(57)【要約】【課題】ｙ軸方向の歪を低減して歪検出素子の出力感度を向上させることができる圧力検出装置を提供する。【解決手段】圧力導入孔１２ｈａからダイアフラム１４を介して導入された圧力が印加され、その圧力に応じて歪を発生する起歪体２５と、起歪体２５の受圧面と反対の面に接合された歪検出素子１６とを有する圧力測定装置１００において、前記起歪体２５のダイアフラム１４側の面に、ｘ軸方向中央側にｙ軸方向に沿って形成したリブ２５Ｌ１およびその中心の突起部３０と、ｘ軸方向両端側にｙ軸方向に沿って形成したリブ２５Ｌ２ａ，２５Ｌ２ｂとを設け、歪検出素子１６側の面に、基板１７を介して複数の電子部品２８を、中心軸から対称に配設した。前記リブ２５Ｌ１，２５Ｌ２ａ，２５Ｌ２ｂによって起歪体２５のｙ軸方向の歪が低減され、歪検出素子１６の出力感度を最大化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象機器に装着された圧力検出装置であって、圧力媒体の圧力がダイアフラムを介して印加され、その圧力に応じて歪を発生する起歪体と、その起歪体の受圧面と反対の面に接合された歪検出素子とを有する圧力検出装置において、
前記起歪体はｘ軸、ｙ軸による平面を有した矩形状に形成され、起歪体の受圧面にはｙ軸に沿ったリブが形成されていることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記リブは起歪体のｘ軸方向中央に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記リブは起歪体のｘ軸方向両端にも設けられていることを特徴とする請求項２に記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記ｘ軸方向中央のリブの高さはｘ軸方向両端のリブの高さよりも高く形成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記ｘ軸方向中央のリブのｙ軸方向中央には、突起部が設けられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の圧力検出装置。
【請求項６】
前記リブは４個以上の偶数個設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧力検出装置。
【請求項７】
前記起歪体の歪検出素子接合面における歪検出素子の周辺には、複数の電子部品が中心軸から対称に配設されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の各種機器に装着されて圧力を検出する圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８に、圧力媒体の圧力を受けて歪を生じる起歪体と、起歪体で生じた歪を検出する歪検出素子を有する従来の圧力検出装置の一例を示す。図８の圧力測定装置２００は、例えば車両に搭載される高圧センサとして構成され、エンジンの燃料圧、ブレーキ油圧、各種ガス圧等の測定に用いられる。
【０００３】
図８の圧力測定装置２００において、１１は圧力が導入される圧力ポートである。この圧力ポート１１は、軸方向一端に圧力導入口１２ａが形成された中空筒状の圧力導入部１２と、該圧力導入部１２の軸方向他端（上部）に形成された例えば円筒状のフランジ１３と、該フランジ１３の中央部位に立設されたダイアフラム１４とを備えている。
【０００４】
前記圧力導入部１２の圧力導入孔１２ｈａは、フランジ１３の中央部とダイアフラム１４の上部表面より若干低い高さの部位まで連続して穿設されている。
【０００５】
ダイアフラム１４の上部表面には圧力導入孔１２ｈａを介して導入された圧力によって変形し歪を生じる矩形平面板形状の起歪体１５が配設されている。起歪体１５の受圧面（ダイアフラム１４側の面）とは反対の面のほぼ中央部位には、起歪体１５の変形（歪）に応じた電気信号を出力する複数の歪抵抗ブリッジを備えた歪検出素子１６が接合されている。
【０００６】
歪検出素子１６は、例えば１つのチップ上に複数の歪抵抗ブリッジが設けられた半導体チップとして構成され、ｘ軸方向歪とｙ軸方向歪の差を出力する。
【０００７】
