压力温度传感器的制作方法

压力温度传感器
[0001]
关联申请的相互参照
[0002]
本申请基于2018年7月19日申请的日本专利申请第2018－135706号，这里引用其记载内容。
技术领域
[0003]
本发明涉及对测定介质的压力及温度进行检测的压力温度传感器。


背景技术：

[0004]
以往，例如在专利文献1中提出了对测定介质的压力及温度进行检测的传感器。传感器包括从管状口突出的扩散器(diffuser)。扩散器包括沿管状口的长度方向延伸的4张叶片。4张叶片在以沿长度方向的轴为中心的周向上以等角度配置。即，在周向上，彼此相邻的叶片所成的角度是90
°
。测定介质沿扩散器的叶片的叶片面而被引入到管状口内。
[0005]
现有技术文献
[0006]
专利文献
[0007]
专利文献1：美国专利申请公开第2009/0178487号说明书
[0008]
但是，根据上述的现有技术，在传感器被安装于安装对象之前不知道扩散器的各叶片相对于测定介质的流动方向以什么角度安装。
[0009]
例如，在以叶片相对于测定介质的流动方向倾斜45
°
的状态将传感器固定于安装对象的情况下，测定介质容易聚集到由彼此相邻的2张叶片构成的角部。因此，测定介质容易沿叶片的叶片面被引入到管状口的内部。该情况下，测定介质的引入量最大化。
[0010]
相对于此，在2张叶片相对于测定介质的流动方向倾斜90
°
的状态下，2张叶片与测定介质的流动正对。因此，碰撞到叶片的叶片面的测定介质的一部分被引入到管状口侧，而其他取从扩散器迂回的路径。因而，测定介质的引入量减少。结果，传感器的温度检测精度可能降低。
[0011]
此外，2张叶片的叶片面将测定介质的流动遮挡，所以在扩散器中在测定介质的流动的前后产生压力差。结果，在测定介质中可能产生压力损失。
[0012]
这样，以往的传感器的叶片是4张，从而根据各叶片相对于测定介质的流动的朝向，向管状口的内部的测定介质的引入量产生偏差。当然，叶片为3张的情况也与上述是同样的。


技术实现要素：

[0013]
本发明鉴于上述情况，目的在于提供无论叶片相对于测定介质的流动方向以什么角度安装都能够确保测定介质的引入量并且降低测定介质的压力损失的压力温度传感器。
[0014]
为了达成上述目的，本发明的一实施方式的压力温度传感器包括具有对测定介质的压力进行检测的压力检测部和对测定介质的温度进行检测的温度检测部的传感器部。
[0015]
压力温度传感器包括保持部，该保持部具有管部，以使传感器部位于管部的内部
的方式保持传感器部，管部被固定于作为安装对象的配管。
[0016]
压力温度传感器包括以比传感器部更靠配管的内部侧的方式设于保持部、由于管部被固定于配管而被配置在配管的内部的导入部。
[0017]
导入部包括具有沿着导入部相对于传感器部的突出方向的叶片面的多个叶片。多个叶片在垂直于突出方向的垂直面中以放射状配置，并且彼此相邻的叶片的叶片面所成的角度都是锐角。
[0018]
由此，无论各叶片相对于测定介质的流动方向以什么角度安装，彼此相邻的叶片的锐角部分的某个都朝向测定介质的流动方向。因此，能够从彼此相邻的叶片的锐角部分沿着叶片面向管部的内部引入测定介质。因而，能够确保测定介质的引入量。
[0019]
此外，无论各叶片相对于测定介质的流动方向以什么角度安装，叶片面的朝向垂直于测定介质的流动方向的面的投影面积都比4张以下的叶片的情况小。即，与叶片是4张以下的情况相比，测定介质的流动不易受叶片面妨碍，从而在测定介质的流动中在导入部的前后不易产生压力差。因而，能够实现测定介质的压力损失的降低。
附图说明
[0020]
关于本发明的上述及其他目的、特征及优点，通过参照附图的以下详细说明会更加明确。
[0021]
图1是第1实施方式的压力温度传感器的截面图。
[0022]
图2是图1的ii－ii截面图。
[0023]
图3是表示在导入部的上游侧及下游侧产生的压力区域的截面图。
[0024]
图4是表示叶片的张数和压力损失的关系的图。
