JP3603772B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オイルで封止された検出素子を備える第１のケースに、メタルダイヤフラムを備える第２のケースを組み付け、メタルダイヤフラムに発生する応力を、オイルを介して検出素子へ伝達するようにした圧力センサに関し、特に、オイルを封止するためのメタルダイヤフラム及びＯリングを支持する押さえ部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の圧力センサとしては、特開平７−２４３９２６号公報に記載のものが提案されている。このものは、一面に凹部が形成された第１のケースと、この凹部内に配設された圧力検出用の検出素子と、この検出素子を覆うように該凹部内に充填されたオイルと、外部から圧力を導入可能な圧力導入孔を有し該凹部を覆うように第１のケースに組み付けられた第２のケースと、を備えている。
【０００３】
そして、第２のケースには、オイルを封止するように上記凹部と圧力導入孔とを区画するメタルダイヤフラムが備えられている。このメタルダイヤフラムは、その周辺部が環状の押さえ部材と第２のケースとの間に挟みつけられることにより、第２のケースに固定された状態となっている。
【０００４】
ここで、押さえ部材及びメタルダイヤフラムは、メタルダイヤフラムの周辺部にて溶接により第２のケースに一体に接合されている。そして、この溶接による接合部が、第２のケースと押さえ部材とによりメタルダイヤフラムを固定するメタルダイヤフラム固定部として構成されている。
【０００５】
また、押さえ部材におけるメタルダイヤフラムを押さえつける面とは反対側の面には、Ｏリングが配設されている。つまり、第１のケースと押さえ部材との間には、Ｏリングが介在して支持されており、このＯリングによって第１のケースと押さえ部材との間がシールされている。
【０００６】
このような構成を有する圧力センサ（以下、オイル封止型の圧力センサという）においては、第２のケースにおける圧力導入孔から圧力が導入され、導入された圧力によりメタルダイヤフラムに応力（歪み応力）が発生する。そして、この応力がオイルを介して検出素子へ伝達され、検出素子において印加応力に応じたレベルの信号を発生し、この信号に基づいて圧力が検出されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のオイル封止型の圧力センサについて、本発明者等が検討したところ、次のような問題が生じることが分かった。図５は、上記従来の圧力センサにおけるオイル封止部の概略断面図である。
【０００８】
図５に示す様に、メタルダイヤフラム３４は、その周辺部にて、第２のケース３０と押さえ部材Ｊ１とに挟まれ、レーザ溶接等を用いた溶接により接合されている。図５では、溶接部３６が、第２のケース３０と押さえ部材Ｊ１とによりメタルダイヤフラム３４を固定するメタルダイヤフラム固定部として形成されている。
【０００９】
導入された圧力によってメタルダイヤフラム３４は、オイル側（図５中の矢印Ｙ１方向）に変形する。このメタルダイヤフラム３４の変形により、押さえ部材Ｊ１の内周端部即ちメタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ１には、図中の白抜き矢印に示す様に、応力Ｆが加わる。この応力Ｆにより、結果的にメタルダイヤフラム固定部（溶接部）３６には、メタルダイヤフラム３４及び押さえ部材Ｊ１を第２のケース３０から離すような応力が加わる。
【００１０】
ここで、従来では、この種のオイル封止型の圧力センサは、主に自動車のエアコン冷媒圧力やパワーステアリング油圧等の検出圧力が０〜１０ＭＰａの範囲で使用されていた。しかし、この種の圧力センサをブレーキ油圧や燃料圧といった用途に供することを考えた場合、検出圧力が例えば０〜２０ＭＰａといった範囲となり、より高い圧力の検出にまで使用されることとなる。
【００１１】
