JP3880176B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサに係り、詳しくは、継手に設けられた圧力導入孔の一端を閉塞するように取り付けられる圧力検出素子と、この圧力検出素子に電気的に接続されて圧力に応じた電気信号を出力する出力手段とを備えた圧力センサに関する。
【０００２】
【背景技術】
流体圧力の測定には、被検知圧力および大気圧の圧力差を検出して電気信号に変換する圧力センサが用いられている。
圧力センサは、油の流路中に取り付けられる継手と、継手に溶接等によって取り付けられる圧力検出素子と、圧力検出素子に電気的に接続される出力手段とを備え、継手の圧力導入孔内に導かれた油圧が圧力検出素子を形成するダイアフラムのひずみに変換され、このひずみがダイアフラム上のひずみゲージで検出され、このひずみゲージの抵抗値に応じた電気信号が出力手段から出力されるようになっている。
【０００３】
また、それらのうちの出力手段は、圧力検出素子の周囲に配置される台部材や、ＩＣ、抵抗、コンデンサ等の電子回路部品が実装される回路基板、およびケーブルを接続するためのコネクタなどで構成され、これらの部品が端子を介して互いに結合されている。そして、特に回路基板と端子との接続や、コネクタのターミナルと端子との接続は、回路基板のスルーホールやターミナルの挿通孔に端子の端部を挿通し、貫通した部分の周囲を半田付けすることで行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、自動車のエンジンルーム近く等、周囲の温度が非常に高くなる箇所に設置される圧力センサでは、各部品が熱によって膨張するため、特に各部材を接続している端子が膨張すると、強度的に弱い半田付け部分に応力が集中し、半田付け部分の劣化につながるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、半田付け部分の劣化を防いで広い使用温度範囲に対応できる圧力センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力センサは、継手に設けられた圧力導入孔の一端を閉塞するように取り付けられる圧力検出素子と、この圧力検出素子に電気的に接続されて圧力に応じた電気信号を出力する出力手段とを備えているとともに、出力手段が複数の出力手段構成部材およびこれらの出力手段構成部材を接続する複数の端子で構成され、この端子の少なくとも一端側が出力手段構成部材の開口部に挿通されて半田付けされている圧力センサであって、前記圧力検出素子を囲う台部材が設けられ、この台部材は外周側から中央に向かって凹んだ凹状部分を有し、前記複数の端子は、前記凹状部分における互いに周方向に対向する面から当該周方向に近接し合うように突設された水平部と、水平部の先端から鉛直方向に折曲した鉛直部とを備えているとともに、前記出力手段構成部材間で前記鉛直部に沿った方向に弾性変形可能に設けられ、かつ前記鉛直部の先端から後退した位置に出力手段構成部材の開口部周りと当接する鍔部を有していることを特徴とする。
【０００７】
このような本発明においては、端子の鍔部を出力手段構成部材で押圧することより、端子が所定量だけ弾性変形した状態に維持されるように圧力センサを組み立てる。従って、端子には周囲の温度に関係なく常に出力手段構成部材による反力が生じるため、この反力で端子の熱膨張によって生じる半田付け部分の応力がキャンセルされ、半田付け部分には実質的な応力は生じない。以上により、半田付け部分の劣化が防止され、前記目的が達成される。また、端子は熱膨張によってさらに弾性変形することにより、端子の鍔部と出力手段構成部材の開口部周りとの当接部分に生じる応力も低減される。
【０００８】
また、本発明の圧力センサにおいて、複数の端子の水平部は、それぞれ同一面内で前記台部材から突設され、かつ当該面内において折曲した部分を有していることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る圧力センサ１を示す断面図である。
