JP6835028B2 - 気密端子及びセンサユニット - Google Patents

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Description

本発明は、物理量を測定するセンサユニットの筐体に取り付けられる気密端子、及びセンサユニットに関する。
従来、プラントのプロセス制御において、様々な物理量を測定するセンサユニットが知られている。センサユニットの筐体には、センサユニットに気密封止又は真空封止されたデバイス素子等からの信号の入出力を行うための気密端子が取り付けられる場合がある。例えば、特許文献１には、センサユニットとして、液体圧を検出するための液封型圧力センサが開示されている。
特開２００４−１２４０６号公報
センサユニットが使用されるプラント等の現場での安全性、及び物理量の測定の安定性を確保するために、測定における誤動作を極力低減させることが求められる。センサユニットは、高圧環境下や爆発性雰囲気中で使用されることがあるとともに、回転機や動力源等から発生するノイズが存在する場所で使用されることがある。そのため、センサユニット及び気密端子は、耐ノイズ性を確保するとともに、使用環境において要求される耐高圧性及び防爆性を満足するように構成されていることが求められる。
本発明は、耐ノイズ性を向上させ、爆発性雰囲気中での使用を可能とし、耐高圧性を向上させることが可能な、気密端子及びセンサユニットを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である気密端子は、筐体に接合される隔壁と、第１絶縁体を介して前記隔壁に固定され、シグナルグランドに接続される本体と、前記本体を貫通し、第２絶縁体を介して前記本体に固定される信号線と、を備え、前記隔壁が前記筐体に接合された状態において、前記本体において前記筐体の内部側に位置する端面に交差する面と、前記筐体の内壁との間に空間を有する。
ここで、前記本体は、前記隔壁に対し、前記隔壁が前記筐体に接合された状態において前記隔壁よりも前記筐体の内部側に配置される位置に固定されることができる。
また、前記隔壁は開口を有し、前記本体は、前記開口を塞ぐように前記第１絶縁体を介して前記隔壁に固定されることができる。
また、前記第２絶縁体は、前記第１絶縁体よりも、前記筐体の内部側に設けられることができる。
また、前記第２絶縁体の内部側の端部から外部側の端部までの長さは、当該気密端子の内部側の端部から外部側の端部までの長さと、前記隔壁を前記筐体に接合する接合金属の内部側の端部から外部側の端部までの長さとの差よりも小さくてもよい。
また、当該気密端子の内部側の端部から外部側の端部までの長さと前記第２絶縁体の内部側の端部から前記本体の内部側の端部までの長さとの差は、前記隔壁を前記筐体に接合する接合金属の内部側の端部から外部側の端部までの長さよりも大きくてもよい。
また、前記信号線を複数備え、前記複数の信号線を電気的に接続するインピーダンス素子をさらに備えることができる。
また、前記本体に取り付けられ、前記インピーダンス素子を覆う導電性材料をさらに備えることができる。
また、前記導電性材料の周囲を覆う絶縁体をさらに備えることができる。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様であるセンサユニットは、上述の気密端子を備える。
本発明によれば、耐ノイズ性を向上させ、爆発性雰囲気中での使用を可能とし、耐高圧性を向上させることが可能な、気密端子及びセンサユニットを提供することができる。
センサユニットの概略構成の一例を示す機能ブロック図である。 対比例の気密端子の断面図である。 他の対比例の気密端子の断面図である。 対比例の気密端子による信号伝達処理について説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る気密端子の断面図である。 図５の気密端子の等価回路を示す図である。 対比例の気密端子と第１実施形態に係る気密端子との寄生容量を示す図である。 図５の気密端子にかかる圧力を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る気密端子の断面図である。 図９の気密端子の等価回路を示す図である。 