WO2020017198A1 - 圧力温度センサ - Google Patents

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WO2020017198A1
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wings
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sensor
temperature sensor
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武 金澤
亮介 村山
陽一 奥井
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株式会社デンソー
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    • G—PHYSICS
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    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
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    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Definitions

  • the present disclosure relates to a pressure-temperature sensor that detects pressure and temperature of a measurement medium.
  • the sensor includes a diffuser protruding from the tubular port.
  • the diffuser includes four wings that extend along the length of the tubular port.
  • the four wings are arranged at equal angles in the circumferential direction about an axis along the longitudinal direction. That is, in the circumferential direction, the angle between adjacent wings is 90 °.
  • the measurement medium is drawn into the tubular port along the face of the diffuser wing.
  • the measurement medium when the sensor is fixed to the mounting object with the wings inclined at 45 ° with respect to the flow direction of the measurement medium, the measurement medium easily gathers at the corner formed by two adjacent wings. For this reason, the measurement medium is easily drawn into the inside of the tubular port along the wing surface of the wing. In this case, the amount of drawing in the measuring medium is maximized.
  • the two wings face the flow of the measurement medium. For this reason, a part of the measurement medium that has collided with the wing surface of the wing is drawn into the tubular port side, while the other takes a route bypassing the diffuser. Therefore, the amount of drawing in the measurement medium is reduced. As a result, the temperature detection accuracy of the sensor may be reduced.
  • the conventional sensor since the conventional sensor has four wings, the amount of the measurement medium drawn into the inside of the tubular port varies depending on the direction of each wing with respect to the flow of the measurement medium. Of course, the same applies to the case of three wings.
  • the present disclosure can reduce the pressure loss of the measurement medium while securing the amount of the measurement medium drawn in, regardless of the angle at which the wing is attached to the flow direction of the measurement medium. It is an object of the present invention to provide a pressure-temperature sensor that can perform the above-described operations.
  • a pressure temperature sensor includes a sensor unit having a pressure detection unit that detects a pressure of a measurement medium and a temperature detection unit that detects a temperature of the measurement medium.
  • the pressure / temperature sensor includes a holding section that has a pipe section, holds the sensor section so that the sensor section is located inside the pipe section, and fixes the pipe section to a pipe to be attached.
  • the pressure / temperature sensor is provided on the holding part so as to be located on the inner side of the pipe than the sensor part, and includes an introduction part arranged inside the pipe by fixing the pipe part to the pipe.
  • the introduction section includes a plurality of wings having a wing surface along the direction in which the introduction section projects from the sensor section.
  • the plurality of wings are arranged radially on a vertical plane perpendicular to the protruding direction, and the angles formed by the wing surfaces of adjacent wings are all acute angles.
  • the projected area of the wing surface on a plane perpendicular to the flow direction of the measurement medium is smaller than in the case of four or less wings. Become. In other words, the flow of the measurement medium is less likely to be hindered by the wing surface than in the case where the number of wings is four or less. Therefore, the pressure loss of the measurement medium can be reduced.
  • FIG. 1 is a sectional view of the pressure temperature sensor according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a pressure region generated on the upstream side and the downstream side of the introduction section
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the number of wings and the pressure loss
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the flow of the measurement medium when there are four wings as a comparative example
  • FIG. 1 is a sectional view of the pressure temperature sensor according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a pressure region generated on the upstream side and the downstream side of the introduction section
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the number of wings and the pressure loss
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the flow of the measurement medium when there are four wings as a comparative example
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing, as a comparative example, pressure regions generated on the upstream side and the downstream side of the introduction portion when the number of wings is four
  • FIG. 7 is a cross-sectional view in which a housing and an introduction portion are integrated as a modification
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a modified example in which the number of wings is 12
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a through-hole provided in the introduction section as a modification.
  • FIG. 10 is a side view showing a bottom having a tapered side surface as a modification
  • FIG. 11 is a side view showing a hemispherical bottom as a modification.
  • FIG. 12 is a side view of the introduction unit according to the second embodiment
  • FIG. 13 is a side view showing a modification of the introduction unit according to the second embodiment.
  • the pressure temperature sensor according to the present embodiment is configured to be able to detect both the pressure and the temperature of the measurement medium.
  • the pressure temperature sensor is fixed to the pipe, and detects the pressure and temperature of the measurement medium in the pipe.
  • the measurement medium is, for example, a refrigerant used in automobiles.
  • Other measurement media include lubricating oil such as engine oil and transmission oil, and gas.
  • the pressure temperature sensor 100 includes a housing 110, a sensor body 120, a potting section 130, a mold resin section 140, a sensor chip 150, and an introduction section 170.
  • the housing 110 is a hollow case formed by cutting a metal material such as SUS by cutting or the like.
  • the housing 110 has a protrusion 111 on one end and an opening 112 on the other end.
  • the protrusion 111 has a tube 113.
  • the tube 113 communicates with the opening 112.
  • a male screw portion 114 that can be screw-coupled to the pipe 200 to be attached is formed.
  • the opening 112 of the housing 110 is constituted by being surrounded by the peripheral wall 115.
  • the housing 110 is fixed in a through-screw hole 202 provided in a thick portion 201 of a pipe 200 to which a part of a pipe 113 is attached. As a result, the open end 113 a of the pipe 113 is located inside the pipe 200.
  • the method of fixing the pressure / temperature sensor 100 to the pipe 200 is not limited to the above screw fastening.
  • a method such as flange stop or circlip may be adopted.
  • the sensor body 120 is a component constituting a connector for electrically connecting the pressure temperature sensor 100 and an external device.
  • the sensor body 120 is formed of, for example, a resin material such as PPS.
