JP3700944B2

JP3700944B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP3700944B2
Application number: JP2003053092A
Authority: JP
Inventors: 智幸田中; 修治佐藤
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004264093A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定媒体の圧力を検出する圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体や気体等からなる被測定媒体の圧力を検出する圧力センサとしては、例えば特許文献１に開示されるものがある。この圧力センサは、被測定媒体の圧力を導入する圧力導入孔を有する金属製のステムに、前記圧力導入孔と対向するように金属製のベース板を介して半導体式のセンサ素子を配設し、このセンサ素子と、前記センサ素子の周囲を取り囲む孔部を有するプリント基板とをワイヤボンディングによって電気的に接続してなるものである。このプリント基板には、前記センサ素子によって検出された信号を増幅するための増幅回路を少なくとも有する各種電子部品が実装されており、この増幅された信号は、プリント基板に設けられるリードピンからターミナルに伝達され外部に出力されるものである。
【０００３】
そして、前記センサ素子や前記プリント基板は、前記ステムの上部に取付けられる筒状をなす金属製のハウジングにより収納され、前記ハウジングの上部には前記ターミナルを案内支持する樹脂製のターミナルハウジングが設けられ、前記ハウジングとターミナルハウジングとは前記ハウジングの上端部全周を折り曲げて加締めることで閉塞されるようになっている。また、ステムの下部にはネジ部が形成されており、測定部である例えば車両用エンジンの一部に対しこのネジ部を直接ねじ込むことにより圧力センサが固定されることになる。
【０００４】
上述した従来の圧力センサの電気接続構造は、前記プリント基板にリードピン設け、このリードピンと前記ターミナルとを半田等を介して電気的に接続し、前記センサ素子からの信号を外部に伝達する構成であるため、電気接続構造が複雑となるという問題があり、電気接続を簡単に行なうことの出来る圧力センサが望まれていた。そこで本願出願人は、特許文献２に開示する圧力センサを提案している。かかる圧力センサは、センサ素子と電気的に接続される接続部と、前記センサ素子からの電気信号を少なくとも増幅する増幅回路部と、前記増幅回路部により増幅された電気信号を外部に伝達する端子部と、をＦＰＣ（flexible printed circuit）からなる一枚のプリント基板（回路基板）に有し、前記プリント基板を所定位置で折り曲げた状態で樹脂材料からなるハウジング内に収容するとともに、ターミナルハウジングに配設されるターミナルや電源コードと、前記プリント基板の前記端子部とを半田等を用いて電気的に接続するものである。かかる構成により、前記圧力センサは、前記リードピンを設けることなく前記センサ素子の信号を外部に伝達することができるため電気接続構成を簡素化し、また前記圧力センサの構造自体も簡素化し小型化することが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２３７３３２号公報
【特許文献２】
特開２０００−１１１４３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した圧力センサは、検出精度を向上させるための外来ノイズを除去するコンデンサや電流調整用の抵抗等の電子部品を前記プリント基板に配設する必要があり、前記プリント基板に配設する電子部品が増加する一方で、更なる小型化も行うことが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、更なる小型化が可能な圧力センサを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、請求項１に記載の通り、圧力導入部から導入される被測定媒体の圧力を受ける状態で配設されるセンサ素子により前記圧力を電気信号に変換し、前記センサ素子と電気的に接続されるセンサ接続部と前記電気信号を外部通電路に伝達する端子部とを備える回路基板を介して前記電気信号を外部に伝達する圧力センサであって、前記回路基板は、柔軟性を有し、前記センサ接続部と前記端子部との間で折り曲げられ、前記センサ素子からの前記電気信号を少なくとも増幅する増幅回路部を配設する第一の配設部と、電子部品を配設する第二の配設部と、を備え、前記第一，第二の配設部の一方に補強板を配設し、この補強板をケース体に支持するホルダを設けるとともに、前記第一，第二の配設部の他方に前記補強板に接着されるスペーサ部材を配設してなることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項１において、請求項２に記載のように、前記第二の配設部は、前記電子部品として少なくともノイズを除去するためのコンデンサが配設されてなることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項１あるいは請求項２において、請求項３に記載のように、前記回路基板は、前記第一の配設部と前記第二の配設部とが対向するように折り曲げ形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項１において、請求項４に記載のように、前記スペーサ部材は、前記電子部品の少なくとも一部から構成されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