対比例の気密端子と第２実施形態に係る気密端子との寄生容量を示す図である。 図９の気密端子にかかる圧力を示す図である。 第１実施形態に係る気密端子の一変形例を示す図である。 第２実施形態に係る気密端子の一変形例を示す図である。 第１実施形態に係る気密端子の他の一変形例を示す図である。 第２実施形態に係る気密端子の他の一変形例を示す図である。 第１実施形態に係る気密端子のさらに他の一変形例を示す図である。 第２実施形態に係る気密端子のさらに他の一変形例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明は、気密端子及びセンサユニットに関する。図１は、センサユニットの概略構成の一例を示す機能ブロック図である。センサユニット５０は、プラント等のプロセス制御等において、様々な物理量を測定するために用いられる測定ユニットである。センサユニット５０は、例えば、差圧伝送器、圧力伝送器、又はその他の圧力計において使用される。差圧伝送器は、液体、気体又は蒸気の、流量、液位、密度及び圧力等を測定し、測定結果に応じた信号を出力する。圧力伝送器は、液体、気体又は蒸気の圧力を測定、測定結果に応じた信号を出力する。ただし、センサユニット５０は、ここで示した例に限られず、他の任意の機器において使用されるものであってよい。センサユニット５０は、筐体５１により、その外形が規定される。気密端子５２は、センサユニット５０に適用可能である。気密端子５２は、センサユニット５０に気密封止又は真空封止されたデバイス素子５３等からの信号の入出力を行うことができる。なお、プラントとしては、化学等の工業プラントの他、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力・火力・原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント等がある。
図２は、対比例の気密端子１００の断面図である。例えば、図２に示す対比例の気密端子１００は、センサユニットの筐体１に取り付けられる。筐体１は、グランド（大地又はアース）に接地されている。筐体１には、穴が設けられている。気密端子１００は、筐体１の穴を塞ぐように、筐体１に取り付けられる。気密端子１００は、例えば溶接を行うことにより、溶接金属２を介して筐体１に接合される。筐体１はセンサユニットの容器であり、図２において、気密端子１００の上側がセンサユニットの筐体１の外部であり、気密端子１００の下側がセンサユニットの筐体１の内部である。
気密端子１００は、本体５を備える。本体５には、空孔２４が設けられている。図２に示す例では、本体５は２つの空孔２４を有する。空孔２４には、それぞれ１本の信号線６が貫通している。信号線６は、例えばガラス等の絶縁体７により、本体５に固定されているとともに、本体５と電気的に絶縁されている。
図３は、他の対比例の気密端子１０１の断面図である。図３に示す気密端子１０１は、図２に示す気密端子１００と同様の構造を有する。すなわち、気密端子１０１は、本体５と、本体５の空孔２４を貫通する信号線６と、信号線６を本体５に固定する絶縁体７とを備える。図３に示す気密端子１０１も、図２に示す気密端子１００と同様に、筐体１に接合される。ただし、図３に示す気密端子１０１は、図２に示す気密端子１００と異なり、溶接金属２に代えてねじ４を用いて、例えばＯリング等のシール材３で本体５と筐体１との間をシールして、ねじ止めにより筐体１に固定されている。
図４は、対比例の気密端子１００による信号伝達処理について説明する図である。図４では、気密端子１００及び筐体１の一部の断面図を示す。図４に示すように、筐体１内には、圧力容器室９が設けられている。圧力容器室９内には、例えば圧力等の特定の物理量を測定するデバイス素子が設けられ、信号線６に電気的に接続されている。圧力容器室９は、圧力容器室９と、圧力容器室９の外部であって筐体１の内部とを連通させるプロセス圧力導入孔８を有する。圧力容器室９には、プロセス圧力導入孔８を介してプロセスの圧力が伝達される。プロセスの圧力は、例えば、プロセスの気体又は液体が直接プロセス圧力導入孔８を介して圧力容器室９に供給されることによって、圧力容器室９に伝達されてよい。プロセスの圧力は、例えば、シリコンオイル等の中間媒体を介して圧力容器室９に伝達されてもよい。圧力容器室９内のデバイス素子は、伝達されたプロセスの圧力を検出し、検出した圧力に応じた信号を生成する。生成された信号は、信号線６を介して、筐体１の外部の信号処理回路（不図示）に伝達される。
