JP5866246B2

JP5866246B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP5866246B2
Application number: JP2012096148A
Authority: JP
Inventors: 修高月; 倫久青山
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: JP2013224834A

Description

本発明は、圧力センサに関し、特に、圧力検出素子を収容した受圧空間に液体を封入した液封入式の圧力センサに関する。

従来、圧力検出素子が収容された受圧空間内に液体を封入し、圧力検出室に外部から加えられた圧力を液体を介して圧力検出素子に伝えることで、圧力検出素子から外部圧力に応じた電圧信号を出力する圧力センサが種々提案されている。

上記液封入式圧力センサの一例として、本出願人が特願２０１１−１０５７９５（２０１１年５月１１日出願）として出願した圧力センサは、図６及び図７に示すように、蓋状のべース６６と皿状の受け部材６７とで挟持されたダイアフラム６８を備え、受圧空間６９に液体（オイル）が封入され、圧力検出素子６４がべース６６に固定される。受け部材６７とダイアフラム６８との間には加圧空間７０が形成され、加圧空間７０には流体流入部６５の内部空間が連通する。

ピエゾ素子等からなる圧力検出素子６４は、べース６６に形成された貫通孔６６ａを挿通する出力用リードピン７４にワイヤ７１を介して電気的に接続される。コネクタ接続部６３は、べース６６に外側から嵌合して受け部材６７の側方を覆うように圧力検出部６２を収容するカバー７６を備える。

カバー７６の内部空間は、カバー７６に装入されたべース６６で区切られて空間７７が形成され、空間７７には、カバー７６や外部出力用リード線７３との接着性及び弾性の大きい樹脂等の充填材が充填され、その後、硬化される。この充填材は、出力用リードピン７４、配線基板７２、コネクタ７５及び外部出力用リード線７３が埋設状態になるように空間７７に充填されるので、配線基板７２やコネクタ７５等の部品に対して封止機能を奏する。また、受け部材６７の下方の空間７８にも、同様に充填材が充填される。

しかし、上記先願に記載された圧力センサ６１においては、当該圧力センサ６１が設置された環境の温度変化、あるいは検知流体の温度変化や圧力変化等により、カバー７６と空間７７及び／又は空間７８内に充填された充填材との間、あるいはカバー７６とベース６６や受け部材６７との間に部分的に微細な空隙が生じるおそれがあり、この結果、十分な防水性が得られにくくなる懸念がある。

すなわち、図７に太線（Ｌ２）で明示するように、カバー７６の下部外周部から、カバー７６と空間７８に充填された充填材との間、カバー７６と受け部材６７及びベース６６との間、そしてベース６６と空間７７に充填された充填材との間を通って当該圧力センサ６１の外部から水が侵入して出力用リードピン７４に達するおそれがあり、防水性の面で十分とは言えない面もあった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、防水性に優れた圧力センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、圧力センサであって、圧力検出素子、受圧用のダイアフラム、該ダイアフラムに圧力を検出すべき流体を導入する加圧空間、オイルが充填されダイアフラムを介して圧力検出素子に圧力を伝達する受圧空間、及び圧力検出素子の出力信号を取り出すための出力用リードピンを備えた圧力検出部と、前記圧力検出部を収容するカバーと、前記圧力検出部の外周部に全周溶接され、前記カバー内部のカバー段差部に装着されたリング状部材と、前記カバーの両端に充填された充填材とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、圧力検出部の外周部に全周溶接されたリング状部材をカバー内部のカバー段差部に装着した状態で、カバーの両端を充填材で充填したため、当該圧力センサの外部からリードピンに至るまでの境界面の距離をリング状部材を設けた分だけ延長することができ、防水性を向上させることができる。

上記圧力センサにおいて、前記圧力検出部は、前記ダイアフラムを挟むように設けられたベース及び受け部材を備え、前記圧力検出素子は前記ベースに設けられ、該ベース及び前記ダイアフラムにより画定される領域に充填されて受圧空間を形成するオイルを備えることができる。

