(57)【要約】【課題】  ハウジングに設置されている圧力センサに熱応力による歪が作用しにくく、正確な圧力値を検知できる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。【解決手段】  吸気圧測定装置に設置される圧力検知装置１０では、ハウジング１１に、外壁部１４で囲まれた検知空間１５が形成され、検知空間１５内では、両端部１６ｂ，１６ｃが外壁部１４に連結された内壁部１６が一体に形成されている。内壁部１６は円筒形状であり、内壁部１６と外壁部１４との間にセンサ収納部１７が形成されている。センサ収納部１７では、圧力センサ２１が、外壁部１４よりも内壁部１６に接近した位置で、熱応力の影響が最も少ない領域に配置されている。【選択図】図２
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【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、前記検知空間内に位置する内壁部とが一体に形成され、前記内壁部はその両端部が前記外壁部に連結されており、前記圧力センサは、前記検知空間内において、前記外壁部の内面よりも前記内壁部の内面に接近した位置に固定されていることを特徴とする圧力検知装置。
【請求項２】
前記内壁部は湾曲形状であり、前記圧力センサは、前記内壁部の凹側の内面に接近して配置されている請求項１記載の圧力検知装置。
【請求項３】
前記外壁部が円筒形状であり、前記内壁部は円筒の一部を構成する円弧形状である請求項２記載の圧力検知装置。
【請求項４】
前記内壁部は１８０度以上の角度範囲で形成されている請求項３記載の圧力検知装置。
【請求項５】
前記内壁部は、直線部と角部とを有する形状であり、前記圧力センサが前記角部の内側に固定されている請求項１記載の圧力検知装置。
【請求項６】
前記圧力センサが最も接近している前記内壁部の内面と、前記圧力センサの中心とを通過する中心線Ｏ上において、前記圧力センサの中心から前記内壁部の内面までの距離Ｌ２と、前記圧力センサを挟んで位置している前記内壁面の内面から前記外壁面の内面までの距離Ｌ１との比（Ｌ２／Ｌ１）が１／３以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の圧力検知装置。
【請求項７】
前記ハウジングは合成樹脂材料で形成され、前記ハウジングに端子板が埋設されており、前記圧力センサは前記端子板と重ならない位置に配置されている請求項１ないし６のいずれかに記載の圧力検知装置。
【請求項８】
前記圧力センサは、前記外壁部で囲まれた前記検知空間の中心部に配置されている請求項１ないし７のいずれかに記載の圧力検知装置。
【請求項９】
請求項１ないし８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。
【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測定する吸気圧測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、内燃機関の吸気通路の圧力を測定する吸気圧測定装置が開示されている。
【０００３】
この吸気圧測定装置は、主ハウジングに２つの室が凹状に区画して形成されている。一方の室に圧力検出要素である圧力センサチップが固定されて、圧力センサチップが保護ゲルで覆われている。他方の室に信号処理要素としてＩＣパッケージが固定されている。
【０００４】
主ハウジングの２つの室を覆うカバーが設けれ、カバーに内燃機関の吸気通路の圧力を導入する圧力導入管が一体に形成されている。この圧力導入管が圧力センサチップに対向し、前記吸気通路の圧力が圧力センサチップで検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６２０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているように、この種の吸気圧測定装置では、主ハウジングに金属製のリードフレームが埋設されているため、リードフレームと主ハウジングとの熱膨張係数の差により圧力センサチップに熱歪が与えられやすい。
【０００７】
さらに、主ハウジングが、筐体であるカバーと組み合わされて使用されるときに、主ハウジングに締め付け力や振動などの機械的な応力が与えられることも多い。
【０００８】
