JP2007010479A

JP2007010479A - 圧力検出装置

Info

Publication number: JP2007010479A
Application number: JP2005191533A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Komata; 典秋小俣
Original assignee: Fuji Controls Co Ltd
Current assignee: Fuji Controls Co Ltd
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】貫通孔を有する支持部材と、貫通孔にその一端側から流体密に嵌入される圧力導入管を有するハウジング内に半導体感圧要素が内蔵されて成るとともに支持部材の一側に取付けられる半導体圧力センサと、貫通孔の他端側を覆って支持部材の他側に周縁部が支持されるダイヤフラムと、ダイヤフラムの一面および半導体感圧要素を臨ませて支持部材、ハウジングおよびダイヤフラム間に形成される受圧室に媒体が充填される圧力検出装置において、ダイヤフラムへの過大な圧力作用が生じても半導体感圧要素の故障が生じることがないようにする。
【解決手段】貫通孔１０の他端には、ダイヤフラム１６の他面に作用する圧力が所定値以上となるのに応じてダイヤフラム１６の一面中央部を周縁部に当接させる小径絞り孔部１０ｂが、圧力導入管５ａの外径よりも小径として設けられ、受圧室１７には、少なくとも一部を圧縮性流体とした媒体が充填される。
【選択図】図１

Description

本発明は、貫通孔を有する支持部材と、前記貫通孔にその一端側から流体密に嵌入される圧力導入管を有するハウジング内に半導体感圧要素が内蔵されて成るとともに前記支持部材の一側に取付けられる半導体圧力センサと、前記貫通孔の他端側を覆って前記支持部材の他側に周縁部が支持されるダイヤフラムと、該ダイヤフラムの一面および前記半導体感圧要素を臨ませて前記支持部材、前記ハウジングおよび前記ダイヤフラム間に形成される受圧室に媒体が充填される圧力検出装置に関する。

このような圧力検出装置は、たとえば特許文献１により既に知られており、このものでは、支持部材に設けられる貫通孔がその全長にわたって同一径に形成され、また受圧室には、シリコーンオイル等の媒体が充填されている。
特開２００３−５０１７２号公報

ところが、上記従来のものでは、ダイヤフラムに設定圧以上の過大な圧力が作用してダイヤフラムの一面中央部が支持部材における貫通孔の他端周縁部に当接した後に、圧力のさらなる増大が生じると、比較的大径である貫通孔の他端部内でのダイヤフラムの変形による力が非圧縮性流体であるシリコーンオイルを介して受圧室に臨む半導体感圧要素に直接作用し、半導体感圧要素が故障してしまう。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、ダイヤフラムへの過大な圧力作用が生じても半導体感圧要素の故障が生じることがないようにした圧力検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、貫通孔を有する支持部材と、前記貫通孔にその一端側から流体密に嵌入される圧力導入管を有するハウジング内に半導体感圧要素が内蔵されて成るとともに前記支持部材の一側に取付けられる半導体圧力センサと、前記貫通孔の他端側を覆って前記支持部材の他側に周縁部が支持されるダイヤフラムと、該ダイヤフラムの一面および前記半導体感圧要素を臨ませて前記支持部材、前記ハウジングおよび前記ダイヤフラム間に形成される受圧室に媒体が充填される圧力検出装置において、前記貫通孔の他端には、前記ダイヤフラムの他面に作用する圧力が所定値以上となるのに応じて前記ダイヤフラムの一面中央部を周縁部に当接させる小径絞り孔部が、前記圧力導入管の外径よりも小径として設けられ、前記受圧室には、少なくとも一部を圧縮性流体とした前記媒体が充填されることを特徴とする。

本発明の上記構成によれば、貫通孔の他端部内径は、圧力導入管の外径よりも小径である小径絞り孔部が設けられるので比較的小径とされており、ダイヤフラムに設定圧以上の過大な圧力が作用してダイヤフラムの一面中央部が貫通孔の他端周縁部に当接した後に圧力がさらに増大しても、貫通孔の他端部内でのダイヤフラムの変形量は比較的小さく抑えられる。しかも受圧室に充填される媒体の少なくとも一部は圧縮性流体であるので、貫通孔の他端部内でのダイヤフラムの変形に応じた容積減少分の圧力増加が受圧室内で生じるだけであり、受圧室に臨む半導体感圧要素に過大な力が作用することを防止することができ、ダイヤフラムへの過大な圧力作用が生じても半導体感圧要素の故障が生じることはない。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の一実施例に基づいて説明する。