上記圧力センサにおいて、前記リング状部材を、前記ベースの外周部に突き合わせることができる。

また、上記圧力センサにおいて、前記リング状部材は、厚肉部及び薄肉部を備え、前記厚肉部及び薄肉部の間の位置決め段差部に前記ベースが当接するように構成することができる。この構成によれば、治具を必要とせず、単にリング状部材をベースの外周に嵌め込んだ後、溶接するだけで良いので、生産性が向上する。

さらに、上記圧力センサにおいて、前記カバーは、前記カバー段差部に隣接して大径内周部を備え、該大径内周部には、少なくともその一部に凹凸部を形成することができる。これによって、カバーと、大径内周部によって囲繞された空間に充填される充填材との密着性を向上させることができると共に、境界面の距離をさらに長くすることで、防水性をより一層高めることができる。

以上のように、本発明によれば、防水性に優れた圧力センサを提供することができる。

本発明にかかる圧力センサの第１の実施形態を示す断面図である。図１の圧力センサのリング状部材及びその近傍を示す拡大断面図である。本発明にかかる圧力センサの第２の実施形態を示す断面図であって、リング状部材及びその近傍を示す拡大断面図である。図３に示す圧力センサのリング状部材を示す断面図である。本発明にかかる圧力センサの第３の実施形態を示す断面図であって、リング状部材及びその近傍を示す拡大断面図である。先願に記載された圧力センサの一例を示す断面図である。図６の圧力センサのベースと受け部材の接続部及びその近傍を示す拡大断面図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる圧力センサの第１の実施形態を示し、この圧力センサ１は、内部に圧力検出素子２１を有すると共に、流体流入部２２が接続される圧力検出部２と、圧力検出部２を囲繞すると共に、圧力検出素子２１に接続される配線基板３１や外部出力用リード線３２を収容するコネクタ接続部３とを備える。

圧力検出部２は、圧力検出素子２１と、受圧用のダイアフラム２５と、ダイアフラム２５に圧力を検出すべき流体を導入する加圧空間と、オイルが充填されダイアフラム２５を介して圧力検出素子２１に圧力を伝達する受圧空間と、圧力検出素子２１の出力信号を取り出すための出力用リードピンとを備えている。

図１及び図２の例においては、圧力検出部２は、圧力検出素子２１と、べース２３と、べース２３に対向して配置された受け部材２４と、べース２３と受け部材２４とで挟持されたダイアフラム２５とを備える。ベース２３とダイアフラム２５との間の受圧空間２６には、液体（オイル）が封入される。圧力検出素子２１は、受圧空間２６の内部でベース２３に接着剤により固着される。受け部材２４とダイアフラム２５との間には圧力導入空間としての加圧空間２７が形成され、加圧空間２７には流体流入部２２の内部空間が連通する。

ベース２３は、蓋状に形成され、べース２３の下面には圧力検出素子２１が固定される。受け部材２４は、上方が開口する皿状に形成され、中心部開口に流体流入部２２がろう付け固定される。ダイアフラム２５は、その外周縁部がベース２３の鍔部と受け部材２４の鍔部との間に挟み込まれ、これら３つの部材２３〜２５は、ダイアフラム２５の外周縁部が露出する外周縁部分においてレーザー溶接等によって同時に全周に亘って溶接され、圧力検出部２として一体化される。ベース２３とダイアフラム２５とにより画定される領域である受圧空間２６には、べース２３を貫通して形成された充填孔（不図示）から液体（オイル）が注入される。この充填孔は、液体注入後、公知の適宜の手段により封止される。

圧力検出素子２１は、例えば、ピエゾ素子を備えていて、このピエゾ素子は、強誘電体の一種であって圧電素子とも呼ばれ、振動や圧力等の力が加わると電圧が発生し、逆に電圧が加えられると伸縮する。

圧力検出素子２１は、ベース２３に形成された貫通孔２３ａを挿通する出力用リードピン３３にワイヤ２９を介して電気的に接続される。出力用リードピン３３は、圧力検出素子２１で検出された圧力に応じた電圧信号を外部に出力する。

