(57)【要約】【課題】信頼性に優れた圧力センサモジュール及び圧力センサユニットを提供する。【解決手段】流体の圧力を検出するための圧力センサモジュール１０に関する。圧力センサモジュール１０は、凹部３０が設けられたパッケージ２０と、凹部３０内の流体の圧力を感知して変位する受圧変位部４１を含むセンサ素子４０と、を備える。凹部３０には、凹部３０内まで検出すべき流体を導入する流体導入部材１５０の筒状部１６０が差し込まれ、凹部３０の内周面３３ａと筒状部１６０の外周面１６１ａとの間にシール部材１７０が介装可能であること。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の圧力を検出するための圧力センサモジュールであって、
凹部が設けられたパッケージと、
前記凹部内の流体の圧力を感知して変位する受圧変位部を含むセンサ素子と、を備え、
前記凹部には、当該凹部内まで検出すべき流体を導入する流体導入部材の筒状部が差し込まれ、当該凹部の内周面と前記筒状部の外周面との間にシール部材が介装可能であることを特徴とする圧力センサモジュール。
【請求項２】
前記凹部は、当該凹部の底側において前記受圧変位部の片面が露出するように設けられた小径内周部と、前記小径内周部より当該凹部の入側に設けられ、前記小径内周部よりその内径が大径に形成された大径内周部と、を有し、
前記大径内周部には、前記流体導入部材の筒状部が差し込まれ、当該大径内周部の内周面と前記筒状部の外周面との間にシール部材が介装可能であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサモジュール。
【請求項３】
前記小径内周部の内側に前記受圧変位部の片面を被覆するように保護部材が充填されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサモジュール。
【請求項４】
前記センサ素子は、ボンディングワイヤと電気的に接続されるワイヤ接続部を更に含み、
前記パッケージは、前記ワイヤ接続部を被覆するように設けられ、
前記凹部は、その底側において前記受圧変位部の片面が露出するように設けられ、その内側に前記受圧変位部の片面を被覆するように保護部材が充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧力センサモジュール。
【請求項５】
前記パッケージは、第１流体を導入するための第１凹部と、第２流体を導入するための第２凹部とが設けられ、
前記センサ素子は、前記第１凹部内に形成された第１圧力室と、前記第２凹部内に形成された第２圧力室とを仕切るように前記受圧変位部が配設され、
前記第１凹部には、前記第１流体を導入する第１流体導入部材の筒状部が差し込まれ、当該第１凹部の内周面と前記第１流体導入部材の筒状部の外周面との間に第１シール部材が介装可能であり、
前記第２凹部には、前記第２流体を導入する第２流体導入部材の筒状部が差し込まれ、当該第２凹部の内周面と前記第２流体導入部材の筒状部の外周面との間に第２シール部材が介装可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧力センサモジュール。
【請求項６】
前記第１凹部と前記第２凹部とは、前記受圧変位部の面内方向の位置が当該受圧変位部に対して略対称に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサモジュール。
【請求項７】
流体の圧力を検出するための圧力センサユニットであって、
凹部が設けられたパッケージと、前記凹部内の流体の圧力を感知して変位する受圧変位部を含むセンサ素子と、を有する圧力センサモジュールと、
前記凹部内に差し込まれた筒状部を有し、当該凹部内まで検出すべき流体を導入する流体導入部材と、
前記凹部の内周面と前記筒状部の外周面との間に介装されるシール部材と、を備えることを特徴とする圧力センサユニット。
【請求項８】
前記流体導入部材の筒状部は、その先端側に設けられた小径外周部と、前記小径外周部より基端側に設けられ、前記小径外周部よりその外径が大径に形成された大径外周部と、を有し、前記小径外周部及び前記大径外周部が前記凹部内に差し込まれ、
