JP2017102043A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ低コストで腐食性流体にも対応できるようにする。【解決手段】全周に外側に開いた溝３５ａを有する樹脂製（例えば、フッ素樹脂）のガスケット３５を導圧ポート２１−２の導圧路３０の開口縁面３０ｂに落とし込み、受圧ダイアフラム２２が溶接されたベースボディ２１−１の凸部２１−１１をガスケット３５の上面に圧接させることにより、受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａと導圧ポート２１−２の導圧路３０の開口縁面３０ｂとでガスケット３５を挾圧した状態とし、この状態でベースボディ２１−１の下側端面２１−１ａと導圧ポート２１−２の上側端面２１−２ａとの溶接を行う。【選択図】 図１

Description

本発明は、一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを用いた圧力センサに関する。

従来より、工業用の圧力センサとして、一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを用いた圧力センサが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

この圧力センサは、受圧ダイアフラムに加えられる被測定流体の圧力をシリコーンオイル等の圧力伝達媒体（封入液）によってセンサダイアフラムの一方の面に導き、他方の面との圧力差により生じるセンサダイアフラムの歪みを例えば歪抵抗ゲージの抵抗値変化として検出し、この抵抗値変化を電気信号に変換して取り出すように構成されている。

図３に従来の圧力センサの要部の構成を示す。同図において、１は金属製のボディ、２は受圧ダイアフラム、３はボディ１の内部に形成された封入室、４は封入室３に設けられたセンサチップ、５は電極ピンである。

この圧力センサ１００において、ボディ１はベースボディ（上ボディ）１−１と導圧ポート（下ボディ）１−２とから構成され、封入室３には基台６を介してオイルスペーサ７が設けられている。オイルスペーサ７には連通路３−２が設けられ、この連通路３−２と連通するオイルスペーサ７内の空間がセンサ室３−３とされている。このセンサ室３−３にセンサチップ４が台座８を挟んで基台６に接合されている。センサチップ４内にはセンサダイアフラム４−１が設けられている。

受圧ダイアフラム２は、ベースボディ１−１の下面に台座面として形成されたリング状の凸部１−１１にその外周縁面２ａを溶接して接合されており、この受圧ダイアフラム２の背面に受圧室３−１が形成され、この受圧室３−１が連通路３−２を通してセンサ室３−３と連通している。この受圧室３−１と連通路３−２とセンサ室３−３とから構成される封入室３には封入液９が封入されている。

導圧ポート１−２は、受圧ダイアフラム２へ被測定流体を導く導圧路１０を備えており、導圧路１０の被測定流体の導出口１０ａは少し広げられ、内段面として開口縁面１０ｂが形成されている。ベースボディ１−１は、受圧ダイアフラム２が溶接されたベースボディ１−１の凸部１−１１を導圧ポート１−２の導出口１０ａに嵌め込み、この凸部１−１１の外側に位置するベースボディ１−１の下側の端面（下側端面）１−１ａと導出口１０ａの外側に位置する導圧ポート１−２の上側の端面（上側端面）１−２ａとを当接させ、この下側端面１−１ａと上側端面１−２ａとを溶接することによって、導圧ポート１−２に接合されている。この場合、ベースボディ１−１の下側端面１−１ａと導圧ポート１−２の上側端面１−２ａとの溶接は、その溶接箇所を溶接部１ａとして黒く塗りつぶして示すように、受圧ダイアフラム２の受圧面に沿う方向（横方向）から全周にわたって行われている。

なお、１１は溶接リング、１２は封入室３の封入液９を封止する封止ボール、１３はセンサチップ４と電極ピン５とを電気的に接続するワイヤ、１４はベースボディ１−２と電極ピン５との間の電気的絶縁および封入液９の漏洩を防止するためのシール材である。また、受圧ダイアフラム２の外周縁面２ａのベースボディ１−１の凸部（台座面）１−１１への溶接は、受圧ダイアフラム２の外周縁面２ａの上面に溶接リング１１を重ね、この重ねた溶接リング１１の上から行われている。

