JP5196218B2

JP5196218B2 - 圧力センサ装置及び圧力センサ容器

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Publication number: JP5196218B2
Application number: JP2006305261A
Authority: JP
Inventors: 俊明神永; 淳久保; 和典斉藤; 仁泰芦野; 勝道上▲柳▼
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: JP2008122182A; US20080110273A1; EP1921433B1; EP1921433A2; EP1921433A3; US7571652B2

Description

本発明は、気体の圧力を測定する圧力センサ素子を備えた圧力センサ装置、及び、圧力センサ素子を収容するための圧力センサ容器に関するものである。

例えば、自動車のインテークマニホールドに設置されて空気圧を測定する圧力センサ装置は、図７〜図９に示すように構成されている。なお、図７は圧力センサ装置１００の平面図、図８は図７のＢ−Ｂ断面図、図９は、図８の圧力センサ装置１００から圧力センサ素子２０１及びセンサマウント部２０２を除去した圧力センサ容器１００’の斜視図である。

図８において、センサ容器本体１０１のほぼ中央部には圧力検出室１０２が形成され、この圧力検出室１０２の下方には圧力導入口１０３が連通している。１０４は、中心に圧力導入口１０３を有する圧力導入パイプである。この圧力導入パイプ１０４は、インテークマニホールド（図示せず）に取り付けられ、インテークマニホールドの内部の空気を圧力導入口１０３から圧力検出室１０２に取り込むようになっている。

また、２０１は半導体からなる圧力センサ素子であり、この圧力センサ素子２０１はセンサマウント部２０２に実装されて圧力検出室１０２の上方に配置されている。
圧力センサ素子２０１は、単結晶シリコン等からなるダイアフラム上に複数の半導体歪ゲージをブリッジ接続してなるものである。圧力検出室１０２の圧力変化によって前記ダイアフラムが変形すると、その変形量に応じてピエゾ効果により前記半導体歪ゲージの抵抗が変化する。このため、ゲージ抵抗に相当する電圧信号を検出することにより、圧力検出室１０２の圧力、つまりインテークマニホールド内の空気圧を検出することができる。

更に、図８において２０３はリード端子であり、このリード端子２０３は、圧力センサ素子２０１にボンディングワイヤ（図示せず）を介して接続されている。また、２０４は別のリード端子であり、このリード端子２０４は、前記リード端子２０３に溶接等により接続されている。リード端子２０４は、コネクタソケット１０５の内部に突出しており、コネクタソケット１０５には、圧力センサ素子２０１の出力信号を取り出すためのコネクタ（図示せず）が装着されるようになっている。なお、１０２ｂは圧力検出室１０２の底面を示す。
ここで、圧力センサ素子２０１及びボンディングワイヤ（図示せず）は、図示されていないゲル状被覆部材によって保護されており、配線部分が、外部から侵入する水分、劣化オイル、ガソリン等により腐食することを防止している。

圧力検出室１０２に臨むセンサ容器本体１０１の内周壁には、図８，図９に示すように、ほぼ半円形で平板状の防護壁１０６が水平方向に突設されている。この防護壁１０６は、インテークマニホールド側から圧力検出室１０２内に油や粉塵等の異物が侵入するのを防止し、圧力センサ素子２０１の損傷や汚染を防ぐためのものである。
また、図７〜図９において、１０７は圧力センサ装置１００をインテークマニホールドに取り付けるための取付孔である。

なお、上述の防護壁１０６と同様に、圧力検出室への異物の侵入を防止する手段を備えた従来技術が、特許文献１，２に記載されている。
特許文献１に係る圧力センサ装置では、インテークマニホールドから圧力センサ素子に至る経路に複数の分室を設けると共に、分室の内壁に直交させて平板状の突起部を設け、これらの分室や突起部によって圧力検出室への異物の侵入を防止している。
また、特許文献２に係る圧力センサ装置及び圧力センサ収納容器では、圧力導入管の内壁に配置されたほぼ直方体状の複数の突起部によって異物の侵入を防止している。

特開２００５−３４５４１２号公報（［００１１］〜［００１５］、図１等）特開２００２−３１０８３６号公報（［０００９］〜［００１０］、図２等）

通常、この種の圧力センサ装置は、図８に示したように水平状態を保ってインテークマニホールドに取り付けることを想定している。しかし、インテークマニホールドのレイアウト等に起因して、図１０に示すように、圧力センサ装置１００が水平線に対し傾いて配置される場合がある。
この場合、圧力検出室１０２内の大気の結露による水分や、インテークマニホールドから直接侵入する水分が、平板状の防護壁１０６と圧力検出室１０２の内周壁との間に付着し、滞留することがある。図１０において、３０１は上記の水分を示している。

