CN104458111B - 压力检测装置及使用了该压力检测装置的进气压测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种因热应力产生的应变不易作用在设置于壳体的压力传感器从而能够检测准确的压力值的压力检测装置以及使用了该压力检测装置的进气压测定装置。在设置于进气压测定装置的压力检测装置(10)中，在壳体(11)形成有由外壁部(14)围成的检测空间(15)，在检测空间(15)内一体地形成有两端部(16b、16c)与外壁部(14)连结的内壁部(16)。内壁部(16)为圆筒形状，在内壁部(16)与外壁部(14)之间形成有传感器收纳部(17)。在传感器收纳部(17)中，压力传感器(21)配置在与外壁部(14)相比更接近内壁部(16)的位置且热应力的影响最小的区域。

Description

压力检测装置及使用了该压力检测装置的进气压测定装置

技术领域

本发明涉及一种压力检测装置及使用该压力检测装置来测定内燃机的进气压的进气压测定装置。

背景技术

在专利文献1中公开了一种测定内燃机的进气通路的压力的进气压测定装置。

在该进气压测定装置中，在主壳体以凹状划分形成有两个室。在一个室内固定有作为压力检测单元的压力传感器芯片，压力传感器芯片被保护凝胶覆盖。在另一个室内作为信号处理单元而固定有IC(Integrated Circuit)封装件。

设置覆盖主壳体的两个室的盖，在盖上一体地形成有导入内燃机的进气通路的压力的压力导入管。该压力导入管与压力传感器芯片对置，通过压力传感器芯片来检测所述进气通路的压力。

专利文献1：日本特开2000-162075号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

如专利文献1所记载的那样，在这种进气压测定装置中，在主壳体埋设有金属制的引线框，因此容易由于引线框与主壳体的热膨胀系数之差而在压力传感器芯片施加有热应变。

此外，在将主壳体与作为框体的盖组合使用时，也经常在主壳体施加有紧固力、振动等机械应力。

在专利文献1的图2所示的结构中，压力传感器芯片在主壳体的一个室中接近外壁侧而配置。因此，因热应力或机械应力而产生于主壳体的应变容易直接作用于压力传感器芯片。作用于压力传感器芯片的应变成为压力变化以外的干扰，从而无法准确地测定进气压。

本发明是用于解决上述现有课题的发明，其目的在于提供一种具有因热应力等产生的应变不易作用在设置于壳体的压力传感器的结构的压力检测装置以及使用了该压力检测装置的进气压测定装置。

【用于解决课题的方案】

本发明是一种压力检测装置，其在壳体保持有压力传感器，所述压力检测装置的特征在于，在所述壳体一体地形成有包围检测空间的外壁部、位于所述检测空间内的内壁部，所述内壁部的两端部与所述外壁部连结，所述压力传感器固定于所述检测空间内的、与所述外壁部的内表面相比更接近所述内壁部的内表面的位置。

在本发明的压力检测装置中，在壳体一体地形成有外壁部和将该外壁部的内部横切的内壁部，压力传感器配置于接近内壁部的位置。通过该加固结构，从而由于热应力等而在壳体产生的应变不易直接作用于压力传感器。

在本发明中，所述内壁部为弯曲形状，所述压力传感器接近所述内壁部的凹侧的内表面而配置。

例如，优选为，所述外壁部为圆筒形状，所述内壁部为构成圆筒的一部分的圆弧形状。并且，优选为，所述内壁部以180度以上的角度范围而形成。

当内壁部为弯曲形状，优选为180度以上的角度范围内的圆筒形状时，作用于壳体的应变被内壁部分散，从而应变不易作用于接近内壁部的压力传感器。

而且，本发明可以采取如下的结构，即，所述内壁部为具有直线部和角部的形状，所述压力传感器固定于所述角部的内侧。

在本发明中，优选为，在通过最接近所述压力传感器的所述内壁部的内表面和所述压力传感器的中心的中心线O上，从所述压力传感器的中心到所述内壁部的内表面的距离L2、和从隔着所述压力传感器而设置的所述内壁部的内表面到所述外壁部的内表面的距离L1之比、即L2/L1在1/3以下。