圧力センサ１は、図示しない流路の開口部分に嵌合される継手１０と、継手１０にビーム溶接された圧力検出素子２０と、検出した圧力に応じて外部に電気信号を出力する出力手段３０とを備えたものであり、車載用で特にブレーキの油圧を検出するセンサである。なお、本実施形態では、継手１０がフランジ４０によって流路にボルト止めされるように構成されているが、このようなフランジ４０を予め継手１０と一体に設けてもよい。
【００１０】
継手１０は、金属製とされ、中央に図中の上下（以下、上および下の記載は、図中での位置を意味し、必ずしも実際に取り付けられた場合の位置を意味するものではない）に貫通した圧力導入孔１１を有している。
この圧力導入孔１１は、径寸法が約２．５mm以上であり、ドリルによって容易に加工されるものである。圧力導入孔１１の上端側は、大きな径寸法にドリル加工された嵌合部１２となっており、この嵌合部１２にはパイプ１３が圧力導入孔１１から一部突出した状態に嵌合している。パイプ１３は、引抜加工によって得られる金属製の部材であり、その貫通孔１４の径寸法は、圧力導入孔１１の径寸法よりも充分に小さく、ドリル加工では困難な大きさである。
【００１１】
また、圧力導入孔１１の上部外周縁部分には、図２にも示すように、下方（圧力検出素子２０の取付方向の前方側）に向かうに従って圧力導入孔１１の中央側に位置するようになるテーパ面１５が設けられている。このテーパ面１５の角度は、圧力導入孔１１の径方向に対して３０°〜６０°、好ましくは３５°〜５５°、より好ましくは４０°〜５０°傾斜したものである。テーパ面１５のさらに外周側には、一段低い位置決め溝１６が設けられ、後述するケース３１の取付時に利用されるようになっている。
【００１２】
圧力検出素子２０は、金属ダイアフラム２１（図２）の上面に酸化シリコン等の絶縁膜を介して歪みゲージを設けた歪みゲージ型の素子（モジュール）である。この圧力検出素子２０では、ダイアフラム２１が下方の筒状部２２と一体に形成され、筒状部２２の内側面２２Ａをパイプ１３の外側面１３Ａに接触させることにより、圧力検出素子２０全体が案内面としての外側面１３Ａにガイドされながら継手１０の上部に配置され、これによって筒状部２２の内部と圧力導入孔１１とが連通してダイアフラム２１の感圧面に油圧が作用する。
【００１３】
筒状部２２の下端には継手１０のテーパ面１５と対向当接する別のテーパ面２３が設けられ、各テーパ面１５，２３同士が当接した状態でその傾斜角度に沿った方向からビーム溶接されている。この際、ビーム溶接は、溶け込み部Ａがパイプ１３に達するように行われており、パイプ１３が溶接箇所に対応した位置に配置されていることで溶接時の裏あて部材を兼用している。なお、各テーパ面１５，２３の傾斜角度が前述した下限の角度（３０°）よりも小さい場合には、溶接面積がさほど大きくならないことで溶接強度の向上が望めないうえ、溶接機が継手１０の周縁に設けられた立上部１７に干渉して溶接が不可能となる場合がある。また、反対に、上限の角度（６０°）よりも大きいと、溶接機と筒状部２２の上部側に形成された膨出部分とが干渉し合ううえ、溶接機や治具の調整が困難になって作業性が悪化する。
【００１４】
出力手段３０は、継手１０の位置決め溝１６に係止されることで位置決めされた電磁遮蔽用の金属製ケース３１と、ケース３１内の底部分に配置されて圧力検出素子２０を囲う樹脂製の台部材３２と、台部材３２の上方に配置された回路基板３３と、これらの各部材３１〜３３の全体を覆うコネクタ３４とで構成されている。そして、ケース３１は、継手１０に対してプロジェクション溶接等されている。また、台部材３２および回路基板３３が第１端子３５で接続され、回路基板３３およびコネクタ３４が第２端子３６で接続されている。
【００１５】
ケース３１には、図１、図３に示すように、側面の一部をプレスや切り起こし等で加工した支持部３７が設けられ、この支持部３７上に回路基板３３が載置されるようになっている。また、ケース３１の上端縁の一部には、回路基板３３の上面に折り曲げられる接点部３８が設けられ、接点部３８を介して回路基板３３に設けられたアースラインとケース３１（最終的にはフランジ４０）とが電気的に接続されているとともに、回路基板３３が上方から押さえ込まれている。
【００１６】
台部材３２には第１端子３５の下端側がインサートモールドされている。第１端子３５の下端側は一部が露出しており、この露出した部分と圧力検出素子２０の前述した歪みゲージとがワイヤーボンディング等で電気的に接続されている。
