圧力温度複合センサ
【課題】圧力媒体の圧力および温度を検出する圧力温度複合センサにおいて、温度測定の精度を向上させる。
【解決手段】ハウジング１０に縦孔１５が設けられ、この縦孔１５内に銅材２０が配置される。ここで、銅材２０の一端側には黒体膜３０が設けられ、他端側が縦孔１５の開口部１３に向けられる。そして、銅材２０の他端側が圧力媒体の熱を受けると、当該熱が銅材２０を介して黒体膜３０に伝達される。これにより、黒体膜３０から圧力媒体の熱の温度に応じた赤外線が発せられ、当該赤外線が非接触型の赤外線温度センサ８０にて検出される。これにより圧力媒体の温度測定が行われる。
【解決手段】ハウジング１０に縦孔１５が設けられ、この縦孔１５内に銅材２０が配置される。ここで、銅材２０の一端側には黒体膜３０が設けられ、他端側が縦孔１５の開口部１３に向けられる。そして、銅材２０の他端側が圧力媒体の熱を受けると、当該熱が銅材２０を介して黒体膜３０に伝達される。これにより、黒体膜３０から圧力媒体の熱の温度に応じた赤外線が発せられ、当該赤外線が非接触型の赤外線温度センサ８０にて検出される。これにより圧力媒体の温度測定が行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力媒体の圧力および温度を検出する圧力温度複合センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、温度および圧力を検出できる複合型センサが、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、ハウジングに一端側から他端側に貫通する圧力導入孔が設けられ、ハウジングの他端側から一端側に孔部が設けられており、圧力導入孔においてハウジングの他端側がダイヤフラムに覆われ、孔部の底に温度検出のための温度センサが配置されたものが示されている。
【０００３】
また、孔部の内部には充填剤が充填されており、当該充填剤にて温度センサが固定されている。そして、温度センサにて、当該温度センサ周りに充填された充填剤の温度変化が計測され、ハウジングおよび充填剤を経由して温度センサに伝達された圧力媒体の温度が測定されるようになっている。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１０９６２４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、温度センサは充填剤にて固定されているため、圧力媒体に直接接触することがない。したがって、ハウジングの熱伝導率や、ハウジングが外部環境から受ける温度の影響によって、温度センサの測定精度が変化してしまう。また、温度センサは物質と接触することで温度計測を可能としているが、温度センサ周辺に充填剤が注入されているため、温度センサは充填剤の熱伝導率にも大きな影響を受けてしまう。これにより、温度センサの温度測定の精度が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、圧力媒体の圧力および温度を検出する圧力温度複合センサにおいて、温度測定の精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴では、圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、縦孔（１５）内に配置され、縦孔（１５）の内部を一端側と他端側とに分割するものであり、一面（３１）および他面（３２）を有し、一面（３１）にて縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）から導入される圧力媒体の熱エネルギーを受け、当該熱エネルギーに相当する赤外線を他面（３２）から縦孔（１５）の他端側に発する黒体膜（３０）と、黒体膜（３０）よりも縦孔（１５）の他端側に配置され、黒体膜（３０）の他面（３２）から発せられて縦孔（１５）内を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
これにより、黒体膜（３０）が圧力媒体に直接接触することで生じる黒体膜（３０）の温度変化を、非接触型の赤外線温度センサ（８０）で計測することができる。すなわち、圧力媒体の熱を伝達する黒体膜（３０）と温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを分離して、圧力媒体の熱を赤外線として黒体膜（３０）から赤外線温度センサ（８０）に伝達しているため、赤外線温度センサ（８０）が他の部品と接触することによる温度低下を回避することができる。このようにして、圧力媒体の温度が黒体膜（３０）から赤外線温度センサ（８０）に直接伝達されることにより、圧力媒体の高精度な温度計測を行うことができる。
【０００８】
この場合、棒状であって、縦孔（１５）内のうち黒体膜（３０）よりも縦孔（１５）内の一端側に配置されると共に、黒体膜（３０）の一面（３１）に接合される金属材（２０）を備えた構成とすることができる。
【０００９】
これにより、金属材（２０）が受けた圧力媒体の熱を黒体膜（３０）に直接伝達させることができ、金属材（２０）から受けた熱によって黒体膜（３０）にて赤外線を発しやすくすることができる。
【００１０】
金属材（２０）としては、熱伝導率が高い銅の材質のものや銀の材質のもの等を採用することができる。銅の熱伝導率は３９０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であり、銀の熱伝導率は４２０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１である。これらのように他の材質のものと比較して熱伝導率が高い銅や銀等を金属材（２０）として用いることができる。
【００１１】
他方、黒体膜（３０）の一面（３１）に金属薄膜（１２０）が設けられ、黒体膜（３０）と一体化された金属薄膜（１２０）が縦孔（１５）の開口部（１３）に配置された構成とすることができる。
【００１２】
これにより、金属材（２０）を用いる場合よりも、金属薄膜（１２０）内を伝達する熱の経路を短くすることができ、金属薄膜（１２０）内を伝達する熱が外部から影響を受けにくくすることができる。
【００１３】
また、ハウジング（１０）は鉄で構成されていることが好ましい。これにより、金属材（２０）を伝達する熱がハウジング（１０）に逃げにくくすることができる。
【００１４】
そして、棒状であって、縦孔（１５）内のうち黒体膜（３０）よりも縦孔（１５）の他端側に配置されると共に、黒体膜（３０）の他面（３２）に接合される透過ガラス材（１３０）を備えた構成とすることもできる。
【００１５】
この場合、透過ガラス材（１３０）として、赤外線を選択的に通過させる赤外線透過ガラスを用いることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の特徴では、圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、棒状であって、縦孔（１５）内に配置され、一端部（１３１）が縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）に配置される透過ガラス材（１３０）と、一部（１８ａ）が縦孔（１５）の開口部（１３）に対向するようにハウジング（１０）に一体化された突起部（１８）と、突起部（１８）の一部（１８ａ）のうち少なくとも縦孔（１５）の開口部（１３）に対向する壁面に配置され、圧力媒体の熱エネルギーを受けて当該熱エネルギーに相当する赤外線を発する黒体膜（３０）と、透過ガラス材（１３０）よりも縦孔（１５）の他端側に配置され、黒体膜（３０）から発せられて透過ガラス材（１３０）を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
このような構成によっても、黒体膜（３０）から発せられた赤外線を、透過ガラス材（１３０）を介して赤外線温度センサ（８０）にて検出することができる。
【００１８】
また、本発明の第３の特徴では、圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、棒状であって、縦孔（１５）内に配置され、一端部（１３１）が縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）に配置される透過ガラス材（１３０）と、圧力媒体が存在する配管（１４０）内のうち、ハウジング（１０）が配管（１４０）に取り付けられた際に縦孔（１５）の開口部（１３）に対向する壁面に配置され、圧力媒体の熱エネルギーを受けて当該熱エネルギーに相当する赤外線を発する黒体膜（３０）と、透過ガラス材（１３０）よりも縦孔（１５）の他端側に配置され、配管（１４０）内の黒体膜（３０）から発せられて透過ガラス材（１３０）を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
このように、黒体膜（３０）が縦孔（１５）に設けられておらず、圧力温度複合センサが取り付けられる配管（１４０）内に配置された構成となっていても、黒体膜（３０）から発せられた赤外線を赤外線温度センサ（８０）にて検出することができる。
