(57)【要約】【課題】ハウジングの腐食、及び、圧力の検出精度の低下が抑制された圧力センサ装置を提供する。【解決手段】被測定気体の圧力を電気信号に変換する圧力センサ（２０）と、該圧力センサ（２０）に被測定気体を導入するための導入孔（５３）が形成されたハウジング（５２）と、を有し、導入孔（５３）が有する２つの開口端（５３ａ，５３ｂ）の内、一方の開口端（５３ｂ）が、被測定気体の流動するパイプの中空内に配置される圧力センサ装置であって、一方の開口端（５３ｂ）は、導入孔（５３）の中心を通る軸方向に対して傾斜している。【選択図】図１
2013108954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定気体の圧力を電気信号に変換する圧力センサ（２０）と、
該圧力センサ（２０）に前記被測定気体を導入するための導入孔（５３）が形成されたハウジング（５２）と、を有し、
前記導入孔（５３）が有する２つの開口端（５３ａ，５３ｂ）の内、一方の開口端（５３ｂ）が、前記被測定気体の流動するパイプの中空内に配置される圧力センサ装置であって、
一方の前記開口端（５３ｂ）は、前記導入孔（５３）の中心を通る軸方向に対して傾斜していることを特徴とする圧力センサ装置。
【請求項２】
前記ハウジング（５２）における、前記軸方向と直交し、一方の前記開口端（５３ｂ）から前記導入孔（５３）の外に向かう方向に位置する部位が除去され、
前記導入孔（５３）を構成する壁面（５３ｃ）の内、前記軸方向と直交し、一方の前記開口端（５３ｂ）から前記導入孔（５３）の内に向かう方向に位置する部位が、前記被測定気体に晒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装置。
【請求項３】
前記ハウジング（５２）における一方の前記開口端（５３ｂ）を構成する部位の一部に、前記軸方向に延びる突起部（５９）が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧力センサ装置。
【請求項４】
前記突起部（５９）は、前記被測定気体に晒されていることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ装置。
【請求項５】
前記突起部（５９）の一面と、前記導入孔（５３）を構成する壁面（５３ｃ）とが連なっていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の圧力センサ装置。
【請求項６】
前記突起部（５９）は、一方の前記開口端（５３ｂ）における、他方の前記開口端（５３ａ）から最も遠くに位置する部位に連結されていることを特徴とする請求項３〜５いずれか１項に記載の圧力センサ装置。
【請求項７】
前記ハウジング（５２）には、複数の前記突起部（５９）が形成されていることを特徴とする請求項３〜６いずれか１項に記載の圧力センサ装置。
【請求項８】
前記突起部（５９）は、前記ハウジング（５２）から離れるにしたがって、先細る形状となっていることを特徴とする請求項３〜７いずれか１項に記載の圧力センサ装置。
【請求項９】
前記導入孔（５３）を構成する壁面（５３ｃ）は、撥水性を有するコーティング材（９０）によって覆われていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の圧力センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定気体の圧力を電気信号に変換する圧力センサと、該圧力センサに被測定気体を導入するための導入孔が形成されたハウジングと、を有する圧力センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、センサ部と、該センサ部が設けられる凹部が一面に形成されたケースプラグと、自身の中空部にケースプラグが挿入されることでケースプラグと一体に組みつけられるハウジングと、を備える圧力センサが提案されている。ハウジングには、測定媒体をセンサ部に導入するための測定媒体導入孔が形成されており、測定媒体の流入する開口端が、測定媒体導入孔の中心を通る軸方向にて直交している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０３５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
測定媒体に含まれる成分が測定媒体導入孔を構成する壁面にて凝結し、付着すると、液体の付着した部分が腐食する虞がある。また、外部環境温度が下がり、壁面に付着した液体が凍結すると、開口端が閉塞される虞がある。開口端が閉塞されると、測定媒体がセンサ部に導入され難くなり、圧力の検出精度が低下する虞がある。
【０００５】
