JP2004037388A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力計測精度の高い圧力センサを提供すること。
【解決手段】感圧素子を配置した受圧面を有するコネクタハウジング３０と，シールダイヤフラム４３を有すると共に，該シールダイヤフラム４３へ圧力計測対象である流体を導く圧力導入孔４４１を有するセンサハウジング４０とを有している。センサハウジング４０のシールダイヤフラム４３と，コネクタハウジング３０の受圧面３２との間に形成された圧力室４２には感圧素子２０を収容してあると共に，圧力伝達媒体を封入してある。そして，センサハウジング４０には，上記流体を収容した相手部材に取り付けるための取付け部４４５を有しており，該取付け部４４５における相手部材と当接する当接面には，電気的な絶縁性を有する絶縁膜７１が配設されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，感圧素子により圧力を計測する圧力センサに関する。
【０００２】
【従来技術】
圧力センサは，シリコン基板上に形成した歪ゲージと，シリコン基板を精密にエッチングして形成した圧力検知用のダイヤフラムとを有する感圧素子を利用したセンサである。そして，この圧力センサは，上記歪ゲージにより，圧力によるダイヤフラムのひずみ量を計測することにより圧力を測定する。
【０００３】
感圧素子を配置する受圧面を有するコネクタハウジングと，センサハウジングとによりなる圧力センサにおいて，上記の感圧素子は，センサハウジングに挿入したコネクタハウジングと，センサハウジングとの間の圧力室に収容されるよう構成されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の圧力センサにあっては，次のような問題がある。
即ち，上記の圧力センサにおいては，上記センサハウジング又は上記コネクタハウジングと上記感圧素子との間に電位差を生じると，上記圧力室内の媒体に誘電分極を生じるおそれがある。そして，誘電分極を生じた媒体は，その電荷の発生によって上記感圧素子に影響を及ぼし，その圧力計測に誤差を発生させるおそれがある。
【０００５】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，圧力計測精度の高い圧力センサを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
第１の発明は，感圧素子を配置した受圧面を有するコネクタハウジングと，シールダイヤフラムを有すると共に，該シールダイヤフラムへ圧力計測対象である流体を導く圧力導入孔を有するセンサハウジングと，上記センサハウジングにおける上記シールダイヤフラムと上記コネクタハウジングの上記受圧面との間に形成された圧力室とを有し，該圧力室に上記感圧素子を収容してあると共に圧力伝達媒体を封入してある圧力センサにおいて，
上記センサハウジングには，上記流体を収容した相手部材に取り付けるための取付け部を有しており，該取付け部における上記相手部材と当接する取り付け面には，電気的な絶縁性を有する絶縁膜が配設されていることを特徴とする圧力センサにある（請求項１）。
【０００７】
上記第１の発明の圧力センサにおいては，上記取付け部における相手部材と当接する取り付け面には，絶縁膜が配設されている。そのため，上記相手部材と上記感圧素子との間に電位差がある場合でも，この電位差の上記圧力伝達媒体への影響を，上記取り付け面上の絶縁膜の電気絶縁性によって抑制することができる。それ故，上記センサハウジングと上記コネクタハウジングとの間に形成された圧力室において上記圧力伝達媒体に生じる誘電分極を抑制できる。
したがって，上記圧力センサによれば，相手部材と感圧素子との間に電位差を生じた場合であっても，上記圧力伝達媒体の誘電分極を抑制して精度良く圧力計測を実施できる。
【０００８】
