JP2017526942A - 差圧センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、差圧センサに関するものである。【解決手段】本発明に係る差圧センサは、本体とカバーを含み、その内部に互いに分離された第１チャンバーと第２チャンバーが形成されたハウジングと、前記第１チャンバーと連通された第１圧力チャンネル及び前記第２チャンバーと連通された第２圧力チャンネルと、電子部品が搭載されて端子が形成され、前記第１チャンバーと面する第１面とその第１面と平行して前記第２チャンバーと面する第２面とを備え、前記第２チャンバーを覆う基板と、前記基板の第１面に、前記第１チャンバーと第２チャンバーの圧力差に応じた電気信号を発生させるように設置されたセンサ素子と、前記ハウジングに設置され、その一端が前記第１チャンバーの内部に延長され、前記センサ素子の電気信号を外部装置に伝達するように構成されたリードフレームと、前記センサ素子の電気信号を前記リードフレームに伝達するために、前記基板の端子と前記リードフレームを接続する導体と、前記本体とカバーが接する領域に配置されて、前記第１チャンバーを外部に対して密封する第１シール部と、前記基板と前記本体が接する領域に配置されて、前記第２のチャンバーを前記第１チャンバーに対して密封する第２シール部とを含む。【選択図】 図２
Description
本発明は、排気系後処理装置等に使用される差圧センサに関するものである。
車両の排気システムには、排気ガス中の粒子状物質を物理的に捕集し、燃焼させて除去する排気系後処理装置と排気ガスを冷却する低圧EGRクーラー（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｏｌｅｒ、ＬＰ EGR ｃｏｏｌｅｒ）が設置される。そして、排気系後処理装置と低圧排気ガスの再循環装置クーラーの前段と後段の圧力差を測定するための差圧センサが設置される。排気系後処理装置や排気ガスの再循環装置クーラーに異常が生じた場合には差圧センサで測定された差圧が増加する。
登録特許公報第１０１１０９８号には、第１ハウジングチャンバー、第２ハウジングチャンバー及び第３ハウジングチャンバーを含むハウジングを備えた差圧センサにおいて、第１シール部が第１ハウジングチャンバーに対して第３ハウジングチャンバーを密封し、ハウジングの本体である第１ハウジング部とカバーである第２ハウジング部に接する領域内に配列される第２シール部が第１ハウジングチャンバーを第２ハウジングチャンバーから密封することを特徴とする差圧センサが開示されている。
前記差圧センサは、第２シール部がハウジングを外側に密封させると同時に、第２ハウジングチャンバーに対してセンサ要素を有する第１ハウジングチャンバーを密封させるので、接着の過程が減る。
また、公開特許公報第２０１３−００１８５７０号には、感知要素を有する感知 要素キャリア要素と電子部品が搭載される電子モジュールキャリア要素をそれぞれ備えた電子モジュール組立体と、これを収容するハウジング組立体を含み、感知要素、キャリア要素と電子モジュールキャリア要素との間には、電気接続部が提供するセンサシステムが開示している。
また、公開特許公報第２０１２−００６２３６３号には、差圧センサにおいて、排気ガスからセンサチップを保護するための手段として、フィルタを備えたことを特徴とする差圧センサが開示している。
本発明は、従来の差圧センサとは違う新たな構造で改善された差圧センサを提供することを目的とする。
上述した目的を達成するための本発明に係る差圧センサは、本体とカバーを含む。その内部に互いに分離された第１チャンバーと第２チャンバーが形成されたハウジングと、前記第１チャンバーと連通された第１圧力チャンネル及び前記第２チャンバーと連通された第２圧力チャンネルと、電子部品が搭載されて端子が形成され、前記第１チャンバーと面する第１面とその第１面と平行して、前記第２チャンバーと面する第２面とを備え、前記第２チャンバーを覆う基板と、前記基板の第１面に、前記第１チャンバーと第２チャンバーの圧力差に応じた電気信号を発生させるように設置されたセンサ素子と、前記ハウジングに設置され、その一端が前記第１チャンバーの内部に延長され、前記センサ素子の電気信号を外部装置に転送するように構成されたリードフレームと、前記センサ素子の電気信号を前記リードフレームに伝達するために、前記基板の端子と前記リードフレームを接続するリード線と、前記本体とカバーが接する領域に配置されて、前記第１チャンバーを外部に対して密封する第１シール部と、前記基板と前記本体が接する領域に配置されて、前記第２チャンバーを前記第１チャンバーに対して密封する第２シール部とを含む。
