(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の圧力を導入する圧力導入孔が設けられた継手と、この継手に取り付けられて前記圧力導入孔の一端を閉塞する圧力検出素子とを備えた圧力センサであって、前記継手の圧力導入孔内には、当該圧力導入孔の径寸法よりも小さい径寸法の貫通孔を有する容積調整部材が配置されているとともに、前記圧力検出素子は前記継手に溶接されて取り付けられ、前記容積調整部材は前記継手と前記圧力検出素子との溶接箇所に対応した位置に配置されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
請求項１に記載された圧力センサにおいて、前記継手と前記圧力検出素子との互いの当接部は、前記圧力検出素子の取付方向の前方に向かうに従って前記圧力導入孔の中央側に位置するようになるテーパ面とされ、前記溶接が前記各テーパ面の傾斜角度方向から行われることを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された圧力センサにおいて、前記容積調整部材は前記圧力導入孔の前記一端から突出して配置され、この突出部分の外側面は前記圧力検出素子に設けられた筒状部の内側面と接触する案内面になっていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の圧力センサにおいて、前記容積調整部材は、引抜加工によって得られるパイプであることを特徴とする圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサに係り、流体の圧力を導き入れる圧力導入孔内の容積を小さくして圧力検出時の応答性を向上させるのに好適な圧力センサに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
流体圧力の測定には、被検知圧力および大気圧の圧力差を検出して電気信号に変換する圧力センサが用いられている。
圧力センサは、流体の流路中に取り付けられる継手と、継手に溶接等によって取り付けられる圧力検出素子と、圧力検出素子に電気的に接続される出力手段とを備え、継手の圧力導入孔内に導かれた流体圧が圧力検出素子を形成するダイアフラムの歪みに変換され、この歪みがダイアフラム上の歪みゲージで検出され、この歪みゲージの抵抗値に応じた電気信号が出力手段から出力されるようになっている。
そして、例えば車載用の圧力センサの場合、継手に設けられる圧力導入孔は、最小の仕様のもので、長さ寸法が約２０mm程度、径寸法が約２．５mm程度であり（長さ寸法：径寸法＝８：１程度）、ドリルによって加工されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧力センサとしては、圧力導入孔の径寸法を小さくして内部容積をできる限り小さくし、これによって圧力検出素子での応答性を高めることが求められている。
しかしながら、従来のドリルによる加工では、圧力導入孔の径寸法をさらに小さくすることは困難であり、容易には内部容積を小さくできないという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、圧力導入孔内の容積を簡単に小さくして応答性を良好にできる圧力センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力センサは、流体の圧力を導入する圧力導入孔が設けられた継手と、この継手に取り付けられて前記圧力導入孔の一端を閉塞する圧力検出素子とを備えた圧力センサであって、継手の圧力導入孔内に当該圧力導入孔の径寸法よりも小さい径寸法の貫通孔を有する容積調整部材を配置するとともに、圧力検出素子を継手に溶接して取り付け、容積調整部材を継手と圧力検出素子との溶接箇所に対応した位置に配置することを特徴とするものである。
【０００６】
このような本発明においては、圧力導入孔内に、その径寸法よりも小さい径寸法の貫通孔を有する容積調整部材を配置するため、容積調整部材の肉厚によって圧力導入孔内の容積が小さくなり、圧力センサの応答性が向上する。また、より小さい径寸法の圧力導入孔をドリル加工によって設ける必要がなく、加工が簡単である。
【０００７】
また、継手と圧力検出素子とが溶接によって強固に取り付けられるうえ、容積調整部材を継手と圧力検出素子との溶接箇所に対応した位置に配置することにより、その容積調整部材が裏あて部材としての役目を果たすため、溶接時の突き抜けが防止されようになる。
【０００８】
また、本発明の圧力センサでは、継手と圧力検出素子との互いの当接部を、圧力検出素子の取付方向の前方に向かうに従って圧力導入孔の中央側に位置するようになるテーパ面とし、溶接を各テーパ面の傾斜角度方向から行うことが好ましい。
