JP3966065B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，感圧素子により圧力を計測する圧力センサに関する。
【０００２】
【従来技術】
圧力センサは，シリコン基板上に形成した歪ゲージと，シリコン基板を精密にエッチングして形成した圧力検知用のダイヤフラムとを有する感圧素子を利用したセンサである。そして，この圧力センサは，圧力を受けたときダイヤフラムに生じるひずみを，上記歪ゲージにより計測して圧力を測定する。
【０００３】
従来の圧力センサ９は，図７に示すごとく，感圧素子９２０を配置する受圧面９３２を有するコネクタハウジング９３０と，シールダイヤフラム９４３を有するセンサハウジング９４０とにより構成されている。
この圧力センサ９においては，コネクタハウジング９３０をセンサハウジング９４０に挿入することにより，シールダイヤフラム９４３と受圧面９３２を互いに正面に対峙させると共に両者の間に圧力室９４２を形成する。そして，この圧力室９４２にシリコンオイル等の非圧縮流体を圧力伝達媒体として充填する。
そして，この圧力センサ９により被計測環境９４４の圧力を計測するに当たっては，圧力導入孔９４１を経由してシールダイヤフラム９４３側に導入される圧力を，圧力伝達媒体を介して感圧素子２０に作用させる。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の圧力センサ９にあっては，次のような問題がある。即ち，上記圧力室９４２の耐圧強度を十分に高くするため，圧力センサ９自体の強度，すなわち，コネクタハウジング９３０とセンサハウジング９４０との組み付け強度を十分に高くする必要がある。
【０００５】
そのため，コネクタハウジング９３０の被カシメ部９３１とセンサハウジング９４０のカシメ部９４１との組み合わせにより固定する場合には，被カシメ部９３１及びカシメ部９４１の強度を十分に高くすることが必須である。例えば，樹脂材料を成形してコネクタハウジング９３０を製造する際には，被カシメ部９３１にはステンレス等よりなるリング状部材をインサート成形して，その強度を向上させる等の対策が必要である。また，カシメ部９４１の肉厚を十分厚くして強度を確保することが必要である。
【０００６】
このように，従来の圧力センサ９においては，圧力室９４２の耐圧強度を十分確保するため，圧力センサ自体の大型化，部品点数の増加等によるコストアップを招来していた。
また，上記コネクタハウジング９３０と上記センサハウジング９４０との接合を，上記のごとくカシメによる固定方法に代えて，相互にボルトやねじ等により固定する方法も考えられる。この場合にも，コネクタハウジング９３０とセンサハウジング９４０との接合強度を高めるため，ボルトやねじを含む固定構造の高強度化が求められる。それ故，圧力センサの小型化や低コスト化には，一定の限界があった。
【０００７】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，小型化，低コスト化を実現した圧力センサを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
本発明は，感圧素子を有する挿入部を形成したコネクタハウジングと，上記挿入部が挿入される凹部と圧力計測対象である流体が導入される圧力導入孔とを連通形成してなると共に上記挿入部と上記圧力導入孔との境界部分にシールダイヤフラムを配置してなるセンサハウジングとを備え，
該センサハウジングの上記凹部に対して上記コネクタハウジングの上記挿入部を一定の挿入軸に沿って挿入することにより，上記凹部の内周面と上記シールダイヤフラムと上記挿入部との間に圧力室を形成してなり，該圧力室には，上記挿入部の先端部分に配設した上記感圧素子を収容してなる圧力センサにおいて，
