JP5720450B2 - 圧力センサおよび圧力センサの取り付け構造 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジングとコネクタケースとを一体に組み付け、ハウジングとコネクタケースとの間に構成される内部空間に圧力検出素子を収容してなる圧力センサおよび圧力センサの取り付け構造に関するものである。

従来より、ハウジングとコネクタケースとが一体に組み付けられ、ハウジングとコネクタケースとの間に構成される内部空間に圧力検出素子が備えられた圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、コネクタケースは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂で構成されて円柱状とされており、中心軸に沿って樹脂を貫通するピン状のターミナルが備えられている。そして、一端部側に開口部が形成されており、当該開口部内にターミナルの一端部が露出している。また、ハウジングには、収容凹部が備えられている。そして、コネクタケースのうち開口部が形成される一端部と反対側の他端部がハウジングの収容凹部に挿入され、収容凹部の開口端がコネクタケースにかしめられることでハウジングとコネクタケースとが一体化されている。

また、コネクタケースとハウジングとの間にて内部空間が構成されており、この内部空間に圧力検出素子が備えられている。そして、内部空間内において、圧力検出素子とターミナルとが電気的に接続されている。このような圧力センサは、かしめ部が外部環境に曝されることになるため、かしめ部から水等の異物が内部空間に浸入することを防止するためにかしめ部に防水剤等のシール材が配置されている。

上記圧力センサは、コネクタケースが外部コネクタに取り付けられ使用される。具体的には、外部コネクタは、コネクタケースのうち開口部が形成されている一端部が差し込まれる外部コネクタハウジングと、ターミナルと電気的に接続されるコネクタ端子とを備えている。そして、圧力センサは、コネクタケースのうち開口部が形成されている一端部が外部コネクタハウジングに差し込まれ、ターミナルとコネクタ端子とが電気的に接続されることによって外部との電気的な接続が図れるようになっている。また、外部コネクタには、シール材が配置されており、コネクタケースが差し込まれると当該シール材によって外部コネクタとコネクタケースとの間の隙間が密封されるようになっている。すなわち、コネクタケースの開口部内に水等の異物が浸入しないようになっている。

特開平１１−２３４００号公報

上記圧力センサでは、かしめ部、つまり、ハウジングとコネクタケースとの境界に防水剤等のシール材を配置して内部空間に水等の異物が浸入しないようにしているが、この防水材を配置するためには塗布工程と乾燥工程の２工程が必要になるため、ハウジングとコネクタケースとの組付工程が長くなり、コストの増加を招くという問題がある。さらに、シール材は劣化する可能性があるため、長期的に信頼性が低下するという問題がある。

また、ハウジングとコネクタケースとの境界から水等の異物が浸入することを抑制する圧力センサとして次の構造のものがある。すなわち、この圧力センサは、コネクタケースが円柱状の樹脂部と、樹脂部のうちハウジング側の他端部側の外周面（側面）を囲むと共に他端部の一面から突出する筒状の金属部とを備えて構成されている。そして、金属部における樹脂部から突出している部分がハウジングに溶接されることにより、コネクタケースとハウジングとが一体に組みつけられている。これによれば、コネクタケースがハウジングに溶接接合されているため、コネクタケースとハウジングとの間から水等の異物が浸入することを抑制することができる。

しかしながら、この圧力センサでは、コネクタケースのうち樹脂部と金属部との界面が外部環境に曝されることになり、この界面から内部空間に水等の異物が浸入してしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、内部空間に水等の異物が浸入することを抑制することができ、組付工程を簡略化することができると共に信頼性を向上させることができる圧力センサおよび圧力センサの取り付け構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、測定媒体が導入される圧力導入孔（１２ａ）が所定方向に延設され、当該圧力導入孔（１２ａ）の一端部側に圧力によって変形可能なダイヤフラム（１３）を備えたハウジング（１０）と、ダイヤフラム（１３）のうち圧力導入孔（１２ａ）側と反対側に備えられ、ダイヤフラム（１３）の変形に応じた電気的信号を出力する圧力検出素子（４０）と、圧力検出素子（４０）と電気的に接続されるターミナル（２２）を備えた筒状部材であって、一端部側が開口部（２４）とされてターミナル（２２）の一端部を開口部（２４）内に露出させると共に他端部側がハウジング（１０）と接合されてハウジング（１０）との間に圧力検出素子（４０）を収容する密封された内部空間（３０）を構成するコネクタケース（２０）と、を有する圧力センサにおいて、以下の点を特徴としている。

