JP2005221260A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力検出素子が収納されたケースの開口部に、パイプ状の圧力導入用の突起部を有する圧力導入部材を吸着装置を用いて取り付けてなる圧力センサにおいて、圧力導入部材における吸着面を十分に確保する。
【解決手段】 一端側に開口部１１を有するとともに圧力検出用の圧力検出素子２０が収納されたケース１０と、ケース１０の開口部１１に取り付けられケース１０へ圧力を導入するための圧力導入部材３０とを備え、圧力導入部材３０は、ケース１０への取付時において吸着装置により吸着されるための平面を有する平面部３１と、この平面部３１から突出し圧力の導入を行うためのパイプ状の突起部３２とを備えるものである圧力センサにおいて、圧力導入部材３０では、平面部３１の周辺部に突起部３２が配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センシング部が収納されたケースの開口部に、圧力導入用の突起部を有する圧力導入部材を取り付けてなる圧力センサに関する。

ケースにセンシング部が収納された圧力センサとしては、たとえば、、ケースと、ケースに設けられ圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生するセンシング部と、ケースにインサート成形されるとともにセンシング部の周囲に設けられセンシング部と電気的に接続された導体部材と、導体部材とケースとの界面を封止する封止部材とを備えるものが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

図５は、上記構成を有する従来の圧力センサの概略断面構成を示す図である。樹脂などからなるケース１０は、ターミナルなどの導体部材１３がインサート成形されたものであり、当該ケース１０の上端は開口部１１となっている。

そして、ケース１０内には、圧力検出用のセンシング部としての圧力検出素子２０が接着剤などを介して搭載され固定されている。この圧力検出素子２０としては、たとえば、ガラス台座に半導体ダイアフラム式のセンサチップを接合したものが用いられる。

そして、圧力検出素子２０の周囲には、導体部材１３が位置しており、この導体部材１３と圧力検出素子２０とは、たとえば、ボンディングワイヤ１４を介して結線されるなどの方法により互いに電気的に接続されている。

そして、ケース１０内には、電気絶縁性および耐薬品性に優れたフッ素ゲルやフッ素ゴムなどからなる保護部材１５が充填されており、この保護部材１５によって、導体部材１３とケース１０との界面、圧力検出素子２０およびボンディングワイヤ１４などが封止され、保護されている。

このような圧力センサにおいては、保護部材１５の表面から圧力が印加され、これを圧力検出素子２０が受圧する。圧力検出素子２０は、この圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生し、当該電気信号はボンディングワイヤ１４から導体部材１３を介して外部へと出力されるようになっている。

ここにおいて、従来では、図５に示されるように、ケース１０へ圧力を導入しセンシングとしての圧力検出素子２０に受圧させるための圧力導入部材３００が、ケース１０の開口部１１を覆うようにケース１０に取り付けられる。

従来の圧力導入部材３００は、図５に示されるように、たとえば平面形状が矩形状をなす平面部３１０とこの平面部３１０の中央部から突出するパイプ状の突起部３２０とを備えている。この圧力導入部材３００のケース１０への実装方法は、次に示される通りである。

真空吸引によって物体を吸着することの可能な吸着装置（図示せず）を用いて、圧力導入部材３００の平面部３１０に吸着装置を当てて吸着し、圧力導入部材３００を拾い上げる。そして、吸着装置および圧力導入部材３００をケース１０の開口部１１上に移動させ、接着や溶着などにより圧力導入部材３００とケース１０とを固定する。

こうして、圧力導入部材３００がケース１０に取り付けられてなる圧力センサができあがる。そして、圧力導入部材３００の突起部３２０には、図示しないゴムホースなどが接続され、当該ゴムホースおよび突起部３２０における圧力導入孔としての貫通穴３３０を介して圧力が、ケース１０へ導入されるのである。
特開平１１−３０４６１９号公報 特開２００１−３０４９９９号公報

上述したように、従来の圧力センサにおいては、圧力導入部材３００の平面部３１０は、ケース１０への圧力導入部材３００の取付時において吸着装置により吸着されるための平面を有するものである。

しかしながら、従来では、上記図５に示されるように、突起部３２０は平面部３１０の中央部から突出するものであるため、この突起部３２０が邪魔になって、上記吸着装置による平面部３１０の吸着面積が狭いものになってしまう。