  • the sensor body 120 has one end formed as a fixing portion 121 fixed to the opening 112 of the housing 110, and the other end formed as a connector portion 122.
  • the fixing portion 121 has a concave portion 123 that is concave toward the connector portion 122.
  • the terminal 124 is insert-molded. One end of the terminal 124 is sealed in the fixed part 121, and the other end is insert-molded in the sensor body 120 so as to be exposed inside the connector part 122. One end of the terminal 124 is connected to an electric component of the mold resin part 140 by accommodating a part of the mold resin part 140 in the recess 123.
  • the sensor body 120 is caulked and fixed so that the end of the peripheral wall 115 of the housing 110 presses the fixing part 121 with the fixing part 121 fitted into the opening 112 of the housing 110 via the O-ring 125. .
  • the potting portion 130 is a sealing component filled in a gap between the concave portion 123 of the sensor body 120 and the mold resin portion 140.
  • the potting section 130 is formed of, for example, a resin material such as an epoxy resin.
  • the potting unit 130 seals and protects a part of the mold resin unit 140 and a joint of the terminal 124 from oil as a measurement medium.
  • the mold resin part 140 is a component that holds the sensor chip 150.
  • the mold resin portion 140 is formed in a column shape having one end 141 and the other end 142 opposite to the one end 141.
  • the mold resin portion 140 seals the sensor chip 150 on one end 141 side.
  • the mold resin part 140 seals a part of the lead frame 143 and the circuit chip 160.
  • the lead frame 143 is a component on which the sensor chip 150 and the circuit chip 160 are mounted.
  • the sensor chip 150 is mounted on one end of the lead frame 143, and the circuit chip 160 is mounted on the other end.
  • the other end of the lead frame 143 is exposed from the other end 142 of the mold resin part 140 and is connected to one end of the terminal 124.
  • the lead frame 143 may be divided into a plurality. In this case, electrical connection may be made by a bonding wire.
  • the lead frame 143 and the terminal 124 may be connected by a bonding wire.
  • the circuit chip 160 is an IC chip on which a semiconductor integrated circuit such as a memory is formed.
  • the circuit chip 160 is formed using a semiconductor substrate or the like.
  • the circuit chip 160 supplies a constant current as a power supply to the sensor chip 150, inputs a pressure signal and a temperature signal from the sensor chip 150, and performs signal processing of each signal based on a preset signal processing value.
  • the signal processing value is an adjustment value for amplifying or calculating the signal value of each signal.
  • the circuit chip 160 is electrically connected to the sensor chip 150 via a lead frame 143 by a bonding wire (not shown).
  • the sensor chip 150 is an electronic component that detects the temperature of the measurement medium.
  • the sensor chip 150 is mounted on the lead frame 143 with, for example, silver paste or the like.
  • the sensor chip 150 has a plate-shaped substrate formed by stacking a plurality of layers. The plurality of layers are stacked by stacking a plurality of wafers as a wafer-level package, processed by a semiconductor process or the like, and then diced and cut for each sensor chip 150.
  • the sensor chip 150 has a thin diaphragm 151.
  • a plurality of piezoresistive elements 152 are formed on the diaphragm 151.
  • Each piezoresistive element 152 is a diffusion resistance formed by ion implantation into the semiconductor layer.
  • Each piezoresistive element 152 may be configured as a thin film resistor formed on the diaphragm 151.
  • the sensor chip 150 is also formed with a wiring portion, a pad, and the like (not shown) connected to each piezoresistive element 152.
  • Each piezoresistive element 152 is a resistive element whose resistance value changes according to the strain of the diaphragm 151 to which the pressure of the measurement medium is applied.
  • Each piezoresistive element 152 is an element whose resistance changes according to the temperature of the measurement medium.
  • Each piezoresistive element 152 is electrically connected to form a Wheatstone bridge circuit. The Wheatstone bridge circuit is supplied with a constant current power from the circuit chip 160. Thus, by using the piezoresistance effect of each piezoresistance element 152, it is possible to detect a voltage corresponding to the distortion or temperature of the diaphragm 151 as a sensor signal.
  • the sensor chip 150 detects a change in the resistance of the plurality of piezoresistive elements 152 according to the distortion of the diaphragm 151 as a change in the midpoint voltage of the Wheatstone bridge circuit, and outputs the midpoint voltage as a pressure signal.
  • the sensor chip 150 detects a resistance change of the plurality of piezoresistive elements 152 according to heat received from the measurement medium as a bridge voltage of the Wheatstone bridge circuit, and outputs the bridge voltage as a temperature signal.
  • each piezoresistive element 152 has both functions of a pressure detecting unit and a temperature detecting unit.
  • the sensor chip 150 is sealed on one end 141 side of the mold resin portion 140 such that portions corresponding to the pressure detection portion and the temperature detection portion are exposed.
  • the mold resin part 140 is held by the sensor body 120 and the potting part 130 such that the pressure detection part and the temperature detection part of the sensor chip 150 are located inside the tube part 113.
  • the introduction portion 170 is a component provided on the tube portion 113 so as to be located next to the mold resin portion 140 in the direction in which the projection portion 111 projects.
  • the introduction part 170 is provided in the pipe part 113 so as to be located on the inner side of the pipe 200 with respect to the sensor chip 150.
  • the projecting direction of the projecting portion 111 is the same as the direction in which the mold resin portion 140 or the sensor chip 150 and the introduction portion 170 are arranged.
  • the introduction part 170 is arranged inside the pipe 200 by fixing the pipe part 113 to the pipe 200. A part of the introduction portion 170 protrudes from the opening end 113 a of the tube portion 113.
  • the introduction portion 170 has a wing portion 171, a bottom portion 172, and an arm portion 173.