【００１７】
回路基板３３には、ＩＣ、抵抗、コンデンサ等の電子回路部品が実装されて電気回路が形成されており、図３に示すように、この回路の入力側には第１端子３５の上端側が挿通されて半田付けされたスルーホール５１が設けられ、出力側には複数の第２端子３６（図１、図４において一つのみを図示）の下端側が半田付けされている。
【００１８】
コネクタ３４には樹脂製の受部材５２にインサートモールドされた複数のターミナル５３が設けられており、図４に示すように、これらのターミナル５３の下端側に設けられた挿通孔５５には第２端子３６の上端側が挿通されて半田付けされている。そして、各ターミナル５３は、受部材５２ごとコネクタ本体５４の内側から固定され、先端のみが露出するようになっている。また、コネクタ本体５４の下端側は、継手１０における立上部１７の内側にＯリング５６を介して位置するようになっており、立上部１７の先端をかしめることで継手１０に固定されるようになっている。
【００１９】
このような出力手段３０では、圧力検出素子２０のダイアフラム２１に作用する圧力は、ダイアフラム２１上の歪みゲージおよびこれに第１端子３５を介して接続された回路基板３３の電気回路によって電気抵抗値に変換され、さらに、電気回路によってその抵抗値が所定の電気信号に変換され、その電気信号が第２端子３６を介してコネクタ３４のターミナル５３から出力される。
【００２０】
図３には、そのような第１端子３５が拡大して示されている。なお、図３ではＩＣ等の図示を省略した。
第１端子３５は、台部材３２の側面から突出した水平部６１と、水平部６１の先端から鉛直方向に折曲した鉛直部６２とを備え、水平部６１が片持ち状態に支持された板バネとして作用することにより、第１端子３５が台部材３２および回路基板３３間で弾性変形可能になっている。また、鉛直部６２には、先端より若干基端側（水平部６１側）に後退した位置に回路基板３３の下面と当接する鍔部６３が設けられている。
【００２１】
このような第１端子３５は、回路基板３３が配置される以前の状態では（図示略）、鍔部６３の上端縁がケース３１の支持部３７の上端縁よりも上方に位置しており、このため、回路基板３３を支持部３７上に載置すると、回路基板３３の下面で鍔部６３が下方に押圧されて第１端子３５が弾性変形した状態になる（図中の矢印参照）。そして、この状態で、第１端子３５がスルーホール５１に半田付けされる。
【００２２】
図４には、第２端子３６が拡大して示されている。
第２端子３６は、回路基板３３上に半田付けされる接続部６４と、接続部６４の一端から上方に折曲した第１鉛直部６５と、第１鉛直部６５の端部から折曲した水平部６６と、水平部６６からさらに上方に折曲した第２鉛直部６７とを備え、これによって回路基板３３とターミナル５３との間でクランク状に形成されており、水平部６６が板バネとして作用することで弾性変形可能になっている。また、第２鉛直部６７には、先端より若干基端側（水平部６６側）に後退した位置にターミナル５３の下面と当接する一対の鍔部６８が設けられている。
【００２３】
このような第２端子３６は、ターミナル５３を鍔部６８に当接させた状態で半田付けした後、図１に示すように、ターミナル５３を受部材５２ごとコネクタ本体５４の挿入部６９に挿入配置し、さらに、コネクタ本体５４を継手１０に固定することで弾性変形する。つまり、第２端子３６は、コネクタ３４全体が継手１０に取り付けられた際に、初めて弾性変形するようになっている。
【００２４】
このような本実施形態においては、先ず、継手１０に圧力検出素子２０をビーム溶接する。次いで、ケース３１を継手１０に配置してプロジェクション溶接をした後、台部材３２を配置して接着し、この後、ワイヤーボンディングを行って圧力検出素子２０と第１端子３５を導通させる。
さらに、第１端子３５がスルーホール５１に挿通されるように回路基板３３を上方から配置し、ケース３１の接点部３８を折り曲げて回路基板３３を固定し、これによって第１端子３５を弾性変形させた状態にして半田付けを行う。
【００２５】
