(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が外部に開口され、他端が受圧室に開口された圧力導入路を介して、被測定圧力を前記受圧室に導くとともに、当該受圧室に導入された圧力をダイヤフラムにて受圧し、この受圧圧力を圧力伝達媒体を介して感圧素子に伝達することにより、前記被測定圧力を検出する圧力センサにおいて、
前記圧力導入路の断面積は、前記受圧室の断面積よりも小さく、且つ前記圧力導入路として、前記一端から他端に渡って相互に独立した複数の圧力導入路を有し、
前記複数の圧力導入路は、前記一端から前記他端に向かって、相互の間隔が徐々に広がるように形成されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記ダイヤフラムは円形状に形成され、
前記複数の圧力導入路の他端は、円形状ダイヤフラムの外周部に対応する位置に開口することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記複数の圧力導入路の他端が、前記受圧室においてそれぞれ開口する開口位置が格子状配列となることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記圧力導入路の断面は円形であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記圧力導入路の断面は矩形であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項６】
断面が円形である前記圧力導入路の直径は、０．７〜１．１ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項７】
断面が矩形である前記圧力導入路の１辺の長さは、０．７〜１．１ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力導入路を介して導入された被測定圧力を感圧素子により検出する圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気体や液体の圧力を検出するための圧力センサとして、特開平７−２０９１１５号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。
【０００３】
図４（ａ）に示すように、特許文献１に記載された圧力センサ６０は、一端が外部に開口され、他端が受圧室３１に開口された１つの圧力導入路３０が形成されており、この受圧室３１を覆うようにダイヤフラム２２が設けられたハウジング２１と、一端に凹部が形成され、この凹部に感圧素子２４が配置されたケースプラグ２９と、を備えるものである。そして、圧力センサ６０は、ダイヤフラム２２と感圧素子２４とが対向するようにハウジング２１とケースプラグ２９とを接合して形成されたものである。
【０００４】
ハウジング２１とケースプラグ２９とをこのように接合することで、ダイヤフラム２２とケースプラグ２９との間には閉塞された圧力検出室が形成されており、この圧力検出室内には圧力伝達用媒体２３が封入されている。
【０００５】
このような構成を有する圧力センサ６０は以下のようにして被測定圧力の圧力値を検出する。図４（ｂ）に示すように、一端が外部に開口された圧力導入路３０を介して被測定圧力Ｐ２が受圧室３１に導入されると、ダイヤフラム２２がこの被測定圧力Ｐ２を受けてせん動し、圧力伝達用媒体２３が封入された圧力検出室内の内圧が変化する。このとき、感圧素子２４は、圧力伝達用媒体２３を介してこの内圧の変化を検知するとともに、内圧の変化量に応じた電気信号をボンディングワイヤ２５を介してターミナル２６ａから出力するものである。
【特許文献１】特開平７−２０９１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、発明者の知見によると、ハウジング２１に形成された圧力導入路３０が１つであると、何らかの要因によって被測定圧力が急激に変化した場合、すなわち、サージ性の被測定圧力Ｐ３が発生した場合、図４（ｃ）に模式的に示したように、被測定圧力Ｐ３は、ダイヤフラム２２の中心部から周辺部へと伝達され、ダイヤフラム２２が受ける圧力の分布が不均一となることがある。
【０００７】
これは、被測定圧力が急激に変化した場合、圧力導入路３０の延長線上にあるダイヤフラム２２の中心部には被測定圧力が早く伝達され、ダイヤフラム２２の中心部から離れた周辺部には、ダイヤフラム２２の中心部から遅れて被測定圧力が伝達されるためであると考えられる。さらに、ダイヤフラム２２の周辺部には、中心部に早く伝達された圧力が反射して、時間差を持って伝達されるためであると考えられる。
