JPH04131727A - 差圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は差圧センサに関し、特に２つの流体の圧力を検
出し、その差を測定する差圧センサであり、受圧部に配
設される歪みゲージ等からなる応力検出部が流体から完
全に保護される構造を有する差圧センサに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来の差圧センサの構成の一例を第６図に基づき説明す
る。この差圧センサ１００は、３つのブロック部材１０
０ａ、１００ｂ、１００ｃから構成され、これらは、そ
れぞれの間にシールダイヤフラム１０１が介設され且つ
ボルト１０２で結合されることにより、図示される如く
２種類の流体１０３ａと１０３ｂがそれぞれ導入される
内部空間とシリコンオイル１０４が充填される内部空間
とを形成している。１０５ａは流体１０３ａを導入する
孔であり、１０５ｂは流体１０３ｂを導入するための孔
である。ブロック部材１００ｂはダイヤフラム部材設置
箇所１０６と前記シリコンオイル１０４を連通させる孔
１０７を有する。設置箇所１０６にダイヤフラム部材１
０８を設置することによりシリコンオイル１０４は２つ
の部分に分離２、される。ダイヤフラム部材１０８は接
着剤等でブロック部材１００ｂに接合される。

上記のダイヤフラム部材１０８は受圧部を有し、第６図
中受圧部の上面に例えばシリコン単結晶の膜を形成し、
更にこのシリコン単結晶膜を利用して歪みゲージを形成
している。ダイヤフラム部材１０８の受圧部では、表裏
の両面にシリコンオイル１０４が接液することになり、
この２つの接液面がそれぞれ受圧面となる。ダイヤフラ
ム部材１０８のの上面に形成された歪みゲージは保護膜
で覆われており、且つ電極膜を介してボンディングワイ
ヤ１０９に接続される。このボンディングワイヤ１０９
の他方の端部は所定のターミナル基板１１０に接続され
る。１１１は引出し線であり、この引出し線１１１はブ
ロック部材１００ｂに形成された孔１１２を通して前記
ターミナル基板１１０に接続され、これにより前記ボン
ディングワイヤ１０９に接続される。引出し線１１１が
配置される孔１１２にはハーメチックシール１１３が施
され、引出し線１１１とブロック部材１００ｂを絶縁す
ると共にシリコンオイル１０４の外部漏出を防いでいる
。ボンディングワイヤと引出し線は所要の本数存在する
が、図示例では便宜上１本のみを示している。外部に取
出された引出し線１１１は信号処理を行う図示しない電
気回路部に接続される。

上記構成を有する差圧センサでは、２つの流体１０３ａ
と１０３ｂがシールダイヤフラム１０１に印加され、こ
れを受けて２領域のシリコンオイル１０４のそれぞれが
ダイヤフラム部材１０８の対応する受圧面に流体の圧力
を伝えることにより、測定対象である２つの流体１０３
ａと１０３ｂの差圧が検出される。ダイヤフラム部材１
０８の圧力検出部に測定対象の流体が直接に接触しない
ようにシリコンオイル１０６を介在させた間接的な差圧
検出構造となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第６図に示す構造を有する従来の差圧センサでは、各流
体圧を測定するに当たって、流体圧を先ずシリコンオイ
ル１０４の液圧に変換してダイヤフラム部材に圧力を加
えるように構成しており、流体圧そのものの圧力を直接
に測定している訳ではないので、圧力測定精度が低下す
るという欠点を有している。更に構造上、シールダイヤ
フラム１０１を必要とし、差圧センサとして複雑な構造
を有し、またシリコンオイル等ｄ液圧が検出部の電気配
線等に直接影響する構造を有しているため、高圧シール
が必要となり、ハーメチックシールが必要であった。

また従来の差圧センサのその他の構成例としてダイヤフ
ラムの一方の面に応力検出部を設け、且つこの応力検出
部を保護膜で覆って保護し、ダイヤフラムの両面に流体
を直接に接液させて２つの流体圧の差を検出するように
構成したものもある。

