JP2001165798A - 静電容量型圧力センサユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温環境下において、シール部材と圧力セン
サ素子との間に隙間から圧力被測定流体が漏れて測定精
度が低下するのを防ぐことができる静電容量型圧力セン
サユニットを提供する。 【解決手段】ダイアフラム基体５をダイアフラム部５ａ
と、ダイアフラム部５ａの外側に形成されてダイアフラ
ム部５ａより厚みが厚い環状の厚肉部５ｂと、厚肉部５
ｂから収納ケース１５の周壁部１９に向かって突出する
環状の鍔部５ｃとにより一体に形成する。鍔部５ｃと厚
肉部５ｂと周壁部１９とによって囲まれる環状のシール
部材収納空間１５ｃを形成する。シール部材２３を、鍔
部５ｃと厚肉部５ｂと周壁部１９とに接触するように、
シール部材収納空間１５ｃ内に収納する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量の変化に
基づいて圧力を検出する静電容量型圧力センサユニット
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に静電容量型圧力センサユニット
は、圧力センサ素子とコネクタの一部とが金属製の収納
ケースに収納された構造を有している。圧力センサ素子
は、容量電極パターンが一方の面に形成されたベース基
体と、容量電極パターンと所定の間隔をあけて対向する
対向電極パターンを一方の面に備え圧力感知面を他方の
面に備えたダイアフラム基体とを有しており、圧力感知
面に作用する圧力被測定流体の圧力を静電容量の変化と
して検出する。コネクタは絶縁樹脂製のコネクタ本体を
有しており、コネクタ本体の基部が圧力センサ素子のベ
ース基体と重なるように配置されている。収納ケース
は、圧力被測定流体を導入する流体導入口が形成された
底壁部と該底壁部に一端が連結された周壁部とを備えて
いる。圧力センサ素子は、圧力センサ素子の圧力感知面
と収納ケースの底壁部との間に圧力被測定流体が入る流
体室を形成し、圧力センサ素子の外周面と周壁部とが対
向するようにしてコネクタ本体の基部と共に収納ケース
内に収納されている。そして、収納ケースの周壁部の端
部に施されるかしめ加工によりコネクタ本体の基部の抜
け止めが図られている。この種の静電容量型圧力センサ
ユニットでは、流体室から周壁部と圧力センサ素子との
間に形成される隙間を通して圧力被測定流体が漏れ出る
のを阻止するために、圧力センサ素子の圧力感知面と収
納ケースの底壁部との間にＯリングからなるシール部材
が配置されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シール
部材は温度が低下すると固くなって弾性力または復元力
が小さくなる。そのため、低温環境下においては、圧力
センサ素子に圧力被測定流体の圧力が加わって圧力セン
サ素子が樹脂製のコネクタ本体の圧縮によりコネクタ側
に変位した際に、この変位に対してシール部材が追従し
難くなって、シール部材と圧力センサ素子との間に隙間
が形成され、この隙間から圧力被測定流体が漏れて測定
精度が低下するという問題があった。

【０００４】また、特開平１１−１８３２８８号公報に
示すように、圧力センサ素子のベース基体と、コネクタ
本体の基部と、収納ケースの周壁部とに囲まれる空隙部
にシール部材を配置するものもある。しかしながら、こ
のような静電容量型圧力センサユニットでは、シール性
能を高めるには、高い加工精度が要求される。