この圧力センサ１００では、導圧ポート１−２の導圧路１０を通して導かれてくる被測定流体（流体、ガス）からの圧力Ｐ１を受圧ダイアフラム２が受け、この受圧ダイアフラム２が受けた被測定流体の圧力Ｐ１が封入室３内の封入液９に伝わり、受圧室３−１，連通路３−２およびセンサ室３−３を経てセンサチップ４内のセンサダイアフラム４−１の一方の面に導かれる。センサダイアフラム４−１の他方の面は大気に解放されている。あるいは、被測定流体（第１の被測定流体）の圧力Ｐ１とは別の被測定流体（第２の被測定流体）の圧力Ｐ２が導かれる。

これにより、センサダイアフラム４−１に歪みが生じ、このセンサダイアフラム４−１の歪みが歪抵抗ゲージの抵抗値変化として検出され、この抵抗値変化が電気信号（圧力差に応じた信号）に変換され、ワイヤ１３を通して電極ピン５より取り出される。

特開平１０−３００６１２号公報

しかしながら、この圧力センサ１００では、受圧ダイアフラム２が被測定流体からの圧力Ｐ１を受ける際に、受圧ダイアフラム２のベースボディ１−１との溶接部にも被測定流体からの圧力Ｐ１を受ける。すなわち、受圧ダイアフラム２のベースボディ１−１との溶接部が接液する。被測定流体が腐食性流体である場合には、この溶接部から応力腐食割れを発生する虞がある。このため、従来の圧力センサ１００では、腐食性流体の使用は不可とされる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単かつ低コストで、腐食性流体にも対応することが可能な圧力センサを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを備えたセンサチップと、センサチップを収容したベースボディと、センサダイアフラムの一方の面への被測定流体からの圧力を受ける受圧ダイアフラムと、受圧ダイアフラムへ被測定流体を導く導圧路を備えた導圧ポートと、全周に外側に開いた溝を有するリング状のガスケットとを備え、受圧ダイアフラムは、その外周縁面がベースボディに溶接によって接合され、ガスケットは、受圧ダイアフラムの外周縁面と導圧ポートの導圧路の開口縁面との間に設けられ、ベースボディは、受圧ダイアフラムの外周縁面と導圧ポートの導圧路の開口縁面とでガスケットを挾圧した状態で導圧ポートに溶接によって接合されていることを特徴とする。

この発明において、ベースボディに溶接接合された受圧ダイアフラムの外周縁面と導圧ポートの導圧路の開口縁面との間には、リング状のガスケットが設けられる。このガスケットは全周に外側に開いた溝を有している。ベースボディは、受圧ダイアフラムの外周縁面と導圧ポートの導圧路の開口縁面とでガスケットを挾圧した状態で、導圧ポートに溶接によって接合される。これにより、ガスケットに外側に開いた溝が押しつぶされる方向への力が加わり、このガスケットの上下面がシール面となって、受圧ダイアフラムの外周縁面と導圧ポートの導圧路の開口縁面との隙間が塞がれる。これにより、受圧ダイアフラムとベースボディとの溶接部の接液が防がれ、腐食性流体への対応が可能となる。

本発明では、リング状のガスケットの全周に外側に開いた溝を設けることで、上下方向への圧縮面圧が低下する。ここで、ガスケットを例えば樹脂とし、溝をわずかに押しつぶすようにすると、樹脂のクリープ変形を低減させることができる。これにより、耐久性がアップし、ガスケットを交換不能な構造であっても、長期間の継続使用が可能となる。

また、本発明において、被測定流体の圧力がかかるときには、ガスケットは外方向に押し付けられることでセルフシールされる。また、ガスケットは全周に外側に開いた溝を有しているので、被測定流体の圧力の印加時にも変形し易く、シール性を向上させる効果もある。