[0025]
图5是作为比较例而表示叶片是4张的情况下的测定介质的流动的截面图。
[0026]
图6是作为比较例而表示叶片是4张的情况下在导入部的上游侧及下游侧产生的压力区域的截面图。
[0027]
图7是作为变形例而将壳体和导入部一体化了的截面图。
[0028]
图8是作为变形例而将叶片设为12张时的截面图。
[0029]
图9是作为变形例而表示设于导入部的贯通孔的截面图。
[0030]
图10是作为变形例而表示具有锥状的侧面的底部的侧面图。
[0031]
图11是作为变形例而表示半球状的底部的侧面图。
[0032]
图12是第2实施方式的导入部的侧面图。
[0033]
图13是表示第2实施方式的导入部的变形例的侧面图。
具体实施方式
[0034]
以下，参照附图说明用于实施本发明的多个形态。在各实施方式中有对于先前实施方式中说明的事项所对应的部分附加同一参照标记而省略重复的说明的情况。在各实施方式中仅说明结构的一部分的情况下，关于结构的其他部分，能够应用先前说明的其他实施方式。不仅是各实施方式中明示了能够具体地组合的部分彼此的组合，只要组合不特别产生障碍，即使没有明示也能够将实施方式彼此部分地组合。
[0035]
(第1实施方式)
[0036]
以下，参照附图说明第1实施方式。本实施方式的压力温度传感器能够检测测定介质的压力及温度双方。压力温度传感器被固定于配管，对配管内的测定介质的压力及温度进行检测。测定介质例如是汽车中使用的冷媒。测定介质还有发动机油、变速器油等润滑油、气体等。
[0037]
如图1所示，压力温度传感器100具备壳体110、传感器体部120、浇注部130、模塑树脂部140、传感器芯片150以及导入部170。
[0038]
壳体110是将sus等金属材料通过切削等加工而成的中空形状的壳。壳体110在一端侧具有突出部111，在另一端侧具有开口部112。突出部111具有管部113。管部113与开口部112连通。在管部113的外周面，形成有能够与作为安装对象的配管200螺合的外螺纹部114。
[0039]
壳体110的开口部112通过被周壁115包围而构成。壳体110的管部113的一部分固定于在作为安装对象的配管200的厚壁部201设置的贯通螺孔202。由此，管部113的开口端部113a位于配管200的内部。
[0040]
另外，将压力温度传感器100向配管200固定的方法不限于上述的螺紧。例如，也可以采用法兰固定、簧环(circlip)等方法。
[0041]
传感器体部120是构成用于将压力温度传感器100与外部装置进行电连接的连接件的部件。传感器体部120例如由pps等树脂材料形成。传感器体部120的一端侧作为被向壳体110的开口部112固定的固定部121而形成，另一端侧作为连接件部122而形成。固定部121具有向连接件部122侧凹陷的凹部123。
[0042]
此外，传感器体部120将端子(terminal)124嵌件成型。端子124的一端侧密封于固定部121，另一端侧以在连接件部122的内侧露出的方式嵌件成型于传感器体部120。模塑树脂部140的一部分容纳于凹部123从而端子124的一端侧连接于模塑树脂部140的电气部件。
[0043]
并且，传感器体部120以固定部121经由o形环125嵌入到壳体110的开口部112的状态而被铆接固定，以使得壳体110的周壁115的端部推压固定部121。
[0044]
浇注部130是在传感器体部120的凹部123与模塑树脂部140的间隙中填充的密封用部件。浇注部130例如由环氧树脂等树脂材料形成。浇注部130密封并保护模塑树脂部140的一部分及端子124的接合部等，以免受到作为测定介质的油的影响。
[0045]
模塑树脂部140是将传感器芯片150进行保持的部件。模塑树脂部140构成为具有一端部141和与一端部141相反侧的另一端部142的柱状。模塑树脂部140在一端部141侧将传感器芯片150密封。
[0046]
