JP2015224966A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力検出室に充填されたオイル内に電界が発生することを抑制できる圧力センサを提供する。【解決手段】ハウジング７０が被取付部材１１０に固定される圧力センサにおいて、センサチップ３０に、外部回路１２０から圧力検出素子３１にグランド電位を印加するグランドパッド３５を形成する。そして、ハウジング７０をグランドパッド３５と電気的に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力検出室に圧力を検出するセンサチップが配置されていると共に当該圧力検出室にオイルが充填された圧力センサに関するものである。

従来より、この種の圧力センサとして、センサチップを搭載したケースがハウジングにかしめ固定によって一体に組み付けられたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、この圧力センサでは、ケースの一面に凹部が形成されており、当該凹部にセンサチップが搭載されている。なお、センサチップは、圧力に応じたセンサ信号を出力する圧力検出素子やセンサ信号に対して所定の処理を行う回路素子等が形成されたものである。

また、ハウジングには収容凹部が形成されている。そして、ケースは、一面側がハウジングの収容凹部に挿入され、ハウジングにおける収容凹部の開口端部にてかしめ固定されることにより、ハウジングに一体に組み付けられている。

さらに、ケースの一面とハウジングとの間にはメタルダイヤフラムが備えられており、ケースの一面に形成された凹部およびメタルダイヤフラムで囲まれる空間にて圧力検出室が構成されている。そして、この圧力検出室には、メタルダイヤフラムに印加された圧力をセンサチップに伝達するためのオイル等の圧力伝達媒体が充填されている。

このような圧力センサは、例えば、ハウジングが被取付部材としての車両における冷媒配管等のボディに取り付けられて用いられる。

特開２００９−１０３５７４号公報

しかしながら、上記のような圧力センサでは、ボディが正側または負側に大きく帯電することがあり、ボディが大きく帯電するとボディに取り付けられる（接する）ハウジングも大きく帯電する。そして、ハウジングが大きく帯電すると、オイル内に電界が発生してしまい、この電界によってセンサチップに形成された回路素子が破壊される可能性がある。

本発明は上記点に鑑みて、圧力検出室に充填されたオイル内に電界が発生することを抑制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、測定媒体の圧力に応じたセンサ信号を出力する圧力検出素子（３１）が形成されたセンサチップ（３０）と、センサ信号に対して所定の処理を行う回路素子（３２）と、一面（１０ａ）に凹部（１３）が形成され、凹部にセンサチップおよび回路素子を搭載するケース（１０）と、収容凹部（７１）が形成され、収容凹部にケースの一面側が挿入されることでケースと一体に組み付けられるハウジング（７０）と、ケースの一面と、ハウジングのうちのケースの一面と対向する部分との間に配置され、測定媒体が印加されるメタルダイヤフラム（８０）と、凹部およびメタルダイヤフラムで囲まれる空間を圧力検出室（９０）としたとき、圧力検出室内に充填されるオイル（９１）とを備え、ハウジングが被取付部材（１１０）に固定される圧力センサにおいて、以下の点を特徴としている。

すなわち、センサチップには、外部回路（１２０）から圧力検出素子にグランド電位を印加するグランドパッド（３５）が形成され、ハウジングは、グランドパッドと電気的に接続されていることを特徴としている。

これによれば、ハウジングはグランドパッドと電気的に接続されているため、被取付部材に大きな帯電があったとしても、ハウジングが大きく帯電することを抑制できる。このため、オイル内に電界が発生することを抑制でき、回路素子が破壊されることを抑制できる。

なお、この欄およ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実施形態における圧力センサの断面図である。 センサチップの平面図である。 コネクタケースの一面側の平面図である。 圧力センサをボディに取り付けると共にＥＣＵに接続したときの模式図である。 本発明の第２実施形態におけるセンサチップの平面図である。 本発明の第３実施形態におけるセンサチップの平面図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の圧力センサは、例えば、自動車におけるエアコンの冷媒配管（被取付部材）に取り付けられ、冷媒配管内の冷媒圧力を検出するものに適用されると好適である。

図１に示されるように、圧力センサ１には、本発明のケースに相当するコネクタケース１０が備えられており、このコネクタケース１０は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂を型成形することにより作られている。