このような場合には、継手および圧力検出素子の互いの当接部分をテーパ面にし、これらのテーパ面の傾斜角度方向から溶接するため、溶接面積が大きくなって圧力検出素子の接合強度が一層強固になり、より高い圧力範囲での使用が可能になる。
【０００９】
さらに、本発明の圧力センサでは、容積調整部材を圧力導入孔の一端から突出して配置し、この突出部分の外側面を圧力検出素子に設けられた筒状部の内側面と接触する案内面にしてもよい。
このような場合には、圧力検出素子が容積調整部材の外側面に案内されるようになるため、圧力検出素子の配置が容易に行われるようになる。
【００１０】
また、以上において、容積調整部材は、引抜加工によって得られるパイプであることが望ましい。
圧力センサにおいて、その応答性は貫通孔の寸法精度によっても大きく左右される。従って、容積調整部材を引抜加工で形成することにより、寸法精度の高い貫通孔が得られ、品質の安定した圧力センサが得られるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る圧力センサ１を示す断面図である。
圧力センサ１は、図示しない流路の開口部分に嵌合される継手１０と、継手１０にビーム溶接された圧力検出素子２０と、検出した圧力に応じて外部に電気信号を出力する出力手段３０とを備えたものであり、車載用で特にブレーキの油圧を検出するセンサである。なお、本実施形態では、継手１０がフランジ４０によって流路にボルト止めされるように構成されているが、このようなフランジ４０を予め継手１０と一体に設けてもよい。
【００１２】
継手１０は、金属製とされ、中央に図中の上下（以下、上および下の記載は、図中での位置を意味し、必ずしも実際に取り付けられた場合の位置を意味するものではない）に貫通した圧力導入孔１１を有している。
この圧力導入孔１１は、径寸法が約２．５mm以上であり、ドリルによって容易に加工されるものである。圧力導入孔１１の上端側は、大きな径寸法にドリル加工された嵌合部１２となっており、この嵌合部１２にはパイプ１３が圧力導入孔１１から一部突出した状態に嵌合している。パイプ１３は、引抜加工によって得られる金属製の部材であり、その貫通孔１４の径寸法は、圧力導入孔１１の径寸法よりも充分に小さく、ドリル加工では困難な大きさである。
【００１３】
また、圧力導入孔１１の上部外周縁部分には、図２にも示すように、下方（圧力検出素子２０の取付方向の前方側）に向かうに従って圧力導入孔１１の中央側に位置するようになるテーパ面１５が設けられている。このテーパ面１５の角度は、圧力導入孔１１の径方向に対して３０°〜６０°、好ましくは３５°〜５５°、より好ましくは４０°〜５０°傾斜したものである。テーパ面１５のさらに外周側には、一段低い位置決め溝１６が設けられ、後述するケース３１の取付時に利用されるようになっている。
【００１４】
圧力検出素子２０は、金属ダイアフラム２１（図２）の上面に酸化シリコン等の絶縁膜を介して歪みゲージを設けた歪みゲージ型の素子（モジュール）である。この圧力検出素子２０では、ダイアフラム２１が下方の筒状部２２と一体に形成され、筒状部２２の内側面２２Ａをパイプ１３の外側面１３Ａに接触させることにより、圧力検出素子２０全体が案内面としての外側面１３Ａにガイドされながら継手１０の上部に配置され、これによって筒状部２２の内部と圧力導入孔１１とが連通してダイアフラム２１の感圧面に油圧が作用する。
【００１５】
筒状部２２の下端には継手１０のテーパ面１５と対向当接する別のテーパ面２３が設けられ、各テーパ面１５，２３同士が当接した状態でその傾斜角度に沿った方向からビーム溶接されている。この際、ビーム溶接は、溶け込み部Ａがパイプ１３に達するように行われており、パイプ１３が溶接箇所に対応した位置に配置されていることで溶接時の裏あて部材を兼用している。なお、各テーパ面１５，２３の傾斜角度が前述した下限の角度（３０°）よりも小さい場合には、溶接面積がさほど大きくならないことで溶接強度の向上が望めないうえ、溶接機が継手１０の周縁に設けられた立上部１７に干渉して溶接が不可能となる場合がある。また、反対に、上限の角度（６０°）よりも大きいと、溶接機と筒状部２２の上部側に形成された膨出部分とが干渉し合ううえ、溶接機や治具の調整が困難になって作業性が悪化する。
【００１６】
出力手段３０は、継手１０の位置決め溝１６に係止されることで位置決めされた電磁遮蔽用の金属製ケース３１と、ケース３１内の底部分に配置されて圧力検出素子２０を囲う樹脂製の台部材３２と、台部材３２の上方に配置された回路基板３３と、これらの各部材３１〜３３の全体を覆うコネクタ３４とで構成されている。そして、ケース３１は、継手１０に対してプロジェクション溶接等されている。また、台部材３２および回路基板３３が第１端子３５で接続され、回路基板３３およびコネクタ３４が第２端子３６で接続されている。
