WO2013122141A1 - 圧力センサモジュール - Google Patents

Abstract

　基準圧力室に大気圧を確実に導入することができる圧力センサモジュールを提供する。圧力センサモジュール１の上壁部１１に、上壁部１１を第１の壁部である底壁部材１５から離れる方向に貫通する貫通孔２７ａ，２９ａと、溝部２７ｂ，２９ｂとから構成される大気圧導入通路２７，２９を形成する。貫通孔２７ａ，２９ａは、一端を上壁部１１の第２の上壁部分１１ｂの外壁面に開口させ、他端を上壁部１１の第１の上壁部分１１ａの内壁面に開口させて基準圧力室Ｓ２と連通させる。溝部２７ｂ，２９ｂは、第２の上壁部分１１ｂの外壁面に沿って延び、該外壁面及び第２の上壁部分１１ｂの側面に開口し且つ貫通孔２７ａ，２９ａの端部と連通させる。

Description

圧力センサモジュール

　本発明は、圧力センサモジュールに関するものである。

　測定対象の圧力を検出する圧力センサモジュールとして、基準圧力としての大気圧と測定対象圧力との圧力差を検出する差圧型の圧力センサモジュールが知られている。特開２０００－８１３５６号公報（特許文献１）の図５には、測定対象の圧力が導入される測定圧力導入路と、大気圧が導入される大気圧導入路とを、圧力センサモジュールのハウジングから同一方向に延びるように設けた従来の圧力センサモジュールが開示されている。

　特許文献１の図５の従来の圧力センサモジュールでは、測定圧力導入路及び大気圧導入路が貫通するハウジングの壁部には、測定圧力導入路とつながる延長流路を備えた１本のチューブを嵌める筒体が一体に設けられている。大気圧導入路は、ハウジングの壁部の外壁面に開口している。

特開２０００－８１３５６号公報（図５）

　特許文献１の圧力センサモジュールでは、大気圧導入路の開口端部に水滴、ゴミ等が付着すると、付着した水滴やゴミにより大気圧の導入が妨げられて、測定対象の圧力を正確に測定することができなくなる問題が生じる。

　またこの構造で、全体をコンパクト化するためには、測定圧力導入路と大気圧導入路との間の距離を短くすることになる。しかしながら測定圧力導入路に対して設けられた筒体にチューブまたはオーリングを装着した場合に、チューブまたはオーリングが必要以上に押し込まれ、チューブまたはオーリングの端部が広がって、隣接する大気圧導入路の端部を塞いでしまうと、測定精度を悪くする問題が生じる。

　本発明の目的は、基準圧力室に大気圧を確実に導入することができる圧力センサモジュールを提供することにある。

　本発明は、大気圧が導入される基準圧力室と測定対象圧力が導入される測定対象圧力導入室とを備えたケースと、基準圧力室と測定対象圧力導入室との間に位置するようにケース内に配置されて大気圧と測定対象圧力との圧力差を検出する感圧部とを備えた圧力センサモジュールを改良の対象とする。ケースは、実装用回路基板と対向する第１の壁部と、第１の壁部と対向する第２の壁部と、第１の壁部と第２の壁部との間に位置する周壁部とを備えている。第２の壁部には、測定対象圧力導入室に測定対象圧力を導入する測定対象圧力導入通路と、基準圧力室に大気圧を導入する１以上の大気圧導入通路とが形成されている。ケースは、１以上の大気圧導入通路以外の部分から基準圧力室に大気が入ることがない気密構造を有している。特に本発明では、大気圧導入通路を、第１の壁部から離れる方向に第２の壁部を貫通する貫通孔と、第２の壁部の外壁面に沿って延びて外壁面に開口し且つ貫通孔の端部と連通する１以上の溝部とから構成する。このように構成すると、大気圧導入通路の貫通孔の外壁面側の端部に水滴やゴミが付着しても、付着した水滴は第２の壁部の外壁面に形成された溝部に沿って移動することができ、またゴミが付着した場合でもこの溝部を通して大気を大気圧導入路に導くことが可能になる。そのため、大気圧導入通路の貫通孔の外壁面側の端部に水滴やゴミが付着しても、付着した水滴やゴミにより大気圧導入通路が塞がれて基準圧力室に大気を導入できなくなって圧力センサの検出精度が悪くなる問題が生じる可能性が低くなる。