これに対して、特許文献１に示される圧力センサでは、上記したように、測定媒体の流入する開口端が軸方向にて直交する構成となっている。そのため、壁面を伝い、開口端に到着した液体は、表面張力によって開口端に留まり、開口端から腐食が進行する虞がある。また、開口端が凍結した液体によって閉塞され、測定媒体がセンサ部に導入され難くなり、圧力の検出精度が低下する虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、ハウジングの腐食、及び、圧力の検出精度の低下が抑制された圧力センサ装置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】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被測定気体の圧力を電気信号に変換する圧力センサ（２０）と、該圧力センサ（２０）に被測定気体を導入するための導入孔（５３）が形成されたハウジング（５２）と、を有し、導入孔（５３）が有する２つの開口端（５３ａ，５３ｂ）の内、一方の開口端（５３ｂ）が、被測定気体の流動するパイプの中空内に配置される圧力センサ装置であって、一方の開口端（５３ｂ）は、導入孔（５３）の中心を通る軸方向に対して傾斜していることを特徴とする。
【０００８】
このように本発明によれば、被測定気体の流動するパイプの中空内に配置される開口端（５３ｂ）（以下、単に開口端（５３ｂ）と示す）が、軸方向に対して傾斜している。これによれば、導入孔（５３）を構成する壁面（５３ｃ）を伝い、開口端（５３ｂ）に達した液体を、開口端（５３ｂ）の先端に集めることができる。したがって、液体に働く表面張力よりも自重が勝った結果、落下するまでの時間が、軸方向に対して開口端が直交した構成よりも短くなる。そのため、液体が積極的に排出され、壁面（５３ｃ）に付着した液体によるハウジング（５２）の腐食が抑制される。また、外部環境温度が下がった場合においても、液体は積極的に排出されるので、凍結した液体による開口端（５３ｂ）の閉塞が抑制される。これにより、被測定気体が圧力センサ（２０）に導入され難くなることが抑制され、圧力の検出精度の低下が抑制される。
【０００９】
請求項２に記載のように、ハウジング（５２）における、軸方向と直交し、一方の開口端（５３ｂ）から導入孔（５３）の外に向かう方向に位置する部位が除去され、導入孔（５３）を構成する壁面（５３ｃ）の内、軸方向と直交し、一方の開口端（５３ｂ）から導入孔（５３）の内に向かう方向に位置する部位が、被測定気体に晒された構成が好適である。
【００１０】
これによれば、液体の集められる開口端（５３ｂ）の先端が、被測定気体に晒される。そのため、開口端（５３ｂ）の先端に集められた液体に被測定気体がぶつかるので、液体が効果的に排出される。
【００１１】
請求項３に記載のように、ハウジング（５２）における一方の開口端（５３ｂ）を構成する部位の一部に、軸方向に延びる突起部（５９）が形成された構成が好ましい。これによれば、開口端（５３ｂ）に達した液体は、開口端（５３ｂ）よりも液体との付着面積の少ない突起部（５９）に流動する。突起部（５９）と液体との接触面積は、開口端（５３ｂ）と液体との接触面積よりも小さいので、突起部（５９）に付着した液体の表面張力は、開口端（５３ｂ）に付着した液体の表面張力よりも小さくなる。そのため、突起部がハウジングに形成されていない構成と比べて、液体をより効果的に排出することができる。
【００１２】
請求項４に記載のように、突起部（５９）は、被測定気体に晒された構成が良い。これによれば、突起部（５９）に集められた液体に、被測定気体がぶつかるので、液体が効果的に排出される。
【００１３】
請求項５に記載のように、突起部（５９）の一面と、導入孔（５３）を構成する壁面（５３ｃ）とが連なった構成が良い。これによれば、壁面（５３ｃ）から突起部（５９）へ液体が流動し易くなる。
【００１４】
請求項６に記載のように、突起部（５９）は、一方の開口端（５３ｂ）における、他方の開口端（５３ａ）から最も遠くに位置する部位に連結された構成が良い。このように、液体の集められる開口端（５３ｂ）の先端に、突起部（５９）が形成されているので、先端に集められた液体を、液体の表面張力の小さい突起部（５９）に流動させ、突起部（５９）にて排出することができる。
【００１５】
請求項７に記載のように、ハウジング（５２）には、複数の突起部（５９）が形成された構成が良い。これによれば、単数の突起部（５９）がハウジング（５２）に形成された構成と比べて、より効果的に液体を排出することができる。
【００１６】
請求項８に記載のように、突起部（５９）は、ハウジング（５２）から離れるにしたがって、先細る形状となった構成が良い。これによれば、突起部（５９）の先端に行くにしたがって、液体の表面張力を小さくすることができる。そのため、突起部（５９）が矩形である構成と比べて、突起部（５９）における液体の排出能力が向上される。
【００１７】