上記のような、より高い圧力にまで適用する場合、メタルダイヤフラムの変形もより大きくなり、上記メタルダイヤフラム固定部に加わる応力も増大し、該固定部の破壊が懸念される。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑み、オイル封止型の圧力センサにおいて、メタルダイヤフラムの変形に伴って加わる応力に対するメタルダイヤフラム固定部の耐性を向上させることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明等は、上記目的を達成するため、メタルダイヤフラムの変形に伴ってメタルダイヤフラム固定部に加わる応力について、より詳細な検討を行った。上記図５にて述べたように、メタルダイヤフラム３４の変形により、環状の押さえ部材Ｊ１の内周端部にて、押さえ部材Ｊ１を第２のケース３０から離すように応力Ｆが加わる。
【００１４】
このことから、押さえ部材Ｊ１のメタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ１を、メタルダイヤフラム３４における極力外周側の部位に位置させる、即ち、拘束点（メタルダイヤフラム３４からの応力Ｆが加わる箇所）Ｐ１とメタルダイヤフラム固定部３６との距離Ｌ１を短くすることで、メタルダイヤフラム３４の変形に伴い該固定部３６に加わる応力を小さくすることを考えた。
【００１５】
この場合、単純には、押さえ部材Ｊ１の外径を変えずに内径を大きくし、押さえ部材Ｊ１の径方向の幅Ｗ１を短くすることが考えられる。しかし、一方で、図５に示す様に、押さえ部材Ｊ１はメタルダイヤフラム３４を押さえつける側の面とは反対側の面にてＯリング４２を支持する役目を有するため、単純に押さえ部材Ｊ１の径方向の幅Ｗ１を短くすると、Ｏリング４２が押さえ部材Ｊ１からはみ出して、その支持を十分に行うことができなくなってしまう。
【００１６】
以上のことから、押さえ部材において、Ｏリングの支持機能を十分に確保しつつ、メタルダイヤフラムに対する拘束点とメタルダイヤフラム固定部との距離を短くする必要がある。本発明は、このような検討の結果得られた知見に基づいてなされたものである。
【００１７】
すなわち、請求項１に記載の発明では、オイル封止型の圧力センサにおいて、押さえ部材（３５）を、その外周側の部位がメタルダイヤフラム（３４）に接触する接触部（３５ａ）として構成され、その内周側の部位がＯリング（４２）を支持する面において外周側の部位と同一平面になっているとともに外周側の部位よりも厚さが薄くなってメタルダイヤフラムとは接触しない非接触部（３５ｂ）として構成されているものとしたことを特徴としている。
【００１８】
本発明によれば、押さえ部材の外周側をメタルダイヤフラムに接触する接触部とし、押さえ部材の内周側を外周側よりも薄くしてメタルダイヤフラムとは接触しない非接触部としている。それにより、従来に比べて、押さえ部材のうちメタルダイヤフラムに接して押さえる面については、径方向の幅を短くすることができ、Ｏリングを支持する面については、径方向の幅を短くする必要がない。
【００１９】
そのため、押さえ部材におけるＯリング支持機能を損なうことなくＯリングの支持を十分に行うことができるとともに、押さえ部材のメタルダイヤフラムに対する拘束点（Ｐ２）を、従来よりも押さえ部材における外周側の部位に位置させることができる。
【００２０】
即ち、本発明によれば、従来に比べて、メタルダイヤフラムに対する拘束点とメタルダイヤフラム固定部（３６）との距離（Ｌ２）を短くすることができるため、メタルダイヤフラムの変形に伴いメタルダイヤフラム固定部に加わる応力を小さくすることができる。従って、本発明によれば、メタルダイヤフラムの変形に伴って加わる応力に対するメタルダイヤフラム固定部の耐性を向上させることができる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明では、押さえ部材（３５）における非接触部（３５ｂ）を、接触部（３５ａ）から押さえ部材の内周端部に向かって厚さが連続的に薄くなっているテーパ部としたことを特徴としている。
【００２２】
それによれば、非接触部が接触部側から連続的に薄くなったテーパ形状となっているから、接触部に比べて厚さの薄い非接触部におけるＯリングの支持強度をより強いものとすることができ、好ましい。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の圧力センサにおいて、凹部（１１）を第１のケース（１０）の一端側の表面に形成し、第２のケース（３０）を、一端側に開口部（３１）を有するとともに他端側に圧力導入孔（３２）を有し、該開口部に第１のケースの一端側が挿入された状態で第１のケースに組み付けられているものとした構成とした場合における押さえ部材の具体的構成を提供するものである。