圧力等の物理量の測定の安定性の観点から、気密端子の信号伝達において、測定における誤動作を極力低減させることが求められる。すなわち、気密端子の耐ノイズ性を向上させることが好ましい。さらに、センサユニットは、高圧環境下や爆発性雰囲気中で使用される場合があるため、気密端子の爆発性雰囲気中での使用を可能とするとともに、耐高圧性を向上させることが好ましい。
ここで、高圧化を実現するためには、気密端子が受ける圧力を小さくすることが考えられる。すなわち、気密端子が圧力容器室９から圧力を受ける面の面積を小さくすればよい。しかしながら、気密端子を小さくすると、グランドに接地された筐体１と、信号線６との距離が、より近くなる。そのため、筐体１と信号線６との間の寄生容量が大きくなるため、筐体１に印加されるノイズが、信号線６を介して伝達される圧力に応じた信号に重畳されやすくなる。
また、爆発性雰囲気での使用を可能とするために、気密端子は、例えばＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）規格、ＦＭ（Factory Mutual）規格、又はＣＳＡ（Canadian Standard Association）規格等、所定の防爆規格の規定に沿った構成を有することが求められる。防爆規格では、グランドに接地された筐体１と信号線６との間隔に関する規定が設けられる場合がある。この場合、筐体１と信号線６との間に、防爆規格で要求される間隔を確保する必要がある。しかしながら、筐体１と信号線６との間隔を確保するために、気密端子を大きくすると、気密端子が圧力容器室９内から受ける圧力が大きくなり、耐高圧性が実現されにくくなる。
（第１実施形態）
図５は、本発明の第１実施形態に係る気密端子１１０の断面図である。図５に示す第１実施形態に係る気密端子１１０は、センサユニットの筐体１１に取り付けられる。筐体１１は、グランドに接地されている。筐体１１には、穴が設けられている。気密端子１１０は、筐体１１の穴を塞ぐように、筐体１１に取り付けられる。図５において、気密端子１１０の上側がセンサユニットの筐体１１の外部であり、気密端子１１０の下側がセンサユニットの筐体１１の内部である。気密端子１１０の下側の空間は、例えば、圧力容器室であってよい。圧力容器室は、例えばプロセスの圧力を伝達するシリコンオイル等の中間媒体で満たされている。
気密端子１１０は、隔壁１２を備える。隔壁１２には、絶縁体１３を介して、筐体１１の内部側に本体１５が固定されている。本体１５は、シグナルグランド（ＳＧ、例えば筐体外部の信号処理回路における共通電位）に接続されている。隔壁１２及び本体１５は、例えば円盤形状である。隔壁１２及び本体１５には、隔壁１２及び本体１５を貫通する空孔２３が設けられている。図５に示す例では、隔壁１２及び本体１５は２つの空孔２３を有する。隔壁１２及び本体１５の空孔２３には、それぞれ１本の信号線１６が貫通している。信号線１６は、絶縁体１４を介して本体１５に固定されているとともに、本体１５と電気的に絶縁されている。例えば信号線１６は、圧力に応じた信号を伝達する導体であればよい。
気密端子１１０は、例えば溶接を行うことにより、溶接金属３０を介して筐体１１に固定される。気密端子１１０は、隔壁１２が、溶接金属３０を介して筐体１１に接合される。すなわち、気密端子１１０の本体１５は、筐体１１に接合されていない。本体１５は、隔壁１２の内部側に固定されているため、本体１５の内部側の端面２９に交差する面３１と、筐体１１の内壁との間に空間２８が存在する。
気密端子１１０において、絶縁体１４は、本体１５の空孔２３に設けられるため、絶縁体１３よりも、筐体１１の内部側に設けられる。すなわち、気密端子１１０において、外部側の端面と内部側の端面との方向を高さ方向とすると、絶縁体１４は、空間２８が存在する高さに含まれる範囲に設けられる。
図６は、図５の気密端子１１０の等価回路を示す図である。図６に示すように、絶縁体１３を挟んだ隔壁１２と本体１５との間の容量をＣ１３とし、絶縁体１４を挟んだ本体１５と信号線１６との間の容量をＣ１４とし、隔壁１２と信号線１６との間の空孔２３の容量をＣ２３とする。また、図６において、Ｖｎはノイズ電圧を示す。
