JP3603772B2

JP3603772B2 - Pressure sensor

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Publication number: JP3603772B2
Application number: JP2000292395A
Authority: JP
Inventors: 和宏知久; 之啓加藤; 精一郎大竹
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: JP2002098608A; DE10147124A1; DE10147124B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オイルで封止された検出素子を備える第１のケースに、メタルダイヤフラムを備える第２のケースを組み付け、メタルダイヤフラムに発生する応力を、オイルを介して検出素子へ伝達するようにした圧力センサに関し、特に、オイルを封止するためのメタルダイヤフラム及びＯリングを支持する押さえ部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の圧力センサとしては、特開平７−２４３９２６号公報に記載のものが提案されている。このものは、一面に凹部が形成された第１のケースと、この凹部内に配設された圧力検出用の検出素子と、この検出素子を覆うように該凹部内に充填されたオイルと、外部から圧力を導入可能な圧力導入孔を有し該凹部を覆うように第１のケースに組み付けられた第２のケースと、を備えている。
【０００３】
そして、第２のケースには、オイルを封止するように上記凹部と圧力導入孔とを区画するメタルダイヤフラムが備えられている。このメタルダイヤフラムは、その周辺部が環状の押さえ部材と第２のケースとの間に挟みつけられることにより、第２のケースに固定された状態となっている。
【０００４】
ここで、押さえ部材及びメタルダイヤフラムは、メタルダイヤフラムの周辺部にて溶接により第２のケースに一体に接合されている。そして、この溶接による接合部が、第２のケースと押さえ部材とによりメタルダイヤフラムを固定するメタルダイヤフラム固定部として構成されている。
【０００５】
また、押さえ部材におけるメタルダイヤフラムを押さえつける面とは反対側の面には、Ｏリングが配設されている。つまり、第１のケースと押さえ部材との間には、Ｏリングが介在して支持されており、このＯリングによって第１のケースと押さえ部材との間がシールされている。
【０００６】
このような構成を有する圧力センサ（以下、オイル封止型の圧力センサという）においては、第２のケースにおける圧力導入孔から圧力が導入され、導入された圧力によりメタルダイヤフラムに応力（歪み応力）が発生する。そして、この応力がオイルを介して検出素子へ伝達され、検出素子において印加応力に応じたレベルの信号を発生し、この信号に基づいて圧力が検出されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のオイル封止型の圧力センサについて、本発明者等が検討したところ、次のような問題が生じることが分かった。図５は、上記従来の圧力センサにおけるオイル封止部の概略断面図である。
【０００８】
図５に示す様に、メタルダイヤフラム３４は、その周辺部にて、第２のケース３０と押さえ部材Ｊ１とに挟まれ、レーザ溶接等を用いた溶接により接合されている。図５では、溶接部３６が、第２のケース３０と押さえ部材Ｊ１とによりメタルダイヤフラム３４を固定するメタルダイヤフラム固定部として形成されている。
【０００９】
導入された圧力によってメタルダイヤフラム３４は、オイル側（図５中の矢印Ｙ１方向）に変形する。このメタルダイヤフラム３４の変形により、押さえ部材Ｊ１の内周端部即ちメタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ１には、図中の白抜き矢印に示す様に、応力Ｆが加わる。この応力Ｆにより、結果的にメタルダイヤフラム固定部（溶接部）３６には、メタルダイヤフラム３４及び押さえ部材Ｊ１を第２のケース３０から離すような応力が加わる。
【００１０】
ここで、従来では、この種のオイル封止型の圧力センサは、主に自動車のエアコン冷媒圧力やパワーステアリング油圧等の検出圧力が０〜１０ＭＰａの範囲で使用されていた。しかし、この種の圧力センサをブレーキ油圧や燃料圧といった用途に供することを考えた場合、検出圧力が例えば０〜２０ＭＰａといった範囲となり、より高い圧力の検出にまで使用されることとなる。
【００１１】
上記のような、より高い圧力にまで適用する場合、メタルダイヤフラムの変形もより大きくなり、上記メタルダイヤフラム固定部に加わる応力も増大し、該固定部の破壊が懸念される。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑み、オイル封止型の圧力センサにおいて、メタルダイヤフラムの変形に伴って加わる応力に対するメタルダイヤフラム固定部の耐性を向上させることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明等は、上記目的を達成するため、メタルダイヤフラムの変形に伴ってメタルダイヤフラム固定部に加わる応力について、より詳細な検討を行った。上記図５にて述べたように、メタルダイヤフラム３４の変形により、環状の押さえ部材Ｊ１の内周端部にて、押さえ部材Ｊ１を第２のケース３０から離すように応力Ｆが加わる。
【００１４】
このことから、押さえ部材Ｊ１のメタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ１を、メタルダイヤフラム３４における極力外周側の部位に位置させる、即ち、拘束点（メタルダイヤフラム３４からの応力Ｆが加わる箇所）Ｐ１とメタルダイヤフラム固定部３６との距離Ｌ１を短くすることで、メタルダイヤフラム３４の変形に伴い該固定部３６に加わる応力を小さくすることを考えた。
【００１５】
この場合、単純には、押さえ部材Ｊ１の外径を変えずに内径を大きくし、押さえ部材Ｊ１の径方向の幅Ｗ１を短くすることが考えられる。しかし、一方で、図５に示す様に、押さえ部材Ｊ１はメタルダイヤフラム３４を押さえつける側の面とは反対側の面にてＯリング４２を支持する役目を有するため、単純に押さえ部材Ｊ１の径方向の幅Ｗ１を短くすると、Ｏリング４２が押さえ部材Ｊ１からはみ出して、その支持を十分に行うことができなくなってしまう。
【００１６】
以上のことから、押さえ部材において、Ｏリングの支持機能を十分に確保しつつ、メタルダイヤフラムに対する拘束点とメタルダイヤフラム固定部との距離を短くする必要がある。本発明は、このような検討の結果得られた知見に基づいてなされたものである。
【００１７】
すなわち、請求項１に記載の発明では、オイル封止型の圧力センサにおいて、押さえ部材（３５）を、その外周側の部位がメタルダイヤフラム（３４）に接触する接触部（３５ａ）として構成され、その内周側の部位がＯリング（４２）を支持する面において外周側の部位と同一平面になっているとともに外周側の部位よりも厚さが薄くなってメタルダイヤフラムとは接触しない非接触部（３５ｂ）として構成されているものとしたことを特徴としている。
【００１８】
本発明によれば、押さえ部材の外周側をメタルダイヤフラムに接触する接触部とし、押さえ部材の内周側を外周側よりも薄くしてメタルダイヤフラムとは接触しない非接触部としている。それにより、従来に比べて、押さえ部材のうちメタルダイヤフラムに接して押さえる面については、径方向の幅を短くすることができ、Ｏリングを支持する面については、径方向の幅を短くする必要がない。
【００１９】
そのため、押さえ部材におけるＯリング支持機能を損なうことなくＯリングの支持を十分に行うことができるとともに、押さえ部材のメタルダイヤフラムに対する拘束点（Ｐ２）を、従来よりも押さえ部材における外周側の部位に位置させることができる。
【００２０】
即ち、本発明によれば、従来に比べて、メタルダイヤフラムに対する拘束点とメタルダイヤフラム固定部（３６）との距離（Ｌ２）を短くすることができるため、メタルダイヤフラムの変形に伴いメタルダイヤフラム固定部に加わる応力を小さくすることができる。従って、本発明によれば、メタルダイヤフラムの変形に伴って加わる応力に対するメタルダイヤフラム固定部の耐性を向上させることができる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明では、押さえ部材（３５）における非接触部（３５ｂ）を、接触部（３５ａ）から押さえ部材の内周端部に向かって厚さが連続的に薄くなっているテーパ部としたことを特徴としている。
