JP3991787B2

JP3991787B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP3991787B2
Application number: JP2002195071A
Authority: JP
Inventors: 知也山川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-07-03
Also published as: JP2004037271A

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，上記歪ゲージにより，圧力によるダイヤフラムのひずみ量を計測することにより圧力を測定する。
【０００３】
感圧素子を配置する受圧面を有するコネクタハウジングと，センサハウジングとからなる圧力センサにおいて，上記の感圧素子は，センサハウジングに挿入したコネクタハウジングと，センサハウジングとの間の圧力室に収容されるよう構成されている。
【０００４】
上記の圧力センサには耐久性と耐圧性が要求されるため，センサハウジングに対しコネクタハウジングを差し込んだ後，センサハウジングの一部をかしめて両者を強固に一体結合する。そのかしめ作業に際し，センサハウジング及びコネクタハウジングには，両者の間で相互に当接すると共にその挿入方向のかしめ荷重を受けるための荷重受け面を配設する必要がある。
【０００５】
【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にあっては，次のような問題がある。
即ち，上記コネクタハウジングと上記センサハウジングとを相互に当接させるための上記荷重受け面は，必要なかしめ荷重に応じて所定の面積以上確保する必要がある。そのため，コネクタハウジング及びセンサハウジングの大型化を招来し，両者を組み合わせた圧力センサの大型化を来たしていた。
【０００６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，小型の圧力センサを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
本発明は，感圧素子を配置した受圧面を有するコネクタハウジングと，所定の挿入方向に沿って上記コネクタハウジングの挿入部を挿入するための凹部を有するセンサハウジングと，上記凹部に挿入された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に形成される圧力室とを有し，該圧力室に上記感圧素子を収容してある圧力センサにおいて，
上記センサハウジングは，上記コネクタハウジングの上記挿入部と係合するカシメ部を有しており，
上記コネクタハウジングにおける上記挿入部の外周面には，上記挿入方向に沿って徐々に縮径するよう設けられたコネクタテーパ面が配設されており，
上記センサハウジングにおける上記凹部の内周面には，上記挿入方向に沿って徐々に縮径するよう設けられたセンサテーパ面が配設されており，
上記コネクタハウジングと上記センサハウジングとは，上記コネクタテーパ面と上記センサテーパ面とを密着させることにより，両者の挿入方向の位置を規制して，上記コネクタハウジングの先端面と上記センサハウジングの凹部の底部とは接触することなく，両者の間に所定の隙間を形成し，かつ，上記コネクタテーパ面と上記センサテーパ面との間に上記カシメ部をかしめることによる上記コネクタハウジングの挿入方向のかしめ荷重を作用させた状態で組み付けてあることを特徴とする圧力センサにある（請求項１）。
【０００８】
本発明の上記圧力センサにおいては，上記コネクタハウジングには上記コネクタテーパ面を設け，上記センサハウジングには上記センサテーパ面を設けてある。そして，上記コネクタハウジングとセンサハウジングとが接合された状態においては，上記コネクタテーパ面とセンサテーパ面とを密着させてある。
そして，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に作用する荷重を受けるために十分な接触面積が得られるように上記コネクタテーパ面及び上記センサテーパ面の面積を確保した場合においても，これらの面の上記挿入方向の投影面積は，上記コネクタテーパ面及び上記センサテーパ面が傾斜していることによって実際の面積より縮小することができる。
このように上記コネクタテーパ面及び上記センサテーパ面の投影面積を，実際の面積より小さくすることにより，上記コネクタハウジング及び上記センサハウジングにおける挿入方向に直交する断面積を抑制でき，上記コネクタハウジング及び上記センサハウジングを小型化することができる。そして，上記のごとく小型化された上記コネクタハウジング及び上記センサハウジングを組み合わせた本発明の圧力センサは，その大きさが小型の優れたものとなる。