此外，模塑树脂部140将引线框143的一部分及电路芯片160密封。引线框143是成为安装传感器芯片150及电路芯片160的基座的部件。在引线框143的一端侧安装有传感器芯片150，在另一端侧安装有电路芯片160。
[0047]
引线框143的另一端侧的先端部分从模塑树脂部140的另一端部142露出，并且与端子124的一端侧连接。另外，引线框143可以分割为多个。该情况下，通过键合线进行电连接即可。引线框143和端子124也可以通过键合线连接。
[0048]
电路芯片160是形成有存储器等半导体集成电路的ic芯片。电路芯片160用半导体基板等形成。电路芯片160作为对传感器芯片150的电源而供给恒定电流，从传感器芯片150输入压力信号及温度信号，根据预先设定的信号处理值进行各信号的信号处理。信号处理
值是用于将各信号的信号值进行放大、运算等的调整值。电路芯片160通过未图示的键合线经由引线框143而与传感器芯片150电连接。
[0049]
传感器芯片150是对测定介质的温度进行检测的电子部件。传感器芯片150例如通过银膏等安装于引线框143。传感器芯片150具有层叠有多个层而构成的板状的基板。多个层作为晶片级封装而层叠有多个晶片，在通过半导体工艺等加工后，按每个传感器芯片150而被切割(dicing cut)。
[0050]
传感器芯片150具有薄片状的膜片151。在膜片151形成有多个压电电阻元件152。各压电电阻元件152是通过对半导体层的离子注入形成的扩散电阻。各压电电阻元件152可以作为在膜片151之上形成的薄膜电阻而构成。另外，在传感器芯片150，还形成有与各压电电阻元件152连接的未图示的布线部、焊盘等。
[0051]
各压电电阻元件152是对应于施加有测定介质的压力的膜片151的变形而电阻值变化的电阻元件。此外，各压电电阻元件152是对应于测定介质的温度而电阻值变化的元件。各压电电阻元件152以构成惠斯通电桥电路的方式被电连接。惠斯通电桥电路被从电路芯片160供给恒定电流的电源。由此，利用各压电电阻元件152的压电电阻效应，能够将与膜片151的变形、温度对应的电压作为传感器信号来检测。
[0052]
具体而言，传感器芯片150将与膜片151的变形对应的多个压电电阻元件152的电阻变化作为惠斯通电桥电路的中点电压的变化来检测，将中点电压作为压力信号而输出。另一方面，传感器芯片150将与从测定介质受到的热对应的多个压电电阻元件152的电阻变化作为惠斯通电桥电路的电桥电压来检测，将电桥电压作为温度信号而输出。
[0053]
因而，本实施方式中，各压电电阻元件152具有压力检测部及温度检测部双方的功能。传感器芯片150以与压力检测部及温度检测部对应的部分露出的方式在模塑树脂部140的一端部141侧被密封。
[0054]
并且，模塑树脂部140以使传感器芯片150的压力检测部及温度检测部位于管部113的内部的方式被保持于传感器体部120及浇注部130。
[0055]
导入部170是在突出部111的突出方向上位于模塑树脂部140旁边而设于管部113的部件。换言之，导入部170以比传感器芯片150靠配管200的内部侧的方式设于管部113。突出部111的突出方向与模塑树脂部140或传感器芯片150和导入部170的配置方向相同。通过将管部113固定于配管200从而导入部170被配置在配管200的内部。导入部170的一部分从管部113的开口端部113a突出。如图1及图2所示，导入部170具有叶片部171、底部172以及臂部173。
[0056]
叶片部171具备具有平面状的叶片面174的多个叶片175。叶片面174是沿着突出方向的面。所谓沿着突出方向的面，不仅包括与突出方向平行的面，还包括相对于突出方向倾斜的面。叶片部171构成使测定介质沿着叶片面174向传感器芯片150侧引导的流路176。
[0057]
如图2所示，多个叶片175的叶片面174在与突出方向垂直的垂直方向的垂直面中以放射状配置。本实施方式中，6张叶片175具有60
°
的间隔而以等角度配置。此外，彼此相邻的叶片175的叶片面174所成的角都是锐角。
