JP2578417Y2 - 圧力センサー - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、圧力センサーに係り、
静電容量式圧力センサー等の各種圧力センサー内の圧力
室に測定流体を導入する測定流体導入路の改良に関す
る。

【０００２】

【背景技術】従来より、各種流体の圧力を検出するに際
し、圧力センサーの受圧面まで測定流体を導く測定流体
導入路の構造には以下のようなものがあった。図７に
は、従来の一例である圧力センサー90が示されている
（第一従来例）。圧力センサー90は、有底円筒状のケー
シング92を備え、このケーシング92内には適宜な支持部
材99,100およびＯリング101 を介して圧力変換素子91が
支持されている。この圧力変換素子91は静電容量式であ
り、厚肉の基板94と、この基板94に所定間隔を置いて対
向される薄肉のダイヤフラム95とを備えている。これら
の基板94とダイヤフラム95との対向する面には、それぞ
れ対向電極96A,96B が設けられ、これらの対向電極96A,
96B 間に発生する静電容量の変化により測定流体の圧力
を検出できるようになっている。

【０００３】圧力変換素子91のダイヤフラム95とケーシ
ング92との間には、圧力室102 が形成され、この圧力室
102 に対向する略中心位置において、ケーシング92には
孔98が開口されている。この孔98の位置において、ケー
シング92の外面には継手93が溶接され、この継手93の軸
心に形成された測定流体導入路97と孔98とが同心となる
ようにされている。

【０００４】このような静電容量式の圧力センサー90に
おいては、測定流体導入路97から孔98を通してケーシン
グ92内に導入された測定流体は、その圧力により受圧部
であるダイヤフラム95を押して湾曲させ、基板94とダイ
ヤフラム95との間隔を変化させる。この際、対向電極96
A,96B の各電極間距離も変化して静電容量が変化するた
め、この静電容量の変化を捉えることにより測定流体の
圧力を検出する。

【０００５】図８には、別の従来例である特開平3-9413
2 号記載の圧力センサー80が示されている（第二従来
例）。圧力センサー80は、前述した第一従来例と基本構
造が略同様な静電容量式の圧力センサーであり、基板81
とダイヤフラム82と対向電極83A,83B とにより構成され
る圧力変換素子84をケーシング85が覆う構成となってい
る。この第二従来例が第一従来例と異なる点は、測定流
体導入路86と受圧部であるダイヤフラム82との間にピス
トン87が設けられており、ピストン頂部と受圧ダイヤフ
ラム82の間に圧力伝達用流体が配されている点である。
ピストン87は、ダイヤフラム82側の外径D1がその反対の
測定流体供給側の外径D2よりも大きくなっている。

【０００６】このような圧力センサー80においては、ピ
ストン87の外径がD2からD1へ拡大されるため、圧力伝達
面積も拡大され、測定流体導入路86の測定流体の圧力
は、受圧部であるダイヤフラム82に作用するに際し、ピ
ストン87により減少されて伝達されるようになってい
る。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】ところが、前述した第
一従来例では、孔98を通して測定流体導入路97の圧力が
ダイヤフラム95に伝わるため、測定流体導入路97から急
激に過大な測定流体圧が作用するような衝撃圧力を受け
た場合には、ダイヤフラム95の受圧面に直接その衝撃が
伝わり、受圧面が破損するおそれがある。そして、測定
流体に固形の異物が混入していた場合には、それらは孔
98を通り、ダイヤフラム95の受圧面に直接作用するた
め、これによっても受圧面が破損するという問題があ
る。

【０００８】また、前述した第二従来例では、第一従来
例に比べ、ピストン87によりダイヤフラム82およびケー
シング85内の各シール部にかかる負担を軽減でき、前述
したような衝撃圧力を受けた場合にも、ある程度ピスト
ン87でこれを緩衝することができ、測定流体に固形の異
物が混入している場合にも、そのケーシング85内への侵
入を防ぐことができるが、構造が複雑であるため、製造
が容易ではなく、故障の原因にもなりやすいという問題
がある。

