(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コモンレール式燃料噴射制御装置のコモンレールに取着されてレール圧の検出に用いられる圧力センサであって、
前記レール圧を受けるダイヤフラムの一方の面と反対側の面上に配置される第１のセンサ素子及び第２のセンサ素子を備え、前記第１のセンサ素子及び前記第２のセンサ素子は、ひずみゲージを用いてなり、
前記第１のセンサ素子は、第１抵抗体、第２抵抗体、第３抵抗体、第４抵抗体を含むつづら折り形状の抵抗体を有し、
前記第２のセンサ素子は、第５抵抗体、第６抵抗体、第７抵抗体、第８抵抗体を含むつづら折り形状の抵抗体を有し、
前記ダイヤフラムの面上に前記第１のセンサ素子と絶縁層と前記第２のセンサ素子とが順に積層され、かつ、前記第１抵抗体と前記第５抵抗体、前記第２抵抗体と前記第６抵抗体、前記第３抵抗体と前記第７抵抗体、前記第４抵抗体と前記第８抵抗体がそれぞれ同じ方向に延設されており、
前記第１のセンサ素子及び前記第２のセンサ素子は、前記ダイヤフラムの変形に応じた電圧変化をそれぞれ出力可能に構成されてなることを特徴とする圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサに係り、特に、コモンレール式燃料噴射制御装置におけるレール圧を検出するに適したセンサの信頼性向上等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるコモンレール式燃料噴射制御装置において、レール圧は燃料噴射制御の良否等に影響を与える重要な要素の一つであるため、その検出には、高い安定性、信頼性が求められることから、センサ自体のみならず、検出信号の処理方法等についても従来から様々な技術が提案、実用化されていることは良く知られている通りである（例えば、特許文献１等参照）。
コモンレール式燃料噴射制御装置のレール圧検出に用いられるセンサは、通常、一つの検出信号が出力可能に構成されたものが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６８６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、１つの検出信号だけでは、センサの故障や断線等により出力が異常となった場合に、その検出信号が即座に正常か否かの判定が難しい場合や、また、確実な次善の策の確保が困難となる可能性があり、故障に対する信頼性、安全性が必ずしも満足できるものとは言い難い。
【０００５】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、センサ故障に対する更なる信頼性の向上を図った圧力センサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る圧力センサは、
被計測物からの圧力を受けるダイヤフラムの一方の面と反対側の面上に、第１のセンサ素子と絶縁層と第２のセンサ素子とが順に積層され、前記第１及び第２のセンサ素子は、ひずみゲージを用いてなり、
前記第１及び第２のセンサ素子は、前記ダイヤフラムの変形に応じた電圧変化がそれぞれ出力可能に構成されてなるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ダイヤフラムの変形に応じた電圧変化を、２つのセンサ素子で検出し、それぞれ別個に出力可能な構成とすることで、センサの二重化による信頼性の格段の向上を図ることができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態における圧力センサモジュールの縦断面図図である。
【図２】本発明の実施の形態における圧力センサの一部縦断面を含む全体斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態における圧力センサを構成する圧力センサ素子集合体を模式的に示した平面図である。
【図４】本発明の実施の形態における圧力センサの等価回路を表した等価回路図図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における圧力センサの概略全体構成について図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における圧力センサモジュール５０は、コモンレール式燃料噴射制御装置において、燃料噴射制御等に用いられるレール圧の検出に用いられるものである。
【００１０】
本発明の実施の形態における圧力センサ２は、コモンレール（図示せず）への取り付けのためのケーシング１に収納されて、ケーシング１と共に圧力センサモジュール５０を構成するものとなっている。
本発明の実施例における圧力センサモジュール５０は、ケーシング１と圧力センサ２とに大別されて構成されたものとなっている。
ケーシング１は、柱状に形成されたねじ接続部３と、圧力センサ２が内設されるようにねじ接続部３に取り付けられた板部材４と、この板部材４に配設されたＰＣＢ回路基板５と、このＰＣＢ回路基板５を覆うように設けられたメタルハウジング６と、このメタルハウジング６が固着されるように設けられたコネクタハウジング７とに大別されて構成されたものとなっている。
