JP2007278788A - 圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貫通孔を有する支持部材と、貫通孔に流体密に嵌入される圧力導入管を有するハウジング内に半導体感圧要素が内蔵されて成る半導体圧力センサと、貫通孔の他端側を覆って支持部材に周縁部が支持されるダイヤフラムと、ダイヤフラムの一面および半導体感圧要素を臨ませる受圧室に媒体が充填される圧力検出装置において、組付け状態で受圧室の圧力が増大してしまうことを防止する。
【解決手段】貫通孔１０の一端には外方に臨む段部１０ｂを形成して大径孔部１０ａが設けられ、自然な状態では圧力導入管５ａの外径よりも大きな内径を有する環状の弾性シール部材１１が大径孔部１０ａに挿入され、貫通孔１０に圧力導入管５ａが嵌入された状態で弾性シール部材１１を段部１０ｂとの間に挟圧して該弾性シール部材１１の内周を圧力導入管５ａの外周に全周にわたって密接させるシール挟圧部材２５が、支持部材９に取付けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、貫通孔を有する支持部材と、前記貫通孔にその一端側から流体密に嵌入される圧力導入管を有するハウジング内に半導体感圧要素が内蔵されて成る半導体圧力センサと、前記貫通孔の他端側を覆って前記支持部材に周縁部が支持されるダイヤフラムと、該ダイヤフラムの一面および前記半導体感圧要素を臨ませて前記支持部材、前記ハウジングおよび前記ダイヤフラム間に形成される受圧室に媒体が充填される圧力検出装置に関する。

このような圧力検出装置は、たとえば特許文献１により既に知られており、このものでは、貫通孔の一端部に弾性シール部材を装着した状態で、該弾性シール部材の内周に圧力導入管の外周を摺接させつつ該圧力導入管を貫通孔に嵌入するようにしている。
特開２００３−５０１７２号公報

ところが、上記従来のものでは、圧力導入管の支持部材への組付け時に圧力導入管の外周に弾性シール部材の内周が摺接するので、液密に密閉された状態にある受圧室の容積を減少させるようにして圧力導入管が支持部材に嵌入されることになり、圧力導入管の組付け状態で受圧室の圧力が増大しており、検出可能な圧力の下限値が制限されてしまう。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、組付け状態で受圧室の圧力が増大してしまうことを防止した圧力検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、貫通孔を有する支持部材と、前記貫通孔にその一端側から流体密に嵌入される圧力導入管を有するハウジング内に半導体感圧要素が内蔵されて成る半導体圧力センサと、前記貫通孔の他端側を覆って前記支持部材に周縁部が支持されるダイヤフラムと、該ダイヤフラムの一面および前記半導体感圧要素を臨ませて前記支持部材、前記ハウジングおよび前記ダイヤフラム間に形成される受圧室に媒体が充填される圧力検出装置において、前記貫通孔の一端には外方に臨む段部を形成して大径孔部が設けられ、自然な状態では前記圧力導入管の外径よりも大きな内径を有するとともに一部を支持部材から外方に突出させる環状の弾性シール部材が前記大径孔部に挿入され、前記貫通孔に前記圧力導入管が嵌入された状態で前記弾性シール部材を前記段部との間に挟圧して該弾性シール部材の内周を前記圧力導入管の外周に全周にわたって密接させるシール挟圧部材が、前記支持部材に取付けられることを特徴とする。

なお実施例のナット２５が本発明のシール挟圧部材に対応する。

本発明の上記構成によれば、圧力導入管を貫通孔に嵌入する際には、貫通孔の一端の大径孔部に挿入されている弾性シール部材は、圧力導入管の外周に接触することはなく、圧力導入管および支持部材間はシールされていない。したがって圧力導入管の嵌入によって受圧室の容積が減少しても受圧室の圧力が増大することはなく、圧力導入管の嵌入完了後にシール挟圧部材を支持部材に取付けることで弾性シール部材の内周が圧力導入管の外周に全周にわたって密接することで受圧室のシール性が保持されることになるので、組付け状態で受圧室の圧力が増大してしまうことを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の一実施例に基づいて説明する。

図１および図２は本発明の一実施例を示すものであり、図１は圧力検出装置の縦断面図、図２は組付け過程を順次示す圧力検出装置の要部縦断面図である。

先ず図１において、この圧力検出装置は、半導体圧力センサ１を用いて、該半導体圧力センサ１が備える半導体感圧要素２に対する腐食性を有する圧力媒体の圧力を検出するためのものであり、前記圧力媒体が流通する管路３にＴ型の継手４を介して接続される。

