JP2017116457A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て性の改善を図るとともに、部品形状を単純化し、かつ腐食性流体にも対応することが可能とする。【解決手段】ベースボディ２１−１の下面の開口縁面（下側端面）２１−１ａと導圧ポート２１−２の上面の開口縁面（上側端面）２１−２ａとの間に受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａを挟んだ状態で、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と受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａとの重なり部を一度の溶接（レーザ溶接（周溶接））で接合する。【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２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、ベースボディ１−１への受圧ダイアフラム２の溶接と、この受圧ダイアフラム２が溶接されたベースボディ１−１の導圧ポート１−２への溶接との２回の溶接が必要である。また、溶接時の熱影響緩和のために、ベースボディ１−１と導圧ポート１−２との突き合わせを開先構造とする必要がある。このため、ベースボディ１−１や導圧ポート１−２の部品形状が複雑となる。

なお、この構造において、ベースボディ１−１と導圧ポート１−２と受圧ダイアフラム２とを一度に溶接したいというニーズがあるが、実際には受圧ダイアフラム２が破れるため、実現は困難である。

また、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、組み立て性の改善を図るとともに、部品形状を単純化し、かつ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を備え、受圧ダイアフラムは、ベースボディの端面と導圧ポートの端面との間にその外周縁面が挾まれ、ベースボディと導圧ポートと受圧ダイアフラムとは、ベースボディの端面と導圧ポートの端面と受圧ダイアフラムの外周縁面との重なり部が一度の溶接で接合されていることを特徴とする。

この発明において、ベースボディと導圧ポートと受圧ダイアフラムとは、ベースボディの端面と導圧ポートの端面との間に受圧ダイアフラムの外周縁面を挾んだ状態で、ベースボディの端面と導圧ポートの端面と受圧ダイアフラムの外周縁面との重なり部が一度の溶接で接合される。これにより、溶接の工程が減らし、組み立て性の改善を図ることが可能となる。また、ベースボディと導圧ポートとの突き合わせを開先構造とする必要をなくし、部品形状を単純化することが可能となる。また、溶接部を外周のみに構成するようにして、被測定流体の溶接部への接触を避け、腐食性流体への対応も可能となる。

本発明によれば、ベースボディの端面と導圧ポートの端面との間に受圧ダイアフラムの外周縁面を挾み、ベースボディの端面と導圧ポートの端面と受圧ダイアフラムの外周縁面との重なり部を一度の溶接で接合するようにしたので、組み立て性の改善を図るとともに、部品形状を単純化し、かつ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の要部の構成を示す断面図である。 図２は、従来の圧力センサの要部の構成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詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る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。

この圧力センサ２００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。

また、この圧力センサ２００において、ベースボディ２１−１と導圧ポート２１−２と受圧ダイアフラム２２とは、ベースボディ２１−１の下面の開口縁面（下側端面）２１−１ａと導圧ポート２１−２の上面の開口縁面（上側端面）２１−２ａとの間に受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａを挟んだ状態で、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と受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａとの重なり部が一度の溶接で接合されている。

この実施の形態では、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、ベースボディ２１−１と導圧ポート２１−２と受圧ダイアフラム２２の３部品の溶接部２１ａの外径を揃え、受圧ダイアフラム２２の受圧面に沿う方向（横方向）から、レーザ溶接によって全周にわたって行う。すなわち、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と受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａとの重なり部を一度に周溶接する。

また、この圧力センサ２００では、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が拡径され、この拡径された導出口３０ａの開口縁面が導圧ポート２１−２の上側端面２１−２ａとされている。

なお、３１は封入室２３の封入液２９を封止する封止ボール、３２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、３３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。

この圧力センサ２００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３２を通して電極ピン２５より取り出される。

この圧力センサ２００において、ベースボディ２１−１と導圧ポート２１−２と受圧ダイアフラム２２とは、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との間に受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａを挟んだ状態で、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と受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａとの重なり部を一度の溶接で接合する構造とされている。

このような構造とすることにより、ベースボディ２１−１と導圧ポート２１−２と受圧ダイアフラム２２の３部品の溶接部２１ａの外径を揃え、容易に芯出しをしつつ、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と受圧ダイアフラム２２の外周縁面２２ａとの重なり部の溶接を一度で行うことが可能となる。これにより、溶接の工程を減らし、組み立て性の改善を図ることができるものとなる。

また、３部品を一度で溶接するために重ね合わせる際、同心を取りやすい構造であるため、レーザ溶接を適用するメリットが出せる。すなわち、レーザ溶接とすることでベースボディ２１−１と導圧ポート２１−２との突き合わせを開先構造とする必要がなく、部品形状を単純化することができるようになる。また、受圧ダイアフラム２２への過大かつ局所的な入熱を避けることも可能となる。

さらに、この圧力センサ２００では、溶接部２１ａを外周のみに構成するようにして、被測定流体の溶接部２１ａへの接触を避け、腐食性流体への対応も可能となる。

〔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）、２１−１ａ…下側端面、２１−２…導圧ポート（下ボディ）、２１−２ａ…上側端面、２１ａ…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、２００…圧力センサ。

Claims (2)

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を備え、
   前記受圧ダイアフラムは、
   前記ベースボディの端面と前記導圧ポートの端面との間にその外周縁面が挾まれ、
   前記ベースボディと前記導圧ポートと前記受圧ダイアフラムとは、
   前記ベースボディの端面と前記導圧ポートの端面と前記受圧ダイアフラムの外周縁面との重なり部が一度の溶接で接合されている
   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、
   前記ベースボディと前記導圧ポートと前記受圧ダイアフラムとは、
   前記重なり部が全周にわたって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。

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