JP4320963B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケースに収納されたセンシング部の表裏両面で受圧し、これら両面での差圧を検出するようにした圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の圧力センサとしては、特開平９−４３０８５号公報、特開平３−２３７３３２号公報、特開平１１−２４１９７０号公報等に記載のものが提案されている。
【０００３】
これらの圧力センサは、樹脂等よりなるケースに、印加された圧力値に応じたレベルの電気信号を発生する板状の半導体ダイヤフラム式のセンサチップ（センシング部）が収納されており、ケース外部からセンサチップの表面（一面）側及び裏面（他面）側にそれぞれに圧力を導入するための圧力導入通路を有しており、センサチップの表裏両面にて受圧を行い、これら両面での差圧を上記電気信号として検出するようにしたものである。
【０００４】
ここで、この圧力センサにおいては、センサチップの表面側は、検出用の回路が形成された面（回路形成面）であるため、センサチップのケースへの接合は、センサチップの裏面側を台座等を介してケースに接着する等により、行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の圧力センサにおいては、センサチップの表面側は、形成された回路を圧力媒体中の異物（塵埃や水分等）から保護する等の理由により、ゴム材料やゲル材料等の保護部材で被覆され保護されている。それに対して、センサチップの裏面側は、保護されていない。
【０００６】
ここで、上記した様に、従来の圧力センサにおいては、センサチップの裏面側をケースに接合する構成であることから、センサチップの表面側は開放でき、当該表面側の圧力導入通路の通路面積は広くすることが可能であるのに対し、センサチップの裏面側はケースとの接合面積を確保する必要があるため、当該裏面側の圧力導入通路の通路面積は、表面側に比べて、かなり狭いものとせざるを得ない。
【０００７】
そのため、悪い環境の圧力を導入する際、センサチップの裏面側の圧力導入通路を表面側と同様に保護しないと、圧力媒体中の異物の侵入により、結露や氷結等により破壊したり、詰まったりすることで、センサ特性に悪影響を与え、正確な圧力検出ができない恐れがある。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、ケースに収納されたセンシング部の表裏両面で受圧し、これら両面での差圧を検出するようにした圧力センサにおいて、センシング部の表面側を保護すると共に裏面側の圧力導入通路の結露や詰まりを防止し、正確な圧力を検出できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ケース（１０）と、このケースに収納され印加された圧力値に応じたレベルの電気信号を発生する板状のセンシング部（３０）と、ケース外部からセンシング部の一面側に圧力を導入するための第１の圧力導入通路（２１）と、ケース外部からセンシング部の他面側に圧力を導入するための第２の圧力導入通路（２２）とを備え、センシング部をその他面側にてケースに接合し、センシング部の両面で受圧し、これら両面の差圧を検出するようにした圧力センサにおいて、ケースに、センシング部の一面を被覆する第１の保護部材（７０）を設けるとともに、第２の圧力導入通路内に充填され第２の圧力導入通路内への異物の侵入を防止する第２の保護部材（８０）を設け、第２の保護部材（８０）に添加されるオイルの比率が第１の保護部材（７０）に添加されるオイルの比率よりも大きいものであり、さらに、第２の保護部材（８０）は、フロロシリコーンゲルまたはフッ素ゲルを母材として、オイルとしてのフロロシリコーンオイルまたはフッ素オイルが添加されているものであるものとしたことを特徴としている。
【００１０】
それによれば、板状のセンシング部の一面が表面、他面が裏面として用いられ、当該一面側は第１の保護部材を介して受圧を行い、当該他面側は第２の保護部材を介して受圧を行い、これら表裏両面の差圧を検出可能な圧力センサの構成を実現している。
【００１１】
そして、第１の保護部材によってセンシング部の表面側が保護されると共に第２の圧力導入通路即ち裏面側の圧力導入通路内に充填された第２の保護部材によって、裏面側の圧力導入通路の結露や詰まりを防止することができるため、正確な圧力を検出することができる。
【００１７】
また、上述のように、裏面側の圧力導入通路は、表面側に比べて細いものであるが故、この細い通路内に発生する応力が逃げにくく、そこに充填される保護部材が硬すぎると、硬化時の熱収縮で圧力センサの零点特性を大きく変動させてしまう。一方、充填される保護部材が柔らかすぎると、温度サイクルや振動等で通路内から抜けてしまう。
【００１８】
そこで、本発明者等は、実験検討した結果、従来用いられる保護部材に含有されているオイル量（例えば数％）よりも多量のオイルを、保護部材に添加することにより、圧力センサの零点特性を良好に確保しつつ、充填部位から抜けないような保護部材を容易に実現できることを見出した。
