JP2017187411A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】気密性が高いとともに組立が容易であり、かつ、組立にあたり、ダイアフラム部に歪みが生じることが少ない圧力センサを提供する。
【解決手段】センサモジュール２と継手１とは異なる金属材料から形成される。センサモジュール２は、ダイアフラム部２３側に位置する第一部９１と第一部９１より径が大きい大径部２５を有する第二部９２とを備え、継手１には、大径部２５の外周縁部が係合する段差１１Ａが形成され、大径部２５と継手１とは接合部８を介して互いに接合されている。接合部８は、メタルフローと称される塑性変形結合である。継手１とモジュール本体２１との間にはスペースＳが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は圧力センサに関する。

圧力センサには、被測定流体の圧力により変位するダイアフラム部を有するセンサモジュールが継手に取り付けられた構造のものがある。
このタイプの圧力センサとして、つば部を有しダイアフラムにより先端が閉じられた円筒体部材と、円筒体部材を取り付けるための座くり穴が形成された取り付け台座とを備えた従来例がある（特許文献１）。

特許文献１では、取り付け台座の挿入口側から円筒体部材を挿入してつば部を座くり穴に嵌合し、この状態で、円筒体部材に軸方向の加圧力を加えてつば部の先端面の粗面を取り付け台座の底面に食い込ませ、さらに、取り付け台座の円筒体部材の挿入口に沿って同心的にパンチを下降させる。これにより、取り付け台座と円筒体部材とはメタルフローと称される塑性変形結合により接合されることになり、取り付け台座と円筒体部材との組立作業が容易となり、気密性が高いものとなる。

特許第４１２７５３２号公報

特許文献１の従来例では、円筒体部材は１つの部材から形成される。取り付け台座と円筒体部材とを組み立てるために、パンチ等によって、取り付け台座に向けて円筒体部材を加圧すると、加圧時の力がダイアフラムに伝達してしまい、ダイアフラムに歪みが生じるおそれがある。
ダイアフラムには、通常、検出部が設けられているので、組立に伴って、検出部の検出精度に影響が生じることになる。

本発明の目的は、気密性が高いとともに組立が容易であり、かつ、組立にあたり、ダイアフラム部に歪みが生じることが少ない圧力センサを提供することにある。

本発明の圧力センサは、被測定流体が導入される開口端と前記開口端から導入される被測定流体の圧力により変位するダイアフラム部とを有するセンサモジュールと、前記センサモジュールが取り付けられ前記センサモジュールに被測定流体を導入する導入孔が形成された継手とを備え、前記センサモジュールと前記継手とは異なる金属材料から形成され、前記センサモジュールは、前記ダイアフラム部側に位置する第一部と前記開口端側に位置し前記第一部に対して径が大きい大径部を有する第二部と、を備え、前記継手には、前記大径部の外周縁部が係合する段差が形成され、前記大径部は接合部を介して前記継手に接合され、前記接合部は、前記大径部の外周部分と前記継手との間に形成され周方向に位置する部分が局部的な塑性変形と弾性変形圧をもって食い込み、かつ、軸方向の弾性変形圧を封入して軸方向の結合を維持し、前記継手と少なくとも前記第一部との間には、前記継手と前記大径部とを接合する際に前記継手に生じる応力を前記ダイアフラム部へ伝達することを阻止するスペースが形成された、ことを特徴とする。

本発明では、センサモジュールを継手に取り付けるために、継手の段差に大径部の外周縁部を当接させて位置決めする。そして、パンチ等の適宜な装置によって、センサモジュールや継手に所定の加圧力を付与して継手とセンサモジュールの大径部とを塑性変形結合により結合する。
継手と大径部とに形成された接合部は、メタルフローと称される塑性変形結合により形成され、継手とセンサモジュールとが一体となって、気密性が確保される。
以上の構成では、メタルフローによりセンサモジュールと継手とを接合するので、気密性を高いものにするとともに、組立を容易なものにできる。
しかも、継手と少なくとも第一部との間にはスペースが形成されているので、継手と大径部とを接合する際に継手に生じる応力をダイアフラム部へ伝達することが阻止される。そのため、継手にセンサモジュールを接合するにあたり、ダイアフラム部に歪みが生じることが少ない。

