JP3627766B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケース内に、大気圧が導入される基準圧室及び測定対象圧力が導入される測定圧導入室を備え、それら両室間の圧力差を感圧部により検知するようにした圧力センサに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この種の圧力センサは、例えば自動車における燃料タンクからキャニスタにつながる配管内の圧力を検出するために用いられている。この圧力センサは、薄形箱状をなす合成樹脂製のケース内に、大気圧が導入される基準圧室を設けると共に、測定対象圧力が導入される測定圧導入室を設け、さらにそれら両室を区画する境界部に位置して感圧素子を設けて構成されている。また、ケースには、前記基準圧室を外部（大気）と連通させるための大気圧導入穴が形成されている。
【０００３】
そして、前記感圧素子の薄肉部の表面には、例えば４個の抵抗体をブリッジに組んでなる回路が形成されている。これにて、薄肉部の上下両側における圧力差に伴う応力によって電気抵抗が変化し、その回路から出力信号を取出すことによって測定対象圧力（相対圧）を検出するようになっている。尚、前記大気圧導入穴を塞ぐように位置して、液滴や塵埃が基準圧室に侵入することを防止するためのフィルタを設けることも行われている。
【０００４】
しかしながら、上記従来のものでは、次のような問題点があった。即ち、圧力センサに水がかかったり結露等の虞のある環境で用いるような場合、ケースの外面に付着した水が、水膜となって前記大気圧導入穴を塞いでしまうことがあり、基準圧室内が正しい大気圧とならなくなってしまうことがあった。また、大気圧導入穴から、水や油、塵埃などの異物がケース（基準圧室）内に侵入し、部品の劣化など悪影響を及ぼしてしまう虞もあった。
【０００５】
この場合、上記したように大気圧導入穴にフィルタを設ければ、異物がケース内に侵入することはなくなるが、フィルタにより捕獲された異物が、今度はフィルタを詰まらせてしまい、大気圧導入穴を閉塞するという弊害が生ずることになる。特に、車両用に使用する圧力センサにあっては、雨の日などの車両の走行時において、はねによってケースに被水してしまい、泥や水で大気圧導入穴が塞がれることが起こりやすいものとなってしまう。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、基準圧室とケース外部とを連通させる大気圧導入穴が水膜などにより塞がれることを効果的に防止することができる圧力センサを提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の圧力センサは、ケース内に、大気圧が導入される基準圧室及び測定対象圧力が導入される測定圧導入室を備えると共に、それら両室間の圧力差を検知する感圧部を備えるものにおいて、前記ケースは、前記基準圧室とケース外部とを連通させる大気圧導入穴と、その大気圧導入穴が開口するケース外面部の開口部分に設けられ、そのケース外面部から突出する突出口部とを備え、前記突出口部は、外壁面が先端部に向けて縮径すると共に前記大気圧導入穴の内壁面が先端部において先端側に向けて縮径することで肉厚を有した形態に設けられ、更に、前記突出口部は、前記突出口部を肉厚方向にカットされた如き形態の内周端面と、円形に延びる線状の突出先端とを有するところに特徴を有する。
【０００８】
この場合、前記大気圧導入穴の前記突出口部から奥方の位置に、空気の通過を許容し且つ液滴や塵埃の通過を阻止する撥水性フィルタを設けるようにしても良い（請求項２の発明）。また、前記大気圧導入穴を下向きに形成すれば、より効果的である（請求項３の発明）。さらには、前記突出口部の外壁を、先端側に向けて縮径する構成とすることもできる（請求項４の発明）。
そして、本発明の請求項５の圧力センサは、ケース内に、大気圧が導入される基準圧室及び測定対象圧力が導入される測定圧導入室を備えると共に、それら両室間の圧力差を検知する感圧部を備えるものにあって、前記ケースは、前記基準圧室とケース外部とを連通させる大気圧導入穴と、その大気圧導入穴が開口するケース外面部の開口部分に設けられ、そのケース外面部から突出すると共に自身の内壁面及び外壁面が下方に向けて縮径する突出口部とを備えるところに特徴を有する。
