JP4049129B2 - 圧力センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ケースに圧力検出用のセンシング部を設けた圧力センサを、圧力媒体が封入された被検出体に取り付けた圧力センサ装置に関する。

この種の圧力センサ装置は、一般に、ケースおよびケースに設けられた圧力検出用のセンシング部を備える圧力センサを、圧力媒体が封入された被検出体を構成するケースに取り付け、圧力媒体の圧力をセンシング部に受圧させることにより圧力の検出を行うようにしたものである。

たとえば、自動車用の圧力センサとしては、被検出体としてのインテークマニホルドやガソリンタンクなどの圧力を検出するものがある。このような圧力センサは、インテークマニホルドやガソリンタンクを構成するケースに取り付けられる。なお、当該ケースとは、インテークマニホルドの場合、配管に相当するものである。

このような自動車用の圧力センサにおいては、たとえば、インテークマニホルドやガソリンタンクの製造元と圧力センサの製造元とが異なるなどの理由により、圧力センサは単体として封止され、その後、自動車メーカなどでネジなどにより被検出体に対して固定されていた。

図５は、従来の一般的な圧力センサ装置の概略断面構成を示す図である。圧力センサ８００は、樹脂などからなるケース１０を有し、このケース１０にはターミナルなどの導体部材３０がインサート成形されている。

また、当該ケース１０には、センシング部としての圧力検出素子２０が搭載され固定されている。この圧力検出素子２０と導体部材３０とは、たとえば、ボンディングワイヤ４０を介して結線されるなどの方法により互いに電気的に接続されている。

そして、圧力センサ８００においては、ケース１０における圧力検出素子２０を封止するように、蓋部９００が接着などによりケース１０に取り付けられている。この蓋部９００には、圧力検出素子２０に圧力を導入し受圧させるための圧力導入孔９１０が設けられている。

一方、被検出体２００は、上述したように、たとえば、インテークマニホルドやガソリンタンクなどであり、被検出体２００を構成するケース２１０の内部には、空気やガソリンなどの圧力媒体が封入されている。

そして、圧力センサ８００は、蓋部９００における圧力導入孔９１０の部分を、被検出体２００のケース２１０に設けられた開口部２２０に挿入し、Ｏリング２３０などを介してシールすることにより、被検出体２００に取り付けられている。

たとえば、蓋部９００の取付部９２０において、当該取付部９２０と被検出体２００のケース２１０とをネジ７００などにより固定することにより、圧力センサ８００の被検出体２００への取り付けが行われる。

そして、被検出体２００の圧力媒体の圧力は、圧力導入孔９１０から圧力センサ８００へ導入され、導入された圧力は、圧力検出素子２０に受圧される。圧力検出素子２０は、受圧した圧力に応じたレベルの信号を発生し、その信号は、導体部材３０から外部へと出力されるようになっている。

しかしながら、上記したような従来の圧力センサ装置においては、圧力センサ８００を被検出体２００に取り付けて装置を構成するにあたって、圧力センサ８００には、ケース１０以外にも、このケース１０を封止する蓋部９００、Ｏリング２３０などのシール部および固定用のネジ７００などが必要となり、部品点数削減、コストダウン、小型化の支障となっていた。

