(57)【要約】【課題】振動性能が高い圧力センサを提供する。【解決手段】圧力センサＡは、圧力導入部１ａから導入される被測定媒体の圧力を受ける状態で配設されるセンサ素子４により前記圧力を電気信号に変換し、前記電気信号を外部に伝達する。回路基板５は、センサ素子４と電気的に接続されるセンサ接続部５ａと、前記電気信号を外部通電路６に伝達する端子部５ｄと、センサ素子４からの電気信号を少なくとも増幅する増幅回路部７を配設する配設部５ｂとを備え、柔軟性を有する。少なくともセンサ素子４及び５回路基板を収容するケース体１，２と、ケース体１，２の少なくとも一部に充填され、柔軟性を有する回路基板５の振動を抑制するゲル状部材１０と、を設ける。また、圧力センサＡは、配設部５ｂに配設された補強板５ｇと、補強板５ｇの外周からケース体１の周壁１ａに達するように設けられた弾性部材９と、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力導入部から導入される被測定媒体の圧力を受ける状態で配設されるセンサ素子により前記圧力を電気信号に変換し、前記電気信号を外部に伝達する圧力センサであって、
前記センサ素子と電気的に接続されるセンサ接続部と、前記電気信号を外部通電路に伝達する端子部と、前記センサ素子からの前記電気信号を少なくとも増幅する増幅回路部を配設する配設部とを備え、柔軟性を有する回路基板と、
少なくとも前記センサ素子及び前記回路基板を収容するケース体と、
前記ケース体の少なくとも一部に充填され、柔軟性を有する前記回路基板の振動を抑制するゲル状部材と、を有することを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
圧力導入部から導入される被測定媒体の圧力を受ける状態で配設されるセンサ素子により前記圧力を電気信号に変換し、前記電気信号を外部に伝達する圧力センサであって、
前記センサ素子と電気的に接続されるセンサ接続部と、前記電気信号を外部通電路に伝達する端子部と、前記センサ素子からの前記電気信号を少なくとも増幅する増幅回路部を配設する配設部とを備え、柔軟性を有する回路基板と、
前記配設部に配設された補強板と、
少なくとも前記センサ素子と前記回路基板と前記補強板とを収容するケース体と、
前記補強板の外周から前記ケース体の周壁に達するように設けられた弾性部材と、を有することを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
前記補強板より上方の前記ケース体内において、前記回路基板が折り曲げられた状態で配設される収納空間を設け、前記収納空間内に前記回路の振動を抑制するゲル状部材が配設されてなることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定媒体の圧力を検出する圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体や気体等からなる被測定媒体の圧力を検出する圧力センサとしては、例えば特許文献１に開示されるものがある。この圧力センサは、被測定媒体の圧力を導入する圧力導入孔を有する金属製のステムに、前記圧力導入孔と対向するように金属製のベース板を介して半導体式のセンサ素子を配設し、このセンサ素子と、前記センサ素子の周囲を取り囲む孔部を有するプリント基板とをワイヤボンディングによって電気的に接続してなるものである。このプリント基板には、前記センサ素子によって検出された信号を増幅するための増幅回路を少なくとも有する各種電子部品が実装されており、この増幅された信号は、プリント基板に設けられるリードピンからターミナルに伝達され外部に出力されるものである。
【０００３】
そして、前記センサ素子や前記プリント基板は、前記ステムの上部に取付けられる筒状をなす金属製のハウジングにより収納され、前記ハウジングの上部には前記ターミナルを案内支持する樹脂製のターミナルハウジングが設けられ、前記ハウジングとターミナルハウジングとは前記ハウジングの上端部全周を折り曲げて加締めることで閉塞されるようになっている。また、ステムの下部にはネジ部が形成されており、測定部である例えば車両用エンジンの一部に対しこのネジ部を直接ねじ込むことにより圧力センサが固定されることになる。
【０００４】