【０００９】
【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の上記挿入部は，上記挿入方向に略平行な軸を中心とした略円柱形状の挿入基部と，該挿入基部よりも小径である略円柱形状の挿入先端部とを有し，該挿入先端部と上記挿入基部との間に，上記コネクタテーパ面が配設されており，
上記センサハウジングの上記凹部は，上記挿入先端部を収納可能な略円柱形状の内周面を形成する第１凹部と，上記挿入基部に嵌合可能な略円柱形状の第２凹部とを有しており，該第２凹部と上記第１凹部との間に，上記センサテーパ面が配設されていることが好ましい（請求項２）。
【００１０】
この場合には，上記コネクタハウジングの上記挿入先端部と上記挿入基部との間に，上記コネクタテーパ面を配設することにより上記挿入先端部を小径化できる。そして，小径化された上記挿入先端部を有するコネクタハウジングを用いて構成することにより，圧力センサ全体をより小型化することができる。
【００１１】
また，上記コネクタハウジングの上記挿入先端部の外周には，上記圧力室を密閉するためのＯリングが配設されており，上記センサハウジングの上記第１凹部と上記第２凹部との間の上記センサテーパ面は，上記Ｏリングを上記センサハウジングの上記第１凹部に挿入させていくための挿入ガイド面として利用できるよう構成されていることが好ましい（請求項３）。
【００１２】
この場合には，上記Ｏリングを上記第１凹部に挿入させていくための挿入ガイド面を，別途，配設する必要がない。そのため，上記センサハウジングをさらに小径化し，上記圧力センサをさらに小型化することができる。
【００１３】
また，上記センサテーパ面及び上記コネクタテーパ面と上記挿入方向とのなす角は，１５度〜３５度であることが好ましい（請求項４）。
この場合には，上記センサテーパ面と上記コネクタテーパ面との当接により，上記挿入方向の荷重を効率良く負担させることができる。さらに，上記Ｏリングは，上記センサテーパ面に沿わせて上記第１凹部に挿入できる。そのため，Ｏリングの挿入作業は非常に滑らかなものとなる。
【００１４】
一方，上記のなす角が１５度未満であると，上記センサテーパ面と上記コネクタテーパ面との間に，上記挿入方向の荷重を十分に負担させることができない。また，上記のなす角が３５度を超えると，上記Ｏリングを滑らかに挿入することができず，Ｏリングに傷等を生じるおそれがある。
【００１５】
また，上記センサハウジングは，シールダイヤフラムを有しており，上記圧力室は，上記シールダイヤフラムにより密閉されていると共に，該圧力室の中には，圧力伝達媒体が充填されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には，センサハウジングにおける上記凹部の底面には，シールダイヤフラムが配設される。そのため，センサハウジングの凹部の底面に，コネクタハウジングの挿入部における挿入方向の端面を直接当接させる構造とすることが難しい。
したがって，センサハウジングが上記シールダイヤフラムを有する場合には，本発明による効果が特に有効となる。
【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を用いて説明する。
本例の圧力センサ１は，感圧素子２０を配置した受圧面３２を有するコネクタハウジング３０と，所定の挿入方向に沿ってコネクタハウジング３０の挿入部３５を挿入するための凹部４５を有するセンサハウジング４０を有する。また，凹部４５に挿入されたコネクタハウジング３０とセンサハウジング４０との間には圧力室４２が形成されている。この圧力室４２には，感圧素子２０を収容してある。
【００１７】
上記コネクタハウジング３０における上記挿入部３５の外周面には，上記挿入方向に沿って徐々に縮径するよう設けられたコネクタテーパ面３５２が配設されている。上記センサハウジング４０における上記凹部４５の内周面には，上記挿入方向に沿って徐々に縮径するよう設けられたセンサテーパ面４５２が配設されている。そして，上記コネクタハウジング３０と上記センサハウジング４０とは，上記コネクタテーパ面３５２と上記センサテーパ面４５２とを密着させた状態で接合されている。
以下，この内容について詳しく説明する。
【００１８】