前記シール部材は、前記小径外周部の外周面と前記凹部の内周面との間に介装されることを特徴とする請求項７に記載の圧力センサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の圧力を検出するための圧力センサモジュール及び圧力センサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサモジュールは、一般に、流体の圧力を感知して変位する受圧変位部を含むセンサ素子を備え、配線基板や樹脂パッケージにセンサ素子が実装される（例えば、特許文献１）。センサ素子の受圧変位部の少なくとも片面側には圧力室が設けられ、圧力センサモジュールには、流体導入路を含む流体導入部材が接続される場合がある。検出対象となる流体が流れる流路と圧力室とは流体導入路により連通され、これにより、圧力室内まで検出対象となる流体が導入され、その流体の圧力がセンサ素子により検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２７４５８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、圧力センサモジュールには、センサ素子の電極とボンディングワイヤとのワイヤ接続部や、ボンディングワイヤ等と配線基板の配線との基板接続部等の電気接続部が設けられる。これら電気接続部に対して大きな圧縮荷重が加わると、電気的な接続不良が生じることで信頼性の低下を招くため、電気接続部の圧縮荷重を抑えることのできるモジュールの構造が求められる。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、信頼性に優れた圧力センサモジュール及び圧力センサユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明のある態様は、流体の圧力を検出するための圧力センサモジュールであって、凹部が設けられたパッケージと、凹部内の流体の圧力を感知して変位する受圧変位部を含むセンサ素子と、を備え、凹部には、凹部内まで検出すべき流体を導入する流体導入部材の筒状部が差し込まれ、凹部の内周面と筒状部の外周面との間にシール部材が介装可能である。
【０００７】
また、本発明の別の態様は、流体の圧力を検出するための圧力センサユニットである。圧力センサユニットは、凹部が設けられたパッケージと、凹部内の流体の圧力を感知して変位する受圧変位部を含むセンサ素子と、を有する圧力センサモジュールと、凹部内に差し込まれた筒状部を有し、凹部内まで検出すべき流体を導入する流体導入部材と、凹部の内周面と筒状部の外周面との間に介装されるシール部材と、を備える。
【０００８】
これらの態様によると、凹部内に形成される圧力室の受圧径を小さくできる。このため、圧力室内に導入された流体によってセンサ素子やパッケージに作用する圧縮荷重が抑えられ、センサ素子等の電気接続部に作用する圧縮荷重が抑えられることで、電気的な接続不良が抑えられ、信頼性の向上が図られる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、信頼性に優れた圧力センサモジュールを提供できる。また、本発明によれば、信頼性に優れた圧力センサユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る圧力センサユニットの構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係る圧力センサユニットの構成を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る圧力センサモジュールの構成を示す断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】（ａ）は内側シール構造の圧力センサモジュールの構成を示す断面図であり、（ｂ）は外側シール構造の圧力センサモジュールの構成を示す断面図である。
【図６】第２実施形態の変形例に係る圧力センサモジュールの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、便宜上、図示の状態を基準に各構成要素の位置関係を上下と表現する場合がある。また、同一の名称の構成要素について、その位置関係に応じて「上側」、「下側」と記載し、その符号の末尾に「Ａ」「Ｂ」と記載して区別するが、両者を特に区別しない場合、これらの記載を省略する。「第１」、「第２」と記載して区別した同一の名称の構成要素についても同様である。
