JP5918180B2 - 空気圧検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、タイヤ内の空気圧を検出する空気圧検出装置に関する。
車両に設けられるタイヤの空気圧が低下すると、燃費の低下や、タイヤの一部が偏って摩耗する偏摩耗などを招くおそれがある。このため、車両においては、タイヤの内部に空気圧検出装置を設けて、タイヤの空気圧を監視している。
図12に示すように、特許文献1に記載の半導体圧力センサ100は、薄肉化された受圧部101を有する半導体センサ素子102が台座103に支持されている。台座103は、円形板状のセンサ本体104に支持されている。センサ本体104は、片面側に台座103を接合支持する基部105と、その外周面側に設けられたつば部106とを有している。基部105とつば部106との間には、平坦なつば面107が形成されている。基部105上には、調整回路基板108が固定されている。半導体圧力センサ100は、ハウジング体109に組み付けて使用され、ハウジング体109の内部の圧力を検出する。ハウジング体109には、段差付きの貫通孔110が設けられており、センサ本体104は、この貫通孔110に挿入されることで固定されている。貫通孔110は、小径部111と大径部112とで形成された段差を有するとともに、小径部111と大径部112との間には、平坦な受け面113が形成されている。つば面107と、受け面113との間には、シール部材(Oリング)114が配設され、貫通孔110をシールしている。
特開平11−211594号公報
ところで、ケース(ハウジング体109)内に圧力センサ素子を収容した空気圧検出装置においては、ケースに開口部を設けて、この開口部と圧力センサ素子の受圧部とを対向させている。圧力センサ素子の受圧部は、圧力を検出できるように雰囲気に晒される必要がある一方で、ケース内に収容された他の部材は、雰囲気に晒されないことが好ましい。このため、開口部を介してケース内の部材が雰囲気に晒されないように、開口部のシール性を向上させることが望まれている。
本発明の目的は、開口部のシール性を向上させることができる空気圧検出装置を提供することにある。
上記課題を解決する空気圧検出装置は、ケースと、前記ケースに収容された圧力センサ素子と、を備え、前記圧力センサ素子の受圧部が、前記ケースの壁部に設けられた開口部を介して前記ケースの外部に晒されており、タイヤの内部に配置され、前記圧力センサ素子によって前記タイヤ内の空気圧を検出する空気圧検出装置であって、前記壁部から前記開口部を囲むように前記圧力センサ素子に向けて立設する第1の立設部を備え、前記圧力センサ素子は、前記受圧部に圧力を導入するための圧力導入口を有し、前記第1の立設部は、前記壁部から前記圧力導入口の内周面に沿って立設され、前記第1の立設部の外周面が前記圧力導入口の開口縁と当接している状態で、前記壁部と前記圧力センサ素子の間及び前記第1の立設部と前記圧力センサ素子の間は、液状ガスケットが硬化してなるシール材でシールされていることを特徴とする。
これによれば、ケースの壁部と圧力センサ素子の間のみをシール材でシールする場合に比べて、シール材が設けられる面積(シール面積)が大きくなり、開口部のシール性を向上させることができる。また、硬化前の液状ガスケットが第1の立設部と圧力導入口の当接部分を超えて開口部に流入することが抑制される。このため、開口部が液状ガスケットによって閉塞されることが抑制される。
上記空気圧検出装置について、ケースと、前記ケースに収容された圧力センサ素子と、を備え、前記圧力センサ素子の受圧部が、前記ケースの壁部に設けられた開口部を介して前記ケースの外部に晒されており、タイヤの内部に配置され、前記圧力センサ素子によって前記タイヤ内の空気圧を検出する空気圧検出装置であって、前記圧力センサ素子から前記壁部に向けて立設する第1の立設部を備え、前記圧力センサ素子は、前記受圧部に圧力を導入するための圧力導入口を有し、前記第1の立設部は、前記圧力センサ素子から前記開口部の内周面に沿って立設され、前記第1の立設部の外周面が前記開口部の開口縁と当接している状態で、前記壁部と前記圧力センサ素子の間及び前記第1の立設部と前記圧力センサ素子の間は、液状ガスケットが硬化してなるシール材でシールされている。
