JP2012117992A - 圧力検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】導管の本体への位置決めを安定化するとともに固定作業を容易にすることができ、更に絞り手段の構造に工夫を凝らすことで小形化された圧力検出器を提供する。
【解決手段】加圧空間（圧力導入空間）１２に配設される脈動圧保護部材を脈動防止板８０として、構造を簡素化し、受け部材２に形成された開口２ｂを通して挿入された導管１１の先端が脈動防止板８０に当接した状態で、導管１１を受け部材２にロウ付け８５によって固着する。導管１１は受け部材２に当接した状態で位置決めされるために、導管１１に切削やリブ形成をする必要がなくなり、導管１１を受け部材２に取り付ける構成が単純化される。また、脈動防止板８０は、導管１１を通じて加圧空間１２との間での流体の流れを小孔で絞る簡単構造であり、脈動防止機能を持たせることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサや圧力スイッチのような圧力検出器に関し、特に圧力検出素子を収容した間接受圧室に液体を封入した圧力センサや、液体を封入することなく受圧用ダイアフラムを介して接点を開閉する圧力スイッチのような圧力検出器において、圧力導入管を蓋部材（受け部材）のような検出器本体に固定する圧力検出器に関する。

従来、半導体圧力センサ素子が収納された圧力検出室（受圧空間）内に液体（オイル）を封入し、この圧力検出室に外部から加えられた圧力を、当該液体を介して半導体圧力センサ素子に伝えることで、この圧力センサ素子から圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力検出器が種々提案されている。

圧力センサや圧力スイッチ等の圧力検出器においては、ダイアフラムを介して受圧された流体圧力が、センサ素子や接点に伝達されるようになっている。したがって、ダイアフラムが配置される圧力検出室内に流体を導入するための導管を取り付ける必要がある。特許文献１には、圧力センサの一例として、圧力検出素子を収容した間接受圧室に液体を封入するとともに、ハウジングとコネクタケースとを具備したものが示されている。

図６は、圧力センサの一例を示す図であり、蓋部材２と、ダイアフラム３と、当該ダイアフラム３の周縁部を蓋部材（受け部材）２との間で挟むホルダー（ベース）１と、ホルダーとダイアフラム３とで内部に形成されて圧力が導入される受圧空間３１に配置された圧力検出素子４１と、ホルダーの外側を覆うコネクタケース（カバー）６０とを備えている。蓋部材２、ダイアフラム３、ホルダー１及びにコネクタケース６０を外側から一体に固定するカラーを備えることもできる。

この圧力センサ１００の蓋部材２は、例えば、ステンレススチールで製作されて全体が円盤状に形成されており、周囲が立ち上り平坦であってダイアフラム３の周縁部をホルダー１との間で挟む鍔部２ａとされている。蓋部材２の中心部には開口２ｂが形成されており、蓋部材２の内部にはダイアフラム３によって区切られて受圧空間３１とは反対側に加圧空間（圧力導入空間）１２が形成されている。加圧空間１２に連通する流体流入管（導管又は圧力導入管）１１が蓋部材２の開口２ｂに溶接部によってロウ付けされている。流体流入管１１の端部にはリブ９９が屈曲形成されており、リブ９９を受け部材２に対して押し当てることによって、ロウ付けの際に流体流入管１１の受け部材２に対する位置決めがなされる。流体流入管１１の受け部材２に対する固定の際の位置決めは、リブ９９に代えて流体流入管１１の端部の外周を切削することで段部を形成し、その切削された端部を蓋部材に形成された孔に挿入して、段部で突き当ててから固定（溶接）することも行われている（特許文献１）。このように、リブ９９又は切削された端部は位置決め機能を有している。

特許文献２には、圧力スイッチの一例として、検出器本体ケースが端子台と本体ケースとがかしめリング部材によって互いに結合されて成るものが示されている。端子台は、内部に固定接点子と、当該固定接点子に接離可能な可動接点子とが設けられた電気接点室２３を画定している。ダイアフラムは本体ケースとの間に受圧室を区画しており、ダイアフラムは、受圧室の圧力に応じて反転動作、即ち、スナップアクションするばね性を有する金属製のものであり、受圧室の圧力が設定値未満である場合には、下側に膨らんだ形状をなして固定接点子と可動接点子とを導通接触させ、受圧室の圧力が設定値以上になると、上側に膨らんだ形状に可逆的に反転して可動接点子が固定接点子より離間させる動作をする。また、端子台と本体ケースとの間には、中間ガイド部材、ストッパ部材、及びダイアフラムがＯリングを挟んで気密に共締め状態で固定されている。