【００２０】
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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される圧力温度複合センサは、例えば自動車における燃料パイプに取り付けられ、この燃料パイプ内の圧力媒体としての液体または気液混合気の圧力および温度を検出するものに適用される。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力温度複合センサの断面図である。また、図２は、図１に示される圧力温度複合センサのうち圧力導入孔１４および縦孔１５近傍の拡大断面図である。以下、図１および図２を参照して説明する。
【００２４】
図１および図２に示されるように、圧力温度複合センサは、ハウジング１０と、銅材２０と、黒体膜３０と、ステム４０と、センサチップ５０と、回路基板６０と、圧力計測用ターミナル７０と、赤外線温度センサ８０と、温度計測用ターミナル９０と、コネクタ１００とを備えて構成されている。
【００２５】
ハウジング１０は、切削や冷間鍛造等により加工された中空形状の金属製のケースであり、その一端側の外周面には、燃料配管等の被測定体にネジ結合可能なネジ部１１が形成されている。ハウジング１０の一端側には、ハウジング１０の一端に形成された２つの開口部１２、１３からハウジング１０の他端側に向かって２つの孔、すなわち圧力導入孔１４および縦孔１５が形成されている。圧力導入孔１４は圧力導入通路として用いられる孔であり、縦孔１５は圧力媒体の温度の計測に用いられる孔である。
【００２６】
銅材２０は、棒状をなしており、縦孔１５の開口部１３から縦孔１５内に挿入され、縦孔１５の壁面に設けられた段差１５ａにて支持されている。そして、ハウジング１０と銅材２０とが溶接された溶接部２１により、銅材２０が縦孔１５内に固定されている。この銅材２０は、縦孔１５の開口部１３側である一端側にて圧力媒体の熱を受け、当該熱を他端側に伝達させる役割を果たす。なお、銅材２０は、本発明の金属材に相当する。
【００２７】
黒体膜３０は、一面３１および他面３２を有する赤外線を発するものであり、縦孔１５の内部を当該縦孔１５の一端側と他端側とに分割するように縦孔１５内に配置されている。
【００２８】
本実施形態では、黒体膜３０は銅材２０よりも縦孔１５の他端側に配置されると共に、黒体膜３０の一面３１に銅材２０が接合されている。これにより、黒体膜３０は一面３１にて銅材２０から伝達される圧力媒体の熱エネルギーを受け、当該熱エネルギーに相当する赤外線を他面３２から縦孔１５の他端側に発する。
【００２９】
このような黒体膜３０として、例えば酸化膜が採用される。本実施形態では、銅材２０の一方の端面が高温加熱されることで形成される酸化銅が採用される。また、黒体膜３０の厚さは、例えば数＋μｍ〜数百μｍ程度である。
【００３０】
ステム４０は、中空円筒形状に加工された金属製の部材であり、ハウジング１０の他端側に設けられた２つの凹部１６ａ、１６ｂのうち、圧力導入孔１４が接続される一方の凹部１６ａに配置されている。ステム４０は、外周部に設けられたネジ部４１により、ハウジング１０の凹部１６ａにねじ止めされている。
【００３１】
また、ステム４０は、その軸の一端側にハウジング１０に導入された圧力によって変形可能な薄肉状のダイヤフラム４２を有し、軸の他端側にダイヤフラム４２に繋がる通路４３を有する。そして、当該通路４３とハウジング１０の圧力導入孔１４とが連通された状態にされ、圧力媒体の圧力が圧力導入孔１４からダイヤフラム４２に伝えられるようになっている。
【００３２】
センサチップ５０は、単結晶Ｓｉ（シリコン）からなる圧力検出用のチップであり、ステム４０のダイヤフラム４２上に配置されている。センサチップ５０はブリッジ回路を有しており、圧力導入孔１４および通路４３を介してステム４０内部に導入された圧力によってダイヤフラム４２が変形したとき、この変形に応じた抵抗値変化を電気信号に変換して出力する検出部（歪みゲージ）として機能する。
【００３３】
なお、上記ステム４０およびセンサチップ５０は、圧力導入孔１４の一端側の開口部１２から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部として構成されるものである。すなわち、ステム４０およびセンサチップ５０は、本発明の圧力検出部に相当する。
【００３４】
回路基板６０は、ステム４０のダイヤフラム４２上のセンサチップ５０から出力された電気信号を増幅・特性調整する回路を備えたものである。この回路基板６０の中央部分には図示しない貫通孔が設けられ、この貫通孔にステム４０のダイヤフラム４２側が配置される。そして、図示しないがセンサチップ５０と回路基板６０に設けられた回路とがワイヤボンディングされ、センサチップ５０の出力が回路基板６０の回路に入力されるようになっている。
【００３５】
圧力計測用ターミナル７０は、回路基板６０で処理されたセンサチップ５０に対応した電気信号を圧力温度複合センサの外部に出力するものである。本実施形態では、圧力計測に対応した圧力計測用ターミナル７０がスペーサー７１にインサート成形されている。この圧力計測用ターミナル７０は、ピン６１により回路基板６０の回路と電気的に接続されている。
【００３６】
赤外線温度センサ８０は、黒体放射に基づく赤外線の放射エネルギー吸収による温度変化を検出する非接触型の温度計測センサであり、黒体膜３０の他面３２から発せられて縦孔１５内を通過する赤外線を受光して温度計測を行うものである。具体的に、赤外線温度センサ８０は、強誘電体に赤外線が照射されると、当該強誘電体に赤外線の熱エネルギーが吸収されて強誘電体の自発分極が変化する焦電効果を利用したセンサである。すなわち、赤外線の熱エネルギーによって例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体の表面に帯電する電荷の増減により発生する起電力を検出することにより、温度計測が可能なものである。
【００３７】
このような赤外線温度センサ８０は、黒体膜３０よりも縦孔１５の他端側に配置され、本実施形態ではハウジング１０の凹部１６ｂに開口する縦孔１５の開口部１５ｂに取り付けられている。そして、黒体膜３０から発せられた赤外線の熱エネルギー、すなわち圧力媒体の温度に相当する電気（電圧）信号を出力する。
【００３８】
温度計測用ターミナル９０は、赤外線温度センサ８０から出力される電気信号を圧力温度複合センサの外部に出力するものである。この温度計測用ターミナル９０はスペーサー９１にインサート成形されており、ハウジング１０の凹部１６ｂに収納されている。
【００３９】
コネクタ１００は、圧力温度複合センサで検出された圧力および温度の各伝記信号を外部に出力するためのコネクタ部をなすものであり、樹脂等により形成されたものである。このコネクタ１００は、Ｏリング１１０を介してハウジング１０の他端側にはめ込まれた状態で、ハウジング１０のかしめ部１７にかしめ固定されている。これにより、コネクタ１００とハウジング１０とが一体化されている。
【００４０】
そして、コネクタ１００に図示しない外部コネクタが接続されることで、自動車のＥＣＵ等へ配線部材を介して電気的に接続される。以上が、本実施形態に係る圧力センサの全体構成である。
【００４１】
次に、図１および図２に示される黒体膜３０の製造方法について、図３を参照して説明する。図３は、黒体膜３０の製造工程を示した図である。この図に示されるように、銅材２０を用意し、当該銅材２０の端面を加熱酸化させることで酸化膜を形成する。この酸化膜が黒体膜３０となる。このようにして、黒体膜３０が成膜する。この場合、銅材２０の加熱温度や加熱環境により、黒体膜３０の膜厚を調整することが可能である。
【００４２】
続いて、上記図１に示される圧力温度複合センサの製造方法について説明する。まず、圧力導入孔１４および縦孔１５が設けられたハウジング１０、センサチップ５０が搭載されたダイヤフラム４２が設けられたステム４０をそれぞれ用意し、ステム４０をハウジング１０にネジ固定する。
【００４３】
また、棒状の銅材２０を用意し、図３に示されるようにして端面に黒体膜３０を成膜する。そして、銅材２０に形成された黒体膜３０をハウジング１０の他端側に向け、銅材２０をハウジング１０の縦孔１５の開口部１３から挿入し、銅材２０の側面を縦孔１５の壁面に溶接する。
【００４４】
また、ピン６１が設けられた回路基板６０、圧力計測用ターミナル７０がインサート成形されたスペーサー７１、温度計測用ターミナル９０がインサート成形されたスペーサー９１を用意する。温度計測用ターミナル９０には、赤外線温度センサ８０を接続しておく。
【００４５】
そして、スペーサー９１をハウジング１０の凹部１６ｂに配置する。この場合、赤外線温度センサ８０を縦孔１５の開口部１５ｂに接着固定しても良い。そして、回路基板６０をハウジング１０の凹部１６ａに配置して回路基板６０の図示しない貫通孔にステム４０のダイヤフラム４２側を配置する。これにより、回路基板６０の回路面とセンサチップ５０のパッド面とを同じ高さにできる。
【００４６】
