JP2006047190A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ケース内に収納された圧力検出素子をゲル部材で封止してなる圧力センサにおいて、ゲル部材上に水が滞留するのを極力防止する。
【解決手段】 ケース１０と、ケース１０内に収納された圧力検出素子３０と、ケース１０内にて圧力検出素子３０を封止するように充填されたゲル部材４２と、を備え、ゲル部材４２はケース１０に設けられた開口部１２から露出しており、圧力媒体の圧力が、開口部１２から露出するゲル部材４２を介して圧力検出素子３０に印加されるようになっている圧力センサ１００において、ゲル部材４２は、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面よりも突出した形で、開口部１２から露出している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ケース内に圧力検出素子を収納し、これをゲル部材で封止してなる圧力センサに関する。

一般に、この種の圧力センサとしては、ケースと、ケース内に収納された圧力検出素子と、ケース内にて圧力検出素子を封止するように充填されたゲル部材とを備え、ゲル部材はケースに設けられた開口部から露出しており、圧力媒体の圧力が、開口部から露出するゲル部材を介して圧力検出素子に印加されるようになっているものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

このような圧力センサにおいては、圧力検出素子がゲル部材によって封止されているため、圧力検出素子を圧力媒体中の水分や異物などから保護することができる。
特開２００２−２２１４６２号公報

しかしながら、このような圧力センサにおいては、たとえば湿度や酸性度の高い排気ガス環境などの悪い環境で使用した場合、圧力媒体中の水分が、ケースだけでなく該ケースに設けられた開口部から露出するゲル部材上にも付着し、結露などによって凝縮水となって滞留しやすい。

すると、この凝縮水が氷結し、ゲル部材に余分な応力を与え、圧力伝達特性が阻害されるなどの問題が生じる。また、圧力媒体中の腐食性の強い水分がゲル部材上に滞留した場合、ゲル部材が劣化したりすることなどにより、センサ特性に悪影響を与える可能性がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ケース内に収納された圧力検出素子をゲル部材で封止してなる圧力センサにおいて、ゲル部材上に水が滞留するのを極力防止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、ケース（１０）と、ケース（１０）内に収納された圧力検出素子（３０）と、ケース（１０）内にて圧力検出素子（３０）を封止するように充填されたゲル部材（４２）と、を備え、ゲル部材（４２）はケース（１０）に設けられた開口部（１２）から露出しており、圧力媒体の圧力が、開口部（１２）から露出するゲル部材（４２）を介して圧力検出素子（３０）に印加されるようになっている圧力センサにおいて、ゲル部材（４２）は、ケース（１０）における開口部（１２）の周囲部の表面よりも突出した形で、開口部（１２）から露出していることを特徴としている。

それによれば、ゲル部材（４２）は、ケース（１０）における開口部（１２）の周囲部の表面よりも突出した形で開口部（１２）から露出しているから、ゲル部材（４２）の周囲で凝縮した水は、この突出しているゲル部材（４２）を回避するように流れることになる。

よって、本発明によれば、ケース（１０）内に収納された圧力検出素子（３０）をゲル部材（４２）で封止してなる圧力センサにおいて、ゲル部材（４２）上に水が滞留するのを極力防止することができる。

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、ケース（１０）における開口部（１２）の周囲部の表面には、開口部（１２）から突出しているゲル部材（４２）を取り囲むようにケース（１０）の一部が突出してなる土手部（１３）が、設けられていることを特徴としている。

それによれば、ゲル部材（４２）を回避して流れる水が、土手部（１３）によって、ゲル部材（４２）に接しないため好ましい。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の圧力センサにおいて、ケース（１０）における開口部（１２）の周囲部の表面には、当該周囲部に水が滞留するのを防止する水滞留防止手段（１４）が設けられていることを特徴としている。

それによれば、ゲル部材（４２）を回避して流れる水が、ケース（１０）における開口部（１２）の周囲部の表面を流れるときに、水滞留防止手段（１４）によって、ゲル部材（４２）から拡散していくように流れるため、水の滞留防止の面で好ましい。

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。

用途を限定するものではないが、各実施形態は、たと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。

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において、（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１００の概略断面構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）中のケース１０の開口部１２および土手部１３の近傍を拡大して示す斜視図である。

図１に示されるように、本圧力センサ１００はケース１０を備える。ケース１０は圧力センサ本体を区画するもので、本例では、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。なお、ケース１０はセラミックや金属などから成形されたものであってもよい。

このケース１０は、圧力検出素子３０が搭載される素子搭載部１１、および、この素子搭載部１１の周囲に設けられた第１の圧力導入通路２１、第２の圧力導入通路２２を備えている。