受圧室に連通して圧力を導入する銅管等による継手管は、その端部にリブが形成されており、端部を本体ケースに形成された孔に挿入するとともに、リブを本体ケースに突き当ててから固定（溶接）されている。このように、リブは継手管の位置決め機能を有している。また、圧力検出すべき流体の脈動圧、衝撃圧からダイアフラムを保護するため、継手管内に絞り部材が配置・固定されている。

特開２００３−２８７４７２号公報 特開２００４−０１２１４０号公報

特許文献１や特許文献２に示された事例に見られるように、圧力センサや圧力スイッチのような圧力検出器の本体内部に圧力を導入するための導管を当該本体に固定するには、導管の端部に段部やリブを形成し、その段部やリブを蓋部材や本体ケースの開口の縁部に押し当てて位置決めさせた状態で、当該段部やリブにおいて固定（溶接）作業が行われている。段部やリブは、その構造上、サイズや仕様への影響が大きい等のため、本体と当接する広さを十分確保するのが難しい。したがって段部やリブの当接構造では当接の広さが狭くなり、導管の本体への位置決め状態が不安定である。更に、段部やリブでの固定では、当接されている正にその部分を溶接にて固定するので、当接状態の維持と固定作業との両方に注意を払う必要があり、作業を煩雑・困難にしている。

また、特許文献２に示された事例では、絞り装置が導管の軸芯方向に長く形成されているので、当該圧力検出器が大型化し、また導管を固定するためにリブを必要とするために、当該パイプの取付部の構造が複雑になっている。また、特許文献２に示された絞り装置を特許文献１に示されたような圧力センサに適用しても、同様の課題がある。

そこで、圧力センサや圧力スイッチのような圧力検出器の本体内部に圧力を導入するための導管を当該本体に固定する構造として、当該固定の際における導管の本体への位置決めを行う部位と、固定（溶接）がされる部位との分離をして、導管の本体に対する安定的な当接状態を維持・確保し、固定作業の容易化を図るとともに、絞り手段の構造の簡素化と圧力検出器の小型化を実現する点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、導管の本体への位置決めを安定化するとともに固定作業を容易にすることができ、更に絞り手段の構造に工夫を凝らすことで小形化された圧力検出器を提供することである。

本発明による圧力検出器は、ダイアフラムと、前記ダイアフラムと協働して内部に圧力導入空間を画定する受け部材と、前記受け部材に形成された開口に一端部が挿入されて前記圧力導入空間に流体を導入する導管と、前記圧力導入空間に導入された流体の圧力を、前記ダイアフラムを介して検知する圧力検知手段とを備えた圧力検出器において、前記受け部材は、前記開口と前記圧力導入空間側において対向して固定された脈動圧保護部材を更に備えており、前記導管は、前記開口を通して挿入された先端が前記脈動圧保護部材に当接した状態で前記受け部材に固着されていることを特徴としている。

本発明による圧力検出器は、上記のように、脈動圧保護部材の構造を簡素化して、受け部材に形成された開口を通して挿入された先端が脈動圧保護部材に当接した状態で受け部材に固着することで、導管を受け部材に当接して位置決めするために、導管に切削やリブ形成をする必要がなくなり、導管を受け部材に取り付ける構成が単純化される。また、脈動圧保護部材の簡単構造で、脈動防止機能を持たせることができ、且つ小形化された圧力検出器を提供することができる。

図１は本発明による圧力検出器の一実施例を示す要部断面図である。 図２は、図１に示す圧力検出器を導管の長手方向に見た下面図である。 図３は、図１に示す圧力検出器をＹ−Ｙ線で示す切断面で切断した断面図である。 図４は、本発明による圧力検出器の別の実施例を図３の場合と同様の切断面で切断した断面図である。 図５は、本発明による圧力検出器の更に別の実施例を図３の場合と同様の切断面で切断した断面図である。 図６は、従来の圧力センサの一例を示す縦断面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明による圧力検出器の実施例を説明する。