【００１９】
このようなオイル添加の効果に基づいて、さらに請求項１では、第２の保護部材（８０）を、第１の保護部材（７０）よりも多くのオイルが添加されているものとしたことを特徴としている。それにより、裏面側の圧力導入通路内に充填された第２の保護部材によって、裏面側の圧力導入通路の結露や詰まりを防止することができるため、正確な圧力を検出することができるという、上記の効果を、好適に実現することができる。
【００２０】
そして、このオイルが多量に添加された第２の保護部材（８０）としては、フロロシリコーンゲルまたはフッ素ゲルを母材として、オイルとしてのフロロシリコーンオイルまたはフッ素オイルが添加されているものにすることができる。
【００２１】
ここで、請求項２に記載の発明のように、オイルは、第２の保護部材（８０）に３０％以上添加されていることが好ましい。なお、オイル添加量の上限は、保護部材が硬化しなくなるまでの量とすればよく、保護部材の種類によって適宜設定される。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明では、第２の圧力導入通路（２２）は、センシング部側の通路（２２ａ）と圧力を導入する側の通路（２２ｂ）との間でケース（１０）に段差（２２ｃ）を形成することにより、前記圧力を導入する側の通路の方が通路面積が大きくなっており、第２の保護部材（８０）は、センシング部側の通路から圧力を導入する側の通路にまで充填されていることを特徴としている。
【００２３】
それによれば、第１の圧力導入通路（表面側の圧力導入通路）に比べて細くせざるを得ない第２の圧力導入通路（裏面側の圧力導入通路）において、センシング部と接合されるセンシング部側の通路（２２ａ）では、必要な細さを確保しつつ、センシング部から離れた圧力を導入する側の通路（２２ｂ）では、通路面積を十分に広くすることができる。
【００２４】
また、保護部材に異物が付着、堆積した場合、その異物によって、保護部材を介したセンシング部への圧力伝達特性が変動する。しかし、本発明によれば、センシング部側の通路から圧力を導入する側の通路にまで、第２の保護部材を充填することにより、第２の保護部材の受圧面積を十分に大きくすることができるため、そのような圧力伝達特性の変動を抑制することができる。
【００２５】
ここで、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の第２の圧力導入通路において、圧力を導入する側の通路（２２ｂ）は、センシング部側の通路（２２ａ）よりも通路面積が２倍以上となっているものにすることができる。
【００２６】
また、請求項５に記載の発明のように、第２の保護部材８０は、第１の保護部材（７０）と同程度もしくは低い弾性を有するものであることが好ましい。
【００２７】
また、請求項６に記載の発明では、請求項１または請求項２の圧力センサにおいて、第１のおよび第２の圧力導入通路（２１、２２）のどちらか一方が、センシング部（３０）真っ直ぐに外方へ突出して延び且つ突出先端部に圧力導入用の開口部（１２ａ）を有する直状通路部（９０）として形成され、この直状通路部は、途中部にセンシング部側から開口部側へ向かって窄まるようなテーパ面を有することにより、センシング部側の方が開口部側よりも通路面積が大きくなっており、直状通路部の軸に直交する面とテーパ面とのなす角度（θ）が、３０°以上であることを特徴としている。
【００２８】
本発明のような直状通路部を有する圧力センサを、当該直状通路部を天地方向に沿った状態で被測定部材に組み付けた場合、被測定部材から湿気を含んだ測定媒体がセンサ内へ侵入しても、直状通路部を介してセンサ内の水分を適切に下方へ排出することができるため、好ましい。
【００２９】
上記本発明者等の検討によれば、上記テーパ面の角度（θ）は３０°以上の勾配があれば良いことを確認しているが、当該角度を４５°以上とすれば、より確実な水分の排出が行える。
【００３０】
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。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。限定するものではないが、本実施形態は、例えば自動車のディーゼルエンジンの排気管に設けられたＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の目詰まり検出するために圧力センサを排気管に取り付け、該ＤＰＦの前後の排気管の差圧を検出する圧力センサ（差圧検出タイプの圧力センサ）として適用することができる。
【００３２】
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略断面構成を示す図である。図１において、１０は圧力センサ本体を区画する例えば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）等の樹脂材料等よりなるケースである。