吸着面積が狭い場合、吸着装置による圧力導入部材３００の保持力を確保するためには、吸着時における吸着力の増加すなわち真空度の増加などが必要となる。また、吸着装置における吸着面の形状を、平面部３１０の中央部に位置する突起部３２０を避けて吸着できるような形状にする必要がある。

つまり、従来の圧力センサにおいては、このような必要事項に応じた吸着装置の改造などが必要とされることから、圧力導入部材３００をケース１０に実装するときに手間がかかったり、コストが増大したりするという問題がある。さらに、吸着ができないような場合には、突起部３２０をつかむことで圧力導入部材３００の実装を行うなどの設備改造も必要になってしまう。

そこで、本発明は上記問題に鑑み、センシング部が収納されたケースの開口部に、圧力導入孔を形成するための突起部を有する圧力導入部材を吸着装置を用いて取り付けてなる圧力センサにおいて、圧力導入部材における吸着面を十分に確保でき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、一端側に開口部（１１）を有するとともに、圧力検出用のセンシング部（２０）が収納されたケース（１０）と、ケース（１０）の開口部（１１）に取り付けられ、ケース（１０）へ圧力を導入するための圧力導入部材（３０）とを備え、圧力導入部材（３０）は、ケース（１０）への取付時において吸着装置により吸着されるための平面を有する平面部（３１）と、この平面部（３１）から突出し圧力導入孔を形成するための突起部（３２）とを備えるものである圧力センサにおいて、圧力導入部材（３０）では、平面部（３１）の周辺部に突起部（３２）が配置されていることを特徴としている。

それによれば、圧力導入部材（３０）において、突起部（３２）は、従来のように平面部（３１）の中央部ではなく、周辺部に位置しているため、吸着面である平面部（３１）は、突起部（３２）に邪魔されることなく広い吸着面積を確保したものにできる。

つまり、本発明によれば、センシング部（２０）が収納されたケース（１０）の開口部（１１）に、圧力導入孔を形成するための突起部（３２）を有する圧力導入部材（３０）を吸着装置を用いて取り付けてなる圧力センサにおいて、圧力導入部材（３０）における吸着面を十分に確保することができる。

そして、本発明によれば、汎用の吸着装置を用いて、圧力導入部材（３０）をケース（１０）に簡単に実装することができ、コストの増大を招くこともなくなる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の圧力センサにおいて、圧力導入部材（３０）において、平面部（３１）の平面形状は矩形状であり、突起部（３２）は平面部（３１）の辺部に配置されていることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の圧力センサにおいて、圧力導入部材（３０）において、平面部（３１）の平面形状は矩形状であり、突起部（３２）は平面部（３１）の隅部に配置されていることを特徴としている。

圧力導入部材（３０）において、平面部（３１）の周辺部に配置される突起部（３２）としては、具体的に請求項２や請求項３の発明のような構成とすることができる。特に、突起部（３２）を平面矩形状の平面部（３１）の隅部に配置する場合、辺部に配置する場合よりも平面部（３１）においてより広い吸着面積を確保することができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３に記載の圧力センサにおける圧力導入部材（３０）において、突起部（３２）は平面部（３１）に対して垂直な方向に沿って突出したものであることを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明では請求項１〜請求項３に記載の圧力センサにおける圧力導入部材（３０）において、突起部（３２）は平面部（３１）に対して平面部（３１）の平面方向に沿って突出したものであることを特徴としている。突起部（３２）の突出方向としては、このようなものにできる。

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、以下の各実施形態相互において、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。

（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサＳ１の全体概略断面構成を示す図であり、図１（ｂ）は、（ａ）中に示される圧力センサＳ１における圧力導入部材３０の上視平面図である。また、図１（ｃ）は後述する圧力導入部材の変形例を示す平面図である。

限定するものではないが、この圧力センサＳ１は、たとえば、自動車のインテークマニホールドに取り付けられガソリン等の薬品に曝される環境で使用される吸気圧センサに適用することができる。

この圧力センサＳ１は、大きくは、一端側に開口部１１を有するとともに圧力検出用のセンシング部２０が収納されたケース１０と、このケース１０の開口部１１に取り付けられケース１０へ圧力を導入するための圧力導入部材３０とを備えて構成されている。

ケース１０は、たとえば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やエポキシ樹脂等の樹脂材料を型成形してなるものである。このケース１０の上端面には、センシング部２０を搭載するための開口部１１を有する凹部１２が形成されている。

