JPWO2019234583A1 - 圧力センサモジュール - Google Patents

Abstract

組立時の作業効率を向上可能な圧力センサモジュールを提供する。基準圧と流体圧との差圧に基づいて流体圧を検出する圧力センサモジュールであって、ハウジングと、基準圧及び流体圧のそれぞれに接触可能なセンサ素子と、センサ素子を支持するとともにハウジングに保持される支持部材と、センサ素子の第１の接触面に流体圧を導く第１の圧力通路と、第１の圧力通路に対してシールされ、センサ素子の第２の接触面に基準圧を導く第２の圧力通路とを備え、支持部材は、第１の圧力通路と第２の圧力通路とをシールする機能を有する弾性変形可能な弾性材料部と、弾性材料部に比べて剛性が高い硬質材料部とが一体化された構造物である。

Description

本発明は、流体圧を検出する圧力センサモジュールに関する。

従来流体圧を基準流体圧に対する相対圧として検出する方式の圧力センサモジュールが知られている。かかる圧力センサモジュールにおいては接着剤あるいは弾性ゴムシールを用いてセンサ素子とハウジングとの間を気密にシールしている。

例えば特許文献１にはシール材として接着剤を採用した圧力センサモジュールが開示されている。また特許文献２にはシール材として単体の弾性シール部材を採用した圧力センサモジュールが開示されている。

米国特許出願公開第２０１１／０１６９８１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０１６９８２号明細書

しかしながら特許文献１及び２に開示された圧力センサモジュールでは、圧力センサモジュール自体の組立作業が必ずしも効率的ではない。例えば特許文献１に開示された圧力センサモジュールを製造するには接着剤を塗布する装置が必要になるとともに塗布した接着剤を硬化させる工程が必要になる。

また圧力センサモジュール自体の長さあるいは幅が例えば１０ｍｍ以下程度であるために特許文献２に開示された圧力センサモジュールでは所定の位置に配置される弾性シール部材が極めて小さくなり、組立作業時における取り扱いが容易ではない。

さらに特許文献１及び２に開示された圧力センサモジュールはセンサ素子をハウジングの所定の面に載置して組み立てるものである。このため製造時においてセンサ素子が所定の位置から跳び出したり反転したりするおそれがある。

本発明は、組立時の作業効率を向上可能な圧力センサモジュールを提供する。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基準圧と流体圧との差圧に基づいて流体圧を検出する圧力センサモジュールであって、ハウジングと、基準圧及び流体圧のそれぞれに接触可能なセンサ素子と、センサ素子を支持するとともにハウジングに保持される支持部材と、センサ素子の第１の接触面に流体圧を導く第１の圧力通路と、第１の圧力通路に対してシールされ、センサ素子の第２の接触面に基準圧を導く第２の圧力通路とを備え、支持部材は、第１の圧力通路と第２の圧力通路とをシールする機能を有する弾性変形可能な弾性材料部と、弾性材料部に比べて剛性が高い硬質材料部とが一体化された構造物であることを特徴とする圧力センサモジュールが提供される。

以上説明したように本発明によれば、圧力センサモジュールの組立時の作業効率を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る圧力センサモジュールの分解斜視図である。 同実施形態に係る圧力センサモジュールの分解断面図である。 同実施形態に係る圧力センサモジュールの断面図である。 同実施形態に係る圧力センサモジュールの支持部材の上方斜視図である。 同実施形態に係る圧力センサモジュールの支持部材の下方斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお本明細書及び図面において実質的に同一の機能構成を有する構成要素については同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお以下の説明においては便宜上カバー４０側を上、インレットポート１２側を下として説明する。

図１〜図５を参照して本実施形態に係る圧力センサモジュール１の構成例を説明する。図１は圧力センサモジュール１の分解斜視図を示している。図２は圧力センサモジュール１の分解断面図を示し、図３は圧力センサモジュール１の断面図を示している。図４は支持部材７０を上方から見た斜視図である。図５は支持部材７０を下方から見た斜視図である。図２〜図５においてカバー４０の弾性材料部４１及び支持部材７０の弾性材料部８１はドットハッチングで示されている。

圧力センサモジュール１はハウジング１０、支持部材７０、センサ素子３０及びカバー４０を備える。

＜ハウジング＞
ハウジング１０は例えば樹脂材料の成形品からなり略直方体状の本体部１０ａを有する。ハウジング１０は本体部１０ａの下面に突設されたインレットポート１２を有する。インレットポート１２は中空の略円筒形状を有し、流入通路１１となる内部空間を有する。