【００１７】
ケース３１には、図１、図３に示すように、側面の一部をプレスや切り起こし等で加工した支持部３７が設けられ、この支持部３７上に回路基板３３が載置されるようになっている。また、ケース３１の上端縁の一部には、回路基板３３の上面に折り曲げられる接点部３８が設けられ、接点部３８によって回路基板３３に設けられたアースラインとケース３１（最終的にはフランジ４０）とが電気的に接続されているとともに、回路基板３３が上方から押さえ込まれている。
【００１８】
台部材３２には第１端子３５の下端側がインサートモールドされている。第１端子３５の下端側は一部が露出しており、この露出した部分と圧力検出素子２０の前述した歪みゲージとがワイヤーボンディング等で電気的に接続されている。
【００１９】
回路基板３３には、ＩＣ、抵抗、コンデンサ等の電子回路部品が実装されて電気回路が形成されており、図３に示すように、この回路の入力側には第１端子３５の上端側が挿通されて半田付けされたスルーホール５１が設けられ、出力側には複数の第２端子３６（図１、図４において一つのみを図示）の下端側が半田付けされている。
【００２０】
コネクタ３４には樹脂製の受部材５２にインサートモールドされた複数のターミナル５３が設けられており、図４に示すように、これらのターミナル５３の下端側に設けられた挿通孔５５には第２端子３６の上端側が挿通されて半田付けされている。そして、各ターミナル５３は、受部材５２ごとコネクタ本体５４の内側から固定され、先端のみが露出するようになっている。また、コネクタ本体５４の下端側は、継手１０における立上部１７の内側にＯリング５６を介して位置するようになっており、立上部１７の先端をかしめることで継手１０に固定されるようになっている。
【００２１】
このような出力手段３０では、圧力検出素子２０のダイアフラム２１に作用する圧力は、ダイアフラム２１上の歪みゲージおよびこれに第１端子３５を介して接続された回路基板３３の電気回路によって電気抵抗値に変換され、さらに、電気回路によってその抵抗値が所定の電気信号に変換され、その電気信号が第２端子３６を介してコネクタ３４のターミナル５３から出力される。
【００２２】
図３には、そのような第１端子３５が拡大して示されている。なお、図３ではＩＣ等の図示を省略した。
第１端子３５は、台部材３２の側面から突出した水平部６１と、水平部６１の先端から鉛直方向に折曲した鉛直部６２とを備え、水平部６１が片持ち状態に支持された板バネとして作用することにより、第１端子３５が台部材３２および回路基板３３間で弾性変形可能になっている。また、鉛直部６２には、先端より若干基端側（水平部６１側）に後退した位置に回路基板３３の下面と当接する鍔部６３が設けられている。
【００２３】
このような第１端子３５は、回路基板３３が配置される以前の状態では（図示略）、鍔部６３の上端縁がケース３１の支持部３７の上端縁よりも上方に位置しており、このため、回路基板３３を支持部３７上に載置すると、回路基板３３の下面で鍔部６３が下方に押圧されて第１端子３５が弾性変形した状態になる（図中の矢印参照）。そして、この状態で、第１端子３５がスルーホール５１に半田付けされる。
【００２４】
図４には、第２端子３６が拡大して示されている。
第２端子３６は、回路基板３３上に半田付けされる接続部６４と、接続部６４の一端から上方に折曲した第１鉛直部６５と、第１鉛直部６５の端部から折曲した水平部６６と、水平部６６からさらに上方に折曲した第２鉛直部６７とを備え、これによって回路基板３３とターミナル５３との間でクランク状に形成されており、水平部６６が板バネとして作用することで弾性変形可能になっている。また、第２鉛直部６７には、先端より若干基端側（水平部６６側）に後退した位置にターミナル５３の下面と当接する一対の鍔部６８が設けられている。
【００２５】
このような第２端子３６は、ターミナル５３を鍔部６８に当接させた状態で半田付けした後、図１に示すように、ターミナル５３を受部材５２ごとコネクタ本体５４の挿入部６９に挿入配置し、さらに、コネクタ本体５４を継手１０に固定することで弾性変形する。つまり、第２端子３６は、コネクタ３４全体が継手１０に取り付けられた際に、初めて弾性変形するようになっている。
【００２６】
このような本実施形態においては、先ず、継手１０に圧力検出素子２０をビーム溶接する。次いで、ケース３１を継手１０に配置してプロジェクション溶接をした後、台部材３２を配置して接着し、この後、ワイヤーボンディングを行って圧力検出素子２０と第１端子３５を導通させる。
