(57)【要約】      （修正有）【課題】被測定気体から保護材に浸透した水蒸気がセンサチップの周囲で結露するのを抑制することができる圧力センサを提供する。【解決手段】被測定気体が導入される圧力測定室１１と、圧力測定室１１に被測定気体を導入する圧力導入管１２と、圧力測定室１１に臨むセンサチップ１と、センサチップ１を支持する支持面２０を有するセンサ支持体３と、センサチップ１を覆う保護材５と、を備えた圧力センサであって、センサ支持体３の支持面２０側とは反対側の背面３ａに発熱体１４を有し、背面３ａ及び発熱体１４をカバー１３で覆うことにより形成した保温室１５を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定気体が導入される圧力測定室と、前記圧力測定室に被測定気体を導入する圧力導入管と、前記圧力測定室に臨むセンサチップと、前記センサチップを支持する支持面を有するセンサ支持体と、前記センサチップを覆う保護材と、を備えた圧力センサであって、
前記センサ支持体の前記支持面側とは反対側の背面に発熱体を有し、前記背面及び前記発熱体をカバーで覆うことにより形成した保温室を備えることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力センサにおいて、
前記保温室と前記圧力測定室とを連通し、前記圧力導入管を流れる気体を流す通路を設けたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力導入管に導入される被測定気体を、前記圧力導入管を介することなく前記保温室に導入する別配管を有することを特徴する圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサに関する。 
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、国際公開第２０１７／２１２８００号パンフレット（特許文献１）がある。特許文献１には、圧力測定素子としてセンサチップを用い、被測定気体から保護材に浸透した水蒸気がセンサチップの周囲で結露するのを抑制するため、被測定気体が導入される圧力測定室と、この圧力測定室に臨むセンサチップと、このセンサチップを支持する支持面を有するセンサ支持体と、センサチップを覆う保護材と、センサ支持体の支持面の背面に臨む保温室と、この保温室と圧力測定室とを連通する気体通路と、を備えた圧力センサが記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／２１２８００号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された圧力センサは、センサチップがセンサ支持体の凹部に備えられ、この凹部に保護材が充填されることで、ボンディングワイヤ等が被覆され、防食などが図られている。しかし、たとえばセンサ支持体が冷却されてセンサチップを覆う保護材の温度が内燃機関のポート内に導入された被測定気体の温度よりも低下すると、被測定気体から保護材に浸透した水蒸気がセンサチップの周囲で結露し、ボンディングワイヤ等が電食によって断線するおそれがある。 
特許文献１の圧力センサに依れば、圧力測定室と保温室とを連通する気体通路によって、センサ支持体の支持面に臨む圧力測定室と、センサ支持体の背面に臨む保温室の双方に被測定流体を導入し、センサ支持体の支持面と背面の双方の温度低下の抑制を可能としているが、機関停止後の運転再開時、及び低温時における機関の始動時等において、十分な温度低下の抑制効果を得られない可能性がある。このため、センサチップを覆う保護材が温まるまでに時間を要し、保護材の温度がポート内に導入された被測定気体の温度よりも低下する期間が長く生じてしまう可能性がある。そのため、温度低下の抑制効果をさらに高め、センサチップ周囲の結露発生率を小さくすることが望ましい。
【０００５】
本発明は、被測定気体から保護材に浸透した水蒸気がセンサチップの周囲で結露するのを抑制することができる圧力センサ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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の圧力センサは、圧力測定室と保温室とを連通する気体通路を備え、加えてセンサ支持体の支持面とは反対側の背面に臨む保温室に、保温室に導入した被測定気体を加熱する発熱体（ヒータ等）を備える。この発熱体（ヒータ等）により、センサチップを覆う保護材の温度が、被測定気体の露点以上の温度となるように、保温室を加熱することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の圧力センサは、保温室に配置される発熱体によって、センサ支持体の背面に臨む保温室の被測定流体を導入し加熱することで、センサ支持体の支持面の温度低下を抑制することができる。これにより、本発明の圧力センサは、センサ支持体の支持面に支持されたセンサチップを覆う保護材の温度が、被測定気体の露点以下の温度に低下することを防ぎ、被測定気体から保護材に浸透した水蒸気がセンサチップの周囲で結露するのを抑制または防止することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係る圧力センサの断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る圧力センサの断面図である。
