JP2019023566A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で、被水や結露などに対して耐性がある圧力センサを提供する。
【解決手段】第１素子を収納する第１収納部と、第２素子１２を収納する第２収納部２２と、第１収納部と第２収納部２２とを隔離する隔壁２３と、を有し、第１素子は第１収納部内に配置され、第１収納部に第１の気体が導入される第１の開口部２０ａが設けられており、第２素子１２は、第２収納部２２内に第１素子の検知面と第２素子１２の検知面１２ａとが同一の方向を臨むように配置され、第２収納部２２に第２の気体が導入される第２の開口部２０ｂ、２０ｃが設けられており、第２収納部２２は、第２の開口部２０ｂ、２０ｃが第１の開口部２０ａと異なる方向に開放して設けられている。
【選択図】図１２

Description

本発明は、気体の圧力を検出する圧力センサに関し、特に、異なる２つの気体をケースに導入し、その差圧を検出する圧力センサに関する。

気体の圧力を検出する圧力センサは、真空を基準として絶対圧を測定する絶対圧タイプ、大気圧を基準として正圧または負圧を測定したり、異なる２つの圧力の差圧を測定したりする差圧タイプに分類される。

差圧タイプでは、半導体ダイヤフラム式の検知面を有する感圧センサ素子の表面側および裏面側に気体を導入する圧力センサが一般的である。この圧力センサにおいては、感圧センサ素子の裏面側が台座等を介してケースに接着され、台座に設けられた圧力導入孔によって裏面側の圧力を受圧していた。この圧力導入孔は細くしなければならないため、被水や結露によって水が浸入することで、圧力の測定に支障が出ることがある。またその水が凍結するとその膨張でセンサ素子が破壊される恐れがある。そのため、特許文献１に開示された圧力センサでは、感圧センサ素子の両面を柔らかいゲルやオイルの保護部材で覆うことで水などの進入を防いでいる。

図１７は、特許文献１の圧力センサを示す断面図である。ケース９１０は、ターミナルピン９１０ａがインサート成形されたコネクタケース部９１１、このコネクタケース部９１１に接合されてそれぞれ第１の圧力導入通路９２１、第２の圧力導入通路９２２を構成する第１の圧力ポート部９１２、第２の圧力ポート部９１３よりなる。チップ９３０は、シリコン半導体等の半導体基板よりなり、その一面側に薄肉部としてのダイヤフラムを有し、他面側に異方性エッチング等により形成された凹部９３２を有する半導体ダイヤフラム式のセンシング部である。そして、チップ９３０の裏面には、ガラス等よりなる台座９４０が接合され、チップ９３０と一体化されている。チップ９３０は、この台座９４０を介して、凹部９１１ａの底面に接着剤により接着され、ケース９１０に収納固定されている。台座９４０には、第２の圧力導入通路９２２の一部としての孔部９４１が形成されている。この孔部９４１の通路面積はチップ９３０における凹部９３２の開口面積よりも小さいものとしている。さらに、ケース９１０に、チップ９３０の表面を被覆する第１の保護部材９７０が設けられているとともに、第２の圧力導入通路９２２内への異物の侵入を防止するための第２の保護部材９８０が第２の圧力導入通路９２２内に充填された構成を有している。

第１の保護部材９７０は、コネクタケース部９１１の凹部９１１ａ内に充填され、チップ９３０の表面、ワイヤ９６０、ワイヤ９６０とターミナルピン９１０ａとの接続部、台座９４０を被覆して保護している。第２の保護部材９８０は、第２の圧力導入通路の一部としての台座９４０の孔部９４１内に充填されるとともに、この孔部９４１からはみ出して、第２の圧力導入通路９２２のうち圧力導入部９１３ａ側にまで充填されている。第２の保護部材９８０は、例えば、フロロシリコーンゲルにフロロシリコーン系オイルが３０〜３５％添加されたものを、真空中で注入するか、あるいは注入後真空脱泡して、図１７の状態に配設されている。

特許第４３２０９６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された圧力センサの構造の場合には、被水や結露などに対して耐性がある圧力センサとするために、細い穴の中にゲルないしオイルを充填しなければならないため、製造が煩雑になる。また、チップ９３０を小型化しようとすると、台座９４０の孔部９４１をさらに細くして、通路面積を小さくしなければならず、そのような圧力センサの製造は困難であった。

本発明は、上述した課題を解決するもので、従来の差圧タイプに比べて、製造が容易で、被水や結露などに対して耐性がある圧力センサを提供することを目的とする。

本発明の圧力センサは、検知面を有し、圧力を検知可能な感圧センサ素子と、前記検知面に気体が接するように前記感圧センサ素子が配置されるケースと、を備え、気体の圧力を電気信号に変換する圧力センサにおいて、前記感圧センサ素子は、内部に圧力基準室が設けられ、前記検知面に第１の気体が接するように配置される第１素子と、内部に圧力基準室が設けられ、前記検知面に第２の気体が接するように配置される第２素子と、を有し、前記第１の気体と前記第２の気体との差圧を測定可能とするように電気接続され、前記ケースは、前記第１素子を収納する第１収納部と、前記第２素子を収納する第２収納部と、前記第１収納部と前記第２収納部とを隔離する隔壁と、を有し、前記第１素子は前記第１収納部内に配置され、前記第１収納部に前記第１の気体が導入される第１の開口部が設けられており、前記第２素子は、前記第２収納部内に前記第１素子の前記検知面と前記第２素子の前記検知面とが同一の方向を臨むように配置され、前記第２収納部に前記第２の気体が導入される第２の開口部が設けられており、前記第２収納部は、前記第２の開口部が前記第１の開口部と異なる方向に開放して設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、異なる方向からの２つの気体の差圧を測定する感圧センサ素子として圧力導入孔のない絶対圧タイプの感圧センサ素子を２個用いるとともに、それぞれの検知面が同一方向を臨むように配置されているので、製造が容易である。さらに、圧力導入孔のない感圧センサ素子であるので、被水や結露などに対して耐性がある。したがって、従来の差圧タイプに比べて、製造が容易で、被水や結露などに対して耐性がある圧力センサを提供することができる。