  • the wing portion 171 has a plurality of wings 175 having a flat wing surface 174.
  • the wing surface 174 is a surface along the protruding direction.
  • the surface along the protruding direction includes not only a surface parallel to the protruding direction but also a surface inclined with respect to the protruding direction.
  • the wing portion 171 forms a flow path 176 that guides the measurement medium to the sensor chip 150 along the wing surface 174.
  • the plurality of wings 175 are radially arranged on a vertical plane in which the wing surface 174 is perpendicular to the protruding direction.
  • six wings 175 are arranged at equal angles with an interval of 60 °. Further, the angles formed by the wing surfaces 174 of the adjacent wings 175 are all acute angles.
  • the bottom 172 fixes the side of the plurality of blades 175 opposite to the mold resin section 140 in the protruding direction.
  • the bottom 172 has a fixing surface 177 for fixing each wing 175.
  • the arm 173 is a part for holding the introduction part 170 inside the tube part 113.
  • One end of the arm 173 is integrated with the wing 171.
  • the other end of the arm 173 is extended until it reaches the sensor body 120, and a hook structure is formed.
  • the hook structure is, for example, a snap fit.
  • the other end of the arm 173 is hooked on a step 116 formed inside the tube 113.
  • the introduction portion 170 is held inside the tube portion 113 such that the bottom portion 172 projects from the tube portion 113.
  • the above is the overall configuration of the pressure temperature sensor 100.
  • the operation and effect of the case where the angles formed by the wing surfaces 174 of the adjacent wings 175 are all acute will be described.
  • the angle of the wing surface 174 formed by the adjacent wings 175 is acute, even if the wing 175 is attached at any angle with respect to the flow direction of the measurement medium, Be sure that any acute angle points in the direction of flow of the measuring medium. For this reason, the measurement medium is collected at an acute angle portion directed in the flow direction of the measurement medium. Then, the measurement medium collected at the acute angle portion is drawn toward the sensor chip 150 along the wing surface 174 of the wing 175. Accordingly, the flow velocity of the measurement medium near the detection section of the sensor chip 150 is improved, so that the temperature detection accuracy and the temperature responsiveness are improved.
  • the projected area of the wing surface 174 on a surface 178 perpendicular to the flow direction of the measurement medium is smaller than when the wing surface 174 is oriented perpendicular to the flow direction of the measurement medium. Become. For this reason, the high-pressure area
  • the inventors of the present disclosure examined the pressure loss of the measurement medium in the pipe 200 when the number of the blades 175 was changed.
  • a plurality of pressure temperature sensors 100 were prepared for each sheet so that the wing surface 174 of the wing 175 was randomly oriented in the flow direction of the measurement medium.
  • the introduction section 170 has at least five or more blades 175, the pressure loss of the measurement medium is reduced and the variation in the pressure loss is also reduced. 4, the pressure loss of the measurement medium is reduced by increasing the number of wings 175 from four to six, and the pressure of the measurement medium is reduced by providing the introduction part 170 with five or more wings 175. It can be said that the loss can be reduced.
  • the angle between adjacent wings 175 is a right angle or an obtuse angle, as shown in FIG.
  • the measurement medium that has collided with the wing surface 174 of the Run away to the outside. That is, the measurement medium bypasses the introduction unit 170. For this reason, it is difficult to secure the amount of drawing in the measurement medium.
  • the entire wing surface 174 blocks the flow of the measurement medium. Therefore, a large pressure difference occurs between the upstream side and the downstream side of the introduction section 170. Therefore, the pressure loss of the measurement medium increases.
  • the acute angle portion of any adjacent wing 175 is directed in the flow direction of the measurement medium. Therefore, the measurement medium can be drawn into the inside of the tube portion 113 along the wing surface 174 from the acute angle portion of the adjacent wing 175. Therefore, it is possible to secure the amount of drawing in the measurement medium.
  • the projected area of the wing surface 174 on a plane perpendicular to the flow direction of the measurement medium is smaller than the case where the number of the wings 175 is four or less, the flow of the measurement medium is smaller than the case where the number of the wings 175 is four or less. It is less likely to be obstructed by the introduction section 170. For this reason, it is possible to make it difficult to generate a pressure difference before and after the introduction section 170 in the flow of the measurement medium. Therefore, the pressure loss of the measurement medium can be reduced.
  • the sensor chip 150 of the present embodiment corresponds to a sensor unit
  • the piezoresistive element 152 corresponds to a pressure detection unit and a temperature detection unit
  • the housing 110, the sensor body 120, and the potting unit 130 correspond to a holding unit.
  • the introduction section 170 may not include the bottom section 172. Further, in the vertical direction, one end of each of the wings 175 on the central portion side of the bottom portion 172 is separated from each other, so that the wings 175 may not be connected. That is, the introduction section 170 may have a hole corresponding to the space due to the fact that the respective wings 175 are not joined. The hole constitutes a flow path through which the measurement medium passes along the vertical direction. Thereby, since the measurement medium passes through the hole, the pressure loss of the measurement medium can be further reduced.
  • planar shape of the introduction portion 170 in the vertical direction may be a polygon such as a quadrangle instead of a circle.
  • the planar shape of the bottom 172 is the same.
  • the introduction section 170 may be integrated with the housing 110.
  • the introduction section 170 is formed as a part of the tube section 113. According to this, the number of parts can be reduced. Further, the introduction section 170 may be made of the same material as the housing 110.
  • twelve wings 175 may be provided.
  • the introduction section 170 can be made to approximate a cylindrical shape in a pseudo manner. This allows the measurement medium to flow smoothly from the upstream side to the downstream side of the introduction section 170, so that the effect of reducing the pressure loss of the measurement medium can be enhanced.