本発明の圧力センサでは、前記継手が被接続部に取り付けられる際に前記継手に生じる軸力によって径方向への圧縮力が発生する箇所に前記接合部が配置される、構成が好ましい。
この構成では、継手を被接続部に取り付けるために、継手を被接続部に締め付けると、継手に生じる軸力によって圧縮力が生じる。圧縮力が発生する箇所に接合部が位置しているため、接合部による継手とセンサモジュールとの結合がより強固なものとなり、気密性の向上が図れる。

本発明の圧力センサでは、前記継手は、前記被接続部に取り付けた際に前記被接続部に当接する当接面を有し、前記当接面と同一面上に前記接合部が配置される、構成が好ましい。
この構成では、継手を被接続部に取り付けると、当接面が被接続部に当接する。この状態では、当接面と同一面上に沿って継手に大きな圧縮力が生じるが、継手の当接面と同一面上に接合部が配置されることにより、接合部による継手とセンサモジュールとの結合がより強固なものとなり、気密性の一層の向上を図ることができる。

本発明の圧力センサでは、前記継手は、前記被接続部にねじ込むための雄ねじ部を有し、前記雄ねじ部の基端側に前記当接面が形成される、構成が好ましい。
この構成では、継手を被接続部に取り付けるために、雄ねじ部を被接続部にねじ込む。雄ねじ部がねじ込まれるに従って、雄ねじ部の先端から基端にかけて大きな応力が生じる。この応力は、当接面が被接続部に当接すると、最も大きくなり、当接面と同一面上に継手の外周から中心に向かって大きな圧縮力が生じる。
そのため、雄ねじ部の基端側に当接面が形成されているので、雄ねじ部の外周から中心に向かう圧縮力が接合部を介して大径部に伝達されることになり、継手とセンサモジュールとの結合がより強固なものとなる。

本発明の圧力センサでは、前記第一部は、前記ダイアフラム部の外周部が筒状部に接合され前記被測定流体が導入される凹部が形成されたモジュール本体を備え、前記第二部は、前記筒状部の開口端に端部が溶接で接合され前記モジュール本体の凹部に前記被測定流体を導入する孔部が形成されたアダプターを備え、前記モジュール本体の凹部と前記アダプターの孔部とには接合用パイプが配置されている、構成が好ましい。
この構成では、センサモジュールは、モジュール本体とアダプターとが別々に構成されているため、モジュール本体として既存のものを利用することで、製造コストを低くすることができる。

本発明の一実施形態にかかる圧力センサの断面図。 圧力センサを組み立てる手順を説明する断面図。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には本実施形態の圧力センサの全体構成が示されている。本実施形態の圧力センサは、例えば、作動油や油圧ショベルの作動圧を検出する圧力センサである。
図１において、圧力センサは、継手１と、継手１に設けられ被測定流体の圧力を検出するセンサモジュール２と、継手１に設けられたコネクタ３と、コネクタ３に設けられたターミナル端子４と、センサモジュール２で検出される圧力の信号をターミナル端子４に伝達する回路部５と、回路部５とターミナル端子４とを電気的に接続する接続部材６と、を備えて構成されている。本実施形態で測定される被測定流体には、ディーゼルエンジン用等の燃料、水、その他の液体や、空気等の気体が含まれる。

継手１は、内径部１０が形成される軸部１１と、軸部１１の中央部分から径方向に延びて形成されたフランジ部１２と、フランジ部１２の外周部に一体形成されたスリーブ部１３とを有する金属製部材である。
軸部１１の一端部には、圧力センサを被接続部Ｍにねじ込むための雄ねじ部１４が形成されている。
雄ねじ部１４とフランジ部１２との間にはＯリング７を収納する凹部１５が軸部１１に形成されている。凹部１５は、雄ねじ部１４の基端側に位置するものである。凹部１５とフランジ部１２との間には段部１６が配置されている。段部１６には、被接続部Ｍの平面と当接する当接面１６Ａが形成されている。

内径部１０は、一端側に配置され被測定流体を導入する導入孔１１０と、中央部に配置されセンサモジュール２と接合する第一内径部１１１と、回路部５に近接する他端側に配置された第二内径部１１２とを有する。導入孔１１０、第一内径部１１１及び第二内径部１１２は同軸上に配置されている。導入孔１１０の内径が最も大きく、第二内径部１１２の内径が最も小さく、第一内径部１１１の内径はこれらの中間である。
第一内径部１１１と第二内径部１１２との間には、軸方向と直交する平面に位置する段差１１Ａが形成されている。

