(57)【要約】【課題】  圧力検出用のセンサ素子がダイアフラムを介して被測定圧力を受圧するようにした差圧測定方式の圧力センサにおいて、センサ素子に結線されたワイヤにダイアフラムが接触することによるショートの発生を極力防止する。【解決手段】  ケース１０の一面側と他面側とにそれぞれ互いに連通する凹部１１ａ、１１ｂを設け、これら両凹部の連通部を遮断するように一方の凹部１１ａ内にセンサ素子２０を設けるとともに、両凹部内にオイル７０を充填し、各凹部をダイアフラム８１、８２で封止している。センサ素子２０は、当該センサ素子が設けられた凹部１１ａ内にて、ケース１０に設けられたターミナル１０ａとワイヤ４０を介して結線されている。そして、センサ素子２０およびワイヤ４０を覆う第１のダイアフラム８１が受圧する圧力の方を、反対側の第２のダイアフラム８２が受圧する圧力よりも大きいものとしている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に第１の凹部（１１ａ）、前記一面と反対の面側に前記第１の凹部（１１ａ）と連通する第２の凹部（１１ｂ）を有するケース（１０）と、
前記第１の凹部（１１ａ）と前記第２の凹部（１１ｂ）との連通部を遮断するように前記第１の凹部（１１ａ）内に設けられた圧力検出用のセンサ素子（２０）と、
前記第１の凹部（１１ａ）内にて、前記ケース（１０）に設けられた配線部材（１０ａ）と前記センサ素子（２０）を電気的に接続するワイヤ（４０）と、
前記第１の凹部（１１ａ）および前記第２の凹部（１１ｂ）の内部に充填されたオイル（７０）と、
前記第１の凹部（１１ａ）を覆うように前記ケース（１０）に固定され前記オイル（７０）を封止する第１のダイアフラム（８１）と、
前記第２の凹部（１１ｂ）を覆うように前記ケース（１０）に固定され前記オイル（７０）を封止する第２のダイアフラム（８２）とを備え、
前記第１および第２のダイアフラム（８１、８２）に印加された圧力が前記オイル（７０）を介して前記センサ素子（２０）に受圧されるようになっており、
前記第１のダイアフラム（８１）が受圧する圧力と前記第２のダイアフラム（８２）が受圧する圧力との差圧を前記センサ素子（２０）により検出するようになっている圧力センサにおいて、
前記第１のダイアフラム（８１）が受圧する圧力の方が、前記第２のダイアフラム（８２）が受圧する圧力よりも大きいものであることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
ディーゼルエンジンの排気管に設けられたフィルタの前後の圧力の差圧を測定する圧力センサとして適用され、
前記第１のダイアフラム（８１）が受圧する圧力は、前記フィルタの後圧であり、前記第２のダイアフラム（８２）が受圧する圧力は、前記フィルタの前圧であることを特徴とする請求項１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、圧力検出用のセンサ素子がダイアフラムを介して被測定圧力を受圧するようにした差圧測定方式の圧力センサに関し、たとえば、ディーゼルエンジン自動車の排気管に設けられるＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）の圧力損失測定などに適用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、エミッション規制が強化され、特にディーゼルエンジンでは煤煙を低減する必要が生じている。これに答える技術としてＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）が注目を集めている。
【０００３】
これは、排気管途中に煤煙をトラップするフィルタを設け、一定量が溜まったら燃やすことで大気中に煤煙が放出されることを防ぐシステムである。フィルタとしては、一般的にセラミックが使用されるが、煤煙をきれいに燃焼させるためには煤煙のトラップされた量が重要であり、多すぎても少なすぎても異常燃焼を引き起こし、フィルタ割れなどの問題を引き起こす。
【０００４】
そのため、現在のところ、煤煙のトラップ量を検出する方法としてフィルタの圧力損失を利用するのが一般的である。圧力損失の測定方法は、フィルタの前圧（上流側圧力）のみ測定する方式と、フィルタ前後の差圧（上流側圧力と下流側圧力との差圧）を測定する方式とがある。
【０００５】