【００３３】
このケース１０は、ターミナルピン１０ａがインサート成形されたコネクタケース部１１、このコネクタケース部１１に接合されてそれぞれ第１の圧力導入通路２１、第２の圧力導入通路２２を構成する第１の圧力ポート部１２、第２の圧力ポート部１３よりなる。ケース１０におけるこれら各部１１〜１３は、樹脂成形等にて作られる。
【００３４】
このケース１０のうちコネクタケース部１１には、凹部１１ａが形成され、この凹部１１ａには、印加された圧力値に応じたレベルの電気信号を発生する板状のセンシング部３０が収納されている。
【００３５】
また、第１の圧力ポート部１２、第２の圧力ポート部１３はそれぞれ、接着剤１４等によりコネクタケース部１１に固定されており、各圧力ポート部１２、１３とコネクタケース部１１とにより区画される内部空間が、上記した第１の圧力導入通路２１、第２の圧力導入通路２２として構成されている。
【００３６】
ここで、図２は、本実施形態のセンシング部３０及びその周辺部の拡大断面構成を示す図である。図２に示す様に、センシング部３０は、シリコン半導体等の半導体基板よりなり、その一面３０ａ側に薄肉部としてのダイヤフラム３１を有し、他面３０ｂ側に、このダイヤフラム３１を構成するために異方性エッチング等により形成された凹部３２を有する半導体ダイヤフラム式のチップ（センサチップ）である。
【００３７】
以下、本実施形態では、センシング部３０をチップ（センサチップ）３０ということとする。そして、このような半導体ダイヤフラム式のチップ３０においては、ダイヤフラム３１側即ち上記一面３０ａ側が表面であり、凹部３２側即ち上記他面３０ｂ側が裏面であるため、以下、上記一面３０ａを表面３０ａ、上記他面３０ｂを裏面３０ｂという。
【００３８】
また、チップ（センシング部）３０の裏面３０ｂには、ガラス等よりなる台座４０が接合されチップ３０と一体化されている。そして、チップ３０は、この台座４０を介して、コネクタケース部１１の凹部１１ａの底面に、図示しない接着剤（例えば、フロロシリコーン系接着剤）により接着され、ケース１０に収納固定されている。
【００３９】
ここで、台座４０には、第２の圧力導入通路２２の一部としての孔部（貫通孔）４１が形成されている。この孔部４１の通路面積はチップ（センシング部）３０における凹部３２の開口面積よりも小さいものとしている。
【００４０】
このように、本実施形態において、第１の圧力導入通路２１はケース１０に形成されているが、第２の圧力導入通路（孔部４１も含む）２２は、ケース１０及び台座４０に形成されている。そして、第１の圧力導入通路２１と第２の圧力導入通路２２とは、チップ（センシング部）３０によって区画されている。
【００４１】
また、図示しないが、例えば、第１の圧力ポート部１２が上記排気管におけるＤＰＦの上流側、第２の圧力ポート部１３が上記排気管におけるＤＰＦの下流側にゴムホース等により接続されるものである。そのため、本実施形態においては、第１及び第２の各圧力ポート部１２、１３における圧力導入部１２ａ、１３ａから、上記排気管内の圧力が導入される。
【００４２】
そして、ケース１０内においては、ケース１０に形成された第１の圧力導入通路２１から、チップ３０の表面（一面）３０ａ側即ちダイヤフラム３１側に圧力が導入されると同時に、ケース１０に形成された第２の圧力導入通路２２、及び、台座４０に形成された第２の圧力導入通路としての孔部４１から、チップ３０の裏面（他面）３０ｂ側即ち凹部３２側に圧力が導入されるようになっている。
【００４３】
そして、チップ３０の表面３０ａと裏面３０ｂとで（つまり、ダイヤフラム３１の表面と裏面とで）受圧し、これら両面３０ａ、３０ｂの差圧が検出されるようになっている。
【００４４】
なお、図２を参照して、チップ３０及びその周辺部構成の一具体例を示しておく。まず、チップ３０の厚さｔ１としては、約２００μｍ程度とすることができる。ダイヤフラム３１は、例えば約１．４ｍｍ×１．４ｍｍの平面四角形（図２中では、幅Ｌ１が１．４ｍｍ）で、その厚さｔ２が約３０μｍのものとすることができる。
【００４５】
また、凹部３２の開口部は、例えば平面八角形であり、図２における幅Ｌ２は約１．９〜２．０ｍｍとすることができる。まや、本実施形態では、上述したように、、台座４０の孔部４１の通路面積は凹部３２の開口面積よりも小さいものとしており、該孔部４１は、内径Ｄがφ０．８ｍｍ〜φ０．９ｍｍの円筒形貫通孔とすることができる。
【００４６】
このような具体的構成を採用可能なチップ３０においては、表面３０ａ側に、ダイヤフラム３１の圧力印加による歪みを電気信号に変換するための回路（図示せず）が形成されている。この回路は、図１に示す様に、ワイヤボンディング等により形成された金またはアルミ等のワイヤ６０によりターミナルピン１０ａに結線され、チップ３０とターミナルピン１０ａとは電気的に接続されている。
【００４７】
