JP2009222391A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力導入孔や圧力センサ内に滞留した異物を圧力センサから取り除くことができる圧力センサを提供する。
【解決手段】ハウジング３０に第１、第２圧力導入孔３１、３２を設け、さらに圧力検出室４０に仕切り５０を設けて、圧力媒体が第１圧力導入孔３１から圧力検出室４０を介して第２圧力導入孔３２に流れる気流を圧力センサ１内に作り出すようにする。これにより、圧力媒体の気流によって圧力センサ１内に進入した異物が圧力センサ１の外部に排出されるため、各圧力導入孔３１、３２の壁面３１ａ、３２ａや圧力センサ１内に滞留した異物が圧力センサ１から取り除かれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジングに圧力導入孔を少なくとも２つ設け、一方の圧力導入孔から他方の圧力導入孔に風が流れるようにした圧力センサに関する。

従来より、センサチップの表面に汚染物質が堆積することを防止した構造を備えた圧力センサが、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、一つの圧力導入孔を備えたポート部と、センサチップを有した圧力検出部とを備えた圧力センサにおいて、圧力検出部と圧力導入孔との間に遮蔽板を設けたものが提案されている。

これによると、圧力導入孔を介して圧力センサ内に侵入した汚染物質等の異物の流れを遮蔽板によってセンサチップの周囲に導くことが可能となる。このようにして、センサチップの表面に汚染物質等の異物が堆積してしまうことを防止している。
特開２００２−１８１６５１号公報

しかしながら、上記従来の技術では、ポート部に圧力導入孔が一つしか設けられていないため、センサチップの表面に汚染物質等の異物が堆積しなかったとしても、圧力導入孔や圧力センサ内に異物が停滞してしまうという問題がある。これにより、異物によって圧力導入孔が閉塞されることや、圧力センサ内に異物が滞留してしまうことにより、圧力センサにて圧力検出を行うことができなくなる可能性がある。

本発明は、上記点に鑑み、圧力導入孔や圧力センサ内に滞留した異物を圧力センサから取り除くことができる圧力センサを提供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、圧力検出を行う圧力検出素子（２０）を有するケース（１０）と、ケース（１０）に連結されてケース（１０）との間に圧力検出室（４０）を構成するものであり、圧力検出素子（２０）に対向して配置される複数の圧力導入孔（３１、３２）と、圧力検出室（４０）に配置され、ケース（１０）からハウジング（２０）側を見たとき、圧力検出室（４０）に開口する複数の圧力導入孔（３１、３２）の各開口部（３１ｂ、３２ｂ）すべてを覆うと共に圧力検出素子（２０）側に湾曲した仕切り（５０）とを有するハウジング（３０）とを備え、複数の圧力導入孔（３１、３２）のうちの一部の圧力導入孔（３１）から圧力媒体が圧力検出室（４０）に流れ、圧力検出室（４０）に導入された圧力媒体が複数の圧力導入孔（３１、３２）のうちの一部を除いた圧力導入孔（３２）から外部に流れるようになっていることを特徴とする。

これによると、複数の圧力導入孔（３１、３２）のうち一部の圧力導入孔（３１）、圧力検出室（４０）、複数の圧力導入孔（３１、３２）のうち一部を除いた圧力導入孔（３２）という経路を形成することができ、ハウジング（３０）内で圧力媒体の流れを作ることができる。これにより、ハウジング（３０）内に汚染物質等の異物が入り込んだとしても、該経路に圧力媒体が流れることで、ハウジング（３０）内に進入した異物をハウジング（３０）の外部に排出することができるので、異物によって圧力導入孔（３１、３２）が閉塞されることや、圧力センサ内に異物が滞留してしまうことを防止することができる。以上のようにして、圧力導入孔（３１、３２）や圧力センサ内に滞留した異物を圧力センサから取り除くことができる。

また、圧力検出室（４０）に湾曲した仕切り（５０）を設けたことで、圧力検出素子（２０）に異物が付着することを防止できると共に、湾曲した面で圧力検出室（４０）内における圧力媒体の流れをスムーズにすることができる。

請求項２に記載の発明では、仕切り（５０）は、該仕切り（５０）の端部の一部がハウジング（３０）に一体成形されており、仕切り（５０）の端部の一部を除いた端部に、圧力導入孔（３１、３２）の壁面（３１ａ、３２ａ）よりもハウジング（３０）の外壁側に位置すると共にケース（１０）側とは反対側に延設された壁部（５１）を有していることを特徴とする。