【図３】本発明の実施例３に係る圧力センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明に係る圧力センサの実施形態を説明する。
【００１０】
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る圧力センサの断面図である。
【００１１】
本実施形態の圧力センサは、たとえば、内燃機関の吸気圧の測定や排気圧の測定に用いることができる。図1の圧力センサは、たとえば、外装ケース８と、この外装ケース８に固定されたセンサ支持体３と、このセンサ支持体３に支持されたセンサチップ１と、センサ支持体３を覆うカバー１３と、を備える。
【００１２】
外装ケース８は、たとえば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、または、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等の熱可塑性樹脂を素材として、金型によって成型することによって製作される。外装ケース８は、たとえば、センサ支持体３を支持する本体部１６と、この本体部１６に被測定気体を導入する圧力導入管１２と、本体部１６に接続されたコネクタ部１７と、圧力導入管１２より導入される被測定気体が導入される圧力測定室１１と、を備える。センサチップ１は圧力測定室１１に臨むように配置されているが、センサチップ１の圧力測定室１１に臨む表面は保護材５によって覆われている。
【００１３】
センサ支持体３はカバー１３との間に保温室１５によって形成される空気層が設けられており、圧力測定室１１側とは反対側の面（背面）３ａには、発熱体１４を備える。発熱体１４はセンサチップ１に実装される駆動回路に配線を介して接続され、発熱体は駆動回路により駆動される。
【００１４】
本体部１６は、圧力導入管１２が接続された端部１６ｂと、センサ支持体３およびカバー１３を配置するための凹部１６ａと、を有している。この凹部１６ａには、センサ支持体３、カバー１３、コネクタ部１７のコネクタピン９、センサ支持体３の接続端子７、およびコネクタピン９と接続端子７との接続部を覆う充填材１０が設けられている。すなわち、充填材１０は凹部１６ａに充填され、コネクタピン９と接続端子７との接続部を覆っている。充填材１０は、たとえば、電気絶縁性に優れた液状またはゲル状のエポキシ樹脂等を凹部１６ａに充填して硬化させることによって、センサ支持体３およびカバー１３を凹部１６ａに固定する。すなわち、センサ支持体３およびカバー１３は、その一部が充填材１０に埋設されることで、凹部１６ａに固定される。
【００１５】
センサ支持体３は、センサチップ１を支持する側の支持面（表面、センサチップ支持側面）２０が圧力測定室１１に臨み、背面３ａが保温室１５に臨む。本実施例では、センサ支持体３には保護材５が設けられるため、図１に示すように、支持面２０側には保護材５の表面が露出している。
【００１６】
外装ケース８の圧力導入管１２は、一端が本体部１６の底部（端部）１６ｂの開口に接続され、他端（先端）が開放された管状に形成されている。本体部１６に接続された圧力導入管１２の端部（根本部、基部）と反対側の端部（先端部）は、外周にテーパ状の拡径部１２ａを有し、たとえば内燃機関の吸気管や排気管に対してチューブやコネクタ２４（図３参照）を介して接続される。圧力導入管１２は、測定対象である被測定気体を本体部１６の開口に導入する。
【００１７】
外装ケース８のコネクタ部１７は、たとえば図示を省略するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に接続された配線のコネクタ部に接続され、本体部１６側の端部から円筒状の端部の内側へ延びる複数のコネクタピン９を介してセンサチップ１の出力信号をＥＣＵに出力する。
【００１８】
コネクタピン９は、たとえばインサート成形によって外装ケース８と一体に設けられている。コネクタピン９は本体部１６に埋め込まれ、たとえばＥＣＵに接続された配線のコネクタ部のピン孔に挿入される。コネクタピン９の本体部１６側の端部には、たとえばセンサ支持体３に設けられた接続端子７が接続される。 
センサ支持体３は、たとえば外装ケース８と同様の樹脂材料を素材として金型により成型することによって製作されている。センサ支持体３は、たとえば円盤状または円柱状に形成され、外周面から径方向に突出して外周面に沿って中心軸線１２Ａ方向に延びる突出部１８を有している。中心軸線１２Ａは、圧力導入管１２の中心軸線であり、本実施例では、センサ支持体３はその中心軸線が中心軸線１２Ａに重なるように配置されている。
【００１９】
本実施例の圧力センサにおいて、センサ支持体３は、圧力測定室１１側とは反対側の背面３ａに発熱体１４を備える。発熱体１４は、センサ支持体３の内部に埋め込まれても良いし、センサ支持体３の保温室１５に臨む表面上に実装されても良い。
【００２０】