本発明による圧力検出器の一例の基本となる構成は、図６に示す圧力検出器の構造と同等である。即ち、図６に示すように、圧力センサ１００は、内部に圧力検出素子４１を含み圧力を導入する導管としての流体流入管１１が接続される圧力検出部１１０と、当該圧力検出部１１０を覆い圧力検出素子４１に接続される基板４５やリード線４７を収容したコネクタ接続部１２０とを備えている。

圧力検出部１１０は、ベース１、当該ベース１に対向して配置された受け部材２、及びベース１と受け部材２との間に挟み込まれたダイアフラム３を備えている。受け部材２は、中心部に流体流入管１１が接続される流管接続部材としての役割を担っている。ベース１とダイアフラム３との間には、オイルが封入される受圧空間３１が形成されている。圧力検出素子４１は、受圧空間３１内のオイルに浸された状態でベース１に取り付けられている。受け部材２は、ダイアフラム３と協働してダイアフラム３との間に圧力導入空間としての加圧空間１２を形成している。加圧空間１２には流体流入管１１が連通しているので、加圧空間１２には当該流体流入管１１を通じて流体圧力が導入される。ベース１、受け部材２及びダイアフラム３は、例えばステンレススチール製とすることが好ましい。

ベース１は周縁に鍔部１ａを備える蓋状に形成されており、圧力検出素子４１は蓋の天壁１ｂの内面に取り付けられている。受け部材２は、加圧空間１２側から見て外側に凸状に膨らんだ皿状に形成されており、その中心部は皿状の底部に相当し、当該底部には開口２ｂが形成されている。詳細を後述するように、開口２ｂに流体流入管１１がロウ付けされて固定されている。受け部材２は、当該底部からその周囲に向かって立ち上がり平坦となった鍔部２ａを備えており、ベース１と受け部材２とは、それぞれの鍔部１ａと鍔部２ａとの間にダイアフラム３の外周縁部３ａを挟み込むことで、ダイアフラム３を保持している。これら三つの部材は、ダイアフラム３の外周縁部３ａが露出する外周縁部分においてレーザー溶接４等によって同時に溶接されおり、圧力検出部１１０として一体的に連結・固定されている。

ベース１の天壁１ｂにおいては、オイル封入用に当該天壁１ｂを貫通して形成された充填孔２０がボール２１によって封じられている。また、半導体圧力検出素子４１は、ピエゾ素子とすることができる。ピエゾ素子は、強誘電体の一種であって圧電素子とも呼ばれ、振動や圧力などの力が加わると電圧が発生し、逆に電圧が加えられると伸縮する特性を有する素子である。半導体圧力検出素子４１は、ベース１に形成されている貫通孔４２を通して延びるリードピン４３を通じて基板４５に接続されている。ベース１の貫通孔４２は、ハーメチックシール４４によってオイル漏れがないように封じられている。基板４５はコネクタ４６に取り付けられており、圧力信号は、基板４５及びコネクタ４６を通じて、リード線４７から外部へと取り出される。

リードピン４３とリード線４７とは、それらの引き出し方向に対して交差する方向にオフセットしている。そこで、リードピン４３とリード線４７の接続は、基板４５を介して行われている。こうした基板４５を介した接続により、リード線４７を当該圧力センサ１００の中心軸に引き出すことができる。即ち、圧力センサ１００の設置角度を問わず、圧力センサ１００の取扱いを容易にすることができる。

コネクタ接続部１２０は、ベース１に対してその外側から嵌合していて受け部材２の側方を覆うように圧力検出部１１０を収容するカバー６０を備えている。カバー６０は、また基板４５及びコネクタ４６を覆うコネクタケースとしての役割を有する。カバー６０は、ＰＰＥのような合成樹脂製の部材であり、コネクタ４６を覆う側の端部（上端部）は、リード線４７を取り囲むように縮径されて小径端部６１に形成されており、圧力検出部１１０を収容する端部側は、内径を大きくして且つ筒状スカート状に延びる大径端部６３に成形されている。

