JP2017187383A - 温度センサ複合型半導体圧力センサ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】組立工程の簡略化と製造コストの削減を図ることが可能な温度センサ複合型半導体圧力センサ装置を得る。【解決手段】温度センサ複合型半導体圧力センサ装置１は、温度検出素子１１、リード線保護材１３で被覆されたリード線１２、およびターミナル１４が、熱可塑性樹脂１７により一体化されている。これにより組立時のリード線１２の変形を防止することができ、組立工程が簡略化される。また、温度検出素子１１は突起部２５の先端の開口部２６から露出しているため、温度応答性が確保される。さらに、温度検出素子１１とリード線１２およびリード線保護材１３は熱可塑性樹脂１７で覆われているため、吸入空気に含まれる燃焼ガス成分、オイルの汚損物質および腐食物質から保護される。【選択図】図１
Description
本発明は、例えば内燃機関のインテークマニホールド内の圧力変化と温度変化の検出に用いられる温度センサ複合型半導体圧力センサ装置に関する。
内燃機関のインテークマニホールド内を流れる吸入空気の圧力変化と温度変化を検出するものとして、温度検出素子を備えた温度センサ複合型半導体圧力センサ装置が知られている。従来の温度センサ複合型半導体圧力センサ装置は、樹脂製のケース内に、圧力検出素子を収納する圧力導入路と、温度センサモジュールを収納する収納室が、隣接して形成されている。
例えば特許文献１に開示された温度センサ複合型半導体圧力センサ装置は、温度センサモジュールを収納する収納室に突起部が設けられている。温度検出素子は、突起部の先端に付加された高熱伝導部材の内部に格納され、高熱伝導部材の内部に充填されたシール部材により保持されている（図２参照）。高熱伝導部材は、熱可塑性樹脂であるポリブチレンテレフタレート樹脂（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：以下、ＰＢＴ樹脂と称す）と、熱伝導性を高めるフィラーとを含んで構成されている。
この先行例では、温度検出素子を高熱伝導部材で覆うことにより、インテークマニホールド内の吸入空気の熱が温度検出素子へ伝達されやすくなり、吸入空気の温度変化に対する温度検出素子の温度応答性を向上させている。
また、温度検出素子およびリード線を突起部の内部に格納することにより、吸入空気に含まれる燃焼ガス成分、オイルの汚損物質および腐食物質から保護し、さらに、吸入空気に含まれる異物が温度検出素子に衝突することを防止している。
しかしながら、特許文献1に提示された温度センサ複合型半導体圧力センサ装置は、従来のケースに高熱伝導部材を付加した構成であるため、材料費の増加および高熱伝導部材の成形加工費の増加により、製造コストが上昇するという問題があった。
また、組立工程において、インサート成形によりハウジングと一体化されたターミナルと、温度検出素子に接続されたリード線を接続し、突起部先端に付加された高熱伝導部材の内部にシール部材を注入した後、ハウジングとケースを嵌め合わせるが、この作業は手作業で行われていた。
リード線の線径はφ０．２程度と細いため、嵌め合わせの際に温度検出素子が高熱伝導部材の内部に格納されるまでにケースと干渉すると、リード線が変形する。リード線が変形すると、温度検出素子の格納位置が本来の位置からずれるため、温度検出精度が低下する。このため、温度検出素子を高熱伝導部材内部の規定位置に精度良く格納する必要があるが、この作業は自動化が難しく、製造コストを引き上げる原因となっていた。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、組立工程の簡略化と製造コストの削減を図ることが可能な温度センサ複合型半導体圧力センサ装置を得ることを目的とする。
本発明に係る温度センサ複合型半導体圧力センサ装置は、圧力センサモジュールおよび温度センサモジュールが樹脂製の筐体に収納された温度センサ複合型半導体圧力センサ装置であって、筐体は、圧力センサモジュールの圧力検出素子が収納された圧力導入路と、圧力導入路に隣接して設けられ温度センサモジュールが収納された収納室と、収納室の一部が圧力導入路の入口よりも突出するように設けられた突起部とを含んで構成され、温度センサモジュールは、突起部の先端に固定された温度検出素子と、リード線保護材で被覆されたリード線と、リード線により温度検出素子と接続されたターミナルと、温度検出素子、リード線、およびターミナルを覆う樹脂とを備え、温度検出素子、リード線、およびターミナルは、樹脂により一体化されているものである。
本発明に係る温度センサ複合型半導体圧力センサ装置によれば、温度検出素子、リード線、およびターミナルが樹脂により一体化されているため、組立時のリード線の変形を防止することができ、組立工程の簡略化と製造コストの削減が図られる。また、温度検出素子とリード線は樹脂で覆われているため、被検出流体に含まれる汚損物質および腐食物質から保護することができる。