また、本発明の圧力センサは、前記第２収納部が前記第２の開口部を少なくとも２箇所以上有することが好適である。

この構成によれば、第２の開口部の１箇所が被水・結露しても他のところで圧力がかかるようにできる。

また、本発明の圧力センサは、前記第２の開口部が、前記ケースの外面部から前記第２素子の前記検知面に向かって延設された導入孔の前記外面部に位置する開口であって、前記導入孔が、前記第２素子の前記検知面に対して、前記検知面を平面視したときに異なる２方向から延設されるように配置されていることが好ましい。

この構成によれば、一方を被水・結露し易い側に配置するとともに、他方を被水・結露し難い側に配置することで、他方側でより確実に気圧測定ができる。

また、本発明の圧力センサにおいて、前記導入孔の少なくとも１つは、前記導入孔が延設する方向に対して直交する断面の面積が、他の前記導入孔より大きいものとすることができる。

この構成によれば、導入孔の少なくとも１つの断面積をより大きくすることによって、被水したときの水抜きを容易にし、被水・結露を防止し易くなる。

また、本発明の圧力センサは、前記第２の開口部が、前記検知面を平面視したとき、前記第２素子を挟んで対向する第１方向側と第２方向側とに配置され、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向を長手方向とする長穴形状であることが好適である。

この構成によれば、長穴形状にすることで、傾けて配置すると水抜きが容易になり、より確実に被水することを避けることができる。

また、本発明の圧力センサにおいて、前記ケースは、前記第１素子および前記第２素子が固定される固定部が設けられたモールド基板と、前記第２の開口部が設けられたハウジングと、これらの部材間に配置される封止材と、前記第２素子の前記検知面に対向して離間配置されるキャップと、を有し、前記隔壁が前記モールド基板と前記ハウジングと前記キャップと前記封止材とからなることが好適である。

この構成によれば、ケースを複数部材の接合で構成することにより、製造が容易である。

本発明によれば、異なる方向からの２つの気体の差圧を測定する感圧センサ素子として圧力導入孔のない絶対圧タイプの感圧センサ素子を２個用いるとともに、それぞれの検知面が同一方向となるように配置されているので、製造が容易である。さらに、圧力導入孔のない感圧センサ素子であるので、被水や結露などに対して耐性がある。したがって、従来の差圧タイプに比べて、製造が容易で、被水や結露などに対して耐性がある圧力センサを提供することができる。

本発明の第１実施形態の圧力センサを示す斜視図である。 第１実施形態の圧力センサを示す底面図である。 第１実施形態の圧力センサを示す平面図である。 第１素子および第２素子を示す説明図であり、図４（ａ）は大気圧下での模式断面図であり、図４（ｂ）は高圧下での模式断面図である。 第１実施形態のモールド基板を示す平面図である。 第１実施形態において、第１素子と第２素子と回路基板とが実装されたモールド基板を示す平面図である。 第１実施形態のハウジングを示す斜視図である。 図７に示すハウジングの平面図である。 第１実施形態において、第１素子と第２素子と回路基板とが実装されたモールド基板を収容したハウジングの平面図である。 第１実施形態において、キャップを取り付けた状態のモールド基板を収容したハウジングの平面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線で切断した断面図である。 図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断した断面図である。 本発明の第２実施形態の圧力センサを示す底面図である。 第２実施形態の圧力センサを示す平面図である。 第２実施形態において、第１素子と第２素子と回路基板とが実装されたモールド基板を収容したハウジングの平面図である。 第２実施形態において、キャップを取り付けた状態のモールド基板を収容したハウジングの平面図である。 従来の圧力センサを示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、分かりやすいように、図面は寸法を適宜変更している。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の圧力センサ１を示す斜視図である。図２は、圧力センサ１を示す底面図である。図３は、圧力センサ１を示す平面図である。図４は、第１素子１１を示す説明図であり、図４（ａ）は大気圧Ｐ０下での模式断面図であり、図４（ｂ）は高圧Ｐ１下での模式断面図である。図５は、モールド基板３１を示す平面図である。図６は、第１素子１１と第２素子１２と回路基板１５とが実装されたモールド基板３１を示す平面図である。図７は、ハウジング３２を示す斜視図である。図８は、図７に示すハウジング３２の平面図である。図９は、第１素子１１と第２素子１２と回路基板１５とが実装されたモールド基板３１を収容したハウジング３２の平面図である。図１０は、キャップ３３を取り付けた状態のモールド基板３１を収容したハウジング３２の平面図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線で切断した断面図である。図１２は、図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断した断面図である。なお、図９〜図１２では、塗布されている保護材４０を省略して、第１素子１１および第２素子１２ならびに検知面１１ａ、１２ａが分かるように図示している。また、図１１および図１２では、ボンディングワイヤを省略して、断面図を見やすくしている。