【０００５】本発明の目的は、低温環境下において、シ
ール部材と圧力センサ素子との間に隙間から圧力被測定
流体が漏れて測定精度が低下するのを防ぐことができる
静電容量型圧力センサユニットを提供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、かしめ加工時の加圧
力により圧力センサ素子に無用な応力が加わらないよう
にすることができる静電容量型圧力センサユニットを提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明が改良の対象とす
る静電容量型圧力センサユニットは、容量電極パターン
が一方の面に形成されたベース基体と，容量電極パター
ンと所定の間隔をあけて対向する対向電極パターンを一
方の面に備え圧力感知面を他方の面に備えたダイアフラ
ム基体とを有し，圧力感知面に作用する圧力を静電容量
の変化として検出する圧力センサ素子と、圧力センサ素
子に対して設けられるコネクタ端子と絶縁樹脂製のコネ
クタ本体とを有するコネクタと、圧力被測定流体を導入
する流体導入口が形成された底壁部と該底壁部に一端が
連結された周壁部と，圧力センサ素子の圧力感知面と底
壁部との間に圧力被測定流体が入る流体室を形成し，圧
力センサ素子の外周面と周壁部とが対向するように圧力
センサ素子とコネクタ本体の基部を収納し且つ周壁部の
端部に施されるかしめ加工によりコネクタ本体の基部の
抜け止めを図るように構成された金属製の収納ケース
と、流体室から周壁部と圧力センサ素子との間に形成さ
れる隙間を通して圧力被測定流体が漏れ出るのを阻止す
るＯリングからなるシール部材とを具備している。本発
明では、ダイアフラム基体は、中央部に形成されたダイ
アフラム部と、ダイアフラム部の外側に形成されてダイ
アフラム部より厚みが厚い環状の厚肉部とを一体に備え
ている。そして、シール部材を厚肉部と収納ケースの周
壁部との間に配置する。本発明のように、シール部材を
ダイアフラム部の厚肉部と収納ケースの周壁部との間に
配置すると、低温環境下において、Ｏリングからなるシ
ール部材の弾力性が低下している状態で、圧力センサ素
子に圧力被測定流体の圧力が作用し、圧力センサ素子が
コネクタ側に変位したときでも、シール部材が圧力セン
サ素子の変位方向に変形しなくてもシール性を維持でき
る。したがって、本発明によれば、低温環境下において
もシール部材と圧力センサ素子との間に隙間から圧力被
測定流体が漏れて測定精度が低下するのを防ぐことがで
きる。本発明では、ダイアフラム基体に厚肉部を設ける
ことにより、シール部材をダイアフラム基体の外周面の
外側に配置することを可能にしている。そのため、厚肉
部の寸法は、シール部材の寸法に合わせて適宜に設定す
ればよい。

【０００８】シール部材をダイアフラム部の厚肉部と収
納ケースの周壁部との間に配置する構成は、種々のもの
を採用できる。例えば、ダイアフラム基体に厚肉部から
収納ケースの周壁部に向かって突出する環状の鍔部を一
体に形成し、鍔部と厚肉部と収納ケースの周壁部とによ
って囲まれる環状のシール部材収納空間を形成し、シー
ル部材を鍔部と厚肉部と収納ケースの周壁部とに接触す
るように、シール部材収納空間内に収納することができ
る。このようにダイアフラム基体に鍔部を一体に形成す
れば、シール部材の位置決めが容易になる。

【０００９】また、圧力センサ素子の外周面のコネクタ
側に位置する部分を囲む硬質のリング部材を圧力センサ
素子と周壁部との間に配置し、リング部材をコネクタと
シール部材との間に位置させて、シール部材のコネクタ
側への変位を阻止するようにしてもよい。硬質のリング
部材を用いて、シール部材のコネクタ側への変位を阻止
する構成を採用すると、ダイアフラム基体の形状を複雑
なものとする必要がないため、圧力センサ素子を安価に
製造することができ、結果として静電容量型圧力センサ
ユニットの価格が高くなるのを抑制できる。また、リン
グ部材とコネクタの基部との間に別のシール部材を更に
配置させてもよい。このような別のシール部材を用いる
と、リング部材の両側にシール部材が配置されることに
なるため、リング部材を用いても、シール性能が低下す
るのを防止できる。このリング部材を合成樹脂により形
成すると、リング部材がシール部材から伝わる力に対し
て緩衝部材として機能する。