第２の発明は，感圧素子を配置した受圧面を有するコネクタハウジングと，シールダイヤフラムを有すると共に，該シールダイヤフラムへ圧力計測対象である流体を導く圧力導入孔を有するセンサハウジングと，上記センサハウジングにおける上記シールダイヤフラムと上記コネクタハウジングの上記受圧面との間に形成された圧力室とを有し，該圧力室に上記感圧素子を収容してあると共に圧力伝達媒体を封入してある圧力センサにおいて，
上記シールダイヤフラムの上記圧力室側の表面には，電気的な絶縁性を有する絶縁膜が配設されていることを特徴とする圧力センサにある（請求項４）。
【０００９】
上記第２の発明の圧力センサにおいては，上記シールダイヤフラムの表面のうち，上記圧力室側の面には，絶縁膜が配設されている。そのため，上記相手部材と上記感圧素子との間に電位差がある場合でも，この電位差の上記圧力伝達媒体への影響を，上記シールダイヤフラム上の絶縁膜の電気絶縁性によって抑制することができる。それ故，上記センサハウジングと上記コネクタハウジングとの間に形成された圧力室において，該圧力室内の媒体に誘電分極を生じることがない。
したがって，上記圧力センサによれば，上記センサハウジングと上記感圧素子との間に電位差を生じた場合であっても，上記圧力伝達媒体の誘電分極を抑制して精度良く圧力計測を実施できる。
【００１０】
第３の発明は，感圧素子を配置した受圧面を有するコネクタハウジングと，該コネクタハウジングを挿入するセンサハウジングと，該センサハウジングと上記コネクタハウジングとの間に形成される圧力室とを有し，該圧力室に上記感圧素子を収容してある圧力センサにおいて，
上記センサハウジングには，上記流体を収容した相手部材に取り付けるための取付け部を有しており，該取付け部における上記相手部材と当接する取り付け面には，電気的な絶縁性を有する絶縁膜が配設されていることを特徴とする圧力センサにある（請求項５）。
【００１１】
上記第３の発明の圧力センサは，上記第１の発明の上記圧力センサと同様に，上記取付け部における相手部材と当接する取り付け面には，絶縁膜が配設してある。そのため，上記センサハウジングと上記感圧素子との間に大きな電位差が生じることがなく，上記圧力室に封入した上記流体に誘電分極を生じることがない。
したがって，上記圧力センサによれば，相手部材と感圧素子との間に電位差を生じた場合であっても，上記圧力室における上記流体の誘電分極を抑制して精度良く圧力計測を実施することが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
上記第１〜第３の発明における上記絶縁膜としては，例えば，パリレンコーティングやセラミックコーティング等のコーティングによる被膜，シリコーンワニス，アクリル系塗料，エナメル系塗料，ポリエステル系ワニス，エポキシ系塗料等の絶縁塗料による塗膜，クロメート処理や酸化処理等による処理膜等を適用することができる。この中で，特に，均一な薄膜を生成でき，膜強度や密着性に優れたパリレンコーティング（ポリパラキシリレン）による絶縁膜を適用することが好ましい。
【００１３】
また，上記第１の発明においては，上記センサハウジング及び上記コネクタハウジングの外周面のうち少なくとも導電性を有する面には，上記絶縁膜が配設してあることが好ましい（請求項２）。
この場合には，上記圧力センサの外周面に水滴等が付着した場合であっても，上記アウターハウジングと上記センサハウジングとの間を確実に絶縁して，上記センサハウジングと上記感圧素子との間に生じる電位差を抑制できる。
そして，上記圧力センサは，圧力室における上記圧力伝達媒体に生じる誘電分極を抑制して，精度良く圧力計測を実施できる。
【００１４】
また，上記センサハウジングの上記圧力導入孔の内周面と，上記シールダイヤフラムの上記圧力導入孔側の表面とには，上記絶縁膜が配設してあることが好ましい（請求項３）。
この場合には，圧力計測対象が導電性を有する流体であっても，この流体と上記センサハウジングとの間を電気的に絶縁できる。そのため，上記流体と上記感圧素子との間に生じる電位差のうち大部分の電圧は，上記絶縁膜に印加されることとなり，上記圧力室における圧力伝達媒体に高い電圧が印加されることがない。
そして，上記圧力センサは，計測対象である上記流体と上記感圧素子との間に大きな電位差を生じた場合であっても，上記圧力伝達媒体に生じる誘電分極を抑制して，高精度な圧力計測を実施できる。