本発明の第１実施形態の圧力センサ１は、図１および図３に示すように、Ｚ１方向にケース２０の第１の開口部２０ａが設けられている。第１の開口部２０ａの反対方向には、図２に示すように、ケース２０の第２の開口部２０ｂ、２０ｃが設けられている。

圧力センサ１は図示しない被取り付け部に取り付けられ、このとき、第１の開口部２０ａに第１の気体が接するとともに、第２の開口部２０ｂ、２０ｃに第２の気体が接するように配置される。

本実施形態の圧力センサ１は、感圧センサ素子１０として、第１の気体が接するように配置された第１素子１１と、第２の気体が接するように配置された第２素子１２とを有し、これらの素子で第１の気体と第２の気体との差圧を測定する差圧センサである。

第１素子１１は、シリコン半導体等の半導体基板に製作された箱型の外観の圧力センサである。第１素子１１は、図４（ａ）に示すように、一面（Ｚ１側の面）側に薄いダイヤフラムが配置された検知面１１ａが設けられ、ダイヤフラムの内側に空洞の圧力基準室１１ｂが設けられ、検知面１１ａ側と圧力基準室１１ｂ内との圧力差によるダイヤフラムの撓みが抵抗変化として検知可能である。圧力基準室１１ｂは、大気圧Ｐ０に比べて充分に減圧された、いわゆる真空に保持されている。これにより、第１素子１１は真空を基準とした絶対圧タイプの圧力センサを構成する。大気圧Ｐ０でのダイヤフラムの撓みに対して、図４（ｂ）に示すように、検知面１１ａ側の圧力が高圧Ｐ１だと撓みが大きくなる。また、大気圧Ｐ０より圧力が低いと、撓みが小さくなる。

第２素子１２は、シリコン半導体等の半導体基板に製作された箱型の外観の圧力センサである。第２素子１２は、図４（ａ）に示すように、薄いダイヤフラムの一面側に検知面１２ａが設けられ、内面側に空洞の圧力基準室１２ｂが設けられて、検知面１２ａ側と圧力基準室１２ｂ内との圧力差によるダイヤフラムの撓みが抵抗変化として検知可能である。圧力基準室１２ｂは、大気圧Ｐ０に比べて充分に減圧された、いわゆる真空に保持されている。これにより、第２素子１２は真空を基準とした絶対圧タイプの圧力センサを構成する。大気圧Ｐ０でのダイヤフラムの撓みに対して、図４（ｂ）に示すように、検知面１１ａ側の圧力が高圧Ｐ１だと撓みが大きくなる。また、大気圧Ｐ０より圧力が低いと、撓みが小さくなる。なお、本実施形態では、第２素子１２が、第１素子１１と同じ外観形状、同じダイヤフラム厚で、同じ感圧性能である。

第１素子１１および第２素子１２は、図５に示すモールド基板３１に配設される。モールド基板３１は、後述するように、ケース２０の一部を構成する。

モールド基板３１は絶縁性の合成樹脂からなり、導電部材３１ｄと一体にインサート成形されたものである。合成樹脂には、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やフェノール樹脂等が用いられる。導電部材３１ｄは、導電性の金属板から所望のパターン形状に加工されたものである。導電部材３１ｄは、一部分がモールド基板３１に形成された凹部に露出している。モールド基板３１の凹部は、第１素子１１を収納する第１収納部２１と、第２素子１２を収納する第２収納部２２とを構成する。第１収納部２１および第２収納部２２となる凹部には、第１素子１１および第２素子１２が固定される固定部３１ａが設けられている。また、モールド基板３１を平面視して、第２収納部２２の固定部３１ａのＸ１側およびＸ２側には、Ｚ１−Ｚ２方向に貫通する貫通孔３１ｂ、３１ｃが設けられている。さらに、モールド基板３１に一体化された導電部材３１ｄは、部分的にモールド基板３１の側面から突出している。

そして、モールド基板３１の固定部３１ａに接着材が塗布されて、第１素子１１および第２素子１２が、図６に示すように固定される。このとき、第１素子１１の検知面１１ａと第２素子１２の検知面１２ａとに対向する裏面側が固定部３１ａに接着され、かつ、検知面１１ａおよび検知面１２ａが同一の高さで同一の方向を臨むように配置される。

モールド基板３１に一体化された導電部材３１ｄは、第１素子１１および第２素子１２にそれぞれ形成された接続端子（図示しない）とボンディングワイヤによって電気接続される。また、モールド基板３１には、第１素子１１および第２素子１２の抵抗値を検出して電気信号を出力する回路基板１５が、導電性接着材によって固定され、モールド基板３１から露出した導電部材３１ｄとボンディングワイヤによって電気接続される。なお、第１素子１１および第２素子１２と回路基板１５とは、ボンディングワイヤの実装面が同一面に並んでおり、１回のボンディング工程で一括してボンディングワイヤを結線することができる。なお、ボンディング工程後に、第１素子１１および第２素子１２ならびにボンディングワイヤを保護する保護材４０が塗布される。図６は、この保護材４０が塗布される前の状態である。

