JP2006194682A - 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、温度検出素子の表面へのオイルや汚れなどの付着をより確実に防止できるようにする。
【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１００において、温度検出素子４０は、ポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０により被覆されている。
【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、温度検出素子の信頼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。

従来のこの種の一般的な温度センサ一体型圧力センサ装置は、外部と接続されるターミナルがインサート成形されたケースと、ターミナルに電気的に接続された状態でケースに設けられ圧力検出を行う圧力検出素子と、ケースに連結され圧力検出素子へ圧力媒体を導入する圧力導入孔を有するポート部と、ターミナルに電気的に接続された状態で圧力導入孔に設けられ圧力媒体の温度を検出する温度検出素子とを備えて構成されている（たとえば、特許文献１参照）。

図２は、従来の一般的な温度センサ一体型圧力センサ装置９００の概略断面構成を示す図である。

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ものである。

図２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配線部材としてのリード線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。

また、この温度センサ一体型圧力センサ装置９００においては、温度検出素子配置孔３１ｂの内部において、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。

また、このセンサ装置９００においては、温度検出素子４０やリード線２４が測定環境下に剥き出しとならないように、温度検出素子４０やリード線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。
特開２００４−１９８３９４号公報

しかしながら、このような温度センサ一体型圧力センサ装置９００をインテークマニホルド内の圧力および吸気温度の測定に用いる場合、インテークマニホルド内は、オイルや汚れなどが流動している環境であり、その中で、温度検出素子４０により吸気温度を検出することになる。

このようなオイル、汚れなどが流動する環境にて使用される場合、温度検出素子４０にオイルや汚れなどが付着するという問題がある。

従来では、上述したように、温度検出素子４０やリード線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が、一般的には、温度検出素子４０にはポリアミドコーティングを施し、リード線２４にはポリイミドチューブを施すという表面加工を採用している。

しかしながら、これら従来のポリアミドやポリイミドによる表面加工では、オイルや汚れの付着を防止することはできず、根本的な解決には至らない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、温度センサ一体型圧力センサ装置において、温度検出素子の表面へのオイルや汚れなどの付着をより確実に防止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において、温度検出素子（４０）は、ポリテトラフルオロエチレンからなる膜（５０）により被覆されていることを特徴としている。

それによれば、温度検出素子（４０）は、ポリテトラフルオロエチレンからなる膜（５０）により被覆されているため、従来のポリアミドやポリイミドによる表面加工に比べて、オイルや汚れなどが付着しにくくなる。

よって、本発明によれば、圧力検出素子（２０）および温度検出素子（４０）を備える温度センサ一体型圧力センサ装置において、温度検出素子（４０）の表面へのオイルや汚れなどの付着をより確実に防止することができる。

ここで、請求項２に記載の発明では、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、温度検出素子（４０）とターミナル（１１）とは、配線部材（２４）を介して連結され、この配線部材（２４）を介して電気的に接続されており、配線部材（２４）もポリテトラフルオロエチレンからなる膜（５０）により被覆されていることを特徴としている。

それによれば、温度検出素子（４０）に加えて配線部材（２４）においても、その表面へのオイルや汚れなどの付着をより確実に防止することができ、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。

図１は、本発明の実施形態に係る温度センサ一体型圧力センサ装置１００の全体概略断面構成を示す図である。

限定するものではないが、この温度センサ一体型圧力センサ装置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。

［構成等］
この圧力センサ装置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、金型を用いて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、金メッキなど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、シリコン半導体チップなどからなる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の底面と上記ガラス台座との間に、たとえばシリコーンゴム等の図示しない接着剤を介在させた状態で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。

そして、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。

図１に示される例では、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、たとえば上記ケース１０と同様に、ＰＢＴ、ＰＰＳなどの耐熱性を有する樹脂材料からなり、これらの樹脂材料を金型を用いて型成形してなるものである。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とつながる配線部材としてのリード線２４が配置される温度検出素子配置孔３１ｂである。

なお、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。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。

ここで、リード線２４は、金属製のワイヤなどからなるものであり、図１に示されるように、ケース１０から露出するターミナル１１の部分に対して溶接や半田などにより接続されている。

このリード線２４とターミナル１１との接続部２３は、図１に示されており、この接続部２３は、当該接続部２３を測定環境から保護するために樹脂などからなるポッティング材２６により被覆されている。

また、温度検出素子配置孔３１ｂの内部において、リード線２４と温度検出素子配置孔３１ｂとの間には、樹脂などからなる緩衝部材２５が介在している。この緩衝部材２５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設けられているものである。なお、この緩衝部材２５としては、上記特許文献１に記載のものと同様のものを採用することができる。

そして、リード線２４は、ケース１０側の接続部２３から温度検出素子配置孔３１ｂを介してポート部３０の先端部付近まで延設されており、圧力導入孔３１の先端部付近にて、リード線２４と温度検出素子４０とが電気的に接続されている。