すなわち、コネクタケース（２０）は、樹脂部（２１）と、樹脂部（２１）の外周面を覆う金属部（２３）とを有して構成され、樹脂部（２１）と金属部（２３）との界面が開口部（２４）内に位置していると共に内部空間（３０）内に位置していることを特徴としている。

このような圧力センサでは、樹脂部（２１）と金属部（２３）との界面は開口部（２４）に位置しており、外部コネクタ（５０）に取り付けられた際に当該開口部（２４）が密封される。このため、樹脂部（２１）と金属部（２３）との界面に防水剤等のシール材を配置する必要がなく、ハウジング（１０）とコネクタケース（２０）との組付工程を簡略化することができ、コストが増加することを抑制することができる。また、シール材を配置しないため、長期的な信頼性を向上させることができる。なお、内部空間（３０）は密封されており、内部空間（３０）内に位置する金属部（２３）と樹脂部（２１）との界面にシール材を配置する必要もない。

また、樹脂部（２１）は外周面が金属部（２３）で覆われるため、外部環境に曝されることがない。このため、樹脂部（２１）として、耐環境性の低いポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の材料を用いることができ、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いる場合と比較してコストの低下を図ることができる。

さらに、コネクタケース（２０）は、樹脂部（２１）と当該樹脂部（２１）の外周面を覆う金属部（２３）とを有して構成されているため、コネクタケース（２０）を樹脂部（２１）のみで構成した場合と比較して、共振点を高くすることができ、耐振動性を向上させることができる。

また、金属部（２３）は電磁シールドとしての機能も有する。このため、樹脂部（２１）の外周面を金属部（２３）で覆うことにより、ターミナル（２２）がアンテナとして機能してしまうことを抑制することができ、検出結果に外部ノイズが含まれることを抑制することができる。

例えば、請求項２に記載の発明のように、ハウジング（１０）を金属材料で構成し、コネクタケース（２０）の金属部（２３）とハウジング（１０）とを溶接接合することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、ターミナル（２２）と圧力検出素子（４０）とをフレキシブルプリント基板（４２）を介して電気的に接続することができる。

さらに、請求項４に記載の発明のように、樹脂部（２１）をポリブチレンテレフタレートを用いて構成することができる。

そして、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力センサを外部コネクタ（５０）に取り付ける取り付け構造であって、外部コネクタ（５０）は、コネクタケース（２０）が差し込まれる筒状の外部コネクタハウジング（５２）と、外部コネクタハウジング（５２）内に配置されるコネクタ端子（５１）およびシール材（５３）とを有し、コネクタケース（２０）が外部コネクタハウジング（５２）に差し込まれることにより、ターミナル（２２）とコネクタ端子（５１）とが電気的に接続されると共にシール材（５３）によってコネクタケース（２０）の内周壁面と外部コネクタハウジング（５２）との間の隙間が封止されて開口部（２４）が密封されることを特徴としている。

この場合、請求項６に記載の発明のように、樹脂部（２１）と金属部（２３）との界面が密封された開口部（２４）内に位置するようにすることが好ましい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。

本発明の第１実施形態における圧力センサの断面構成を示す図である。 図１に示す圧力センサの外部コネクタへの取り付け構造を示す概略断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態における圧力センサの断面構成を示す図である。なお、本実施形態における圧力センサは、例えば、コモンレールの燃料パイプ内の圧力検出に用いられると好適である。

図１に示されるように、圧力センサは、ハウジング１０とコネクタケース２０とが接合され、ハウジング１０とコネクタケース２０との間に構成される内部空間３０に圧力検出素子４０が収容されて構成されている。

ハウジング１０は、中心部に貫通孔１１ａが形成されてリング状とされた金属製のベース部１１と、円柱部材であって一端部側が貫通孔１１ａに差し込まれる金属製のパイプ部１２とを備えている。そして、ベース部１１とパイプ部１２とは、パイプ部１２の一端部側が貫通孔１１ａに差し込まれた状態でパイプ部１２がベース部１１の下面側に溶接されて接合されている。すなわち、ハウジング１０は、ベース部１１の下面中心部から下方に延びるパイプ部１２を一体的に有している。このようなハウジング１０は、ハウジング１０全体を一体物として製造する場合と比較して、製造工程を簡単にすることができ、さらに、ベース部１１およびパイプ部１２の材質を互いに異ならせることもできるため、適用性を向上させることができる。

