JP2006208043A - 圧力検出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 センシング部を有する第１の部材と、ダイアフラムを有する第２の部材との間に圧力伝達部材を介在させ、ダイアフラムから圧力伝達部材を介してセンシング部へ予荷重を与えた状態で、第１および第２の部材を接合してなる圧力検出装置の製造方法において、当該予荷重の設定を高精度に行えるようにする。
【解決手段】 印加された圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部としての検出素子３０を有する第１の部材１と、受圧用ダイアフラム１５を有する第２の部材２との間に、圧力伝達部材１７を介在させ、第１の部材１と第２の部材２とを接合してなる圧力検出装置１００の製造方法において、受圧用ダイアフラム１５から検出素子３０へ与えられる荷重を、検出素子３０からの電気信号としてモニターし、このモニターされた電気信号に基づいて前記荷重を決める。
【選択図】 図２

Description

本発明は、圧力検出用のセンシング部を有する第１の部材と、圧力を受圧するダイアフラムを有する第２の部材との間に、ダイアフラムからセンシング部へ圧力を伝達するための圧力伝達部材を介在させ、第１の部材と第２の部材とを接合してなる圧力検出装置の製造方法に関する。

従来より、この種の圧力検出装置としては、印加された圧力に応じた電気信号を出力する圧力検出用のセンシング部を有する第１の部材と、圧力を受圧する受圧用ダイアフラムを有する第２の部材と、受圧用ダイアフラムの受けた圧力をセンシング部へ伝達する圧力伝達部材とを備えたものが知られている。

ここで、従来のこの種の圧力検出装置においては、センシング部、圧力伝達部材および受圧用ダイアフラムの三部材は、別体の部材であり、これら三部材は、センシング部と受圧用ダイアフラムとにより圧力伝達部材を挟み付けるように互いに予荷重が印加された状態で接触している。

そして、この圧力検出装置においては、受圧用ダイアフラムが受けた圧力は、圧力伝達部材を介してセンシング部へ伝達される。そして、センシング部では、伝達され印加された圧力に応じたレベルの電気信号が出力される。それにより、この圧力検出装置においては、圧力の検出が可能となっている。

図５は、従来における一般的な圧力検出装置Ｊ１００の要部構成を示す概略断面図である。このような圧力検出装置Ｊ１００は、たとえば、燃焼圧センサとして適用することができる。

この圧力検出装置Ｊ１００のハウジング１０には、印加された圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部としての検出素子３０が設けられている。

この検出素子３０は、たとえば、半導体チップなどからなり、印加された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。

図５に示される例においては、この検出素子３０は、一端側が開口部２１であり、他端側が閉塞された薄肉状のダイアフラム２２である中空筒状の金属ステム２０に対して、この金属ステム２０のダイアフラム２２の外表面にガラス溶着などによって取り付けられている。

金属ステム２０は、そのダイアフラム２２側をハウジング１０内に向けてハウジング１０に挿入されており、金属ステム２０とハウジング１０とは、溶接または接着などにより接合され固定されている。

さらに、図５に示されるように、ハウジング１０の先端部において、金属ステム２０の開口部２１には、金属製筒形状をなすメタルケース１６が溶接により接合され、固定されている。

さらに、メタルケース１６の先端部には、圧力を受圧する金属製円形板状の受圧用ダイアフラム１５が設けられている。ここで、メタルケース１６と受圧用ダイアフラム１５とは溶接などにより接合され、固定されている。

それにより、受圧用ダイアフラム１５と金属ステム２０とはメタルケース１６を介して、一体化されている。そして、この受圧用ダイアフラム１５は、たとえば上記燃焼室に面して燃焼圧（筒内圧）を受け、歪み変形するものである。

また、金属ステム２０の中空部およびメタルケース１６の中空部により形成される空間内部には、たとえば金属やセラミックなどからなる圧力伝達部材１７が設けられている。そして、受圧用ダイアフラム１５と金属ステム２０の感圧部としてのダイアフラム２２との間に、圧力伝達部材１７が介在した形となっている。

