(57)【要約】【課題】ダイアフラムをケースに全周溶接する形式の圧力センサにおいて、高温環境下でのセンサ精度を向上させる。【解決手段】ダイアフラム１６には、ハウジング１１との溶接部１８よりも内周側で且つ測定媒体室１４に対向する部位よりも外周側の位置に、断面が湾曲形状の第２コルゲート２４を設け、ハウジング１１には、第２コルゲート２４を収容するコルゲート収容溝２５を設ける。これによると、ダイヤフラム１６とハウジング１１の溶接後の温度低下時における溶接熱による収縮量差は、主に第２コルゲート２４の変形により吸収されるため、溶接後の温度が低下した状態では、ダイヤフラム１６における測定媒体室１４に対向する部位に設けた第１コルゲート２３の容易に変形可能な領域が広くなる。【選択図】図１
2013242157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイル（１９）が充填される圧力検出室（２）を形成する第１ケース（１）と、
測定媒体が流入する測定媒体室（１４）を形成する第２ケース（１１）と、
外縁部が前記第２ケースに全周溶接されるとともに前記第１ケースと前記第２ケースとによって挟持されて、前記圧力検出室と前記測定媒体室とを仕切る円板状のダイアフラム（１６）と、
前記オイルの圧力を受けてその圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサ素子（４）とを備え、
前記ダイアフラムは、前記測定媒体室に対向する部位に形成された断面が湾曲形状の第１コルゲート（２３）を備える圧力センサにおいて、
前記ダイアフラムは、前記第２ケースとの溶接部（１８）よりも内周側で且つ前記測定媒体室に対向する部位よりも外周側の位置に形成された断面が湾曲形状の第２コルゲート（２４）を備え、
前記第２ケースは、前記第２コルゲートが収容されるコルゲート収容溝（２５）を備えることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記第２コルゲートは、１つ形成されていることを特徴とする請求項１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、測定媒体の圧力を検出する圧力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の圧力センサとして、オイルが封入される圧力検出室と測定媒体が流入する測定媒体室とを円板状のダイアフラムによって仕切り、センサ素子によりオイルの圧力に応じたセンサ信号を出力するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、そのダイアフラムには、測定媒体室に対向する部位に変形可能なコルゲートが形成されている。このコルゲートの変形量が小さい領域では、ダイアフラムのバネ定数が小さく、コルゲートの変形量が所定量以上になる領域では、コルゲートが次第に変形し難くなってダイアフラムのバネ定数が急激に大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２９６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧力検出室に封入されたオイルはセンサ温度の上昇に伴って熱膨張し、その熱膨張に伴って圧力検出室の内圧が上昇する。より詳細には、図３に破線で示すように、センサ温度Ｔが低い領域では、コルゲートが容易に変形してセンサ温度Ｔと圧力検出室の内圧Ｐは直線的な関係となる。一方、センサ温度Ｔが高い領域では、コルゲートが変形し難くなってダイアフラムのバネ定数が急激に大きくなるため、センサ温度Ｔと内圧Ｐは非直線的な関係となる。
【０００６】
そして、圧力センサの出力は、センサ温度Ｔと内圧Ｐが直線的な関係であれば、回路によって容易に補正することができる。しかしながら、非直線的な関係の領域（すなわちセンサ温度Ｔが高い領域）ではそのような補正は難しくなってくるため、センサ精度が低下する。
【０００７】
