JP2005274412A - 温度センサ一体型圧力センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度センサ一体型圧力センサ装置において、簡素な構成にて温度検出素子の振動を適切に抑制できるようにする。
【解決手段】 外部と接続されるターミナル１１がインサート成形されたケース１０と、ターミナル１１に電気的に接続された状態でケース１０に設けられた圧力検出素子２０と、ケース１０に連結され圧力検出素子２０へ圧力媒体を導入する圧力導入孔３１を有するポート部３０と、ターミナル１１に電気的に接続された状態で圧力導入孔３１に設けられた温度検出素子４０とを備える温度センサ一体型圧力センサ装置１００であって、ターミナル１１の一部が圧力導入孔３１内を通って温度検出素子４０まで延設されて温度検出素子４０に電気的に接続されており、ターミナル１１の延設部１１ａは、ケース１０におけるインサート成形部として構成されてケース１０の成形材料により保持されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧力検出素子および温度検出素子を備える温度センサ一体型圧力センサ装置に関し、特に、温度検出素子の耐久性が向上された温度センサ一体型圧力センサ装置に関する。

この種の温度センサ一体型圧力センサ装置として、本出願人は、先に出願した特願２００３−７５０１９号（２００３年３月１９日出願）において、図４に示されるようなセンサ装置９００を提案している。

このセンサ装置９００は、たとえば車両において、インテークマニホルドの圧力および吸気温度の測定に用いられ、その測定信号に基づいて、車両のエンジンが制御される。

図４に示されるように、センサケース１０は、その内部に圧力を検出する圧力検出素子２０を備えたモールドＩＣ２１を備えており、このモールドＩＣ２１は、リードフレーム２２を介して圧力信号を外部処理回路に出力するターミナル１１に電気的に接続されている。

そして、センサケース１０には、当該センサケース１０との間で圧力検出室を形成するようにポート部３０が接続されている。このポート部３０は、仕切り板３２により２つに分割された圧力導入孔３１を有し、一方は圧力検出素子２０に圧力媒体を伝達するための圧力導入孔３１ａとして構成されている。

そして、仕切り板３２により分割された圧力導入孔３１の他方には、ターミナル１１に接続部２３にて溶接などによって電気的・機械的に接続されたリード線２４が延設されており、そのリード線２４の突出先端付近には温度を検出する温度検出素子４０が配置されている。つまり、当該圧力導入孔３１の他方は、温度検出素子配置孔３１ｂとして構成されている。

ここで、温度検出素子配置孔３１ｂの内部においては、温度検出素子４０とリード線２４の振動を抑制するために、リード線２４と温度検出素子配置孔３１ｂとの間に樹脂などからなる緩衝部材２５を介在させている。

もし、この緩衝部材２５が無い場合、温度検出素子４０はリード線２４に接続され、このリード線２４におけるターミナル１１との接続部２３を支持部として支持されることになる。そのため、このセンサ装置９００に振動が印加されると、接続部２３を支点として温度検出素子４０が振動する。

したがって、リード線２４の接続部２３に繰り返し応力が加わり、また、リード線２４がポート部３０の内壁に接触することにより、リード線２４がダメージを受ける恐れがある。

しかし、上記緩衝部材２５を設けることによって、この緩衝部材２５によってリード線２４が固定されるため、温度検出素子４０およびリード線２４の振動が抑制され、耐久性を向上させることができる。

また、このセンサ装置９００においては、リード線２４が測定環境下に剥き出しとならないように、リード線２４の表面には、測定環境における腐食や汚れなどから保護するチューブやコーティング材などが設けられている。また、リード線２４の接続部２３を測定環境から保護するために、接続部２３はポッティング材２６により被覆されている。

しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記図４に示されるセンサ装置９００においては、次に述べるような種々の問題が存在することがわかった。

１つは、温度検出素子４０とターミナル１１とを電気的に接続するためのリード線２４が剥き出しとならないように、リード線２４の表面にチューブやコーティング材などが必要であること。

