JP5866246B2 - 圧力センサ - Google Patents

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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 (5)

  1. 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
    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。
  2. 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
    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。
  3. 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。
  4. 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当接ることを特徴とする請求項2記載の圧力センサ。
  5. 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。
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