モールド基板３１は、図７および図８に示すハウジング３２に収容される。ハウジング３２は、後述するように、ケース２０の一部を構成する。

ハウジング３２は、合成樹脂からなり、モールド基板３１を収容する本体部３２ａと、電気信号を出力するための電気ケーブルを接続するコネクタ部３２ｅとを有している。合成樹脂には、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やナイロン樹脂等が用いられる。また、本体部３２ａとコネクタ部３２ｅとの間を貫通する端子部材３２ｄが配設されて、コネクタ端子を構成している。端子部材３２ｄは導電性の金属材からなり、本体部３２ａに接着材で固定されている。本体部３２ａは、Ｚ１側が開口した箱状で、Ｚ２側の板面からＺ１側に突出する筒状部３２ｂ、３２ｃが設けられている。この筒状部３２ｂ、３２ｃは、導入孔２４ｂ、２４ｃを備えている。導入孔２４ｃは、筒状部３２ｂの内部で２つに分割されており、導入孔２４ｃが延設する方向に対して直交する断面の面積が小さくなっている。導入孔２４ｂは、導入孔２４ｂが延設する方向に対して直交する断面の面積が、導入孔２４ｃの断面の面積より大きい。

モールド基板３１は、図９に示すように配置されて、貫通孔３１ｂ、３１ｃに筒状部３２ｂ、３２ｃが挿入され、ハウジング３２の本体部３２ａに収容される。そして、モールド基板３１の導電部材３１ｄが、端子部材３２ｄに電気接続される。さらに、図１０に示すように、封止材３４によって固定される。また、第２収納部２２のＺ１側の開口には、第２素子１２の検知面１２ａに対向してキャップ３３が離間配置されて、接着材で固定される。

モールド基板３１とハウジング３２との部材間には封止材３４が塗布され、モールド基板３１とハウジング３２とキャップ３３と封止材３４によって隔壁２３を備えたケース２０が構成される。封止材３４は、エポキシ樹脂等の、耐環境性に優れた硬化型の合成樹脂からなり、気密性を保持するとともに、差圧が加わっても変形しない剛性を有する。図１１に示すように、第２収納部２２は、キャップ３３が接合されており、モールド基板３１とキャップ３３とによって第１の開口部２０ａから区画されている。また、図９に示すように、モールド基板３１には、検知面１２ａを平面視したときに異なる２方向（Ｘ１側およびＸ２側）に貫通孔３１ｂ、３１ｃが設けられている。そして、図１１および図１２に示すように、第２収納部２２は筒状部３２ｂ、３２ｃの導入孔２４ｂ、２４ｃ以外がモールド基板３１、キャップ３３、ハウジング３２、および封止材３４によって構成された隔壁２３で囲まれた状態となる。図１２に示すように、第２収納部２２に連通している導入孔２４ｂ、２４ｃは、ハウジング３２のＺ２側に開口している。第２の開口部２０ｂ、２０ｃは、第２収納部２２の導入孔２４ｂ、２４ｃのハウジング３２の外面部に位置する開口である。

この工程後に、図３に示すように、保護部材４４を塗布し、回路基板１５およびワイヤボンディングが第１の気体に曝されないように保護される。図３ではキャップ３３も保護部材４４で覆われている。なお、図３では第１収納部２１に塗布されている保護材４０を省略せずに示している。保護材４０は、封止材３４とは異なり、気体の圧力を検知面１１ａ、１２ａに伝達可能な弾性を有する合成樹脂である。具体的には、フロロシリコーンゲルあるいはフッ素ゲル等を用いることができる。以上の工程例では、モールド基板３１をハウジング３２の本体部３２ａに収容してからキャップ３３を接合して保護部材４４を塗布するとしたが、ボンディング工程および保護材４０の塗布工程後のモールド基板３１にキャップ３３の接合工程および保護部材４４の塗布工程を続けて、その後にハウジング３２の収容部に封止材３４を塗布してからモールド基板３１を配置する順にしてもよい。

第１素子１１は、図１１に示すように、モールド基板３１を隔壁２３とする第１収納部２１に配置されている。この第１収納部２１には、第１の気体が導入される第１の開口部２０ａが設けられており、本実施形態の圧力センサ１では、ハウジング３２の本体部３２ａが検知面１１ａ側（Ｚ１側）に開口して、第１の開口部２０ａを構成している。なお、第１の開口部２０ａに第１の気体を導入するために、ハウジング３２に図示しない筒状の第１のポート部を取り付けることができる。

本実施形態の圧力センサ１では、第２収納部２２の第２の開口部２０ｂ、２０ｃが、第１の開口部２０ａとは反対のＺ２側に、ハウジング３２の外面部の２箇所で開放されている。また、これらの第２の開口部２０ｂ、２０ｃに第２の気体を導入するために、図示しない第２のポート部を筒状に設けるようにしてもよい。

上記のように、本実施形態では、ケース２０を構成するモールド基板３１とハウジング３２を別体として、封止材３４によって固定するようにしたので、それぞれ、合成樹脂を成形するための金型の構成が簡単になる。また、ボンディング工程におけるモールド基板３１を支持しやすいから、第１素子１１および第２素子１２のボンディング工程が安定する。したがって、実装工程を含む製造工程が容易になる。なお、モールド基板３１を別体で用意する代わりに、ハウジング３２に導電部材３１ｄを一体化して、第１素子１１および第２素子１２をハウジング３２に固定する構成とすることも可能である。この場合は、ハウジング３２に凹部を設けて、第１収納部２１および第２収納部２２とするようにして、第１収納部２１と第２収納部２２とを隔離するとともに、ハウジング３２に第２の開口部２０ｂ、２０ｃを設けておけばよい。

