(57)【要約】【課題】導入経路に異物が付着したか否かを判定することのできる圧力センサを提供する。【解決手段】測定媒体を圧力検出素子２２に導入する導入経路８０を測定媒体が有する周波数と異なる共鳴周波数を有するように構成する。そして、導入経路８０の共鳴周波数が所定の周波数の範囲外である場合、導入経路８０に異物１００が付着していると判定する自己診断を行う診断手段２３を備える。【選択図】図４
2015161601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定媒体の圧力を導入する圧力導入孔（１３）が形成されたケース（１０）と、
前記ケースに搭載され、前記測定媒体の圧力に応じてセンサ信号を出力する圧力検出素子（２２）と、を備え、
前記測定媒体を前記圧力検出素子に導入する導入経路（８０）が前記圧力導入孔を含んで構成されており、
前記導入経路は、前記測定媒体が有する周波数と異なる共鳴周波数を有しており、
前記導入経路の共鳴周波数が所定の周波数の範囲外である場合、前記導入経路に異物（１００）が付着していると判定する自己診断を行う診断手段（２３）を備えていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記圧力導入孔と前記圧力検出素子との間には、部屋（１４）が構成され、
前記導入経路は、前記圧力導入孔および前記部屋にて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記診断手段は、前記センサ信号のうちの前記測定媒体が有する周波数成分を通す第１フィルタ（２３ｂ）と、前記センサ信号のうちの前記導入経路が有する共鳴周波数成分を通す第２フィルタ（２３ｃ）と、前記第２フィルタと接続されて前記第２フィルタから入力された信号と基準信号との位相差に応じた信号を出力する位相同期回路（２３ｄ）と、前記位相同期回路と接続されて前記位相同期回路から入力された信号が所定の範囲内であるか否かを判定する判定回路（２３ｅ）と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導入経路に導入された測定媒体の圧力に応じたセンサ信号が圧力検出素子から出力される圧力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ケースに複数の圧力導入孔が形成されたポート部を組み付け、ケースとポート部との間に構成される圧力検出室に、測定媒体の圧力に応じたセンサ信号を出力する圧力検出素子を備えた圧力センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、このような圧力センサでは、ポート部には、各圧力導入孔のうちのケース側の端部が広げられることで壁面がテーパ状とされた部屋が構成されており、この部屋を含んで圧力検出室が構成されている。そして、圧力導入孔および圧力検出室によって構成される導入経路を介して測定媒体が圧力検出素子に印加されると、当該圧力検出素子から測定媒体の圧力に応じたセンサ信号が出力される。
【０００４】
このような圧力センサによれば、結露によって圧力検出室内に水滴が発生した場合、当該水滴はテーパ状とされている部屋の壁面を滑り落ちて各圧力導入孔から外部に排出される。すなわち、各圧力導入孔を通過する水滴の量が減ることになり、圧力導入孔が閉塞されることを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９２２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記圧力センサでは、各圧力導入孔が水滴によって閉塞されることを抑制することができるものの、圧力導入孔が閉塞されることを完全に防止することは困難である。また、圧力導入孔は、外部空間に存在する埃や塵等によって閉塞される可能性もある。
【０００７】
そして、上記圧力センサでは、圧力導入孔（導入経路）が水滴、埃、塵等の異物によって閉塞されたとしても、圧力検出素子は閉塞された空間の圧力に応じた信号を出力し続ける。すなわち、上記圧力センサでは、測定媒体の圧力を正確に検出することができない場合があるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、導入経路に異物が付着したか否かを判定することの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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、測定媒体の圧力を導入する圧力導入孔（１３）が形成されたケース（１０）と、ケースに搭載され、測定媒体の圧力に応じてセンサ信号を出力する圧力検出素子（２２）と、を備え、以下の点を特徴としている。
【００１０】