この後、センサチップ５０と回路基板６０の回路とをワイヤボンドし、スペーサー７１をハウジング１０の凹部１６ａに収納して回路基板６０のピン６１に接触させる。そして、Ｏリング１１０を介してコネクタ１００をハウジング１０の他端側にはめ込み、ハウジング１０のかしめ部１７にてコネクタ１００とハウジング１０とを一体化させることで図１に示される圧力センサが完成する。
【００４７】
なお、ハウジング１０にコネクタ１００を取り付けた後に銅材２０を縦孔１５に溶接しても良い。また、ステム４０をハウジング１０に取り付ける前に銅材２０を縦孔１５に溶接しても良い。
【００４８】
次に、上記圧力温度複合センサにおける圧力検出について説明する。圧力温度複合センサは、ハウジング１０のネジ部１１を介して、配管等に取り付けられる。そして、配管内の圧力媒体がハウジング１０の開口部１２より圧力導入孔１４を介して圧力温度複合センサ内に導入される。
【００４９】
すると、導入された圧力媒体の圧力がステム４０のダイヤフラム４２に印加される。これにより、ダイヤフラム４２上に配置されたセンサチップ５０の歪みゲージが歪む。そして、圧力に応じた電気信号がセンサチップ５０から出力され、当該電気信号が回路基板６０の回路にて信号処理される。
【００５０】
こうして回路基板６０の回路にて処理された電気信号は、圧力計測用ターミナル７０を介して外部に出力される。このようにして、圧力検出が行われる。
【００５１】
次に、上記圧力温度複合センサにおける温度検出について説明する。上記のように、圧力温度複合センサが配管等に取り付けられ、銅材２０が圧力媒体にさらされると、図２に示されるように、圧力媒体の温度は、銅材２０を介してハウジング１０の他端側に伝達される。
【００５２】
そして、銅材２０から伝達された熱により、銅材２０に形成された黒体膜３０の一面３１にて当該熱を受け、黒体膜３０の他面３２から赤外線が発せられる。この赤外線は、図２に示されるように、黒体膜３０と赤外線温度センサ８０との間を通過して赤外線温度センサ８０にて受光される。
【００５３】
これにより、赤外線温度センサ８０では、赤外線の熱エネルギーに相当する起電力が発生し、この起電力が電気信号として温度計測用ターミナル９０から外部に出力される。このようにして、温度計測が行われる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態では、ハウジング１０に縦孔１５を設け、この縦孔１５内に黒体膜３０を成膜した銅材２０を配置し、銅材２０が伝達した圧力媒体の温度に応じた赤外線を黒体膜３０から発するようにして、当該赤外線を非接触型の赤外線温度センサ８０で検出することで圧力媒体の温度測定を行うことが特徴となっている。
【００５５】
このように、非接触型の赤外線温度センサ８０を用いているため、赤外線温度センサ８０を他の部品に接触させる必要がない。すなわち、ハウジング１０等を介する従来の熱の経路とは異なり、熱伝導率が高い銅材２０および黒体膜３０を介するだけの経路であるので、赤外線温度センサ８０に至るまでの圧力媒体の温度の経路が低減されている。したがって、圧力媒体の熱の温度低下を回避することができ、温度測定の精度を向上させることができる。
【００５６】
また、非接触型の赤外線温度センサ８０を用いていることから、黒体膜３０から発せられるあらゆる熱エネルギーの赤外線を受光することができる。したがって、温度計測範囲を広くすることができ、どの温度に対しても温度測定が可能となる。これにより、圧力温度複合センサを様々な用途に用いることができ、汎用性を向上させることができる。
【００５７】
そして、様々な材質のものに対して熱伝導率が高い銅材２０を用いることで、銅材２０が受けた圧力媒体の熱を黒体膜３０に伝達させやすくすることができる。
【００５８】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図４は、本実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図であり、図２の拡大断面図に対応する図である。
【００５９】
図４に示されるように、圧力温度複合センサは、銅材２０ではなく、金属薄膜１２０を備えている。金属薄膜１２０は黒体膜３０の一面３１に設けられ、黒体膜３０と一体化されている。すなわち、金属薄膜１２０が縦孔１５の開口部１３側に位置し、黒体膜３０の他面３２が赤外線温度センサ８０に対向している。そして、金属薄膜１２０は、縦孔１５の開口部１３に溶接されている。このような金属薄膜１２０として、例えば銅薄膜が採用される。また、金属薄膜１２０の厚さは例えば２〜３ｍｍ程度である。
【００６０】
このような構成によると、黒体膜３０の他面３２から発せられた赤外線は、縦孔１５内において黒体膜３０と赤外線温度センサ８０との間の空間を通過して赤外線温度センサ８０に入射することとなる。
【００６１】
以上のように、黒体膜３０を金属薄膜１２０と一体化することで、第１実施形態で示された銅材２０よりも熱伝達経路を短くすることができ、金属薄膜１２０内を伝達する熱が外部からの影響を受けにくくすることができる。
【００６２】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、ハウジング１０は鉄で構成されていることが特徴となっている。
【００６３】
図５は、本実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。鉄のハウジング１０は、銅材２０や金属薄膜１２０よりも熱伝導率が低い。図５に示される矢印は、熱伝達の大きさを示しており、銅材２０や金属薄膜１２０と比較して明らかに鉄のハウジング１０の熱伝達が小さい。このため、銅材２０や金属薄膜１２０を伝達する熱がハウジング１０に逃げにくくすることができる。
【００６４】
（第４実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図６は、本実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。この図に示されるように、圧力温度複合センサは、棒状の透過ガラス材１３０を備えている。
【００６５】
透過ガラス材１３０は、縦孔１５内に配置され、縦孔１５内のうち黒体膜３０よりも縦孔１５の他端側に配置されると共に、一端部１３１が黒体膜３０の他面３２に接合されている。これにより、黒体膜３０は、縦孔１５の開口部１３に配置され、一面３１にて圧力媒体の熱を受けるようになっている。透過ガラス材１３０として、赤外線を選択的に（積極的に）通過させる赤外線透過ガラスが採用される。
【００６６】
また、黒体膜３０は用意された透過ガラス材１３０の端面に塗布される（後述する図９参照）。そして、透過ガラス材１３０のうち黒体膜３０が設けられた端部の反対側の端部が縦孔１５の開口部１３から挿入され、接着剤にて縦孔１５内に固定される。なお、透過ガラス材１３０は、縦孔１５内の段差１５ａによって支持される。
【００６７】
このような構成では、黒体膜３０の一面３１が圧力媒体の熱を受けると、当該熱に相当する熱エネルギーに相当する赤外線が黒体膜３０の他面３２から発せられる。黒体膜３０から発せられた赤外線は、透過ガラス材１３０内を通過した後、赤外線温度センサ８０にて受光される。
【００６８】
以上のように、縦孔１５に透過ガラス材１３０を配置して、黒体膜３０から発せられた赤外線を赤外線温度センサ８０に導く構成とすることができる。
【００６９】
（第５実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図７は、本実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図であり、圧力温度複合センサを配管１４０に取り付けた様子を示したものである。
【００７０】
図７に示されるように、ハウジング１０の一端側にＬ字状の突起部１８が設けられており、ハウジング１０一体化されている。この突起部１８の先端１８ａは、縦孔１５の開口部１３に対向する形態とされている。
【００７１】
なお、突起部１８の先端１８ａは、本発明の突起部の一部に相当する。また、突起部１８はハウジング１０と別体として用意されたものがハウジング１０に溶接により一体化される。さらに、本実施形態では、突起部１８はハウジング１０の一端側のうち圧力導入孔１４の開口部１２付近に接合されているが、他の場所に接合されても良い。
【００７２】
また、黒体膜３０は突起部１８の先端１８ａのうち少なくとも縦孔１５の開口部１３に対向する壁面に配置されている。これにより、黒体膜３０は縦孔１５の開口部１３、すなわち透過ガラス材１３０の一端部１３１に対向した位置に配置される。
【００７３】
そして、本実施形態では、縦孔１５内に第４実施形態で示された透過ガラス材１３０が配置されている。
【００７４】
このような構成の圧力温度複合センサが配管１４０に取り付けられ、黒体膜３０が配管１４０内の圧力媒体の熱を受けると、当該熱に相当する熱エネルギーに相当する赤外線が黒体膜３０から発せられる。この赤外線は、縦孔１５内の透過ガラス材１３０を通過した後、赤外線温度センサ８０にて受光される。
【００７５】