これにより、異物を含んだ圧力媒体の気流が圧力検出素子（２０）側に直接流れ込むことを防止することができる。

請求項３に記載の発明では、複数の圧力導入孔（３１、３２）は、一方の圧力導入孔（３１）に対して他方の圧力導入孔（３２）が傾けられてハウジング（３０）に延設されていることを特徴とする。

これにより、各圧力導入孔（３１、３２）が平行に配置されている場合よりも圧力媒体の流れが直線的になるため、初期的に圧力媒体の流れに方向性を持たせることができ、圧力媒体を一方の圧力導入孔（３１）から他方の圧力導入孔（３２）に流しやすくすることができる。

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ものである。

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、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される圧力センサは、例えば、エンジンへの吸入空気の圧力を測定する圧力センサとして使用される。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサの断面図である。この図に示されるように、圧力センサ１は、ケース１０と、圧力検出素子２０と、ハウジング３０とを備えて構成されている。

ケース１０は、例えば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、金型を用いて型成形してなるものであり、外部と接続される複数のターミナル１１がインサート成型されたものである。また、ケース１０には、圧力検出素子２０を設置するための凹部１２が設けられている。

ターミナル１１の一端部は、ケース１０の側面に設けられた開口部１３内に露出するように配置されている。このケース１０の開口部１３の部分は、当該開口部１３内に位置する各ターミナル１１の一端部と共に、本圧力センサ１におけるコネクタ部として構成される。つまり、開口部１３は、配線部材等を介して図示しない外部機器に接続可能になっている。このようなターミナル１１として、例えば銅などの導電材料よりなるものが採用される。なお、ターミナル１１の他端部における凹部１２での露出部分には金メッキなどが施されており、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。

圧力検出素子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ものであり、ピエゾ抵抗効果を利用したものである。この圧力検出素子２０はセンサチップとして構成され、圧力に応じたレベルの電気信号として電圧を検出するセンシング部を備えている。具体的に、圧力検出素子２０は、歪み部としてのダイヤフラムを有し、このダイヤフラムに拡散抵抗などにより形成されたブリッジ回路などを備えたセンシング部を有している。このような圧力検出素子２０は、ケース１０の凹部１２に固定されたガラス台座上に接着固定されている。

なお、ケース１０の凹部１２には図示しない回路チップが備えられている。当該回路チップは、圧力検出素子２０に対する駆動信号の出力や外部への検出用信号の出力、圧力検出素子２０からの電気信号を入力し、演算・増幅処理して外部へ出力する等の機能を有する制御回路等を備えたものである。

上記圧力検出素子２０と回路チップとの間、回路チップとターミナル１１のボンディングパッドとの間は金やアルミニウム等のボンディングワイヤ１４で接続されている。

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等からなる保護部材１５が充填されている。この保護部材１５により、圧力検出素子２０、回路チップ、ターミナル１１、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１４との接続部、回路チップとボンディングワイヤ１４との接続部、およびターミナル１１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。本実施形態では、２層保護構造の保護部材１５が採用される。

ハウジング３０は、圧力検出素子２０に圧力媒体を導くものであり、ケース１０の凹部１２を覆うようにケース１０に対して一端側が接着剤等によって連結されている。これに伴い、ケース１０とハウジング３０との間に圧力検出室４０が構成されている。また、ハウジング３０の他端側は、ケース１０とは反対側の方向へ突出しており、その内部には突出先端から上記圧力検出室４０に通じる第１圧力導入孔３１および第２圧力導入孔３２が形成されている。これら各圧力導入孔３１、３２は、圧力検出素子２０に対向して配置されている。そして、インテークマニホルドの吸気などの圧力媒体が、圧力導入孔３１、３２から圧力検出室４０に導かれるようになっている。

このようなハウジング３０は、例えば上記ケース１０と同様に、ＰＢＴ、ＰＰＳなどの耐熱性を有する樹脂材料からなり、金型を用いてこれらの樹脂材料を型成形してなるものである。

また、圧力検出室４０には圧力検出素子２０側に湾曲した板状の仕切り５０が設けられている。この仕切り５０は、該仕切り５０の端部の一部がハウジング３０に一体成形されている。したがって、例えば、図１に示される仕切り５０は紙面垂直方向でハウジング３０に一体化されている。

一方、ハウジング３０に一体化された仕切り５０の端部の一部を除いた端部には、各圧力導入孔３１、３２の各壁面３１ａ、３２ａよりもハウジング３０の外壁側に位置する壁部５１が設けられている。この壁部５１は、ケース１０側とは反対側、すなわち各圧力導入孔３１、３２において圧力検出室４０に開口する各開口部３１ｂ、３２ｂ側に突出するように延設されている。