気密端子１１０において、本体１５がシグナルグランドに接続されているため、筐体１１の接地部及び信号線１６から混入するノイズに対して、本体１５がシールドとして機能する。これにより、筐体１１と信号線１６との間の寄生容量が低減される。
ここで、図２及び図５を参照して、各気密端子１００及び１１０の寄生容量について説明する。気密端子１００及び１１０の厚さをＬとする。気密端子の厚さは、内部側の端部から外部側の端部までの長さである。すなわち、対比例の気密端子１００においては、図２に示すように、本体５の内部側の面から外部側の面までの長さが気密端子１００の厚さＬとなる。一方、本実施形態に係る気密端子１１０においては、図５に示すように、隔壁１２の外部側の面から、本体１５の内部側の面までの長さが、気密端子１１０の厚さＬとなる。また、信号線６及び１６をそれぞれ固定する絶縁体７及び１４の長さをＬ1とする。ここで、絶縁体７及び１４の長さは、内部側の端部から外部側の端部までの長さである。従って、図２及び図５に示す例では、絶縁体７及び１４の長さは、信号線６及び１６が延在する方向の長さをいう。また、絶縁体７及び１４の内部側の端部から、それぞれ本体５及び１５の内部側の端面までの長さ（距離）を、Ｌ2とする。また、信号線６及び１６の直径をａとし、空孔２３及び２４の直径をｂとする。
絶縁体７及び１４の比誘電率をεr1とし、圧力容器室内の中間媒体の比誘電率をεr2とする。また、筐体１及び１１の外部は、大気雰囲気であるとする。すなわち、筐体１及び１１の外部の気体の比誘電率を１とする。
このとき、図２に示す対比例の気密端子１００の筐体１と信号線６との間の寄生容量Ｃ１は、係数ｋを用いて、次の式（１）のように表される。
Figure 0006835028
式（１）から理解されるように、寄生容量Ｃ１は、気密端子の長さＬを有する項と、絶縁体の長さＬ1を有する項と、絶縁体７の内部側の端部から本体５の内部側の端面までの長さＬ2を有する項との和に比例する。従って、例えば、長さＬと長さＬ2とを一定とした場合、長さＬ1を大きくするほど、寄生容量Ｃ１が大きくなる。
一方、図５に示す本実施形態に係る気密端子１１０の筐体１１と信号線１６との間の寄生容量Ｃ２は、係数ｋを用いて、次の式（２）のように表される。
Figure 0006835028
式（２）において、Ｌ3は溶接金属３０の長さである。気密端子１１０では、本体１５がシグナルグランドに接続されているため、絶縁体１４とグランド間の容量が０となる。また、絶縁体１４の長さＬ1が長いほど、隔壁１２と信号線１６との間の空孔２３の寄生容量Ｃ２３が減少する。さらに、グランド間の容量が０となるため、絶縁体１４の内部側の端部から本体１５の内部側の端部（つまり端面２９）までの長さＬ2における容量は、寄生容量Ｃ２に対して影響を与えない。これらの理由により、本実施形態に係る気密端子１１０では、式（２）からも理解されるように、絶縁体１４の長さＬ1が長いほど、寄生容量Ｃ２が小さくなる。
図７は、対比例の気密端子１００と第１実施形態に係る気密端子１１０との寄生容量Ｃ１及びＣ２を示す図である。図７に示す図は、気密端子の長さＬが１０ｍｍ、絶縁体の内部側の端部から本体の内部側の端部までの長さＬ2が０ｍｍ、直径ａに対する直径ｂの長さの比、つまりｂ／ａが３、絶縁体の比誘電率εr1が４．６である場合における、絶縁体の長さＬ1と寄生容量Ｃ１及び寄生容量Ｃ２との関係を示す。
図７に示すように、対比例の気密端子１００の寄生容量Ｃ１は、本実施形態に係る気密端子１１０の寄生容量Ｃ２と比較して大きい。また、絶縁体の長さＬ1が長くなるほど、対比例の気密端子１００の寄生容量Ｃ１が大きくなるのに対し、本実施形態に係る気密端子１１０の寄生容量Ｃ２は一定値を取る。そのため、絶縁体の長さＬ1が長くなるほど、寄生容量Ｃ１と寄生容量Ｃ２との差は大きくなる。なお、長さＬ1は、気密端子１１０の製造において絶縁体１４を空孔２３に封入する際に変動することがあるため、図７において横軸に用いた。
このように、本実施形態に係る気密端子１１０によれば、寄生容量Ｃ２を小さくすることができる。そのため、気密端子１１０によれば、耐ノイズ性が向上する。
