JP2015068726A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】よりシール性の向上したシール部材を有する圧力センサを提供する。
【解決手段】この圧力センサは、測定媒体の圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサ素子と、センサ素子が配置されるコネクタケースと、コネクタケースが挿入されることでコネクタケースと一体に組み付けられるハウジングと、を備える。加えて、この圧力センサは、コネクタケースとハウジングとの間に介在されたシール部材を備える。
そして、このシール部材は、液化したシール部材がコネクタケース、もしくは、ハウジングに密着し硬化されることによって形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、コネクタケースとハウジングが互いに組み付けられてなる圧力センサに関する。

従来、ガスや液体などの測定媒体の圧力を測定するものとして、特許文献１に示されるような圧力センサが知られている。この圧力センサは、コネクタケースとハウジングが互いに組み合わされて成る。そして、検出対象の測定媒体が流れる流路にハウジングが接続され、コネクタケースとハウジングにより形成される導入空間に測定媒体が流入する。導入空間の内面を形成するコネクタケースの一面にはセンサ素子が配置されており、流入した測定媒体の圧力を検出することができる。

コネクタケースとハウジングの間にはＯリングが配置されている。このＯリングは、コネクタケースとハウジングとにより挟まれて押圧されており、導入空間と外部空間の間をシールしている。

特開２００７−２８５７５０号公報

ところで、Ｏリングは、コネクタケースおよびハウジングとは別体で形成される。Ｏリングは、圧力センサを組み立てる際に、コネクタケースとハウジングの間に挟まれて配置される。そして、コネクタケースとハウジングとがかしめ固定される際にＯリングが押圧されてシール機能を発揮する。

しかしながら、押圧前にＯリングの位置がずれる可能性があり、シール性が低下する虞がある。また、Ｏリング表面に付着した塵によってシール性が低下する虞もある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、圧力センサにおいて、シール部材のシール性を向上することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、測定媒体の圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサ素子（３０）と、一面（１１ａ）に第１凹部（１３）を有し、第１凹部にセンサ素子が配置されるコネクタケース（１０）と、筒状を成して中空部を有するとともに、中空部にコネクタケースが挿入されることでコネクタケースと一体に組み付けられるハウジング（２０）と、コネクタケースとハウジングとの間に介在され、中空部と外部空間との間をシールするシール部材（６０）と、を備える圧力センサであって、シール部材は、液化したシール部材がコネクタケース、もしくは、ハウジングに密着し硬化されて形成されることを特徴としている。

これによれば、シール部材がコネクタケースに密着固定されているため、コネクタケースとハウジングとを互いにかしめ固定する前にずれてしまうことを防止することができる。また、予めシール部材がコネクタケースに密着して形成されているため、シール部材とコネクタケースとの間に塵が入ることを抑制することができる。したがって、従来のようにシール部材としてＯリングを用いる場合に較べてシール性を向上することができる。

第１実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。 ハウジングに組み付けられる前のコネクタケースの構成を示す断面図である。 シール部材を射出成形法により形成する方法を示す断面図である。 第２実施形態に係るコネクタケースの構成を示す断面図である。 図４における領域Ｖの詳細を示す図であり、ハウジングに組み付けられた際の第２凹部の変形を示す断面図である。 その他の実施形態に係る第２凹部の形状を示す断面図である。 その他の実施形態に係る第２凹部の形状を示す断面図である。 その他の実施形態に係るシール部材の形成位置を示す断面図である。 その他の実施形態に係るシール部材の形成位置を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る圧力センサの概略構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る圧力センサ１００は、柱状のコネクタケース１０と、筒状のハウジング２０とが組み付けられて成る。コネクタケース１０には、センサ素子３０とターミナル４０とが固定されている。また、ハウジング２０には、メタルダイヤフラム５０とリングウェルド５１とが固定されている。筒状のハウジング２０における中空部は、メタルダイヤフラム５０によって、コネクタケース１０を収容する収容空間と、被検出対象である測定媒体が導入される導入空間とに区切られている。ハウジング２０の一部は測定媒体が流れる図示しない流路に設置され、測定媒体が上記した導入空間に流入してメタルダイヤフラム５０に作用することによって圧力が測定できるようになっている。