ここで、ターミナルピン１０ａは、銅等の導電性金属よりなるものであり、ワイヤ６０との接続部とは反対側の端部が、ケース１０（コネクタケース部１１）の外部に露出している。そして、このターミナルピン１０ａの露出端部は、コネクタケース部１１とともに、図示しない外部配線部材に接続可能となっており、それによって、チップ３０は、ワイヤ６０、ターミナルピン１０ａを介して外部回路（車両のＥＣＵ等）に対して信号のやり取りが可能となっている。
【００４８】
以上のような基本構成を有する差圧検出タイプの圧力センサにおいて、本実施形態では、ケース１０に、チップ（センシング部）３０の表面（一面）３０ａを被覆する第１の保護部材７０が設けられているとともに、第２の圧力導入通路２２内への異物の侵入を防止するための第２の保護部材８０が第２の圧力導入通路２２内に充填された独自の構成を有している。
【００４９】
第１の保護部材７０は、コネクタケース部１１の凹部１１ａ内に充填され、チップ３０の表面３０ａ、ワイヤ６０、ワイヤ６０とターミナルピン１０ａとの接続部、台座４０を被覆して保護している。つまり、第１の保護部材７０は、第１の圧力導入通路２１におけるチップ３０の表面３０ａ側の部位に充填された形となっている。
【００５０】
この第１の保護部材７０は、本例では、下層（凹部１１ａの底面側）にフッ素ゴム等の比較的ヤング率の高い樹脂材料７１、上層（凹部１１ａの開口部側）にフッ素ゲル等の比較的ヤング率の低い樹脂材料７２を用いた２層構造としている。具体的には、本出願人が先に出願した特開平１１−３０４６１９号公報に記載されている２層構造の保護部材を採用することができる。これにより、第１の保護部材７０内の気泡発生を適切に防止し、チップ３０の特性を良好に発揮可能な構成となっている。
【００５１】
一方、第２の保護部材８０は、第２の圧力導入通路の一部としての台座４０の孔部４１内に充填されるとともに、この孔部４１からはみ出して、第２の圧力導入通路２２のうち圧力導入部１３ａ側にまで充填されている。
【００５２】
本例では、図１に示す様に、第２の圧力導入通路２２のうち、チップ３０側の通路（センシング部側通路）２２ａと圧力を導入する側（つまり、第２の圧力ポート１３における圧力導入部１３ａ側）の通路（圧力導入側通路）２２ｂとの間には、ケース１０（コネクタケース部１１）に段差２２ｃが形成されている。
【００５３】
それによって、ケース１０に形成された第２の圧力導入通路２２のうち圧力導入側通路２２ｂの方が、センシング部側通路２２ａよりも通路面積が大きくなっており、第２の保護部材８０は、上記孔部４１及びセンシング部側通路２２ａから圧力導入側通路２２ｂにまで充填されている。なお、本例では、圧力導入側通路２２ｂは、センシング部側通路２２ａよりも通路面積が２倍以上大きくなっている。
【００５４】
圧力導入側通路２２ｂまで第２の保護部材８０が充填されることで、受圧面積を大きくすることができ、汚れに対して一層強くすることができる。なお、圧力導入側通路２２ｂは、センシング部側通路２２ａから階段状に広がっている。
【００５５】
このように、第２の保護部材８０が、第２の圧力導入通路２２内に充填されることにより、第２の圧力導入通路２２内への異物の侵入を防止するようになっている。この第２の保護部材８０は、第１の保護部材７０とは異なり、１層構造であり、硬化タイプのゲル材料を用いることができる。
【００５６】
具体的には、耐薬品性等を考慮すると、シリコーン系のゲルでは導入される圧力媒体中に含まれる湿気によって膨潤してしまうため、フロロシリコーンゲルあるいはフッ素ゲル等を用いることが出来る。
【００５７】
また、この第２の保護部材８０は、第１の保護部材７０よりも多くのオイルが添加されているものを用いている。例えば、フロロシリコーンゲルを母材として、オイルとしてのフロロシリコーンオイルが添加されているものを採用できる。ここで、オイルの添加量は、第２の保護部材８０に対して３０％以上が好ましい。
【００５８】
かかる圧力センサの製造方法について概略を述べる。コネクタケース部１１に台座４０と一体化されたチップ３０を、上記接着剤により接着固定する。その後、チップ３０とターミナルピン１０ａとをワイヤボンディングすることによってワイヤ６０で結線する。
【００５９】
次に、コネクタケース部１１内に第１の保護部材７０を配設する。まず、下層側の樹脂材料７１を、台座４０とチップ３０との界面付近まで、コネクタケース部１１の凹部１１ａ内に充填し、気泡発生を防ぐために真空脱泡する。その上に、上層側の樹脂材料７２を注入した後、両層の樹脂材料７１、７２を同時に加熱硬化する。
【００６０】
こうして、第１の保護部材７０の配設が終了する。その後、コネクタケース部１１と第１の圧力ポート部１２とを接着剤１４により接着固定する。こうして、第１の圧力導入通路２１が形成される。
【００６１】
次に、コネクタケース部１１内に、第２の保護部材８０を配設する。例えば、フロロシリコーンゲルにフロロシリコーン系オイルが３０〜３５％添加されたものを、真空中で注入するか、あるいは注入後真空脱泡して、図１に示す様な位置に配設する。なお、フロロシリコーンゲル及びフロロシリコーンオイルに代えてフッ素ゲル及びフッ素オイルを用いることも可能である。
