JP2002221462A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ケースに収納されたセンシング部の表裏両面
で受圧し、これら両面での差圧を検出するようにした圧
力センサにおいて、センシング部の表面側を保護すると
共に裏面側の圧力導入通路の結露や詰まりを防止し、正
確な圧力を検出できるようにする。 【解決手段】 ケース１０には、板状のセンシング部と
しての半導体ダイヤフラム式のチップ３０が収納されて
おり、ケース１０外部からチップ３０の一面側に圧力を
導入するための第１の圧力導入通路２１と、ケース１０
外部からチップ３０の他面側に圧力を導入するための第
２の圧力導入通路２２とが備えられている。ケース１０
には、チップ３０の一面を被覆する第１の保護部材７０
を設けるとともに、第２の圧力導入通路２２内に充填さ
れ第２の圧力導入通路２２内への異物の侵入を防止する
第２の保護部材８０を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケースに収納され
たセンシング部の表裏両面で受圧し、これら両面での差
圧を検出するようにした圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の圧力センサとしては、特開平９
−４３０８５号公報、特開平３−２３７３３２号公報、
特開平１１−２４１９７０号公報等に記載のものが提案
されている。

【０００３】これらの圧力センサは、樹脂等よりなるケ
ースに、印加された圧力値に応じたレベルの電気信号を
発生する板状の半導体ダイヤフラム式のセンサチップ
（センシング部）が収納されており、ケース外部からセ
ンサチップの表面（一面）側及び裏面（他面）側にそれ
ぞれに圧力を導入するための圧力導入通路を有してお
り、センサチップの表裏両面にて受圧を行い、これら両
面での差圧を上記電気信号として検出するようにしたも
のである。

【０００４】ここで、この圧力センサにおいては、セン
サチップの表面側は、検出用の回路が形成された面（回
路形成面）であるため、センサチップのケースへの接合
は、センサチップの裏面側を台座等を介してケースに接
着する等により、行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
圧力センサにおいては、センサチップの表面側は、形成
された回路を圧力媒体中の異物（塵埃や水分等）から保
護する等の理由により、ゴム材料やゲル材料等の保護部
材で被覆され保護されている。それに対して、センサチ
ップの裏面側は、保護されていない。

【０００６】ここで、上記した様に、従来の圧力センサ
においては、センサチップの裏面側をケースに接合する
構成であることから、センサチップの表面側は開放で
き、当該表面側の圧力導入通路の通路面積は広くするこ
とが可能であるのに対し、センサチップの裏面側はケー
スとの接合面積を確保する必要があるため、当該裏面側
の圧力導入通路の通路面積は、表面側に比べて、かなり
狭いものとせざるを得ない。

【０００７】そのため、悪い環境の圧力を導入する際、
センサチップの裏面側の圧力導入通路を表面側と同様に
保護しないと、圧力媒体中の異物の侵入により、結露や
氷結等により破壊したり、詰まったりすることで、セン
サ特性に悪影響を与え、正確な圧力検出ができない恐れ
がある。

【０００８】そこで、本発明は上記問題に鑑み、ケース
に収納されたセンシング部の表裏両面で受圧し、これら
両面での差圧を検出するようにした圧力センサにおい
て、センシング部の表面側を保護すると共に裏面側の圧
力導入通路の結露や詰まりを防止し、正確な圧力を検出
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に記載の発明では、ケース（１０）と、こ
のケースに収納され印加された圧力値に応じたレベルの
電気信号を発生する板状のセンシング部（３０）と、ケ
ース外部からセンシング部の一面側に圧力を導入するた
めの第１の圧力導入通路（２１）と、ケース外部からセ
ンシング部の他面側に圧力を導入するための第２の圧力
導入通路（２２）とを備え、センシング部をその他面側
にてケースに接合し、センシング部の両面で受圧し、こ
れら両面の差圧を検出するようにした圧力センサにおい
て、ケースに、センシング部の一面を被覆する第１の保
護部材（７０）を設けるとともに、第２の圧力導入通路
内に充填され第２の圧力導入通路内への異物の侵入を防
止する第２の保護部材（８０）を設けたことを特徴とし
ている。

【００１０】それによれば、板状のセンシング部の一面
が表面、他面が裏面として用いられ、当該一面側は第１
の保護部材を介して受圧を行い、当該他面側は第２の保
護部材を介して受圧を行い、これら表裏両面の差圧を検
出可能な圧力センサの構成を実現している。

【００１１】そして、第１の保護部材によってセンシン
グ部の表面側が保護されると共に第２の圧力導入通路即
ち裏面側の圧力導入通路内に充填された第２の保護部材
によって、裏面側の圧力導入通路の結露や詰まりを防止
することができるため、正確な圧力を検出することがで
きる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明によれば、セ
ンシング部を、その他面側に凹部を形成することにより
一面側にダイヤフラム（３１）を形成してなる半導体ダ
イヤフラム式のチップ（３０）とし、該チップの他面側
を、台座（４０）を介してケース（１０）に接合し、該
台座に第２の圧力導入通路（２２）の一部としての孔部
（４１）を形成し、この孔部に第２の保護部材（８０）
を充填した構成において、該孔部の通路面積をセンシン
グ部における凹部の開口面積よりも小さくしたことを特
徴としている。

【００１３】上述したように、センシング部の他面（裏
面）側はケースとの接合面積を確保する必要があるた
め、当該他面側の圧力導入通路即ち第２の圧力導入通路
の通路面積を、表面側即ち第１の圧力導入通路に比べ
て、かなり狭いものとせざるを得ない。