ここで、図５中の矢印に示されるように、圧力伝達部材１７の一端部は、金属ステム２０のダイアフラム２２に対して荷重を与えた状態で接触しており、一方、圧力伝達部材１７の他端部は、受圧用ダイアフラム１５に対して荷重を与えた状態で接触している。そして、検出圧力は、受圧用ダイアフラム１５から圧力伝達部材１７を介して金属ステム２０のダイアフラム２２および検出素子３０に印加されるようになっている。

このような圧力検出装置Ｊ１００においては、上記した検出素子３０、金属ステム２０、および、金属ステム２０と接合されたハウジング１０が、印加された圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部３０を有する第１の部材１として構成されたものとなっている。

一方、上記した受圧用ダイアフラム１５およびこれと一体化されたメタルケース１６が、圧力を受圧するダイアフラム１５を有する第２の部材２として構成されたものとなっている。

そして、この圧力検出装置Ｊ１００は、センシング部である検出素子３０と受圧用ダイアフラム１５との間に圧力伝達部材１７を介在させ、受圧用ダイアフラム１５から圧力伝達部材１７を介して検出素子３０へ荷重を与えた状態で、第１の部材１と第２の部材２とが溶接により接合されてなるものとして構成されている。

このような圧力検出装置Ｊ１００は、次のようにして製造することができる。

上記検出素子３０、金属ステム２０およびハウジング１０が一体化された第１の部材１と、上記受圧用ダイアフラム１５およびメタルケース１６が一体化された第２の部材２と、圧力伝達部材１７とを用意する。

そして、図５に示されるように、センシング部である検出素子３０と受圧用ダイアフラム１５との間に圧力伝達部材１７を介在させ、受圧用ダイアフラム１５から圧力伝達部材１７を介して検出素子３０へ予荷重を与える。

このとき、図５に示されるように、荷重を制御可能な荷重印加装置に備えられた治具２００を用いて、図５中の白抜き矢印Ｋに示されるように、当該治具２００を受圧用ダイアフラム１５に押し当てて、一定量押し込むようにする。

そして、このように予荷重を与えた状態で、第１の部材１と第２の部材２とを溶接する。ここでは、図５に示されるように、当該予荷重を与えた状態で、第１の部材１における金属ステム２０の開口部１１側と、第２の部材２におけるメタルケース１６とを溶接して接合する。

このような第１の部材１および第２の部材２の接合の完了に伴い、図５に示されるような圧力検出装置Ｊ１００を製造することができる。

しかしながら、従来の圧力検出装置の製造方法においては、上記した与えられる予荷重の設定は、荷重印加装置により治具２００により印加される荷重を機械的に測定し、その測定値に基づいて決められていた。

このような機械的な予荷重の設定方法では、治具２００により押し込む力を測定しているため、部品の公差、組み付け公差など、より具体的には圧力伝達部材１７の接触状態などのばらつきにより、実際に、圧力伝達部材１７がセンシング部３０を押している予荷重の値において誤差を生じ、大きなばらつきが生じる可能性がある。

このように、センシング部３０への予荷重について大きなばらつきが発生するということは、実際にできあがった圧力検出装置１００において、センシング部３０や受圧用ダイアフラム１５に加わる荷重が狙いの値から大きくばらつくということであり、センサ出力の誤差を生じることになる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、圧力検出用のセンシング部を有する第１の部材と、圧力を受圧するダイアフラムを有する第２の部材との間に、圧力伝達部材を介在させ、ダイアフラムから圧力伝達部材を介してセンシング部へ予荷重を与えた状態で、第１の部材と第２の部材とを接合してなる圧力検出装置の製造方法において、当該予荷重の設定を高精度に行えるように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、印加された圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部（３０）を有する第１の部材（１）と、圧力を受圧するダイアフラム（１５）を有する第２の部材（２）と、ダイアフラム（１５）の受けた圧力をセンシング部（３０）へ伝達する圧力伝達部材（１７）とを用意し、センシング部（３０）とダイアフラム（１５）との間に圧力伝達部材（１７）を介在させ、ダイアフラム（１５）から圧力伝達部材（１７）を介してセンシング部（３０）へ荷重を与えた状態で、第１の部材（１）と第２の部材（２）とを接合してなる圧力検出装置の製造方法において、ダイアフラム（１５）からセンシング部（３０）へ与えられる前記荷重を、センシング部（３０）からの電気信号としてモニターし、このモニターされた電気信号に基づいて前記荷重を決めるようにしたことを特徴としている。