【００２４】
すなわち、請求項３の圧力センサにおける押さえ部材（３５）は、その断面形状をみたとき、第１および第２のケースの挿入部において当該挿入方向へ延びるように第１のケースと第２のケースとの間に介在する第１の部分（３５１）と、この第１の部分から折れ曲がって延びメタルダイヤフラムを挟みつける第２の部分（３５２）とよりなるＬ字形状をなしており、当該第２の部分が、接触部（３５ａ）および非接触部（３５ｂ）を構成する部位であることを特徴としている。
【００２５】
第１のケースにおける凹部が形成された一端側を、第２のケースの一端側の開口部に挿入して組み付ける構成の場合、通常、押さえ部材は、第２のケースの開口部に圧入されて固定される。
【００２６】
このとき、本発明のように、押さえ部材が第１の部分と第２の部分とよりなる断面Ｌ字状の環状部材であると、第１の部分が圧入代となって圧入部の接触面積を稼ぐことができる。そのため、第２のケースへの押さえ部材の圧入による固定性を良好なものとすることができ、好ましい。
【００２７】
さらに、断面Ｌ字状の環状の押さえ部材（３５）においては、請求項４に記載の発明のように、第１の部分（３５１）よりも第２の部分（３５２）の方が肉厚が大きいことが好ましい。
【００２８】
それによれば、メタルダイヤフラムを挟みつける第２の部分を厚いものとできるため、メタルダイヤフラムの変形に伴い加わる応力に対するメタルダイヤフラム固定部の耐性をより向上させることができる。また、第１のケースと第２のケースとの間に介在する第１の部分を薄いものとできるため、押さえ部材の径方向へのセンサ体格の増加を抑えることができる。
【００２９】
ここで、上記の各請求項に記載の発明においては、請求項５に記載の発明のように、接触部（３５ａ）の肉厚を０．４ｍｍ以上とすることが好ましい。メタルダイヤフラムの変形に伴ってメタルダイヤフラム固定部に加わる応力は、材料力学的には押さえ部材の板厚が厚いほど小さくなるが、本発明者等の検討によれば、接触部の肉厚が０．４ｍｍ以上であれば、当該応力低減の効果が十分に発揮される。
【００３０】
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一例である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るオイル封止型の圧力センサＳ１の全体概略を示す断面図であり、この圧力センサＳ１は、自動車に搭載され、エアコンの冷媒圧や自動車の燃料噴射系の燃料圧を検出する圧力センサとして適用されたものとして説明する。また、図２は、図１中のオイル封止部の拡大図である。
【００３２】
１０はコネクタケース（本発明でいう第１のケース）である。このコネクタケース１０は、本例では、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、略円柱状をなしている。このコネクタケース１０の一端側の表面（図１中、下方側の端面）には凹部１１が形成されている。
【００３３】
この凹部１１には、圧力検出用の集積化センサ素子としてのセンサチップ（本発明でいう検出素子）２０が配設されている。本例のセンサチップ２０は、受圧面としてのダイヤフラム（図示せず）を有し、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である。
【００３４】
そして、センサチップ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、台座２１を凹部１１の底面に接着することで、コネクタケース１０に搭載されている。
【００３５】
また、コネクタケース１０には、センサチップ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（コネクタピン）１２が設けられている。本例では、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りコネクタケース１０内にて保持されている。
【００３６】
各ターミナル１２の一端側（図１中、下方端側）の端部は、センサチップ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いる。そして、各ターミナル１２の突出部の先端面とセンサチップ２０とは、金やアルミニウム等のワイヤボンディングにより形成されたワイヤ（ボンディングワイヤ）１３を介して結線され電気的に接続されている。