【００２２】
それによれば、非接触部が接触部側から連続的に薄くなったテーパ形状となっているから、接触部に比べて厚さの薄い非接触部におけるＯリングの支持強度をより強いものとすることができ、好ましい。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の圧力センサにおいて、凹部（１１）を第１のケース（１０）の一端側の表面に形成し、第２のケース（３０）を、一端側に開口部（３１）を有するとともに他端側に圧力導入孔（３２）を有し、該開口部に第１のケースの一端側が挿入された状態で第１のケースに組み付けられているものとした構成とした場合における押さえ部材の具体的構成を提供するものである。
【００２４】
すなわち、請求項３の圧力センサにおける押さえ部材（３５）は、その断面形状をみたとき、第１および第２のケースの挿入部において当該挿入方向へ延びるように第１のケースと第２のケースとの間に介在する第１の部分（３５１）と、この第１の部分から折れ曲がって延びメタルダイヤフラムを挟みつける第２の部分（３５２）とよりなるＬ字形状をなしており、当該第２の部分が、接触部（３５ａ）および非接触部（３５ｂ）を構成する部位であることを特徴としている。
【００２５】
第１のケースにおける凹部が形成された一端側を、第２のケースの一端側の開口部に挿入して組み付ける構成の場合、通常、押さえ部材は、第２のケースの開口部に圧入されて固定される。
【００２６】
このとき、本発明のように、押さえ部材が第１の部分と第２の部分とよりなる断面Ｌ字状の環状部材であると、第１の部分が圧入代となって圧入部の接触面積を稼ぐことができる。そのため、第２のケースへの押さえ部材の圧入による固定性を良好なものとすることができ、好ましい。
【００２７】
さらに、断面Ｌ字状の環状の押さえ部材（３５）においては、請求項４に記載の発明のように、第１の部分（３５１）よりも第２の部分（３５２）の方が肉厚が大きいことが好ましい。
【００２８】
それによれば、メタルダイヤフラムを挟みつける第２の部分を厚いものとできるため、メタルダイヤフラムの変形に伴い加わる応力に対するメタルダイヤフラム固定部の耐性をより向上させることができる。また、第１のケースと第２のケースとの間に介在する第１の部分を薄いものとできるため、押さえ部材の径方向へのセンサ体格の増加を抑えることができる。
【００２９】
ここで、上記の各請求項に記載の発明においては、請求項５に記載の発明のように、接触部（３５ａ）の肉厚を０．４ｍｍ以上とすることが好ましい。メタルダイヤフラムの変形に伴ってメタルダイヤフラム固定部に加わる応力は、材料力学的には押さえ部材の板厚が厚いほど小さくなるが、本発明者等の検討によれば、接触部の肉厚が０．４ｍｍ以上であれば、当該応力低減の効果が十分に発揮される。
【００３０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るオイル封止型の圧力センサＳ１の全体概略を示す断面図であり、この圧力センサＳ１は、自動車に搭載され、エアコンの冷媒圧や自動車の燃料噴射系の燃料圧を検出する圧力センサとして適用されたものとして説明する。また、図２は、図１中のオイル封止部の拡大図である。
【００３２】
１０はコネクタケース（本発明でいう第１のケース）である。このコネクタケース１０は、本例では、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂を型成形することにより作られ、略円柱状をなしている。このコネクタケース１０の一端側の表面（図１中、下方側の端面）には凹部１１が形成されている。
【００３３】
この凹部１１には、圧力検出用の集積化センサ素子としてのセンサチップ（本発明でいう検出素子）２０が配設されている。本例のセンサチップ２０は、受圧面としてのダイヤフラム（図示せず）を有し、受けた圧力を電気信号に変換しこの電気信号をセンサ信号として出力する半導体ダイヤフラム式のものである。
【００３４】
そして、センサチップ２０は、ガラス等よりなる台座２１に陽極接合等により一体化されて、台座２１を凹部１１の底面に接着することで、コネクタケース１０に搭載されている。
【００３５】
また、コネクタケース１０には、センサチップ２０と外部の回路等とを電気的に接続するための複数個の金属製棒状のターミナル（コネクタピン）１２が設けられている。本例では、ターミナル１２は黄銅（真鍮）にメッキ処理（例えばＮｉメッキ）を施した材料よりなり、インサートモールドによりコネクタケース１０と一体に成形されることによりコネクタケース１０内にて保持されている。
【００３６】
各ターミナル１２の一端側（図１中、下方端側）の端部は、センサチップ２０の搭載領域の周囲において凹部１１の底面から突出している。そして、各ターミナル１２の突出部の先端面とセンサチップ２０とは、金やアルミニウム等のワイヤボンディングにより形成されたワイヤ（ボンディングワイヤ）１３を介して結線され電気的に接続されている。
【００３７】
また、図１に示す様に、各ターミナル１２の突出部の周囲には、コネクタケース１０とターミナル１２との隙間を封止するためのシール剤１４が設けられている。このシール剤１４は例えばシリコン系樹脂よりなるもので、このシール剤１４により、もし、ターミナル１２が突出する凹部１１の底面部分に隙間があってもその隙間は封止される。
【００３８】
そして、凹部１１内には、センサチップ（検出素子）２０、ターミナル１２、ワイヤ１３及びシール剤１４を覆うようにオイル１５が充填されている。このオイル１５は、フッ素オイル等よりなり、主として圧力伝達媒体として機能するものである。
【００３９】
一方、図１において、コネクタケース１０の他端側（図１中、上方端側）は、ターミナル１２における上記突出部とは反対側の他端側を、例えばワイヤハーネス等の外部配線部材（図示せず）を介して上記外部回路（車両のＥＣＵ等）に電気的に接続するための接続部１６となっている。こうして、センサチップ２０と外部との間の信号の伝達は、ワイヤ１３及びターミナル１２を介して行われるようになっている。
【００４０】
次に、図１において、３０はハウジング（本発明でいう第２のケース）であり、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料よりなる。このハウジング３０は、一端側（図１中の上方端側）に開口部３１を有するとともに、他端側（図１中の下方端側）に外部から圧力（上記したエアコンの冷媒や自動車の燃料等の圧力）が導入される圧力導入孔３２を有する。
【００４１】
また、ハウジング３０の他端側の外面には、圧力センサＳ１を自動車の適所（エアコンの冷媒配管や自動車の燃料配管等）に固定するためのネジ部３３が形成されている（図１参照）。
【００４２】
そして、ハウジング３０は、図１に示す様に、その開口部３１にコネクタケース１０の一端側（図１中の下端側）が挿入された状態で、凹部１１を覆うようにコネクタケース１０に組み付けられている。ここで、ハウジング３０の一端側の端部３０ａがコネクタケース１０にかしめ固定されている。
【００４３】
更に、ハウジング３０の一端側には、薄い金属（例えばＳＵＳ等）製のメタルダイヤフラム３４と、このメタルダイヤフラム３４の周辺部に配置された環状金属（例えばＳＵＳ等）製の押さえ部材（リングウェルド）３５と、が設けられている。
【００４４】
本例では、レーザ溶接等により、メタルダイヤフラム３４の周辺部を押さえ部材３５とともにハウジング３０に対して全周溶接し、メタルダイヤフラム３４、押さえ部材３５及びハウジング３０の３者が溶け合った溶接部３６を形成している。それにより、この溶接部３６が、ハウジング３０と押さえ部材３５とによりメタルダイヤフラム３４を固定する固定部として構成されている。
【００４５】
そして、押さえ部材３５は、メタルダイヤフラム３４をハウジング３０との間に挟みつけるように固定し、メタルダイヤフラム３４は、その周辺部がハウジング３０に固定された状態でオイル１５を封止するように、凹部１１と圧力導入孔３２とを区画している。
【００４６】
こうして組み合わせられたケース１０とハウジング３０において、ケース１０の凹部１１とハウジング３０のメタルダイヤフラム３４との間で、オイル１５が封入されている。そして、このオイル１５が封入された室が、圧力検出室４０として構成されている。
【００４７】