しかしながら、このような圧力損失測定においては、ＤＰＦ付近の温度が煤煙燃焼中では６００℃から高いときでは１０００℃にも達する。そのため、たとえば半導体式の圧力センサ等の自動車用として一般的に使用されている安価な圧力センサを、直接排気管に取り付けることはできない。
【０００６】
そこで、排気管からホース等の配管を引きだし、十分に排気ガス温度が下がった場所で配管を圧力センサに接続した状態にて、圧力を測定することになる。しかし、温度、湿度の高い排気ガスが冷やされるため、圧力センサは、湿度が１００％で凝縮水が浸入する酸性度の高い過酷な環境にさらされる。
【０００７】
従来より、このような高湿で腐食の発生しやすい過酷な環境下に対応し、フィルタ前後の差圧を測定する方式をした圧力センサとしては、圧力検出用のセンサ素子がダイアフラムを介して被測定圧力を受圧するようにした圧力センサが提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
このものは、ケースの一面側と他面側とにそれぞれ互いに連通する凹部を設け、両凹部の連通部を遮断するように一方の凹部内にセンサ素子を設けるとともに、両凹部内にオイルを充填し、各凹部をダイアフラムで封止した構成を採用している。
【０００９】
そして、両ダイアフラムに印加された圧力がオイルを介してセンサ素子に受圧され、一方のダイアフラムが受圧する圧力と他方のダイアフラムが受圧する圧力との差圧をセンサ素子により検出するようになっている。
【００１０】
ここで、従来の圧力センサでは、センサ素子は、当該センサ素子が設けられている凹部内にて、ケースに設けられた配線部材とワイヤを介して電気的に接続されており、センサ素子からの信号を出力可能としている。
【特許文献１】特開２００３−３１５１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている従来の圧力センサにおいては、上記ＤＰＦの圧力損失測定に適用する場合、センサ素子を覆う方のダイアフラムが受圧する圧力をＤＰＦの前圧とし、それとは反対側のダイアフラムが受圧する圧力をＤＰＦの後圧としている。
【００１２】
この場合、ＤＰＦの前圧（たとえば８０ｋＰａ〜１４０ｋＰａ）がＤＰＦの後圧（たとえば、大気圧、１００ｋＰａ程度）に比べて高いため、その高圧によってセンサ素子を覆う方のダイアフラムが、センサ素子側へ押され、センサ素子に結線されているワイヤに接触する可能性が高い。
【００１３】
ダイアフラムは、金属製のメタルダイアフラムであるため、ダイアフラムがワイヤに接触すると、ショートが発生しやすくなり、センサ特性に悪影響を与える。
【００１４】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、圧力検出用のセンサ素子がダイアフラムを介して被測定圧力を受圧するようにした差圧測定方式の圧力センサにおいて、センサ素子に結線されたワイヤにダイアフラムが接触することによるショートの発生を極力防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面側に第１の凹部（１１ａ）、前記一面と反対の面側に第１の凹部（１１ａ）と連通する第２の凹部（１１ｂ）を有するケース（１０）と、第１の凹部（１１ａ）と第２の凹部（１１ｂ）との連通部を遮断するように第１の凹部（１１ａ）内に設けられた圧力検出用のセンサ素子（２０）と、第１の凹部（１１ａ）内にて、ケース（１０）に設けられた配線部材（１０ａ）とセンサ素子（２０）を電気的に接続するワイヤ（４０）と、第１の凹部（１１ａ）および第２の凹部（１１ｂ）の内部に充填されたオイル（７０）と、第１の凹部（１１ａ）を覆うようにケース（１０）に固定されオイル（７０）を封止する第１のダイアフラム（８１）と、第２の凹部（１１ｂ）を覆うようにケース（１０）に固定されオイル（７０）を封止する第２のダイアフラム（８２）とを備え、第１および第２のダイアフラム（８１、８２）に印加された圧力がオイル（７０）を介してセンサ素子（２０）に受圧されるようになっており、第１のダイアフラム（８１）が受圧する圧力と第２のダイアフラム（８２）が受圧する圧力との差圧をセンサ素子（２０）により検出するようになっている圧力センサにおいて、第１のダイアフラム（８１）が受圧する圧力の方が、第２のダイアフラム（８２）が受圧する圧力よりも大きいものであることを特徴としている。
【００１６】
それによれば、センサ素子（２０）およびこれに結線されたワイヤ（４０）を覆う第１のダイアフラム（８１）が受圧する圧力の方を、それとは反対側の第２のダイアフラム（８２）が受圧する圧力よりも大きいものとしているため、第１のダイアフラム（８１）がワイヤ（４０）側へ押される力を弱くすることができる。