　具体的な圧力センサモジュールでは、第２の壁部には、測定対象圧力導入通路を延長する延長通路を内部に備える筒体が一体に設けられている。この筒体の外側には、測定対象案内用チューブまたはオーリングが嵌合される。このような圧力センサモジュールでは、測定対象案内用チューブまたはオーリングを筒体に嵌合させるときに、測定対象案内用チューブまたはオーリングが必要以上に第２の壁部に向かって押し込まれて、測定対象案内用チューブまたはオーリングの端部が筒体から見て外側に広がって、第２の壁部に設けられた貫通孔の端部及び溝部が測定対象案内用チューブまたはオーリングによって覆われてしまうことがある。そこで、筒体に嵌合された測定対象案内用チューブまたはオーリングが第２の壁部側に移動することを阻止するストッパ部を、筒体及び第２の壁部の少なくとも一方に一体に設けることが好ましい。このようにすると、ストッパ部によって測定対象案内用チューブまたはオーリングが第２の壁部側に向かって移動することが制限されるので、測定対象案内用チューブの端部またはオーリングがストッパ部を超えることがない。そのため、大気圧を導入する貫通孔の端部及び溝部が測定対象案内用チューブまたはオーリングによって覆われて塞がれることを防止することができ、測定対象圧力導入室に測定対象圧力を確実に導入することが可能となる。

　圧力センサモジュールの構成によっては、測定対象案内用チューブまたはオーリングがストッパ部を超えて第２の壁部側に向かって移動してしまう場合がある。そのため、１以上の大気圧導入通路の貫通孔の端部及び１以上の溝部は、筒体から見たときにストッパ部よりも外側に位置していることが好ましい。このように構成すると、測定対象案内用チューブまたはオーリングがストッパ部を超えて第２の壁部側に向かって移動しても、貫通孔の端部及び溝部が測定対象案内用チューブまたはオーリングによって覆われて塞がれることがないので、測定対象圧力導入室に測定対象圧力をより確実に導入することが可能となる。

　溝部は、周壁部に開口していることが好ましい。溝部が周壁部に開口していれば、第２の壁部の外壁面が測定対象案内用チューブまたはオーリングにより全体的に塞がれても、大気圧を確実に導入することが可能となる。

　本発明は、上述した圧力センサモジュールが、実装用回路基板上に実装されて、実装用回路基板が絶縁樹脂材料によりモールドされた集積回路として把握することもできる。

（Ａ）乃至（Ｄ）はそれぞれ本発明の実施の形態の圧力センサモジュールの平面図、正面図、底面図及び右側面図である。 実装用回路基板に実装され実装用回路基板と一緒に防水用の樹脂によって一部が覆われた圧力センサモジュールを図１（Ａ）のＩＩ－ＩＩ線で切断した断面図である。 オーリングを介して被測定機器の測定対象送出部に筒体を嵌合した図２の圧力センサモジュールを、図１（Ａ）のＩＩＩ－ＩＩＩ線で切断した断面図である。 （Ａ）は本発明の他の実施の形態の圧力センサモジュール１０１の平面図であり、（Ｂ）は図４（Ａ）のＶ－Ｖ線断面図である。 圧力導入管を取り付けた圧力センサモジュールの一部切り欠き側面図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例について詳細に説明する。図１（Ａ）乃至図１（Ｄ）は、それぞれ本発明の実施の形態の圧力センサモジュール１の平面図、正面図、底面図及び右側面図である。図２は、実装用回路基板ＳＢに実装され実装用回路基板と一緒に防水用の樹脂によって一部が覆われた本実施の形態の圧力センサモジュール１の断面図である（圧力センサモジュール１は、図１（Ａ）のＩＩ－ＩＩ線断面図として示してある）。本実施の形態の圧力センサモジュール１は、防水性能を高めるために実装用回路基板ＳＢ（図２）に実装された後に、実装用回路基板ＳＢ（図２）と一緒に防水用の絶縁樹脂ＩＲ（図２）で一部が被覆されても、圧力の測定が可能な構造を有している。圧力センサモジュール１は、センサケース３と、センサケース３の内部に設けられた感圧部としての半導体圧力センサ素子５と、筒体７と、８本の端子９と、これら端子９の何本かに接続される図示しない信号処理用のＩＣチップとを備えている。なお図１においては、端子９を途中で切断した状態で示してある。センサケース３は、底面側に開口部を有するケース本体１０を備えている。ケース本体１０は、筒体７が一体に設けられた上壁部１１と、一端が上壁部１１の外周部と一体に設けられて上壁部１１から離れる方向に延びる周壁部１３と、周壁部１３の他端によって囲まれた開口部に液密に嵌合された底壁部材１５とから構成されている。本実施の形態では、上壁部１１が第２の壁部を構成しており、底壁部材１５が第１の壁部を構成している。なお、図１（Ｃ）においては、内部構造を示すために、センサケース３の底壁部材１５を取り除いた状態で示している。