本例の圧力センサ１は，図１，図２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を挿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は，シールダイヤフラム４３に作用する上記流体の圧力を，圧力室４２に封入した圧力伝達媒体を介して，感圧素子２０により検知できるよう構成されている。
感圧素子２０は，シリコン基板上の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。
【００１９】
コネクタハウジング３０は，ＰＰＳ樹脂により，後述するごとくターミナルピン１０をインサートして一体成形されていると共に，センサハウジング４０に挿入する挿入部３５と，外部機器のコネクタ（図示略）と電気的に接続するためのソケット部３００とを有している。
【００２０】
コネクタハウジング３０における挿入部３５は，上記挿入方向に略平行な軸を中心とした略円柱形状の挿入基部３５３と，該挿入基部３５３よりも小径である略円柱形状の挿入先端部３５１とを有している。そして，該挿入先端部３５１と挿入基部３５３との間には，コネクタテーパ面３５２を配設してある。
【００２１】
さらに，この挿入先端部３５１は，その外周面に，圧力室４２を密閉するためのＯリング５０及びバックアップリング５１を配設できるよう構成されており，挿入先端部３５１の外周面には，Ｏリング５０及びバックアップリング５１を配設するためのリング溝３５０を設けてある。
なお，本例のリング溝３５０は，上記挿入方向の壁面がない不完全な溝形状を呈しており，後述するごとくセンサハウジング４０の内表面と組み合わされて溝形状が形成されるよう構成してある。
【００２２】
ソケット部３００は，外部機器（図示略）と電気的に接続するための外部コネクタ（図示略）を挿入することができるよう構成されていると共に，該ソケット部３００の内部には，それぞれのターミナルピン１０における一方の端部を突出させてある。そして，それぞれのターミナルピン１０は，ソケット部３００に挿入された上記外部コネクタの各電極と電気的に接触するよう構成されている。
【００２３】
コネクタハウジング３０の挿入方向の端面である受圧面３２には，図１に示すごとく，ターミナルピン１０の他方の端部を露出させてあると共に，感圧素子２０を配置してある。
上記のターミナルピン１０としては，電源用，グランド用及び信号出力用の３本があり，これらのターミナルピン１０は，すべてソケット部３００から受圧面３２へとコネクタハウジング３０を貫通するように，インサート成形によってコネクタハウジング３０内に一体的に配置されている。
【００２４】
受圧面３２に露出する各ターミナルピン１０とＰＰＳ樹脂との境界部は，シリコーン系シール材からなるシール層１２によりシールされ，圧力室４２の気密性を保持できるように構成されている。
そして，各ターミナルピン１０は，図１，図２に示すごとく，感圧素子２０とボンディングワイヤ３４により相互に電気的に接続されている。
【００２５】
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，図２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を挿入する凹部４５と，該凹部４５に挿入部３５を挿入した状態で挿入部３５と係合するカシメ部４１とを有している。
【００２６】
センサハウジング４０における凹部４５は，図１，図２に示すごとく，上記挿入先端部３５１を挿入する略円柱形状の内周面を形成する第１凹部４５１と，上記挿入基部３５３を挿入する略円柱形状の第２凹部４５３とを有している。そして，該第２凹部４５３と上記第１凹部４５１との間に，センサテーパ面４５２が配設されている。
【００２７】
センサテーパ面４５２は，コネクタハウジング３０の上記挿入先端部３５１に配設されたＯリング５０を第１凹部４５１に滑らかに挿入できるよう上記挿入方向とのなす角Ｒ１（図２参照）を２５度に設定してある。
また，凹部４５の底面部分には，シールダイヤフラム４３が配設されている。シールダイヤフラム４３は，図２に示すごとく，その外周部に積層されたシールリング４３１の表面からレーザ溶接して，センサハウジング４０まで達する溶接部４３５を設けることにより，センサハウジング４０に強固に固定されている。
【００２８】
センサハウジング４０は，図１に示すごとく，シールダイヤフラム４３の被計測環境４４側に圧力計測対象としての流体，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，圧力計測対象としての流体等を収容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ネジ部４４２とを有している。
【００２９】