さらに、第１端子３５がスルーホール５１に挿通されるように回路基板３３を上方から配置し、ケース３１の接点部３８を折り曲げて回路基板３３を固定し、これによって第１端子３５を弾性変形させた状態にして半田付けを行う。
【００２７】
次に、受部材５２と一体になったターミナル５３を第２端子３６に半田付けし、受部材５２をコネクタ本体５４の挿入部６９に挿入して接着剤あるいはラッチ式で固定する。そして、コネクタ本体５４を継手１０に固定して第２端子３６を所定の形状に弾性変形させ、最後に、継手１０をかしめてコネクタ３４を固定し、以上により圧力センサ１の組立が完了する。
また、圧力センサ１を車体等に取り付ける際には、フランジ４０を用いてボルト止めすればよい。
【００２８】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
１）圧力導入孔１１内には、その径寸法よりも小さい径寸法の貫通孔１４を有するパイプ１３が配置されているため、パイプ１３の肉厚によって圧力導入孔１１内の容積を小さくでき、圧力センサ１の応答性を向上させることができる。
【００２９】
２）貫通孔１４は、その径寸法が圧力導入孔１１の径寸法よりも小さいが、ドリル加工によって設けられるものではなく、パイプ１３自身の引抜加工と同時に設けられるため、貫通孔１４の加工を簡単にでき、圧力導入孔１１内の容積調整を容易にできる。
【００３０】
３）継手１０と圧力検出素子２０とが溶接によって接合されているため、その接合強度を大きくできるうえ、その溶接の溶け込みがパイプ１３にまで達しているため、継手１０と圧力検出素子２０とを溶接することでパイプ１３の溶接も同時に行うことができ、パイプ１３の固定を強固にしかも効率的に行うことができる。
【００３１】
４）パイプ１３が継手１０と圧力検出素子２０との溶接箇所に対応した位置に配置されていることにより、パイプ１３が裏あて部材としての役目を果たすため、溶接時の突き抜けを確実に防止できる。
【００３２】
５）継手１０および圧力検出素子２０の互いの当接部分は、テーパ面１５，２３とされ、これらのテーパ面１５，２３の傾斜角度方向から溶接されているため、溶接面積が大きくなって圧力検出素子２０の接合強度を一層強固にでき、圧力センサ１をより高い圧力範囲で使用することができる。
【００３３】
６）パイプ１３は、圧力導入孔１１の一端から突出して配置され、この突出部分の外側面１３Ａが圧力検出素子２０の案内面になっているため、圧力検出素子２０に設けられた筒状部２２の内側面２２Ａをパイプ１３の外側面１３でガイドすることにより、圧力検出素子２０の取付作業を容易に行うことができる。
【００３４】
７）圧力センサ１において、その応答性は貫通孔の寸法精度によっても大きく左右されるが、パイプ１３が引抜加工で形成されているため、寸法精度の高い貫通孔１４を得ることができ、圧力センサ１の品質をより安定させることができる。
【００３５】
８）第１、第２端子３５，３６は、台部材３２および回路基板３３間、回路基板３３およびターミナル５３間でそれぞれ弾性変形可能であるうえ、第１、第２端子３５，３６には回路基板３３またはターミナル５３の各下面で押圧される鍔部６３，６８が設けられているため、圧力センサ１を組み立てた際には各端子３５，３６を所定量だけ弾性変形させておくことができる。従って、各端子３５，３６には周囲の温度に関係なく常に回路基板３３やターミナル５３による反力が生じるため、これらの反力で各端子３５，３６の熱膨張によって生じる半田付け部分の応力をキャンセルでき、半田付け部分に実質的な応力を生じないようにできる。以上により、圧力センサ１を車体のエンジン周り等、高温となる箇所に設置しても、半田付け部分の劣化を有効に防止できる。
【００３６】
９）この際、第１、第２端子３５，３６は、熱膨張によってさらに弾性変形するため、第１端子３５の鍔部６３と回路基板３３のスルーホール５１周りとの当接部分や、第２端子３６の鍔部６８とターミナル５３の挿通孔５５周りとの当接部分に生じる応力も低減できる。
【００３７】
１０）第１、第２端子３５，３６は、一端が片持ち状態に支持されたり、クランク状に折曲されたりして板バネとして作用するため、簡単な構造ながら各端子３５，３６に対して十分な弾性力を付与できる。
【００３８】
１１）継手１０には位置決め溝１６が設けられているため、ケース３１を配置して位置決めするのには、ケース３１の底面から突出した突起部分をその位置決め溝１６に係止させるだけでよく、位置決め作業を簡単に行える。
【００３９】
１２）位置決め溝１６が設けられていることにより、この位置決め溝１６で継手１０に生じる応力を低減でき、特に圧力検出素子２０への応力の影響を低減させて出力変動を減少させることができ、信頼性を向上させることができる。