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る温度センサ複合型半導体圧力センサ装置について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る温度センサ複合型半導体圧力センサ装置を示す断面図、図２は、比較例である従来の温度センサ複合型半導体圧力センサ装置を示す断面図である。なお、各図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
以下に、本発明の実施の形態１に係る温度センサ複合型半導体圧力センサ装置について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る温度センサ複合型半導体圧力センサ装置を示す断面図、図２は、比較例である従来の温度センサ複合型半導体圧力センサ装置を示す断面図である。なお、各図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
本実施の形態１に係る温度センサ複合型半導体圧力センサ装置１（以下、圧力センサ装置１と略す）は、内燃機関のインテークマニホールド等の流路管４０に設けられた貫通孔４１に取り付けられ、流路管４０内の流路４２を流れる被検出流体、すなわち燃焼室に導入される吸入空気の圧力変化と温度変化を検出するものである。
圧力センサ装置１を構成する圧力センサモジュール５と、これに付加された温度センサモジュール１０は、ケース２とハウジング３からなる樹脂製の筐体に収納されている。ケース２は、ハウジング３の外周部３１において、溶着または接着等により接合されている。ケース２とハウジング３は、熱可塑性樹脂であるＰＢＴ樹脂またはポリフェニレンスルファイド樹脂（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ：ＰＰＳ樹脂）等で構成される。
ハウジング３は、外部接続用ターミナル１５と圧力センサモジュール５のリードフレーム７を溶接またははんだ付けによって接続したものを、ＰＢＴ樹脂によるインサート成形で一体化したものである。ハウジング３には凹形状のコネクタ１６が形成され、コネクタ１６の内側には外部接続用ターミナル１５の端部が露出している。コネクタ１６は、車両コントロールユニットに接続された雌側コネクタ（図示省略）に装着される。
ケース２の土台部２１は、流路管４０内の貫通孔４１に挿入された状態で固定される円柱部２２と、円柱部２２の周面にＯリング４を装着するための溝部２３を有している。Ｏリング４は、貫通孔４１の内壁と土台部２１との隙間を通って流路４２の吸入空気が外部へ漏れることを防止している。
また、ケース２は、圧力センサモジュール５の圧力検出素子６が収納された圧力導入路２４と、温度センサモジュール１０が収納された収納室２８を構成している。圧力導入路２４と収納室２８は隣接して設けられ、収納室２８は、その一部が圧力導入路２４の入口よりも突出するように設けられた突起部２５を有している。
圧力センサモジュール５の圧力検出素子６は、圧力導入路２４と対向する凹部に接着剤で固定され、金またはアルミニウムで構成されたワイヤ８によりリードフレーム７と接続されている。圧力検出素子６、リードフレーム７およびワイヤ８は、フッ素ゲルやフロロシリコーンゲル等の保護部材（図示省略）によって覆われている。
圧力センサモジュール５とケース２の間には、Ｏリング９が設けられ、圧力導入路２４に導かれた吸入空気が圧力センサモジュール５とケース２の間から外部に漏れることを防止している。
圧力検出素子６は、ピエゾ抵抗効果を利用した周知の素子であり、ダイヤフラムおよび真空室を有するシリコン半導体素子である。ダイヤフラムには、ゲージ抵抗から構成された電気回路が形成されている。吸入圧力に応じてダイヤフラムが変形し、この変形量に応じてゲージ抵抗の抵抗値が変化することを利用して、圧力が測定される。
圧力検出素子６によって検出された圧力は、電気信号に変換、増幅され、コネクタ１６の外部接続用ターミナル１５を介して外部に電気的な信号として出力される。ただし、圧力検出素子６は、ゲージ抵抗から構成された電気回路に限らず、例えば静電容量等で構成された電気回路を備えていてもよい。
温度センサモジュール１０は、温度検出素子１１と、リード線保護材１３で被覆されたリード線１２と、リード線１２により温度検出素子１１と接続されたターミナル１４を含んで構成される。リード線１２は、温度検出素子１１およびターミナル１４と、溶接または半田付けによって接続されている。また、ターミナル１４は外部接続用ターミナル１５と溶接または半田付けによって接続されている。
リード線１２により接続された温度検出素子１１とターミナル１４、およびターミナル１４に接続された外部接続用ターミナル１５は、インサート成形によりＰＢＴ樹脂等の熱可塑性樹脂１７で覆われ一体化されている。さらに、熱可塑性樹脂１７から露出した外部接続用ターミナル１５の一方の端部は、圧力センサモジュールのリードフレーム７の一方の端部と溶接または半田付けによって接続された後、インサート成形によりＰＢＴ樹脂で覆われ一体化され、ハウジング３が形成される。