  • the introduction portion 170 may have a through hole 179 formed along the protruding direction at the joint of each wing 175. According to this, the measurement medium can be drawn into the tube 113 via the through hole 179 by the pressure difference between the outside of the introduction unit 170 and the inside of the tube 113.
  • the side surface 172a of the bottom 172 may be formed in a tapered shape.
  • the entire side surface 172a may be a tapered surface, or a part of the side surface 172a may be a tapered surface.
  • the bottom 172 may be formed in a hemispherical shape. Thereby, the flow of the measurement medium becomes smooth along the tapered surface or the hemisphere of the bottom portion 172, so that the pressure loss of the measurement medium can be reduced.
  • the introduction section 170 has a flat tapered surface 180.
  • the wing surface 174 of the wing 175 and the fixed surface 177 of the bottom 172 are connected by a tapered surface 180. Accordingly, the measurement medium entering the acute angle portion formed by the adjacent blades 175 can be easily moved to the sensor chip 150 side along the tapered surface 180.
  • the introduction section 170 may have a curved surface 181.
  • the curved surface 181 is a curved surface that is concave toward the connection corner between the wing surface 174 of the wing 175 and the bottom 172 fixing surface 177.
  • each wing 175 may not be arranged at an equal angle in the circumferential direction, but may be arranged at an unequal angle in the circumferential direction.
  • the piezoresistive elements 152 are configured to detect both pressure and temperature
  • the piezoresistive elements 152 for detecting pressure and the piezoresistive elements 152 for detecting temperature may be configured separately.
  • a capacitive pressure detecting element may be employed as a means for detecting the pressure
  • a thermistor or a thermocouple may be employed as a means for detecting the temperature.
  • the capacitive pressure detecting element corresponds to the pressure detecting unit
  • the thermistor and the thermocouple correspond to the temperature detecting unit. That is, the pressure detection unit and the temperature detection unit may be separately provided on the sensor chip 150.
  • the electrical connection parts between the circuit chip 160 and the sensor chip 150 are not limited to the lead frame 143.
  • the circuit chip 160 and the sensor chip 150 may be mounted on a printed board.
  • the pressure temperature sensor 100 may have a configuration that does not include the mold resin part 140.
  • the pressure detecting section and the temperature detecting section constituting the sensor section are held by components such as the housing 110, the sensor body 120, and the potting section 130.

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Abstract