本発明によれば、ベースボディに溶接接合された受圧ダイアフラムの外周縁面と導圧ポートの導圧路の開口縁面との間に全周に外側に開いた溝を有するリング状のガスケットを設け、受圧ダイアフラムの外周縁面と導圧ポートの導圧路の開口縁面とでガスケットを挾圧した状態でベースボディを導圧ポートに溶接接合するようにしたので、ガスケットに外側に開いた溝が押しつぶされる方向への力が加わり、このガスケットの上下面がシール面となって、受圧ダイアフラムとベースボディとの溶接部の接液が防がれ、簡単かつ低コストで、腐食性流体にも対応することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ（実施の形態１の圧力センサ）の要部の構成を示す断面図である。 図２は、実施の形態２の圧力センサの要部の構成を示す断面図である。 図である。 図３は、従来の圧力センサの要部の構成を示す断面図図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〔実施の形態１〕
図１は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ（実施の形態１の圧力センサ）の要部の構成を示す図ある。同図において、２１は金属製のボディ、２２は受圧ダイアフラム、２３はボディ２１の内部に形成された封入室、２４は封入室２３に設けられたセンサチップ、２５は電極ピンである。

この実施の形態１の圧力センサ２００（２００Ａ）において、ボディ２１はベースボディ（上ボディ）２１−１と導圧ポート（下ボディ）２１−２とから構成され、封入室２３には基台２６を介してオイルスペーサ２７が設けられている。オイルスペーサ２７には連通路２３−２が設けられ、この連通路２３−２と連通するオイルスペーサ２７内の空間がセンサ室２３−３とされている。このセンサ室２３−３にセンサチップ２４が台座２８を挟んで基台２６に接合されている。センサチップ２４内にはセンサダイアフラム２４−１が設けられている。

受圧ダイアフラム２２は、ベースボディ２１−１の下面に台座面として形成されたリング状の凸部２１−１１にその外周縁面２２ａを溶接して接合されており、この受圧ダイアフラム２２の背面に受圧室２３−１が形成され、この受圧室２３−１が連通路２３−２を通してセンサ室２３−３と連通している。この受圧室２３−１と連通路２３−２とセンサ室２３−３とから構成される封入室２３には封入液２９が封入されている。

導圧ポート２１−２は、受圧ダイアフラム２２へ被測定流体を導く導圧路３０を備えており、導圧路３０の被測定流体の導出口３０ａは少し広げられ、内段面として開口縁面３０ｂが形成されている。ベースボディ２１−１は、受圧ダイアフラム２２が溶接されたベースボディ２１−１の凸部２１−１１を導圧ポート２１−２の導出口３０ａに嵌め込み、この凸部２１−１１の外側に位置するベースボディ２１−１の下側の端面（下側端面）２１−１ａと導出口３０ａの外側に位置する導圧ポート２１−２の上側の端面（上側端面）２１−２ａとを当接させ、この下側端面２１−１ａと上側端面２１−２ａとを溶接することによって、導圧ポート２１−２に接合されている。このベースボディ２１−１の下側端面２１−１ａと導圧ポート２１−２の上側端面２１−２ａとの溶接は、その溶接箇所を溶接部２１ａとして黒く塗りつぶして示すように、受圧ダイアフラム２２の受圧面に沿う方向（横方向）から全周にわたって行われている。

なお、３１は溶接リング、３２は封入室２３の封入液２９を封止する封止ボール、３３はセンサチップ２４と電極ピン２５とを電気的に接続するワイヤ、３４はベースボディ２１−１と電極ピン２５との間の電気的絶縁および封入液２９の漏洩を防止するためのシール材である。また、受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａのベースボディ２１−１の凸部（台座面）２１−１１への溶接は、受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａの上面に溶接リング３１を重ね、この重ねた溶接リング３１の上から行われている。また、ベースボディ２１−１に溶接接合された受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａと導圧ポート２１−２の導圧路３０の開口縁面３０ｂとの間には、リング状のガスケット３５が設けられている。このリング状のガスケット３５については後述する。