この圧力検出室４０の外周囲には、環状の溝（Ｏリング溝）４１が形成され、この溝４１内には、圧力検出室４０を気密封止するためのＯリング４２が配設されている。このＯリング４２は、例えばシリコンゴム等の弾性材料よりなり、コネクタケース１０と押さえ部材３５との間に介在し支持されている。
【００４８】
そして、Ｏリング４２は、コネクタケース１０と押さえ部材３５とにより挟まれて押圧されており、これによって、Ｏリング４２はメタルダイヤフラム３４とともに圧力検出室４０（つまり、凹部１１内のオイル１５）を封止する役割を果たしている。
【００４９】
なお、本例では、上記溝４１内には、Ｏリング４２の外周にバックアップリング４３が設けられている。このバックアップリング４３は、例えば４フッ化エチレン樹脂等の樹脂材料よりなり、Ｏリング４２が広がったときにＯリング４２がコネクタケース１０と押さえ部材３５との隙間に入り込んで損傷するのを防止する等の役割を担うものである。
【００５０】
このように、本実施形態では、押さえ部材３５は、一側（図２中の下方側）の面にてメタルダイヤフラム３４を押さえつけるとともに反対側の面にてＯリング４２を支持する役目を有している。そして、本実施形態では、この押さえ部材３５を、次のような独自の構成としたことを主たる特徴としている。
【００５１】
すなわち、図２に示す様に、押さえ部材３５は、その外周側の部位がメタルダイヤフラム３４に接触する接触部３５ａとして構成され、その内周側の部位が外周側の部位（接触部３５ａ）よりも厚さが薄くメタルダイヤフラム３４とは接触しない非接触部３５ｂとして構成されている。
【００５２】
このような環状の押さえ部材３５は、金属素材に対してプレス加工等を施すことにより、容易に形成することができる。特に本例では、上記非接触部３５ｂを、接触部３５ａから押さえ部材３５の内周端部に向かって厚さが連続的に薄くなっているテーパ部としている。
【００５３】
また、本例では、図２に示す様に、押さえ部材３５は、その断面（径方向の断面）形状をみたときＬ字形状をなしている。即ち、コネクタケース１０とハウジング３０との挿入部において当該挿入方向へ延びるようにコネクタケース１０とハウジング３０との間に介在する第１の部分３５１と、この第１の部分３５１から折れ曲がって延びメタルダイヤフラム３４を挟みつける第２の部分３５２とによりＬ字形状をなしている。
【００５４】
つまり、本例では、押さえ部材３５における第２の部分３５２が、接触部３５ａおよび非接触部３５ｂを構成する部位となっている。そして、押さえ部材３５において、第１の部分３５１よりも第２の部分３５２の方が肉厚が大きくなっている。例えば、第１の部分３５１の肉厚は０．３ｍｍとすることができ、第２の部分３５２における接触部３５ａの肉厚は、０．４ｍｍ以上とすることができる。
【００５５】
次に、上記圧力センサＳ１の製造方法について述べる。ターミナル１２がインサート成形されたコネクタケース１０を用意する。シリコン系樹脂等よりなる接着剤を用いて、コネクタケース１０の凹部１１内へセンサチップ２０を台座２１を介し接着固定する。
【００５６】
そして、凹部１１内へシール剤１４を注入し、シール剤１４を各ターミナル１２の周囲へ行き渡らせた後、硬化させる。次に、ワイヤボンディングを行って、各ターミナル１２の突出部の先端面とセンサチップ２０とをワイヤ１３で結線する。
【００５７】
そして、センサチップ２０側を上にしてコネクタケース１０を配置し、コネクタケース１０の上方から、ディスペンサ等によりフッ素オイル等よりなるオイル１５を、凹部１１へ一定量注入する。
【００５８】
続いて、一端側にメタルダイヤフラム３４及び押さえ部材３５が全周溶接されたハウジング３０を用意し、このハウジング３０を上から水平を保ったまま、ハウジング３０の開口部３１をコネクタケース１０に嵌合するように降ろす。この状態のものを真空室に入れて真空引きを行い圧力検出室４０内の余分な空気を除去する。
【００５９】
その後、コネクタケース１０と押さえ部材３５とが十分接するまで押さえ、メタルダイヤフラム３４とＯリング４２によりシールされた圧力検出室４０を形成する。次に、ハウジング３０の端部３０ａをコネクタケース１０にかしめることにより、ハウジング３０とコネクタケース１０と一体化する。こうして、コネクタケース１０とハウジング３０との組合せ固定がなされ、図１に示す圧力センサＳ１が完成する。
【００６０】
かかる圧力センサＳ１の基本的な圧力検出動作について述べる。圧力センサＳ１は、例えば、ハウジング３０のネジ部３３を介して、車両の適所に取り付けられる。そして、外部からの圧力（上記したエアコンの冷媒や自動車の燃料等の圧力）が、ハウジング３０の圧力導入孔３２を介して圧力センサＳ１内に導入される。
【００６１】
すると、導入された圧力がメタルダイヤフラム３４に印加され、メタルダイヤフラム３４には応力（歪み応力）が発生する。この応力は、圧力検出室４０内のオイル１５を介して、センサチップ２０へ伝達され、センサチップ２０の受圧面に印加される。
【００６２】
そして、印加された圧力に応じた電気信号がセンサ信号として、センサチップ２０から出力される。このセンサ信号は、センサチップ２０からワイヤ１３、ターミナル１２を介して、上記外部回路へ伝達される。以上が、圧力センサＳ１における基本的な圧力検出動作である。
【００６３】
ところで、本実施形態のオイル封止型の圧力センサＳ１では、環状の押さえ部材３５において、外周側の部位をメタルダイヤフラム３４に接触する接触部３５ａとして構成し、内周側の部位を当該外周側の部位よりも厚さが薄くメタルダイヤフラム３４とは接触しない非接触部３５ｂとして構成したことを特徴としている。
【００６４】
このような構成を採用した押さえ部材３５の効果等について、上記図５に示した従来の押さえ部材Ｊ１と比較しながら、図３の模式図を参照して具体的に述べる。まず、従来の押さえ部材Ｊ１では、Ｏリング４２を支持する面及びメタルダイヤフラム３４に接して押さえる面の径方向の幅は、同じ幅Ｗ１である。
【００６５】
それに対して、本実施形態の押さえ部材３５では、図３に示す様に、Ｏリング４２を支持する面については、径方向の幅を従来と同等の幅Ｗ１に維持したまま、メタルダイヤフラム３４に接して押さえる面については、従来よりも径方向の幅を短い幅Ｗ２とすることができる。
【００６６】
そのため、押さえ部材３５におけるＯリング４２を支持する機能を十分に確保しつつ、図３に示す様に、押さえ部材３５のメタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ２を、接触部３５ａと非接触部３５ｂとの境界部とすることで、従来の拘束点Ｐ１（図５参照）よりも押さえ部材３５における外周側の部位に位置させることができる。
【００６７】
即ち、本実施形態によれば、メタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ２を溶接部（メタルダイヤフラム固定部）３６に近づけることができ、該拘束点Ｐ２とメタルダイヤフラム固定部との距離Ｌ２を、従来の拘束点とメタルダイヤフラム固定部との距離Ｌ１（図５参照）に比べて、短くすることができる。
【００６８】
そのため、メタルダイヤフラム３４の変形に伴って拘束点Ｐ２にメタルダイヤフラム３４の応力Ｆが加わっても（図３中の白抜き矢印）、この応力Ｆの溶接部（メタルダイヤフラム固定部）３６への影響を従来に比べて小さくすることができる。従って、本実施形態によれば、メタルダイヤフラム３４の変形に伴って加わる応力に対するメタルダイヤフラム固定部の耐性を向上させることができる。
【００６９】
また、本例では、押さえ部材３５における非接触部３５ｂを、接触部３５ａから押さえ部材３５の内周端部に向かって厚さが連続的に薄くなっているテーパ部としている。ここで、この非接触部３５ｂはテーパ部でなくとも良く、例えば、接触部３５ａと非接触部３５ｂとの間に段差をもって、非接触部３５ｂの厚さが接触部３５ａに対して非連続的に薄くなっていても良い。
【００７０】
しかし、本例のように、非接触部３５ｂを接触部３５ａ側から連続的に薄くなったテーパ形状とすることにより、非連続的に薄くした場合に比べて、接触部３５ａに比べ厚さの薄い非接触部３５ｂにおけるＯリング４２の支持強度をより強いものとすることができ、好ましい。
【００７１】
また、このテーパ部は、メタルダイヤフラム３４のオイル側への変位特性の向上にもつながる。即ち、上記図５に示す従来構成に比べて、メタルダイヤフラム３４の変位点（拘束点）をメタルダイヤフラム３４の外側寄りに移動させることができるため、変位量を大きくすることができる。
【００７２】