パイプ部１２は、他端部側からパイプ部１２の中心軸に沿って測定媒体を導入する圧力導入孔１２ａが形成されている。そして、圧力導入孔１２ａの一端部側（先端位置）において、パイプ部１２が薄肉化されており、この薄肉化された部分によって圧力により変形可能なダイヤフラム１３が構成されている。すなわち、パイプ部１２は、一端部を閉塞するダイヤフラム１３が一体的に設けられ、他端部が開口しているものである。

また、パイプ部１２の他端部側の外周面には、ねじ部１４が形成されている。そして、圧力センサは、特に図示しないが、コモンレール部分に設けられた雌ねじ部を有する取り付け孔に対し、パイプ部１２のねじ部１４がねじ込まれることにより取り付けられる。これにより、パイプ部１２の圧力導入孔１２ａにコモンレール圧（燃料圧）が導入され、ダイヤフラム１３がその圧力を受けて変形する。

ハウジング１０の上面中央部、つまりダイヤフラム１３のうち圧力導入孔１２ａ側と反対側には、半導体チップで構成される圧力検出素子４０が接着用ガラス４１を介して接着されており、圧力検出素子４０にはダイヤフラム１３の圧力（変形）が伝達されるようになっている。これにより、圧力検出素子４０から圧力に応じた電気的信号が出力される。

圧力検出素子４０は、シリコン基板に４個の歪みゲージがブリッジ回路を構成するように形成されていると共に増幅回路等が形成された一般的なものが用いられる。本実施形態では、圧力検出素子４０は、図１中紙面左側の部分に、電源用、グランド用、信号出力用の３個の図示しない電極パッドを備えている。

コネクタケース２０は、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の成型品で構成される樹脂部２１と、３本のターミナル２２（図１中では、一本のみ図示）と、樹脂部２１の外周面に配置される金属部２３とをインサート成形により一体的に備えて構成された円柱状とされており、一端部（図１中上端部）に開口部２４が形成されている。

樹脂部２１は、円柱ブロック状のボディ部２１ａと、そのボディ部２１ａから上方（ハウジング１０と反対側）に延びると共にボディ部２１ａよりも径が小さくされた円柱状のコネクタハウジング２１ｂとを備えて構成されている。

ボディ部２１ａは、コネクタハウジング２１ｂ側と反対側の一面（以下では、単に下面という）のうち図１中の左側部分が凹まされて収容部２１ｃが形成されている。この収容部２１ｃは断面形状が矩形状とされており、後述するフレキシブルプリント基板（以下では、単にＦＰＣという）４２の中間部（たるみ部分）が収容される大きさとされている。コネクタハウジング２１ｂは、ボディ部２１ａと共に一体成型されており、ボディ部２１ａ側と反対側の端部に開口部２４を構成する凹部２１ｄが形成されている。

各ターミナル２２は、それぞれ上下方向に延びるピン状とされており、樹脂部２１を貫通している。具体的には、一端部が凹部２１ｄ内に突出していると共に他端部がボディ部２１ａの下面から下方にわずかに突出している。

金属部２３は、筒状とされており、ハウジング１０（ベース部１１）の外径寸法よりもやや径が小さく構成され、中心軸に沿った長さ（図１中紙面上下方向の長さ）が樹脂部２１よりも長くされている。そして、金属部２３は、ボディ部２１ａおよびコネクタハウジング２１ｂの外周面に密着しており、一端部（図１中上端部）が樹脂部２１から上方に延びていると共に他端部（図１中下端部）が樹脂部２１から下方に延びている。なお、金属部２３の一端部は、コネクタハウジング２１ｂに形成された凹部２１ｄと共に開口部２４を構成している。すなわち、コネクタケース２０のうちハウジング１０側と反対側に位置する金属部２３と樹脂部２１との界面は、開口部２４内に位置している。

また、金属部２３の他端部は、中心軸に向かう方向と反対方向、つまり外側に折り曲げられてフランジ部２３ａとされている。そして、このフランジ部２３ａの全周がハウジング１０のベース部１１の上面に、溶接接合されることにより、ハウジング１０とコネクタケース２０とが接合されている。これにより、ハウジング１０とコネクタケース２０との間に、ボディ部２１ａの下面、ハウジング１０の上面、金属部２３で封止された内部空間３０が構成される。そして、この内部空間３０内に上記圧力検出素子４０や、ＦＰＣ４２等の部品が収容されている。また、コネクタケース２０のうちハウジング１０側の金属部２３と樹脂部２１との界面は、内部空間３０内に位置している。