以下、本実施例の圧力センサの作用について説明する。
【００２１】
本実施例の圧力センサは、前述のように、たとえば内燃機関の吸気や排気等の被測定気体Ａを測定するために用いられる。圧力センサは、外装ケース８に設けられた圧力導入管１２が、吸気管や排気管に対してチューブやコネクタ２４（図３参照）を介して接続され、外装ケース８に設けられたコネクタ部１７がＥＣＵに接続された配線のコネクタ部に接続される。吸気や排気等の被測定気体は、外装ケース８の圧力導入管１２を介して外装ケース８の本体部１６の圧力測定室１１に導入される。 
圧力測定室１１に導入された被測定気体の圧力によって、圧力測定室１１に臨むセンサチップ１のセンシング部のダイアフラムが変形し、センシング部から被測定気体の圧力に応じた電気信号が出力される。センサチップ１のセンシング部の出力は、ワイヤ４および接続端子７を介して外装ケース８のコネクタ部１７のコネクタピン９に出力され、ＥＣＵに接続された配線のコネクタ部を介してＥＣＵに入力される。これにより、圧力センサの出力に基づく被測定気体の圧力がＥＣＵにおいて計測される。
【００２２】
圧力センサのカバー１３や外装ケース８は、たとえば車両の走行時に取り込まれた外気によって冷却され、被測定気体の温度よりも低い温度になる傾向がある。特に、車両が高速走行を行った後に一時的に停車し、再び高速走行を行うような場合には、被測定気体の温度が上昇した状態で外気による冷却作用が大きくなり、圧力センサのカバー１３や外装ケース８と被測定気体との間の温度差が大きくなりやすい。また、圧力センサがディーゼルエンジンに適用された場合は、ディーゼル微粒子捕集フィルター（Diesel  particulate  filter：DPF）の再生時に、被測定気体の温度が外気よりも高温になり、圧力センサのカバー１３や外装ケース８と被測定気体との間の温度差が大きくなりやすい。
【００２３】
また、センサチップ１等を覆う保護材５として、たとえば高分子材料を用いた場合には、保護材５によって被測定気体に含まれる液体を遮断することができるが、高分子材料は水蒸気を透過させる性質を有する。そのため、被測定気体に含まれる水蒸気が保護材５に浸透した状態になる傾向がある。 
保護材５に水蒸気が浸透した状態で、保護材５の温度が、たとえば被測定気体の温度よりも大幅に低下し、たとえば被測定気体の露点よりも低下すると、保護材５によって覆われたセンサチップ１、ワイヤ４、接続端子７、およびこれらの接続部において、保護材５に浸透した水蒸気が結露して電食が生じ、圧力測定時の不具合や断線が発生するおそれがある。また、外気温等の条件によって、さらに保護材５の温度が低下して氷点下になると、保護材５内部で結露した水分が氷結するおそれがある。
【００２４】
そのため、センサ支持体３の背面３ａに搭載される発熱体１４によって、センサ支持体３の背面３ａを保温または加温することによって、保護材５の温度を保ち、保温室１５の空気層によって、断熱効果を持たせる。この場合、発熱体１４はセンサ支持体３の背面３ａに設けられているため、発熱体１４とカバー１３との間に空気層（断熱層）が構成され、カバー１３から外部に逃げる熱を減らすことができる。このため、発熱体１４での消費電力を低減することができる。
【００２５】
これにより、前述のように、外気によるカバー１３や外装ケース８の冷却効果が大きくなったり、外気と被測定気体との温度差が大きくなったりしても、センサ支持体３の温度が、被測定気体の露点よりも低くなったり、被測定気体の温度よりも大幅に低下したりするのを抑制することができる。そのため、被測定気体から保護材５に浸透した水蒸気がセンサチップ１の周囲で結露するのを抑制又は防止することができ、保護材５の内部で水分が氷結するのを抑制又は防止できる。
【００２６】
また、本実施例の圧力センサにおいて、センサチップ１は、コネクタピン９とともに出力端子を構成する接続端子７にワイヤ４を介して接続され、保護材５は、ワイヤ４を覆っている。このようなワイヤ４は、保護材５の温度低下時に結露による影響を受けやすいが、本実施例の圧力センサによれば、保護材５の温度低下を抑制して、ワイヤ４に対する結露を抑制することができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施例によれば、圧力測定素子としてセンサチップ１を用いた圧力センサ１において、被測定気体から保護材５に浸透した水蒸気がセンサチップ１の周囲で結露するのを抑制することができ、圧力測定時の不具合や断線の発生を防止することができる。
【００２８】
［実施例２］
図２は、本発明の実施例２に係る圧力センサの断面図である。実施例１と同様な構成には、実施例１と同じ符号を付し、説明を省略する。同じ符号を付した構成において、実施例１と相違する部分がある場合には、適宜説明する。
【００２９】
本実施例の圧力センサは、センサ支持体３を、センサチップ１を支持する側の支持面（圧力測定室１１に臨む表面、センサチップ支持側面）２０から背面３ａまで貫通し、センサ支持体３の支持面２０に臨む圧力測定室１１と、センサ支持体３の支持面２０と反対側の背面３ａに臨む保温室１１aとを連通している気体通路１９と、を有している。また、気体通路１９は、センサ支持体３に複数個を設けることもできる。本実施例の圧力センサのその他の構成は、図１に示す実施例１の圧力センサと同様である。
