(57)【要約】【課題】  未調整の最終製品形態の状態で外部から電気的に調整することができる圧力センサを提供する。【解決手段】  ダイヤフラム２１に歪ゲージ抵抗を被着したセラミックの感圧素子２０と、ＡＳＩＣ３１で構成した信号増幅部３０と、２本の電源端子４２，４３および１本の出力端子４４が設けられたコネクタ４０とを最終製品形態に組み立てる。調整時は、ＡＳＩＣ３１の出力バッファの出力をハイインピーダンス状態にして出力端子４４を入力ポートに切り換え、それを介してＡＳＩＣ３１に調整データを入力し、不揮発性のレジスタに書き込む。これにより、組み立て前の個々の調整が不要になり、組み立て時に感圧素子２０が受ける応力の影響を含めた全体調整が可能になる。調整データの書き込みによる電気的な調整なので、最終出力特性に関係なく、圧力センサの作り置きが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感圧部に歪ゲージ抵抗を被着してなる感圧素子と、前記感圧素子の出力信号を増幅して出力する信号増幅部と、２本の電源端子および１本の出力端子が設けられたコネクタとを備え、前記信号増幅部は、特性を補正するための調整データを記憶する不揮発性の記憶手段を有する圧力センサにおいて、
前記信号増幅部は、前記出力端子に接続されて、出力状態が前記感圧素子の増幅された出力信号を出力する状態またはハイインピーダンス状態に切り換えることができる出力バッファと、前記出力端子に接続され、前記出力端子を介した所定のデジタル信号の入力に応答して前記出力バッファを前記ハイインピーダンス状態に切り換えるとともに前記調整データの前記記憶手段への書き込みを行う入出力インタフェース部とを有し、外部にて生成された前記調整データを前記出力端子より入力して前記記憶手段へ書き込むようにしたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記感圧素子は、セラミックダイヤフラムまたは金属ダイヤフラムとしたことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
感圧部に歪ゲージ抵抗を被着してなる感圧素子と、前記感圧素子の出力信号を増幅して出力する信号増幅部と、２本の電源端子および１本の出力端子が設けられたコネクタとを備え、前記信号増幅部は、特性を補正するための調整データを記憶する不揮発性の記憶手段を有する圧力センサの製造方法において、
前記感圧素子と前記信号増幅部と前記コネクタとを最終製品形態に組み付け、
前記出力端子が接続される前記信号増幅部の出力の状態をハイインピーダンス状態に維持しつつ、前記出力端子から出力した測定データをもとに生成した前記調整データを前記出力端子より入力して前記記憶手段へ書き込むことにより前記圧力センサの特性を補正する、
ようにしたことを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項４】
前記感圧素子は、セラミックまたは金属ダイヤフラムとしたことを特徴とする請求項３記載の圧力センサの製造方法。
【請求項５】
前記調整データは、前記圧力センサの出力のオフセット値を補正するオフセットデータ、前記圧力センサの出力の温度変化を補正するオフセット温度係数データ、前記圧力センサの出力特性の傾きを補正するゲインデータ、前記圧力センサの出力特性の傾きの温度変化を補正するゲイン温度係数データを含んでいることを特徴とする請求項３記載の圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力センサおよびその製造方法に関し、特に自動車用エアコンシステムに使用されている冷媒ガスの圧力を検出する圧力センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エアコンシステムは、これを駆動するエンジンにとって比較的大きな負荷になっているため、エンジン制御も、エアコンシステムの運転状況に応じた最適制御を行うことが考えられている。自動車用エアコンシステムにおいて、エンジン制御に必要な情報の１つに、エンジンが直接駆動するコンプレッサの吸入側および吐出側における冷媒ガスの圧力があり、その圧力の検出には、圧力センサが用いられている。
【０００３】
一般に、自動車用エアコンの圧力センサを小型化、軽量化するには、冷媒ガスの圧力を電子的に検出する必要がある。このような圧力センサとしては、圧力の変化を容量の変化で検出するもの（たとえば、特許文献１参照。）、歪ゲージ抵抗の抵抗の変化を検出するもの（たとえば、特許文献２参照。）が知られている。
【０００４】
この歪ゲージ抵抗を用いた圧力センサは、感圧部のダイヤフラムに歪ゲージ抵抗を被着した感圧素子と、この感圧素子の出力に接続してゲージ抵抗の抵抗値変化に応じた検出信号を増幅して出力する信号増幅回路とを一体に備えた構成を有している。
【０００５】