【０００９】本考案の目的は、受圧面を保護することが
でき、容易に製造できる圧力センサーを提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案は、流体の圧力を
検出する圧力変換素子と、当該圧力変換素子を覆うケー
シングと、当該ケーシング内に形成され前記圧力変換素
子の受圧面に接する圧力室と、当該圧力室に測定流体を
導入する測定流体導入路とを有する圧力センサーであっ
て、 前記測定流体導入路と前記圧力室との間の前記ケ
ーシングに、このケーシングから前記測定流体導入路側
に突出するように打ち出された打出し部を有し、当該打
出し部は前記ケーシングとの間に、前記測定流体導入路
と前記圧力室とを連通するスリット状の測定流体導入口
を形成することを特徴とする。

【００１１】

【作用】このような本考案においては、測定流体導入路
と圧力室との間のケーシングに打出し部が設けられ、こ
の打出し部とケーシングとの間に圧力室に連絡するスリ
ット状の測定流体導入口が形成されているので、測定流
体導入路から衝撃圧力を受けた場合には、その衝撃圧力
は、先ず打出し部により直接に受けられ、その後、測定
流体導入口を通ってダイヤフラムの受圧面に伝わるよう
になる。従って、前述した第一従来例のように孔を通っ
た衝撃圧力が直接にダイヤフラムの受圧面に作用するこ
とがなくなり、受圧面は保護される。

【００１２】また、このように測定流体導入路から衝撃
圧力を受けた場合には、打出し部は測定流体の圧力の変
化に応じて測定流体導入路の圧力伝播方向に変形し、ス
リット状の測定流体導入口の開口の大きさを変化させ
る。すなわち、打出し部がその衝撃圧力により打ち出し
前の状態に戻るようにケーシング側（圧力室側）に変形
し、スリット状の測定流体導入口の開口が狭くなるの
で、受圧面にその衝撃が伝わりにくくなる。この際、打
出し部は、衝撃圧力の圧力変化速度が大きい程、大きく
変形し、測定流体導入口の開口をより狭くするため、圧
力の変化に応じた受圧面の保護がなされる。

【００１３】さらに、測定流体導入路の測定流体の圧力
は、打出し部とケーシングとの間に形成されたスリット
状の測定流体導入口を通ってダイヤフラムの受圧面に伝
わるようになっているため、測定流体に固形の異物が混
入している場合には、異物はスリットに引っ掛かってダ
イヤフラムまで到達せず、前述した第一従来例のように
孔を通って直接にダイヤフラムの受圧面に固形の異物が
作用することはなくなり、これらにより前記目的が達成
される。

【００１４】

【実施例】以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１には、本実施例に係る静電容量式の圧力セ
ンサー10が示されている。圧力センサー10は、測定流体
の圧力を検出するディスク状の圧力変換素子20と、これ
を覆うケーシングである金属ケース30と、この金属ケー
ス30に溶接された継手31と、金属ケース30の蓋32とを有
している。

【００１５】圧力変換素子20は、互いに平行に所定間隔
を置いて接着結合されたセラミック製の厚肉の基板21お
よびセラミック製の薄肉のダイヤフラム22を備え、これ
らの相対する面には対向電極23A,23B が設けられてお
り、この対向電極23A,23B が設けられた基板21とダイヤ
フラム22との間の空間は、基準圧力室40となっている。
基板21の背面には、ＩＣ素子24および対向電極23A,23B
の各電極端子を含む回路25が設けられており、対向電極
23A,23B とこの回路25とは外部取り出し電極穴26A,26B,
26C,26D を通して導通されている。このうち外部取り出
し電極穴26A は、その中央部分が空洞のスルーホールと
され、このスルーホールは、後述する導通孔70を通って
圧力センサー10内に入ってくる測定の基準となる圧力P2
の気体（大気）を基準圧力室40に導く低圧ポート73とな
っている。