以上のように、突起部１８の先端１８ａに黒体膜３０を設け、この黒体膜３０から発せられた赤外線を赤外線温度センサ８０にて受光することにより、温度測定を行うことができる。
【００７６】
（第６実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図８は、本実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図であり、圧力温度複合センサを配管１４０に取り付けた様子を示したものである。
【００７７】
図８に示されるように、第５実施形態と同様に縦孔１５内に透過ガラス材１３０が配置されている。また、圧力温度複合センサが配管１４０に取り付けられたとき、黒体膜３０は、圧力媒体が存在する配管１４０内のうち、縦孔１５の開口部１３、すなわち透過ガラス材１３０の一端部１３１に対向する壁面に直接配置されている。なお、黒体膜３０は、例えば塗布の方法により配管１４０の壁面に設けられる。
【００７８】
このような構成において、黒体膜３０が配管１４０内の圧力媒体の熱を受けると、黒体膜３０から当該熱の熱エネルギーに相当する赤外線が発せられる。赤外線は、黒体膜３０に対向する透過ガラス材１３０の一端部１３１から透過ガラス材１３０内に導かれ、透過ガラス材１３０を通過した後、赤外線温度センサ８０にて受光される。
【００７９】
以上のように、圧力温度複合センサに黒体膜３０を設けるのではなく、黒体膜３０を配管１４０に直接設置して温度計測を行う構成とすることができる。
【００８０】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された圧力温度複合センサの各構成は一例を示すものであって、これらに限定されるものではない。
【００８１】
上記実施形態では、ハウジング１０の縦孔１５内に銅材２０や透過ガラス材１３０が設置された形態が示されているが、縦孔１５内に黒体膜３０が配置され、黒体膜３０よりもハウジング１０の他端側に赤外線温度センサ８０が配置された構成になっていれば良い。すなわち、温度計測を行う場合、ハウジングに縦孔１５を設け、縦孔１５内に少なくとも黒体膜３０と赤外線温度センサとを配置した構成とすれば良い。
【００８２】
上記実施形態では、金属材として銅材２０を採用しているが、銅材２０の他に銀や金の材質のものを採用することができる。
【００８３】
上記実施形態では、透過ガラス材１３０として赤外線透過ガラスが採用されているが、この赤外線透過ガラスに限らず、他のガラス材であっても良い。すなわち、光を透過させることができるガラス材であれば良い。
【００８４】
第５実施形態では、Ｌ字状の突起部１８が示されているが、突起部１８は例えばコの字状になっており、当該コの字状の突起部１８の各端部がハウジング１０に一体化されたものであっても良い。この場合、突起部１８のうち開口部１３に対向する一部に黒体膜３０が設けられていれば良い。
【００８５】
黒体膜３０の成膜方法として、図３に示される方法の他に、塗布による方法を採用することもできる。図９は、塗布によって黒体膜３０を形成する工程を示した図である。まず、図９（ａ）に示す工程では、銅材２０や透過ガラス材１３０を用意し、銅材２０や透過ガラス材１３０の端面に黒体膜３０となるカーボンペースト１５０を塗布する。この後、図９（ｂ）に示す工程では、銅材２０や透過ガラス材１３０を図示しないスピンコーターに設置し、カーボンペースト１５０をカーボンペースト１５０をスピンコートする。こうして、黒体膜３０が完成する。
【００８６】
このようにカーボンペースト１５０を用いる方法では、カーボンペースト１５０は酸化銅よりも熱伝導性が高く、より黒いため、赤外線を発しやすいという特徴がある。また、カーボンペースト１５０を塗布するだけで良いという点で、酸化銅を形成する場合よりも製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力温度複合センサの断面図である。
【図２】図１に示される圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図３】黒体膜の製造工程を示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図９】他の実施形態において、塗布によって黒体膜を形成する工程を示した図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…ハウジング、１２…開口部、１３…縦孔の開口部、１４…圧力導入孔、１５…縦孔、１８…突起部、１８ａ…突起部の先端、２０…銅材、３０…黒体膜、３１…黒体膜の一面、３２…黒体膜の他面、４０…ステム、５０…センサチップ、８０…赤外線温度センサ、１２０…金属薄膜、１３０…透過ガラス材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力媒体の圧力および温度を検出する圧力温度複合センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、温度および圧力を検出できる複合型センサが、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、ハウジングに一端側から他端側に貫通する圧力導入孔が設けられ、ハウジングの他端側から一端側に孔部が設けられており、圧力導入孔においてハウジングの他端側がダイヤフラムに覆われ、孔部の底に温度検出のための温度センサが配置されたものが示されている。
【０００３】
また、孔部の内部には充填剤が充填されており、当該充填剤にて温度センサが固定されている。そして、温度センサにて、当該温度センサ周りに充填された充填剤の温度変化が計測され、ハウジングおよび充填剤を経由して温度センサに伝達された圧力媒体の温度が測定されるようになっている。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１０９６２４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、温度センサは充填剤にて固定されているため、圧力媒体に直接接触することがない。したがって、ハウジングの熱伝導率や、ハウジングが外部環境から受ける温度の影響によって、温度センサの測定精度が変化してしまう。また、温度センサは物質と接触することで温度計測を可能としているが、温度センサ周辺に充填剤が注入されているため、温度センサは充填剤の熱伝導率にも大きな影響を受けてしまう。これにより、温度センサの温度測定の精度が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、圧力媒体の圧力および温度を検出する圧力温度複合センサにおいて、温度測定の精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴では、圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、縦孔（１５）内に配置され、縦孔（１５）の内部を一端側と他端側とに分割するものであり、一面（３１）および他面（３２）を有し、一面（３１）にて縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）から導入される圧力媒体の熱エネルギーを受け、当該熱エネルギーに相当する赤外線を他面（３２）から縦孔（１５）の他端側に発する黒体膜（３０）と、黒体膜（３０）よりも縦孔（１５）の他端側に配置され、黒体膜（３０）の他面（３２）から発せられて縦孔（１５）内を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
これにより、黒体膜（３０）が圧力媒体に直接接触することで生じる黒体膜（３０）の温度変化を、非接触型の赤外線温度センサ（８０）で計測することができる。すなわち、圧力媒体の熱を伝達する黒体膜（３０）と温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを分離して、圧力媒体の熱を赤外線として黒体膜（３０）から赤外線温度センサ（８０）に伝達しているため、赤外線温度センサ（８０）が他の部品と接触することによる温度低下を回避することができる。このようにして、圧力媒体の温度が黒体膜（３０）から赤外線温度センサ（８０）に直接伝達されることにより、圧力媒体の高精度な温度計測を行うことができる。
【０００８】
この場合、棒状であって、縦孔（１５）内のうち黒体膜（３０）よりも縦孔（１５）内の一端側に配置されると共に、黒体膜（３０）の一面（３１）に接合される金属材（２０）を備えた構成とすることができる。
【０００９】
これにより、金属材（２０）が受けた圧力媒体の熱を黒体膜（３０）に直接伝達させることができ、金属材（２０）から受けた熱によって黒体膜（３０）にて赤外線を発しやすくすることができる。
【００１０】
金属材（２０）としては、熱伝導率が高い銅の材質のものや銀の材質のもの等を採用することができる。銅の熱伝導率は３９０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であり、銀の熱伝導率は４２０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１である。これらのように他の材質のものと比較して熱伝導率が高い銅や銀等を金属材（２０）として用いることができる。