【００３７】
また、図１に示す様に、各ターミナル１２の突出部の周囲には、コネクタケース１０とターミナル１２との隙間を封止するためのシール剤１４が設けられている。このシール剤１４は例えばシリコン系樹脂よりなるもので、このシール剤１４により、もし、ターミナル１２が突出する凹部１１の底面部分に隙間があってもその隙間は封止される。
【００３８】
そして、凹部１１内には、センサチップ（検出素子）２０、ターミナル１２、ワイヤ１３及びシール剤１４を覆うようにオイル１５が充填されている。このオイル１５は、フッ素オイル等よりなり、主として圧力伝達媒体として機能するものである。
【００３９】
一方、図１において、コネクタケース１０の他端側（図１中、上方端側）は、ターミナル１２における上記突出部とは反対側の他端側を、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接続部１６となっている。こうして、センサチップ２０と外部との間の信号の伝達は、ワイヤ１３及びターミナル１２を介して行われるようになっている。
【００４０】
次に、図１において、３０はハウジング（本発明でいう第２のケース）であり、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料よりなる。このハウジング３０は、一端側（図１中の上方端側）に開口部３１を有するとともに、他端側（図１中の下方端側）に外部から圧力（上記したエアコンの冷媒や自動車の燃料等の圧力）が導入される圧力導入孔３２を有する。
【００４１】
また、ハウジング３０の他端側の外面には、圧力センサＳ１を自動車の適所（エアコンの冷媒配管や自動車の燃料配管等）に固定するためのネジ部３３が形成されている（図１参照）。
【００４２】
そして、ハウジング３０は、図１に示す様に、その開口部３１にコネクタケース１０の一端側（図１中の下端側）が挿入された状態で、凹部１１を覆うようにコネクタケース１０に組み付けられている。ここで、ハウジング３０の一端側の端部３０ａがコネクタケース１０にかしめ固定されている。
【００４３】
更に、ハウジング３０の一端側には、薄い金属（例えばＳＵＳ等）製のメタルダイヤフラム３４と、このメタルダイヤフラム３４の周辺部に配置された環状金属（例えばＳＵＳ等）製の押さえ部材（リングウェルド）３５と、が設けられている。
【００４４】
本例では、レーザ溶接等により、メタルダイヤフラム３４の周辺部を押さえ部材３５とともにハウジング３０に対して全周溶接し、メタルダイヤフラム３４、押さえ部材３５及びハウジング３０の３者が溶け合った溶接部３６を形成している。それにより、この溶接部３６が、ハウジング３０と押さえ部材３５とによりメタルダイヤフラム３４を固定する固定部として構成されている。
【００４５】
そして、押さえ部材３５は、メタルダイヤフラム３４をハウジング３０との間に挟みつけるように固定し、メタルダイヤフラム３４は、その周辺部がハウジング３０に固定された状態でオイル１５を封止するように、凹部１１と圧力導入孔３２とを区画している。
【００４６】
こうして組み合わせられたケース１０とハウジング３０において、ケース１０の凹部１１とハウジング３０のメタルダイヤフラム３４との間で、オイル１５が封入されている。そして、このオイル１５が封入された室が、圧力検出室４０として構成されている。
【００４７】
この圧力検出室４０の外周囲には、環状の溝（Ｏリング溝）４１が形成され、この溝４１内には、圧力検出室４０を気密封止するためのＯリング４２が配設されている。このＯリング４２は、例えばシリコンゴム等の弾性材料よりなり、コネクタケース１０と押さえ部材３５との間に介在し支持されている。
【００４８】
そして、Ｏリング４２は、コネクタケース１０と押さえ部材３５とにより挟まれて押圧されており、これによって、Ｏリング４２はメタルダイヤフラム３４とともに圧力検出室４０（つまり、凹部１１内のオイル１５）を封止する役割を果たしている。
【００４９】
なお、本例では、上記溝４１内には、Ｏリング４２の外周にバックアップリング４３が設けられている。このバックアップリング４３は、例えば４フッ化エチレン樹脂等の樹脂材料よりなり、Ｏリング４２が広がったときにＯリング４２がコネクタケース１０と押さえ部材３５との隙間に入り込んで損傷するのを防止する等の役割を担うものである。