【００１１】
ねじ接続部３は、大凡、中空円筒状に形成されて、その外周面にはコモンレール（図示せず）の圧力センサ取り付け部に螺合されるねじ部３ａが形成されている。
ねじ接続部３の内部に形成された中空部３ｂには、図示されないコモンレールからの燃料が流入し、後述する圧力センサ２の内側へ到達するようになっている。
【００１２】
このねじ接続部３の頂部側、すなわち、コモンレール（図示せず）に螺合される部位と反対側の周縁部分には、フランジ３ｃが形成されており、このフランジ３ｃに後述する板部材４が載置されるようになっている。
また、ねじ接続部３の頂部側の中空部３ｂが開口する部分は、圧力センサ２の端部が嵌装されるように突出形成されている。
【００１３】
大凡円盤状に形成された板部材４は、その中央部分が中空円筒状のセンサ収納部４ａが形成されており、このセンサ収納部４ａに圧力センサ２が位置せしめられるようになっている。
かかるセンサ収納部４ａの直径は、圧力センサ２との間に適宜な間隔を維持可能とする一方、フランジ３ｃの外縁部分を超えない適宜な大きさに設定されたものとなっている。
そして、板部材４は、ねじ接続部３側の面において、センサ収納部４ａの周辺部分がフランジ３ｃと接合されている。
【００１４】
圧力センサ２は、後述するように２つのセンサ素子３１，３２を有して、燃料圧力の検出を可能としたもので（詳細は後述）、その頂部近傍は板部材４のセンサ収納部４ａからねじ接続部３と反対方向へ露出するようになっている。
圧力センサ２の頂部近傍が露出する側の板部材４の面には、ＰＣＢ回路基板５が配設されている。
【００１５】
このＰＣＢ回路基板５には、板部材４のセンサ収納部４ａに位置する部分に、圧力センサ２の頂部をコネクタハウジング７側に露出可能とする連絡孔５ａが穿設されており、圧力センサ２とＰＣＢ回路基板５との電気的配線接続を可能としている。このＰＣＢ回路基板５は、例えば、圧力センサ２に必要な電圧の安定化回路や波形整形回路等が適宜設けられるものである。
メタルハウジング６は、大凡蓋体状に形成されると共に、コネクタハウジング７に形成された蓋体部７ａに一体に取り付けられており、コネクタハウジング７の蓋体部７ａと共にＰＣＢ回路基板５を覆って、ＰＣＢ回路基板５が収納される空間である収納部８が画成されるうように板部材４に固着されるものとなっている。
【００１６】
コネクタハウジング７は、車両の動作制御を行う電子制御ユニット（図示せず）との電気的接続のための接続ケーブル（図示せず）の接続が行われる部位であり、大凡円筒に形成された接続部７ｂと、蓋体状に形成された蓋体部７ａとに大別されて構成されたものとなっている。
蓋体部７ａは、先に説明したようにメタルハウジング６と共に、ＰＣＢ回路基板５の収納部８を確保するものとなっていると共に、導電性部材からなる複数の接続ピン９が埋設されたものとなっている。
【００１７】
ＰＣＢ回路基板５と圧力センサ２との間の電気的接続は、複数のボンディングワイヤ１０を介して行われようになっている一方、ＰＣＢ回路基板５と接続ピン９の受部９ａとの間に導電性部材からなるＳ型スプリング１１が配されて、このＳ型スプリング１１を介してＰＣＢ回路基板５と接続ピン９とが電気的に接続されるものとなっている。
【００１８】
接続部７ｂは、図示されない接続ケーブルの端部に設けられた接続コネクタ（図示せず）が嵌合し、その接続コネクタ内部に設けられた接続プラグ（図示せず）に接続部７ｂの接続ピン９が嵌入することで図示されない電子制御ユニット（図示せず）との電気的接続が可能となっている。
【００１９】
次に、圧力センサ２のより具体的な構成について、図２及び図３を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における圧力センサ２は、ダイヤフラム形成体２０と、センサ素子集合体３０とに大別されて構成されたものとなっている（図２参照）。
ダイヤフラム形成体２０は、その概略形状が大凡中空有底筒状に形成されており、開口部分と反対側の中央部分に、ダイヤフラム２１が形成されており、開口側から流入した燃料の圧力によって偏移可能となっている。
このダイヤフラム２１の上、すなわち、ダイヤフラム形成体２０の開口部分とは反対側の面上には、センサ素子集合体３０が次述するように設けられたものとなっている。
【００２０】
本発明の実施の形態におけるセンサ素子集合体３０は、第１及び第２センサ素子３１，３２及び、絶縁マスク３３を有して構成されたものとなっている（図３参照）。なお、図３においては、図を見易くして理解を容易とするため、第１のセンサ素子３１全体に網掛けを施し、第２のセンサ素子３２を白抜きで表している。
これら、第１及び第２センサ素子３１，３２及び、絶縁マスク３３は、ダイヤフラム２１側から、第１のセンサ素子３１、絶縁マスク３３、第２のセンサ素子３２の順に積層されて構成されたものとなっている。
これらは、本発明独自の製造技術に基づくものではなく、半導体製造技術における真空蒸着やスパッタリング等の従来から良く知られた手法を用いて製造され得るものである。