起歪体１５の受圧面とは反対の面における、歪検出素子１６以外の部位には基板１７が設けられている。この基板１７には、歪検出素子１６から出力された各検出信号を増幅し処理する回路や各種電子部品およびコンデンサ１８等が搭載されている。
【０００８】
前記フランジ１３の外周部の上面には、ダイアフラム１４、起歪体１５、歪検出素子１６、基板１７およびコンデンサ１８を覆うカバー１９の、開口された軸方向一端の周縁部が固設されている。
【０００９】
このカバー１９の軸方向他端を閉塞する閉塞板１９ａの、中央よりの所定径範囲は切り欠かれており、その切欠部には例えば樹脂等により形成され、圧力測定装置２００で検出された検出圧力値を外部に出力するためのコネクタ２０が挿入されている。
【００１０】
コネクタ２０の一端はカバー１９内においてカバー１９に固定され、コネクタ２０の他端はカバー１９から外部へ露出している。
【００１１】
このコネクタ２０の内部には、例えばインサート成型により挿入された棒状のターミナル２１を有している。このターミナル２１は、例えば電源用、接地用、信号出力用の３本で構成され、各ターミナル２１の一端は前記基板１７に接続されており、他端が図示省略の外部コネクタに接続されることによって、自動車のＥＣＵ等へ配線部材を介して電気的に接続される。
【００１２】
また図９は、従来の圧力検出装置の他の例を示しており、図８と同一部分は同一符号をもって示している。図９では、図８の起歪体１５を用いることなく、矩形溝を設けたダイアフラム２４に直接歪検出素子１６を接合して構成しており、その他の部分は図８と同様に構成されている。
【００１３】
すなわち、圧力導入部１２の圧力導入孔の、ダイアフラム２４側の歪検出素子１６に対向する先端部１２ｈｂｔを、ダイアフラム２４の矩形溝形状と同一に形成し、その先端部１２ｈｂｔと対向するダイアフラム２４の上表面に歪検出素子１６を直接配設している。
【００１４】
この図９の構成では、ダイアフラム２４の矩形溝によって、ダイアフラム２４にｘ方向−ｙ方向の歪差が生じる。また、ダイアフラム２４に矩形溝を設けているため、成形加工に手間がかかる。
【００１５】
また従来の圧力検出装置としては、例えば特許文献１、２に記載のものが提案されている。
【００１６】
特許文献１には、「本体に設けられたダイアフラムと、絶縁基板の一面にストレインゲージを設けて構成され、前記ダイアフラムにあって圧力を受ける側とは反対の反受圧面側にこのダイアフラムと共に変形するように取り付けられたゲージ基板とを具備して成る圧力センサ。」が記載されている。
【００１７】
また特許文献２には、「薄板状のセンサプレートと、このセンサプレートに取り付けられた複数の歪みゲージとを具備する荷重センサにおいて、前記センサプレートは、その一軸方向の両端が、このセンサプレートを任意の対象物に固定させる固定部となされる一方で、その中心点が変位乃至荷重をこのセンサプレートに伝達せしめる伝達部となされ、前記歪みゲージを前記中心点に対して点対称となる位置に配置すると共に、点対称となる位置に配された歪みゲージ同士を電気的に並列又は直列に接続してゲージペアを構成し、さらに各ゲージペア同士を電気的に直列に接続して、これら歪みゲージでブリッジ回路を構成したことを特徴とする荷重センサ。」が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平８−６２０７５号公報
【特許文献２】再公表特許ＷＯ２００６／００６６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
特許文献１、２を含む従来の圧力検出装置は、ｙ軸方向の歪の影響により、ｘ軸方向歪とｙ軸方向歪の差で決まる歪検出素子の出力感度は悪いものであった。
【００２０】
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、ｙ軸方向の歪を低減して歪検出素子の出力感度を向上させることができる圧力検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「測定対象機器に装着された圧力検出装置であって、圧力媒体の圧力がダイアフラムを介して印加され、その圧力に応じて歪を発生する起歪体と、その起歪体の受圧面と反対の面に接合された歪検出素子とを有する圧力検出装置において、