それによれば、第１の部材（１）と第２の部材（２）とを接合するときにダイアフラム（１５）からセンシング部（３０）へ与えられる荷重を、センシング部（３０）からモニターされた電気信号に基づいて決めるため、実際にセンシング部（３０）へ与えられる荷重を求めることができ、従来よりも精度の良い予荷重設定を行うことができる。

したがって、本発明によれば、圧力検出用のセンシング部（３０）を有する第１の部材（１）と、圧力を受圧するダイアフラム（１５）を有する第２の部材（２）との間に、圧力伝達部材（１７）を介在させ、ダイアフラム（１５）から圧力伝達部材（１７）を介してセンシング部（３０）へ予荷重を与えた状態で、第１の部材（１）と第２の部材（２）とを接合してなる圧力検出装置の製造方法において、当該予荷重の設定を高精度に行うことができる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の圧力検出装置の製造方法においては、第１の部材（１）と第２の部材（２）との接合を、溶接により行うようにすることができる。

また、当該接合を溶接で行う場合、請求項３に記載の発明のように、前記モニターされた電気信号に基づいて決められた前記荷重を与えた状態で、第１の部材（１）と第２の部材（２）とを仮溶接した後、再度、第１の部材（１）と第２の部材（２）とを溶接することにより、第１の部材（１）と第２の部材（２）との接合を完了することを特徴とするものにできる。

それによれば、第１の部材（１）と第２の部材（２）とを仮溶接することで、決められた荷重が印加された状態を一定に保持することができるため、当該予荷重の設定をさらに高精度に行うことができる。

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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

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中におけるハウジング１０のパイプ部１２の先端部の近傍部を拡大して示す概略断面図である。

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ヘッド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。

［構成等］
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。

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。

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。

ここで、ハウジング１０のパイプ部１２は、上記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。

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）Ｐは、図１、図２中の白抜き矢印に示されるように、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。

また、ハウジング１０におけるパイプ部１２の先端部には、印加された圧力に応じた電気信号を出力する検出素子３０が設けられている。この検出素子３０は、たとえば、印加された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。

具体的には、図１および図２に示されるように、検出素子３０は、一端側が開口部２１、他端側が閉塞された薄肉状の歪み部としてのダイアフラム２２である中空筒状の金属ステム２０に対して、この金属ステム２０のダイアフラム２２の外表面にガラス溶着などによって取り付けられている。

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、その外周面には、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。

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、溶接または接着などにより接合され固定されている。

ここで、金属ステム２０のフランジ２３の外周面は、図１、図２に示されるように、開口部２１からダイアフラム２２へ向かって拡径したテーパ面となっている。そして、圧力検出装置１００を上記エンジンヘッドへネジ部１３を介してネジ結合されたとき、このフランジ２３のテーパ面と上記エンジンヘッドの取付穴の内面とが密着してシールされるようになっている。

さらに、図１、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には、ステンレスなどの金属製筒形状をなすメタルケース１６が溶接により接合固定されている。ここで、金属ステム２０とメタルケース１６との溶接としては、全周溶接が好ましく、レーザ溶接や抵抗溶接、プラズマ溶接などを採用できる。

さらに、メタルケース１６の先端部には、圧力を受圧する受圧用ダイアフラム１５が設けられている。そして、金属ステム２０の開口部２１は、メタルケース１６を介して受圧用ダイアフラム１５によって閉塞されている。