本発明は上記問題に鑑み、ケースに圧力検出用のセンシング部を設けてなる圧力センサを、圧力媒体が封入された被検出体に取り付けた圧力センサ装置において、部品点数を削減して、小型化およびコストダウンに適した構成を実現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、ケース（１０）およびケース（１０）に設けられた圧力検出用のセンシング部（２０）を備える圧力センサ（１００）を、圧力媒体が封入された被検出体（２００）に取り付けてなり、圧力媒体の圧力をセンシング部（２０）に受圧させることにより圧力の検出を行うようにした圧力センサ装置において、被検出体（２００）に開口部（２２０）を設け、センシング部（２０）と開口部（２２０）とが対向するように、圧力センサ（１００）のケース（１０）と被検出体（２００）とを対向して配置し、センシング部（２０）および開口部（２２０）を取り囲むように、圧力センサ（１００）のケース（１０）と被検出体（２００）との間をシールして接着するシール部（４００）を形成し、さらに、圧力センサ（１００）のケース（１０）の表面に溝部（１３）を設け、被検出体（２００）の表面に溝部（１３）に嵌合可能な突起部（２１１）を設け、溝部（１３）と突起部（２１１）とが嵌合することによりシール部（４００）を構成したことを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明では、ケース（１０）およびケース（１０）に設けられた圧力検出用のセンシング部（２０）を備える圧力センサ（１００）を、圧力媒体が封入された被検出体（２００）に取り付けて、圧力媒体の圧力をセンシング部（２０）に受圧させることにより圧力の検出を行うようにした圧力センサ装置において、被検出体（２００）に開口部（２２０）を設け、センシング部（２０）と開口部（２２０）とが対向するように、圧力センサ（１００）のケース（１０）と被検出体（２００）とを対向して配置し、センシング部（２０）および開口部（２２０）を取り囲むように、圧力センサ（１００）のケース（１０）と被検出体（２００）との間をシールして接着するシール部（４００）を形成し、被検出体（２００）の表面に溝部（２１２）を設け、圧力センサ（１００）のケース（１０）の表面に溝部（２１２）に嵌合可能な突起部（１５）を設け、溝部（２１２）と突起部（１５）とが嵌合することによりシール部（４００）を構成したことを特徴としている。

それによれば、圧力センサ（１００）のケース（１０）と被検出体（２００）との間はシール部（４００）を介して直接、接続されており、このシール部（４００）の内周に位置するセンシング部（２０）と開口部（２２０）とを、気密に連通させることができる。

そのため、被検出体（２００）の開口部（２２０）からセンシング部（２０）に対して適切に圧力媒体の圧力を導入することができるとともに、従来のように蓋部を介して圧力センサ（１００）と被検出体（２００）とを接続することが不要になる。

よって、本発明によれば、ケース（１０）に圧力検出用のセンシング部（２０）を設けてなる圧力センサ（１００）を、圧力媒体が封入された被検出体（２００）に取り付けてなる圧力センサ装置において、部品点数を削減して、小型化およびコストダウンに適した構成を実現することができる。

ここで、請求項１に記載の発明においては、圧力センサ（１００）のケース（１０）の表面には、溝部（１３）が設けられ、被検出体（２００）の表面には、溝部（１３）に嵌合可能な突起部（２１１）が設けられており、溝部（１３）と突起部（２１１）とが嵌合することによりシール部（４００）が構成されているものにできる。

また、請求項２に記載の発明のように、被検出体（２００）の表面には、溝部（２１２）が設けられ、圧力センサ（１００）のケース（１０）の表面には、溝部（２１２）に嵌合可能な突起部（１５）が設けられており、溝部（２１２）と突起部（１５）とが嵌合することによりシール部（４００）が構成されているものにできる。

なお、上記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一例である。

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、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ装置３００の概略断面構成を示す図である。

限定するものではないが、本圧力センサ装置３００は、自動車のインテークマニホールド内の圧力を検出する吸気圧センサやガソリンタンク内の圧力を検出する燃料圧センサなどに適用することができる。

この圧力センサ装置３００は、大きくは、ケース１０およびケース１０に設けられた圧力検出用のセンシング部２０を備える圧力センサ１００と、この圧力センサ１００が取り付けられるとともに圧力媒体が封入された被検出体２００とを備えて構成されたものである。

圧力センサ１００のケース１０は、たとえば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やエポキシ樹脂等の樹脂材料を型成形してなるものである。このケース１０の上面には、センシング部２０を搭載するための開口した凹部１１が形成されている。

