JP6153280B2

JP6153280B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP6153280B2
Application number: JP2016566085A
Authority: JP
Inventors: 修一塚原
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: WO2016104109A1; JPWO2016104109A1

Description

本発明は、流体の圧力に応じた検出信号を取得し、ケーブルコネクタを通じてこの検出信号を出力する圧力センサに関する。

従来から、流体の圧力に応じた検出信号を出力する圧力センサが開発されている。圧力センサは、例えば、自動車の燃料噴射システムにおいて、コモンレール内に流通する燃料の圧力を監視・制御するために使用される。この種のセンサは、内部の高圧力に耐えるため、コモンレールの螺合口に螺合させて固定する構造からなる（特許文献１参照）。

特開２００８−１８５３４９号公報（図１）

ところで、ねじ山（或いは、ねじ溝）の組み合わせによって、螺合口に対する圧力センサの取り付け角度が異なってくる。これにより、圧力センサに設けられた出力コネクタの向きにばらつきが生じる。

しかし、特許文献１に記載のセンサでは、ユーザは、ケーブルコネクタの向きを出力コネクタの向きに合わせた状態下に、ケーブルコネクタを出力コネクタに挿入する必要がある。その結果、ケーブルの捻れが発生し、ケーブル線の収まりが悪くなる懸念が生じる。

そこで、ケーブルの捻れを見越して配線スペースを予め確保することも想定されるが、その分だけ設計上の制約が生じてしまう。特に、複数本のケーブルを束ねてハーネス化した後、１つの電子制御ユニットに同時に接続する場合、上記した問題が顕在化する。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、螺合により固定する構造であっても、ケーブル線の収まり易さを維持可能な圧力センサを提供することを目的とする。

本発明に係る圧力センサは、外部物体の内部に蓄溜された流体を導入する導入口、及び、前記外部物体と螺合可能なネジ部を有するボディと、前記導入口からの前記流体の圧力に応じた検出信号を取得する圧力検出部と、ケーブルコネクタと挿抜自在に接続可能であり且つ該ケーブルコネクタを通じて前記圧力検出部からの前記検出信号を出力する出力端子、及び、前記出力端子を収容するハウジングを有する出力コネクタを備えるセンサであって、前記ハウジングは、前記出力端子の先端部を外部に露呈させる開口部を有し、前記先端部の形状若しくは配置、及び／又は前記開口部の形状は、前記ケーブルコネクタの挿入方向からの平面視にて異方的であり、前記出力コネクタは、前記ボディに対して前記挿入方向に沿った回動軸を中心に回動可能に構成される。

このように、出力コネクタは、ボディに対して挿入方向に沿った回動軸を中心に回動可能に構成されるので、ユーザは、例えば、ケーブルの捻れがない状態にてケーブルコネクタを把持し、両方の向きを合わせる方向に出力コネクタを回動させた後、ケーブルコネクタを出力コネクタに挿入できる。これにより、螺合により固定する構造であってもケーブルの捻れがない状態での接続が可能となり、その結果、ケーブル線の収まり易さを維持できる。

また、前記ボディは、前記回動軸を軸心とする円周に沿って配される第１係合部を更に有し、前記ハウジングは、前記第１係合部と同軸的に配される第２係合部を更に有し、前記出力コネクタは、前記第２係合部を前記第１係合部に係合させた状態下に、前記ボディに対して回動可能であることが好ましい。

また、前記圧力検出部は前記ボディに固定されると共に、前記出力端子の基端部は前記ハウジングに固定され、前記圧力検出部を前記基端部に接続する可撓性フラットハーネスを更に備えることが好ましい。捻れに対して頑健な可撓性フラットハーネスを用いることで、圧力検出部と出力端子の物理的な接続を維持しながら、出力コネクタの回動可動範囲を拡大できる。