【００１５】
また，上記第３の発明においても，上記センサハウジング及び上記コネクタハウジングの外周面のうち導電性を有する面には，上記絶縁膜が配設してあることが好ましい（請求項６）。
この場合には，粉塵や水滴等が発生する環境において，上記圧力センサを使用した場合であっても，上記センサハウジング及び上記コネクタハウジングと，上記相手部材との電気的な接触を確実に防止して，上記センサハウジングと上記感圧素子との間の電位差を抑制できる。そして，上記圧力センサは，圧力室における上記流体の誘電分極を抑制して，精度良く圧力を計測することができる。
【００１６】
【実施例】
（実施例１）
上記第１の発明の実施例にかかる圧力センサ１について，図１〜図３を用いて説明する。
本例の圧力センサ１は，図１に示すごとく，感圧素子２０を配置した受圧面３２を有するコネクタハウジング３０と，シールダイヤフラム４３を有すると共に，該シールダイヤフラム４３へ圧力計測対象である流体（以下，適宜外部流体という）を導く圧力導入孔４４１を有するセンサハウジング４０とを有している。そして，センサハウジング４０のシールダイヤフラム４３と，コネクタハウジング３０の受圧面３２との間に形成されている圧力室４２には感圧素子２０を収容してあると共に，圧力伝達媒体を封入してある。
センサハウジング４０は，外部流体を収容した相手部材に取り付けるための取付け部４４５を有している。該取付け部４４５における相手部材と当接する取り付け面４４２，４４８には，電気的な絶縁性を有する絶縁膜７１が配設されている。
以下に，この内容について詳しく説明する。
【００１７】
本例の圧力センサ１は，図１，図２に示すごとく，外部流体とは隔離された圧力室４２を有しており，該圧力室４２に封入した圧力伝達媒体を介して，シールダイヤフラム４３に作用する外部流体の圧力を，感圧素子２０により検知できるよう構成されている。
感圧素子２０は，シリコン層を加工して歪ゲージを形成すると共に，シリコン基板を精密にエッチングしてセンサダイヤフラムを形成したものである。
【００１８】
コネクタハウジング３０は，図１に示すごとく，ＰＰＳ樹脂により後述するごとくターミナルピン１０をインサートして一体成形されていると共に，センサハウジング４０に挿入する挿入部３５と，該挿入部３５よりも大径のツバ部３５１とを有している。さらに，コネクタハウジング３０における挿入部３５とは反対側の端部には，外部機器のコネクタ（図示略）を電気的に接続するための中空構造のソケット部３００を有している。
コネクタハウジング３０における挿入部３５の外周面は，圧力室４２を密閉するシール面をなしており，挿入部３５の外周にはＯリング５０及びバックアップリング５１が配設されている。
【００１９】
コネクタハウジング３０におけるツバ部３５１には，十分な強度が得られるようステンレス鋼よりなる金属製のリングがインサート成形されている。そして，ツバ部３５１の軸方向の端面であって，圧力センサ１の外表面をなすリング端面３０８には，パリレンコーティング（ポリパラキシリレン）という処理による厚さ５μｍの電気的な絶縁性を有する絶縁膜７２２が，形成されている。
【００２０】
コネクタハウジング３０の挿入方向の端面である受圧面３２には，図１〜図３に示すごとく，ターミナルピン１０及び感圧素子２０が配置されている。
ターミナルピン１０は，図２に示すごとく，金属の板材よりなり，適宜屈曲させてある線状の電気配線用の部材であって，一方の端部には，プレス加工により成形されると共に，ボンディングワイヤ３４を接合するための突出部１１を設けてある。そして，図３に示すごとく，コネクタハウジング３０には，電源用，グランド用及び信号出力用の３本のターミナルピン１０が，それぞれの突出部１１を受圧面３２に露出させると共に，他方の端部をソケット部３００（図１）の中空部に突き出した状態で，インサート成形されている。
【００２１】
各ターミナルピン１０は，図１〜図３に示すごとく，感圧素子２０に対して，ボンディングワイヤ３４により相互に電気的に接続されていると共に，シリコーン系シール材からなるシール層１２によりシールされ，圧力室４２のシール性を高く維持できるよう構成されている。