第１の圧力導入通路２１、第２の圧力導入通路２２は、ケース１０内にて区画された通路であり、それぞれ、通路内へ圧力を導入するための第１の圧力導入口２１ａ、第２の圧力導入口２２ａを有している。

図示しないが、たとえば、第１の圧力導入口２１ａが上記排気管におけるＤＰＦの上流側、第２の圧力導入口２２ａ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。

このように接続された場合、比較的腐食性の強い上流側の圧力媒体が、第１の圧力導入通路２１へ導入され、フィルタリングされて比較的腐食性の弱い下流側の圧力媒体が、第２の圧力導入通路２２へ導入される。

また、このケース１０のうち素子搭載部１１には、素子搭載室１１ａが形成され、この素子搭載室１１ａには、上記圧力検出素子３０が収納されている。圧力検出素子３０としては、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もの、すなわち通常のこの種の圧力センサに適用可能なものであればよい。

限定するものではないが、具体的に圧力検出素子３０としては、たとえば、図１に示されるように、圧力検出素子３０は、シリコン半導体等の半導体基板よりなるセンサチップ３１と、このセンサチップ３１の裏面側（図１（ａ）中の左側の面）に位置しセンサチップ３１を保持するガラス台座３２とにより構成されている。これらセンサチップ３１とガラス台座３２とは、たとえば陽極接合などにより一体化されている。

ここで、センサチップ３１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あり、図示しないけれども、その表面（図１（ａ）中の右側の面）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半導体ダイアフラム式の圧力検出素子の構成となっている。

このセンサチップ３１は、上記したケース１０の素子搭載室１１ａに収納され、素子搭載部１１にガラス台座３２を介して、たとえばシリコーンゴム等の接着剤（図示せず）などにより接着されている。

また、この圧力検出素子３０に対する電気的な接続構成は、たとえば上記特許文献１に記載されている圧力センサと同様のものにできる。たとえば、その接続構成は図示しないが、次の通りである。

図示しないが、ケース１０には、たとえば銅などの導電材料よりなるターミナルがインサート成形により一体的に設けられている。このターミナルはたとえば素子搭載部１１にインサート成形され、ターミナルの一端部は素子搭載室１１ａ内に露出している。

そして、このターミナルの露出部と圧力検出素子３０におけるセンサチップ３１とが、たとえば金やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤなどにより、結線され電気的に接続されている。

一方、ターミナルの他端部は、ケース１０において外部機器（外部の配線部材など）と接続可能なように配置されている。こうして、圧力検出素子３０は、上記ワイヤおよびターミナルを介して外部との電気的なやりとりが可能になる。これが、圧力検出素子３０に対する電気的な接続構成の一例である。

ここで、圧力検出素子３０におけるガラス台座３２には、センサチップ３１の裏面へ通じる貫通穴３２ａが形成されている。そして、ケース１０における素子搭載部１１には、この台座３２の貫通穴３２ａに対応する位置に開口部１２が形成されている。

さらに、ケース１０の素子搭載部１１における開口部１２の周囲部の表面には、素子搭載部１１の一部が突出してなる土手部１３が、設けられている。ここでは、土手部１３は、図１（ｂ）に示されるように、円筒形状をなしている。

そして、圧力検出素子３０は、ケース１０内にてゲル部材４１、４２により封止されている。このゲル部材４１、４２は、封止する各部に過度の応力を与えないような適度の弾性率を持ち且つ耐薬品性を有する電気絶縁性のゲル材料であり、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。

このゲル部材４１、４２は、圧力検出素子３０の表面側すなわちセンサチップ３１の表面側を封止するように素子搭載室１１ａに充填された第１のゲル部材４１と、圧力検出素子３０の裏面側すなわちセンサチップ３１の裏面側を封止するようにガラス台座３２の貫通穴３２ａ、開口部１２および土手部１３内に充填された第２のゲル部材４２とから構成されている。

このようなゲル部材４１、４２の充填構成により、圧力検出素子３０、上記ターミナルや上記ボンディングワイヤなどがゲル部材４１、４２によって被覆され、外部からの保護、電気的な絶縁性の確保、並びに防食などが図られている。

また、圧力検出素子３０の裏面側のゲル部材４２すなわち第２のゲル部材４２については、当該第２のゲル部材４２は、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面よりも突出した形で、開口部１２から露出しているといえる。

そして、この開口部１２から突出している第２のゲル部材４２を取り囲むように、開口部１２の周囲部のケース表面にはケース１０の一部が突出してなる土手部１３が、設けられている。