このセンサの構造では、応力検出部を保護する保護膜と
電気配線である引出し線との間の保護状態の信頼性が低
下するという不具合が存在する。つまり応力検出部を構
成する電気部分のすべてを全面的にパッシベーション膜
で保護することができないという欠点を有している。更
に、その他の条件として引出し線を流体から保護するハ
ーメチックシール部は高圧に耐えるように作られること
が要求される。

従来の差圧センサでは、以上の如く、１つの受圧部の２
つの面に圧力を印加しこれらの２つの圧力の差を直接に
検出するように構成していた。従って圧力を検出するた
めの検出部を設けるに当たり、必ず検出部が流体に接液
されるのを免れることができなかった。従って、何等か
の保護手段を設ける必要があったが、完全な保護を行う
ことができず、このことが動作信頼性を低減させていた
。

また受圧部の２つの面をそれぞれ受圧面として、２つの
流体圧を印加するように構成したものでは、各流体につ
いて圧力を検出するための拘束条件が構造上同一となら
ない傾向にあり、測定精度が低下するという不具合が存
在した。

本発明の目的は、従来の差圧センサに関する前記問題を
有効に解決することにあり、圧力を測定する電気回路部
が測定しようとする流体から完全に隔離されて流体の圧
力から保護され、特別なシール手段や保護膜を設ける必
要がなく、検出部の配設や電気配線の構造が簡素となり
、圧力測定部の動作信頼性が高くなると共に、２つの流
体圧の測定のための条件をセンサ構造上同じにして測定
精度を向上するようにした差圧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〕

本発明に係る差圧センサは、前記目的を達成するため、
第１の流体圧と第２の流体圧を受け、２つの前記流体圧
の差圧を検出する差圧センサにおいて、前記第１の流体
圧を受ける受圧面を有する第１のセンサ半体と前記第２
の流体圧を受ける受圧面を有する第２のセンサ半体とか
らなり、第１と第２の前記センサ半体における前記受圧
面の裏側面に応力検出部を設け、２つの前記センサ半体
を、それぞれの前記裏側面が対向するように組み付けた
ことを特徴とする。

本発明に係る差圧センサは、前記の構成において、前記
第１及び第２のセンサ半体に設けられた前記応力検出部
は、流体圧を測定しようとする流体から隔離されたスペ
ース内に配置されることを特徴とする。

本発明に係る差圧センサは、前記の構成において、前記
第１のセンサ半体と前記第２のセンサ半体とは同一形状
であり、対称的な配置で組み付けられることを特徴とす
る。

本発明に係る差圧センサは、前記の構成において、前記
第１及び第２のセンサ半体のうち少なくとも一方は、ダ
イヤフラム部とその支持部を有し、これらが一体的に形
成されたものであることを特徴とする。

本発明に係る差圧センサは、前記の構成において、第１
及び第２のセンサ半体のうち少なくとも一方は、金属製
板状ダイヤフラムとこれを取付は支持する支持部材とか
らなることを特徴とする。

〔作用〕

本発明による差圧センサでは、第１及び第２の流体圧の
それぞれに対して圧力を検出するセンサ半体を設け、各
センサ半体はそれぞれの流体圧を受ける面を備えた受圧
部を有し且つ二〇受圧面の裏側の面に応力検出部を形成
し、更に２つのセンサ半体は応力検出部が設けられた面
が背中合わせとなるように組み付けて一体化される。

本発明による差圧センサでは、それぞれのセンサ半体の
応力検出部が設けられた面が背中合わせになるように配
置されることにより、流体の影響を受けないスペースに
配置され、そのため流体から保護する特別な保護手段を
必要としない。

本発明による差圧センサでは、２つのセンサ半体の形状
は同一であり、且つこれらのセンサ半体は背中合わせで
対称的な位置関係で配設されるために、流体圧を受ける
構造的条件が同一・になり、圧力検出のばらつきが生じ
ない。