次に、受部材５２と一体になったターミナル５３を第２端子３６に半田付けし、受部材５２をコネクタ本体５４の挿入部６９に挿入して接着剤あるいはラッチ式で固定する。そして、コネクタ本体５４を継手１０に固定して第２端子３６を所定の形状に弾性変形させ、最後に、継手１０をかしめてコネクタ３４を固定し、以上により圧力センサ１の組立が完了する。
また、圧力センサ１を車体等に取り付ける際には、フランジ４０を用いてボルト止めすればよい。
【００２６】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
１）第１、第２端子３５，３６は、台部材３２および回路基板３３間、回路基板３３およびターミナル５３間でそれぞれ弾性変形可能であるうえ、第１、第２端子３５，３６には回路基板３３またはターミナル５３の各下面で押圧される鍔部６３，６８が設けられているため、圧力センサ１を組み立てた際には各端子３５，３６を所定量だけ弾性変形させておくことができる。従って、各端子３５，３６には周囲の温度に関係なく常に回路基板３３やターミナル５３による反力が生じるため、これらの反力で各端子３５，３６の熱膨張によって生じる半田付け部分の応力をキャンセルでき、半田付け部分に実質的な応力を生じないようにできる。以上により、圧力センサ１を車体のエンジン周り等、高温となる箇所に設置しても、半田付け部分の劣化を有効に防止できる。
【００２７】
２）この際、第１、第２端子３５，３６は、熱膨張によってさらに弾性変形するため、第１端子３５の鍔部６３と回路基板３３のスルーホール５１周りとの当接部分や、第２端子３６の鍔部６８とターミナル５３の挿通孔５５周りとの当接部分に生じる応力も低減できる。
【００２８】
３）第１、第２端子３５，３６は、一端が片持ち状態に支持されたり、クランク状に折曲されたりして板バネとして作用するため、簡単な構造ながら各端子３５，３６に対して十分な弾性力を付与できる。
【００２９】
４）圧力導入孔１１内には、その径寸法よりも小さい径寸法の貫通孔１４を有するパイプ１３が配置されているため、パイプ１３の肉厚によって圧力導入孔１１内の容積を小さくでき、圧力センサ１の応答性を向上させることができる。
【００３０】
５）貫通孔１４は、その径寸法が圧力導入孔１１の径寸法よりも小さいが、ドリル加工によって設けられるものではなく、パイプ１３自身の引抜加工と同時に設けられるため、貫通孔１４の加工を簡単にでき、圧力導入孔１１内の容積調整を容易にできる。
【００３１】
６）継手１０と圧力検出素子２０とが溶接によって接合されているため、その接合強度を大きくできるうえ、その溶接の溶け込みがパイプ１３にまで達しているため、継手１０と圧力検出素子２０とを溶接することでパイプ１３の溶接も同時に行うことができ、パイプ１３の固定を強固にしかも効率的に行うことができる。
【００３２】
７）パイプ１３が継手１０と圧力検出素子２０との溶接箇所に対応した位置に配置されていることにより、パイプ１３が裏あて部材としての役目を果たすため、溶接時の突き抜けを確実に防止できる。
【００３３】
８）継手１０および圧力検出素子２０の互いの当接部分は、テーパ面１５，２３とされ、これらのテーパ面１５，２３の傾斜角度方向から溶接されているため、溶接面積が大きくなって圧力検出素子２０の接合強度を一層強固にでき、圧力センサ１をより高い圧力範囲で使用することができる。
【００３４】
９）パイプ１３は、圧力導入孔１１の一端から突出して配置され、この突出部分の外側面１３Ａが圧力検出素子２０の案内面になっているため、圧力検出素子２０に設けられた筒状部２２の内側面２２Ａをパイプ１３の外側面１３でガイドすることにより、圧力検出素子２０の取付作業を容易に行うことができる。
【００３５】
１０）圧力センサ１において、その応答性は貫通孔の寸法精度によっても大きく左右されるが、パイプ１３が引抜加工で形成されているため、寸法精度の高い貫通孔１４を得ることができ、圧力センサ１の品質をより安定させることができる。
【００３６】
１１）継手１０には位置決め溝１６が設けられているため、ケース３１を配置して位置決めするのには、ケース３１の底面から突出した突起部分をその位置決め溝１６に係止させるだけでよく、位置決め作業を簡単に行える。
【００３７】
１２）位置決め溝１６が設けられていることにより、この位置決め溝１６で継手１０に生じる応力を低減でき、特に圧力検出素子２０への応力の影響を低減させて出力変動を減少させることができ、信頼性を向上させることができる。