これによれば、硬化前の液状ガスケットが第1の立設部と開口部の当接部分を超えて開口部に流入することが抑制される。このため、開口部を介して液状ガスケットが圧力導入口に流入することが抑制され、液状ガスケットによって圧力導入口が閉塞されることが抑制される。
上記空気圧検出装置について、前記圧力センサ素子における前記壁部との対向面と交わる外面に沿って立設する、あるいは、前記外面から前記壁部に向けて立設する第2の立設部を、さらに備えることが好ましい。
これによれば、第2の立設部により硬化前の液状ガスケットが圧力センサ素子の外面よりも離れる方向に濡れ拡がることが抑制される。このため、壁部と圧力センサ素子の間の液状ガスケットが不足してしまうことが起こりにくい。
上記空気圧検出装置について、前記壁部における開口部の周囲から前記圧力センサ素子を囲むように前記圧力センサ素子に向けて立設する第2の立設部を、さらに備えることが好ましい。
これによれば、第2の立設部により硬化前の液状ガスケットが圧力センサ素子の外面よりも離れる方向に濡れ拡がることが抑制される。このため、壁部と圧力センサ素子の間の液状ガスケットが不足してしまうことが起こりにくい。
本発明によれば、開口部のシール性を向上させることができる。
実施形態のタイヤバルブユニットのリムへの装着状態を示す斜視図。 実施形態の空気圧検出装置を示す断面図。 (a)は実施形態の空気圧検出装置を示す分解斜視図、(b)は空気圧検出装置の一部を拡大して示す斜視図。 実施形態の空気圧検出装置における圧力センサ素子とケースとの取付態様を拡大して示す断面図。 実施形態の空気圧検出装置の製造工程を説明するための断面図。 実施形態の空気圧検出装置の製造工程を説明するための断面図。 比較例の空気圧検出装置を示す断面図。 変形例の空気圧検出装置を示す断面図。 変形例の空気圧検出装置を示す断面図。 変形例の空気圧検出装置を示す断面図。 変形例の空気圧検出装置を示す断面図。 従来技術の半導体圧力センサを示す断面図。
以下、空気圧検出装置を具体化した一実施形態について説明する。
図1に示すように、タイヤバルブユニット10は、車両用ホイールHのリム11に装着されるタイヤバルブ20と、このタイヤバルブ20に取り付けられるとともに、車両用ホイールHに装着されたタイヤ12内に配置される空気圧検出装置30とから構成されている。
図2及び図3に示すように、空気圧検出装置30は、箱状をなすケース31の内部に、制御基板32を備える。また、ケース31の内部には、制御基板32と信号接続される圧力センサ素子33、圧力センサ素子33が検出したタイヤ12の空気圧情報を送信可能な送信機35及びバッテリ34が収容されている。送信機35の送信した情報は、車両の内部に設けられた受信機で受信される。受信機は、運転者の視認可能な位置に配置された表示器にタイヤ12の空気圧情報を表示させる。
ケース31は、有底筒状をなす本体41に、本体41の開口部を閉塞する板状の蓋部材42を溶着することで構成されている。本体41の底板43には、底板43の厚み方向に貫通してケース31の内外を連通させる開口部44が形成されている。したがって、本実施形態において、開口部44が設けられる壁部は、底板43となる。底板43において、開口部44の開口縁を取り囲んだ位置からは、ケース31の内部(圧力センサ素子33)に向けて第1の立設部45が立設している。第1の立設部45は、円筒状をなしており、先端に向かうにつれ(底板43から離間するにつれ)外径が小さくなっている。
ケース31の底板43からは、開口部44を第1の立設部45よりも離れた位置から囲む四角枠状の第2の立設部51がケース31の内部(圧力センサ素子33)に向けて立設している。したがって、開口部44の周囲には、第1の立設部45及び第2の立設部51が設けられている。第2の立設部51は、圧力センサ素子33を平面視したときの外形よりも若干内寸が大きい。