本発明による差圧センサでは、センサ半体は測定しよう
とする流体圧に応じて任意の構造で作ることができる。

特に高圧の流体圧について差圧を検出するときには金属
製のダイヤフラムを用いることが望ましい。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図及び第２図に基づいて本発明に係る差圧センサの
第１実施例を説明する。第１図は差圧センサの縦断面図
、第２図は第１図中のｎ−ｎ線断面図ある。差圧センサ
は２つのダイヤフラム基体１．２を組み合わせて構成さ
れる。第１のダイヤフラム基体１と第２のダイヤフラム
基体２は全く同じ構造を有しており、それぞれセンサ半
体となる。ダイヤフラム基体１，２は厚肉のリング形支
持部１ａ、２ａとその天井部に位置するダイヤフラム部
１ｂ、２ｂとからなり、これらは一体的に形成されてい
る。支持部１ａ、２ａは厚肉の例えば偏平円筒形状を有
し、ダイヤフラム部を支持する機能を有する。ダイヤフ
ラム部１ｂ、２ｂは。

この実施例では薄肉円形の形態を有した受圧部としての
機能を有する。ダイヤフラム基体１では方向Ａから流体
圧が加わり、ダイヤフラム基体２では方向Ｂから流体圧
が加わる。従って、ダイヤフラム部１ｂでは図中上面が
圧力流体に接液する受圧面となり、ダイヤフラム部２ｂ
では図中下面が受圧面となる。

ダイヤフラム基体１のダイヤフラム部１ｂにおいて、前
記受圧面の裏側の面には、第２図に示されるように、応
力検出部が設けられ、この応力検出部は受圧面に加わる
流体圧でダイヤフラム部１ｂが変形したとき、ダイヤフ
ラム部１ｂに生じる応力を測定し、流体圧を検出する。

応力検出部では、ダイヤプラム部１ｂの裏側面に所定の
配置状態で４個の歪みゲージ３が配設され、且つこれら
の歪みゲージは電極４で接続されている。ダイヤフラム
基体２のダイヤフラム部２ｂにおいても、受圧面の裏側
の面に同様に応力検出部を設けられている。なお第２図
において、５は接点部であり、これらの接点部５のそれ
ぞれに信号取出し用の電気配線の一端が接続される。

本発明による差圧センサは、それぞれセンサ半体である
２つのダイヤフラム基体１，２を、応力検出部を備えた
ダイヤフラム部１ｂ、２ｂの面が対向するように、背中
合わせの位置関係で配置し、２つのダイヤフラム基体１
，２の間にリング部材６を介設して組み付けている。２
つのダイヤフラム基体１．２とリング部材６によってス
ペース７が形成されるが、このスペース７は流体の存在
する箇所から隔離され、電気配線等の引出し部を除いて
ほぼ封止状態にある。この空間７の大きさは小さいほど
よい。すなわち、各ダイヤフラム部１ｂ、２ｂの受圧面
の反対側の背面に配設された応力検出部の温度条件が同
一になるように、できる限り接近させて配設するように
構成されている。

複数の接点部５に接続された電気配線はスペース７内に
配置され、例えばリング部材６に形成された孔等を経由
して外部に引き出される。

前記構造を有する差圧センサは、同一の構造を有する２
つのダイヤフラム基体１，２とリング部材６を組み合わ
せて構成される。同一の構造及び機能を有するダイヤフ
ラム基体、すなわちセンサ半体を２個組み合わせて作る
ことができるので、簡素な構造になると共に複雑面倒な
加工を必要とせず、製作が容易である。また差圧センサ
として機能するとき、第１の流体圧を受ける第１のダイ
ヤフラム基体１の圧力印加条件と、第２の流体圧を受け
る第２のダイヤフラム基体２の圧力印加条件が、構造上
その対称性に基づき同一となるので、２つの流体圧を得
る拘束条件が同じとなり、条件の相違に起因するばらつ
きがなくなり、検出精度が向上する。

次に前記差圧センサを組み付けた差圧検出装置全体の構
成例を第３図に基づいて説明する。第３図中第１図で示
した同一要素には同一の符号を付している。

１０は差圧検出装置が設置される油圧機器等のハウジン
グの一部を示し、１１はハウジング１０に形成された差
圧センサが配設される円形の穴、１２は穴１１に通じる
第１の油路、１３は穴１１に通じる第２の油路である。

