JPH067077B2 - 圧力検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧力検出器に関し、特に高圧流体の圧力を検
出するのに適した精度の良い圧力検出器に関する。

［従来の技術］ この種の圧力検出器としては、筒状の検出器ハウジング
内に一端閉鎖の筒体よりなるセンシングボディを挿通配
設し、該センシングボディの閉鎖端を受圧ダイヤフラム
となし、その裏面に半導体歪ゲージを密着固定したもの
が一般的である。

そして、上記センシングボディの開口から内部へ導入さ
れ、上記受圧ダイヤフラムに作用する圧力は、上記ダイ
ヤフラムの歪量を歪ゲージで検出することにより測定さ
れる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記センシングボディとハウジングの接触部
は、通常、溶接により密着固定されている。しかしなが
ら、溶接部の腐食によりシール性が低下したり、あるい
は、特に高圧流体を測定する場合にはセンシングボディ
全体に高圧がかかるため、溶接部が破損してセンシング
ボディのずれや、甚しだい場合にはセンシングボディの
抜けが生ずるおそれがあり、シール性、安全性等の面で
高い信頼性が要求される高圧用圧力検出器として満足で
きるものとは言えなかった。

本発明はかかる現状に鑑みてなされたものであり、セン
シングボディをハウジングに確実に密着固定し、高圧用
として高い信頼性を有する圧力検出器を提供することを
目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の構成を説明すると、筒状ハウジング１内に挿入
配設され、一端閉鎖の筒体内部を圧力導入部となしてそ
の閉鎖端に薄肉の受圧ダイヤフラム２１を形成した耐圧
合金製センシングボディ２と、上記ダイヤフラム２１の
受圧面と反対側の端面に密着固定された半導体歪ゲージ
３とを有する圧力検出器において、上記ハウジング１の
筒内周を異径として段付きに突出するストッパー部１１
を形成するとともに、上記センシングボディ２は閉鎖端
側を段付きに小径として、その段部２２を上記ストッパ
ー部１１に当接密着せしめるとともに、上記段部２２よ
り閉鎖端に至る外周は少なくとも一部の全周を、ハウジ
ング１の小径内周面との間に間隙Ｓを形成するように凹
陥せしめてある。

［作用効果］ かかる構造の圧力検出器において、センシングボディ２
外周には段落２２を設けてハウジング１内周面に突設し
たストッパー部１１に当接密着せしめてあるから、圧力
導入部より高圧が導入されてもセンシングボディ２のず
れが生ずるおそれがない。

この時、高圧の印加による圧縮荷重により、ストッパー
部１１に当接するセンシングボディ２の段部２２に歪み
が生じ、これが閉鎖端のダイヤフラム２１に伝達するお
それがあるが、ここに至る外周でハウジング１の内周面
との間に間隙Ｓを形成してあるから、この部分で歪みは
吸収され、ダイヤフラム２１に伝達することはない。か
くして、高圧用として高い信頼性を有する圧力検出器が
実現できる。

［実施例］ 第１図において、圧力検出器のハウジング１は中央部に
貫通孔を有する筒体であり、大径の上半部外周を六角面
となすとともに下半部外周には取付用ネジ部１２が形成
してある。

上記ハウジング１の貫通孔内にはセンシングボディ２が
挿通配設してある。センシングボディ２は上端閉鎖の筒
体で下端は開口しており、筒体内部は圧力導入路として
ある。センシングボディ２外周には、中央部付近に段部
２２を設けてセンシングボディ２上半部、即ち閉鎖端側
を下半部より小径となしてある。また、上記ハウジング
１には、上端部内周にはストッパー部１１を突設してあ
り、該ストッパー部１１に上記段部２２を当該密着せし
めてある。そして、大径とした上記センシングボディ２
下半部は、外周をニッケルロウ層５を介することにより
上記ハウジング１内周に密着固定してある。また、小径
のセンシングボディ２上半部は、その外周全周がハウジ
ング１内周面に対して後退して、内周面との間に所定の
間隙Ｓを形成している。

上記センシングボディ２は、熱膨張率が小さく、耐圧性
に優れたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で構成され、その上端
面は中心部を薄肉として受圧用ダイヤフラム２１として
ある（第２図）。ダイヤフラム２１の上面は全面を酸化
して酸化層２３が形成してある。そして、該酸化層２３
上に低融点ガラス層２４を介して半導体歪ゲージ３が接
合してある。

半導体ゲージ３は、これを囲むようにハウジング１の上
面に設けたリング状セラミック基板４上の電極にワイヤ
６で接続してある。半導体歪ゲージ３の上方には信号処
理用のＩＣ回路を形成したセラミック基板７が配設さ
れ、信号処理回路は基板７を支持するピン７１を介して
上記基板４上の電極に接続されている。