請求項９に記載のように、導入孔（５３）を構成する壁面（５３ｃ）は、撥水性を有するコーティング材（９０）によって覆われた構成が良い。これによれば、壁面（５３ｃ）に水分が付着したとしても、その付着した水分を、積極的に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る圧力センサ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】第２実施形態に係る圧力センサ装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】第３実施形態に係る圧力センサ装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】圧力センサ装置の変形例を示す断面図である。
【図５】圧力センサ装置の変形例を示す断面図である。
【図６】圧力センサ装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る圧力センサ装置の概略構成を示す断面図である。
【００２０】
図１に示すように、圧力センサ装置１００は、柱状の第１ハウジング１０と、筒状の第２ハウジング５０とが組みつけられて成る。第１ハウジング１０には、圧力センサ２０とターミナル３０とが固定されており、第２ハウジング５０には、メタルダイヤフラム６０とリングウェルド６１とが固定されている。第２ハウジング５０の中空は、メタルダイヤフラム６０によって、第１ハウジング１０を収容する収容空間と、被検出対象である被計測気体を導入する導入空間（導入孔）とに区切られている。第２ハウジング５０の一部は、被計測気体が流れるパイプ内に設けられ、その被計測気体が、上記した導入空間に流入し、流入した被計測気体の圧力が、メタルダイヤフラム６０に作用するようになっている。
【００２１】
第１ハウジング１０は、ＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂材料によって形成され、第１柱部１１と第２柱部１２とが一体的に連結されて成る。第１柱部１１の径は、第２柱部１２の径よりも長くなっており、第１柱部１１は第２ハウジング５０の収容空間内に配置され、第２柱部１２は外部に配置されている。
【００２２】
図１に示すように、第１柱部１１における、メタルダイヤフラム６０側の端部１１ａには、第１の溝１３と、第１の溝１３の全周囲を囲む第２の溝１４と、が形成されている。第１の溝１３には、圧力センサ２０とターミナル３０の一部が設けられ、第２の溝１４には、Ｏリング６２が設けられている。また、第１の溝１３、メタルダイヤフラム６０、及び、Ｏリング６２によって圧力検出室１５が形成されており、この圧力検出室１５は、圧力伝達媒体１６によって満たされている。これにより、メタルダイヤフラム６０に作用した被計測気体の圧力が、圧力伝達媒体１６を介して、圧力センサ２０に作用される。
【００２３】
圧力センサ２０は、半導体基板２１と、該半導体基板２１における局所的に厚さの薄くなった薄肉部（図示略）上に形成されたゲージ抵抗（図示略）と、半導体基板２１の端部に形成されたパッド（図示略）と、ガラスから成る台座（図示略）と、を有する。半導体基板２１は、台座に陽極接合され、台座は、接着剤（図示略）を介して、第１の溝１３の壁面に固定されている。圧力センサ２０は、薄肉部に作用した圧力を電気信号に変換する機能を果たす。
【００２４】
ターミナル３０は、第１ハウジング１０にインサート成形されている。本実施形態では、外部電源との電気的な接続を果たすターミナル３０ａ、グランドとの電気的な接続を果たすターミナル３０ｂ、及び、電気信号の入出力を果たすターミナル３０ｃそれぞれが第１ハウジング１０にインサート成形されている。ターミナル３０ａ〜３０ｃそれぞれの一端が第１の溝１３から露出され、残りの他端が、第２柱部１２における第１柱部１１との連結端とは反対側の端部１２ａから露出している。そして、図示しないが、ターミナル３０ａ〜３０ｃにおける第１の溝１３に設けられた部位に、ワイヤ３１が接続され、このワイヤ３１を介して、ターミナル３０ａ〜３０ｃと対応する圧力センサ２０のパッドとが電気的に接続されている。これにより、圧力センサ２０と外部とが、ワイヤ３１とターミナル３０とを介して電気的に接続可能となっている。なお、ターミナル３０ａ〜３０ｃにおけるワイヤ３１との接続部位の一部は、被覆樹脂３２によって被覆されており、第２柱部１２から露出した他端は、第２柱部１２の端部１２ａに連結された囲み部１７によって囲まれている。この囲み部１７とターミナル３０ａ〜３０ｃそれぞれの他端とによってコネクタが構成されている。
【００２５】
第２ハウジング５０は、アルミニウムなどの金属材料によって形成され、第１筒部５１と第２筒部５２とが一体的に連結されて成る。第１筒部５１と第２筒部５２の中空は、メタルダイヤフラム６０によって区切られており、第１筒部５１の中空が、第１ハウジング１０の第１柱部１１を収納する機能を果たし、第２筒部５２の中空が、被計測気体を導入する機能を果たすようになっている。第２ハウジング５０が、特許請求の範囲に記載のハウジングに相当する。
【００２６】