[0058]
底部172将多个叶片175中在突出方向上与模塑树脂部140侧相反的一侧固定。底部172具有固定各叶片175的固定面177。
[0059]
臂部173是用于在管部113的内部将导入部170进行保持的部分。臂部173的一端与
叶片部171一体化。臂部173的另一端延长直到达到传感器体部120，并且形成卡挂构造。卡挂构造例如是卡扣(snap fit)。并且，如图1所示，臂部173的另一端卡挂于在管部113的内部形成的阶差部116。由此，导入部170以底部172侧从管部113突出的方式被保持在管部113的内部。以上是压力温度传感器100的整体结构。
[0060]
接着，说明彼此相邻的叶片175的叶片面174所成的角都是锐角的作用效果。首先，如图2所示，彼此相邻的叶片175所成的叶片面174的角为锐角，所以无论叶片175相对于测定介质的流动方向以什么角度安装，都一定有某个锐角部分朝向测定介质的流动方向。因此，测定介质集中于朝向测定介质的流动方向的锐角部分。并且，集中于锐角部分的测定介质沿着叶片175的叶片面174被引入到传感器芯片150侧。由此，在传感器芯片150的检测部附近测定介质的流速提高，从而温度检测精度及温度响应性提高。
[0061]
此外，如图3所示，叶片面174向与测定介质的流动方向垂直的面178的投影面积比叶片面174垂直地朝向测定介质的流动方向的情况小。因此，导入部170中的作用于测定介质的流动方向的上游侧的高压区域和作用于下游侧的低压区域比叶片面174垂直地朝向测定介质的流动方向的情况小。即，导入部170的上游侧和下游侧的压力差变小。由此，测定介质的压力损失降低。另外，图3是截面图，所以面178表现为二维的线。
[0062]
本发明的发明者们研究了使叶片175的张数变化时的配管200内的测定介质的压力损失。以使叶片175的叶片面174随机地朝向测定介质的流动方向的方式，对于各张数准备了多个压力温度传感器100。
[0063]
如图4所示，叶片175为4张的情况下，测定介质的压力损失的最大值与最小值的差变大。即，测定介质的压力损失的偏差变大。这表示叶片175的叶片面174相对于测定介质的流动方向的朝向有偏差。叶片175为6张、8张、10张的情况下，与叶片175为4张的情况相比，测定介质的压力损失变小。此外，测定介质的压力损失的偏差也变小。根据该结果，可以将叶片175设为8张或10张。
[0064]
如上述那样，为了使彼此相邻的叶片175所成的角为锐角，需要5张以上的叶片175。导入部170如果至少具有5张以上的叶片175则测定介质的压力损失变小，并且压力损失的偏差也变小。根据图4的结果也可以说，通过使叶片175从4张增加到6张从而测定介质的压力损失变小，因此导入部170通过具备5张以上的叶片175从而能够降低测定介质的压力损失。
[0065]
作为比较例，在叶片175为4张的情况下，如图5所示，彼此相邻的叶片175所成的角为直角或钝角。并且，例如，在相对于测定介质的流动方向将叶片175的叶片面174垂直配置的情况下，碰撞于叶片175的叶片面174的测定介质通过导入部170的周围的流动而散逸到导入部170的外侧。即，测定介质从导入部170迂回。因此，难以确保测定介质的引入量。此外，如图6所示，叶片面174向垂直于测定介质的流动方向的面178a的投影面积最大，所以叶片面174的整体将测定介质的流动遮挡。因此，在导入部170的上游侧和下游侧发生较大的压力差。由此，测定介质的压力损失变大。
[0066]
相对于此，本实施方式中，无论各叶片175相对于测定介质的流动方向以什么角度安装，某个彼此相邻的叶片175的锐角部分都朝向测定介质的流动方向。因此，能够从彼此相邻的叶片175的锐角部分沿着叶片面174向管部113的内部引入测定介质。因而，能够确保测定介质的引入量。
[0067]
此外，叶片面174向垂直于测定介质的流动方向的面的投影面积比4张以下的叶片175的情况小，所以与叶片175为4张以下的情况相比测定介质的流动不易被导入部170妨碍。因此，能够使得在测定介质的流动中在导入部170的前后难以发生压力差。因而，能够实现测定介质的压力损失的降低。