図２は、圧力検出素子２０側から各圧力導入孔３１、３２の各開口部３１ｂ、３２ｂ側を見た平面図である。この図に示されるように、ケース１０からハウジング２０側を見たとき、仕切り５０は圧力検出室４０に開口する各圧力導入孔３１、３２の各開口部３１ｂ、３２ｂすべてを覆うように配置されている。これにより、各圧力導入孔３１、３２から圧力検出室４０に進入した汚染物質等の異物が圧力検出素子２０側に直接移動することを防止している。

このように、圧力検出室４０において仕切り５０によって異物の移動が制限されたとしても、圧力媒体は仕切り５０の壁部５１と圧力検出室４０の壁面との間の隙間５２を通じて圧力検出素子２０側に移動できるため、仕切り５０が圧力検出に影響を及ぼすことはない。以上が、本実施形態に係る圧力センサ１の全体構成である。

次に、上記構成を有する圧力センサ１において、圧力検出室４０に汚染物質等の異物が進入した場合の作動について説明する。上記圧力センサ１を例えばエンジンへの吸入空気の圧力を測定するものとして用いた場合、圧力媒体に汚染物質等の異物が含まれることがある。

この場合、異物は各圧力導入孔３１、３２から圧力センサ１内に進入し、各圧力導入孔３１、３２の壁面３１ａ、３２ａや仕切り５０のうち各圧力導入孔３１、３２に対向する面に付着して堆積していく。

しかしながら、図１の矢印６０に示されるように、各圧力導入孔３１、３２のうちの第１圧力導入孔３１から圧力媒体の風が圧力検出室４０に流れ、圧力検出室４０に導入された圧力媒体が第２圧力導入孔３２から外部に流れる。

この場合、仕切り５０が圧力検出素子２０側に湾曲しているため、該湾曲面によって圧力媒体の風が圧力検出室４０内をスムーズに流れる。また、仕切り５０の壁部５１が隙間５２への風や異物の移動を妨げる機能を果たすと共に、仕切り５０の湾曲面に沿って風を流すためのガイドとしての機能も果たす。

このようにして、圧力センサ１内で第１圧力導入孔３１、圧力検出室４０、第２圧力導入孔３２という圧力媒体の気流の経路が形成されると、圧力センサ１内に進入したり堆積したりした異物が該気流によって圧力センサ１の外部に排出される。これにより、各圧力導入孔３１、３２は閉塞されないため、圧力媒体を圧力検出室４０に確実に導くことができる。

そして、圧力媒体は仕切り５０の壁部５１と圧力検出室４０の壁面との間の隙間５２を通過して圧力検出素子２０側に移動し、保護部材１５を介して圧力検出素子２０に圧力を印加する。これにより、圧力検出素子２０にて圧力媒体の圧力検出が行われる。

以上説明したように、本実施形態では、ハウジング３０に複数の圧力導入孔３１、３２を設け、さらに圧力検出室４０に仕切り５０を設けて、圧力媒体が一方の圧力導入孔３１から圧力検出室４０を介して他方の圧力導入孔３２に流れる気流を圧力センサ１内に作り出すことができるようになっている。

これにより、圧力媒体の気流によって圧力センサ１内に進入した異物を圧力センサ１の外部に排出することができる。また、圧力媒体の気流によって、異物が圧力センサ１内に堆積することがなくなるため、各圧力導入孔３１、３２が閉塞されてしまうことを防止することができ、圧力検出室４０に圧力媒体の圧力伝達がなされなくなる不具合を回避することができる。このようにして、各圧力導入孔３１、３２の壁面３１ａ、３２ａや圧力センサ１内に滞留した異物を圧力センサ１から取り除くことができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図３は、本実施形態に係る圧力センサ１において、圧力検出素子２０側から各圧力導入孔３１、３２の各開口部３１ｂ、３２ｂ側を見た平面図である。この図に示されるように、本実施形態では、壁部５１が各圧力導入孔３１、３２が並べられた方向に延設されている。したがって、仕切りは図１に示される圧力検出室４０において紙面左右方向に一体化されている。この場合、隙間５２は図１に示される圧力検出室４０において、紙面垂直方向に設けられることとなる。以上のように仕切り５０を配置することもできる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図４は、本実施形態に係る圧力センサ１において、圧力検出素子２０側から各圧力導入孔３１、３２の各開口部３１ｂ、３２ｂ側を見た平面図である。この図に示されるように、四角形状の仕切り５０の角部に壁部５１が設けられており、該角部に圧力媒体を通過させる隙間５２が設けられた形態になっている。これによると、仕切り５０のうち各圧力導入孔３１、３２に対向する面の面積を図２や図３の場合よりも大きくなるため、仕切り５０によってより確実に異物を阻止することができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記各実施形態では、２つの圧力導入孔３１、３２は互いに同一方向に延設されているが、本実施形態では、各圧力導入孔３１、３２が互いに傾けられていることが特徴となっている。

