(57)【要約】【課題】高温領域でも使用可能な圧力センサを提供する。【解決手段】圧力センサ１０は、測定用配管に固定されるハウジング２０と、このハウジング２０よりも比熱の小さいコネクタケース３０と、被検出媒体の圧力によるダイアフラム４２の変形に応じた電気信号を出力するセンサ素子４４と、この電気信号に応じた出力信号を作成する環状基板５０とを備えている。ハウジング２０とコネクタケース３０とを組み付けることにより形成される冷却室Ｓｃ内に、センサ素子４４および環状基板５０が配置されるとともに冷却液Ｗが充填される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被検出媒体が流れる被取付部材に取付可能なハウジングであって、前記被検出媒体を導入するための導入孔が形成されるハウジングと、
外部との信号のやりとりを行うためのターミナルを有するコネクタケースであって前記ハウジングよりも比熱の小さいコネクタケースと、
前記導入孔を介して導入される前記被検出媒体の被検出圧力に応じて変位するダイアフラムと、
前記ダイアフラムの変位に基づいて前記被検出圧力を検出するセンサ素子と、
前記ハウジングと前記コネクタケースとを組み付けることにより形成される密閉空間であって前記センサ素子がその内部に配置される密閉空間と、
前記密閉空間内に充填される絶縁性液体と、
を備えることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記センサ素子から出力される信号を処理して前記ターミナルを介して外部に出力する回路素子を備え、
前記回路素子は、前記密閉空間内に配置され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】
前記ハウジングの外周には凹状の溝部が１または複数形成され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。
【請求項４】
前記ハウジングの外周には凸状の突起部が１または複数形成され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。
【請求項５】
前記密閉空間を構成するハウジングの内周には凹状の溝部が１または複数形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記密閉空間を構成するハウジングの内周には凸状の突起部が１または複数形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記コネクタケースには前記密閉空間に対して弾性膜により区画された内圧調整空間が形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記コネクタケースには前記内圧調整空間を大気に連通する連通孔が形成されることを特徴とする請求項７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、高温領域にて使用される圧力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高温領域にて使用される圧力センサとして、下記特許文献１に示す圧力センサが知られている。この圧力センサは、被検出圧力に応じて変形可能なダイアフラムが形成された金属製ステムを備えており、被検出圧力により変形するダイアフラムに応じて変化する歪みゲージの抵抗値に基づいて被検出圧力を検出する。
【０００３】
この圧力センサでは、歪みゲージを単一の導電型の不純物（例えば、Ｐ型不純物）のみで構成することにより、ＰＮ接合部分をなくしている。このため、ＰＮ接合部分における電流リークがなくなり高温領域での使用を可能としている。
【特許文献１】特開２００７−２７１２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のように特別な歪みゲージを採用することにより高温領域での使用を可能とすると、他の素子もより高い耐熱性をもたせる必要があり、圧力センサの製造コストが増大するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高温領域でも使用可能な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】