この受圧用ダイアフラム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、その周辺部がメタルケース１６の先端部に対して、ロウ付けや溶接などによって接合固定されている。

それにより、受圧用ダイアフラム１５と金属ステム２０とはメタルケース１６を介して、一体化されている。そして、この受圧用ダイアフラム１５は、図１、図２中の白抜き矢印に示されるように、上記燃焼室に面して燃焼圧（筒内圧）Ｐを受け、歪み変形するものである。

また、金属ステム２０の中空部およびメタルケース１６の中空部により形成される空間内部には、圧力伝達部材１７が設けられている。本例では圧力伝達部材１７は棒状のものとなっている。

こうして、受圧用ダイアフラム１５と金属ステム２０の感圧部としてのダイアフラム２２との間に圧力伝達部材１７が介在した形となっている。この圧力伝達部材１７は、たとえばステンレスなどの金属やセラミックなどからなるものである。

ここで、圧力伝達部材１７の一端部（図１、図２中の上端部）は、金属ステム２０のダイアフラム２２に対して荷重を与えた状態で接触しており、圧力伝達部材１７の他端部（図１、図２中の下端部）は、受圧用ダイアフラム１５に対して荷重を与えた状態で接触している。

ここでは、圧力伝達部材１７は棒状の部材であるが、圧力伝達部材１７の形状はこれに限定されるものではなく、たとえば球状、偏球状、鼓状などであってもよい。そして、検出圧力Ｐは、受圧用ダイアフラム１５から圧力伝達部材１７を介して金属ステム２０のダイアフラム２２および検出素子３０に印加されるようになっている。

また、歪みゲージ機能を有する検出素子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。

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の感圧部としてのダイアフラム２２が変形したとき、この変形に応じて半導体チップ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。

なお、この検出素子３０が、印加された圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部３０として構成されており、これら検出素子３０および金属ステム２０のダイアフラム２２が、検出圧力Ｐによる荷重を受けて歪む部位として構成されている。そして、これらダイアフラム２２および検出素子３０は圧力検出装置１００の基本性能を左右するものである。

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検出素子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。

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。

このような本実施形態の圧力検出装置１００においては、上記した検出素子３０、金属ステム２０および金属ステム２０と接合されたハウジング１０が、印加された圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部３０を有する第１の部材１として構成されたものとなっている。

一方、本圧力検出装置１００においては、上記した受圧用ダイアフラム１５およびこれと一体化されたメタルケース１６が、圧力を受圧するダイアフラム１５を有する第２の部材２として構成されたものとなっている。

そして、本実施形態においては、圧力検出装置１００は、センシング部である検出素子３０と受圧用ダイアフラム１５との間に圧力伝達部材１７を介在させ、受圧用ダイアフラム１５から圧力伝達部材１７を介して検出素子３０へ荷重を与えた状態で、第１の部材１と第２の部材２とが溶接により接合されてなるものとして構成されている。

また、図１に示されるように、本圧力検出装置１００においては、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。

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、検出素子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。

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と上記検出素子３０とは、配線部材５０により電気的に接続されている。

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。

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。

ここで、フレキシブルプリント基板５０の一端部５１は、検出素子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、検出素子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。

そして、フレキシブルプリント基板５０の検出素子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。

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。

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。

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。

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、検出素子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。

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、検出素子３０とコネクタケース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。

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。

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。

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ヘッドに形成されたネジ穴（取付穴）に取り付けられることによって、上記エンジンヘッドに接続固定される。

そして、燃焼室内の圧力（筒内圧）Ｐが、図１、図２中の矢印に示されるように、受圧用ダイアフラム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。すると、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、この変形を検出素子３０により電気信号に変換し、圧力検出を行う。

そして、検出素子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。

［製造方法等］
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、述べる。まず、センシング部３０を有する第１の部材１と、受圧用ダイアフラム１５を有する第２の部材２と、圧力伝達部材１７とを用意する。

具体的には、金属ステム２０のダイアフラム２２の表面にガラス接合などにより検出素子３０を接合し、この金属ステムに一体化された検出素子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。

