに対して、フレキシブルプリント基板５０の導体部が接続される。
Here, the one
そして、フレキシブルプリント基板５０の感圧素子３０への接合部である一端部５１から、フレキシブルプリント基板５０は折り曲げられており、この折り曲げられた部分である折り曲げ部よりも他端部５２側の部位が、パイプ部１２内において回路基板４０の方向へ延びている。
And the flexible printed
一方、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２側の部位は、ハウジング１０の本体部１１に位置している。そして、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２は、回路基板４０に設けられた貫通穴４６を介して、回路基板４０におけるＩＣチップ４２の搭載面から当該搭載面とは反対側の面に位置している。
On the other hand, the portion on the
そして、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２は、回路基板４０におけるＩＣチップ４２の搭載面とは反対側の面にて、はんだなどを介して回路基板４０と電気的に接続されている。
The
また、図１に示されるように、ハウジング１０において回路基板４０におけるフレキシブルプリント基板５０との接続面と対向する位置には、ターミナル６１を有するコネクタケース６０が設けられている。
As shown in FIG. 1, a
このコネクタケース６０はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂などからなるもので、ターミナル６１はコネクタケース６０にインサート成形などにより一体化されている。このコネクタケース６０は、感圧素子３０からの信号を取り出すためのコネクタ部として構成されている。
The
そして、コネクタケース６０のターミナル６１と回路基板４０とはバネ部材６２を介したバネ接触により電気的に接続されている。これにより、感圧素子３０とコネクタケース６０は、フレキシブルプリント基板５０および回路基板４０を介して電気的に接続されている。
The terminal 61 of the
また、図１に示されるように、ハウジング１０の本体部１１の端部１４がコネクタケース６０にかしめられることにより、コネクタケース６０とハウジング１０とは一体に固定されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
そして、ターミナル６１は自動車のＥＣＵなどへ図示しない配線部材などを介して電気的に接続可能となっている。それにより、本圧力検出装置１００は外部との信号のやりとりなどが可能になっている。
The terminal 61 can be electrically connected to an ECU of an automobile via a wiring member (not shown). As a result, the
かかる構成を有する圧力検出装置１００の製造方法について、図３を参照して述べる。図３は、本製造方法を説明するための工程図であり、主として受圧ダイアフラムの溶接工程に関わる部分を示す概略断面図である。
A method of manufacturing the
まず、図３（ａ）に示されるように、保持部材としての金属ステム２０と受圧ダイアフラム１５との間に圧力伝達部材１６を介在させる。具体的には、圧力伝達部材８０を金属ステム２０の中空部に挿入して、金属ステム２０の開口部２１を覆うように受圧ダイアフラム１５を取り付ける。
First, as shown in FIG. 3A, the
次に、受圧ダイアフラム１５から圧力伝達部材１６を介して金属ステム２０のダイアフラム２３に荷重を与えた状態で、受圧ダイアフラム１５の溶接を行う。それにより、受圧ダイアフラム１５と金属ステム２０とを一体化する。
Next, the
つまり、金属ステム２１と受圧ダイアフラム１５とによって、これら両者の間に介在する圧力伝達部材１６を挟み付ける方向に荷重を加えた状態のまま、受圧ダイアフラム１５をフランジ２３に対してレーザ溶接などによって全周溶接する。
That is, with the
このようにして、受圧ダイアフラム１５の溶接を行い、受圧ダイアフラム１５と圧力伝達部材１６と金属ステム２０とを一体化した後、図３（ｂ）に示されるように、金属ステム２０に感圧素子３０を取り付ける。
After the
具体的には、金属ステム２０のダイアフラム２２の外表面に図示しない低融点ガラスを介在させつつ感圧素子３０を搭載する。そして、当該ガラスを焼成することにより感圧素子３０と金属ステム２０とをガラス接合する。
Specifically, the pressure
次に、図３（ｃ）に示されるように、金属ステム２０、感圧素子３０および受圧ダイアフラム１５が一体化したユニットにおいて、その感圧素子３０に対して、フレキシブルプリント基板５０の一端部５１をはんだなどを介して接続する。
Next, as shown in FIG. 3C, in the unit in which the
次に、図３（ｄ）に示されるように、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２側の部位を、ハウジング１０のパイプ部１２の先端部から挿入し、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２をハウジング１０の本体部１１の内部まで引き出す。
Next, as shown in FIG. 3D, the portion on the