【００１７】
したがって、本発明によれば、圧力検出用のセンサ素子（２０）がダイアフラム（８１、８２）を介して被測定圧力を受圧するようにした差圧測定方式の圧力センサにおいて、センサ素子（２０）に結線されたワイヤ（４０）にダイアフラム（８１）が接触することによるショートの発生を極力防止することができる。
【００１８】
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の圧力センサとしては、ディーゼルエンジンの排気管に設けられたフィルタの前後の圧力の差圧を測定する圧力センサとして適用され、第１のダイアフラム（８１）が受圧する圧力は、フィルタの後圧であり、第２のダイアフラム（８２）が受圧する圧力は、フィルタの前圧であるものにすることができる。
【００１９】
なお、上記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一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る差圧検出型の圧力センサＳ１の概略断面構成を示す図である。
【００２１】
限定するものではないが、本実施形態は、たとえば自動車のディーゼルエンジンの排気管に設けられたＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の圧力損失を検出するために圧力センサを排気管に取り付け、該ＤＰＦの前後の排気管の差圧を検出する差圧検出型の圧力センサとして適用することができる。
【００２２】
図１において、ケース１０は圧力センサＳ１の本体を区画するもので、たとえば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂材料などよりなる。
【００２３】
このケース１０は、ターミナル１０ａがインサート成形されたコネクタケース部（センサ素子設置部）１１と、このコネクタケース部１１に組み付けられた第１のポート部１２および第２のポート部１３とよりなる。ケース１０におけるこれら各部１１〜１３は、樹脂成形等にて作られる。
【００２４】
ケース１０のうちコネクタケース部１１においては、一面側（図１中の上面側）に第１の凹部１１ａが形成され、当該一面と反対の面側（図１中の下面側）に第１の凹部１１ａと連通する第２の凹部１１ｂが形成されている。第１の凹部１１ａ内には、第１の凹部１１ａと第２の凹部１１ｂとの連通部を遮断するように圧力検出用のセンサ素子２０が設けられている。
【００２５】
センサ素子２０は、印加された圧力値に応じたレベルの電気信号を発生するものである。本例のセンサ素子２０は、シリコン基板等の半導体基板に薄肉部としてのダイアフラム（図示せず）を有する半導体ダイアフラム式のセンサチップである。
【００２６】
そして、センサ素子２０には、ガラス等よりなる台座３０が接合されセンサ素子２０と一体化されている。そして、センサ素子２０は、この台座３０を介して、コネクタケース部１１の第１の凹部１１ａの底面に、図示しないシリコーン系接着剤等の接着剤により接着され、第１の凹部１１ａ内に収納固定されている。
【００２７】
ここで、台座３０には、第２の凹部１１ｂと連通する貫通孔３１が形成されている。つまり、第２の凹部１１ｂは台座３０の貫通孔３１まで通じているが、その先はセンサ素子２０により遮断されており、このセンサ素子２０を境として、第１の凹部１１ａと第２の凹部１１ｂとは遮断されている。
【００２８】
また、コネクタケース部１１にインサート成形されたターミナル１０ａは、センサ素子２０からの信号を取り出すための配線部材として構成されたものであり、銅等の導電性金属よりなる。
【００２９】
このターミナル１０ａの一端側はセンサ素子２０の近傍において第１の凹部１１ａに露出しており、センサ素子２０とアルミや金等のワイヤ４０により結線され電気的に接続されている。
【００３０】
ここで、第１の凹部１１ａ内に露出しているターミナル１０ａの一端部の周囲には、ターミナル１０ａとコネクタケース部１１との隙間をシールするためのシール材５０が設けられている。このシール材５０は、樹脂などからなるものである。
【００３１】
そして、ターミナル１０ａは、センサ素子２０からケース１０におけるセンサ素子２０の搭載面すなわちコネクタケース部１１の第１の凹部１１ａの底面と平行な方向に延びるように配置されており、ワイヤ４０との接続部とは反対側の端部が、ケース１０（コネクタケース部１１）の外部に露出している。