【００５０】
このように、本実施形態では、押さえ部材３５は、一側（図２中の下方側）の面にてメタルダイヤフラム３４を押さえつけるとともに反対側の面にてＯリング４２を支持する役目を有している。そして、本実施形態では、この押さえ部材３５を、次のような独自の構成としたことを主たる特徴としている。
【００５１】
すなわち、図２に示す様に、押さえ部材３５は、その外周側の部位がメタルダイヤフラム３４に接触する接触部３５ａとして構成され、その内周側の部位が外周側の部位（接触部３５ａ）よりも厚さが薄くメタルダイヤフラム３４とは接触しない非接触部３５ｂとして構成されている。
【００５２】
このような環状の押さえ部材３５は、金属素材に対してプレス加工等を施すことにより、容易に形成することができる。特に本例では、上記非接触部３５ｂを、接触部３５ａから押さえ部材３５の内周端部に向かって厚さが連続的に薄くなっているテーパ部としている。
【００５３】
また、本例では、図２に示す様に、押さえ部材３５は、その断面（径方向の断面）形状をみたときＬ字形状をなしている。即ち、コネクタケース１０とハウジング３０との挿入部において当該挿入方向へ延びるようにコネクタケース１０とハウジング３０との間に介在する第１の部分３５１と、この第１の部分３５１から折れ曲がって延びメタルダイヤフラム３４を挟みつける第２の部分３５２とによりＬ字形状をなしている。
【００５４】
つまり、本例では、押さえ部材３５における第２の部分３５２が、接触部３５ａおよび非接触部３５ｂを構成する部位となっている。そして、押さえ部材３５において、第１の部分３５１よりも第２の部分３５２の方が肉厚が大きくなっている。例えば、第１の部分３５１の肉厚は０．３ｍｍとすることができ、第２の部分３５２における接触部３５ａの肉厚は、０．４ｍｍ以上とすることができる。
【００５５】
次に、上記圧力センサＳ１の製造方法について述べる。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内へセンサチップ２０を台座２１を介し接着固定する。
【００５６】
そして、凹部１１内へシール剤１４を注入し、シール剤１４を各ターミナル１２の周囲へ行き渡らせた後、硬化させる。次に、ワイヤボンディングを行って、各ターミナル１２の突出部の先端面とセンサチップ２０とをワイヤ１３で結線する。
【００５７】
そして、センサチップ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１５を、凹部１１へ一定量注入する。
【００５８】
続いて、一端側にメタルダイヤフラム３４及び押さえ部材３５が全周溶接されたハウジング３０を用意し、このハウジング３０を上から水平を保ったまま、ハウジング３０の開口部３１をコネクタケース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。
【００５９】
その後、コネクタケース１０と押さえ部材３５とが十分接するまで押さえ、メタルダイヤフラム３４とＯリング４２により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３０ａをコネクタケース１０にかしめることにより、ハウジング３０とコネクタケース１０と一体化する。こうして、コネクタケース１０とハウジング３０との組合せ固定がなされ、図１に示す圧力センサＳ１が完成する。
【００６０】
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、例えば、ハウジング３０のネジ部３３を介して、車両の適所に取り付けられる。そして、外部からの圧力（上記したエアコンの冷媒や自動車の燃料等の圧力）が、ハウジング３０の圧力導入孔３２を介して圧力センサＳ１内に導入される。
【００６１】
すると、導入された圧力がメタルダイヤフラム３４に印加され、メタルダイヤフラム３４には応力（歪み応力）が発生する。この応力は、圧力検出室４０内のオイル１５を介して、センサチップ２０へ伝達され、センサチップ２０の受圧面に印加される。
【００６２】