ケース１０には、導体部材としてのターミナル３０がインサート成形により一体的に設けられている。このターミナル３０は、たとえば銅などの導電材料よりなるもので、このターミナル３０の一部は、上記凹部１１の底面にて露出した状態となるように配置されている。

そして、このターミナル３０の露出部分は金メッキが施されることにより、ボンディングパッドとして機能するように構成されている。

また、ターミナル３０のうち上記ボンディングパッドとは反対側の端部が、ケース１０の開口部１２に突出しており、このターミナル３０の突出部は、図示しない外部機器（外部の配線部材など）に接続が可能なコネクタとして構成されている。

ケース１０の凹部１１に搭載されたセンシング部２０は、圧力検出用の圧力検出素子であるが、具体的には、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生するものである。本例では、センシング部２０は、半導体よりなるセンサチップ２１と、このセンサチップ２１を保持するガラス台座２２とにより、構成されている。

ここで、センサチップ２１は、限定するものではないが、たとえば、ピエゾ抵抗効果を利用した周知構成のもので、図示しないけれども、その上面に圧力を受けて歪むダイアフラムおよび拡散抵抗などを備えた構成となっている。

このセンサチップ２１は、上記したケース１０の凹部１１の底面にガラス台座２２を介して、たとえばシリコーンゴム等の接着剤（図示せず）などによりダイボンディングされている。また、センサチップ２１の各入出力端子（図示せず）は、ターミナル３０の上記ボンディングパッドに対し金やアルミニウム等のボンディングワイヤ４０を介して電気的に接続されている。

こうして、センシング部２０は、ケース１０の凹部１１に搭載された状態で、導体部材としてのターミナル３０と電気的に接続されている。

また、図１に示されるように、上記凹部１１内には、電気絶縁材料製の保護部材５０が、センシング部２０、ボンディングワイヤ４０、さらにはターミナル３０とケース１０との界面を埋めて封止するように充填されている。

この保護部材５０は、封止する各部に過度の応力を与えないような適度の弾性率を持ち且つ耐薬品性を有する材料からなるものにできる。限定するものではないが、たとえば、保護部材５０としては、フッ素系のゲル材料やフロロシリコーンゲル、あるいはフッ素系のゴム材料などを採用することができる。

この保護部材５０により、センシング部２０、ターミナル３０、ボンディングワイヤ４０、センサチップ２１とボンディングワイヤ４０との接続部、および、ターミナル３０とボンディングワイヤ４０との接続部が被覆され、薬品からの保護、電気的な絶縁性の確保、並びに防食などが図られている。

かかる圧力センサ１００は、ターミナル３０がインサート成形されたケース１０を用意し、センシング部２０をケース１０へ接着剤などを介して搭載固定し、センサチップ２１とターミナル３０とをワイヤボンディングにより結線した後、保護部材５０の凹部１１内への充填を行い、熱硬化処理を行って保護部材５０を硬化することにより、製造することができる。

一方、被検出体２００は、上述したように、たとえば、インテークマニホルドの吸気管やガソリンタンクなどであり、被検出体２００を構成するケース２１０の内部には、空気やガソリンなどの圧力媒体が封入されている。この被検出体２００のケース２１０は、樹脂や金属などからなる。

この被検出体２００のケース２１０には開口部２２０が設けられている。そして、圧力センサ１００のセンシング部２０と被検出体２００の開口部２２０とが対向するように、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００とが対向して配置されている。

そして、これらセンシング部２０および開口部２２０の周囲において、センシング部２０および開口部２２０を取り囲むように、シール部４００が全周に形成されている。このシール部４００は、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００との間をシールして接着するものである。

本実施形態では、圧力センサ１００のケース１０の表面には、溝部１３が設けられ、被検出体２００のケース２１０の表面には、溝部１３に嵌合可能な突起部２１１が設けられており、これら溝部１３と突起部２１１とが嵌合することにより、シール部４００が構成されている。