【００１２】
［第１実施形態］
図１、図２は、第１実施形態に係る圧力センサユニット１００の構成を示す。圧力センサユニット１００は、本実施形態において、車両用空調装置の圧縮機の冷媒通路となる主通路２１０を流れる流体の圧力を検出し、その主通路２１０を流れる流体の流量を計測するために設けられる。
【００１３】
圧力センサユニット１００は、流体の圧力を検出するための圧力センサモジュール１０と、センサボディ１１０と、センサヘッド１９０とを備える。センサボディ１１０には、圧力センサモジュール１０が収容される。センサヘッド１９０には、圧力センサモジュール１０の出力信号を外部に出力する出力端子１９１が設けられる。また、圧力センサユニット１００は、上側流体導入部材１５０Ａ（第１流体導入部材）と、下側流体導入部材１５０Ｂ（第２流体導入部材）と、上側シール部材１７０Ａ（第１シール部材）と、下側シール部材１７０Ｂ（第２シール部材）とを更に備える。
【００１４】
圧力センサユニット１００は、センサボディ１１０の上端部に、カシメ接合等によりセンサヘッド１９０を一体に組み付けて構成される。圧力センサユニット１００は、圧縮機のハウジング２００の取付穴２２０にセンサボディ１１０が収容され、ワッシャ２２１を介してハウジング２００に固定される。ハウジング２００の取付穴２２０は、入側から底側にかけて、その内径が段階的に縮径されている。センサボディ１１０は、センサヘッド１９０とは反対側の下端部から取付穴２２０に挿入され、センサヘッド１９０は、取付穴２２０から外部に露出する。
【００１５】
センサボディ１１０は、段付円筒状の本体１１１を備える。本体１１１は、その下部に、主通路２１０の一部を構成する流路形成部１１３を有する。流路形成部１１３は、主通路２１０を横断するように配置される。流路形成部１１３には、本体１１１の軸線に直交する軸線を有する貫通路１１５が設けられる。貫通路１１５は、その軸線方向中間部が縮径されて絞りが形成され、その絞りにより主通路２１０の途中に差圧生成部１１７が設けられる。
【００１６】
差圧生成部１１７は、主通路２１０の上流側に高圧流路１４０Ａ（第１流路）を形成し、主通路２１０の下流側に下流側に低圧流路１４０Ｂ（第２流路）を形成する。高圧流路１４０Ａと低圧流路１４０Ｂとは差圧生成部１１７を間に挟んだ両側に形成される。差圧生成部１１７は、主通路２１０を流れる流体に圧力損失を与え、その流体の流量に応じた差圧を生成する。
【００１７】
本体１１１は、その上部において、段付円柱状の上側流体導入部材１５０ＡがＯリング１２３、１２５を介して内側に組み付けられる。圧力センサモジュール１０は、上側流体導入部材１５０Ａと本体１１１とにより囲まれる空間に配置される。
【００１８】
センサボディ１１０は、高圧流路１４０Ａの流体を内部に導入するための第１流体導入路１３１Ａと、低圧流路１４０Ｂの流体を内部に導入するための第２流体導入路１３１Ｂとを備える。
【００１９】
第１流体導入路１３１Ａは、本実施形態において、上側流体導入部材１５０Ａに形成された上側内部通路１５１Ａと、本体１１１の外周部１１２に形成された連通孔１１２ａと、本体１１１の下部に形成された第１連通路１２７Ａとにより形成されている。第１連通路１２７Ａは、本体１１１の軸線とほぼ平行に形成されている。第１連通路１２７Ａは、流路形成部１１３の貫通路１１５内において、差圧生成部１１７の上流側に開口する。本体１１１の連通孔１１２ａと第１連通路１２７Ａとは、本体１１１と取付穴２２０との間に形成された間隙通路１２９とにより連通される。
【００２０】
第２流体導入路１３１Ｂは、本実施形態において、本体１１１の下部に形成された第２連通路１２７Ｂと、第２連通路１２７Ｂに接続された筒状の下側流体導入部材１５０Ｂの内側の下側内部通路１５１Ｂとにより形成されている。第２連通路１２７Ｂは、本体１１１の軸線に沿って形成されている。第２連通路１２７Ｂは、流路形成部１１３の貫通路１１５内において、差圧生成部１１７の下流側に開口する。下側流体導入部材１５０Ｂは、第２連通路１２７Ｂの上部にＯリング１５５を介して接続されている。
【００２１】