【００１４】そのため、本発明のように、センシング部
が半導体ダイヤフラム式のチップであって、その他面
（裏面）側を台座を介してケースに接合する構成とした
場合には、この台座に、第２の圧力導入通路の一部とし
ての孔部を形成する必要がある。

【００１５】この場合、更に、チップと台座との接合面
積を確保する必要性から、孔部の通路面積をセンシング
部における凹部の開口面積よりも小さくすることが好ま
しいが、その場合、第２の圧力導入通路としての孔部
は、かなり細いものとなり、上記した結露や詰まりの恐
れが強くなる。しかし、本発明では、この孔部にも第２
の保護部材を充填しているため、そのような問題は生じ
ない。

【００１６】つまり、第２の圧力導入通路内に第２の圧
力導入通路内への異物の侵入を防止する第２の保護部材
を充填することにより、結露や詰まりを防止する効果
は、この請求項２の発明のような第２の圧力導入通路の
構成において、特に有効であると言える。

【００１７】また、上述のように、裏面側の圧力導入通
路は、表面側に比べて細いものであるが故、この細い通
路内に発生する応力が逃げにくく、そこに充填される保
護部材が硬すぎると、硬化時の熱収縮で圧力センサの零
点特性を大きく変動させてしまう。一方、充填される保
護部材が柔らかすぎると、温度サイクルや振動等で通路
内から抜けてしまう。

【００１８】そこで、本発明者等は、実験検討した結
果、従来用いられる保護部材に含有されているオイル量
（例えば数％）よりも多量のオイルを、保護部材に添加
することにより、圧力センサの零点特性を良好に確保し
つつ、充填部位から抜けないような保護部材を容易に実
現できることを見出した。

【００１９】請求項３に記載の発明は、このようなオイ
ル添加の効果に基づいてなされたものであり、第２の保
護部材（８０）を、第１の保護部材（７０）よりも多く
のオイルが添加されているものとしたことを特徴として
いる。それにより、請求項１または請求項２に記載の発
明の効果を、好適に実現することができる。

【００２０】ここで、請求項４に記載の発明のように、
オイルは、第２の保護部材（８０）に３０％以上添加さ
れていることが好ましい。なお、オイル添加量の上限
は、保護部材が硬化しなくなるまでの量とすればよく、
保護部材の種類によって適宜設定される。

【００２１】また、オイルが多量に添加された第２の保
護部材（８０）としては、請求項５に記載の発明のよう
に、フロロシリコーンゲルまたはフッ素ゲルを母材とし
て、オイルとしてのフロロシリコーンオイルまたはフッ
素オイルが添加されているものにすることができる。

【００２２】また、請求項６に記載の発明では、第２の
圧力導入通路（２２）は、センシング部側の通路（２２
ａ）と圧力を導入する側の通路（２２ｂ）との間でケー
ス（１０）に段差（２２ｃ）を形成することにより、前
記圧力を導入する側の通路の方が通路面積が大きくなっ
ており、第２の保護部材（８０）は、センシング部側の
通路から圧力を導入する側の通路にまで充填されている
ことを特徴としている。

【００２３】それによれば、第１の圧力導入通路（表面
側の圧力導入通路）に比べて細くせざるを得ない第２の
圧力導入通路（裏面側の圧力導入通路）において、セン
シング部と接合されるセンシング部側の通路（２２ａ）
では、必要な細さを確保しつつ、センシング部から離れ
た圧力を導入する側の通路（２２ｂ）では、通路面積を
十分に広くすることができる。

【００２４】また、保護部材に異物が付着、堆積した場
合、その異物によって、保護部材を介したセンシング部
への圧力伝達特性が変動する。しかし、本発明によれ
ば、センシング部側の通路から圧力を導入する側の通路
にまで、第２の保護部材を充填することにより、第２の
保護部材の受圧面積を十分に大きくすることができるた
め、そのような圧力伝達特性の変動を抑制することがで
きる。

【００２５】ここで、請求項７に記載の発明のように、
請求項６に記載の第２の圧力導入通路において、圧力を
導入する側の通路（２２ｂ）は、センシング部側の通路
（２２ａ）よりも通路面積が２倍以上となっているもの
にすることができる。

【００２６】また、請求項８に記載の発明のように、第
２の保護部材８０は、第１の保護部材（７０）と同程度
もしくは低い弾性を有するものであることが好ましい。

【００２７】また、請求項９に記載の発明では、請求項
１〜請求項５の圧力センサにおいて、第１のおよび第２
の圧力導入通路（２１、２２）のどちらか一方が、セン
シング部（３０）真っ直ぐに外方へ突出して延び且つ突
出先端部に圧力導入用の開口部（１２ａ）を有する直状
通路部（９０）として形成され、この直状通路部は、途
中部にセンシング部側から開口部側へ向かって窄まるよ
うなテーパ面を有することにより、センシング部側の方
が開口部側よりも通路面積が大きくなっており、直状通
路部の軸に直交する面とテーパ面とのなす角度（θ）
が、３０°以上であることを特徴としている。

【００２８】本発明のような直状通路部を有する圧力セ
ンサを、当該直状通路部を天地方向に沿った状態で被測
定部材に組み付けた場合、被測定部材から湿気を含んだ
測定媒体がセンサ内へ侵入しても、直状通路部を介して
センサ内の水分を適切に下方へ排出することができるた
め、好ましい。

【００２９】上記本発明者等の検討によれば、上記テー
パ面の角度（θ）は３０°以上の勾配があれば良いこと
を確認しているが、当該角度を４５°以上とすれば、よ
り確実な水分の排出が行える。

