特許 6275431 圧力検知装置およびこれを使用した吸気圧測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6275431

(24)【登録日】2018年1月19日

(45)【発行日】2018年2月7日

(54)【発明の名称】圧力検知装置およびこれを使用した吸気圧測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/06 20060101AFI20180129BHJP

   G01L 19/14 20060101ALI20180129BHJP

【ＦＩ】

   G01L19/06 Z

   G01L19/14

【請求項の数】8

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-192828(P2013-192828)

(22)【出願日】2013年9月18日

(65)【公開番号】特開2015-59798(P2015-59798A)

(43)【公開日】2015年3月30日

【審査請求日】2016年2月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプス電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】大川 尚信

(72)【発明者】

【氏名】須田 康博

(72)【発明者】

【氏名】石田 弘

(72)【発明者】

【氏名】上村 秀樹

【審査官】 吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１０７９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９２２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４５２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５１５５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−４４２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第８１１７９０９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２０３３５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １９／００−１９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングに圧力センサが保持されている圧力検知装置において、
前記ハウジングに、検知空間を囲む外壁部と、前記検知空間の内部に位置する内壁部とが一体に形成されて、前記検知空間の内部に、センサ収納部と逃げ空間とが前記内壁部で区画されて形成され、
前記センサ収納部は後方に向けて凹状に形成されて、その内部に前記圧力センサが収納され、前記センサ収納部の内部で前記圧力センサが弾性体で覆われており、
前記逃げ空間は、前記センサ収納部よりも重力方向に向く下側に位置し、前記逃げ空間には、前記圧力センサを覆うのと同じ弾性体が設けられていないことを特徴とする圧力検知装置。

【請求項2】

前記弾性体の表面が凹湾曲面であり、弾性体の表面は、前記センサ収納部の開口縁部まで形成されている請求項１記載の圧力検知装置。

【請求項3】

前記センサ収納部の中心は、前記検知空間の中心よりも上方に位置している請求項１または２記載の圧力検知装置。

【請求項4】

前記逃げ空間は、前記内壁部の前端部よりも後方へ窪む凹形状である請求項１ないし３のいずれかに記載の圧力検知装置。

【請求項5】

前記内壁部の前端部が、前記外壁部の前端部よりも後方に位置している請求項４記載の圧力検知装置。

【請求項6】

前記ハウジングには、前記センサ収納部から外れた位置に回路配置部が形成されており、前記逃げ空間は、前記回路配置部の前方に形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の圧力検知装置。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれかに記載された圧力検知装置を保持する筐体が設けられ、この筐体に、内燃機関の吸気圧力を前記検知空間へ導入する吸気孔が形成されていることを特徴とする吸気圧測定装置。

【請求項8】

前記外壁部の全端面が、前記筐体に密着させられている請求項７記載の吸気圧測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力検知装置およびこれを使用して内燃機関の吸気圧を検知する吸気圧測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、内燃機関の吸気量を測定するための吸気圧測定装置が開示されている。
この吸気圧測定装置は、ケースに形成された空気室の内部に圧力検知装置である素子部が設置されている。この素子部にはＳｉダイヤフラムを有するチップが搭載されている。ケースに導入孔が形成され、内燃機関の吸気圧が導入孔から空気室に導入され、前記素子部に搭載されたチップで圧力が検知される。ケースには、導入孔の開口部の周囲に堰となる凸部が形成されている。

【0003】

この吸気圧測定装置は、冬や寒冷地で使用されるときに空気室内で結露した水分が、突部で堰き止められて、導入孔に入るのを阻止できるというものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００−１８６９６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された吸気圧測定装置は、水分が導入孔に入るのを阻止する凸部がケース側に形成されているが、圧力検知装置である素子部には何ら水分に対する対策が成されていない。

【0006】

特許文献１の図１と図２に記載された素子部は、表面に凹部が形成されて、この凹部内に圧力信号を検知するチップが収納された構造である。素子部には、チップを収納する凹部が形成されているのみであり、凹部以外では表面が平坦面である。素子部の表面に付着した水分を前記凹部以外の領域に導くための対策がなされていないため、素子部側に付着した水分が前記凹部内のチップの表面に付着しやすい。