【００２２】
センサハウジング４０は，ステンレススチールよりなると共に，図１に示すごとく，上記シールダイヤフラム４３のコネクタハウジング３０側に，上記挿入部３５を挿入する凹部４５と，上記ツバ部３５１を挿入する大径部４５１と，該大径部４５１にツバ部３５１を挿入した状態で該ツバ部３５１と係合するカシメ部４１とを有している。
【００２３】
また，図２に示すごとく，シールダイヤフラム４３は，その外周部をシールリング４３１により保持された状態で，凹部４５における挿入方向に略直交する底面に配置されている。そして，該シールダイヤフラム４３は，センサハウジング４０に対して，シールリング４３１と共にレーザ溶接され，溶接部４３５をセンサハウジング４０に達するように設けることにより，センサハウジング４０に強固に固定してある。
【００２４】
さらに，センサハウジング４０は，図１に示すごとく，軸方向における凹部４５と反対側には，外部流体を密閉する配管パイプ等に対して圧力センサ１を取り付けるための，略円筒形状の取付け部４４５を有している。
取付け部４４５は，シールダイヤフラム４３側に外部流体を導入する圧力導入孔４４１を有していると共に，その外周面には取り付け面の一部であるネジ部４４２を有している。
そして，センサハウジング４０は，該取付け部４４５の外周面から，センサハウジング４０の外周をなす外周面４０８へ至る段部には，軸方向に略直交する取り付け面４４８が配設されている。
【００２５】
センサハウジング４０における，取付け部４４５の外周面の取り付け面（ネジ部）４４２と上記取り付け面４４８とには，図１に示すごとく，パリレンコーティング（ポリパラキシリレン）による厚さ５μｍの電気的な絶縁性を有する絶縁膜７１が形成されている。
さらに，センサハウジングの外周面であって，外部へ露出する外周面４０８にも，パリレンコーティング（ポリパラキシリレン）による厚さ５μｍの電気的な絶縁性を有する絶縁膜７２１が形成されている。
【００２６】
上記のごとく構成されたコネクタハウジング３０とセンサハウジング４０とを組み立てて製造された圧力センサ１において，図１，図２に示すごとく，コネクタハウジング３０とセンサハウジング４０とは，コネクタハウジング３０を収容したセンサハウジング４０のカシメ部４１を内径方向に変形させ，ツバ部３５１に係合させることにより相互に固定され，組み立てられている。
【００２７】
また，図２に示すごとく，コネクタハウジング３０とセンサハウジング４０との組み付け状態においては，ツバ部３５１と大径部４５１の底面部とを当接させて位置決めすると共に，この当接部に上記カシメ部４１をカシメることにより生ずる荷重を受け止める構造としてある。そのため，上記コネクタハウジング３０の先端面（受圧面３２）とシールダイヤフラム４３との間には所定の隙間が設けられている。
【００２８】
そして，圧力を計測するに当たって，上記圧力センサ１は，上記センサハウジング４０のネジ部４４２により，外部流体を密閉する配管パイプ等に圧力センサ１を取り付けることができるよう構成されている。
【００２９】
以上のごとく構成された本例の圧力センサ１は，外部流体を密閉する配管パイプ等相手部材に取り付けたとき，センサハウジング４０と相手部材とを，センサハウジングの絶縁膜７１により電気的に絶縁できる。
それ故，相手部材と感圧素子２０との間に電位差がある場合でも，この電位差の上記圧力伝達媒体への影響を，取り付け面４４２，４４８上の絶縁膜７１の電気絶縁性によって抑制することができる。
【００３０】
すなわち，センサハウジング４０と感圧素子２０との間の電位差が過大となることがない。したがって，コネクタハウジング３０とセンサハウジング４０のシールダイヤフラム４３との間に形成される圧力室４２において，圧力伝達媒体に高い電圧が印加されることがなく，上記圧力センサ１において，圧力伝達媒体に誘電分極を生じることがない。
このように，本例の圧力センサ１は，圧力室４２における圧力伝達媒体の誘電分極が抑制されることから誘電分極に起因する電荷の影響が感圧素子２０に作用しなくなり，精度良く圧力計測を実施することができる。