【００１０】また、シール部材をダイアフラム基体の厚
肉部と収納ケースの周壁部との間に配置する場合に、厚
肉部と収納ケースの底壁部との間に隙間を形成し、この
隙間をかしめ加工が施されたときに圧力センサ素子の厚
肉部が収納ケースの底壁部に当接しない大きさにする
と、かしめ加工時の加圧力により圧力センサ素子に無用
の応力が加わるのを防止できる。このような隙間を形成
するには、例えば、コネクタ本体と圧力センサ素子のベ
ース基体との間に嵌合構造を設けてもよく、また両者を
接着剤を用いて接合してもよい。また、ベース基体の外
周面に半田付け電極を形成し、この半田付け電極にコネ
クタ端子の端部を半田付け接続して、圧力センサ素子を
コネクタ側に吊り上げるようにしてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る静電容量型圧力センサユニットを詳細に説明する。図
１は本発明の実施の形態の一例の静電容量型圧力センサ
ユニットの断面図である。この静電容量型圧力センサユ
ニットは、流体の圧力を静電容量の変化に基づいて検出
する圧力センサ素子１を有している。この圧力センサ素
子１は、容量電極パターンが一方の面に形成されたセラ
ミック製のベース基体３と、容量電極パターンと所定の
間隔をあけて対向する対向電極パターンを一方の面に備
えたセラミック製のダイアフラム基体５とを有してい
る。なお、図１では、ベース基体３とダイアフラム基体
５とが当接しているように描かれているが、ベース基体
３とダイアフラム基体５とは、図示しない環状の接合パ
ターンを介して極めて僅かな間隔をあけて配置されてお
り、前述の容量電極パターン及び対向電極パターンは、
接合パターンの内部に形成されている。ベース基体３の
外周面３ａには、圧力センサ素子１内の電極パターンに
一部が接続された導電層３ｃが導電性ペーストまたはめ
っき等を用いて形成されている。また、この導電層３ｃ
に対して圧力センサ素子１の径方向に対向する部分３ｄ
には、後述する３本のコネクタ端子１１の端部１１ａを
半田付けする半田付け電極が形成されている。この半田
付け接続により、圧力センサ素子１はコネクタ７側に吊
り上げられ、ダイアフラム基体５の厚肉部５ｂと収納ケ
ース１５の底壁部１７との間に隙間Ｓが形成されてい
る。この隙間Ｓは、後述する収納ケース１５の端部１９
ｄにかしめ加工が施された状態でも圧力センサ素子１が
収納ケース１５の底壁部１７に当接しない寸法を有して
いる。

【００１２】ダイアフラム基体５は、中央部に形成され
たダイアフラム部５ａと、ダイアフラム部５ａの外側に
形成されてダイアフラム部５ａより厚みが厚い環状の厚
肉部５ｂと、厚肉部５ｂのベース基体３側の縁部から外
側（収納ケース１５の周壁部１９側）に向かって突出す
る環状の鍔部５ｃとを一体に備えている。ダイアフラム
部５ａのベース基体３とは対向しない面が圧力感知面５
ｄを構成している。この静電容量型圧力センサユニット
では、圧力感知面５ｄに作用する圧力被測定流体の圧力
により、ダイアフラム部５ａが撓み、ベース基体３の容
量電極パターンとダイアフラム部５ａの対向電極パター
ンとの間の静電容量が変化する。この静電容量の変化に
基づいて圧力被測定流体の圧力値を求める。

【００１３】圧力センサ素子１の上には、コネクタ７が
重ねられている。このコネクタ７は、絶縁樹脂製のコネ
クタ本体９と、このコネクタ本体９内に組み込まれてい
る複数本（この例では３本）のコネクタ端子１１…とを
有している。コネクタ本体９は、端面が圧力センサ素子
１のベース基体３の表面３ｂと接触する基部９ａを有し
ている。コネクタ本体９の基部９ａの内部の圧力センサ
素子１上には、ＩＣ等からなる信号処理用回路１３が配
置されている。この信号処理用回路１３は、圧力センサ
素子１内の電極パターン及びコネクタ端子１１…と電気
的に接続されており、圧力センサ素子１の出力を処理す
る。

