JP2014194388A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯ_２等の高圧冷媒が通過する流路等の圧力の検出に用いた場合でも、高圧による破損を防止し、安全な圧力センサを提供する。
【解決手段】圧力検出素子２と、圧力検出素子が内面に固定されたべース４と、べースに対向して配置された受け部材５と、べースと受け部材とで挟持されたダイアフラム６と、ダイアフラムを挟持した状態のべース及び受け部材を、両者が互いに離間するのを防止するように両者を挟持する挟持部材２２であって、両者が互いに押圧される方向に荷重を加えた状態でいずれか一方に溶接接合された挟持部材と、ベースとダイアフラムとの間の空間に封入された液体とを備え、受け部材とダイアフラムとの間の空間内の圧力が、ダイアフラム及び液体を介して圧力検出素子へ伝達される圧力センサ１。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、圧力検出素子を収容した受圧空間に液体を封入した液封入式の圧力センサに関する。

従来、圧力検出素子が収容された受圧空間内に液体を封入し、圧力検出室に外部から加えられた圧力を液体を介して圧力検出素子に伝えることで、圧力検出素子から外部圧力に応じた電圧信号を出力する圧力センサが種々提案されている。

上記液封入式圧力センサの一例として、特許文献１には、外部からの圧力を導入する圧力導入管と底部に形成された貫通穴で接続され、圧力検出素子と外周に沿った溶接部で接続される蓋部材を備え、蓋部材の外周部から貫通穴に至る縦断面の少なくとも一部をＬ字状に形成することで、蓋部材の内面に流体圧が作用した際における、溶接部を支点とした回転方向への力を低減し、溶接部の破断を防止する圧力センサが記載されている。

特開２００５−３０８３９７号公報

しかし、上記特許文献に記載の圧力センサにおいては、ＣＯ_２等の高圧冷媒を用いた冷凍機器、空調機器の冷媒流路等の圧力の検出に用いた場合には、繰り返し高い圧力が上記溶接部等に加えられるため、溶接部に割れなどが発生し、破損に繋がるおそれがあった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、ＣＯ_２等の高圧冷媒が通過する流路等の圧力の検出に用いた場合でも、高圧による破損を防止し、安全な圧力センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、圧力センサであって、圧力検出素子と、該圧力検出素子が内面に固定されたべースと、該べースに対向して配置された受け部材と、前記べースと前記受け部材とで挟持されたダイアフラムと、該ダイアフラムを挟持した状態の前記べース及び前記受け部材を、両者が互いに離間するのを防止するように両者を挟持する挟持部材であって、前記ベース及び前記受け部材のいずれか一方側から装着され、両者が互いに押圧される方向に荷重を加えた状態で前記ベース及び前記受け部材のいずれか他方側に溶接接合された挟持部材と、前記ベースと前記ダイアフラムとの間の空間に封入された液体とを備え、前記受け部材と前記ダイアフラムとの間の空間内の圧力が、前記ダイアフラム及び前記液体を介して前記圧力検出素子へ伝達されることを特徴とする。

本発明によれば、べースと受け部材とが互いに押圧される方向に荷重を加えた状態で挟持部材を溶接接合するため、繰り返し圧力に対する耐久性が向上し、両者の間に繰り返し高圧が付加された場合でも両者が離間することがなく、べースと受け部材とが溶接接合されている場合でも溶接部の割れを回避し、圧力センサの破損を防止することができる。

上記圧力センサにおいて、前記荷重を前記挟持部材と前記ベース及び前記受け部材の一方との間に形成された空隙を押し縮めるように加えるようにすれば、前記挟持部材の弾性力で前記ベース及び挟持部材を効果的に押圧することができ、当該圧力センサの耐久性がさらに向上する。

また、上記圧力センサにおいて、前記挟持部材の外周部が該挟持部材の中心軸に対して垂直な平面を有するように構成してもよく、この垂直な平面を利用することにより、べースと受け部材とが互いに押圧される方向に容易に荷重を加えることができる。

以上のように、本発明によれば、ＣＯ_２等の高圧冷媒が通過する流路等の圧力の検出に用いた場合でも、高圧による破損を防止し、安全な圧力センサを提供することができる。

本発明に係る圧力センサの一実施の形態を示す上面図である。 図１ＡのＡ−Ａ線断面図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明に係る圧力センサの第１の実施形態を示し、この圧力センサ１は、圧力検出素子２と、べース４と、べース４に対向して配置された受け部材５と、べース４と受け部材５とで挟持されたダイアフラム６と、ダイアフラム６を挟持した状態のべース４及び受け部材５をさらに挟持（保持）する挟持部材（保持部材）２２とを備える。ベース４とダイアフラム６との間の受圧空間７には、オイル等の絶縁性の液体（封入液）が封入される。