かかる圧力センサ１００は、たとえば、上記ターミナル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３０をケース１０へ接着剤などを介して搭載固定し、圧力検出素子３０と上記ターミナルとをワイヤボンディングなどにより結線した後、ゲル部材４１、４２の充填を行い、熱硬化処理を行ってゲル部材４１、４２を硬化することにより、製造することができる。

このような圧力センサ１００は、具体的には図１（ａ）における上方を天側、下方を地側として自動車に搭載されるものである。そして、本圧力センサ１００においては、上述したように、たとえば、比較的腐食性の強い上流側の圧力媒体が、第１の圧力導入通路２１へ導入され、比較的腐食性の弱い下流側の圧力媒体が、第２の圧力導入通路２２へ導入される。

そして、ケース１０内においては、下流側の圧力媒体の圧力が、第１のゲル部材４１に印加され、第１のゲル部材４１から圧力検出素子３０の表面すなわちセンサチップ３１の表面に伝達される。

一方、上流側の圧力媒体の圧力が、開口部１２から露出する第２のゲル部材４２に印加され、第２のゲル部材４２から圧力検出素子３０の裏面すなわちセンサチップ３１の裏面に伝達される。そして、センサチップ３１の表面と裏面とで各圧力が受圧され、これら両面の差圧が検出されるようになっている。

なお、センサチップ３１においては、たとえば表面側に、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）が形成されており、この回路によってセンサチップ３１からの信号が、上記ボンディングワイヤ等から上記ターミナルピンを経て、外部に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、ケース１０と、ケース１０内に収納された圧力検出素子３０と、ケース１０内にて圧力検出素子３０を封止するように充填されたゲル部材４２と、を備え、ゲル部材４２はケース１０に設けられた開口部１２から露出しており、圧力媒体の圧力が、開口部１２から露出するゲル部材４２を介して圧力検出素子３０に印加されるようになっている圧力センサにおいて、ゲル部材４２は、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面よりも突出した形で、開口部１２から露出していることを特徴とする圧力センサ１００が提供される。

それによれば、図１（ｂ）に示されるように、ゲル部材４２は、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面よりも突出した形で開口部１２から露出しているから、図１（ｂ）中の矢印に示されるように、ゲル部材４２の周囲で凝縮した水は、この突出しているゲル部材４２を回避するように流れることになる。

よって、本実施形態によれば、ケース１０内に収納された圧力検出素子３０をゲル部材４２で封止してなる圧力センサ１００において、ゲル部材４２上に水が滞留するのを極力防止することができる。

特に、本実施形態では、圧力センサ１００において、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面に、開口部１２から突出しているゲル部材４２を取り囲むようにケース１０の一部が突出してなる土手部１３が、設けられていることも特徴のひとつである。

それによれば、ゲル部材４２を回避して流れる水が、土手部１３によって、ゲル部材４２に接しないため好ましい。

（第２実施形態）
図２において、（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサ２００の概略断面構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）中のケース１０の開口部１２の近傍を拡大して示す斜視図である。上記実施形態との相違点を中心に述べる。

本実施形態では、図２に示されるように、第２のゲル部材４２は、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面よりも突出した形で開口部１２から露出していることは、上記実施形態と同様であるが、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面に、開口部１２から突出しているゲル部材４２を取り囲むような上記土手部は、存在しない構成となっている。

本実施形態のように、土手部を設けずにゲル部材４２を開口部１２から突出させることは、ゲル部材４２をケース１０に充填する際にゲル部材４２の表面張力を利用すれば容易に実現できる。

そして、本実施形態によっても、ゲル部材４２は、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面よりも突出した形で、開口部１２から露出していることを特徴とする圧力センサ２００が提供される。

それによれば、図２（ｂ）に示されるように、ゲル部材４２は、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面よりも突出した形で開口部１２から露出しているから、図２（ｂ）中の矢印に示されるように、ゲル部材４２の周囲で凝縮した水は、この突出しているゲル部材４２を回避するように流れることになる。

よって、本実施形態によれば、ケース１０内に収納された圧力検出素子３０をゲル部材４２で封止してなる圧力センサ１００において、ゲル部材４２上に水が滞留するのを極力防止することができる。

（第３実施形態）
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサの要部すなわちケース１０の開口部１２の近傍部の構成を示す部分斜視図である。

図３に示されるように、本実施形態では、ゲル部材４２を、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面よりも突出した形で開口部１２から露出させるとともに、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面に、当該周囲部に水が滞留するのを防止する水滞留防止手段１４を設けたものである。

この水滞留防止手段１４は、たとえば毛細管現象を利用してケース１０全体に凝縮水を広げる形状、あるいは、水の表面張力作用をおさえ濡れ性を向上させる形状であればよく、ケース１０と水との接触面積を広げることにより、水の滞留を防ぎ、より早く乾燥する効果がある。

