JP6237457B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、被水環境で使用される圧力センサに関する。

従来より、異物の侵入を防ぐ構造を備えた圧力センサが、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、ケースの内部に圧力検出素子が収容されており、このケースに設けられたポートを介して圧力検出素子に圧力媒体を導くように構成された構造が提案されている。

ポートは、ケースの外壁から突出している。また、ポートは、下端側に開口した開口部と、この開口部を介してケースの内部に圧力媒体を導く通路部と、を有している。つまり、ポートは傘のような構造になっている。ポートの上端は平らになっており、開口部の開口端も平らになっている。

米国特許第７３８０４５８号明細書

しかしながら、上記従来の技術では、ポートの上端が平らになっているので、ポートの上端に水が掛かると、ポートの上端に水が留まってしまう。また、水がポートの上端からポートの外壁を伝って凍ってしまう可能性がある。そして、この氷が氷柱となって成長することによりポートの開口部を塞いでしまうという問題がある。

また、ポートの開口部の開口端が平らになっているので、水が開口端から流れにくく留まりやすい。そして、開口端に留まった水が凍ってしまうと、この氷が起点となって氷柱が成長してしまう可能性がある。したがって、成長した氷柱がポートの開口部を塞いでしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、被水環境で使用される圧力センサにおいて、ケースの圧力導入部に水が留まりにくい構造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、圧力媒体の圧力を検出するセンサチップ（２１）と、センサチップ（２１）を収容すると共に、外部と繋がる導入口（３３）を有するケース（３０）と、を備え、以下の点を特徴としている。

まず、ケース（３０）は、導入口（３３）の周囲を覆うものであり、ケース（３０）の前方に隙間を持って配置された正面壁部（３５ａ）と、正面壁部（３５ａ）に接続された上面壁部（３５ｂ）及び一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）と、導入口（３３）に下方から圧力媒体を導入する開口部（３５ｅ）と、によって構成された圧力導入部（３５）を有している。

さらに、上面壁部（３５ｂ）は、導入口（３３）の上方に向かって凸形状になるように全体が傾斜を持って一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）に接続されている。また、正面壁部（３５ａ）は、開口部（３５ｅ）を構成する開口端（３５ｆ）が上面壁部（３５ｂ）側に円弧状に凹んでいることにより一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）側に傾斜していることを特徴とする。

これによると、圧力導入部（３５）の上面壁部（３５ｂ）に傾斜が設けられているので、上面壁部（３５ｂ）に水が掛かっても水を側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）側に流しやすくすることができる。また、正面壁部（３５ａ）の開口端（３５ｆ）に傾斜が設けられているので、正面壁部（３５ａ）に水が掛かっても水を側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）側に流しやすくすることができる。したがって、圧力導入部（３５）に水を留まらせにくくすることができ、ひいては水が凍ったことによる開口部（３５ｅ）の閉塞を防止することができる。

なお、この欄及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実施形態に係る圧力センサの断面図である。 図１に示された圧力センサの正面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサの正面図である。 図３の示された圧力センサの断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサの斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る圧力センサの斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る圧力センサの正面図である。 本発明の第６実施形態に係る圧力センサの正面図である。 図８に示された圧力センサの断面図である。

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、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る圧力センサは、被水環境で使用されるものである。また、圧力センサは、車両のドアに収容されると共に、ドアに対する側突を検出する側突検知用センサとして構成されたセンサである。したがって、圧力センサは、車両のドアの内部に設けられたインナーパネルに固定される。圧力センサによる圧力検出結果は、エアバッグ等の乗員保護装置を動作させるために用いられる。このような圧力センサ１０は、図１に示されるように、圧力検出部２０及びケース３０を備えて構成されている。

圧力検出部２０は、ドアに対する側突に基づいてドア内の圧力媒体の圧力が変化したときに当該圧力を検出するように構成された圧力検出手段である。圧力検出部２０は、センサチップ２１、回路基板２２、枠部２３、及び保護部材２４を備えている。

センサチップ２１は、圧力媒体の圧力を検出するように構成された半導体チップである。センサチップ２１は、半導体基板の一部が薄肉化されていると共に圧力検出用のダイヤフラムを有している。このダイヤフラムの受圧面に圧力媒体の圧力が印加される。ダイヤフラムには複数の図示しないゲージ抵抗がホイートストンブリッジ回路を構成するように形成されている。これにより、センサチップ２１は、各ゲージ抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して、ダイヤフラムの歪みに応じた電圧を圧力として検出する。

なお、センサチップ２１は例えば台座に固定されており、台座との間で真空の圧力基準室を構成している。すなわち、センサチップ２１は絶対圧を検出する。このように、実際にセンサチップ２１は台座に固定されているので、この台座が例えば接着剤等で回路基板２２に固定されている。