圧力検出素子２は、受圧空間７の内部でベース４に固定される。受け部材５とダイアフラム６との間には圧力導入空間としての加圧空間８が形成され、加圧空間８には冷媒等が流入する流入管３の内部空間が連通する。

ベース４は、例えばプレス加工により成形され、周縁部（つば部）４ｃの内側から上方に膨出する膨出部を備え、下部が開口する蓋状に形成されている。この膨出部は、周縁部４ｃの内側から立ち上がる側面部４ｄ及び側面部４ｄに連続して設けられた上面部４ｅより成る。べース４の膨出部下面（すなわち上面部４ｅの下面）には、圧力検出素子２が接着等により固定される。

受け部材５は、例えばプレス加工により成形され、周縁部（つば部）５ａの内側から下方に膨出する膨出部を備え、上部が開口する皿状に形成されている。この膨出部は、周縁部５ａの内側から立ち下がる側面部５ｂ及び側面部５ｂに連続して設けられた下面部５ｃより成る。受け部材５の膨出部中央（すなわち下面部５ｃの中央）の開口には流入管３がろう付け固定される。

ダイアフラム６は、その外周縁部がベース４の周縁部４ｃと受け部材５の周縁部５ａとの間に挟み込まれ、これら３つの部材４〜６は、ダイアフラム６の外周縁部が露出する外周縁部分においてレーザー溶接等によって同時に溶接され（溶接部１４）、一体化される。受圧空間７は、べース４の上面部４ｅを貫通して形成された充填孔（不図示）から封入液が注入された後、べース４の上面において、充填孔がボール９をスポット溶接等を行うことによって封じられる。

挟持部材２２は、ダイアフラム６を挟持した状態のべース４及び受け部材５の外径より若干大きい内径を備えた円筒部２２ｂと、円筒部２２ｂの上部に外周部２２ｃを介して連続して形成され、円筒部２２ｂの中心軸方向に傾斜するように設けられた傾斜部２２ａとを備えており、ベース４の膨出部肩部と受け部材５の周縁部５ａとを挟持（保持）することにより、べース４及び受け部材５が互いに離間するのを防止する。傾斜部２２ａは円錐台の側面形状を呈している。外周部２２ｃは、挟持部材２２の中心軸に対して垂直な平面を備えている。

挟持部材２２でベース４及び受け部材５を挟持するにあたっては、挟持部材２２の円筒部２２ｂをベース４側からベース４及び受け部材５の周縁部４ｃ、５ａの外周に装着し、傾斜部２２ａの内面がベース４の膨出部の肩部（すなわち側面部４ｄの傾斜部分）と当接・係合した状態で、挟持部材２２の外周部２２ｃと、受け部材５の、周縁部５ａの下面に、ベース４と受け部材５とが互いに押圧される方向に荷重Ｆを加えた状態で、円筒部２２ｂの下部が受け部材５の周縁部５ａの側面にレーザー溶接等によって溶接接合される（溶接部１５）。ベース４と受け部材５とが互いに押圧される方向に荷重を加えた状態で挟持部材２２を溶接接合することで、繰り返し圧力に対する耐久性が向上する。

この実施例においては、挟持部材２２をベース４側からベース４及び受け部材５の周縁部４ｃ、５ａの外周に装着して、傾斜部２２ａの内面がベース４の膨出部の肩部と当接・係合した状態において、外周部２２ｃの内壁とベース４の周縁部４ｃとの間に空隙Ｓが形成されるようにされている。したがって、この空隙Ｓを押し縮めるように荷重Ｆを加えれば外周部２２ｃが微小距離、空隙Ｓ側に移動し、傾斜部２２ａが弾発力を持って側面部４ｄを押圧する。この状態で円筒部２２ｂと周縁部５ａとを溶接接合することで、挟持部材２２は、ベース４の側面部４ｄを受け部材５側に応力を加えた状態で固定される。

また、ベース４を、その周縁部４ｃよりも内側で支持することができるので、高圧導入時におけるベース４の変形を効果的に抑えることができ、ハーメチックシール４ｂ部分に対する過度な応力が低減され、該シール部の破壊防止効果を強化することができる。

なお、受け部材５の変形を抑えたい場合には、この挟持部材２２を、上下方向に逆転させて取り付けるようにしても良く、この場合は、受け部材５側から傾斜部２２ａを受け部材５の膨出部の肩部（側面部５ｂの傾斜部分）に係合させ、荷重を加えた状態で円筒部２２ｂをベース４の周縁部４ｃの側面に溶接接合させればよい。

圧力検出素子２は、例えばピエゾ素子及び信号処理回路等から成るＩＣチップである。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、振動や圧力等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。

