JP5934772B2

JP5934772B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP5934772B2
Application number: JP2014226739A
Authority: JP
Inventors: 修高月; 倫久青山
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2030-09-22
Also published as: JP2015042993A

Description

本発明は、圧力センサに関し、特に圧力検出素子を収容した間接受圧室に液体を封入するとともに、ハウジングとコネクタケースとを具備した圧力センサの構造に関する。

従来、半導体圧力センサ素子が収納された圧力検出室（受圧空間）内に液体（オイル）を封入し、この圧力検出室に外部から加えられた圧力を、当該液体を介して半導体圧力センサ素子に伝えることで、この圧力センサ素子から圧力に応じた電圧信号を出力する半導体圧力検出器が種々提案されている。

この圧力センサは、例えば図２に示すように、半導体圧力センサ４１が収納され且つオイルが封入された受圧空間３１と、受圧空間３１に隣接して流体圧力がかかる空間とが一体的に構成された構造体を、出力端子側のコネクタケース５に対してカラー６によって連結して構成されている。カラー６は、例えば、アルミニウムを用いて略円筒形状に構成されており、下端側内側に折り曲げられて受部６１が形成されている。カラー６は、上記構造体に対して当該構造体の外側を覆うように受部６１に突き当たるまで嵌合され、その嵌合状態で上端部をコネクタケース５のかしめ受部５５に対してかしめられる。受部６１と当該上端部に形成されたかしめ部６２とを備えるカラー６によって、上記構造体がコネクタケース５に連結・固定される。

また、上記圧力センサにおいては、かしめ部分の気密性を高めるために、コネクタケース５と構造体との間にＯリング９５を配設している。また、ターミナル８を挿入するために、コネクタケース５に孔５３を設けてターミナル８を挿入する、或いはターミナル台座８９を設置することが行われている。

しかしながら、上記圧力センサは、設置された状態或いは適用された装置等の使用状況によっては、外部から大きな水圧に曝され、センサ内部に液体が浸入する等の不具合が発生することがある。

特開２００３−２８７４７２号公報

そこで、半導体圧力センサが収納されており且つ外側がカバーで覆われている圧力センサにおいて、高い気密性を維持しつつ、構造の簡略化を図る点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、気密性を維持しつつ、構造の簡略化を図ることができる圧力センサを提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明による圧力センサは、ダイアフラムと、前記ダイアフラムとの間でオイルが封入された受圧空間が形成されており前記受圧空間内に半導体圧力検出素子が設けられているベースと、前記ダイアフラムを挟んで前記ベースと対向して設けられ且つ流体流入管と接続されており前記ダイアフラムとの間に前記流体流入管を通じて圧力が導入される圧力導入空間が形成されている流管接続部材と、前記ベースの背後より引き出された前記半導体圧力検出素子のリードピン及び該リードピンに接続されたリード線とを具備し、前記ダイアフラム、前記ベース及び前記流管接続部材が溶接により圧力検出部として一体的に連結されている圧力センサにおいて、前記一体的に連結された圧力検出部を収容する合成樹脂製のカバーを備えており、前記圧力検出部は、その外周面が前記カバー内周面に対向するように前記カバー内に収容されており、前記合成樹脂製のカバーは、内部に筒状の内部空間を形成し、その大径端部において、内周側に前記ベースの外径とほぼ同径の環状段部が形成されており、前記ベースは前記環状段部に嵌合して載置されており、前記環状段部よりも開口側においては、前記ベースの外径よりも大径の筒状内周面が設けられており、この筒状内周面と前記圧力検出部の側面との間に、環状隙間が全周に渡って形成されており、前記環状隙間は、前記大径端部の開口側において、前記流管接続部材の環状下面、外側テーパ周面、及び大径端部の傾斜端面とによって拡大されており、前記カバー内に形成されている前記筒状の空間が、前記圧力検出部により、前記リードピン及び前記リード線を収容する第１空間と、前記圧力検出部の前記流管接続部材側と前記カバーとの間に形成され、前記大径端部の開口側において、前記流管接続部材の環状下面、外側テーパ周面、及び大径端部の傾斜端面とによって拡大された前記環状隙間から成る第２空間とに区切られて形成されており、前記第１空間及び前記第２空間のそれぞれに接着剤が封入されていることを特徴としている。