ベース２３の貫通孔２３ａは、出力用リードピン３３を挿通させた後、ハーメチックシール２３ｂによって液体（オイル）漏れがないように封じられる。配線基板３１には、コネクタ３４が取り付けられ、圧力検出素子２１からの電圧信号は、出力用リードピン３３、配線基板３１及びコネクタ３４を介して外部出力用リード線３２から外部へと取り出される。

コネクタ接続部３は、後述のリング状部材３６に外側から嵌合して圧力検出部２を収容するカバー３５を備える。カバー３５は、配線基板３１及びコネクタ３４を覆うコネクタケースとしても機能する。このカバー３５は、例えば合成樹脂で形成され、コネクタ３４を覆う上端部は、外部出力用リード線３２を囲繞するように縮径され、圧力検出部２を収容する下端部側は、筒状に延びる大径状に形成される。

リング状部材３６は、ベース２３とほぼ同一の外形寸法（同一直径）を有する筒状であり、ステンレス鋼等からなる。このリング状部材３６の先端を、例えば図示されない治具を用いて、その外周面がベース２３の外周面と一致するように該ベース２３の外周部に突き合わせた後、両者は全周溶接される（符号３８）。

カバー３５は、大径端部側において、その内周側にリング状部材３６の外径と略同一径の環状段部（カバー段差部）３５ａが形成され、これにベース２３に溶接されたリング状部材３６が装着される。カバー３５の環状段部３５ａよりさらに流体流入部２２側は、環状段部３５ａよりもさらに大径の大径内周部３５ｂ（図２）とされている。

カバー３５の内部空間は、カバー３５に装着されたリング状部材３６及びべース２３で区切られ、空間４１が形成される。空間４１には、カバー３５や外部出力用リード線３２との接着性及び弾性の大きいウレタン樹脂やシリコン樹脂等の充填材が充填され、その後、硬化される。この充填材は、出力用リードピン３３、配線基板３１、コネクタ３４及び外部出力用リード線３２が埋設状態になるように空間４１に充填されるので、配線基板３１やコネクタ３４等の部品に対して封止機能を奏する。また、受け部材２４の下方の空間４２にも同様に充填材が充填される。

上記構成を有する圧力センサ１は、流体流入部２２から流入した流体の圧力変化によって加圧空間２７の圧力が変化し、ダイアフラム２５を変形させる。ダイアフラム２５の変形により受圧空間２６の内部に封入されている液体（オイル）の圧力が変化し、その圧力変化が圧力検出素子２１へ伝播する。圧力検出素子２１により検出された圧力は、電圧に変換され、電圧信号が配線基板３１及びコネクタ３４を介して外部出力用リード線３２へ伝送される。

上記構成を有する圧力センサ１は、ベース２３に取付けられたリング状部材３６を備えるため、図２に太線で示すように、当該圧力センサ１の外部（カバー３５の下部外周端部）からリードピン３３に至るまでの境界面の距離がＬ１となってリング状部材３６を設けた分だけ延長される。すなわち、境界面の距離Ｌ１は、カバー３５の下部外周端部から大径内周部３５ｂと空間４２に充填された充填材との境界面の長さ、環状段部３５ａとリング状部材３６との境界面の長さ、並びにリング状部材３６及びベース２３と空間４１に充填された充填材との境界面の長さの和に事実上相当する。

したがって、当該圧力センサ１の環境温度変化や検知流体の圧力変化等により、Ｌ１で示された境界面に部分的に微少な空隙が生じても、当該圧力センサ１の外部（カバー３５の下部外周端部）からリードピン３３に至るまでの境界面の総距離がリング状部材３６を設けた分だけ延長されるため、当該圧力センサ１の外部から侵入した水が出力用リードピン３３に達することがない。この結果、当該圧力センサ１の防水性が向上する。

次に、本発明に係る圧力センサの第２の実施形態について図３を参照しながら説明する。

本実施形態では、筒状のリング状部材として、図４に示されるリング状部材４６が用いられる。このリング状部材４６は、その外周部は同一の直径であるが、その内周部は２段となっている。すなわち、リング状部材４６は、内径部の半径が小さい厚肉部４６ａと内径部の半径が大きい薄肉部４６ｂとを備える。