次に、本実施形態の圧力センサ１による差圧の測定原理について説明する。

第１の開口部２０ａを有する第１収納部２１と、第１の開口部２０ａとは反対の方向に設けられた第２の開口部２０ｂ、２０ｃを有する第２収納部２２とが、ケース２０の隔壁２３によって隔離されている。第１収納部２１に収納された第１素子１１は、第１の開口部２０ａから導入される第１の気体の圧力に応じて抵抗値が変化する絶対圧タイプの圧力センサである。ボンディングワイヤと導電部材３１ｄを介して接続された回路基板１５から第１素子１１に所定の電流を通電することによって、出力端子間には抵抗値に対応した電圧が発生して回路基板１５に入力される。同様に、第２収納部２２に収納された第２素子１２は、第２の開口部２０ｂ、２０ｃから導入される第２の気体の圧力に応じて抵抗値が変化する絶対圧タイプの圧力センサである。ボンディングワイヤと導電部材３１ｄを介して接続された回路基板１５から第２素子１２に所定の電流を通電することによって、出力端子間には抵抗値に対応した電圧が発生して回路基板１５に入力される。回路基板１５では、第１素子１１からの入力電圧と第２素子１２からの入力電圧との差分を出力する処理が行われ、２つの気体の差圧に応じた電気信号が出力される。

本実施形態の圧力センサ１は、回路基板１５を内蔵し、差圧に応じた電気信号が出力される構成である。なお、回路基板１５を内蔵せず、それぞれの抵抗値を、コネクタ端子に接続された外部の回路で測定して差圧の電気信号に変換するように構成してもよい。また、回路基板１５を第１素子１１および第２素子１２のそれぞれの絶対圧を電気信号として出力する回路構成として、コネクタ端子に接続された外部の回路でも差圧を算出するシステム構成としてもよい。

次に、本実施形態の圧力センサ１の特徴部分について、従来の差圧タイプの圧力センサと比較して説明する。

本実施形態の圧力センサ１は、感圧センサ素子１０として絶対圧タイプの第１素子１１および第２素子１２を用いている。差圧タイプの圧力センサが検知面を有するダイヤフラムの裏面側に気体を導入する圧力導入孔が設けられているのに対し、図４に示すように、絶対圧タイプの第１素子１１および第２素子１２には圧力導入孔がない。圧力導入孔を設ける必要がないため、構造が単純であるとともに、検知面を有するダイヤフラム以外の部分を高剛性の構造体とすることができる。また、差圧タイプの圧力センサでは、ダイヤフラムの面積より圧力導入孔の断面の面積を小さくする必要があるので、圧力導入孔の加工上の制約からダイヤフラムの面積を小さくすることが困難である。また、差圧タイプの圧力センサでは、導入する気体に水分等の凝縮性物質が含まれていると、圧力導入孔やダイヤフラムの裏面の圧力室で液化したり固体化したりして、気体の導入が妨げられる心配がある。この点でも、絶対圧タイプの第１素子１１および第２素子１２はほとんど心配する必要がなくなる。

また、差圧タイプの圧力センサは固定する接着材を介しての機械的な応力に敏感であり、応力による測定誤差を生じやすい。特に、測定環境の温度が刻々と変動する場合には、接着材との熱膨張の差による熱応力も加わり、温度補正後の測定誤差が大きくなりやすい。これに対して、本実施形態の圧力センサ１における絶対圧タイプの第１素子１１および第２素子１２では、固定される裏面側の機械的強度が高いので、これらの測定誤差が小さい。

一方、差圧タイプの圧力センサは接続するボンディングワイヤの本数が最小で済む。本実施形態の圧力センサ１は、第１素子１１および第２素子１２を別々のボンディングワイヤで接続する必要があるため、ボンディングワイヤの本数が多くなっている。しかしながら、第１素子１１および第２素子１２の実装面が同一方向で高さが同一高さであるため、ボンディング工程での手間はほとんど増えない。したがって、ボンディングワイヤの本数が多くなっても実質的な製造の容易さには影響しない。なお、本実施形態の圧力センサ１と異なり、２個の絶対圧タイプの感圧センサ素子１０の実装面を異ならせるように配置する場合には別々にボンディングを行う等の必要があり、製造の容易さは得られなくなる。この問題は、回路基板１５を別方向の実装面とする場合でも生じる。したがって、本実施形態の圧力センサ１のように実装面を同一高さで同一方向にすることが、製造の容易さをもたらすポイントである。また、製造における不良の発生が少ない。

また、差圧タイプの圧力センサは、通常、異なる方向からの２つの気体の差圧を測定するように構成されている。本実施形態の圧力センサ１では、第１素子１１の検知面１１ａおよび第２素子１２の検知面１２ａが同一の方向を臨むように配置している。通常の差圧タイプの圧力センサと導入する気体の方向を同じにするために、第２素子１２を収納する第２収納部２２に第２の開口部２０ｂ、２０ｃを検知面１１ａおよび検知面１２ａと反対の側に設けている。これにより、２つの気体の導入方向を通常の差圧タイプの圧力センサと同じにすることができ、通常の差圧タイプの圧力センサを使用している機器に適用することが容易になる。

