JP2005214780A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ハウジングとメタルダイアフラムとが異種金属で構成される場合において、これらの間の腐食を防止できる構造の圧力センサを提供する。
【解決手段】 メタルダイアフラム３４をハウジング３０側に接合し、その接合場所がＯリング４３よりも内側に配置されるようする。これにより、かしめ部３６から例え水が浸入してきたとしても、その水はＯリング４３によってシールされ、メタルダイアフラム３４とハウジング３０との接合部分まで到達しないような構成とすることできる。したがって、ハウジング３０とメタルダイアフラム３４とが異種金属で構成されていても、接触電位差により、これらの間が腐食してしまうことを防止することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、第１のケースと第２のケースとをかしめ固定によって一体に組み付け、その内部に圧力検出用のセンシング部を設けてなる圧力センサに関する。

従来より、第１のケースと第２のケースとをかしめ固定によって一体に組み付け、その内部に圧力検出用のセンシング部を設けてなる圧力センサが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

この圧力センサの断面図を図３に示す。図３に示される圧力センサは、第１のケースとしてのコネクタケースＪ１と測定媒体を導入するための第２のケースとしてのハウジングＪ２とを備えて構成されるダイアフラムシールタイプの圧力センサである。すなわち、両ケースＪ１、Ｊ２の間にメタルダイアフラムＪ３を介在させた状態でハウジングＪ２の収容凹部Ｊ４内にコネクタケースＪ１が挿入されたのち、ハウジングＪ２の収容凹部Ｊ４の入り口側をかしめて圧力センサの組み付けが成されることで、内部に圧力検出室Ｊ５が区画形成され、この圧力検出室Ｊ５内にセンシング部としてのセンサ素子Ｊ６などが設けられた構造となっている。

そして、圧力検出室Ｊ５は、コネクタケースＪ１とハウジングＪ２との間に介在するＯリングＪ７によってシールされており、圧力検出室Ｊ５の内部には、たとえばオイルなどの圧力伝達部材Ｊ８が封入されている。また、メタルダイアフラムＪ３における圧力検出室Ｊ５とは反対側の面に、ハウジングＪ２に導入された測定媒体による圧力が印加され、この測定圧力がメタルダイアフラムＪ３から圧力伝達部材Ｊ８を介してセンサ素子Ｊ６へ印加されることで、検出が行われるようになっている。

ここで、このような構造の圧力センサでは、測定媒体がハウジングＪ２とリングウェルドＪ９との間から漏れ出すことを防止するために、これらの間のシールを確保しなければならない。このため、上記特許文献１に示される圧力センサでは、メタルダイアフラムＪ３の外周部分にハウジングＪ２と同種の金属で構成されたリングウェルドＪ９を接続し、このリングウェルドＪ９とハウジングＪ２との接触部分Ｊ１０の一部を溶接した構造としている。
特開平７−２４３９２６号公報

上述したハウジングＪ２は、例えばステンレス（ＳＵＳ）によって構成されるが、これらの材質によると、例えば組付け相手がアルミニウム（Ａｌ）などで構成されたエアコンの配管であった場合、組付け相手側との材質の違いにより、異種金属接触による接触電位差が発生し、腐食が生じることが確認された。この場合、ハウジングＪ２の材質を例えば相手側と同質のアルミニウム（Ａｌ）とすることで、上記腐食を防止することが考えられる。

しかしながら、ハウジングＪ２の材質をアルミニウムにした場合には、かしめ部からイオン濃度の高い水分が浸入し、メタルダイアフラムＪ３とハウジングＪ２との接合部に腐食が生じるという問題が発生することになる。

本発明は、上記点に鑑み、ハウジングとメタルダイアフラムとが異種金属で構成される場合において、これらの間の腐食を防止できる構造の圧力センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１のケース（１０）と第２のケース（３０）とを一体に組み付けてなるケーシング（１００）を備え、ケーシング（１００）内に圧力検出用のセンシング部（２０）を設けてなる圧力センサにおいて、第２のケース（３０）のうち第１のケース（１０）に組み付けられる側にメタルダイアフラム（３４）が接合されると共に、そのメタルダイアフラム（３４）と第１のケース（１０）および第２のケース（３０）によって囲まれる部分を圧力検出室（４０）として、該圧力検出室（４０）内にセンシング部（２０）が配置された構成とされており、第１のケース（１０）のうち第２のケース（２０）が組み付けられる一面（１０ａ）には、圧力検出室（４０）を囲むように環状の溝（４２）が備えられていると共に、この溝（４２）内に収容された弾性材からなるシール部材（４３）が備えられ、メタルダイアフラム（３４）と第２のケース（３０）との接合部分がシール部材（４３）よりも内側に位置した構成となっていることを特徴としている。