カバー６０の小径端部６１の内周側には、後述する接着剤の充填状態で抜け止めとなるように、内側に突出した周状の突出部６２が形成されている。

カバー６０は、大径端部６３において、その内周側にベース１の外径とほぼ同径の環状段部６４が形成されており、ベース１はその外径角部である環状角部１ｃにおいて環状段部６４に嵌合し且つ座着するように載置されている。環状段部６４よりも開口側（大径端部６３の内側）においては、ベース１の外径よりも大径の筒状内周面６３ａが設けられている。この筒状内周面６３ａと、ベース１の外周面１ｄや受け部材２の周縁の鍔部２ａとの間に、後述する接着剤のための環状隙間６５が全周に渡って形成されている。環状隙間６５は、大径端部６３の開口側において、受け部材２の環状下面２ｃや外側テーパ周面２ｄ、及び大径端部６３の傾斜端面６３ｂによって拡大されている。

カバー６０の内部空間は、カバー６０に装入されたベース１で区切られ且つカバー１の天壁１ｂから小径端部６１側に広がる第１空間５１が形成されている。リードピン４３、基板４５、コネクタ４６及びリード線４７（小径端部６１内に位置する部分）は、第１空間５１に収容されている。第１空間５１には、カバー６０やリード線４７との接着性が高く、且つ弾性が高い、エポキシ樹脂から成るような接着剤である第１接着剤７１が充填され、その後、硬化される。第１接着剤７１は、リードピン４３、基板４５、コネクタ４６及びリード線４７が埋設状態になるように第１空間５１に充填されるので、基板４５やコネクタ４６等のパーツに対して封止機能を奏する。第１接着剤７１は、カバー６０の内面やリード線４７に対して高い接着性を以て接着するものである。

小径端部６１はリード線４７が引き出される方向に向かって順に縮径しており、且つ小径端部６１は内周において第１空間５１内に突出する突出部６２が形成されているので、小径端部６１及び突出部６２は充填物である第１接着剤７１に対して抜け止め作用を発揮する。このように、第１接着剤７１が内部空間５０から剥がれてカバー６０の外部に抜け出ることが阻止され、カバー６０に対するリード線４７の確実な固定及び更なる気密性の確保を図ることができる。

ベース１が嵌合されるカバー６０の環状段部６４において、第１接着剤７１がベース１とカバー６０とを接着する構造にすれば、更に圧力検出部１１０の固定強度が上昇し、気密性を高めて外部からの液体侵入に対する封止効果も高められる。

圧力検出部１１０の流体流入管１１側とカバー６０の大径端部６３との間には、環状隙間６５から成る第２空間５２が形成されている。即ち、環状隙間６５は、圧力検出部１１０のベース１の外周面１ｄ及びベース１に溶接された受け部材２の鍔部２ａの周面２ｅとこれらの周面１ｄ，２ｅに対向する大径端部６３の筒状内周面６３ａとの間に形成されている比較的幅の狭い環状空間である。第２空間５２は、環状隙間６５から端面外方に向かって広がる開き空間６６を含むことができる。開き空間６６は、環状隙間６５に連なる空間であって、受け部材２の鍔部２ａの周面２ｅに連なる環状下面２ｃ及び環状下面２ｃに連なる外側テーパ周面２ｄと、大径端部６３の筒状内周面６３ａの開口端側部分及びそれに連なる傾斜端面６３ｂとによって挟まれていて開口側に向かうほど拡大している。

第２空間には、ステンレススチールから成る受け部材（流管接続部材）２やベース１との接着性が高く且つ弾性の高い、シリコン系又はウレタン系の接着剤である第２接着剤７２が充填される。大径端部６３の筒状内周面６３ａとカバー６０の圧力検出部１１０を構成するベース１や流管接続部材としての受け部材２の外周面とが第２空間５２に充填された第２接着剤７２によって接着され、これが硬化することにより、ベース１に対する圧力検出部１１０の固定強度、及び圧力検出部１１０とカバー６０との間の嵌合隙間を封じる気密性が更に高められる。また、第２接着剤７２は、第２空間５２側から第１空間５１側への液体等の浸入を防止する封止作用を奏する。