すなわち、測定媒体を圧力検出素子に導入する導入経路（８０）が圧力導入孔を含んで構成されており、導入経路は、測定媒体が有する周波数と異なる共鳴周波数を有しており、導入経路の共鳴周波数が所定の周波数の範囲外である場合、導入経路に異物（１００）が付着していると判定する自己診断を行う診断手段（２３）を備えていることを特徴としている。
【００１１】
このように、導入経路の共鳴周波数が所定の周波数の範囲外であるか否かを判定することにより、導入経路に異物が付着しているか否かを判定する自己診断を行うことができる。このため、導入経路が閉塞されたままの状態で圧力検出を行うことを抑制できる。
【００１２】
また、導入経路の共鳴周波数は、導入経路の異物の付着状況によって変化する。このため、比較する周波数の範囲を適宜設定することにより、導入経路が異物によって完全に閉塞されていなくても、測定媒体を適切に導入できないような場合に異常があると自己診断することができる。
【００１３】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態における圧力センサの断面図である。
【図２】図１に示す圧力センサの別の断面図である。
【図３】図１中の二点鎖線で囲まれた領域Ａの拡大図である。
【図４】回路チップの回路構成を示す図である。
【図５】（ａ）は導入経路の模式図、（ｂ）は共鳴周波数とセンサ信号との関係を示す図である。
【図６】（ａ）は導入経路に異物が付着したときの模式図、（ｂ）は共鳴周波数とセンサ信号との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサは、例えば、車両のドア内のスペースに取り付けられ、車両のドア内の圧力を検出する圧力センサとして用いられると好適である。
【００１７】
図１および図２に示されるように、圧力センサはケース１０を備えている。このケース１０は、例えば、樹脂材料を型成形することにより作られた略円柱状とされている。そして、一端部（図１中紙面上側の端部）側に凹部１１が形成されていると共に、他端部（図１中紙面下側の端部）側に開口部１２が形成されている。
【００１８】
また、ケース１０には、凹部１１内の空間と外部空間とを連通し、測定媒体を外部空間から導入するための圧力導入孔１３が形成されている。なお、図１では、圧力導入孔１３として測定媒体が通過する経路が屈曲する形状のものを示しているが、測定媒体が通過する経路が屈曲しない形状とされていてもよい。
【００１９】
そして、ケース１０の凹部１１には、センサユニット２０が配置されている。センサユニット２０は、図３に示されるように、一面２１ａおよび他面２１ｂを有し、配線パターンやビア等を介して一面２１ａと他面２１ｂとの間が電気的に接続されるセラミック基板やプリント基板等の配線基板２１を有している。そして、配線基板２１の一面２１ａには、センサチップ２２や回路チップ２３が搭載され、これらセンサチップ２２および回路チップ２３はボンディングワイヤ２４を介して配線基板２１と電気的に接続されている。また、配線基板２１の他面２１ｂには、コンデンサ等の電子部品２５が図示しない導電性接着剤等を介して搭載されている。
【００２０】
センサチップ２２は、測定媒体の圧力に応じたセンサ信号を出力するものであり、本発明の圧力検出素子に相当している。本実施形態では、ダイヤフラムにブリッジ回路を構成するようにゲージ抵抗が形成され、ダイヤフラムに圧力が印加されるとゲージ抵抗の抵抗値が変化してブリッジ回路の電圧が変化し、この電圧の変化に応じたセンサ信号を出力する半導体ダイヤフラム式のものが用いられる。
【００２１】
回路チップ２３は、センサ信号に対して所定の処理を行う信号処理機能等を有するものであり、本発明の診断手段に相当している。本実施形態では、回路チップ２３は、図４に示されるように、センサチップ２２から出力されたセンサ信号を所定倍に増幅して出力する増幅回路２３ａを有している。また、増幅回路２３ａに接続されたローパスフィルタ２３ｂおよびバンドパスフィルタ２３ｃ、バンドパスフィルタ２３ｃに接続された位相同期回路（ＰＰＬ回路）２３ｄ、位相同期回路２３ｄに接続された判定回路２３ｅ等を有している。
【００２２】
なお、本実施形態では、ローパスフィルタ２３ｂが本発明の第１フィルタに相当し、バンドパスフィルタ２３ｃが本発明の第２フィルタに相当している。
【００２３】
ここで、具体的には後述するが、回路チップ２３の処理について簡単に説明する。センサチップ２２からセンサ信号が出力されると、当該センサ信号は増幅回路２３ａで所定倍に増幅された後、ローパスフィルタ２３ｂおよびバンドパスフィルタ２３ｃに入力される。そして、ローパスフィルタ２３ｂに入力されたセンサ信号は、所定周波数以上の成分が減衰されて外部回路３０に出力される。なお、ローパスフィルタ２３ｂは、測定媒体が有する可能性のある周波数成分を通すように設計されている。
【００２４】