このように、メタルダイアフラム（３４）を第２のケース（３０）側に接合し、その接合場所がシール部材（４３）よりも内側に配置されるようにしている。このため、第１、第２のケース（１０、３０）の界面から例え水が浸入してきたとしても、その水はシール部材（４３）によってシールされ、メタルダイアフラム（３４）と第２のケース（３０）との接合部分まで到達しないような構成とすることできる。したがって、第２のケース（３０）とメタルダイアフラム（３４）とが異種金属で構成されていても、接触電位差により、これらの間が腐食してしまうことを防止することが可能となる。

請求項２に記載の発明では、第２のケース（３０）のうち第１のケース（１０）が組み付けられる一面（３０ｂ）には、圧力検出室（４０）を囲むように環状の溝が備えられていると共に、この溝内に収容された弾性材からなるシール部材が備えられ、メタルダイアフラム（３４）と第２のケース（３０）との接合部分がシール部材よりも内側に位置した構成となっていることを特徴としている。このように、シール部材は、第２のケース（３０）側に配置される構成としても良い。

請求項３に記載の発明では、メタルダイアフラム（３４）が第１のケース（１０）と第２のケース（３０）との間に挟み込まれた構成となっていることを特徴としている。

このような構成によれば、第１のケース（１０）と第２のケース（３０）による挟持力により、メタルダイアフラム（３４）と第２のケース（３０）との接合力を補強することが可能となる。このため、メタルダイアフラム（３４）と第２のケース（３０）との接合部に応力が加えられても、メタルダイアフラム（３４）と第２のケース（３０）との接合が剥がれることをより効果的に抑制することができる。

請求項４に記載の発明では、第２のケース（３０）におけるメタルダイアフラム（３４）と接合される箇所には突起部（３０ｃ）が備えられ、メタルダイアフラム（３４）が突起部（３０ｃ）の箇所で抵抗接合されることで第２ケース（３０）に接合されていることを特徴としている。

このように、例えば、第２のケース（３０）に突起部（３０ｃ）を設けておき、この突起部（３０ｃ）の箇所で抵抗接合によって第２ケース（３０）と接合することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態が適用された圧力センサについて説明する。図１に、本実施形態における圧力センサＳ１の断面図を示し、この図に基づいて説明する。なお、この圧力センサＳ１は、例えば、自動車に搭載され自動車のエアコンの冷媒配管内の冷媒圧力を検出するものに適用される。

図１に示されるように、第１のケースとしてのコネクタケース１０は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂を型成形することにより作られ、本実施形態では略円柱状をなしている。この樹脂ケースとしてのコネクタケース１０の一端部（図１中、下方側の端部）には、凹部１１が形成されている。

この凹部１１の底面には、圧力検出用のセンシング部としてのセンサ素子２０が配設されている。

センサ素子２０は、その表面に受圧面としてのダイアフラムを有し、このダイアフラムの表面に形成されたゲージ抵抗により、ダイアフラムが受けた圧力を電気信号に変換し、この電気信号をセンサ信号として出力する半導体ダイアフラム式のものである。

そして、センサ素子２０は、ガラス等よりなる台座２１に陽極接合等により一体化されており、この台座２１を凹部１１の底面に接着することで、センサ素子２０はコネクタケース１０に搭載されている。

また、コネクタケース１０には、センサ素子２０と外部の回路等とを電気的に接続するための複数個の金属製棒状のターミナル１２が貫通している。

本実施形態では、ターミナル１２は黄銅（真鍮）にメッキ処理（例えばＮｉメッキ）を施した材料よりなり、インサートモールドによりコネクタケース１０と一体に成形されることによってコネクタケース１０内にて保持されている。

各ターミナル１２の一端側（図１中、下方端側）の端部は、センサ素子２０の搭載領域の周囲において凹部１１の底面から突出して配置されている。一方、各ターミナル１２の他端側（図１中、上方端側）の端部は、コネクタケース１０の他端側の開口部１５内に露出している。