また、ダイアフラムをケースに全周溶接する際、その溶接熱によりダイアフラムおよびケースはともに熱膨張するが、熱容量差によりダイアフラムの膨張量の方がケースの熱膨張量よりも著しく大きくなる。したがって、溶接後に常温まで温度が低下すると、ダイアフラムとケースの収縮量差によりダイヤフラムに対して引張り応力が発生し、コルゲートが容易に変形可能な領域が狭くなる。
【０００８】
このため、図３に実線で示すように、ダイアフラムをケースに全周溶接する形式の圧力センサでは、センサ温度Ｔと内圧Ｐが直線的な関係となる領域がさらに狭くなり、高温環境下でのセンサ精度がさらに低下してしまう。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、ダイアフラムをケースに全周溶接する形式の圧力センサにおいて、高温環境下でのセンサ精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、オイル（１９）が充填される圧力検出室（２）を形成する第１ケース（１）と、測定媒体が流入する測定媒体室（１４）を形成する第２ケース（１１）と、外縁部が第２ケースに全周溶接されるとともに第１ケースと第２ケースとによって挟持されて、圧力検出室と測定媒体室とを仕切る円板状のダイアフラム（１６）と、オイルの圧力を受けてその圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサ素子（４）とを備え、ダイアフラムは、測定媒体室に対向する部位に形成された断面が湾曲形状の第１コルゲート（２３）を備える圧力センサにおいて、ダイアフラムは、第２ケースとの溶接部（１８）よりも内周側で且つ測定媒体室に対向する部位よりも外周側の位置に形成された断面が湾曲形状の第２コルゲート（２４）を備え、第２ケースは、第２コルゲートが収容されるコルゲート収容溝（２５）を備えることを特徴とする。
【００１１】
これによると、ダイアフラムを第２ケースに溶接後にそれらの温度が低下する際には、ダイアフラムと第２ケースの収縮量差が主に第２コルゲートの変形により吸収されるため、ダイアフラムにおける測定媒体室に対向する部位の引張り応力が小さくなり、コルゲートが容易に変形可能な領域が広くなる。したがって、センサ温度と内圧が直線的な関係となる領域が広くなり、高温環境下でのセンサ精度が向上する。
【００１２】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧力センサの構成を示す断面図である。
【図２】図１の圧力センサの要部を拡大して示す断面図である。
【図３】従来の圧力センサにおけるセンサ温度Ｔと内圧Ｐとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態に係る圧力センサについて説明する。なお、この圧力センサは、例えば自動車に搭載され、エアコンの冷媒圧、トランスミッションのフルード圧、エンジンオイル圧等を検出する圧力センサとして用いることができる。
【００１５】
図１に示されるように、圧力センサには第１ケースとしてのケースプラグ１が備えられており、このケースプラグ１は、例えば、断熱樹脂材料である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、本実施形態では円柱状をなしている。このケースプラグ１のうち一端部の一面には圧力検出室２が形成されており、他端部にはコネクタケース部３が形成されている。
【００１６】
圧力検出室２にはセンサ素子４が備えられており、このセンサ素子４は、受圧面としてのダイアフラム（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アフラム式のものである。そして、センサ素子４は、ガラス等よりなる台座５に陽極接合等により一体化されて、ケースプラグ１における圧力検出室２を形成する壁面に台座５を接着することによりケースプラグ１に固定されている。
【００１７】
また、ケースプラグ１には、センサ素子４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８が備えられている。なお、ターミナル８は１個だけ図示している。ターミナル８は黄銅にＮｉメッキ等のメッキ処理を施した材料よりなり、インサートモールドによりケースプラグ１と一体に成形されることによりケースプラグ１内に保持されている。
