JP4221875B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケース外部の環境圧力を、ケースに設けられたフィルタ部を介してケース内のセンサ素子部へ導入するようにした圧力センサに関し、特に被水の激しい環境に適用される圧力センサに好適である。
【０００２】
【従来の技術】
この種の圧力センサとしては、特開平９−４３０８４号公報に記載のものが提案されている。このものは、環境圧力（大気圧）と測定対象圧力とを導入可能なケース内に、圧力検出用のセンサ素子部を設け、これら両圧力の差圧を検出するようにしたものである。そして、環境圧力が導入される通路には、大気中の塵埃や水分等を除去するためのフィルタ部（撥水フィルタ）が介在設定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のものにおいて、圧力導入経路には、異物や水分を除去するためのフィルタ部が取り付けられてはいたが、水分の侵入は避けられず、よりいっそうの水分除去が求められている。例えば自動車の燃料タンク等の被検出体に取り付けた圧力センサにおいて、雨水が降りかかる等被水の激しい環境となった場合には、従来のものでは、水分がフィルタ部を通過しやすく、センサが機能しなくなる可能性が高まる。
【０００４】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、ケース内に配設されたセンサ素子部に対して、ケース外部の環境圧力をケースに設けられたフィルタ部を介して導入するようにした圧力センサにおいて、フィルタ部における水分除去性能を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
従来はフィルタ部を備える環境圧力の導入路が単一の穴（開口部）であったが、本発明は、この導入路を枠で区画された複数個の開口部より構成することで、水分との接触面積を大きくし、結露を促進させれば、圧力媒体中の水分がセンサ素子部まで侵入しないのではないかという考えに着目して、なされたものである。
【０００６】
即ち、請求項１記載の発明においては、ケース（１）の表面に外部に開口する環境圧力を導入するための導入口（１０）を形成するとともに、フィルタ部（１２）をこの導入口に取り付け、更に、導入口を、枠（２０）にて区画された複数個の開口部（２１）の集合体により構成したことを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、導入口を単一の開口部とした場合に比べて、複数個の開口部を区画する枠があるため水分と接する面積が大きくなり、僅かな水分でもフィルタ部における結露が促進される。その結果、フィルタ部において水分が止まり、フィルタ部よりも内部へ水分が侵入しにくくなるため、フィルタ部における水分除去性能を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明によれば、枠（２０）に、ケース（１）の外部側へ突出する突起部（２２）を形成し、フィルタ部（１２）のフィルタ面を突起部の先端に接して配置することによって、枠とフィルタ面との間に、環境圧力を導入可能な隙間部（２３）を形成したことを特徴としている。隙間部に環境圧力が導入可能だから、もし、フィルタ面が目詰まりしても、代わりに隙間部から環境圧力をセンサ素子部（４）へ導くことができ、好ましい。
【０００９】
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。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る圧力センサ１００の全体構成を示す概略断面図であり、図２は、図１中の矢印Ａ方向から視た図である。図３は、図１中のセンサ素子部の拡大図である。また、図４はフィルタ部の詳細構成を示すもので、（ａ）は図２中のフィルタ部近傍の拡大図、（ｂ）は図１中のＢ部拡大図である。また、図５は、図４（ａ）において撥水フィルタ１２及びフィルタ固定部材１３を取り除いた構成を示す図であり、大気圧導入口１０の詳細構成を示す図である。
【００１１】