前記起歪体はｘ軸、ｙ軸による平面を有した矩形状に形成され、起歪体の受圧面にはｙ軸に沿ったリブが形成されている」ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、リブによって起歪体のｙ軸方向の歪が低減され、歪検出素子の出力感度を最大化することができる。上記した以外の構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態例による圧力測定装置全体の断面構成図。
【図２】図１の要部である起歪体の斜視図。
【図３】図１の要部である起歪体とダイアフラムの接合状態を表し、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は面接合の実施例における断面図、（ｃ）は点接合の実施例における断面図。
【図４】本発明の実施形態例における、受圧力により起歪体が変形したようすを示す説明図。
【図５】圧力検出装置におけるリブ高さによる初期状態を表し、（ａ）は本発明の実施形態例における中央側のリブ高さ＞両端側のリブ高さの場合の要部断面図、（ｂ）は中央側のリブ高さ＜両端側のリブ高さの場合の要部断面図。
【図６】図１の要部である歪検出素子、起歪体およびダイアフラムのようすを表し、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は加圧時の断面図。
【図７】本発明の他の実施形態例における歪検出素子、起歪体およびダイアフラムのようすを表し、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は加圧時の断面図。
【図８】従来の圧力測定装置の一例を示す全体構成図。
【図９】従来の圧力測定装置の他の例を示し、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図１は、本発明を図８の圧力測定装置に適用した実施形態における圧力測定装置１００全体の構成を示し、図８と同一部分は同一符号をもって示している。
【００２５】
ダイアフラム１４の上部表面には、リブ２５Ｌ１，２５Ｌ２ａ，２５Ｌ２ｂおよび突起部３０が形成された起歪体２５が設けられている。起歪体２５のダイアフラム１４とは反対側の面の中央には歪検出素子１６が接合され、歪検出素子１６の周辺には基板１７を介して複数の電子部品２８が中心軸から対称に配設されている。
【００２６】
起歪体２５は、圧力導入孔１２ｈａを介して導入された圧力によって変形して歪を生じ、歪検出素子１６は起歪体２５の変形（歪）に応じた電気信号を出力する複数の歪抵抗ブリッジを備えている。
【００２７】
起歪体２５は、図１に対して天地を逆にして示した図２のように、ｘ軸、ｙ軸による平面を有した矩形状に形成され、ダイアフラム１４側の面のｘ軸方向中央にリブ２５Ｌ１がｙ軸に沿って形成され、ｘ軸方向両端にリブ２５Ｌ２ａ，２５Ｌ２ｂがｙ軸に沿って形成されている。そして中央側のリブ２５Ｌ１のｙ軸方向中央には突起部３０が設けられている。
【００２８】
したがって、起歪体２５は、中央側のリブ２５Ｌ１から突設された突起部３０の端部（端点）と、両端側のリブ２５Ｌ２ａ，２５Ｌ２ｂのダイアフラム１４に対向する側の端面とがダイアフラム１４に接触し、中央側のリブ２５Ｌ１（の突起部３０）のみが例えば金属溶接される。またこれに限らず、両端側のリブ２５Ｌ２ａ，２５Ｌ２ｂの端面もダイアフラム１４に溶接してもよい。
【００２９】
起歪体２５のｙ軸方向に沿って設けられたリブ２５Ｌ１，２５Ｌ２ａ，２５Ｌ２ｂは、加圧により変形が生じる際、起歪体２５のｙ軸方向の歪を低減させるので、ｘ軸方向歪とｙ軸方向歪の差で決まる歪検出素子１６の出力感度を最大化することができる。
【００３０】
前記リブ２５Ｌ１，２５Ｌ２ａ，２５Ｌ２ｂの長さを変えることにより、歪検出素子１６の出力感度を調整することができる。また、リブ２５Ｌ１および２５Ｌ２ａ間の空隙と、リブ２５Ｌ１および２５Ｌ２ｂ間の空隙によって、歪易く作用する。
【００３１】
また、中央側のリブ２５Ｌ１の中央部に設けた突起部３０とダイアフラム１４との接合が点接合となるため、起歪体２５が歪易くなり、大きな変位量を得ることができ、歪検出素子１６の出力感度を高めている。