【００６２】
その後、ゲルを加熱硬化させることにより、第２の保護部材８０の配設が終了する。そして、コネクタケース部１１と第２の圧力ポート部１３とを接着剤１４により接着固定する。こうして、第２の圧力導入通路２２が形成され、図１に示す圧力センサが完成する。
【００６３】
次に、本実施形態を、ＤＰＦの前後の排気管の差圧を検出する圧力センサに適用した場合の作動について、まとめて述べておく。例えば、上記排気管におけるＤＰＦの上流部位の圧力（上流圧という）は第２の各圧力ポート部１３から、また、該ＤＰＦの下流部位の圧力（下流圧という）は第１の各圧力ポート部１２から、別々にケース１０内に導入される。
【００６４】
下流圧は、第１の圧力導入通路２１を通して、第１の保護部材７０の表面に受圧され、さらに第１の保護部材７０を伝わってチップ３０の表面３０ａ側からダイヤフラム３１に受圧される。同時に、上流圧は、第２の圧力導入通路２２を通して、第２の保護部材８０の表面に受圧され、さらに第２の保護部材８０を伝わってチップ３０の裏面３０ｂ側からダイヤフラム３１に受圧される。
【００６５】
そして、ダイヤフラム３１は、チップ３０の表面３０ａ側と裏面３０ｂ側との差圧によって歪み、この歪みに応じたレベルの電気信号が、チップ３０に形成された上記回路から出力される。この出力信号は、ワイヤ６０からターミナルピン１０ａを介して、上記外部回路に送られ、ＤＰＦの目詰まり検出情報として利用される。
【００６６】
このように、本実施形態の圧力センサは、半導体ダイヤフラム式のチップ（板状のセンシング部）３０の表面３０ａ、裏面３０ｂともに受圧面として用いられ、表面３０ａ側は第１の保護部材７０を介して受圧を行い、裏面３０ｂ側は第２の保護部材８０を介して受圧を行い、これら表裏両面３０ａ、３０ｂの差圧を検出可能な構成を実現している。
【００６７】
そして、従来の圧力センサが、表面（チップにおける回路形成面）側のみ保護部材を設けていたのに対し、本実施形態では、チップ３０の表面３０ａ側だけでなく、裏面３０ｂ側の圧力導入通路側にも保護部材を設けたことが主たる特徴点である。
【００６８】
すなわち、第１の保護部材７０によってチップ３０の表面（回路形成面）３０ａ側が保護されるとともに、第２の圧力導入通路２２内に充填された第２の保護部材８０によって、裏面側の圧力導入通路である第２の圧力導入通路２２の結露や詰まりを防止することができるため、正確な圧力を検出することができる。
【００６９】
特に、排気管内の排気圧を測定する圧力センサでは、フィルタ等によって、センサ内に導入される圧力媒体（排気ガス）中のすす等の固形異物は除去できるが、湿気まで除去することは困難である。そのような場合、表面側の第１の圧力導入通路２１にくらべて細い部分（台座４０の孔部４１等）を有する裏面側の第２の圧力導入通路２２では、結露の発生、温度環境によっては氷結まで発生しやすい。
【００７０】
その点、本実施形態では、ケース１０内に、第２の圧力導入通路２２内に充填され第２の圧力導入通路２２内への異物（湿気、水分、塵埃等）の侵入を防止する第２の保護部材８０を設けることにより、上記した湿気の侵入を第２の保護部材８０によって排除できる。
【００７１】
また、チップ３０の裏面３０ｂ側はケース１０との接合面積を確保する必要があるが、本実施形態では、台座４０を介してチップ３０をケース１０に接合しているため、この台座４１にも第２の圧力導入通路２２即ち孔部４１を形成している。そして、この孔部４１を、表面３０ａ側の第１の圧力導入通路２１に比べて、かなり狭いものとしている。
【００７２】
ここで、本実施形態においては、該孔部４１の通路面積をチップ３０における凹部３２の開口面積よりも小さくする必要性から、例えば、孔部４１の径Ｄをφ０．８〜φ０．９ｍｍと非常に細いものとしており、上記した結露や詰まりの恐れが強くなる。しかし、本実施形態では、この孔部４１にも第２の保護部材８０が充填されているため、そのような問題は生じない。
【００７３】
また、裏面３０ｂ側の第２の圧力導入通路２２は、表面側３０ａ第１の圧力導入通路２１に比べて細い孔部４１やセンシング部側通路２２ａを有するものであるが故、これら細い通路内に発生する応力が逃げにくく、そこに充填される第２の保護部材８０が硬すぎると、硬化時の熱収縮で圧力センサの零点特性を大きく変動させてしまう。一方、充填される第２の保護部材８０が柔らかすぎると、温度サイクルや振動等で通路内から抜けてしまう。
【００７４】
その対策として、本発明者等は実験検討を行い、第２の保護部材８０を、第１の保護部材７０よりも多くのオイルが添加されているものとした。第１の保護部材７０は、従来用いられる保護部材を適用できるが、この従来の保護部材は含有されているオイル量が例えば数％程度である。それに対して、第２の保護部材８０に添加するオイルを３０％以上とし、従来よりも多量としている。
【００７５】