【０００６】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の圧力センサでは、内部に被検出媒体が流れる被取付部材に取付可能なハウジング（２０）であって、前記被検出媒体を導入するための導入孔（２４）が形成されるハウジングと、外部との信号のやりとりを行うためのターミナル（３１）を有するコネクタケース（３０）であって前記ハウジングよりも比熱の小さいコネクタケースと、前記導入孔を介して導入される前記被検出媒体の被検出圧力に応じて変位するダイアフラム（４２）と、前記ダイアフラムの変位に基づいて前記被検出圧力を検出するセンサ素子（４４）と、前記ハウジングと前記コネクタケースとを組み付けることにより形成される密閉空間（Ｓｃ）であって前記センサ素子がその内部に配置される密閉空間と、前記密閉空間内に充填される絶縁性液体（Ｗ）と、を備えることを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明では、内部に被検出媒体が流れる被取付部材、例えば、エンジンの測定用配管に取付可能なハウジングと、このハウジングよりも比熱の小さいコネクタケースとを組み付けることにより形成される密閉空間内に、センサ素子が配置されるとともに絶縁性液体が充填される。
【０００８】
被検出媒体およびこの被検出媒体が流れる被取付部材が高温である場合には、被取付部材に取り付けられるハウジングが高温になる。一方、コネクタケースはハウジングよりも比熱の小さいことからハウジングの熱が伝達されにくいため、ハウジングと比較して温度が低くなる。
【０００９】
このため、密閉空間内のハウジング近傍の絶縁性液体が、密閉空間内のコネクタケース近傍の絶縁性液体に対して温度が高くなる。このように絶縁性液体に温度差が生じると、絶縁性液体が密閉空間内を対流することとなり、高温部であるハウジングと絶縁性液体との熱交換によりハウジングが冷却され、低温部であるコネクタケースと絶縁性液体との熱交換により絶縁性液体自体が冷却される。
【００１０】
また、センサ素子には、高温部であるハウジング等から熱が伝達される。このとき、センサ素子は、絶縁性液体が対流する密閉空間内に配置されているので、当該センサ素子と絶縁性液体との間で熱交換がなされ、センサ素子を冷却することができる。特に、センサ素子が冷却されるので、高温領域にて使用するために耐熱性を高めたセンサ素子を採用する場合と比較して、他の周辺素子の耐熱性を高める必要もなく、耐熱性に関する製造コストの増大を抑制することができる。
したがって、上述のように構成される圧力センサを高温領域でも使用することができる。
【００１１】
請求項２の発明では、センサ素子から出力される信号を処理してコネクタケースのターミナルを介して外部に出力する回路素子が設けられており、この回路素子は、密閉空間内に配置されている。これにより、回路素子をセンサ素子と同様に冷却することができる。
【００１２】
請求項３の発明では、ハウジングの外周には凹状の溝部が１または複数形成されている。これにより、ハウジングの外周の表面積が大きくなるので、ハウジングの放熱効果を高めることができる。その結果、絶縁性液体の温度上昇が抑制されるので、センサ素子等の冷却効果を向上させることができる。
【００１３】
請求項４の発明では、ハウジングの外周には凸状の突起部が１または複数形成されている。このようにしても、ハウジングの外周の表面積が大きくなるので、ハウジングの放熱効果を高めることができる。その結果、絶縁性液体の温度上昇が抑制されるので、センサ素子等の冷却効果を向上させることができる。
【００１４】
請求項５の発明では、密閉空間を構成するハウジングの内周には凹状の溝部が１または複数形成されている。これにより、ハウジングの内周の表面積が大きくなるので、ハウジングと絶縁性液体との熱交換を促進することができる。その結果、ハウジングの冷却効果が向上するので、ハウジングからの熱の伝達によるセンサ素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１５】
請求項６の発明では、密閉空間を構成するハウジングの内周には凸状の突起部が１または複数形成されている。このようにしても、ハウジングの内周の表面積が大きくなるので、ハウジングと絶縁性液体との熱交換を促進することができる。その結果、ハウジングの冷却効果が向上するので、ハウジングからの熱の伝達によるセンサ素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
請求項７の発明では、コネクタケースには上記密閉空間に対して弾性膜により区画された内圧調整空間が形成されている。密閉空間内に充填されている絶縁性液体は、温度上昇に伴い熱膨張する。このとき、コネクタケースには上記密閉空間に対して弾性膜により区画された内圧調整空間が形成されているので、絶縁性液体の熱膨張に応じて弾性膜が内圧調整空間内に入り込むように弾性変形することにより密閉空間が広くなる。これにより、密閉空間内における絶縁性液体の圧力が一定に保たれるので、絶縁性液体の熱膨張に起因する圧力がダイアフラムの変位に影響することを抑制することができる。
【００１７】
請求項８の発明では、コネクタケースには内圧調整空間を大気に連通する連通孔が形成されている。これにより、内圧調整空間の圧力が周囲温度に応じて変化することなく常に大気圧に等しくなるように調整されるので、密閉空間における絶縁性液体の熱膨張の影響を確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る圧力センサ１０の構成概要を示す断面図である。
【００１９】