【００１６】ダイヤフラム22と金属ケース30との間の空
間は測定流体が導入される圧力室41となっており、ダイ
ヤフラム22は、この圧力室41と基準圧力室40とに挟まれ
るように構成されている。そして、ダイヤフラム22の圧
力室41側の表面は、測定流体の圧力P1を受ける受圧面27
となっている。

【００１７】継手31は、金属ケース30を挟んで圧力室41
の反対側に位置するように金属ケース30の外側表面にプ
ロジェクション溶接等により設けられている。継手31の
内部には、測定流体導入路50が形成されており、圧力測
定対象である測定流体をこの測定流体導入路50から導入
するようになっている。金属ケース30の測定流体導入路
50に対向する位置には、打出し部51が設けられており、
この打出し部51と金属ケース30との隙間には、スリット
状の開口である測定流体導入口52が形成されている。

【００１８】図２には、継手31側から見た金属ケース30
の打出し部51の斜視図が示されている（継手31はまだ溶
接されていない）。打出し部51は、金属ケース30の一部
分を矩形形状にプレス成形により継手31側に打ち出して
設けられるものであり、打ち出し後に、その矩形形状の
相対する二辺部分に二個の測定流体導入口52が形成され
るようになっている。この打出し部51は、ブリッジ状に
なっているため、弾性を有しており、力を加えると撓む
ように構成されている。

【００１９】図１に戻って、圧力変換素子20の周囲に
は、その厚みを持ったディスクの側面に当たる部分およ
び圧力変換素子20の一端面であるダイヤフラム22の受圧
面27の周縁部および他端面である基板21の背面の周縁部
を覆うように一体成形されたシール部材であるゴム製の
パッキン60が設けられている。パッキン60は、金属製の
略リング状の取付け板61を挟んで金属ケース30の端部33
をかしめることにより、その一部分であるダイヤフラム
22の受圧面27の周縁部に接触する部分および基板21の背
面の周縁部に接触する部分が締め付けられ、圧力室41と
外気部分とをシールするように構成されている。

【００２０】蓋32は、ボルト35で取付け板61の内縁突出
部に締め付けられることにより金属ケース30に固定され
るようになっている。蓋32には、導通孔70が設けられて
おり、この導通孔70の入口部分は大気開放される開放口
71となっている。この開放口71には、栓72が設けられて
いる。一方、導通孔70の開放口71と反対側（圧力変換素
子20側）の端部は、基板21を貫通して基準圧力室40に通
じる低圧ポート73と接続されている。この接続部分は、
蓋32の内側に突出した突出部分34でパッキン60の一部分
を押さえつけることによりシールされている。栓72は、
開放口71付近に付着した水滴が基準圧力室40に入り込
み、静電容量を変化させ、対向電極23A,23B を腐食させ
ることを防ぐため、水滴侵入防止用の栓として設けられ
ている。

【００２１】このような本実施例においては、以下のよ
うに測定流体の圧力を検出する。測定流体を測定流体導
入路50から測定流体導入口52を通して圧力室41に導き、
ダイヤフラム22の受圧面27に作用させる。一方、大気を
開放口71から導通孔70および低圧ポート73を通して基準
圧力室40に導き、基準圧力室40を大気圧とする。通常の
測定状態では圧力室41が高圧側となり、基準圧力室40が
低圧側となり、受圧部であるダイヤフラム22がこの差圧
により基板21側に撓むように変形して対向電極23A,23B
間の距離が狭まり、これにより静電容量が変化する。圧
力センサー10は、この静電容量の変化を捉え、予めキャ
リブレーション等を行っておくことにより測定流体の圧
力P1を検出する。