上記挿入部の先端部は，略平坦状の表面と略半円状の曲面とによる略半円柱形状に形成してあり，上記略平坦状の表面に設けた素子配置用凹部に上記感圧素子を収容し，該感圧素子の圧力検知面である素子面を上記略平坦状の表面と略面一にすると共に，該略平坦状の表面を上記挿入軸の挿入方向側に向くよう該挿入軸に対して傾斜させたことを特徴とする圧力センサにある（請求項１）。
【０００９】
本発明の上記圧力センサにおいては，上記挿入部の先端部は，略平坦状の表面と略半円状の曲面とによる略半円柱形状に形成してあり，上記略平坦状の表面に設けた素子配置用凹部に上記感圧素子を収容し，該感圧素子の圧力検知面である素子面を上記略平坦状の表面と略面一にすると共に，該略平坦状の表面を上記挿入軸の挿入方向側に向くよう該挿入軸に対して傾斜させている。ここで，この感圧素子は，素子面の法線方向に厚みが薄い平板状の形状を有するものである。そのため，このように上記感圧素子を配設することにより，感圧素子を挿入軸方向に投影する投影領域の面積，すなわち感圧素子の軸方向投影面積を低減することができる。
【００１０】
そして，この軸方向投影面積を抑制することにより，上記圧力室は，上記挿入軸に直交する断面積を小さくすることができる。これにより，この圧力室を含む上記圧力センサを，特に上記挿入軸と直交する面内において小型化することができる。
【００１１】
また，上記挿入軸に直交する上記圧力室の断面積は，上記コネクタハウジングが，その挿入逆方向に圧力を受ける面積に略一致している。そのため，上記圧力室の断面積を小さくすれば，コネクタハウジングを，センサハウジングから引き抜く方向に作用する力を小さくできる。そうすると，圧力センサに求められるコネクタハウジングとセンサハウジングとの間の接合強度を従来よりも低めに設定できる。
それ故，本発明によれば，上記コネクタハウジングと上記センサハウジングとの間の組み付け構造及び固定構造を簡単かつ簡便なものにできる。
【００１２】
このように，本発明の圧力センサは，圧力センサの小型化と同時に，構造の簡略化に伴う更なる小型化，低コスト化が容易に実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明においては，上記コネクタハウジングは，挿入部と，該挿入部よりも大径のツバ部とを有しており，上記センサハウジングは，上記挿入部を挿入する第１凹部と，上記ツバ部を挿入する第２凹部と，該第２凹部に上記ツバ部を挿入した状態で該ツバ部に係合するカシメ部とを有しており，
上記ツバ部は，樹脂材料のみにより構成されていると共に，上記挿入部と一体的に成形されていることが好ましい。
【００１４】
この場合には，ツバ部を含む上記コネクタハウジングを，ＰＰＳ樹脂等の樹脂材料のみにより一体成形してあるため，上記圧力センサの部品点数を減らして，さらに小型化，低コスト化を図ることができる。
ここで，この圧力センサにおいては，上記圧力室は，上記挿入軸に直交する断面積が小さい。そのため，コネクタハウジングに対して，その引き抜き方向に作用する力が抑制されている。それ故，樹脂材料のみにより成形された上記ツバ部であっても十分な耐圧強度を発揮させることができる。
【００１６】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる圧力センサ１について，図１〜図３を用いて説明する。
本例の圧力センサ１は，図１に示すごとく，感圧素子２０を有するコネクタハウジング３０と，センサハウジング４０と，該センサハウジング４０に上記コネクタハウジング３０を一定の挿入軸３３に沿って嵌入することにより上記センサハウジング４０と上記コネクタハウジング３０との間に形成された圧力室４２とを有するものである。ここで，この圧力室４２には，感圧素子２０を収容してある。
そして，上記感圧素子２０は，その素子面２１から外方へ向かう法線３４の方向と，上記挿入軸３３の挿入方向とのなす角Ｒが９０度となるよう設定して配設してある。以下に，この内容について詳しく説明する。
【００１７】