コネクタケース１０は、ＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂材料によって形成され、第１柱部１１と第２柱部１２とが一体的に連結されている。図１において、コネクタケース１０に示す破線ａは、第１柱部１１と第２柱部１２の境界を示している。第１柱部１１の径は、第２柱部１２の径よりも大きくなっており、第１柱部１１は、ハウジング２０の収容空間内に収容されている。第２柱部１２はハウジング２０の外部に配置されている。

図１に示すように、第１柱部１１における、メタルダイヤフラム５０側端部の一面１１ａには、第１凹部１３が形成されている。第１凹部１３の底部には、センサ素子３０を収容するセンサ溝１４と、ターミナル４０の一部を一面１１ａ側に露出させるためのターミナル溝１５とが形成されている。また、一面１１ａには、第１凹部１３を取り囲むように、溝状の第２凹部１６が形成されている。センサ溝１４の底部にはセンサ素子３０が固定されている。ターミナル溝１５の底部にはターミナル４０の一部が露出するように固定されている。また、第２凹部１６にはシール部材６０が充填されている。なお、シール部材６０については、追って詳述する。

また、上記第１凹部１３とメタルダイヤフラム５０とによって囲まれた領域には、圧力検出室１７が形成されている。圧力検出室１７は圧力伝達媒体１８により満たされている。メタルダイヤフラム５０に作用した測定媒体の圧力は、圧力伝達媒体１８を介してセンサ素子３０に伝達される。なお、シール部材６０は、コネクタケース１０とハウジング２０とがかしめ固定される際に圧縮変形して、圧力検出室１７とその外部との間をシールするようになっており、圧力伝達媒体１８が外部に漏洩しないよう機能している。

ハウジング２０は、アルミニウムなどの金属材料を構成材料とし、第１筒部２１と第２筒部２２とが連結して形成されている。図１において、ハウジング２０に示す破線ｂは、第１筒部２１と第２筒部２２の境界を示している。第１筒部２１の内径は第２筒部２２の内径よりも大きくされている。ハウジング２０の中空部は、内径が変化する位置を境界として、収容空間と導入空間とに分けられている。換言すれば、第１筒部２１により形成される中空はコネクタケース１０が収容される収容空間に相当する。また、第２筒部２２により形成される中空は測定媒体が導入される導入空間に相当する。

第１筒部２１は、第２筒部２２との連結端と反対側の端部がかしめ部２１ａとされている。コネクタケース１０は、第１筒部２１の収容空間に収容後、かしめ部２１ａが内側に折り曲げられることによりかしめ固定されている。

第２筒部２２は、誘導部２３と拡幅部２４とを有している。図１において、第２筒部２２に示す破線ｃは、誘導部２３と拡幅部２４の境界を示している。誘導部２３は測定媒体をメタルダイヤフラム５０まで導く誘導路２３ａを有し、その誘導路２３ａの内径は軸方向に一定とされている。また、誘導部２３の外壁の一部には、測定媒体が流れる流路に固定するためのネジ切り部２５が形成されている。一方、拡幅部２４は誘導部２３と第１筒部２１とを繋いでいる。拡幅部２４は、誘導路２３ａからメタルダイヤフラム５０に向かって径が徐々に大きくなるように拡幅された拡幅路２４ａを有する。拡幅路２４ａは誘導路２３ａと連続的に繋がっている。なお、メタルダイヤフラム５０は、拡幅部２４おける第１筒部２１との連結端２４ｂに溶接固定されている。この連結端２４ｂは、コネクタケース１０における第１柱部１１の一面１１ａと、メタルダイヤフラム５０およびリングウェルド５１を介して対向している。