上述した従来の圧力センサの電気接続構造は、前記プリント基板にリードピン設け、このリードピンと前記ターミナルとを半田等を介して電気的に接続し、前記センサ素子からの信号を外部に伝達する構成であるため、電気接続構造が複雑となるという問題があり、電気接続を簡単に行なうことの出来る圧力センサが望まれていた。そこで本願出願人は、特許文献２に開示する圧力センサを提案している。かかる圧力センサは、センサ素子と電気的に接続される接続部と、前記センサ素子からの電気信号を少なくとも増幅する増幅回路部と、前記増幅回路部により増幅された電気信号を外部に伝達する端子部と、をＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）からなる一枚のプリント基板（回路基板）に配設し、前記プリント基板を所定位置で折り曲げた状態で樹脂材料からなるハウジング内に収容するとともに、ターミナルハウジングに配設されるターミナルや電源コードと、前記プリント基板の前記端子部とを半田等を用いて電気的に接続するものである。かかる構成により、前記圧力センサは、前記リードピンを設けることなく前記センサ素子の信号を外部に伝達することができるため電気接続構成を簡素化し、また前記圧力センサの構造自体も簡素化し小型化することが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２３７３３２号公報
【特許文献２】
特開２０００−１１１４３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構造が簡素化し、小型化可能となる圧力センサは、船舶の船外機や、車両（二輪車，四輪車）等の振動が大きい移動体（乗り物）に装着することが望まれており、ＦＰＣを備えた圧力センサにおいて、耐振動性能の改善が望まれている。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、耐振動性能が高い圧力センサを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、請求項１に記載したように、圧力導入部から導入される被測定媒体の圧力を受ける状態で配設されるセンサ素子により前記圧力を電気信号に変換し、前記電気信号を外部に伝達する圧力センサであって、前記センサ素子と電気的に接続されるセンサ接続部と、前記電気信号を外部通電路に伝達する端子部と、前記センサ素子からの前記電気信号を少なくとも増幅する増幅回路部を配設する配設部とを備え、柔軟性を有する回路基板と、少なくとも前記センサ素子及び前記回路基板を収容するケース体と、前記ケース体の少なくとも一部に充填され、柔軟性を有する前記回路基板の振動を抑制するゲル状部材と、を有するものである。
【０００８】
また、本発明は、請求項２に記載したように、圧力導入部から導入される被測定媒体の圧力を受ける状態で配設されるセンサ素子により前記圧力を電気信号に変換し、前記電気信号を外部に伝達する圧力センサであって、前記センサ素子と電気的に接続されるセンサ接続部と、前記電気信号を外部通電路に伝達する端子部と、前記センサ素子からの前記電気信号を少なくとも増幅する増幅回路部を配設する配設部とを備え、柔軟性を有する回路基板と、前記配設部に配設された補強板と、少なくとも前記センサ素子と前記回路基板と前記補強板とを収容するケース体と、前記補強板の外周から前記ケース体の周壁に達するように設けられた弾性部材と、を有するものである。
【０００９】
また、本発明は、請求項３に記載したように、前記補強板より上方の前記ケース体内において、前記回路基板が折り曲げられた状態で配設される収納空間を設け、前記収納空間内に前記回路の振動を抑制するゲル状部材が配設されてなるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１において、圧力センサＡは、下部ハウジング（ケース体）１と、上部ハウジング２（ケース体）と、ベース板３と、センサ素子４と、回路基板５と、コード（外部通電路）６とから主に構成されている。
【００１１】
下部ハウジング１は、耐熱性及び耐クリープ性の合成樹脂材料である例えばポリファニレンサルファイド（ＰＰＳ）からなり、ＳＵＭ等の金属材料からなる圧力導入部１ａをインサート成形してなるものである。下部ハウジング１の下部にはネジ部１ｂが形成されており、圧力センサＡはこのネジ部１ｂにより例えば車両のエンジンにおける測定部に固定される。また圧力導入部１ａの略中央には、液体や気体からなる被測定媒体を導入する圧力導入孔１ｃが形成されている。また、下部ハウジング１は、後述する補強板を支持するホルダ１ｄを備える。
【００１２】