この圧力センサ２００Ａでは、導圧ポート２１−２の導圧路３０を通して導かれてくる被測定流体（流体、ガス）からの圧力Ｐ１を受圧ダイアフラム２２が受け、この受圧ダイアフラム２２が受けた被測定流体の圧力Ｐ１が封入室２３内の封入液２９に伝わり、受圧室２３−１，連通路２３−２およびセンサ室２３−３を経てセンサチップ２４内のセンサダイアフラム２４−１の一方の面に導かれる。センサダイアフラム２４−１の他方の面は大気に解放されている。あるいは、被測定流体（第１の被測定流体）の圧力Ｐ１とは別の被測定流体（第２の被測定流体）の圧力Ｐ２が導かれる。

これにより、センサダイアフラム２４−１に歪みが生じ、このセンサダイアフラム２４−１の歪みが歪抵抗ゲージの抵抗値変化として検出され、この抵抗値変化が電気信号（圧力差に応じた信号）に変換され、ワイヤ３３を通して電極ピン２５より取り出される。

この圧力センサ２００Ａの従来の圧力センサ１００（図３）と異なる点は、ベースボディ２１−１に溶接接合された受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａと導圧ポート２１−２の導圧路３０の開口縁面３０ｂとの間にリング状のガスケット３５を設け、このガスケット３５を受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａと導圧ポート２１−２の導圧路３０の開口縁面３０ｂとで挾圧した状態で、ベースボディ２１−１と導圧ポート２１−２との溶接を行っている点にある。

すなわち、この圧力センサ２００Ａでは、全周に外側に開いた溝３５ａを有する樹脂製（例えば、フッ素樹脂）のガスケット３５を導圧ポート２１−２の導圧路３０の開口縁面３０ｂに落とし込み、受圧ダイアフラム２２が溶接されたベースボディ２１−１の凸部２１−１１をガスケット３５の上面に圧接させることにより、受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａと導圧ポート２１−２の導圧路３０の開口縁面３０ｂとでガスケット３５を挾圧した状態とし、この状態でベースボディ２１−１の下側端面２１−１ａと導圧ポート２１−２の上側端面２１−２ａとの溶接を行っている。

この圧力センサ２００Ａでは、ガスケット３５に外側に開いた溝３５ａが押しつぶされる方向への力が加わり、ガスケット３５の上下面がシール面となって、受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａと導圧ポート２１−２の導圧路３０の開口縁面３０ｂとの隙間が塞がれる。これにより、受圧ダイアフラム２２とベースボディ２１−１との溶接部の接液が防がれ、簡単かつ低コストで、腐食性流体への対応が可能となる。

また、この圧力センサ２００Ａでは、ガスケット３５に設けられた溝３５ａによって上下方向への圧縮面圧が低下し、この溝３５ａをわずかに押しつぶすことによって、樹脂のクリープ変形が低減される。これにより、耐久性がアップし、ガスケット３５を交換不能な構造（埋め殺しの構造）であっても、長期間（例えば、１０年以上）の継続使用が可能となる。

また、この圧力センサ２００Ａにおいて、被測定流体の圧力Ｐ１がかかるときには、ガスケット３５は外方向に押し付けられることでセルフシールされる。また、ガスケット３５は全周に外側に開いた溝３５ａを有しているので、被測定流体の圧力Ｐ１の印加時にも変形し易く、シール性を向上させる効果もある。

〔実施の形態２〕
実施の形態１の圧力センサ２００Ａでは、ベースボディ２１−１の凸部２１−１１をガスケット３５の上面に圧接させることにより、受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａと導圧ポート２１−２の導圧路３０の開口縁面３０ｂとでガスケット３５を挾圧した状態としている。この場合、ガスケット３５の溝３５ａのつぶれ代は、すなわちガスケット３５に加わる面圧は、受圧ダイアフラム２２および溶接リング３１の厚みを含むベースボディ２１−１の凸部１−１１の寸法ｈによって規定される。このため、ガスケット３５に加わる面圧（シール性能）を制御することができない。