【００３１】
さらに，本例の圧力センサ１においては，センサハウジング４０における上記取付け部４４５と上記取り付け面４４８以外の外周面４０８に，パリレンコーティング（ポリパラキシリレン）による厚さ５μｍの絶縁膜７２１を形成してある。また，コネクタハウジング３０における金属製のリングをインサート成形したツバ部３５１の外周面のうち，このリングが露出する面には，同様の絶縁膜７２２を形成してある。
【００３２】
そのため，本例の圧力センサ１は，粉塵や水滴等が多く発生する悪環境においても上記相手部材とセンサハウジングとが電気的に接触することがない。したがって，本例の圧力センサ１によれば，粉塵や水滴等が多く発生する悪環境において，圧力室４２における圧力伝達媒体の誘電分極を抑制してその優れた性能を発揮する。
【００３３】
なお，本例の圧力センサ１における外部と隔離された圧力室４２に代えて，図４に示すごとく，上記シールダイヤフラム４３を廃し，被計測環境４４側に開放した圧力室４２としてもよい。この場合には，被計測環境４４の外部流体が，直接感圧素子２０のセンサダイヤフラムに直接作用することとなる。この場合には，圧力室４２における外部流体の誘電分極を抑制して，精度良く外部流体の圧力を計測することができる。
また，この場合の絶縁膜７１，７２２としては，上記と同様のパリレンコーティング（ポリパラキシリレン）を適用することができ，又，これに代えて，セラミックコーティング，各種絶縁塗料，クロメート皮膜等の被膜を形成することもできる。
【００３４】
（実施例２）
本例においては，実施例１における圧力センサ１を基にして，導電性を有する外部流体の圧力を精度良く計測できるようにした圧力センサ１を，図５を用いて説明する。
本例の圧力センサ１において，図５に示すごとく，センサハウジング４０の圧力導入孔４４１，圧力導入室４４４及びシールダイヤフラム４３の表面であって圧力導入室４４４側の面には，パリレンコーティング（ポリパラキシリレン）による厚さ５μｍの絶縁膜７３を形成してある。すなわち，センサハウジング４０の表面のうち外部流体が接触し得る面には，絶縁膜７３が配設されており，センサハウジング４０と外部流体とが電気的に接触しないように構成されている。
【００３５】
本例の圧力センサ１は，導電性を有する外部流体と感圧素子２０との間に電位差を生じた場合であっても，シールダイヤフラム４３及び圧力導入室４４４上の絶縁膜７３の電気絶縁性によってセンサハウジング４０と外部流体とが等電位となるおそれがない。
【００３６】
したがって，コネクタハウジング３０とセンサハウジング４０のシールダイヤフラム４３との間に形成される圧力室４２において，圧力伝達媒体に高い電圧が印加されることがなく，上記圧力センサ１において，圧力伝達媒体に誘電分極を生じることもない。
【００３７】
このように，本例の圧力センサ１は，圧力室４２における圧力伝達媒体の誘電分極が抑制されることから誘電分極に起因する電荷の影響が感圧素子２０に作用しなくなり，精度良く圧力計測を実施することができる。
なお，その他の構成及び作用効果については，実施例１と同様である。
【００３８】
（実施例３）
本例の圧力センサ１は，実施例１の圧力センサ１を基にして，絶縁膜を配設する部位を変更した例である。
本例の圧力センサ１においては，図６に示すごとく，実施例１の圧力センサにおける絶縁膜に代えて，センサハウジング４０におけるシールダイヤフラム４３の表面のうち圧力室４２側にある表面に，パリレンコーティング（ポリパラキシリレン）による厚さ５μｍの絶縁膜７６を配設してある。
【００３９】
そのため，本例の圧力センサ１においては，シールダイヤフラム４３と感圧素子２０との間に大きな電位差を生じた場合であっても，その電位差のうち大部分の電圧は，シールダイヤフラム４３の表面に配設された絶縁膜７６に印加されることとなる。それ故，シールダイヤフラム４３と感圧素子２０との間の圧力室４２における圧力伝達媒体に高い電圧が印加されることがない。そしてそれ故，圧力室４２における圧力伝達媒体に誘電分極を生じることがない。
【００４０】