【０００８】
このように、ダイヤフラム２２が受ける圧力の分布が不均一な状態が繰り返されたり、あるいは、不均一な状態が継続すると、ダイヤフラム２２に歪み（疲労）が生じることがある。ダイヤフラム２２に歪み（疲労）が発生すると、ダイヤフラム２２の信頼性が低下することがある。
【０００９】
また、ダイヤフラム２２が受ける圧力の分布が不均一であると、ダイヤフラム２２は被測定圧力に応じたせん動を行うことができないことがある（以下、不整せん動と言う）。ダイヤフラム２２に不整せん動が継続的に発生すると、不整せん動によって発生する非定常的な振動が感圧素子２４と図示しない処理回路とを電気的に接続するボンディングワイヤ２５に伝わり、ボンディング部分の接続の不具合を発生させることがある。
【００１０】
さらには、圧力センサ６０はダイヤフラム２２のせん動に基づいて、被測定圧力の圧力値を測定するものであるため、ダイヤフラム２２に不整せん動が発生すると、圧力センサ６０が測定した被測定圧力の圧力値に誤差が含まれることがある。
【００１１】
そこで、本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被測定圧力が急激に変化して、いわゆるサージ性の圧力が発生した場合でも、ダイヤフラムが受ける圧力の分布が不均一となることを防止することで、ダイヤフラムに不整せん動が発生することを防止する圧力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１に係る圧力センサは、一端が外部に開口され、他端が受圧室に開口された圧力導入路を介して、被測定圧力を前記受圧室に導くとともに、当該受圧室に導入された圧力をダイヤフラムにて受圧し、この受圧圧力を圧力伝達媒体を介して感圧素子に伝達することにより、被測定圧力を検出する圧力センサにおいて、圧力導入路の断面積は、受圧室の断面積よりも小さく、且つ圧力導入路として、一端から他端に渡って相互に独立した複数の圧力導入路を有し、複数の圧力導入路は、一端から他端に向かって、相互の間隔が徐々に広がるように形成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載された圧力センサによると、ハウジングに複数の圧力導入路を形成することで、被測定圧力が急激に変化した場合でも、圧力を均一に分散してダイヤフラムに向けて導入することができる。これにより、ダイヤフラムに不整せん動が発生することを防止することができる。これに伴って、圧力値の測定誤差が低減する。また、ダイヤフラムの信頼性が向上し、感圧素子と処理回路とを電気的に接続するボンディングワイヤのボンディング部の接続の不具合を防止することができる。
【００１４】
また、請求項１に係る圧力センサは、複数の圧力導入路が一端から他端に向かって、相互の間隔が徐々に広がるように形成されることを特徴とする。請求項１に記載された発明は、圧力導入路の配列を具体化したものである。これにより、被測定圧力は圧力導入路を介してダイヤフラム全体に向けて導入されるため、ダイヤフラムが受ける圧力の分布が不均一となることを防止できる。そして、ダイヤフラムに不整せん動が発生することを防止することができる。
【００１６】
請求項２に係る圧力センサは、ダイヤフラムは円形状に形成され、複数の圧力導入路の他端は、円形状ダイヤフラムの外周部に対応する位置に開口することを特徴とする。これにより、円形状のダイヤフラムが受ける圧力の分布が不均一となることを防止することができる。
【００１７】
請求項３に係る圧力センサは、複数の圧力導入路の他端が、受圧室においてそれぞれ開口する開口位置が格子状配列となることを特徴とする。これによりダイヤフラムが受ける圧力の分布が不均一となることを防止できる。そして、ダイヤフラムに不整せん動が発生することを防止することができる。
【００１８】
請求項４、及び５に係る圧力センサは、上述した効果を得るために、圧力導入路の形状等を具体化したものである。また、請求項６、及び７に係る圧力センサは、圧力導入路の大きさを規定したものである。これにより、圧力に対する応答性を低下させることなく圧力の急激な伝達を防ぐことができるため、ダイヤフラムに不整せん動が発生することを防止することができ、これに伴い、ダイヤフラム等の信頼性の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における圧力センサ５０について、図１、図２を用いて説明する。
【００２０】