また、差圧タイプの圧力センサは、薄いダイヤフラムが２つの気体を隔離する隔離壁の一部になっている。しかしながら、シリコン半導体等のダイヤフラムが破断した場合には圧力の高いほうから圧力低いほうへ気体が流出し、２つの気体が混合する不具合が発生してしまう。本実施形態の圧力センサ１は、第１収納部２１および第２収納部２２がケース２０の隔離壁によって隔離されており、第１素子１１および第２素子１２のダイヤフラムが破断した場合でも、第１収納部２１と第２収納部２２との隔離は保持される。したがって、ダイヤフラムが破断した場合でも、２つの気体が混合する不具合が発生することはない。

次に、本実施形態の圧力センサ１における導入孔２４ｂ、２４ｃの作用について説明する。導入孔２４ｂ、２４ｃは、ハウジング３２の外面部に形成された第２の開口部２０ｂ、２０ｃから第２素子１２の検知面１２ａに向かって延設された気体導入部である。導入孔２４ｂ、２４ｃは、検知面１２ａを平面視したときに異なる２方向（Ｘ１側およびＸ２側）に設けられた貫通孔３１ｂ、３１ｃに連続している。このように、第２収納部２２の離れた位置に導入孔２４ｂ、２４ｃおよび第２の開口部２０ｂ、２０ｃが設けられているので、圧力センサ１の周囲に水がかかって被水や結露したときにも、２箇所同時に塞がれてしまうことが発生しにくくなる。したがって、第２の開口部２０ｂ、２０ｃの１箇所が被水・結露しても他のところで圧力がかかるようにできる。また、導入孔が１本だけの場合には、被水や結露によっていったん水が浸入すると、導入孔からの水抜きが困難であるが、２本の導入孔２４ｂ、２４ｃを備えている場合は、より水抜きがしやすくなる。

なお、被取り付け部に取り付けられた状態の圧力センサ１において、第２の開口部２０ｂ、２０ｃが水平な高さ位置でないことが望ましい。第２の開口部２０ｂ、２０ｃのいずれか一方が低い位置にあるときは、圧力センサ１の第２収納部２２に水が浸入しても、導入孔２４ｂ、２４ｃを通って第２の開口部２０ｂ、２０ｃから抜けやすくなる。本実施形態の圧力センサ１では、断面の面積が大きい導入孔２４ｂから水が抜けやすい構成とされている。このため、導入孔２４ｂのほうを被水・結露し易い側に配置するとともに、水の入り込みにくい導入孔２４ｃのほうを被水・結露し難い側に配置することで、導入孔２４ｃ側でより確実に気圧測定ができる。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

感圧センサ素子１０は、内部に圧力基準室１１ｂが設けられ、検知面１１ａに第１の気体が接するように配置される第１素子１１と、内部に圧力基準室１２ｂが設けられ、検知面１２ａに第２の気体が接するように配置される第２素子１２と、を有している。そして、第１の気体と第２の気体との差圧を測定可能とするように電気接続されている。ケース２０は、第１素子１１を収納する第１収納部２１と、第２素子１２を収納する第２収納部２２と、第１収納部２１と第２収納部２２とを隔離する隔壁２３と、を有している。第１素子１１は第１収納部２１内に配置され、第１収納部２１に第１の気体が導入される第１の開口部２０ａが設けられている。第２素子１２は、第２収納部２２内に第１素子１１の検知面１１ａと第２素子１２の検知面１２ａとが同一の方向を臨むように配置されている。さらに、第２収納部２２に第２の気体が導入される第２の開口部２０ｂ、２０ｃが設けられており、第２収納部２２は、第２の開口部２０ｂ、２０ｃが第１の開口部２０ａと異なる方向に開放して設けられている。

この構成によれば、異なる方向からの２つの気体の差圧を測定する感圧センサ素子１０として圧力導入孔のない絶対圧タイプの感圧センサ素子を２個用いるとともに、それぞれの検知面１１ａ、１２ａが同一方向を臨むように配置されているので、製造が容易である。さらに、圧力導入孔のない感圧センサ素子であるので、被水や結露などに対して耐性がある。

また、第２収納部２２は第２の開口部２０ｂ、２０ｃを少なくとも２箇所以上有することが好適である。この構成によれば、第２の開口部２０ｂ、２０ｃのうち、いずれか１箇所が被水・結露しても他のところで圧力がかかるようにできる。

また、第２の開口部２０ｂ、２０ｃは導入孔２４ｂ、２４ｃの外面部に位置する開口であって、導入孔２４ｂ、２４ｃが、第２素子１２の検知面１２ａに対して、検知面１２ａを平面視したときに異なる２方向から延設されるように配置されていることが好ましい。この構成によれば、一方を被水・結露し易い側に配置するとともに、他方を被水・結露し難い側に配置することで、他方側でより確実に気圧測定ができる。

また、第１実施形態の圧力センサ１において、導入孔２４ｂ、２４ｃのうちの少なくとも１つは、導入孔２４ｂ、２４ｃが延設する方向に対して直交する断面の面積が、他の導入孔より大きいものとすることができる。この構成によれば、導入孔２４ｂ、２４ｃのうちの少なくとも１つの断面積をより大きくすることによって、被水したときの水抜きを容易にし、被水・結露を防止し易くなる。