次に、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。また、金属ステム２０とハウジング１０のパイプ部１２とを接合する。

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。

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。

ここで、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、検出素子３０、金属ステム２０およびハウジング１０が一体化され、センシング部３０を有する第１の部材１ができあがる。

また、メタルケース１６と受圧用ダイアフラム１５とを、ロウ付けや溶接などによって接合固定する。こうして、メタルケース１６と受圧用ダイアフラム１５とが一体化され、受圧用ダイアフラム１５を有する第２の部材２ができあがる。

次に、センシング部である検出素子３０と受圧用ダイアフラム１５との間に、図２に示されるように圧力伝達部材１７を介在させ、受圧用ダイアフラム１５から圧力伝達部材１７を介して金属ステム２０のダイアフラム２２および検出素子３０へ荷重を与えた状態で、第１の部材１と第２の部材２とを溶接して接合する。

ここでは、第１の部材１と第２の部材２との溶接は、図１、図２に示されるように、当該予荷重を与えた状態で、第１の部材１における金属ステム２０の開口部１１側と、第２の部材２におけるメタルケース１６とを溶接して接合する。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。

ここで、本実施形態では、第１の部材１と第２の部材２との溶接において、次に述べるような独自の方法を採用している。図３は、本実施形態の溶接工程における装置構成を模式的に示す図である。

図３に示されるように、第１の部材１と第２の部材２との溶接すなわち金属ステム２０とメタルケース１６との溶接を行う際には、電源３００から圧力検出装置１００のターミナルピン６１に電源電圧が供給され、この電源電圧は検出素子に供給される。そして、電源電圧が供給された検出素子３０は、圧力検出が可能な状態となる。

また、検出素子３０から出力される電気信号をモニターする出力測定器３１０が設けられている。この出力測定器３１０は、たとえば電気信号としての出力電圧を測定するマルチメータであり、ターミナルピン６１に接続されている。

そして、この出力測定器３１０により、検出素子３０から出力される電気信号がモニターされ、このモニターされた電気信号が、荷重印加装置２１０にフィードバックされるようになっている。

この荷重印加装置２１０は、上記図５に示されるような治具２００（図５参照）を有しており、当該治具により受圧用ダイアフラム１５に荷重が印加されるようになっている。また、荷重印加装置２１０においては、この荷重は、上記モニターされた電気信号に基づいて制御されるようになっている。

このように、本実施形態における溶接装置では、荷重印加装置２１０によって、受圧用ダイアフラム１５から圧力伝達部材１７を介して検出素子３０へ荷重を与え、この荷重印加状態における検出素子３０からの電気信号は、出力測定器３１０にて測定可能となっている。

そして、測定された電気信号を荷重印加装置２１０へフィードバックし、このフィードバックされた電気信号に基づいて、荷重印加装置２１０は、受圧用ダイアフラム１５に印加する荷重を制御できるようになっている。

そのため、本実施形態の製造方法においては、第１の部材１と第２の部材２との溶接工程では、受圧用ダイアフラム１５から検出素子３０へ与えられる荷重を、検出素子３０からの電気信号としてモニターし、このモニターされた電気信号に基づいて決めることができる。

つまり、本実施形態では、検出素子３０に与える予荷重が狙いの値となった状態を、検出信号３０からの電気信号によって知ることができ、荷重印加装置２１０により、この狙いの予荷重を与えることができる。

そして、この決められた荷重を与えた状態で、第１の部材１と第２の部材２との溶接すなわち金属ステム２０とメタルケース１６との溶接を行う。ここでは、当該溶接は、上述したように、レーザ溶接や抵抗溶接、プラズマ溶接などを採用し、好ましくは、全周溶接とする。

なお、第１の部材１と第２の部材２との接合を溶接により行う場合、モニターされた電気信号に基づいて決められた荷重を与えた状態で、第１の部材１と第２の部材２とを仮溶接した後、再度、第１の部材１と第２の部材２とを溶接することにより、第１の部材１と第２の部材２との接合を完了することが好ましい。