【００３０】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。

【００３１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
図に示す実施形態について説明する。限定するものでは
ないが、本実施形態は、例えば自動車のディーゼルエン
ジンの排気管に設けられたＤＰＦ（ディーゼルパティキ
ュレートフィルタ）の目詰まり検出するために圧力セン
サを排気管に取り付け、該ＤＰＦの前後の排気管の差圧
を検出する圧力センサ（差圧検出タイプの圧力センサ）
として適用することができる。

【００３２】図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力
センサの概略断面構成を示す図である。図１において、
１０は圧力センサ本体を区画する例えばＰＢＴ（ポリブ
チレンテレフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサル
ファイド）等の樹脂材料等よりなるケースである。

【００３３】このケース１０は、ターミナルピン１０ａ
がインサート成形されたコネクタケース部１１、このコ
ネクタケース部１１に接合されてそれぞれ第１の圧力導
入通路２１、第２の圧力導入通路２２を構成する第１の
圧力ポート部１２、第２の圧力ポート部１３よりなる。
ケース１０におけるこれら各部１１〜１３は、樹脂成形
等にて作られる。

【００３４】このケース１０のうちコネクタケース部１
１には、凹部１１ａが形成され、この凹部１１ａには、
印加された圧力値に応じたレベルの電気信号を発生する
板状のセンシング部３０が収納されている。

【００３５】また、第１の圧力ポート部１２、第２の圧
力ポート部１３はそれぞれ、接着剤１４等によりコネク
タケース部１１に固定されており、各圧力ポート部１
２、１３とコネクタケース部１１とにより区画される内
部空間が、上記した第１の圧力導入通路２１、第２の圧
力導入通路２２として構成されている。

【００３６】ここで、図２は、本実施形態のセンシング
部３０及びその周辺部の拡大断面構成を示す図である。
図２に示す様に、センシング部３０は、シリコン半導体
等の半導体基板よりなり、その一面３０ａ側に薄肉部と
してのダイヤフラム３１を有し、他面３０ｂ側に、この
ダイヤフラム３１を構成するために異方性エッチング等
により形成された凹部３２を有する半導体ダイヤフラム
式のチップ（センサチップ）である。

【００３７】以下、本実施形態では、センシング部３０
をチップ（センサチップ）３０ということとする。そし
て、このような半導体ダイヤフラム式のチップ３０にお
いては、ダイヤフラム３１側即ち上記一面３０ａ側が表
面であり、凹部３２側即ち上記他面３０ｂ側が裏面であ
るため、以下、上記一面３０ａを表面３０ａ、上記他面
３０ｂを裏面３０ｂという。

【００３８】また、チップ（センシング部）３０の裏面
３０ｂには、ガラス等よりなる台座４０が接合されチッ
プ３０と一体化されている。そして、チップ３０は、こ
の台座４０を介して、コネクタケース部１１の凹部１１
ａの底面に、図示しない接着剤（例えば、フロロシリコ
ーン系接着剤）により接着され、ケース１０に収納固定
されている。

【００３９】ここで、台座４０には、第２の圧力導入通
路２２の一部としての孔部（貫通孔）４１が形成されて
いる。この孔部４１の通路面積はチップ（センシング
部）３０における凹部３２の開口面積よりも小さいもの
としている。

【００４０】このように、本実施形態において、第１の
圧力導入通路２１はケース１０に形成されているが、第
２の圧力導入通路（孔部４１も含む）２２は、ケース１
０及び台座４０に形成されている。そして、第１の圧力
導入通路２１と第２の圧力導入通路２２とは、チップ
（センシング部）３０によって区画されている。

【００４１】また、図示しないが、例えば、第１の圧力
ポート部１２が上記排気管におけるＤＰＦの上流側、第
２の圧力ポート部１３が上記排気管におけるＤＰＦの下
流側にゴムホース等により接続されるものである。その
ため、本実施形態においては、第１及び第２の各圧力ポ
ート部１２、１３における圧力導入部１２ａ、１３ａか
ら、上記排気管内の圧力が導入される。

【００４２】そして、ケース１０内においては、ケース
１０に形成された第１の圧力導入通路２１から、チップ
３０の表面（一面）３０ａ側即ちダイヤフラム３１側に
圧力が導入されると同時に、ケース１０に形成された第
２の圧力導入通路２２、及び、台座４０に形成された第
２の圧力導入通路としての孔部４１から、チップ３０の
裏面（他面）３０ｂ側即ち凹部３２側に圧力が導入され
るようになっている。

【００４３】そして、チップ３０の表面３０ａと裏面３
０ｂとで（つまり、ダイヤフラム３１の表面と裏面と
で）受圧し、これら両面３０ａ、３０ｂの差圧が検出さ
れるようになっている。

【００４４】なお、図２を参照して、チップ３０及びそ
の周辺部構成の一具体例を示しておく。まず、チップ３
０の厚さｔ１としては、約２００μｍ程度とすることが
できる。ダイヤフラム３１は、例えば約１．４ｍｍ×
１．４ｍｍの平面四角形（図２中では、幅Ｌ１が１．４
ｍｍ）で、その厚さｔ２が約３０μｍのものとすること
ができる。

【００４５】また、凹部３２の開口部は、例えば平面八
角形であり、図２における幅Ｌ２は約１．９〜２．０ｍ
ｍとすることができる。まや、本実施形態では、上述し
たように、、台座４０の孔部４１の通路面積は凹部３２
の開口面積よりも小さいものとしており、該孔部４１
は、内径Ｄがφ０．８ｍｍ〜φ０．９ｍｍの円筒形貫通
孔とすることができる。