【００１１】
他方、黒体膜（３０）の一面（３１）に金属薄膜（１２０）が設けられ、黒体膜（３０）と一体化された金属薄膜（１２０）が縦孔（１５）の開口部（１３）に配置された構成とすることができる。
【００１２】
これにより、金属材（２０）を用いる場合よりも、金属薄膜（１２０）内を伝達する熱の経路を短くすることができ、金属薄膜（１２０）内を伝達する熱が外部から影響を受けにくくすることができる。
【００１３】
また、ハウジング（１０）は鉄で構成されていることが好ましい。これにより、金属材（２０）を伝達する熱がハウジング（１０）に逃げにくくすることができる。
【００１４】
そして、棒状であって、縦孔（１５）内のうち黒体膜（３０）よりも縦孔（１５）の他端側に配置されると共に、黒体膜（３０）の他面（３２）に接合される透過ガラス材（１３０）を備えた構成とすることもできる。
【００１５】
この場合、透過ガラス材（１３０）として、赤外線を選択的に通過させる赤外線透過ガラスを用いることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の特徴では、圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、棒状であって、縦孔（１５）内に配置され、一端部（１３１）が縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）に配置される透過ガラス材（１３０）と、一部（１８ａ）が縦孔（１５）の開口部（１３）に対向するようにハウジング（１０）に一体化された突起部（１８）と、突起部（１８）の一部（１８ａ）のうち少なくとも縦孔（１５）の開口部（１３）に対向する壁面に配置され、圧力媒体の熱エネルギーを受けて当該熱エネルギーに相当する赤外線を発する黒体膜（３０）と、透過ガラス材（１３０）よりも縦孔（１５）の他端側に配置され、黒体膜（３０）から発せられて透過ガラス材（１３０）を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
このような構成によっても、黒体膜（３０）から発せられた赤外線を、透過ガラス材（１３０）を介して赤外線温度センサ（８０）にて検出することができる。
【００１８】
また、本発明の第３の特徴では、圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、棒状であって、縦孔（１５）内に配置され、一端部（１３１）が縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）に配置される透過ガラス材（１３０）と、圧力媒体が存在する配管（１４０）内のうち、ハウジング（１０）が配管（１４０）に取り付けられた際に縦孔（１５）の開口部（１３）に対向する壁面に配置され、圧力媒体の熱エネルギーを受けて当該熱エネルギーに相当する赤外線を発する黒体膜（３０）と、透過ガラス材（１３０）よりも縦孔（１５）の他端側に配置され、配管（１４０）内の黒体膜（３０）から発せられて透過ガラス材（１３０）を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
このように、黒体膜（３０）が縦孔（１５）に設けられておらず、圧力温度複合センサが取り付けられる配管（１４０）内に配置された構成となっていても、黒体膜（３０）から発せられた赤外線を赤外線温度センサ（８０）にて検出することができる。
【００２０】
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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される圧力温度複合センサは、例えば自動車における燃料パイプに取り付けられ、この燃料パイプ内の圧力媒体としての液体または気液混合気の圧力および温度を検出するものに適用される。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力温度複合センサの断面図である。また、図２は、図１に示される圧力温度複合センサのうち圧力導入孔１４および縦孔１５近傍の拡大断面図である。以下、図１および図２を参照して説明する。
【００２４】
図１および図２に示されるように、圧力温度複合センサは、ハウジング１０と、銅材２０と、黒体膜３０と、ステム４０と、センサチップ５０と、回路基板６０と、圧力計測用ターミナル７０と、赤外線温度センサ８０と、温度計測用ターミナル９０と、コネクタ１００とを備えて構成されている。
【００２５】
ハウジング１０は、切削や冷間鍛造等により加工された中空形状の金属製のケースであり、その一端側の外周面には、燃料配管等の被測定体にネジ結合可能なネジ部１１が形成されている。ハウジング１０の一端側には、ハウジング１０の一端に形成された２つの開口部１２、１３からハウジング１０の他端側に向かって２つの孔、すなわち圧力導入孔１４および縦孔１５が形成されている。圧力導入孔１４は圧力導入通路として用いられる孔であり、縦孔１５は圧力媒体の温度の計測に用いられる孔である。
【００２６】
銅材２０は、棒状をなしており、縦孔１５の開口部１３から縦孔１５内に挿入され、縦孔１５の壁面に設けられた段差１５ａにて支持されている。そして、ハウジング１０と銅材２０とが溶接された溶接部２１により、銅材２０が縦孔１５内に固定されている。この銅材２０は、縦孔１５の開口部１３側である一端側にて圧力媒体の熱を受け、当該熱を他端側に伝達させる役割を果たす。なお、銅材２０は、本発明の金属材に相当する。
【００２７】
黒体膜３０は、一面３１および他面３２を有する赤外線を発するものであり、縦孔１５の内部を当該縦孔１５の一端側と他端側とに分割するように縦孔１５内に配置されている。
【００２８】
本実施形態では、黒体膜３０は銅材２０よりも縦孔１５の他端側に配置されると共に、黒体膜３０の一面３１に銅材２０が接合されている。これにより、黒体膜３０は一面３１にて銅材２０から伝達される圧力媒体の熱エネルギーを受け、当該熱エネルギーに相当する赤外線を他面３２から縦孔１５の他端側に発する。
【００２９】
このような黒体膜３０として、例えば酸化膜が採用される。本実施形態では、銅材２０の一方の端面が高温加熱されることで形成される酸化銅が採用される。また、黒体膜３０の厚さは、例えば数＋μｍ〜数百μｍ程度である。
【００３０】
ステム４０は、中空円筒形状に加工された金属製の部材であり、ハウジング１０の他端側に設けられた２つの凹部１６ａ、１６ｂのうち、圧力導入孔１４が接続される一方の凹部１６ａに配置されている。ステム４０は、外周部に設けられたネジ部４１により、ハウジング１０の凹部１６ａにねじ止めされている。
【００３１】
また、ステム４０は、その軸の一端側にハウジング１０に導入された圧力によって変形可能な薄肉状のダイヤフラム４２を有し、軸の他端側にダイヤフラム４２に繋がる通路４３を有する。そして、当該通路４３とハウジング１０の圧力導入孔１４とが連通された状態にされ、圧力媒体の圧力が圧力導入孔１４からダイヤフラム４２に伝えられるようになっている。
【００３２】
センサチップ５０は、単結晶Ｓｉ（シリコン）からなる圧力検出用のチップであり、ステム４０のダイヤフラム４２上に配置されている。センサチップ５０はブリッジ回路を有しており、圧力導入孔１４および通路４３を介してステム４０内部に導入された圧力によってダイヤフラム４２が変形したとき、この変形に応じた抵抗値変化を電気信号に変換して出力する検出部（歪みゲージ）として機能する。
【００３３】
なお、上記ステム４０およびセンサチップ５０は、圧力導入孔１４の一端側の開口部１２から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部として構成されるものである。すなわち、ステム４０およびセンサチップ５０は、本発明の圧力検出部に相当する。
【００３４】
回路基板６０は、ステム４０のダイヤフラム４２上のセンサチップ５０から出力された電気信号を増幅・特性調整する回路を備えたものである。この回路基板６０の中央部分には図示しない貫通孔が設けられ、この貫通孔にステム４０のダイヤフラム４２側が配置される。そして、図示しないがセンサチップ５０と回路基板６０に設けられた回路とがワイヤボンディングされ、センサチップ５０の出力が回路基板６０の回路に入力されるようになっている。
【００３５】
圧力計測用ターミナル７０は、回路基板６０で処理されたセンサチップ５０に対応した電気信号を圧力温度複合センサの外部に出力するものである。本実施形態では、圧力計測に対応した圧力計測用ターミナル７０がスペーサー７１にインサート成形されている。この圧力計測用ターミナル７０は、ピン６１により回路基板６０の回路と電気的に接続されている。
【００３６】