ハウジング１の上面外周縁には筒状カバー８が接合さ
れ、該カバー８の上方開口にはリードホルダ８１が密嵌
してある。そして、上記基板７より延出するリード線７
２が上記ホルダ８１を貫通して検出器外へ延びている。
なお、第１図中、８２はシールリングであり、８３はシ
ール樹脂である。

半導体歪ゲージ３はＳｉ基板面の４ヶ所にボロン（Ｂ）
をドープして、第３図に示す如く、Ｐ型半導体歪ゲージ
素子３１、３２、３３、３４を形成したものであり、素
子３１、３３は上記ダイヤフラム２１の中心部直上に位
置し、素子３３、３４はダイヤフラム２１の周縁部直上
に位置している。そして、これら素子３１〜３４はＳｉ
基板上に形成した電極リード（図略）により互いに接続
されて、第４図に示す如きフルブリッジを構成してい
る。

上記センシングボディ２とハウジング１および半導体歪
ゲージ３との接合は大略第５図に示す手順で行なわれ
る。まず、センシングボディ２表面を酸洗浄して脱脂を
行ない、次にセンシングボディ２の外周にニッケルメッ
キを行なう。

センシングボディ２の脱炭処理はＨ_２とＮ_２を混合した
還元性ないし弱還元性雰囲気中に水蒸気を供給して行な
い、８００℃〜１１００℃で１時間程度行なう。

次にセンシングボディ２をハウジング１内に挿通配設
し、これらの接触部をロウ付けする。ロウ付けはニッケ
ルロウをセンシングボディ２とハウジング１の間に挟
み、真空中で、１０００℃〜１１００℃で行なう。

ロウ付けによりハウジング１と一体となしたセンシング
ボデイ２について、次いで酸化処理を行なう。酸化処理
はＯ_２雰囲気に８００℃で１０分間、あるいは１０００
℃で０．５分間さらし、１．５μｍ〜５．５μｍの深さ
で酸化層２３を形成する。

ガラス層２４の形成は上記酸化層２３上にガラスペース
トを印刷し、これを仮焼（約４５０℃）することにより
行ない、ガラスの厚みを仕上りで４０μｍ〜６０μｍと
する。上記ガラスペーストはガラス粉を有機溶材中に混
入して得る。仮焼した上記ガラス層２４に半導体歪ゲー
ジ３を載せ、本焼成（約４５０℃）すると上記半導体歪
ゲージ３はセンシングボディ２上に強固に接合される。

かかる構造の圧力検出器において、導入圧によりダイヤ
フラム２１が変形するとこれに一体に接合された半導体
歪ゲージ３に歪応力が生じ、該歪ゲージ３上の歪ゲージ
素子３１、３３の抵抗値が大きく変化して測定圧力に応
じたリニヤかつ高感度の出力信号が得られる。この時、
上記センシングボディ２とハウジング１との接合部には
高圧流体により大きな負荷がかかるが、上記構造の圧力
検出器によれば、上記センシングボディ２はロウ付けに
よりハウジング１に強固に密着固定されており、しかも
センシングボディ２は段部２２によりハウジング１のス
トッパー部１１に支持されているので、センシングボデ
ィ２のずれや抜けを防止できる。

また、ロウ付けにより接合するため、センシングボディ
２をハウジング１の圧力導入路入口まで延長する必要が
なく、センシングボディの小型化によるコスト低減が図
れる。

高圧流体の圧力により、センシングボディ２の段部２２
には大きな圧縮荷重が印加し、ここに生じた歪みが上方
のダイヤフラム２１に向けて伝達するが、センシングボ
ディ２の上半部外周には間隙Ｓが形成されているから、
歪みはここで吸収されてダイヤフラム２１には至らな
い。

第６図には本発明の第２の実施例を示す。図において、
センシングボディ２の上端部には、外周に段部２２を設
けて閉鎖端側を小径としてあり、該段部２２は、上記ハ
ウジング１内周に突設したストッパー部１１に嵌合せし
めてある。

上記センシングボディ２外周には溝２５が形成してあ
り、該溝２５にはＯリング２６が配設されて、上記セン
シングボディ２とハウジング１をシールしている。上記
センシングボディ２の下端は、上記ハウジング１開口端
まで延びてこれと一致せしめてある。上記センシングボ
ディ２は、下端開口周縁を突出せしめてフランジ２７と
してあり、該フランジ２７をハウジング１の開口周縁に
設けたフランジ１３に溶接固定してある。