并且，优选为，所述壳体由合成树脂材料形成，在所述壳体埋设有端子板，所述压力传感器配置于不与所述端子板重叠的位置。

另外，优选为，所述压力传感器配置于由所述外壁部围成的所述检测空间的中心部。

并且，本发明的进气压测定装置的特征在于，设置有对所述压力检测装置进行保持的框体，在该框体形成有向所述检测空间导入内燃机的进气压力的进气孔。

【发明效果】

在本发明中，即使作用有基于壳体与端子板之间的热膨胀系数之差的热应力，也能够通过由外壁部和内壁部形成的加固结构来阻止在壳体产生的应变直接作用于压力传感器。因此，能够防止因壳体的应变导致在压力值的测定中产生较大的误差的现象。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的压力检测装置的立体图。

图2是第一实施方式的压力检测装置的主视图。

图3是用图2的III-III线将第一实施方式的压力检测装置切断而得到的剖视图、并且是表示压力检测装置保持于进气压测定装置的框体的状态的剖视图。

图4是表示第一实施方式的压力检测装置中的热应力的影响的说明图。

图5是本发明的第二实施方式的压力检测装置的主视图。

图6是本发明的第三实施方式的压力检测装置的主视图。

图7是本发明的第四实施方式的压力检测装置的主视图。

符号说明

1 进气压测定装置

2 框体

4 进气孔

10 压力检测装置

11 壳体

12 端子板

14 外壁部

15 检测空间

16 内壁部

16b 右端部

16c 左端部

17 传感器收纳部

18 逃避空间

21 压力传感器

22 IC封装件

110 压力检测装置

114 外壁部

116 内壁部

117 传感器收纳部

210 压力检测装置

214 外壁部

216 内壁部

217 传感器收纳部

310 压力检测装置

314 外壁部

316 内壁部

317 传感器收纳部

具体实施方式

在图1至图3中示出了本发明的第一实施方式的压力检测装置10，在图3中示出了搭载有压力检测装置10的进气压测定装置1的一部分。在各图中，X1方向是前方，X2方向是后方，Y1方向是右方，Y2方向是左方，Z1方向是上方，Z2方向是下方。

图3所示的进气压测定装置1附属于装配在二轮车上的内燃机，在框体2同时搭载有压力检测装置10和节气门位置传感器。在框体2一体地形成有进气管3，内燃机的进气压力经由进气管3内部的进气孔4而施加于压力检测装置10。

如图1至图3所示，在压力检测装置10设置有壳体11。壳体11由PPS(聚苯硫醚)树脂形成。在壳体11埋设有三个端子板12和两个板部13。端子板12和板部13是铜板。

壳体11、端子板12以及板部13通过所谓的镶嵌成形法而被一体化。在该成形方法中，在Y方向上连续的第一带材(フ一プ材)上以恒定的间隔形成有端子板12，并在与第一带材平行地在Y方向上延伸的第二带材上以恒定的间隔形成有板部13。将端子板12和板部13设置于成形模的空腔内，向空腔内射出PPS的熔融树脂使壳体11成形并且使壳体11、端子板12以及板部13一体化。之后，使端子板12和板部13分别与带材分离。

如图1所示，在壳体11一体地形成有向前方(X1方向)突出的外壁部14。外壁部14形成为圆筒形状，在壳体11中，由外壁部14围成的内部区域成为检测空间15。如图3所示，在进气压测定装置1中，在框体2的内部设置有印刷布线基板6，压力检测装置10的端子板12穿过印刷布线基板6的通孔，并通过焊脚7固定于印刷布线基板6的表面的焊盘部。而且，外壁部14的前端面14a与框体2的内表面的凹部5紧贴，通过了进气孔4的进气压施加于检测空间15。