圧力温度センサは、測定媒体の圧力を検出する圧力検出部（１５２）と、測定媒体の温度を検出する温度検出部（１５２）と、を有するセンサ部（１５０）を含む。圧力温度センサは、管部（１１３）を有し、センサ部が管部の内部に位置するようにセンサ部を保持し、管部が取付対象である配管（２００）に固定される保持部（１１０、１２０、１３０）を含む。圧力温度センサは、センサ部よりも配管の内部側に位置するように保持部に設けられ、管部が配管に固定されることで配管の内部に配置される導入部（１７０）を含む。導入部は、センサ部に対する導入部の突出方向に沿った羽面（１７４）を有する複数の羽（１７５）を含む。複数の羽は、突出方向に垂直な垂直面において放射状に配置されると共に、隣同士の羽の羽面の成す角が全て鋭角である。

Description

圧力温度センサ 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１８年７月１９日に出願された日本特許出願２０１８－１３５７０６号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、測定媒体の圧力及び温度を検出する圧力温度センサに関する。
　従来より、測定媒体の圧力及び温度を検出するセンサが、例えば特許文献１で提案されている。センサは、管状ポートから突出したディフューザを含む。ディフューザは、管状ポートの長手方向に沿って延びる４枚の羽を含む。４枚の羽は、長手方向に沿った軸を中心とした周方向に等角度に配置される。つまり、周方向において、隣同士の羽のなす角度は９０°である。測定媒体は、ディフューザの羽の羽面に沿って管状ポート内に引き込まれる。
米国特許出願公開第２００９／０１７８４８７号明細書
　しかしながら、上記従来の技術では、ディフューザの各羽が測定媒体の流れ方向に対してどの角度で取り付けられるかは、センサが取付対象に取り付けられるまでわからない。
　例えば、測定媒体の流れ方向に対して羽が４５°傾いた状態でセンサが取付対象に固定された場合、測定媒体が隣同士の２枚の羽によって構成された角部に集まりやすくなる。このため、測定媒体が羽の羽面に沿って管状ポートの内部に引き込まれやすくなる。この場合、測定媒体の引き込み量は最大化する。
　これに対し、測定媒体の流れ方向に対して２枚の羽が９０°傾いた状態では、２枚の羽が測定媒体の流れに正対する。このため、羽の羽面に衝突した測定媒体の一部は管状ポート側に引き込まれるが、他はディフューザを迂回する経路を取る。したがって、測定媒体の引き込み量が減少してしまう。その結果、センサの温度検出精度が低下する可能性がある。
　また、２枚の羽の羽面が測定媒体の流れを遮ってしまうので、ディフューザにおいて測定媒体の流れの前後に圧力差が生じてしまう。その結果、測定媒体に圧力損失が生じる可能性がある。
　このように、従来のセンサは羽が４枚であることから、測定媒体の流れに対する各羽の向きによって管状ポートの内部への測定媒体の引き込み量にばらつきが生じてしまう。もちろん、羽が３枚の場合も上記と同様である。
　本開示は、は上記点に鑑み、羽が測定媒体の流れ方向に対してどの角度で取り付けられたとしても、測定媒体の引き込み量を確保しつつ、測定媒体の圧力損失の低減を図ることができる圧力温度センサを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本開示の一態様による圧力温度センサは、測定媒体の圧力を検出する圧力検出部と、測定媒体の温度を検出する温度検出部と、を有するセンサ部を含む。
　圧力温度センサは、管部を有し、センサ部が管部の内部に位置するようにセンサ部を保持し、管部が取付対象である配管に固定される保持部を含む。
　圧力温度センサは、センサ部よりも配管の内部側に位置するように保持部に設けられ、管部が配管に固定されることで配管の内部に配置される導入部を含む。
　導入部は、センサ部に対する導入部の突出方向に沿った羽面を有する複数の羽を含む。複数の羽は、突出方向に垂直な垂直面において放射状に配置されると共に、隣同士の羽の羽面の成す角が全て鋭角である。
　これによると、各羽が測定媒体の流れ方向に対してどの角度で取り付けられたとしても、隣同士の羽の鋭角部分のいずれかが測定媒体の流れ方向に向けられる。このため、隣同士の羽の鋭角部分から羽面に沿って管部の内部に測定媒体を引き込むことができる。したがって、測定媒体の引き込み量を確保することができる。
　また、各羽が測定媒体の流れ方向に対してどの角度で取り付けられたとしても、測定媒体の流れ方向に垂直な面への羽面の投影面積が、４枚以下の羽の場合よりも小さくなる。すなわち、羽が４枚以下の場合よりも、測定媒体の流れが羽面によって妨げられにくくなるので、測定媒体の流れにおいて導入部の前後に圧力差が生じにくくなる。したがって、測定媒体の圧力損失の低減を図ることができる。
　本開示についての上記及び他の目的、特徴や利点は、添付図面を参照した下記詳細な説明から、より明確になる。添付図面において、
図１は、第１実施形態に係る圧力温度センサの断面図であり、 図２は、図１のII－II断面図であり、 図３は、導入部の上流側及び下流側に生じる圧力領域を示した断面図であり、 図４は、羽の枚数と圧力損失との関係を示した図であり、 図５は、比較例として、羽が４枚の場合の測定媒体の流れを示した断面図であり、 図６は、比較例として、羽が４枚の場合に導入部の上流側及び下流側に生じる圧力領域を示した断面図であり、 図７は、変形例として、ハウジングと導入部とを一体化した断面図であり、 図８は、変形例として、羽を１２枚としたときの断面図であり、 図９は、変形例として、導入部に設けられた貫通孔を示した断面図であり、 図１０は、変形例として、テーパ状の側面を持つ底部を示した側面図であり、 図１１は、変形例として、半球状の底部を示した側面図であり、 図１２は、第２実施形態に係る導入部の側面図であり、 図１３は、第２実施形態に係る導入部の変形例を示した側面図である。
　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
　（第１実施形態）
　以下、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温度センサは、測定媒体の圧力及び温度の両方を検出可能に構成される。圧力温度センサは配管に固定され、配管内の測定媒体の圧力及び温度を検出する。測定媒体は、例えば、自動車で用いられる冷媒である。測定媒体は、他に、エンジンオイルやトランスミッションオイル等の潤滑油、ガス等がある。