この場合も、前記大気圧導入穴の前記突出口部から奥方の位置に、空気の通過を許容し且つ液滴や塵埃の通過を阻止する撥水性フィルタを設けるようにしても良い（請求項６の発明）。また、前記突出口部に、線状の突出先端を設けることもできる（請求項７の発明）。さらには、前記突出口部の突出先端を、該突出口部を肉厚方向にカットした形態に形成することもできる（請求項８の発明）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車に用いられる圧力センサに適用した一実施例について、図１ないし図５を参照しながら説明する。図１は本実施例に係る圧力センサ１の全体構成を示しており、ここで、ケース２は、合成樹脂製のケース主部３にやはり合成樹脂製のリッド４を被せて構成されている。この場合、リッド４は、接着剤５によりケース主部３に対して気密に固着されている。
【００１０】
前記ケース主部３の図で右端部部分は、複数本（１本のみ図示）のターミナル６がインサート成形されていると共に、ほぼ角筒状のコネクタハウジング部３ａが一体に形成されることにより、コネクタとして機能するようになっている。圧力センサ１は、このコネクタを介して外部と接続されるようになっている。またこのとき、図示しない雌側のコネクタとの接続時に発生する圧力をターミナル６の下面側から上方に逃すために、ターミナル６には空気逃げ孔６ａが形成されていると共に、ケース２内にはその空気逃げ孔６ａに連通する副室７が設けられている。
【００１１】
そして、ケース２の図で中央部には、大気圧が導入される基準圧室８、測定対象圧力（例えば燃料タンクからキャニスタにつながる配管内の圧力）が導入される測定圧導入室９、それら両室８，９間の圧力差を検知するための感圧部１０が設けられる。このうち感圧部１０は、ケース主部３に形成された凹部３ｂ内に位置して後述するようにして設けられる。この感圧部１０の上部（リッド４との間の空間部）が基準圧室８とされている。
【００１２】
一方、ケース主部３の中央部の下面部から下方に延びて、管状の圧力ポート１１が一体に形成され、この圧力ポート１１の中空部がケース主部３内で一段径大となって前記凹部３ｂの底部に連続するようになっており、それら中空部分によって測定圧導入室９が形成されている。前記圧力ポート１１には、圧力測定対象（燃料タンクからキャニスタにつながる配管）が図示しない導圧管を介して接続されるようになっている。
【００１３】
ここで、前記感圧部１０について述べる。図４にも示すように、例えば単結晶シリコンから形成される感圧素子１２は、中央部に薄肉な圧力応動部１２ａを有してなり、図示はしないが、その圧力応動部１２ａの表面に、例えば４個の抵抗体をブリッジに組んでなる回路が形成されている。また、感圧素子１２には、全面に例えばＳｉＮからなる保護膜１３が形成され、耐湿性の向上を図るようにしている。尚、前記圧力応動部１２ａは、エピタキシャル層でエッチングが停止する電気ストップエッチング技術により、薄く高精度に形成されている。
【００１４】
この感圧素子１２は、熱膨張係数を合せ込んだガラス製の台座１４の上面に陽極接合により気密接合されている。さらに、前記台座１４がステム１５上に載置された状態で、凹部３ｂ内に取付けられている。前記ステム１５は、例えば台座１４と熱膨張係数が近似した材質の合成樹脂から構成されている。また、台座１４とステム１５との間、及び、ステム１５とケース主部３（凹部３ｂの底面）との間は、共に接着剤により気密に接合され、この場合、その接着剤としては、ヤング率が低く且つ耐薬品性の高いフッ素系のものが使用されている。
【００１５】
これにて、感圧素子１２（圧力応動部１２ａ）の上面側が前記基準圧室８に臨み、感圧素子１２の下面側が、台座１４の貫通孔１４ａ及びステム１５の透孔１５ａを介して前記測定圧導入室９に連通し、もって、感圧素子１２により測定対象圧力と大気圧との圧力差（相対圧力）が検知されるようになっているのである。そして、前記感圧素子１２上の電極（回路）はボンディングワイヤ１６を介して前記ターミナル６に接続され、検知信号が取出されるようになっている。
【００１６】