図１（ａ）は、圧力センサ５０の全体概略を示す断面図、図１（ｂ）は、ハウジング１の断面図であり、圧力導入路１０を介して被測定圧力Ｐ１が導入される様子を模式的に示した図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す圧力センサ５０をＡ方向（ハウジング１方向）から見た断面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、本実施形態における圧力センサ５０は、金属製のハウジング１と樹脂製のケースプラグ９とで構成されている。
【００２２】
まず、圧力センサ５０を構成するハウジング１について説明する。ハウジング１には、その一方にすそ広がりの受圧室１１が形成されている。さらに、ハウジング１には、一端が外部に開口され、他端が受圧室１１に開口された複数の圧力導入路１０が形成されている。圧力導入路１０の断面積は受圧室１１の断面積よりも小さく、また、各圧力導入路１０は相互に独立して配列されている。各圧力導入路１０は、それぞれがダイヤフラム２に向けて被測定圧力Ｐ１の圧力媒体（気体又は液体）を導入する。
【００２３】
ハウジング１の一方に形成された受圧室１１は、せん動自在な薄い金属製のダイヤフラム２にて隙間なく覆われており、受圧室１１を覆っているダイヤフラム２は、周囲をリングギア７、及びＯリング８の押さえ部材によってハウジング１に向けて押圧されて、ハウジング１と接合している。
【００２４】
なお、ダイヤフラム２のハウジング１への接合は、レーザ溶接等の手法を用いることもできる。
【００２５】
次に、圧力センサ５０の外観部分を構成するケースプラグ９について説明する。ケースプラグ９の一端側には第１の凹部が形成されている。また、ケースプラグ９の他端側には、第１の凹部よりも浅い凹みを有する第２の凹部が形成されている。第２の凹部には、感圧素子４や、ボンディングワイヤ５を介して感圧素子４と電気的に接続された処理回路が搭載された回路基板（図示せず）が配置されている。
【００２６】
感圧素子４は、台座１２に陽極接合等で気密接合されている。台座１２は絶縁性材質、例えば、ガラス等からなり、シリコーン等の接着剤（シーラント）などの接合部材１３によりケースプラグ９の第２の凹部に固定されている。
【００２７】
ケースプラグ９には、内部で保持するようにインサートモールドされて一体成形されたターミナル６ａ、６ｂが設けられている。
【００２８】
ターミナル６ａ、６ｂの一端側は、上述の図示しない回路基板と接続されている。また、ターミナル６ａ、６ｂの他端側は、図示しない外部装置との電気信号の遣り取りのために、第１の凹部内に突出しているか、あるいは図示しない外部装置のターミナルと接続可能な状態となっている。
【００２９】
ところで、図１（ａ）では、ターミナル６ａを１ピンのみ示しているが、ターミナル６ａは複数本あり、本実施形態における圧力センサ５０では、圧力センサ５０の駆動用電圧を供給する電圧供給ターミナル、圧力センサ５０による圧力測定結果を出力する出力ターミナル、及び接地ターミナルである。一方、ターミナル６ｂは、圧力センサ５０が電気書き込み等により所望の出力特性となるように、調整端子専用として用いられる調整信号伝達ターミナルである。
【００３０】
本実施形態における圧力センサ５０は、図１（ａ）に示す通り、ハウジング１とケースプラグ９とが向き合うようして接合しており、上述のリングギア７、及びＯリング８はハウジング１とケースプラグ９とによって、図示左右方向から挟み込まれている。さらに、ハウジング１の上端部１ａでケースプラグ９を全周かしめ固定している。これにより、ハウジング１とケースプラグ９とは強固に接合されるとともに、ハウジング１に形成された受圧部１１の気密性、及び後述する圧力検出室の気密性が向上する。
【００３１】
ハウジング１とケースプラグ９とが上述したように接合（全周かしめ固定）されると、ダイヤフラム２とケースプラグ９との間には、ケースプラグ９の第２の凹部に基づく閉塞された空間が形成される。この第２の凹部に基づく閉塞された空間は、図示しない封入孔より真空封入等でフロロシリコーンオイル等の圧力検出媒体として作用するオイル３が充填されることで、圧力検出室として機能する。
【００３２】
本実施形態における圧力センサ５０は、何らかの要因によって被測定圧力が急激に変化した場合、すなわち、サージ性の被測定圧力Ｐ１が発生した場合でも、被測定圧力Ｐ１の圧力媒体（気体又は液体）は複数の圧力導入路１０によって、ダイヤフラム２の中心部や周辺部に向けて導入されることとなる。したがって、ダイヤフラム２は、ほぼ均等に被測定圧力Ｐ１を受けることができる。これにより、ダイヤフラム２に不整せん動が発生することを防ぐことができる。
【００３３】
なお、ほぼ均等に被測定圧力Ｐ１を受けたダイヤフラム２のせん動によって、オイル３が封入された圧力検出室の内圧が変化する。そして、感圧素子１４は、この内圧変化を検知し、検知の結果（被測定圧力Ｐ１の圧力値）を電気信号としてターミナル６ａから出力することとなる。