特許文献１の図２に記載された構造では、圧力センサチップが、主ハウジングの一方の室において外壁側に接近して配置されている。そのため、熱応力または機械的な応力に起因して主ハウジングに発生する歪が圧力センサチップに直接に作用しやすくなる。圧力センサチップに与えられる歪みは圧力の変化以外の外乱となり、吸気圧を正確に測定することができなくなる。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、ハウジングに設置された圧力センサに熱応力などによる歪が作用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、前記検知空間内に位置する内壁部とが一体に形成され、前記内壁部はその両端部が前記外壁部に連結されており、前記圧力センサは、前記検知空間内において、前記外壁部の内面よりも前記内壁部の内面に接近した位置に固定されている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、ハウジングに外壁部とこの外壁部の内部を横断する内壁部とが一体に形成され、圧力センサが内壁部に接近した位置に配置されている。この補強構造により、熱応力などによりハウジングに発生する歪が、圧力センサに直接に作用しにくくなる。
【００１２】
本発明は、前記内壁部は湾曲形状であり、前記圧力センサは、前記内壁部の凹側の内面に接近して配置されている。
【００１３】
例えば、前記外壁部が円筒形状であり、前記内壁部は円筒の一部を構成する円弧形状であることが好ましい。さらには、前記内壁部は１８０度以上の角度範囲で形成されていることが好ましい。
【００１４】
内壁部が湾曲形状であり、好ましくは１８０度以上の角度範囲の円筒形状であると、ハウジングに作用する歪が内壁部で分散されることになり、内壁部に接近している圧力センサに歪が及びにくくなる。
【００１５】
また、本発明は、前記内壁部が、直線部と角部とを有する形状であり、前記圧力センサが前記角部の内側に固定されているものとして構成することができる。
【００１６】
本発明は、前記圧力センサが最も接近している前記内壁部の内面と、前記圧力センサの中心とを通過する中心線Ｏ上において、前記圧力センサの中心から前記内壁部の内面までの距離Ｌ２と、前記圧力センサを挟んで位置している前記内壁面の内面から前記外壁面の内面までの距離Ｌ１との比（Ｌ２／Ｌ１）が１／３以下であることが好ましい。
【００１７】
さらに、前記ハウジングは合成樹脂材料で形成され、前記ハウジングに端子板が埋設されており、前記圧力センサは前記端子板と重ならない位置に配置されていることが好ましい。
【００１８】
また、前記圧力センサは、前記外壁部で囲まれた前記検知空間の中心部に配置されていることが好ましい。
【００１９】
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】
【００２０】
本発明は、ハウジングと端子板との熱膨張係数の差に基づく熱応力が作用しても、外壁部と内壁部とによる補強構造により、ハウジングに生じる歪が、圧力センサに直接作用するのを阻止できるようになる。そのため、ハウジングの歪が原因となって圧力値の測定に大きな誤差が生じるという現象を防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】第１の実施の形態の圧力検知装置での熱応力の影響を示す説明図、
【図５】本発明の第２の実施の形態の圧力検知装置の正面図、
【図６】本発明の第３の実施の形態の圧力検知装置の正面図、
【図７】本発明の第４の実施の形態の圧力検知装置の正面図、
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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を経て圧力検知装置１０に与えられる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。内壁部１６が形成されている角度範囲、すなわちβは１８０度以上で２７０度以下である。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。図２では、内壁部１６の内面（センサ収納部１７の開口縁）において圧力センサ２１の中心２１ａが最も接近した点Ｐ１が示され、点Ｐ１と圧力センサ２１の中心２１ａとを結ぶ中心線Ｏが示されている。また、内壁部１６の内面（センサ収納部１７の開口縁）において、中心線Ｏが通過する他方の点Ｐ２が示されている。センサ収納部１７の開口寸法すなわち点Ｐ１と点Ｐ２との距離Ｌ１と、圧力センサ２１の中心２１ａと前記点Ｐ１との距離Ｌ２との比（Ｌ２／Ｌ１）は、１／３以下となっている。