如图1和图2所示，在检测空间15的内部形成有内壁部16。内壁部16的前端面16a与外壁部14的前端面14a相比向后方侧(检测空间15的底部侧)后退。如图2所示，内壁部16弯曲成圆筒形状而形成，右端部16b与外壁部14连结，左端部16c与外壁部14连续。在右端部16b与左端部16c之间(范围α)，内壁部16与外壁部14一体化，实际的内壁部16仅限于范围α以外的区域即β的范围。形成有内壁部16的角度范围即β在180度以上270度以下。

在壳体11中，在由内壁部16围成的区域内以凹状形成有传感器收纳部17。如图2所示，传感器收纳部17从正面观察时的开口形状为圆形。如图3所示，在传感器收纳部17的底部固定有压力传感器21、内置有集成电路(ASIC)的IC封装件22。

压力传感器21是MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)结构，并具有承受压力的隔膜部、检测隔膜部的变形的压阻元件或压电元件等应变检测元件。在IC封装件22内的集成电路内置有对来自压力传感器21的检测输出进行放大的放大器、温度传感器以及基于由所述温度传感器测定出的温度的温度补偿电路等。压力传感器21和IC封装件22通过引线接合来布线，但在各图中省略了引线接合的图示。

在传感器收纳部17内，IC封装件22位于上侧(Z1侧)，压力传感器21位于下侧(Z2侧)。

在传感器收纳部17内，压力传感器21配置于接近内壁部16的内表面的位置。在图2中，示出了内壁部16的内表面(传感器收纳部17的开口边缘)中的最接近压力传感器21的中心21a的点P1，并示出了连结点P1与压力传感器21的中心21a的中心线O。另外，示出了内壁部16的内表面(传感器收纳部17的开口边缘)中的中心线O所通过的另一个点P2。传感器收纳部17的开口尺寸即点P1与点P2之间的距离L1、和压力传感器21的中心21a与所述点P1之间的距离L2之比(L2/L1)在1/3以下。

如图3所示，固定于传感器收纳部17的底部的压力传感器21和IC封装件22被弹性体23覆盖。弹性体23是凝胶状的粘弹性体，例如是凝胶状的硅酮树脂、氟树脂。弹性体23是液体状的树脂材料被供给至传感器收纳部17的凹部后固化而形成的，因此其表面23a成为凹弯曲面。

IC封装件22内的集成电路的电源输入端子、输出端子与端子板12导通。如图3所示，埋设于壳体11的端子板12的一部分与传感器收纳部17的背部重叠而设置。传感器收纳部17与端子板12重叠的区域的Z方向上的长度L3和传感器收纳部17的Z方向上的开口尺寸L1之比(L3/L1)在1/2以下，且优选在1/3以下。与传感器收纳部17重叠的端子的面积和传感器收纳部17的开口面积之比也在1/2以下，优选在1/3以下。

而且，埋设于壳体11的端子板12和压力传感器21在前后方向(X方向)上不重叠。

在壳体11的检测空间15的内部，在传感器收纳部17以外的区域形成有逃避空间18。如图3所示，逃避空间18形成在与形成传感器收纳部17(划分出传感器收纳部17)的所述内壁部16的前端面16a相比朝向后方凹陷的逃避凹部内。如图2所示，逃避空间18形成在外壁部14与内壁部16之间、且在从使内壁部16与外壁部14连结的右端部16b到左端部16c的范围内形成。

如图1至图3所示，在将进气压测定装置1设置于二轮车等的内燃机时，在压力检测装置10中，端子板12以朝向上方的方式设置，在由外壁部14围成的检测空间15内，传感器收纳部17位于上侧，逃避空间18位于与传感器收纳部17相比靠朝向重力一侧即下侧。因此，附着于传感器收纳部17的前表面的水分经过弹性体23的表面23a而被引导至逃避空间18内，从而能够防止水分对压力传感器21施加不必要的力。

