JP2015031597A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサチップの受圧面が保護部材で覆われた構造において、保護部材が受ける振動の影響を小さくすることができる圧力センサを提供する。
【解決手段】ダイヤフラムの受圧面１１に垂直な圧力検出方向に印加される圧力の大きさを検出するセンサチップ１０が第１ケース２０の底面２２に搭載されている。また、保護部材３０が第１ケース２０に充填されていると共に、センサチップ１０の受圧面１１を覆っている。そして、第１ケース２０が、圧力検出方向が面方向に対して４５°の角度で傾けられた状態で、第２ケース４０の収容室４２に固定されている。これにより、センサチップ１０の受圧面１１が受ける振動方向（鉛直方向）の影響を分散させると共に、振動の影響をｓｉｎ４５°の割合だけ減少させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサチップの受圧面が保護部材で覆われた圧力センサに関する。

従来より、圧力検出用のダイヤフラムが形成されたセンサチップと、底部にセンサチップを収容した有底筒状のケースと、ケースに充填されていると共にセンサチップを覆う保護部材と、を備えた圧力センサの構成が知られている。

また、圧力センサは一方向に振動を受ける環境で使用されることが考えられる。そして、ダイヤフラムの受圧面に対して垂直な方向に振動を受けた場合、すなわち圧力検出方向と振動方向とが平行になっている場合、保護部材が加速度を受けてダイヤフラムを押してしまう。このため、センサチップが圧力を誤検出してしまうという問題が発生する。

そこで、保護部材が振動の影響を受けないようにするための圧力センサの構造が、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、センサチップが上記のケースとは別の小ケースに収容されていると共に、センサチップの圧力検出方向と振動方向とが垂直になるように小ケースがケースに固定されている。これにより、保護部材が振動による加速度を受けにくくなっている。

特許第４８９３２３８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、圧力センサが複数の方向から振動を受ける環境で使用される場合にはセンサチップの圧力検出方向と振動方向とが垂直になっていることが必ずしも最適な構造であるとは限らない。したがって、圧力センサが使用される環境に応じて保護部材が振動の影響を受けにくくなることが望まれている。

本発明は上記点に鑑み、センサチップの受圧面が保護部材で覆われた構造において、保護部材が受ける振動の影響を小さくする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、圧力検出用のダイヤフラムが形成されていると共に、ダイヤフラムの受圧面（１１）に垂直な圧力検出方向に印加される圧力の大きさを検出するセンサチップ（１０）を備えている。

また、開口部（２１）を有し、当該開口部（２１）側の底面（２２）に当該底面（２２）の面方向と圧力検出方向とが垂直になるようにセンサチップ（１０）が搭載された第１ケース（２０）を備え、第１ケース（２０）に充填されていると共に、センサチップ（１０）の受圧面（１１）を覆う保護部材（３０）を備えている。

さらに、鉛直方向に平行な方向に配置される鉛直面（４１）と、第１ケース（２０）を収容する収容室（４２）と、圧力媒体を収容室（４２）に導入する圧力導入孔（４４）と、を有する第２ケース（４０）を備えている。

そして、第１ケース（２０）は、圧力検出方向が鉛直方向に対して傾けられ、かつ、鉛直方向に垂直な面方向に対して傾けられた状態で、収容室（４２）に固定されていることを特徴とする。

これによると、圧力検出方向が鉛直方向及び面方向に対して傾けられているので、保護部材（３０）が受ける鉛直方向の振動の影響を他の方向に分散させることができる。したがって、保護部材（３０）が受ける振動の影響を小さくすることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した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。

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。 振動の影響が分散されることを説明するための図である。 第２実施形態に係るセンサチップの傾斜角度を示した図である。 第３実施形態に係るセンサチップの傾斜角度を示した図である。 第４実施形態に係るセンサチップの傾斜角度を示した図である。