圧力センサ１０は、高温領域にて、例えば、エンジンの測定用配管を流れる被検出媒体の圧力（被検出圧力）を検出するセンサである。
図１に示すように、圧力センサ１０は、被取付部材としての測定用配管に取付可能なハウジング２０と、ピン状のターミナル３１がインサート成形等により一体成形されたコネクタケース３０とを備えている。
【００２０】
ハウジング２０は、例えば、ステンレス等の金属により中空形状に形成されており、その下部の外周面には、測定用配管に締結可能な雄ねじ部２１が形成されている。このハウジング２０の上部には、周壁２２に囲まれた開口部２３が形成されている。また、ハウジング２０の下面には、開口部２３に連通する圧力導入孔２４が形成されており、ハウジング２０がその雄ねじ部２１にて上記測定用配管に締結されて固定されたとき、この測定用配管内を流れる被検出媒体が圧力導入孔２４に導入されることとなる。
【００２１】
ハウジング２０の周壁２２の外周には長溝状のスリット２５が３箇所形成されている。これにより周壁２２の外周面の表面積が大きくなっている。なお、スリット２５は、長溝状に形成されることに限らず、凹状の溝部が複数設けられるように形成されてもよい。また、スリット２５は、３箇所に限らず、１箇所、２箇所や４箇所以上形成されてもよい。
【００２２】
ハウジング２０の圧力導入孔２４の上部には、有底筒状に加工された金属製のステム４０が固定されている。ステム４０は、その下部外周面に形成された雄ねじ部４１とハウジング２０の圧力導入孔２４の上部内周面に形成された雌ねじ部２４ａとの締結により固定されている。
【００２３】
当該ステム４０は、その上部に圧力導入孔２４を介して導入される被検出媒体の圧力によって変位可能な薄肉状のダイアフラム４２を有するとともに、その下部にダイアフラム４２に通じる開口部４３を有している。
【００２４】
ステム４０が圧力導入孔２４に締結されると、この圧力導入孔２４と開口部４３とが連通し、被検出媒体が圧力導入孔２４および開口部４３を介してダイアフラム４２に導入されることとなる。
【００２５】
また、ダイアフラム４２の外面上には、当該ダイアフラム４２の変形に応じた電気信号を出力する歪ゲージ等を有するセンサ素子４４が設けられている。このセンサ素子４４は、圧力導入孔２４を介して開口部４３内に導入された圧力によってダイアフラム４２が変位したとき、この変位に応じた歪ゲージの抵抗値の変化を電気信号に変換して出力する検出部として機能するものである。
【００２６】
ハウジング２０の開口部２３内には、センサ素子４４からの電気信号に応じた出力信号を作成する環状基板５０が環状スペーサ５１を介して配置されている。この環状基板５０は、具体的には、信号変換機能などを有するＩＣチップや、センサ素子４４から入力される電気信号の処理を行うと共にそれに応じた出力信号を発生させる信号処理回路、配線パターンなどを備えた回路素子としての機能を有するものである。
【００２７】
センサ素子４４と環状基板５０とは、ボンディングワイヤ５２で結線されて電気的に接続されており、センサ素子４４の信号が、環状基板５０に配置された回路およびＩＣチップに入力されるようになっている。
【００２８】
環状スペーサ５１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂により環状に形成されており、その内周穴にステム４０の上部を挿通させるようにハウジング２０の開口部２３の底壁上に配置されている。このように形成される環状スペーサ５１上に環状基板５０を配置することにより、環状基板５０をステム４０のダイアフラム４２上のセンサ素子４４に近接させている。
【００２９】
この環状スペーサ５１と開口部２３およびステム４０との間には、シリコーンゴム等のシール材５３が充填されている。このシール材５３により、環状スペーサ５１が開口部２３内に固着されるとともに、開口部２３と圧力導入孔２４との間の気密性が確保されている。
【００３０】
コネクタケース３０は、合成樹脂等、ハウジング２０よりも比熱が小さな材料により形成されている。コネクタケース３０の上部には、周壁３２に囲まれた上側開口部３３が形成されている。この上側開口部３３内には、ターミナル３１の一側端部が突出している。
【００３１】
コネクタケース３０の下部には、２つの開口部３４，３５が形成されており、開口部３４内には、ターミナル３１の他側端部が露出している。
【００３２】
開口部３５には当該開口部３５をコネクタケース３０の下面に対して密封するように内圧調整用ダイアフラム３６が設けられており、これら開口部３５および内圧調整用ダイアフラム３６により内圧調整室Ｓａが区画されている。内圧調整用ダイアフラム３６は、例えば、合成ゴム等の柔らかい弾性体で形成されており、内圧調整室Ｓａ内の圧力と内圧調整室Ｓａ外の圧力との圧力差に応じて弾性変形するように構成されている。また、内圧調整室Ｓａ内の圧力が周囲温度に応じて変化することなく大気圧に等しくなるように、開口部３５および上側開口部３３を連通する連通孔３７が形成されている。
【００３３】