なお、センサ素子集合体３０は、その保護のため、電気的絶縁性を有するジェル部材１２によって全体が覆われている（図１参照）。
【００２１】
以下、具体的な構成を説明すれば、まず、第１及び第２のセンサ素子３１，３２は、基本的に同一の構成を有してなるもので、以下、第１のセンサ素子３１の構成の説明を以て第２のセンサ素子３２の説明に代えることとし、第１のセンサ素子３１の構成要素の符号の後に、対応する第２のセンサ素子３２の構成要素の符号を括弧書きで示すものとする。
【００２２】
第１のセンサ素子３１は、第１センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４１ａ〜４１ｄ（第２センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４２ａ〜４２ｄ）を有してなるいわゆるひずみゲージである。ここで、第１センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４１ａ〜４１ｄ（第２センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４２ａ〜４２ｄ）は、良く知られているように、例えば、Ｃｒ（クロム）−Ｎ（窒素）薄膜等のいわゆる金属膜からなるものである。
【００２３】
第１センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４１ａ〜４１ｄ（第２センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４２ａ〜４２ｄ）は、それぞれ、基本の構成要素となる短冊状の第１のセンサ用基本金属膜４３Ａ（第２のセンサ用基本金属膜４３Ｂ）が、それぞれの端部で交互に折り返されて、いわゆるつづら折り形状に形成された、良く知られている構成を有するものとなっている。
【００２４】
図３は、ダイヤフラム２１の頂点側、すなわち、燃料と接触する面と反対側の面側において、センサ素子集合体３０を上から見た場合の平面図であるが、第１センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４１ａ〜４１ｄ（第２センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４２ａ〜４２ｄ）は、平面図において、次述するように配設されたものとなっている。
【００２５】
まず、第１センサ素子用第１及び第２の抵抗体４１ａ，４１ｂが、適宜な間隔を隔てて、それぞれの長手軸が図３の左右方向に位置するように、かつ、相互に平行するように配置されている。
一方、第１センサ素子用第３及び第４の抵抗体４１ｃ，４１ｄは、第１センサ素子用第１及び第２の抵抗体４１ａ，４１ｂの間において、それぞれの長手軸方向が図３の上下方向に位置するようにして、相互に適宜な間隔を隔てて平行するように配置されている。
【００２６】
そして、第１センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４１ａ〜４１ｄと第２センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４２ａ〜４２ｄは、第１センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４１ａ〜４１ｄの内側に第２センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４２ａ〜４２ｄが位置すると共に、第１センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４１ａ〜４１ｄを構成する第１のセンサ用基本金属膜４３Ａの間に、第２センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４２ａ〜４２ｄを構成する第２のセンサ用基本金属膜４３Ｂが位置するように配設されたものとなっている。
【００２７】
第１センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４１ａ〜４１ｄ（第２センサ素子用第１乃至第４の抵抗体４２ａ〜４２ｄ）は、いわゆるブリッジ回路を構成するように直列接続されると共に、相互の接続点には、次述するように接続配線４４を介して矩形状に形成された第１のセンサ用第１乃至第４の接続電極４５ａ〜４５ｄ（第２のセンサ用第１乃至第４の接続電極４６ａ〜４６ｄ）に次述するように接続、配設されている。
【００２８】
まず、第１のセンサ素子用第１の接続電極４５ａ（第２のセンサ素子用第１の接続電極４６ａ）は、第１のセンサ素子用第１の抵抗体４１ａ（第２のセンサ素子用第１の抵抗体４２ａ）と第１のセンサ素子用第３の抵抗体４１ｃ（第２の素子用第３の抵抗体４２ｃ）との接続点に接続されたものとなっている。
【００２９】
また、第１のセンサ素子用第２の接続電極４５ｂ（第２のセンサ素子用第２の接続電極４６ｂ）は、第１のセンサ素子用第１の抵抗体４１ａ（第２のセンサ素子用第１の抵抗体４２ａ）と第１のセンサ素子用第４の抵抗体４１ｄ（第２の素子用第４の抵抗体４２ｄ）との接続点に接続されたものとなっている。
