JP2007078467A

JP2007078467A - 薄膜型圧力センサ

Info

Publication number: JP2007078467A
Application number: JP2005265473A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Iwamoto; 貴宏岩本
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】センサハウジングの締結時に生じる出力特性のバラツキを抑えられる薄膜型圧力センサを提供する。
【解決手段】被取付部材に螺合するネジ部１１を有するセンサハウジング１０と、このネジ部１１の内側に形成されるセンサ部収装穴１６と、このセンサ部収装穴１６に収められ圧力に応じて撓む金属製ダイヤフラム３０と、このセンサ部収装穴１６とこのダイヤフラム３０の間に介装される絶縁材からなる隙間フィルム５１と、このダイヤフラム３０の歪みを検出する検出回路とを備える薄膜型圧力センサ１において、センサ部収装穴１６の内径Ｄを、ダイヤフラム３０のフランジ部３３の外径に隙間フィルム５１の２倍の厚さを加えた外径ｄより所定の隙間分だけ大きく形成し、センサハウジング１０を締結するネジ部１１の締め付け荷重によってダイヤフラム３０のダイヤフラム部３１に歪みが生じることを回避する。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体圧力を測定する薄膜型圧力センサの改良に関するものである。

特許文献１には、被取付部材に螺合するネジ部を有する金属製センサハウジングと、このネジ部の内側に形成されるセンサ部収装穴と、このセンサ部収装穴に収められ圧力に応じて撓む金属製ダイヤフラムと、このセンサ部収装穴とこのダイヤフラムの間に介装される絶縁材からなる隙間フィルムと、このダイヤフラムの歪みを検出する検出回路とを備えるものが開示されている。

この場合、金属製センサハウジングと金属製ダイヤフラムの間が隙間フィルム等を介して絶縁され、金属製ダイヤフラムを検出回路のグランドに接続することにより、金属ダイヤフラムを経由して侵入してくる高周波ノイズが検出回路に侵入することが防止され、センサの出力特性が安定化する。
特開２００１−２７５７１号公報

このような従来の薄膜型圧力センサにあっては、図４に示すように、センサ部収装穴１６の内径を、ダイヤフラム３０のフランジ部３３に介装された隙間フィルム５１の外径より小さく形成していた。

しかしながら、この場合、ダイヤフラム３０のフランジ部３３がセンサ部収装穴１６によって隙間フィルム５１を介して圧縮されるため、センサハウジング１０を締結するネジ部の締め付け荷重によってセンサハウジング１０に歪みが生じると、ダイヤフラム３０に歪みが生じ、センサ１の出力特性にバラツキが生じる可能性がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、センサハウジングの締結時に生じる出力特性のバラツキを抑えられる薄膜型圧力センサを提供することを目的とする。

本発明は、被取付部材に螺合するネジ部を有する金属製センサハウジングと、このネジ部の内側に形成されるセンサ部収装穴と、このセンサ部収装穴に収められ圧力に応じて撓む金属製ダイヤフラムと、このセンサ部収装穴とこのダイヤフラムの間に介装される絶縁材からなる隙間フィルムと、このダイヤフラムの歪みを検出する検出回路とを備える薄膜型圧力センサにおいて、センサ部収装穴の内径Ｄを、ダイヤフラムの外径に隙間フィルムの２倍の厚さを加えた外径ｄより所定の隙間分だけ大きく形成したことを特徴とするものとした。

本発明によると、このダイヤフラムの歪みを検出する検出回路とを備える薄膜型圧力センサにおいて、センサ部収装穴の内径Ｄを、ダイヤフラムに介装された隙間フィルムの外径ｄより大きく形成したことにより、センサハウジングを被取付部材に締結するネジ部の締め付け荷重によってダイヤフラムに歪みが生じることを回避し、センサの出力特性にバラツキが生じることを抑えられる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、薄膜型圧力センサ１は、流体圧力が作用するセンサ部２０と、このセンサ部２０を駆動してセンサ信号を出力するセンサ駆動部４０と、このセンサ部２０とセンサ駆動部４０が収められるセンサハウジング１０と、センサハウジング１０の取付部を密封するＯリング９とを備える。