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。本実施形態に係る圧力センサ装置は、車両のドアに他の車両等が衝突したことを検出するものとして用いられる。また、衝突の有無の検出結果は、エアバッグ等の乗員保護装置を動作させるために用いられる。

図１に示されるように、圧力センサは、センサチップ１０と、第１ケース２０と、保護部材３０と、第２ケース４０と、蓋部５０と、ターミナル６０と、を備えて構成されている。

センサチップ１０は、圧力媒体の圧力を検出するように構成された圧力検出手段である。センサチップ１０は、半導体基板の一部が薄肉化されていると共に圧力検出用のダイヤフラムを有している。このダイヤフラムの受圧面１１に圧力媒体の圧力が印加される。

ダイヤフラムの受圧面１１に垂直な方向を圧力検出方向とすると、センサチップ１０は圧力検出方向に印加される圧力の大きさを検出するように構成されている。具体的には、ダイヤフラムには複数の図示しないゲージ抵抗がホイートストンブリッジ回路を構成するように形成されている。これにより、センサチップ１０は、各ゲージ抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して、ダイヤフラムの歪みに応じた電圧の変化を検出する。

第１ケース２０は、センサチップ１０を収容するための有底筒状の容器であり、開口部２１を有している。第１ケース２０は樹脂成形されたものである。そして、第１ケース２０は、開口部２１側の底面２２にセンサチップ１０を搭載している。ここで、第１ケース２０は、底面２２の面方向とセンサチップ１０の圧力検出方向とが垂直になるように、センサチップ１０を底面２２に搭載している。

なお、センサチップ１０は例えば図示しない台座に固定されており、台座との間で真空の圧力基準室を構成している。すなわち、センサチップ１０は絶対圧を検出する。このように、実際にセンサチップ１０は台座に固定されているので、この台座が例えば接着剤等で第１ケース２０の底面２２に固定されている。

保護部材３０は、センサチップ１０を被覆保護する役割を果たすものである。保護部材３０は、センサチップ１０の受圧面１１を覆うように第１ケース２０に充填されている。保護部材３０として、フッ素ゲル、シリコーンゲル、フロロシリコーンゲル等が採用される。上記のセンサチップ１０、第１ケース２０、及び保護部材３０で圧力検出部が構成されている。

第２ケース４０は、圧力センサの外観をなすものである。第２ケース４０は樹脂成形されて構成されている。具体的には、第２ケース４０は、鉛直面４１と、収容室４２と、ポート部４３と、圧力導入孔４４と、を有している。

鉛直面４１は、圧力センサが車両に搭載された際に、第２ケース４０の外壁面のうち鉛直方向に平行な方向に配置される面である。ここで、「鉛直方向」とは、重力が掛かる方向である重力方向や、車両の天井側と地面側を示す方向である天地方向と同じ方向である。

収容室４２は、第１ケース２０を収容する部分である。収容室４２は、例えば第２ケース４０の一部が鉛直方向に凹んだ凹部として構成されている。

ポート部４３は、収容室４２に圧力媒体を導入する筒状の部分である。本実施形態では、ポート部４３は、第２ケース４０のうち鉛直面４１とは反対側の部分が鉛直方向に対して垂直な方向に突出して構成されている。そして、ポート部４３は、先端側から収容室４２に通じるように形成された圧力導入孔４４を有している。圧力導入孔４４は鉛直方向に対して垂直な方向に延びる部分と鉛直方向に対して平行な方向に延びる部分とで構成されている。

また、ポート部４３の先端は、第２ケース４０が車室内側に位置するように、車両のドアの内部に設けられたインナーパネル７０に固定されている。インナーパネル７０には貫通孔７１が設けられており、ポート部４３はこの貫通孔７１に挿入されている。そして、ドアが他の車両に衝突された際に当該衝突に応じてインナーパネル７０とドアの外板との間の空間の圧力が変化する。すなわち、インナーパネル７０とドアの外板との間の空間の気体が圧力媒体として圧力導入孔４４を介して収容室４２に導入される。