[0068]
另外，本实施方式的传感器芯片150与传感器部对应，压电电阻元件152与压力检测部及温度检测部对应。此外，壳体110、传感器体部120以及浇注部130与保持部对应。
[0069]
作为变形例，导入部170可以不具备底部172。此外，可以是，在垂直方向上，各叶片175中的底部172的中心部侧的一端部彼此分离从而各叶片175不被连结。即，导入部170可以具备与不将各叶片175接合而形成的空间部对应的孔部。孔部构成沿着垂直方向使测定介质通过的流路。由此，测定介质从孔部通过，所以能够进一步降低测定介质的压力损失。
[0070]
作为变形例，垂直方向上的导入部170的平面形状不是圆形，可以是四边形等多边形。底部172的平面形状也相同。
[0071]
作为变形例，如图7所示，导入部170可以与壳体110一体化。例如，导入部170可以形成为管部113的一部分。由此，能够减少部件个数。此外，导入部170可以由与壳体110相同的材料构成。
[0072]
作为变形例，如图8所示，叶片175可以设有12张。通过增加叶片175的张数，能够使导入部170近似地接近圆柱形状。由此，测定介质从导入部170的上游侧朝向下游侧顺畅地流动，从而能够提高测定介质的压力损失的降低效果。
[0073]
作为变形例，如图9所示，导入部170可以具有在各叶片175的接合部处沿突出方向形成的贯通孔179。由此，能够利用导入部170的外部与管部113的内部之间的压力差，经由贯通孔179将测定介质向管部113的内部引入。
[0074]
作为变形例，如图10所示，底部172的侧面172a可以形成为锥状。该情况下，可以是侧面172a的整体为锥面，也可以是侧面172a的一部分为锥面。此外，如图11所示，底部172可以形成为半球状。由此，测定介质沿着底部172的锥面或半球面顺畅地流动，所以能够降低测定介质的压力损失。
[0075]
(第2实施方式)
[0076]
本实施方式中，说明与第1实施方式不同的部分。如图12所示，导入部170具有平面状的锥面180。叶片175的叶片面174和底部172的固定面177在锥面180被连接。由此，能够容易地使进入到由彼此相邻的叶片175构成的锐角部分的测定介质沿着锥面180向传感器芯片150侧移动。
[0077]
作为变形例，如图13所示，导入部170可以具有弯曲面181。弯曲面181是向叶片175的叶片面174与底部172的固定面177的连接角部侧凹陷的曲面。
[0078]
本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够如以下那样各种变形。
[0079]
例如可以是，各叶片175在周方向上不以等角度配置，在周方向上以不同角度配置。
[0080]
多个压电电阻元件152对压力和温度双方进行检测，但也可以分别构成对压力进行检测的压电电阻元件152和对温度进行检测的压电电阻元件152。此外，作为对压力进行检测的单元，也可以采用电容式压力检测元件。进而，作为对温度进行检测的单元，也可以
采用热敏电阻或热电偶。电容式压力检测元件与压力检测部对应，热敏电阻或热电偶与温度检测部对应。即，压力检测部和温度检测部可以分别设于传感器芯片150。
[0081]
电路芯片160与传感器芯片150的电连接部件不限于引线框143。例如，电路芯片160及传感器芯片150也可以安装于印刷基板。
[0082]
压力温度传感器100也可以不包括模塑树脂部140。该情况下，构成传感器部的压力检测部及温度检测部被壳体110、传感器体部120、浇注部130等部件保持。
[0083]
本发明根据实施例进行了记载，但本发明不限于该实施例及构造。本发明还包含各种各样的变形例及均等范围内的变形。此外，各种各样的组合及形态、进而在它们中仅包含一要素、其以上或其以下的其他组合及形态也落入本发明的范畴及思想范围。