【００１４】圧力センサ素子１とコネクタ本体９の基部
９ａとは、金属製の収納ケース１５内に収納されてい
る。この収納ケース１５は、底壁部１７と、該底壁部１
７に一端が連結された周壁部１９と、底壁部１７の中央
に連設された筒部２１とを備えており、圧力センサ素子
１の圧力感知面５ｄと底壁部１７との間に圧力被測定流
体が入る流体室１５ａを形成し、圧力センサ素子１の外
周面１ａと周壁部１９とが対向するように圧力センサ素
子１を内部に収納している。底壁部１７及び筒部２１の
中央には、圧力被測定流体を流体室１５ａ内に導入する
流体導入口１５ｂが形成されており、筒部２１の外周に
は、雄ネジ部２１ａが形成されている。また、周壁部１
９は、筒部２１側に位置する厚肉円筒部１９ａと、コネ
クタ７側に位置し厚肉円筒部１９ａより厚み寸法の小さ
い薄肉円筒部１９ｂとを有しており、厚肉円筒部１９ａ
と薄肉円筒部１９ｂとの間には段差面１９ｃが形成され
ている。段差面１９ｃ上には別のシール部材（防水リン
グ）２５を介してコネクタ本体９の基部９ａが部分的に
配置されている。薄肉円筒部１９ｂの端部１９ｄには、
コネクタ本体９の基部９ａに対するかしめ加工が施され
ており、このかしめ加工により、コネクタ本体９の基部
９ａの外周が収納ケース１５に固定されて抜け止めが図
られている。なお、前述したように、ダイアフラム基体
５の厚肉部５ｂと収納ケース１５の底壁部１７との間に
は、端部１９ｄにかしめ加工を施こした状態で圧力セン
サ素子１が収納ケース１５の底壁部１７に当接しない隙
間Ｓが形成されている。そのため、かしめ加工を施こし
たときに、圧力センサ素子１は底壁部１７に押し付けら
れることながなく、かしめ加工時の加圧力によって圧力
センサ素子１に無用な力が加わることがない。底壁部１
７の内面と厚肉円筒部１９ａの内面との間には、環状の
段部１９ｅが形成されており、この段部１９ｅの角部
は、厚肉部５ｂの外側縁部と当接している。このような
圧力センサ素子１及び収納ケース１５の構造により、鍔
部５ｃと厚肉部５ｂと収納ケース１５の周壁部１９と段
部１９ｅとによって囲まれる部分に断面が矩形の環状の
シール部材収納空間１５ｃが形成される。シール部材収
納空間１５ｃ内には、鍔部５ｃと厚肉部５ｂと収納ケー
ス１５の周壁部１９と段部１９ｅとに接触するように、
Ｏリングからなるシール部材２３が収納されている。シ
ール部材２３は、軟質性のゴムにより形成されており、
楕円形の断面形状を有している。本例によれば、ダイア
フラム基体５に厚肉部５ｂを設けることにより、シール
部材２３をダイアフラム基体５の外周面の外側に配置す
ることを可能にした。そのため、厚肉部５ｂの寸法は、
シール部材２３の寸法に合わせて適宜に設定すればよ
い。本例のようにシール部材２３を厚肉部５ｂと収納ケ
ース１５の周壁部１９との間に配置すると、低温環境下
において、シール部材２３の弾力性が低下している状態
で、圧力センサ素子１に圧力被測定流体の圧力が作用
し、圧力センサ素子１がコネクタ７側に変位したときで
も、シール部材２３が圧力センサ素子１の変位方向に変
形しなくてもシール性を維持できる。したがって、低温
環境下においてもシール部材２３と圧力センサ素子１と
の間に隙間から圧力被測定流体が漏れて測定精度が低下
するのを防ぐことができる。