図４は、この仮溶接の方法を具体的に示す図であり、図２の上方から視た状態にて模式的に示す図である。

図４に示されるように、仮溶接においては、金属ステム２０とメタルケース１６との重なり部の周囲から、複数点の溶接を行う。そして、その後、金属ステム２０とメタルケース１６との重なり部の全周を溶接することで、接合を完了させる。

これら仮溶接を含む溶接工程において、検出素子３０からの電気信号による荷重のモニターをずっと続けて行ってもよいし、狙いの予荷重となった時点でモニターを停止し、荷重印加装置２１０によってその予荷重を保持した状態で溶接を行ってもよい。

［効果等］
ところで、本実施形態によれば、印加された圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部としての検出素子３０を有する第１の部材１と、圧力を受圧するダイアフラムとしての受圧用ダイアフラム１５を有する第２の部材２と、受圧用ダイアフラム１５の受けた圧力を検出素子３０へ伝達する圧力伝達部材１７とを用意し、検出素子３０と受圧用ダイアフラム１５との間に圧力伝達部材１７を介在させ、受圧用ダイアフラム１５から圧力伝達部材１７を介して検出素子３０へ荷重を与えた状態で、第１の部材１と第２の部材２とを接合してなる圧力検出装置１００の製造方法において、受圧用ダイアフラム１５から検出素子３０へ与えられる前記荷重を、検出素子３０からの電気信号としてモニターし、このモニターされた電気信号に基づいて前記荷重を決めるようにしたことを特徴とする製造方法が提供される。

それによれば、第１の部材１と第２の部材２とを接合するときに受圧用ダイアフラム１５から検出素子３０へ与えられる荷重を、検出素子３０からモニターされた電気信号に基づいて決めるため、実際に検出素子３０へ与えられる荷重を求めることができ、従来よりも精度の良い予荷重設定を行うことができる。

したがって、本実施形態によれば、圧力検出用の検出素子３０を有する第１の部材１と、受圧用ダイアフラム１５を有する第２の部材２との間に、圧力伝達部材１７を介在させ、受圧用ダイアフラム１５から圧力伝達部材１７を介して検出素子３０へ予荷重を与えた状態で、第１の部材１と第２の部材２とを接合してなる圧力検出装置１００の製造方法において、当該予荷重の設定を高精度に行うことができる。

ここで、本実施形態の圧力検出装置１００の製造方法においては、第１の部材１と第２の部材２との接合を、溶接により行うことも特徴のひとつである。

また、当該接合を溶接で行う場合、上記した好ましい形態のように、モニターされた電気信号に基づいて決められた荷重を与えた状態で、第１の部材１と第２の部材２とを仮溶接した後、再度、第１の部材１と第２の部材２とを溶接することにより、第１の部材１と第２の部材２との接合を完了することも、本実施形態の製造方法における特徴のひとつである。

それによれば、第１の部材１と第２の部材２とを仮溶接することで、決められた荷重が印加された状態を一定に保持することができるため、当該予荷重の設定をさらに高精度に行うことができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、第１の部材１と第２の部材２との溶接は、第１の部材１における金属ステム２０の開口部１１側と、第２の部材２におけるメタルケース１６とを溶接するものとしていた。

ここで、上記図２において、たとえばメタルケース１６を省略し、その分、圧力伝達部材１７を短くして、第２の部材２を受圧用ダイアフラム１５のみで構成してもよく、この場合に、第１の部材１と第２の部材２との溶接は、金属ステム２０と受圧用ダイアフラム１５とを直接溶接することとしてもよい。

さらには、第１の部材１と第２の部材２との溶接は、第１の部材１におけるハウジング１０と、第２の部材２におけるメタルケース１６または受圧用ダイアフラム１５との溶接であってもよい。

また、上記実施形態では、検出素子３０と回路基板４０とが離れていたため、これら両部材３０、４０の接続はフレキシブルプリント基板５０により行っていたが、これら両部材３０、４０の接続はこれに限定されるものではない。