【００３０】
本実施例の圧力センサは、被測定気体を導入する圧力導入管１２を備え、この圧力導入管１２は、外装ケース８の本体部１６によって画定された保温室１１に接続されている。そのため、圧力導入管１２を介して外装ケース８の本体部１６に導入された被測定気体は、まず、本体部１６によって画定された圧力測定室１１に導入され、その後、センサ支持体３に設けられた気体通路１９を介して、カバー１３によって画定された保温室１１ａに導入される。実施例１では保温室１５には空気層が形成されるが、本実施例では保温室１１ａには被測定気体が導入される点で、実施例１と相違する。
【００３１】
また、本実施例の圧力センサは、前述の実施例１の圧力センサと同様に、発熱体１４によりセンサ支持体３の背面３ａ側を温める、又は保温することができる。さらに、本実施例では、圧力測定室１１と保温室１１ａとに導入された被測定気体によって、センサ支持体３の支持面２０と背面３ａとの両側が被測定気体によって覆われて温められ、または保温される。したがって、本実施例の圧力センサによれば、前述の実施例１の圧力センサと同様の効果を得ることができるほか、保温室１１ａを被測定気体によって温めることができる。
【００３２】
また、機関停止後の運転再開時、及び低温時における機関の始動時等の急峻な温度変化が生じる環境において、十分な温度低下の抑制効果を得られず、センサチップ１を覆う保護材５が温まるまでに時間を要し、センサチップ１を覆う保護材５の温度がポート内に導入された内燃機関の吸気等の被測定気体の温度よりも低下する期間が長く生じてしまい、センサチップ１の周囲への結露発生が懸念される。この期間を解消する手段として、保温室１１ａに搭載される発熱体１４を定期的に加熱することによって、保護材５が被測定気体によって覆われて温められるまでの間に保護材５を温めることが可能である。実施例１では保温室１５側の加温は発熱体１４だけで行う構成であったが、本実施例では被測定気体を併用することで、発熱体の消費電力及び駆動時間を減少させることができ、省電力化を実現することができる。
【００３３】
本実施例では、発熱体１４の発熱により保温室１１ａで温められた被測定気体が、気体通路１９を通じて圧力測定室１１側に対流することにより、この保温室１１ａから圧力測定室１１側に対流した被測定気体によっても保護材５を保温できる。このため、保温効果がさらに高まる。
【００３４】
［実施例３］
図３は、本発明の実施例３に係る圧力センサの断面図である。実施例１及び実施例２と同様な構成には、実施例１及び実施例２と同じ符号を付し、説明を省略する。同じ符号を付した構成において、実施例１及び実施例２と相違する部分がある場合には、適宜説明する。
【００３５】
本実施例の圧力センサは、センサ支持体３の支持面２０側とは反対側の背面３ａがカバー２１で覆われている。圧力導入孔１２で導入される被測定気体が配管２２から別配管２３で分岐されて、保温室１１ｂ内に導入される点で、図１及び図２に示す実施例１及び実施例２の圧力センサと異なっている。すなわち本実施例では、圧力導入管１２に導入される被測定気体を、圧力導入管１２を介することなく保温室１１ｂに導入する別配管２３を有する。本実施例の圧力センサのその他の構成は、図１及び図２に示す実施例１及び実施例２の圧力センサと同様である。
【００３６】
本実施例の圧力センサは、前述の実施例１乃至実施例２の圧力センサと同様に、圧力測定室１１と保温室１１ｂに導入された被測定気体によって、センサ支持体３の支持面２０と背面３ａとの両側が被測定気体によって温められ、または保温される。したがって、本実施例の圧力センサによれば、実施例２の圧力センサと同様の効果を得ることができる。
【００３７】
本実施例の圧力センサは、発熱体１４を備えていることから、実施例１及び実施例２と同様に、保温室２０に搭載される発熱体１４を定期的に加熱することによって、被測定気体によって覆われて温められるまでに、保温が可能である。
【００３８】
そして発熱体１４と被測定気体とを併用することで、実施例２と同様に、発熱体の消費電力及び駆動時間を減少させることができ、省電力化を実現することができ、実施例２と同様の効果を得ることが可能である。
【００３９】
さらに本実施例では、被測定気体を配管２２から分岐する別配管２３で保温室１１ｂ内に導入するため、別配管２３の断面積を大きくすることが可能で、保温室１１ｂに導入する被測定気体の量を増加することができる。すなわち、被測定気体の導入量に対する設計自由度が高い。
【００４０】
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１…センサチップ、２…ガラス台座、４…ワイヤ、８…外装ケース、９…コネクタピン、１０…充填材、１１…圧力測定室、１１a、１１ｂ、１５…保温室、１２…圧力導入管、１３…カバー、１４…発熱体、１６…本体部、１７…コネクタ、１８…突出部、３…センサ支持体、２０…支持面、３a…背面、７…接続端子（出力端子）、１９…気体通路、５…保護材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019219343.tif 000005