例えば、通常のフロロシリコーンゲルあるいはフッ素ゲルでは弾性率が高く、これを第２の保護部材として用いて本実施形態のように充填して加熱硬化させると、熱収縮の影響を受けてセンサの特性変動を大きくしてしまう。そこで、センサの特性変動を防ぐために、ゲルが未硬化を起こさない範囲で、同じ材料系のオイル、どの程度ゲルに添加すれば良いかを調べた。
【００７６】
図３は、第２の保護部材８０として、フロロシリコーンゲルを母材としてフロロシリコーンオイルが添加されているものを用いた場合に、オイル添加量（％）を変えていったとき（２５％、３０％、３５％）のセンサ使用温度（図中、温度と示す。単位：℃）と、ゲル注入前後の零点変動量（％ＦＳ）との関係を示したものである。
【００７７】
なお、図３中、黒丸プロットはオイル添加量が２５％、黒四角プロットはオイル添加量が３０％、黒三角プロットはオイル添加量が３５％の場合を示している。
【００７８】
ここで、ゲル注入前後の零点変動量は、次のように定義する。チップ３０の両面３０ａ、３０ｂが同圧のときの信号（電圧）を基準信号とする。そして、第１の保護部材７０は配設されているが第２の保護部材８０が配設されていない場合の基準信号と、オイル量を変えた第２の保護部材８０を注入、充填し熱硬化させた後に、再び測定した基準信号とを比較する。
【００７９】
そして、上記両者の場合において、センサのフルスケール（ＦＳ）に対する基準信号の変動量の割合（％ＦＳ）を、ゲル注入前後の零点変動量とする。なお、当該零点変動量の目標値は、０．１％ＦＳであり、この値は、実用レベルの要求値から算出されたものである。
【００８０】
図３に示す様に、第２の保護部材８０として、フロロシリコーンゲルに３０％以上のフロロシリコーンオイルを添加したものを用いれば、ゲル注入前後の零点変動量を目標規格内に収めることができている。なお、オイル添加量の上限は、保護部材が硬化しなくなるまでの量とすればよく、図３の例ではオイル添加量が４０％以上で未硬化が発生するため、オイル添加量を３０％以上４０％未満とすることが好ましい。
【００８１】
なお、オイルの最適添加量範囲は第２の保護部材８０の種類によって適宜設定されるが、本実施形態でいえることは、第２の保護部材８０を、第１の保護部材７０よりも多くのオイルが添加（例えば３０％以上）されているものとすれば、圧力センサの零点特性を良好に確保しつつ、充填部位から抜けないような第２の保護部材８０を容易に実現できる。
【００８２】
また、本実施形態によれば、第１の圧力導入通路２１に比べて細くせざるを得ない第２の圧力導入通路２２において、ケース１０に段差２２ｃを形成することにより、センシング部側通路２２ａでは必要な細さを確保しつつ、チップ（センシング部）３０から離れた圧力導入側通路２２ｂでは通路面積を十分に広くできている。
【００８３】
また、一般に、保護部材に異物が付着、堆積した場合、その異物によって、保護部材を介したセンシング部への圧力伝達特性が変動する。しかし、本実施形態によれば、センシング部側通路２２ａから通路面積の十分に広い圧力導入側通路２２ｂにまで、第２の保護部材８０を充填することにより、第２の保護部材８０の受圧面積を十分に大きくすることができるため、そのような圧力伝達特性の変動を抑制することができる。
【００８４】
なお、図１に示す例では、圧力導入側通路２２ｂは、センシング部側通路２２ａよりも通路面積が２倍以上となっており、第１の圧力導入通路２１と同等の開口面積にまで広くしている。このことは、図１においては、図中の寸法Ｗ１と寸法Ｗ２とが略等しい（例えばＷ１、Ｗ２とも９ｍｍで紙面垂直方向の奥行きが１２ｍｍ）ことで表されている。
【００８５】
また、本実施形態において、第２の保護部材８０は、第１の保護部材７０における低弾性な（ヤング率の低い）樹脂材料７２と同程度もしくは低い弾性（例えば弾性率が６０Ｐａ以下のもの）を有するものであることが好ましい。これは、第２の圧力導入通路２２は第１の圧力導入通路２１に比べて通路面積を小さくせざるを得ないから、通路内に発生する応力も逃げにくいため、充填される保護部材も柔らかいものを使用する必要があるためである。
【００８６】
また、図１に示す例では、第１及び第２の圧力導入通路２１、２２において圧力導入部１２ａ、１３ａが、チップ３０と正対せず、オフセットした位置にある。これにより、圧力媒体の流れが直接チップ３０に当たるのを防止することができ、チップ３０直上の保護部材７０、８０に異物が付着しにくい構成とすることができる。
【００８７】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。以下、上記第１実施形態との相違点について主として説明し、同一部分には、図中、同一符号を付して説明を省略することとする。
【００８８】
図４に示す様に、第１の圧力ポート部１２の内部空間としての第１の圧力導入通路２１が、センシング部３０から真っ直ぐに外方（図中の下方）へ突出して延びる直状通路部９０として形成されており、この直状通路部２１の突出先端部に圧力導入用の開口部としての圧力導入部１２ａが形成されている。本例では、直状通路部９０は、板状のセンシング部３０の板面（上記図２に示す表面３０ａ、裏面３０ｂ）に対して略垂直となっている。