【００３２】
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。
【００３３】
ＩＣパッケージ２２内の集積回路の電源入力端子や出力端子は端子板１２に導通させられている。図３に示すように、ハウジング１１に埋設されている端子板１２の一部は、センサ収納部１７の背部に重なって位置している。センサ収納部１７と端子板１２とが重なっている領域のＺ方向の長さＬ３と、センサ収納部１７のＺ方向の開口寸法Ｌ１との比（Ｌ３／Ｌ１）は、１／２以下であり、さらに１／３以下が好ましい。センサ収納部１７の開口面積に対する、センサ収納部１７と重なっている端子の面積の比も、１／２以下であり、好ましくは１／３以下である。
【００３４】
そして、ハウジング１１に埋設されている端子板１２と圧力センサ２１は、前後方向（Ｘ方向）において重なっていない。
【００３５】
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。
【００３６】
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に位置している。そのため、センサ収納部１７の前面に付着する水分は、弾性体２３の表面２３ａを伝わって、逃げ空間１８内に導かれるようになり、水分が圧力センサ２１に不要な力を与えるのを防止できるようになっている。
【００３７】
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。
【００３８】
吸気圧測定装置１に装備されている圧力検知装置１０は、温度変化が激しい環境下で使用されるのが一般的である。そのため、端子板１２ならびに板部１３とハウジング１１との熱膨張係数の差によって、ハウジング１１に熱応力が作用しやすい。また、吸気圧測定装置１の筐体２から与えられる締め付け力や振動などによってもハウジング１１に応力が作用することが多い。
【００３９】
圧力検知装置１０は、ハウジング１１に円筒状の外壁部１４が形成されて、この外壁部１４で囲まれた領域が、吸気圧が作用する検知空間１５となっている。検知空間１５の内部では、両端部１６ｂ，１６ｃが外壁部１４に連結された内壁部１６が一体に形成され、内壁部１６と外壁部１４との間にセンサ収納部１７が形成されている。外壁部１４の内側に内壁部１６が渡されていることにより、ハウジング１１の剛性が高くなっている。
【００４０】
内壁部１６は湾曲形状であり、円筒形状であるため、検知空間１５の底部に作用する応力は、湾曲形状の内壁部１６で分散されて内壁部１６の近くで応力が集中しにくくなっている。特に、円弧形状の内壁部１６の範囲βが１８０度以上で２７０度以下の範囲で形成されているため、内壁部１６の円筒構造を広い範囲に形成でき、円筒構造の内壁部１６によって応力と歪が分散されやすくなっている。
【００４１】
圧力センサ２１は、内壁部１６の凹側の内壁面に接近して位置している。すなわち、圧力センサ２１は、外壁部１４の内面よりも内壁部１６の内面に接近した位置に固定されている。図２に示すように、点Ｐ１から点Ｐ２までの距離Ｌ１に対する、圧力センサ２１の中心２１ａから点Ｐ１までの距離Ｌ２の比（Ｌ２／Ｌ１）が１／３以下であるため、熱応力などによりハウジング１１に歪が生じたとしても、その歪が圧力センサ２１に直接に与える影響がきわめて少なくなる。
【００４２】
さらに、センサ収納部１７において、圧力センサ２１が端子板１２と重ならない位置に配置されているため、ハウジング１１と端子板１２との熱膨張係数の差に起因する熱応力が圧力センサ２１に作用しにくくなっている。
【００４３】
次に、ハウジング１１には筐体２から与えられる締め付け力や振動などによって機械的な応力が与えられる。この機械的な応力は、外壁部１４から検知空間１５の中央に向けて作用する。そのため、応力は、外壁部１４に近い外周部で大きく、中央部に向かうにしたがって小さくなる。
【００４４】
そこで、実施の形態では、図２に示すように、圧力センサ２１の中心２１ａが、外壁部１４で囲まれた検知空間１５の中心部（図心または重心位置）に配置されている。これにより、機械的な応力が圧力センサ２１に与える影響を低減できる。
【００４５】
圧力センサ２１は、圧力によってダイヤフラム部に与えられる歪が圧電素子などで検知されて圧力値が測定されるものであるが、ハウジング１１に生じる応力の影響を受けにくい場所に圧力センサ２１が配置されているため、圧力センサ２１のダイヤフラム部に、測定すべき圧力の変化以外の歪が与えられるのを防止しやすくなる。
