JP3417554B2 - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は加圧流体に晒される
ようになった表面を備えたセンサダイアフラムを有する
圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】応用分野に応じて種々の型式の圧力セン
サが存在する。自動車技術応用においては、丈夫な型式
のみが、その絶対的な感知精度はさほど重要ではない
が、長年にわたって広い温度範囲で信頼ある作動を行う
ことができるものとして考えられている。大半の圧力セ
ンサの応答性は圧力、即ち感知された圧力の測定値であ
る大きさの関数である。一定の基準圧力に一側で晒さ
れ、感知すべき流体圧力に他側で晒されるエラストマー
センサダイアフラムは偏向により圧力差に応答し、その
大きさは、例えば接続された電位差計により、電気信号
に変換できる。圧力の関数としてのスイッチ作用をトリ
ガする際に、リミットスイッチがセンサダイアフラムの
応答により直接的又は間接的に作動される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】すべての場合におい
て、長い期間にわたって衝撃、摩耗及び厳しい温度効果
に晒される運動部品が必要であり、センサダイアフラム
の２つの側間の流体分離もこのような状況下で問題とな
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、丈夫なデザイ
ンのため、圧力比例で測定される変数の形成のみならず
圧力の関数としてスイッチ作用を制御する際に、極めて
簡単な形状及びコンパクトな寸法が自動車技術応用にと
って特に適する圧力センサを提供する。
【０００５】本発明によれば、センサダイアフラムはそ
の反対側の表面で剛直に支持される。センサダイアフラ
ムはエラストマー材料で作られ、その電気的に非導電性
の物質内には、電気的に導電性の材料の微粒子を均一に
分布するように埋設する。流体圧力により生じるセンサ
ダイアフラムの圧縮のため、センサダイアフラムの抵抗
又は抵抗率に測定可能な変化が起こる。その理由は、電
気的に導電性の材料の粒子が互いに一層近づくように移
動し、その結果、隣接する粒子が互いに接触するように
なる機会が増大するからである。従って、本発明に係る
圧力センサはどんな運動部品をも必要とせず、故障、大
型化、摩耗、高生産コスト及び漏洩の問題に対して敏感
な運動部品に関連する問題を排除する。センサダイアフ
ラムの電気的な表面抵抗は互いに離間した２つの測定点
で行われる接触により決定できる。普通の測定回路が使
用可能である。圧力比例測定信号を発生させるために、
ブリッジ回路を使用すると有利である。圧力の関数とし
てスイッチ作用を制御するために、単純な差動増幅回路
の使用が適する。
【０００６】本発明の好ましい実施の形態においては、
センサダイアフラムは剛直に支持された表面の側に２つ
の測定接点を有し、従って、センサダイアフラムは流体
の完全な分離を保証する。圧力センサの形状は、好まし
くは、支持ブロックにより環状の素子（この間にシール
リングが介挿されている）間でクランプされるセンサダ
イアフラムの簡単な原理に基づく。
【０００７】
【発明の実施の形態】ここで図１ないし図５を参照する
と、圧力センサ１０は、その主要な素子として、エラス
トマー物質内に埋設された電気的に導電性の材料の粒子
を組み込んだ電気的に絶縁性のエラストマーで作られた
センサダイアフラム１２を有する。電気的に導電性の粒
子は、測定可能な体積抵抗、しいては表面抵抗をセンサ
ダイアフラムに賦与するような密度で設けられる。この
電気的な体積抵抗又は表面抵抗は、ダイアフラムの圧縮
時に、一団に集められて互いに接触するようになる機会
を増大させる導電性粒子により、測定可能な状態で減少
する。適当なエラストマーはシリコーンゴムであり、こ
のゴム内に、電気的に導電性の粒子が均一に埋設分布さ
れる。導電性粒子の密度は経験的に決定することがで
き、その適当な例はニッケル、銀又は銅の粒子、或い
は、銀で被覆された銅又はガラスの粒子である。
【０００８】センサダイアフラム１２は平坦で円形のデ
ィスクであり、その２つの表面のうちの一方の表面が円
筒状の支持ブロック１４上に載置され、剛直に支持され
る。電気的に絶縁性の材料で構成される支持ブロック１
４内には、センサダイアフラムに対面する幅広い端部を
有する２つの接点ピン１６が埋設され、これらのピンは
測定可能な接点を形成する目的でセンサダイアフラム１
２と十分に接触する。接点ピン１６の反対側の端部は支
持ブロックから突出し、コネクタのための連結ピンを形
成する。支持ブロック１４は環状のベース本体１８の円
筒状のくぼみ内にぴったり収容される。
【０００９】圧縮リング２０は、その２つの環状表面上
に、Ｏ−リングを受け入れるための３つの同心の溝を具
備し、支持ブロック１４から離れる方向に向いたセンサ
ダイアフラム１２の表面により支持される。その反対側
の環状表面により、圧縮リング２０はクランプボルト２
２によって連結ポート２６の一端でリングフランジに対
してクランプされる。圧縮リング２０及び連結ポート２
６を備えたリングフランジ２４により形成される組立体
はクランプボルト３０によりベース本体１８に対してク