なお、メタルダイヤフラム３４がオイル１５側へ変位したときに、当該テーパ部（非接触部）とメタルダイヤフラム３４とが接触しないようにする必要がある。そのために、当該テーパ部の角度、即ち、図３に示す接触部３５ａがメタルダイヤフラム３４に接する界面とテーパ部とのなす角度θは、メタルダイヤフラム３４の変位角度（例えば１６°）以上とする。
【００７３】
また、上述したように本例の押さえ部材３５は、その断面（径方向断面）形状をみたとき、第１の部分３５１と第２の部分３５２とよりなるＬ字形状をなしており、当該第２の部分３５２が、接触部３５ａおよび非接触部３５ｂを構成する部位となっている（図２参照）。
【００７４】
本実施形態の様に、凹部１１が形成されたコネクタケース１０の一端側を、ハウジング３０の一端側の開口部３１に挿入して組み付ける構成の場合、押さえ部材３５をハウジング３０の開口部３１に固定する方法は、通常、圧入により行われる。
【００７５】
このとき、本例のように、押さえ部材３５が第１の部分３５１と第２の部分３５２とよりなる断面Ｌ字状の環状部材であると、第１の部分３５１が圧入代となって圧入部の接触面積を稼ぐことができる。そのため、ハウジング３０の開口部３１への押さえ部材３５の圧入による固定性を良好なものとすることができ、好ましい。
【００７６】
さらに、断面Ｌ字状の環状の押さえ部材３５においては、本例のように、第１の部分３５１よりも第２の部分３５２の方が肉厚が大きいことが好ましい。これは、次の理由による。
【００７７】
まず、メタルダイヤフラム３４を挟みつける第２の部分３５２を厚いものとできるため、メタルダイヤフラム３４の変形に伴って加わる応力に対するメタルダイヤフラム固定部の耐性をより向上させることができる。また、コネクタケース１０とハウジング３０との間に介在する第１の部分３５１を薄いものとできるため、押さえ部材３５の径方向へのセンサ体格の増加を抑えることができる。
【００７８】
ここで、上述したように、押さえ部材３５においては、接触部３５ａの肉厚を０．４ｍｍ以上とすることが好ましい。メタルダイヤフラム３４の変形により溶接部（メタルダイヤフラム固定部）３６に加わる応力は、材料力学的には押さえ部材３５の板厚（肉厚）が厚いほど小さくなる。具体的には、該応力は、押さえ部材３５の板厚の２乗に反比例する。
【００７９】
このことから、本発明者等は、押さえ部材３５に加わる荷重を使用圧力範囲とした場合の、押さえ部材３５の接触部３５ａの板厚と溶接部３６に加わる応力との関係を計算により求めた。その結果を図４に示す。図４から、接触部３５ａの肉厚が０．４ｍｍ以上であれば、溶接部３６に加わる応力を、押さえ部材３５の降伏応力（例えば２８０ＭＰａ）以下に確実に抑えることができることがわかる。
【００８０】
また、上記図２や図３に示す様に、本実施形態では、押さえ部材３５における接触部３５ａと非接触部３５ｂとの境界部が、メタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ２となっているが、ハウジング３０においても、メタルダイヤフラム３４との接触部と非接触部の境界部に、メタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ３が存在する（図２参照）。
【００８１】
ここで、押さえ部材３５側の拘束点Ｐ２とハウジング３０側の拘束点Ｐ３との位置が重ならないようにずらすことが好ましい。本例では、図２に示す様に、ハウジング３０側の拘束点Ｐ３を、押さえ部材３５側の拘束点Ｐ２よりもメタルダイヤフラム３４の外周側に位置させている。
【００８２】
圧力検出時においては、メタルダイヤフラム３４は、オイル１５側に変位するが、高温環境下では非検出時にオイル１５が膨張して、メタルダイヤフラム３４がハウジング３０側（圧力導入孔３２側）へ変位する可能性がある。
【００８３】
その場合、もし、上記２つの拘束点Ｐ２、Ｐ３の位置が重なって一致していると、メタルダイヤフラム３４は、同じ位置を支点として互いに反対する方向へ変位することとなる。すると、メタルダイヤフラム３４の同じ位置に、繰り返し曲げ応力が加わることとなるため、メタルダイヤフラム３４の耐久性という点からは好ましくない。
【００８４】
その点、上記２つの拘束点Ｐ２、Ｐ３の位置が重ならないようにずらすことで、反対方向への変位による曲げ応力が、メタルダイヤフラム３４の同じ位置に加わらないため、メタルダイヤフラム３４の耐久性という点から好ましい。図２に示す例では、ハウジング３０側の拘束点Ｐ３が、Ｏリング４２の幅の中心、即ち、Ｏリング４２の内周径と外周径とを足して２で割った径よりも内側に位置している。
【００８５】
（他の実施形態）
なお、押さえ部材３５は、上記した第１の部分３５１と第２の部分３５２とよりなる断面Ｌ字状の環状部材でなくともよく、その断面形状をみたとき、第１の部分３５１が無く、第２の部分３５２のみよりなる環状部材であっても良い。また、メタルダイヤフラム固定部は溶接以外にも、接着等にて形成してもよい。
【００８６】
要するに、本発明は、オイル封止型の圧力センサにおいて、メタルダイヤフラム及びＯリングを支持する環状の押さえ部材に、上記した接触部及び非接触部を備えたことを主たる特徴とするものであるから、他の部分は適宜設計変更可能である。
【００８７】
また、本発明の圧力センサは、エアコンの冷媒圧や自動車の燃料噴射系の燃料圧を検出する自動車用の圧力センサ以外にも、検出圧力が例えば０〜２０ＭＰａといった高い範囲の圧力検出にまで使用される圧力センサに用いて好適であるが、その用途は限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る圧力センサの全体概略断面図である。
【図２】図１中のオイル封止部の拡大図である。
【図３】本発明の作用効果を説明するための模式図である。
【図４】押さえ部材の板厚と溶接部に加わる応力との関係を示す図である。
【図５】従来の圧力センサにおけるオイル封止部の概略断面図である。
【符号の説明】
１０…コネクタケース、１１…コネクタケースの凹部、１５…オイル、
２０…センサチップ、３０…ハウジング、３１…ハウジングの開口部、
３２…圧力導入孔、３４…メタルダイヤフラム、３５…押さえ部材、
３５ａ…押さえ部材の接触部、３５ｂ…押さえ部材の非接触部、
３５１…押さえ部材の第１の部分、３５２…押さえ部材の第２の部分、
４２…Ｏリング。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, a second case including a metal diaphragm is assembled to a first case including a detection element sealed with oil, and a stress generated in the metal diaphragm is transmitted to the detection element via the oil. In particular, the present invention relates to a metal diaphragm for sealing oil and a holding member for supporting an O-ring.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of pressure sensor, a pressure sensor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-243926 has been proposed. This includes a first case in which a concave portion is formed on one surface, a detecting element for detecting pressure disposed in the concave portion, and oil filled in the concave portion so as to cover the detecting element. A second case that has a pressure introduction hole through which pressure can be introduced from the outside and is attached to the first case so as to cover the concave portion.