【００２２】この際、圧力測定対象である測定流体は、
継手31内に形成された測定流体導入路50を通り、この延
長線上にある打出し部51を迂回して測定流体導入口52か
ら圧力室41内に入り込むようになっているので、打出し
部51は、ウォーターハンマ等の急激に過大な測定流体圧
が作用するような衝撃圧力を受けた場合には、打ち出し
前の状態に戻るように変形して金属ケース30側に撓む。
また、この時の変形量は衝撃圧力の圧力変化速度が大き
い程、大きくなる。これにより、スリット状の測定流体
導入口52は狭くなり、衝撃圧力はこの狭くなった測定流
体導入口52を通って緩和されてダイヤフラム22の受圧面
27に伝わる。なお、圧力センサー10は、高圧側、低圧側
の逆転を妨げるものではなく、測定流体の圧力P1が負圧
（基準の圧力P2以下）の場合も測定可能である。

【００２３】このような本実施例によれば、次のような
効果がある。すなわち、圧力センサー10が衝撃圧力を受
けた場合には、その衝撃圧力は、先ず打出し部51により
直接に受けられ、その後、この打出し部51を迂回して測
定流体導入口52を通ってダイヤフラム22の受圧面27に伝
わる。このため、衝撃圧力が直接にダイヤフラム22の受
圧面27に作用することがなくなるので、受圧面27を保護
することができる。

【００２４】また、圧力センサー10が衝撃圧力を受けた
場合には、打出し部51は測定流体の圧力P1の変化に応じ
て測定流体導入路50の圧力伝播方向に変形し、測定流体
導入口52の開口の大きさを変化させるので、ダイヤフラ
ム22の受圧面27をさらに確実に保護することができる。
この場合に打出し部51は、衝撃圧力の圧力変化速度が大
きい程、大きく変形し、測定流体導入口52の開口をより
狭くするため、圧力の変化に応じた受圧面27の保護を行
うことができる。

【００２５】また、測定流体は、打出し部51を迂回して
スリット状の測定流体導入口52を通って圧力室41内に導
入されるため、測定流体に固形の異物が混入している場
合には、異物はスリット状の測定流体導入口52に引っ掛
かり、圧力室41内にこれが入り込むことはない。従っ
て、ダイヤフラム22の受圧面27に固形の異物が作用する
ことはなくなるので、受圧面27を確実に保護することが
できる。

【００２６】さらに、圧力センサー10は、前述した第二
従来例のような複雑な構造ではなく、金属ケース30の一
部を打ち出すだけで簡単に実現できるため、容易に製造
することができ、故障する可能性も殆どないものとする
ことができる。

【００２７】また、圧力変換素子20を覆うように一体成
形されたパッキン60が設けられているため、圧力室41と
外気部分とのシールを確実に行うことができる。そし
て、蓋32の突出部分34でパッキン60を押さえつけている
ので、蓋32に形成された導通孔70と基板21に形成された
低圧ポート73との接続部分のシールを確実に行うことが
できる。さらに、開放口71には水滴侵入防止用の栓72が
設けられているので、開放口71付近に付着した水滴が基
準圧力室40に入り込み、静電容量を変化させたり、対向
電極23A,23B を腐食させるという不都合を未然に防止す
ることができる。

【００２８】なお、本考案は前記実施例に限定されるも
のではなく、本考案の目的を達成できる他の構成も含
み、例えば以下に示すような変形等も本考案に含まれる
ものである。すなわち、前記実施例では、打出し部51
は、継手31内に形成された測定流体導入路50の延長線上
に一個設けられているが、測定流体導入路50と圧力室41
との間の金属ケース30に設けるのであれば、二個以上設
けるようにしてもよい。

【００２９】また、前記実施例では、矩形形状の打出し
部51の相対する二辺部分に二個の測定流体導入口52が形
成されているが、これに限定されるものではなく、測定
流体導入口52の数は二個ではなく、一個あるいは他の複
数個であってもよく、打出し部51の形状も矩形に限ら
ず、丸、楕円、正方形等任意であり、要するに打出し部
51に衝撃圧力が作用した時にこれが変形して測定流体導
入口52のスリット幅を狭めることができるような構成と
なっていればよい。