水分３０１が低温環境下で凍結すると、圧力センサ素子２０１の表面に形成されたダイアフラムを破壊したり、ボンディングワイヤを断線させるおそれがある。また、凍結した氷が、圧力検出室１０２への空気の導入を妨害する場合もある。
また、上記水分以外でも、平板状の防護壁１０６の上面にはオイルやガソリンが滞留し易く、これらのオイルやガソリンによって圧力センサ素子２０１等を覆うゲル状被覆部材が膨潤し、目的とする被覆効果が得られなくなるという問題があった。
このように、圧力検出室１０２内に水分、オイル、ガソリン等が滞留することによる不都合は、防護壁１０６以外に、圧力検出室１０２の底面１０２ａに関しても起こり得るものである。
特許文献１，２においても、圧力センサ装置が傾いて配置されると突起部の上面に水分やオイル、ガソリン等が滞留する場合があり、前記同様の問題を生じることとなる。

そこで、本発明の目的は、圧力センサ装置が傾いて配置された場合であっても、防護壁上や圧力検出室の底面上に水分、オイル、ガソリン等が滞留しないようにして水分の凍結やゲル状被覆部材の膨潤を防止すると共に、空気を円滑に導入可能とした圧力センサ装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上述した水分、オイル、ガソリン等の滞留防止機能を備えて圧力センサ素子を実装可能とした圧力センサ容器を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る圧力センサ装置は、請求項１に記載するように、センサマウント部に実装されて気体の圧力を検出する圧力センサ素子と、前記圧力センサ素子により圧力が検出される気体が導入され、かつ内周壁を有する圧力検出室と、前記内周壁から突設されて前記圧力検出室への異物の侵入を防止する防護壁と、を備えた圧力センサ装置において、
前記防護壁は、前記センサマウント部に端部が接する傾斜面と、前記圧力センサ装置を正常に配置した時に水平になる底面と、を備え、
前記傾斜面の傾斜角度を、前記防護壁の前記底面が水平線に対して第１の角度をもって傾いて配置された時に、水平線と前記傾斜面との間に下方へ向かう第２の角度が保有されるような値に設定したことを特徴とする。
また、請求項２に係る圧力センサ装置は、請求項１に記載した圧力センサ装置において、前記圧力検出室が内部に形成されたセンサ容器本体を備え、前記センサ容器本体と前記防護壁とを樹脂により一体的に形成したことを特徴とする。
請求項３に係る圧力センサ装置は、請求項１または２に記載した圧力センサ装置において、前記傾斜面が曲面であることを特徴とする。
請求項４に係る圧力センサ装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載した圧力センサ装置において、前記内周壁に別の傾斜面を形成し、この別の傾斜面の傾斜角度を、前記防護壁の前記底面が水平線に対して第３の角度をもって傾いて配置された時に、水平線と前記別の傾斜面との間に下方へ向かう第４の角度が保有されるような値に設定したことを特徴とする。
請求項５に係る圧力センサ装置は、請求項４に記載した圧力センサ装置において、前記別の傾斜面が曲面であることを特徴とする。
また、本発明に係る圧力センサ容器は、請求項６に記載するように内周壁により区画されて開口を有する空間であり、圧力を測定する気体が導入される圧力検出室と、前記内周壁から突設されて前記圧力検出室への異物の侵入を防止する防護壁と、を備え、前記気体の圧力を検出する圧力センサ素子が実装された時に前記圧力センサ素子の実装面が前記圧力検出室の開口面と一致する圧力センサ容器において、
前記防護壁は、前記開口面に端部が接する傾斜面と、前記圧力センサ装置を正常に配置した時に水平になる底面と、を備え、
前記傾斜面の傾斜角度を、前記防護壁の前記底面が水平線に対して第１の角度をもって傾いて配置された時に、水平線と前記傾斜面との間に下方へ向かう第２の角度が保有されるような値に設定したことを特徴とする。