ＦＰＣ４２は、例えば、ポリイミドフィルムの表面に銅箔等の配線パターン４２ａが形成されて構成されている。本実施例では、ＦＰＣ４２は、全体として細長い帯状に形成され、ターミナル２２の本数に対応する３本（図１中では、１本のみ図示）の配線パターン４２ａが長手方向に並行して延びて設けられている。

そして、このＦＰＣ４２の表面のうち一端部側には、特に図示しないが、圧力検出素子４０との接続用の３個の電極が各配線パターン４２ａにそれぞれ連続して設けられている。また、ＦＰＣ４２の他端部には、各ターミナル２２との接続用の３個のスルーホール４２ｂが各配線パターン４２ａにそれぞれ接続されて設けられている。また、このＦＰＣ４２の途中部（スルーホール４２ｂに近い部分）には、ノイズ除去用の（ノイズフィルタを構成する）チップコンデンサ４３が実装されている。

このようなＦＰＣ４２は、一端部側の裏面がハウジング１０の上面の圧力検出素子４０の左側部分に接着され、各配線パターン４２ａの端部の電極が圧力検出素子４０の各電極と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。一方、ＦＰＣ４２の他端部側は、図１に示されるように、一端部側の接着部分から上方右側に折り返された状態で、その裏面側がボディ部２１ａの下面に接着される。また、各ターミナル２２の他端部がＦＰＣ４２に形成された各スルーホール４２ｂに通され、はんだ４５を介して各配線パターン４２ａに接続される。すなわち、各ターミナル２２と圧力検出素子４０とは、ＦＰＣ４２および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。また、ＦＰＣ４２は長尺であるため、内部空間３０内に配置された際にＦＰＣ４２の中間部にたるみ部分が生ずるが、その中間部（たるみ部分）が、収容部２１ｃ内に収容されている。

以上が本実施形態における圧力センサの構成である。次に、このような圧力センサを車両に搭載される電子制御装置（ＥＣＵ）等の外部コネクタに取り付けた取り付け構造について説明する。図２は、本実施形態における圧力センサの外部コネクタへの取り付け構造を示す概略断面図である。

外部コネクタ５０は、ターミナル２２と電気的に接続されるコネクタ端子５１と、コネクタ端子５１を備えたポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂で構成される外部コネクタハウジング５２と、シール材５３とを備えている。

外部コネクタハウジング５２は、円柱状とされており、コネクタケース２０と組み付けられる一端部にコネクタケース２０の外形よりもわずかに大きくされた開口部５４を有している。言い換えると、ハウジング１０は、一端部側が筒状とされている。

また、外部コネクタハウジング５２は、開口部５４の底面にコネクタケース２０側に突出し、コネクタ端子５１を備える接続部５５を備えている。コネクタ端子５１は、先端面が接続部５５から露出しており、先端部にターミナル２２の外形よりもわずかに大きくされた開口部５６を有している。つまり、コネクタ端子５１は、先端部が筒状とされている。そして、開口部５６の側面に金属で構成される板バネ５７を備えている。また、接続部５５の周囲には、リング状のシール材５３が配置されている。

このような構造の外部コネクタ５０へ圧力センサが取り付けられる。具体的には、ターミナル２２がコネクタ端子５１に差し込まれるように、コネクタケース２０が外部コネクタハウジング５２に差し込まれて取り付けられている。このとき、開口部５６には板バネ５７が配置されているため、板バネ５７を介してターミナル２２とコネクタ端子５１とが電気的に接続される。また、コネクタケース２０が外部コネクタハウジング５２に差し込まれた際、シール材５３がコネクタケース２０の内周壁面と接続部５５の外周壁面との間で押し潰されるため、開口部２４が密封される。なお、金属部２３と樹脂部２１との界面が密封された開口部２４内に位置するように、ターミナル２２の長さや接続部５５の長さ等が適宜調整されている。

以上説明したように、上記圧力センサでは、樹脂部２１と金属部２３との界面は、内部空間３０に位置していると共に開口部２４に位置している。そして、外部コネクタ５０に取り付けられた際、開口部２４が密封され、樹脂部２１と金属部２３との界面は、密封された開口部２４内に位置している。このため、樹脂部２１と金属部２３との界面に防水剤等のシール材を配置する必要がなく、ハウジング１０とコネクタケース２０との組付工程を簡略化することができ、コストが増加することを抑制することができる。また、シール材を配置しないため、長期的な信頼性を向上させることもできる。