【0007】

特に、特許文献１に記載されたものは、凹部内のチップの表面が重力方向へ向く下向きに配置されているため、チップの表面には、水分が自重で落下できる大きさに成長するまで溜まり続ける。そのため、チップの表面に付着した水分が除去されにくい構造である。

【0008】

チップに水分が付着すると、水分の質量がチップのダイヤフラムに作用し、正確な吸気圧測定ができなくなる。

【0009】

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、圧力センサが収納されたセンサ収納部に水分が付着しにくい構造の圧力検知装置およびこれを使用した吸気圧測定装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、ハウジングに圧力センサが保持されている圧力検知装置において、
前記ハウジングに、検知空間を囲む外壁部と、前記検知空間の内部に位置する内壁部とが一体に形成されて、前記検知空間の内部に、センサ収納部と逃げ空間とが前記内壁部で区画されて形成され、
前記センサ収納部は後方に向けて凹状に形成されて、その内部に前記圧力センサが収納され、前記センサ収納部の内部で前記圧力センサが弾性体で覆われており、
前記逃げ空間は、前記センサ収納部よりも重力方向に向く下側に位置し、前記逃げ空間には、前記圧力センサを覆うのと同じ弾性体が設けられていないことを特徴とするものである。

【0011】

本発明の圧力検知装置は、外壁部で囲まれた検知空間の内部に、凹状のセンサ収納部と、センサ収納部から外れた位置にある逃げ空間が形成されている。検知空間に入り込んだ水分または内部空間で生成された水分は逃げ空間に移行しやすくなり、センサ収納部に収納された圧力センサに水分の影響が直接に作用する確率を低下させることができる。

【0012】

本発明は、前記センサ収納部では、前記圧力センサが弾性体で覆われているものとして構成できる。そして、前記弾性体の表面が凹湾曲面であり、弾性体の表面は、前記センサ収納部の開口縁部まで形成されているものが好ましい。

【0013】

弾性体の表面が凹湾曲面であり、前記表面が開口縁部に連続するように形成されていると、弾性体の表面に付着した水分が、逃げ空間へ流れやすくなり、弾性体の表面に水分が残りにくくなる。

【0014】

本発明は、前記逃げ空間は、前記センサ収納部よりも、重力方向に向く下側に位置しているため、外壁部に囲まれた検知空間において、逃げ空間をセンサ収納部よりも下側に配置することで、検知空間内の水分を逃げ空間に誘導できるようになる。

【0016】

本発明では、前記逃げ空間が、前記逃げ空間と前記センサ収納部とを区画している内壁部の前端部よりも後方へ窪む逃げ凹部内に形成されているものとして構成できる。

【0017】

この場合に、前記内壁部の前端部が、前記外壁部の前端部よりも後方に位置しているものが好ましい。

【0018】

上記の逃げ凹部を形成することで、センサ収納部の表面から流れた水分を逃げ空間で保持しやすくなる。

【0019】

または本発明は、前記ハウジングには、前記センサ収納部から外れた位置に回路配置部が形成されており、前記逃げ空間は、前記回路配置部の前方に形成されているものである。

【0020】

さらに、本発明の吸気圧測定装置は、前記圧力検知装置を保持する筐体が設けられ、この筐体に、内燃機関の吸気圧力を前記検知空間へ導入する吸気孔が形成されていることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0021】

本発明は、例えば吸気圧測定装置に搭載される圧力検知装置において、検知空間内に入り込んだ水分または検知空間内で発生する水分を逃げ空間に導けるようにして、センサ収納部に直接に水分が付着するのを防止しやすくなる。

【0022】

水分を圧力センサから逃がす対策を圧力検知装置に形成しているため、従来のように、圧力検知装置を搭載する吸気圧測定装置の筐体に水分を逃がす対策を施したものに比べて、圧力センサを収納したセンサ収納部に水分が至るのを直接的に阻止しやすくなる。

【0023】

したがって、水分により圧力検知の誤動作が生じにくくなり、高精度な圧力検知を実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１の実施の形態の圧力検知装置の斜視図、

【図2】第１の実施の形態の圧力検知装置の正面図、

【図3】第１の実施の形態の圧力検知装置を図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図であり、さらに、圧力検知装置が吸気圧測定装置の筐体に保持された状態を示す断面図、