たとえば、上記図１において、圧力伝達部材１７をパイプ部１２のほぼ全体に渡る長いものとすることによって金属ステム２０を、ハウジング１０の本体部１１の内部またはその近くに配置する。それによって、検出素子３０と回路基板４０とをワイヤボンディングなどにより接続してもよい。

または、ハウジング１０の形状を変形して、パイプ部１２を極力短くするか、あるいはパイプ部１２を廃止するなどにより、検出素子３０とコネクタ部側である回路基板４０との距離を短くすることによっても、これら検出素子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することができる。

つまり、ハウジング１０は、上記した円筒状の本体部１１とパイプ部１２とからなる形状に限定されるものではない。このハウジング形状は、燃焼圧センサに適したものとしたものであり、それ以外のハウジング形状であってもかまわない。

また、検出素子３０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。検出素子３０としては、圧力伝達部材１７から受けた検出圧力に応じた電気信号を出力するものであればよい。

さらに、上記図１に示される例では、ハウジング１０内において検出素子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。

また、上記実施形態では、第１の部材１と第２の部材２との接合を溶接にて行っていたが、溶接以外にも、たとえば、かしめ接合、ネジ止めなどの締結手段による接合、あるいはロウ付けなどによる接合を用いてもよい。

要するに、本発明は、圧力検出用のセンシング部を有する第１の部材と、圧力を受圧するダイアフラムを有する第２の部材との間に、ダイアフラムからセンシング部へ圧力を伝達するための圧力伝達部材を介在させ、ダイアフラムから圧力伝達部材を介してセンシング部へ荷重を与えた状態で、第１の部材と第２の部材とを接合してなる圧力検出装置の製造方法において、ダイアフラムからセンシング部へ与えられる荷重を、センシング部からの電気信号としてモニターし、このモニターされた電気信号に基づいて前記荷重を決めるようにしたことを要部とするものであり、その他の部分については、適宜設計変更が可能である。

本発明の実施形態に係る圧力検出装置の全体構成を示す概略断面図である。 上記図１中におけるハウジングのパイプ部の先端部の近傍部を拡大して示す概略断面図である。 上記実施形態の溶接工程における装置構成を模式的に示す図である。 上記実施形態における仮溶接の方法を具体的に示す図である。 従来の一般的な圧力検出装置の要部構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１…第１の部材、２…第２の部材、１５…受圧用ダイアフラム、
１７…圧力伝達部材、３０…センシング部としての検出素子。

Claims (3)

1. 印加された圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部（３０）を有する第１の部材（１）と、
   圧力を受圧するダイアフラム（１５）を有する第２の部材（２）と、
   前記ダイアフラム（１５）の受けた圧力を前記センシング部（３０）へ伝達する圧力伝達部材（１７）とを用意し、
   前記センシング部（３０）と前記ダイアフラム（１５）との間に前記圧力伝達部材（１７）を介在させ、前記ダイアフラム（１５）から前記圧力伝達部材（１７）を介して前記センシング部（３０）へ荷重を与えた状態で、前記第１の部材（１）と前記第２の部材（２）とを接合してなる圧力検出装置の製造方法において、
   前記ダイアフラム（１５）から前記センシング部（３０）へ与えられる前記荷重を、前記センシング部（３０）からの電気信号としてモニターし、このモニターされた電気信号に基づいて前記荷重を決めるようにしたことを特徴とする圧力検出装置の製造方法。
2. 前記第１の部材（１）と前記第２の部材（２）との接合を、溶接により行うことを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置の製造方法。
3. 前記モニターされた電気信号に基づいて決められた前記荷重を与えた状態で、前記第１の部材（１）と前記第２の部材（２）とを仮溶接した後、
   再度、前記第１の部材（１）と前記第２の部材（２）とを溶接することにより、前記第１の部材（１）と前記第２の部材（２）との接合を完了することを特徴とする請求項２に記載の圧力検出装置の製造方法。
   

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