図１に示すように、第１筒部５１の内径は一定、第２筒部５２の内径は変化しており、第１筒部５１の内径は、第２筒部５２の内径よりも長くなっている。第２筒部５２の外壁には、パイプに設けられたねじ孔に固定するためのねじ溝５４と、Ｏリング５５を設けるための環状溝５６と、が形成されている。また、第２筒部５２における第１筒部５１との連結端には、メタルダイヤフラム６０を固定するための、環状の固定面５２ａが設けられている。この固定面５２ａと第１柱部１１の端部１１ａとがメタルダイヤフラム６０とリングウェルド６１とを介して対向している。
【００２７】
第１筒部５１における第２筒部５２から離れた端部は、かしめられて、第１柱部１１における第２柱部１２との連結端側に折れ曲がっており、このかしめられて折れ曲がった部位（以下、かしめ部５７と示す）によって、第１柱部１１（第１ハウジング１０）が固定面５２ａ側に押し付けられている。なお、かしめ部５７の端部は、閉塞樹脂５８によって覆われており、第１筒部５１と第１柱部１１との間に形成された隙間は、Ｏリング６２と閉塞樹脂５８とによって閉塞されている。
【００２８】
メタルダイヤフラム６０は、被計測気体の圧力を、圧力伝達媒体１６を介して圧力センサ２０に伝達する機能を果たす。メタルダイヤフラム６０は、円盤状を成し、その平面が波打った形状（コルゲート形状）を成している。メタルダイヤフラム６０の端部における、固定面５２ａとの対向面の全周囲は、環状の固定面５２ａに溶接接合されている。
【００２９】
リングウェルド６１は、環状を成し、その表面が平らになっている。この平らな表面と、第２の溝１４を構成する壁面との間に、Ｏリング６２が挟持されている。この構成により、圧力検出室１５がＯリング６２によってシール（気密封止）されている。
【００３０】
次に、本実施形態に係る圧力センサ装置１００の特徴点とその作用効果を説明する。第２筒部５２の中空が、特許請求の範囲に記載の導入孔５３に相当するので、以下においては、第２筒部５２の中空を導入孔５３と示す。図１に示すように、導入孔５３の中心を通る軸方向は、鉛直方向と平行であり、重力の印加方向が、導入孔５３への被計測気体の流入方向とは反対になっている。そして、導入孔５３の内径は、メタルダイヤフラム６０から離れるにしたがって徐々に短くなった後、しばらく一定となり、急速に短くなっている。
【００３１】
導入孔５３は２つの開口端５３ａ，５３ｂを有し、被計測流体の流出する開口端５３ａは、鉛直方向に対して直交し、被計測気体の流入する開口端５３ｂは、鉛直方向に対して傾斜している。そのため、開口端に直交する方向からみた平面形状が、開口端５３ａでは円形であるのに対して、開口端５３ｂでは楕円形となっている。
【００３２】
この構成により、被計測気体に含まれる成分が、導入孔５３を構成する壁面５３ｃにて凝結して付着した場合、壁面５３ｃに付着した液体は、重力の印加方向にしたがい、壁面５３ｃを伝って、開口端５３ｂへと流れる。そして、開口端５３ｂに到着した液体は、開口端５３ｂの先端へと集まる。したがって、液体に働く表面張力よりも自重が勝った結果、落下するまでの時間が、軸方向に対して開口端が直交した構成と比べて短くなる。そのため、液体が積極的に排出され、壁面５３ｃに付着した液体による第２筒部５２（第２ハウジング５０）の腐食が抑制される。また、外部環境温度が下がった場合においても、液体は積極的に排出されるので、凍結した液体による開口端５３ｂの閉塞が抑制される。これにより、被測定気体がメタルダイヤフラム６０（圧力センサ２０）に導入され難くなることが抑制され、圧力の検出精度の低下が抑制される。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図２に基づいて説明する。図２は、第２実施形態に係る圧力センサ装置の概略構成を示す断面図であり、第１実施形態で示した図１に対応している。
【００３４】
第２実施形態に係る圧力センサ装置１００は、第１実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態で示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与している。
【００３５】
第１実施形態では、図１に示すように、導入孔５３の壁面５３ｃが、第２筒部５２を構成する壁部によってその周囲を囲まれた例を示した。これに対して、本実施形態では、壁面５３ｃの一部が被計測気体に晒された点を特徴とする。
【００３６】
図２に示すように、軸方向に対する開口端５３ｂの傾斜に沿って、筒部５２の一部が切り欠いた形状となり、筒部５２における、軸方向と直交し、開口端５３ｂから導入孔５３の外に向かう方向（図２に実線矢印で示す方向）に位置する部位が除去されている。これにより、壁面５３ｃの内、軸方向と直交し、開口端５３ｂから導入孔５３の内に向かう方向（図２に破線矢印で示す方向）に位置する部位が、被測定気体に晒されている。本実施形態では、破線で示された領域Ａ１が第２筒部５２から除去され、一点鎖線で囲まれた壁面５３ｃが被計測気体に晒されている。このような第２筒部５２は、第１実施形態で示した第２筒部５２の製造後、領域Ａ１を削除することで製造することができる。若しくは、単純に、冷間鍛造、成形などによっても製造することができる。