図１および図２は本発明の一実施例を示すものであり、図１は圧力検出装置の縦断面図、図２は印可圧力変化に対する受圧室内の圧力変化を示す図である。

先ず図１において、この圧力検出装置は、半導体圧力センサ１を用いて、該半導体圧力センサ１が備える半導体感圧要素２に対する腐食性を有する圧力媒体の圧力を検出するためのものであり、前記圧力媒体が流通する管路３にＴ型の継手４を介して接続される。

半導体圧力センサ１は、圧力導入管５ａを有して合成樹脂により形成されるハウジング５内に半導体感圧要素２が内蔵されて成るものであり、薄いシリコーンウエハーから成るダイヤフラムの表面にピエゾ抵抗が形成されて成る半導体感圧要素２は、前記圧力導入管５ａの基端開口部に臨むようにしてハウジング５の内面に接着される。また半導体感圧要素２に連なる複数の端子６，６…がハウジング５を液密に貫通してハウジング５外に突出される。しかも各端子６，６…の外端はハウジング５と別体であるセンサモジュール７に接続されており、該センサモジュール７は、半導体圧力センサ１との間にセンサモジュール７を挟む位置に配置される基板８で支持される。

半導体圧力センサ１は支持部材９の一側に取付けられる。この支持部材９は、円盤部９ａと、円盤部９ａの一側中心部から同軸に突出する円筒部９ｂと、円盤部９ａの他端外周から半径方向外方に張出す鍔部９ｃとを一体に有して、たとえば真鍮等の金属により形成されるものであり、該支持部材９の中心部には貫通孔１０が設けられる。

支持部材９の円盤部９ａには、該円盤部９ａの一面との間に取付け板１１を挟むようにして複数の支柱１２，１２…が締結されており、前記基板８は、それらの支柱１２，１２…の先端にねじ部材１３，１３…で取付けられる。また前記取付け板１１には、半導体圧力センサ１、センサモジュール７、基板８および各支柱１２，１２…を覆うカバー１４が保持される。

貫通孔１０にその一端側から圧力導入管５ａを嵌入させたハウジング５は、端子６…およびセンサモジュール７を介して基板８に支持されており、円筒部９ｂの先端に当接するようにして支持部材９の一側に取付けられる。

前記貫通孔１０の一端側には大径孔部１０ａが形成されており、半導体圧力センサ１のハウジング５が備える圧力導入管５ａと、前記大径孔部１０ａの内面との間にリング状のシール部材１５が介装され、圧力導入管５ａは、貫通孔１０にその一端側から流体密に嵌入されることになる。

支持部材９の他側には、貫通孔１０の他端側を覆う金属たとえばステンレス鋼製のダイヤフラム１６の周縁部が支持される。該ダイヤフラム１６の一面および前記半導体感圧要素２を臨ませて前記支持部材９、前記ハウジング５および前記ダイヤフラム１６間には受圧室１７が形成され、該受圧室１７には少なくとも一部を圧縮性流体とした媒体が充填されるものであり、この実施例では前記媒体の全量が空気である。

支持部材９の他側外周部すなわち鍔部９ｃの外周部には、金属たとえばステンレス鋼によって皿状に形成される挟持部材１８の外周部全周が、前記鍔部９ｃとの間にダイヤフラム１６の周縁部を挟持するようにしてかしめ結合される。而してダイヤフラム１６の外周部両面と、鍔部９ｃおよび挟持部材１８との間には、リング状のシール部材１９，２０が挟まれる。

ところで、ダイヤフラム１６の一面に臨む支持部材９の他面９ｄは、ダイヤフラム１６から離反するにつれて小径となるテーパ状に形成されており、この他面９ｄの中央部に貫通孔１０の他端が開口するのであるが、該貫通孔１０の他端には、前記ダイヤフラム１６の他面に作用する圧力が所定値以上となるのに応じて前記ダイヤフラム１６の一面中央部を周縁部に当接させる小径絞り孔部１０ｂが、圧力導入管５ａの外径よりも小径として設けられる。