センサ素子３０は、ダイヤフラム上にゲージ抵抗器を備え、ダイヤフラムの変位をピエゾ抵抗効果による抵抗値の変化に基づいて検出する圧力検出素子である。センサ素子３０は、台座３１を介して第１柱部１１の一面１１ａに形成された第１凹部１３のうち、センサ溝１４の内部に配置されている。

ターミナル４０は、コネクタケース１０にインサート成形されている。図１に示すように、ターミナル４０の一端側の一部が、第１凹部１３に設けられたターミナル溝１５から露出している。また、ターミナル４０の他端は、第２柱部１２の第１柱部１１との連結端とは反対の端部１２ａから露出している。ターミナル４０のうち、ターミナル溝１５から露出した部分は、ボンディングワイヤ４１を介してセンサ素子３０と電気的に接続されている。また、端部１２ａから露出した部分は、図示しない外部回路に接続される。すなわち、センサ素子３０は、ボンディングワイヤ４１およびターミナル４０を介して外部回路に接続されている。

また、第１凹部１３とメタルダイヤフラム５０で囲まれた圧力検出室１７は、圧力伝達媒体１８が満たされている。また、ターミナル溝１５には被覆樹脂４２が導入され、この被覆樹脂４２によりターミナル４０の露出した部分が保護されている。センサ素子３０は、圧力伝達媒体１８に覆われているため、メタルダイヤフラム５０に作用した圧力は、圧力伝達媒体１８を介してセンサ素子３０に伝達される。

メタルダイヤフラム５０は円板状を成し、その平面が波打った形状（コルゲート形状）となっている。メタルダイヤフラム５０の周縁部は、第２筒部２２の連結端２４ｂに溶接固定されており、測定媒体が圧力検出室１７に浸入したり、圧力伝達媒体１８が拡幅路２４ａに漏洩したりしないようになっている。

リングウェルド５１は、第１柱部１１の一面１１ａと第２筒部２２の連結端２４ｂとに挟まれて配置されている。そして、第１柱部１１に形成された第２凹部１６に嵌め込まれたシール部材６０は、リングウェルド５１と一面１１ａとに挟持されて圧縮変形し、圧力検出室１７をシールしている。

次に、図２および図３を参照して、本実施形態に係る圧力センサ１００のシール部材６０について詳しく説明する。

図２は、コネクタケース１０をハウジング２０に組み付ける前の、第１柱部１１の詳細を示す断面図である。図２に示すように、シール部材６０は、第２凹部１６に隙間なく充填されており、シール部材６０と第２凹部１６の壁面とによるアンカー効果や分子間力によって第２凹部１６の壁面に密着固定されている。また、シール部材６０は、一部が、第２凹部１６の周囲における第１柱部１１の一面１１ａから突出するように形成されている。

本実施形態におけるシール部材６０は、射出成形法によって形成されている。シール部材６０の形成は、例えば次の手順で行うことができる。

先ず、図３に示すように、コネクタケース１０、とくに、第１柱部１１の一面１１ａに当接するように金型７０を配置する。金型７０には、シール部材６０が、成形後に上記した突出形状になるようにキャビティー７１が設けられている。すなわち、キャビティー７１は、第２凹部１６に連通して一体空間になるように形成されている。そして、シール部材６０の構成材料である樹脂が流れる流路であるスプルー７２がキャビティー７１に連通して形成されている。

次いで、液状の溶融樹脂を、スプルー７２を通してキャビティー７１および第２凹部１６の内部に注入する。

次いで、第２凹部１６に注入された溶融樹脂を硬化させる。これにより、シール部材６０を成形することができる。

ここで、樹脂とは、所定の弾性を有するものであり、例えばシリコーンゴムを採用することができる。

次に、本実施形態に係る圧力センサ１００のシール部材６０の作用効果について説明する。

ところで、従来のように、シール部材としてＯリングを用いると、コネクタケース１０とハウジング２０とを組み付ける過程において、Ｏロングが位置ずれを起こしたり、Ｏリングと、コネクタケース１０およびハウジング２０との間に塵が進入したりして、シール部材のシール性が低下する虞があった。