また、前記第１係合部及び／又は前記第２係合部には、前記出力コネクタの回動可動範囲を規制する回動規制部が設けられることが好ましい。これにより、可撓性フラットハーネスの過度の捻れに起因する電気的な接続不良を防止できる。

また、前記第２係合部を前記第１係合部に係合させることで、前記ボディ及び前記ハウジングに囲まれた空間部が形成され、前記ボディ又は前記ハウジングには、前記空間部を密封するシールリングが前記円周に沿って設けられることが好ましい。ボディ又はハウジングにシールリングを設けることで、空間部の気密性が一層高くなる。

また、前記外部物体は、燃料噴射システムの一部を構成するコモンレールであり、前記流体は、前記コモンレールの内部に蓄溜された燃料であることが好ましい。

本発明に係る圧力センサによれば、螺合により固定する構造であっても、ケーブル線の収まり易さを維持できる。

この実施形態に係る圧力センサの斜視図である。ＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１に示す基台の平面図である。挿入方向から視た出力コネクタの平面図である。コネクタ向きの調整後における圧力センサの斜視図である。

以下、本発明に係る圧力センサにおいて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

［圧力センサ１０の構成］
図１は、この実施形態に係る圧力センサ１０の斜視図である。図２は、ＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

圧力センサ１０は、一軸（以下、回動軸Ａ）に関して概ね対称的な形状を有し、ボディ１２及び出力コネクタ１４が係合して一体的に構成される。本図例では、圧力センサ１０は、自動車の燃料噴射システムの一部を構成するコモンレール１６（外部物体）に固定される。コモンレール１６の内部には、高圧力（概ね２５〜２００ＭＰａオーダ）の燃料が蓄溜されている。ボディ１２の先端側外周壁には、コモンレール１６の螺合口１８と螺合可能なネジ部２０が形成されている。

電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ２２）は、圧力センサ１０からの出力信号を取得し、図示しない燃料噴射弁を含む各部を統括的に制御する。接続ケーブル２４は、圧力センサ１０をＥＣＵ２２に接続するための電線であり、ケーブル線２６及びケーブルコネクタ２８を有する。ケーブルコネクタ２８は、３つの端子受け部２８ａ、２８ｂ、２８ｃを有すると共に、出力コネクタ１４に対して着脱可能に構成される。

図２に示すように、ボディ１２は、下側から順に、筒状の継手部３０と、平板状の台座部３２と、中空円筒状の円筒部３４とから一体的に構成される。継手部３０、台座部３２及び円筒部３４は、例えば、ステンレス鋼材（ＳＵＳ）を含む金属からなる。

継手部３０の外周壁には、コモンレール１６（図１）と螺合可能なネジ部２０が形成されている。継手部３０には、先端側の導入口３６から基端側にかけて、段部を介して徐々に縮径する孔状の導入路３８が形成されている。

台座部３２は、平面視にて六角形状を有し、当該六角形の重心位置には１つの孔部４０が形成されている。孔部４０には、金属からなる有底筒状のステム４２が介挿されている。ステム４２の内部空間４４が導入路３８に連通することで、導入口３６を始端としステム４２の底部を終端とする一連の圧力導入路が形成される。ステム４２の底部は薄膜状であり、主面からの受圧に応じて変形することでダイヤフラム部４６として機能する。

ダイヤフラム部４６の受圧面とは反対面の上には、導体からなる歪みゲージ４８が配置されている。歪みゲージ４８は、ブリッジ回路の一部を構成すると共に、台座部３２の収容面５０上に固定された回路基板５２に接続されている。ここで、ダイヤフラム部４６、歪みゲージ４８及び回路基板５２は、導入口３６からの燃料の圧力に応じた検出信号を取得する圧力検出部５４を構成する。

円筒部３４は、収容面５０の重心を中心点Ｏ１（図３）とする円周に沿って設けられている。円筒部３４は、その外周壁にて互いに平行する２つの円周溝５６、５８を有する。下段側の円周溝５６には、後述する２つの先端折曲部９０ｅが係合されている。一方、上段側の円周溝５８には、例えば樹脂からなる環状のシールリング６０が嵌合されている。