２つめは、リード線２４の接続部２３を測定環境から保護するためのポッティング材２６が必要であること。

３つめは、リード線２４の強度が弱く耐振性向上のため、リード線２４を緩衝部材２５により固定することが必要であること。

以上のように、上記図４に示されるセンサ装置９００においては、温度検出素子４０の耐振動性向上のために、この温度検出素子４０に接続されるリード線２４に関して複雑な構成が必要とされている。

そこで、本発明は上記問題に鑑み、温度センサ一体型圧力センサ装置において、簡素な構成にて温度検出素子の振動を適切に抑制できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、外部と接続されるターミナル（１１）がインサート成形されたケース（１０）と、ターミナル（１１）に電気的に接続された状態でケース（１０）に設けられ、圧力検出を行う圧力検出素子（２０）と、ケース（１０）に連結され、圧力検出素子（２０）へ圧力媒体を導入する圧力導入孔（３１）を有するポート部（３０）と、ターミナル（１１）に電気的に接続された状態で圧力導入孔（３１）に設けられ、圧力媒体の温度を検出する温度検出素子（４０）とを備える温度センサ一体型圧力センサ装置であり、さらに、次のような特徴点を有する。

すなわち、ターミナル（１１）の一部が圧力導入孔（３１）内を通って温度検出素子（４０）まで延設されて温度検出素子（４０）に電気的に接続されており、ターミナル（１１）の延設部（１１ａ）は、ケース（１０）におけるインサート成形部として構成されてケース（１０）の成形材料により保持されていることを特徴としている。

このような特徴点を有する本発明の温度センサ一体型圧力センサ装置によれば、ターミナル（１１）の一部が圧力導入孔（３１）内を通って温度検出素子（４０）まで延設されて温度検出素子（４０）に電気的に接続されているため、このターミナル（１１）の延設部（１１ａ）が、従来のリード線の替わりとして使用され、リード線の廃止が可能となる。そのため、従来において問題となっていたリード線の接続部２３を無くした構成とすることができる。

また、ターミナル（１１）の延設部（１１ａ）は、ケース（１０）におけるインサート成形部として構成されてケース（１０）の成形材料により保持されているため、ターミナル（１１）の延設部（１１ａ）は、測定環境における腐食や汚れなどから保護されるとともに、機械的にも補強され、ターミナル（１１）の延設部（１１ａ）の耐振動性や耐環境性も確保される。

そして、このようなターミナル（１１）の延設部（１１ａ）は、ケース（１０）の成形と同時に容易に形成することができるため、ターミナル（１１）の延設部（１１ａ）の根元部に従来のようなポッティング材を設けたり、上記した緩衝部材（上記図４参照）のようなターミナル（１１）の延設部（１１ａ）を支持するための部材を、別途設けることが不要になる。

したがって、本発明によれば、温度センサ一体型圧力センサ装置において、簡素な構成にて温度検出素子（４０）の振動を適切に抑制することができる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の温度センサ一体型圧力センサ装置においては、ケース（１０）の成形材料としては樹脂を採用することができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の温度センサ一体型圧力センサ装置において、圧力導入孔（３１）は、圧力媒体の導入方向に沿って形成され且つ圧力導入孔（３１）の少なくとも一部を仕切る仕切り板（３２）を備えており、仕切り板（３２）によって仕切られた圧力導入孔（３１）の一方に、温度検出素子（４０）が配置されていることを特徴としている。

それによれば、圧力導入孔（３１）内に温度検出素子（４０）を設けるにあたって、圧力導入孔（３１）のうち仕切り板（３２）によって仕切られたより小さな空間に温度検出素子（４０）を設けることになる。

そのため、もし、温度検出素子（４０）が振動などによって変位しても、その変位の幅をより小さく抑えることが可能となり、好ましい。

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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

図１は、本発明の実施形態に係る圧力センサ１００の全体概略断面構成を示す図であり、図２は、図１中に示される圧力センサ１００のポート部３０におけるＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。