そのため、水滞留防止手段１４の形状は、ランダム形状、幾何学的模様の如何は問わない。図３（ａ）に示される水滞留防止手段１４は、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面に形成された格子状の溝１４であり、この溝１４を介して毛細管現象により凝縮水が濡れ広がっていく。

図３（ｂ）に示され水滞留防止手段１４は、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面に形成され当該開口部１２を中心として放射状に広がる溝１４であり、この溝１４を介して毛細管現象により凝縮水が濡れ広がっていく。

図３（ｃ）に示される水滞留防止手段１４は、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面に形成された小突起１４であり、これにより凝縮水の表面張力が抑えられ濡れ性が向上する。

なお、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、土手部１３があったりなかったりしているが、これら図３（ａ）〜（ｃ）に示される各々の水滞留防止手段１４を持つ構成においては、土手部１３はあってもよいしなくてもよい。また、これら土手部１３や水滞留防止手段１４を有するケース１０は、ケース成形用の金型の形状を変更すれば容易に作成することができる。

そして、このように水滞留防止手段１４を設けた本実施形態の構成によれば、ゲル部材４２を回避して流れる水が、ケース１０における開口部１２の周囲部の表面を流れるときに、水滞留防止手段１４によって、ゲル部材４２から拡散していくように流れるため、水の滞留防止の面で好ましい。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、比較的腐食性の強い上流側の圧力媒体が第１の圧力導入通路２１を介して導入される第２のゲル部材４２側の構成について、上記した水の滞留防止構成を適用した。

ここで、圧力検出素子３０の表面側すなわちセンサチップ３１の表面側のゲル部材４１すなわち第１のゲル部材４１側の構成に対しても、ケース１０の形状等を変更することにより、上記第２のゲル部材４２側の構成と同様に、ケース１０における開口部の周囲部の表面よりも突出した形で、当該開口部から露出している構成としてもよい。

また、圧力検出素子３０については、上述した半導体ダイアフラム式のものに限定されないことは、上述したとおりである。

また、上記実施形態では、差圧検出タイプすなわち相対圧検出タイプの圧力センサであったが、圧力検出素子の受圧面の片面側が真空などの基準圧となっており、他面側に被測定圧力を受ける絶対圧型の圧力センサに対しても、本発明は適用可能である。

また、本発明の圧力センサは、上述した排気圧力を検出するセンサに、用途限定されるものではないことは上述した通りであり、特に、湿度や酸性度の高い悪い環境で使用する圧力センサに対して、本発明が有効である。

要するに、本発明は、ケースと、ケース内に収納された圧力検出素子と、ケース内にて圧力検出素子を封止するように充填されたゲル部材と、を備え、ゲル部材はケースに設けられた開口部から露出しており、圧力媒体の圧力が、開口部から露出するゲル部材を介して圧力検出素子に印加されるようになっている圧力センサにおいて、ゲル部材を、ケースにおける開口部の周囲部の表面よりも突出した形で、開口部から露出させ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。

（ａ）は、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り、（ｂ）は、（ａ）中のケースの開口部および土手部の近傍を拡大して示す斜視図である。 （ａ）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り、（ｂ）は、（ａ）中のケースの開口部の近傍を拡大して示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサの要部構成を示す部分斜視図である。

符号の説明

１０…ケース、１２…ケースの開口部、１３…土手部、１４…水滞留防止手段、
３０…圧力検出素子、４２…ゲル部材。

Claims (3)

1. ケース（１０）と、
   前記ケース（１０）内に収納された圧力検出素子（３０）と、
   前記ケース（１０）内にて前記圧力検出素子（３０）を封止するように充填されたゲル部材（４２）と、を備え、
   前記ゲル部材（４２）は前記ケース（１０）に設けられた開口部（１２）から露出しており、
   圧力媒体の圧力が、前記開口部（１２）から露出する前記ゲル部材（４２）を介して前記圧力検出素子（３０）に印加されるようになっている圧力センサにおいて、
   前記ゲル部材（４２）は、前記ケース（１０）における前記開口部（１２）の周囲部の表面よりも突出した形で、前記開口部（１２）から露出していることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記ケース（１０）における前記開口部（１２）の周囲部の表面には、前記開口部（１２）から突出している前記ゲル部材（４２）を取り囲むように前記ケース（１０）の一部が突出してなる土手部（１３）が、設けら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. 前記ケース（１０）における前記開口部（１２）の周囲部の表面には、当該周囲部に水が滞留するのを防止する水滞留防止手段（１４）が設けら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。
   

Images