そこで、実施の形態２の圧力センサ２００（２００Ｂ）では、図２に示すように、ベースボディ２１−１全体を導圧ポート２１−２に嵌め込むような構造とし、受圧ダイアフラム２２の受圧面に直交する方向（縦方向）からベースボディ２１−１を導圧ポート２１−２に溶接するようにしている。

すなわち、この実施の形態２の圧力センサ２００Ｂでは、実施の形態１の圧力センサ２００Ａと同様に受圧ダイアフラム２２が溶接接合されたベースボディ２１−１の凸部２１−１１をガスケット３５の上面に圧接させるが、ベースボディ２１−１の高さ位置を調整することによってガスケット３５の溝３５ａのつぶれ代を変え、このベースボディ２１−１の高さ位置を調整した状態でベースボディ２１−１の外周面２１−１ｂと導圧ポート２１−２の内周面２１−２ｂとを溶接することによって、ガスケット３５に加わる面圧（シール性能）を制御できるようにしている。この場合、ベースボディ２１−１の外周面２１−１ｂと導圧ポート２１−２の内周面２１−２ｂとの溶接は、その溶接箇所を溶接部２１ｂとして黒く塗りつぶして示すように、全周にわたって縦方向（受圧ダイアフラム２２の受圧面に直交する方向）から行う。

なお、上述した実施の形態では、ガスケット３５の溝３５ａの断面形状を「コ」字状としているが、外側に広がる台形状とするなどしてもよい。また、上述した実施の形態では、ガスケット３５を樹脂製としたが、樹脂製に限られるものでもない。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明は、工業用の圧力センサとして利用することができる。

２１…ボディ、２１−１…ベースボディ（上ボディ）、２１−１１…凸部、２１−１ａ…下側端面、２１−１ｂ…外周面、２１−２…導圧ポート（下ボディ）、２１−２ａ…上側端面、２１−２ｂ…内周面、２１ａ，２１ｂ…溶接部、２２…受圧ダイアフラム、２２ａ…外周縁面、２３…封入室、２４…センサチップ、２４−１…センサダイアフラム、２９…封入液、３０…導圧路、３０ａ…導出口、３０ｂ…開口縁面、３５…ガスケット、３５ａ…溝、２００（２００Ａ，２００Ｂ）…圧力センサ。

Claims (3)

1. 一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを備えたセンサチップと、
   前記センサチップを収容したベースボディと、
   前記センサダイアフラムの一方の面への被測定流体からの圧力を受ける受圧ダイアフラムと、
   前記受圧ダイアフラムへ前記被測定流体を導く導圧路を備えた導圧ポートと、
   全周に外側に開いた溝を有するリング状のガスケットとを備え、
   前記受圧ダイアフラムは、
   その外周縁面が前記ベースボディに溶接によって接合され、
   前記ガスケットは、
   前記受圧ダイアフラムの外周縁面と前記導圧ポートの導圧路の開口縁面との間に設けられ、
   前記ベースボディは、
   前記受圧ダイアフラムの外周縁面と前記導圧ポートの導圧路の開口縁面とで前記ガスケットを挾圧した状態で前記導圧ポートに溶接によって接合されている
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１に記載された圧力センサにおいて、
   前記受圧ダイアフラムの受圧面に沿う方向を横方向とした場合、
   前記ベースボディは、
   前記導圧ポートに横方向から溶接されている
   ことを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項１に記載された圧力センサにおいて、
   前記受圧ダイアフラムの受圧面に直交する方向を縦方向とした場合、
   前記ベースボディは、
   前記導圧ポートに縦方向から溶接されている
   ことを特徴とする圧力センサ。

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