回路基板２２は、図示しないＡｕ等のパッドや配線パターンが形成された積層基板である。回路基板２２としてセラミック基板が複数積層されたセラミック多層基板が採用される。なお、回路基板２２としてプリント基板を用いても良い。本実施形態では、回路基板２２の一方の面にセンサチップ２１が実装され、回路基板２２の他方の面にチップコンデンサ等の電子部品２５が実装されている。

枠部２３は、センサチップ２１を保護部材２４で被覆するための部品である。枠部２３は中空筒状をなしており、樹脂等の材料で形成されている。枠部２３は、筒の両端が開口している。このような枠部２３は、当該枠部２３のうち回路基板２２の一方の面側の開口端が回路基板２２に固定されている。これにより、センサチップ２１が枠部２３の中空部に配置されている。

保護部材２４は、センサチップ２１、図示しないボンディングワイヤ、ボンディングワイヤと図示しないパッドとの接続部を被覆保護するものである。保護部材２４は、枠部２３の中空部に配置されている。したがって、センサチップ２１は、外部から保護部材２４に印加した圧力媒体の圧力を保護部材２４を介してダイヤフラムで受圧することにより圧力検出を行うこととなる。

保護部材２４として、フッ素ゲル、シリコーンゲル、フロロシリコーンゲル等が採用される。保護部材２４により、ボンディングワイヤに対する物理的なダメージの防止、各パッドの腐食防止、異物の混入防止を図ることができる。

ケース３０は、センサチップ２１を収容する収容手段であり、圧力センサの外観の一部をなすものである。ケース３０は樹脂成形されて構成されている。具体的には、ケース３０は、収容室３１、ターミナル３２、導入口３３、圧力導入通路３４、及び圧力導入部３５を有している。

収容室３１は、圧力検出部２０を収容する部分である。本実施形態では、収容室３１は、ケース３０の一部が地面側に凹んだ凹部３６によって構成された中空部分である。凹部３６の底部に圧力検出部２０が固定されている。また、凹部３６が蓋部３７によって閉じられることで中空の収容室３１が構成されている。

ターミナル３２は、センサチップ２１と外部機器とを電気的に接続するための端子部品である。ターミナル３２は一端部が収容室３１に露出すると共に、他端部が収容室３１とは反対側に設けられたコネクタ部３８に露出するようにケース３０にインサート成形されている。例えば、電源用、グランド用、及び信号用の３本のターミナル３２がケース３０に設けられている。

導入口３３は、ケース３０の内部に圧力媒体を導入する入口部分であり、圧力導入通路３４に繋がっている。圧力導入通路３４は、導入口３３と収容室３１とを繋ぐ通路である。圧力導入通路３４は例えばＬ字状に形成されている。

圧力導入部３５は、導入口３３の周囲を覆うと共に、外部から導入口３３に圧力媒体を導くものである。図２に示されるように、圧力導入部３５は、正面壁部３５ａ、上面壁部３５ｂ、及び一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄを備えて構成されている。

図１に示されるように、正面壁部３５ａは、ケース３０の前方に隙間を持って配置された板状の部品である。具体的には、正面壁部３５ａは、導入口３３に対向するように導入口３３の前方に隙間を持って配置されている。

上面壁部３５ｂ及び一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄは、ケース３０の前方の一部が突出した壁部分である。上面壁部３５ｂ及び一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄは、正面壁部３５ａに接続されている。これにより、ケース３０の下方から導入口３３に圧力媒体を導入する開口部３５ｅが構成されている。すなわち、正面壁部３５ａ、上面壁部３５ｂ、及び一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄによって傘状の構造が構成されている。

上記の構成において、図２に示されるように、正面壁部３５ａは開口部３５ｅを構成する開口端３５ｆを有している。開口端３５ｆは、上面壁部３５ｂ側に円弧状に凹んでいることにより一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄ側に傾斜している。すなわち、正面壁部３５ａのうち一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄに接続された部分を除いて、開口端３５ｆの全体が傾斜している。言い換えると、正面壁部３５ａの開口端３５ｆは、導入口３３の下方に対応する部分が平らになっていない。このように、圧力導入部３５の上面壁部３５ｂに傾斜が設けられているので、上面壁部３５ｂに水が掛かっても水を一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄ側に流しやすくすることができる。

さらに、上面壁部３５ｂは、導入口３３の上方に向かって凸形状になるように全体が傾斜を持って一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄに接続されている。本実施形態では、上面壁部３５ｂは円弧状に傾斜している。すなわち、上面壁部３５ｂは、全体が傾斜していると言える。言い換えると、上面壁部３５ｂは、導入口３３の上方に対応する部分が平らになっていない。このように、正面壁部３５ａの開口端３５ｆに傾斜が設けられているので、正面壁部３５ａに水が掛かっても水を側面壁部３５ｃ、３５ｄ側に流しやすくすることができる。