インレットポート１２は流体圧を測定する対象の図示しない容器内に挿入される。インレットポート１２と容器とは例えば図示しないグロメットシール等によって気密にシールされる。

ハウジング１０は本体部１０ａの上面に立設された第１の隔壁１４及び第２の隔壁１５を有する。第１の隔壁１４はハウジング１０の上面の外縁に沿って平面視略矩形状に立設されている。第２の隔壁１５は第１の隔壁１４の内側に、第１の隔壁１４と間隔をおいて平面視略矩形状に立設されている。

第２の隔壁１５により囲まれた内側空間には支持部材７０により支持されたセンサ素子３０が配置される。第２の隔壁１５の内側空間の略中央にはインレットポート１２の内部空間である流入通路１１に連通する連通路１３が設けられている。第２の隔壁１５の内周面の一部には支持部材７０の位置を固定する複数のリブ１９が設けられている。

ハウジング１０は本体部１０ａの一側面に突設されたコネクタ９３を備える。コネクタ９３は中空の筒形状を有する。ハウジング１０には例えば金属からなる導電性のバスバー９０が埋設されている。バスバー９０の一端部はコネクタ９３の内部空間に露出する。バスバー９０の他端部は第２の隔壁１５の内側空間に接続端子９１として露出している。

ハウジング１０は本体部１０ａの側面に凹部１７及び凸部１８を備える。凹部１７及び凸部１８はカバー４０が装着される際の係合部となる。凹部１７又は凸部１８は図示された以外にも適宜の数備えられていてもよい。

ハウジング１０の本体部１０ａは一方の端部が上面に開口し他方の端部が下面あるいは側面に開口する内部通路１６ａ，１６ｂを有する。内部通路１６ａ，１６ｂは第２の圧力通路６０の一部を構成する。

＜カバー＞
カバー４０はシール機能を有する弾性材料部４１と弾性材料部４１に比べて剛性が高い硬質材料部４５とが一体化された構造物である。カバー４０は下方側が開口した略直方体状を有する。カバー４０はセンサ素子３０及び支持部材７０を覆うようにしてハウジング１０に取り付けられる。

弾性材料部４１は例えば熱可塑性エラストマ又は液状シリコーンゴムのうちの一種又は複数種を配合した材料からなる構成部分である。弾性材料部４１は所望のシール機能に応じて適切な弾性を有する。硬質材料部４５は例えばＡＢＳ、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン又はポリアミド等の樹脂材料からなる構成部分である。硬質材料部４５は弾性材料部４１に比べて高い剛性となっている。

硬質材料部４５はカバー４０のベース部分を構成する。硬質材料部４５は第２の圧力通路６０の一部を構成する流通孔４８を備える。硬質材料部４５は側面に係止部４６及び開口部４７を備える。係止部４６及び開口部４７はカバー４０をハウジング１０に装着する際の係合部となる。係止部４６及び開口部４７は図示された以外にも適宜の数備えられていてもよい。

弾性材料部４１はベース部分となる硬質材料部４５に一体的に組み込まれて形成されている。弾性材料部４１の一部は硬質材料部４５に形成された流通孔４８の一部に配置されて側面に通じる流通孔４８を封止する。

また弾性材料部４１はいずれも平面視略矩形状の第１のカバーシール部４１ａ、第２のカバーシール部４１ｂ及び第３のカバーシール部４１ｃを有する。第１のカバーシール部４１ａが内側に配置され、第３のカバーシール部４１ｃが外側に配置され、第１のカバーシール部４１ａと第３のカバーシール部４１ｃの間に第２のカバーシール部４１ｂが配置されている。

第１のカバーシール部４１ａは下端部においてセンサ素子３０の第２の接触面３３に弾性接触する。第１のカバーシール部４１ａの内側空間は第２の圧力通路６０の一部を構成する。第１のカバーシール部４１ａはセンサ素子３０の第２の接触面３３に弾性接触した状態で第１のカバーシール部４１ａの内側の第２の圧力通路６０と第１のカバーシール部４１ａの外周側の空間とをシールする機能を有する。

第１のカバーシール部４１ａがセンサ素子３０に弾性接触することによりセンサ素子３０の電気接続部３５がバスバー９０の接続端子９１に対して押し付けられる。これによりセンサ素子３０とバスバー９０との電気的な接続の確実性が高められる。