【００４０】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、本発明に係る圧力センサは、図５に示すようなタイプのものであってもよい。
すなわち、図５に示す圧力センサ２は、前述の実施形態のようなフランジ４０を用いずに継手１０が流路の開口部に直にネジ止めされる点、継手１０に立上部１７が設けられていない点、これにともない、図６にも示すように、継手１０と圧力検出素子２０とが圧力導入孔１１の径方向から（軸方向に対して９０°方向から）ビーム溶接可能に設けられている点、さらに、コネクタ３４と継手１０との間にケース３１が配置され、このケース３１が外部に露出している点、そして、回路基板３３が金属製の蓋部材７１でも遮蔽されている点において、前述した圧力センサ１とは大きく異なる。また、その他、出力手段３０として、貫通コンデンサ７２やフレキシブル基板７３等が用いられている点や、コネクタ３４の形状等においても異なっている。他の構成は、圧力センサ１と略同じである。
このような圧力センサ２でも、前記実施形態と同様に、圧力導入孔１１内にパイプ１３が配置されているため、前述した１）〜４）、６）、７）の効果を得ることができる。ただし、この圧力センサ２では、継手１０および圧力検出素子２０の溶接が圧力導入孔１１の径方向から行われる構造であるため、互いの溶接面積を大きくするのには限界がある。
【００４１】
また、前記実施形態での圧力センサや図５に示す圧力センサ２では、パイプ１３が圧力導入孔１１の嵌合部１２に嵌合される構造であったが、圧力導入孔１１自身の径寸法とパイプ１１の外形寸法とを略同じ大きさにすることにより、嵌合部を設けずにパイプ１３を配置してもよい。また、このような場合、パイプ１３は、圧力導入孔１１の長手方向の全域にわたる長寸法を有するものであってもよい。
【００４２】
そして、本発明では、パイプ１３を必ずしも圧力導入孔１１から突出させる必要はなく、圧力導入孔１１の上端縁と面一に配置したり、圧力導入孔１１内に完全に没するように配置してもよい。ただし、このような場合、パイプ１３を継手１０および圧力検出素子２０の溶接の際の裏あて部材として用いることができない。また、そのことにより、その溶接による溶け込みを利用してパイプ１３を同時に固定することができないため、パイプ１３を圧力導入孔１１内に圧入する等して配置する必要がある。さらに、パイプ１３を圧力検出素子２０取付時のガイド部材として用いることもできない。従って、パイプ１３は、前記実施形態のように、継手１０および圧力検出素子２０の溶接位置に対応し、しかも、圧力導入孔１１から突出して配置されるのが好ましい。
【００４３】
前記実施形態では、パイプ１３が引抜加工によって形成されたものであったが、本発明では、引抜加工のに限らず、実施可能な任意の加工方法によってパイプ１３を製作してよい。
【００４４】
前記実施形態では、車載用で特にブレーキの油圧を検出する圧力センサが示されていたが、本発明の圧力センサは、それらに限定されないことは勿論であり、船舶、建築用重機、冷凍機、その他あらゆる機器に適用でき、また、空気圧、水圧等、任意の流体の圧力検出に適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、圧力導入孔内には、その径寸法よりも小さい径寸法の貫通孔を有する容積調整部材が配置されているため、容積調整部材の肉厚によって圧力導入孔内の容積を小さくでき、圧力センサの応答性を向上させることができる。また、より小さい径寸法の圧力導入孔をドリル加工によって設ける必要がなく、圧力導入孔内の容積調整を簡単にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサを示す断面図である。
【図２】前記実施形態の要部を拡大して示す拡大図である。
【図３】前記実施形態の構成部材を示す側面図であり、図１における矢印IIIから見た図である。
【図４】前記実施形態の他の構成部材を示す側面図であり、図１における矢印IVから見た図である。
【図５】本発明の変形例を示す断面図である。
【図６】前記変形例の拡大図である。
【符号の説明】
１，２    圧力センサ
１０        継手
１１        圧力導入孔
１３        容積調整部材であるパイプ
１３Ａ      外側面
１４        貫通孔
１５，２３  テーパ面
２０        圧力検出素子
２２Ａ      内側面
【図１】
0004118990.tif 000002
【図２】
0004118990.tif 000003
【図３】
0004118990.tif 000004
【図４】
0004118990.tif 000005
【図５】
0004118990.tif 000006
【図６】
0004118990.tif 000007