[0003]
The second case is provided with a metal diaphragm that partitions the recess and the pressure introduction hole so as to seal oil. The metal diaphragm is fixed to the second case by its peripheral portion being sandwiched between the annular pressing member and the second case.
[0004]
Here, the pressing member and the metal diaphragm are integrally joined to the second case by welding at a peripheral portion of the metal diaphragm. The joint by this welding is configured as a metal diaphragm fixing part for fixing the metal diaphragm by the second case and the pressing member.
[0005]
Further, an O-ring is provided on a surface of the pressing member opposite to a surface on which the metal diaphragm is pressed. That is, an O-ring is interposed and supported between the first case and the pressing member, and the O-ring seals between the first case and the pressing member.
[0006]
In a pressure sensor having such a configuration (hereinafter referred to as an oil-sealed pressure sensor), pressure is introduced from a pressure introduction hole in the second case, and a stress (strain stress) is applied to the metal diaphragm by the introduced pressure. Occurs. This stress is transmitted to the detecting element via the oil, and a signal having a level corresponding to the applied stress is generated in the detecting element, and the pressure is detected based on the signal.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the present inventors examined the above-mentioned conventional oil-sealed pressure sensor, it was found that the following problems occurred. FIG. 5 is a schematic sectional view of an oil sealing portion in the conventional pressure sensor.
[0008]
As shown in FIG. 5, the metal diaphragm 34 is sandwiched between the second case 30 and the holding member J1 at the periphery thereof, and is joined by welding using laser welding or the like. In FIG. 5, the welded portion 36 is formed as a metal diaphragm fixing portion for fixing the metal diaphragm 34 by the second case 30 and the pressing member J1.
[0009]
The introduced pressure deforms the metal diaphragm 34 toward the oil side (the direction of the arrow Y1 in FIG. 5). Due to the deformation of the metal diaphragm 34, a stress F is applied to the inner peripheral end of the holding member J1, that is, the constraint point P1 with respect to the metal diaphragm 34, as indicated by a white arrow in the drawing. As a result of this stress F, a stress is applied to the metal diaphragm fixing portion (welded portion) 36 so as to separate the metal diaphragm 34 and the pressing member J1 from the second case 30.
[0010]
Heretofore, this type of oil-sealed pressure sensor has conventionally been used mainly in the range of 0 to 10 MPa in the detection pressure such as the air-conditioner refrigerant pressure and power steering oil pressure of an automobile. However, when this type of pressure sensor is considered to be used for applications such as brake oil pressure and fuel pressure, the detected pressure is in a range of, for example, 0 to 20 MPa, and is used even for detection of a higher pressure.
[0011]
When the pressure is applied to a higher pressure as described above, the deformation of the metal diaphragm becomes larger, the stress applied to the metal diaphragm fixing portion also increases, and there is a concern that the fixing portion may be broken.
[0012]
In view of the above problems, an object of the present invention is to improve the resistance of a metal diaphragm fixing portion to a stress applied with the deformation of a metal diaphragm in an oil-sealed pressure sensor.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention and the like have conducted more detailed studies on the stress applied to the metal diaphragm fixing portion due to the deformation of the metal diaphragm. As described above with reference to FIG. 5, due to the deformation of the metal diaphragm 34, a stress F is applied at the inner peripheral end of the annular holding member J1 so as to separate the holding member J1 from the second case 30.
[0014]
For this reason, the restraining point P1 of the pressing member J1 with respect to the metal diaphragm 34 is positioned as far as possible on the outer peripheral side of the metal diaphragm 34, that is, the restraining point (the point where the stress F from the metal diaphragm 34 is applied) P1 and the metal diaphragm It was considered that the stress applied to the fixing portion 36 due to the deformation of the metal diaphragm 34 was reduced by shortening the distance L1 to the fixing portion 36.
[0015]
In this case, simply, it is conceivable to increase the inner diameter without changing the outer diameter of the pressing member J1 and shorten the radial width W1 of the pressing member J1. However, on the other hand, as shown in FIG. 5, the pressing member J1 has a role of supporting the O-ring 42 on the surface opposite to the surface on which the metal diaphragm 34 is pressed, so that the diameter of the pressing member J1 is simply determined. If the width W1 in the direction is shortened, the O-ring 42 protrudes from the pressing member J1 and cannot be sufficiently supported.
[0016]
From the above, in the holding member, it is necessary to shorten the distance between the constraint point on the metal diaphragm and the metal diaphragm fixing portion while sufficiently securing the support function of the O-ring. The present invention has been made based on the knowledge obtained as a result of such studies.
[0017]
That is, according to the first aspect of the present invention, in the oil-sealed pressure sensor, the pressing member (35) is configured as a contact portion (35a) whose outer peripheral portion is in contact with the metal diaphragm (34), The part on the inner circumference side The surface supporting the O-ring (42) is flush with the portion on the outer peripheral side. Thinner than the outer part Become It is characterized in that it is configured as a non-contact portion (35b) not in contact with the metal diaphragm.
[0018]
According to the present invention, the outer peripheral side of the pressing member is a contact portion that contacts the metal diaphragm, and the inner peripheral side of the pressing member is thinner than the outer peripheral side to be a non-contact portion that does not contact the metal diaphragm. As a result, it is possible to reduce the radial width of the surface of the pressing member that is in contact with the metal diaphragm and press it, and it is necessary to reduce the radial width of the surface that supports the O-ring. There is no.
[0019]
Therefore, the O-ring can be sufficiently supported without impairing the O-ring support function of the holding member, and the restraining point (P2) of the holding member with respect to the metal diaphragm is set to a position on the outer peripheral side of the holding member as compared with the related art. Can be located.
[0020]
That is, according to the present invention, the distance (L2) between the constraint point for the metal diaphragm and the metal diaphragm fixing portion (36) can be shortened as compared with the related art, so that the metal diaphragm fixing portion is deformed due to the deformation of the metal diaphragm. Can be reduced. Therefore, according to the present invention, it is possible to improve the resistance of the metal diaphragm fixing portion to the stress applied due to the deformation of the metal diaphragm.
[0021]
According to the second aspect of the present invention, the thickness of the non-contact portion (35b) of the pressing member (35) is continuously reduced from the contact portion (35a) toward the inner peripheral end of the pressing member. It is characterized by having a tapered portion.
[0022]
According to this, since the non-contact portion has a tapered shape that is continuously thinned from the contact portion side, the supporting strength of the O-ring in the non-contact portion having a smaller thickness than the contact portion is increased. Can be preferred.
[0023]
According to a third aspect of the present invention, in the pressure sensor according to the first aspect, the concave portion (11) is formed on a surface on one end side of the first case (10), and the second case (30) is formed. Has an opening (31) at one end and a pressure introducing hole (32) at the other end, and is assembled to the first case with one end of the first case inserted into the opening. It is intended to provide a specific configuration of the holding member in a case where the configuration is such that it is provided.
[0024]
That is, the pressing member (35) in the pressure sensor according to claim 3 has a first case and a second case that extend in the insertion direction at the insertion portions of the first and second cases when viewed in cross-sectional shape. And a second portion (352) that is bent from the first portion and extends between the first portion and sandwiches the metal diaphragm. Is a portion that constitutes the contact portion (35a) and the non-contact portion (35b).