また、ケース１０には、導体部材としてのターミナル１３がインサート成形により一体的に設けられている。このターミナル１３は、たとえば銅などの導電材料よりなるもので、このターミナル１３の一部は、上記凹部１２内にて露出した状態となるように配置されている。

なお、このターミナル１３の露出部分は金メッキが施されることにより、ボンディングパッドとして機能するように構成されている。また、ターミナル１３におけるケース１０から突出する部位１３ａは、上記ボンディングパッド以外の図示しない部位にて、図示しない外部機器（外部の配線部材等）に接続可能となっている。

ケース１０の凹部１１に搭載されたセンシング部２０は、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する圧力検出素子２０である。この圧力検出素子２０は、図示しないが、たとえば、半導体よりなるセンサチップとこのセンサチップを保持するガラス台座とにより構成されている。

ここで、上記センサチップは、限定するものではないが、たとえば、ピエゾ抵抗効果を利用した周知構成のもので、その上面に圧力を受けて歪むダイアフラムおよび拡散抵抗などを備えた構成となっている。

この圧力検出素子２０は、上記したケース１０の凹部１２の底面に、たとえばシリコーンゴム等の図示しない接着剤によりダイボンディングされている。また、圧力検出素子２０の各入出力端子（図示せず）は、ターミナル１３の上記ボンディングパッドに対し金やアルミニウム等のボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続されている。

こうして、センシング部としての圧力検出素子２０は、ケース１０の凹部１２に搭載された状態で、導体部材としてのターミナル１３と電気的に接続されている。

そして、ケース１０の凹部１２内には、電気絶縁性および耐薬品性に優れたフッ素ゲルやフッ素ゴムなどからなる保護部材１５が充填されており、この保護部材１５によって、ターミナル１３とケース１０との界面、圧力検出素子２０およびボンディングワイヤ１４などが封止され、保護されている。

この保護部材１５により、圧力検出素子２０、ターミナル１３、ボンディングワイヤ１４、圧力検出素子２０とボンディングワイヤ４０との接続部、および、ターミナル１３とボンディングワイヤ１４との接続部が被覆され、薬品からの保護、電気的な絶縁性の確保、並びに防食などが図られている。

ここで、この保護部材１５の材料は、たとえば上記特許文献に記載されている２層保護構造と同様のものにできる。

たとえば、下層に位置する保護部材としては、ターミナル１３とケース１０との界面等からの気泡の発生を抑制するために高弾性率を持ち且つ耐薬品性を有する材料からなるものにできる。限定するものではないが、たとえば、フッ素系のゴム材料などを採用することができる。

また、上層に位置する保護部材としては、圧力検出素子２０およびボンディングワイヤ１４へ応力を与えないような低弾性率を持ち且つ耐薬品性を有する材料からなるものにできる。限定するものではないが、たとえば、フッ素系のゲル材料やフロロシリコーンゲルなどを採用することができる。

また、圧力導入部材３０は、ケース１０の開口部１１を覆うようにケース１０に対して接着や溶着などにより固定され取り付けられている。この圧力導入部材３０は、樹脂やセラミックあるいは金属などから成形されたものである。

この圧力導入部材３０は、図１に示されるように、ケース１０への取付時において吸着装置により吸着されるための平面を有する平面部３１と、この平面部３１から突出し圧力の導入を行うためのパイプ状の突起部３２とを備えて構成されたもので、平面部３１の周辺部に突起部３２が配置されている。

図１に示される例では、この圧力導入部材３０において、圧力導入部材３０において、平面部３１の平面形状は矩形状であり、突起部３２は平面部３１の辺部に配置されている。そして、突起部３２は平面部３１に対して垂直な方向に沿って突出している。ここで、突起部３２内の貫通穴３３は、圧力導入孔として構成されている。

かかる圧力センサＳ１の製造方法は、次の通りである。

ターミナル１３がインサート成形されたケース１０を用意し、圧力検出素子２０をケース１０へ接着剤など介して搭載固定し、圧力検出素子２０とターミナル１３とをワイヤボンディングにより結線した後、保護部材１５の凹部１２への注入・充填を行い、熱硬化処理を行って保護部材１５を硬化する。

