JP2009008461A

JP2009008461A - 圧力検出装置

Info

Publication number: JP2009008461A
Application number: JP2007168360A
Authority: JP
Inventors: Kiyotomo Ide; 聖智井手; Kenji Nakabayashi; 研司中林; Hiroshi Konuki; 洋小貫; Jun Kubo; 淳久保; Katsuhiko Kikuchi; 勝彦菊池; Toshiaki Kaminaga; 俊明神永
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】
自動車用、特に排気環境などに圧力検出装置が搭載される場合、排気凝縮水やエンジン燃焼による各種汚損生成物が非常に強い酸性物質が圧力検出装置へ到達する。
【解決手段】
本発明では防水性，耐酸性に優れ、通気性を有する保護シートを圧力検出用導入口へ装着し、取付リングの圧入及び接着剤にて封止・固定する単純な構造を用いることで、応答性などのセンサ特性を変化させること無く、半導体センサを内燃機関などの排気環境から保護し、耐久性および信頼性の向上を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力検出装置の耐久性向上に関する形状及びその構造に関するものであり、例えば内燃機関の排気ガス環境下などの過酷な環境にて使用される圧力検出装置における耐久性向上ならびにその構造に関する。

従来の一般的な圧力検出装置は、圧力を検出する半導体センサの搭載部に保護材としてシリコーンゲルやフッ素系のゲルなどを塗布し、汚損物や被水，腐食性ガスから半導体センサの保護を行っている。また、自動車用、特に排気環境などに搭載される場合、排気凝縮水やエンジン燃焼による各種汚損生成物が非常に強い酸性物質が圧力検出装置へ到達することが知られており、上記記載内容のみの対応では不十分となる可能性が出てくる。このため過酷な環境下にて使用される圧力検出装置では、例えば特開２００３−３１５１９３号のように圧力検出部の耐汚損・耐腐食構造として、例えば金属を用いて製作されたダイアフラムを追加している。但し前記ダイアフラムを用いる場合、圧力の変動による半導体センサの感度を維持させるために、ダイアフラムの圧力に対する変位量を大きくし、ダイアフラムと圧力検出部の間に温度に対する依存性が小さい液体または気体を完全に充填させる必要があり、その結果、ダイアフラムの大型化及びその形状が複雑となり、圧力検出装置の構造自体も複雑化するという問題点が生じる。

特開２００３−３１５１９３号公報

本発明では上記問題点を解決するために、圧力に対する半導体センサの感度及びその他の特性を低下させること無く、シンプルな構造対策を行うことで過酷な環境下でも使用できる信頼性の高い圧力検出装置を提供する。

上記目的を達成する為に、本発明では防水性，耐酸性に優れ、通気性を有する保護シートを圧力検出用導入口へ装着し、リングの圧入及び接着剤にて封止・固定する単純な構造を用いることで、応答性などのセンサ特性を変化させること無く、半導体センサを内燃機関などの排気環境から保護し、耐久性および信頼性の向上を図ったものである。

また、シートを固定するために圧入するリングも耐酸性の対策が必要となるため、リングの材質にＳＵＳ３１６，ＰＰＳ樹脂または液晶ポリマー樹脂を、接着剤にはエポキシ系の接着剤を用いた構造とし、更にリングの寸法や形状にて排気凝縮水などの酸性の液体が壁面を伝って保護シートまで到達するのを抑制するラビリンス構造を採用し、更なる信頼性向上を図っている。

本発明によれば、耐酸性及び耐水性が高い通気性シートを圧力検出用開口部に装着、内燃機関から排出される排気生成物や排気凝縮水による影響を低減し、基本特性を変化させること無く、安価で信頼性の高い圧力検出装置を提供することができる。

実施例を図にて説明する。

以下図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態，構成について説明する。

図１は圧力検出装置の縦断面図である。

圧力情報を検出する半導体センサ１はシリコンから成る。半導体センサ１はガラス台座２とアノーディックボンディング等で接合されている。

前記半導体センサ１を収納するゲージケース３はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、またはＰＰＳ等の熱可塑性樹脂からなり、接着剤６はニッケルメッキを施したリン青銅で構成されている。

前記ゲージケース３にはガラス台座２と接合した半導体センサ１が出力端子７により接着固定されている。また、ゲージケース３にインサート成形されている接着剤６は、半導体センサ１とアルミまたは金から成るワイヤ４で電気的に接続されている。この半導体センサ１をシリコーンゲル等の保護材５で被覆することで腐食性ガス，液体から保護されている。

外装ケース８はＰＢＴ，ＰＰＳ等の樹脂材と、金属製のリード材９で構成される。

外装ケース８は前記ゲージケース３を実装するための外装ケース開口部１１と圧力検出用開口部１０を有しており、前記外装ケース開口部１１には機密性の確保及び前記ゲージケース３の固定等の目的で、エポキシ樹脂が充填されている。また、外装ケース８の外側をコネクタ形状とし、リード材９により外部に信号を出力する構造となっている。