続いて、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２を、ＩＣチップ４２がワイヤボンド実装された回路基板４０の貫通穴４６に通し、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２と回路基板４０とをはんだなどを介して接続する。
Subsequently, the
次に、回路基板４０をハウジング１０の本体部１１に接合固定する。その後、コネクタケース６０をハウジング１０の本体部１１に組み付け、ハウジング１０の端部１４をかしめることにより、コネクタケース６０とハウジング１０とを固定する。
Next, the
このコネクタケース６０をハウジング１０へ組み付けるとき、ターミナル６１と回路基板４０とをバネ部材６２を介してバネ接触させ、電気的に接続する。こうして、上記図１に示される圧力検出装置１００が完成する。
When the
かかる圧力検出装置１００は、ハウジング１０のネジ部１３を介して、被検出体としての上記エンジンブロックに形成されたネジ穴に取り付けられることによって、エンジンブロックに接続固定される。
The
そして、燃焼室内の圧力（筒内圧）が、図１、図２中の矢印Ｙに示されるように、受圧ダイアフラム１５から圧力伝達部材１６を介して、金属ステム２０のダイアフラム２２に印加されると、その圧力によって金属ステム２０のダイアフラム２２が変形し、この変形を感圧素子３０により電気信号に変換し、圧力検出を行うようにしている。
Then, when the pressure in the combustion chamber (in-cylinder pressure) is applied from the
そして、感圧素子３０からの信号は、フレキシブルプリント基板５０を介して回路基板４０へ伝達され、ＩＣチップ４２にて処理され、処理された信号がターミナル６１から外部へ出力される。
Then, the signal from the pressure
ところで、本実施形態によれば、圧力に応じた信号を出力する感圧素子３０を保持部材としての金属ステム２０に取り付け、感圧素子３０と受圧ダイアフラム１５との間に圧力伝達部材１６を介在させつつ、受圧ダイアフラム１５を金属ステム２０に対して溶接して固定してなり、受圧ダイアフラム１５が受けた圧力を圧力伝達部材１６を介して感圧素子３０に伝達することにより圧力検出を行うようにした圧力検出装置１００を製造する製造方法において、次のような点を特徴とする製造方法が提供される。
By the way, according to the present embodiment, the pressure-
すなわち、本製造方法は、金属ステム２０と受圧ダイアフラム１５との間に圧力伝達部材１６を介在させ、受圧ダイアフラム１５から圧力伝達部材１６を介して金属ステム２０に荷重を与えた状態で、受圧ダイアフラム１５の溶接を行った後、金属ステム２０に感圧素子３０を取り付けることを特徴としている。
That is, in this manufacturing method, the
それによれば、金属ステム２０に感圧素子３０を取り付ける前に、受圧ダイアフラム１５から圧力伝達部材１６を介して荷重をかけながら、受圧ダイアフラム１５を金属ステム２０に溶接することになる。
According to this, the
そのため、圧力伝達部材１６と金属ステム２０および受圧ダイアフラム１５との接触を適切に確保することができる。つまり、上述したように、圧力伝達部材１６がその線膨張係数により縮んだときや、燃焼室内の圧力が負圧になったときであっても、圧力伝達部材１６と両ダイアフラム１５、２２との接触が確保される。
Therefore, the contact between the
また、荷重を印加しながら受圧ダイアフラム１５を溶接するときには、金属ステム２０には感圧素子３０が取り付けられておらず存在しないため、そもそも、この受圧ダイアフラム１５を溶接することによる感圧素子３０への熱的ダメージおよび荷重の印加は発生しない。
Further, when the
したがって、本実施形態によれば、受圧ダイアフラム１５を金属ステム２０へ溶接するときに、感圧素子３０に対して熱的ダメージおよびオフセットの原因となる荷重が加わるのを防止することができる。
Therefore, according to this embodiment, when the
また、本実施形態に用いられる圧力伝達部材１６は、従来の一般的な圧力伝達部材と同様に棒状のものを採用できるが、特に、図１、図２に示される例では、圧力伝達部材１６として、球状をなす球状部材を採用している。
Further, the
この構成の場合、圧力伝達部材としての球状部材は、受圧用ダイアフラム１５と接触する面および金属ステム２０のダイアフラム２２と接触する面が球面となっている。それによれば、これら両接触面における接触は、安定した点接触とすることができ、圧力伝達部材１６と受圧用ダイアフラム１５および金属ステム２０のダイアフラム２２との接触箇所数を少なくできる。
In the case of this configuration, the spherical member as the pressure transmitting member has a spherical surface in contact with the
そのため、圧力伝達部材１６と上記両ダイアフラム１５、２２との接触状態の変化を極力抑制し、各接触部において安定した接触状態を確保でき、圧力伝達精度の悪化を抑制することができる。
Therefore, a change in the contact state between the