ここで、温度検出素子４０は、抵抗の温度特性を有する通常のサーミスタ素子からなるもので、リード線２４と温度検出素子４０とは半田や溶接などにより電気的に接合されている。

ここにおいて、本実施形態の温度センサ一体型圧力センサ装置１００では、温度検出素子４０は、ポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０により被覆されている。このようなポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０は、蒸着法などにより温度検出素子４０の表面にコーティングすることにより形成することができる。

さらに、好ましくは、温度検出素子４０に加えてリード線２４もポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０により被覆されていることが望ましい。図１に示される例では、温度検出素子４０およびリード線２４の両方の表面に、ポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０がコーティングされて設けられている。

また、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。

［製造方法等］
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、たとえば、次の通りである。ターミナル１１がインサート成形されたケース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、ターミナル１１とリード線２４と温度検出素子４０との三部材を溶接やはんだ付けなどにより接続する。

ここで、リード線２４と温度検出素子４０については、両者を接合した後、蒸着法などにより上記ポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０によるコーティングを行う。また、ターミナル１１とリード線２４との接続部２３を、上記ポッティング材２６により被覆する。

そして、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、リード線２４および温度検出素子４０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。

そして、リード線２４と温度検出素子配置孔３１ｂとの間に、緩衝部材２５を配設する。こうして、図１に示される本実施形態の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、リード線２４からターミナル１１を介して外部へと出力される。

［効果等］
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において、温度検出素子４０は、ポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０により被覆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１００が提供される。

ポリテトラフルオロエチレンは、デュポン社の商品名テフロン(登録商標）でよくしられるものであり、表面が摩擦係数が小さく接着しにくいので離型剤などによく用いられることからもわかるように、汚れなどが付着しにくい。

そして、本実施形態のセンサ装置１００によれば、温度検出素子４０は、ポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０により被覆されているため、従来のポリアミドやポリイミドによる表面加工に比べて、オイルや汚れなどが付着しにくくなる。

よって、本実施形態によれば、圧力検出素子２０および温度検出素子４０を備える温度センサ一体型圧力センサ装置１００において、温度検出素子４０の表面へのオイルや汚れなどの付着をより確実に防止することができる。

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、温度検出素子４０とターミナル１１とは、配線部材としてのリード線２４を介して連結されるとともに、これら温度検出素子４０とターミナル１１とは、このリード線２４を介して電気的に接続されており、さらに、リード線２４もポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０により被覆されていることも特徴のひとつである。

それによれば、温度検出素子４０に加えてリード線２４においても、その表面へのオイルや汚れなどの付着をより確実に防止することができ、好ましい。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、温度検出素子４０とリード線２４の両方がポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０により被覆されていたが、すくなくとも温度検出素子４０がポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０によって被覆されていればよく、場合によっては、リード線２４は、ポリテトラフルオロエチレンからなる膜５０にて被覆されていなくてもよい。

また、温度検出素子４０とターミナル１１とを電気的に接続する配線部材としてはリード線２４に限定されるものではない。

また、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。

また、ケース１０の構成、ケース１０に設けられる圧力検出素子２０およびその電気的接続構成、ポート部３０の構成などは、上記図１に示される例に限定されるものではなく、用途などに応じて適宜種々の設計変更が可能である。

要するに、本発明は、外部と接続されるターミナルがインサート成形されたケースと、ターミナルに電気的に接続された状態でケースに設けられ圧力検出を行う圧力検出素子と、ケースに連結され圧力検出素子へ圧力媒体を導入する圧力導入孔を有するポート部と、ターミナルに電気的に接続された状態で圧力導入孔に設けられ圧力媒体の温度を検出する温度検出素子とを備える温度センサ一体型圧力センサ装置において、温度検出素子を、ポリテトラフルオロエチレンからなる膜により被覆したことを要部とするものであり、その他の部分は適宜設計変更が可能である。

本発明の実施形態に係る温度センサ一体型圧力センサ装置の全体概略断面図である。 従来の一般的な温度センサ一体型圧力センサ装置の概略断面図である。

符号の説明

１０…ケース、１１…ターミナル、２０…圧力検出素子、
２４…配線部材としてのリード線、３０…ポート部、３１…圧力導入孔、
４０…温度検出素子、５０…ポリテトラフルオロエチレンからなる膜。

Claims (2)

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において、
   前記温度検出素子（４０）は、ポリテトラフルオロエチレンからなる膜（５０）により被覆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. 前記温度検出素子（４０）と前記ターミナル（１１）とは、配線部材（２４）を介して連結され、この配線部材（２４）を介して電気的に接続されており、
   前記配線部材（２４）もポリテトラフルオロエチレンからなる膜（５０）により被覆されてい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。
   

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