本圧力センサによれば、カバー内が圧力検出部で区切られて形成されていて、内部に半導体圧力検出素子のリードピン及びリード線が収容されている第１空間は接着剤により封入されているので、当該第１空間内に外部の水分等の液体が侵入することを阻止することができる。また、圧力検出部の流管接続部材側とカバーとの間に形成される第２空間も接着剤により封入されているので、カバーの圧力検出部側から第２空間を通じて水分等の液体が侵入しようとしても、第２空間内に封入されている接着剤によって阻止される。

本発明による圧力センサは、上記のように、カバー内が圧力検出部を収容することで区分される第１空間及び第２空間にはそれぞれ接着剤が封入されているので、第１空間では半導体圧力検出素子から引き出されたリードピン及びリード線を接着剤によって封止でき、更に圧力検出部の流管接続部材側とカバーとの間に形成される第２空間についても接着剤により封止されているので、第２空間側から第１空間側への液体の侵入も防止され、簡単な構造でありながら、半導体圧力検出素子から引き出されたリードピン及びリード線のような信号伝達用のパーツへの水分浸透を阻止する気密性が維持することができる圧力センサが提供される。

本発明による圧力センサの一実施例を示す縦断面図である。従来の圧力センサの一例を示す縦断面図である。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による圧力センサの実施例を、図１に示す縦断面図を参照して説明する。

図１に示す圧力センサ１００は、内部に圧力検出素子４１を含み流体流入管１１が接続される圧力検出部１１０と、当該圧力検出部１１０を覆い圧力検出素子４１に接続される基板４５やリード線４７を収容したコネクタ接続部１２０とを備えている。

圧力検出部１１０は、ベース１、当該ベース１に対向して配置された受け部材２、及びベース１と受け部材２との間に挟み込まれたダイアフラム３を備えている。受け部材２は、中心部に流体流入管１１が接続される流管接続部材としての役割を担っている。ベース１とダイアフラム３との間には、オイルが封入される受圧空間３１が形成されている。圧力検出素子４１は、受圧空間３１内に配置される状態でベース１に備えられている。受け部材２とダイアフラム３との間には圧力導入空間としての加圧空間１２が形成されており、加圧空間１２には流体流入管１１が連通しているので、加圧空間１２には当該流体流入管１１を通じて流体圧が導入される。ベース１、受け部材２及びダイアフラム３は、例えばステンレススチール製とすることが好ましい。

ベース１は周縁に鍔部１ａを備える蓋状に形成されており、圧力検出素子４１は蓋の天壁１ｂの内面に取り付けられている。受け部材２は、周囲が立上り平坦な鍔部２ａとされた皿状に形成されている。受け部材２の中心部には開口２ｂが形成されており、開口２ｂに流体流入管１１がロウ付けされて固定されている。ベース１と受け部材２との間に挟み込まれるダイアフラム３は、その外周縁部３ａがベース１の鍔部１ａと受け部材２の鍔部２ａとの間に挟み込まれている。これら三つの部材は、ダイアフラム３の外周縁部３ａが露出する外周縁部分においてレーザー溶接４等によって同時に溶接されおり、圧力検出部１１０として一体的に連結・固定されている。

ベース１の天壁１ｂにおいては、オイル封入用に当該天壁１ｂを貫通して形成された充填孔２０がボール２１によって封じられている。また、半導体圧力検出素子４１は、ピエゾ素子とすることができる。ピエゾ素子は、強誘電体の一種であって圧電素子とも呼ばれ、振動や圧力などの力が加わると電圧が発生し、逆に電圧が加えられると伸縮する特性を有する素子である。半導体圧力検出素子４１は、ベース１に形成されている貫通孔４２を通して延びるリードピン４３を通じて基板４５に接続されている。ベース１の貫通孔４２は、ハーメチックシール４４によってオイル漏れがないように封じられている。基板４５はコネクタ４６に取り付けられており、圧力信号は、基板４５及びコネクタ４６を通じて、リード線４７から外部へと取り出される。

リードピン４３とリード線４７とは、それらの引き出し方向に対して交差する方向にオフセットしている。そこで、リードピン４３とリード線４７の接続は、基板４５を介して行われている。こうした基板４５による接続をすることで、リード線４７を当該圧力センサ１００の中心軸に引き出すことができる。即ち、圧力センサ１００の設置角度を問わず、圧力センサ１００の取扱いを容易にすることができる。