　上壁部１１は、輪郭が略四角形形状の第１の上壁部分１１ａと、第１の上壁部分１１ａの上に一体に設けられて第１の上壁部分１１ａよりも輪郭形状が小さい輪郭が略四角形形状の第２の上壁部分１１ｂと、第２の上壁部分１１ｂの上に一体に設けられた輪郭が円形形状の第３の上壁部分１１ｃとから構成されている。前述の筒体７は、第３の上壁部分１１ｃの上に一体に設けられている。第３の上壁部分１１ｃ内には、筒体７の内部を通る延長通路７ａと連通し、延長通路７ａよりも小径の連絡通路１７ａと、連絡通路１７ａと連通し連絡通路１７ａよりも大径の円柱状空間１７ｂが形成されている。そして第２の上壁部分１１ｂ及び第１の上壁部分１１ａには、円柱状空間１７ｂと連通し横断面形状の輪郭が四角形状をなす角柱状空間１７ｃが形成されており、第１の上壁部分１１ａには角柱状空間１７ｃと連通し底壁部材１５とほぼ全面的に対向する厚みが薄く平らな空間１７ｄが形成されている。角柱状空間１７ｃの一部を囲む第３の上壁部分１１ｃの内壁面１７ｅ上には、半導体圧力センサ素子５を支持するための支持台６が接合されている。この支持台６は、半導体基板を加工して形成されている。支持台６には、円柱状空間１７ｂと連通する貫通孔６Ａが形成されている。なお本実施の形態では、連絡通路１７ａ及び円柱状空間１７ｂにより測定対象圧力導入室Ｓ１が構成され、角柱状空間１７ｃ及び平らな空間１７ｄにより基準圧力室Ｓ２が構成されている。

　半導体圧力センサ素子５は、Ｓｉ半導体基板をベースにして形成されており、ダイアフラム部５ａとダイアフラム支持部５ｂとを備えている。ダイアフラム部５ａには、図示しない抵抗素子からなる抵抗ブリッジ回路と抵抗素子からなる抵抗回路とが表面に形成されている。この抵抗ブリッジ回路等が形成されている表面は、防水用の絶縁樹脂ＩＲで覆われている。なお、抵抗回路の詳細な構成は、本発明の要旨とは関係ないので説明を省略する。ダイアフラム支持部５ｂが、支持台６に気密に接合されている。したがって本実施の形態では、測定対象の流体が、拡散抵抗が形成されている面と接触することはない。

　周壁部１３は、対向する２つの周壁部分１３ａ及び１３ｂと、これら周壁部分１３ａ及び１３ｂの対向する端部を接続する２つの周壁部分１３ｃ及び１３ｄとを有している。４つの周壁部分１３ａ乃至１３ｄは、周壁部の輪郭がほぼ四角形をなすように構成されている。周壁部１３には、上壁部１１が位置する側と反対側の端部内に、第１乃至第３の環状段部１９～２３が形成されている。第１の環状段部１９には、周壁部１３の開口部１３ｅを塞ぐように底壁部材１５が液密に嵌合されている。底壁部材１５は、圧力センサモジュール１を実装用回路基板ＳＢ（図２）に実装すると、実装用回路基板と対向する。第２の環状段部２１からは、後述する大気圧導入通路の端部が開口している。第３の環状段部２３には、８本の端子９の一方の端部９ａが露出している。