温度検出素子１１としては、電気抵抗の温度変化を利用したサーミスタ素子等が用いられる。また、熱可塑性樹脂１７としては、ＰＢＴ樹脂の他、ＰＰＳ樹脂を用いてもよい。
ケース２の突起部２５は、先端に開口部２６を有しており、温度検出素子１１は、開口部２６を介して収納室２８の外部に配置されている。収納室２８の内部空間は、突起部２５の先端に向かって狭くなるように形成され、温度センサモジュール１０は開口部２６で位置規制が行われる。
突起部２５は円柱状であり、開口部２６の周縁に他の部分よりも窪んだ凹部２７を有している。温度センサモジュール１０の熱可塑性樹脂１７と開口部２６の隙間をシールするように設けられたシール部材１８は、凹部２７に嵌め込まれた状態で固定されている。
なお、図１に示す例では、シール部材１８は、熱可塑性樹脂１７を介して温度検出素子１１を覆っている。すなわち、温度検出素子１１は、熱可塑性樹脂１７およびシール部材１８を介して吸入空気の温度を検出するため、シール部材１８は高熱伝導部材であることが望ましい。なお、シール部材１８としては、シリコーン材、エポキシ材等が用いられ、塗布方式は、充填方式またはディッピング方式のどちらであってもよい。
本実施の形態１に係る圧力センサ装置１の比較例として、従来の温度センサ複合型半導体圧力センサ装置を図２に示す。従来の温度センサ複合型半導体圧力センサ装置１００（以下、従来の圧力センサ装置１００と略す）において、温度検出素子１１は、突起部２５の先端に付加された高熱伝導部材１９の内部に格納され、高熱伝導部材１９の内部に充填されたシール部材１８により保持されている。
このように、ケース２の一部を高熱伝導部材１９で構成することにより、温度検出素子１１の温度応答性を向上させることができるが、材料費および成形加工費の増加により製造コストが上昇する。
また、従来の圧力センサ装置１００の組立工程において、インサート成形によりハウジング３と一体化されたターミナル１４に、温度検出素子１１に接続されたリード線１２を接続し、突起部２５先端の高熱伝導部材１９の内部にシール部材１８を注入した後、ハウジング３とケース２を嵌め合わせる工程が行われている。
その嵌め合わせの際、リード線１２がケース２と干渉し、リード線１２が変形することがある。リード線１２が変形すると温度検出素子１１の格納位置が本来の位置からずれるため、温度検出精度が低下する。このような事態を回避するため、温度検出素子１１を高熱伝導部材１９内部の規定位置に精度良く格納する必要があるが、自動化が難しく手作業で行っているため、製造コストを引き上げる原因となっていた。
これに対し、本実施の形態1に係る圧力センサ装置１は、リード線保護材１３で被覆されたリード線１２が、温度検出素子１１と共に熱可塑性樹脂１７によって一体化されているため、ケース２に嵌め合わせる際、ケース２と干渉したとしても、リード線１２の変形を防止することができる。このため、嵌め合わせの工程を自動化することが可能であり、組立工程が簡略化される。
また、温度検出素子１１は、突起部２５の先端の開口部２６から露出しているため、温度応答性を確保することができ、温度検出素子１１を覆うシール部材１８として高熱伝導部材を用いることにより温度応答性の向上が図られる。また、温度検出素子１１とリード線１２およびリード線保護材１３は熱可塑性樹脂１７で覆われているため、吸入空気に含まれる燃焼ガス成分、オイルの汚損物質および腐食物質から保護されている。
図３および図４は、本実施の形態１に係る温度センサ複合型半導体圧力センサ装置の変形例を示している。図３に示す例では、突起部２５の先端の凹部２７の内部にのみシール部材１８を充填しており、温度検出素子１１はシール部材１８に覆われていない。これにより、シール部材１８の量を削減することができ材料費が抑制される。また、温度検出素子１１の表層を熱可塑性樹脂１７のみで覆っているため、温度応答性の向上が図られる。
また、図４に示す例では、シール部材１８の代わりにＯリング２０を用い、凹部２７に嵌め込んでいる。なお、Ｏリング２０の代わりにパッキンを用いてもよい。これにより、シール部材１８を充填して硬化させる工程が不要となり、製造工程が簡略化される。
以上のことから、本実施の形態１によれば、温度検出素子１１の温度応答性を確保することができると共に、インテークマニホールド内の吸入空気に含まれる汚損物質および腐食物質から温度検出素子１１とリード線１２およびリード線保護材１３を保護することができ、且つ組立工程の簡略化と製造コストの削減を図ることが可能な圧力センサ装置１が得られる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
本発明は、内燃機関のインテークマニホールド内の圧力変化および温度変化を検出する温度センサ複合型半導体圧力センサ装置として利用することができる。