自動車用エアコンシステムに用いられる圧力センサは、その使用温度範囲が−４０℃〜＋１３５℃に設定されている。圧力センサの感圧素子および信号増幅回路は、いずれも環境温度によって特性が変化する温度依存性が大きい。そこで、使用温度範囲内での温度依存性をなくすために温度補償が行われている。この温度補償は、感圧素子では、温度補償用の調整抵抗が設けられていて、たとえばレーザーによるトリミングで調整抵抗を調整している。感圧素子は、その温度調整以外にも、オフセットおよびスパンの調整が行われている。また、信号増幅回路においても、同様に、温度ドリフト、オフセットなどの特性も調整しており、感圧素子を接続して組み立てたときに、全体として測定誤差が小さくなるように各種調整を行っている。
【０００６】
これに対し、感圧素子を信号増幅回路に接続した状態で測定用の治具に設置し、感圧素子における調整抵抗のトリミングを、信号増幅回路を接続した状態で行うようにして、信号増幅回路側で行うべき調整を感圧素子側での調整で済ませ、調整工程を簡素化するようにした調整方法も知られている（たとえば、特許文献３参照。）。その後、調整の済んだ感圧素子は、測定用の治具から取り外され、最終組立工程にて最終製品形態に組み付けられる。
【特許文献１】特開２００２−２０２２１５号公報
【特許文献２】実開平２−８９３３９号公報
【特許文献３】特開２００２−３１０８２６号公報（図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の歪ゲージ抵抗を用いた圧力センサでは、レーザートリミングにより調整抵抗の抵抗値を調整しているが、これは調整抵抗をレーザーで切っているので機械的な損傷を与えていることになり、長期的には、そこからクラックなどが入り、特性的に不安定になるという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、未調整の最終製品形態の状態で外部から電気的に調整することができる圧力センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記問題を解決するために、感圧部に歪ゲージ抵抗を被着してなる感圧素子と、前記感圧素子の出力信号を増幅して出力する信号増幅部と、２本の電源端子および１本の出力端子が設けられたコネクタとを備え、前記信号増幅部は、特性を補正するための調整データを記憶する不揮発性の記憶手段を有する圧力センサにおいて、前記信号増幅部は、前記出力端子に接続されて、出力状態が前記感圧素子の増幅された出力信号を出力する状態またはハイインピーダンス状態に切り換えることができる出力バッファと、前記出力端子に接続され、前記出力端子を介した所定のデジタル信号の入力に応答して前記出力バッファを前記ハイインピーダンス状態に切り換えるとともに前記調整データの前記記憶手段への書き込みを行う入出力インタフェース部とを有し、外部にて生成された前記データを前記出力端子より入力して前記記憶手段へ書き込むようにしたことを特徴とする圧力センサが提供される。
【００１０】
このような圧力センサによれば、何ら調整することなく最終製品形態まで組み立てられた状態で外部から電気的に調整することができる。試験時には、コネクタの出力端子から出力された測定データを取得し、その測定データをもとに生成された調整データを記憶手段に書き込むが、その際、出力バッファをハイインピーダンス状態に切り換えて、コネクタの出力端子を入力ポートにし、入出力インタフェース部を介して記憶手段へ調整データを書き込む。このように、コネクタの出力端子を利用して最終製品形態の状態で測定および調整を行うようにしたことで、圧力を感知する感圧素子が組み立て時に応力を受けることによって最適調整ポイントがずれたりすることがなく、調整も機械的な損傷を与えることで行うのではなく、電気的に行うようにしたことで、損傷部でのクラック発生による特性変化がなく、安定した特性を得ることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、感圧部に歪ゲージ抵抗を被着してなる感圧素子と、前記感圧素子の出力信号を増幅して出力する信号増幅部と、２本の電源端子および１本の出力端子が設けられたコネクタとを備え、前記信号増幅部は、特性を補正するための調整データを記憶する不揮発性の記憶手段を有する圧力センサの製造方法において、前記感圧素子と前記信号増幅部と前記コネクタとを最終製品形態に組み付け、前記出力端子が接続される前記信号増幅部の出力の状態をハイインピーダンス状態に維持しつつ、前記出力端子から出力した測定データをもとに生成した前記調整データを前記出力端子より入力して前記記憶手段へ書き込むことにより前記圧力センサの特性を補正する、ようにしたことを特徴とする圧力センサの製造方法が提供される。
【００１２】