　８本の端子９は、周壁部１３にインサート成形により固定されている。８本の端子９の一方の端部９ａは、センサケース３の第３の環状段部２３内に露出しており、一部は図示しないボンディングワイヤにより半導体圧力センサ素子５の電極部と電気的に接続されている。本実施の形態では、８本の端子９が対向する２つの周壁部分１３ａ及び１３ｂから突出している。

　上壁部１１にはさらに、２本の大気圧導入通路２７，２９が形成されている。大気圧導入通路２７，２９は、上壁部１１を第１の壁部である底壁部材１５から離れる方向に貫通する貫通孔２７ａ，２９ａと、溝部２７ｂ，２９ｂとから構成されている。貫通孔２７ａ，２９ａの一端は、上壁部１１の第２の上壁部分１１ｂの外壁面に開口しており、貫通孔２７ａ，２９ａの他端は、上壁部１１の第１の上壁部分１１ａの内壁面に開口して基準圧力室Ｓ２と連通している。溝部２７ｂ，２９ｂは、第２の上壁部分１１ｂの外壁面に沿って延び、該外壁面及び第２の上壁部分１１ｂの側面に開口し且つ貫通孔２７ａ，２９ａの端部と連通している。本実施の形態によれば、上壁部１１の第２の上壁部分１１ｂの外壁面に開口する貫通孔２７ａ，２９ａの端部に水滴が付着しても、溝部２７ｂ、２９ｂに沿って水滴が移動できるため、水滴により大気圧導入通路が完全に塞がれる可能性が低くなる。また貫通孔２７ａ，２９ａの端部にゴミが付着しても、溝部２７ｂ、２９ｂに沿って貫通孔２７ａ，２９ａに大気が導かれるため、大気圧導入通路が完全に塞がれる可能性が低くなる。なお、大気圧導入通路２７、２９以外からセンサケース３の内部に大気圧が導入されることがないように、センサケースは気密構造を有している。

　以上の構成により、筒体７の通路７ａ及び上壁部１１の第３の上壁部分１１ｃを貫通する連絡通路１７ａ及び円柱状空間１７ｂを通して半導体圧力センサ素子５のダイアフラム部５ａの裏面側に測定対象圧力が導入される。そして大気圧導入通路２７、２９を通して半導体圧力センサ素子５のダイアフラム部５ａの表面側に大気圧が導入され、ダイアフラム部５ａは測定対象圧力の圧力量と大気圧との圧力差に応じて撓む。その結果、圧力差に応じた信号が半導体圧力センサ素子５から出力される。

　図３は、本実施の形態の圧力センサモジュール１の筒体７をオーリング３３を介して被測定機器の測定対象送出部３１に嵌合した状態を示すために、図１及び図２に示す圧力センサモジュール１を図１（Ａ）のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って断面にして示した断面図である。なお、図３では、理解を容易にするために、筒体７に取り付けられた測定対象送出部３１及びオーリング３３を断面にして示し、端子９の図示を省略している。本実施の形態では、筒体７が突出する上壁部１１の第３の上壁部分１１ｃの外面が、ストッパ部を構成している。そのためオーリング３３は、上壁部１１の第３の上壁部分１１ｃに当接した状態で、被測定機器の測定対象送出部３１の内壁部との間に挟持される。