【００４６】このような具体的構成を採用可能なチップ
３０においては、表面３０ａ側に、ダイヤフラム３１の
圧力印加による歪みを電気信号に変換するための回路
（図示せず）が形成されている。この回路は、図１に示
す様に、ワイヤボンディング等により形成された金また
はアルミ等のワイヤ６０によりターミナルピン１０ａに
結線され、チップ３０とターミナルピン１０ａとは電気
的に接続されている。

【００４７】ここで、ターミナルピン１０ａは、銅等の
導電性金属よりなるものであり、ワイヤ６０との接続部
とは反対側の端部が、ケース１０（コネクタケース部１
１）の外部に露出している。そして、このターミナルピ
ン１０ａの露出端部は、コネクタケース部１１ととも
に、図示しない外部配線部材に接続可能となっており、
それによって、チップ３０は、ワイヤ６０、ターミナル
ピン１０ａを介して外部回路（車両のＥＣＵ等）に対し
て信号のやり取りが可能となっている。

【００４８】以上のような基本構成を有する差圧検出タ
イプの圧力センサにおいて、本実施形態では、ケース１
０に、チップ（センシング部）３０の表面（一面）３０
ａを被覆する第１の保護部材７０が設けられているとと
もに、第２の圧力導入通路２２内への異物の侵入を防止
するための第２の保護部材８０が第２の圧力導入通路２
２内に充填された独自の構成を有している。

【００４９】第１の保護部材７０は、コネクタケース部
１１の凹部１１ａ内に充填され、チップ３０の表面３０
ａ、ワイヤ６０、ワイヤ６０とターミナルピン１０ａと
の接続部、台座４０を被覆して保護している。つまり、
第１の保護部材７０は、第１の圧力導入通路２１におけ
るチップ３０の表面３０ａ側の部位に充填された形とな
っている。

【００５０】この第１の保護部材７０は、本例では、下
層（凹部１１ａの底面側）にフッ素ゴム等の比較的ヤン
グ率の高い樹脂材料７１、上層（凹部１１ａの開口部
側）にフッ素ゲル等の比較的ヤング率の低い樹脂材料７
２を用いた２層構造としている。具体的には、本出願人
が先に出願した特開平１１−３０４６１９号公報に記載
されている２層構造の保護部材を採用することができ
る。これにより、第１の保護部材７０内の気泡発生を適
切に防止し、チップ３０の特性を良好に発揮可能な構成
となっている。

【００５１】一方、第２の保護部材８０は、第２の圧力
導入通路の一部としての台座４０の孔部４１内に充填さ
れるとともに、この孔部４１からはみ出して、第２の圧
力導入通路２２のうち圧力導入部１３ａ側にまで充填さ
れている。

【００５２】本例では、図１に示す様に、第２の圧力導
入通路２２のうち、チップ３０側の通路（センシング部
側通路）２２ａと圧力を導入する側（つまり、第２の圧
力ポート１３における圧力導入部１３ａ側）の通路（圧
力導入側通路）２２ｂとの間には、ケース１０（コネク
タケース部１１）に段差２２ｃが形成されている。

【００５３】それによって、ケース１０に形成された第
２の圧力導入通路２２のうち圧力導入側通路２２ｂの方
が、センシング部側通路２２ａよりも通路面積が大きく
なっており、第２の保護部材８０は、上記孔部４１及び
センシング部側通路２２ａから圧力導入側通路２２ｂに
まで充填されている。なお、本例では、圧力導入側通路
２２ｂは、センシング部側通路２２ａよりも通路面積が
２倍以上大きくなっている。

【００５４】圧力導入側通路２２ｂまで第２の保護部材
８０が充填されることで、受圧面積を大きくすることが
でき、汚れに対して一層強くすることができる。なお、
圧力導入側通路２２ｂは、センシング部側通路２２ａか
ら階段状に広がっている。

【００５５】このように、第２の保護部材８０が、第２
の圧力導入通路２２内に充填されることにより、第２の
圧力導入通路２２内への異物の侵入を防止するようにな
っている。この第２の保護部材８０は、第１の保護部材
７０とは異なり、１層構造であり、硬化タイプのゲル材
料を用いることができる。

【００５６】具体的には、耐薬品性等を考慮すると、シ
リコーン系のゲルでは導入される圧力媒体中に含まれる
湿気によって膨潤してしまうため、フロロシリコーンゲ
ルあるいはフッ素ゲル等を用いることが出来る。

【００５７】また、この第２の保護部材８０は、第１の
保護部材７０よりも多くのオイルが添加されているもの
を用いている。例えば、フロロシリコーンゲルを母材と
して、オイルとしてのフロロシリコーンオイルが添加さ
れているものを採用できる。ここで、オイルの添加量
は、第２の保護部材８０に対して３０％以上が好まし
い。

【００５８】かかる圧力センサの製造方法について概略
を述べる。コネクタケース部１１に台座４０と一体化さ
れたチップ３０を、上記接着剤により接着固定する。そ
の後、チップ３０とターミナルピン１０ａとをワイヤボ
ンディングすることによってワイヤ６０で結線する。

【００５９】次に、コネクタケース部１１内に第１の保
護部材７０を配設する。まず、下層側の樹脂材料７１
を、台座４０とチップ３０との界面付近まで、コネクタ
ケース部１１の凹部１１ａ内に充填し、気泡発生を防ぐ
ために真空脱泡する。その上に、上層側の樹脂材料７２
を注入した後、両層の樹脂材料７１、７２を同時に加熱
硬化する。