また、前記凹部３ｂ内の空間部には、気密性を向上させるため、ステム１５及び台座１４の下半部を埋め込むようにして、例えばフッ素系の接着剤１７が充填されている。さらに、耐湿性を向上させるため、その接着剤１７の上面側には、感圧素子１２及びボンディングワイヤ１６を含む全体を覆うようにして、シリコンゲル１８が充填されている。尚、接着剤の塗布時において、前記ステム１５及び凹部３ｂの接着面には、接着強度を向上させるためのプライマが塗布されるようになっているのであるが、前記台座１４の下面部のみは、貫通孔１４ａ内をプライマが上昇して感圧素子１２に悪影響を及ぼすことを防止するため、プライマの塗布を行わないようにしている。
【００１７】
さて、ケース２（ケース主部３）の図で左端側部分には、前記基準圧室８とケース２の外部（大気）とを連通させるための大気圧導入穴１９が設けられる。この場合、図２及び図３にも示すように、ケース主部３の左端部は、内面（上面）が前記リッド４に近接する位置まで突出する厚肉状に構成され、前記大気圧導入穴１９は、その厚肉部分を上下方向に貫通するように形成されている。
【００１８】
この大気圧導入穴１９は、断面円形をなすように形成されているのであるが、その上端部が一段径大に形成されており、この径大部分に、撥水性フィルタ２０が設けられている。この撥水性フィルタ２０は、共にほぼリング状をなす上下のホルダ２１，２２により挟持された状態で、ホルダ２２の外周面が大気圧導入穴１９の内周面に例えば溶着されることにより気密に嵌合固定されている。
【００１９】
この場合、撥水性フィルタ２０は、周知の多孔質フィルタからなり、所定の通気量（例えば０．３７ｃｃ／ｓｅｃ以上）を確保できる外径（例えばφ２．４ｍｍ）と孔径（例えばφ１．０μｍ）とを有していると共に、液体付着を防止するための撥水処理がなされている。これにて、撥水性フィルタ２０は、大気圧導入穴１９内の後述する突出口部２３から奥方に位置して、空気の通過を許容し且つ液滴や塵埃の通過を阻止するように設けられている。
【００２０】
そして、この大気圧導入穴１９は、ケース２（ケース主部３）の下面にて開口しているのであるが、そのケース主部３の下面の開口部分には下方へ若干量突出する突出口部２３が一体に設けられている。この突出口部２３は、図２及び図３にも示すように、その外壁面が下方に向けて縮径するテーパー状に形成されていると共に、前記大気圧導入穴１９の内壁面が下端部においてやはり下方に向けて縮径するテーパー状となっていることにより、ある程度の肉厚を有した形態に設けられている。このとき、突出口部２３の内周端面（開口部）２３ａは、肉厚方向にカットされた如き形態とされ、これにて、突出口部２３の突出先端２３ｂは、円形に延びるほぼ線状とされているのである。
【００２１】
次に、上記構成の作用について、図５も参照して述べる。上記のように構成された圧力センサ１は、車両（自動車）の下部（燃料タンクの近傍）に位置して、図示のように大気圧導入穴１９を下向きとして取付けられる。このとき、基準圧室８内は、撥水性フィルタ２０を介して大気圧導入穴１９により外部（大気）と連通され、大気圧が導入される。一方、測定圧導入室９には、圧力ポート１１を介して燃料タンクからキャニスタにつながる配管に連通され、その配管内の圧力が測定対象圧力として導入される。
【００２２】
このとき、感圧部１０の感圧素子１２には、圧力応動部１２ａの上面側に大気圧（基準圧）が作用する一方、下面側に測定対象圧力が作用する。これにて、圧力応動部１２ａの上下両側における圧力差に伴う応力によって圧力応動部１２ａ上に形成された抵抗体の電気抵抗が変化し、回路から出力信号を取出すことにより、測定対象圧力（相対圧力）が検出されるのである。
【００２３】
しかして、前記基準圧室８は大気圧導入穴１９を介して大気に開放しているので、基準圧室８（ケース２内）に塵埃や液滴などの異物が侵入してしまうことが考えられ、そのような侵入があると部品の劣化（腐食や断線等）といった悪影響を受ける虞がある。また、大気圧導入穴１９の開口（突出口部２３の開口部２３ａ）は小径なため、水がかかったり結露等があると、水膜が生じて開口を塞いでしまうことが考えられ、このような水膜が生ずると、基準圧室８内が正しく大気圧とならず、特性が変動して検出精度が低下してしまう虞がある。