ランプされるクランプリング２８によって留められ、そ
の結果、圧縮リングはセンサダイアフラム１２の表面に
対して押圧される。この接触圧力はクランプリング２８
とベース本体１８との間にシムを挿入することにより決
定できる。
【００１０】ここで図４を参照すると、環状のベース本
体１８がその中間に（接点ピン１６を突出させる）コネ
クタくぼみ３２をどのようにして形成するかを示し、半
径方向の導管３４がコネクタくぼみ３２に隣接している
（図５）。
【００１１】圧力センサの組立てられた素子の正確な整
合はクランプリング２８及びベース本体１８の対応して
整合した穴内に挿入された位置決めピン３６により達成
され、これらの位置決めピンはまた圧力センサの素子の
相対的な回転位置を正確に画定する。
【００１２】連結ポート２６は、センサダイアフラム表
面の晒される部分を取り囲む圧縮リング２０の中央開口
に通じる流体通路を取り囲む。このセンサダイアフラム
表面上には、決定すべき流体圧力が連結ポート２６を介
して作用する。媒体の遮断は、圧縮リング２０の溝内に
挿入されたＯ−リングとの協働作用によりセンサダイア
フラム自体により行われる。
【００１３】接点ピンはコネクタ（図示せず）を介して
電子回路に接続され、この電子回路は、圧力センサの特
定の用途に応じて、例えば、圧力比例測定信号を発生さ
せるブリッジ回路又は圧力の関数としてスイッチ作用を
活動させる差動増幅器として構成することができる。連
結ポート２６を介してセンサダイアフラム１２の晒され
る部分へ流体圧力を作用させることにより、センサダイ
アフラム１２の部分が圧縮され、その結果、その電気体
積抵抗、従って、接点ピン１６を介して利用できる表面
抵抗も減少する。測定信号を最大化するため、接点ピン
１６の端部はセンサダイアフラム１２のクランプされた
周辺リムの領域内に配置される。
【００１４】図示の実施の形態においては、センサダイ
アフラム１２は材料の丸くて平坦なディスクである。し
かし、特殊な応用に適する三次元的に形成された本体と
して形状づけることもできる。
【００１５】図１ないし図５に示す実施の形態は、クラ
ンプボルト３０の使用により解体可能な組立体となるの
で、試験用に特に適する。ここで図６を参照すると、安
価な一連の生産に適した実施の形態を示す。この実施の
形態においては、連結ポート２６は支持ブロック１４を
挿入するハウジング本体４０と一体的に形成された雄型
ネジ部２６ａを具備する。その上にセンサダイアフラム
１２を装着した支持ブロック１４はハウジング本体４０
のクリンプされたリム４２により剛直に固定される。そ
の外周において、センサダイアフラム１２はモールド成
形されたリングビード１２ａを備え、このビードはハウ
ジング本体４０の内部で対向するリング状表面領域４６
ａに対して押圧され、構造体をシールする。接点ピン１
６は支持ブロック１４に適用される電子モジュール４４
内へ突出し、このモジュールから接点ピン４６が延出す
る。電子モジュール４４は測定回路の少なくとも高イン
ピーダンス素子を含み、この回路により、センサダイア
フラム１２の抵抗の変化が電気信号に変換される。
【００１６】センサダイアフラム１２（詳細には、その
外周辺部）が支持ブロック１４内に埋設することのでき
る圧縮リングと接触する場合は、接点ピン１６の１つを
省略することができる。代わりに、ハウジング本体４０
を電気的に導電性の材料（特に金属）で作り、リング状
表面領域４６ａを含むすべてにおいて、接地接点を形成
し同時に電気シールドを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】流体側における圧力センサの平面図である。
【図２】図１に示すIIーII線における断面図である。
【図３】図１に示すIIIーIII線における断面図である。
【図４】図１に示すIVーIV線における断面図である。
【図５】ベース本体側における圧力センサの平面図であ
る。
【図６】圧力センサの好ましい実施の形態を示す断面図
である。
【符号の説明】
１０ 圧力センサ １２ センサダイアフラム １２ａ リングビード １４ 支持ブロック １８ ベース本体 １６ 接点ピン ２０ 圧縮リング ２４ リングフランジ ２６ 連結ポート ２８ クランプリング ３０ クランプボルト ３２ コネクタくぼみ ３６ 位置決めピン ４０ ハウジング本体 ４２ リム ４６ａ 表面領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルクス・アルトマン ドイツ連邦共和国78345 モース−バン クホルツェン，シュタイナーヴェーク 13アー (72)発明者 ロベルト・スコフルヤネク ドイツ連邦共和国78345 モース−バン クホルツェン，イン・デン・レベン ４ (72)発明者 クレメンス・ミュラー ドイツ連邦共和国78315 ラドルフツェ ル，モーゼルシュトラーセ １ (56)参考文献 特開 平２−61532（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−332516（ＪＰ，Ａ) 登録実用新案3022142（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 9/02 G01L 19/14 H01H 35/34