蓋部５０は、第２ケース４０の収容室４２を閉じるように、すなわち開口した収容室４２に蓋をするように第２ケース４０に取り付けられた部品である。また、ターミナル６０は、センサチップ１０と外部機器とを電気的に接続するための端子部品である。ターミナル６０は一端部が収容室４２に露出すると共に、他端部が収容室４２とは反対側に設けられたコネクタ部４５に露出するように第２ケース４０にインサート成形されている。例えば、電源用、グランド用、信号用の３本のターミナル６０が第２ケース４０に設けられている。以上が、本実施形態に係る圧力センサの全体構成である。

次に、第２ケース４０の収容室４２における第１ケース２０の設置状態について説明する。まず、第１ケース２０は、圧力検出方向が面方向に対して非平行かつ非垂直に傾けられている。本実施形態では、第１ケース２０は、圧力検出方向が面方向に対して４５°の角度で傾けられた状態で、収容室４２に固定されている。

具体的には、収容室４２のうち圧力導入孔４４と繋がる設置面４６が、面方向に対して４５°の角度で傾けられている。そして、第１ケース２０の開口端２３が当該設置面４６に固定されている。これにより、圧力導入孔４４と収容室４２とが第１ケース２０によって分離されていると共に、センサチップ１０の受圧面１１に圧力媒体の圧力が導入される。

ここで、「４５°」というのは、図１に示された配置において時計回りの方向の角度である。したがって、反時計回りの方向の角度は−４５°であるが、センサチップ１０の圧力検出としては信号値が反転するだけである。また、回転角度の基準によっては＋１３５°及び−１３５°に該当する場合もある。したがって、「４５°」というのは、＋４５°、−４５°、＋１３５°、−１３５°の各角度を含んでいると言える。

上記のようにセンサチップ１０が配置されたことによる効果について、図２を参照して説明する。図２に示されるように、鉛直方向と平行な方向に圧力センサが振動するとする。車両は道路形状や道路上の物体を踏むことによって鉛直方向に振動する。

このような場合、圧力検出方向は面方向に対して４５°の角度に傾けられているので、センサチップ１０の受圧面１１が受ける振動方向（鉛直方向）の影響はｓｉｎ４５°の割合だけ減少したことになる。すなわち、保護部材３０が受ける鉛直方向の振動の影響が圧力検出方向とは異なる方向に分散されている。このため、保護部材３０が振動によって加速度を受けたとしても、保護部材３０が受ける振動の影響を小さくすることができる。なお、圧力はｃｏｓ４５°の成分を持って取得されることとなる。

また、保護部材３０が受ける振動の影響を小さくするために、保護部材３０の厚みを小さくする必要がない。したがって、センサチップ１０の耐環境性を維持することができるというメリットもある。つまり、圧力センサにおいて耐環境性と耐振動性との両立を図ることができる。

（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説明する。図３に示されるように、本実施形態では、第１ケース２０は、圧力検出方向が面方向に対して３０°の角度で傾けられた状態で、収容室４２に固定されている。

ここで、「３０°」というのは、図３に示された配置において時計回りの方向の角度である。したがって、第１実施形態と同様に、圧力検出方向が面方向に対して３０°で傾けられる場合は、＋３０°、−３０°、＋１５０°、−１５０°の各角度を含んでいる。

このように、本実施形態では圧力検出方向は面方向に対して３０°の角度に傾けられているので、センサチップ１０の受圧面１１が受ける振動方向（鉛直方向）の影響をｓｉｎ３０°の割合だけ減少させることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、本実施形態では、第１ケース２０は、圧力検出方向が面方向に対して１５°の角度で傾けられた状態で、収容室４２に固定されている。

ここで、「１５°」というのは、図４に示された配置において時計回りの方向の角度である。したがって、第１、第２実施形態と同様に、圧力検出方向が面方向に対して１５°で傾けられる場合は、＋１５°、−１５°、＋１６５°、−１６５°の各角度を含んでいる。したがって、本実施形態ではセンサチップ１０の受圧面１１が受ける振動方向（鉛直方向）の影響をｓｉｎ１５°の割合だけ減少させることができる。