【００１４】
以下、添付した図面に基づいて本発明を車両のエンジンにおける測定部に配設される圧力センサに適用した実施の形態について説明する。図１において、圧力センサＡは、下部ハウジング（ケース体）１と、上部ハウジング２と、ベース板３と、センサ素子４と、回路基板５と、コード（外部通電路）６とから主に構成されている。
【００１５】
下部ハウジング１は、耐熱性及び耐クリープ性の合成樹脂材料である例えばポリファニレンサルファイド（ＰＰＳ）からなり、ＳＵＭ等の金属材料からなる圧力導入部１ａをインサート成形してなるものである。下部ハウジング１の下部にはネジ部１ｂが形成されており、圧力センサＡはこのネジ部１ｂにより例えば車両のエンジンにおける測定部に固定される。また圧力導入部１ａの略中央には、液体や気体からなる被測定媒体を導入する圧力導入孔１ｃが形成されている。また、下部ハウジング１は、後述する補強板を支持するホルダ１ｄを備える。
【００１６】
上部ハウジング２は、ＰＢＴ等の樹脂材料から形成され、上部ハウジング２の開口端部を下部ハウジング１の開口端部に対して熱加締めすることによって配設固定され、ベース板３，センサ素子４，回路基板５等を収納する。また、上部ハウジング２は、上部に凹部２ａが形成され、上部ハウジング２の内側から凹部２ａに向けてコード６が引き出されるようになっている。凹部２ａにはグロメット２ｂが配設されるとともにグロメット２ｂの上方から例えばエポキシ樹脂が流入されコード６を固定保持するとともにコード６の付け根からゴミや水分が侵入することを防止している。
【００１７】
ベース板３は、コバール等の金属材料から構成され、略円形状に形成される。また、ベース板３は、下部ハウジング１における圧力導入部１ａの上端部に抵抗溶接によって配設固定するためのフランジ部３ａと、圧力導入部１ａと嵌合して圧力導入部１ａに対してベース板３の配設位置を決定する突出部３ｂが設けられている。またフランジ部３ａの略中央には、センサ素子４に圧力を伝達するための孔部３ｃが設けられている。
【００１８】
センサ素子４は、シリコン等の半導体基板を薄肉に形成してなるダイアフラム部を有する半導体チップ４ａをガラス台座４ｂ上に配設し、半導体チップ４ａとガラス台座４ｂとを陽極接合法によって接合してなるものであって、ガラス台座４ｂに設けられる圧力導入路４ｃから導入される流体の圧力を前記ダイアフラム部によって受け、前記ダイアフラム部の変位量を検出するものである。センサ素子４は、前記ダイアフラム部に対応する部位にボロン等の不純物を拡散処理することによって、ピエゾ抵抗効果を有する４つの感圧素子となる抵抗を形成し、前記各抵抗をアルミ等の導電性材料を用いた配線パターンによってブリッジ回路を構成し、前記ダイアフラム部の変位に伴う前記ブリッジ回路の出力電圧によって前記流体の圧力を検出するものである。また、センサ素子４は、ガラス台座４ｂの裏面側にメタライズ層を形成するとともに、半田を介してベース板３と接合する。
【００１９】
回路基板５は、センサ素子４とワイヤボンディングにより電気的に接続されるものであって、柔軟性を有するＦＰＣにより形成されている。ＦＰＣからなる回路基板５は、図２に示すように、センサ素子４とワイヤボンディングされるセンサ接続部５ａと、センサ素子４からの電気信号を増幅する増幅機能やセンサ素子４のオフセット電圧及びフルスケール電圧の温度補正調整機能等を兼ね備えたＩＣパッケージからなる増幅回路部７を配設する第一の配設部５ｂと、センサ素子４に印加される電流の大きさを調整するチップ抵抗や外来ノイズを除去するためのコンデンサ等からなる電子部品８を配設する第二の配設部５ｃと、コード６と接続するための端子部５ｄとを備えている。
【００２０】
また、回路基板５は、センサ接続部５ａと第一の配設部５ｂとの間，第一の配設部５ｂと第二の配設部５ｃとの間及び第二の配設部５ｃと端子部５ｄとの間の所定個所にて多層状に折り曲げられて各部５ａ〜５ｄがそれぞれ対向した状態で下部ハウジング１と上部ハウジング２とにより構成される空間内に収納される。
【００２１】
センサ接続部５ａは、回路基板５の裏面に貼り付けられＦＰＣからなる回路基板５を補強する受板５ｅと、回路基板５と受板５ｅとを連通する孔部５ｆとを備え、この受板５ｅとともに回路基板５をベース板４上に載置した状態で孔部５ｆを介してセンサ素子４とのワイヤボンディングが可能となるようにしている。また、この受板５ｅによって下部ハウジング１への取付を確実に行なえるようにするものである。
【００２２】
第一の配設部５ｂは、センサ接続部５ａと第二の配設部５ｃとの間（センサ接続部５ａと端子部５ｄとの間）に設けられ、回路基板５の所定個所を折り曲げてセンサ接続部５ａの上方に位置するように配設されるものであり、一方側の面であるセンサ素子４との非対向面側に補強板５ｇを貼りつけるとともに他方側の面に増幅回路部７が表面実装され半田付けによって増幅回路部７との電気的接続がなされている。第一の配設部５ｂは、補強板５ｇが下部ハウジング１に取り付けられるホルダ１ｄにより支持されることで下部ハウジング１上に安定した状態で固定されるようになっている。
【００２３】