圧力センサ１００は、ケース１内に配設された圧力検出用のセンサ素子部４に対して、ケース１外部の環境圧力をケース１に設けられたフィルタ部１２を介して導入するようにしたもので、例えば被検出体としての燃料タンク（図示せず）に取り付けられ、該タンク内の圧力を検出する燃料圧センサに適用される。
【００１２】
ケース１は、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂を型成形することにより形成されたものである。ケース１の中央部には凹部が形成されており、この凹部内の空間は、大気圧（環境圧力）が導入される基準圧力室２と、ガソリンベーパ等の測定対象圧力が導入される測定圧力室３とに区画されている。両室２、３の区画は上記凹部内に固定されたセンサ素子部４にてなされている。
【００１３】
また、図１に示す様に、ケース１における上記凹部と反対側の部位には、柱状に突出する圧力導入部１ａがケース１の一部として形成されている。圧力導入部１ａ内には、センサ素子部４へ上記測定対象圧力を導入するための通路である導入路１ｂが、測定圧力室３とケース１の外部とを連通するように形成されている。
【００１４】
導入路１ｂの内壁には、ゴム等よりなるＯリング１７及びこのＯリング１７を導入路１ｂ内に保持するための保持部材（スペーサ）１８が設けられている。圧力導入部１ａは、上記燃料タンク内と連通するように、この燃料タンク自身または燃料タンクから延設されたホースやパイプ等の相手側部材と接続可能となっており、Ｏリング１７は接続部分をシールして、相手側部材から導入路１ｂへ伝わる圧力の漏れを防止するためのものである。
【００１５】
センサ素子部４は、図３に示す様に、シリコン等よりなる感圧素子４ａと、この感圧素子４ａを支持固定するガラス台座４ｂとから構成されている。感圧素子４ａは、例えばシリコン等の基板にダイヤフラムが形成されたものであり、この感圧素子４ａと熱膨張係数が近似したガラス台座４ｂに接合されている。
【００１６】
ガラス台座４ｂには貫通穴が空いており、基準圧力室２から導入される大気圧（環境圧力）と測定圧力室３から導入される測定圧力の差圧を、感圧素子４ａによって検出するようになっている。
【００１７】
センサ素子部４は、貫通穴を有する中空形状のステム５を介してケース１に固定されている。ステム５はガラス台座４ｂと熱膨張係数が近似した材料である４２−アロイ（Ｆｅ：Ｎｉ＝５８：４２）を採用しており、センサ素子部４とステム５とは熱硬化性樹脂等の接着剤で固定されている。
【００１８】
また、ステム５とケース１も熱硬化性樹脂等の接着剤で固定されている。センサ素子部４とステム５が、ケース１に固定されることにより、測定圧力室３から導入される測定圧力が感圧素子４ａの裏面（ガラス台座４ｂ接合側の面）に伝わることが可能になる。
【００１９】
また、ケース１の凹部には、センサ素子部４とステム５の固定部及びステム５とケース１の固定部の気密性をより一層高めるために、例えば熱硬化性樹脂等の接着剤６が充填されており、さらに、センサ素子部４の耐湿性向上のために、シリコンゲル７が充填されている。基準圧力室２の上面は、例えばＰＢＴ等の樹脂よりなるリッド（蓋）８により閉鎖されている。このリッド８は接着剤９により気密固定されている。
【００２０】
また、ケース１の一端側の表面には、大気圧（環境圧力）を導入するための大気圧導入口（本発明でいう導入口）１０が、ケース１の外部に開口して形成されており、この大気圧導入口１０の外側には、樹脂等よりなる多孔質シート状の撥水フィルタ（本発明でいうフィルタ部）１２が、大気圧導入口１０に近接して取り付け固定されている。
【００２１】
そして、ケース１内には、大気圧導入口１０から基準圧力室２側へ延びる大気圧導入通路１１が形成されており、大気圧導入通路１１と基準圧力室２とは、リッド８とケース１との隙間によって連通している。こうして、基準圧力室２は大気圧導入口１０及び大気圧導入通路１１を介して、大気中に開放されている。
【００２２】