【００１８】
具体的には、各ターミナル８はケースプラグ１を貫通しており、各ターミナル１のうち一端部はケースプラグ１から圧力検出室２内に突出しており、他端部はケースプラグ１からコネクタケース部３内に突出している。圧力検出室２内に突出している各ターミナル８の端部は、ボンディングワイヤ９を介してセンサ素子４と電気的に接続されており、コネクタケース部３内に突出している各ターミナル８の端部は、図示しないワイヤハーネス等の外部配線部材を介して外部回路と電気的に接続されている。
【００１９】
そして、圧力検出室２のうちターミナル８が突出している部分には、例えば、シリコーン系樹脂から成るシール材１０が配置されている。このシール材１０はケースプラグ１における圧力検出室２を形成する壁面とターミナル８との隙間を封止するためのものである。
【００２０】
また、ケースプラグ１には第２ケースとしてのハウジング１１が組みつけられている。本実施形態では、これらケースプラグ１およびハウジング１１によりセンサ素子４を備えるケースが構成されている。具体的には、ハウジング１１には収容凹部１２が備えられており、この収容凹部１２内にケースプラグ１のうち圧力検出室２が備えられる一面が挿入され、ハウジング１１の端部１３がケースプラグ１にかしめられることでケースプラグ１とハウジング１１とが一体化されている。
【００２１】
このハウジング１１は、例えば、ＳＵＳやアルミニウム等の金属材料よりなるものであり、測定媒体が流入する測定媒体室１４が内部に形成され、圧力センサを固定するためのねじ部１５が外周壁面に形成されている。
【００２２】
また、ハウジング１１のうち圧力検出室２が形成されているケースプラグ１の一面と対抗している一面には、例えばＳＵＳ等からなる円板状のメタルダイヤフラム１６と、メタルダイヤフラム１６の外縁部に配置されている例えばＳＵＳ等からなる環状のリングウェルド１７とが備えられている。
【００２３】
メタルダイヤフラム１６の外縁部およびリングウェルド１７をハウジング１１に対してレーザ溶接等により全周溶接することで、ハウジング１１、メタルダイヤフラム１６およびリングウェルド１７が溶け合った溶接部１８が形成されている。
【００２４】
そして、メタルダイヤフラム１６の外縁部およびリングウェルド１７はケースプラグ１とハウジング１１に挟持されており、メタルダイヤフラム１６の内周部によって圧力検出室２と測定媒体室１４とが仕切られている。換言すると、メタルダイヤフラム１６のうち外縁部は、リングウェルド１７と共にケースプラグ１およびハウジング１１に対して固定される部分であり、メタルダイヤフラム１６のうち測定媒体室１４に対向する部位は測定媒体の圧力に応じて変位するダイヤフラム部として機能する部分である。
【００２５】
圧力検出室２には、圧力伝達媒体としてフッ素オイル等のオイル１９が充填されている。そして、測定媒体室１４の測定媒体の圧力は、メタルダイヤフラム１６および圧力検出室２内のオイル１９を介してセンサ素子４のダイヤフラムに伝達されるようになっている。
【００２６】
ケースプラグ１のうち圧力検出室２が備えられる一面には、圧力検出室２を囲むように環状の溝２１が形成されており、この環状の溝２１には、例えば、シリコーンゴム等の弾性材料から成るＯリング２２が備えられている。このＯリング２２は、ケースプラグ１とハウジング１１とのかしめによるかしめ圧で押しつぶされることで圧力検出室１９を封止するものである。
【００２７】
図２に示すように、メタルダイヤフラム１６のうち測定媒体室１４に対向する部位には、メタルダイヤフラム１６の軸線に沿う断面の形状が湾曲形状になった第１コルゲート２３が設けられている。より詳細には、第１コルゲート２３は、環状に連続しており、メタルダイヤフラム１６の軸線を中心にして同心状に複数個設けられている。
【００２８】
また、メタルダイヤフラム１６のうち、溶接部１８よりも内周側で且つ測定媒体室１４に対向する部位よりも外周側の位置には、メタルダイヤフラム１６の軸線に沿う断面の形状が湾曲形状になった第２コルゲート２４が１個設けられている。より詳細には、第２コルゲート２４は、後述するコルゲート収容溝に向かって凸で且つ環状に連続している。また、第２コルゲート２４は第１コルゲート２３と同心状に設けられている。