本例では、溝部１３と突起部２１１とが嵌合し、さらに、樹脂や無機物などからなる接着剤１４により、これら溝部１３と突起部２１１と接着されシールされている。なお、シール部４００としては、嵌合する溝部１３と突起部２１１とを溶着させたものであってもよいし、Ｏリングを介在させたＯリングかしめを行ったものであってもよい。

このように、本実施形態の圧力センサ装置３００においては、圧力センサ１００におけるセンシング部２０が設けられているケース１０と、被検出体２００を構成するケース２１０とを一体化させた構成としている。

そして、圧力センサ装置３００においては、センシング部２０と開口部２２０とが気密に連通しており、被検出体２００内の圧力媒体は、開口部２２０からセンシング部２０へ、漏れなく印加されるようになっている。これにより、センシング部２０によって吸気圧（負圧）を検出できるように構成される。

ところで、本実施形態によれば、ケース１０およびケース１０に設けられた圧力検出用のセンシング部２０を備える圧力センサ１００を、圧力媒体が封入された被検出体２００に取り付けてなり、圧力媒体の圧力をセンシング部２０に受圧させることにより圧力の検出を行うようにした圧力センサ装置において、センシング部２０が設けられているケース１０と、被検出体２００を構成するケース２１０とを一体化させたことを特徴とする圧力センサ装置３００が提供される。

それによれば、センシング部２０が設けられている圧力センサ１００のケース１０と、被検出体２００を構成するケース２１０とを、一体化させた構成を採用しているため、従来のように蓋部（上記図５参照）を介して圧力センサ１００と被検出体２００とを接続することが不要になる。

また、別の言い方をすれば、本実施形態によれば、ケース１０およびケース１０に設けられた圧力検出用のセンシング部２０を備える圧力センサ１００を、圧力媒体が封入された被検出体２００に取り付けてなり、圧力媒体の圧力をセンシング部２０に受圧させることにより圧力の検出を行うようにした圧力センサ装置において、被検出体２００には開口部２２０が設けられており、センシング部２０と開口部２２０とが対向するように、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００とが対向して配置されており、センシング部２０および開口部２２０を取り囲むように、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００との間をシールして接着するシール部４００が形成されていることを特徴とする圧力センサ装置３００が提供される。

それによれば、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００との間はシール部４００を介して直接、接続されており、このシール部４００の内周に位置するセンシング部２０と開口部２２０とを、気密に連通させることができる。

そのため、被検出体２００の開口部２２０からセンシング部２０に対して適切に圧力媒体の圧力を導入することができるとともに、従来のように蓋部（上記図５参照）を介して圧力センサ１００と被検出体２００とを接続することが不要になる。

したがって、これらの特徴点を有する本実施形態の圧力センサ装置３００によれば、ケース１０に圧力検出用のセンシング部２０を設けてなる圧力センサ１００を、圧力媒体が封入された被検出体２００に取り付けてなる圧力センサ装置において、部品点数を削減して、小型化およびコストダウンに適した構成を実現することができる。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサ装置３１０の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記実施形態と比べてシール部４００を変形したところが相違するものである。この相違点を中心に述べる。

上記第１実施形態では、シール部４００は、圧力センサ１００のケース１０の表面に溝部１３を設け、被検出体２００のケース２１０の表面に突起部２１１を設け、これら溝部１３と突起部２１１とを嵌合させることにより、構成されていた。

それに対して、本実施形態の圧力センサ装置３１０では、図２に示されるように、被検出体２００の表面には、溝部２１２が設けられ、圧力センサ１００のケース１０の表面には、溝部２１２に嵌合可能な突起部１５が設けられており、溝部２１２と突起部１５とが嵌合することによりシール部４００が構成されている。

そして、本実施形態によっても、センシング部２０が設けられている圧力センサ１００のケース１０と、被検出体２００を構成するケース２１０とを、一体化させた構成を実現できている。また、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００との間がシール部４００を介して直接、接続された構成を実現できている。