前記圧力検出用開口部１０に防水性及び通気性を兼ね備えた保護シート（例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂によるシート）１２が取付リング１３により固定されている。取付リング１３はエポキシ接着剤１４により接着・固定されている。

本実施例によれば圧力検出装置の圧力検出用開口部１０に保護シート１２を挿入し、取付リング１３を圧入することで固定される構造となっている。圧力検出装置が自動車などの内燃機関の排気環境下にて使用される場合、内燃機関より排出される生成物（ＮＯｘやＰＭ，腐食性ガスおよび凝縮水）による影響を考慮する必要があり、挿入するシートには高い耐水性と耐酸性を有し、尚且つ圧力の変動に追従することができる材質が必要となる。本実施例では上記記載の条件を満たす材料として、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂のような、通気性があり、耐熱及び耐酸性が高い材質のものが好ましい。

上記保護シート１２を設けることにより、半導体センサ１への特に排気ガスによる凝縮水が付着することを防止することが可能となり、半導体センサの凝縮水による腐食を防止することができる。

更に上記シートは通気性を有しているため、圧力応答性などの基本的な特性が大きく変化することはない。

取付リング１３については耐酸性を考慮し、ＳＵＳ３１６を用いているが、耐酸性のある他の材質、例えばＰＰＳ樹脂や液晶ポリマー樹脂等で代用しても良い。

リング固定用のエポキシ接着剤１４については、各種汚損物質による膨潤が問題となるため、エポキシ系の接着剤を用いる。

排気凝縮水はエンジンが脈動状態の際に、壁面を伝わり圧力検出装置へ到達する。このため本実施例では取付リング１３の外径と圧力検出用開口部１０内壁との間にスペースを持たせ、圧力検出用開口部１０の壁面を伝ってくる水分を前記スペースにてトラップさせるラビリンス構造としている。このラビリンス構造は取付リング１３内壁に追加させても良い。

図２は圧力検出用開口部１０の部分拡大図である。

前記圧力検出用開口部１０に防水性及び通気性を兼ね備えた保護シート１２がシート固定突起１６を介し装着されている。

前記保護シート１２を貫通したシート固定突起１６は、取付リング１３を圧力検出用開口部１０へ圧入することで押しつぶされる。これにより保護シート１２は、取付リング１３による圧入およびつぶされたシート固定突起１６の２つにより固定されることとなる。

取付リング１３を圧入後、圧力検出用開口部１０と取付リング１３の間にエポキシ接着剤１４を塗布・硬化することで固定される。

図３に取付リング１３へラビリンス構造を追加した際の一例を示す。

一つは内径を一部小さくして壁を形成したもの、もう一方は内壁をノコギリ状としたものである。この他にも鉤型の壁面を形成しても排気凝縮水が壁面を伝わり圧力検出部へ到達することを抑制する効果が得られる。

特に内燃機関エンジンの排気ガスの圧力を測定する圧力検出装置に関する。

本発明の一実施例を示す圧力検出装置断面図。本発明の一実施例を示す圧力検出装置部分断面拡大図。本発明の一実施例を示す図。

符号の説明

１半導体センサ
２ガラス台座
３ゲージケース
４ワイヤ
５保護材
６接着剤
７出力端子
８外装ケース
９リード材
１０圧力検出用開口部
１１外装ケース開口部（封止用接着剤）
１２保護シート
１３取付リング
１４エポキシ接着剤
１５Ｏリング
１６シート固定突起

Claims

外装ケース内に、圧力を電気信号に変換する信号処理回路を有した半導体センサ方式の圧力検出装置において、圧力検出部を保護する耐水性と通気性を有したシート、及び前記シートを固定する取付リングを有し、前記取付リングは圧入により圧力導入口内部へ挿入され、その後リング外周と圧力導入口内壁に封止剤を塗布することで、２重に前記シートを固定する構造とし、耐酸性を向上させたことを特徴とする圧力検出装置。
請求項１に記載の圧力検出装置において、耐水性・通気性を有するシートとしてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂を用いたことを特徴とする圧力検出装置。
請求項１に記載の圧力検出装置において、取付リングの材質がＳＵＳ３１６，ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂あるいは液晶ポリマー樹脂のいずれかにより構成されていることを特徴とする圧力検出装置。
請求項１記載の圧力検出装置において、取付リングと圧力導入口内壁へ塗布する封止剤をエポキシ系の接着剤とすることを特徴とする圧力検出装置。
請求項１に記載の圧力検出装置において、圧力導入口のシート装着部に数箇所突起物を設け、前記シートを貫通させ、リング圧入時に前記突起物を潰すことによりシートを２重に固定する構造をもつことを特徴とする圧力検出装置。
請求項１に記載の圧力検出装置において、脈動流などにより壁面を伝わってくる水分をシートに付着させないよう、圧力導入口内壁をラビリンス構造としたことを特徴とする圧力検出装置。
請求項６に記載の圧力検出装置において、ラビリンス構造を取付けリングの内壁形状あるいは寸法の変更により構成したことを特徴とする請求項６に記載の圧力検出装置。