また、本実施形態に係る気密端子１１０では、グランドに接地された筐体１１と信号線１６との間に、隔壁１２が配置される。防爆規格では、グランドに接地された筐体１１と信号線１６との間隔に関する規定が設けられる場合があるが、気密端子１１０によれば、隔壁１２が配置されることにより、グランドに接地された筐体１１と信号線１６との間に一定の距離が設けられる。そのため、気密端子１１０によれば、防爆規格で要求される、筐体１１と信号線１６との間隔に関する規定を満たしやすくなる。これにより、気密端子１１０は、爆発性雰囲気中での使用が可能となる。
また、本実施形態に係る気密端子１１０では、隔壁１２が溶接金属３０を介して筐体１１に接合され、隔壁１２よりも内部側に固定された本体１５は、筐体１１に接合されていない。従って、溶接金属３０の長さＬ3について、Ｌ＞Ｌ3が成立する。ここで、溶接金属３０の長さＬ3は、内部側の端部から外部側の端部までの長さである。また、絶縁体１４の長さＬ1は、Ｌ1＜Ｌ−Ｌ3となる。
ここで、図５に示すように、気密端子１１０と、筐体１１との間には、長さＬ−Ｌ3の空間２８が形成される。図８は、図５の気密端子１１０に印加される圧力を図示したものである。そのため、気密端子１１０は、図８の矢印で示すように、端面２９及び面３１において、圧力容器室側から圧力を受ける。つまり、例えば対比例の気密端子１００が本体の内部側の端面のみにおいて圧力容器室側からの圧力を受けるのに対し、本実施形態に係る気密端子１１０は、端面２９に加え、端面２９に交差する面３１にも圧力が印加される。例えば、Ｌ−Ｌ2＞Ｌ3が満たされる場合、面３１に印加される圧力が、絶縁体１４に伝達されやすくなる。
対比例の気密端子１００では、圧力容器室側からの圧力により、絶縁体７には、筐体１の内部から外部方向への圧力σ１が発生する。本実施形態に係る気密端子１１０においても、筐体の内部から外部方向への圧力が等しいとすると、気密端子１１０では、絶縁体１４は、絶縁体１３よりも筐体１１の内部側に設けられるため、圧力容器室側からの圧力により、絶縁体１４に、筐体１１の内部から外部方向への圧力σ１が発生する。しかしながら、気密端子１１０には、図８に示すように面３１にも圧力が印加される。この圧力により、気密端子１１０の絶縁体１４には、さらに、空間２８側から気密端子１１０の中央側への圧縮応力σｃ１が印加される。このように、圧力σ１に加え、圧縮応力σｃ１が印加された状態における、絶縁体１４にかかる応力をσ２とすると、圧縮応力σｃ１の作用により、σ１＞σ２となる。つまり、対比例の気密端子１００の絶縁体７に印加される圧力と比較して、本実施形態に係る気密端子１１０の絶縁体１４に印加される応力は弱くなる。そのため、本実施形態に係る気密端子１１０によれば、絶縁体１４の破壊耐性が向上される。その結果、耐高圧化が向上する。
このように、本実施形態に係る気密端子１１０によれば、耐ノイズ性を向上させるとともに、爆発性雰囲気中での使用を可能とし、さらに、耐高圧性を向上させることが可能である。
（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態に係る気密端子１２０の断面図である。図９に示す第２実施形態に係る気密端子１２０は、センサユニットの筐体１７に取り付けられる。筐体１７は、グランドに接地されている。筐体１７には、穴が設けられている。気密端子１２０は、筐体１７の穴を塞ぐように、筐体１７に取り付けられる。図９において、気密端子１２０の上側がセンサユニットの筐体１７の外部であり、気密端子１２０の下側がセンサユニットの筐体１７の内部である。気密端子１２０の下側の空間は、例えば、圧力容器室であってよい。圧力容器室は、例えばプロセスの圧力を伝達するシリコンオイル等の中間媒体で満たされている。
気密端子１２０は、隔壁１８を備える。隔壁１８は、例えば中央に円形の開口を有する円環形状である。隔壁１８には、絶縁体１９を介して、円環形状の隔壁１８の中央の開口を塞ぐように、本体２１が固定されている。本体２１は、例えば直径が隔壁１８の中央の開口の直径よりも小さい、円筒形状である。なお、隔壁１８が有する開口は、必ずしも円形でなく、他の形状であってもよい。本体２１は、シグナルグランドに接続されている。本体２１には、本体２１を貫通する空孔３２が設けられている。図９に示す例では、本体２１は２つの空孔３２を有する。本体２１の空孔３２には、それぞれ１本の信号線２２が貫通している。信号線２２は、絶縁体２０を介して本体２１に固定されているとともに、本体２１と電気的に絶縁されている。例えば信号線２２は、圧力に応じた信号を伝達する導体であればよい。