そのため、本実施形態によっても、従来のように蓋部（上記図５参照）を介して圧力センサ１００と被検出体２００とを接続することが不要になり、圧力センサ装置３１０において、部品点数を削減して、小型化およびコストダウンに適した構成を実現することができる。

（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサ装置３２０の概略断面構成を示す図である。なお、図３では、圧力センサ１００はセンシング部２０近傍部を示し、その周囲部は省略してある。

本実施形態も、上記実施形態と比べてシール部４００を変形したところが相違するものである。この相違点を中心に述べる。

上記実施形態では、圧力センサ１００のケース１０および被検出体２００のどちらか一方に溝部、他方に突起部を設け、これら溝部と突起部とを嵌合させることによりシール部４００を構成していた。

それに対して、本実施形態では、図３に示されるように、圧力センサ１００のケース１０に段差１６を設け、圧力センサにおける段差１６の内周側の部位が、被検出体２００の開口部２２０に嵌合することによりシール部４００が構成される。ここでは、嵌合部には接着剤１４が設けられることによりシールがなされている。

この場合、圧力センサ１００のケース１０に設けられた段差１６により、圧力センサ１００を被検出体２００の開口部２２０に嵌合させるときの位置決めが容易になるという利点がある。

そして、本実施形態によっても、センシング部２０が設けられている圧力センサ１００のケース１０と、被検出体２００を構成するケース２１０とを、一体化させた構成を実現できている。また、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００との間がシール部４００を介して直接、接続された構成を実現できている。

そのため、本実施形態によっても、従来のように蓋部（上記図５参照）を介して圧力センサ１００と被検出体２００とを接続することが不要になり、圧力センサ装置３２０において、部品点数を削減して、小型化およびコストダウンに適した構成を実現することができる。

（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態に係る圧力センサ装置３３０の概略断面構成を示す図である。なお、図４では、圧力センサ１００はセンシング部２０近傍部を示し、その周囲部は省略してある。

上記各実施形態（図１〜図３参照）では、センシング部２０と開口部２２０とが対向するように、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００とを対向配置し、センシング部２０および開口部２２０を取り囲むように、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００との間をシールして接着するシール部４００を形成することにより、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００を構成するケース２１０とを一体化させた構成を実現していた。

それに対して、本実施形態では、図４に示されるように、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００を構成するケース２１０とを一体成形して単一のものとすることにより、圧力センサ１００のケース１０と被検出体２００を構成するケース２１０とを一体化させた構成を実現している。

そのため、本実施形態によっても、従来のように蓋部（上記図５参照）を介して圧力センサ１００と被検出体２００とを接続することが不要になり、圧力センサ装置３３０において、部品点数を削減して、小型化およびコストダウンに適した構成を実現することができる。

（他の実施形態）
なお、被検出体２００が分割した部分の嵌め合わせにて形成されている場合、被検出体２００に圧力センサ１００のケースを兼ねさせてもよい。この場合、センシング部２０が被検出体２００の内部に設けられて被検出体２００と一体化しているものにできる。

このように、分割した部分を組み合わせてなる被検出体２００において、たとえば被検出体２００の一部にターミナル部３０をインサートなどにより一体成形した後、被検出体２００の一部にセンシング部２０を実装し、被検出体２００のはめあわせを行う。

それにより、圧力センサのケースを削減することが可能となり、より部品点数の削減をした圧力センサ装置が可能となる。

なお、上記各実施形態では、圧力センサ装置として検出用のセンシング部は、圧力検出用の素子のみであったが、たとえば圧力センサのケース内にてセンシング部と並列に他の検出素子（たとえば温度検出用の素子）を配置したものでもよい。

また、図示しないが、コネクタを廃止し、他の部品（例えば温度検出器）と同一構造体としてもよい。これにより、装置のさらなる機能統合および小型化を図ることが可能である。