導管である流体流入管１１の受け部材２への固定は、図１及び図２に示すように、脈動圧保護部材としての脈動防止板８０を利用して行われている。即ち、脈動圧保護部材は、開口２ｂの周りにおいて受け部材２の中央の底壁に固着され、開口２ｂ側に向かって反転皿状に形成された板部材である。脈動防止板８０は流体流入管１１を流れる流体の絞り手段として機能しており、後述する絞り孔８４が形成されている中央部８１と、当該中央部８１の周囲に広がる環状の固定部８２と、中央部８１に対して環状の固定部８２をオフセットして屈曲接続する傾斜部８３を備えることで、全体が皿状円盤に形成されている。

中央部８１には、体流入管１１の内径に対してより小さい径を有する絞り孔８４が複数個形成されて絞り機能を奏している。本例では、図２に示すように、絞り孔８４は、体流入管１１の内径に対して略３分の１の径の大きさの小孔であって、流体流入管１１の挿入された先端１１ａが当接する環状部分の内側であって流体流入管１１の流路に対応する領域の範囲内において、その中心の周りに均等配置になるように１２０度の角度で離れて、合計３個が形成されている。脈動防止板８０は、環状の固定部８２が受け部材２の内面にレーザー溶接８５等で固着されることで、予め受け部材２に対して固定されている。

脈動防止板８０が予め固定されている受け部材２に対して、流体流入管１１がその一端部１１ａを開口２ｂに入れて管端面１１ｂが脈動防止板８０の中央部８１に突き当たるまで挿入する。流体流入管１１は銅パイプであり、受け部材２はステンレス製である。流体流入管１１は、管端面１１ｂが脈動防止板８０に突き当たった状態で、受け部材２に対して、流体流入管１１の外周面と開口２ｂの縁部分との間において、ロウ付け８６により固定される。

脈動防止板８０は、中を流れる流体を絞り孔８４が絞り、流体流入管１１を伝わってくる脈動圧や衝撃圧等の圧力変動を緩和するという絞り作用を奏するので、これらの圧力変動からダイアフラム３を保護することができる。また、流体流入管１１は、挿入された一端部１１ａの管端面１１ｂが脈動防止板８０に突き当たった状態で、ロウ付け８６により受け部材２へ固定されるので、位置決め用のリブを用いることなく、また、ロウ付けする高さを一義的に決めることができる。したがって、脈動防止板８０を基準に圧力の導入管である流体流入管１１を取り付けることができ、流体流入管１１への段部やリブの加工というような手間やコスト上昇を回避することができる。

図３は、図１に示す圧力検出器をＹ−Ｙ線で示す切断面で切断した断面図である。図３に示すように、受け部材２については、最外側（即ち、鍔部２ａの最外側）の輪郭Ａと、鍔部２ａの内側の輪郭Ｂと、皿状の底部の外側の輪郭Ｃが示されている。脈動防止板８０については、最外側（即ち固定部８２の外側）の輪郭Ｄと、レーザー溶接８５として説明したように固定部８２においてハッチングを付して示した環状領域としての溶接部Ｅと、固定部８２の内側の輪郭（固定部８２と傾斜部８３との境界）Ｆと、中央部８１の外側の輪郭（中央部８１と傾斜部８３との境界）Ｇとが示されている。受け部材２の皿状の底部における開口２ｂの周囲縁部と、流体流入管１１の一端部１１ａと、脈動防止板８０の傾斜部８３との間には環状の空間８７が形成されるので、ロウ付け８６をする際のロウ材の流れが安定する。

本発明による圧力検出器の別の実施例が図４に示されている。図４は、脈動防止板の別の構造を示すものであり、図３の場合と同様の切断面で切断した断面図である。図４に示す脈動防止板９０は、中央部８１に形成される絞り孔の形態が異なる以外、図３に示す構造と変わるところがないので、図３に示す構造や部位と同等のものには同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。脈動防止板９０の絞り孔９１は、中央部８１の中心部分に一つの中央孔として形成されている。

本発明による圧力検出器の更に別の実施例が図５に示されている。図５は、脈動防止板の更に別の構造を示すものであり、図３の場合と同様の切断面で切断した断面図である。図５に示す脈動防止板９５においても、中央部８１に形成される絞り孔の形態が異なる以外、図３に示す構造と変わるところがないので、図３に示す構造や部位と同等のものには同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。脈動防止板９５の絞り孔９６は、複数の微細孔９７が一列に連なった孔列９８が複数の列（図示の場合には、周方向に均等に分散された８つの列）となって、中央部８１の中心部分から放射方向に延びるように形成されている。