【００３２】
そして、このターミナル１０ａの露出端部は、コネクタケース部１１とともに、図示しない外部配線部材に接続可能となっており、それによって、センサ素子２０は、ワイヤ４０、ターミナルピン１０ａを介して外部回路（車両のＥＣＵなど）に対して信号のやり取りが可能となっている。
【００３３】
このようにケース１０のうちコネクタケース部１１は、センサ素子２０が設置されているセンサ素子設置部として構成されている。また、第１のポート部１２、第２のポート部１３はそれぞれ、図１中、２点鎖線にて示す圧力導入ポート１２ａ、１３ａが設けられている。
【００３４】
ここで、コネクタケース部１１とポート部１２、１３とは、ネジ部材としてのネジ６０およびナット６１、６２を用いて接合されている。
【００３５】
このナット６１はコネクタケース部１１にインサート成形されたもので、コネクタケース部１１と第１および第２のポート部１２、１３とをネジ６０およびナット６１によりネジ結合した後、ナット６２を用いて締結している。なお、ネジ部材６０〜６２に代えてリベットを用いても良い。
【００３６】
また、ケース１０のうちコネクタケース部１１における第１の凹部１１ａおよび第２の凹部１１ｂには、フッ素系オイルやシリコーン系オイル等からなるオイル７０が充填されている。
【００３７】
そして、ケース１０において、コネクタケース部１１と第１のポート部１２との間には第１のダイアフラム８１が固定され、コネクタケース部１１と第２のポート部１３との間には第２のダイアフラム８２が固定されている。これら第１および第２のダイアフラム８１、８２は、ともにＮｉ（ニッケル）を含む金属材料などからなるメタルダイアフラムである。
【００３８】
図１に示されるように、第１のダイアフラム８１は、第１の凹部１１ａを覆うように配置され、第１の凹部１１ａ内のオイル７０を封止している。一方、第２のダイアフラム８２は、第２の凹部１１ｂを覆うように配置され、第２の凹部１１ｂ内のオイル７０を封止している。
【００３９】
なお、図１では示さないが、第１のダイアフラム８１、第２のダイアフラム８２はそれぞれ、第１のポート部１２、第２のポート部１３に対して、フロロシリコーン系樹脂あるいはフッ素系樹脂等の樹脂からなる接着剤を介して接着されている。なお、この接着剤は後述する図２において、符号１００を付して示してある。
【００４０】
また、コネクタケース部１１において、第１および第２のダイアフラム８１、８２が押しつけられる部位には、Ｏリング９０が設けられており、第１および第２のダイアフラム８１、８２によるオイル７０の封止をより確実なものとしている。
【００４１】
また、図１に示す圧力センサＳ１では、センサ素子２０を境にして、第１のダイアフラム８１側に配置されるオイル７０の量と第２のダイアフラム８２側に配置されるオイル７０の量とが等しいものにすることが好ましい。これは、第１の凹部１１ａの容積や第２の凹部１１ｂの容積、センサ素子２０や台座３０の体積等を考慮して設計することで実現可能である。
【００４２】
また、図示しないが、本実施形態では、第１のポート部１２の圧力導入ポート１２ａが上記排気管におけるＤＰＦの下流側、第２の圧力ポート部１３の圧力導入ポート１３ａが上記排気管におけるＤＰＦの上流側にゴムホースなどにより接続されるものである。
【００４３】
それにより、ケース１０内においては、第１のダイアフラム８１にＤＰＦの下流側圧力（後圧）が導入されると同時に、第２のダイアフラム８２にＤＰＦの上流側圧力（前圧）が導入されるようになっている。
【００４４】
そして、第１および第２のダイアフラム８１、８２に印加された圧力がそれぞれオイル７０を介してセンサ素子２０に受圧される。そして、第１のダイアフラム８１側から受圧された圧力と第２のダイアフラム８２側から受圧された圧力との差圧をセンサ素子２０により検出するようになっている。
【００４５】
本実施形態では、センサ素子２０に形成されている図示しないダイアフラムの表面に第１のダイアフラム８１側からＤＰＦの下流側圧力が受圧され、裏面に第２のダイアフラム８２側からＤＰＦの上流側圧力が受圧される。
【００４６】
そして、センサ素子２０のダイアフラムは両圧力の差圧により歪み、この歪みに基づく信号がセンサ素子２０からワイヤ４０を介してターミナル１０ａから外部に出力される。こうして、圧力検出がなされる。
【００４７】