また、圧力センサ１００のケース１０としては、その材質は樹脂に限定されるものではなく、好ましくは、導体部材としてのターミナル３０がインサート成形されるものであれば、かまわない。

また、導体部材としては上記したターミナル３０に限定されるものではない。つまり、導体部材は、ケース１０にインサート成形されるとともにセンシング部２０の周囲に設けられ、センシング部２０と電気的に接続されたものであればよい。

また、圧力検出用のセンシング部２０としては半導体ダイアフラム式のものに限定されるものではなく、たとえば、センシング部２０が容量式のもの、圧電素子を用いたものなどにも、適用可能である。

また、上述したようなセンシング部２０などを封止して保護する保護部材５０は、無いものであってもよい。

また、ターミナル３０とセンシング部２０との電気的な接続は、上記したボンディングワイヤ４０によるもの以外にも、たとえばはんだや導電性接着剤などを用いて両者を電気的に接続する方法を採用してもよい。

また、本発明の圧力センサ装置は、上記した自動車の吸気圧センサや燃料圧センサ以外にも適用可能であることはもちろんである。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサ装置の概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサ装置の概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサ装置の概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る圧力センサ装置の概略断面図である。 従来の一般的な圧力センサ装置の概略断面図である。

符号の説明

１０…圧力センサのケース、１３…圧力センサのケースの溝部、
１５…圧力センサのケースの突起部、２０…センシング部、
１００…圧力センサ、２００…被検出体、２１０…被検出体のケース、
２１１…被検出体の突起部、２１２…被検出体の溝部、
２２０…被検出体の開口部、４００…シール部。

Claims (2)

1. ケース（１０）および前記ケース（１０）に設けられた圧力検出用のセンシング部（２０）を備える圧力センサ（１００）を、圧力媒体が封入された被検出体（２００）に取り付けて、前記圧力媒体の圧力を前記センシング部（２０）に受圧させることにより圧力の検出を行うようにした圧力センサ装置において、
   前記被検出体（２００）には開口部（２２０）が設けられており、
   前記センシング部（２０）と前記開口部（２２０）とが対向するように、前記圧力センサ（１００）の前記ケース（１０）と前記被検出体（２００）とが対向して配置されており、
   前記センシング部（２０）および前記開口部（２２０）を取り囲むように、前記圧力センサ（１００）の前記ケース（１０）と前記被検出体（２００）との間をシールして接着するシール部（４００）が形成されており、
   前記圧力センサ（１００）の前記ケース（１０）の表面には、溝部（１３）が設けられ、
   前記被検出体（２００）の表面には、前記溝部（１３）に嵌合可能な突起部（２１１）が設けられており、
   前記溝部（１３）と前記突起部（２１１）とが嵌合することにより前記シール部（４００）が構成されていることを特徴とする圧力センサ装置。
2. ケース（１０）および前記ケース（１０）に設けられた圧力検出用のセンシング部（２０）を備える圧力センサ（１００）を、圧力媒体が封入された被検出体（２００）に取り付けて、前記圧力媒体の圧力を前記センシング部（２０）に受圧させることにより圧力の検出を行うようにした圧力センサ装置において、
   前記被検出体（２００）には開口部（２２０）が設けられており、
   前記センシング部（２０）と前記開口部（２２０）とが対向するように、前記圧力センサ（１００）の前記ケース（１０）と前記被検出体（２００）とが対向して配置されており、
   前記センシング部（２０）および前記開口部（２２０）を取り囲むように、前記圧力センサ（１００）の前記ケース（１０）と前記被検出体（２００）との間をシールして接着するシール部（４００）が形成されており、
   前記被検出体（２００）の表面には、溝部（２１２）が設けられ、
   前記圧力センサ（１００）の前記ケース（１０）の表面には、前記溝部（２１２）に嵌合可能な突起部（１５）が設けられており、
   前記溝部（２１２）と前記突起部（１５）とが嵌合することにより前記シール部（４００）が構成されていることを特徴とする圧力センサ装置。

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