センサボディ１１０には、その下端部において、弾性体からなるボディシール部材１８０が着脱可能に装着される。ボディシール部材１８０は、環状の嵌合部１８１と、円板状の底部１８３と、これらを接続する側壁部１８５とを備え、流路形成部１１３を取り囲むように取り付けられる。ボディシール部材１８０は、ウレタンゴム等の弾性体から構成される。ボディシール部材１８０は、圧力センサユニット１００が取付穴２２０に取付けられた際に、センサボディ１１０と主通路２１０との隙間を通した流体の通過を規制し、これにより差圧生成部１１７を通した流体の通過を促進する。
【００２２】
センサヘッド１９０は、本体１１１の上端部に、Ｏリング１２１を介して組み付けられる。センサヘッド１９０の出力端子１９１は、その一端が外部に露出し、他端側は、上側流体導入部材１５０Ａを貫通して配線基板６０に電気的に接続される。出力端子１９１は、その一端が空調装置の制御装置（図示せず）に接続される。
【００２３】
図３、図４は、第１実施形態に係る圧力センサモジュール１０の構成を示す。なお、図４は、図３のＡ−Ａ線矢視断面図であるが、上側流体導入部材１５０Ａ、上側シール部材１７０Ａを省略している。圧力センサモジュール１０は、第１実施形態において、上側パッケージ２０Ａと、下側パッケージ２０Ｂと、センサ素子４０と、配線基板６０とを備える。
【００２４】
上側パッケージ２０Ａは配線基板６０の上面側（片面側）に設けられ、下側パッケージ２０Ｂは配線基板６０の下面側（他面側）に設けられる。パッケージ２０は、配線基板６０の配線等の導電経路を保護するために設けられる。上側パッケージ２０Ａは、配線基板６０の導電経路の他に、センサ素子４０の電極等の導電経路を保護するために設けられる。
【００２５】
上側パッケージ２０Ａは、高圧流路１４０Ａの流体が導入される上側凹部３０Ａが設けられている。下側パッケージ２０Ｂは、低圧流路１４０Ｂの流体が導入される下側凹部３０Ｂが設けられている。
【００２６】
パッケージ２０は、本実施形態において、配線基板６０の片面を被覆する平板状の基板被覆部２１と、基板被覆部２１から突出する環状部２３とを備える。環状部２３は、センサ素子４０の受圧面４２（後述）の法線方向に延び、略円形の環状に形成されている。凹部３０は、環状部２３の内側と基板被覆部２１とを貫通する。パッケージ２０は、基板被覆部２１や環状部２３が一体に設けられる。パッケージ２０は、エポキシ樹脂等の樹脂材料により構成され、後述のボンディングワイヤ５１、ワイヤ接続部５３等の導電経路を被覆するように、インサート成形等により設けられる。
【００２７】
上側凹部３０Ａと下側凹部３０Ｂとは、それぞれの軸線がほぼ同一となるように設けられる。また、上側凹部３０Ａと下側凹部３０Ｂとは、センサ素子４０の受圧変位部４１（後述）の面内方向の位置が、その受圧変位部４１に対して略対称に設けられる。
【００２８】
凹部３０は、その凹部３０の底側に設けられた小径内周部３１と、小径内周部３１より凹部３０の入側に設けられた大径内周部３３とを有する。大径内周部３３は、小径内周部３１よりその内径が大径に形成される。上側凹部３０Ａの小径内周部３１は、上側凹部３０Ａの底側において、センサ素子４０の上側受圧面４２Ａが露出するように、その内径が調整される。
【００２９】
センサ素子４０は、流体の圧力を感知して変位する受圧変位部４１と、受圧変位部４１の外周部に設けられた受圧変位部４１より肉厚の支持部４３とを備える。受圧変位部４１の下面側には、支持部４３により囲まれたセンサ凹部４５が設けられる。受圧変位部４１と支持部４３とは、単結晶シリコン等の半導体から一体に構成される。
【００３０】
センサ素子４０は、支持部４３の下面に、ガラス等により構成される台座４７が陽極接合等により接合される。台座４７は、配線基板６０の片面に接着剤等により固定される。つまり、センサ素子４０が台座４７を介して配線基板６０に固定される。台座４７は、センサ素子４０の受圧面４２の法線方向に沿った貫通孔４８が形成されている。
【００３１】
受圧変位部４１は、本実施形態において、膜状のダイヤフラムとして構成される。受圧変位部４１は、上側凹部３０Ａ内に形成された上側圧力室３５Ａと、下側凹部３０Ｂ内に形成された下側圧力室３５Ｂとを仕切るように配設される。受圧変位部４１は、その上面（厚さ方向の片面）である上側受圧面４２Ａにより、上側圧力室３５Ａ内の流体の圧力を受け、その下面（厚さ方向の他面）である下側受圧面４２Ｂにより下側圧力室３５Ｂ内の流体の圧力を受ける。受圧変位部４１は、上側圧力室３５Ａ内の流体と、下側圧力室３５Ｂ内の低圧との差圧に応じて、その厚さ方向に変位する。