図4に示すように、圧力センサ素子33は、底板43の内面43aに取り付けられている。圧力センサ素子33は、底板43の内面43aとの対向面である接合面33aに円形凹状の圧力導入口36を有するとともに、圧力導入口36の奥面に受圧部37を有する。圧力導入口36は、圧力センサ素子33の接合面33aから受圧部37に向けて内径が小さくなっていく。圧力センサ素子33は、制御基板32と信号接続される信号端子38を有している。圧力センサ素子33は、受圧部37に作用する圧力の大きさ(受圧部37の歪み)を電気信号に変換することでタイヤ12内の空気圧を検出する。そして、圧力センサ素子33によって検出された空気圧は、送信信号として送信機35から受信機に向けて送信される。
圧力センサ素子33は、圧力導入口36の内周面36aに第1の立設部45の外周面45aが沿うように配置され、これにより受圧部37とケース31の外部(タイヤ12の内部)とが開口部44を介して連通している。すなわち、受圧部37が、開口部44を介してタイヤ12内の雰囲気に晒されている。また、圧力センサ素子33は、接合面33a(圧力導入口36が設けられた面)と交わる外面33bに第2の立設部51の内側面51aが沿うように配置されている。圧力センサ素子33は、圧力導入口36の内周面36aが第1の立設部45との対向面となり、外面33bが第2の立設部51との対向面となる。
底板43の内面43aと圧力センサ素子33の接合面33aとの間、第1の立設部45の外周面45aと圧力導入口36の内周面36aとの間及び第2の立設部51の内側面51aと圧力センサ素子33の外面33bとの間のそれぞれには、シール材61が設けられている。シール材61は、液状ガスケットを硬化させることで形成されている。これにより、底板43と圧力センサ素子33の間、第1の立設部45と圧力センサ素子33の間及び第2の立設部51と圧力センサ素子33の間は、シール材61でシールされている。第1の立設部45の外周面45aと圧力導入口36の内周面36aとの間のシール材61は、第2の立設部51の内側面51aと圧力センサ素子33の外面33bとの間のシール材61に比べて量が少ない。
次に、本実施形態の空気圧検出装置30の製造方法について説明する。なお、圧力センサ素子33は、制御基板32に取り付けられた状態でケース31に取り付けられるが、説明の便宜上、圧力センサ素子33のみを図示して説明を行う。
図5に示すように、まず、本体41における底板43の内面43aに、硬化前の液状ガスケット71を塗布する。液状ガスケット71は、底板43の内面43aのうち第1の立設部45と第2の立設部51に囲まれる領域に塗布される。
次に、図6に示すように、底板43の内面43aに圧力センサ素子33を配置する。このとき、第1の立設部45が圧力センサ素子33の圧力導入口36に挿入されるように圧力センサ素子33を配置することで、圧力センサ素子33の位置決めが行われる。また、圧力センサ素子33は、圧力導入口36の内周面36aと第1の立設部45の外周面45aとの間の距離D1が、圧力センサ素子33の接合面33aと、底板43の内面43aとの間の距離D2よりも短くなるように配置される。
次に、圧力センサ素子33を治具などで底板43に向けて押圧する。すると、液状ガスケット71は、底板43上を濡れ広がっていく。液状ガスケット71は、第1の立設部45の外周面45aと圧力導入口36の内周面36aとの間及び第2の立設部51の内側面51aと圧力センサ素子33の外面33bとの間に流入する。このとき、圧力導入口36の内周面36aと第1の立設部45の外周面45aとの間の距離D1が、圧力センサ素子33の接合面33aと底板43の内面43aとの間の距離D2よりも短いため、液状ガスケット71は、表面張力によって第1の立設部45側よりも第2の立設部51側に多く流動する。したがって、第1の立設部45の外周面45aと圧力導入口36の内周面36aとの間に流入する液状ガスケット71の量は、第2の立設部51の内側面51aと圧力センサ素子33の外面33bとの間に流入する液状ガスケット71よりも少ない。
そして、液状ガスケット71が硬化すると、圧力センサ素子33が本体41に取り付けられるとともに、底板43の内面43aと圧力センサ素子33の接合面33aの間、第1の立設部45の外周面45aと圧力導入口36の内周面36aとの間及び第2の立設部51の内側面51aと圧力センサ素子33の外面33bとの間にシール材61が設けられる。そして、本体41に蓋部材42を溶着することで空気圧検出装置30が製造される。