コネクタ接続部１２０は、ベース１に対してその外側から嵌合していて受け部材２の側方を覆うように圧力検出部１１０を収容するカバー６０を備えている。カバー６０は、また基板４５及びコネクタ４６を覆うコネクタケースとしての役割を有する。カバー６０は、ＰＰＥのような合成樹脂製の部材であり、コネクタ４６を覆う側の端部（上端部）は、リード線４７を取り囲むように縮径されて小径端部６１に形成されており、圧力検出部１１０を収容する端部側は、内径を大きくして且つ筒状スカート状に延びる大径端部６３に成形されている。

カバー６０の小径端部６１の内周側には、後述する接着剤の充填状態で抜け止めとなるように、内側に突出した周状の突出部６２が形成されている。

カバー６０は、大径端部６３において、その内周側にベース１の外径とほぼ同径の環状段部６４が形成されており、ベース１はその外径角部である環状角部１ｃにおいて環状段部６４に嵌合し且つ座着するように載置されている。環状段部６４よりも開口側（大径端部６３の内側）においては、ベース１の外径よりも大径の筒状内周面６３ａが設けられている。この筒状内周面６３ａと、ベース１の外周面１ｄや受け部材２の周縁の鍔部２ａとの間に、後述する接着剤のための環状隙間６５が全周に渡って形成されている。環状隙間６５は、大径端部６３の開口側において、受け部材２の環状下面２ｃや外側テーパ周面２ｄ、及び大径端部６３の傾斜端面６３ｂとによって拡大されている。

カバー６０の内部空間は、カバー６０に装入されたベース１で区切られ且つカバー１の天壁１ｂから小径端部６１側に広がる第１空間５１が形成されている。リードピン４３、基板４５、コネクタ４６及びリード線４７（小径端部６１内に位置する部分）は、第１空間５１に収容されている。第１空間５１には、カバー６０やリード線４７との接着性が高く、且つ弾性が高い、エポキシ樹脂から成るような接着剤である第１接着剤７１が充填され、その後、硬化される。第１接着剤７１は、リードピン４３、基板４５、コネクタ４６及びリード線４７が埋設状態になるように第１空間５１に充填されるので、基板４５やコネクタ４６等のパーツに対して封止機能を奏する。第１接着剤７１は、カバー６０の内面やリード線４７とに対して高い接着性を以て接着するものである。

小径端部６１はリード線４７が引き出される方向に向かって順に縮径しており、且つ小径端部６１は内周において第１空間５１内に突出する突出部６２が形成されているので、小径端部６１及び突出部６２は充填物である第１接着剤７１に対して抜け止め作用を発揮する。このように、第１接着剤７１が内部空間５０から剥がれてカバー６０の外部に抜け出ることが阻止され、カバー６０に対するリード線４７の確実な固定及び更なる気密性の確保を図ることができる。

ベース１が嵌合されるカバー６０の環状段部６４において、第１接着剤７１がベース１とカバー６０とを接着する構造にすれば、更に圧力検出部１１０の固定強度が上昇し、気密性を高めて外部からの液体侵入に対する封止効果も高められる。

圧力検出部１１０の流体流入管１１側とカバー６０の大径端部６３との間には、環状隙間６５から成る第２空間５２が形成されている。即ち、環状隙間６５は、圧力検出部１１０のベース１の外周面１ｄ及びベース１に溶接された受け部材２の鍔部２ａの周面２ｅとこれらの周面１ｄ，２ｅに対向する大径端部６３の筒状内周面６３ａとの間に形成されている比較的幅の狭い環状空間である。第２空間５２は、環状隙間６５から端面外方に向かって広がる開き空間６６を含むことができる。開き空間６６は、環状隙間６５に連なる空間であって、受け部材２の鍔部２ａの周面２ｅに連なる環状下面２ｃ及び環状下面２ｃに連なる外側テーパ周面２ｄと、大径端部６３の筒状内周面６３ａの開口端側部分及びそれに連なる傾斜端面６３ｂとによって挟まれていて開口側に向かうほど拡大している。