（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説明する。図５に示されるように、本実施形態では、第１ケース２０は、圧力検出方向が面方向に対して６０°の角度で傾けられた状態で、収容室４２に固定されている。

ここで、「６０°」というのは、図５に示された配置において時計回りの方向の角度である。したがって、第１〜第３実施形態と同様に、圧力検出方向が面方向に対して６０°で傾けられる場合は、＋６０°、−６０°、＋１２０°、−１２０°の各角度を含んでいる。

したがって、本実施形態ではセンサチップ１０の受圧面１１が受ける振動方向（鉛直方向）の影響をｓｉｎ６０°の割合だけ減少させることができる。特に、ｓｉｎ６０°＝（１／２）であるので、振動の影響を半分（５０％）に減少させることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された圧力センサの構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、第２ケース４０に設けられる収容室４２やポート部４３の位置等は一例であり、適宜変更しても良い。また、収容室４２内の構造や圧力導入孔４４の経路等も圧力センサが搭載される状況に応じて適宜設計すれば良い。

また、鉛直面４１は、第２ケース４０の外壁面のうち平らな面であればどの面でも良い。例えばコネクタ部４５を構成する外壁面のうちの一つを鉛直面４１と定義しても良い。

上記各実施形態では、第１ケース２０は、圧力検出方向が面方向に対して４５°、３０°、６０°、１５°の各角度で傾けられた状態で、収容室４２に固定された構造が示されているが、これらの角度は一例である。したがって、圧力センサが使用される環境に応じて、第１ケース２０は、圧力検出方向が鉛直方向に対して傾けられ、かつ、鉛直方向に垂直な面方向に対して傾けられた状態で、収容室４２に固定されていれば良い。

上記各実施形態で示された圧力センサは、インナーパネル７０ではなくトリムパネルに取り付けられても良い。また、例えば車両のエンジンルームに配置され、吸気圧等の圧力検出に用いることもできる。もちろん、車両に限らず、振動を受ける環境で用いることができる。

１０ センサチップ
１１ 受圧面
２０ 第１ケース
２１ 開口部
２２ 底面
３０ 保護部材
４０ 第２ケース
４１ 鉛直面
４２ 収容室
４４ 圧力導入孔

Claims (4)

1. 圧力検出用のダイヤフラムが形成されていると共に、前記ダイヤフラムの受圧面（１１）に垂直な圧力検出方向に印加される圧力の大きさを検出するセンサチップ（１０）と、
   開口部（２１）を有し、当該開口部（２１）側の底面（２２）に当該底面（２２）の面方向と前記圧力検出方向とが垂直になるように前記センサチップ（１０）が搭載された第１ケース（２０）と、
   前記第１ケース（２０）に充填されていると共に、前記センサチップ（１０）の受圧面（１１）を覆う保護部材（３０）と、
   鉛直方向に平行な方向に配置される鉛直面（４１）と、前記第１ケース（２０）を収容する収容室（４２）と、圧力媒体を前記収容室（４２）に導入する圧力導入孔（４４）と、を有する第２ケース（４０）と、
   を備え、
   前記第１ケース（２０）は、前記圧力検出方向が前記鉛直方向に対して傾けられ、かつ、前記鉛直方向に垂直な面方向に対して傾けられた状態で、前記収容室（４２）に固定されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記第１ケース（２０）は、前記圧力検出方向が前記面方向に対して４５°の角度で傾けられた状態で、前記収容室（４２）に固定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. 前記第１ケース（２０）は、前記圧力検出方向が前記面方向に対して３０°の角度で傾けられた状態で、前記収容室（４２）に固定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. 前記第１ケース（２０）は、前記圧力検出方向が前記面方向に対して１５°の角度で傾けられた状態で、前記収容室（４２）に固定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。

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