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、センサチップ２０から出力される。このセンサ信号は、センサチップ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る。以上が、圧力センサＳ１における基本的な圧力検出動作である。
【００６３】
ところで、本実施形態のオイル封止型の圧力センサＳ１では、環状の押さえ部材３５において、外周側の部位をメタルダイヤフラム３４に接触する接触部３５ａとして構成し、内周側の部位を当該外周側の部位よりも厚さが薄くメタルダイヤフラム３４とは接触しない非接触部３５ｂとして構成したことを特徴としている。
【００６４】
このような構成を採用した押さえ部材３５の効果等について、上記図５に示した従来の押さえ部材Ｊ１と比較しながら、図３の模式図を参照して具体的に述べる。まず、従来の押さえ部材Ｊ１では、Ｏリング４２を支持する面及びメタルダイヤフラム３４に接して押さえる面の径方向の幅は、同じ幅Ｗ１である。
【００６５】
それに対して、本実施形態の押さえ部材３５では、図３に示す様に、Ｏリング４２を支持する面については、径方向の幅を従来と同等の幅Ｗ１に維持したまま、メタルダイヤフラム３４に接して押さえる面については、従来よりも径方向の幅を短い幅Ｗ２とすることができる。
【００６６】
そのため、押さえ部材３５におけるＯリング４２を支持する機能を十分に確保しつつ、図３に示す様に、押さえ部材３５のメタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ２を、接触部３５ａと非接触部３５ｂとの境界部とすることで、従来の拘束点Ｐ１（図５参照）よりも押さえ部材３５における外周側の部位に位置させることができる。
【００６７】
即ち、本実施形態によれば、メタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ２を溶接部（メタルダイヤフラム固定部）３６に近づけることができ、該拘束点Ｐ２とメタルダイヤフラム固定部との距離Ｌ２を、従来の拘束点とメタルダイヤフラム固定部との距離Ｌ１（図５参照）に比べて、短くすることができる。
【００６８】
そのため、メタルダイヤフラム３４の変形に伴って拘束点Ｐ２にメタルダイヤフラム３４の応力Ｆが加わっても（図３中の白抜き矢印）、この応力Ｆの溶接部（メタルダイヤフラム固定部）３６への影響を従来に比べて小さくすることができる。従って、本実施形態によれば、メタルダイヤフラム３４の変形に伴って加わる応力に対するメタルダイヤフラム固定部の耐性を向上させることができる。
【００６９】
また、本例では、押さえ部材３５における非接触部３５ｂを、接触部３５ａから押さえ部材３５の内周端部に向かって厚さが連続的に薄くなっているテーパ部としている。ここで、この非接触部３５ｂはテーパ部でなくとも良く、例えば、接触部３５ａと非接触部３５ｂとの間に段差をもって、非接触部３５ｂの厚さが接触部３５ａに対して非連続的に薄くなっていても良い。
【００７０】
しかし、本例のように、非接触部３５ｂを接触部３５ａ側から連続的に薄くなったテーパ形状とすることにより、非連続的に薄くした場合に比べて、接触部３５ａに比べ厚さの薄い非接触部３５ｂにおけるＯリング４２の支持強度をより強いものとすることができ、好ましい。
【００７１】
また、このテーパ部は、メタルダイヤフラム３４のオイル側への変位特性の向上にもつながる。即ち、上記図５に示す従来構成に比べて、メタルダイヤフラム３４の変位点（拘束点）をメタルダイヤフラム３４の外側寄りに移動させることができるため、変位量を大きくすることができる。
【００７２】
なお、メタルダイヤフラム３４がオイル１５側へ変位したときに、当該テーパ部（非接触部）とメタルダイヤフラム３４とが接触しないようにする必要がある。そのために、当該テーパ部の角度、即ち、図３に示す接触部３５ａがメタルダイヤフラム３４に接する界面とテーパ部とのなす角度θは、メタルダイヤフラム３４の変位角度（例えば１６°）以上とする。
【００７３】
また、上述したように本例の押さえ部材３５は、その断面（径方向断面）形状をみたとき、第１の部分３５１と第２の部分３５２とよりなるＬ字形状をなしており、当該第２の部分３５２が、接触部３５ａおよび非接触部３５ｂを構成する部位となっている（図２参照）。
【００７４】
本実施形態の様に、凹部１１が形成されたコネクタケース１０の一端側を、ハウジング３０の一端側の開口部３１に挿入して組み付ける構成の場合、押さえ部材３５をハウジング３０の開口部３１に固定する方法は、通常、圧入により行われる。