【００３８】
なお、本発明は、前記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他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、第１端子３５では、水平部６１の一端側が片持ち状態に支持されることにより、また、第２端子３６では、水平部６６およびこの両端側の第１、第２鉛直部６５，６７によってクランク状に形成されることにより、それぞれが弾性力変形可能になっていたが、本発明の端子の形状や構造等は任意であり、コイル状に設けることで弾性力を付与してもよい。
【００３９】
また、本発明に係る鍔部の形状や構造も任意であり、前記実施形態の鍔部６３，６８の形状等に限定されるものではない。要するに、回路基３３やターミナル５３等の出力手段構成部材に当接し、押圧される形状であればよい。
【００４０】
さらに、前記実施形態では、第１、第２端子３５，３６のそれぞれ一端側に鍔部６３，６８が設けられていたが、端子の両端がスルーホールや挿通孔に挿通されて半田付けされる場合など、その両端側に鍔部を設けてもよい。
【００４１】
前記実施形態では、車載用で特にブレーキの油圧を検出する圧力センサが示されていたが、本発明の圧力センサは、それらに限定されないことは勿論であり、船舶、建築用重機、冷凍機、その他あらゆる機器に適用でき、また、空気圧、水圧等、任意の流体の圧力検出に適用できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、端子の鍔部が出力手段構成部材で押圧され、端子が所定量だけ弾性変形した状態に維持されるため、端子には周囲の温度に関係なく常に出力手段構成部材側による反力が生じる。従って、その反力で端子の熱膨張によって生じる半田付け部分の応力がキャンセルされ、半田付け部分には実質的な応力は生じないため、使用温度が高くても半田付け部分の劣化を防止できる。また、端子は熱膨張によってさらに弾性変形するため、端子の鍔部と出力手段構成部材の開口部周りとの当接部分に生じる応力も低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサを示す断面図である。
【図２】前記実施形態の要部を拡大して示す拡大図である。
【図３】前記実施形態の構成部材を示す側面図であり、図１における矢印IIIから見た図である。
【図４】前記実施形態の他の構成部材を示す側面図であり、図１における矢印IVから見た図である。
【符号の説明】
１ 圧力センサ
１０ 継手
１１ 圧力導入孔
２０ 圧力検出素子
３０ 出力手段
３２ 出力手段構成部材である台部材
３３ 他の出力手段構成部材である回路基板
３５ 第１端子
３６ 第２端子
５１ 開口部であるスルーホール
５３ さらに他の出力手段構成部材であるターミナル
５５ 他の開口部である挿通孔
６３，６８ 鍔部

Claims (2)

1. 継手に設けられた圧力導入孔の一端を閉塞するように取り付けられる圧力検出素子と、この圧力検出素子に電気的に接続されて圧力に応じた電気信号を出力する出力手段とを備えているとともに、前記出力手段が複数の出力手段構成部材およびこれらの出力手段構成部材を接続する複数の端子で構成され、この端子の少なくとも一端側が出力手段構成部材の開口部に挿通されて半田付けされている圧力センサであって、
   前記圧力検出素子を囲う台部材が設けられ、この台部材は外周側から中央に向かって凹んだ凹状部分を有し、
   前記複数の端子は、前記凹状部分における互いに周方向に対向する面から当該周方向に近接し合うように突設された水平部と、水平部の先端から鉛直方向に折曲した鉛直部とを備えているとともに、前記出力手段構成部材間で前記鉛直部に沿った方向に弾性変形可能に設けられ、かつ前記鉛直部の先端から後退した位置に出力手段構成部材の前記開口部周りと当接する鍔部を有している
   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、前記複数の端子の水平部は、それぞれ同一面内で折曲した形状を有していることを特徴とする圧力センサ。

Images