半導体圧力センサ１は、圧力導入管５ａを有して合成樹脂により形成されるハウジング５内に半導体感圧要素２が内蔵されて成るものであり、薄いシリコーンウエハーから成るダイヤフラムの表面にピエゾ抵抗が形成されて成る半導体感圧要素２は、前記圧力導入管５ａの基端開口部に臨むようにしてハウジング５の内面に接着される。また半導体感圧要素２に連なる複数の端子６，６…がハウジング５を液密に貫通してハウジング５外に突出される。しかも各端子６，６…の外端はハウジング５と別体であるセンサモジュール７に接続されており、該センサモジュール７は、半導体圧力センサ１との間にセンサモジュール７を挟む位置に配置される基板８で支持される。

半導体圧力センサ１は支持部材９の一側に取付けられる。この支持部材９は、円盤部９ａと、円盤部９ａの一側中心部から同軸に突出する円筒部９ｂとを一体に有して、たとえば真鍮等の金属により形成されるものであり、該支持部材９の中心部には貫通孔１０が設けられる。

前記貫通孔１０の一端部には、一端を外部に開口した大径孔部１０ａが外方に臨む環状の段部１０ｂを形成するようにして同軸に設けられており、半導体圧力センサ１のハウジング５が備える圧力導入管５ａと、前記大径孔部１０ａの内面との間に環状の弾性シール部材１１が介装され、圧力導入管５ａは、貫通孔１０にその一端側から流体密に嵌入されることになる。

支持部材９の他側には、貫通孔１０の他端側を覆う金属たとえばステンレス鋼製のダイヤフラム１２の周縁部が支持される。該ダイヤフラム１２の一面および前記半導体感圧要素２を臨ませて前記支持部材９、前記ハウジング５および前記ダイヤフラム１２間には受圧室１３が形成され、該受圧室１３には少なくとも一部を圧縮性流体とした媒体が充填されるものであり、この実施例では前記媒体の全量が空気である。

支持部材９における円盤部９ａの外周部には、金属たとえばステンレス鋼によって皿状に形成される挟持部材１４の外周部全周が、前記円盤部９ａとの間にダイヤフラム１２の周縁部を挟持するようにしてかしめ結合される。而してダイヤフラム１２の外周部両面と、円盤部９ａおよび挟持部材１４との間には、リング状のシール部材１５，１６が挟まれる。前記挟持部材１４の中央部にはダイヤフラム１２とは反対側に突出する連結筒部１４ａが一体に突設されており、該連結筒部１４ａに前記継手４が螺合等によって接続される。

ところで、支持部材９の円盤部９ａにおいてダイヤフラム１２の一面に臨む面１７は、ダイヤフラム１２から離反するにつれて小径となるテーパ状に形成されており、この面１７の中央部に貫通孔１０の他端が開口するのであるが、該貫通孔１０の他端には、前記ダイヤフラム１２の他面に作用する圧力が所定値以上となるのに応じて前記ダイヤフラム１２の一面中央部を周縁部に当接させるようにして圧力導入管５ａの外径よりも小径に形成される小径絞り孔部１０ｄが、ダイヤフラム１２とは反対側に臨む環状の受け段部１０ｃを前記貫通孔１０の他端寄りに形成するようにして設けられる。

支持部材９における円筒部９ｂの外周には雄ねじ２４が刻設されており、シール挟圧部材であるナット２５が前記雄ねじ２４に前記挿通孔１８の周縁で前記支持板１９に当接するようにして螺合される。このナット２５の一端には半径方向内方に張り出す挟圧鍔部２５ａが一体に設けられる。

前記支持部材９における円筒部９ｂ、前記ナット２５、半導体圧力センサ１、センサモジュール７および基板８は、開口端を支持部材９の円盤部９ａに当接させる有底円筒状のカバー２２で覆われる。このカバー２２の周方向複数箇所にはねじ部材２１…が螺合されており、それらのねじ部材２１…の先端を当接、係合せしめる環状溝２０が、前記ナット２５の外周に設けられる。

ところでハウジング５の圧力導入管５ａおよび支持部材９間に介装される弾性シール部材１１は、自然な状態では前記圧力導入管５ａの外径よりも大きな内径を有するものであり、図２（ａ）で示すように、ナット２５を緩めた状態では、弾性シール部材１１はその一部を円筒部９ｂから突出させるようにして貫通孔１０の大径孔部１０ａに挿入される。この状態で圧力導入管５ａを段部１０ｃに当接するまで貫通孔１０に嵌入しても弾性シール部材１１の内周は圧力導入管５ａの外周に接触することはない。

而して図２（ｂ）で示すように、前記圧力導入管５ａが貫通孔１０に嵌入された状態でナット２５を締めつけると、該ナット２５が備える挟圧鍔部２５ａが支持部材９からの弾性シール部材１１の突出部に当接し、ナット２５をさらに締めつけることにより、弾性シール部材１１が挟圧鍔部２５ａおよび段部１０ｂ間に挟圧され、弾性シール部材１１の内周が圧力導入管５ａの外周に全周にわたって密接され、弾性シール部材１１の外周が大径孔部１０ａの内周に全周にわたって密接されることになる。