センサモジュール２は、コネクタ３側に配置されるモジュール本体２１と、モジュール本体２１に溶接で接合され被測定流体が導入される開口端２２Ａが形成されたアダプター２２とを有し、これらは同じ材質から形成されている。ここで、センサモジュール２の材質は継手１とは硬さの異なる金属材料から形成されている。例えば、継手１が鉄から形成され、センサモジュール２は、鉄より硬質のステンレスから形成される。
モジュール本体２１は、被測定流体の圧力により変位するダイアフラム部２３と、ダイアフラム部２３の外周部に接合される筒状部２４とを有し、被測定流体が導入される凹部２１Ａが形成されている。
ダイアフラム部２３には図示しない歪みゲージ等からなる検出部が形成されている。検出部で検出された信号が図示ないワイヤを介して回路部５に送られる。
筒状部２４は、中央部分のフランジ部分２４Ａと、フランジ部分２４Ａと一体に形成された開口端部分２４Ｂとを有する。開口端部分２４Ｂはフランジ部分２４Ａより外径寸法が小さい。

アダプター２２は、第一内径部１１１に接合部８を介して接合される大径部２５と大径部２５より外径が小さい小径部２６とを有し、その内部にはモジュール本体２１の凹部２１Ａに被測定流体を導入する孔部２６Ａが形成されている。モジュール本体２１の凹部とアダプター２２の孔部２６Ａとの接続部分を中心に接合用パイプ２７が配置されている。接合用パイプ２７はセンサモジュール２と同じ金属材料から形成されている。
小径部２６は、筒状部２４の開口端部分２４Ｂと同じ外径寸法を有する。小径部２６と筒状部２４の開口端部分２４Ｂとの外周面は、第二内径部１１２と対向する。
ここで、本実施形態では、モジュール本体２１とアダプター２２の小径部２６とからセンサモジュール２の第一部９１が構成され、アダプター２２の大径部２５からセンサモジュール２の第二部９２が構成されている。第一内径部１１１と導入孔１１０との段差と大径部２５の小径部２６とは反対側に位置する平面とは同一面上にある。
モジュール本体２１及び小径部２６と、継手１の第二内径部１１２との間には、継手１と大径部２５とを接合する際に継手１に生じる応力をダイアフラム部２３へ伝達することを阻止するスペースＳが形成されている。

接合部８は、大径部２５の外周部分と継手１の第一内径部１１１との間に形成され周方向に位置する部分が局部的な塑性変形と弾性変形圧をもって食い込み、かつ、軸方向の弾性変形圧を封入して軸方向の結合を維持するものである。つまり、継手１と大径部２５とは塑性変形結合されている。塑性変形結合とは、メタルフローとも称される結合手法のことである。なお、大径部２５の外周部分には図示しない溝が形成されている。
継手１が被接続部Ｍに取り付けられる際に継手１に生じる軸力によって径方向への圧縮力Ｐが発生する。圧縮力Ｐが発生する箇所に接合部８が配置されている。
継手１の雄ねじ部１４が被接続部Ｍにねじ込まれると、継手１の当接面１６Ａが被接続部Ｍの平面を押圧することになり、継手１には当接面１６Ａと同一平面であって第一内径部１１１の軸芯に向かう方向に圧縮力Ｐが働く。そのため、本実施形態では、段部１６の被接続部Ｍと当接する当接面１６Ａと同一面上に接合部８が配置される。

コネクタ３は、リング状の基部３１と、基部３１に一体形成されターミナル端子４を支持する本体部３２とを備えた合成樹脂製部品である。
基部３１と継手１との間には、Ｏリングからなるシール部材３３が設けられている。
本体部３２は、ターミナル端子４がインサート成形される板部３２Ａと、板部３２Ａの外周縁部に一体形成された筒部３２Ｂとを有する。
ターミナル端子４は、Ｌ型の金具であり、Ｌ型を構成する一方の長尺部は、基端が板部３２Ａに係止されるとともに中央部から先端にかけて筒部３２Ｂの内部に露出されている。ターミナル端子４のＬ型を構成する他方の長尺部は板部３２Ａに対向している。