１、１００ 複合型半導体圧力センサ装置、２ ケース、３ ハウジング、
４、９、２０ Ｏリング、５ 圧力センサモジュール、６ 圧力検出素子、
７ リードフレーム、８ ワイヤ、１０ 温度センサモジュール、１１ 温度検出素子、１２ リード線、１３ リード線保護材、１４ ターミナル、
１５ 外部接続用ターミナル、１６ コネクタ、１７ 熱可塑性樹脂、
１８ シール部材、１９ 高熱伝導部材、２１ 土台部、２２ 円柱部、２３ 溝部、２４ 圧力導入路、２５ 突起部、２６ 開口部、２７ 凹部、２８ 収納室、３１ 外周部、４０ 流路管、４１ 貫通孔、４２ 流路
４、９、２０ Ｏリング、５ 圧力センサモジュール、６ 圧力検出素子、
７ リードフレーム、８ ワイヤ、１０ 温度センサモジュール、１１ 温度検出素子、１２ リード線、１３ リード線保護材、１４ ターミナル、
１５ 外部接続用ターミナル、１６ コネクタ、１７ 熱可塑性樹脂、
１８ シール部材、１９ 高熱伝導部材、２１ 土台部、２２ 円柱部、２３ 溝部、２４ 圧力導入路、２５ 突起部、２６ 開口部、２７ 凹部、２８ 収納室、３１ 外周部、４０ 流路管、４１ 貫通孔、４２ 流路
本発明に係る温度センサ複合型半導体圧力センサ装置は、圧力センサモジュールおよび温度センサモジュールが樹脂製の筐体に収納された温度センサ複合型半導体圧力センサ装置であって、筐体は、圧力センサモジュールの圧力検出素子が収納された圧力導入路と、圧力導入路に隣接して設けられ温度センサモジュールが収納された収納室と、収納室の一部が圧力導入路の入口よりも突出するように設けられ先端に開口部を有する突起部とを含んで構成され、温度センサモジュールは、突起部の先端に固定された温度検出素子と、リード線保護材で被覆されたリード線と、リード線により温度検出素子と接続されたターミナルと、温度検出素子、リード線、およびターミナルを覆う樹脂とを備え、温度検出素子、リード線、およびターミナルは、樹脂により一体化されており、樹脂に覆われた温度検出素子は、開口部を介して収納室の外部に配置されているものである。
本発明に係る温度センサ複合型半導体圧力センサ装置によれば、温度検出素子、リード線、およびターミナルが樹脂により一体化されているため、組立時のリード線の変形を防止することができ、組立工程の簡略化と製造コストの削減が図られる。また、樹脂に覆われた温度検出素子が突起部の先端の開口部から収納室の外部に露出しているため、温度応答性の向上が図られる。また、温度検出素子とリード線は樹脂で覆われているため、被検出流体に含まれる汚損物質および腐食物質から保護することができる。
Claims (7)
- 圧力センサモジュールおよび温度センサモジュールが樹脂製の筐体に収納された温度センサ複合型半導体圧力センサ装置であって、
前記筐体は、前記圧力センサモジュールの圧力検出素子が収納された圧力導入路と、前記圧力導入路に隣接して設けられ前記温度センサモジュールが収納された収納室と、前記収納室の一部が前記圧力導入路の入口よりも突出するように設けられた突起部とを含んで構成され、
前記温度センサモジュールは、前記突起部の先端に固定された温度検出素子と、リード線保護材で被覆されたリード線と、前記リード線により前記温度検出素子と接続されたターミナルと、前記温度検出素子、前記リード線、および前記ターミナルを覆う樹脂とを備え、
前記温度検出素子、前記リード線、および前記ターミナルは、前記樹脂により一体化されていることを特徴とする温度センサ複合型半導体圧力センサ装置。 - 前記収納室の内部空間は、前記突起部の先端に向かって狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の温度センサ複合型半導体圧力センサ装置。
- 前記突起部は先端に開口部を有しており、前記温度検出素子は、前記開口部を介して前記収納室の外部に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度センサ複合型半導体圧力センサ装置。
- 前記突起部は円柱状であり、前記開口部の周縁に他の部分よりも窪んだ凹部を有し、前記温度センサモジュールの前記樹脂と前記開口部の隙間をシールするように設けられたシール部材が、前記凹部に嵌め込まれた状態で固定されていることを特徴とする請求項３記載の温度センサ複合型半導体圧力センサ装置。
- 前記シール部材は、前記樹脂を介して前記温度検出素子を覆っていることを特徴とする請求項４記載の温度センサ複合型半導体圧力センサ装置。
- 前記シール部材は、Ｏリングまたはパッキンであることを特徴とする請求項４記載の温度センサ複合型半導体圧力センサ装置
- 前記樹脂は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の温度センサ複合型半導体圧力センサ装置。
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