また、本発明に係る圧力センサ容器は、請求項６に記載するように内周壁により区画されて開口を有する空間であり、圧力を測定する気体が導入される圧力検出室と、前記内周壁から突設されて前記圧力検出室への異物の侵入を防止する防護壁と、を備え、前記気体の圧力を検出する圧力センサ素子が実装された時に前記圧力センサ素子の実装面が前記圧力検出室の開口面と一致する圧力センサ容器において、
前記防護壁は、前記開口面に端部が接する傾斜面と、前記圧力センサ装置を正常に配置した時に水平になる底面と、を備え、
前記傾斜面の傾斜角度を、前記防護壁の前記底面が水平線に対して第１の角度をもって傾いて配置された時に、水平線と前記傾斜面との間に下方へ向かう第２の角度が保有されるような値に設定したことを特徴とする。
請求項７に係る圧力センサ容器は、請求項６に記載した圧力センサ容器において、前記圧力検出室が内部に形成されたセンサ容器本体を備え、前記センサ容器本体と前記防護壁とを樹脂により一体に形成したことを特徴とする。
請求項８に係る圧力センサ容器は、請求項６または７に記載した圧力センサ容器において、前記圧力センサ素子がセンサマウント部に固定され、前記センサマウント部が前記センサ容器本体に固定されて前記圧力センサ素子が実装されることを特徴とする。
請求項９に係る圧力センサ容器は、請求項６〜８の何れか１項に記載した圧力センサ容器において、前記傾斜面が曲面であることを特徴とする。
請求項１０に係る圧力センサ容器は、請求項６〜９の何れか１項に記載した圧力センサ容器において、前記内周壁に別の傾斜面を形成し、この別の傾斜面の傾斜角度を、前記防護壁の前記底面が水平線に対して第３の角度をもって傾いて配置された時に、水平線と前記別の傾斜面との間に下方へ向かう第４の角度が保有されるような値に設定したことを特徴とする。
請求項１１に係る圧力センサ容器は、請求項１０に記載した圧力センサ容器において、前記別の傾斜面が曲面であることを特徴とする。

本発明に係る圧力センサ装置または圧力センサ容器によれば、レイアウト等の制約によって圧力センサ装置または圧力センサ容器を傾けて配置せざるを得ない場合でも、防護壁が有する傾斜面上に付着した水分が傾斜面に沿って下方に滑落するので、水分の滞留による凍結が防止される。このため、凍結した氷によって圧力センサ素子が損傷したり、圧力検出室への空気の導入が阻害されるのを防止することができる。
また、防護壁が有する傾斜面上に付着したオイルやガソリンも前記傾斜面に沿って滑落するため、圧力センサ素子等を覆うゲル状被覆部材を膨潤させて被覆効果を損なうおそれもない。
なお、防護壁が有する傾斜面は、圧力センサ装置または圧力センサ容器が水平に配置されている場合においても、上記水分、オイル、ガソリン等を滑落させて除去する作用を果たすことはいうまでもない。
更に、圧力検出室の内周壁に所定の傾斜角度を持った別の傾斜面を形成することにより、防護壁の傾斜面と同様に、水分、オイル、ガソリン等の除去作用を果たすことができる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１はこの実施形態に係る圧力センサ装置１００Ａの平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は圧力センサ装置１００Ａから圧力センサ素子２０１及びセンサマウント部２０２を除去した圧力センサ容器１００Ｂの斜視図である。これらの図１〜図３において、図７〜図９と同一の構成部材には同一の番号を付してあり、以下では異なる部分を中心に説明する。

図２，図３に示すように、センサ容器本体１０１Ａのほぼ中央部には圧力検出室１０２が形成されており、その内周壁の一部には防護壁１０８が突設されている。この防護壁１０８は、円錐を中心軸に沿ってほぼ二分した形状を有しており、その曲面状の傾斜面１０８ａが圧力センサ素子２０１側に向いている。ここで、防護壁１０８を含むセンサ容器本体１０１Ａは樹脂により一体成形されるものであるが、防護壁１０８のみを樹脂等により別個に形成して圧力検出室１０２の内壁に接着または溶着しても良い。
この実施形態では、防護壁１０８を１個だけ設けてあるが、圧力検出室１０２の容積がある程度大きく、圧力導入口１０３から圧力センサ素子２０１方向へ向かう空気の流通を妨げない場合には、圧力検出室１０２の内周壁に防護壁１０８を複数配置しても良い。