【００８９】
そして、直状通路部９０は、途中部にセンシング部３０側から圧力導入部（開口部）１２ａ側へ向かって窄まるようなテーパ面９１を有することにより、テーパ面９１を境として、センシング部３０側の方が圧力導入部（開口部）１２ａ側よりも通路面積が大きくなっている。換言すれば、直状通路部９０は、第１の圧力ポート部１２の段付内孔であって、段部であるテーパ面９１を境に圧力導入側が細くなったものである。
【００９０】
本例では、直状通路部９０におけるセンシング部３０側の太い部分は、直状通路部９０の軸（突出方向）と平行な平面９２によって囲まれ、通路断面形状は略矩形をなしている。また、テーパ面９１よりも圧力導入部１２ａ側の細い部分は、通路断面形状が円形であり。テーパ面９１は、両側の部分をなだらかにつなぐ面形状となっている。
【００９１】
ここで、本実施形態においては、直状通路部９０の軸に直交する面とテーパ面９１とのなす角度θが、３０°以上（好ましくは４５°以上）となっている。これは、本実施形態の圧力センサを、直状通路部９０を天地方向に沿った状態で上記排気管（被測定部材）に組み付けた場合、当該排気管から湿気を含んだガス（被測定流体）がセンサ内へ侵入しても、直状通路部９０を介してセンサ内の水分を適切に下方へ排出できるようにするためである。
【００９２】
角度θを３０°以上（好ましくは４５°以上）とする根拠は、本発明者等が行った実験検討によるものであり、限定するものではないが、その検討結果の一例を次に示す。
【００９３】
直状通路部９０の容積の半分量（実車結露量に相当）の水を、直状通路部９０の圧力導入部１２ａからセンサ内へ注入した。このものを、直状通路部９０が天地方向に延びる状態にて、ゴムホース等の配管を介して実車の排気管に装着し、エンジンを回し、実車試験を行った。実車運転条件は、エンジン回転数１５００ｒｐｍで１分間とした。
【００９４】
検討するパラメータは、直状通路部９０における平面９２の高さ（壁面高さ）Ｈ、上記テーパ面９１の角度（テーパ角度）θとした。なお、圧力導入部１２ａ側の細い部分の内径Ｄはφ４．５ｍｍとした。この内径Ｄは、予め、上記実車試験によって、確実に水が落下可能な大きさとして求めた。また、直状通路部９０と排気管とをつなぐゴムホースの長さは１１４ｃｍとした。
【００９５】
そして、壁面高さＨ、テーパ角度θを種々変えたものについて、上記実車試験を行い、試験後の水残留量および外観検査による水残留状態を調べた。壁面高さを２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍと変え、テーパ角度θを１５°、３０°、４５°と変えていった場合における結果を図５および図６に示す。図５は、各場合における水残留量（ｍｇ）を示すグラフ、図６は、各場合における水の残留状態を示す図表である。
【００９６】
図５に示す様に、テーパ角度θが大きくなるほど、水残留量は少なくなり、センサ内の水が排出されやすいことがわかる。また、図６中において「×：チップ部に水残留」となっている場合、第１の保護部材７０に水が付着する程度に水が残留しており、直接センシング部３０に影響が出るため、好ましくない。
【００９７】
また、「△：ケース隅部に水残留」となっている場合、センシング部３０に多少、残留水の影響が及ぶ可能性がある。そして、「○」のものは、テーパ面９１と平面９２のなす隅部（テーパ部隅）に水が残留したり、平面９２により囲まれる矩形通路部の隅（ケース隅部）に微量の水が残留したり、直状通路９０の内表面に小さな水滴が付着したりするものの、実質的にセンシング部３０に残留水の影響が及ばない程度に、水が排出されているものである。
【００９８】
これら図５、図６に示す結果から、センサ内部に水を残留させない構造としては、実質的に、テーパ角度θが３０°以上であれば良いと言える。さらに、テーパ角度θが４５°以上であれば、壁面高さＨの制約を更に緩くすることができ、また、水残留量も少なくできるため、好ましい。
【００９９】
以上のように、本実施形態によれば、圧力センサを、直状通路部を天地方向に沿った状態で被測定部材に組み付けた場合、テーパ面９１の角度θが３０°以上（好ましくは４５°以上）あるため、テーパ面９１の勾配によって、センサ内の水分を適切に下方へ排出することができる。そのため、結露や氷結等によるセンサへのダメージを防止することができる。
【０１００】
なお、テーパ角度θは大きい方が、残留水の排出効果が大きいが、テーパ角度θが大きくなるにつれて、直状通路部９０の突出方向におけるセンサの体格が大きくなるため、センサ体格に制約のある場合は、体格との関係も考慮してテーパ角度θを決定する必要がある。
【０１０１】
また、本実施形態においては、第１の圧力導入通路２１ではなく、逆に、第２の圧力ポート部１３の内部空間としての第２の圧力導入通路２２を、上記直状通路としても良いことは勿論であり、その場合にも、同様の効果が得られることは明らかである。