第２のカバーシール部４１ｂは内周部においてハウジング１０の第２の隔壁１５の外周面に弾性接触する。第２のカバーシール部４１ｂはハウジング１０の上面に形成された第２の隔壁１５の内側の空間と第２の隔壁１５の外周側に形成される第２の圧力通路６０とをシールする機能を有する。

第３のカバーシール部４１ｃは内周部においてハウジング１０の第１の隔壁１４の外周面に弾性接触する。第３のカバーシール部４１ｃは第３のカバーシール部４１ｃの内側空間に形成される第２の圧力通路６０とカバー４０の外部空間とをシールする機能を有する。

なお第１のカバーシール部４１ａがセンサ素子３０の第２の接触面３３に当接し、第２のカバーシール部４１ｂが第２の隔壁１５の外周面に当接することにより画成された空間はバスバー９０の接続端子９１やセンサ素子３０等が配置された電気接続空間９９として機能する（図３を参照）。

＜支持部材＞
支持部材７０は、シール機能を有する弾性材料部８１と弾性材料部８１に比べて剛性が高い硬質材料部７５とが一体化された構造物である。支持部材７０はハウジング１０の第２の隔壁１５の内側空間に配置されて第２の隔壁１５の内周面に形成された複数のリブ１９により位置決めされる。

支持部材７０は第１のシール部８３、第２のシール部８５、ガイド部７７、隔壁部７９ａ，７９ｂ及びセンサ支持リブ８７ａ〜８７ｄを備える。ここに挙げた構成要素のうちの第１のシール部８３、第２のシール部８５及びセンサ支持リブ８７ａ〜８７ｄは弾性材料部８１の一部をなす。またガイド部７７及び隔壁部７９ａ，７９ｂは硬質材料部７５の一部をなす。

弾性材料部８１は例えば熱可塑性エラストマ又は液状シリコーンゴムのうちの一種又は複数種を配合した材料からなる構成部分である。弾性材料部８１は所望のシール機能に応じて適切な弾性を有する。硬質材料部７５は例えばＡＢＳ、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン又はポリアミド等の樹脂材料からなる構成部分である。硬質材料部７５は弾性材料部４１に比べて高い剛性となっている。

第１のシール部８３は平面視略長円形のリング形状を有し支持部材７０の上面に相当する第１の面７１の略中央に設けられている。第２のシール部８５は平面視略長円形のリング形状を有し支持部材７０の下面に相当する第２の面７３の略中央に設けられている。第１のシール部８３及び第２のシール部８５により囲まれる内側の空間には硬質材料部７５の一部が配置されている。

硬質材料部７５からなるガイド部７７は第２のシール部８５の内側の空間から下方に突設されている。ガイド部７７はハウジング１０の連通路１３内に挿入される。ガイド部７７と連通路１３の内周面との間には隙間が形成され流体圧が通過可能にされる。

第１のシール部８３及び第２のシール部８５により囲まれる内側の空間の硬質材料部７５の中央には第１の面７１と第２の面７３を連通する貫通孔７８を有する。貫通孔７８はガイド部７７の上端に隣接して設けられている。貫通孔７８は流体圧をセンサ素子３０の第１の接触面３１に導く第１の圧力通路５０の一部を構成する。

隔壁部７９ａ，７９ｂは支持部材７０の第１の面７１の一の方向の両端部から上方に向けて立設している。センサ支持リブ８７ａ，８７ｂは隔壁部７９ａの両端部に配置されている。それぞれのセンサ支持リブ８７ａ，８７ｂは隔壁部７９ａよりも一の方向の中央側に迫り出している。

センサ支持リブ８７ｃ，８７ｄは隔壁部７９ｂの両端部に配置されている。それぞれのセンサ支持リブ８７ｃ，８７ｄは隔壁部７９ｂよりも一の方向の中央側に迫り出している。センサ素子３０は四つのセンサ支持リブ８７ａ〜８７ｄにより弾性支持される。

第１のシール部８３の上端はセンサ素子３０の第１の接触面３１に弾性接触する。第１のシール部８３の内側空間は第１の圧力通路５０の一部を構成する。第１のシール部８３はセンサ素子３０に弾性接触した状態で第１のシール部８３の内側の第１の圧力通路５０と第１のシール部８３の外側の電気接続空間９９とをシールする機能を有する。

第２のシール部８５の下端はハウジング１０の連通路１３の周囲の面に弾性接触する。第２のシール部８５は第２のシール部８５の内側の第１の圧力通路５０と第２のシール部８５の外側の電気接続空間９９とをシールする機能を有する。