【００４６】
図５は本発明の第２の実施の形態の圧力検知装置１１０に使用されるハウジングの外壁部１１４と内壁部１１６の形状を説明するためのものである。
【００４７】
この圧力検知装置１１０は、外壁部１１４が円筒形状であり、外壁部１１４で囲まれた検知空間１１５の内部に、検知空間１１５の面積をほぼ二分する内壁部１１６が設けられている。内壁部１１６は、右端部１１６ｂと左端部１１６ｃが外壁部１１４に一体に連結されている。そして、内壁部１１６と外壁部１１４とで囲まれた領域にセンサ収納部１１７が形成されている。
【００４８】
内壁部１１６は湾曲形状であり、その凹側の内面に、圧力センサ２１が接近して固定されている。
【００４９】
図５に示す圧力検知装置１１０も、熱応力などの歪が圧力センサ２１に作用しにくくなり、測定すべき圧力値に対して、応力による歪に起因するノイズが重畳するのを阻止しやすくなる。
【００５０】
図６に示す第３の実施の形態の圧力検知装置２１０は、外壁部２１４とこれに囲まれた検知空間２１５と、両端部２１６ｂ，２１６ｃが外壁部２１４に連結された内壁部２１６と、内壁部２１６で囲まれたセンサ収納部２１７とを有している。
【００５１】
内壁部２１６は直線部と角部を有する形状であり、圧力センサ２１は、内壁部２１６の２つの角部の内側である２１Ａと２１Ｂのいずれか一方の箇所または双方の箇所に配置される。
【００５２】
ハウジングに与えられる機械的な応力または熱応力は、内壁部２１６の直線部の中央部分に集中しやすく、角部に集中しにくいため、角部の内側に圧力センサ２１を配置することで、圧力センサ２１に応力が作用しにくくなる。
【００５３】
図７に示す第４の実施の形態の圧力検知装置３１０は、矩形状の外壁部３１４が形成され、これに囲まれた矩形状の検知空間３１５を有している。なお、前記各実施の形態においても、外壁部を矩形状とすることは可能である。図７では、両端部３１６ｂ，３１６ｃが外壁部３１４に連結された内壁部３１６でセンサ収納部３１７が形成されている。
【００５４】
内壁部３１６は直線部と１つの角部が設けられ、圧力センサ２１は、１つの角部の内側に配置されている。
【実施例】
【００５５】
図４には、圧力検知装置１０のハウジングに作用する熱応力のシミュレーション結果が示されている。
【００５６】
図４（Ｂ）に示す実施例の圧力検知装置１０の構成は、図１ないし図３に示す第１の実施の形態と同じ構造のハウジング１１を備えたものである。図４（Ａ）は比較例を示すものであり、第１の実施の形態の圧力検知装置１０のハウジング１１から内壁部１６を除去したものに相当している。
【００５７】
シミュレーションでは、ハウジング１１の材質をＰＰＳとし、端子板１２と板部１３の材質を銅板としている。ハウジング１１の外壁部１４の前端面１４ａを固定し、すなわち前端面１４ａの形状が変化しないものとして、温度を０℃から１００℃まで上げたときの、ハウジング１１の各部分の熱応力の集中状態を解析している。
【００５８】
このシミュレーションによれば、図４（Ａ）に示す比較例では、外壁部１４で囲まれた検知領域の内部において、底部に比較的大きな熱応力が分布しているのに対して、図４（Ｂ）に示す実施例では、内壁部１６に接近している部分での熱応力が小さく、特に、圧力センサ２１が固定される領域Ｍに、熱応力がほぼゼロとなるスポットが形成されるのを確認できる。
【符号の説明】
【００５９】
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
１５  検知空間
１６  内壁部
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
１１０  圧力検知装置
１１４  外壁部
１１６  内壁部
１１７  センサ収納部
２１０  圧力検知装置
２１４  外壁部
２１６  内壁部
２１７  センサ収納部
３１０  圧力検知装置
３１４  外壁部
３１６  内壁部
３１７  センサ収納部
【図１】
2015059799.tif 000003
【図２】
2015059799.tif 000004
【図３】
2015059799.tif 000005
【図５】
2015059799.tif 000006
【図６】
2015059799.tif 000007
【図７】
2015059799.tif 000008
【図４】
2015059799.tif 000009