【００１５】図２（Ａ）は本発明の実施の形態の他の例
の静電容量型圧力センサユニットの断面図であり、図２
（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。この例の
静電容量型圧力センサユニットは、圧力センサ素子、収
納ケース及び新たな部材を追加した点を除いて図１に示
す静電容量型圧力センサユニットと同じ構造を有してい
るので、図１に示す静電容量型圧力センサユニットと同
じ部材には図１の符号に３０を加えた符号を付し、その
説明を省略する。本例で用いる圧力センサ素子３１は、
図１に示す圧力センサ素子１に対して、鍔部を形成しな
いように鍔部５ｃと厚肉部５ｂとの間の領域全体にまで
延長されるように厚肉部３５ｂを形成した構造を有して
いる。また、収納ケース４５は、周壁部４９の厚肉円筒
部４９ａが圧力センサ素子２１との間に空隙部を形成す
るように、図１に示す厚肉円筒部１９ａより内径を大き
くした薄い厚み寸法を有しており、その他は図１に示す
収納ケース１５と同じ構造を有している。本例では、圧
力センサ素子３１の外周面３１ａのコネクタ３７側に位
置する部分を囲む硬質のリング部材６１が圧力センサ素
子３１と収納ケース４５の周壁部４９との間に配置され
ている。リング部材６１は、硬質の合成樹脂により形成
されており、図２（Ａ）に示すように大部分の断面が矩
形を有し、図２（Ｂ）に示すように一部分の断面がＬ字
状になっている。リング部材６１が配置されることによ
り、リング部材６１と段差面４９ｃとの両方の上に別の
シール部材５５を介してコネクタ本体３９の基部３９ａ
が部分的に載置されることになる。リング部材６１とダ
イアフラム基体３５の厚肉部３５ｂと収納ケース４５の
周壁部４９と段部４９ｅとによって囲まれる部分に断面
が矩形の環状のシール部材収納空間４５ｃが形成されて
いる。シール部材収納空間４５ｃ内には、リング部材６
１とダイアフラム基体３５の厚肉部３５ｂと収納ケース
４５の周壁部４９と段部４９ｅとに接触するように、Ｏ
リングからなるシール部材５３が収納されている。言い
換えるならば、リング部材６１は、コネクタ３７とシー
ル部材５３との間に位置することになる。シール部材５
３がシール部材収納空間４５ｃ内に収納された状態で、
リング部材６１は、シール部材５３のコネクタ３７側へ
の変位を阻止している。本例によれば、ダイアフラム基
体３５の形状を複雑なものとする必要がないため、圧力
センサ素子３１を安価に製造することができ、結果とし
て静電容量型圧力センサユニットの価格が高くなるのを
抑制できる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、シール部材をダイアフ
ラム部の厚肉部と収納ケースの周壁部との間に配置する
ので、低温環境下において、Ｏリングからなるシール部
材の弾力性が低下している状態で、圧力センサ素子に圧
力被測定流体の圧力が作用し、圧力センサ素子がコネク
タ側に変位したときでも、シール部材が圧力センサ素子
の変位方向に変形しなくてもシール性を維持できる。し
たがって、低温環境下においてもシール部材と圧力セン
サ素子との間に隙間から圧力被測定流体が漏れて測定精
度が低下するのを防ぐことができる。本発明では、ダイ
アフラム基体に厚肉部を設けることにより、シール部材
をダイアフラム基体の外周面の外側に配置することを可
能にしている。そのため、厚肉部の寸法は、シール部材
の寸法に合わせて適宜に設定すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の静電容量型圧力セ
ンサユニットの断面図である。

【図２】（Ａ）は本発明の実施の形態の他の例の静電容
量型圧力センサユニットの断面図であり、（Ｂ）は図２
（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

１ 圧力センサ素子 ３ ベース基体 ５ ダイアフラム基体 ５ａ ダイアフラム部 ５ｂ 厚肉部 ５ｃ 鍔部 ７ コネクタ ９ａ 基部 １５ 収納ケース １５ｃ シール部材収納空間 １７ 底壁部 １９ 周壁部 ２３ シール部材（Ｏリング） ６１ リング部材 Ｓ 隙間