【００３０】
さらに、第１のセンサ素子用第３の接続電極４５ｃ（第２のセンサ素子用第３の接続電極４６ｃ）は、第１のセンサ素子用第２の抵抗体４１ｂ（第２のセンサ素子用第２の抵抗体４２ｂ）と第１のセンサ素子用第４の抵抗体４１ｄ（第２の素子用第４の抵抗体４２ｄ）との接続点に接続されたものとなっている。
【００３１】
またさらに、第１のセンサ素子用第４の接続電極４５ｄ（第２のセンサ素子用第４の接続電極４６ｄ）は、第１のセンサ素子用第２の抵抗体４１ｂ（第２のセンサ素子用第２の抵抗体４２ｂ）と第１のセンサ素子用第３の抵抗体４１ｃ（第２の素子用第３の抵抗体４２ｃ）との接続点に接続されたものとなっている。
【００３２】
そして、図３に示された配置例においては、第１センサ素子用第１乃至第４の接続電極４５ａ〜４５ｄ、及び、第２のセンサ用第１乃至第４の接続電極４６ａ〜４６ｄは、次述するように配設されたものとなっている。
すなわち、まず、第２のセンサ素子用第１乃至第４の接続端子４６ａ〜４６ｄは、第１及び第２のセンサ素子３１，３２の周辺近傍において、丁度、長方形の四隅に位置するように配設されたものとなっている。
【００３３】
この例においては、第２センサ素子用第１及び第４の接続電極４６ａ，４６ｄが、第１及び第２のセンサ素子３１，３２の左側（図３において紙面左側）に、それぞれの長手軸が紙面左右方向に沿うようにして、かつ、相互に適宜な間隔を隔てて平行するようにして配設されると共に、さらに、その間には、第１センサ素子用第１及び第４の接続電極４５ａ，４５ｄが同様に配設されたものとなっている。
【００３４】
また、第２センサ素子用第２及び第３の接続電極４６ｂ，４６ｃが、第１及び第２のセンサ素子３１，３２の右側（図３において紙面右側）に、それぞれの長手軸が紙面左右方向に沿うようにして、かつ、相互に適宜な間隔を隔てて平行するようにして配設されると共に、さらに、その間には、第１センサ素子用第２及び第３の接続電極４５ｂ，４５ｃが同様に配設されたものとなっている。
【００３５】
図４には、第１のセンサ素子３１の電気的等価回路が示されており、以下、同図について説明する。なお、第２のセンサ素子３２についても等価回路は基本的に同様であるので、図４においては、第１のセンサ素子３１を構成する構成要素の符号の後に第２のセンサ素子３２の対応する構成要素の符号を括弧書きで示し、第１のセンサ素子３１の等価回路の説明を以て、第２のセンサ素子３２の等価回路の説明に代えることとする。
【００３６】
第１のセンサ素子３１の電気的等価回路は、従来同様、いわゆるブリッジ回路が構成されたものとなっている。
第１センサ素子用第１乃至第４の接続電極４５ａ〜４５ｄは、電源電圧の印加と、歪みに対応した電圧変化の出力に用いられ、いずれの端子をどの様に用いるかは任意であるが、例えば、第１のセンサ素子用第１の接続電極４５ａには、外部から所定の電源電圧Ｖccが印加され、第１のセンサ素子用第３の接続電極４５ｃは、グランド（ＧＮＤ）に接続される一方、第１のセンサ素子用第２及び第４の接続電極４５ｂ，４５ｄは、電圧出力ΔＶを得る出力端子とする如くの使用例が考えられる。
【００３７】
第１及び第２のセンサ素子３１，３２の出力は、エンジンの燃料噴射制御等を行う電子制御ユニット（図示せず）に入力されて、燃料噴射制御等に供されるものとなっている。
本発明の実施の形態における圧力センサモジュール５０は、上述のように２つの出力を得ることができるため、電子制御ユニット（図示せず）においては、次述するような使用が可能となり、コモンレール式燃料噴射制御装置における燃料噴射制御等の動作制御のさらなる信頼性、安定性の確保が可能となっている。
【００３８】
例えば、図示されない電子制御ユニットにおいては、圧力センサモジュール５０により得られた２つの出力の内、一方の出力を燃料噴射制御等に用いる一方、他方の出力を故障検出に用いるようにすると好適である。この場合、故障検出は、例えば、２つの出力の比較を行い、故障検出用の出力が変化しているにも関わらず、燃料噴射制御等に用いられる出力の変化が小さい、又は、停滞している等の場合に、燃料噴射制御等に用いられる側のセンサ素子が故障であるとして、暫定的に故障検出用のセンサ素子の出力を燃料噴射制御等に供するようにすることで、圧力センサモジュール５０の故障による燃料噴射制御等における制御動作の不安定さ等を招くことなく動作の安定性が確保可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
従来に比してさらなる信頼性の向上が所望される圧力センサに適用できる。
【符号の説明】
【００４０】
２…圧力センサ
２０…ダイヤフラム形成体
２１…ダイヤフラム
３０…センサ素子集合体
３１…第１のセンサ素子
３２…第２のセンサ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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