このような圧力センサの製造方法によれば、測定データを出力するコネクタの出力端子を利用して、調整データの記憶手段への書き込みを行うようにしたので、調整データを書き込むための特別な入力ピンを設ける必要がなく、最終製品形態の状態で調整ができるため、最終出力特性を容易かつ正確に得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧力センサは、最終製品形態に組み立てられた状態でコネクタの１本の出力端子を利用して測定および調整を行うようにした。測定および調整機器とは、コネクタによって接続されるので結線が確実であり、微小レベルの測定データをプローブを接触させて測定することがないため、正確かつ確実なデータ測定ができる。最終製品形態の状態で測定および調整を行うため、組み立てにより感圧素子が受ける応力も含めた調整が可能であり、調整を正確に行うことができる。さらに、圧力センサは、調整を電気的に行うことにより、出力特性の仕様の異なるものを自在に作ることができ、あるいは一度調整したものを後から再度調整し直すことができるので、仕様の変更に迅速に対応でき、しかも、最終出力特性に関係なく、同一のものを作り置きすることができるため、その量産効果により、コストを低減することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用エアコンの冷媒ガスの圧力を検出する圧力センサに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図１は圧力センサの構成を示す断面図である。
【００１５】
図示した圧力センサは、自動車用エアコンシステムの冷媒ガスの圧力を検出するために使用されるものであり、ハウジング部１０、感圧素子２０、信号増幅部３０およびコネクタ４０から構成されている。
【００１６】
ハウジング部１０は、自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルの配管から冷媒ガスを導入するための接続部１１と、この接続部１１の反対側に設けられた外筒部１２と、これらの境界部から接続部１１内を軸線方向に延出されたピン１３と、このピン１３とは反対方向であって外筒部１２内を軸線方向に延出された筒状突出部１４とによって一体に形成されている。ピン１３は、ハウジング部１０の接続部１１にエアコンシステムの配管が接続された場合に、その配管側に設けられている弁を押し開けるためのものである。ピン１３の横には、筒状突出部１４の空洞部に連通する連通孔１５が設けられていて、接続部１１に導入された冷媒ガスの圧力が感圧素子２０によって感知できるようにしている。
【００１７】
感圧素子２０は、厚く形成された筒状の基材とその一方の端面を閉止するように中央に薄く形成された感圧部を構成するダイヤフラム２１とがセラミックス材料によって一体に形成され、ハウジング部１０の外筒部１２と筒状突出部１４との間の空間に嵌め込まれている。
【００１８】
感圧素子２０の空洞部とは反対側の、ダイヤフラム２１の表面には、冷媒ガスの圧力導入によって変形されるダイヤフラム２１の歪量を測定するための複数の歪ゲージ抵抗が被着されている。感圧素子２０の空洞部の内壁とハウジング部１０の筒状突出部１４との間にはＯリング２２が配置され、これによって、接続部１１から連通孔１５を介して感圧素子２０の空洞部に導入された冷媒ガスがコネクタ４０を介して大気に漏れるのを防止している。Ｏリング２２は、筒状突出部１４の先端部にかしめ加工によって固定されたワッシャ２３によって脱落が防止されている。
【００１９】
信号増幅部３０は、フレキシブル回路基板と、これに搭載されて感圧素子２０の歪ゲージ抵抗によって検出した信号の処理を行うＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）３１とを備えている。
【００２０】
コネクタ４０は、ハウジング部１０の外筒部１２内に感圧素子２０の外周部を受けるように嵌め込まれており、外筒部１２の先端をかしめ加工することによってハウジング部１０に固定されている。コネクタ４０は、外筒部１２内に位置する部分にＯリング４１が周設されていて防水構造になっている。
【００２１】
コネクタ４０には、２本の電源端子４２，４３と、１本の出力端子４４とが設けられており、それぞれ一端は、信号増幅部３０のフレキシブル回路基板に接続されている。電源端子４２，４３および出力端子４４は、図示しないエアコン制御回路などに接続される。電源端子４２，４３には、エアコン制御回路から電源が供給され、信号増幅部３０のＡＳＩＣ３１から出力された圧力測定信号は、出力端子４４を介してエアコン制御回路に供給される。
【００２２】
図２はＡＳＩＣの構成例を示すブロック図である。
感圧素子２０に被着された歪ゲージ抵抗は、４つの抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４からなり、ブリッジ回路を構成している。そのブリッジ回路の出力は、ＡＳＩＣ３１に入力されている。
【００２３】
ＡＳＩＣ３１は、ブリッジ回路の出力を入力する入力増幅器５１と、外部から与えられるデジタル値によってゲインが設定される可変利得増幅器５２と、ゲインが１以上の増幅器５３と、出力バッファ５４とを備え、この出力バッファ５４の出力は、コネクタ４０の出力端子４４に接続されている。出力バッファ５４は、内部にアナログスイッチの機能を有しており、出力イネーブル端子に与えられる信号によってアナログスイッチが閉じているときには、通常のバッファ回路として機能し、アナログスイッチが開いているときには、出力状態がハイインピーダンス状態に切り換えることができる機能を有している。
【００２４】