挟持部材１８の中央部にはダイヤフラム１６とは反対側に突出する連結筒２１が連設され、該連結筒２１に、前記継手４が接続される。

次にこの実施例の作用について説明すると、支持部材９に設けられる貫通孔１０のダイヤフラム１６側の端部には、ダイヤフラム１６に作用する圧力が所定値以上となるのに応じてダイヤフラム１６の一面中央部を周縁部に当接させる小径絞り孔部１０ｂが、圧力導入管５ａの外径よりも小径として設けられており、ダイヤフラム１６の一面および半導体感圧要素２を臨ませて支持部材９、ハウジング５およびダイヤフラム１６間に形成される受圧室１７には少なくとも一部を圧縮性流体とした媒体（この実施例では全量を空気とした媒体）が充填される。

すなわち貫通孔１０の他端部内径は、圧力導入管５ａの外径よりも小径である小径絞り孔部１０ｂが設けられることにより比較的小径とされており、ダイヤフラム１６に設定圧以上の過大な圧力が作用してダイヤフラム１６の一面中央部が貫通孔１０の他端周縁部に当接した後に圧力がさらに増大しても、貫通孔１０の他端部内でのダイヤフラム１６の変形量は比較的小さく抑えられる。しかも受圧室１７に充填される媒体の少なくとも一部は圧縮性流体であるので、貫通孔１９の他端部内でのダイヤフラム１６の変形に応じた容積減少分の圧力増加が受圧室１７内で生じるだけである。

ここでダイヤフラム１６の他面に作用する印可圧力がたとえば０〜０．５ＭＰａの範囲で変化したときに、受圧室１７内の圧力は、図２で示すように、たとえば０〜０．１４ＭＰａの範囲で変化するものであり、ダイヤフラム１６の他面に作用する印可圧力が０．１５ＭＰａ以上となると、ダイヤフラム１６の一面中央部が貫通孔１０の他端周縁部に当接し、印可圧力がさらに増大しても貫通孔１０の他端部内でのダイヤフラム１６の変形量が比較的小さく抑えられることにより、貫通孔１９の他端部内でのダイヤフラム１６の変形に応じた容積減少分の圧力増加が受圧室１７内で生じるだけであるので、受圧室１７内の圧力変化が小さく抑えられることになる。

このようにして受圧室１７に臨む半導体感圧要素２に過大な力が作用することを防止することができ、ダイヤフラム１６への過大な圧力作用が生じても半導体感圧要素２の故障が生じることを防止することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

圧力検出装置の縦断面図である。印可圧力変化に対する受圧室内の圧力変化を示す図である。

符号の説明

１・・・半導体圧力センサ
２・・・半導体感圧要素
５・・・ハウジング
５ａ・・・圧力導入管
９・・・支持部材
１０・・・貫通孔
１０ｂ・・・小径絞り孔部
１６・・・ダイヤフラム
１７・・・受圧室

Claims

貫通孔（１０）を有する支持部材（９）と、前記貫通孔（１０）にその一端側から流体密に嵌入される圧力導入管（５ａ）を有するハウジング（５）内に半導体感圧要素（２）が内蔵されて成るとともに前記支持部材（９）の一側に取付けられる半導体圧力センサ（１）と、前記貫通孔（１０）の他端側を覆って前記支持部材（９）の他側に周縁部が支持されるダイヤフラム（１６）と、該ダイヤフラム（１６）の一面および前記半導体感圧要素（２）を臨ませて前記支持部材（９）、前記ハウジング（５）および前記ダイヤフラム（１６）間に形成される受圧室（１７）に媒体が充填される圧力検出装置において、前記貫通孔（１０）の他端には、前記ダイヤフラム（１６）の他面に作用する圧力が所定値以上となるのに応じて前記ダイヤフラム（１６）の一面中央部を周縁部に当接させる小径絞り孔部（１０ｂ）が、前記圧力導入管（５ａ）の外径よりも小径として設けられ、前記受圧室（１７）には、少なくとも一部を圧縮性流体とした前記媒体が充填されることを特徴とする圧力検出装置。