＜センサ素子＞
センサ素子３０はハウジング１０に保持される支持部材７０に弾性支持される。センサ素子３０の電気接続部３５はハウジング１０に備えられたバスバー９０の接続端子９１と接触して電気的に接続される。

センサ素子３０の下面である第１の接触面３１には第１の圧力通路５０（図３を参照）を介して導入される流体圧が接触する。第１の圧力通路５０はハウジング１０のインレットポート１２の内部空間である流入通路１１、ハウジング１０の連通路１３及び支持部材７０の貫通孔７８を含んで構成される。第１の圧力通路５０は支持部材７０の第１のシール部８３及び第２のシール部８５により電気接続空間９９に対してシールされる。

センサ素子３０の上面である第２の接触面３３には第２の圧力通路６０（図３を参照）を介して導入される基準圧が接触する。第２の圧力通路６０はハウジング１０に形成された内部通路１６ａ，１６ｂ及びカバー４０に形成された流通孔４８を含んで構成される。第２の圧力通路６０はカバー４０の第１のカバーシール部４１ａ及び第２のカバーシール部４１ｂにより電気接続空間９９に対してシールされる。第２の圧力通路６０は第３のカバーシール部４１ｃによって水滴や塵埃の直接的な進入が抑制されている。

このように第１の圧力通路５０と第２の圧力通路６０とは第１のシール部８３及び第２のシール部８５により互いにシールされている。センサ素子３０は、第１の接触面３１で受ける流体圧と第２の接触面３３で受ける基準圧との差に基づいて検出信号を出力する。第２の圧力通路６０は例えば大気開放されており、この場合基準圧は大気圧である。

＜組立方法＞
本実施形態に係る圧力センサモジュール１は以下のように組み立てられる。

（支持部材の組付け）
支持部材７０をハウジング１０上に配置する。その際にまず支持部材７０のガイド部７７をハウジング１０の連通路１３に挿入する。ガイド部７７が連通路１３によりガイドされながら支持部材７０が押し込まれる。支持部材７０はハウジング１０の第２の隔壁１５の内周面に形成された複数のリブ１９により位置決めされる。このようにして支持部材７０を容易に所定位置に配置することができる。

（センサ素子の組付け）
センサ素子３０を支持部材７０上に配置する。センサ素子３０は支持部材７０の４つのセンサ支持リブ８７ａ〜８７ｄにより弾性支持される。センサ素子３０の第１の接触面３１は支持部材７０の第１のシール部８３の上端に接触する。

（カバーの組付け）
カバー４０をハウジング１０の上面側に装着する。その際にカバー４０の係止部４６及び開口部４７とハウジング１０の凹部１７及び凸部１８とが係合されてカバー４０がハウジング１０に固定される。

カバー４０が組み付けられた状態ではカバー４０の第１のカバーシール部４１ａがセンサ素子３０の第２の接触面３３に弾性接触する。またカバー４０の第２のカバーシール部４１ｂがハウジング１０の第２の隔壁１５の外周面に弾性接触する。これにより電気接続空間９９と第２の圧力通路６０とが気密にシールされる。

またカバー４０の第３のカバーシール部４１ｃがハウジング１０の第１の隔壁１４の外周面に弾性接触する。これにより第２の圧力通路６０に水滴や塵埃が直接的に進入するおそれを低減することができる。

また第１のカバーシール部４１ａの弾性力によりセンサ素子３０の電気接続部３５がバスバー９０の接続端子９１に押し付けられる。これによりセンサ素子３０とバスバー９０との電気的な接続が容易に確立される。

さらに支持部材７０の第１のシール部８３はセンサ素子３０の第１の接触面３１に弾性接触するとともに第２のシール部８５はハウジング１０の上面のうちの連通路１３の周囲の面に弾性接触する。これにより電気接続空間９９と第１の圧力通路５０とが気密にシールされる。

このようにして本実施形態に係る圧力センサモジュール１は第１の圧力通路５０及び第２の圧力通路６０のシール機能及びセンサ素子３０とバスバー９０との電気的な接続を保証しつつ組み立て作業を効率的に行うことができる。

本実施形態に係る圧力センサモジュール１はシール機能を有する弾性材料部８１と弾性材料部８１よりも剛性の高い硬質材料部７５とが一体化された支持部材７０にセンサ素子３０を支持させて組立作業を行うことができる。したがってセンサ素子３０が跳び出したり反転したりするおそれを低減することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば上記実施形態では支持部材７０のガイド部７７がハウジング１０の連通路１３に挿入されるよう構成されていたが本発明はかかる例に限定されない。支持部材７０のガイド部７７はハウジング１０に別途形成された孔部又は凹部に挿入されてもよい。また上記実施形態では支持部材７０のガイド部７７が硬質材料部７５の一部とされていたが、ガイド部７７は弾性材料部の一部であってもよい。