気密端子１２０は、例えば溶接を行うことにより、溶接金属３３を介して筐体１７に接合される。気密端子１２０は、隔壁１８が、溶接金属３３を介して筐体１７に接合される。気密端子１２０の本体２１は、筐体１７に接合されていない。本実施形態において、本体２１の高さは、隔壁１８の高さよりも高い。ここで、高さは、外部側の端面から内部側の端面までの長さをいう。従って、本体２１の高さは図９に示すＬであり、隔壁１８の高さは、図９に示すＬ3である。本体２１は、本体２１の内部側の端面３４が、隔壁１８の内部側の端面よりも、筐体１７の内部側に位置するように、隔壁１８に固定されている。図９に示す例では、隔壁１８の外側の端面と本体２１の外側の端面とが同一面となるように、本体２１が隔壁１８に固定されている。従って、本体２１は、内部側の端面３４に交差する面３５と、筐体１７の内壁との間に空間３６が存在する。
気密端子１２０において、絶縁体２０は、絶縁体１９よりも、筐体１７の内部側に設けられる。すなわち、気密端子１２０において、絶縁体２０は、高さ方向について、空間３６が存在する高さに含まれる範囲に設けられる。例えば、絶縁体２０は、図９に示すように、気密端子１２０において、端面３４の近傍に設けられる。
図１０は、図９の気密端子１２０の等価回路を示す図である。図１０に示すように、絶縁体１９を挟んだ隔壁１８と本体２１との間の容量をＣ１９とし、絶縁体２０を挟んだ本体２１と信号線２２との間の容量をＣ２０とする。また、図１０において、Ｖｎはノイズ電圧を示す。
気密端子１２０において、本体２１がシグナルグランドに接続されているため、筐体１７の接地部及び信号線２２から混入するノイズに対して、本体２１がシールドとして機能する。これにより、筐体１７と信号線２２との間の寄生容量が低減される。
ここで、気密端子１２０の厚さをＬとする。すなわち、図９に示すように、隔壁１８及び本体２１の外部側の面から、本体１５の内部側の面、つまり端面３４までの長さが、気密端子１２０の厚さＬとなる。また、信号線２２を固定する絶縁体２０の長さをＬ1とする。絶縁体２０の長さは、図９に示すように、内部側の端部から外部側の端部までの長さである。また、絶縁体２０の内部側の端部から、本体２１の内部側の端面、つまり端面３４までの長さ（距離）を、Ｌ2とする。また、信号線２２の直径をａとし、空孔３２の直径をｂとする。
ここで、本体２１がシグナルグランドに接続されているため、本体２１と信号線２２との間の寄生容量Ｃ２０は実質的に０となり、無視してよい。そのため、隔壁１８と信号線２２との間の離隔距離をｒとすると、図９に示す本実施形態に係る気密端子１２０の筐体１７と信号線２２との間の寄生容量Ｃ３は、係数ｋを用いて、次の式（３）のように表される。
Figure 0006835028
気密端子１２０では、本体２１がシグナルグランドに接続されているため、絶縁体２０の長さＬ1や、絶縁体２０の内部側の端部から本体２１の内部側の端部（つまり端面３４）までの長さＬ2にかかわらず、本体２１と信号線２２との間の寄生容量は発生しない。従って、式（３）からも理解されるように、寄生容量Ｃ３は、隔壁１８と信号線２２との離隔距離ｒと長さＬとのみによって決定され、長さＬ1及びＬ2にかかわらず一定値を取る。
Figure 0006835028
図１１に示すように、対比例の気密端子１００の寄生容量Ｃ１は、本実施形態に係る気密端子１２０の寄生容量Ｃ３と比較して大きい。また、絶縁体の長さＬ1が長くなるほど、対比例の気密端子１００の寄生容量Ｃ１が大きくなるのに対し、本実施形態に係る気密端子１３０の寄生容量Ｃ３は、絶縁体の長さＬ1の長さにかかわらず一定値を取る。そのため、絶縁体の長さＬ1が長くなるほど、寄生容量Ｃ１と寄生容量Ｃ３との差は大きくなる。なお、長さＬ1は、気密端子１２０の製造において絶縁体２０を空孔３２に封入する際に変動することがあるため、図１１において横軸に用いた。
このように、本実施形態に係る気密端子１２０によれば、寄生容量Ｃ３を一定値にすることができる。そのため、気密端子１２０によれば、耐ノイズ性が向上する。