【００３４】
図２は（ａ）〜（ｃ）は、複数本の圧力媒体導入路１０の形成パターンの一例を示した図である。図２（ａ）は、断面が円状の圧力媒体導入路１０ａを格子状に配列した例である。図２（ｂ）は、断面が円形の圧力媒体導入路１０ｂをダイヤフラムの外周に対応するように、ハウジング１の外周に沿って配列した例である。図２（ｃ）は、断面が矩形の圧力媒体導入路１０ｃを格子状に配列した例である。
【００３５】
本実施形態における圧力センサ５０は、圧力媒体導入路１０ａ、１０ｂの直径ｄを約０．７〜１．１ｍｍとすることが望ましい。直径ｄをこの範囲に設定することで、圧力に対する応答性を低下させることなく圧力媒体の急激な伝達を防止できる。なお、本実施形態における圧力センサ５０は、直径ｄを約１ｍｍとした。また、圧力媒体導入路１０ｃの一辺の長さＬを約０．７〜１．１ｍｍとすることが望ましい。一辺の長さＬをこの長さに設定することで、圧力に対する応答性を低下させることなく圧力媒体の圧力媒体の急激な伝達を防ぐことができる。なお、本実施形態における圧力センサ５０は、一辺の長さＬを約１ｍｍとした。
【００３６】
以上、説明したように、本実施形態における圧力センサ５０は、被測定圧力が急激に変化して、いわゆるサージ性の圧力が発生した場合でも、ダイヤフラム２が受ける圧力の分布が不均一となることを防止することで、上述した圧力の反射波の発生を防ぐことができる。さらに、ダイヤフラム２に不整せん動が発生することを防止できる。したがって、ダイヤフラム２の信頼性低下やボンディングワイヤ５のボンディング部分の接続不具合の発生を防止することができる。
【００３７】
（その他の実施形態）
本発明のその他の実施形態について、図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）は、ハウジング１に形成された圧力導入路１５に関して、圧力導入路１５が外部に開口された一端から、受圧室に開口された他端に向けて、相互の間隔が徐々に広がるように形成した例である。圧力導入路１５をこのように形成することでより、被測定圧力Ｐ１が急激に変化した場合、ダイヤフラム２に向けて圧力を均一に分散させることができる。
【００３８】
図３（ｂ）は、ハウジング１に形成された圧力導入路１６に関して、圧力導入路１６が外部に開口された一端から、受圧室に開口された他端までの間に、その向きが変更される折曲部が複数設けられた例である。圧力媒体導入路１６をこのように形成することにより、被測定圧力Ｐ１が急激に変化した場合において、複数の折曲部でサージ性の圧力を緩和することができる。これにより、ダイヤフラム２が受ける圧力の分布を均一なものとすることができる。
【００３９】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、数々の変形実施が可能である。
【００４０】
また、本発明のうち従属請求項に係る発明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略する構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態における圧力センサを示す図であり、（ａ）は、圧力センサの全体概略を示す断面図、（ｂ）は、被測定圧力が導入される様子を模式的に示した、ハウジングの断面図である。
【図２】ハウジングの断面図であり、圧力媒体導入経路の配置を示す図である。
【図３】圧力導入経路の配向を示す図であり、（ａ）は間隔が徐々に広がるように圧力媒体導入路を配向した状態を示す図、（ｂ）は圧力媒体導入路が配向方向に折り返された状態を示す図である。
【図４】従来の圧力センサを示す図であり、（ａ）は被測定圧力が変化しない、又は緩やかに変化した場合を示す図、（ｂ）は被測定圧力が急激に変化した場合を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１，２１・・・ハウジング、
２，２２・・・ダイヤフラム、
３，２３・・・圧力検出媒体、
４，２４・・・感圧素子、
５，２５・・・ボンディングワイヤ、
６ａ，６ｂ，２６ａ・・・端子（ターミナル）、
７・・・リングギア、
８・・・Ｏリング、
９，２９・・・ケースプラグ、
１０，１５，１６，３０・・・圧力導入路、
１１，３１・・・受圧室、
１２・・・台座、
１３・・・接合部材、
【図１】
0004835180.tif 000002
【図２】
0004835180.tif 000003
【図３】
0004835180.tif 000004
【図４】
0004835180.tif 000005