図３は、図２に示すボディ１２を収容面５０側から視た要部平面図である。本図は、台座部３２と円筒部３４の間の位置関係を模式的に示している。円筒部３４は、円周溝５６がなす空間に向けて突出する２つの突出部６２、６２（回動規制部；破線で図示）を更に有する。２つの突出部６２、６２は、円周の中心点Ｏ１に関して対称な位置に配されている。

図２に戻って、出力コネクタ１４は、３枚の帯状板をＬ字状に屈曲させてなる３つの出力端子７０と、出力端子７０を収容するハウジング７２とを含んで構成される。出力端子７０は、導電性が高い材料であり、めっき処理が施された金属等からなる。ハウジング７２は、主に、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）を含む樹脂からなる。

３つの出力端子７０はそれぞれ、電源用、接地用及び信号出力用の端子である。以下、出力端子の参照数字（７０）に添字を付与し、７０ａ、７０ｂ、７０ｃと区別して表記する場合がある。また、後述する先端部８２についても同様である。

ハウジング７２は、一端側にて開口する有底筒状部７４と、他端側にて開口する鉢状部７６とを有する。有底筒状部７４は、開口部７８にて大きく開口すると共に、ケーブルコネクタ２８（図１）を収容可能な空間部８０を有する。出力端子７０は、先端部８２が空間部８０に向けて突出するように配置される。換言すれば、開口部７８は、出力端子７０の先端部８２を外部に露呈させている。

図４は、図２に示す出力コネクタ１４を開口部７８側から視た平面図である。開口部７８は、共通の中心点Ｏ２を有する二重円の形状を有する。つまり、開口部７８は、平面視にて方向Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に依存しない「等方的」な形状である。一方、先端部８２ａ〜８２ｃはいずれも平面視形状が長方形であり、且つ、長辺方向（方向Ｄ１）に沿って一列に並んで配置されている。つまり、先端部８２ａ〜８２ｃは、平面視にて方向Ｄ１〜Ｄ３に依存する「異方的」な形状であると共に「異方的」な配置である。

また、ハウジング７２は、有底筒状部７４の外周壁にて外方に出張った出張り部８４を更に有する。出張り部８４は、中心点Ｏ２を起点として、先端部８２の短辺方向（方向Ｄ３）に沿った位置に配されている。

図２に戻って、鉢状部７６は、有底筒状部７４と一体成形されたカバー８８と、カバー８８に固定された２つの取り付け部９０、９０とを有する。各取り付け部９０は、断面形状が概略コ字状（Ｕ字状）であり、１枚の帯状板に対して２回の折曲加工を施すことで形成される。ここで、各取り付け部９０の先端側にて直角に折り曲げた部位を、先端折曲部９０ｅ（第２係合部）と称する。２つの先端折曲部９０ｅ、９０ｅは、円筒部３４と略同一の直径を有する円周に沿って配されている。すなわち、ボディ１２と出力コネクタ１４を同軸的に配することで、２つの先端折曲部９０ｅ、９０ｅは円周溝５６に同時に係合される。

この係合によって、ボディ１２の台座部３２、円筒部３４、並びにハウジング７２の鉢状部７６に囲まれた空間部９２が形成される。空間部９２には、ボディ１２に固定された圧力検出部５４を、ハウジング７２に固定された出力端子７０（基端部９４）に接続する可撓性フラットハーネス９６が収容されている。