センサハウジング１０は中空の本体部１５とネジ部１１を有し、この本体部１５にセンサ駆動部４０とコネクタ８が収められ、このネジ部１１にセンサ部２０が収められる。

センサ駆動部４０はセンサ出力を調整するキャリブレーション基板などの回路が設けられている。

センサハウジング１０は流体管路などの図示しない被取付部材に取り付けられる。センサハウジング１０はそのネジ部１１が被取付部材のネジ穴に螺合し、本体部１５の座面１３が被取付部材に着座することにより、被取付部材に対して締結される。

ネジ部１１の基端側に首部１２が形成され、この首部１２にＯリング９が嵌められる。Ｏリング９は首部１２と座面１３の環状隅部と、被取付部材のネジ穴の開口端部に形成されるテーパ部との間に挟持され、センサハウジング１０の取付部が密封される。

図２にも示すように、センサ部２０は有底円筒状をした金属製ダイヤフラム３０を備え、このダイヤフラム３０は、流体圧力に応じて撓む薄肉円盤状のダイヤフラム部３１と、このダイヤフラム部３１の外周端部から円筒状に延びる円筒部３２と、この円筒部３２の外周面から環状に突出する環状フランジ部３３を有する。

センサハウジング１０のネジ部１１の内側にはセンサ部収装穴１６が形成され、このセンサ部収装穴１６とダイヤフラム３０との間に絶縁リング４１と隙間フィルム５１とバックアップリング４５とＯリング４６と、円盤状のチョーク４７がそれぞれ介装される。チョーク４７の外周端部がセンサハウジング１０のカシメ部１８によってカシメ固定される。

Ｏリング４６はバックアップリング４５を介してフランジ部３３に着座し、センサ部収装穴１６と円筒部３２との間を密封する。

チョーク４７に開口したオリフィス４８からダイヤフラム３０内に流体圧力が導かれ、この流体圧力に応じてダイヤフラム部３１が撓む変形をする。

ダイヤフラム部３１の表面に絶縁層５を介してセンサ回路２１が配設される。センサ回路２１は複数の歪ゲージでブリッジ回路を組んだもので、流体圧力に応じてダイヤフラム部３１が撓むと、これに応じて歪ゲージの抵抗が変化し、センサ回路２１の出力電圧が変化するもので、これらにより流体圧力に応じた出力を取り出せる。

センサ部２０は流体圧力に応じて撓むダイヤフラム部３１の表面に図示しない絶縁層を介して歪ゲージおよび図示しない電極層等で構成されるセンサ回路２１が設けられる。ダイヤフラム３０はステンレス材を用い、研磨仕上げされたダイヤフラム部３１の表面に絶縁層を構成する二酸化珪素（ＳｉＯ₂）膜を形成し、その上に歪ゲージを構成する珪素（Ｓｉ）膜、電極層を構成するアルミニウム膜等を順次蒸着して形成し、微細加工を繰り返して膜を積み上げた構造となっている。

金属製ダイヤフラム３０が金属製センサハウジング１０に対して電気的に絶縁され、ダイヤフラム３０をセンサ回路２１のグランド側端子に接続する。これにより、センサ回路２１をセンサハウジング１０からの高周波ノイズに対して静電シールし、ダイヤフラム３０を経由して侵入してくる高周波ノイズが検出回路に侵入することが防止され、センサ１の出力特性が安定化する。

絶縁リング４１は例えばセラミック材などの絶縁材によって形成される。絶縁リング４１はセンサ部収装穴１６の段部１７とダイヤフラム３０のフランジ部３３の間に介装される。絶縁リング４１の内周面とダイヤフラム３０の円筒部３２の外周面の間には環状隙間４３が形成される。

隙間フィルム５１は例えばアラミド紙などの絶縁材によって形成される。隙間フィルム５１はＬ字形断面をした環状に形成され、絶縁リング４１とダイヤフラム３０のフランジ部３３の上側面の間に介在するフランジ部５２と、センサ部収装穴１６とダイヤフラム３０のフランジ部３３の外周面の間に介在する筒部５３を有する。

絶縁リング４５は例えばセラミック材などの絶縁材によって形成される。絶縁リング４５はセンサ部収装穴１６とダイヤフラム３０のフランジ部３３とＯリング４６との間に介装される。

そして本発明の要旨とするところであるが、図３に示すように、センサ部収装穴１６の内径Ｄを、ダイヤフラム３０のフランジ部３３の外径に隙間フィルム５１の２倍の厚さを加えた外径ｄより所定の隙間分だけ大きく形成する。