また、圧力伝達部材１６としての球状部材は、従来の棒状の圧力伝達部材に比べ、その形状効果から、変形しにくい。そのことからも、球状部材を採用することは、圧力伝達部材１６と上記両ダイアフラム１５、２２との間の安定した接触状態を、適切に確保する点で好ましい。
In addition, the spherical member as the
なお、圧力伝達部材１６としての球状部材としては、図１、図２に示されるような真球のものでなくてもよく、多少変形した球でもよい。たとえば、当該球状部材としては、楕円球状であったり、ラグビーボール状のものであってもよい。
The spherical member as the
また、受圧ダイアフラム１５および金属ステム２０のダイアフラム２２との接触面が球面となっている圧力伝達部材１６としては、球状の部材に限らない。たとえば、当該両接触面は球面であるが両接触面の中間部は柱状のものであってもよい。
Further, the
また、本実施形態では、感圧素子３０をより検出環境側すなわち受圧ダイアフラム１５へ近づける構成とすることにより、従来よりも圧力伝達部材１６を短くした構成とすることができる。本例では、圧力伝達部材１６は、金属ステム２０の中空部内に収納され、実質的に金属ステム２０の長さの範囲にとどまる程度に短くなっている。
Further, in the present embodiment, the
そのため、上述したような、圧力伝達部材を長くすることによる共振の問題や圧力伝達部材自身の変形を極力抑制することができる。そして、装置における感度の向上などセンサ特性の改善が図れる。 Therefore, the problem of resonance and the deformation of the pressure transmission member itself as described above can be suppressed as much as possible. And sensor characteristics can be improved, such as improvement of sensitivity in the apparatus.
［変形例］
図４は、本実施形態の変形例を示す概略断面図である。
[Modification]
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a modification of the present embodiment.
上記図１、図２に示される例では、金属ステム２０が保持部材として構成されており、この金属ステム２０のフランジ２３に対して受圧ダイアフラム１５を溶接して固定していた。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the
本変形例では、図４に示されるように、パイプ部１２と同程度の径を有するパイプ材９０を、金属ステム２０の外周に接着や溶接などにより固定し、このパイプ材９０に対して受圧ダイアフラム１５を溶接し固定している。ここで、圧力伝達部材１６は、たとえば円柱状のものを用いている。
In this modification, as shown in FIG. 4, a
この場合、これら金属ステム２０とパイプ材９０とが一体化したものによって保持部材が構成されている。そして、このパイプ材９０と一体化した金属ステム２０を用意し、金属ステム２０と受圧ダイアフラム１５との間に圧力伝達部材１６を介在させ、上記同様に、荷重を印加しながらパイプ材９０に対して受圧ダイアフラム１５を溶接する。
In this case, the holding member is constituted by a combination of the
その後、本例の場合も同様に、感圧素子３０を金属ステム２０にガラス接合し、フレキシブルプリント基板５０を感圧素子３０に接続し、フレキシブルプリント基板５０をパイプ部１２へ挿入し、パイプ材９０とパイプ部１２とを接合すればよい。
Thereafter, similarly in the case of this example, the pressure
（他の実施形態）
なお、保持部材としては上記金属ステム２０およびパイプ材９０と一体化した金属ステム２０に限定されるものではない。
(Other embodiments)
The holding member is not limited to the
保持部材としては、当該保持部材に取り付けられる感圧素子３０を保持するとともに、受圧ダイアフラム１５および圧力伝達部材１６から圧力を受けたときに、この受けた圧力すなわち検出圧力を感圧素子３０に適切に伝えることのできるもの、さらには、受圧ダイアフラム１５が溶接可能なものであればよい。
As the holding member, the pressure-
また、感圧素子としては、上記した歪みゲージ機能を有するもの以外でもよい。感圧素子としては、保持部材に取り付けられて圧力伝達部材から受けた検出圧力に応じた信号を出力するものであればよい。 The pressure sensitive element may be other than the one having the strain gauge function described above. Any pressure-sensitive element may be used as long as it is attached to the holding member and outputs a signal corresponding to the detected pressure received from the pressure transmission member.