この凹部１１内に突出する各ターミナル１２の一端部とセンサ素子２０とは、金やアルミニウム等のボンディングワイヤ１３により結線され電気的に接続されている。

また、凹部１１内にはシリコン系樹脂等からなるシール剤１４が設けられており、このシール剤１４によって、凹部１１に突出するターミナル１２の根元部とコネクタケース１０との隙間が封止されている。

一方、図１において、コネクタケース１０の他端部（図１中、上方側の端部）側は開口部１５となっており、この開口部１５は、ターミナル１２の他端側を例えばワイヤハーネス等の外部配線部材（図示せず）を介して上記外部回路（車両のＥＣＵ等）に電気的に接続するためのコネクタ部となっている。

つまり、開口部１５内に露出する各ターミナル１２の他端側は、このコネクタ部によって外部と電気的に接続が可能となっている。こうして、センサ素子２０と外部との間の信号の伝達は、ボンディングワイヤ１３およびターミナル１２を介して行われるようになっている。

また、図１に示されるように、コネクタケース１０の一端部には、第２のケースとしてのハウジング３０が組み付けられている。具体的には、ハウジング３０には収容凹部３０ａが形成されており、この収容凹部３０ａ内にコネクタケース１０の一端側が挿入されることで、コネクタケース１０にハウジング３０が組みつけられた構成となっている。

これにより、第１のケースとしてのコネクタケース１０と第２のケースとしてのハウジング３０とが一体に組み付けられてなるケーシング１００が構成されており、このケーシング１００内にセンサ素子２０が設けられた形となっている。

このハウジング３０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属材料よりなるものであり、測定対象物からの測定圧力が導入される圧力導入孔３１と、圧力センサＳ１を測定対象物に固定するためのネジ部３２とを有する。上述したように、測定対象物としては、たとえば自動車エアコンの冷媒配管などであり、測定圧力は、その冷媒配管内の冷媒圧力などである。

さらに、ハウジング３０における収容凹部３０ａには、コネクタケース１０の先端面１０ａと対向する一面３０ｂよりもコネクタケース１０から離れた位置に、突起部３０ｃが形成されている。この突起部３０ｃは、圧力導入孔３１の中心軸の周りを１周囲むように構成されている。そして、この突起部３０ｃの表面に、薄い金属（たとえばＳＵＳ等）製のメタルダイアフラム３４が溶接されている。

また、コネクタケース１０の先端面１０ａには、圧力検出室４０の外周を囲むように、環状の溝（Ｏリング溝）４２が形成され、この溝４２内には、圧力検出室４０を気密封止するためのＯリング４３が配設されている。このＯリング４３の径は、突起部３０ｃの径よりも大きくなっており、突起部３０ｃがＯリング４３よりも内側に配置された状態とされている。

そして、図１に示されるように、ハウジング３０のうち収容凹部３０ａ側の端部がコネクタケース１０の一端部にかしめられることで、かしめ部３６が形成され、それによって、ハウジング３０とコネクタケース１０とが固定され一体化されている。

こうして組み合わせられたコネクタケース１０とハウジング３０とにおいて、コネクタケース１０の凹部１１とハウジング３０およびダイアフラム３４との間で、Ｏリング４３によって閉塞された圧力検出室４０が構成されている。

この圧力検出室４０には圧力伝達媒体であり封入液であるオイル（フッ素オイル等）４１が充填され封入されている。すなわち、凹部１１にはセンサ素子２０及びワイヤ１３等の電気接続部分を覆うようにオイル４１が充填され、ダイアフラム３４、コネクタケース１０およびハウジング３０により覆われて封止された形となる。

このような圧力検出室４０を構成することにより、圧力導入孔３１を通じて測定対象となる流体が導入されると、その流体の圧力は、メタルダイアフラム３４、オイル４１を介して、圧力検出室４０内のセンサ素子２０、ボンディングワイヤ１３、ターミナル１２に印加されることになる。

次に、上記圧力センサＳ１の製造方法について図１を参照して説明する。

まず、ターミナル１２がインサート成形されたコネクタケース１０を用意する。シリコン系樹脂等よりなる接着剤を用いて、コネクタケース１０の凹部１１内へセンサ素子２０を台座２１を介し接着固定する。

そして、凹部１１内へシール剤１４を注入し、シール剤１４を、凹部１１の底面まで行き渡らせる。ここで、シール剤１４がセンサ素子２０の表面に付着しないように、注入量を調整する。