次に、本実施形態の空気圧検出装置30の作用について比較例の空気圧検出装置80と比較しつつ説明する。
図7に示すように、比較例の空気圧検出装置80は、ケース31の底板43に第1の立設部45及び第2の立設部51が設けられていない。圧力センサ素子33の接合面33aとケース31の底板43の内面43aとの間には、シール材81が設けられている。シール材81は、開口部44の一部を覆っている。
本実施形態の空気圧検出装置30は、圧力センサ素子33の接合面33aとケース31の底板43との間に加え、第1の立設部45の外周面45aと圧力導入口36の内周面36aとの間及び第2の立設部51の内側面51aと圧力センサ素子33の外面33bとの間、それぞれにシール材61が設けられている。このため、比較例の空気圧検出装置80に比べてシール面積(シール材61が設けられる面積)が大きい。
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)圧力センサ素子33の接合面33aと底板43の内面43aとの間に加え、圧力導入口36の内周面36aと第1の立設部45の外周面45aとの間及び圧力センサ素子33の外面33bと第2の立設部51の内側面51aとの間のそれぞれにもシール材61が設けられている。このため、第1の立設部45及び第2の立設部51を設けず、圧力センサ素子33の接合面33aと底板43の内面43aとの間にのみシール材61が設けられる場合と比べて、シール面積を増やすことができる。このため、開口部44のシール性が向上されている。したがって、制御基板32、送信機35及びバッテリ34がタイヤ12内の雰囲気に晒されることが抑制される。
(2)第1の立設部45は、液状ガスケット71が開口部44に流入することを抑制する堤防として機能している。粘度の低い液状ガスケット71を用いて、第1の立設部45を設けていない本体41に圧力センサ素子33を取り付ける場合、比較例の空気圧検出装置80に示したように、液状ガスケット71が濡れ拡がり、開口部44に液状ガスケット71が流入するおそれがある。第1の立設部45を設けることで、液状ガスケット71が開口部44に向けて流入しようとしても、第1の立設部45が液状ガスケット71の流入を阻害する堤防として機能し、開口部44に液状ガスケット71が流入しにくい。
(3)比較例の空気圧検出装置80のように、第1の立設部45が設けられていない場合、圧力センサ素子33の位置が定まらず、圧力センサ素子33の一部(接合面33a)が開口部44を覆うおそれがある。すると、圧力センサ素子33の接合面33aと底板43の内面43aとの接触面積が小さくなり、シール面積が小さくなる。本実施形態の空気圧検出装置30では、第1の立設部45が、圧力導入口36に挿入されることで、圧力センサ素子33の位置決めが行われる。圧力センサ素子33の位置決め精度が向上されるため、圧力センサ素子33の接合面33aが開口部44の一部を覆うことが抑制され、シール面積が小さくなることを抑制することができる。
(4)比較例の空気圧検出装置80のように、第2の立設部51が設けられていない場合、液状ガスケット71は、圧力センサ素子33から離れる方向に濡れ拡がり、圧力センサ素子33と底板43との間の液状ガスケット71が不足するおそれがある。本実施形態の空気圧検出装置30では、第2の立設部51が設けられているため、液状ガスケット71が第2の立設部51を超えて圧力センサ素子33から離れる方向に流動することが抑制されている。このため、圧力センサ素子33の接合面33aと、底板43の内面43aとの間の液状ガスケット71が不足することが抑制される。特に、本実施形態では、第2の立設部51を枠状に形成しているため、第2の立設部51に囲まれる領域に液状ガスケット71を留めやすい。