【００３２】
センサ素子４０は、本実施形態において、ピエゾ抵抗型センサとして構成され、受圧変位部４１に半導体歪みゲージ等の複数の抵抗素子（図示せず）が設けられ、その複数の抵抗素子によりブリッジ回路が構成される。また、センサ素子４０は、抵抗素子を含むセンサ回路に電気的に接続された電極（図示せず）を備える。
【００３３】
複数の電極には、ワイヤボンディングによって、金線等のボンディングワイヤ５１（以下、ワイヤ５１という。）の一端が電気的に接続される。配線基板６０は、その片面に所定の配線パターン（図示せず）が設けられ、ワイヤ５１の他端は、ワイヤボンディングによって、配線基板６０の配線等に電気的に接続される。
【００３４】
ワイヤ５１が接続されたセンサ素子４０のワイヤ接続部５３は、配線基板６０のセンサ素子４０の実装面６１（上面）と同じ側のセンサ素子４０の表面（上面）に設けられる。パッケージ２０は、ワイヤ接続部５３を被覆するように設けられる。
【００３５】
配線基板６０は、センサ素子４０の他、ＩＣチップ６３等の電子機器がその片面に実装される。ＩＣチップ６３は、センサ素子４０からの出力信号に増幅等の信号処理を実行する回路が内蔵される。
【００３６】
配線基板６０は、センサ素子４０の実装位置に貫通孔６５が形成される。センサ素子４０のセンサ凹部４５と、下側パッケージ２０Ｂの下側凹部３０Ｂとは、台座４７の貫通孔４８と配線基板６０の貫通孔６５を通して連通され、これらの内側に下側圧力室３５Ｂが形成される。
【００３７】
以上の構成により、本実施形態に係るセンサ素子４０は、上側圧力室３５Ａ、下側圧力室３５Ｂ内に導入された流体の差圧により受圧変位部４１が変位し、ピエゾ抵抗効果により抵抗素子の抵抗値が変化する。そして、その抵抗値の変化がセンサ素子４０の電極から配線基板６０のＩＣチップ６３に入力され、そのＩＣチップ６３で信号が増幅、補正等されたうえで、センサヘッド１９０の出力端子１９１から制御装置に出力される。高圧流路１４０Ａと低圧流路１４０Ｂを流れる流体の差圧の検出により、主通路２１０を流れる流体の流量が計測される。このように、本実施形態に係るセンサ素子４０は差圧センサとして用いられる。
【００３８】
流体導入部材１５０は、パッケージ２０の凹部３０に接続するための筒状部１６０が設けられている。流体導入部材１５０の内部通路１５１は、その一部が筒状部１６０の内側に形成されている。
【００３９】
筒状部１６０は、その先端側の小径外周部１６１と、小径外周部１６１より基端側に設けられた大径外周部１６３とを有する。大径外周部１６３は、小径外周部１６１よりその外径が大径に形成される。小径外周部１６１及び大径外周部１６３は、本実施形態において、略円形の筒状に形成されている。
【００４０】
パッケージ２０の凹部３０の大径内周部３３内には、筒状部１６０の小径外周部１６１及び大径外周部１６３が差し込まれる。凹部３０の大径内周部３３の内周面３３ａには、筒状部１６０の小径外周部１６１の外周面１６１ａがその全周に亘り対向して配置される。
【００４１】
シール部材１７０は、互いに対向して配置される凹部３０の大径内周部３３の内周面３３ａと筒状部１６０の小径外周部１６１の外周面１６１ａとの間に介装される。シール部材１７０は、Ｏリング等の環状の弾性材料から構成される。シール部材１７０は、筒状部１６０の外周面１６１ａに嵌合されて、筒状部１６０に取り付けられてもよい。
【００４２】
シール部材１７０は、凹部３０の内周面３３ａと筒状部１６０の外周面１６１ａとに挟まれて弾性変形し、その弾性反発力により凹部３０と筒状部１６０との相対位置が保持される。つまり、凹部３０の内周面３３ａと筒状部１６０の外周面１６１ａとの間にシール部材１７０が介装されることにより、凹部３０と筒状部１６０とが軸シールした状態で接続され、凹部３０内の圧力室３５の気密性、液密性が保持される。
【００４３】
上側パッケージ２０Ａの上側凹部３０Ａには、上側流体導入部材１５０Ａの筒状部１６０が接続される。これにより、上側凹部３０Ａ内の上側圧力室３５Ａと高圧流路１４０Ａとが第１流体導入路１３１Ａを通して連通され、高圧流路１４０Ａの流体が上側圧力室３５Ａまで導入される。下側パッケージ２０Ｂの下側凹部３０Ｂには、下側流体導入部材１５０Ｂの筒状部１６０が接続される。これにより、下側凹部３０Ｂ内の下側圧力室３５Ｂと低圧流路１４０Ｂとが第２流体導入路１３１Ｂを通して連通され、低圧流路１４０Ｂの流体が下側圧力室３５Ｂまで導入される。