続いて、注入したシール剤１４を硬化させる。そして、ワイヤボンディングを行って、各ターミナル１２の一端部とセンサ素子２０とをボンディングワイヤ１３で結線し、電気的に接続する。

そして、センサ素子２０側を上にしてコネクタケース１０を配置し、コネクタケース１０の上方から、ディスペンサ等によりフッ素オイル等よりなるオイル４１を、凹部１１へ一定量注入する。

続いて、メタルダイアフラム３４をハウジング３０における突起部３０ｃに載せた後、メタルダイアフラム３４とハウジング３０との間に所定の電圧を印加する。これにより、突起部３０ｃの先端部においてメタルダイアフラム３４が容易に抵抗溶接され、メタルダイアフラム３４が全周溶接されたハウジング３０が形成される。

この後、コネクタケース１０のうち凹部１０ａ側を上に向けてオイル４１がこぼれ落ちないようにしつつ、メタルダイアフラム３４と共にハウジング３０を上から水平を保ったまま、コネクタケース１０に嵌合するように降ろす。この状態のものを真空室に入れて真空引きを行い圧力検出室４０内の余分な空気を除去する。

そして、コネクタケース１０とハウジング３０側の押さえ部材３５とが十分接するまで押さえることによって、ダイアフラム３４とＯリング４３によってシールされた圧力検出室４０を形成する。

次に、ハウジング３０の端部をコネクタケース１０の一端側にかしめることにより、かしめ部３６を形成する。こうして、ハウジング３０とコネクタケース１０とを一体化することにより、かしめ部３６によるコネクタケース１０とハウジング３０との組み付け固定がなされる。また、かしめ部３６により、コネクタケース１０をハウジング３０の収容凹部３０ａ内に挿入する方向への押圧力が加えられ、上記圧力検出室４０の閉塞とメタルダイアフラム３４およびハウジング３０との間のシール構造が維持される。このようにして、図１に示される圧力センサＳ１が完成する。

かかる圧力センサＳ１の基本的な圧力検出動作について述べる。

圧力センサＳ１は、たとえば、ハウジング３０のネジ部３２を介して、車両におけるエアコンの冷媒配管系の適所に取り付けられる。そして、該配管内の圧力がハウジング３０の圧力導入孔３１より圧力センサＳ１内に導入される。

すると、導入された圧力がメタルダイアフラム３４から圧力検出室４０内のオイル４１を介して、センサ素子２０の表面すなわち受圧面に印加される。そして、印加された圧力に応じた電気信号がセンサ信号として、センサ素子２０から出力される。

このセンサ信号は、センサ素子２０からワイヤ１３、ターミナル１２を介して、上記外部回路へ伝達され、冷媒配管の冷媒圧力が検出される。このようにして、圧力センサＳ１における圧力検出が行われる。

以上説明したように、本実施形態の圧力センサでは、メタルダイアフラム３４をハウジング３０側に接合し、その接合場所がＯリング４３よりも内側に配置されるようにしている。このため、かしめ部３６から例え水が浸入してきたとしても、その水はＯリング４３によってシールされ、メタルダイアフラム３４とハウジング３０との接合部分まで到達しないような構成とすることできる。

したがって、ハウジング３０とメタルダイアフラム３４とが異種金属で構成されていても、接触電位差により、これらの間が腐食してしまうことを防止することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図２は、本実施形態の圧力センサの断面構成を示したものである。この圧力センサは、上記第１実施形態とはハウジング３０における突起部３０ｃの形成位置を変更したものであり、その他の部分に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図２に示されるように、本実施形態では、突起部３０ｃの先端位置が第１実施形態と比べてコネクタケース１０寄りに形成されたものとなっている。そして、メタルダイアフラム３４がコネクタケース１０における一面１０ａと突起部３０ｃとの間に挟み込まれた状態となっている。

このような構成によれば、コネクタケース１０における一面１０ａと突起部３０ｃとによる挟持力により、メタルダイアフラム３４とハウジング３０の突起部３０ｃとの接合力を補強することが可能となる。このため、圧力導入孔３１を通じて流体の圧力によってメタルダイアフラム３４が歪んだ際に、メタルダイアフラム３４とハウジング３０の突起部３０ｃとの接合部に応力が加えられても、メタルダイアフラム３４とハウジング３０の突起部３０ｃとの接合が剥がれることをより効果的に抑制することができる。
（他の実施形態）
上記各実施形態では、第１のケースとなるコネクタケース１０側に溝４２を設け、その中にＯリング４３を配置している。しかしながら、これは単なる一例であり、第２のケースとなるハウジング３０側に溝を形成し、この中にＯリングを配置しても良い。また、弾性材からなるシール材としてはＯリングに限るものではなく、Ｘリングなどであっても良い。