[0025]
In a configuration in which one end of the first case where the recess is formed is inserted into the opening of the second case and assembled, the pressing member is usually pressed into the opening of the second case. Fixed.
[0026]
At this time, as in the present invention, if the pressing member is an annular member having an L-shaped cross section including the first portion and the second portion, the first portion serves as a press-fitting allowance and a contact area of the press-fitting portion. Can earn. For this reason, it is possible to improve the fixability of the pressing member into the second case by press fitting, which is preferable.
[0027]
Further, in the annular holding member (35) having an L-shaped cross section, the second portion (352) has a greater thickness than the first portion (351). Larger is preferred.
[0028]
According to this, since the second portion sandwiching the metal diaphragm can be made thick, the resistance of the metal diaphragm fixing portion to the stress applied due to the deformation of the metal diaphragm can be further improved. Further, since the first portion interposed between the first case and the second case can be made thin, it is possible to suppress an increase in the sensor size in the radial direction of the pressing member.
[0029]
Here, in the invention described in each of the above claims, it is preferable that the thickness of the contact portion (35a) be 0.4 mm or more, as in the invention described in claim 5. The stress applied to the metal diaphragm fixing part due to the deformation of the metal diaphragm becomes smaller as the thickness of the holding member becomes thicker in terms of material mechanics. However, according to the study of the present inventors, the thickness of the contact part becomes zero. When the thickness is 0.4 mm or more, the effect of reducing the stress is sufficiently exhibited.
[0030]
It should be noted that reference numerals in parentheses of the above-described units are examples showing the correspondence with specific units described in the embodiments described later.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an overall configuration of an oil-sealed pressure sensor S1 according to the present embodiment. It is assumed that the pressure sensor is applied as a pressure sensor for detecting the pressure. FIG. 2 is an enlarged view of the oil sealing portion in FIG.
[0032]
Reference numeral 10 denotes a connector case (a first case according to the present invention). In this example, the connector case 10 is formed by molding a resin such as PPS (polyphenylene sulfide) or PBT (polybutylene terephthalate), and has a substantially columnar shape. A concave portion 11 is formed on one end surface (the lower end surface in FIG. 1) of the connector case 10.
[0033]
In the recess 11, a sensor chip (detection element in the present invention) 20 as an integrated sensor element for pressure detection is provided. The sensor chip 20 of this embodiment is a semiconductor diaphragm type having a diaphragm (not shown) as a pressure receiving surface, converting a received pressure into an electric signal, and outputting the electric signal as a sensor signal.
[0034]
The sensor chip 20 is integrated with a pedestal 21 made of glass or the like by anodic bonding or the like, and is mounted on the connector case 10 by bonding the pedestal 21 to the bottom surface of the concave portion 11.
[0035]
The connector case 10 is provided with a plurality of metal rod-shaped terminals (connector pins) 12 for electrically connecting the sensor chip 20 to an external circuit or the like. In this example, the terminal 12 is made of a material obtained by plating (for example, Ni plating) on brass (brass), and is held in the connector case 10 by being integrally formed with the connector case 10 by insert molding. .
[0036]
One end (the lower end in FIG. 1) of each terminal 12 protrudes from the bottom surface of the recess 11 around the mounting area of the sensor chip 20. The distal end face of the protruding portion of each terminal 12 and the sensor chip 20 are connected and electrically connected via a wire (bonding wire) 13 formed by wire bonding of gold, aluminum, or the like.
[0037]
As shown in FIG. 1, a sealant 14 for sealing a gap between the connector case 10 and the terminal 12 is provided around the protrusion of each terminal 12. The sealant 14 is made of, for example, a silicon-based resin. If the sealant 14 has a gap on the bottom surface of the concave portion 11 from which the terminal 12 protrudes, the gap is sealed.
[0038]
The oil 15 is filled in the recess 11 so as to cover the sensor chip (detection element) 20, terminal 12, wire 13 and sealant 14. The oil 15 is made of fluorine oil or the like, and mainly functions as a pressure transmission medium.
[0039]
On the other hand, in FIG. 1, the other end of the connector case 10 (the upper end in FIG. 1) is connected to the other end of the terminal 12 opposite to the protruding portion by an external wiring member such as a wire harness. A connection section 16 for electrically connecting to the external circuit (e.g., an ECU of a vehicle) through a not-shown). Thus, signal transmission between the sensor chip 20 and the outside is performed via the wire 13 and the terminal 12.
[0040]
Next, in FIG. 1, reference numeral 30 denotes a housing (a second case in the present invention), which is made of a metal material such as stainless steel (SUS). The housing 30 has an opening 31 at one end (upper end in FIG. 1) and an external pressure (the refrigerant of the air conditioner or the fuel of the automobile described above) at the other end (lower end in FIG. 1). , Etc.) are introduced.
[0041]
Further, a screw portion 33 for fixing the pressure sensor S1 to a suitable place of the automobile (a refrigerant pipe of an air conditioner, a fuel pipe of the automobile, or the like) is formed on an outer surface of the other end of the housing 30 (see FIG. 1). .
[0042]
Then, as shown in FIG. 1, the housing 30 is assembled to the connector case 10 so as to cover the recess 11 with one end (the lower end in FIG. 1) of the connector case 10 inserted into the opening 31. Have been. Here, an end 30 a on one end side of the housing 30 is caulked and fixed to the connector case 10.
[0043]
Further, on one end side of the housing 30, a metal diaphragm 34 made of a thin metal (for example, SUS) and a holding member (ring weld) made of an annular metal (for example, SUS) disposed around the metal diaphragm 34 are provided. 35 are provided.
[0044]
In this example, the periphery of the metal diaphragm 34 is welded to the housing 30 together with the pressing member 35 by laser welding or the like, and the welded portion 36 where the three members of the metal diaphragm 34, the pressing member 35, and the housing 30 are fused together. Has formed. Thus, the welded portion 36 is configured as a fixing portion for fixing the metal diaphragm 34 by the housing 30 and the pressing member 35.
[0045]
Then, the pressing member 35 fixes the metal diaphragm 34 so as to be sandwiched between the housing 30 and the metal diaphragm 34 so as to seal the oil 15 in a state where the peripheral portion thereof is fixed to the housing 30. The recess 11 and the pressure introduction hole 32 are defined.
[0046]
In the case 10 and the housing 30 thus combined, the oil 15 is sealed between the concave portion 11 of the case 10 and the metal diaphragm 34 of the housing 30. The chamber in which the oil 15 is sealed is configured as a pressure detection chamber 40.
[0047]
An annular groove (O-ring groove) 41 is formed around the outside of the pressure detection chamber 40, and an O-ring 42 for hermetically sealing the pressure detection chamber 40 is provided in the groove 41. I have. The O-ring 42 is made of an elastic material such as silicon rubber, for example, and is supported between the connector case 10 and the pressing member 35.
[0048]
The O-ring 42 is pressed by being sandwiched between the connector case 10 and the holding member 35, whereby the O-ring 42 together with the metal diaphragm 34 urges the pressure detection chamber 40 (that is, the oil 15 in the recess 11). It plays the role of sealing.
[0049]
In this example, a backup ring 43 is provided in the groove 41 on the outer periphery of the O-ring 42. The backup ring 43 is made of, for example, a resin material such as tetrafluoroethylene resin, and prevents the O-ring 42 from entering the gap between the connector case 10 and the holding member 35 and being damaged when the O-ring 42 spreads. It plays a role such as.
[0050]
As described above, in the present embodiment, the pressing member 35 has a function of pressing the metal diaphragm 34 on one surface (the lower side in FIG. 2) and supporting the O-ring 42 on the opposite surface. ing. The main feature of the present embodiment is that the pressing member 35 has the following unique configuration.