次にこの実施例の作用について説明すると、支持部材９に設けられる貫通孔１０のダイヤフラム１２側の端部には、ダイヤフラム１２に作用する圧力が所定値以上となるのに応じてダイヤフラム１２の一面中央部を周縁部に当接させる小径絞り孔部１０ｄが、圧力導入管５ａの外径よりも小径として設けられており、ダイヤフラム１２の一面および半導体感圧要素２を臨ませて支持部材９、ハウジング５およびダイヤフラム１２間に形成される受圧室１３には少なくとも一部を圧縮性流体とした媒体（この実施例では全量を空気とした媒体）が充填される。

すなわち貫通孔１０の他端部内径は、圧力導入管５ａの外径よりも小径である小径絞り孔部１０ｄが設けられることにより比較的小径とされており、ダイヤフラム１２に設定圧以上の過大な圧力が作用してダイヤフラム１２の一面中央部が貫通孔１０の他端周縁部に当接した後に圧力がさらに増大しても、貫通孔１０の他端部内でのダイヤフラム１２の変形量は比較的小さく抑えられる。しかも受圧室１３に充填される媒体の少なくとも一部は圧縮性流体であるので、貫通孔１０の他端部内でのダイヤフラム１２の変形に応じた容積減少分の圧力増加が受圧室１３内で生じるだけである。

このようにして受圧室１３に臨む半導体感圧要素２に過大な力が作用することを防止することができ、ダイヤフラム１２への過大な圧力作用が生じても半導体感圧要素２の故障が生じることを防止することができる。

しかも貫通孔１０の一端には外方に臨む段部１０ｂを形成して大径孔部１０ａが設けられ、自然な状態では圧力導入管５ａの外径よりも大きな内径を有するとともに一部を支持部材９から外方に突出させる環状の弾性シール部材１１が大径孔部１０ａに挿入され、貫通孔１０に圧力導入管５ａが嵌入された状態で弾性シール部材１１を前記段部１０ｂとの間に挟圧して該弾性シール部材１１の内周を圧力導入管５ａの外周に全周にわたって密接させるナット２５が支持部材９に取付けられる。

すなわちナット２５を緩めた状態で圧力導入管５ａを貫通孔１０に嵌入する際には、大径孔部１０ａに挿入されている弾性シール部材１１は、圧力導入管５ａの外周に接触することはなく、圧力導入管５ａおよび支持部材９間はシールされていない。したがって圧力導入管５ａの嵌入によって受圧室１３の容積が減少しても受圧室１３の圧力が増大することはなく、圧力導入管５ａの嵌入完了後にナット２５を支持部材９に取付けることで弾性シール部材１１の内周が圧力導入管５ａの外周に全周にわたって密接することで受圧室１３のシール性が保持されることになるので、組付け状態で受圧室１３の圧力が増大してしまうことを防止することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

圧力検出装置の縦断面図である。 組付け過程を順次示す圧力検出装置の要部縦断面図である。

符号の説明

１・・・半導体圧力センサ
２・・・半導体感圧要素
５・・・ハウジング
５ａ・・・圧力導入管
９・・・支持部材
１０・・・貫通孔
１０ａ・・・大径孔部
１０ｂ・・・段部
１１・・・弾性シール部材
１２・・・ダイヤフラム
１３・・・受圧室
２５・・・シール挟圧部材であるナット

Claims (1)

1. 貫通孔（１０）を有する支持部材（９）と、前記貫通孔（１０）にその一端側から流体密に嵌入される圧力導入管（５ａ）を有するハウジング（５）内に半導体感圧要素（２）が内蔵されて成る半導体圧力センサ（１）と、前記貫通孔（１０）の他端側を覆って前記支持部材（９）に周縁部が支持されるダイヤフラム（１２）と、該ダイヤフラム（１２）の一面および前記半導体感圧要素（２）を臨ませて前記支持部材（９）、前記ハウジング（５）および前記ダイヤフラム（１２）間に形成される受圧室（１３）に媒体が充填される圧力検出装置において、前記貫通孔（１０）の一端には外方に臨む段部（１０ｂ）を形成して大径孔部（１０ａ）が設けられ、自然な状態では前記圧力導入管（５ａ）の外径よりも大きな内径を有するとともに一部を支持部材（９）から外方に突出させる環状の弾性シール部材（１１）が前記大径孔部（１０ａ）に挿入され、前記貫通孔（１０）に前記圧力導入管（５ａ）が嵌入された状態で前記弾性シール部材（１１）を前記段部（１０ｂ）との間に挟圧して該弾性シール部材（１１）の内周を前記圧力導入管（５ａ）の外周に全周にわたって密接させるシール挟圧部材（２５）が、前記支持部材（９）に取付けられることを特徴とする圧力検出装置。

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