一方、バンドパスフィルタ２３ｃに入力されたセンサ信号は、所定周波数以下の成分が減衰されて位相同期回路２３ｄに出力される。位相同期回路２３ｄは、位相比較器、分周回路、電圧制御発振器等を有し、入力信号の位相と分周器から出力される基準信号の位相との差に応じた信号を出力する周知のものが用いられる。つまり、位相同期回路２３ｄは、バンドパスフィルタ２３ｃを介して入力された信号の位相と、基準信号の位相との位相差に応じた信号を出力する。なお、バンドパスフィルタ２３ｃは、後述する導入経路８０が有する可能性のある共鳴周波数成分を通すように設計されている。
【００２５】
そして、判定回路２３ｅでは、位相同期回路２３ｄから入力された信号が所定の範囲内であるか否かを判定し、判定結果を外部回路３０に出力する。
【００２６】
また、センサユニット２０は、図３に示されるように、樹脂材料を型成形することにより作られた接続部材２６を有している。この接続部材２６は、本実施形態では、配線基板２１の外縁に沿った枠状とされ、一端部（図１中紙面上側の端部）と他端部（図１中紙面下側の端部）との間の部分に内側に突出した突出部２６ａを有している。そして、一端部側が配線基板２１の側面に沿って配置されると共に、他端部側が配線基板２１の一面２１ａから突出するように、突出部２６ａのうちの一端部側の部分が配線基板２１の一面２１ａのうちの外縁部に接着剤２７を介して接合されている。
【００２７】
また、配線基板２１の一面２１ａ側には、接続部材２６で囲まれる空間に、センサチップ２２や回路チップ２３、ボンディングワイヤ２４を封止するように、保護部材２８が配置されている。つまり、接続部材２６は、保護部材２８が濡れ広がることを抑制するダムとしての機能を有している。なお、保護部材２８としては、例えば、シリコーンゲルやフッ素ゲル等の耐腐食性や耐薬品性等に優れたものが用いられる。
【００２８】
以上がセンサユニット２０の構成である。そして、このセンサユニット２０は、図１および図２に示されるように、凹部１１の底面に形成された圧力導入孔１３の開口部を閉塞するように、凹部１１に搭載されている。具体的には、配線基板２１の一面２１ａが凹部１１の底面と対向するように、接続部材２６の他端部側が凹部１１の底面に接着剤２９を介して搭載されている。
【００２９】
また、センサユニット２０が凹部１１に搭載されることにより、保護部材２８と凹部１１の底面との間に部屋１４が形成されている。つまり、本実施形態の圧力センサでは、圧力導入孔１３に導入された測定媒体は、部屋１４に導入された後にセンサチップ２２に印加される。すなわち、本実施形態では、圧力導入孔１３および部屋１４によって本発明の導入経路が構成されている。
【００３０】
また、ケース１０には、配線基板２１と電気的に接続される複数本の金属製棒状のターミナル４０が備えられており、各ターミナル４０はインサートモールドによりケース１０と一体に成形されることによってケース１０内に保持されている。
【００３１】
具体的には、各ターミナル４０は、一端部が凹部１１内に突出しており、他端部が開口部１２内に突出するようにケース１０内に保持されている。そして、凹部１１内に突出している各ターミナル４０の一端部は、ボンディングワイヤ５０を介して配線基板２１と電気的に接続されている。また、各ターミナル４０の他端部は、図示しない外部配線部材を介して外部回路３０と電気的に接続される。つまり、回路チップ２３からの信号は、ターミナル４０を介して外部回路３０に出力される。
【００３２】
また、ケース１０には、凹部１１を閉塞するように、樹脂材料が型成形されることによって作られた蓋部６０が図示しない接着剤等を介して接合されている。さらに、ケース１０のうちの一端部と他端部との間には、圧力センサを被取付部材に取り付けるためのボルト７０もインサート成形されている。
【００３３】
以上が本実施形態における圧力センサの構成である。このような圧力センサでは、図５（ａ）に示されるように、圧力導入孔１３および部屋１４によって所定の共鳴周波数を有する導入経路（共鳴管）８０が構成される。なお、導入経路８０の共鳴周波数は、測定媒体が有する可能性のある周波数とは異なる周波数とされている。本実施形態では、測定媒体が有する可能性のある周波数が数百Ｈｚであるため、導入経路８０は、共鳴周波数が数〜数十ＫＨｚとなるように設計されている。
【００３４】
このため、図５（ｂ）に示されるように、この共鳴周波数と一致する周波数成分を有する音が外部の音源９０から印加されると、共鳴によってセンサ信号にピーク値が出現する。
【００３５】
そして、図６（ａ）に示されるように、圧力導入孔１３に異物１００が付着すると、圧力導入孔１３の断面積が小さくなり、測定媒体が通過する経路が狭くなる。このため、図６（ｂ）に示されるように、導入経路８０の共鳴周波数が低くなり、ピーク値が変動する。
【００３６】
なお、部屋１４に異物１００が付着した場合には、部屋１４の体積が小さくなるため、導入経路８０の共鳴周波数は高くなる。
【００３７】