(5)圧力センサ素子33の取り付けのとき、圧力導入口36の内周面36aと第1の立設部45の外周面45aとの間の距離D1が、圧力センサ素子33の接合面33aと底板43の内面43aとの間の距離D2よりも短い。このため、第1の立設部45の外周面45aと圧力導入口36の内周面36aとの間に流入する液状ガスケット71は、第2の立設部51の内側面51aと圧力センサ素子33の外面33bとの間に流入する液状ガスケット71に比べて量が少ない。すなわち、液状ガスケット71の硬化後には、第1の立設部45の外周面45aと圧力導入口36の内周面36aとの間のシール材61は、第2の立設部51の内側面51aと圧力導入口36の内周面36aとの間のシール材61よりも量が少ない。このため、第1の立設部45を超えて、液状ガスケット71が開口部44に流入することが抑制され、液状ガスケット71によって開口部44が閉塞されることが抑制される。
(6)圧力センサ素子33の受圧部37がタイヤ12内の雰囲気に晒された状態で他の部材(制御基板32、送信機35及びバッテリ34など)を保護するために、ケース31内にポッティング樹脂を充填することも考えられる。この場合、ポッティング樹脂によって空気圧検出装置30の重量が増加してしまう。本実施形態の空気圧検出装置30では、ケース31内にポッティング樹脂を充填しなくても、シール面積を大きくすることで、ケース31内の気密性を確保することができる。このため、ケース31内にポッティング樹脂を充填する場合に比べて、空気圧検出装置30の軽量化が図られている。
なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 図8に示すように、第1の立設部45の外周面45aが、圧力導入口36の開口縁36bに当接してもよい。この場合、圧力センサ素子33の取り付けのとき、圧力センサ素子33と第1の立設部45の当接箇所より先に液状ガスケット71が流入しにくい。このため、液状ガスケット71が、第1の立設部45の先端を超えて、開口部44に入り込むことが抑制され、開口部44が液状ガスケット71で閉塞されることが抑制される。
○ 図9に示すように、第1の立設部91及び第2の立設部92の少なくともいずれか一方は、圧力センサ素子33に設けられていてもよい。第1の立設部91は、圧力導入口36の開口縁から底板43に向けて立設され、圧力導入口36を囲んでいる。第1の立設部91は、開口部44の内面44aに沿うように設けられている。そして、第1の立設部45と開口部44の内面44aとの間に、液状ガスケット71が硬化してなるシール材61が設けられている。第2の立設部92は、圧力センサ素子33における接合面33aと交わる外面33bから底板43に向けて延びている。第1の立設部91の外周面91aと開口部44の内面44aとの間にシール材61が設けられ、第2の立設部92の内周面92aに沿ってもシール材61が設けられため、開口部44のシール性を向上させることができる。
○ 図10に示すように、圧力センサ素子33から底板43に向けて立設する第1の立設部91の外周面91aが開口部44の開口縁44bに当接してもよい。この場合、圧力センサ素子33の取り付けのとき、圧力センサ素子33と第1の立設部91の当接箇所より先に液状ガスケット71が流入しにくい。このため、液状ガスケット71が、第1の立設部91の先端を超えて、開口部44に入り込むことが抑制される。このため、開口部44を介して圧力導入口36に液状ガスケット71が流入することが抑制され、圧力導入口36が液状ガスケット71で閉塞されることが抑制される。
○ 図11に示すように、第1の立設部は、圧力センサ素子33に設けられた圧力センサ素子側第1の立設部91と、ケース31に設けられたケース側第1の立設部120の両方が設けられていてもよい。これによれば、ケース側第1の立設部120の側面121及び上面122、圧力センサ素子側第1の立設部91の外周面91aによって、シール面積が増加し、開口部44のシール性を向上させることができる。また、第2の立設部は、圧力センサ素子33に設けられた圧力センサ素子側第2の立設部130と、ケース31に設けられたケース側第2の立設部140の両方が設けられていてもよい。ケース側第2の立設部140と圧力センサ素子側第2の立設部130は、底板43の厚み方向に対向する位置に設けられている。これによれば、それぞれの第2の立設部130,140の内側面131,141によってシール面積が増加し、開口部44のシール性を向上させることができる。なお、ケース側第2の立設部140と、圧力センサ素子側第2の立設部130は底板43の厚み方向に対向していなくてもよい。