【００３２】
尚、中央側のリブ２５Ｌ１に突起部３０を設けない構成としてもよい。この場合は中央側のリブ２５Ｌ１の端面がダイアフラム１４に例えば金属溶接される。
【００３３】
図３は、ダイアフラム１４と起歪体２５の接合のようすを表しており、リブ２５Ｌ１に突起部３０を設けない場合は図３（ｂ）のようにリブ２５Ｌ１の端面とダイアフラム１４が面接合し、突起部３０を設けた場合は図３（ｃ）のように突起部３０とダイアフラム１４が点接合する。図３では起歪体２５上の基板１７、電子部品２８等は図示省略している。図３（ｂ）の面接合の場合、図３（ｃ）の点接合の場合よりも若干加圧時の起歪体２５の変位量は少ないが、ｙ軸方向の歪低減作用はある。
【００３４】
前記起歪体２５上において、前記複数の電子部品２８を中心軸から対称に配設していることによって、加圧時の起歪体２５の応力分布は図４に示すように均一に保たれる。図４は加圧時の起歪体２５の変形のようすを表しており、中央側のリブ２５Ｌ１先端の突起部３０、および起歪体２５と電子部品２８の間の基板１７は図示省略している。
【００３５】
このように電子部品２８を中心軸から対称に配設することにより電子部品２８と起歪体２５を一体化することができ、生産性が向上する。
【００３６】
前記中央側のリブ２５Ｌ１と両端側のリブ２５Ｌ２ａ（ｂ）の高さ関係は、図５（ａ）に示すようにリブ２５Ｌ１高さ＞リブ２５Ｌ２ａ（ｂ）高さに設定しておく。図５はリブ高さによる初期状態を表しており、ダイアフラム１４、起歪体２５および歪検出素子１６のみを図示している。
【００３７】
図５（ａ）のように設定しておくことにより、加圧前の初期に予め歪検出素子１６に引張を生じさせることができ（プリ荷重をかけることができ）、加圧によっても歪検出素子１６の出力を安定させることができる。
【００３８】
これに対して、図５（ｂ）に示すようにリブ２５Ｌ１高さ＜リブ２５Ｌ２ａ（ｂ）高さに設定した場合は、加圧することで、歪検出素子１６には圧縮→引張になる変極点が生じるため、その変極点において出力が不安定となってしまう。
【００３９】
また前記リブは、中央側のリブ２５Ｌ１のみ設け、両端側のリブ２５Ｌ２ａ，２５Ｌ２ｂを設けない構成としてもよい。この場合でも起歪体２５に大きな変位量が得られ歪検出素子１６の出力感度は高い。
【００４０】
図６は起歪体２５のｘ軸方向両端にリブ２５Ｌ２ａ，２５Ｌ２ｂを各々設け、中央側に１個のリブ２５Ｌ１を設けた場合の加圧時の起歪体２５の変形のようすを表し、突起部３０、基板１７および電子部品２８等は図示省略している。
【００４１】
図６（ｂ）のようにｘ軸方向中央側のリブ２５Ｌ１が１個である場合、加圧時に３点曲げ状態となり起歪体２５に大きな変位量が得られる。また起歪体２５のｙ軸方向に沿って設けるリブの個数は４個以上設けてもよい。例えば、加圧時の起歪体２５の変形のようすを表す図７のように、ｘ軸方向中央側に設けるリブを、所定間隔隔てた２個のリブ２５Ｌ１ａ，２５Ｌ１ｂとしてもよい。図７では突起部３０、基板１７および電子部品２８等は図示省略している。
【００４２】
図７（ｂ）の場合、加圧時に４点曲げ状態となり応力集中が低減される。また、起歪体２５上に配設する歪検出素子１６の位置ずれに対してロバスト性がある。さらに４個よりも多くリブを設ける場合は、ｘ軸方向中央側のリブ（図７（ｂ）では２５Ｌ１ａ，２５Ｌ１ｂ）を分割するような構造になるため、リブの総個数は偶数個（偶数曲げ）とする。このように起歪体２５に設けるリブの個数を４個以上の偶数個とすることにより、応力集中がさらに低減される。
【符号の説明】
【００４３】
１１…圧力ポート
１２…圧力導入部
１２ａ…圧力導入口
１２ｈａ…圧力導入孔
１２ｈｂｔ…先端部
１３…フランジ
１４…ダイアフラム
１５、２５…起歪体
１６…歪検出素子
１７…基板
１８…コンデンサ
１９…カバー
１９ａ…閉塞板
２０…コネクタ
２１…ターミナル
２５Ｌ１，２５Ｌ１ａ，２５Ｌ１ｂ，２５Ｌ２ａ，２５Ｌ２ｂ…リブ
２８…電子部品
３０…突起部
１００，２００…圧力測定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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