また、第１実施形態の圧力センサ１において、ケース２０は、第１素子１１および第２素子１２が固定される固定部３１ａが設けられたモールド基板３１と、第２の開口部２０ｂ、２０ｃが設けられたハウジング３２と、これらの部材間に配置される封止材３４と、第２素子１２の検知面１２ａに対向して離間配置されるキャップ３３と、を有している。そして、隔壁２３がモールド基板３１とハウジング３２とキャップ３３と封止材３４とからなることが好適である。

この構成によれば、ケース２０を複数部材の接合で構成することにより、製造が容易である。

［第２実施形態］
図１３は、本発明の第２実施形態の圧力センサ２を示す底面図である。図１４は、圧力センサ２を示す平面図である。図１５は、第２実施形態において、第１素子１１と第２素子１２と回路基板１５とが実装されたモールド基板３１を収容したハウジング３２の平面図である。図１６は、第２実施形態において、キャップ３３を取り付けた状態のハウジング３２の平面図である。なお、第１実施形態の圧力センサ１との違いは、第２の開口部２０ｂ、２０ｃおよび導入孔２４ｂ、２４ｃならびに筒状部３２ｂ、３２ｃの形状であり、図１３〜図１６における構成部材の符号は第１実施形態の符号をそのまま用い、構成についての説明を省略する。

第２実施形態の圧力センサ２では、第２の開口部２０ｂ、２０ｃがＹ１−Ｙ２方向を長手方向とする長穴形状である。図１５に示すように、ハウジング３２の筒状部３２ｂ、３２ｃが平面視で長円形に設けられており、筒状部３２ｂ、３２ｃに断面形状が長円形の導入孔２４ｂ、２４ｃが設けられている。

第１実施形態の圧力センサ１と同様、導入孔２４ｂ、２４ｃは、ハウジング３２の外面部に形成された第２の開口部２０ｂ、２０ｃから第２素子１２の検知面１２ａに向かって延設された気体導入部である。導入孔２４ｂ、２４ｃは、検知面１２ａを平面視したときに、第２素子１２を挟んで対向する異なる第１方向側と第２方向側（Ｘ１側およびＸ２側）に設けられている。第２実施形態の圧力センサ２では、さらに、第１方向および第２方向に交差する第３方向を長手方向とする長穴形状の導入孔２４ｂ、２４ｃになっている。

導入孔２４ｂ、２４ｃは、それぞれ、長手方向の幅広のまま、第２素子１２の検知面１２ａに向かって延設され、第２素子１２が配置されている第２収納部２２に連通している。

第２の開口部２０ｂ、２０ｃおよび導入孔２４ｂ、２４ｃを長穴形状にすることで、傾けて配置すると水抜きが容易になり、より確実に第２収納部２２全体が被水することを避けることができる。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

第２実施形態の圧力センサ２においても、感圧センサ素子１０は、内部に圧力基準室１１ｂが設けられ、検知面１１ａに第１の気体が接するように配置される第１素子１１と、内部に圧力基準室１２ｂが設けられ、検知面１２ａに第２の気体が接するように配置される第２素子１２と、を有している。そして、第１の気体と第２の気体との差圧を測定可能とするように電気接続されている。ケース２０は、第１素子１１を収納する第１収納部２１と、第２素子１２を収納する第２収納部２２と、第１収納部２１と第２収納部２２とを隔離する隔壁２３と、を有している。第１素子１１は第１収納部２１内に配置され、第１収納部２１に第１の気体が導入される第１の開口部２０ａが設けられている。第２素子１２は、第２収納部２２内に第１素子１１の検知面１１ａと第２素子１２の検知面１２ａとが同一の方向を臨むように配置されている。さらに、第２収納部２２に第２の気体が導入される第２の開口部２０ｂが設けられており、第２収納部２２は、第２の開口部２０ｂが第１の開口部２０ａと異なる方向に開放して設けられている。

この構成によれば、異なる方向からの２つの気体の差圧を測定する感圧センサ素子１０として圧力導入孔のない絶対圧タイプの感圧センサ素子を２個用いるとともに、それぞれの検知面１１ａ、１２ａが同一方向を臨むように配置されているので、製造が容易である。さらに、圧力導入孔のない感圧センサ素子であるので、被水や結露などに対して耐性がある。

また、第２実施形態の圧力センサ２においても、第２収納部２２は第２の開口部２０ｂ、２０ｃを少なくとも２箇所以上有することが好適である。この構成によれば、第２の開口部２０ｂの１箇所が被水・結露しても他のところで圧力がかかるようにできる。

また、第２実施形態の圧力センサ２においても、第２の開口部２０ｂ、２０ｃは導入孔２４ｂ、２４ｃの外面部に位置する開口であって、導入孔２４ｂ、２４ｃが、第２素子１２の検知面１２ａに対して、検知面１２ａを平面視したときに異なる２方向から延設されるように配置されていることが好ましい。この構成によれば、一方を被水・結露し易い側に配置するとともに、他方を被水・結露し難い側に配置することで、他方側でより確実に気圧測定ができる。

また、第２実施形態の圧力センサ２は、第２の開口部２０ｂ、２０ｃが、検知面１２ａを平面視したとき、第２素子１２を挟んで対向する第１方向側と第２方向側とに配置され、第１方向および第２方向に交差する第３方向を長手方向とする長穴形状であることが好適である。この構成によれば、長穴形状にすることで、傾けて配置すると水抜きが容易になり、より確実に第２収納部２２全体が被水することを避けることができる。