このように構成されるコネクタケース３０の下端部をハウジング２０の周壁２２の内周面上部に形成される断部２２ａに嵌合させるとともに、ハウジング２０の周壁２２の先端部をコネクタケース３０の外壁にかしめることにより、ハウジング２０とコネクタケース３０とを一体化する。その際、環状基板５０上の回路と、対応するターミナル３１の一端側をターミナル５４等を介して電気的に接続する。そして、ターミナル３１の他側端部が図示しない外部コネクタなどに接続されることで、外部の相手側回路等へ配線部材を介して電気的に接続される。なお、コネクタケース３０の外周面下部とハウジング２０の断部２２ａとの間にはＯリング６０が配置され、これらの間の気密性が確保されている。
【００３４】
また、ハウジング２０およびコネクタケース３０を上述のように一体化する際、ハウジング２０の周壁２２の内周面とコネクタケース３０の下面とステム４０および環状基板５０等により区画される密閉空間（以下、冷却室Ｓｃともいう）に冷却液Ｗが充填される。この冷却液Ｗは、粘度が低く絶縁性に優れるフッ素系液体またはシリコン系液体等であって、ステム４０のダイアフラム４２上のセンサ素子４４や環状基板５０上の回路等に直接接触して熱交換する役割を果たす。
【００３５】
このように構成される圧力センサ１０を被検出媒体が流れる測定用配管に取り付けて作動状態にする。そして、被検出媒体がハウジング２０の圧力導入孔２４を介してステム４０の開口部４３内に導入されると、この被検出媒体の圧力によりダイアフラム４２が変形する。このダイアフラム４２の変形に応じた信号がセンサ素子４４から環状基板５０に出力されると、環状基板５０の回路等で処理された信号がターミナル３１等を介して外部の相手側回路等に出力される。
【００３６】
このとき、被検出媒体およびこの被検出媒体が流れる測定用配管が高温であるため、測定用配管に取り付けられるハウジング２０と、このハウジング２０に固定されるステム４０とが高温になる。一方、コネクタケース３０はハウジング２０に対して比熱が小さい樹脂製であることからハウジング２０の熱が伝達されにくいため、ハウジング２０やステム４０と比較して温度が低くなる。
【００３７】
このため、ハウジング２０やステム４０近傍（冷却室Ｓｃ下部）の冷却液Ｗが、コネクタケース３０近傍（冷却室Ｓｃ上部）の冷却液Ｗに対して温度が高くなる。そうすると、冷却室Ｓｃ下部にて高温になった冷却液Ｗが冷却室Ｓｃ上部に向かって流れ、冷却室Ｓｃ上部にてコネクタケース３０等と熱交換を行い冷却された後、冷却室Ｓｃ下部に向かって流れる。すなわち、ハウジング２０等とコネクタケース３０等との温度差により、冷却液Ｗが冷却室Ｓｃ内を上下に対流する。
【００３８】
このため、高温部であるハウジング２０と冷却液Ｗとの熱交換によりハウジング２０が冷却され、低温部であるコネクタケース３０と冷却液Ｗとの熱交換により冷却液Ｗ自体が冷却される。
【００３９】
また、センサ素子４４や環状基板５０等には、高温部であるハウジング２０やステム４０等から熱が伝達される。このとき、センサ素子４４や環状基板５０等は、冷却液Ｗが対流する冷却室Ｓｃ内に配置されているので、センサ素子４４や環状基板５０等と冷却液Ｗとの間で熱交換がなされ、センサ素子４４や環状基板５０等を冷却することができる。
【００４０】
特に、ハウジング２０の周壁２２の外周にはスリット２５が３箇所形成されることにより周壁２２の外周面の表面積が大きくなっているので、ハウジング２０の放熱効果が向上し、冷却液Ｗの温度上昇が抑制される。
【００４１】
また、冷却室Ｓｃ内に充填されている冷却液Ｗが熱膨張すると、内圧調整室Ｓａ内において、この冷却液Ｗの熱膨張だけ内圧調整用ダイアフラム３６が開口部３５内に入り込むように弾性変形して冷却室Ｓｃが広くなる。これにより、冷却室Ｓｃ内における冷却液Ｗの圧力が一定に保持される。特に、開口部３５は、連通孔３７を介して上側開口部３３に連通しているので、内圧調整室Ｓａ内の圧力は、周囲温度に応じて変化することなく常に大気圧に等しくなるように調整されることとなる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に係る圧力センサ１０では、測定用配管に固定されるハウジング２０と、このハウジング２０よりも比熱の小さいコネクタケース３０とを組み付けることにより形成される冷却室Ｓｃ内に、センサ素子４４および環状基板５０が配置されるとともに冷却液Ｗが充填される。
【００４３】
被検出媒体およびこの被検出媒体が流れる測定用配管が高温である場合には、測定用配管に取り付けられるハウジング２０が高温になる一方、ハウジング２０よりも比熱の小さいコネクタケース３０はハウジング２０と比較して温度が低くなる。
【００４４】
このため、冷却室Ｓｃ下部の冷却液Ｗが、冷却室Ｓｃ上部の冷却液Ｗに対して温度が高くなり冷却液Ｗが冷却室Ｓｃ内を対流することから、高温部であるハウジング２０と冷却液Ｗとの熱交換によりハウジング２０が冷却され、低温部であるコネクタケース３０と冷却液Ｗとの熱交換により冷却液Ｗ自体が冷却される。
【００４５】
