JP5541106B2 - 圧力センサ - Google Patents
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Description
X=H×tan((90°−θ)/2) ・・・(1)
σ3−σ2=σ1×cosθ ・・・(2)
したがって、センサチップを圧力媒体から保護するゲル部材に結露した結露水の滞留を防止して検出精度の低下を抑制することができる。
長さXに相当する部分を底辺とし距離Hに相当する部分を高さとする直角三角形を定義し、この直角三角形を含む平面で気液界面を切断した切断面を考える。この場合、距離Hに相当する高さと斜辺との交点は、上壁に対する気液界面の接触位置に相当し、長さXに相当する高さと斜辺との交点は、下壁に対する気液界面の接触位置に相当に相当する。そして、上記切断面において、気液界面に相当する曲線上の各点では、水平方向に対する接線の傾きが、上壁から下壁に向かって、θから90°に変化する。そうすると、距離Hに対応する高さと斜辺とがなす角度は、上述した各接線の傾きの平均値に相当するため、(90°−θ)/2として表現することができる。このため、(90°−θ)/2を用いることで、上述した式の関係が成立する。
これは、気液界面が周壁に接触する部位のうち最下点を3重点とするとき、この3重点にて、ゲル部材および空気間の界面張力σ1と、ゲル部材および周壁の間の界面張力σ2と、空気および周壁間の界面張力σ3とが作用し、特に、下壁近傍における気液界面が重力方向に沿うことから、界面張力σ1が重力方向に作用するからである。
まず、ケース20を用意し、台座33を介してセンサチップ30が固定されたステム40を、ケース20の貫通穴21aに組み付ける。次に、センサチップ30の受圧面31aを保護するようにケース20内に第1ゲル61を充填する。そして、第1ゲル61を覆って保護するようにケース20内に第2ゲル62を充填する。このとき、第2ゲル62は、図1から判るように、下壁23の突出端部23aや上壁24の突出端部24aに達するまで充填される。
図3(A)に示すように、上壁24の突出長さX2から下壁23の突出長さX1を減算した長さをX(=X2−X1)、下壁23の突出端部23aを基準とする当該下壁23の内面と上壁24の内面との鉛直方向の距離(周壁22の内径)をH、メニスカス63と周壁22の内面とがなす角度を接触角θとした場合に、長さXが以下の式を満たすように、以下の式(1)の関係が成立する。
X=H×tan((90°−θ)/2) ・・・(1)
長さXに相当する部分を底辺とし距離Hに相当する部分を高さとする直角三角形を定義し、この直角三角形を含む平面でメニスカス63を切断した切断面を考える。この場合、長さXに相当する高さと斜辺との交点P1は、下壁23に対するメニスカス63の接触位置に相当に相当し、距離Hに相当する高さと斜辺との交点P2は、上壁24に対するメニスカス63の接触位置に相当する。そして、上記切断面において、メニスカス63に相当する曲線上の各点では、水平方向に対する接線の傾きが、上壁24から下壁23に向かって、θから90°に変化する。ここで、距離Hに対応する高さと斜辺とがなす角度は、上述した各接線の傾きの平均値に相当するため、(90°−θ)/2として表現することができる。
図3(B)に示すように、メニスカス63が周壁22に接触する部位のうち最下点を3重点(交点P1に相当)とするとき、この3重点P1にて、第2ゲル62および空気間の界面張力σ1と、第2ゲル62および周壁22の間の界面張力σ2と、空気および周壁22間の界面張力σ3とが作用する。そして、メニスカス63の下壁23近傍が重力方向に沿うように形成されることから、界面張力σ1は重力方向に作用する。
σ3−σ2=σ1×cosθ ・・・(2)
したがって、センサチップ30を圧力媒体から保護するゲル部材60に結露した結露水の滞留を防止して検出精度の低下を抑制することができる。
図4に示すように、下壁23は、底壁21に近づくほど上壁24に近づくように湾曲して傾斜して形成されてもよい。このようにしても、メニスカス63の凹部が前傾し、突出端部23a近傍のメニスカス63がそり立つ壁のようになるので、メニスカス63に結露した結露水を当該メニスカス63上に溜まりにくくすることができる。
(1)周壁22の突出方向が重力方向に対して直交することなく水平方向に対して傾斜するように設置される場合には、その傾斜角度を考慮して、設置後のメニスカス63の下壁23近傍が重力方向に沿うように、突出長さX1,X2および下壁23の傾斜角度を設定してもよい。
20…ケース
21…底壁
22…周壁
23…下壁
24…上壁
30…センサチップ
31a…受圧面
60…ゲル部材
61…第1ゲル
62…第2ゲル
63…メニスカス(気液界面)
θ…接触角
σ1,σ2,σ3…界面張力
Claims (5)
- 受圧面を有するセンサチップを備え、前記受圧面にかかる圧力媒体の圧力に応じた信号を出力する圧力センサであって、
有底筒状に形成されて底壁に前記センサチップが取り付けられるケースと、
前記ケース内に充填されて、前記センサチップを前記圧力媒体から保護するとともに当該圧力媒体の圧力を前記受圧面に伝達するゲル部材と、を備え、
前記ケースの周壁は、設置時に下側に位置する下壁の前記底壁からの突出長さが上側に位置する上壁の前記底壁からの突出長さよりも短く形成されるとともに、前記下壁は、前記底壁に近づくほど前記上壁に近づくように傾斜して形成され、
前記ゲル部材は、前記下壁の突出端部に達するまで前記ケース内に充填されることを特徴とする圧力センサ。 - 前記下壁は、当該下壁近傍における前記ゲル部材の気液界面が重力方向に沿うように、前記傾斜が設定されて、形成されることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。
- 前記上壁の突出長さから前記下壁の突出長さを減算した長さをX、前記下壁の突出端部を基準とする当該下壁の内面と前記上壁の内面との鉛直方向の距離をH、前記ゲル部材の気液界面と前記周壁の内面とがなす角度をθとした場合に、前記長さXが以下の式を満たすように、前記上壁の突出長さおよび下壁の突出長さが設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。
X=H×tan((90°−θ)/2) - 前記ゲル部材と空気との間の界面張力をσ1、前記ゲル部材と前記周壁との間の界面張力をσ2、空気と前記周壁との間の界面張力をσ3とした場合に、前記θは、以下の式により求められることを特徴とする請求項3に記載の圧力センサ。
σ3−σ2=σ1×cosθ - 前記ゲル部材は、前記受圧面に接触して当該受圧面に前記圧力媒体の圧力を伝達する第1ゲルと、この第1ゲルよりも前記圧力媒体に対する耐性を高められて当該第1ゲルを覆って保護する第2ゲルと、からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の圧力センサ。
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