【００４４】
上側凹部３０Ａの小径内周部３１は、その内側にセンサ素子４０の上側受圧面４２Ａを被覆するように保護部材７０が充填される。保護部材７０は、電気絶縁性を有し、上側凹部３０Ａ内の流体の圧力が上側受圧面４２Ａにまで伝達される程度の弾性を有する材料により構成される。保護部材７０は、フッ素系、シリコン系のゴム材料やゲル材料により構成される。保護部材７０の充填により、上側受圧面４２Ａにセンサ回路等の導電経路が露出していても保護され、液体を検出対象としても導電不良が抑えられ、気体、液体の何れも検出対象にできる。
【００４５】
上側凹部３０Ａの小径内周部３１は、その内周面３１ａと上側受圧面４２Ａとの間の底隅部３１ｂにおいて、上側凹部３０Ａの底側に向かうにつれて径方向内側に湾曲するように形成されている。また、上側凹部３０Ａの小径内周部３１は、図４に示すように、センサ素子４０の受圧面４２の法線方向から視たときに、角部３１ｃが湾曲した多角形状となるように形成されている。本実施形態においては、上側凹部３０Ａの小径内周部３１は、角部３１ｃが湾曲した四角形状となるように形成されている。このように、上側凹部３０Ａの底隅部３１ｂ、角部３１ｃの湾曲した形状により、上側凹部３０Ａの小径内周部３１内に保護部材７０を充填したときに、上側凹部３０Ａの内面と保護部材７０との間での気泡の発生が抑えられる。
【００４６】
図３に戻り、凹部３０は、小径内周部３１の入側の内周縁部において、凹部３０の底側に向かうにつれて縮径するテーパー部３２が設けられている。これにより、凹部３０の小径内周部３１内に保護部材７０を充填するときの作業性が向上する。
【００４７】
凹部３０は、その凹部３０の入側である大径内周部３３の入側の内周縁部において、凹部３０の底側に向かうにつれて縮径するテーパー状の案内部３４が設けられている。これにより、流体導入部材１５０の筒状部１６０を凹部３０内に差し込むときの作業性が向上する。
【００４８】
ここで、図５（ａ）に示すように、筒状部１６０の外周面１６１ａと凹部３０の内周面３３ａとの間にシール部材１７０が介装された構造を内側シール構造という。また、図５（ｂ）に示すように、筒状部１６０の内周面１６０ａと環状部２３の外周面２３ａとの間にシール部材１７０が介装された構造を外側シール構造という。内側シール構造の圧力室３５の受圧径（直径）をφＡとし、外側シール構造の圧力室３５の受圧径（直径）をφＢとする。
【００４９】
本実施形態に係る圧力センサモジュール１０によれば、内側シール構造としているため、外側シール構造の圧力室３５の受圧径φＢよりも、圧力室３５内の受圧径φＡを小さくできる。この受圧径は、本実施形態の場合、φＢ−φＡで表されるパッケージ２０の環状部２３の肉厚分小さくできる。このため、圧力室３５内に導入された流体によってセンサ素子４０やパッケージ２０に作用する圧縮荷重が抑えられ、センサ素子４０等の電気接続部に作用する圧縮荷重が抑えられることで、電気的な接続不良が抑えられ、信頼性の向上が図られる。なお、ここでいう電気接続部とは、ワイヤ接続部５３や、ワイヤ５１等と配線基板６０の配線との基板接続部等のような、ワイヤ５１やはんだ等を用いて電気的に接続される部分のことをいう。
【００５０】
また、パッケージ２０の凹部３０を用いて流体導入部材１５０が接続されるため、パッケージ２０以外の部材に流体導入部材１５０と接続するための部位を別途設ける必要がなく、部材数の低減が図られる。
【００５１】
また、凹部３０が小径内周部３１と大径内周部３３とを有するため、小径内周部３１の内側の空間を狭くしつつ、大径内周部３３の内側に広い空間を確保できる。このため、小径内周部３１の内側に保護部材７０を充填する場合、保護部材７０の充填量を抑えつつ、大径内周部３３内に差し込まれる筒状部１６０やシール部材１７０の寸法の自由度が向上する。また、凹部３０を有するパッケージ２０をインサート成形するにあたり、成形用金型の凹部３０に対応する部位の形状が、先端部より根元部の外径が大径となり、金型の耐久性の向上が図られる。
【００５２】