大気圧導入口１０は、図４及び図５に示す様に、枠２０にて区画された複数個（図示例では３個）の開口部２１の集合体により構成されている。ここで、大気圧導入通路１１のうち、大気圧導入口１０から基準圧力室２側（図４（ｂ）中の左右方向）に延びる通路を第１の通路１１ａ、この第１の通路１１ａからリッド８側（図４（ｂ）中の上下方向）に延びる通路を第２の通路とする。そして、例えば、複数個の開口部２１に対応して複数の第１の通路１１ａを並列に設け、第２の通路１１ｂを１個設け、各第１の通路１１ａを第２の通路１１ｂに合流させた構成とすることができる。
【００２３】
撥水フィルタ１２は、例えば多孔質のシート状に成形されたフッ素系樹脂（ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等）に撥水処理を施した周知のものである。この撥水フィルタ１２は、大気圧導入口１０の外周壁形状に対応した枠形状（本例では矩形状）をなすフィルタ固定部材（スペーサ）１３により、ケース１に組付固定されている。なお、フィルタ固定部材１３の材質は何でも良いが、本例では、ケース１と同材質としている。
【００２４】
撥水フィルタ１２の組付は、例えば、撥水フィルタ１２を大気圧導入口１０を覆うようにケース１に乗せ、フィルタ固定部材１３によって、撥水フィルタ１２と大気圧導入口１０の外壁とを挟み込むように圧入固定させ、フィルタ固定部材１３を取れないようにするため、エポキシ樹脂等よりなる接着剤１４により、該固定部材１３をケース１に接着する。こうして、撥水フィルタ１２とケース１とがシールされ、空気の流れを許容しつつ、基準圧力室２内への塵埃や水などの通過を阻止するようにしている。
【００２５】
また、図４（ｂ）及び図５に示す様に、複数個の開口部２１を区画する枠２０には、ケース１の外部側へ突出する突起部２２が形成されており、撥水フィルタ１２のフィルタ面は突起部２２の先端に接して配置されている。これにより、フィルタ面は、ケース１の外部に向かう凸面形状となっている。
【００２６】
また、この突起部２２のパターンは、図５にてハッチング（断面ではない）で示す様に、各開口部２１の開口縁部の一部には形成されておらず、そのため、突起部の非形成部においては、枠２０とフィルタ面との間に隙間部２３が形成される。そして、大気圧は、撥水フィルタ１２のフィルタ面を通して、隙間部２３から、各開口部２１に導入することができるようになっている。
【００２７】
また、ステム５を介してケース１に固定されている感圧素子４ａにおける検出信号出力用の出力端子は、ターミナル１５にボンディングワイヤ１６を介して接続されており、感圧素子４ａが検出した信号を、外部（例えば自動車のＥＣＵ等）に取り出すことが可能になっている。
【００２８】
次に、圧力センサ１００の製造方法について、簡単に説明する。まず、ＰＢＴやＰＰＳ等の樹脂を型成形することによりケース１を作製する。このとき、ターミナル１５は同時にインサート成形される。また、作製されたケース１に対して、撥水フィルタ１２を、上述の組付方法により固定する。次に、ケース１の圧力導入部１ａにＯリング１７及び保持部材１８を組み付ける。
【００２９】
次に、感圧素子４ａをガラス台座４ｂに接着してセンサ素子部４を形成し、このセンサ素子部４のガラス台座４ｂをステム５に接着し、さらに、ステム５をケース１の上記凹部に接着する。これにより、ケース１の凹部内において、基準圧力室２と測定圧力室３とが区画形成される。次に、センサ素子部４の感圧素子４ａにおける出力端子とターミナル１５とをワイヤボンディングし、ワイヤ１６にて結線する。
【００３０】
次に、ケース１の凹部における基準圧力室２側に接着剤６を注入、充填し、加熱処理等により硬化する。次に、センサ素子部４及びワイヤボンディング部分を被覆するようにシリコーンゲル７を注入、充填し、硬化する 次に、基準圧力室２の上面にリッド８を接着剤９で固定し、基準圧力室２を気密封止する。こうして、上記圧力センサ１００が出来上がる。
【００３１】
かかる圧力センサ１００は、圧力導入部１ａをＯリング１７を介してシールするように上記相手側部材に接続され、使用状態となる。そして、被検出体（燃料タンク）からの測定圧力が、導入路１ｂから測定圧力室３に導入され、ステム５の中空部、ガラス台座４ｂの貫通穴から感圧素子４ａの裏面に伝達される。感圧素子４ａに伝達された測定圧力は、上述のように、基準圧力室２から導入される大気圧（環境圧力）との差圧として検出され、ボンディングワイヤ１６、ターミナル１５を介して外部に取り出される。