【００６０】こうして、第１の保護部材７０の配設が終
了する。その後、コネクタケース部１１と第１の圧力ポ
ート部１２とを接着剤１４により接着固定する。こうし
て、第１の圧力導入通路２１が形成される。

【００６１】次に、コネクタケース部１１内に、第２の
保護部材８０を配設する。例えば、フロロシリコーンゲ
ルにフロロシリコーン系オイルが３０〜３５％添加され
たものを、真空中で注入するか、あるいは注入後真空脱
泡して、図１に示す様な位置に配設する。なお、フロロ
シリコーンゲル及びフロロシリコーンオイルに代えてフ
ッ素ゲル及びフッ素オイルを用いることも可能である。

【００６２】その後、ゲルを加熱硬化させることによ
り、第２の保護部材８０の配設が終了する。そして、コ
ネクタケース部１１と第２の圧力ポート部１３とを接着
剤１４により接着固定する。こうして、第２の圧力導入
通路２２が形成され、図１に示す圧力センサが完成す
る。

【００６３】次に、本実施形態を、ＤＰＦの前後の排気
管の差圧を検出する圧力センサに適用した場合の作動に
ついて、まとめて述べておく。例えば、上記排気管にお
けるＤＰＦの上流部位の圧力（上流圧という）は第２の
各圧力ポート部１３から、また、該ＤＰＦの下流部位の
圧力（下流圧という）は第１の各圧力ポート部１２か
ら、別々にケース１０内に導入される。

【００６４】下流圧は、第１の圧力導入通路２１を通し
て、第１の保護部材７０の表面に受圧され、さらに第１
の保護部材７０を伝わってチップ３０の表面３０ａ側か
らダイヤフラム３１に受圧される。同時に、上流圧は、
第２の圧力導入通路２２を通して、第２の保護部材８０
の表面に受圧され、さらに第２の保護部材８０を伝わっ
てチップ３０の裏面３０ｂ側からダイヤフラム３１に受
圧される。

【００６５】そして、ダイヤフラム３１は、チップ３０
の表面３０ａ側と裏面３０ｂ側との差圧によって歪み、
この歪みに応じたレベルの電気信号が、チップ３０に形
成された上記回路から出力される。この出力信号は、ワ
イヤ６０からターミナルピン１０ａを介して、上記外部
回路に送られ、ＤＰＦの目詰まり検出情報として利用さ
れる。

【００６６】このように、本実施形態の圧力センサは、
半導体ダイヤフラム式のチップ（板状のセンシング部）
３０の表面３０ａ、裏面３０ｂともに受圧面として用い
られ、表面３０ａ側は第１の保護部材７０を介して受圧
を行い、裏面３０ｂ側は第２の保護部材８０を介して受
圧を行い、これら表裏両面３０ａ、３０ｂの差圧を検出
可能な構成を実現している。

【００６７】そして、従来の圧力センサが、表面（チッ
プにおける回路形成面）側のみ保護部材を設けていたの
に対し、本実施形態では、チップ３０の表面３０ａ側だ
けでなく、裏面３０ｂ側の圧力導入通路側にも保護部材
を設けたことが主たる特徴点である。

【００６８】すなわち、第１の保護部材７０によってチ
ップ３０の表面（回路形成面）３０ａ側が保護されると
ともに、第２の圧力導入通路２２内に充填された第２の
保護部材８０によって、裏面側の圧力導入通路である第
２の圧力導入通路２２の結露や詰まりを防止することが
できるため、正確な圧力を検出することができる。

【００６９】特に、排気管内の排気圧を測定する圧力セ
ンサでは、フィルタ等によって、センサ内に導入される
圧力媒体（排気ガス）中のすす等の固形異物は除去でき
るが、湿気まで除去することは困難である。そのような
場合、表面側の第１の圧力導入通路２１にくらべて細い
部分（台座４０の孔部４１等）を有する裏面側の第２の
圧力導入通路２２では、結露の発生、温度環境によって
は氷結まで発生しやすい。

【００７０】その点、本実施形態では、ケース１０内
に、第２の圧力導入通路２２内に充填され第２の圧力導
入通路２２内への異物（湿気、水分、塵埃等）の侵入を
防止する第２の保護部材８０を設けることにより、上記
した湿気の侵入を第２の保護部材８０によって排除でき
る。

【００７１】また、チップ３０の裏面３０ｂ側はケース
１０との接合面積を確保する必要があるが、本実施形態
では、台座４０を介してチップ３０をケース１０に接合
しているため、この台座４１にも第２の圧力導入通路２
２即ち孔部４１を形成している。そして、この孔部４１
を、表面３０ａ側の第１の圧力導入通路２１に比べて、
かなり狭いものとしている。

【００７２】ここで、本実施形態においては、該孔部４
１の通路面積をチップ３０における凹部３２の開口面積
よりも小さくする必要性から、例えば、孔部４１の径Ｄ
をφ０．８〜φ０．９ｍｍと非常に細いものとしてお
り、上記した結露や詰まりの恐れが強くなる。しかし、
本実施形態では、この孔部４１にも第２の保護部材８０
が充填されているため、そのような問題は生じない。

【００７３】また、裏面３０ｂ側の第２の圧力導入通路
２２は、表面側３０ａ第１の圧力導入通路２１に比べて
細い孔部４１やセンシング部側通路２２ａを有するもの
であるが故、これら細い通路内に発生する応力が逃げに
くく、そこに充填される第２の保護部材８０が硬すぎる
と、硬化時の熱収縮で圧力センサの零点特性を大きく変
動させてしまう。一方、充填される第２の保護部材８０
が柔らかすぎると、温度サイクルや振動等で通路内から
抜けてしまう。