このとき、センサ素子４４および環状基板５０は、冷却液Ｗが対流する冷却室Ｓｃ内に配置されているので、センサ素子４４および環状基板５０と冷却液Ｗとの間で熱交換がなされ、センサ素子４４および環状基板５０を冷却することができる。特に、センサ素子４４および環状基板５０が冷却されるので、高温領域にて使用するために耐熱性を高めたセンサ素子や基板を採用する場合と比較して、他の周辺素子の耐熱性を高める必要もなく、耐熱性に関する製造コストの増大を抑制することができる。
したがって、上述のように構成される圧力センサ１０を高温領域でも使用することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る圧力センサ１０では、ハウジング２０の外壁２２の外周にはスリット２５が３箇所形成されている。これにより、ハウジング２０の外周の表面積が大きくなるので、ハウジング２０の放熱効果を高めることができる。その結果、冷却液Ｗの温度上昇が抑制されるので、センサ素子４４および環状基板５０等の冷却効果を向上させることができる。
【００４７】
さらに、本実施形態に係る圧力センサ１０では、コネクタケース３０には冷却室Ｓｃに対して内圧調整用ダイアフラム３６により区画された内圧調整室Ｓａが形成されている。これにより、冷却液Ｗの熱膨張に応じて内圧調整用ダイアフラム３６が内圧調整室Ｓａ内に入り込むように弾性変形することにより冷却室Ｓｃが広くなる。その結果、冷却室Ｓｃ内における冷却液Ｗの圧力が一定に保たれるので、冷却液Ｗの熱膨張に起因する圧力がステム４０のダイアフラム４２の変位に影響することを抑制することができる。
【００４８】
さらに、本実施形態に係る圧力センサ１０では、コネクタケース３０には内圧調整室Ｓａを大気に連通する連通孔３７が形成されている。これにより、内圧調整室Ｓａの圧力が周囲温度に応じて変化することなく常に大気圧に等しくなるように調整されるので、冷却室Ｓｃにおける冷却液Ｗの熱膨張の影響を確実に抑制することができる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）図２は、第１の変形例における圧力センサ１０の構成概要を示す断面図である。
図２に示すように、上述したハウジング２０において、周壁２２の外周に設けられる長溝状のスリット２５に代えて、周壁２２の外周面から外方に凸状に突出するフィン２６を複数設けてもよい。このようにしてもハウジング２０の外周の表面積を大きくすることができる。また、周壁２２の外周面をメッシュ状に形成して表面積を大きくしてもよい。
【００５０】
（２）図３は、第２の変形例における圧力センサ１０の構成概要を示す断面図である。
図３に示すように、上述したハウジング２０において、周壁２２の外周に設けられる長溝状のスリット２５に代えて、周壁２２の内周面から内方にて上下方向に長く凸状に突出する突起部２７を複数設けてもよい。これにより、ハウジング２０の内周の表面積が大きくなるので、ハウジング２０と冷却液Ｗとの熱交換を促進することができる。その結果、ハウジング２０の冷却効果が向上するので、ハウジング２０からの熱の伝達によるセンサ素子４４および環状基板５０等の温度上昇を抑制することができる。また、周壁２２の内周面に１または複数の凹状の溝部を形成して表面積を大きくしてもよい。
【００５１】
（３）図４は、第３の変形例における圧力センサ１０の構成概要を示す断面図である。
図４に示すように、上述したハウジング２０において、周壁２２の外周に設けられる長溝状のスリット２５に加えて、上述した突起部２７を複数設けてもよい。これにより、ハウジング２０の外周および内周の表面積が大きくなるので、ハウジング２０の放熱効果を高めるとともにハウジング２０と冷却液Ｗとの熱交換を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態に係る圧力センサの構成概要を示す断面図である。
【図２】第１の変形例における圧力センサの構成概要を示す断面図である。
【図３】第２の変形例における圧力センサの構成概要を示す断面図である。
【図４】第３の変形例における圧力センサの構成概要を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０…圧力センサ
２０…ハウジング
２２…周壁
２４…圧力導入孔（導入孔）
２５…スリット
２６…フィン
２７…突起部
３０…コネクタケース
３１…ターミナル
３５…開口部
３６…内圧調整用ダイアフラム
３７…連通孔
４０…ステム
４２…ダイアフラム
４４…センサ素子
５０…環状基板（回路素子）
Ｓａ…内圧調整室（内圧調整空間）
Ｓｃ…冷却室（密閉空間）
Ｗ…冷却液（絶縁性液体）
【図１】
2009264945.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009264945.tif 000005
【図４】
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