赤外線温度センサ８０は、黒体放射に基づく赤外線の放射エネルギー吸収による温度変化を検出する非接触型の温度計測センサであり、黒体膜３０の他面３２から発せられて縦孔１５内を通過する赤外線を受光して温度計測を行うものである。具体的に、赤外線温度センサ８０は、強誘電体に赤外線が照射されると、当該強誘電体に赤外線の熱エネルギーが吸収されて強誘電体の自発分極が変化する焦電効果を利用したセンサである。すなわち、赤外線の熱エネルギーによって例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体の表面に帯電する電荷の増減により発生する起電力を検出することにより、温度計測が可能なものである。
【００３７】
このような赤外線温度センサ８０は、黒体膜３０よりも縦孔１５の他端側に配置され、本実施形態ではハウジング１０の凹部１６ｂに開口する縦孔１５の開口部１５ｂに取り付けられている。そして、黒体膜３０から発せられた赤外線の熱エネルギー、すなわち圧力媒体の温度に相当する電気（電圧）信号を出力する。
【００３８】
温度計測用ターミナル９０は、赤外線温度センサ８０から出力される電気信号を圧力温度複合センサの外部に出力するものである。この温度計測用ターミナル９０はスペーサー９１にインサート成形されており、ハウジング１０の凹部１６ｂに収納されている。
【００３９】
コネクタ１００は、圧力温度複合センサで検出された圧力および温度の各伝記信号を外部に出力するためのコネクタ部をなすものであり、樹脂等により形成されたものである。このコネクタ１００は、Ｏリング１１０を介してハウジング１０の他端側にはめ込まれた状態で、ハウジング１０のかしめ部１７にかしめ固定されている。これにより、コネクタ１００とハウジング１０とが一体化されている。
【００４０】
そして、コネクタ１００に図示しない外部コネクタが接続されることで、自動車のＥＣＵ等へ配線部材を介して電気的に接続される。以上が、本実施形態に係る圧力センサの全体構成である。
【００４１】
次に、図１および図２に示される黒体膜３０の製造方法について、図３を参照して説明する。図３は、黒体膜３０の製造工程を示した図である。この図に示されるように、銅材２０を用意し、当該銅材２０の端面を加熱酸化させることで酸化膜を形成する。この酸化膜が黒体膜３０となる。このようにして、黒体膜３０が成膜する。この場合、銅材２０の加熱温度や加熱環境により、黒体膜３０の膜厚を調整することが可能である。
【００４２】
続いて、上記図１に示される圧力温度複合センサの製造方法について説明する。まず、圧力導入孔１４および縦孔１５が設けられたハウジング１０、センサチップ５０が搭載されたダイヤフラム４２が設けられたステム４０をそれぞれ用意し、ステム４０をハウジング１０にネジ固定する。
【００４３】
また、棒状の銅材２０を用意し、図３に示されるようにして端面に黒体膜３０を成膜する。そして、銅材２０に形成された黒体膜３０をハウジング１０の他端側に向け、銅材２０をハウジング１０の縦孔１５の開口部１３から挿入し、銅材２０の側面を縦孔１５の壁面に溶接する。
【００４４】
また、ピン６１が設けられた回路基板６０、圧力計測用ターミナル７０がインサート成形されたスペーサー７１、温度計測用ターミナル９０がインサート成形されたスペーサー９１を用意する。温度計測用ターミナル９０には、赤外線温度センサ８０を接続しておく。
【００４５】
そして、スペーサー９１をハウジング１０の凹部１６ｂに配置する。この場合、赤外線温度センサ８０を縦孔１５の開口部１５ｂに接着固定しても良い。そして、回路基板６０をハウジング１０の凹部１６ａに配置して回路基板６０の図示しない貫通孔にステム４０のダイヤフラム４２側を配置する。これにより、回路基板６０の回路面とセンサチップ５０のパッド面とを同じ高さにできる。
【００４６】
この後、センサチップ５０と回路基板６０の回路とをワイヤボンドし、スペーサー７１をハウジング１０の凹部１６ａに収納して回路基板６０のピン６１に接触させる。そして、Ｏリング１１０を介してコネクタ１００をハウジング１０の他端側にはめ込み、ハウジング１０のかしめ部１７にてコネクタ１００とハウジング１０とを一体化させることで図１に示される圧力センサが完成する。
【００４７】
なお、ハウジング１０にコネクタ１００を取り付けた後に銅材２０を縦孔１５に溶接しても良い。また、ステム４０をハウジング１０に取り付ける前に銅材２０を縦孔１５に溶接しても良い。
【００４８】
次に、上記圧力温度複合センサにおける圧力検出について説明する。圧力温度複合センサは、ハウジング１０のネジ部１１を介して、配管等に取り付けられる。そして、配管内の圧力媒体がハウジング１０の開口部１２より圧力導入孔１４を介して圧力温度複合センサ内に導入される。
【００４９】
すると、導入された圧力媒体の圧力がステム４０のダイヤフラム４２に印加される。これにより、ダイヤフラム４２上に配置されたセンサチップ５０の歪みゲージが歪む。そして、圧力に応じた電気信号がセンサチップ５０から出力され、当該電気信号が回路基板６０の回路にて信号処理される。
【００５０】
こうして回路基板６０の回路にて処理された電気信号は、圧力計測用ターミナル７０を介して外部に出力される。このようにして、圧力検出が行われる。
【００５１】
次に、上記圧力温度複合センサにおける温度検出について説明する。上記のように、圧力温度複合センサが配管等に取り付けられ、銅材２０が圧力媒体にさらされると、図２に示されるように、圧力媒体の温度は、銅材２０を介してハウジング１０の他端側に伝達される。
【００５２】
そして、銅材２０から伝達された熱により、銅材２０に形成された黒体膜３０の一面３１にて当該熱を受け、黒体膜３０の他面３２から赤外線が発せられる。この赤外線は、図２に示されるように、黒体膜３０と赤外線温度センサ８０との間を通過して赤外線温度センサ８０にて受光される。
【００５３】
これにより、赤外線温度センサ８０では、赤外線の熱エネルギーに相当する起電力が発生し、この起電力が電気信号として温度計測用ターミナル９０から外部に出力される。このようにして、温度計測が行われる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態では、ハウジング１０に縦孔１５を設け、この縦孔１５内に黒体膜３０を成膜した銅材２０を配置し、銅材２０が伝達した圧力媒体の温度に応じた赤外線を黒体膜３０から発するようにして、当該赤外線を非接触型の赤外線温度センサ８０で検出することで圧力媒体の温度測定を行うことが特徴となっている。
【００５５】
このように、非接触型の赤外線温度センサ８０を用いているため、赤外線温度センサ８０を他の部品に接触させる必要がない。すなわち、ハウジング１０等を介する従来の熱の経路とは異なり、熱伝導率が高い銅材２０および黒体膜３０を介するだけの経路であるので、赤外線温度センサ８０に至るまでの圧力媒体の温度の経路が低減されている。したがって、圧力媒体の熱の温度低下を回避することができ、温度測定の精度を向上させることができる。
【００５６】
また、非接触型の赤外線温度センサ８０を用いていることから、黒体膜３０から発せられるあらゆる熱エネルギーの赤外線を受光することができる。したがって、温度計測範囲を広くすることができ、どの温度に対しても温度測定が可能となる。これにより、圧力温度複合センサを様々な用途に用いることができ、汎用性を向上させることができる。
【００５７】
そして、様々な材質のものに対して熱伝導率が高い銅材２０を用いることで、銅材２０が受けた圧力媒体の熱を黒体膜３０に伝達させやすくすることができる。
【００５８】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図４は、本実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図であり、図２の拡大断面図に対応する図である。
【００５９】
図４に示されるように、圧力温度複合センサは、銅材２０ではなく、金属薄膜１２０を備えている。金属薄膜１２０は黒体膜３０の一面３１に設けられ、黒体膜３０と一体化されている。すなわち、金属薄膜１２０が縦孔１５の開口部１３側に位置し、黒体膜３０の他面３２が赤外線温度センサ８０に対向している。そして、金属薄膜１２０は、縦孔１５の開口部１３に溶接されている。このような金属薄膜１２０として、例えば銅薄膜が採用される。また、金属薄膜１２０の厚さは例えば２〜３ｍｍ程度である。
【００６０】
このような構成によると、黒体膜３０の他面３２から発せられた赤外線は、縦孔１５内において黒体膜３０と赤外線温度センサ８０との間の空間を通過して赤外線温度センサ８０に入射することとなる。
【００６１】
以上のように、黒体膜３０を金属薄膜１２０と一体化することで、第１実施形態で示された銅材２０よりも熱伝達経路を短くすることができ、金属薄膜１２０内を伝達する熱が外部からの影響を受けにくくすることができる。
【００６２】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、ハウジング１０は鉄で構成されていることが特徴となっている。
【００６３】
図５は、本実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。鉄のハウジング１０は、銅材２０や金属薄膜１２０よりも熱伝導率が低い。図５に示される矢印は、熱伝達の大きさを示しており、銅材２０や金属薄膜１２０と比較して明らかに鉄のハウジング１０の熱伝達が小さい。このため、銅材２０や金属薄膜１２０を伝達する熱がハウジング１０に逃げにくくすることができる。