【００２４】
特に本実施例では、圧力センサ１は自動車に組込まれ屋外で使用されるものであるため、砂埃、泥水等を受けやすいという過酷な環境で使用されることになる。ちなみに、図５は本発明者等の実験による、水深５ｃｍにおける水路走行時の、圧力センサ１の被水量と車速との関係を示すものである。また、スチーム洗車時においても、圧力センサ１は大きく被水することになる。
【００２５】
ところが、本実施例では、基準圧室８に連通する大気圧導入穴１９の開口部分に、下方に突出する突出口部２３を設けたので、突出口部２３が壁となって例えば斜め方向から塵埃や液滴が開口内に侵入することが防止され、フラットな面に単純に開口が形成されている場合と比較して、塵埃や液滴が大気圧導入穴１９内に侵入しにくくなる。また、突出口部２３が下方に縮径するテーパー状をなしていることにより、開口部２３ａがより径小となり、より一層異物が侵入しにくくなる。
【００２６】
そして、突出口部２３の突出先端２３ｂが、円形に延びる線状とされているので、開口の周囲部が広くフラットな面である場合と比べて、いわば水切れが良くなり、水滴などが付着しても開口部２３ａを塞ぐような水膜が生じてしまうことを防止することができるのである。
【００２７】
また、本実施例では、大気圧導入穴１９内に撥水性フィルタ２０を設けるようにしたので、図２に示すように、例え塵埃や液滴を含む空気Ａが大気圧導入穴１９内に侵入しても、その撥水性フィルタ２０によってそれら塵埃や液滴の通過が阻止され、基準圧室８内にはクリーンな大気Ｂのみが導入されるのである。この場合、撥水性フィルタ２０自体が大気圧導入穴１９内の奥方に位置して設けられているので、塵埃や液滴が撥水性フィルタ２０まで届きにくくなる。しかも、それら異物を撥水性フィルタ２０の下面側で捕獲する構成なので、異物がフィルタ面に堆積し、撥水性フィルタ２０を詰まらせてしまうこともなくなる。尚、本発明者等の研究では、撥水性フィルタ２０の位置を開口部２３ａから８ｍｍ以上奥方とすれば、撥水性フィルタ２０が被水する確率を極めて小さくすることができることが判明した。
【００２８】
さらに、本実施例では、大気圧導入穴１９を下向きに設けたので、図３に示すように、大気圧導入穴１９内に侵入した塵埃Ｃや液滴Ｄが、大気圧導入穴１９の内壁などに付着しても、それら異物は流下して開口部２３ａから速やかに排出されるようになる。
【００２９】
従って、本実施例によれば、大気圧導入穴１９の開口部分に突出口部２３を設けたことにより、大気圧導入穴１９内への異物の侵入を効果的に防止することができると共に、従来のような開口に水膜が生じやすかったものと異なり、基準圧室８とケース２外部とを連通させる大気圧導入穴１９が水膜などにより塞がれることを効果的に防止することができるものである。
【００３０】
そして、特に本実施例では、撥水性フィルタ２０を大気圧導入穴１９の奥方に設けたことにより、基準圧室８への塵埃や液滴などの異物の侵入を確実に防止できると共に、撥水性フィルタ２０が詰まることもなくなり、また、大気圧導入穴１９を下向きに設けたことにより、万一大気圧導入穴１９内に侵入した異物を速やかに排出することができ、さらには、突出口部２３の外壁をテーパー状としたことにより、より一層効果的に異物の侵入を防止することができるといったメリットを享受することができるものである。
【００３１】
図６は参考例を示すものである。この参考例が上記実施例と異なる点は、大気圧導入穴３１の開口部分に位置して設けられる突出口部３２の構造にあり、ここでは、突出口部３２を下方へ突出する薄肉な円筒状に形成している。従って、この突出口部３２の突出先端３２ａは、やはり非面状（この参考例の場合も図２，３に示される実施例と同様円形に延びるほぼ線状）とされている。また、前記大気圧導入穴３１は、下部がテーパー状に縮径する形状に形成されている。かかる構成においても、上記実施例と同様の効果を得ることができるものである。
【００３２】