また、本実施形態に係る気密端子１２０では、グランドに接地された筐体１７と信号線２２との間に、隔壁１８が配置される。防爆規格では、グランドに接地された筐体１７と信号線２２との間隔に関する規定が設けられる場合があるが、気密端子１２０によれば、隔壁１８が配置されることにより、グランドに接地された筐体１７と信号線２２との間に一定の距離が設けられる。そのため、気密端子１２０によれば、防爆規格で要求される、筐体１７と信号線２２との間隔に関する規定を満たしやすくなる。これにより、気密端子１２０は、爆発性雰囲気中での使用が可能となる。
また、本実施形態に係る気密端子１２０では、本体２１の内部側の端面３４が、隔壁１８の内部側の端面よりも筐体１７の内部側に位置し、隔壁１８の外側の端面と本体２１の外側の端面とが同一面となるように、本体２１は絶縁体１９を介して隔壁１８に固定されている。従って、図９に示すように溶接金属３３の長さをＬ3とすると、Ｌ＞Ｌ3が成立する。溶接金属３３の長さＬ3は、内部側の端部から外部側の端部までの長さである。絶縁体２０の長さＬ1は、例えばＬ1＜Ｌ−Ｌ3とすることができる。
ここで、図９に示すように、気密端子１２０と、筐体１７との間には、長さが少なくともＬ−Ｌ3の空間３６が形成される。図１２は、図９の気密端子１２０に印加される圧力を図示したものである。気密端子１２０では、絶縁体２０は、絶縁体１９よりも筐体１７の内部側に設けられるため、気密端子１２０は、図１２の矢印で示すように、端面３４及び面３５において、圧力容器室側から圧力を受ける。つまり、例えば対比例の気密端子１００が本体の内部側の端面のみにおいて圧力容器室側からの圧力を受けるのに対し、本実施形態に係る気密端子１２０は、端面３４に加え、端面３４に交差する面３５にも圧力が印加される。例えば、Ｌ−Ｌ2＞Ｌ3が満たされる場合、面３５に印加される圧力が、絶縁体２０に伝達されやすくなる。従って、第１実施形態で説明したものと同様の原理により、対比例の気密端子１００の絶縁体７に印加される応力と比較して、本実施形態に係る気密端子１２０の絶縁体２０に印加される応力は弱くなる。そのため、本実施形態に係る気密端子１２０によれば、絶縁体２０の破壊耐性が向上される。その結果、耐高圧化が向上する。
このように、本実施形態に係る気密端子１２０によれば、耐ノイズ性を向上させるとともに、爆発性雰囲気中での使用を可能とし、さらに、耐高圧性を向上させることが可能である。
図１３及び図１４は、それぞれ第１実施形態及び第２実施形態に係る気密端子の一変形例を示す図である。図１３及び図１４に示す変形例では、圧力容器室内において、２本の信号線１６同士及び２２同士が、それぞれ抵抗等のインピーダンス素子２５で電気的に接続されている。インピーダンス素子２５は、筐体と信号線との間の寄生容量を低減可能なインピーダンスを有する素子であってよい。図１３及び図１４に示す変形例では、インピーダンス素子２５により、気密端子の筐体と信号線との間の寄生容量が低減されるため、耐ノイズ性がさらに向上する。
図１５及び図１６は、それぞれ第１実施形態及び第２実施形態に係る気密端子の他の一変形例を示す図である。図１５及び図１６に示す変形例では、それぞれ図１３及び図１４で示される構成に加えて、気密端子が、さらに、インピーダンス素子２５を覆うようにして本体１５及び２１に取り付けられた導電性材料２６を備える。これらの変形例においては、導電性材料２６が、シグナルグランドに接続されている。このように、気密端子がインピーダンス素子２５を覆う導電性材料２６を備える場合、本体１５又は２１と導電性材料２６とが、信号線１６又は２２から混入するノイズだけでなく、筐体１１又は１７からの混入するノイズがシグナルグランドへ流れて、ノイズに対するシールドとして機能する。これにより、耐ノイズ性がさらに向上する。
図１７及び図１８は、それぞれ第１実施形態及び第２実施形態に係る気密端子のさらに他の一変形例を示す図である。図１７及び図１８に示す変形例では、それぞれ図１５及び図１６で示される構成に加えて、気密端子が、さらに、導電性材料２６の周囲を覆う絶縁体２７を備える。このように、本体１５又は２１が絶縁体２７で覆われている場合、筐体１１又は１７とシグナルグランドに導電性材料２６を介して接続された本体１５又は２１とが電気的に絶縁される。そのため、例えば所定の規格において、筐体１１又は１７とシグナルグランドに導電性材料２６を介して接続された本体１５又は２１との離隔距離が定められている場合であっても、所定の規格においては絶縁体２７によって離隔距離を短くすることが可能なので、筐体１１又は１７とシグナルグランドに導電性材料２６を介して接続された本体１５又は２１との距離を短くすることができる。これにより、気密端子を小型化することができる。