【００６４】
（第４実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図６は、本実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。この図に示されるように、圧力温度複合センサは、棒状の透過ガラス材１３０を備えている。
【００６５】
透過ガラス材１３０は、縦孔１５内に配置され、縦孔１５内のうち黒体膜３０よりも縦孔１５の他端側に配置されると共に、一端部１３１が黒体膜３０の他面３２に接合されている。これにより、黒体膜３０は、縦孔１５の開口部１３に配置され、一面３１にて圧力媒体の熱を受けるようになっている。透過ガラス材１３０として、赤外線を選択的に（積極的に）通過させる赤外線透過ガラスが採用される。
【００６６】
また、黒体膜３０は用意された透過ガラス材１３０の端面に塗布される（後述する図９参照）。そして、透過ガラス材１３０のうち黒体膜３０が設けられた端部の反対側の端部が縦孔１５の開口部１３から挿入され、接着剤にて縦孔１５内に固定される。なお、透過ガラス材１３０は、縦孔１５内の段差１５ａによって支持される。
【００６７】
このような構成では、黒体膜３０の一面３１が圧力媒体の熱を受けると、当該熱に相当する熱エネルギーに相当する赤外線が黒体膜３０の他面３２から発せられる。黒体膜３０から発せられた赤外線は、透過ガラス材１３０内を通過した後、赤外線温度センサ８０にて受光される。
【００６８】
以上のように、縦孔１５に透過ガラス材１３０を配置して、黒体膜３０から発せられた赤外線を赤外線温度センサ８０に導く構成とすることができる。
【００６９】
（第５実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図７は、本実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図であり、圧力温度複合センサを配管１４０に取り付けた様子を示したものである。
【００７０】
図７に示されるように、ハウジング１０の一端側にＬ字状の突起部１８が設けられており、ハウジング１０一体化されている。この突起部１８の先端１８ａは、縦孔１５の開口部１３に対向する形態とされている。
【００７１】
なお、突起部１８の先端１８ａは、本発明の突起部の一部に相当する。また、突起部１８はハウジング１０と別体として用意されたものがハウジング１０に溶接により一体化される。さらに、本実施形態では、突起部１８はハウジング１０の一端側のうち圧力導入孔１４の開口部１２付近に接合されているが、他の場所に接合されても良い。
【００７２】
また、黒体膜３０は突起部１８の先端１８ａのうち少なくとも縦孔１５の開口部１３に対向する壁面に配置されている。これにより、黒体膜３０は縦孔１５の開口部１３、すなわち透過ガラス材１３０の一端部１３１に対向した位置に配置される。
【００７３】
そして、本実施形態では、縦孔１５内に第４実施形態で示された透過ガラス材１３０が配置されている。
【００７４】
このような構成の圧力温度複合センサが配管１４０に取り付けられ、黒体膜３０が配管１４０内の圧力媒体の熱を受けると、当該熱に相当する熱エネルギーに相当する赤外線が黒体膜３０から発せられる。この赤外線は、縦孔１５内の透過ガラス材１３０を通過した後、赤外線温度センサ８０にて受光される。
【００７５】
以上のように、突起部１８の先端１８ａに黒体膜３０を設け、この黒体膜３０から発せられた赤外線を赤外線温度センサ８０にて受光することにより、温度測定を行うことができる。
【００７６】
（第６実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図８は、本実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図であり、圧力温度複合センサを配管１４０に取り付けた様子を示したものである。
【００７７】
図８に示されるように、第５実施形態と同様に縦孔１５内に透過ガラス材１３０が配置されている。また、圧力温度複合センサが配管１４０に取り付けられたとき、黒体膜３０は、圧力媒体が存在する配管１４０内のうち、縦孔１５の開口部１３、すなわち透過ガラス材１３０の一端部１３１に対向する壁面に直接配置されている。なお、黒体膜３０は、例えば塗布の方法により配管１４０の壁面に設けられる。
【００７８】
このような構成において、黒体膜３０が配管１４０内の圧力媒体の熱を受けると、黒体膜３０から当該熱の熱エネルギーに相当する赤外線が発せられる。赤外線は、黒体膜３０に対向する透過ガラス材１３０の一端部１３１から透過ガラス材１３０内に導かれ、透過ガラス材１３０を通過した後、赤外線温度センサ８０にて受光される。
【００７９】
以上のように、圧力温度複合センサに黒体膜３０を設けるのではなく、黒体膜３０を配管１４０に直接設置して温度計測を行う構成とすることができる。
【００８０】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された圧力温度複合センサの各構成は一例を示すものであって、これらに限定されるものではない。
【００８１】
上記実施形態では、ハウジング１０の縦孔１５内に銅材２０や透過ガラス材１３０が設置された形態が示されているが、縦孔１５内に黒体膜３０が配置され、黒体膜３０よりもハウジング１０の他端側に赤外線温度センサ８０が配置された構成になっていれば良い。すなわち、温度計測を行う場合、ハウジングに縦孔１５を設け、縦孔１５内に少なくとも黒体膜３０と赤外線温度センサとを配置した構成とすれば良い。
【００８２】
上記実施形態では、金属材として銅材２０を採用しているが、銅材２０の他に銀や金の材質のものを採用することができる。
【００８３】
上記実施形態では、透過ガラス材１３０として赤外線透過ガラスが採用されているが、この赤外線透過ガラスに限らず、他のガラス材であっても良い。すなわち、光を透過させることができるガラス材であれば良い。
【００８４】
第５実施形態では、Ｌ字状の突起部１８が示されているが、突起部１８は例えばコの字状になっており、当該コの字状の突起部１８の各端部がハウジング１０に一体化されたものであっても良い。この場合、突起部１８のうち開口部１３に対向する一部に黒体膜３０が設けられていれば良い。
【００８５】
黒体膜３０の成膜方法として、図３に示される方法の他に、塗布による方法を採用することもできる。図９は、塗布によって黒体膜３０を形成する工程を示した図である。まず、図９（ａ）に示す工程では、銅材２０や透過ガラス材１３０を用意し、銅材２０や透過ガラス材１３０の端面に黒体膜３０となるカーボンペースト１５０を塗布する。この後、図９（ｂ）に示す工程では、銅材２０や透過ガラス材１３０を図示しないスピンコーターに設置し、カーボンペースト１５０をカーボンペースト１５０をスピンコートする。こうして、黒体膜３０が完成する。
【００８６】
このようにカーボンペースト１５０を用いる方法では、カーボンペースト１５０は酸化銅よりも熱伝導性が高く、より黒いため、赤外線を発しやすいという特徴がある。また、カーボンペースト１５０を塗布するだけで良いという点で、酸化銅を形成する場合よりも製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力温度複合センサの断面図である。
【図２】図１に示される圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図３】黒体膜の製造工程を示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る圧力温度複合センサのうち圧力導入孔および縦孔近傍の拡大断面図である。
【図９】他の実施形態において、塗布によって黒体膜を形成する工程を示した図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…ハウジング、１２…開口部、１３…縦孔の開口部、１４…圧力導入孔、１５…縦孔、１８…突起部、１８ａ…突起部の先端、２０…銅材、３０…黒体膜、３１…黒体膜の一面、３２…黒体膜の他面、４０…ステム、５０…センサチップ、８０…赤外線温度センサ、１２０…金属薄膜、１３０…透過ガラス材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、
前記圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、
前記縦孔（１５）内に配置され、前記縦孔（１５）の内部を一端側と他端側とに分割するものであり、一面（３１）および他面（３２）を有し、前記一面（３１）にて前記縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）から導入される前記圧力媒体の熱エネルギーを受け、当該熱エネルギーに相当する赤外線を前記他面（３２）から前記縦孔（１５）の他端側に発する黒体膜（３０）と、