圧力検出素子２は、ベース４の上面部４ｅに形成された貫通孔４ａを挿通する出力用リードピン１１（１１Ａ〜１１Ｃ）及び調整用リードピン１２（１２Ａ〜１２Ｅ）にワイヤ１０を介して電気的に接続される。出力用リードピン１１は、圧力検出素子２で検出された圧力に応じた電圧信号を外部に出力するためのものであり、調整用リードピン１２は、製造時の電圧補正用等に用いられる。この例においては、３本の出力用リードピン１１Ａ〜１１Ｃ及び調整用リードピン１２Ａ〜１２Ｅ、並びに上述の充填孔は、ベース４の中心から同一円周上に等角度で配置されている。

ベース４の貫通孔４ａは、出力用リードピン１１及び調整用リードピン１２を挿通させた後、ハーメチックシール４ｂによって封入液の漏れがないように封じられる。出力用リードピン１１は、その上端部で図示されない基板に接続され、基板は、さらに図示されないコネクタを介して外部出力用リード線に接続される。

上記構成を有する圧力センサ１は、流入管３から流入した冷媒の圧力変化によって加圧空間８の圧力が変化し、ダイアフラム６を変形させる。ダイアフラム６の変形により受圧空間７の内部の封入液の圧力が変化し、その圧力変化が圧力検出素子２へ伝播する。圧力検出素子２により検出された圧力は、電圧に変換され、補正回路にて圧力センサ１の特性に応じた所定の電圧補正がなされる。補正後の電圧信号は、出力用リードピン１１、基板及びコネクタを介して外部出力用リード線へ伝送される。

この圧力センサ１を、ＣＯ_２等の高圧冷媒を用いた空調機器の冷媒流路等の圧力を検出するために使用すると、流入管３から流入した冷媒の高い圧力が加圧空間８に繰り返し加わり、ベース４と受け部材５とを離間させる方向に大きな力が繰り返し作用するが、受け部材５及びダイアフラム６が溶接部１４において一体化されていることに加え、べース４及び受け部材５が互いに押圧される方向に荷重を加えた状態で挟持部材２２を溶接接合し、挟持部材２２によってべース４及び受け部材５のそれぞれの周縁部を挟持しているため、溶接部１４に割れなどが生ずるおそれがなく、圧力センサ１の破損を効果的に防止することができる。

なお、上記実施の形態においては、挟持部材２２の中心軸に対して垂直な平面として外周部２２ｃを形成し、ベース４と受け部材５とが互いに押圧される方向に、外周部２２ｃと受け部材５の周縁部５ａの下面とに荷重Ｆを加えて挟持部材２２を溶接接合したが、荷重Ｆを加える箇所は、外周部２２ｃ等に限定されず、空隙Ｓが押し縮められるように挟持部材２２の傾斜部２２ａ外周側等を利用してもよい。この場合、円筒部２２ｂと傾斜部２２ａとの境界部に設けられた、挟持部材２２の中心軸に対して垂直な平面部（外周部２２ｃ）は省略してもよい。

また、空隙Ｓが押し縮められるように荷重Ｆが加えられるものとして説明したが、本発明は特にこれのみに限定されることはなく、挟持部材２２をベース４又は受け部材５側から装着した際に当接する傾斜部２２ａの内面とベース４又は受け部材５との当接部を、傾斜部２２ａの外側から直接押圧するように荷重Ｆを加えてもよい。この場合、空隙Ｓは省略してもよい。

１ 圧力センサ
２ 圧力検出素子
３ 流入管
４ べース
４ａ 貫通孔
４ｂ ハーメチックシール
４ｃ 周縁部
４ｄ 側面部
４ｅ 上面部
５ 受け部材
５ａ 周縁部
５ｂ 側面部
５ｃ 下面部
６ ダイアフラム
７ 受圧空間
８ 加圧空間
９ ボール
１０ ワイヤ
１１（１１Ａ〜１１Ｃ） 出力用リードピン
１２（１２Ａ〜１２Ｅ） 調整用リードピン
１４、１５ 溶接部
２２ 挟持部材
２２ａ 傾斜部
２２ｂ 円筒部
２２ｃ 外周部

Claims (3)

1. 圧力検出素子と、
   該圧力検出素子が内面に固定されたべースと、
   該べースに対向して配置された受け部材と、
   前記べースと前記受け部材とで挟持されたダイアフラムと、
   該ダイアフラムを挟持した状態の前記べース及び前記受け部材を、両者が互いに離間するのを防止するように両者を挟持する挟持部材であって、前記ベース及び前記受け部材のいずれか一方側から装着され、両者が互いに押圧される方向に荷重を加えた状態で前記ベース及び前記受け部材のいずれか他方側に溶接接合された挟持部材と、
   前記ベースと前記ダイアフラムとの間の空間に封入された液体とを備え、
   前記受け部材と前記ダイアフラムとの間の空間内の圧力が、前記ダイアフラム及び前記液体を介して前記圧力検出素子へ伝達されることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記荷重は、前記挟持部材と前記ベース及び前記受け部材の一方との間に形成された空隙を押し縮めるように加えられることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
3. 前記挟持部材の外周部は、該挟持部材の中心軸に対して垂直な平面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。

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