【００７４】その対策として、本発明者等は実験検討を
行い、第２の保護部材８０を、第１の保護部材７０より
も多くのオイルが添加されているものとした。第１の保
護部材７０は、従来用いられる保護部材を適用できる
が、この従来の保護部材は含有されているオイル量が例
えば数％程度である。それに対して、第２の保護部材８
０に添加するオイルを３０％以上とし、従来よりも多量
としている。

【００７５】例えば、通常のフロロシリコーンゲルある
いはフッ素ゲルでは弾性率が高く、これを第２の保護部
材として用いて本実施形態のように充填して加熱硬化さ
せると、熱収縮の影響を受けてセンサの特性変動を大き
くしてしまう。そこで、センサの特性変動を防ぐため
に、ゲルが未硬化を起こさない範囲で、同じ材料系のオ
イル、どの程度ゲルに添加すれば良いかを調べた。

【００７６】図３は、第２の保護部材８０として、フロ
ロシリコーンゲルを母材としてフロロシリコーンオイル
が添加されているものを用いた場合に、オイル添加量
（％）を変えていったとき（２５％、３０％、３５％）
のセンサ使用温度（図中、温度と示す。単位：℃）と、
ゲル注入前後の零点変動量（％ＦＳ）との関係を示した
ものである。

【００７７】なお、図３中、黒丸プロットはオイル添加
量が２５％、黒四角プロットはオイル添加量が３０％、
黒三角プロットはオイル添加量が３５％の場合を示して
いる。

【００７８】ここで、ゲル注入前後の零点変動量は、次
のように定義する。チップ３０の両面３０ａ、３０ｂが
同圧のときの信号（電圧）を基準信号とする。そして、
第１の保護部材７０は配設されているが第２の保護部材
８０が配設されていない場合の基準信号と、オイル量を
変えた第２の保護部材８０を注入、充填し熱硬化させた
後に、再び測定した基準信号とを比較する。

【００７９】そして、上記両者の場合において、センサ
のフルスケール（ＦＳ）に対する基準信号の変動量の割
合（％ＦＳ）を、ゲル注入前後の零点変動量とする。な
お、当該零点変動量の目標値は、０．１％ＦＳであり、
この値は、実用レベルの要求値から算出されたものであ
る。

【００８０】図３に示す様に、第２の保護部材８０とし
て、フロロシリコーンゲルに３０％以上のフロロシリコ
ーンオイルを添加したものを用いれば、ゲル注入前後の
零点変動量を目標規格内に収めることができている。な
お、オイル添加量の上限は、保護部材が硬化しなくなる
までの量とすればよく、図３の例ではオイル添加量が４
０％以上で未硬化が発生するため、オイル添加量を３０
％以上４０％未満とすることが好ましい。

【００８１】なお、オイルの最適添加量範囲は第２の保
護部材８０の種類によって適宜設定されるが、本実施形
態でいえることは、第２の保護部材８０を、第１の保護
部材７０よりも多くのオイルが添加（例えば３０％以
上）されているものとすれば、圧力センサの零点特性を
良好に確保しつつ、充填部位から抜けないような第２の
保護部材８０を容易に実現できる。

【００８２】また、本実施形態によれば、第１の圧力導
入通路２１に比べて細くせざるを得ない第２の圧力導入
通路２２において、ケース１０に段差２２ｃを形成する
ことにより、センシング部側通路２２ａでは必要な細さ
を確保しつつ、チップ（センシング部）３０から離れた
圧力導入側通路２２ｂでは通路面積を十分に広くできて
いる。

【００８３】また、一般に、保護部材に異物が付着、堆
積した場合、その異物によって、保護部材を介したセン
シング部への圧力伝達特性が変動する。しかし、本実施
形態によれば、センシング部側通路２２ａから通路面積
の十分に広い圧力導入側通路２２ｂにまで、第２の保護
部材８０を充填することにより、第２の保護部材８０の
受圧面積を十分に大きくすることができるため、そのよ
うな圧力伝達特性の変動を抑制することができる。

【００８４】なお、図１に示す例では、圧力導入側通路
２２ｂは、センシング部側通路２２ａよりも通路面積が
２倍以上となっており、第１の圧力導入通路２１と同等
の開口面積にまで広くしている。このことは、図１にお
いては、図中の寸法Ｗ１と寸法Ｗ２とが略等しい（例え
ばＷ１、Ｗ２とも９ｍｍで紙面垂直方向の奥行きが１２
ｍｍ）ことで表されている。

【００８５】また、本実施形態において、第２の保護部
材８０は、第１の保護部材７０における低弾性な（ヤン
グ率の低い）樹脂材料７２と同程度もしくは低い弾性
（例えば弾性率が６０Ｐａ以下のもの）を有するもので
あることが好ましい。これは、第２の圧力導入通路２２
は第１の圧力導入通路２１に比べて通路面積を小さくせ
ざるを得ないから、通路内に発生する応力も逃げにくい
ため、充填される保護部材も柔らかいものを使用する必
要があるためである。

【００８６】また、図１に示す例では、第１及び第２の
圧力導入通路２１、２２において圧力導入部１２ａ、１
３ａが、チップ３０と正対せず、オフセットした位置に
ある。これにより、圧力媒体の流れが直接チップ３０に
当たるのを防止することができ、チップ３０直上の保護
部材７０、８０に異物が付着しにくい構成とすることが
できる。

【００８７】（第２実施形態）図４は、本発明の第２実
施形態に係る圧力センサの概略断面図である。以下、上
記第１実施形態との相違点について主として説明し、同
一部分には、図中、同一符号を付して説明を省略するこ
ととする。