また、前記基板の電子部品、端子及び導線を保護するために、前記基板の電子部品、端子及び導体を包む充填剤をさらに含むことが好ましい。前記充填剤は、ゲル状態であることが望ましい。
また、前記センサ素子と前記端子の間で、前記基板から前記カバーの方向に突出したバリアをさらに含み、前記充填剤は前記バリアと前記ハウジングの内壁によって囲まれた領域に塗布することができる。
前記電子部品は積層セラミックコンデンサを含み、前記導線はアルミニウム線であることがある。
また、前記基板はセラミック基板であることが望ましい。
また、前記リードフレームは互いに電気的に分離された第１リードフレーム、第２リードフレーム及び第３リードフレームを含んでおり、前記第２リードフレームの一端部の少なくとも一部と前記第３リードフレームの一端部の少なくとも一部分が互いに交錯するよう構成されることが望ましい。
本発明に係る差圧センサは、組み立てが容易で、構造が簡単であるという長所がある。
以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。次に紹介される実施例は、当業者に本発明の思想が十分に伝わるようにするために、例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下説明される実施例に限定されず、他の形態で具体化することもできる。
図１は、本発明に係る差圧センサの一実施形態の分解斜視図であり、図２は図１に示された差圧センサの断面図である。図１と２を参照すると、本発明に係る差圧センサの一実施例は、ハウジング（１０）、第１圧力チャンネル（２４）、第２圧力チャンネル（２５）、基板（３０）、センサ素子（４０）、リードフレーム（５０）、導線（６０）、第１シール部（７０）、第２シール部（８０）、充填剤（９０）とを含んでいる。
ハウジング（１０）は、本体（２０）とカバー（２１）を含んでいる。カバー（２１）は、本体（２０）に挟まれて本体（２０）の開放された上段を外部から密封する役割をする。ハウジング（１０）の内部には、第１チャンバー（１１）と第２のチャンバー（１２）が形成される。本体（２０）の中心部に形成された分離壁（１３）は、第２チャンバー（１２）を第１チャンバー（１１）から分離させる。第２チャンバー（１２）の図面上右側には、支持部（１４）が形成される。本体（２０）の一方の側部には、ノズル形状の第１圧力チャンネル（２４）と第２の圧力チャンネル（２５）が並んで結合される。第１圧力チャンネル（２４）は例えば、排気系・後処理装置の前段に接続されて第２の圧力チャンネル（２５）は、排気ガス後処理装置の後段に接続することができる。第１チャンバー（１１）は第１圧力チャンネル（２４）と連通して、第２チャンバー（１２）は、第２圧力チャンネル（２５）と連通している。したがって、第１チャンバー（１１）と第２チャンバー（１２）の差圧を測定すると、排気系・後処理装置の前段と後段との間の差圧を測定することができる。
基板（３０）は、本体（２０）の内部に第２チャンバー（１２）を覆うように配置される。基板（３０）は、分離壁（１３）と支持部（１４）によって支持される。基板（３０）にはセンサ素子（４０）、積層セラミックコンデンサなどの電子部品（３１）、端子（３２）などが設置されている。ハウジング（１０）には、高温の排気ガスが流入されるため、基板（３０）はセラミック基板であることが望ましい。基板（３０）はセンサ素子（４０）を支持する役割だけでなく、第２シール部（８０）と一緒に第２チャンバー（１２）を第１チャンバー（１１）に対して密封する役割をする。