本実施形態では、コネクタケース１０は、円柱状のボディ部１１と、ボディ部１１から上方に延びると共にボディ部１１よりも径が小さくされた円柱状のコネクタ部１２とを有している。そして、このコネクタケース１０には、一端部（図１中紙面下側の端部）の一面１０ａに凹部１３が形成され、他端部（図１中紙面上側の端部）に開口部１４が形成されている。

なお、コネクタケース１０の一端部とはボディ部１１のうちのコネクタ部１２側と反対側の端部のことであり、コネクタケース１０の他端部とはコネクタ部１２のうちのボディ部１１と反対側の端部のことである。つまり、ボディ部１１に凹部１３が形成され、コネクタ部１２に開口部１４が形成されている。

凹部１３には、シリコーン系接着剤等の接合部材１５を介してセンサ部２０が搭載されている。このセンサ部２０は、センサチップ３０とガラス等で構成される台座４０とを有し、これらセンサチップ３０と台座４０とが陽極接合されて構成されている。

センサチップ３０は、図２に示されるように、圧力検出素子３１、回路素子３２、複数のパッド３３〜３６等が形成されたものである。

本実施形態では、圧力検出素子３１は、圧力に応じて変形可能とされたダイヤフラムにブリッジ回路を構成するようにゲージ抵抗が形成されることで構成とされている。このため、圧力検出素子３１は、ダイヤフラムに圧力が印加されるとゲージ抵抗の抵抗値が変化してブリッジ回路の電圧が変化し、この電圧の変化に応じてセンサ信号を出力する。

回路素子３２は、圧力検出素子３１から出力されるセンサ信号に対して所定の処理を行うトランジスタ等を有する信号処理回路等が形成されたものである。

複数のパッド３３〜３６は、外部回路（後述するＥＣＵ１２０）から電源電位が印加される電源パッド３３、外部回路にセンサ信号を出力する出力パッド３４、外部回路からグランド電位が印加されるグランドパッド３５、後述するハウジング７０と電気的に接続されるボディパッド３６である。そして、グランドパッド３５とボディパッド３６とは、配線３７を介して電気的に接続されている。

なお、各パッド３３〜３６はアルミニウム等で構成され、配線３７はアルミニウムや拡散配線等によって構成される。

また、図１および図３に示されるように、コネクタケース１０には、金属棒状の第１ターミナル５１〜５３および第２ターミナル５４が備えられている。これら各ターミナル５１〜５４は、インサート成形によりコネクタケース１０と一体に成形されることによってコネクタケース１０内に保持されている。

具体的には、第１ターミナル５１〜５３は、一端部がコネクタケース１０から凹部１３内にて露出し、他端部がコネクタケース１０から開口部１４内に突出している。

そして、第１ターミナル５１の一端部は、ボンディングワイヤ６１を介してセンサチップ３０に形成された電源パッド３３と電気的に接続されている。第１ターミナル５２の一端部は、ボンディングワイヤ６２を介してセンサチップ３０に形成された出力パッド３４と電気的に接続されている。第１ターミナル５３の一端部は、ボンディングワイヤ６３を介してセンサチップ３０に形成されたグランドパッド３５と電気的に接続されている。

また、各第１ターミナル５１〜５３の他端部は、後述するワイヤハーネス等の外部配線部材１３０を介して外部回路（後述するＥＣＵ１２０）等と電気的に接続されるようになっている。つまり、第１ターミナル５１〜５３は、電源パッド３３、出力パッド３４、グランドパッド３５と外部回路とを電気的に接続するものである。

第２ターミナル５４は、一端部が第１ターミナル５１〜５３と同様にコネクタケース１０から凹部１３内にて露出している。そして、第２ターミナル５４の一端部は、ボンディングワイヤ６４を介してセンサチップ３０に形成されたボディパッド３６と電気的に接続されている。

また、第２ターミナル５４は、他端部がボディ部１１の外周面から露出している。具体的には、第２ターミナル５４は、他端部が後述するハウジング７０と接触することで当該ハウジング７０と電気的に接続されるように、ボディ部１１の外周面から露出している。つまり、第２ターミナル５４は、ボディパッド３６とハウジング７０とを電気的に接続するものである。