次に、本圧力センサＳ１の製造方法の一例について、図２も参照して述べる。図２は、図１に示す圧力センサＳ１の分解図である。
【００４８】
ターミナル１０ａおよびナット６１がインサート成形されたコネクタケース部１１において、第１の凹部１１ａ内に露出したターミナル１０ａの一端部をシール材５０にてシールする。
【００４９】
次に、台座３０と一体化されたセンサ素子２０を、コネクタケース部１１の第１の凹部１１ａに接着固定し、センサ素子２０とターミナル１０ａとをワイヤボンディングして結線する。
【００５０】
次に、第１のポート部１２に第１のダイアフラム８１を上記接着剤１００を用いて接着するとともに、コネクタケース部１１の第１の凹部１１ａにオイル７０を注入し、コネクタケース部１１にＯリング９０をセットする。
【００５１】
そして、真空中にて、コネクタケース部１１と第１のポート部１２とを、ネジ６０とナット６１とをネジ結合しながら一体化することにより、オイル７０の封止を行う。ここで、オイル７０中に気泡が入らないようにネジ６０によりネジ締めを行っていく。
【００５２】
その後、第１のポート部１２と同様に、第２のポート部１３についても、第２のダイアフラム８２、オイル７０、Ｏリング９０を介在させながら、真空中にてコネクタケース部１１に対してナット６２を用いてネジ結合する。その後、特性調整や検査を行い、図１に示す圧力センサＳ１が完成する。
【００５３】
本実施形態の圧力センサＳ１は、次のような基本構成を有する。
【００５４】
・一面側に第１の凹部１１ａ、前記一面と反対の面側に第１の凹部１１ａと連通する第２の凹部１１ｂを有するケース１０を備えること。
【００５５】
第１の凹部１１ａと第２の凹部１１ｂとの連通部を遮断するように第１の凹部１１ａ内に設けられた圧力検出用のセンサ素子２０を備えること。
【００５６】
・第１の凹部１１ａ内にて、ケース１０に設けられた配線部材１０ａとセンサ素子２０を電気的に接続するワイヤ４０を備えること。
【００５７】
・第１の凹部１１ａおよび第２の凹部１１ｂの内部に充填されたオイル７０と、第１の凹部１１ａを覆うようにケース１０に固定されオイル７０を封止する第１のダイアフラム８１と、第２の凹部１１ｂを覆うようにケース１０に固定されオイル７０を封止する第２のダイアフラム８２とを備えること。
【００５８】
・第１および第２のダイアフラム８１、８２に印加された圧力がオイル７０を介してセンサ素子２０に受圧されるようになっており、第１のダイアフラム８１が受圧する圧力と第２のダイアフラム８２が受圧する圧力との差圧をセンサ素子２０により検出するようになっていること。
【００５９】
そして、このような構成を圧力センサＳ１において、本実施形態では、第１のダイアフラム８１が受圧する圧力の方が、第２のダイアフラム８２が受圧する圧力よりも大きいものであることを特徴としている。
【００６０】
それによれば、センサ素子２０およびこれに結線されたワイヤ４０を覆う第１のダイアフラム８１が受圧する圧力の方を、それとは反対側の第２のダイアフラム８２が受圧する圧力よりも大きいものとしているため、第１のダイアフラム８１がワイヤ４０側へ押される力を弱くすることができる。
【００６１】
したがって、本実施形態によれば、圧力検出用のセンサ素子２０がダイアフラム８１、８２を介して被測定圧力を受圧するようにした差圧測定方式の圧力センサＳ１において、センサ素子２０に結線されたワイヤ４０にダイアフラム８１が接触することによるショートの発生を極力防止することができる。
【００６２】
ここで、本実施形態の圧力センサＳ１は、たとえば、ディーゼルエンジンの排気管に設けられたフィルタの前後の圧力の差圧を測定する圧力センサとして適用され、第１のダイアフラム８１が受圧する圧力は、フィルタの後圧であり、第２のダイアフラム８２が受圧する圧力は、フィルタの前圧であるものにすることができるが、用途はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態に係る差圧検出型の圧力センサの概略断面図である。
【図２】図１に示す圧力センサＳ１の分解図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…ケース、１０ａ…配線部材としてのターミナル、１１ａ…第１の凹部、
１１ｂ…第２の凹部、２０…センサ素子、７０…オイル、
８１…第１のダイアフラム、８２…第２のダイアフラム。
【図１】
2005249515.tif 000003
【図２】
2005249515.tif 000004