限定するものではないが、この圧力センサ１００は、たとえば、自動車のインテークマニホールドに取り付けられ、インテークマニホルドの圧力および吸気温度の測定に用いられる吸気圧センサなどに適用することができる。

この圧力センサ１００は、大きくは、外部と接続されるターミナル１１がインサート成形されたケース１０と、ターミナル１１に電気的に接続された状態でケース１０に設けられ圧力検出を行う圧力検出素子２０と、このケース１０に連結され圧力検出素子２０へ圧力媒体を導入する圧力導入孔３１を有するポート部３０と、ターミナル１１に電気的に接続された状態で圧力導入孔３１に設けられ圧力媒体の温度を検出する温度検出素子４０とをを備えて構成されている。

ケース１０は、たとえば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やエポキシ樹脂等の樹脂材料を型成形してなるものである。このケース１０の上端面には、圧力検出素子２０を搭載するための凹部１２が形成されている。

また、ケース１０には、外部と接続される複数本の上記ターミナル１１がインサート成形により一体的に設けられている。このターミナル１１は、たとえば銅や４２アロイなどの導電材料よりなるものである。

一部のターミナル１１の一端部は、上記凹部１２内にて露出した状態となるように配置されている。なお、この一部のターミナル１１における凹部１２での露出部分には金メッキが施されることにより、ボンディングパッドとして機能するように構成されている。

また、各ターミナル１１のうちケース１０における開口部１３において露出する端部は、図示しない外部機器（外部の配線部材等）に接続可能となっている。つまり、このケース１０の開口部１３の部分は、当該開口部１３に位置する各ターミナル１１の端部とともに、本センサ装置１００におけるコネクタ部として構成されている。

ケース１０の凹部１２に搭載された圧力検出素子２０は、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生するものである。この圧力検出素子２０は、たとえば、半導体よりなるセンサチップとこのセンサチップを保持するガラス台座とにより構成されている。

ここで、上記センサチップは、限定するものではないが、たとえば、ピエゾ抵抗効果を利用した周知構成のもので、その上面に圧力を受けて歪むダイアフラムおよび拡散抵抗などにより形成されたブリッジ回路などを備えた構成となっている。

この圧力検出素子２０は、上記したケース１０の凹部１２の底面に、たとえばシリコーンゴム等の図示しない接着剤によりダイボンディングされている。

また、圧力検出素子２０の各入出力端子（図示せず）は、ターミナル１１の上記ボンディングパッドに対し金やアルミニウム等のボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続されている。こうして、圧力検出素子２０は、ターミナル１１に電気的に接続された状態でケース１０に設けられている。

そして、ケース１０の凹部１２内には、電気絶縁性および耐薬品性に優れたフッ素ゲルやフッ素ゴムなどからなる保護部材１５が充填されており、この保護部材１５によって、ターミナル１１とケース１０との界面、圧力検出素子２０およびボンディングワイヤ１４などが封止され、保護されている。

この保護部材１５により、圧力検出素子２０、ターミナル１１、ボンディングワイヤ１４、圧力検出素子２０とボンディングワイヤ１４との接続部、および、ターミナル１１とボンディングワイヤ１４との接続部が被覆され、薬品からの保護、電気的な絶縁性の確保、並びに防食などが図られている。

ここでは、この保護部材１５としては、２層保護構造を採用している。たとえば、下層に位置する保護部材としては、ターミナル１１とケース１０との界面等からの気泡の発生を抑制するために高弾性率を持ち且つ耐薬品性を有する材料からなるものにできる。限定するものではないが、たとえば、フッ素系のゴム材料などを採用することができる。

また、上層に位置する保護部材としては、圧力検出素子２０およびボンディングワイヤ１４へ応力を与えないような低弾性率を持ち且つ耐薬品性を有する材料からなるものにできる。限定するものではないが、たとえば、フッ素系のゲル材料やフロロシリコーンゲルなどを採用することができる。