【００８８】図４に示す様に、第１の圧力ポート部１２
の内部空間としての第１の圧力導入通路２１が、センシ
ング部３０から真っ直ぐに外方（図中の下方）へ突出し
て延びる直状通路部９０として形成されており、この直
状通路部２１の突出先端部に圧力導入用の開口部として
の圧力導入部１２ａが形成されている。本例では、直状
通路部９０は、板状のセンシング部３０の板面（上記図
２に示す表面３０ａ、裏面３０ｂ）に対して略垂直とな
っている。

【００８９】そして、直状通路部９０は、途中部にセン
シング部３０側から圧力導入部（開口部）１２ａ側へ向
かって窄まるようなテーパ面９１を有することにより、
テーパ面９１を境として、センシング部３０側の方が圧
力導入部（開口部）１２ａ側よりも通路面積が大きくな
っている。換言すれば、直状通路部９０は、第１の圧力
ポート部１２の段付内孔であって、段部であるテーパ面
９１を境に圧力導入側が細くなったものである。

【００９０】本例では、直状通路部９０におけるセンシ
ング部３０側の太い部分は、直状通路部９０の軸（突出
方向）と平行な平面９２によって囲まれ、通路断面形状
は略矩形をなしている。また、テーパ面９１よりも圧力
導入部１２ａ側の細い部分は、通路断面形状が円形であ
り。テーパ面９１は、両側の部分をなだらかにつなぐ面
形状となっている。

【００９１】ここで、本実施形態においては、直状通路
部９０の軸に直交する面とテーパ面９１とのなす角度θ
が、３０°以上（好ましくは４５°以上）となってい
る。これは、本実施形態の圧力センサを、直状通路部９
０を天地方向に沿った状態で上記排気管（被測定部材）
に組み付けた場合、当該排気管から湿気を含んだガス
（被測定流体）がセンサ内へ侵入しても、直状通路部９
０を介してセンサ内の水分を適切に下方へ排出できるよ
うにするためである。

【００９２】角度θを３０°以上（好ましくは４５°以
上）とする根拠は、本発明者等が行った実験検討による
ものであり、限定するものではないが、その検討結果の
一例を次に示す。

【００９３】直状通路部９０の容積の半分量（実車結露
量に相当）の水を、直状通路部９０の圧力導入部１２ａ
からセンサ内へ注入した。このものを、直状通路部９０
が天地方向に延びる状態にて、ゴムホース等の配管を介
して実車の排気管に装着し、エンジンを回し、実車試験
を行った。実車運転条件は、エンジン回転数１５００ｒ
ｐｍで１分間とした。

【００９４】検討するパラメータは、直状通路部９０に
おける平面９２の高さ（壁面高さ）Ｈ、上記テーパ面９
１の角度（テーパ角度）θとした。なお、圧力導入部１
２ａ側の細い部分の内径Ｄはφ４．５ｍｍとした。この
内径Ｄは、予め、上記実車試験によって、確実に水が落
下可能な大きさとして求めた。また、直状通路部９０と
排気管とをつなぐゴムホースの長さは１１４ｃｍとし
た。

【００９５】そして、壁面高さＨ、テーパ角度θを種々
変えたものについて、上記実車試験を行い、試験後の水
残留量および外観検査による水残留状態を調べた。壁面
高さを２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍと変え、テーパ角度θを
１５°、３０°、４５°と変えていった場合における結
果を図５および図６に示す。図５は、各場合における水
残留量（ｍｇ）を示すグラフ、図６は、各場合における
水の残留状態を示す図表である。

【００９６】図５に示す様に、テーパ角度θが大きくな
るほど、水残留量は少なくなり、センサ内の水が排出さ
れやすいことがわかる。また、図６中において「×：チ
ップ部に水残留」となっている場合、第１の保護部材７
０に水が付着する程度に水が残留しており、直接センシ
ング部３０に影響が出るため、好ましくない。

【００９７】また、「△：ケース隅部に水残留」となっ
ている場合、センシング部３０に多少、残留水の影響が
及ぶ可能性がある。そして、「○」のものは、テーパ面
９１と平面９２のなす隅部（テーパ部隅）に水が残留し
たり、平面９２により囲まれる矩形通路部の隅（ケース
隅部）に微量の水が残留したり、直状通路９０の内表面
に小さな水滴が付着したりするものの、実質的にセンシ
ング部３０に残留水の影響が及ばない程度に、水が排出
されているものである。

【００９８】これら図５、図６に示す結果から、センサ
内部に水を残留させない構造としては、実質的に、テー
パ角度θが３０°以上であれば良いと言える。さらに、
テーパ角度θが４５°以上であれば、壁面高さＨの制約
を更に緩くすることができ、また、水残留量も少なくで
きるため、好ましい。

【００９９】以上のように、本実施形態によれば、圧力
センサを、直状通路部を天地方向に沿った状態で被測定
部材に組み付けた場合、テーパ面９１の角度θが３０°
以上（好ましくは４５°以上）あるため、テーパ面９１
の勾配によって、センサ内の水分を適切に下方へ排出す
ることができる。そのため、結露や氷結等によるセンサ
へのダメージを防止することができる。

【０１００】なお、テーパ角度θは大きい方が、残留水
の排出効果が大きいが、テーパ角度θが大きくなるにつ
れて、直状通路部９０の突出方向におけるセンサの体格
が大きくなるため、センサ体格に制約のある場合は、体
格との関係も考慮してテーパ角度θを決定する必要があ
る。