また、圧力センサモジュール１０は、上側凹部３０Ａの底側において、センサ素子４０の上側受圧面４２Ａとワイヤ接続部５３とが露出するように設けられていてもよい。しかし、この場合、上側凹部３０Ａ内に保護部材７０を充填すると、保護部材７０により上側受圧面４２Ａが保護される一方で、ワイヤ接続部５３に接続されたワイヤ５１が保護部材７０内に埋め込まれ、保護部材７０の変位によりワイヤ接続部５３でのワイヤ５１の接続不良が生じ得る。これに対し、本実施形態に係る圧力センサモジュール１０によれば、上側パッケージ２０Ａによりワイヤ接続部５３を被覆しつつ、上側凹部３０Ａの底側において上側受圧面４２Ａが露出する。このため、上側凹部３０Ａ内に充填された保護部材７０の変位によりワイヤ接続部５３でのワイヤ５１の接続不良が生じ得ない。このため、保護部材７０により上側受圧面４２Ａを保護しつつ、ワイヤ接続部５３での電気的接続の信頼性を確保できる。
【００５３】
また、パッケージ２０と流体導入部材１５０との接続時においては、パッケージ２０の凹部３０に、シール部材１７０により凹部３０を押し広げる曲げ応力が発生する。本実施形態に係る圧力センサモジュール１０によれば、上側凹部３０Ａと下側凹部３０Ｂとが、受圧変位部４１の面内方向の位置が受圧変位部４１に対して略対称に設けられているため、上側パッケージ２０Ａと下側パッケージ２０Ｂとのそれぞれに発生した曲げ応力が打ち消される。このため、センサ素子４０の受圧変位部４１に大きな曲げ応力が加わらず、センサ素子４０の検出精度に優れた構造が得られる。
【００５４】
また、流体導入部材１５０の筒状部１６０は、小径外周部１６１及び大径外周部１６３が凹部３０内に差し込まれ、その小径外周部１６１と凹部３０の大径内周部３３との間にシール部材１７０が介装される。大径外周部１６３も凹部３０内に差し込まれるため、筒状部１６０の外周面と凹部３０の内周面との間に形成される空間が大径外周部１６３の占める範囲分小さくなり、その空間に対するシール部材１７０の充填率を大きくすることが可能となる。
【００５５】
また、配線基板６０のセンサ素子４０の実装面６１とセンサ素子４０のワイヤ接続部５３とが同じ側に設けられ、いわゆるフリップチップ実装のように、センサ素子４０と配線基板６０とがこれらの間のバンプにより電気的に接続されていない。フリップチップ実装の場合、差圧センサとして用いると、パンプに圧縮荷重が加わると電気的な接続不良が生じうるが、本実施形態に係る圧力センサモジュール１０は、ワイヤ接続部５３に圧縮荷重が加わらず、電気的接続の信頼性が確保される。
【００５６】
また、圧力センサユニット１００の一部として差圧生成部１１７が一体に設けられるため、差圧生成部１１７の寸法精度や組み付け精度のばらつきによる差圧の誤差を含めた特性調整を、圧力センサユニット１００単体にて実行できる。つまり、圧力センサユニット１００をハウジング２００に取り付けたのち、改めて特性調整を実行する必要がなくなる。これは、ハウジング２００を組み立てるセットメーカーではなく、圧力センサユニット１００を製造する部品メーカーにて、その特性調整を容易に実行できることを意味する。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、その特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００５８】
上述の実施形態においては、センサボディ１１０が圧力センサモジュール１０と差圧生成部１１７とを備える圧力センサユニット１００を説明したが、センサボディ１１０が差圧生成部１１７を備えていなくともよい。この場合、圧力センサユニット１００とは別に主通路２１０に差圧生成部１１７を設け、その差圧生成部１１７の前後の高圧流路１４０Ａ、低圧流路１４０Ｂ内の流体が上側凹部３０Ａ、下側凹部３０Ｂ内に導入されるように、圧力センサユニット１００をハウジング２００に組み付ける等してもよい。また、圧力センサモジュール１０は、その用途について、車両用空調装置以外に用いられてもよいのは勿論である。
【００５９】
また、圧力センサモジュール１０や流体導入部材１５０は、センサボディ１１０内に収容せずに用いてもよい。この場合、第１実施形態に係る圧力センサモジュール１０は、任意の二箇所の位置を流れる流体の差圧を検出する差圧センサとして用いてよい。圧力センサモジュール１０の上側凹部３０Ａ、下側凹部３０Ｂには、その二箇所の特定位置から流体が導入されるように、上側流体導入部材１５０Ａ、下側流体導入部材１５０Ｂの筒状部１６０が接続される。
【００６０】