次に、上記圧力センサの作動について具体的に説明する。上記圧力センサは、例えば、車両のドア内のスペースに取り付けて用いられる。なお、車両のドア内のスペースとは、ドアの室外側を構成するアウターパネルと室内側のドアトリムとに挟まれたスペースのことである。また、アウターパネルとドアトリムとの間にインナートリムが配置される場合には、ドア内のスペースとは、アウターパネルとインナーパネルに挟まれたスペース、またはインナートリムとドアトリムとに挟まれたスペースのことである。
【００３８】
そして、圧力導入孔１３に測定媒体が導入されると、センサチップ２２から測定媒体の圧力に応じたセンサ信号が出力される。また、車両に搭載されているスピーカ等の音源９０から導入経路８０の共鳴周波数と一致する周波数の音が印加されると、当該周波数においてピーク値が出現する。
【００３９】
そして、図３に示されるように、センサチップ２２から出力されたセンサ信号は、増幅回路２３ａで増幅された後、ローパスフィルタ２３ｂおよびバンドパスフィルタ２３ｃに入力される。そして、ローパスフィルタ２３ｂから出力された信号は外部回路３０に入力され、外部回路３０は当該信号に基づいて測定媒体の圧力の検出を行う。
【００４０】
また、バンドパスフィルタ２３ｃから出力される信号は位相同期回路２３ｄに入力される。そして、位相同期回路２３ｄは、バンドパスフィルタ２３ｃから入力された信号の位相と基準信号の位相との位相差に応じた信号を出力する。
【００４１】
ここで、上記のように、導入経路８０に異物１００が付着している場合には、共鳴周波数が変化するため、位相同期回路２３ｄから出力される信号は、導入経路８０の異物１００の付着状況によって変化する。そして、判定回路２３ｅは、この信号が所定の範囲内にあるか否かを判定し、信号が所定の範囲外である場合に導入経路８０に異物１００が付着していると判定して判定結果を外部回路３０に入力する。つまり、判定回路２３ｅは、導入経路８０の共鳴周波数が所定の周波数の範囲外である場合、導入経路８０に異物１００が付着していると判定して判定結果を外部回路３０に入力する。
【００４２】
そして、圧力センサが車両に搭載されて用いられる場合には、外部回路３０は乗員に圧力センサに異常がある旨を報知する。例えば、外部回路３０は、ハンドルの前方またはダッシュボードの中央部に配された計器表示盤の一部に配置される液晶ディスプレイに異常発生の表示をしたり、音源９０から異常発生の音声を流す等して乗員に報知することができる。
【００４３】
以上説明したように、導入経路８０の共鳴周波数が所定の周波数の範囲外であるか否かを判定することにより、導入経路８０に異物１００が付着しているか否かを判定する自己診断を行うことができる。そして、このように自己診断を行うことにより、例えば、圧力センサが車両に搭載されて用いられる場合には、乗員に圧力センサの異常を報知でき、導入経路８０が閉塞されている状態で圧力の検出を行うことを抑制できる。
【００４４】
また、上記圧力センサでは、導入経路８０が完全に閉塞されなくても判定できる。つまり、判定回路２３ｅで比較する周波数の範囲を適宜設定することにより、導入経路８０が完全に閉塞されていなくても、測定媒体を適切に導入できないような場合に異常があると判定できる。
【００４５】
さらに、上記圧力センサでは、自己診断を行うための新たな別部材を配置する必要がなく、構造が複雑になることを抑制できる。
【００４６】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００４７】
例えば、上記第１実施形態において、導入経路８０が圧力導入孔１３のみで形成されていてもよい。
【００４８】
また、上記第１実施形態において、回路チップ２３は、配線基板２１の他面２１ｂに配置されていてもよい。同様に、電子部品２５は、配線基板２１の一面２１ａに配置されていてもよい。
【００４９】
そして、上記第１実施形態において、導入経路８０は、測定媒体が有する可能性のある周波数より低い共鳴周波数を有するように構成されていてもよい。
【００５０】
さらに、上記第１実施形態において、音源９０として、車両走行中に発生するエンジン音等の外乱ノイズ（ホワイトノイズ）を用いてもよい。また、音源９０は、例えば、凹部１１内に配置されていてもよい。つまり、音源９０を備える圧力センサとしてもよい。
【００５１】
そして、上記第１実施形態において、ケース１０は、２部材で構成されていてもよい。例えば、圧力導入孔１３が形成された第１部材と、センサユニット２０を搭載する第２部材とを組み付けてケース１０を構成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０    ケース
１３    圧力導入孔
２２    圧力検出素子
２３    診断手段
８０    導入経路
１００  異物
【図１】
2015161601.tif 000003
【図２】
2015161601.tif 000004
【図３】
2015161601.tif 000005
【図４】
2015161601.tif 000006
【図５】
2015161601.tif 000007
【図６】
2015161601.tif 000008