　図１に示されるように、圧力温度センサ１００は、ハウジング１１０、センサボディ１２０、ポッティング部１３０、モールド樹脂部１４０、センサチップ１５０、及び導入部１７０を備えている。
　ハウジング１１０は、ＳＵＳ等の金属材料が切削等により加工された中空形状のケースである。ハウジング１１０は、一端側に突出部１１１を有し、他端側に開口部１１２を有している。突出部１１１は管部１１３を有する。管部１１３は開口部１１２に連通している。管部１１３の外周面には、取付対象である配管２００にネジ結合可能な雄ネジ部１１４が形成されている。
　ハウジング１１０の開口部１１２は周壁１１５に囲まれることで構成されている。ハウジング１１０は、管部１１３の一部が取付対象である配管２００の肉厚部２０１に設けられた貫通ネジ穴２０２に固定される。これにより、管部１１３の開口端部１１３ａが配管２００の内部に位置することになる。
　なお、圧力温度センサ１００を配管２００に固定する方法は、上記のネジ締結に限られない。例えば、フランジ止めやサークリップ等の方法を採用しても良い。
　センサボディ１２０は、圧力温度センサ１００と外部装置とを電気的に接続するためのコネクタを構成する部品である。センサボディ１２０は、例えばＰＰＳ等の樹脂材料で形成されている。センサボディ１２０は、一端側がハウジング１１０の開口部１１２に固定される固定部１２１として形成され、他端側がコネクタ部１２２として形成されている。固定部１２１はコネクタ部１２２側に凹んだ凹部１２３を有している。
　また、センサボディ１２０は、ターミナル１２４がインサート成形されている。ターミナル１２４の一端側は固定部１２１に封止され、他端側はコネクタ部１２２の内側に露出するようにセンサボディ１２０にインサート成形されている。ターミナル１２４の一端側は、モールド樹脂部１４０の一部が凹部１２３に収容されることでモールド樹脂部１４０の電気的部品に接続される。
　そして、センサボディ１２０は、固定部１２１がＯリング１２５を介してハウジング１１０の開口部１１２に嵌め込まれた状態で、ハウジング１１０の周壁１１５の端部が固定部１２１を押さえるようかしめ固定されている。
　ポッティング部１３０は、センサボディ１２０の凹部１２３とモールド樹脂部１４０との隙間に充填されたシール用の部品である。ポッティング部１３０は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂材料で形成されている。ポッティング部１３０は、測定媒体であるオイルからモールド樹脂部１４０の一部やターミナル１２４の接合部等をシール及び保護する。
　モールド樹脂部１４０は、センサチップ１５０を保持する部品である。モールド樹脂部１４０は、一端部１４１と、一端部１４１とは反対側の他端部１４２と、を有する柱状に構成されている。モールド樹脂部１４０は、一端部１４１側にセンサチップ１５０を封止している。
　また、モールド樹脂部１４０は、リードフレーム１４３の一部及び回路チップ１６０を封止している。リードフレーム１４３は、センサチップ１５０及び回路チップ１６０が実装されるベースとなる部品である。リードフレーム１４３の一端側にはセンサチップ１５０が実装され、他端側には回路チップ１６０が実装されている。
　リードフレーム１４３の他端側の先端部分は、モールド樹脂部１４０の他端部１４２から露出していると共に、ターミナル１２４の一端側に接続されている。なお、リードフレーム１４３は、複数に分割されていても良い。この場合、ボンディングワイヤによって電気的接続を行えば良い。リードフレーム１４３とターミナル１２４ともボンディングワイヤで接続されていても良い。
　回路チップ１６０は、メモリ等の半導体集積回路が形成されたＩＣチップである。回路チップ１６０は、半導体基板等を用いて形成されている。回路チップ１６０は、センサチップ１５０への電源として定電流の供給や、センサチップ１５０から圧力信号及び温度信号を入力し、予め設定された信号処理値に基づいて各信号の信号処理を行う。信号処理値とは、各信号の信号値を増幅や演算等するための調整値である。回路チップ１６０は、図示しないボンディングワイヤによってリードフレーム１４３を介してセンサチップ１５０と電気的に接続されている。
　センサチップ１５０は、測定媒体の温度を検出する電子部品である。センサチップ１５０は、例えば銀ペースト等でリードフレーム１４３に実装されている。センサチップ１５０は、複数の層が積層されて構成された板状の基板を有して構成されている。複数の層は、ウェハレベルパッケージとして複数のウェハが積層され、半導体プロセス等で加工された後、センサチップ１５０毎にダイシングカットされる。
　センサチップ１５０は、薄肉状のダイヤフラム１５１を有する。ダイヤフラム１５１には複数のピエゾ抵抗素子１５２が形成されている。各ピエゾ抵抗素子１５２は、半導体層に対するイオン注入により形成された拡散抵抗である。各ピエゾ抵抗素子１５２はダイヤフラム１５１の上に形成された薄膜抵抗として構成されていても良い。なお、センサチップ１５０には、各ピエゾ抵抗素子１５２に接続された図示しない配線部やパッド等も形成されている。
　各ピエゾ抵抗素子１５２は、測定媒体の圧力が印加されたダイヤフラム１５１の歪みに応じて抵抗値が変化する抵抗素子である。また、各ピエゾ抵抗素子１５２は測定媒体の温度に応じて抵抗値が変化する素子である。各ピエゾ抵抗素子１５２は、ホイートストンブリッジ回路を構成するように電気的に接続されている。ホイートストンブリッジ回路は、回路チップ１６０から定電流の電源が供給される。これにより、各ピエゾ抵抗素子１５２のピエゾ抵抗効果を利用して、ダイヤフラム１５１の歪みや温度に応じた電圧をセンサ信号として検出することができる。
　具体的には、センサチップ１５０は、ダイヤフラム１５１の歪みに応じた複数のピエゾ抵抗素子１５２の抵抗変化をホイートストンブリッジ回路の中点電圧の変化として検出し、中点電圧を圧力信号として出力する。一方、センサチップ１５０は、測定媒体から受ける熱に応じた複数のピエゾ抵抗素子１５２の抵抗変化をホイートストンブリッジ回路のブリッジ電圧として検出し、ブリッジ電圧を温度信号として出力する。
　したがって、本実施形態では、各ピエゾ抵抗素子１５２は、圧力検出部及び温度検出部の両方の機能を有する。センサチップ１５０は、圧力検出部及び温度検出部に対応した部分が露出するように、モールド樹脂部１４０の一端部１４１側に封止されている。
　そして、モールド樹脂部１４０は、センサチップ１５０の圧力検出部及び温度検出部が管部１１３の内部に位置するように、センサボディ１２０及びポッティング部１３０に保持される。