[0051]
That is, as shown in FIG. 2, the pressing member 35 is configured such that a portion on the outer peripheral side thereof is configured as a contact portion 35 a that comes into contact with the metal diaphragm 34, and a portion on the inner peripheral side is higher than a portion on the outer peripheral side (contact portion 35 a). It is also formed as a non-contact portion 35b which is thin and does not contact the metal diaphragm 34.
[0052]
Such an annular pressing member 35 can be easily formed by subjecting a metal material to press working or the like. In particular, in this example, the non-contact portion 35b is a tapered portion whose thickness is continuously reduced from the contact portion 35a toward the inner peripheral end of the pressing member 35.
[0053]
In this example, as shown in FIG. 2, the pressing member 35 has an L-shape when viewed in cross section (radial cross section). That is, a first portion 351 interposed between the connector case 10 and the housing 30 so as to extend in the insertion direction at the insertion portion between the connector case 10 and the housing 30, and a metal extending from the first portion 351 by bending from the first portion 351. The second portion 352 that sandwiches the diaphragm 34 forms an L-shape.
[0054]
That is, in this example, the second portion 352 of the pressing member 35 is a portion that forms the contact portion 35a and the non-contact portion 35b. In the holding member 35, the thickness of the second portion 352 is larger than that of the first portion 351. For example, the thickness of the first portion 351 can be 0.3 mm, and the thickness of the contact portion 35a in the second portion 352 can be 0.4 mm or more.
[0055]
Next, a method for manufacturing the pressure sensor S1 will be described. The connector case 10 in which the terminal 12 is insert-molded is prepared. The sensor chip 20 is bonded and fixed to the recess 11 of the connector case 10 via the pedestal 21 by using an adhesive made of a silicon resin or the like.
[0056]
Then, the sealing agent 14 is injected into the recess 11, and the sealing agent 14 is spread around the terminals 12 and then cured. Next, by performing wire bonding, the tip surface of the protruding portion of each terminal 12 and the sensor chip 20 are connected with the wire 13.
[0057]
Then, the connector case 10 is arranged with the sensor chip 20 side up, and a fixed amount of oil 15 made of fluorine oil or the like is injected into the recess 11 from above the connector case 10 by a dispenser or the like.
[0058]
Subsequently, a housing 30 is prepared in which a metal diaphragm 34 and a pressing member 35 are welded at one end to the entire circumference, and the opening 31 of the housing 30 is fitted into the connector case 10 while keeping the housing 30 horizontal from above. And lower it. This state is put in a vacuum chamber, and the air is evacuated to remove excess air in the pressure detection chamber 40.
[0059]
Thereafter, the pressure is held down until the connector case 10 and the holding member 35 are sufficiently contacted to form the pressure detection chamber 40 sealed by the metal diaphragm 34 and the O-ring 42. Next, the housing 30 and the connector case 10 are integrated by caulking the end 30a of the housing 30 to the connector case 10. Thus, the combination of the connector case 10 and the housing 30 is fixed, and the pressure sensor S1 shown in FIG. 1 is completed.
[0060]
A basic pressure detecting operation of the pressure sensor S1 will be described. The pressure sensor S1 is attached to an appropriate place of the vehicle via, for example, the screw portion 33 of the housing 30. Then, an external pressure (pressure of the above-described refrigerant of the air conditioner or fuel of the vehicle) is introduced into the pressure sensor S1 through the pressure introducing hole 32 of the housing 30.
[0061]
Then, the introduced pressure is applied to the metal diaphragm 34, and a stress (strain stress) is generated in the metal diaphragm 34. This stress is transmitted to the sensor chip 20 via the oil 15 in the pressure detection chamber 40, and is applied to the pressure receiving surface of the sensor chip 20.
[0062]
Then, an electric signal corresponding to the applied pressure is output from the sensor chip 20 as a sensor signal. This sensor signal is transmitted from the sensor chip 20 to the external circuit via the wire 13 and the terminal 12. The above is the basic pressure detection operation in the pressure sensor S1.
[0063]
By the way, in the oil-sealed pressure sensor S1 of the present embodiment, in the annular pressing member 35, the outer peripheral portion is configured as a contact portion 35a that contacts the metal diaphragm 34, and the inner peripheral portion is defined as the outer peripheral portion. Is characterized in that it is formed as a non-contact portion 35b which is thinner than the portion and is not in contact with the metal diaphragm.
[0064]
The effect of the holding member 35 adopting such a configuration will be specifically described with reference to the schematic diagram of FIG. 3 while comparing with the conventional holding member J1 shown in FIG. First, in the conventional pressing member J1, the radial width of the surface supporting the O-ring 42 and the surface pressing and contacting the metal diaphragm 34 is the same width W1.
[0065]
On the other hand, in the pressing member 35 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the surface supporting the O-ring 42 is formed on the metal diaphragm 34 while maintaining the radial width at the same width W1 as the conventional one. With respect to the surface to be in contact with and hold down, the width in the radial direction can be set to a width W2 shorter than that in the related art.
[0066]
Therefore, while sufficiently securing the function of supporting the O-ring 42 in the pressing member 35, as shown in FIG. 3, the restraining point P2 of the pressing member 35 with respect to the metal diaphragm 34 is set between the contact portion 35a and the non-contact portion 35b. With the boundary portion, it can be located at a position on the outer peripheral side of the holding member 35 with respect to the conventional constraint point P1 (see FIG. 5).
[0067]
That is, according to this embodiment, the constraint point P2 for the metal diaphragm 34 can be brought closer to the welded portion (metal diaphragm fixing portion) 36, and the distance L2 between the constraint point P2 and the metal diaphragm fixing portion can be reduced by the conventional constraint. The distance can be shorter than the distance L1 (see FIG. 5) between the point and the metal diaphragm fixing portion.
[0068]
Therefore, even if the stress F of the metal diaphragm 34 is applied to the constraint point P2 due to the deformation of the metal diaphragm 34 (open arrow in FIG. 3), the effect of this stress F on the welded portion (metal diaphragm fixing portion) 36 Can be made smaller than before. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to improve the resistance of the metal diaphragm fixing portion to the stress applied due to the deformation of the metal diaphragm 34.
[0069]
Further, in this example, the non-contact portion 35b of the pressing member 35 is a tapered portion whose thickness continuously decreases from the contact portion 35a toward the inner peripheral end of the pressing member 35. Here, the non-contact portion 35b does not have to be a tapered portion. For example, the thickness of the non-contact portion 35b is discontinuous with respect to the contact portion 35a with a step between the contact portion 35a and the non-contact portion 35b. It may be thin.
[0070]
However, as in the present example, the non-contact portion 35b has a tapered shape that is continuously thinned from the contact portion 35a side, so that the non-contact portion 35b has a thickness that is smaller than that of the contact portion 35a. The support strength of the O-ring 42 in the thin non-contact portion 35b can be further increased, which is preferable.
[0071]
The tapered portion also leads to an improvement in the displacement characteristics of the metal diaphragm 34 toward the oil side. That is, as compared with the conventional configuration shown in FIG. 5, the displacement point (restriction point) of the metal diaphragm 34 can be moved toward the outside of the metal diaphragm 34, so that the displacement amount can be increased.
[0072]
When the metal diaphragm 34 is displaced toward the oil 15, it is necessary to prevent the tapered portion (non-contact portion) from contacting the metal diaphragm 34. For this purpose, the angle of the tapered portion, that is, the angle θ between the tapered portion and the interface where the contact portion 35a contacts the metal diaphragm 34 shown in FIG. 3 is set to be equal to or larger than the displacement angle (for example, 16 °) of the metal diaphragm 34.
[0073]
Further, as described above, when the cross section (radial cross section) of the pressing member 35 of this example is viewed, the pressing member 35 has an L-shape including the first portion 351 and the second portion 352, and The second portion 352 is a portion that forms the contact portion 35a and the non-contact portion 35b (see FIG. 2).