本例の圧力センサ１は，図１に示すごとく，シールダイヤフラム４３を有するセンサハウジング４０に，ターミナルピン１０と感圧素子２０とを有するコネクタハウジング３０を嵌入して組み立てたセンサである。すなわち，本例の圧力センサ１は，圧力計測対象である流体とは隔離された圧力室４２を有するものである。そして，この圧力センサ１では，シールダイヤフラム４３に作用する流体圧を，圧力室４２に封入した圧力伝達媒体を介して，感圧素子２０により検知する。
上記感圧素子２０は，シリコン層を加工して歪ゲージを形成するとともに，シリコン基板を精密にエッチングしてセンサダイヤフラムを形成したものである。
【００１８】
上記コネクタハウジング３０は，ＰＰＳ樹脂により一体成形されていると共に，挿入部３５と，該挿入部３５よりも大径のツバ形状のツバ部３１とを有している。
さらに，上記挿入部３５は，上記ツバ部３１に連接する基部３５１と，さらに基部３５１に連接し，上記センサハウジング４０との間でシール面を形成するシール挿入部３５２と，該シール挿入部３５２から延設されると共に，挿入軸３３と略平行な受圧面３２を設けた断面略半円状の配設部３５３とを有している。また，配設部３５３の先端には，上記シールダイヤフラム４３と対峙する先端面３５４が形成されている。
【００１９】
上記配設部３５３の受圧面３２には，図２，図３に示すごとく，ターミナルピン１０及び感圧素子２０を配置する凹部３６が設けてある。そして，この凹部３６には，図１に示すごとく感圧素子２０の素子面２１から外方へ向かう法線３４の方向と，上記挿入軸３３の挿入方向とのなす角Ｒが９０度となるよう感圧素子２０を配設してある。すなわち，上記素子面２１を，上記シールダイヤフラム４３に対面するように配置するのではなく，上記シールダイヤフラム４３と略直角とした状態で配置してある。
さらに，凹部３６には，図３に示すごとく，電源用，グランド用及び信号出力用としてインサート成形された３本の上記ターミナルピン１０が露出している。
【００２０】
そして，これらターミナルピン１０は，図２におけるA―A断面形状を表す図３に示すごとく，感圧素子２０とボンディングワイヤ２２により相互に電気的に接続されている。
また，図２，図３に示すごとく，凹部３６には，シリコーン系シール材を充填してシール層１２を形成してある。このシール層１２は，ターミナルピン１０とコネクタハウジング３０との間を十分にシールして，圧力室４２の気密性を高くするものである。
【００２１】
上記センサハウジング４０は，ステンレススチールよりなると共に，図１に示すごとく，上記シールダイヤフラム４３のコネクタハウジング３０側に，上記挿入部３５を挿入する第１凹部４５と，上記ツバ部３１を挿入する第２凹部４７と，該第２凹部４７にツバ部３１を挿入した状態で該ツバ部３１と係合するカシメ部４１とを有している。
さらに，上記第１凹部４５は，コネクタハウジング３０の上記配設部３５３が挿入され圧力室４２を形成する圧力室形成部４５２と，上記シール挿入部３５２及び上記基部３５１が挿入されコネクタハウジング３０とのシール面をなす受け部４５１を有している。
【００２２】
また，センサハウジング４０は，シールダイヤフラム４３の被計測環境４４側に，該被計測環境４４にある流体，気体等をシールダイヤフラム４３側へ導入する圧力導入孔４４１と，被計測環境４４を形成する配管パイプ等に対して圧力センサ１を取り付けるためのねじ部４４２とを有している。
【００２３】
上記のごとく構成されたコネクタハウジング３０とセンサハウジング４０とを組み立てて製造された圧力センサ１は，図１に示すごとく，コネクタハウジング３０を挿入したセンサハウジング４０のカシメ部４１を内径方向に変形させ，ツバ部３１に係合させることによりコネクタハウジング３０とセンサハウジング４０とを固定して，組み立てられている。
【００２４】
この圧力センサ１は，コネクタハウジング３０の先端面３５４とセンサハウジング４０のシールダイヤフラム４３とが対峙して形成された空間と，コネクタハウジング３０の受圧面３２がセンサハウジング４０の圧力室形成部４５２の内周面に対峙して形成された空間とよりなる圧力室４２を有している。