在进气压测定装置1中，从框体2的进气孔4导入内燃机的进气压，进气压被施加于压力检测装置10的检测空间15。进气压经由凝胶状的弹性体23而被压力传感器21检测，该检测输出通过IC封装件22内的集成电路而进行电处理。

通常安装于进气压测定装置1的压力检测装置10在温度变化剧烈的环境下使用。因此，容易由于端子板12以及板部13和壳体11的热膨胀系数之差而在壳体11作用有热应力。另外，经常还会由于从进气压测定装置1的框体2施加的紧固力、振动等而在壳体11作用有应力。

在压力检测装置10中，在壳体11形成有圆筒状的外壁部14，由该外壁部14围成的区域成为作用有进气压的检测空间15。在检测空间15的内部，一体地形成有两端部16b、16c与外壁部14连结的内壁部16，在内壁部16与外壁部14之间形成有传感器收纳部17。通过使内壁部16搭架于外壁部14的内侧，从而提高了壳体11的刚性。

内壁部16为弯曲形状，且为圆筒形状，因此作用于检测空间15的底部的应力被弯曲形状的内壁部16分散从而应力不易在内壁部16的附近集中。特别是，圆弧形状的内壁部16的范围β以180度以上270度以下的范围而形成，因此能够将内壁部16的圆筒结构形成于较大的范围内，从而应力和应变容易通过圆筒结构的内壁部16而分散。

压力传感器21接近内壁部16的凹侧的内壁面而设置。即，压力传感器21固定在与外壁部14的内表面相比更接近内壁部16的内表面的位置。如图2所示，从压力传感器21的中心21a到点P1的距离L2和从点P1到点P2的距离L1之比(L2/L1)在1/3以下，因此即使因热应力等而在壳体11产生应变，该应变直接对压力传感器21造成的影响也会变得非常小。

并且，在传感器收纳部17中，压力传感器21配置于不与端子板12重叠的位置，因此因壳体11与端子板12的热膨胀系数之差而产生的热应力不易作用于压力传感器21。

接下来，由于从框体2施加的紧固力、振动等而在壳体11施加有机械应力。该机械应力从外壁部14朝向检测空间15的中央而进行作用。因此，应力在靠近外壁部14的外周部较大，随着朝向中央部而减小。

因此，在实施方式中，如图2所示，压力传感器21的中心21a配置于由外壁部14围成的检测空间15的中心部(形心或重心位置)。由此，能够降低机械应力对压力传感器21造成的影响。

压力传感器21通过压电元件等检测因压力而施加于隔膜部的应变从而测定压力值，由于压力传感器21配置于不易受到在壳体11产生的应力的影响的位置，因此容易防止在压力传感器21的隔膜部施加有应当测定的压力变化以外的应变。

图5是用于说明本发明的第二实施方式的压力检测装置110中所使用的壳体的外壁部114和内壁部116的形状的图。

在该压力检测装置110中，外壁部114为圆筒形状，在由外壁部114围成的检测空间115的内部设置有将检测空间115的面积大致两分的内壁部116。内壁部116的右端部116b和左端部116c与外壁部114一体地连结。而且，在由内壁部116和外壁部114围成的区域内形成有传感器收纳部117。

内壁部116为弯曲形状，压力传感器21接近其凹侧的内表面而固定。

在图5所示的压力检测装置110中，热应力等的应变也不易作用于压力传感器21，从而容易阻止因由应力产生的应变而引起的干扰与应当测定的压力值重叠。

图6所示的第三实施方式的压力检测装置210具有：外壁部214、被该外壁部214包围的检测空间215、两端部216b、216c与外壁部214连结的内壁部216、由内壁部216围成的传感器收纳部217。