上記構造によれば、センシングボディ２とハウジング１
とを、Ｏリング２６と溶接とで２重にシールしたから、
万一溶接部が損なわれた場合でもＯリング２６によるシ
ールが作用し高い信頼性が確保できる。

第７図〜第８図には本発明の第３の実施例を示す。第７
図において、センシングボディ２は上端閉鎖の筒体であ
り、外周に段部２２を設けて閉鎖端側を小径としてあ
る。この小径部は大部分の外周面がハウジング１内周面
と接するとともに、ダイヤフラム２１に近い閉鎖端外周
は全周がテーパ断面をなして更に小径となって、ハウジ
ング１内周面との間に間隙Ｓを形成している。上記セン
シングボディ２の下端部２８はテーパ状としてあり、該
テーパ部２８には、一端が図略の被検出体に接続され、
外周に締付け用のナットフレア９１（第８図）を配した
圧力導入パイプ９の他端を、上記テーパ部２８に沿うテ
ーパ状となして嵌合せしめる。上記ハウジング１下端部
内周には、上記ナットフレア９１のねじ込み用のねじが
切ってあり、上記ナットフレア９１を上記ハウジング１
下端開口より螺挿せしめて、センシングボディ２を上記
パイプ９を介して締付け固定する。同時に、上記センシ
ングボディ２とハウジング１の間がシールされる。

上記構造によれば、センシングボディ２とハウジング１
とがパイプ９およびナットフレア９１により強固に密着
固定せしめられるので、センシングボディ２とハウジン
グ１を溶接等で接合する必要がなく、構造が簡単でしか
も高いシール性を確保することができる。

高圧流体の圧力印加時に段部２２に生じる歪みは、閉鎖
端外周に形成された間隙Ｓにより吸収されて、ダイヤフ
ラム２１にた伝達されない。

このように、歪み吸収用の間隙Ｓは必ずしもセンシング
ボディ２の小径上半部の外周全体に形成する必要はな
く、段部２２とダイヤフラム２１を設けた閉鎖端との間
の一部に全周に亙って形成すれば同様の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示し、第１図は圧
力検出器の全体断面図、第２図はセンシングボディと半
導体歪ゲージ素子の接合構造を示す要部断面図、第３図
は半導体歪ゲージの平面図、第４図は半導体歪ゲージ素
子の接続図、第５図は接合方法を示す概略図であり、第
６図は本発明の第２の実施例を示す圧力検出器の全体断
面図であり、第７図〜第８図は本発明の第３の実施例を
示し、第７は圧力検出器の全体断面図、第８図はセンシ
ングボディとハウジングとの接合構造を示す要部断面図
である。 １…ハウジング ２…センシングボディ ３…半導体歪ゲージ ９…圧力導入パイプ １１…ストッパー部 ２１…受圧ダイヤフラム ２２…段部 ２６…Ｏリング ２８…テーパ部 ９１…ナットフレア Ｓ…間隙

フロントページの続き (72)発明者 小丹枝 洋一 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭52−143786（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状ハウジング内に挿入配設され、一端閉
   鎖の筒体内部を圧力導入部となしてその閉鎖端に薄肉の
   受圧ダイヤフラムを形成した耐圧合金製センシングボデ
   ィと、上記ダイヤフラムの受圧面と反対側の端面に密着
   固定された半導体型歪ゲージとを有する圧力検出器にお
   いて、上記ハウジングの筒内周を異径として段付きに突
   出するストッパー部を形成するとともに、上記センシン
   グボディは閉鎖端側を段付きに小径として、その段部を
   上記ストッパー部に当接密着せしめるとともに、上記段
   部より閉鎖端に至る外周は少なくとも一部の全周を、ハ
   ウジングの小径内周面との間で所定の間隙を形成するよ
   うに凹陥せしめたことを特徴とする圧力検出器。
2. 【請求項２】上記センシングボディの大径外周をロウ付
   けによって上記ハウジング内周に固定せしめた特許請求
   の範囲第１項記載の圧力検出器。
3. 【請求項３】上記センシングボディの開口端を上記ハウ
   ジングに溶接固定するとともに、上記センシングボディ
   の大径外周にはＯリングを配して上記センシングボディ
   と上記ハウジングとの間をシールした特許請求の範囲第
   １項記載の圧力検出器。
4. 【請求項４】上記センシングボデイの開口端部外周をテ
   ーパ状となし、一端が被検出体に接続する圧力導入パイ
   プの他端を、上記テーパ部に沿うテーパ状となして上記
   テーパ部に嵌合せしめ、上記パイプ外周に配したナット
   フレアをハウジング内に螺挿して、上記パイプを介して
   上記センシングボディを上記ハウジングに締付け固定し
   た特許請求の範囲第１項記載の圧力検出器。