さらに、凹部１３には、凹部１３にて露出する各ターミナル５１〜５４とコネクタケース１０との隙間を封止するゴムや樹脂等で構成されるシール部材５５が配置されている。

そして、図１に示されるように、このようなコネクタケース１０に、ステンレス、ＳＵＳ、アルミニウム等の金属材料が切削や冷間鍛造等されて構成されるハウジング７０が組み付けられている。具体的には、ハウジング７０には収容凹部７１が形成されている。そして、この収容凹部７１内にコネクタケース１０のボディ部１１（コネクタケース１０の一面１０ａ側）が挿入され、ハウジング７０における収容凹部７１の開口端部７２がコネクタケース１０のボディ部１１にかしめられることでコネクタケース１０とハウジング７０とが組み付けられている。

また、ハウジング７０における開口端部７２は、ボディ部１１から露出する第２ターミナル５４の他端部と接触するように、ボディ部１１にかしめられる。これにより、ハウジング７０、第２ターミナル５４、ボディパッド３６、グランドパッド３５、第１ターミナル５３が電気的に接続される。

さらに、ハウジング７０には、外部空間から収容凹部７１に測定媒体を導入する圧力導入孔７３が形成されていると共に、圧力センサ１を測定対象物に固定するためのネジ部７４が圧力導入孔７３の外周壁面に形成されている。

また、コネクタケース１０の一面１０ａと、ハウジング７０における収容凹部７１の底面との間には、円形のメタルダイヤフラム８０およびメタルダイヤフラム８０の外縁部分に配置される環状のリングウェルド８１が配置されている。なお、メタルダイヤフラム８０およびリングウェルドは、ＳＵＳ等で構成される。

具体的には、メタルダイヤフラム８０およびリングウェルド８１は、ハウジング７０に対してレーザ溶接等されて固定されている。そして、ハウジング７０には、ハウジング７０、メタルダイヤフラム８０およびリングウェルド８１が溶け合った溶接部８２が形成されている。

なお、本実施形態では、収容凹部７１の底面が本発明のケースの一面と対向する部分に相当している。また、メタルダイヤフラム８０は、外縁部分がリングウェルド８１と共にハウジング７０に対して固定される部分であり、凹部１３を閉塞する部分が測定媒体の圧力に応じて変位するダイヤフラムとして機能する部分である。

そして、このようにコネクタケース１０にハウジング７０が組み付けられることにより、凹部１３、メタルダイヤフラム８０、リングウェルド８１にて囲まれる空間にて圧力検出室９０が構成されている。また、この圧力検出室９０には、圧力伝達媒体としてのオイル９１が充填されている。これにより、メタルダイヤフラム８０に測定媒体の圧力が印加されるとオイル９１を介してセンサチップ３０に圧力が印加される。なお、オイル９１としてはフッ素オイル等が用いられる。

また、コネクタケース１０の一面１０ａには、凹部１３を囲むように環状の溝部１６が形成されている。そして、この環状の溝部１６には、例えば、シリコーンゴム等で構成されるＯリング１００が備えられている。このＯリング１００は、コネクタケース１０とハウジング７０とのかしめによるかしめ圧で押し潰されることで圧力検出室９０を封止するものである。

以上が本実施形態における圧力センサ１の構成である。そして、このような圧力センサ１は、図４に示されるように、ネジ部７４を介して、被取付部材としての冷媒配管等の車両のボディ１１０に取り付けられると共に第１ターミナル５１〜５３が車両のＥＣＵ１２０と外部配線部材１３０を介して電気的に接続される。つまり、電源パッド３３、出力パッド３４、グランドパッド３５がＥＣＵ１２０と電気的に接続される。そして、圧力導入孔７３を介して測定媒体の圧力がメタルダイヤフラム８０に印加されると、圧力検出室９０のオイル９１を介して当該圧力が圧力検出素子３１に伝達され、圧力に応じたセンサ信号が外部配線部材１３０を介してＥＣＵ１２０に出力される。

このとき、ハウジング７０は、第２ターミナル５４、ボディパッド３６、配線３７を介してグランドパッド３５と電気的に接続されている。つまり、ハウジング７０には、グランド電位が印加されている。このため、ボディ１１０に大きな帯電があったとしても、ハウジング７０が大きく帯電することを抑制できる。