図７は異なる他の参考例を示すものであり、ここでは、突出口部３３を長尺形状に形成し、この突出口部３３に配管（ホース）３４の基端部を接続可能としたものである。これによれば、その配管３４の先端部を極力きれいなエア室に配置することができる。その他、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、例えば車両用以外の用途の圧力センサにも適用することができ、また、感圧部１０や測定圧導入室９部分の構成は各種の変形が可能であるなど、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明にて明らかなように、本発明の請求項１の圧力センサによれば、基準圧室とケース外部とを連通させる大気圧導入穴が開口するケース外面部の開口部分に、そのケース外面部から突出し且つその突出先端が線状となる突出口部を設けたので、大気圧導入穴が水膜などにより塞がれることを効果的に防止することができるものである。
【００３４】
この場合、大気圧導入穴の前記突出口部から奥方の位置に撥水性フィルタを設けるようにすれば（請求項２の圧力センサ）、基準圧室への塵埃や液滴などの異物の侵入を確実に防止できると共に、撥水性フィルタの被水を極力防止することができる。また、大気圧導入穴を下向きに形成すれば（請求項３の圧力センサ）、大気圧導入穴内への異物が侵入しにくく、また侵入した異物を速やかに排出することができる。さらには、突出口部の外壁を先端側に向けて縮径する構成とすれば（請求項４の圧力センサ）、より一層効果的に異物の侵入を防止することができるものである。
本発明の請求項５の圧力センサによれば、基準圧室とケース外部とを連通させる大気圧導入穴が開口するケース外面部の開口部分に、そのケース外面部から突出し且つ内壁面及び外壁面が下方に向けて縮径する突出口部を設けたので、大気圧導入穴の開口部をより径小として、液滴や塵埃の侵入を一層効果的に防止することができるものである。
この場合、大気圧導入穴の前記突出口部から奥方の位置に撥水性フィルタを設けるようにすれば（請求項６の圧力センサ）、基準圧室への塵埃や液滴などの異物の侵入を確実に防止できると共に、撥水性フィルタの被水を極力防止することができる。また、前記突出口部に、線状の突出先端を設ければ（請求項７の圧力センサ）、いわば水切れが良くなり、水膜が生ずることを防止できる。さらには、前記突出口部の突出先端を、該突出口部を肉厚方向にカットした形態に形成すれば（請求項８の圧力センサ）、突出先端を線状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、全体の縦断側面図
【図２】撥水性フィルタの作用を説明するための要部の縦断側面図
【図３】異物が流下する様子を示す要部の縦断側面図
【図４】感圧素子の拡大縦断側面図
【図５】車速と被水量との関係を示す図
【図６】本発明の他の実施例を示す突出口部部分の縦断側面図
【図７】異なる他の実施例を示す要部の縦断側面図
【符号の説明】
図面中、１は圧力センサ、２はケース、３はケース主部、４はリッド、８は基準圧室、９は測定圧導入室、１０は感圧部、１１は圧力ポート、１２は感圧素子、１９，３１は大気圧導入穴、２０は撥水性フィルタ、２３，３２，３３は突出口部、２３ｂ，３２ａは突出先端を示す。

Claims (3)

1. ケース内に、大気圧が導入される基準圧室及び測定対象圧力が導入される測定圧導入室を備えると共に、それら両室間の圧力差を検知する感圧部を備えるものにおいて、
   前記ケースは、前記基準圧室とケース外部とを連通させる大気圧導入穴と、
   その大気圧導入穴が開口するケース外面部の開口部分に設けられ、そのケース外面部から突出する突出口部とを備え、
   前記突出口部は、外壁面が先端部に向けて縮径すると共に前記大気圧導入穴の内壁面が先端部において先端側に向けて縮径することで、肉厚を有した形態に設けられ、
   更に、前記突出口部は、前記突出口部を肉厚方向にカットされた如き形態の内周端面と、円形に延びる線状の突出先端とを有することを特徴とする圧力センサ。
2. 前記大気圧導入穴の前記突出口部から奥方の位置に、空気の通過を許容し且つ液滴や塵埃の通過を防止する撥水性フィルタを設けたことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
3. 前記大気圧導入穴は下向きに形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の圧力センサ。

Images