【００３２】
ところで、本実施形態によれば、撥水フィルタ（フィルタ部）１２が取り付けられた大気圧導入口１０を、枠２０にて区画された複数個の開口部２１の集合体により構成しているため、従来のように、大気圧導入口１０を単一の開口部とした場合に比べて、枠２０の存在により、ここを流れる大気中の水分と接する面積が大きくなり、僅かな水分でも結露が促進される。その結果、撥水フィルタ１２において水分が集められて止まり、該フィルタ１２よりも内部へ水分が侵入しにくくなるため、フィルタ部における水分除去性能を向上させることができる。そのため、より水分が落ちやすくなり、水分の除去をより促進することができる。
【００３３】
例えば、燃料タンクに取り付けられた圧力センサ１００においては、自動車の雨天走行時に車輪から巻き上げられる水により、被水が激しい。そのような環境にある場合であっても、本圧力センサ１００によれば、撥水フィルタ１２における水分の除去が十分に行われるため、センサの機能が損なわれることはない。
【００３４】
さらに、本実施形態では、枠２０と撥水フィルタ１２のフィルタ面との間に大気圧（環境圧力）を導入可能な隙間部２３を形成しているため、万一、該フィルタ面が目詰まりしても、代わりに隙間部２３から大気圧をセンサ素子部４へ導くことができ、好ましい。
【００３５】
例えば、図６に示す様に、万一、開口部２０を覆うように撥水フィルタ２１のフィルタ面に泥等の異物Ｋ１が付着したとすると、この付着部におけるフィルタ面は目詰まりする。ここで、もし、隙間部２３が無いと、異物Ｋ１にて覆われた開口部２０は閉塞してしまう。その点、図６中、斜線ハッチングにて示す様に、隙間部２３が存在すれば、外部と開口部２１との連通は確保されるため、フィルタ面の全域に異物が付着して塞がらない限り、圧力センサ１００において大気圧の導入路の閉塞を防止できる。
【００３６】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、大気圧と測定対象圧力との差圧を検出する相対圧センサについて、本発明を適用したが、大気圧（環境圧力）をセンサ素子部へ導入し、大気圧を絶対圧として測定する圧力センサにも適用できる。
【００３７】
要するに、本発明は、ケース内に配設されたセンサ素子部に対して、ケース外部の環境圧力をケースに設けられたフィルタ部を介して導入するようにした圧力センサにおいて、ケースの表面に形成されフィルタ部が取り付けられた導入口を、枠にて区画された複数個の開口部の集合体により構成したことを要部とするものであるから、他の部分は適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサの全体構成を示す概略断面図である。
【図２】図１中のＡ矢視図である。
【図３】図１中のセンサ素子部の拡大図である。
【図４】図１中の圧力センサにおけるフィルタ部の詳細構成を示す図である。
【図５】図１に示す圧力センサの大気圧導入口の詳細構成図である。
【図６】隙間部の作用効果を示す説明図である。
【符号の説明】
１…ケース、４…センサ素子部、１０…大気圧導入口、１２…撥水フィルタ、２０…枠、２１…開口部、２２…突起部、２３…隙間部。

Claims (1)

1. ケース（１）内に配設された圧力検出用のセンサ素子部（４）に対して、前記ケース外部の環境圧力を前記ケースに設けられたフィルタ部（１２）を介して導入するようにした圧力センサにおいて、
   前記ケースの表面には外部に開口する前記環境圧力を導入するための導入口（１０）が形成されており、
   前記フィルタ部はこの導入口に取り付けられており、
   前記導入口は、枠（２０）にて区画された複数個の開口部（２１）の集合体により構成されており、
   前記枠（２０）には、前記ケース（１）の外部側へ突出する突起部（２２）が形成され、前記フィルタ部（１２）のフィルタ面は、前記突起部の先端に接して配置されており、
   前記枠と前記フィルタ面との間には、環境圧力を導入可能な隙間部（２３）が形成されていることを特徴とする圧力センサ。

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