また、ポート部３０は、ケース１０の凹部１２の開口部を覆うようにケース１０に対して連結され、このケース１０とポート部３０との間において圧力検出室１６が形成されている。

ポート部３０は、たとえばＰＢＴ、ＰＰＳなどの耐熱性を有する樹脂材料からなるものにできる。また、ここでは、ポート部３０は、ケース１０に対してハードエポキシ樹脂等の耐薬品性に優れ且つ高弾性である接着材１７により固定され取り付けられている。

ポート部３０は、ケース１０とは反対側の方向へ突出しており、その内部には突出先端から上記圧力検出室１６に通じる圧力導入孔３１が形成されている。

また、図１に示される例では、圧力導入孔３１が、仕切り板３２によって２分割されている。この仕切り板３２は、図中の白抜き矢印に示される圧力媒体の導入方向に沿って形成されている。

そして、仕切り板３２によって仕切られた圧力導入孔３１は、圧力検出素子２０の受圧面まで圧力を測定すべき圧力媒体を伝達するための圧力導入孔３１ａであり、他方は、その内部に温度検出素子４０が配置される温度検出素子配置孔３１ｂである。

そして、ポート部３０の外周部には、Ｏリング３３が設けられ、本センサ装置１００は、当該Ｏリング３３を介して図示されないセンサ取付部に対して気密に取り付け可能になっている。

また、圧力導入孔３１ａおよび温度検出素子配置孔３１ｂは、仕切り板３２により、ポート部３０の突出先端側では別々の孔になっているが、ポート部３０の内部にて、ともに圧力検出室１６に合流し一体化している。なお、この仕切り板３２は、ポート部３０の形成時に一体成形される。

このようなセンサ装置１００において、ターミナル１１の一部が圧力導入孔３１内を通って温度検出素子４０まで延設されており、そのターミナル１１の延設部１１ａの先端部は温度検出素子４０に電気的に接続されている。

このターミナル１１の延設部１１ａは、一部のターミナル１１を折り曲げ、その折り曲げられた部分が圧力導入孔３１内を通るように加工されている。本例では、ターミナル１１の延設部１１ａは上記温度検出素子配置孔３１ｂを通っている。

ここで、温度検出素子４０は、通常のサーミスタ素子からなるもので、ターミナル１１の延設部１１ａと温度検出素子４０とははんだなどを介して電気的に接合されている。また、ターミナル１１の延設部１１ａは、ケース１０におけるインサート成形部として構成されており、ケース１０の成形材料により保持されている。

そして、本例では、ターミナル１１の延設部１１ａとともに温度検出素子４０も、ケース１０の成形材料により封止されている。

このようなターミナル１１および温度検出素子４０を有するケース１０は、延設部１１ａの先端に温度検出素子４０を接続したターミナル１１を、その他のターミナル１１とともに樹脂成形することにより、作製することができる。

かかる温度センサ一体型圧力センサ装置１００の製造方法は、次の通りである。上述したような方法で作製された、ターミナル１１がインサート成形されるとともにターミナル１１の延設部１１ａに温度検出素子４０が接続されたケース１０を用意する。

そして、圧力検出素子２０をケース１０の凹部１２へ接着剤など介して搭載固定し、圧力検出素子２０とターミナル１１とをの間でワイヤボンディングを行い、これら両者１１、２０をボンディングワイヤ１４により結線する。その後、保護部材１５をケース１０の凹部１２へ注入して充填し、これに熱硬化処理を行うことによって、保護部材１５を硬化させる。

次に、ポート部３０をケース１０へ接着材１７を介して固定することにより、ポート部３０とケース１０とを連結する、このとき、温度検出素子４０が設けられたターミナル１１の延設部１１ａを、ポート部３０の温度検出素子配置孔３１ｂに挿入するようにして、ポート部３０の取り付けを行う。

こうして、ポート部３０がケース１０に取り付けられてなる本温度センサ一体型圧力センサ装置１００ができあがる。

そして、本センサ装置１００を上記した吸気圧センサに適用する場合には、たとえば自動車におけるインテークマニホールドとポート部３０の圧力導入孔３１とを連通させた状態とし、圧力検出素子２０によって吸気圧（負圧）を検出できるように自動車に搭載される。