次に、圧力導入部材３０をケース１０へ実装する。この圧力導入部材３０の実装の様子は図２に示される。真空吸引によって物体を吸着することの可能な吸着装置（図示せず）を用いて、圧力導入部材３０の平面部３１に吸着装置を当てて吸着し、圧力導入部材３０を拾い上げる。

そして、図２に示されるように、吸着装置および圧力導入部材３０をケース１０の開口部１１上に移動させ、接着や溶着などにより圧力導入部材３０とケース１０とを固定する。こうして、圧力導入部材３０がケース１０に取り付けられてなる本圧力センサＳ１ができあがる。

そして、本圧力センサＳ１を上記した吸気圧センサに適用する場合には、たとえば自動車におけるエンジン吸気路と連通した状態で、圧力検出素子２０によって吸気圧（負圧）を検出できるように自動車に搭載される。

具体的には、圧力導入部材３０の突起部３２に、上記エンジン吸気路と連通する図示しないゴムホースなどが接続され、当該ゴムホースおよび突起部３２における圧力導入孔としての貫通穴３３を介して圧力が、ケース１０へ導入される。

そして、導入された圧力は保護部材１５の表面に印加され、これを圧力検出素子２０が受圧する。圧力検出素子２０は、この圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生し、当該電気信号はボンディングワイヤ１４からターミナル１３を介して外部へと出力されるようになっている。

ところで、本実施形態によれば、一端側に開口部１１を有するとともに圧力検出用のセンシング部としての圧力検出素子２０が収納されたケース１０と、ケース１０の開口部１１に取り付けられケース１０へ圧力を導入するための圧力導入部材３０とを備え、圧力導入部材３０は、ケース１０への取付時において吸着装置により吸着されるための平面を有する平面部３１と、この平面部３１から突出し圧力導入孔を形成するための突起部３２とを備えるものである圧力センサにおいて、圧力導入部材３０では、平面部３１の周辺部に突起部３２が配置されていることを特徴とする圧力センサＳ１が提供される。

それによれば、圧力導入部材３０において、突起部３２は、従来のように平面部３１の中央部ではなく、平面部３１の周辺部に位置しているため、吸着面である平面部３１は、突起部３２に邪魔されることなく広い吸着面積を確保したものにできる。

つまり、本実施形態によれば、センシング部としての圧力検出素子２０が収納されたケース１０の開口部１１に、パイプ状の圧力導入用の突起部３２を有する圧力導入部材３０を吸着装置を用いて取り付けてなる圧力センサにおいて、圧力導入部材３０における吸着面を十分に確保することができる。

そして、本実施形態によれば、汎用の吸着装置を用いて、圧力導入部材３０をケース１０に簡単に実装することができるため、コストの増大を招くこともなくなる。

また、本実施形態では、圧力導入部材３０において平面部３１の周辺部に突起部３２を配置する構成であるため、平面部３１の基板投影面積は、従来のものと変える必要はない。つまり、本実施形態では、圧力導入部材３０の体格を大きくしなくても、吸着面積をより広く確保することができる。

［変形例］
ここで、図３は、本実施形態の変形例としての圧力センサを示す概略断面図である。

本実施形態では、圧力導入部材３０において平面部３１の周辺部に突起部３２を配置するため、圧力センサの端部に突起部３２が偏って位置しており、この突起部３２に上記したゴムホースなどをはめ込むときに圧力センサが傾くおそれがある。

そこで、図３では、このような問題に対する対策として、ケース１０における突起部３２の直下に位置する部位に、支持部１０ａを設け、この支持部１０ａによって、突起部３２にゴムホースなどをはめ込むときの力を受けて圧力センサの傾きを防止するようにしている。

また、上記図１に示される例では、圧力導入部材３０において平面部３１の平面形状は矩形状であり、突起部３２は平面部３１の辺部に配置されていたが、図１（ｂ）中の破線に示されるように、突起部３２は平面部３１の隅部に偏身して配置されていてもよい。

このように、突起部３２を平面矩形状の平面部３１の隅部に配置する場合、辺部に配置する場合よりも平面部３１においてより広い吸着面積を確保することができる。

さらに、上記図１（ｃ）に示されるように、圧力導入部材３０において、平面部３１の周辺部に突起部３２を配置することとは、平面部３１から板面方向（すなわち平面部３１の平面方向）に沿って突出した部分を設け、この部分に突起部３２を設けることも含むものである。

（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Ｓ２の全体概略断面図である。上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。