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てある。このようにカシメ部４１を内径方向に変形させることにより，カシメ部４１を，コネクタハウジング３０の挿入基部３５３に係合させ，固定してある。
【００３０】
コネクタハウジング３０とセンサハウジング４０とは，それぞれが有するコネクタテーパ面３５２とセンサテーパ面４５２とを密着させることにより，両者の挿入方向の位置を規制してある。そして，コネクタテーパ面３５２とセンサテーパ面４５２との間に，上記かしめ部４１をかしめる際に生じる挿入方向の荷重を作用させた状態で，上記コネクタハウジング３０とセンサハウジング４０とを組み立ててある。また，図２に示すごとく，上記コネクタテーパ面３５２とセンサテーパ面４５２との当接によって，コネクタハウジング３０の先端面とセンサハウジング４０の凹部４５の底部とは接触することなく，両者の間に所定の隙間が形成されている。
【００３１】
この圧力センサ１は，コネクタハウジング３０の受圧面３２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よりなる圧力室４２を有している。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。また，挿入先端部３５１に配設されたリング溝３５０と，第１凹部４５１との間隙に装着された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，リング溝３５０における挿入方向の反対側の端面により押圧されたバックアップリング５１により保持され，高圧にも耐え得るよう構成されている。
【００３２】
そして，以上のごとく構成された圧力センサ１を用いて，圧力を計測するに当たって，センサハウジング４０に設けられたねじ部４４２により，圧力計測対象としての流体等を収容する配管パイプ等に取り付けられるよう構成してある。そして，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計測対象としての流体の圧力は，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。
【００３３】
以上のごとく，本例の圧力センサ１は，コネクタハウジング３０におけるコネクタテーパ面３５２とセンサハウジング４０におけるセンサテーパ面４５２とを密着させて，コネクタハウジング３０の挿入方向のかしめ荷重を作用させた状態で組み付けてある。
【００３４】
また，コネクタテーパ面３５２及びセンサテーパ面４５２は，上記挿入方向に対する角度Ｒ１が２５度となるように配設してある。そのため，コネクタハウジング３０及びセンサハウジング４０の大径化を抑制しながら，コネクタテーパ面３５２とセンサテーパ面４５２とが当接する接触面積を十分に確保して，両者間に十分な荷重を負担させることができる。
【００３５】
このように，コネクタテーパ面３５２とセンサテーパ面４５２とを，その十分な接触面積により当接させ，両者の間に挿入方向における荷重を作用させて組み立てた圧力センサ１は，小型かつ耐圧性の高い優れたものとなる。
【００３６】
さらに，コネクタハウジング３０を，センサハウジング４０に挿入していくに当たっては，コネクタハウジング３０の上記挿入先端部３５１に配設されたＯリング５０を，上記挿入方向に対する角度Ｒ１が２５度となるよう配設されたセンサテーパ面４５２によりガイドして滑らかに挿入することができる。そして，このように組み付けられた圧力センサ１は，シール用のＯリング５０に傷等を生じることがなく，その優れた性能を長く維持することができる。
【００３７】
なお，本例の圧力センサ１におけるセンサハウジング４０に代えて，シールダイヤフラム４３を有していないセンサハウジングを適用することもできる。この場合には，圧力計測対象である流体が圧力室に流入し，感圧素子２０のセンサダイヤフラムに直接作用することとなる。
【００３８】
（実施例２）
本例は，図３に示すごとく，実施例１と異なる構造の挿入部３６を有するコネクタハウジング３０と，同様に実施例１と異なる構造の凹部４６を有するセンサハウジング４０とを組み合わせて構成した圧力センサ１の例である。
本例のコネクタハウジング３０における挿入部３６は，同図に示すごとく，円柱状に構成されており，その挿入方向の先端部の角部にコネクタテーパ面３６２が配設されている。また，挿入部３６のウジング３０の挿入方向の端面には，Ｏリング５０を装着するためのリング溝３６０を設けてある。
【００３９】