【図4】本発明の第２の実施の形態の圧力検知装置の正面図、

【図5】第２の実施の形態の圧力検知装置を図４のＶ−Ｖ線で切断した断面図

【発明を実施するための形態】

【0025】

図１ないし図３に、本発明の第１の実施の形態の圧力検知装置１０が示され、図３には、圧力検知装置１０が搭載された吸気圧測定装置１の一部が示されている。各図では、Ｘ１方向が前方でＸ２方向が後方、Ｙ１方向が右方向でＹ２方向が左方向、Ｚ１方向が上方でＺ２方向が下方である。

【0026】

図３に示す吸気圧測定装置１は、２輪車に装備されている内燃機関に付属するものであり、筐体２に、圧力検知装置１０とスロットルポジションセンサが一緒に搭載されている。筐体２に吸気管３が一体に形成されており、内燃機関の吸気圧力は、吸気管３の内部の吸気孔４から圧力検知装置１０に与えられる。

【0027】

図１ないし図３に示すように、圧力検知装置１０にはハウジング１１が設けられている。ハウジング１１はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂で形成されている。ハウジング１１には３個の端子板１２と、２個の板部１３が埋設されている。端子板１２と板部１３は銅板である。

【0028】

ハウジング１１と端子板１２ならびに板部１３はいわゆるインサート成形法によって一体化される。この成型方法では、Ｙ方向に連続する第１のフープ材に端子板１２が一定の間隔で形成され、第１のフープ材と平行にＹ方向に延びる第２のフープ材に、一定の間隔で板部１３が形成されている。端子板１２と板部１３とが成形型のキャビティ内に設置され、ＰＰＳの溶融樹脂がキャビティ内に射出されてハウジング１１が成形されるとともにハウジング１１と端子板１２ならびに板部１３が一体化される。その後に、端子板１２と板部１３とがそれぞれフープ材から分離される。

【0029】

図１に示すように、ハウジング１１に、前方（Ｘ１方向）へ突出する外壁部１４が一体に形成されている。外壁部１４は円筒形状に形成されており、ハウジング１１は、外壁部１４で囲まれた内部領域が検知空間１５となっている。図３に示すように、吸気圧測定装置１では、筐体２の内部にプリント配線基板６が設置されており、圧力検知装置１０の端子板１２が、プリント配線基板６のスルーホールに挿通され、ハンダフィレット７によって、プリント配線基板６の表面のランド部に固定されている。そして、外壁部１４の前端面１４ａが、筐体２の内面の凹部５に密着させられて、吸気孔４を通過した吸気圧が検知空間１５に与えられるようになっている。

【0030】

図１と図２に示すように、検知空間１５の内部に内壁部１６が形成されている。内壁部１６の前端面１６ａは、外壁部１４の前端面１４ａよりも後方側（検知空間１５の底部側）に後退している。図２に示すように、内壁部１６は円筒形状に湾曲して形成されており、右端部１６ｂが外壁部１４に連結され、左端部１６ｃが外壁部１４に連続している。右端部１６ｂと左端部１６ｃとの間（範囲α）では、内壁部１６が外壁部１４と一体化され、実質的な内壁部１６は、範囲α以外の領域であるβの範囲に限られている。

【0031】

ハウジング１１では、内壁部１６で囲まれた領域にセンサ収納部１７が凹状に形成されている。センサ収納部１７は、図２に示すように、正面から見た開口形状が円形である。図３にも示すように、センサ収納部１７の底部に、圧力センサ２１と、集積回路（ＡＳＩＣ）を内蔵したＩＣパッケージ２２が固定されている。

【0032】

圧力センサ２１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造であり、圧力を受けるダイヤフラム部と、ダイヤフラム部の変形を検知するピエゾ抵抗素子や圧電素子などの歪検知素子とを有している。ＩＣパッケージ２２内の集積回路には、圧力センサ２１からの検知出力を増幅するアンプや温度センサならびに前記温度センサで測定された温度に基づく温度補償回路などが内蔵されている。圧力センサ２１とＩＣパッケージ２２とはワイヤボンディングで配線されているが、各図ではワイヤボンディングの図示を省略している。