【００３０】例えば、図３に示すようにコの字形に打ち
出した打出し部54であってもよく、図４のようなＨ字形
の切れ目を有する打出し部55としてもよく、図５のよう
に真っ直ぐな切れ目を一個有するＵ字形に打ち出した打
出し部56としてもよく、あるいは切れ目を形成せずに金
属ケース30を打ち出し、その後打ち出された部分にスリ
ット状の孔を開けて測定流体導入口を形成するようにし
てもよい。

【００３１】また、前記実施例では、ケーシングは金属
ケース30となっているが、打出し部51を設けることがで
きるものであれば、いずれの材質のものであってもよ
い。さらに、前記実施例では、打出し部51は、プレス成
形により形成されるものとなっているが、所定の形状に
形成できれば、他の方法、例えば、プラスチックのケー
シングとし、打出し部を一体成形するものなどであって
もよい。

【００３２】また、前記実施例のパッキン60は、圧力変
換素子20を覆うようなものとなっているが、測定流体の
圧力P1が低い場合などには、通常の丸ゴムパッキンなど
であってもよい。

【００３３】前記実施例では、基準圧力室40に導かれる
圧力P2は、大気圧となっており、この大気圧を基準とし
て測定流体の圧力P1をゲージ圧として検出するようにな
っているが、水滴侵入防止用の栓72が設けられた開放口
71の代わりに、図６に示すようなチューブ用継手74を蓋
32に設け、基準圧力室40にも測定流体（気体）を導入
し、この基準圧力室40の圧力P2と圧力室41の圧力P1との
差圧を検出するような比較測定を行うものとしてもよ
い。なお、図６に示すようなチューブ用継手74を設けた
場合においても、水滴が侵入しないように注意を払え
ば、チューブ用継手74を大気圧開放してゲージ圧を検出
してもよい。

【００３４】さらに、本考案の圧力センサー10の圧力室
41に導かれる圧力測定対象である測定流体は、液体であ
ってもよく、気体であってもよい。そして、本考案は、
前記実施例のような低圧ポート73を有する静電容量式の
圧力センサー10に限定されるものではなく、低圧ポート
73を有しない基準圧力室40に相当する部分を真空で封じ
た絶対圧力測定用のものであってもよく、さらに圧力変
換素子は静電容量式である必要はなく、歪み式等の他の
タイプのものであってもよい。

【００３５】

【考案の効果】以上に述べたように本考案によれば、測
定流体導入路と圧力室との間に打出し部を設けたため、
圧力センサーの受圧面を保護することができるうえ、圧
力センサーを容易に製造することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す断面図。

【図２】前記実施例の要部を示す斜視図。

【図３】本考案の変形例を示す概略斜視図。

【図４】本考案の他の変形例を示す概略斜視図。

【図５】本考案のさらに他の変形例を示す概略斜視図。

【図６】本考案のさらに異なる変形例を示す概略断面
図。

【図７】第一従来例を示す断面図。

【図８】第二従来例を示す断面図。

【符号の説明】

10 圧力センサー 20 圧力変換素子 21 基板 22 ダイヤフラム 23A,23B 対向電極 27 受圧面 30 ケーシングである金属ケース 31 継手 32 蓋 40 基準圧力室 41 圧力室 50 測定流体導入路 51,54,55,56 打出し部 52 測定流体導入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 長沢 健二 長野県上田市大字上田160−５ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01L 9/12 G01L 19/06 102

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の圧力を検出する圧力変換素子と、
   当該圧力変換素子を覆うケーシングと、当該ケーシング
   内に形成され前記圧力変換素子の受圧面に接する圧力室
   と、当該圧力室に測定流体を導入する測定流体導入路と
   を有する圧力センサーであって、 前記測定流体導入路と前記圧力室との間の前記ケーシン
   グに、このケーシングから前記測定流体導入路側に突出
   するように打ち出された打出し部を有し、 当該打出し部は前記ケーシングとの間に、前記測定流体
   導入路と前記圧力室とを連通するスリット状の測定流体
   導入口を形成することを特徴とする圧力センサー。