[0074]
As in the present embodiment, in a configuration in which one end of the connector case 10 in which the recess 11 is formed is inserted into the opening 31 on one end of the housing 30 and assembled, the holding member 35 is attached to the opening 31 of the housing 30. The fixing method is usually performed by press-fitting.
[0075]
At this time, as in this example, if the pressing member 35 is an annular member having an L-shaped cross section including the first portion 351 and the second portion 352, the first portion 351 serves as a press-fitting allowance. The contact area of the part can be increased. Therefore, the fixing property by press-fitting the pressing member 35 into the opening 31 of the housing 30 can be improved, which is preferable.
[0076]
Further, in the annular pressing member 35 having an L-shaped cross section, as in this example, it is preferable that the second portion 352 has a larger thickness than the first portion 351. This is for the following reason.
[0077]
First, since the second portion 352 sandwiching the metal diaphragm 34 can be made thicker, the resistance of the metal diaphragm fixing portion to stress applied due to deformation of the metal diaphragm 34 can be further improved. Further, since the first portion 351 interposed between the connector case 10 and the housing 30 can be made thin, it is possible to suppress an increase in the sensor size of the pressing member 35 in the radial direction.
[0078]
Here, as described above, in the pressing member 35, it is preferable that the thickness of the contact portion 35a be 0.4 mm or more. The stress applied to the welded portion (metal diaphragm fixed portion) 36 due to the deformation of the metal diaphragm 34 becomes smaller as the plate thickness (wall thickness) of the holding member 35 becomes larger in terms of material mechanics. Specifically, the stress is inversely proportional to the square of the thickness of the pressing member 35.
[0079]
From this, the present inventors calculated the relationship between the plate thickness of the contact portion 35a of the holding member 35 and the stress applied to the welded portion 36 when the load applied to the holding member 35 was within the working pressure range. . The result is shown in FIG. FIG. 4 shows that if the thickness of the contact portion 35a is 0.4 mm or more, the stress applied to the welded portion 36 can be reliably suppressed to the yield stress (for example, 280 MPa) of the pressing member 35 or less.
[0080]
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, in the present embodiment, the boundary between the contact portion 35 a and the non-contact portion 35 b in the holding member 35 is a constraint point P2 with respect to the metal diaphragm 34. Also at 30, a constraint point P3 for the metal diaphragm 34 exists at the boundary between the contact portion and the non-contact portion with the metal diaphragm 34 (see FIG. 2).
[0081]
Here, it is preferable to shift the positions of the restraining point P2 on the pressing member 35 side and the restraining point P3 on the housing 30 side so as not to overlap. In this example, as shown in FIG. 2, the constraint point P3 on the housing 30 side is located on the outer peripheral side of the metal diaphragm 34 with respect to the constraint point P2 on the holding member 35 side.
[0082]
At the time of detecting pressure, the metal diaphragm 34 is displaced toward the oil 15 side. However, in a high temperature environment, the oil 15 expands when detection is not performed, and the metal diaphragm 34 is displaced toward the housing 30 (toward the pressure introducing hole 32). there is a possibility.
[0083]
In this case, if the positions of the two constraint points P2 and P3 overlap and coincide, the metal diaphragm 34 is displaced in directions opposite to each other with the same position as a fulcrum. Then, a bending stress is repeatedly applied to the same position of the metal diaphragm 34, which is not preferable from the viewpoint of the durability of the metal diaphragm 34.
[0084]
In this regard, by shifting the positions of the two constraint points P2 and P3 so that they do not overlap, bending stress due to displacement in the opposite direction is not applied to the same position of the metal diaphragm 34, so that the durability of the metal diaphragm 34 is called. Preferred from the point. In the example shown in FIG. 2, the constraint point P3 on the housing 30 side is located at the center of the width of the O-ring 42, that is, inside the diameter obtained by adding the inner and outer diameters of the O-ring 42 and dividing by 2. are doing.
[0085]
(Other embodiments)
Note that the holding member 35 may not be an annular member having an L-shaped cross section including the above-described first portion 351 and second portion 352, and when the cross-sectional shape is viewed, there is no first portion 351. An annular member composed of only the second portion 352 may be used. Further, the metal diaphragm fixing portion may be formed by bonding or the like in addition to welding.
[0086]
In short, the present invention is characterized in that an oil-sealed pressure sensor is mainly characterized in that an annular pressing member that supports a metal diaphragm and an O-ring is provided with the above-mentioned contact portion and non-contact portion. The design of the other parts can be changed as appropriate.
[0087]
Further, the pressure sensor of the present invention is used not only for a vehicle pressure sensor for detecting a refrigerant pressure of an air conditioner or a fuel pressure of a fuel injection system of a vehicle, but also for detecting a pressure in a high range such as a detection pressure of 0 to 20 MPa. It is suitable for use as a pressure sensor, but its use is not limited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic sectional view of a pressure sensor according to an embodiment.
FIG. 2 is an enlarged view of an oil sealing portion in FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation and effect of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a plate thickness of a pressing member and a stress applied to a welded portion.
FIG. 5 is a schematic sectional view of an oil sealing portion in a conventional pressure sensor.
[Explanation of symbols]
10 ... connector case, 11 ... recess of connector case, 15 ... oil,
20: sensor chip, 30: housing, 31: opening of housing,
32: pressure introduction hole, 34: metal diaphragm, 35: holding member,
35a: contact portion of the pressing member, 35b: non-contact portion of the pressing member,
351, a first portion of the pressing member, 352, a second portion of the pressing member,
42 ... O-ring.

Claims

A first case (10) having a recess (11) formed on one surface;
A detecting element (20) for detecting pressure disposed in the recess;
An oil (15) filled in the recess so as to cover the detection element;
A second case (30) having a pressure introduction hole (32) through which pressure can be introduced from the outside and assembled to the first case so as to cover the recess;
A metal diaphragm (34) for partitioning the concave portion and the pressure introduction hole so as to seal the oil while a peripheral portion is fixed to the second case;
An annular pressing member (35) arranged around the metal diaphragm and fixing the metal diaphragm so as to be sandwiched between the metal diaphragm and the second case;
An O-ring (42) interposed and supported between the first case and the pressing member;
A pressure sensor configured to transmit a stress generated in the metal diaphragm by the pressure introduced from the pressure introduction hole to the detection element via the oil,
The pressing member has a surface for holding the metal diaphragm on one side and a surface for supporting the O-ring on the opposite side, and a contact portion (35a) of which an outer peripheral portion is in contact with the metal diaphragm. The inner peripheral portion has the same plane as the outer peripheral portion on the surface supporting the O-ring and has a thickness smaller than that of the outer peripheral portion, so that the metal diaphragm is A pressure sensor configured as a non-contact portion (35b) that does not touch.

The non-contact portion (35b) is a tapered portion whose thickness is continuously reduced from the contact portion (35a) toward the inner peripheral end of the pressing member (35). Item 2. The pressure sensor according to item 1.

The recess (11) is formed on a surface on one end side of the first case (10),
The second case (30) has an opening (31) at one end and the pressure introduction hole (32) at the other end, and the one end of the first case is provided at the opening. Being inserted into the first case in an inserted state,
When viewed from the cross-sectional shape of the holding member, the first member interposed between the first case and the second case so as to extend in the insertion direction at the insertion portion of the first and second cases. (351) and a second portion (352) that bends and extends from the first portion and sandwiches the metal diaphragm, and has an L-shape.
3. The pressure sensor according to claim 1, wherein the second portion of the holding member is a portion that forms the contact portion (35 a) and the non-contact portion (35 b). 4.

4. The pressure sensor according to claim 3, wherein the thickness of the second portion (352) of the holding member (35) is larger than that of the first portion (351). 5.

The pressure sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein a thickness of the contact portion (35a) is 0.4 mm or more.