【００２５】
この圧力室４２には，上記圧力伝達媒体としてシリコンオイルが充填されていると共に，上記シール挿入部３５２と上記受け部４５１との間に配設されたOリング５０及びバックアップリング５１によりシールされている。このOリング５０は，上記コネクタハウジング３０の基部３５１により挿入方向に押圧されたバックアップリング５１により保持され，高い圧力にも耐えうるよう構成されている。
【００２６】
上記圧力センサ１は，センサハウジング４０に設けられたねじ部４４２により，被計測環境４４を形成する配管パイプ等に取り付けできるよう構成されている。そして，被計測環境４４から圧力導入孔４４１を経由してシールダイヤフラム４３側に導入される圧力は，圧力室４２に充填されたシリコンオイルを介して感圧素子２０のセンサダイヤフラムに伝達されるよう構成してある。
【００２７】
以上のごとく，本例の圧力センサ１においては，素子面２１から外方へ向かう法線３４の方向と，挿入軸３３の挿入方向とのなす角Ｒが９０度となるように感圧素子２０を配設してある。すなわち，上記素子面を，上記シールダイヤフラムに対面するように配置するのではなく，上記シールダイヤフラムと略直角とした状態で配置してある。
【００２８】
そのため，感圧素子２０は，挿入軸３３方向の軸方向投影面積が小さい。それ故，この感圧素子２０を収容する圧力室４２は，挿入軸３３に直交する断面積を小さくすることができる。したがって，この圧力室４２を形成するセンサハウジング４０の圧力室形成部４５２及びコネクタハウジング３０の配設部３５３の小径化が可能となる。
そしてさらに，この配設部３５３の小径化に連動してコネクタハウジング３０のシール挿入部３５２，基部３５１及びツバ部３１を小径化することができ，それに対応してセンサハウジング４０を小径化することにより圧力センサ１全体の小型化が可能となる。
【００２９】
さらに，上記のごとく挿入軸３３に直交する圧力室４２の断面積を小さくすることにより，コネクタハウジング３０に対して挿入逆方向へ作用する力を抑制することができる。そうすると，コネクタハウジング３０のツバ部３１に補強部材等をインサート成形することなく，樹脂材料のみにより一体的にコネクタハウジング３０を成形することが可能となる。また，併せて，センサハウジング４０のカシメ部４１を薄肉化することもできる。
【００３０】
このようにして，本例によれば，圧力センサ１の小型化，部品点数の低減等による低コスト化を実現することができる。
なお，本例の圧力センサ１において，圧力室４２に封入したシリコンオイルに代えて，フッ素オイルを適用することもできる。
【００３１】
また，受圧面３２上の配置としては，図４に示すごとく，全てのターミナルピン１０を，感圧素子２０とシール挿入部３５２との間に配置することもできる。この場合には，受圧面３２の横幅，すなわち挿入軸３３と直交する方向の幅を狭くして，さらに圧力室４２の断面積を小さくすることができる。それ故，圧力センサ１の小型化をさらにすすめることができる。さらに，図５に示すごとく，全てのターミナルピン１０を，感圧素子２０の挿入方向側に配置した場合にも，同様の効果を得られる。
【００３２】
さらにまた，上記コネクタハウジング３０と上記センサハウジング４０との固定方法は，本例のかしめによる方法に代えてボルトやねじ締め等による固定方法とすることもできる。この場合にも，ボルトやねじ等の小径化，使用本数の低減や，ボルト等による締め付け固定部位の薄肉化等により，圧力センサの小型化，低コスト化の効果を得ることができる。
【００３３】
また，本例の圧力センサ１における外部と隔離された圧力室４２に代えて，上記シールダイヤフラム４３を廃し，外部に開放した圧力室４２としてもよい。この場合には，圧力計測対象である流体が，直接上記感圧素子２０のセンサダイヤフラムに作用することとなる。
【００３４】
（実施例２）
本例は，実施例１に対して，感圧素子２０の素子面２１を傾けた例である。