　図４（Ａ）は、本発明の他の実施の形態の圧力センサモジュール１０１の平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。図５は、圧力導入管１３１を取り付けた圧力センサモジュール１０１の一部切り欠き側面図である。図５においては、理解を容易にするために、圧力導入管１３１を断面で示している。なお図４及び図５においては、図１乃至図３に示した実施の形態と同様の部材には、図１乃至図３に付した符号に１００の数を加えた数の符号を付して詳細な説明を省略する。図５に示すように本実施の形態では、筒体１０７に取り付けられる圧力導入管１３１は、弾性材料により形成されているため、圧力導入管１３１と筒体１０７との気密性が確保される。本実施の形態では、上壁部１１１は、輪郭が略四角形形状の第１の上壁部分１１１ａと、第１の上壁部分１１１ａの上に一体に設けられて第１の上壁部分１１１ａのほぼ半分の領域に形成され筒体１０７の下側に位置する第２の上壁部分１１１ｂと、第２の上壁部分１１１ｂの上に一体に設けられて筒体１０７の基部のほぼ半分の領域に沿って延びる第３の上壁部分１１１ｃとから構成されている。本実施の形態では、第１の上壁部分１１１ａ乃至第３の上壁部分１１１ｃの全てを貫通するように大気圧導入通路１２７及び１２９の一部を構成する貫通孔１２７ａ及び１２９ａが形成されており、溝部１２７ｂ及び１２９ｂは第３の上壁部分１１１ｃに形成されている。

　そして第２の上壁部分１１１ｂ及び第３の上壁部分１１１ｃの上には、筒体１０７に沿って延びる４つの角柱形状のストッパ部１０７ｂが一体に形成されている。そのため圧力導入管１３１を筒体１０７に取り付ける際に、圧力導入管１３１の先端が第３の上壁部分１１１ｃ上まで到達することを抑制できる。また本実施の形態のように、大気圧導入通路１２７及び１２９を筒体１０７に近い位置に形成した場合において、圧力導入管１３１を筒体１０７に取り付ける際に、誤って必要以上に大きな力で圧力導入管１３１を押し込み、圧力導入管１３１の先端がストッパ部１０７ｂを越えて第３の上壁部分１１１ｃまで達して、圧力導入管１３１が大気圧導入通路１２７、１２９の貫通孔１２７ａ，１２９ａの開口端部を覆うことがあっても、溝部１２７ｂ、１２９ｂが存在するために、溝部１２７ｂ、１２９ｂを通して大気を基準圧力室内に導入することができる。

　上記実施の形態では、大気圧と測定対象圧力との圧力差を検出する感圧部として半導体圧力センサ素子を使用しているが、半導体圧力センサ素子以外の圧力センサ素子を感圧部として用いてもよい。

　本発明によれば、大気圧導入通路を、第１の壁部から離れる方向に第２の壁部を貫通する貫通孔と、第２の壁部の外壁面に沿って延びて外壁面に開口し且つ貫通孔の端部と連通する１以上の溝部とから構成したので、大気圧導入通路の貫通孔の外壁面側の端部に水滴が付着しても、付着した水滴が第２の壁部の外壁面に形成された溝部に沿って移動することができる。そのため、大気圧導入通路の貫通孔の外壁面側についた水滴やゴミが大気圧導入通路の一部を塞いでも、基準圧力室に大気圧を確実に導入することができる。

　１　圧力センサモジュール
　３　センサケース
　５　半導体圧力センサ素子
　５ａ　ダイアフラム部
　５ｂ　ダイアフラム支持部
　６　支持台
　６Ａ　貫通孔
　７　筒体
　７ａ　延長通路
　７ｂ　ストッパ部
　９　端子
　９ａ　端部
　１０　ケース本体
　１１　上壁部
　１１ａ　第１の上壁部分
　１１ｂ　第２の上壁部分
　１１ｃ　第３の上壁部分
　１３　周壁部
　１３ａ～１３ｄ　周壁部分
　１３ｅ　開口部
　１５　底壁部材
　１７ａ　連絡通路
　１７ｂ　円柱状空間
　１７ｃ　角柱状空間
　１７ｄ　平らな空間
　１７ｅ　内壁面
　１９　第１の環状段部
　２１　第２の環状段部
　２３　第３の環状段部
　２５　ボンディングワイヤ
　２７　大気圧導入通路
　２９　大気圧導入通路
　３１　測定対象送出部
　３３　オーリング
　Ｓ１　測定対象圧力導入室
　Ｓ２　基準圧力室