以上が、本実施形態に係る圧力センサ１０の全体構成である。なお、図１に示されるように、ケース３０は導入口３３とは反対側に突出部３９及び固定部４０を有している。

一方、車両のドアのインナーパネルには突出部３９及び固定部４０にそれぞれ対応した貫通孔が設けられている。各貫通孔にはケース３０の突出部３９及び固定部４０が挿入されて固定される。これにより、インナーパネルを基準としてケース３０の開口部３５ｅがドアのアウターパネル側に位置し、ケース３０が車室内側に位置する。

そして、ドアに衝突が発生した際に当該衝突に応じてドアのインナーパネルとアウターパネルとの間の空間の圧力が変化する。すなわち、ドアのインナーパネルとアウターパネルとの間の空間の気体が圧力媒体としてケース３０の開口部３５ｅ、導入口３３、及び圧力導入通路３４を介して収容室３１に導入される。これにより、センサチップ２１によって圧力が検出される。

以上説明したように、本実施形態では、圧力導入部３５を構成する正面壁部３５ａの開口端３５ｆに傾斜が設けられていることが特徴となっている。また、上面壁部３５ｂが傾斜を持っているが特徴となっている。これにより、正面壁部３５ａの開口端３５ｆ及び上面壁部３５ｂに水が留まりにくい構造を提供することができる。また、凍る前の水を決まった方向に積極的に排水することができる。このため、圧力導入部３５に掛かった水が凍って氷柱となっても、開口部３５ｅが塞がれにくくすることができる。したがって、圧力導入部３５の開口部３５ｅでの氷柱の成長を抑制することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図３に示されるように、一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄは、一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄのうちの圧力導入部３５の開口部３５ｅを構成する開口端３５ｇ、３５ｈにスロープ部３５ｉ、３５ｊを有している。そして、図４に示されるように、スロープ部３５ｉ、３５ｊは、正面壁部３５ａ側からケース３０の外壁面側に向かって傾斜するようにケース３０に設けられている。

このように、側面壁部３５ｃ、３５ｄの開口端３５ｇ、３５ｈがスロープ状の形状になっているので、側面壁部３５ｃ、３５ｄに掛かった水をスロープ部３５ｉ、３５ｊを伝って流しやすくすることができる。これにより、一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄの排水性が向上するので、圧力導入部３５の開口部３５ｅでの氷柱の成長を抑制することができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、圧力導入部３５は溝部３５ｋを有している。具体的に、溝部３５ｋは、一方の側面壁部３５ｃの開口端３５ｇから当該一方の側面壁部３５ｃ、上面壁部３５ｂ、他方の側面壁部３５ｄを介して当該他方の側面壁部３５ｄの開口端３５ｈに繋がるように上面壁部３５ｂ及び一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄに設けられている。

これによると、圧力導入部３５に掛かった水は毛細管現象により溝部３５ｋに入り込みやすくなる。したがって、毛細管現象を利用して上面壁部３５ｂや側面壁部３５ｃ、３５ｄに掛かった水を溝部３５ｋに流すことができる。これにより、圧力導入部３５の開口部３５ｅでの氷柱の成長を抑制することができる。

なお、溝部３５ｋは複数並列に設けられていても良い。複数の溝部３５ｋによって排水性を向上させることができる。また、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、一方の側面壁部３５ｃが特許請求の範囲の「第１の側面壁部」に対応し、他方の側面壁部３５ｄが特許請求の範囲の「第２の側面壁部」に対応する。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。図６に示されるように、正面壁部３５ａが３次元構造になっている。具体的には、正面壁部３５ａは、一方の側面壁部３５ｃ側と他方の側面壁部３５ｄ側との中間部が一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄから突出している。つまり、正面壁部３５ａの中間部が一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄよりも盛り上がっている。これにより、正面壁部３５ａの外壁面３５ｌは中間部から一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄに傾斜している。

したがって、正面壁部３５ａに掛かった水を一対の側面壁部３５ｃ、３５ｄ側に排水しやすくすることができる。これにより、正面壁部３５ａの開口端３５ｆに水が留まりにくくなり、圧力導入部３５の開口部３５ｅでの氷柱の成長を抑制することができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、第１〜第４実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、上面壁部３５ｂは、当該上面壁部３５ｂのうちの一方の側面壁部３５ｃ側と他方の側面壁部３５ｄ側とがそれぞれ平面状に形成されている。そして、一方の側面壁部３５ｃ側と他方の側面壁部３５ｄ側とが鋭角に接続されている。これにより、正面壁部３５ａのうちの上方が上面壁部３５ｂの形状に対応して三角形状になっている。なお、上面壁部３５ｂと側面壁部３５ｃ、３５ｄとは鈍角に接続されている。