【０１０１】また、本実施形態においては、第１の圧力
導入通路２１ではなく、逆に、第２の圧力ポート部１３
の内部空間としての第２の圧力導入通路２２を、上記直
状通路としても良いことは勿論であり、その場合にも、
同様の効果が得られることは明らかである。

【０１０２】（他の実施形態）なお、上記実施形態は、
上記排気管内の差圧を測定する場合のように、センシン
グ部の両面に測定圧力を受圧させるタイプ以外にも、セ
ンシング部の一方の面側が基準圧としての大気圧となっ
ており、他方面側に測定圧力を受圧させるタイプ、いわ
ゆるゲージ圧センサ（例えば、上記特開平９−４３０８
５号公報に記載のもの）にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略
断面図である。

【図２】図１に示す圧力センサにおけるセンシング部及
びその周辺部を示す拡大断面図である。

【図３】ゲルへのオイル添加量を変えていったときのセ
ンサ使用温度と、ゲル注入前後の零点変動量との関係を
示す図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係る圧力センサの概略
断面図である。

【図５】壁面高さＨ、テーパ角度θを種々変えた場合の
実車試験後の水残留量を示すグラフである。

【図６】壁面高さＨ、テーパ角度θを種々変えた場合の
実車試験後の水残留状態を示す図表である。

【符号の説明】

１０…ケース、１２ａ…圧力導入部（開口部）、２１…
第１の圧力導入通路、２２…第２の圧力導入通路、２２
ａ…第２の圧力導入通路におけるセンシング部側通路、
２２ｂ…第２の圧力導入通路における圧力導入側通路、
２２ｃ…段差、３０…チップ、３１…ダイヤフラム、４
０…台座、４１…孔部、７０…第１の保護部材、８０…
第２の保護部材、９０…直状通路部。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケース（１０）と、 このケースに収納され、印加された圧力値に応じたレベ
   ルの電気信号を発生する板状のセンシング部（３０）
   と、 前記ケース外部から前記センシング部の一面側に圧力を
   導入するための第１の圧力導入通路（２１）と、 前記ケース外部から前記センシング部の他面側に圧力を
   導入するための第２の圧力導入通路（２２）とを備え、 前記センシング部は、前記他面側にて前記ケースに接合
   されており、 前記センシング部の前記一面と前記他面とで受圧し、こ
   れら一面側と他面側との差圧を検出するようにした圧力
   センサにおいて、 前記ケースには、前記センシング部の一面を被覆する第
   １の保護部材（７０）が設けられているとともに、前記
   第２の圧力導入通路内に充填され前記第２の圧力導入通
   路内への異物の侵入を防止する第２の保護部材（８０）
   が設けられていることを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記センシング部は、前記他面側に凹部
   を形成することにより前記一面側にダイヤフラム（３
   １）が形成されてなる半導体ダイヤフラム式のチップ
   （３０）であり、 前記チップの他面側は、台座（４０）を介して前記ケー
   ス（１０）に接合されており、 前記台座には前記第２の圧力導入通路（２２）の一部と
   しての孔部（４１）が形成されており、 この孔部には、前記第２の保護部材（８０）が充填され
   ており、 前記孔部の通路面積は前記センシング部における前記凹
   部の開口面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に
   記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記第２の保護部材（８０）は、前記第
   １の保護部材（７０）よりも多くのオイルが添加されて
   いるものであ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. 【請求項４】 前記オイルは、前記第２の保護部材（８
   ０）に３０％以上添加されていることを特徴とする請求
   項３に記載の圧力センサ。
5. 【請求項５】 前記第２の保護部材（８０）は、フロロ
   シリコーンゲルまたはフッ素ゲルを母材として、前記オ
   イルとしてのフロロシリコーンオイルまたはフッ素オイ
   ルが添加されているものであることを特徴とする請求項
   ３または４に記載の圧力センサ。
6. 【請求項６】 前記第２の圧力導入通路（２２）は、前
   記センシング部側の通路（２２ａ）と圧力を導入する側
   の通路（２２ｂ）との間で前記ケース（１０）に段差
   （２２ｃ）を有することにより、前記圧力を導入する側
   の通路の方が通路面積が大きくなっており、 前記第２の保護部材（８０）は、前記センシング部側の
   通路から前記圧力を導入する側の通路にまで充填されて
   いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つ
   に記載の圧力センサ。
7. 【請求項７】 前記圧力を導入する側の通路（２２ｂ）
   は、前記センシング部側の通路（２２ａ）よりも通路面
   積が２倍以上となっていることを特徴とする請求項６に
   記載の圧力センサ。
8. 【請求項８】 前記第２の保護部材（８０）は、前記第
   １の保護部材（７０）と同程度もしくは低い弾性を有す
   るものであることを特徴とする請求項１ないし７のいず
   れか１つに記載の圧力センサ。
9. 【請求項９】 前記第１の圧力導入通路（２１）および
   前記第２の圧力導入通路（２２）のどちらか一方は、前
   記センシング部（３０）から真っ直ぐに外方へ突出して
   延び、突出先端部に前記圧力導入用の開口部（１２ａ）
   を有する直状通路部（９０）として形成されており、 この直状通路部は、途中部に前記センシング部側から前
   記開口部側へ向かって窄まるようなテーパ面を有するこ
   とにより、前記センシング部側の方が前記開口部側より
   も通路面積が大きくなっており、 前記直状通路部の軸に直交する面と前記テーパ面とのな
   す角度（θ）が、３０°以上であることを特徴とする請
   求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧力センサ。
10. 【請求項１０】 前記角度（θ）は、４５°以上である
    ことを特徴とする請求項９に記載の圧力センサ。