【００２９】
ハウジング１１のうち圧力検出室２が形成されているケースプラグ１の一面と対抗している一面には、第２コルゲート２４が収容される環状のコルゲート収容溝２５が形成されている。
【００３０】
次に上記圧力センサの製造方法について説明する。
【００３１】
まず、ターミナル８がインサート成形されたケースプラグ１を用意する。そして、台座５と陽極接合したセンサ素子４を用意し、台座５側をシリコーン系樹脂などによる接着材を介してケースプラグ１における圧力検出室２を形成する壁面に接着する。
【００３２】
次に、ケースプラグ１のうち圧力検出室２が形成された一面を上に向けた状態で圧力検出室２内へシール材１０を注入した後、シール材１０を硬化させる。このとき、シール材１０がセンサ素子４の表面に付着しないように、注入量を調整することが好ましい。
【００３３】
その後、例えば、ワイヤボンディングを行い、センサ素子４と各ターミナル８の端部とをボンディングワイヤ９を介して電気的に接続する。
【００３４】
次に、オイル１９をディスペンサ等により圧力検出室２内へ所定量注入する。そして、この状態のものを真空室にいれて、圧力検出室２内の余分な空気を除去する。その後、一面にメタルダイヤフラム１６およびリングウェルド１７が溶接されているハウジング１１を用意し、真空室内でハウジング１１を上から水平に保ったままハウジング１１の収容凹部１２にケースプラグ１が嵌合するように降ろす。
【００３５】
続いて、ケースプラグ１とリングウェルド１７とが十分接するまで押さえる。これにより、圧力検出室２、メタルダイヤフラム１６およびリングウェルド１７にて圧力検出室２が構成される。そして、ハウジング１１の端部１３をケースプラグ１にかしめることにより、ハウジング１１とケースプラグ１とを一体化する。このような製造方法により本実施形態の圧力センサを構成することができる。
【００３６】
次にこのように構成された本実施形態の圧力センサの基本的な圧力検出動作について説明する。
【００３７】
測定媒体室１４に流入した測定媒体の圧力がメタルダイヤフラム１６に印加されると、圧力検出室２内に充填されているオイル１９を介してセンサ素子４のダイヤフラムに圧力が印加される。センサ素子４のダイヤフラムにはブリッジ回路を構成するように形成されたゲージ抵抗が備えられており、センサ素子４のダイヤフラムに圧力が印加されるとピエゾ抵抗効果によりゲージ抵抗の抵抗値が変化する。このため、センサ素子４ではブリッジ回路の出力電圧が変化し、印加された圧力に応じたセンサ信号が出力される。このセンサ信号は、センサ素子４からボンディングワイヤ９およびターミナル８を介して外部に伝達され、これに基づいて測定媒体の圧力が検出される。
【００３８】
ここで、圧力センサの製造工程において、メタルダイヤフラム１６およびリングウェルド１７をハウジング１１に溶接する際、その溶接熱によりメタルダイヤフラム１６やハウジング１１はともに熱膨張する。そして、メタルダイヤフラム１６の膨張量の方がハウジング１１の熱膨張量よりも著しく大きいため、溶接後の温度低下に伴ってメタルダイヤフラム１６に対して引張り応力が発生する。
【００３９】
このとき、溶接後の温度低下時におけるメタルダイヤフラム１６とハウジング１１の収縮量差は、第１コルゲート２３および第２コルゲート２４のうち主に第２コルゲート２４の変形により吸収されるため、溶接後の温度が低下した状態では、メタルダイヤフラム１６における測定媒体室１４に対向する部位の引張り応力が小さくなり、第１コルゲート２３は容易に変形可能な領域が広くなる。したがって、センサ温度と内圧が直線的な関係となる領域が広くなり、高温環境下でのセンサ精度が向上する。
【符号の説明】
【００４０】
１    ケースプラグ（第１ケース）
２    圧力検出室
４    センサ素子
１１  ハウジング（第２ケース）
１４  測定媒体室
１６  ダイアフラム
１９  オイル
２３  第１コルゲート
２４  第２コルゲート
２５  コルゲート収容溝
【図１】
2013242157.tif 000003
【図２】
2013242157.tif 000004
【図３】
2013242157.tif 000005