基板（３０）には、開口（３３）が形成され、センサ素子（４０）はこの開口（３３）が形成された部分に設置される。開口（３３）はセンサ素子（４０）の下部に第２チャンバー（１２）の圧力を提供することである。センサ素子（４０）の周囲には、長方形の枠形のセンサ素子バリア（３４）が配置され、センサ素子バリア（３４）の内部には排気ガス中の有害物質からセンサ素子（４０）を保護するためのゲル（３５）が満たされることがある。ゲルは、フルオロシリコーンゲルであることがある。
センサ素子（４０）は例えば、圧力に敏感なメンブレンを備えたシリコン系半導体圧力センサを含むことがある。センサ素子（４０）の下部には、基板（３０）の開口（３３）を介して第２のチャンバー（１２）の圧力が伝えられて、センサ素子（４０）の上部には、第１チャンバー（１１）の圧力がゲル（３５）を介して伝達される。センサ素子（４０）は、上部と下部の圧力差に応じた電気信号を発生させ、この電気信号は、基板（３０）に形成された配線と電子部品（３１）を介して基板（３０）の端子（３２）に伝達される。
本体（２０）の右側には、外部装置との結合のためのコネクタ部（１６）が形成されており、コネクタ部（１６）にはリードフレーム（５０）が設置される。リードフレーム（５０）の一端は、ハウジング（１０）の内部に延長され、他端はハウジング（１０）の外部に向かって延長される。リードフレーム（５０）のハウジング（１０）の内部に延長された一端と基板（３０）の端子（３２）は導線（６０）によって電気的に接続されている。導線（６０）は、ワイヤーボンディングによってリードフレーム（５０）と端子（３２）に接続されている。導線（６０）は、アルミニウム線であることがある。センサ素子（４０）の電気信号は、リードフレーム（５０）を介して、センサ素子（４０）の電気信号を処理することができる外部デバイスに伝達される。
図３は、図１に示された差圧センサの一部を示す図である。図３に示すように、リードフレーム（５０）は、電気的に分離された第１リードフレーム（５１）、第２リードフレーム（５２）、第３リードフレーム（５３）とを含んでいる。ここで、第２リードフレーム（５２）と第３リードフレーム（５３）の端子側の一端部は互いに交錯するよう構成される。もう少し詳しく説明すると、第３リードフレーム（５３）は第２リードフレーム（５２）の方向に延長された第３リードフレーム延長部（５３１）を含み、第２リードフレーム（５２）は、第３リードフレーム延長部（５３１）と並んで第３リードフレーム（５３）の方向に延長された第２フレームの延長部（５２１）を含む。また、第２リードフレーム（５２）の第２フレームの延長部（５２１）の反対方向の末端（５２２）は、第２リードフレーム（５２）と第１リードフレーム（５１）との間の空間に延長される。
このような構成は、ピンマップ（Ｐｉｎ Ｍａｐ）の変化に関係なく、端子（３２）とリードフレーム（５０）を接続するリード線が交差されないようにすることである。図３に示すように、ピンマップが変化する場合、導線（６０）の長さとボンディングの位置だけ調整すると導線の交差無しに端子（３２）とリードフレーム（５０）を電気的に接続することができる。
図３の（ａ）に示すように、第１リードフレーム（５１）が電圧入力端に接続されて第２リードフレーム（５２）と第３リードフレーム（５３）がそれぞれ電圧出力段及び接地とに接続された場合には、基板の端子（３２）の中間の端子を第３リードフレーム延長部（５３１）と接続して、右側の端子を第２のリードフレームの延長部（５２１）と接続する。交錯した一端部に導線（６０）を接続するため導線が交差されないという長所がある。導線が交差されるとショートすることがある。図３の（ｂ）に示すように、第２リードフレーム（５２）と第３リードフレーム（５３）がそれぞれ接地及び電圧出力端子とに接続されている場合には、一般的な接続方法と同様に基板の端子（３２）の中間の端子を第２リードフレーム（５２）と接続して、右側の端子を第３リードフレーム（５３）と接続する。
再び、図１と２を参照すると、本体（２０）とカバー（２１）が接する領域には、本体（２０）を密封するための第１シール部（７０）が配置される。第１シール部（７０）は接着ボンドで成り立つことができる。第１シール部（７０）は、本体（２０）の外壁に沿って形成された結合溝（１７）内に塗布される。第１シール部（７０）は、概ね長方形の形になる。