○ 立設部として、第1の立設部45と第2の立設部51は、いずれか一方のみが設けられていてもよいし、実施形態のように両方が設けられていてもよい。第1の立設部45と第2の立設部51は、いずれか一方のみが設けられている場合でも、底板43と圧力センサ素子33との間にのみシール材61が設けられる場合と比べて、シール面積が大きくなる。
○ 第1の立設部45は、円筒状に設けたが、圧力導入口36の形状に合わせて適宜形状を変更してもよい。
○ 第2の立設部51は、圧力センサ素子33を囲むように枠状に設けたが、第2の立設部51は、枠状以外の形状でもよい。例えば、圧力センサ素子33の一つの外面33bに沿うように立設されていてもよいし。平面視U字状などでもよい。
○ 蓋部材42は、ケース31の気密性を保持することができれば、溶着以外の方法で本体41に取り付けられていてもよい。例えば、本体41と蓋部材42との間にシール材61を設けた状態で蓋部材42をボルトなどで本体41に固定してもよいし、接着剤などで蓋部材42を本体41に固定してもよい。
○ 圧力導入口36を有さず、受圧部37が圧力センサ素子33の接合面33aに面している圧力センサ素子33を用いてもよい。この場合、第2の立設部51のみが設けられる。
○ 空気圧検出装置30は、タイヤバルブ20に取り付けられていなくてもよい。
12…タイヤ、30…空気圧検出装置、31…ケース、33…圧力センサ素子、33a…接合面、33b…外面、36…圧力導入口、37…受圧部、43…底板、44…開口部、45、91…第1の立設部、51,92…第2の立設部、61…シール材、71…液状ガスケット。

Claims (4)

  1. ケースと、
    前記ケースに収容された圧力センサ素子と、を備え、
    前記圧力センサ素子の受圧部が、前記ケースの壁部に設けられた開口部を介して前記ケースの外部に晒されており、タイヤの内部に配置され、前記圧力センサ素子によって前記タイヤ内の空気圧を検出する空気圧検出装置であって、
    前記壁部から前記開口部を囲むように前記圧力センサ素子に向けて立設する第1の立設部を備え、
    前記圧力センサ素子は、前記受圧部に圧力を導入するための圧力導入口を有し、
    前記第1の立設部は、前記壁部から前記圧力導入口の内周面に沿って立設され、前記第1の立設部の外周面が前記圧力導入口の開口縁と当接している状態で、前記壁部と前記圧力センサ素子の間及び前記第1の立設部と前記圧力センサ素子の間は、液状ガスケットが硬化してなるシール材でシールされていることを特徴とする空気圧検出装置。
  2. ケースと、
    前記ケースに収容された圧力センサ素子と、を備え、
    前記圧力センサ素子の受圧部が、前記ケースの壁部に設けられた開口部を介して前記ケースの外部に晒されており、タイヤの内部に配置され、前記圧力センサ素子によって前記タイヤ内の空気圧を検出する空気圧検出装置であって、
    前記圧力センサ素子から前記壁部に向けて立設する第1の立設部を備え
    前記圧力センサ素子は、前記受圧部に圧力を導入するための圧力導入口を有し、
    前記第1の立設部は、前記圧力センサ素子から前記開口部の内周面に沿って立設され、前記第1の立設部の外周面が前記開口部の開口縁と当接している状態で、前記壁部と前記圧力センサ素子の間及び前記第1の立設部と前記圧力センサ素子の間は、液状ガスケットが硬化してなるシール材でシールされていることを特徴とする空気圧検出装置。
  3. 記圧力センサ素子における前記壁部との対向面と交わる外面に沿って立設する、あるいは、前記外面から前記壁部に向けて立設する第2の立設部を、さらに備えることを特徴とする請求項2に記載の空気圧検出装置。
  4. 前記壁部における開口部の周囲から前記圧力センサ素子を囲むように前記圧力センサ素子に向けて立設する第2の立設部を、さらに備えることを特徴とする請求項1に記載の空気圧検出装置。
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