また、第２実施形態の圧力センサ２においても、ケース２０は、第１素子１１および第２素子１２が固定される固定部３１ａが設けられたモールド基板３１と、第２の開口部２０ｂが設けられたハウジング３２と、これらの部材間に配置される封止材３４と、第２素子１２の検知面１２ａに対向して離間配置されるキャップ３３と、を有している。そして、隔壁２３がモールド基板３１とハウジング３２とキャップ３３と封止材３４とからなることが好適である。

この構成によれば、ケース２０を複数部材の接合で構成することにより、製造が容易である。

以上のように、本発明の第１実施形態の圧力センサ１および第２実施形態の圧力センサ２を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらも本発明の技術的範囲に属する。

（１）本実施形態において、モールド基板３１を用いて、第１素子１１および第２素子１２をあらかじめ実装してからハウジング３２に収容する構成としたが、モールド基板３１とハウジング３２とに分割されたケースでなくてもよい。

（２）本実施形態において、従来の差圧タイプの圧力センサと対比しやすいように、第１の開口部２０ａの反対側に第２の開口部２０ｂ、２０ｃを配置しているが、これに限定されない。例えば、第２の開口部２０ｂ、２０ｃが第１の開口部２０ａに対して９０度傾斜した側面側に配置されたものであってもよい。この場合でも、導入孔２４ｂ、２４ｃは、検知面１２ａを平面視したときに異なる２方向から延設されるように配置されていることがより好ましい。

（３）本実施形態において、２箇所の第２の開口部２０ｂ、２０ｃとしたが、２箇所だけに限定されるものではなく、３箇所以上の開口であってもよい。また、導入孔２４ｂ、２４ｃが１箇所の開口に集合するような態様であってもよい。例えば、導入孔２４ｂ、２４ｃが筒状に設けられたポート部に集合されて開口し、第１の開口部２０ａ側が参照となる大気側に開放され、第２の開口部２０ｂ、２０ｃ側に導入される第２の気体を被測定気体とする態様であってもよい。

１ 圧力センサ
２ 圧力センサ
１０ 感圧センサ素子
１１ 第１素子
１１ａ 検知面
１１ｂ 圧力基準室
１２ 第２素子
１２ａ 検知面
１２ｂ 圧力基準室
１５ 回路基板
２０ ケース
２０ａ 第１の開口部
２０ｂ 第２の開口部
２１ 第１収納部
２２ 第２収納部
２３ 隔壁
２４ｂ 導入孔
２４ｃ 導入孔
３１ モールド基板
３１ａ 固定部
３１ｂ 貫通孔
３１ｄ 導電部材
３２ ハウジング
３２ａ 本体部
３２ｂ 筒状部
３２ｄ 端子部材
３２ｅ コネクタ部
３３ キャップ
３４ 封止材
４０ 保護材
４４ 保護部材
Ｐ０ 大気圧
Ｐ１ 高圧

Claims (6)

1. 検知面を有し、圧力を検知可能な感圧センサ素子と、
   前記検知面に気体が接するように前記感圧センサ素子が配置されるケースと、を備え、
   気体の圧力を電気信号に変換する圧力センサにおいて、
   前記感圧センサ素子は、内部に圧力基準室が設けられ、前記検知面に第１の気体が接するように配置される第１素子と、内部に圧力基準室が設けられ、前記検知面に第２の気体が接するように配置される第２素子と、を有し、前記第１の気体と前記第２の気体との差圧を測定可能とするように電気接続され、
   前記ケースは、前記第１素子を収納する第１収納部と、前記第２素子を収納する第２収納部と、前記第１収納部と前記第２収納部とを隔離する隔壁と、を有し、
   前記第１素子は前記第１収納部内に配置され、前記第１収納部に前記第１の気体が導入される第１の開口部が設けられており、
   前記第２素子は、前記第２収納部内に前記第１素子の前記検知面と前記第２素子の前記検知面とが同一の方向を臨むように配置され、前記第２収納部に前記第２の気体が導入される第２の開口部が設けられており、
   前記第２収納部は、前記第２の開口部が前記第１の開口部と異なる方向に開放して設けられていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記第２収納部は、前記第２の開口部を少なくとも２箇所以上有す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２の開口部は、前記ケースの外面部から前記第２素子の前記検知面に向かって延設された導入孔の前記外面部に位置する開口であって、
   前記導入孔が、前記第２素子の前記検知面に対して、前記検知面を平面視したときに異なる２方向から延設されるよう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に記載の圧力センサ。
4. 前記導入孔の少なくとも１つは、前記導入孔が延設する方向に対して直交する断面の面積が、他の前記導入孔より大きいことを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記第２の開口部は、前記検知面を平面視したとき、前記第２素子を挟んで対向する第１方向側と第２方向側とに配置され、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向を長手方向とする長穴形状であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の圧力センサ。
6. 前記ケースは、前記第１素子および前記第２素子が固定される固定部が設けられたモールド基板と、前記第２の開口部が設けられたハウジングと、これらの部材間に配置される封止材と、前記第２素子の前記検知面に対向して離間配置されるキャップと、を有し、
   前記隔壁が前記モールド基板と前記ハウジングと前記キャップと前記封止材とからなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の圧力センサ。