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
１、１１、１７、５１ 筐体
２、３０、３３ 溶接金属
３ シール材
４ ねじ
５、１５、２１ 本体
６、１６、２２ 信号線
７、１３、１４、１９、２０、２７ 絶縁体
８ プロセス圧力導入孔
９ 圧力容器室
５２、１００、１０１、１１０、１２０、１３０ 気密端子
１２、１８ 隔壁
２３、２４、３２ 空孔
２５ インピーダンス素子
２６ 導電性材料
２８、３６ 空間
２９、３４ 端面
３１、３５ 面
５０ センサユニット
５３ デバイス素子

Claims (9)

  1. 筐体に接合される隔壁と、
    第１絶縁体を介して前記隔壁に固定され、シグナルグランドに接続される本体と、
    前記本体を貫通し、第２絶縁体を介して前記本体に固定される信号線と、
    を備え、
    前記隔壁が前記筐体に接合された状態において、前記本体において前記筐体の内部側に位置する端面に交差する面と、前記筐体の内壁との間に空間を有し、
    前記本体は、前記隔壁に対し、前記隔壁が前記筐体に接合された状態において前記隔壁よりも前記筐体の内部側に配置される位置に固定される、
    気密端子。
  2. 筐体に接合される隔壁と、
    第１絶縁体を介して前記隔壁に固定され、シグナルグランドに接続される本体と、
    前記本体を貫通し、第２絶縁体を介して前記本体に固定される信号線と、
    を備え、
    前記隔壁が前記筐体に接合された状態において、前記本体において前記筐体の内部側に位置する端面に交差する面と、前記筐体の内壁との間に空間を有し、
    前記隔壁は開口を有し、
    前記本体は、前記開口を塞ぐように前記第１絶縁体を介して前記隔壁に固定される、
    気密端子。
  3. 筐体に接合される隔壁と、
    第１絶縁体を介して前記隔壁に固定され、シグナルグランドに接続される本体と、
    前記本体を貫通し、第２絶縁体を介して前記本体に固定される信号線と、
    を備え、
    前記隔壁が前記筐体に接合された状態において、前記本体において前記筐体の内部側に位置する端面に交差する面と、前記筐体の内壁との間に空間を有し、
    前記第２絶縁体は、前記第１絶縁体よりも、前記筐体の内部側に設けられる、
    気密端子。
  4. 前記第２絶縁体の内部側の端部から外部側の端部までの長さは、当該気密端子の内部側の端部から外部側の端部までの長さと、前記隔壁を前記筐体に接合する接合金属の内部側の端部から外部側の端部までの長さとの差よりも小さい、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の気密端子。
  5. 当該気密端子の内部側の端部から外部側の端部までの長さと前記第２絶縁体の内部側の端部から前記本体の内部側の端部までの長さとの差は、前記隔壁を前記筐体に接合する接合金属の内部側の端部から外部側の端部までの長さよりも大きい、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の気密端子。
  6. 前記信号線を複数備え、前記複数の信号線を電気的に接続するインピーダンス素子をさらに備える、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の気密端子。
  7. 前記本体に取り付けられ、前記インピーダンス素子を覆う導電性材料をさらに備える、請求項６に記載の気密端子。
  8. 前記導電性材料の周囲を覆う絶縁体をさらに備える、請求項７に記載の気密端子。
  9. 前記請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の気密端子を備える、センサユニット。


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