図４（ａ）は、図２の防護壁１０８を拡大して示した断面図であり、傾斜角度θ_８ａは、圧力センサ装置１００Ａが水平に取り付けられている時の水平線ＨＬに対する傾斜面１０８ａの角度である。
上記傾斜角度θ_８ａは、インテークマニホールドに取り付けられた圧力センサ装置１００Ａが図４（ｂ）の如く水平線ＨＬに対して第１の角度θ_１だけ傾いているときに、水平線ＨＬと傾斜面１０８ａとの間に、水平線ＨＬから下方に向かう第２の角度θ_２を確保できるような大きさに設定することが必要である。
なお、傾斜面１０８ａは、この実施形態のような曲面状だけでなく平面状であっても良いが、曲面状に形成すれば、傾斜面１０８ａ上に付着した水分３０１が多方向に滑落するので、水分３０１の除去がスムーズに行われる。

防護壁１０８は、従来と同様に圧力導入口１０３側から圧力検出室１０２内に油や粉塵等の異物が侵入するのを防いで圧力センサ素子２０１の損傷や汚染を防止するほか、前述した傾斜面１０８ａにより水分の滞留を防止する機能を果たしている。
すなわち、インテークマニホールドに取り付けた状態の圧力センサ装置１００Ａが図４（ｂ）のように第１の角度θ_１だけ傾いていても、水平線ＨＬと傾斜面１０８ａとの間には水平線ＨＬから下方に向かう第２の角度θ_２が保有されるので、傾斜面１０８ａに付着した水分は傾斜面１０８ａに沿って下方に落下する。

図５は傾斜面１０８ａから水分（水滴）３０１が落下する様子を示しており、水分３０１は圧力導入口１０３を介してインテークマニホールド側へ除去されることになる。このため、防護壁１０８の上面に水分が滞留するおそれがなく、水分３０１の凍結による圧力センサ素子２０１の損傷や空気流路の抵抗の増大を防止することができる。
また、水分以外のオイルやガソリンが傾斜面１０８に付着した場合にも、これらのオイルやガソリンは水分と同様に傾斜面１０８ａに沿って滑落し、下方に落下する。従って、圧力センサ素子等を覆うゲル状被覆部材を膨潤させて被覆効果を損なうことがなく、圧力センサ素子の絶縁劣化や腐食を防止することができる。

更に、図２，図５から明らかなように、この実施形態では、圧力検出室１０２の内周壁に別の傾斜面１０２ａが形成されている。この傾斜面１０２ａは、平坦面でも良いが、例えばすり鉢状の曲面によって形成することにより、傾斜面１０２ａ上に付着した水分、オイル、ガソリン等が多方向に滑落してスムーズに除去されることになる。

図６（ａ）は、図２，図５における傾斜面１０２ａの作用を説明するための断面図であり、傾斜角度θ_２ａは、圧力センサ装置１００Ａが水平に取り付けられている時の水平線ＨＬに対する傾斜面１０２ａの角度である。
この傾斜角度θ_８ａは、インテークマニホールドに取り付けられた圧力センサ装置１００Ａが図６（ｂ）の如く水平線ＨＬに対して第３の角度θ_３だけ傾いているときに、水平線ＨＬと傾斜面１０２ａとの間に、水平線ＨＬから下方に向かう第４の角度θ_４を確保できるような大きさに設定することが必要である。

このような構造により、インテークマニホールドに取り付けた状態の圧力センサ装置１００Ａが図６（ｂ）のように第３の角度θ_３だけ傾いていても、水平線ＨＬと傾斜面１０２ａとの間には水平線ＨＬから下方に向かう第４の角度θ_４が保有される。このため、傾斜面１０２ａに付着した水分、オイル、ガソリン等は傾斜面１０２ａに沿って滑落し、下方に落下するので、防護壁１０８の傾斜面１０８ａと同様の作用効果を得ることができる。
なお、上述した第１〜第４の角度は、０度以上であればそれぞれ任意の大きさで良いものである。

上記の実施形態では、もっぱらインテークマニホールドに取り付けられる圧力センサ装置１００Ａについて説明したが、圧力センサ装置の取付対象物は何ら限定されず、また、圧力を測定する対象は空気以外の気体であっても良い。

更に、本発明は、圧力センサ素子２０１を備えた圧力センサ装置１００Ａに限らず、図３に示した如く、圧力センサ素子２０１を実装可能に形成された圧力センサ容器１００Ｂにも適用可能である。すなわち、センサマウント部２０２を用いて圧力センサ素子２０１を実装するための圧力センサ容器として、防護壁１０８の傾斜面１０８ａや圧力検出室１０２の内周壁の傾斜面１０２ａを備えたものであれば、前述した圧力センサ装置１００Ａと同様に水分、オイル、ガソリン等の滞留防止効果を得ることができる。