第二の配設部５ｃは、第一の配設部５ｂと端子部５ｄとの間（センサ接続部５ａと端子部５ｄとの間）に設けられ、回路基板５の所定個所を折り曲げて第一の配設部５ｂの上方に位置するように配設されるものであり、両面に図示しない外部電源からセンサ素子４に印加される電流値を調整するためのチップ抵抗や外来ノイズを除去するためのコンデンサ等からなる電子部品８が配設されるものである。また、電子部品８は、その一部がスペーサ部材の役割をなすように補強板５ｇに接着剤を介して接着されており、第二の配設部５ｃが安定して固定されるようになっている。なお、電子部品８は、第二の配設部５ｃの一方の面にのみ配設されるものであってもよい。また、第二の配設部５ｃの固定のために専用のスペーサ部材を第二の配設部５ｃに設けてもよい。また、本発明の実施の形態においては、第一の配設部５ｂに補強板５ｇを配設し、補強板５ｇを支持するホルダ１ｄを設けるとともに、第二の配設部５ｃに補強板５ｇに接着される前記スペーサ部材を配設する構成であったが、第二の配設部５ｃに補強板を配設し、前記補強板を支持するホルダを設けるとともに、第一の配設部に前記補強板に接着されるスペーサ部材を配設する構成であってもよい。
【００２４】
端子部５ｄは、回路基板５の端部に設けられており、センサ素子４により検出され増幅回路部７によって調整増幅された電気信号を外部に伝達するコード６と半田付け接続されるものである。
【００２５】
コード６は、増幅回路部７により調整増幅された電気信号を端子部５ｄを介して外部に伝達するものであり、上部ハウジング２の凹部２ａからグロメット２ｂを介して案内支持され、上部ハウジング２の外部に導き出される外部通電路である。なお、外部通電路としては、コードに限定されるものではなく、例えばコネクタピンを上部ハウジングから突出させ、外部との接続をコネクタによって行う構成であってもよい。
【００２６】
かかる圧力センサＡは、ＦＰＣからなる回路基板５をセンサ接続部５ａと端子部５ｄとの間で折り曲げて、増幅回路部７を配設する第一の配設部５ｂと、電子部品８を配設する第二の配設部５ｃを形成し、回路基板５を下部ハウジング１と上部ハウジング２とにより構成される空間内に収納するものである。また、回路基板５を、第一の配設部５ｂと第二の配設部５ｃとが対向するように折り曲げ形成するものである。以上の構成により、センサ接続部５ａ，増幅回路部７，電子部品８及び端子部５ｄを備えた一枚の回路基板５を多層状に折り曲げ形成することで限られたスペース内に回路基板５配設することができるため、センサ素子４に印加される電流値を調整するチップ抵抗や外来ノイズを除去するためのコンデンサ等の回路基板５に配設される電子部品が増加する場合であっても、下部ハウジング１及び上部ハウジング２の径を縮小することが可能となり、圧力センサを小型化することが可能となる。
【００２７】
また、第二の配設部５ｃに、電子部品５ｃとして外来ノイズを除去するためのコンデンサを配設することにより、下部ハウジング１及び上部ハウジング２に樹脂材料を用いる場合においても耐ノイズ性を向上させることが可能となる。
【００２８】
また、第一の配設部５ｂの一方の面に補強板５ｇを配設し、補強板５ｇを支持するホルダ１ｄを設けるとともに、第二の配設部５ｃに補強板５ｇにスペーサ部材を接着することにより、折り曲げ形成される回路基板５が振動することを抑制することが可能となる。また、スペーサ部材として電子部品８の少なくとも一部を補強板５ｇに接着することにより専用のスペーサ部材を必要とせず、構成部品の部品点数を減少させることが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、被測定媒体の圧力を検出する圧力センサに関するものであって、圧力センサの小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である圧力センサを示す断面図。
【図２】同上の圧力センサの回路基板を示す図。
【符号の説明】
Ａ圧力センサ
１下部ハウジング（ケース体）
２上部ハウジング
３ベース板
４センサ素子
５回路基板
５ａセンサ接続部
５ｂ第一の配設部
５ｃ第二の配設部
５ｄ端子部
６コード（外部通電路）
７増幅回路部
８電子部品

Claims

圧力導入部から導入される被測定媒体の圧力を受ける状態で配設されるセンサ素子により前記圧力を電気信号に変換し、前記センサ素子と電気的に接続されるセンサ接続部と前記電気信号を外部通電路に伝達する端子部とを備える回路基板を介して前記電気信号を外部に伝達する圧力センサであって、前記回路基板は、柔軟性を有し、前記センサ接続部と前記端子部との間で折り曲げられ、前記センサ素子からの前記電気信号を少なくとも増幅する増幅回路部を配設する第一の配設部と、電子部品を配設する第二の配設部と、を備え、前記第一，第二の配設部の一方に補強板を配設し、この補強板をケース体に支持するホルダを設けるとともに、前記第一，第二の配設部の他方に前記補強板に接着されるスペーサ部材を配設してなることを特徴とする圧力センサ。
前記第二の配設部は、前記電子部品として少なくともノイズを除去するためのコンデンサが配設されてなることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
前記回路基板は、前記第一の配設部と前記第二の配設部とが対向するように折り曲げ形成されてなることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の圧力センサ。
前記スペーサ部材は、前記電子部品の少なくとも一部から構成されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。