上部ハウジング２は、ＰＢＴ等の樹脂材料から形成され、上部ハウジング２の開口端部を下部ハウジング１の開口端部に対して熱加締めすることによって配設固定され、ベース板３，センサ素子４，回路基板５等を収納する。また、上部ハウジング２は、上部に凹部２ａが形成され、上部ハウジング２の内側から凹部２ａに向けてコード６が引き出されるようになっている。凹部２ａにはグロメット２ｂが配設されるとともにグロメット２ｂの上方から例えばエポキシ樹脂が流入されコード６を固定保持するとともにコード６の付け根からゴミや水分が侵入することを防止している。
【００１３】
ベース板３は、コバール等の金属材料から構成され、略円形状に形成される。また、ベース板３は、下部ハウジング１における圧力導入部１ａの上端部に抵抗溶接によって配設固定するためのフランジ部３ａと、圧力導入部１ａと嵌合して圧力導入部１ａに対してベース板３の配設位置を決定する突出部３ｂが設けられている。またフランジ部３ａの略中央には、センサ素子４に圧力を伝達するための孔部３ｃが設けられている。
【００１４】
センサ素子４は、シリコン等の半導体基板を薄肉に形成してなるダイアフラム部を有する半導体チップ４ａをガラス台座４ｂ上に配設し、半導体チップ４ａとガラス台座４ｂとを陽極接合法によって接合してなるものであって、ガラス台座４ｂに設けられる圧力導入路４ｃから導入される流体の圧力を前記ダイアフラム部によって受け、前記ダイアフラム部の変位量を検出するものである。センサ素子４は、前記ダイアフラム部に対応する部位にボロン等の不純物を拡散処理することによって、ピエゾ抵抗効果を有する４つの感圧素子となる抵抗を形成し、前記各抵抗をアルミ等の導電性材料を用いた配線パターンによってブリッジ回路を構成し、前記ダイアフラム部の変位に伴う前記ブリッジ回路の出力電圧によって前記流体の圧力を検出するものである。また、センサ素子４は、ガラス台座４ｂの裏面側にメタライズ層を形成するとともに、半田を介してベース板３と接合する。
【００１５】
回路基板５は、センサ素子４とワイヤボンディングにより電気的に接続されるものであって、柔軟性を有するＦＰＣにより形成されている。ＦＰＣからなる回路基板５は、図２に示すように、センサ素子４とワイヤボンディングされるセンサ接続部５ａと、センサ素子４からの電気信号を増幅する増幅機能や、センサ素子４のオフセット電圧及びフルスケール電圧の温度補正調整機能等を兼ね備えたＩＣパッケージからなる増幅回路部７を配設する第一の配設部５ｂと、センサ素子４に印加される電流の大きさを調整するチップ抵抗や外来ノイズを除去するためのコンデンサ等からなる電子部品８を配設する第二の配設部５ｃと、コード６と接続するための端子部５ｄとを備えている。
【００１６】
また、回路基板５は、センサ接続部５ａと第一の配設部５ｂとの間，第一の配設部５ｂと第二の配設部５ｃとの間及び第二の配設部５ｃと端子部５ｄとの間の所定個所にて多層状に折り曲げられて各部５ａ〜５ｄがそれぞれ対向した状態で下部ハウジング１と上部ハウジング２とにより構成される空間内に収納される。
【００１７】
センサ接続部５ａは、回路基板５の裏面に貼り付けられＦＰＣからなる回路基板５を補強する受板５ｅと、回路基板５と受板５ｅとを連通する孔部５ｆとを備え、この受板５ｅとともに回路基板５をベース板４上に載置した状態で孔部５ｆを介してセンサ素子４とのワイヤボンディングが可能となるようにしている。また、この受板５ｅによって下部ハウジング１への取付けを確実に行なえるようにするものである。
【００１８】
第一の配設部５ｂは、センサ接続部５ａと第二の配設部５ｃとの間（センサ接続部５ａと端子部５ｄとの間）に設けられ、回路基板５の所定個所を折り曲げてセンサ接続部５ａの上方に位置するように配設されるものであり、一方側の面であるセンサ素子４との非対向面側に補強板５ｇを貼りつけるとともに他方側の面に増幅回路部７が表面実装され半田付けによって増幅回路部７との電気的接続がなされている。第一の配設部５ｂは、補強板５ｇが下部ハウジング１に取り付けられるホルダ１ｄにより支持されることで下部ハウジング１上に安定した状態で固定されるようになっている。
【００１９】