　導入部１７０は、突出部１１１の突出方向において、モールド樹脂部１４０の隣に位置するように管部１１３に設けられた部品である。言い換えると、導入部１７０はセンサチップ１５０よりも配管２００の内部側に位置するように管部１１３に設けられている。突出部１１１の突出方向は、モールド樹脂部１４０あるいはセンサチップ１５０と導入部１７０との配置方向と同じである。導入部１７０は、管部１１３が配管２００に固定されることで配管２００の内部に配置される。導入部１７０は、一部が管部１１３の開口端部１１３ａから突出している。図１及び図２に示されるように、導入部１７０は、羽部１７１、底部１７２、及び腕部１７３を有する。
　羽部１７１は、平面状の羽面１７４を有する複数の羽１７５を有する。羽面１７４は、突出方向に沿った面である。突出方向に沿った面とは、突出方向に平行な面だけでなく、突出方向に対して傾斜した面も含む。羽部１７１は、測定媒体を羽面１７４に沿わせてセンサチップ１５０側に導く流路１７６を構成する。
　図２に示されるように、複数の羽１７５は、羽面１７４が突出方向に垂直な垂直方向の垂直面において放射状に配置されている。本実施形態では、６枚の羽１７５が６０°の間隔を持って等角度で配置されている。また、隣同士の羽１７５の羽面１７４の成す角が全て鋭角である。
　底部１７２は、複数の羽１７５のうち突出方向においてモールド樹脂部１４０側とは反対側を固定する。底部１７２は、各羽１７５を固定する固定面１７７を有する。
　腕部１７３は、管部１１３の内部に導入部１７０を保持するための部分である。腕部１７３の一端は、羽部１７１に一体化されている。腕部１７３の他端は、センサボディ１２０に達するまで引き延ばされていると共に、引っ掛け構造が形成されている。引っ掛け構造は、例えばスナップフィットである。そして、図１に示されるように、腕部１７３の他端は、管部１１３の内部に形成された段差部１１６に引っ掛けられる。これにより、導入部１７０は、底部１７２側が管部１１３から突出するように、管部１１３の内部に保持されている。以上が、圧力温度センサ１００の全体構成である。
　次に、隣同士の羽１７５の羽面１７４の成す角が全て鋭角であることの作用効果について説明する。まず、図２に示されるように、隣同士の羽１７５の成す羽面１７４の角が鋭角になっているので、羽１７５が測定媒体の流れ方向に対してどの角度で取り付けられたとしても、必ずいずれかの鋭角部分が測定媒体の流れ方向に向けられる。このため、測定媒体の流れ方向に向けられる鋭角部分に測定媒体が集められる。そして、鋭角部分に集められた測定媒体が羽１７５の羽面１７４に沿ってセンサチップ１５０側に引き込まれる。これにより、センサチップ１５０の検出部近傍で測定媒体の流速が向上するので、温度検出精度及び温度応答性が向上する。
　また、図３に示されるように、測定媒体の流れ方向に垂直な面１７８への羽面１７４の投影面積は、羽面１７４が測定媒体の流れ方向に対して垂直に向けられる場合よりも小さくなる。このため、導入部１７０のうち測定媒体の流れ方向の上流側に掛かる高圧領域と、下流側に掛かる低圧領域とが、羽面１７４が測定媒体の流れ方向に対して垂直に向けられる場合よりも小さくなる。つまり、導入部１７０の上流側と下流側との圧力差が小さくなる。これにより、測定媒体の圧力損失が低減される。なお、図３は断面図であるので、面１７８は２次元である線として表現されている。
　本開示の発明者らは、羽１７５の枚数を変化させたときの配管２００内の測定媒体の圧力損失を調べた。羽１７５の羽面１７４が測定媒体の流れ方向に対してランダムに向けられるように、各枚数について複数の圧力温度センサ１００を用意した。
　図４に示されるように、羽１７５が４数の場合、測定媒体の圧力損失の最大値と最小値との差が大きくなった。すなわち、測定媒体の圧力損失のばらつきが大きくなった。これは、測定媒体の流れ方向に対する羽１７５の羽面１７４の向きにばらつきがあることを示している。羽１７５が６数、８数、１０枚の場合は、羽１７５が４数の場合よりも測定媒体の圧力損失が小さくなった。また、測定媒体の圧力損失のばらつきも小さくなった。この結果から、羽１７５を８枚や１０枚としても良い。
　上述のように、隣同士の羽１７５の成す角が鋭角になるためには、５枚以上の羽１７５が必要である。導入部１７０は、少なくとも、５枚以上の羽１７５を有していれば測定媒体の圧力損失が小さくなると共に、圧力損失のばらつきも小さくなる。図４の結果からも、羽１７５が４枚から６枚に増えたことで測定媒体の圧力損失が小さくなっているので、導入部１７０が５枚以上の羽１７５を備えることで測定媒体の圧力損失を低減できると言える。
　比較例として、羽１７５が４枚の場合、図５に示されるように、隣同士の羽１７５の成す角が直角あるいは鈍角になる。そして、例えば、測定媒体の流れ方向に対して羽１７５の羽面１７４が垂直に配置される場合、羽１７５の羽面１７４に衝突した測定媒体が導入部１７０の周囲の流れによって導入部１７０の外側に逃げてしまう。すなわち、測定媒体が導入部１７０を迂回してしまう。このため、測定媒体の引き込み量を確保しにくい。また、図６に示されるように、測定媒体の流れ方向に垂直な面１７８ａへの羽面１７４の投影面積が最大になるので、羽面１７４の全体が測定媒体の流れを遮ることになる。このため、導入部１７０の上流側と下流側とに大きな圧力差が発生する。よって、測定媒体の圧力損失が大きくなってしまう。
　これに対し、本実施形態では、各羽１７５が測定媒体の流れ方向に対してどの角度で取り付けられたとしても、いずれかの隣同士の羽１７５の鋭角部分が測定媒体の流れ方向に向けられる。このため、隣同士の羽１７５の鋭角部分から羽面１７４に沿って管部１１３の内部に測定媒体を引き込むことができる。したがって、測定媒体の引き込み量を確保することができる。
　また、測定媒体の流れ方向に垂直な面への羽面１７４の投影面積が、４枚以下の羽１７５の場合よりも小さくなるので、羽１７５が４枚以下の場合よりも測定媒体の流れが導入部１７０によって妨げられにくくなる。このため、測定媒体の流れにおいて導入部１７０の前後に圧力差を生じにくくすることができる。したがって、測定媒体の圧力損失の低減を図ることができる。
　なお、本実施形態のセンサチップ１５０がセンサ部に対応し、ピエゾ抵抗素子１５２が圧力検出部及び温度検出部に対応する。また、ハウジング１１０、センサボディ１２０、及びポッティング部１３０が保持部に対応する。
　変形例として、導入部１７０は底部１７２を備えていなくても良い。また、垂直方向において、各羽１７５のうち底部１７２の中心部側の一端部が互いに離間することにより各羽１７５が結合されていなくても良い。つまり、導入部１７０は、各羽１７５が接合されていないことによる空間部に対応する孔部を備えていても良い。孔部は、垂直方向に沿って測定媒体を通過させる流路を構成する。これにより、測定媒体が孔部を通過するので、測定媒体の圧力損失をさらに低減できる。