【００３７】
上記構成により、液体の集められる開口端５３ｂの先端が、被測定気体に晒される。これによれば、開口端５３ｂの先端に集められた液体に被測定気体がぶつかるので、液体が効果的に排出される。
【００３８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図３に基づいて説明する。図３は、第３実施形態に係る圧力センサ装置の概略構成を示す断面図であり、第２実施形態で示した図２に対応している。
【００３９】
第３実施形態に係る圧力センサ装置は、上記した各実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記した各実施形態で示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与している。
【００４０】
本実施形態では、第２実施形態に係る圧力センサ装置１００の第２筒部５２に、突起部５９が形成されたことを特徴点とする。
【００４１】
図３に示すように、突起部５９は、第２筒部５２における開口端５３ｂを構成する外壁に形成されている。突起部５９は、自身の一面と、導入孔５３を構成する壁面５３ｃとが連なる態様で、鉛直下方に延びている。なお、本実施形態に係る突起部５９は、開口端５３ｂにおける、開口端５３ａから最も遠くに位置する部位（開口端５３ｂの先端）に連結され、被計測気体に晒されている。
【００４２】
これによれば、壁面５３ｃを伝い、開口端５３ｂに達した液体は、開口端５３ｂよりも液体との付着面積の少ない突起部５９に流動する。突起部５９と液体との接触面積は、開口端５３ｂと液体との接触面積よりも小さいので、突起部５９に付着した液体の表面張力は、開口端５３ｂに付着した液体の表面張力よりも小さくなる。そのため、突起部が第２筒部に形成されていない構成と比べて、液体をより効果的に排出することができる。
【００４３】
突起部５９は、被測定気体に晒されている。これによれば、突起部５９に集められた液体に被測定気体がぶつかるので、液体を効果的に排出することができる。
【００４４】
突起部５９の一面と壁面５３ｃとが連なっている。これによれば、壁面５３ｃから突起部５９へ液体が流動し易くなる。
【００４５】
突起部５９は、開口端５３ｂの先端に連結されている。これによれば、開口端５３ｂの先端に集められた液体を、液体の表面張力の小さい突起部５９に流動させ、突起部５９にて排出することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、１つの突起部５９が第２筒部５２に形成された例を示した。しかしながら、図４に示すように、複数の突起部５９が第２筒部５２に形成された構成を採用することもできる。図４は、圧力センサ装置の変形例を示す断面図である。
【００４７】
本実施形態では、図３に示すように、突起部５９の断面形状が矩形である例を示した。しかしながら、図５に示すように、突起部５９の形状としては、上記例に限定されず、断面三角形状を採用することもできる。特に、図５に示す変形例の場合、突起部５９は、第２筒部５２から離れるにしたがって、先細る形状となっているため、突起部５９の先端に行くにしたがって、液体の表面張力を小さくすることができる。そのため、突起部の断面形状が矩形である構成と比べて、突起部５９における液体の排出能力が向上される。図５は、圧力センサ装置の変形例を示す断面図である。
【００４８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００４９】
第１〜第３実施形態では、壁面５３ｃのコーティングについて特に言及してこなかった。しかしながら、図６に示すように、壁面５３ｃの表面を、撥水性を有するコーティング材９０で覆っても良い。これによれば、壁面５３ｃへの液体の付着が抑制される。また、コーティング材９０に付着した液体を、排出することができる。なお、コーティング材の材料としては、シリコーン系の樹脂を採用することができる。そして、壁面５３ｃにコーティング材９０を設けるには、塗布、スプレーなどによって実現される。図６は、圧力センサ装置の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０・・・第１ハウジング
２０・・・圧力センサ
３０・・・ターミナル
５０・・・第２ハウジング
５２・・・第２筒部
５３・・・導入孔
５３ａ，５３ｂ・・・開口端
５３ｃ・・・壁面
５９・・・突起部
１００・・・圧力センサ装置
【図１】
2013108954.tif 000003
【図２】
2013108954.tif 000004
【図３】
2013108954.tif 000005
【図４】
2013108954.tif 000006
【図５】
2013108954.tif 000007
【図６】
2013108954.tif 000008