また、上述の圧力センサモジュール１０は、任意の一箇所の位置を流れる流体の圧力を検出するセンサとして用いられてもよい。図６は、第２実施形態に係る圧力センサモジュール１０の構成を示す図である。以下では第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、同図において、第１実施形態とは同様の構成について同一の符号を付すことで、その説明を省略する。
【００６１】
圧力センサモジュール１０は、第１実施形態に係る上側パッケージ２０Ａ、下側パッケージ２０Ｂのうち、下側パッケージ２０Ｂが設けられておらず、更に、配線基板６０の貫通孔６５が形成されていない。
【００６２】
センサ素子４０は、センサ凹部４５の内側に下側圧力室３５Ｂが設けられている。本実施形態において、下側圧力室３５Ｂは、センサ凹部４５と配線基板６０とにより囲まれて設けられている。下側圧力室３５Ｂは、その内部が真空状態に保持されている。これにより、上側圧力室３５Ａ内の流体の圧力と真空圧との差圧である絶対圧がセンサ素子４０により検出される。
【００６３】
本実施形態に係る圧力センサモジュール１０は、検出対象となる流体を流れる主通路２１０から、パッケージ２０の凹部３０内に流体が導入されるように、その凹部３０に流体導入部材１５０を接続して用いる。これにより、主通路２１０を流れる流体の圧力が絶対圧としてセンサ素子４０により検出される。
【００６４】
なお、下側圧力室３５Ｂは、大気に開放して大気圧を導入するようにして、上側圧力室３５Ａ内の流体の圧力と大気圧との差圧であるゲージ圧がセンサ素子４０により検出されるようにしてもよい。
【００６５】
また、上述の各実施形態においては、センサ素子４０としてピエゾ抵抗効果を利用したピエゾ抵抗型センサを説明した。しかし、受圧変位部４１の受圧面４２により流体の圧力を受けて、受圧変位部４１の変位を電気信号に変換して出力すれば、センサ素子４０は、その種類について限定されず、静電容量型センサ、シリコンレゾナント型センサ等でもよい。
【００６６】
また、上述の各実施形態においては、センサ素子４０が配線基板６０に実装された圧力センサモジュール１０について説明したが、センサ素子４０が配線基板６０に実装されていなくともよい。この場合、パッケージ２０内にリードフレーム等の導電部材を埋め込み、センサ素子４０の電極と導電部材をワイヤ５１により電気的に接続し、その導電部材を介してセンサ素子４０を外部装置に電気的に接続するようにしてもよい。
【００６７】
また、上述の実施形態においては、配線基板６０の両側に別々の上側パッケージ２０Ａ、下側パッケージ２０Ｂが設けられた例について説明したが、上側パッケージ２０Ａ、下側パッケージ２０Ｂは一体に設けられていてもよい。また、配線基板６０は、配線パターンが配線基板６０の両面に設けられてもよいし、配線パターンの設けられる位置について、特に限定されない。また、ＩＣチップ６３に内蔵された増幅等のための回路は、センサ素子４０に内蔵されていてもよいし、配線基板６０にＩＣチップ６３等が搭載されていなくともよい。また、凹部３０は、その形状について、小径内周部３１と大径内周部３３とを有する段付の形状に限定されない。また、流体導入部材１５０の筒状部１６０は、その形状について、小径外周部１６１と大径外周部１６３とを有する段付筒状のものに限定されないし、段付筒状とする場合、小径外周部１６１より先端側にその小径外周部１６１より大径の部分があってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０  圧力センサモジュール、２０  パッケージ、３０  凹部、３１  小径内周部、
３３  大径内周部、３５  圧力室、４０  センサ素子、４１  受圧変位部、５１  ボンディングワイヤ、５３  ワイヤ接続部、６０  配線基板、６３  ＩＣチップ、７０  保護部材、１００  圧力センサユニット、１１０  センサボディ、１１７  差圧生成部、１４０Ａ  高圧流路、１４０Ｂ  低圧流路、１５０  流体導入部材、１６０  筒状部、１６１  小径外周部、１６３  大径外周部、１７０  シール部材、１９０  センサヘッド、１９１  出力端子、２１０  主通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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