【0033】

センサ収納部１７内では、ＩＣパッケージ２２が上側（Ｚ１側）に位置し、圧力センサ２１が下側（Ｚ２側）に位置している。センサ収納部１７内において圧力センサ２１は内壁部１６の内面に接近した位置に配置されている。圧力センサ２１の中心を通過する中心線Ｏ上において、センサ収納部１７の開口寸法をＬ１とし、圧力センサ２１と内壁部１６との距離をＬ２とすると、比（Ｌ２／Ｌ１）は１／３以下となっている。

【0034】

図３に示すように、センサ収納部１７の底部に固定された圧力センサ２１とＩＣパッケージ２２は、弾性体２３で覆われている。弾性体２３はゲル状の粘弾性体であり、例えばゲル状のシリコーン樹脂やフッ素樹脂である。弾性体２３は液体状の樹脂材料がセンサ収納部１７の凹部に供給されてから硬化されるため、その表面２３ａは凹湾曲面となる。

【0035】

センサ収納部１７の内部に液体状の樹脂材料が供給され硬化される過程で、樹脂材料の表面が、表面張力により、センサ収納部１７の開口縁部（内壁部１６の前端面１６ａの内側縁部または角部）まで連続する。そのため、図３のＥ部に示すように、弾性体２３の凹湾曲面となる表面２３ａは、センサ収納部１７の開口縁部（内壁部１６の前端面１６ａの内側縁部または角部）まで連続して形成される。すなわち、表面２３ａと前端面１６ａは、境界部において、段差ができないように連続する。

【0036】

そのため、弾性体２３の表面２３ａに付着した水分は、前端面１６ａに向けて流れ出やすくなる。

【0037】

ハウジング１１の検知空間１５の内部では、センサ収納部１７以外の領域に逃げ空間１８が形成されている。図３に示すように、逃げ空間１８は、センサ収納部１７を形成している（センサ収納部１７を区画している）前記内壁部１６の前端面１６ａよりも後方（Ｘ２方向）へ向けて窪む逃げ凹部内に形成されている。図２に示すように、逃げ空間１８は、外壁部１４と内壁部１６との間であって、内壁部１６と外壁部１４とが連結されている右端部１６ｂから左端部１６ｃに至る範囲にわたって形成されている。

【0038】

図２に示すように、内壁部１６の右端部１６ｂから左端部１６ｃに至る範囲βは、円筒状の内壁部１６の中心、すなわちセンサ収納部１７の中心に対して１８０度以上の範囲で形成されている。

【0039】

図１ないし図３に示すように、吸気圧測定装置１が２輪車などの内燃機関に設置されるときは、圧力検知装置１０は端子板１２が上向き（Ｚ１向き）に設置され、外壁部１４で囲まれた検知空間１５内では、センサ収納部１７が上側（Ｚ１側）に位置し、逃げ空間１８が、センサ収納部１７よりも重力に向かう側である下側（Ｚ２側）に位置している。

【0040】

吸気圧測定装置１では、筐体２の吸気孔４から内燃機関の吸気圧が導入され、圧力検知装置１０の検知空間１５に吸気圧が与えられる。吸気圧はゲル状の弾性体２３を介して圧力センサ２１で検知され、その検知出力がＩＣパッケージ２２内の集積回路で電気的に処理される。

【0041】

内燃機関の吸気に含まれる水分や、温度差による結露などが検知空間１５の内部に付着することがある。この水分がセンサ収納部１７の弾性体２３の表面２３ａに付着しても、弾性体２３の表面２３ａが凹湾曲面であるので、この表面２３ａを伝わって自重で落下し、水分が逃げ空間１８に入り込みやすくなる。弾性体２３の表面２３ａは、内壁部１６の前端部１６ａに段差なく連続しているため、表面２３ａに付着した水分は、表面２３ａを流れて前端面１６ａに至り、さらに逃げ空間１８に逃げることができるようになる。

【0042】

しかも、逃げ空間１８は内壁部１６の前端面１６ａよりも後方へ向けて窪んだ逃げ凹部内に形成されているため、逃げ空間１８に入り込んだ水分が弾性体２３の表面２３ａに逆流することもない。

【0043】

図２に示すように、逃げ空間１８は、円筒状の内壁部１６の下側で、１８０度以上の範囲βに形成されている。そのため、検知空間１５内での逃げ空間１８の容積を十分に広く確保でき、検知空間１５に入り込んだ水分または検知空間１５に発生した水分を、センサ収納部１７に触れない下側の領域に留めやすくなる。その結果、弾性体２３の前面２３ａに水分が付着しにくくなり、圧力センサ２１が水分の圧力を受けて本来検知すべき圧力値に誤差が発生するという現象を防止しやすくなる。