回路部５は、継手１に配置された回路基板５１と、回路基板５１に設けられた電子部品５２とを有する。回路基板５１には、ダイアフラム部２３を挿通させるための開口５１Ａが形成されている。
接続部材６は、一端がターミナル端子４の他方の長尺部に電気的に接続され他端が回路基板５１に接続される弾性を有する導電性部材６１と、導電性部材６１の他端をセンサモジュール２に向けて付勢する弾性部材６２とを有する。
導電性部材６１は、板状部材を折り曲げて形成された連結金具である。連結金具の弾性力により、導電性部材６１の一端がターミナル端子４に付勢され、導電性部材６１の他端がセンサモジュール２に向けて付勢される。導電性部材６１の一端とターミナル端子４とは抵抗溶接で接合されている。
弾性部材６２は、シリコンゴム製の角柱状のクッションであり、その一端部がコネクタ３の基部３１に形成された凹部３１Ｄに嵌合されている。弾性部材６２の他端は導電性部材６１の他端に当接されている。

次に、本実施形態の圧力センサを組み立てる方法を図２に基づいて説明する。
まず、図２（Ａ）に基づいて、センサモジュール２を組み立てる方法を説明する。
図２（Ａ）において、モジュール本体２１とアダプター２２とを同軸上に突き合わせるとともに、モジュール本体２１の凹部とアダプター２２の孔部２６Ａとに接合用パイプ２７を配置する。そして、モジュール本体２１とアダプター２２との突き合わせた部分を電子ビーム溶接等によって溶接する。

次に、図２（Ｂ）に基づいて、センサモジュール２を継手１に接合する方法を説明する。
図２（Ｂ）において、センサモジュール２を、大径部２５の肩部が第一内径部１１１と第二内径部１１２との段差１１Ａに当たるようにして継手１に収納する。そして、継手１の第一内径部１１１と導入孔１１０との段差、あるいは、大径部２５の平面に対しパンチ等により所定の加圧力Ｑを付与し、継手１とセンサモジュール２とを塑性変形結合により結合する。つまり、センサモジュール２の大径部２５に形成された溝（図示せず）に、センサモジュール２より柔らかい材料からなる継手１の第一内径部１１１が食い込む。
継手１と大径部２５とを接合する際に、継手１に生じる応力がダイアフラム部２３へ伝達されようとするが、スペースＳにより伝達されない。
センサモジュール２が継手１に取り付けられたなら、継手１に回路部５を取り付け、ターミナル端子４が取り付けられたコネクタ３を継手１に取り付ける。この際、回路部５とターミナル端子４との間に接続部材６を配置する。

従って、本実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１）圧力センサは、異なる金属材料から形成されるセンサモジュール２と継手１とを備え、センサモジュール２は、ダイアフラム部側に位置する第一部９１と第一部９１より径が大きい大径部２５を有する第二部９２とを備える。継手１には、大径部２５の外周縁部が係合する段差１１Ａが形成され、大径部２５と継手１とは接合部８を介して互いに接合されている。接合部８は、メタルフローと称される塑性変形結合であるため、気密性を高いものにするとともに、組立を容易なものにできる。
しかも、継手１の第二内径部１１２とモジュール本体２１及び小径部２６との間にはスペースＳが形成されているので、継手１と第二部９２とを接合する際に継手１に生じる応力をダイアフラム部２３へ伝達することが阻止される。そのため、圧力センサの組立にあたり、ダイアフラム部２３に歪みが生じることが少ない。従って、圧力センサの精度不良を少なくできる。

（２）継手１が被接続部Ｍに取り付けられる際に継手１に生じる軸力によって、径方向への圧縮力Ｐが発生する箇所に接合部８が配置されるので、接合部８による継手１とセンサモジュール２との結合がより強固なものとなり、気密性の向上が図れる。
（３）継手１は、被接続部Ｍに取り付けた際に、被接続部Ｍに当接する当接面１６Ａを有し、当接面１６Ａと同一面上に接合部８が配置されるから、接合部８によって、継手１とセンサモジュール２との結合がより強固なものとなり、気密性の一層の向上を図ることができる。

（４）継手１は、被接続部Ｍにねじ込むための雄ねじ部１４を有し、雄ねじ部１４の基端側に当接面１６Ａが形成されるから、雄ねじ部１４の外周から中心に向かう圧縮力Ｐが接合部８を介して大径部２５に伝達されることになり、この点からも、継手１とセンサモジュール２との結合がより強固なものとなる。
（５）センサモジュール２は、モジュール本体２１とアダプター２２とから構成されているため、モジュール本体２１として既存のものを利用することで、製造コストを低くすることができる。