すなわち、ダイヤフラム３０がセンサハウジング１０のセンサ部収装穴１６に隙間フィルム５１を介して収められた組み付け状態において、ダイヤフラム３０のフランジ部３３がセンサ部収装穴１６から隙間フィルム５１を介して圧縮されないように構成する。

隙間フィルム５１の厚さを例えば０．１ｍｍとすると、センサ部収装穴１６とダイヤフラム３０のフランジ部３３の間に例えば０．１５ｍｍの間隙が形成され、に０．５ｍｍの隙間が空くようにする。

薄膜型圧力センサ１は以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。

薄膜型圧力センサ１はセンサハウジング１０のネジ部１１が被取付部材のネジ穴に螺合し、本体部１５の座面１３が被取付部材に着座することにより、被取付部材に対して締結される。この締結時にセンサハウジング１０に付与される締め付けトルクによってネジ部１１に歪みが生じる。

本発明は、図３に示すように、センサ部収装穴１６の内径Ｄを、ダイヤフラム３０のフランジ部３３に介装された隙間フィルム５１の外径ｄより所定の隙間分だけ大きく形成しているため、ダイヤフラム３０のフランジ部３３がセンサ部収装穴１６によって隙間フィルム５１を介して圧縮されることが回避される。これにより、センサハウジング１０を締結するネジ部１１の締め付け荷重によってセンサハウジング１０に歪みが生じても、ダイヤフラム３０のダイヤフラム部３１に歪みが生じることがなく、センサ１の出力特性にバラツキが生じることを抑えられる。

ダイヤフラム３０は、流体圧力に応じて撓む薄肉円盤状のダイヤフラム部３１と、このダイヤフラム部３１の外周端部から円筒状に延びる円筒部３２と、この円筒部３２の外周面から環状に突出する環状のフランジ部３３を有し、隙間フィルム５１をこのフランジ部３３の外周面とセンサ部収装穴１６の間に介装し、センサ部収装穴１６にはフランジ部３３を挟持する絶縁リング４１とバックアップリング４５と、このバックアップリング４５に着座するＯリング４６とをそれぞれ介装したため、センサハウジング１０とダイヤフラム３０間の絶縁と密封が両立して行える。

なお、隙間フィルム５１はアラミド紙に限らず、他の紙やガラス繊維織物等を用いても良い。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の高圧対応圧力センサは、例えば油圧機械に取り付けられるもの、さらに他の機械、設備等に利用できる。

本発明の実施の形態を示す薄膜型圧力センサの断面図。同じく薄膜型圧力センサの一部を拡大した断面図。同じくセンサ部収装穴等の断面図。従来例を示すセンサ部収装穴等の断面図。

符号の説明

１薄膜型圧力センサ
１０センサハウジング
１１ネジ部
１６センサ部収装穴
２０センサ部
３０ダイヤフラム
３１ダイヤフラム部
３２円筒部
３３フランジ部
４１絶縁リング
４５バックアップリング
４６Ｏリング
５１隙間フィルム

Claims

被取付部材に螺合するネジ部を有する金属製センサハウジングと、このネジ部の内側に形成されるセンサ部収装穴と、このセンサ部収装穴に収められ圧力に応じて撓む金属製ダイヤフラムと、このセンサ部収装穴とこのダイヤフラムの間に介装される絶縁材からなる隙間フィルムと、このダイヤフラムの歪みを検出する検出回路とを備える薄膜型圧力センサにおいて、
前記センサ部収装穴の内径Ｄを、前記ダイヤフラムの外径に前記隙間フィルムの２倍の厚さを加えた外径ｄより所定の隙間分だけ大きく形成したことを特徴とする薄膜型圧力センサ。
前記ダイヤフラムは、流体圧力に応じて撓む薄肉円盤状のダイヤフラム部と、このダイヤフラム部の外周端部から円筒状に延びる円筒部と、この円筒部の外周面から環状に突出する環状のフランジ部を有し、
前記隙間フィルムをこのフランジ部の外周面と前記センサ部収装穴の間に介装し、
前記センサ部収装穴には前記フランジ部を挟持する絶縁リングとバックアップリングと、このバックアップリングに着座するＯリングとをそれぞれ介装したことを特徴とする請求項１に記載の薄膜型圧力センサ。