また、樹脂部２１は外周面が金属部２３で覆われるため、外部環境に曝されることがなく、耐環境性の低いポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の材料を用いることができ、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いる場合と比較してコストの低下を図ることができる。

さらに、コネクタケース２０は、樹脂部２１と当該樹脂部２１の外周面を覆う金属部２３とを有して構成されているため、コネクタケース２０を樹脂部２１のみで構成した場合と比較して、共振点を高くすることができ、耐振動性を向上させることができる。

また、金属部２３は電磁シールドとして機能も有する。このため、ターミナル２２がアンテナとして機能してしまうことを抑制することができ、検出結果に外部ノイズが含まれることを抑制することができる。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、ハウジング１０は、ベース部１１とパイプ部１２との２部材を備えて構成されるものについて説明したが、ハウジング１０は１部材で構成されていてもよい。

また、上記第１実施形態では、樹脂部２１、ターミナル２２、金属部２３をインサート成形によって一体的に構成する例について説明したが、次のようにすることもできる。例えば、樹脂部２１およびターミナル２２を一体成型すると共に、上記構造の金属部２３を用意する。その後、金属部２３の他端部から樹脂部２１およびターミナル２２を一体成型したものを圧入することによってコネクタケース２０を形成するようにしてもよい。

そして、上記第１実施形態では、金属部２３とハウジング１０とを溶接接合する例について説明したが、次のようにすることのもできる。すなわち、金属部２３とハウジング１０とを接着剤によって接合することもできる。また、金属部２３にねじ部を形成すると共にハウジング１０に金属部２３のねじ部に対応する雌ねじ部を備えた取り付け孔を形成し、コネクタケース２０とハウジング１０とをねじ結合するようにしてもよい。

１０ ハウジング
１１ ベース部
１２ パイプ部
１３ ダイヤフラム
２０ コネクタケース
２１ 樹脂部
２２ ターミナル
２３ 金属部
２４ 開口部
３０ 内部空間
４０ 圧力検出素子
５０ 外部コネクタ

Claims (6)

1. 測定媒体が導入される圧力導入孔（１２ａ）が所定方向に延設され、当該圧力導入孔（１２ａ）の一端部側に圧力によって変形可能なダイヤフラム（１３）を備えたハウジング（１０）と、
   前記ダイヤフラム（１３）のうち前記圧力導入孔（１２ａ）側と反対側に備えられ、前記ダイヤフラム（１３）の変形に応じた電気的信号を出力する圧力検出素子（４０）と、
   前記圧力検出素子（４０）と電気的に接続されるターミナル（２２）を備えた筒状部材であって、一端部側が開口部（２４）とされて前記ターミナル（２２）の一端部を前記開口部（２４）内に露出させると共に他端部側が前記ハウジング（１０）と接合されて前記ハウジング（１０）との間に前記圧力検出素子（４０）を収容する密封された内部空間（３０）を構成するコネクタケース（２０）と、を有する圧力センサにおいて、
   前記コネクタケース（２０）は、樹脂部（２１）と、前記樹脂部（２１）の外周面を覆う金属部（２３）とを有して構成され、前記樹脂部（２１）と前記金属部（２３）との界面が前記開口部（２４）内に位置していると共に前記内部空間（３０）内に位置していることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記ハウジング（１０）は、金属材料で構成され、
   前記コネクタケース（２０）は、前記金属部（２３）が前記ハウジング（１０）に溶接接合されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記ターミナル（２２）と前記圧力検出素子（４０）とは、フレキシブルプリント基板（４２）を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記樹脂部（２１）は、ポリブチレンテレフタレートを用いて構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力センサ。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力センサを外部コネクタ（５０）に取り付ける圧力センサの取り付け構造であって、
   前記外部コネクタ（５０）は、前記コネクタケース（２０）が差し込まれる筒状の外部コネクタハウジング（５２）と、前記外部コネクタハウジング（５２）内に配置されるコネクタ端子（５１）およびシール材（５３）とを有し、
   前記コネクタケース（２０）が前記外部コネクタハウジング（５２）に差し込まれることにより、前記ターミナル（２２）と前記コネクタ端子（５１）とが電気的に接続されると共に前記シール材（５３）によって前記コネクタケース（２０）の内周壁面と前記外部コネクタハウジング（５２）との間の隙間が封止されて前記開口部（２４）が密封されることを特徴とする圧力センサの取り付け構造。
6. 前記樹脂部（２１）と前記金属部（２３）との界面が密封された前記開口部（２４）内に位置していることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサの取り付け構造。

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