【００７５】
このとき、本例のように、押さえ部材３５が第１の部分３５１と第２の部分３５２とよりなる断面Ｌ字状の環状部材であると、第１の部分３５１が圧入代となって圧入部の接触面積を稼ぐことができる。そのため、ハウジング３０の開口部３１への押さえ部材３５の圧入による固定性を良好なものとすることができ、好ましい。
【００７６】
さらに、断面Ｌ字状の環状の押さえ部材３５においては、本例のように、第１の部分３５１よりも第２の部分３５２の方が肉厚が大きいことが好ましい。これは、次の理由による。
【００７７】
まず、メタルダイヤフラム３４を挟みつける第２の部分３５２を厚いものとできるため、メタルダイヤフラム３４の変形に伴って加わる応力に対するメタルダイヤフラム固定部の耐性をより向上させることができる。また、コネクタケース１０とハウジング３０との間に介在する第１の部分３５１を薄いものとできるため、押さえ部材３５の径方向へのセンサ体格の増加を抑えることができる。
【００７８】
ここで、上述したように、押さえ部材３５においては、接触部３５ａの肉厚を０．４ｍｍ以上とすることが好ましい。メタルダイヤフラム３４の変形により溶接部（メタルダイヤフラム固定部）３６に加わる応力は、材料力学的には押さえ部材３５の板厚（肉厚）が厚いほど小さくなる。具体的には、該応力は、押さえ部材３５の板厚の２乗に反比例する。
【００７９】
このことから、本発明者等は、押さえ部材３５に加わる荷重を使用圧力範囲とした場合の、押さえ部材３５の接触部３５ａの板厚と溶接部３６に加わる応力との関係を計算により求めた。その結果を図４に示す。図４から、接触部３５ａの肉厚が０．４ｍｍ以上であれば、溶接部３６に加わる応力を、押さえ部材３５の降伏応力（例えば２８０ＭＰａ）以下に確実に抑えることができることがわかる。
【００８０】
また、上記図２や図３に示す様に、本実施形態では、押さえ部材３５における接触部３５ａと非接触部３５ｂとの境界部が、メタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ２となっているが、ハウジング３０においても、メタルダイヤフラム３４との接触部と非接触部の境界部に、メタルダイヤフラム３４に対する拘束点Ｐ３が存在する（図２参照）。
【００８１】
ここで、押さえ部材３５側の拘束点Ｐ２とハウジング３０側の拘束点Ｐ３との位置が重ならないようにずらすことが好ましい。本例では、図２に示す様に、ハウジング３０側の拘束点Ｐ３を、押さえ部材３５側の拘束点Ｐ２よりもメタルダイヤフラム３４の外周側に位置させている。
【００８２】
圧力検出時においては、メタルダイヤフラム３４は、オイル１５側に変位するが、高温環境下では非検出時にオイル１５が膨張して、メタルダイヤフラム３４がハウジング３０側（圧力導入孔３２側）へ変位する可能性がある。
【００８３】
その場合、もし、上記２つの拘束点Ｐ２、Ｐ３の位置が重なって一致していると、メタルダイヤフラム３４は、同じ位置を支点として互いに反対する方向へ変位することとなる。すると、メタルダイヤフラム３４の同じ位置に、繰り返し曲げ応力が加わることとなるため、メタルダイヤフラム３４の耐久性という点からは好ましくない。
【００８４】
その点、上記２つの拘束点Ｐ２、Ｐ３の位置が重ならないようにずらすことで、反対方向への変位による曲げ応力が、メタルダイヤフラム３４の同じ位置に加わらないため、メタルダイヤフラム３４の耐久性という点から好ましい。図２に示す例では、ハウジング３０側の拘束点Ｐ３が、Ｏリング４２の幅の中心、即ち、Ｏリング４２の内周径と外周径とを足して２で割った径よりも内側に位置している。
【００８５】
（他の実施形態）
なお、押さえ部材３５は、上記した第１の部分３５１と第２の部分３５２とよりなる断面Ｌ字状の環状部材でなくともよく、その断面形状をみたとき、第１の部分３５１が無く、第２の部分３５２のみよりなる環状部材であっても良い。また、メタルダイヤフラム固定部は溶接以外にも、接着等にて形成してもよい。
【００８６】
要するに、本発明は、オイル封止型の圧力センサにおいて、メタルダイヤフラム及びＯリングを支持する環状の押さえ部材に、上記した接触部及び非接触部を備えたことを主たる特徴とするものであるから、他の部分は適宜設計変更可能である。
【００８７】