これに対して、本実施形態におけるシール部材６０は、第２凹部１６の壁面に密着固定されている。このため、シール部材６０の、コネクタケース１０およびハウジング２０との間の相対位置がずれることを抑制することができる。したがって、シール部材６０の位置ずれに起因するシール性の低下を抑制することができる。

また、シール部材６０を形成した後は、シール部材６０とコネクタケース１０との間の接着面（言い換えると、第２凹部１６の壁面）に塵が進入しない構成となっている。このため、塵の存在に起因するシール性の低下を抑制することができる。また、塵に起因するシール部材６０の経年劣化を抑制することができる。

また、本実施形態では、シール部材６０が第２凹部１６の内部に充填されている。このため、シール部材６０がフラットな一面１１ａ上に形成される場合に較べて、シール部材６０の位置ずれを抑制することができる。また、第２凹部１６の容積を調整することによって、シール部材６０の弾性変形量を調節することができ、硬化後のシール部材６０が応力破損することを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、シール部材６０の一部が一面１１ａに対して突出するように形成されている。このため、シール部材６０が突出していない構成に較べて、コネクタケース１０とハウジング２０とを組み付ける際に、シール部材６０とハウジング２０との接触面積を大きくすることができる。したがって、シール性を向上させることができる。

（変形例１）
上記した第１実施形態では、シール部材６０を射出成形法により形成する例について説明したが、シール部材６０は塗布法により形成することもできる。

塗布法としては、例えば、スクリーン印刷法やインクジェット法、ディスペンス法を用いることができる。

スクリーン印刷法を用いる場合、マスクとなる図示しないスクリーンに溶融樹脂を塗布し、スクリーンを取り除く。そして、熱や溶剤によって溶融樹脂を硬化させることにより、シール部材６０を形成する。

また、インクジェット法あるいはディスペンス法を用いる場合には、図示しないノズルから溶融樹脂を第２凹部１６の内部に噴きつけ、熱や溶剤によって硬化させることにより、シール部材６０を形成する。

塗布法は、射出成形法に較べて、複雑な形状を容易に形成することができるため、シール部材６０の形成に要する時間の短縮や、コストの削減を実現することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、コネクタケース１０における、ハウジング２０の周方向に沿う外周面１１ｂに第２凹部１６が形成され、第２凹部１６の内部にシール部材６０が隙間なく充填されている。シール部材６０は外周面１１ｂに対してフラットに形成されている。本実施形態におけるシール部材６０も、第１実施形態と同様に、射出成形法または塗布法のいずれの方法も採用することができる。なお、第１凹部１３、第１凹部１３内部に配置されるセンサ素子３０、台座３１、ボンディングワイヤ４１、被覆樹脂４２、および、コネクタケース１０にインサート成形されるターミナル４０の構成は第１実施形態と同様であるため、説明を割愛する。

この構成では、シール部材６０をコネクタケース１０の外周面１１ｂに配置しているため、一面１１ａにシール部材６０を配置するためのスペースを確保する必要がない。このため、コネクタケース１０の径方向について小型化することができる。

また、図５に示すように、ハウジング２０とコネクタケース１０とがかしめ固定された際に、第２凹部１６の底部１６ａがコネクタケース１０の径方向に突出するように変形する。このため、シール部材６０が径方向に押し出されてハウジング２０に密着する。したがって、シール部材６０におけるシール性を向上することができる。なお、図５は、コネクタケース１０がハウジング２０によりかしめ固定された後の状態を示しているが、ハウジング２０の図示は省略している。

ところで、シール部材６０を外周面１１ｂに配置する形態において、従来のように、シール部材６０としてＯリングを用いる場合、Ｏリングに引っ張り応力を加えた状態で径を拡げながらコネクタケース１０に取り付けなければならなかった。そして、応力を過剰に印加すればＯリングの破損の原因となる。

これに対して、この構成では、シール部材６０を射出成形法または塗布法のいずれかの方法によって形成するため、シール部材６０に過剰な応力が印加されることがない。このため、シール部材６０の経時劣化を抑制することができ、シール性を向上することができる。