本例では，図６に示すごとく，感圧素子２０は，その素子面２１から外方へ向かう法線３４の方向と，上記挿入軸３３の挿入方向とのなす角Ｒを７０度に設定して配設してある。また，感圧素子２０を配置する受圧面３２についても，素子面２１と略平行な面としてある。
【００３５】
この場合にも，上記感圧素子２０を，上記挿入軸３３の方向に投影した投影領域の面積，すなわち軸方向投影面積を，従来に比べて小さくすることができる。それ故，この感圧素子２０を収容する圧力室４２は，挿入軸３３に直交する断面積を小さくすることができる。したがって，この圧力室４２を有する圧力センサ１全体の小型化が可能となる。
【００３６】
また，本例では，感圧素子２０の素子面２１及び受圧面３２を，その挿入逆方向に向けて，次第にシール挿入部３５２の外周面に近づく傾斜面としてある。そうすると，受圧面３２とシール挿入部３５２との間に生じる段差Gを小さくすることができる。
そのため，図６に示すごとく，ターミナルピン１０を，感圧素子２０とシール挿入部３５２との間に配置する場合であっても，ターミナルピン１０へのボンディングワイヤ２２の接続作業が容易である。すなわち，ボンディング作業を実施するボンディングマシンのボンディングヘッドが，シール挿入部３５２に干渉するおそれがない。それ故，効率的にワイヤボンディング作業を実施することができる。
【００３７】
このように，本例の圧力センサ１によれば，コネクタハウジング３０の受圧面３２におけるターミナルピン１０の配置自由度が高い。そして，ターミナルピン１０の配置に関わらず，生産性良く圧力センサ１を製造することができる。
なお，その他の構成及び作用効果は，実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，圧力センサを示す断面図。
【図２】実施例１における，コネクタハウジングの受圧面を示す正面図。
【図３】実施例１における，図２におけるA−A線矢視断面図。
【図４】実施例１における，その他の受圧面を示す正面図。
【図５】実施例１における，その他の受圧面を示す正面図。
【図６】実施例２における，圧力センサを示す断面図。
【図７】従来技術における，圧力センサを示す断面図。
【符号の説明】
１．．．圧力センサ，
１０．．．ターミナルピン，
２０．．．感圧素子，
２２．．．ボンディングワイヤ，
３０．．．コネクタハウジング，
３１．．．ツバ部，
３２．．．受圧面，
３３．．．挿入軸，
３４．．．法線，
３５．．．挿入部，
３５１．．．基部，
３５２．．．シール挿入部，
３５３．．．配設部，
３５４．．．先端面，
４０．．．センサハウジング，
４１．．．カシメ部，
４３．．．シールダイヤフラム，
４４１．．．圧力導入孔，
４４２．．．ねじ部，
４５．．．第１凹部，
４６．．．第２凹部，
５０．．．Ｏリング，
５１．．．バックアップリング，

Claims (1)

1. 感圧素子を有する挿入部を形成したコネクタハウジングと，上記挿入部が挿入される凹部と圧力計測対象である流体が導入される圧力導入孔とを連通形成してなると共に上記挿入部と上記圧力導入孔との境界部分にシールダイヤフラムを配置してなるセンサハウジングとを備え，
   該センサハウジングの上記凹部に対して上記コネクタハウジングの上記挿入部を一定の挿入軸に沿って挿入することにより，上記凹部の内周面と上記シールダイヤフラムと上記挿入部との間に圧力室を形成してなり，該圧力室には，上記挿入部の先端部分に配設した上記感圧素子を収容してなる圧力センサにおいて，
   上記挿入部の先端部は，略平坦状の表面と略半円状の曲面とによる略半円柱形状に形成してあり，上記略平坦状の表面に設けた素子配置用凹部に上記感圧素子を収容し，該感圧素子の圧力検知面である素子面を上記略平坦状の表面と略面一にすると共に，該略平坦状の表面を上記挿入軸の挿入方向側に向くよう該挿入軸に対して傾斜させたことを特徴とする圧力センサ。

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