内壁部216为具有直线部和角部的形状，压力传感器21配置于内壁部216的两个角部的内侧即21A和21B的任意一方的位置或双方的位置。

施加于壳体的机械应力或热应力容易集中在内壁部216的直线部的中央部分，而不易集中在角部，因此通过在角部的内侧配置压力传感器21，从而应力不易作用于压力传感器21。

在图7所示的第四实施方式的压力检测装置310中，形成有矩形状的外壁部314，且具有被该外壁部314包围的矩形状的检测空间315。需要说明的是，在所述各个实施方式中，也可以将外壁部设为矩形状。在图7中，通过两端部316b、316c与外壁部314连结的内壁部316形成传感器收纳部317。

内壁部316设置有直线部和一个角部，压力传感器21配置于一个角部的内侧。

【实施例】

在图4中示出了作用于压力检测装置10的壳体的热应力的模拟结果。

图4(B)所示的实施例的压力检测装置10的结构具备与图1至图3所示的第一实施方式相同结构的壳体11。图4(A)是表示比较例的图，相当于从第一实施方式的压力检测装置10的壳体11中去除了内壁部16的结构。

在模拟中，将壳体11的材质设为PPS，将端子板12和板部13的材质设为铜板。将壳体11的外壁部14的前端面14a固定、即设定为前端面14a的形状不发生变化，对将温度从0℃升高至100℃时的壳体11的各个部分的热应力的集中状态进行分析。

根据该模拟，能够确认如下情况，即，在图4(A)所示的比较例中，在由外壁部14围成的检测区域的内部，在底部分布有较大的热应力，相对于此，在图4(B)所示的实施例中，接近内壁部16的部分处的热应力较小，特别是，在固定有压力传感器21的区域M，形成有热应力几乎为零的部位。

Claims (8)

1.一种压力检测装置，其在壳体保持有压力传感器，所述压力检测装置的特征在于，

在所述壳体一体地形成有包围检测空间的外壁部、位于所述检测空间内的内壁部，所述内壁部的两端部与所述外壁部连结，所述压力传感器固定于所述检测空间内的、与所述外壁部的内表面相比更接近所述内壁部的内表面的位置，

所述内壁部为弯曲形状，所述压力传感器接近所述内壁部的凹侧的内表面而配置。

2.如权利要求1所述的压力检测装置，其中，

所述外壁部为圆筒形状，所述内壁部为构成圆筒的一部分的圆弧形状。

3.如权利要求2所述的压力检测装置，其中，

所述内壁部以180度以上的角度范围而形成。

4.一种压力检测装置，其在壳体保持有压力传感器，所述压力检测装置的特征在于，

在所述壳体一体地形成有包围检测空间的外壁部、位于所述检测空间内的内壁部，所述内壁部的两端部与所述外壁部连结，所述压力传感器固定于所述检测空间内的、与所述外壁部的内表面相比更接近所述内壁部的内表面的位置，

所述内壁部为具有直线部和角部的形状，所述压力传感器固定于所述角部的内侧。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的压力检测装置，其中，

在通过最接近所述压力传感器的所述内壁部的内表面和所述压力传感器的中心的中心线O上，从所述压力传感器的中心到所述内壁部的内表面的距离L2、和从隔着所述压力传感器而设置的所述内壁部的内表面到所述外壁部的内表面的距离L1之比、即L2/L1在1/3以下。

6.如权利要求1至4中的任一项所述的压力检测装置，其中，

所述壳体由合成树脂材料形成，在所述壳体埋设有端子板，所述压力传感器配置于不与所述端子板重叠的位置。

7.如权利要求1至4中的任一项所述的压力检测装置，其中，

所述压力传感器配置于由所述外壁部围成的所述检测空间的中心部。

8.一种进气压测定装置，其特征在于，

设置有对权利要求1至7中的任一项所述的压力检测装置进行保持的框体，在该框体形成有向所述检测空间导入内燃机的进气压力的进气孔。