さらに、上記実施形態では、ハウジング１０は、長いパイプ部１２を有するものであり、そのパイプ部１２の先端部に感圧素子３０および金属ステム２０、受圧ダイアフラム１５を設けていたため、感圧素子３０と回路基板４０との間をフレキシブルプリント基板５０にて接続していた。
Furthermore, in the above embodiment, the
しかし、ハウジングの形状を変形して、パイプ部を極力短くするか、あるいはパイプ部を廃止するなどにより、感圧素子３０とコネクタ部側である回路基板４０との距離を短くし、これら感圧素子３０および回路基板４０の間をボンディングワイヤなどによって接続できるようにしてもよい。
However, the distance between the pressure
さらに、上記図１に示される例では、ハウジング１０内において感圧素子３０とコネクタ部６０との間の部位には、ＩＣチップ４２や回路基板４０や各種の電気接続部材が配置されていたが、当該部位の構成はこれに限定されるものではなく、適宜変更可能であることは、もちろんである。
Further, in the example shown in FIG. 1, the
要するに、本発明は、感圧素子３０を保持部材２０に取り付け、感圧素子３０と受圧ダイアフラム１５との間に圧力伝達部材１６を介在させつつ、受圧ダイアフラム１５を保持部材２０に対して溶接して固定してなる圧力検出装置の製造方法において、保持部材２０と受圧ダイアフラム１５との間に圧力伝達部材１６を介在させ、受圧ダイアフラム１５から圧力伝達部材１６を介して保持部材２０に荷重を与えた状態で、受圧ダイアフラム１５の溶接を行った後、保持部材２０に感圧素子３０を取り付けること要部とするものであり、それ以外の部分については、適宜、変更が可能である。
In short, the present invention attaches the
また、本発明の圧力検出装置は、上述したような燃焼室内の圧力（筒内圧）を検出する燃焼圧センサとして適用されることに限定されないことはもちろんである。 Further, the pressure detection device of the present invention is not limited to being applied as a combustion pressure sensor for detecting the pressure in the combustion chamber (in-cylinder pressure) as described above.
１５…受圧ダイアフラム、１６…圧力伝達部材、
２０…保持部材としての金属ステム、３０…感圧素子。
15 ... pressure receiving diaphragm, 16 ... pressure transmission member,
20 ... Metal stem as a holding member, 30 ... Pressure sensitive element.
Claims (1)
前記受圧ダイアフラム（１５）が受けた圧力を前記圧力伝達部材（１６）を介して前記感圧素子（３０）に伝達することにより圧力検出を行うようにした圧力検出装置を製造する製造方法であって、
前記保持部材（２０）と前記受圧ダイアフラム（１５）との間に前記圧力伝達部材（１６）を介在させ、前記受圧ダイアフラム（１５）から前記圧力伝達部材（１６）を介して前記保持部材（２０）に荷重を与えた状態で、前記受圧ダイアフラム（１５）の溶接を行った後、前記保持部材（２０）に前記感圧素子（３０）を取り付けることを特徴とする圧力検出装置の製造方法。
A pressure sensitive element (30) that outputs a signal corresponding to the pressure is attached to the holding member (20), and a pressure transmission member (16) is interposed between the pressure sensitive element (30) and the pressure receiving diaphragm (15). The pressure receiving diaphragm (15) is fixed by welding to the holding member (20),
This is a manufacturing method for manufacturing a pressure detecting device that detects pressure by transmitting the pressure received by the pressure receiving diaphragm (15) to the pressure sensitive element (30) through the pressure transmitting member (16). And
The pressure transmission member (16) is interposed between the holding member (20) and the pressure receiving diaphragm (15), and the holding member (20 from the pressure receiving diaphragm (15) through the pressure transmission member (16). The pressure sensing device (30) is attached to the holding member (20) after the pressure receiving diaphragm (15) is welded in a state where a load is applied to the pressure sensing device (15).
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