上記の実施例の説明では、圧力センサの事例を示したが、この構造は、圧力スイッチにも適用可能である。圧力スイッチの場合には、特許文献２に示されるように、受圧用のダイアフラム３の上下動を棒状体に伝達し、この棒状体によって接点を開閉すればよい。

１ ベース １ａ 鍔部
１ｂ 天壁 １ｃ 環状角部
１ｄ 外周面
２ 受け部材（流管接続部材） ２ａ 鍔部
２ｂ 開口 ２ｃ 環状下面
２ｄ 外側テーパ周面
３ ダイアフラム ３ａ 外周縁部
４ レーザー溶接
１１ 流体流入管（導管） １１ａ 一端部
１１ｂ 管端面 １２ 加圧空間（圧力導入空間）
２０ 充填孔 ２１ ボール
３１ 受圧空間
４１ 半導体圧力検出素子 ４２ 貫通孔
４３ リードピン ４４ ハーメチックシール
４５ 基板 ４６ コネクタ
４７ リード線
５１ 第１空間 ５２ 第２空間
６０ カバー ６１ 小径端部
６２ 突出部 ６３ 大径端部
６３ａ 筒状内周面 ６３ｂ 傾斜端面
６４ 環状段部 ６５ 環状隙間
６６ 筒状内周面
７１ 第１接着剤 ７２ 第２接着剤
８０ 脈動防止板 ８１ 中央部
８２ 固定部 ８３ 傾斜部
８４ 絞り孔 ８５ レーザー溶接
８６ ロウ付け
９０ 脈動防止板 ９１ 絞り孔（中央孔）
９５ 脈動防止板 ９６ 絞り孔（小孔）
９７ 微細孔 ９８ 孔列
９９ リブ
１００ 圧力センサ
１１０ 圧力検出部 １２０ コネクタ接続部

Claims (6)

1. ダイアフラムと、
   前記ダイアフラムと協働して内部に圧力導入空間を画定する受け部材と、
   前記受け部材に形成された開口に一端部が挿入されて前記圧力導入空間に流体を導入する導管と、
   前記圧力導入空間に導入された流体の圧力を、前記ダイアフラムを介して検知する圧力検知手段と
   を備えた圧力検出器において、
   前記受け部材は、前記開口と前記圧力導入空間側において対向して固定された脈動圧保護部材を更に備えており、
   前記導管は、前記開口を通して挿入された先端が前記脈動圧保護部材に当接した状態で前記受け部材に固着されていること
   を特徴とする圧力検出器。
2. 請求項１に記載の圧力検出器において、
   前記受け部材は、前記開口が形成される底部と、当該底部からその周囲に向かって立ち上がって前記ダイアフラムの周縁部を保持する平坦な鍔部とを有し、且つ前記圧力導入空間側から見て外側に凸状に膨らんだ皿状に形成されていることを特徴とする圧力検出器。
3. 請求項１又は２に記載の圧力検出器において、
   前記脈動圧保護部材は、前記開口の周りにおいて前記受け部材の前記底壁に固着され、前記開口側に向かって反転皿状に形成された脈動防止板であること
   を特徴とする圧力検出器。
4. 請求項３に記載の圧力検出器において、
   前記導管の前記受け部材へのロウ付け等による固定の高さは、前記脈動防止板の前記開口からの距離によって定められていること
   を特徴とする圧力検出器。
5. 請求項３に記載の圧力検出器において、
   前記脈動防止板は、前記導管の挿入された前記先端が当接する環状部分の内側であって前記導管の流路に対応する領域において、前記導管と前記圧力導入空間との間を流れる流体の絞り作用をする絞り孔が形成されていること
   を特徴とする圧力検出器。
6. 請求項５に記載の圧力検出器において、
   前記絞り孔は、前記環状部分の中心に形成された一つの中央孔、前記環状部分の中心の周りに均等に配置される態様で形成された小孔、又は前記環状部分の中心から複数列の放射状に延びており前記各列においてその長手方向に並ぶ態様で形成された複数個の微細孔であること
   を特徴とする圧力検出器。

Images