それにより、図１に示される白抜き矢印の方向に圧力が印加されると、ポート部３０の圧力導入孔３１ａを通して、ケース１０内の圧力検出素子２０の受圧面まで圧力媒体が伝達される。

圧力検出素子２０は、この圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生し、当該電気信号はボンディングワイヤ１４からターミナル１１を介して外部へと出力される。

また、圧力媒体の温度が当該圧力媒体の流れに近い位置に配置された温度検出素子４０によって検出され、その検出信号は、ターミナル１１の延設部１１ａを介して外部へと出力される。

ところで、本実施形態によれば、外部と接続されるターミナル１１がインサート成形されたケース１０と、ターミナル１１に電気的に接続された状態でケース１０に設けられ圧力検出を行う圧力検出素子２０と、ケース１０に連結され圧力検出素子２０へ圧力媒体を導入する圧力導入孔３１を有するポート部３０と、ターミナル１１に電気的に接続された状態で圧力導入孔３１に設けられ圧力媒体の温度を検出する温度検出素子４０とを備える温度センサ一体型圧力センサ装置であって、さらに、次のような特徴点を有するセンサ装置１００が提供される。

すなわち、ターミナル１１の一部が圧力導入孔３１内を通って温度検出素子４０まで延設されて温度検出素子４０に電気的に接続されており、ターミナル１１の延設部１１ａは、ケース１０におけるインサート成形部として構成されてケース１０の成形材料により保持されていることを特徴としている。

このような特徴点を有する本センサ装置１００によれば、ターミナル１１の一部が圧力導入孔３１内を通って温度検出素子４０まで延設されて温度検出素子４０に電気的に接続されているため、このターミナル１１の延設部１１ａが、従来のリード線の替わりとして使用され、リード線の廃止が可能となる。

そのため、従来において問題となっていたリード線の接続部を無くした構成とすることができる。そして、従来では設けられていた当該リード線接続部を保護するためのポッティング材も廃止することができる。

また、ターミナル１１の延設部１１ａは、ケース１０におけるインサート成形部として構成されてケース１０の成形材料により保持されているため、ターミナル１１の延設部１１ａは、測定環境における腐食や汚れなどから保護されるとともに、機械的にも補強され、ターミナル１１の延設部１１ａの耐振動性や耐環境性も確保される。

そして、このようなターミナル１１の延設部１１ａは、ケース１０の成形と同時に容易に形成することができるため、ターミナル１１の延設部１１ａの根元部に従来のようなポッティング材を設けたり、上記した緩衝部材（上記図４参照）のようなターミナル１１の延設部１１ａを支持するための部材を別途設けることが不要になる。

したがって、本実施形態によれば、温度センサ一体型圧力センサ装置１００において、簡素な構成にて温度検出素子４０の振動を適切に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、構成部品の簡素化により、製造工程の簡素化も図ることができる。つまり、本実施形態によれば、より安価な温度センサ一体型圧力センサ装置１００を提供することが可能になる。

ここで、本実施形態の温度センサ一体型圧力センサ装置１００においては、ケース１０の成形材料としては樹脂を採用しているが、ターミナル１１をインサート成形により一体成形できるものであれば、樹脂以外の成形材料を採用してもよい。

また、本実施形態では、温度センサ一体型圧力センサ装置１００において、圧力導入孔３１は、圧力媒体の導入方向に沿って形成され且つ圧力導入孔３１の少なくとも一部を仕切る仕切り板３２を備えており、この仕切り板３２によって仕切られた圧力導入孔３１の一方に、温度検出素子４０が配置されている。

それによれば、圧力導入孔３１内に温度検出素子４０を設けるにあたって、圧力導入孔３１のうち仕切り板３２によって仕切られたより小さな空間に温度検出素子４０を設けることになる。そのため、もし、温度検出素子４０が振動などによって変位しても、その変位の幅をより小さく抑えることが可能となり、好ましい。