　変形例として、垂直方向における導入部１７０の平面形状は円形ではなく、四角形等の多角形でも良い。底部１７２の平面形状も同じである。
　変形例として、図７に示されるように、導入部１７０は、ハウジング１１０に一体化されていても良い。例えば、導入部１７０は、管部１１３の一部として形成されている。これによると、部品点数を削減することができる。また、導入部１７０は、ハウジング１１０と同じ材料で構成されていても良い。
　変形例として、図８に示されるように、羽１７５は１２枚設けられていても良い。羽１７５の枚数を増やすことで導入部１７０を擬似的に円柱形状に近づけることができる。これにより、測定媒体が導入部１７０の上流側から下流側に向かってスムーズに流れるので、測定媒体の圧力損失の低減効果を高めることができる。
　変形例として、図９に示されるように、導入部１７０は、各羽１７５の接合部に突出方向に沿って形成された貫通孔１７９を有していても良い。これによると、導入部１７０の外と管部１１３の内部との圧力差によって、貫通孔１７９を介して管部１１３の内部に測定媒体を引き込むことができる。
　変形例として、図１０に示されるように、底部１７２の側面１７２ａはテーパ状に形成されていても良い。この場合、側面１７２ａの全体がテーパ面になっていても良いし、側面１７２ａの一部がテーパ面になっていても良い。また、図１１に示されるように、底部１７２は半球状に形成されていても良い。これにより、底部１７２のテーパ面や半球面に沿って測定媒体の流れがスムーズになるので、測定媒体の圧力損失を低減することができる。
　（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１２に示されるように、導入部１７０は平面状のテーパ面１８０を有する。羽１７５の羽面１７４と底部１７２の固定面１７７とは、テーパ面１８０で接続されている。これにより、隣同士の羽１７５によって構成される鋭角部分に進入する測定媒体をテーパ面１８０に沿わせてセンサチップ１５０側に移動させやすくすることができる。
　変形例として、図１３に示されるように、導入部１７０は、湾曲面１８１を有していても良い。湾曲面１８１は、羽１７５の羽面１７４と底部１７２固定面１７７との接続角部側に凹んだ曲面である。
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
　例えば、各羽１７５は周方向に等角度に配置されずに、周方向に不等角度で配置されても良い。
　複数のピエゾ抵抗素子１５２が圧力と温度の両方を検出するように構成されているが、圧力を検出するピエゾ抵抗素子１５２と温度を検出するピエゾ抵抗素子１５２とは別々に構成されていても良い。また、圧力を検出する手段として、容量式圧力検出素子を採用しても良い。さらに、温度を検出する手段として、サーミスタや熱電対を採用しても良い。容量式圧力検出素子が圧力検出部に対応し、サーミスタや熱電対が温度検出部に対応する。つまり、圧力検出部と温度検出部とがセンサチップ１５０に別々に設けられていても良い。
　回路チップ１６０とセンサチップ１５０との電気接続部品はリードフレーム１４３に限られない。例えば、回路チップ１６０及びセンサチップ１５０はプリント基板に実装されていても構わない。
　圧力温度センサ１００は、モールド樹脂部１４０を含まない構成でも良い。この場合、センサ部を構成する圧力検出部や温度検出部はハウジング１１０、センサボディ１２０、ポッティング部１３０等の部品によって保持される。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (9)

  1. 　測定媒体の圧力を検出する圧力検出部（１５２）と、前記測定媒体の温度を検出する温度検出部（１５２）と、を有するセンサ部（１５０）と、
    　管部（１１３）を有し、前記センサ部が前記管部の内部に位置するように前記センサ部を保持し、前記管部が取付対象である配管（２００）に固定される保持部（１１０、１２０、１３０）と、
    　前記センサ部よりも前記配管の内部側に位置するように前記保持部に設けられ、前記管部が前記配管に固定されることで前記配管の内部に配置される導入部（１７０）と、
    　を含み、
    　前記導入部は、前記センサ部に対する前記導入部の突出方向に沿った羽面（１７４）を有する複数の羽（１７５）を含み、
    　前記複数の羽は、前記突出方向に垂直な垂直面において放射状に配置されると共に、隣同士の羽の羽面の成す角が全て鋭角である圧力温度センサ。
  2. 　前記複数の羽は、５枚以上の羽である請求項１に記載の圧力温度センサ。
  3. 　前記複数の羽は、６枚の羽である請求項１に記載の圧力温度センサ。
  4. 　前記複数の羽は、８枚の羽である請求項１に記載の圧力温度センサ。
  5. 　前記導入部は、前記複数の羽のうち前記突出方向において前記センサ部側とは反対側を固定する底部（１７２）を含む請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力温度センサ。
  6. 　前記底部は、前記複数の羽を固定する固定面（１７７）を有し、
    　前記羽面と前記固定面とは、平面状のテーパ面（１８０）で接続されている、あるいは、前記羽面と前記固定面との接続角部側に凹んだ湾曲面（１８１）で接続されている請求項５のいずれか１つに記載の圧力温度センサ。
  7. 　前記導入部は、前記保持部の一部である請求項１ないし６のいずれか１つに記載の圧力温度センサ。
  8. 　前記センサ部のうち前記圧力検出部及び前記温度検出部に対応する部分が露出するように、前記センサ部を固定したモールド樹脂部（１４０）を含み、
    　前記圧力検出部は、前記測定媒体の圧力に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子（１５２）を含み、
    　前記温度検出部は、前記測定媒体の温度に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子（１５２）を含む請求項１ないし７のいずれか１つに記載の圧力温度センサ。
  9. 　前記測定媒体は、ガスである請求項１ないし８のいずれか１つに記載の圧力温度センサ。
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