第２空間には、ステンレススチールから成る受け部材（流管接続部材）２やベース１との接着性が高く且つ弾性の高い、シリコン系又はウレタン系の接着剤である第２接着剤７２が充填される。大径端部６３の筒状内周面６３ａとカバー６０の圧力検出部１１０を構成するベース１や流管接続部材としての受け部材２の外周面とが第２空間５２に充填された第２接着剤７２によって接着され、これが硬化することにより、ベース１に対する圧力検出部１１０の固定強度、及び圧力検出部１１０とカバー６０との間の嵌合隙間を封じる気密性が更に高められる。また、第２接着剤７２は、第２空間５２側から第１空間５１側への液体等の浸入を防止する封止作用を奏する。

本圧力センサ１００は、以上説明したような構造を備えているが、本発明の特許請求の範囲に記載された構成を備える限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、カバー６０は、段差のある多段形状に形成されている、全体をテーパ状に傾斜させることも可能である。また、ベース１や受け部材２の具体的な形状についても、圧力検出部１１０としての機能を損なわず、またカバー６０との固定強度を損なわない限り、形状等について種々の変形が可能であることは明らかである。

１ベース１ａ鍔部
１ｂ天壁１ｃ環状角部
１ｄ外周面
２受け部材（流管接続部材）２ａ鍔部
２ｂ開口２ｃ環状下面
２ｄ外側テーパ周面
３ダイアフラム３ａ外周縁部
４レーザー溶接
１１流体流入管１２加圧空間（圧力導入空間）
２０充填孔２１ボール
３１受圧空間
４１半導体圧力検出素子４２貫通孔
４３リードピン４４ハーメチックシール
４５基板４６コネクタ
４７リード線
５１第１空間５２第２空間
６０カバー６１小径端部
６２突出部６３大径端部
６３ａ筒状内周面６３ｂ傾斜端面
６４環状段部６５環状隙間
６６筒状内周面
７１第１接着剤７２第２接着剤
１００圧力センサ
１１０圧力検出部１２０コネクタ接続部

Claims

ダイアフラムと、前記ダイアフラムとの間でオイルが封入された受圧空間が形成されており前記受圧空間内に半導体圧力検出素子が設けられているベースと、前記ダイアフラムを挟んで前記ベースと対向して設けられ且つ流体流入管と接続されており前記ダイアフラムとの間に前記流体流入管を通じて圧力が導入される圧力導入空間が形成されている流管接続部材と、前記ベースの背後より引き出された前記半導体圧力検出素子のリードピン及び該リードピンに接続されたリード線とを具備し、前記ダイアフラム、前記ベース及び前記流管接続部材が溶接により圧力検出部として一体的に連結されている圧力センサにおいて、
前記一体的に連結された圧力検出部を収容する合成樹脂製のカバーを備えており、
前記圧力検出部は、その外周面が前記カバー内周面に対向するように前記カバー内に収容されており、
前記合成樹脂製のカバーは、内部に筒状の内部空間を形成し、その大径端部において、内周側に前記ベースの外径とほぼ同径の環状段部が形成されており、前記ベースは前記環状段部に嵌合して載置されており、前記環状段部よりも開口側においては、前記ベースの外径よりも大径の筒状内周面が設けられており、この筒状内周面と前記圧力検出部の側面との間に、環状隙間が全周に渡って形成されており、前記環状隙間は、前記大径端部の開口側において、前記流管接続部材の環状下面、外側テーパ周面、及び大径端部の傾斜端面とによって拡大されており、
前記カバー内に形成されている前記筒状の空間が、前記圧力検出部により、前記リードピン及び前記リード線を収容する第１空間と、前記圧力検出部の前記流管接続部材側と前記カバーとの間に形成され、前記大径端部の開口側において、前記流管接続部材の環状下面、外側テーパ周面、及び大径端部の傾斜端面とによって拡大された前記環状隙間から成る第２空間とに区切られて形成されており、
前記第１空間及び前記第２空間のそれぞれに接着剤が封入されている
ことを特徴とする圧力センサ。
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記第１空間に封入される第１接着剤は、前記カバー及び前記リード線との密着性が高く、且つ弾性に富んだ材質であり、
前記第２空間に封入される第２接着剤は、前記圧力検出部と密着性が高く、且つ弾性に富んだ材質である
ことを特徴とする圧力センサ。