センサハウジング４０における凹部４６は，同図に示すごとく，円柱状の挿入部３６を挿入可能に構成されており，その底面の隅部には，コネクタテーパ面３６２と当接できるよう構成されたセンサテーパ面４６２が配設されている。
【００４０】
本例の圧力センサ１においては，コネクタテーパ面３６２及びセンサテーパ面４６２は，上記挿入方向とのなす角Ｒ２が２５度となるよう配設してある。そのため，コネクタハウジング３０及びセンサハウジング４０の大径化を招来することなく，コネクタテーパ面３６２とセンサテーパ面４６２とが当接する接触面積を十分に確保することができる。
そのため，コネクタハウジング３０とセンサハウジング４０とを組み付けるに当たって，コネクタテーパ面３６２とセンサテーパ面４６２とが当接する接触面に，挿入方向のかしめ荷重を十分に作用させることができる。
【００４１】
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とを組み合わせて製造した圧力センサ１は，小型かつ耐圧性の高いセンサである。
なお，その他の構成及び作用効果については，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，圧力センサの構造を示す断面図。
【図２】実施例１における，圧力センサの圧力室近傍を示す拡大説明図。
【図３】実施例２における，圧力センサの構造を示す断面図。
【符号の説明】
１．．．圧力センサ，
１０．．．ターミナルピン，
２０．．．感圧素子，
３０．．．コネクタハウジング，
３４．．．ボンディングワイヤ，
３５．．．挿入部，
３６．．．挿入部，
３５０．．．リング溝，
３５１．．．挿入先端部，
３５２．．．コネクタテーパ面，
３５３．．．挿入基部，
３６３．．．挿入基部，
４０．．．センサハウジング，
４２．．．圧力室，
４５．．．凹部，
４６．．．凹部，
４５１．．．第１凹部，
４５２．．．センサテーパ面，
４５３．．．第２凹部，
４６３．．．主凹部，

Claims

感圧素子を配置した受圧面を有するコネクタハウジングと，所定の挿入方向に沿って上記コネクタハウジングの挿入部を挿入するための凹部を有するセンサハウジングと，上記凹部に挿入された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に形成される圧力室とを有し，該圧力室に上記感圧素子を収容してある圧力センサにおいて，
上記センサハウジングは，上記コネクタハウジングの上記挿入部と係合するカシメ部を有しており，
上記コネクタハウジングにおける上記挿入部の外周面には，上記挿入方向に沿って徐々に縮径するよう設けられたコネクタテーパ面が配設されており，
上記センサハウジングにおける上記凹部の内周面には，上記挿入方向に沿って徐々に縮径するよう設けられたセンサテーパ面が配設されており，
上記コネクタハウジングと上記センサハウジングとは，上記コネクタテーパ面と上記センサテーパ面とを密着させることにより，両者の挿入方向の位置を規制して，上記コネクタハウジングの先端面と上記センサハウジングの凹部の底部とは接触することなく，両者の間に所定の隙間を形成し，かつ，上記コネクタテーパ面と上記センサテーパ面との間に上記カシメ部をかしめることによる上記コネクタハウジングの挿入方向のかしめ荷重を作用させた状態で組み付けてあることを特徴とする圧力センサ。
請求項１において，上記コネクタハウジングの上記挿入部は，上記挿入方向に略平行な軸を中心とした略円柱形状の挿入基部と，該挿入基部よりも小径である略円柱形状の挿入先端部とを有し，該挿入先端部と上記挿入基部との間に，上記コネクタテーパ面が配設されており，
上記センサハウジングの上記凹部は，上記挿入先端部を収納可能な略円柱形状の内周面を形成する第１凹部と，上記挿入基部に嵌合可能な略円柱形状の第２凹部とを有しており，該第２凹部と上記第１凹部との間に，上記センサテーパ面が配設されていることを特徴とする圧力センサ。
請求項２において，上記コネクタハウジングの上記挿入先端部の外周には，上記圧力室を密閉するためのＯリングが配設されており，上記センサハウジングの上記第１凹部と上記第２凹部との間の上記センサテーパ面は，上記Ｏリングを上記センサハウジングの上記第１凹部に挿入させていくための挿入ガイド面として利用できるよう構成されていることを特徴とする圧力センサ。
請求項３において，上記センサテーパ面及び上記コネクタテーパ面と上記挿入方向とのなす角は，１５度〜３５度であることを特徴とする圧力センサ。
請求項１〜４のいずれか１項において，上記センサハウジングは，シールダイヤフラムを有しており，上記圧力室は，上記シールダイヤフラムにより密閉されていると共に，該圧力室の中には，圧力伝達媒体が充填されていることを特徴とする圧力センサ。