このように本例の圧力センサ１１は，圧力室４２における圧力伝達媒体の誘電分極を抑制して，常に精度良く外部流体の圧力を計測できる優れたセンサである。
なお，その他の構成及び作用効果については，実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，圧力センサの構造を示す断面図。
【図２】実施例１における，圧力センサの圧力室近傍を示す拡大説明図。
【図３】実施例１における，圧力センサの受圧面を示す説明図。
【図４】実施例１における，その他の構成による圧力センサの構造を示す断面図。
【図５】実施例２における，圧力センサを示す断面図。
【図６】実施例３における，圧力センサを示す断面図。
【符号の説明】
１．．．圧力センサ，
１０．．．ターミナルピン，
２０．．．感圧素子，
３０．．．コネクタハウジング，
３２．．．受圧面，
３５．．．挿入部，
３５１．．．ツバ部，
４０．．．センサハウジング，
４２．．．圧力室，
４３．．．シールダイヤフラム，
４０８．．．外周面，
４４１．．．圧力導入孔，
４４２．．．ネジ部，
４４４．．．圧力導入室，
４４５．．．取付け部，
４４８．．．取り付け面，
４５．．．凹部，
４５１．．．大径部，
４１．．．カシメ部，
５０．．．Ｏリング，
５１．．．バックアップリング，
７１，７２１，７２２，７３，７６．．．絶縁膜，

Claims (6)

1. 感圧素子を配置した受圧面を有するコネクタハウジングと，シールダイヤフラムを有すると共に，該シールダイヤフラムへ圧力計測対象である流体を導く圧力導入孔を有するセンサハウジングと，上記センサハウジングにおける上記シールダイヤフラムと上記コネクタハウジングの上記受圧面との間に形成された圧力室とを有し，該圧力室に上記感圧素子を収容してあると共に圧力伝達媒体を封入してある圧力センサにおいて，
   上記センサハウジングには，上記流体を収容した相手部材に取り付けるための取付け部を有しており，該取付け部における上記相手部材と当接する取り付け面には，電気的な絶縁性を有する絶縁膜が配設されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１において，上記センサハウジング及び上記コネクタハウジングの外周面のうち少なくとも導電性を有する面には，上記絶縁膜が配設してあることを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項１又は２において，上記センサハウジングの上記圧力導入孔の内周面と，上記シールダイヤフラムの上記圧力導入孔側の表面とには，上記絶縁膜が配設してあることを特徴とする圧力センサ。
4. 感圧素子を配置した受圧面を有するコネクタハウジングと，シールダイヤフラムを有すると共に，該シールダイヤフラムへ圧力計測対象である流体を導く圧力導入孔を有するセンサハウジングと，上記センサハウジングにおける上記シールダイヤフラムと上記コネクタハウジングの上記受圧面との間に形成された圧力室とを有し，該圧力室に上記感圧素子を収容してあると共に圧力伝達媒体を封入してある圧力センサにおいて，
   上記シールダイヤフラムの上記圧力室側の表面には，電気的な絶縁性を有する絶縁膜が配設されていることを特徴とする圧力センサ。
5. 感圧素子を配置した受圧面を有するコネクタハウジングと，該コネクタハウジングを挿入するセンサハウジングと，該センサハウジングと上記コネクタハウジングとの間に形成される圧力室とを有し，該圧力室に上記感圧素子を収容してある圧力センサにおいて，
   上記センサハウジングには，上記流体を収容した相手部材に取り付けるための取付け部を有しており，該取付け部における上記相手部材と当接する取り付け面には，電気的な絶縁性を有する絶縁膜が配設されていることを特徴とする圧力センサ。
6. 請求項５において，上記センサハウジング及び上記コネクタハウジングの外周面のうち導電性を有する面には，上記絶縁膜が配設してあることを特徴とする圧力センサ。

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