第二の配設部５ｃは、第一の配設部５ｂと端子部５ｄとの間（センサ接続部５ａと端子部５ｄとの間）に設けられ、回路基板５の所定個所を折り曲げて第一の配設部５ｂの上方に位置するように配設されるものであり、両面に図示しない外部電源からセンサ素子４に印加される電流値を調整するためのチップ抵抗や外来ノイズを除去するためのコンデンサ等からなる電子部品８が配設されるものである。また、電子部品８は、その一部がスペーサ部材の役割をなすように補強板５ｇに接着剤を介して接着されており、第二の配設部５ｃが安定して固定されるようになっている。なお、電子部品８は、第二の配設部５ｃの一方の面にのみ配設されるものであってもよい。また、第二の配設部５ｃの固定のために専用のスペーサ部材を第二の配設部５ｃに設けてもよい。また、本発明の実施の形態においては、第一の配設部５ｂに補強板５ｇを配設し、補強板５ｇを支持するホルダ１ｄを設けるとともに、第二の配設部５ｃに補強板５ｇに接着される前記スペーサ部材を配設する構成であったが、第二の配設部５ｃに補強板を配設し、前記補強板を支持するホルダを設けるとともに、第一の配設部に前記補強板に接着されるスペーサ部材を配設する構成であってもよい。
【００２０】
端子部５ｄは、回路基板５の端部に設けられており、センサ素子４により検出され増幅回路部７によって調整増幅された電気信号を外部に伝達するコード６と半田付け接続されるものである。
【００２１】
補強板５ｇの周辺と、下部ハウジング１の周壁１ａの間には、シリコーンゴム（弾性部材）９が設けられている。つまり、補強板５ｇの周辺と、下部ハウジング１の周壁１ａの間は、シリコーンゴム９によって塞がれている。また、回路基板５の振動を抑制するために、補強板５ｇよりも上側、即ち端子部５ｄ側はシリコーンゲル（ゲル状部材）１０が充填されている。かかるシリコーンゴム９とシリコーンゲル１０とで圧力センサＡにおける回路基板５及び補強板５ｇの振動抑制構造が得られるものであるが、シリコーンゴム９を補強板５ｇの外周に塗布し、シリコーンゲル１０のセンサ素子４が配設されている圧力基準室内への流れ込みを防止できるため、センサ素子４による良好な圧力検出が可能となる。
【００２２】
コード６は、増幅回路部７により調整増幅された電気信号を、端子部５ｄを介して外部に伝達するものであり、上部ハウジング２の凹部２ａからグロメット２ｂを介して案内支持され、上部ハウジング２の外部に導き出される外部通電路である。なお、外部通電路としては、コードに限定されるものではなく、例えばコネクタピンを上部ハウジングから突出させ、外部との接続をコネクタによって行う構成であってもよい。
【００２３】
かかる圧力センサＡは、センサ素子４と電気的に接続されるセンサ接続部５ａと、電気信号をコード６に伝達する端子部５ｄと、センサ素子４からの電気信号を増幅する増幅回路部７を配設する配設部５ｂとを備えたＦＰＣからなる回路基板５を、下部ハウジング１及び上部ハウジング２からなるケース体に収容したものである。また、回路基板５の配設部５ｂに補強板５ｇを配設し、この補強板５ｇの外周から下部ハウジング１の周壁１ａに達するようにシリコーンゴム９を設けるものである。以上の構成により、振動によって補強板５ｇの揺れることを抑制して、増幅回路部７と第一の配設部５ｂとの電気的接続、即ち、増幅回路部７の半田付け個所に振動によるクラックの発生が抑制されることになり、電気的接続の信頼性が向上し、耐振動性能の高い圧力センサＡを得ることができる。
【００２４】
また、ケース体内の一部に、柔軟性を有する回路基板５の振動を抑制するシリコーンゲル１０を充填することにより、回路基板５が振動によって揺れ動くことを抑制することができ、回路基板５の端子部５ｄと、コード６との接続個所が、前述の個所同様に電気的接続の信頼性が向上し、耐振動性能が良好な圧力センサＡを得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、被測定媒体の圧力を検出する圧力センサに関するものであって、耐振動性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である圧力センサを示す断面図。
【図２】同上の圧力センサの回路基板を示す図。
【符号の説明】
Ａ    圧力センサ
１    下部ハウジング
２    上部ハウジング
３    ベース板
４    センサ素子
５    回路基板
５ａ  センサ接続部
５ｂ  第一の配設部
５ｃ  第二の配設部
５ｄ  端子部
６    コード（外部通電路）
７    増幅回路部
８    電子部品
９    シリコーンゴム（弾性部材）
１０    シリコーンゲル（ゲル状部材）
【図１】
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【図２】
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