Claims (6)

1. 　大気圧が導入される基準圧力室と測定対象圧力が導入される測定対象圧力導入室とを備えたケースと、前記基準圧力室と前記測定対象圧力導入室との間に位置するように前記ケース内に配置されて前記大気圧と前記測定対象圧力との圧力差を検出する感圧部とを備えた圧力センサモジュールであって、
   　前記ケースは、実装用回路基板と対向する第１の壁部と、該第１の壁部と対向する第２の壁部と、前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に位置する周壁部とを備え、
   　前記ケースの前記第２の壁部には、前記測定対象圧力導入室に前記測定対象圧力を導入する測定対象圧力導入通路と前記基準圧力室に前記大気圧を導入する１以上の大気圧導入通路とが形成されており、
   　前記ケースは、前記１以上の大気圧導入通路以外の部分から前記基準圧力室に大気が入ることがない気密構造を有しており、
   　前記大気圧導入通路は、前記第２の壁部を前記第１の壁部から離れる方向に貫通する貫通孔と、前記第２の壁部の外壁面に沿って延び、前記外壁面に開口し且つ前記貫通孔の端部と連通する１以上の溝部とを備えており、
   　前記第２の壁部には、内部に前記測定対象圧力導入通路を延長する延長通路を備え且つ測定対象案内用チューブまたはオーリングが外側に嵌合される筒体が一体に設けられており、
   　前記筒体及び前記第２の壁部の少なくとも一方には、前記筒体に嵌合された前記測定対象案内用チューブまたはオーリングが前記第２の壁部側に移動することを阻止するストッパ部が一体に設けられており、
   　前記１以上の大気圧導入通路の前記貫通孔の端部及び前記１以上の溝部は、前記筒体から見て前記ストッパ部よりも外側に位置しており、
   　前記溝部は、前記周壁部に開口していることを特徴とする圧力センサモジュール。
2. 　大気圧が導入される基準圧力室と測定対象圧力が導入される測定対象圧力導入室とを備えたケースと、前記基準圧力室と前記測定対象圧力導入室との間に位置するように前記ケース内に配置されて前記大気圧と前記測定対象圧力との圧力差を検出する感圧部とを備えた圧力センサモジュールであって、
   　前記ケースは、実装用回路基板と対向する第１の壁部と、該第１の壁部と対向する第２の壁部と、前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に位置する周壁部とを備え、
   　前記ケースの前記第２の壁部には、前記測定対象圧力導入室に前記測定対象圧力を導入する測定対象圧力導入通路と前記基準圧力室に前記大気圧を導入する１以上の大気圧導入通路とが形成されており、
   　前記ケースは、前記１以上の大気圧導入通路以外の部分から前記基準圧力室に大気が入ることがない気密構造を有しており、
   　前記大気圧導入通路は、前記第２の壁部を前記第１の壁部から離れる方向に貫通する貫通孔と、前記第２の壁部の外壁面に沿って延び、前記外壁面に開口し且つ前記貫通孔の端部と連通する１以上の溝部とを備えていることを特徴とする圧力センサモジュール。
3. 　前記第２の壁部には、内部に前記測定対象圧力導入通路を延長する延長通路を備え且つ測定対象案内用チューブまたはオーリングが外側に嵌合される筒体が一体に設けられており、
   　前記筒体及び前記第２の壁部の少なくとも一方には、前記筒体に嵌合された前記測定対象案内用チューブまたはオーリングが前記第２の壁部側に移動することを阻止するストッパ部が一体に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサモジュール。
4. 　前記１以上の大気圧導入通路の前記貫通孔の端部及び前記１以上の溝部は、前記筒体から見て前記ストッパ部よりも外側に位置している請求項３に記載の圧力センサモジュール。
5. 　前記溝部は、前記周壁部に開口している請求項２乃至４のいずれか１項に記載の圧力センサモジュール。
6. 　請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧力センサモジュールが、前記実装用回路基板上に実装され、前記実装用回路基板が絶縁樹脂材料によりモールドされていることを特徴とする集積回路。

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