［圧力センサ１０の動作］
この実施形態に係る圧力センサ１０は以上のように構成される。続いて、圧力センサ１０の動作について、図２〜図４を参照しながら説明する。

図２に示すように、高圧力の燃料は、コモンレール１６の螺合口１８（図１）及び導入口３６を通じて、圧力センサ１０の内部に導入される。この燃料は、導入路３８及び内部空間４４を通じてダイヤフラム部４６側に移送される。ダイヤフラム部４６は燃料からの受圧に応じて変形されると共に、歪みゲージ４８はダイヤフラム部４６の形状に倣って変形される。歪みゲージ４８の間における抵抗値の差が生じることで、回路基板５２により燃料の圧力に相関する信号（すなわち、検出信号）が生成される。その後、生成された検出信号は、可撓性フラットハーネス９６、出力端子７０の基端部９４及び先端部８２を通じて、圧力センサ１０の外部に出力される。

ところで、ネジ部２０のねじ山（或いは、螺合口１８のねじ溝）の組み合わせによって、コモンレール１６に対する圧力センサ１０の取り付け角度が異なってくる。図１に例示するように、挿入方向Ｂから平面視にて出力コネクタ１４が異方的である場合、ユーザとしての作業者は、ケーブルコネクタ２８の向きを出力コネクタ１４の向きに合わせた状態下にケーブルコネクタ２８を挿入する必要がある。ここで、「出力コネクタ１４が異方的」とは、先端部８２の形状若しくは配置、及び／又は開口部７８の形状が異方的であることを意味する。

作業者が時計回り又は反時計回りに有底筒状部７４を捻ると、出力コネクタ１４は、回動軸Ａを中心とする回動方向Ｃに回動される。作業者は、出張り部８４の位置を手掛かりにし、出力コネクタ１４の向きをケーブルコネクタ２８の向きに合わせた後（図５参照）、挿入方向Ｂに沿ってケーブルコネクタ２８を出力コネクタ１４に挿入する。

そうすると、先端部８２ａは端子受け部２８ａに、先端部８２ｂが端子受け部２８ｂに、先端部８２ｃは端子受け部２８ｃに同時に収容される。これにより、ＥＣＵ２２は、接続ケーブル２４を通じて圧力センサ１０からの出力信号を取得できる。

或いは、作業者は、ケーブルコネクタ２８を挿入した状態下にて有底筒状部７４を回動させることで、ケーブル線２６の捻れを解消してもよいことは言うまでもない。

ところで、圧力検出部５４はボディ１２に、基端部９４はハウジング７２にそれぞれ固定されている場合、可撓性フラットハーネス９６によって圧力検出部５４を基端部９４に接続してもよい。捻れに対して頑健な可撓性フラットハーネス９６を用いることで、圧力検出部５４と出力端子７０の物理的な接続を維持しながら、出力コネクタ１４の回動可動範囲を拡大できる。

また、出力コネクタ１４の回動可動範囲を規制する突出部６２を円周溝５６に１つ以上（図３例では２つ）設けてもよい。これにより、可撓性フラットハーネス９６の過度の捻れに起因する電気的な接続不良を防止できる。なお、図３例では、回動可動範囲が１８０度程度（概ね−９０度から＋９０度）とされている。

また、ボディ１２又はハウジング７２（図２例ではボディ１２）には、ボディ１２及びハウジング７２に囲まれた空間部９２を密封するシールリング６０を円周溝５８に沿って設けてもよい。ボディ１２又はハウジング７２の係合部位又はその周辺部位にシールリング６０を設けることで、空間部９２の気密性が一層高くなる。

［圧力センサ１０による効果］
以上のように、圧力センサ１０は、コモンレール１６の内部に蓄溜された燃料を導入する導入口３６、及び、コモンレール１６と螺合可能なネジ部２０を有するボディ１２と、導入口３６からの燃料の圧力に応じた検出信号を取得する圧力検出部５４と、ケーブルコネクタ２８と挿抜自在に接続可能であり且つケーブルコネクタ２８を通じて圧力検出部５４からの検出信号を出力する出力端子７０、及び、出力端子７０を収容するハウジング７２を有する出力コネクタ１４を備える。