１・・・圧力センサモジュール、１０・・・ハウジング、１１・・・流入通路、１３・・・連通路、３０・・・センサ素子、３１・・・第１の接触面、３３・・・第２の接触面、４０・・・カバー、４１・・・弾性材料部、４１ａ・・・第１のカバーシール部、４１ｂ・・・第２のカバーシール部、４１ｃ・・・第３のカバーシール部、４５・・・硬質材料部、４８・・・流通孔、５０・・・第１の圧力通路、６０・・・第２の圧力通路、７０・・・支持部材、７５・・・硬質材料部、７７・・・ガイド部、７８・・・貫通孔、８１・・・弾性材料部、８３・・・第１のシール部、８５・・・第２のシール部

Claims (7)

1. 基準圧と流体圧との差圧に基づいて前記流体圧を検出する圧力センサモジュール（１）において、
   ハウジング（１０）と、
   前記基準圧及び前記流体圧のそれぞれに接触可能なセンサ素子（３０）と、
   前記センサ素子（３０）を支持するとともに前記ハウジング（１０）に保持される支持部材（７０）と、
   前記センサ素子（３０）の第１の接触面（３１）に前記流体圧を導く第１の圧力通路（５０）と、
   前記第１の圧力通路（５０）に対してシールされ、前記センサ素子（３０）の第２の接触面（３３）に前記基準圧を導く第２の圧力通路（６０）とを備え、
   前記支持部材（７０）は、
   前記第１の圧力通路（５０）と前記第２の圧力通路（６０）とをシールする機能を有する弾性変形可能な弾性材料部（８１）と、前記弾性材料部（８１）に比べて剛性が高い硬質材料部（７５）とが一体化された構造物である
   ことを特徴とする圧力センサモジュール（１）。
2. 前記支持部材（７０）の前記弾性材料部（８１）は、
   前記センサ素子（３０）を支持する第１の面（７１）及び前記第１の面（７１）の背面に位置する第２の面（７３）に形成されるシール部（８３，８５）を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサモジュール（１）。
3. 前記支持部材（７０）は、
   前記第１の面（７１）と前記第２の面（７３）とを連通する貫通孔（７８）を備え、
   前記シール部（８３，８５）は、
   前記貫通孔（７８）の開口の周囲を囲むリング状に形成される
   ことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサモジュール（１）。
4. 前記ハウジング（１０）は、
   前記第１の圧力通路（５０）の一部を構成する流入通路（１１）と、前記流入通路（１１）を前記センサ素子（３０）が配置される空間側に連通させる連通路（１３）とを備え、
   前記支持部材（７０）は、
   前記第２の面（７３）側に、前記連通路（１３）若しくは前記ハウジング（１０）に設けられた孔又は凹部に挿入されるガイド部（７７）を備える
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の圧力センサモジュール（１）。
5. 前記圧力センサモジュール（１）は、
   前記ハウジング（１０）に取り付けられたバスバー（９０）の接続端子（９１）であって、前記センサ素子（３０）の電気接続部（３５）が接触する前記接続端子（９１）が配置された電気接続空間（９９）を備え、
   前記シール部（８３，８５）は、
   前記第１の圧力通路（５０）と前記電気接続空間（９９）とをシールすることにより、前記第１の圧力通路（５０）と前記第２の圧力通路（６０）とをシールする
   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モジュール（１）。
6. 前記圧力センサモジュール（１）は、
   前記ハウジング（１０）に装着されるカバー（４０）を備え、
   前記カバー（４０）は、
   前記第２の圧力通路（６０）の一部を構成する流通孔（４８）を備え、
   前記カバー（４０）は、
   前記電気接続空間（９９）と前記第２の圧力通路（６０）とをシールする機能を有する弾性変形可能な弾性材料部（４１）と、前記弾性材料部（４１）に比べて剛性が高い硬質材料部（４５）とが一体化された構造物である
   ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の圧力センサモジュール（１）。
7. 前記支持部材（７０）は、
   前記第１の面（７１）に隔壁部（７９ａ，７９ｂ）を備え、
   前記隔壁部（７９ａ，７９ｂ）に、前記センサ素子（３０）を位置決め又は保持するリブ（８７ａ〜８７ｄ）が一体に形成される
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧力センサモジュール（１）。

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