（６）センサモジュール２を第一部９１と第一部９１より大径の第二部９２とから構成し、第一部９１をモジュール本体２１だけでなく、アダプター２２の小径部２６を含んで構成した。そのため、第一部９１の長さを長くすることができるので、スペースＳの軸方向に沿った長さを長くすることができ、継手１と第二部９２とを接合する際に生じる応力をダイアフラム部２３へ伝達することを確実に阻止することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、センサモジュール２をモジュール本体２１とアダプター２２とから構成したが、本発明では、センサモジュール２をモジュール本体２１のみから構成してもよい。この場合、センサモジュール２に第一部９１に相当する小径部２６と、第二部９２に相当する大径部２５とをそれぞれ形成することを要する。
仮に、センサモジュール２にアダプター２２を備えて構成した場合、アダプター２２を大径部２５とし、モジュール本体２１を小径部２６としてもよい。
本発明では、継手１は、被接続部Ｍにねじ込むための雄ねじ部１４を必ずしも備えて構成することを要しない。例えば、継手１を取付部材で被接続部Ｍに取り付ける構成としてもよい。
また、前記実施形態では、継手１は段部１６を有する構成であったが、本発明では、継手１に段部を必ずしも設けることを要しない。つまり、段部１６を省略し、フランジ部１２に当接面１６Ａを直接形成するものでもよい。

１…継手、１１０…導入孔、１１１…第一内径部、１１２…第二内径部、１１Ａ…段差、１２…フランジ部、１３…スリーブ部、１４…雄ねじ部、１５…凹部、段部…１６、１６Ａ…当接面、２…センサモジュール、２１…モジュール本体、２２…アダプター、２２Ａ…開口端、２３…ダイアフラム部、２５…大径部、２６…小径部、２６Ａ…孔部、２７…接合用パイプ、３…コネクタ、４…ターミナル端子、５…回路部、５１…回路基板、５２…電子部品、８…接合部、９１…第一部、９２…第二部、Ｍ…被接続部、Ｐ…圧縮力、Ｑ…加圧力、Ｓ…スペース

Claims (5)

1. 被測定流体が導入される開口端と前記開口端から導入される被測定流体の圧力により変位するダイアフラム部とを有するセンサモジュールと、前記センサモジュールが取り付けられ前記センサモジュールに被測定流体を導入する導入孔が形成された継手とを備え、
   前記センサモジュールと前記継手とは異なる金属材料から形成され、
   前記センサモジュールは、前記ダイアフラム部側に位置する第一部と前記開口端側に位置し前記第一部に対して径が大きい大径部を有する第二部と、を備え、
   前記継手には、前記大径部の外周縁部が係合する段差が形成され、
   前記大径部は接合部を介して前記継手に接合され、
   前記接合部は、前記大径部の外周部分と前記継手との間に形成され周方向に位置する部分が局部的な塑性変形と弾性変形圧をもって食い込み、かつ、軸方向の弾性変形圧を封入して軸方向の結合を維持し、
   前記継手と少なくとも前記第一部との間には、前記継手と前記大径部とを接合する際に前記継手に生じる応力を前記ダイアフラム部へ伝達することを阻止するスペースが形成された、ことを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
   前記継手が被接続部に取り付けられる際に前記継手に生じる軸力によって径方向への圧縮力が発生する箇所に前記接合部が配置される、ことを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項２に記載の圧力センサにおいて、
   前記継手は、前記被接続部に取り付けた際に前記被接続部に当接する当接面を有し、前記当接面と同一面上に前記接合部が配置される、ことを特徴とする圧力センサ。
4. 請求項３に記載の圧力センサにおいて、
   前記継手は、前記被接続部にねじ込むための雄ねじ部を有し、前記雄ねじ部の基端側に前記当接面が形成される、ことを特徴とする圧力センサ。
5. 請求項４に記載の圧力センサにおいて、
   前記第一部は、前記ダイアフラム部の外周部が筒状部に接合され前記被測定流体が導入される凹部が形成されたモジュール本体を備え、
   前記第二部は、前記筒状部の開口端に端部が溶接で接合され前記モジュール本体の凹部に前記被測定流体を導入する孔部が形成されたアダプターを備え、
   前記モジュール本体の凹部と前記アダプターの孔部とには接合用パイプが配置されている、ことを特徴とする圧力センサ。

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