また、本発明の圧力センサは、エアコンの冷媒圧や自動車の燃料噴射系の燃料圧を検出する自動車用の圧力センサ以外にも、検出圧力が例えば０〜２０ＭＰａといった高い範囲の圧力検出にまで使用される圧力センサに用いて好適であるが、その用途は限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る圧力センサの全体概略断面図である。
【図２】図１中のオイル封止部の拡大図である。
【図３】本発明の作用効果を説明するための模式図である。
【図４】押さえ部材の板厚と溶接部に加わる応力との関係を示す図である。
【図５】従来の圧力センサにおけるオイル封止部の概略断面図である。
【符号の説明】
１０…コネクタケース、１１…コネクタケースの凹部、１５…オイル、
２０…センサチップ、３０…ハウジング、３１…ハウジングの開口部、
３２…圧力導入孔、３４…メタルダイヤフラム、３５…押さえ部材、
３５ａ…押さえ部材の接触部、３５ｂ…押さえ部材の非接触部、
３５１…押さえ部材の第１の部分、３５２…押さえ部材の第２の部分、
４２…Ｏリング。

Claims (5)

1. 一面に凹部（１１）が形成された第１のケース（１０）と、
   前記凹部内に配設された圧力検出用の検出素子（２０）と、
   前記検出素子を覆うように前記凹部内に充填されたオイル（１５）と、
   外部から圧力を導入可能な圧力導入孔（３２）を有し、前記凹部を覆うように前記第１のケースに組み付けられた第２のケース（３０）と、
   周辺部が前記第２のケースに固定された状態で前記オイルを封止するように、前記凹部と前記圧力導入孔とを区画するメタルダイヤフラム（３４）と、
   前記メタルダイヤフラムの周辺部に配置され、前記メタルダイヤフラムを前記第２のケースとの間に挟みつけるように固定する環状の押さえ部材（３５）と、
   前記第１のケースと前記押さえ部材との間に介在し支持されたＯリング（４２）とを備え、
   前記圧力導入孔から導入された圧力により前記メタルダイヤフラムに発生する応力を、前記オイルを介して前記検出素子へ伝達するようにした圧力センサにおいて、
   前記押さえ部材は、一側に前記メタルダイヤフラムを押さえる面を有するとともにそれと反対側に前記Ｏリングを支持する面を有するもので、その外周側の部位が前記メタルダイヤフラムに接触する接触部（３５ａ）として構成され、その内周側の部位が前記Ｏリングを支持する面において前記外周側の部位と同一平面になっているとともに前記外周側の部位よりも厚さが薄くなって前記メタルダイヤフラムとは接触しない非接触部（３５ｂ）として構成されているものであることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記非接触部（３５ｂ）は、前記接触部（３５ａ）から前記押さえ部材（３５）の内周端部に向かって厚さが連続的に薄くなっているテーパ部であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記凹部（１１）は前記第１のケース（１０）の一端側の表面に形成されており、
   前記第２のケース（３０）は、一端側に開口部（３１）を有するとともに、他端側に前記圧力導入孔（３２）を有し、前記開口部に前記第１のケースの前記一端側が挿入された状態で前記第１のケースに組み付けられているものであり、
   前記押さえ部材は、その断面形状をみたとき、前記第１および第２のケースの挿入部において当該挿入方向へ延びるように前記第１のケースと前記第２のケースとの間に介在する第１の部分（３５１）と、この第１の部分から折れ曲がって延び前記メタルダイヤフラムを挟みつける第２の部分（３５２）とよりなるＬ字形状をなしており、
   前記押さえ部材における前記第２の部分が、前記接触部（３５ａ）および前記非接触部（３５ｂ）を構成する部位であ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. 前記押さえ部材（３５）において、前記第１の部分（３５１）よりも前記第２の部分（３５２）の方が肉厚が大きいことを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記接触部（３５ａ）の肉厚は、０．４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力センサ。

Images