以上のように、上面壁部３５ｂの形状を平面形状にすることにより、上面壁部３５ｂが湾曲した形状よりも傾斜が急になるので、上面壁部３５ｂに掛かった水の排水性を良くすることができる。

（第６実施形態）
本実施形態では、第１〜第５実施形態と異なる部分について説明する。図８に示されるように、正面壁部３５ａは、当該正面壁部３５ａの外壁面３５ｌのうちの開口端３５ｆ側にひさし部３５ｍを有している。図９に示されるように、ひさし部３５ｍは、正面壁部３５ａの外壁面３５ｌの一部が突出した部分である。ひさし部３５ｍは先端に向かって傾斜している。

これによると、正面壁部３５ａに掛かった水は外壁面３５ｌを伝ってひさし部３５ｍの先端から落下するので、水の流れを開口部３５ｅから遠ざけることができる。したがって、圧力導入部３５の開口部３５ｅでの氷柱の成長を抑制することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された圧力センサ１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態で示された各構造を適宜組み合わせることができる。

また、ケース３０に設けられる収容室３１、圧力導入通路３４、及び導入口３３の位置等は一例であり、適宜変更しても良い。また、収容室３１内の構造や圧力導入通路３４の経路等も圧力センサ１０が搭載される状況に応じて適宜設計すれば良い。もちろん、センサチップ２１を含んだ圧力検出部２０の構成も上記に限定されることなく他の構成としても良い。
なお、実施形態において、例えば、下方とは重力方向を示し、上方とは下方の反対方向である。また、前方とは下方とは垂直で、ケースにおいて導入口が設けられている方向である。

２１ センサチップ
３０ ケース
３３ 導入口
３５ 圧力導入部
３５ａ 正面壁部
３５ｂ 上面壁部
３５ｃ、３５ｄ 側面壁部
３５ｅ 開口部
３５ｆ 正面壁部の開口端

Claims (7)

1. 圧力媒体の圧力を検出するセンサチップ（２１）と、
   前記センサチップ（２１）を収容すると共に、外部と繋がる導入口（３３）を有するケース（３０）と、
   を備え、
   前記ケース（３０）は、前記導入口（３３）の周囲を覆うものであり、前記ケース（３０）の前方に隙間を持って配置された正面壁部（３５ａ）と、前記正面壁部（３５ａ）に接続された上面壁部（３５ｂ）及び一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）と、前記導入口（３３）に下方から前記圧力媒体を導入する開口部（３５ｅ）と、によって構成された圧力導入部（３５）を有し、
   さらに、
   前記上面壁部（３５ｂ）は、前記導入口（３３）の上方に向かって凸形状になるように全体が傾斜を持って前記一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）に接続されており、
   前記正面壁部（３５ａ）は、前記開口部（３５ｅ）を構成する開口端（３５ｆ）が前記上面壁部（３５ｂ）側に円弧状に凹んでいることにより前記一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）側に傾斜していることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）は、前記開口部（３５ｅ）を構成する開口端（３５ｇ、３５ｈ）に、前記正面壁部（３５ａ）側から前記ケース（３０）側に向かって傾斜するスロープ部（３５ｉ、３５ｊ）を有し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. 前記上面壁部（３５ｂ）及び前記一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）は、前記一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）のうち第１の側面壁部（３５ｃ）の開口端（３５ｇ）から当該第１の側面壁部（３５ｃ）、前記上面壁部（３５ｂ）、前記一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）のうち第２の側面壁部（３５ｄ）を介して当該第２の側面壁部（３５ｄ）の開口端（３５ｈ）に繋がる溝部（３５ｋ）を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記正面壁部（３５ａ）は、前記一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）のうちの第１の側面壁部（３５ｃ）側と第２の側面壁部（３５ｄ）側との中間部が前記一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）から突出していることにより当該正面壁部（３５ａ）の外壁面（３５ｌ）が傾斜していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力センサ。
5. 前記上面壁部（３５ｂ）は、当該上面壁部（３５ｂ）のうちの前記一対の側面壁部（３５ｃ、３５ｄ）の第１の側面壁部（３５ｃ）側と第２の側面壁部（３５ｄ）側とがそれぞれ平面状に形成されており、前記第１の側面壁部（３５ｃ）側と前記第２の側面壁部（３５ｄ）側とが鋭角に接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力センサ。
6. 前記正面壁部（３５ａ）は、当該正面壁部（３５ａ）の外壁面（３５ｌ）のうちの開口端（３５ｆ）側に、前記外壁面（３５ｌ）が突出したひさし部（３５ｍ）を有し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。
7. 前記下方は、重力方向を示し、
   前記上方は、前記下方とは反対方向であり、
   前記前方は、前記下方に対して垂直で、前記ケース（３０）において前記導入口（３３）を有する方向であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の圧力センサ。

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