そして、ハウジング７２は、出力端子７０の先端部８２を外部に露呈させる開口部７８を有し、先端部８２の形状若しくは配置、及び／又は開口部７８の形状は、ケーブルコネクタ２８の挿入方向Ｂからの平面視にて異方的であり、出力コネクタ１４は、ボディ１２に対して挿入方向Ｂに沿った回動軸Ａを中心に回動可能に構成される。

このように、出力コネクタ１４は、ボディ１２に対して回動軸Ａを中心に回動可能に構成されるので、作業者は、ケーブル線２６の捻れがない状態にてケーブルコネクタ２８を把持し、両方の向きを合わせる方向に出力コネクタ１４を回動させた後、ケーブルコネクタ２８を出力コネクタ１４に挿入できる。これにより、螺合により固定する構造であってもケーブル線２６の捻れがない状態での接続が可能となり、その結果、ケーブル線２６の収まり易さを維持できる。

［備考］
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

この実施形態では、圧力センサ１０は燃料の圧力を測定しているが、流体全般（液体、気体又はプラズマ）を測定対象としてもよい。また、圧力センサ１０はコモンレール１６に螺合されているが、内部に流体を蓄溜可能な外部物体であれば種類を問わない。

この実施形態では、先端折曲部９０ｅを円周溝５６に係合させているが、ボディ１２及び出力コネクタ１４の係合構造はこれに限られない。例えば、ボディ１２は、回動軸Ａを軸心とする円周に沿って配される第１係合部を備えると共に、ハウジング７２は、この第１係合部と同軸的に配される第２係合部を備えてもよい。

この実施形態では、円周溝５６がなす空間に向けて突出する２つの突出部６２、６２が設けられているが、出力コネクタ１４の回動可動範囲を規制する手段（回動規制部）はこれに限られない。例えば、回動規制部をボディ１２の第１係合部に設けてもよいし、これと併せて又はこれとは別に、ハウジング７２の第２係合部に設けてもよい。

Claims

外部物体の内部に蓄溜された流体を導入する導入口、及び、前記外部物体と螺合可能なネジ部を有するボディと、
前記導入口からの前記流体の圧力に応じた検出信号を取得する圧力検出部と、
ケーブルコネクタと挿抜自在に接続可能であり且つ該ケーブルコネクタを通じて前記圧力検出部からの前記検出信号を出力する出力端子、及び、前記出力端子を収容するハウジングを有する出力コネクタと
を備える圧力センサであって、
前記ハウジングは、前記出力端子の先端部を外部に露呈させる開口部を有し、
前記先端部の形状若しくは配置、及び／又は前記開口部の形状は、前記ケーブルコネクタの挿入方向からの平面視にて異方的であり、
前記出力コネクタは、前記ボディに対して前記挿入方向に沿った回動軸を中心に回動可能に構成される
ことを特徴とする圧力センサ。
前記ボディは、前記回動軸を軸心とする円周に沿って配される第１係合部を更に有し、
前記ハウジングは、前記第１係合部と同軸的に配される第２係合部を更に有し、
前記出力コネクタは、前記第２係合部を前記第１係合部に係合させた状態下に、前記ボディに対して回動可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
前記圧力検出部は前記ボディに固定されると共に、前記出力端子の基端部は前記ハウジングに固定され、
前記圧力検出部を前記基端部に接続する可撓性フラットハーネスを更に備える
ことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
前記第１係合部及び／又は前記第２係合部には、前記出力コネクタの回動可動範囲を規制する回動規制部が設けられることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
前記第２係合部を前記第１係合部に係合させることで、前記ボディ及び前記ハウジングに囲まれた空間部が形成され、
前記ボディ又は前記ハウジングには、前記空間部を密封するシールリングが前記円周に沿って設けられる
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の圧力センサ。
前記外部物体は、燃料噴射システムの一部を構成するコモンレールであり、
前記流体は、前記コモンレールの内部に蓄溜された燃料である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧力センサ。