【０１０２】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態は、上記排気管内の差圧を測定する場合のように、センシング部の両面に測定圧力を受圧させるタイプ以外にも、センシング部の一方の面側が基準圧としての大気圧となっており、他方面側に測定圧力を受圧させるタイプ、いわゆるゲージ圧センサ（例えば、上記特開平９−４３０８５号公報に記載のもの）にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。
【図２】図１に示す圧力センサにおけるセンシング部及びその周辺部を示す拡大断面図である。
【図３】ゲルへのオイル添加量を変えていったときのセンサ使用温度と、ゲル注入前後の零点変動量との関係を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。
【図５】壁面高さＨ、テーパ角度θを種々変えた場合の実車試験後の水残留量を示すグラフである。
【図６】壁面高さＨ、テーパ角度θを種々変えた場合の実車試験後の水残留状態を示す図表である。
【符号の説明】
１０…ケース、１２ａ…圧力導入部（開口部）、
２１…第１の圧力導入通路、２２…第２の圧力導入通路、
２２ａ…第２の圧力導入通路におけるセンシング部側通路、
２２ｂ…第２の圧力導入通路における圧力導入側通路、２２ｃ…段差、
３０…チップ、３１…ダイヤフラム、４０…台座、４１…孔部、
７０…第１の保護部材、８０…第２の保護部材、９０…直状通路部。

Claims (7)

1. ケース（１０）と、
   このケースに収納され、印加された圧力値に応じたレベルの電気信号を発生する板状のセンシング部（３０）と、
   前記ケース外部から前記センシング部の一面側に圧力を導入するための第１の圧力導入通路（２１）と、
   前記ケース外部から前記センシング部の他面側に圧力を導入するための第２の圧力導入通路（２２）とを備え、
   前記センシング部は、前記他面側にて前記ケースに接合されており、
   前記センシング部の前記一面と前記他面とで受圧し、これら一面側と他面側との差圧を検出するようにした圧力センサにおいて、
   前記ケースには、前記センシング部の一面を被覆する第１の保護部材（７０）が設けられているとともに、前記第２の圧力導入通路内に充填され前記第２の圧力導入通路内への異物の侵入を防止する第２の保護部材（８０）が設けられており、
   前記第２の保護部材（８０）に添加されるオイルの比率が前記第１の保護部材（７０）に添加されるオイルの比率よりも大きいものであり、
   さらに、前記第２の保護部材（８０）は、フロロシリコーンゲルまたはフッ素ゲルを母材として、前記オイルとしてのフロロシリコーンオイルまたはフッ素オイルが添加されているものであることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記オイルは、前記第２の保護部材（８０）に３０％以上添加され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. 前記第２の圧力導入通路（２２）は、前記センシング部側の通路（２２ａ）と圧力を導入する側の通路（２２ｂ）との間で前記ケース（１０）に段差（２２ｃ）を有することにより、前記圧力を導入する側の通路の方が通路面積が大きくなっており、
   前記第２の保護部材（８０）は、前記センシング部側の通路から前記圧力を導入する側の通路にまで充填され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. 前記圧力を導入する側の通路（２２ｂ）は、前記センシング部側の通路（２２ａ）よりも通路面積が２倍以上となっていることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記第２の保護部材（８０）は、前記第１の保護部材（７０）と同程度もしくは低い弾性を有するものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の圧力センサ。
6. 前記第１の圧力導入通路（２１）および前記第２の圧力導入通路（２２）のどちらか一方は、前記センシング部（３０）から真っ直ぐに外方へ突出して延び、突出先端部に前記圧力導入用の開口部（１２ａ）を有する直状通路部（９０）として形成されており、
   この直状通路部は、途中部に前記センシング部側から前記開口部側へ向かって窄まるようなテーパ面を有することにより、前記センシング部側の方が前記開口部側よりも通路面積が大きくなっており、
   前記直状通路部の軸に直交する面と前記テーパ面とのなす角度（θ）が、３０°以上であ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。
7. 前記角度（θ）は、４５°以上であることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。

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