【0044】

図４と図５に示す本発明の第２の実施の形態の圧力検知装置１１０は、吸気圧測定装置１の筐体２内において、端子板１１２が下向きとなるように固定される。圧力検知装置１１０のハウジング１１１には、円筒形状の外壁部１１４が前方へ向けて一体に形成されており、外壁部１１４で囲まれた検知空間１１５が形成されている。

【0045】

検知空間１１５の上方部分に凹状に形成されたセンサ収納部１１７が形成されて、センサ収納部１１７の底部に圧力センサ２１が固定されている。センサ収納部１１７は圧力センサ２１を覆うゲル状の弾性体２３で埋められており、弾性体２３の表面２３ａが凹湾曲面である。この場合も、弾性体２３の表面２３ａは表面張力によって内壁部１１６の前端面１１６ａに段差を形成することなく連続している。

【0046】

図４と図５に示すように、ハウジング１１１には、センサ収納部１１７よりも重力に向かう方向である下側に回路配置部１１９が形成されている。図５に示すように、回路配置部１１９は、検知空間１１５の底部に凹状に形成されて、その底部にＩＣパッケージ２２が固定されている。そして、ＩＣパッケージ２２を収納した凹部が樹脂材１１９ｂで塞がれている。

【0047】

回路配置部１１９の前面１１９ａはほぼ平面形状である。前記前面１１９ａは、センサ収納部１１７を区画している内壁部１１６の前端面１１６ａとほぼ同じ平面上に位置している。

【0048】

外壁部１１４で囲まれた検知空間１１５内では、上方に圧力センサ２１が配置され、下側にＩＣパッケージ２２を収納した回路配置部１１９が形成されているため、検知空間１１５内では、回路配置部１１９の前面１１９ａの前方の領域に内容積の大きい逃げ空間１１８が形成されている。

【0049】

図５に示すように、逃げ空間１１８は、センサ収納部１１７の下縁部から外壁部１１４の内面の最下端までの距離Ｌｂの範囲で形成されている。圧力センサ２１の中心と外壁部１１４の内面の最上端までの距離Ｌｃと、検知空間１１５の上下の開口寸法Ｌａとの比（Ｌｃ／Ｌａ）は１／４以下であり、距離Ｌｃと距離Ｌｂの比（Ｌｃ／Ｌｂ）は１／３以下である。

【0050】

第２の実施の形態の圧力検知装置１１０では、ＩＣパッケージ２２を収納した回路配置部１１９の前方に内容量の大きい逃げ空間１１８が形成されているため、検知空間１１５の内部に入り込んだ水分や検知空間１１５で発生した水分が逃げ空間１１８に導かれるようになり、弾性体２３の前面２３ａに水分が付着しにくくなる。

【0051】

センサ収納部１１７には圧力センサ２１のみが収納されているため、センサ収納部１１７の占める面積は小さくなり、検知空間１１５の内部では、前記センサ収納部１１７以外の領域に大きな内容量の逃げ空間１１８が形成される。

【0052】

センサ収納部１１７に付着した水分は、弾性体２３の表面２３ａの凹湾曲面から内壁部１１６の前端部１１６ａに流れ、そのまま逃げ空間１１８内に流れ出るため、弾性体２３の前面２３ａに水分が残りにくくなる。

【0053】

したがって、圧力センサ２１で検知される圧力値が水分の存在によって誤った値となる現象を防止しやすくなる。

【符号の説明】

【0054】

１ 吸気圧測定装置
２ 筐体
４ 吸気孔
１０ 圧力検知装置
１１ ハウジング
１２ 端子板
１４ 外壁部
１４ａ 前端部
１５ 検知空間
１６ 内壁部
１６ａ 前端部
１６ｂ 右端部
１６ｃ 左端部
１７ センサ収納部
１８ 逃げ空間
２１ 圧力センサ
２２ ＩＣパッケージ
２３ 弾性体
１１０ 圧力検知装置
１１１ ハウジング
１１４ 外壁部
１１６ 内壁部
１１７ センサ収納部
１１８ 逃げ空間
１１９ 回路配置部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】