ＡＳＩＣ３１は、また、出力バッファ５４の出力に接続されたシリアル入出力インタフェース回路５５を備え、その出力の１つは、出力バッファ５４の出力イネーブル端子に接続されている。シリアル入出力インタフェース回路５５の別の出力は、オフセットレジスタ５６、オフセット温度係数レジスタ５７、ゲインレジスタ５８およびゲイン温度係数レジスタ５９に接続されている。オフセットレジスタ５６、オフセット温度係数レジスタ５７、ゲインレジスタ５８およびゲイン温度係数レジスタ５９には、たとえばＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）のような不揮発性の記憶手段が用いられる。
【００２５】
オフセットレジスタ５６は、デジタル・アナログ変換機６０に接続され、そのデジタル・アナログ変換機６０の出力は、入力増幅器５１と可変利得増幅器５２との間に設けられた加算器６１に接続されている。オフセット温度係数レジスタ５７は、デジタル・アナログ変換機６２に接続され、そのデジタル・アナログ変換機６２の出力は、加算器６１に接続されている。ゲインレジスタ５８は、可変利得増幅器５２のゲイン設定入力端子に接続されている。そして、ゲイン温度係数レジスタ５９は、デジタル・アナログ変換機６３に接続され、そのデジタル・アナログ変換機６３の出力は、増幅器５３と出力バッファ５４との間に設けられた加算器６４に接続されている。
【００２６】
ここで、歪ゲージ抵抗のブリッジ回路を含む感圧素子２０と、ＡＳＩＣ３１を含む信号増幅部と、電源端子４２，４３および出力端子４４を含むコネクタ４０とを最終製品形態に組み付け、これを測定用治具に設置し、コネクタ４０に測定および調整を行う測定および調整機器を接続する。測定用治具は、圧力センサに与える圧力および温度を可変して、仕様に合わせた圧力センサの設置環境を再現することができるものである。
【００２７】
圧力センサの調整を行うには、まず、測定および調整機器によって圧力および温度を変えたときの未調整の圧力センサの特性を測定し、その測定データをもとに調整データを生成する。次に、測定および調整機器は、出力端子４４に所定のデジタル信号を入力する。この所定のデジタル信号がシリアル入出力インタフェース回路５５にて検出されると、シリアル入出力インタフェース回路５５は、出力バッファ５４の出力イネーブル端子に出力無効信号を与え、出力バッファ５４の出力状態をハイインピーダンス状態に切り換え、出力端子４４をデジタル信号専用の入力ポートに切り換える。
【００２８】
シリアル入出力インタフェース回路５５は、生成された調整データを測定および調整機器から受け取ると、オフセットレジスタ５６、オフセット温度係数レジスタ５７、ゲインレジスタ５８およびゲイン温度係数レジスタ５９に書き込み、記憶させる。オフセットレジスタ５６に書き込まれた調整データは、デジタル・アナログ変換機６０にてアナログ信号に変換され、電源の電圧に対してオフセットの補正を行った値を加算器６１に加える。これにより、圧力センサの出力特性を平行移動させ、オフセット電圧を目標電圧に調整する。同様に、オフセット温度係数レジスタ５７に書き込まれた調整データは、デジタル・アナログ変換機６２にてアナログ信号に変換され、電源の電圧に対してオフセット温度係数の補正を行った値を加算器６１に加える。これにより、圧力センサの出力の温度変化を補正する。ゲインレジスタ５８に書き込まれた調整データは、可変利得増幅器５２のゲイン設定入力端子に入力され、デジタル信号で可変利得増幅器５２のゲインを制御して、圧力センサの出力特性の傾きを調整する。そして、ゲイン温度係数レジスタ５９に書き込まれた調整データは、デジタル・アナログ変換機６３にてアナログ信号に変換され、可変利得増幅器５２の出力信号に対してゲイン温度係数の補正を行った値を加算器６４に加える。これにより、圧力センサの出力特性の傾きの温度変化を補正する。
【００２９】
このようにして、調整データが出力端子４４より入力され、シリアル入出力インタフェース回路５５によりオフセットレジスタ５６、オフセット温度係数レジスタ５７、ゲインレジスタ５８およびゲイン温度係数レジスタ５９へ書き込まれることによって、圧力センサの特性を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】圧力センサの構成を示す断面図である。
【図２】ＡＳＩＣの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ハウジング部
１１  接続部
１２  外筒部
１３  ピン
１４  筒状突出部
１５  連通孔
２０  感圧素子
２１  ダイヤフラム
２２  Ｏリング
２３  ワッシャ
３０  信号増幅部
３１  ＡＳＩＣ
４０  コネクタ
４１  Ｏリング
４２，４３  電源端子
４４  出力端子
５１  入力増幅器
５２  可変利得増幅器
５３  増幅器
５４  出力バッファ
５５  シリアル入出力インタフェース回路
５６  オフセットレジスタ
５７  オフセット温度係数レジスタ
５８  ゲインレジスタ
５９  ゲイン温度係数レジスタ
６０  デジタル・アナログ変換機
６１  加算器
６２  デジタル・アナログ変換機
６３  デジタル・アナログ変換機
６４  加算器
【図１】
2006078379.tif 000003
【図２】
2006078379.tif 000004