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量電極パターンが一方の面に形成され
   たベース基体と、前記容量電極パターンと所定の間隔を
   あけて対向する対向電極パターンを一方の面に備え圧力
   感知面を他方の面に備えたダイアフラム基体とを有し、
   前記圧力感知面に作用する圧力を静電容量の変化として
   検出する圧力センサ素子と、 前記圧力センサ素子に対して設けられるコネクタ端子と
   絶縁樹脂製のコネクタ本体とを有するコネクタと、 圧力被測定流体を導入する流体導入口が形成された底壁
   部と該底壁部に一端が連結された周壁部とを備え、前記
   圧力センサ素子の前記圧力感知面と前記底壁部との間に
   前記圧力被測定流体が入る流体室を形成し、前記圧力セ
   ンサ素子の外周面と前記周壁部とが対向するように前記
   圧力センサ素子と前記コネクタ本体の前記基部を収納し
   且つ前記周壁部の端部に施されるかしめ加工により前記
   コネクタ本体の基部の抜け止めを図るように構成された
   金属製の収納ケースと、 前記流体室から前記周壁部と前記圧力センサ素子との間
   に形成される隙間を通して前記圧力被測定流体が漏れ出
   るのを阻止するＯリングからなるシール部材とを具備す
   る静電容量型圧力センサユニットであって、 前記ダイアフラム基体は、中央部に形成されたダイアフ
   ラム部と、前記ダイアフラム部の外側に形成されて前記
   ダイアフラム部より厚みが厚い環状の厚肉部とを一体に
   備えており、 前記シール部材は、前記厚肉部と前記収納ケースの前記
   周壁部との間に配置されていることを特徴とする静電容
   量型圧力センサユニット。
2. 【請求項２】 前記ダイアフラム基体は、前記厚肉部か
   ら前記収納ケースの前記周壁部に向かって突出する環状
   の鍔部を一体に備えており、 前記鍔部と前記厚肉部と前記収納ケースの前記周壁部と
   によって囲まれる環状のシール部材収納空間が形成さ
   れ、 前記シール部材は、前記鍔部と前記厚肉部と前記収納ケ
   ースの前記周壁部とに接触するように、前記シール部材
   収納空間内に収納されていることを特徴とする請求項１
   に記載の静電容量型圧力センサユニット。
3. 【請求項３】 前記圧力センサ素子の前記外周面の前記
   コネクタ側に位置する部分を囲む硬質のリング部材が前
   記圧力センサ素子と前記周壁部との間に配置されてお
   り、 前記リング部材は、前記コネクタと前記シール部材との
   間に位置して、前記シール部材の前記コネクタ側への変
   位を阻止していることを特徴とする請求項１に記載の静
   電容量型圧力センサユニット。
4. 【請求項４】 前記リング部材と前記コネクタの前記基
   部との間に別のシール部材が配置されていることを特徴
   とする請求項３に記載の静電容量型圧力センサユニッ
   ト。
5. 【請求項５】 前記リング部材は、合成樹脂により形成
   されていることを特徴とする請求項３または４に記載の
   静電容量型圧力センサユニット。
6. 【請求項６】 前記ダイアフラム基体の前記厚肉部と前
   記収納ケースの前記底壁部との間には、前記かしめ加工
   が施された状態でも前記圧力センサ素子の前記厚肉部と
   前記収納ケースの前記底壁部とが当接しないように隙間
   が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静
   電容量型圧力センサユニット。
7. 【請求項７】 前記コネクタ端子の端部に前記圧力セン
   サ素子が固定されて、前記圧力センサ素子が前記コネク
   タ側に吊り上げられていることを特徴とする請求項６に
   記載の静電容量型圧力センサユニット。
8. 【請求項８】 前記ベース基体の外周面には、前記コネ
   クタ端子の端部が半田付けられる半田付け電極が設けら
   れ、前記端部が前記半田付け電極に半田付けされている
   請求項７に記載の静電容量型圧力センサユニット。