［変形例］
なお、上記例では、ターミナル１１の延設部１１ａとともに温度検出素子４０も、ケース１０の成形時にケース１０の成形材料により一体に封止されたものであったが、これに限定されるものではない。

たとえば、図３（ａ）に示されるように、ターミナル１１の延設部１１ａのうち温度検出素子４０が位置する部位は、ケース１０の成形時には、ケース１０の成形材料による封止を行わず、ケース１０を形成した後に、別途、封止材料１０ａによって封止するようにしてもよい。

ここで、この封止材料１０ａは、ケース１０の成形材料と同じ材料であってもよいし、あるいは、エポキシ樹脂などのケース１０の成形材料とは異なる材料であってもよい。さらには、図３（ｂ）に示されるように、ターミナル１１の延設部１１ａのうち温度検出素子４０が位置する部位は、封止せずに露出した状態のままとしてもよい。

これらの変形例においても、上記した本実施形態の作用効果が得られることはもちろんである。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態において、圧力導入孔３１を仕切り板３２により２分割し、一方の温度検出素子配置孔３１ｂに温度検出素子４０を配置した例を示したが、この仕切り板を無くした構成とし、１つの圧力導入孔３１からなる構成を採用してもよい。

要するに、本発明は、温度センサ一体型圧力センサ装置において、ターミナルの一部を延長し、このターミナルの延設部（延長部）はケース成形時に一緒に成形材料で封止するとともに、そのターミナルの延設部の先端に温度検出素子を接続したことを要部とするものである。

そして、それによって、本発明では、温度検出素子をつなぐリード線の廃止および測定環境からリード線を保護していた保護材料の廃止を実現しつつ、延設部の耐振強度の確保を容易に実現しているものであり、上記した本発明の要部以外の部分については、適宜設計変更が可能であることはもちろんである。

本発明の実施形態に係る圧力センサの全体概略断面構成を示す図である。 図１中に示される圧力センサのポート部におけるＡ−Ａ断面図である。 上記実施形態における変形例を示す概略断面図である。 本出願人の先願にて提案されている温度センサ一体型圧力センサ装置の概略断面構成を示す図である。

符号の説明

１０…ケース、１１…ターミナル、１１ａ…ターミナルの延設部、
２０…圧力検出素子、３０…ポート部、３１…圧力導入孔、３２…仕切り板、
４０…温度検出素子。

Claims (3)

1. 外部と接続されるターミナル（１１）がインサート成形されたケース（１０）と、
   前記ターミナル（１１）に電気的に接続された状態で前記ケース（１０）に設けられ、圧力検出を行う圧力検出素子（２０）と、
   前記ケース（１０）に連結され、前記圧力検出素子（２０）へ圧力媒体を導入する圧力導入孔（３１）を有するポート部（３０）と、
   前記ターミナル（１１）に電気的に接続された状態で前記圧力導入孔（３１）に設けられ、前記圧力媒体の温度を検出する温度検出素子（４０）とを備える温度センサ一体型圧力センサ装置であって、
   前記ターミナル（１１）の一部が前記圧力導入孔（３１）内を通って前記温度検出素子（４０）まで延設されて前記温度検出素子（４０）に電気的に接続されており、
   前記ターミナル（１１）の延設部（１１ａ）は、前記ケース（１０）におけるインサート成形部として構成されて前記ケース（１０）の成形材料により保持されていることを特徴とする温度センサ一体型圧力センサ装置。
2. 前記ケース（１０）の成形材料は樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ一体型圧力センサ装置。
3. 前記圧力導入孔（３１）は、前記圧力媒体の導入方向に沿って形成され且つ前記圧力導入孔（３１）の少なくとも一部を仕切る仕切り板（３２）を備えており、
   前記仕切り板（３２）によって仕切られた前記圧力導入孔（３１）の一方に、前記温度検出素子（４０）が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の温度センサ一体型圧力センサ装置。
   

Images