第２シール部（８０）は、本体（２０）の分離壁（１３）と支持部（１４）などの第２チャンバー（１２）の側壁をなす構造の上面に形成された概ね正方形である溝（１５）に塗布される。第２シール部（８０）は、第２チャンバー（１２）を第１チャンバー（１１）に対して密封する役割をする。
また、センサ素子（４０）と端子（３２）との間の基板（３０）には、カバー（２１）の方向に突出したバリア（１８）が設置される。バリア（１８）は、ハウジング（１０）の内壁と一緒に基板（３０）に設置された電子部品（３１）、端子（３２）、導線（６０）、リードフレーム（５０）との一部を囲む領域を形成する。この領域には、電子部品（３１）、端子（３２）、導線（６０）とリードフレーム（５０）を排気ガスから保護するための充填剤（９０）が満たされる。充填剤（９０）は、フルオロシリコーンゲルであることができる。バリア（１８）は、本体（２０）の内壁に形成されたガイド（１９）に固定されることがある。
以下、上述した構成の差圧センサの組立方法を図面を参照して説明する。
まず、図４に示すように、本体（２０）の第２チャンバー（１２）の周囲の分離壁（１３）と支持部（１４）などに形成された溝（１５）に第２シール部（８０）をなす接着剤を塗布する。
まず、図４に示すように、本体（２０）の第２チャンバー（１２）の周囲の分離壁（１３）と支持部（１４）などに形成された溝（１５）に第２シール部（８０）をなす接着剤を塗布する。
次に、図５に示すように、センサ素子（４０）と電子部品（３１）が設置された、基板（３０）に第２チャンバー（１２）の開放された上面を覆う。基板（３０）と第２チャンバー（１２）の接触部は第２シール部（８０）によって密封される。
次に、図６に示すように、ワイヤーボンディングを介して基板（３０）の端子（３２）とリードフレーム（５０）の一端を電気的に接続する。
次に、図７に示すように、基板（３０）に接着剤を塗布した後、バリア（１８）を本体（２０）の内壁に形成されたガイド（１９）に挟んで固定する。
次に、図８に示すように、バリア（１８）と本体（２０）の内壁によって形成された空間に充填剤（９０）を満たす。
最後に、図９に示すように、本体（２０）の結合溝（１７）に第１シール部（７０）をなす接着剤を塗布して、カバー（２１）を本体（２０）に挟んで本体（２０）上部を密封する。
以下は上述した差圧センサの設置と動作について説明する。
第１圧力チャンネル（２４）を排気系・後処理装置の前段に接続し、第２圧力チャンネル（２５）を後段に接続すると、センサ素子（４０）の下部には、基板（３０）の開口（３３）を介して第２チャンバー（１２）（第２圧力チャンネル）の圧力が伝達されて、センサ素子（４０）の上部には、センサ素子（４０）を覆っているゲル（３５）を介して第１チャンバー（１１）（第１圧力チャンネル）の圧力が伝達される。センサ素子（４０）は、差圧に応じた電気信号を発生させる。この電気信号は、基板（３０）の配線と電子部品（３１）を介して基板（３０）の端子（３２）に伝達される。そして、端子（３２）とリードフレーム（５０）を電気的に接続するリード線（６０）を介してリードフレーム（５０）に伝達される。リードフレーム（５０）に伝達された電気信号は、本体（２０）のコネクタ部（１６）に接続された外部デバイスに伝達される。外部デバイスは、差圧を測定し、排気系・後処理装置の状態を判断する。
第１圧力チャンネル（２４）を排気系・後処理装置の前段に接続し、第２圧力チャンネル（２５）を後段に接続すると、センサ素子（４０）の下部には、基板（３０）の開口（３３）を介して第２チャンバー（１２）（第２圧力チャンネル）の圧力が伝達されて、センサ素子（４０）の上部には、センサ素子（４０）を覆っているゲル（３５）を介して第１チャンバー（１１）（第１圧力チャンネル）の圧力が伝達される。センサ素子（４０）は、差圧に応じた電気信号を発生させる。この電気信号は、基板（３０）の配線と電子部品（３１）を介して基板（３０）の端子（３２）に伝達される。そして、端子（３２）とリードフレーム（５０）を電気的に接続するリード線（６０）を介してリードフレーム（５０）に伝達される。リードフレーム（５０）に伝達された電気信号は、本体（２０）のコネクタ部（１６）に接続された外部デバイスに伝達される。外部デバイスは、差圧を測定し、排気系・後処理装置の状態を判断する。