以上説明したように、本実施形態では、ハウジング７０は、第２ターミナル５４、ボディパッド３６、配線３７を介してグランドパッド３５と電気的に接続されている。このため、ボディ１１０に大きな帯電があったとしてもハウジング７０が大きく帯電することを抑制できる。したがって、オイル９１内に電界が発生することを抑制でき、回路素子３２が破壊されることを抑制できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してグランドパッド３５とボディパッド３６との間に双方向ツェナーダイオードを配置したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図５に示されるように、グランドパッド３５とボディパッド３６との間に双方向ツェナーダイオード３８が配置されている。これによれば、ボディ１１０（ハウジング７０）の微小な帯電によってグランドパッド３５の電位が変動することを抑制できる。つまり、ボディ１１０の微小な帯電によって圧力検出素子３１に印加されるグランド電位が変動することを抑制できる。このため、圧力検出素子３１の出力変動を抑制しつつ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してグランドパッド３５とボディパッド３６との間にコンデンサを配置したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図６に示されるように、グランドパッド３５とボディパッド３６との間に、双方向ツェナーダイオード３８と並列にコンデンサ３９が配置されている。これによれば、外部配線部材１３０に過渡的なノイズが発生した場合、当該ノイズをハウジング７０からボディ１１０に流すことができる。このため、圧力検出素子３１の出力変動を抑制しつつ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態では、第２ターミナル５４とハウジング７０とが接触することによってこれらが電気的に接続されている例を説明したが、第２ターミナル５４とハウジング７０とが溶接等されて電気的に接続されていてもよい。

また、上記各実施形態において、回路素子３２はセンサチップ３０に形成されておらず、別の回路チップとして圧力検出室９０に配置されていてもよい。

さらに、上記第１実施形態において、グランドパッド３５とボディパッド３６とが共通のパッドとされていてもよい。つまり、１つのパッド（グランドパッド３５）に対して、第１ターミナル５３および第２ターミナル５４がボンディングワイヤ６３、６４を介して電気的に接続されていてもよい。

そして、上記第３実施形態において、双方向ツェナーダイオード３８が配置されていなくてもよい。つまり、グランドパッド３５とボディパッド３６との間に、コンデンサ３９のみが配置されていてもよい。

１０ コネクタケース（ケース）
１０ａ 一面
１３ 凹部
３０ センサチップ
３１ 圧力検出素子
３２ 回路素子
３５ グランドパッド
７０ ハウジング
７１ 収容凹部
８０ メタルダイヤフラム
９０ 圧力検出室
９１ オイル
１２０ ＥＣＵ（外部回路）

Claims (6)

1. 測定媒体の圧力に応じたセンサ信号を出力する圧力検出素子（３１）が形成されたセンサチップ（３０）と、
   前記センサ信号に対して所定の処理を行う回路素子（３２）と、
   一面（１０ａ）に凹部（１３）が形成され、前記凹部に前記センサチップおよび前記回路素子を搭載するケース（１０）と、
   収容凹部（７１）が形成され、前記収容凹部に前記ケースの一面側が挿入されることで前記ケースと一体に組み付けられるハウジング（７０）と、
   前記ケースの一面と、前記ハウジングのうちの前記ケースの一面と対向する部分との間に配置され、前記測定媒体が印加されるメタルダイヤフラム（８０）と、
   前記凹部および前記メタルダイヤフラムで囲まれる空間を圧力検出室（９０）としたとき、前記圧力検出室内に充填されるオイル（９１）と、を備え、
   前記ハウジングが被取付部材（１１０）に固定される圧力センサにおいて、
   前記センサチップには、外部回路（１２０）から前記圧力検出素子にグランド電位を印加するグランドパッド（３５）が形成され、
   前記ハウジングは、前記グランドパッドと電気的に接続されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記センサチップには、前記グランドパッドと共に前記グランドパッドと電気的に接続されるボディパッド（３６）が形成され、
   前記ハウジングは、前記ボディパッドと電気的に接続されることによって前記グランドパッドと電気的に接続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. 前記グランドパッドと前記ボディパッドとの間には、双方向ツェナーダイオード（３８）が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記グランドパッドと前記ボディパッドとの間には、前記双方向ツェナーダイオードと並列にコンデンサ（３９）が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記グランドパッドと前記ボディパッドとの間には、コンデンサ（３９）が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
6. 前記回路素子は、前記センサチップに形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧力センサ。
   

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