ベース２３にリング状部材４６を取り付けるに際し、まず薄肉部４６ｂをベース２３に被せ、厚肉部４６ａと薄肉部４６ｂとの間の位置決め段差部４６ｃをベース２３の外周部に当接させる。この状態で、段差部４６ｃの外側から全周溶接を行い、リング状部材４６とベース２３とを固着する。符号４８はその溶接部を示している。他の構成要素については、図１に示した圧力センサ１と同様である。

このようなリング状部材４６を設けても第１の実施形態と同様、防水性を向上させることができる。

また、前述のように第１の実施形態では、リング状部材３６（図１及び図２）を、その外周面とベース２３の外周面とが一致するように治具を用いて該ベース２３に付き合わせ、その後溶接を行う必要があるが、この第２の実施形態では、治具を必要とせず、単にリング状部材４６をベース２３の外周に嵌め込んだ後、溶接するだけで良いので、生産性が高い。

次に、本発明に係る圧力センサの第３の実施形態について図５を参照しながら説明する。

本実施形態では、第１の実施形態におけるカバー３５の大径内周部３５ｂの一部を凹凸部３５ｃとしたことを特徴とし、他の構成要素については、図１に示した圧力センサ１と同様である。この凹凸部３５ｃは、大径内周部３５ｂの表面積が大となるようにするためのもので、図示例では、縦断面が凹凸となるように形成されているが、大径内周部３５ｂの表面粗さを粗くするようにしても良い。

このようにカバー３５の大径内周部３５ｂに凹凸部３６を設けたことで、カバー３５と空間４２に充填される充填材との密着性を向上させることができると共に、境界面の距離をさらに長くすることで、防水性をより一層高めることができる。

図５においては、大径内周部３５ｂのリング状部材３６と対向する部分に凹凸部３５ｃが形成されているが、本発明はこれのみに限定されることはなく、ベース２３や受け部材２４と対向する部分に形成しても良く、また大径内周部３５ｂの一部分に対してではなく、その全領域に凹凸部３５ｃを形成しても良い。

また、図３に示された実施形態における大径内周部３５ｂに凹凸部３５ｃを形成しても良い。

１圧力センサ
２圧力検出部
３コネクタ接続部
２１圧力検出素子
２２流体流入部
２３べース
２３ａ貫通孔
２３ｂハーメチックシール
２４受け部材
２５ダイアフラム
２６受圧空間
２７加圧空間
２９ワイヤ
３１配線基板
３２外部出力用リード線
３３出力用リードピン
３４コネクタ
３５カバー
３５ａ環状段部（カバー段差部）
３５ｂ大径内周部
３５ｃ凹凸部
３６リング状部材
３６ａ外周面
３６ｂ交点
４１、４２空間
４６リング状部材
４６ｃ位置決め段差部
４７接続部
４８溶接部
５６リング状部材
５６ａ外周面

Claims

圧力検出素子、受圧用のダイアフラム、該ダイアフラムに圧力を検出すべき流体を導入する加圧空間、オイルが充填されダイアフラムを介して圧力検出素子に圧力を伝達する受圧空間、及び圧力検出素子の出力信号を取り出すための出力用リードピンを備えた圧力検出部と、
前記圧力検出部を収容するカバーと、
前記圧力検出部の外周部に全周溶接され、前記カバー内部のカバー段差部に装着されたリング状部材と、
前記カバーの両端に充填された充填材とを備えることを特徴とする圧力センサ。
前記圧力検出部は、前記ダイアフラムを挟むように設けられたベース及び受け部材を備え、
前記圧力検出素子は前記ベースに設けられ、
該ベース及び前記ダイアフラムにより画定される領域に充填されて受圧空間を形成するオイルを備えることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
前記リング状部材は、前記ベースの外周部に突き合わされていることを特徴とする請求項２記載の圧力センサ。
前記リング状部材は、厚肉部及び薄肉部を備え、
前記厚肉部及び薄肉部の間の位置決め段差部に前記ベースが当接することを特徴とする請求項２記載の圧力センサ。
前記カバーは、前記カバー段差部に隣接して大径内周部を備え、
該大径内周部には、少なくともその一部に凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の圧力センサ。