また、Ｏリングを用いる場合は、コネクタケース１０をハウジング２０の収容空間に収容する際に、Ｏリングに、ハウジング２０の軸方向を向く剪断力がかかるため、Ｏリングの位置がずれやすいという問題がある。

これに対して、この構成では、シール部材６０が第２凹部１６の内部に配置されているため、ハウジング２０の軸方向を向く剪断力に対して抗力がかかるようになっている。したがって、シール部材６０が軸方向にずれにくくすることができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

例えば、図６に示すように、第２凹部１６のうち、シール部材６０と接触する部分が粗面化されていてもよい。これによれば、シール部材６０と第２凹部１６との接触面積を増大させることができ、シール部材６０と第２凹部１６との間のアンカー効果を強固にすることができる。このため、シール部材６０とコネクタケース１０との接続信頼性を向上することができる。したがって、シール部材６０のシール性を向上することができる。

上記した各実施形態では、図２および図４に示すように、第２凹部１６のコネクタケース１０の軸方向に沿う断面形状が、一辺が開口した矩形となっている例について示したが、この例に限定されない。

例えば、図７に示すように、第２凹部１６をくさび形状としてもよい。これによれば、第２凹部１６の容量を小さくすることができるため、シール部材６０の体積を小さくすることができる。このため、シール部材６０の材料にかかるコストを低減することができる。

また、上記した各実施形態では、シール部材６０が第２凹部１６に充填される例について示したが、この例に限定されない。

シール部材６０は、射出成形法や塗布法によって、任意の箇所に形成することができるから、例えば、図８に示すように、コネクタケース１０に第２凹部１６を設けることなく、シール部材６０を一面１１ａに直接密着させてもよい。また、図９に示すように、コネクタケース１０の外周面１１ｂに直接密着させてもよい。

また、上記した各実施形態では、シール部材６０がコネクタケース１０に対して密着固定される例について示したが、シール部材６０はハウジング２０側に形成してもよい。ただし、ハウジング２０にシール部材６０を形成する場合、収容空間を形成する内壁面にシール部材６０を形成しなければならない。この工程は、コネクタケース１０にシール部材６０を形成する工程に較べて複雑であるため、シール部材６０は、上記した各実施形態に記載のように、コネクタケース１０側に形成することが好ましい。

１００・・・圧力センサ
１０・・・コネクタケース，１３・・・第１凹部，１６・・・第２凹部
３０・・・センサ素子
４０・・・ターミナル
６０・・・シール部材

Claims (8)

1. 測定媒体の圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサ素子（３０）と、
   一面（１１ａ）に第１凹部（１３）を有し、前記第１凹部に前記センサ素子が配置されるコネクタケース（１０）と、
   筒状を成して中空部を有するとともに、前記中空部に前記コネクタケースが挿入されることで前記コネクタケースと一体に組み付けられるハウジング（２０）と、
   前記コネクタケースと前記ハウジングとの間に介在され、前記中空部と外部空間との間をシールするシール部材（６０）と、を備える圧力センサであって、
   前記シール部材は、液化した前記シール部材が前記コネクタケース、もしくは、前記ハウジングに密着し硬化されて形成されることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記シール部材は、弾性を有する樹脂を前記コネクタケースと型との間に射出して成形する射出成形法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記シール部材は、弾性を有する樹脂を前記コネクタケースに塗布する塗布法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
4. 前記シール部材は、前記コネクタケースのうち、前記一面に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
5. 前記シール部材は、前記コネクタケースのうち、筒状を成す前記ハウジングの周方向に沿う外周面（１１ｂ）に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
6. 前記コネクタケースは、第２凹部（１６）を有し、
   前記シール部材は、前記第２凹部に隙間なく充填されて形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧力センサ。
7. 前記シール部材は、前記第２凹部が形成された面に対して一部が突出するように形成されることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
8. 前記コネクタケースのうち、前記シール部材と接触する部分が粗面とされることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧力センサ。

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