また、上記実施形態では、メタルダイアフラム３４を抵抗溶接することによってハウジング３０に接合した例を示したが、接着、ろう付け、超音波溶接、摩擦溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接など、どのような溶接であってもかまわない。

また、上記実施形態では、薄いメタルダイアフラム３４のみの構成としているが、リング状の押さえ部材（リングウェルド）等と共にハウジング３０に接合しても良い。この場合、押さえ部材を備えた構成がメタルダイアフラム３４と考えられる。

上記各実施形態において、圧力検出室４０には、オイル４１が封入されていなくてもよい。つまり、メタルダイアフラム３４を介して圧力検出室４０内のセンサ素子２０に測定圧力が印加されればよく、圧力検出室４０内の圧力伝達媒体としては気体等であっても構わない。

また、第１のケースとなるコネクタケース１０や第２のケースとなるハウジング３０の材質などについても、それぞれ樹脂や金属というように限定されるものではなく、適宜変更可能である。

また、センサ素子２０は、上記したダイアフラムが受けた圧力を電気信号に変換し、この電気信号をセンサ信号として出力する半導体ダイヤフラム式のものに限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサの断面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサの断面図である。 従来の圧力センサの断面図である。

符号の説明

１０…第１のケースとしてのコネクタケース、１０ａ…一面、２０…センシング部としてのセンサ素子、３０…第２のケースとしてのハウジング、３０ｃ…突起部、３４…メタルダイアフラム、３６…かしめ部、４２…溝、４３…Ｏリング。

Claims (4)

1. 第１のケース（１０）と第２のケース（３０）とを一体に組み付けてなるケーシング（１００）を備え、
   前記ケーシング（１００）内に圧力検出用のセンシング部（２０）を設けてなる圧力センサにおいて、
   前記第２のケース（３０）のうち前記第１のケース（１０）に組み付けられる側にメタルダイアフラム（３４）が接合されると共に、そのメタルダイアフラム（３４）と第１のケース（１０）および前記第２のケース（３０）によって囲まれる部分を圧力検出室（４０）として、該圧力検出室（４０）内に前記センシング部（２０）が配置された構成とされており、
   前記第１のケース（１０）のうち前記第２のケース（２０）が組み付けられる一面（１０ａ）には、前記圧力検出室（４０）を囲むように環状の溝（４２）が備えられていると共に、この溝（４２）内に収容された弾性材からなるシール部材（４３）が備えられ、
   前記メタルダイアフラム（３４）と前記第２のケース（３０）との接合部分が前記シール部材（４３）よりも内側に位置した構成となっていることを特徴とする圧力センサ。
2. 第１のケース（１０）と第２のケース（３０）とを一体に組み付けてなるケーシング（１００）を備え、
   前記ケーシング（１００）内に圧力検出用のセンシング部（２０）を設けてなる圧力センサにおいて、
   前記第２のケース（１０）のうち前記第１のケース（１０）に組み付けられる側にメタルダイアフラム（３４）が接合されると共に、そのメタルダイアフラム（３４）と第１のケース（１０）および前記第２のケース（３０）によって囲まれる部分を圧力検出室（４０）として、該圧力検出室（４０）内に前記センシング部（２０）が配置された構成とされており、
   前記第２のケース（３０）のうち前記第１のケース（１０）が組み付けられる一面（３０ｂ）には、前記圧力検出室（４０）を囲むように環状の溝が備えられていると共に、この溝内に収容された弾性材からなるシール部材が備えられ、
   前記メタルダイアフラム（３４）と前記第２のケース（３０）との接合部分が前記シール部材よりも内側に位置した構成となっていることを特徴とする圧力センサ。
3. 前記メタルダイアフラム（３４）が前記第１のケース（１０）と第２のケース（３０）との間に挟み込まれた構成となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記第２のケース（３０）における前記メタルダイアフラム（３４）と接合される箇所には突起部（３０ｃ）が備えられ、前記メタルダイアフラム（３４）が前記突起部（３０ｃ）の箇所で抵抗接合されることで前記第２ケース（３０）に接合されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力センサ。
   

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