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧力センサにおいて、 加圧流体に晒されるようになった第１の表面と、剛直な
    支持部材（１４）上で支えられる第２の対向する表面と
    を備えたセンサダイアフラム（１２）を有し、 上記センサダイアフラム（１２）が電気的に非導電性の
    エラストマー材料で作られ、同エラストマー材料内に
    は、電気的に導電性の微粒子が、均一に埋設され、流体
    圧力により生じる当該センサダイアフラム（１２）の圧
    縮が同ダイアフラムの電気抵抗率に測定可能な変化を発
    生させるような密度で、分布されており、 上記センサダイアフラム（１２）の上記第１の表面には
    シールが配置され該ダイアフラムの上記第２の表面を完
    全に上記加圧流体からシールするようになっている、 ことを特徴とする圧力センサ。
  2. 【請求項２】 上記センサダイアフラム（１２）が互い
    に離れた少なくとも２つの測定領域で一対の測定接点
    （１６）と接触することを特徴とする請求項１に記載の
    圧力センサ。
  3. 【請求項３】 上記センサダイアフラム（１２）が周辺
    リムを有し、同リムにおいて剛直に固定されることを特
    徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
  4. 【請求項４】 上記測定接点（１６）が上記センサダイ
    アフラム（１２）の上記第２の表面の側に配置されるこ
    とを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。
  5. 【請求項５】 上記測定接点（１６）が上記センサダイ
    アフラム（１２）の上記第２の表面に隣接して配置され
    ることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
  6. 【請求項６】 環状の圧力板（２０）が上記第１の表面
    の側で上記センサダイアフラム（１２）の周辺リムに対
    してクランプされることを特徴とする請求項１ないし５
    のいずれかに記載の圧力センサ。
  7. 【請求項７】 上記シールは、上記ダイアフラム（１
    ２）の上記第１の表面を取り囲み上記圧力板（２０）と
    上記第１の表面との間でクランプされた少なくとも１つ
    のリングシールにより提供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. 【請求項８】 上記シールが上記センサダイアフラム
    （１２）の外周辺に形成されたリングビード（１２ａ）
    により提供されることを特徴とする請求項１ないし５の
    いずれかに記載の圧力センサ。
  9. 【請求項９】 上記環状の圧力板（２０）が連結ポート
    （２６）の一端で環状の連結フランジ（２４）に対して
    クランプされ、少なくとも１つのシールが当該圧力板と
    上記連結フランジとの間に介挿されることを特徴とする
    請求項６又は７に記載の圧力センサ。
  10. 【請求項１０】 上記環状の連結フランジ（２４）がク
    ランプリング（２８）により留められ、同クランプリン
    グがクランプボルト（３０）によりベース本体（１８）
    に対してクランプされ、同ベース本体が上記支持ブロッ
    ク（１４）を収容するくぼみを有することを特徴とする
    請求項９に記載の圧力センサ。
  11. 【請求項１１】 上記測定接点（１６）が上記支持ブロ
    ック（１４）内に埋設された接点ピンを有することを特
    徴とする請求項２及び６ないし１０のいずれかに記載の
    圧力センサ。
  12. 【請求項１２】 上記ベース本体が環状であり、上記接
    点ピン（１６）が上記センサダイアフラム（１２）から
    離れる方向に向いた表面において、上記支持ブロック
    （１４）から、当該ベース本体（１８）内に画定された
    コネクタ開口（３２）内へ突出することを特徴とする請
    求項１１に記載の圧力センサ。
  13. 【請求項１３】 上記クランプリング（２８）が互いに
    整合した穴内に挿入された位置決めピン（３６）により
    上記ベース本体（１８）に接続されることを特徴とする
    請求項１０ないし１２のいずれかに記載の圧力センサ。
  14. 【請求項１４】 上記センサダイアフラム（１２）が上
    記支持ブロック（１４）と完全接触し、上記センサダイ
    アフラム（１２）を伴う当該支持ブロック（１４）がハ
    ウジング本体（４０）のクリンプされたリム（４２）と
    内側のリング状表面領域（４６ａ）との間でクランプさ
    れることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記
    載の圧力センサ。
  15. 【請求項１５】 上記ハウジング本体が金属製であり、
    上記リング状表面領域（４６ａ）が外周辺で上記センサ
    ダイアフラム（１２）に接触する接点を形成することを
    特徴とする請求項１４に記載の圧力センサ。
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