図５は、本実施形態に係る圧力センサ１のハウジング３０の断面図である。この図に示されるように、ハウジング３０には２つの圧力導入孔３１、３２が設けられており、各圧力導入孔３１、３２の延設方向が互いに傾けられている。

具体的には、各圧力導入孔３１、３２のうち圧力検出室４０側の各開口部３１ｂ、３２ｂの距離よりも、各圧力導入孔３１、３２のうち圧力検出室４０側とは反対側の各開口部３１ｃ、３２ｃの距離が離されている。これにより、各圧力導入孔３１、３２は互いに平行にならずに、一方の圧力導入孔３１に対して他方の圧力導入孔３２が傾けられた状態になっている。

これによると、例えば第１圧力導入孔３１から圧力センサ１内に進入した圧力媒体は、図５に示される矢印７０のように第２圧力導入孔３２に流れる。すなわち、各圧力導入孔３１、３２が互いに平行に延設されている場合よりも圧力媒体の流れが直線的になる。このため、初期的に圧力媒体の流れに方向性を持たせることができ、圧力媒体を第１圧力導入孔３１から第２圧力導入孔３２に流しやすくすることができる。

以上のように、圧力導入孔３１、３２の延設方向に傾きを持たせることで、圧力センサ１内に圧力媒体の気流の流れを作りやすくすることができる。なお、仕切り５０の配置は、図２〜図４のいずれの形態であっても構わない。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、ハウジング３０に２本の圧力導入孔３１、３２が設けられたものが示されているが、圧力導入孔の数は２本に限らず３本以上でも構わない。この場合、複数の圧力導入孔のうちの一部の圧力導入孔から圧力媒体が圧力検出室４０に流れ、圧力検出室４０に導入された圧力媒体が複数の圧力導入孔のうちの一部を除いた圧力導入孔から外部に流れることとなる。

また、ハウジング３０に複数の圧力導入孔を設けた場合であっても、図５に示されるように、各圧力導入孔が互いに平行にならずに傾けられて延設されていても構わない。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサの断面図である。 圧力検出素子側から各圧力導入孔の各開口部側を見た平面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサにおいて、圧力検出素子側から各圧力導入孔の各開口部側を見た平面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサにおいて、圧力検出素子側から各圧力導入孔の各開口部側を見た平面図である。 本発明の第４実施形態に係る圧力センサのハウジングの断面図である。

符号の説明

１０ ケース
２０ 圧力検出素子
３０ ハウジング
３１ 第１圧力導入孔
３１ａ 第１圧力導入孔の壁面
３１ｂ 第１圧力導入孔の開口部
３２ 第２圧力導入孔
３２ａ 第２圧力導入孔の壁面
３２ｂ 第２圧力導入孔の開口部
４０ 圧力検出室
５１ 壁部

Claims (3)

1. 圧力検出を行う圧力検出素子（２０）を有するケース（１０）と、
   前記ケース（１０）に連結されて前記ケース（１０）との間に圧力検出室（４０）を構成するものであり、前記圧力検出素子（２０）に対向して配置される複数の圧力導入孔（３１、３２）と、前記圧力検出室（４０）に配置され、前記ケース（１０）から前記ハウジング（２０）側を見たとき、前記圧力検出室（４０）に開口する前記複数の圧力導入孔（３１、３２）の各開口部（３１ｂ、３２ｂ）すべてを覆うと共に前記圧力検出素子（２０）側に湾曲した仕切り（５０）とを有するハウジング（３０）とを備え、
   前記複数の圧力導入孔（３１、３２）のうちの一部の圧力導入孔（３１）から前記圧力媒体が前記圧力検出室（４０）に流れ、前記圧力検出室（４０）に導入された圧力媒体が前記複数の圧力導入孔（３１、３２）のうちの一部を除いた圧力導入孔（３２）から外部に流れるようになっていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記仕切り（５０）は、該仕切り（５０）の端部の一部が前記ハウジング（３０）に一体成形されており、前記仕切り（５０）の端部の一部を除いた端部に、前記圧力導入孔（３１、３２）の壁面（３１ａ、３２ａ）よりも前記ハウジング（３０）の外壁側に位置すると共に前記ケース（１０）側とは反対側に延設された壁部（５１）を有し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. 前記複数の圧力導入孔（３１、３２）は、一方の圧力導入孔（３１）に対して他方の圧力導入孔（３２）が傾けられて前記ハウジング（３０）に延設さ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。

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