上記第１実施形態では、上記図１に示されるように、圧力導入部材３０において、突起部３２は平面部３１に対して垂直な方向に沿って突出したものであった。

それに対して、本実施形態では、図４に示されるように、圧力導入部材３０において、突起部３２は平面部３１に対して平面部３１の平面方向に沿って突出したものであることを特徴としている。

突起部３２の突出方向としては、このようなものにでき、本実施形態においても、上記第１実施形態に示したものと同様の作用効果を奏する。

また、本実施形態では、圧力導入部材３０の突起部３２は、ケース１０の突起部と組み合わされることで圧力導入孔３３を形成している。しかし、本実施形態において、平面部３１の平面方向に沿って突出する突起部３２としては、上記実施形態のようなパイプ状のものであって、その貫通穴が圧力導入孔となっているものでもよい。

（他の実施形態）
なお、突起部３２の平面部３１に対する突出方向は、上記実施形態以外の方向であってもよく、たとえば平面部３１に対して斜めの方向であってもよい。

また、一端側に開口部１１を有するケース１０としては、その材質は樹脂に限定されるものではなく、ターミナル１３がインサート成形されたものであっても、そうでなくてもかまわない。

また、センシング部２０としては、上記した圧力検出素子２０のような半導体ダイアフラム式のものに限定されるものではなく、たとえば、容量式のもの、圧電素子を用いたものなどにも、適用可能である。

また、上述したようなセンシング部２０などを封止して保護する保護部材１５は、無いものであってもよい。

また、ターミナル１３とセンシング部２０との電気的な接続は、上記したボンディングワイヤ４０によるもの以外にも、たとえばはんだや導電性接着剤などを用いて両者を電気的に接続する方法を採用してもよい。

要するに、本発明が適用される圧力センサとしては、一端側に開口部を有するとともに圧力検出用のセンシング部が収納されたケースと、ケースの開口部に取り付けられケースへ圧力を導入するための圧力導入部材とを備え、圧力導入部材は、ケースへの取付時において吸着装置により吸着されるための平面を有する平面部と、この平面部から突出し圧力の導入を行うためのパイプ状の突起部とを備えるものであればよい。

そして、本発明は、このような圧力センサにおいて、圧力導入部材３０における平面部３１の周辺部に突起部３２を配置したことを要部とするものであり、その他の細部については適宜設計変更が可能である。

また、本発明の圧力センサは、上述したような自動車の吸気圧センサ以外にも適用可能であることは勿論である。

（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサの全体概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）中に示される圧力センサにおける圧力導入部材の上視平面図であり、（ｃ）は圧力導入部材の変形例を示す平面図である。 圧力導入部材のケースへの実装の様子を示す概略断面図である。 上記第１実施形態の変形例を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサの全体概略断面図である。 従来の圧力センサの概略断面構成を示す図である。

符号の説明

１０…ケース、１１…ケースの開口部、２０…センシング部としての圧力検出素子、
３０…圧力導入部材、３１…圧力導入部材の平面部、３２…圧力導入部材の突起部。

Claims (5)

1. 一端側に開口部（１１）を有するとともに、圧力検出用のセンシング部（２０）が収納されたケース（１０）と、
   前記ケース（１０）の前記開口部（１１）に取り付けられ、前記ケース（１０）へ圧力を導入するための圧力導入部材（３０）とを備え、
   前記圧力導入部材（３０）は、前記ケース（１０）への取付時において吸着装置により吸着されるための平面を有する平面部（３１）と、この平面部（３１）から突出し圧力導入孔を形成するための突起部（３２）とを備えるものである圧力センサにおいて、
   前記圧力導入部材（３０）では、前記平面部（３１）の周辺部に前記突起部（３２）が配置されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記圧力導入部材（３０）において、前記平面部（３１）の平面形状は矩形状であり、前記突起部（３２）は前記平面部（３１）の辺部に配置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. 前記圧力導入部材（３０）において、前記平面部（３１）の平面形状は矩形状であり、前記突起部（３２）は前記平面部（３１）の隅部に配置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。
4. 前記圧力導入部材（３０）において、前記突起部（３２）は前記平面部（３１）に対して垂直な方向に沿って突出したものであ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. 前記圧力導入部材（３０）において、前記突起部（３２）は前記平面部（３１）に対して前記平面部（３１）の平面方向に沿って突出したものであ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。
   

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