前記黒体膜（３０）よりも前記縦孔（１５）の他端側に配置され、前記黒体膜（３０）の他面（３２）から発せられて前記縦孔（１５）内を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする圧力温度複合センサ。
【請求項２】
棒状であって、前記縦孔（１５）内のうち前記黒体膜（３０）よりも前記縦孔（１５）内の一端側に配置されると共に、前記黒体膜（３０）の一面（３１）に接合される金属材（２０）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧力温度複合センサ。
【請求項３】
前記黒体膜（３０）の一面（３１）に金属薄膜（１２０）が設けられ、前記黒体膜（３０）と一体化された前記金属薄膜（１２０）が前記縦孔（１５）の開口部（１３）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力温度複合センサ。
【請求項４】
前記ハウジング（１０）は鉄で構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の圧力温度複合センサ。
【請求項５】
棒状であって、前記縦孔（１５）内のうち前記黒体膜（３０）よりも前記縦孔（１５）の他端側に配置されると共に、前記黒体膜（３０）の他面（３２）に接合される透過ガラス材（１３０）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧力温度複合センサ。
【請求項６】
圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、
前記圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、
棒状であって、前記縦孔（１５）内に配置され、一端部（１３１）が前記縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）に配置される透過ガラス材（１３０）と、
一部（１８ａ）が前記縦孔（１５）の開口部（１３）に対向するように前記ハウジング（１０）に一体化された突起部（１８）と、
前記突起部（１８）の一部（１８ａ）のうち少なくとも前記縦孔（１５）の開口部（１３）に対向する壁面に配置され、前記圧力媒体の熱エネルギーを受けて当該熱エネルギーに相当する赤外線を発する黒体膜（３０）と、
前記透過ガラス材（１３０）よりも前記縦孔（１５）の他端側に配置され、前記黒体膜（３０）から発せられて前記透過ガラス材（１３０）を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする圧力温度複合センサ。
【請求項７】
圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、
前記圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、
棒状であって、前記縦孔（１５）内に配置され、一端部（１３１）が前記縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）に配置される透過ガラス材（１３０）と、
前記圧力媒体が存在する配管（１４０）内のうち、前記ハウジング（１０）が前記配管（１４０）に取り付けられた際に前記縦孔（１５）の開口部（１３）に対向する壁面に配置され、前記圧力媒体の熱エネルギーを受けて当該熱エネルギーに相当する赤外線を発する黒体膜（３０）と、
前記透過ガラス材（１３０）よりも前記縦孔（１５）の他端側に配置され、前記配管（１４０）内の前記黒体膜（３０）から発せられて前記透過ガラス材（１３０）を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする圧力温度複合センサ。
【請求項８】
前記透過ガラス材（１３０）は、赤外線を選択的に通過させる赤外線透過ガラスであることを特徴とする請求項５または７に記載の圧力温度複合センサ。
【請求項１】
圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、
前記圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、
前記縦孔（１５）内に配置され、前記縦孔（１５）の内部を一端側と他端側とに分割するものであり、一面（３１）および他面（３２）を有し、前記一面（３１）にて前記縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）から導入される前記圧力媒体の熱エネルギーを受け、当該熱エネルギーに相当する赤外線を前記他面（３２）から前記縦孔（１５）の他端側に発する黒体膜（３０）と、
前記黒体膜（３０）よりも前記縦孔（１５）の他端側に配置され、前記黒体膜（３０）の他面（３２）から発せられて前記縦孔（１５）内を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする圧力温度複合センサ。
【請求項２】
棒状であって、前記縦孔（１５）内のうち前記黒体膜（３０）よりも前記縦孔（１５）内の一端側に配置されると共に、前記黒体膜（３０）の一面（３１）に接合される金属材（２０）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧力温度複合センサ。
【請求項３】
前記黒体膜（３０）の一面（３１）に金属薄膜（１２０）が設けられ、前記黒体膜（３０）と一体化された前記金属薄膜（１２０）が前記縦孔（１５）の開口部（１３）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力温度複合センサ。
【請求項４】
前記ハウジング（１０）は鉄で構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の圧力温度複合センサ。
【請求項５】
棒状であって、前記縦孔（１５）内のうち前記黒体膜（３０）よりも前記縦孔（１５）の他端側に配置されると共に、前記黒体膜（３０）の他面（３２）に接合される透過ガラス材（１３０）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧力温度複合センサ。
【請求項６】
圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、
前記圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、
棒状であって、前記縦孔（１５）内に配置され、一端部（１３１）が前記縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）に配置される透過ガラス材（１３０）と、
一部（１８ａ）が前記縦孔（１５）の開口部（１３）に対向するように前記ハウジング（１０）に一体化された突起部（１８）と、
前記突起部（１８）の一部（１８ａ）のうち少なくとも前記縦孔（１５）の開口部（１３）に対向する壁面に配置され、前記圧力媒体の熱エネルギーを受けて当該熱エネルギーに相当する赤外線を発する黒体膜（３０）と、
前記透過ガラス材（１３０）よりも前記縦孔（１５）の他端側に配置され、前記黒体膜（３０）から発せられて前記透過ガラス材（１３０）を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする圧力温度複合センサ。
【請求項７】
圧力導入孔（１４）と縦孔（１５）とを有するハウジング（１０）と、
前記圧力導入孔（１４）の一端側の開口部（１２）から他端側に導入される圧力媒体の圧力を検出する圧力検出部（４０、５０）と、
棒状であって、前記縦孔（１５）内に配置され、一端部（１３１）が前記縦孔（１５）の一端側の開口部（１３）に配置される透過ガラス材（１３０）と、
前記圧力媒体が存在する配管（１４０）内のうち、前記ハウジング（１０）が前記配管（１４０）に取り付けられた際に前記縦孔（１５）の開口部（１３）に対向する壁面に配置され、前記圧力媒体の熱エネルギーを受けて当該熱エネルギーに相当する赤外線を発する黒体膜（３０）と、
前記透過ガラス材（１３０）よりも前記縦孔（１５）の他端側に配置され、前記配管（１４０）内の前記黒体膜（３０）から発せられて前記透過ガラス材（１３０）を通過する赤外線を受光して温度測定を行う赤外線温度センサ（８０）とを備えていることを特徴とする圧力温度複合センサ。
【請求項８】
前記透過ガラス材（１３０）は、赤外線を選択的に通過させる赤外線透過ガラスであることを特徴とする請求項５または７に記載の圧力温度複合センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１０９２６６（Ｐ２００９−１０９２６６Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８０１１４（Ｐ２００７−２８０１１４）
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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