以上で説明された実施例は、本発明の好適な実施例を説明したものに過ぎず、本発明の権利範囲は、説明された実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想と特許請求の範囲内で、この分野の当業者によって様々な変更、変形または置換が可能であり、そのような実施例は、本発明の範囲に属するものと理解されるべきである。
１０：ハウジング
１１：第１チャンバー
１２：第２チャンバー
１３：隔壁
１４：支持部
１５：ホーム
１６：コネクタ部
１７：結合溝
１８：バリア
１９：ガイド
２０：本体
２１：カバー
２４：第１圧力チャンネル
２５：第２圧力チャンネル
３０：基板
３１：電子部品
３２：端子
３３：開口
３４：センサ素子バリア
３５：ゲル
４０：センサ素子
５０：リードフレーム
５１：第１リードフレーム
５２：第２リードフレーム
５３：第３リードフレーム
６０：導線
７０：第１シール部
８０：第２シール部
９０：充填剤
１１：第１チャンバー
１２：第２チャンバー
１３：隔壁
１４：支持部
１５：ホーム
１６：コネクタ部
１７：結合溝
１８：バリア
１９：ガイド
２０：本体
２１：カバー
２４：第１圧力チャンネル
２５：第２圧力チャンネル
３０：基板
３１：電子部品
３２：端子
３３：開口
３４：センサ素子バリア
３５：ゲル
４０：センサ素子
５０：リードフレーム
５１：第１リードフレーム
５２：第２リードフレーム
５３：第３リードフレーム
６０：導線
７０：第１シール部
８０：第２シール部
９０：充填剤
Claims (7)
- 本体とカバーを含み、その内部に互いに分離された第１チャンバーと第２チャンバーが形成されたハウジングと、
前記第１チャンバーと連通された第１圧力チャンネル及び前記第２チャンバーと連通した第２圧力チャンネルと、
電子部品が搭載されて端子が形成され、前記第１チャンバーと面する第１面とその第１面と平行して前記第２チャンバーと面する第２面を備えて、前記第２のチャンバーを覆う基板と、
前記基板の第１面に、前記第１チャンバーと第２チャンバーの圧力差に応じた電気信号を発生させるように設置されたセンサ素子と、
前記ハウジングに設置され、その一端が前記第１チャンバーの内部に延長され、前記センサ素子の電気信号を外部装置に転送するように構成されたリードフレームと、
前記センサ素子の電気信号を前記リードフレームに伝達するために、前記基板の端子と前記リードフレームを接続するリード線と、
前記本体とカバーが接する領域に配置されて、前記第１チャンバーを外部に対して密封する第１シール部と、
前記基板と前記本体が接する領域に配置されて、前記第２のチャンバーを前記第１チャンバーに対して密封する第２シール部とを含む差圧センサ。 - 前記基板の電子部品、端子及び導線を保護するために、前記基板の電子部品、端子及び導体を包む充填剤をさらに含む、請求項１に記載の差圧センサ。
- 前記充填剤は、ゲル状態である、請求項２に記載の差圧センサ。
- 前記センサ素子と、前記端子間で、前記基板から前記カバーの方向に突出したバリアをさらに含み、前記充填剤は、前記バリアと前記ハウジングの内壁たちによって囲まれた領域に塗布された、請求項２に記載の差圧センサ。
- 前記電子部品は、積層セラミックコンデンサを含み、前記導線はアルミニウム線の請求項１に記載の差圧センサ。
- 前記基板はセラミック基板である、請求項１に記載の差圧センサ。
- 前記リードフレームは、互いに電気的に分離された第１リードフレーム、第２リードフレーム及び第３リードフレームとを含んでおり、前記第２のリードフレームの一端部の少なくとも一部分と前記第３リードフレームの一端部の少なくとも一部が互いに交錯するよう構成された、請求項１に記載の差圧センサ。
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