実施形態に係る圧力センサ装置の平面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。実施形態に係る圧力センサ容器の斜視図である。実施形態の作用を示す主要部の拡大断面図である。実施形態の作用を示すＡ−Ａ断面図である。実施形態の作用を示す主要部の断面図である。従来の圧力センサ装置の平面図である。図７のＢ−Ｂ断面図である。従来の圧力センサ容器の斜視図である。従来技術の作用を示すＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１００Ａ：圧力センサ装置
１００Ｂ：圧力センサ容器
１０１Ａ：センサ容器本体
１０２：圧力検出室
１０２ａ：傾斜面
１０３：圧力導入口
１０４：圧力導入パイプ
１０５：コネクタソケット
１０７：取付孔
１０８：防護壁
１０８ａ：傾斜面
２０１：圧力センサ素子
２０２：センサマウント部
２０３，２０４：リード端子
３０１：水分

Claims

センサマウント部に実装されて気体の圧力を検出する圧力センサ素子と、
前記圧力センサ素子により圧力が検出される気体が導入され、かつ内周壁を有する圧力検出室と、
前記内周壁から突設されて前記圧力検出室への異物の侵入を防止する防護壁と、
を備えた圧力センサ装置において、
前記防護壁は、前記センサマウント部に端部が接する傾斜面と、前記圧力センサ装置を正常に配置した時に水平になる底面と、を備え、
前記傾斜面の傾斜角度を、
前記防護壁の前記底面が水平線に対して第１の角度をもって傾いて配置された時に、水平線と前記傾斜面との間に下方へ向かう第２の角度が保有されるような値に設定したことを特徴とする圧力センサ装置。
請求項１に記載した圧力センサ装置において、
前記圧力検出室が内部に形成されたセンサ容器本体を備え、前記センサ容器本体と前記防護壁とを樹脂により一体的に形成したことを特徴とする圧力センサ装置。
請求項１または２に記載した圧力センサ装置において、
前記傾斜面が曲面であることを特徴とする圧力センサ装置。
請求項１〜３の何れか１項に記載した圧力センサ装置において、
前記内周壁に別の傾斜面を形成し、
この別の傾斜面の傾斜角度を、
前記防護壁の前記底面が水平線に対して第３の角度をもって傾いて配置された時に、水平線と前記別の傾斜面との間に下方へ向かう第４の角度が保有されるような値に設定したことを特徴とする圧力センサ装置。
請求項４に記載した圧力センサ装置において、
前記別の傾斜面が曲面であることを特徴とする圧力センサ装置。
内周壁により区画されて開口を有する空間であり、圧力を測定する気体が導入される圧力検出室と、
前記内周壁から突設されて前記圧力検出室への異物の侵入を防止する防護壁と、
を備え、前記気体の圧力を検出する圧力センサ素子が実装された時に前記圧力センサ素子の実装面が前記圧力検出室の開口面と一致する圧力センサ容器において、
前記防護壁は、前記開口面に端部が接する傾斜面と、前記圧力センサ装置を正常に配置した時に水平になる底面と、を備え、
前記傾斜面の傾斜角度を、
前記防護壁の前記底面が水平線に対して第１の角度をもって傾いて配置された時に、水平線と前記傾斜面との間に下方へ向かう第２の角度が保有されるような値に設定したことを特徴とする圧力センサ容器。
請求項６に記載した圧力センサ容器において、
前記圧力検出室が内部に形成されたセンサ容器本体を備え、前記センサ容器本体と前記防護壁とを樹脂により一体に形成したことを特徴とする圧力センサ容器。
請求項６または７に記載した圧力センサ容器において、
前記圧力センサ素子がセンサマウント部に固定され、前記センサマウント部が前記センサ容器本体に固定されて前記圧力センサ素子が実装されることを特徴とする圧力センサ容器。
請求項６〜８の何れか１項に記載した圧力センサ容器において、
前記傾斜面が曲面であることを特徴とする圧力センサ容器。
請求項６〜９の何れか１項に記載した圧力センサ容器において、
前記内周壁に別の傾斜面を形成し、
この別の傾斜面の傾斜角度を、
前記防護壁の前記底面が水平線に対して第３の角度をもって傾いて配置された時に、水平線と前記別の傾斜面との間に下方へ向かう第４の角度が保有されるような値に設定したことを特徴とする圧力センサ容器。
請求項１０に記載した圧力センサ容器において、
前記別の傾斜面が曲面であることを特徴とする圧力センサ容器。