油路１２．１３の出口部に対応する穴１１の内面部分に
は全周にわたりリング形状の溝１２ａ、１３ａが形成さ
れている。穴１１内には、まず底部の側からリング形状
のスペーサ１４、本発明の差圧センサ１５、カバ一部材
１６の順で配設される。スペーサ１４は前記油路１３及
び溝１３ａに対応して配置され、スペーサ１４の径方向
に形成された孔１４ａを通して内部の空間と油路１３が
連通した状態にある。

差圧センサ１５において、ダイヤプラム基体１は上側に
位置し、ダイヤフラム基体２は下側に位置する。ダイヤ
フラム基体１，２の外周囲には穴１１の内面に形成され
たリング状溝１７．１８のそれぞれに配置されたＯリン
グ１９．２０が配設され、圧力の測定対象である圧油の
シールを行っている。ダイヤフラム基体２のダイヤフラ
ム部２ｂの下面は受圧面であり、油路１３から供給され
る圧油は溝１３ａ及び孔１４ａを介してダイヤフラム部
２ｂの受圧面に導かれ、接液する。カバ一部材１６は、
差圧センサ１５を外側よりカバーする機能を有する。カ
バ一部材１６の下部には、差圧センサ１５のダイヤフラ
ム基体１の受圧面に対し油路１２からの圧油を導くため
の孔１６ａを備え、またその上部にはダイヤフラム基体
１，２の各応力検出部で取出された電気信号を増幅する
増幅器２１が配設されるスペース２２が形成されている
。

カバ一部材１６の外周囲には、内面全周にわたる溝２３
に配設されたＯリング２４が設置されており、これによ
り圧油が外部に漏出するのを防止する。差圧センサ１５
で、ダイヤフラム部１ｂ、２ｂの裏面に配設された歪み
ゲージ等からなる応力検出部から引き出された電気配線
は、リード線２５．２６として、ダイヤフラム基体１及
びカバー部材１６の内部を通過させて増幅器２１の箇所
まで引き出される。２７は増幅器２１から引き出される
電気配線である。

油圧機器のハウジング１０の穴１１に収容・設置された
スペーサ１４、差圧センサ１５、カバー部材１６は、押
えカバ一部材２８によって押さえ付けられ、穴１１内に
固定される。また押えカバ一部材２８はボルトやネジ等
によってハウジング１０に固定される。押えカバ一部材
２８はその軸部に孔２８ａを備え、この孔を挿通させて
信号取出し用の前記電気配線２７を外部に取り出してい
る。

前記構造を有する差圧センサ１５によれば、各ダイヤフ
ラム基体１，２に設けられた応力検出部は、接液する受
圧面の裏側の面に配設されるため、圧油に接触すること
はなく、従って、保護膜等で保護する必要がない。応力
検出部からの信号取出し用電気配線の引出しも流体に接
することなく行われるので特別のシール手段を必要とせ
ず、接続部の信頼性が高くなる。またダイヤフラム基体
１゜２の受圧部の寸法が異なっても、差圧センサ１５で
はダイヤフラム基体１．２でそれぞれの圧力を測定して
その差を取るようにしたため、正確な差圧を測定するこ
とができる。穴１１内に差圧センサ１５やカバ一部材１
６を固定するに当たり、０リングエ９．２０．２４を利
用するようにしたため、各部品には液密を実現するため
の溶接等による接合部を必要とせず、これにより分解・
組立てを容易に行うことができる。

前記の実施例において、ダイヤフラム基体１゜２の材質
については、測定圧が小さい場合には任意の材料を使用
することができる。高圧を測定する場合には、ダイヤフ
ラム基体の材質には金属が好ましい。

次に第４図及び第５図に第２実施例に係る差圧センサを
示す。この実施例による差圧センサでは、ダイヤフラム
３０を例えば金属で板状に形成し、このダイヤフラム３
０を、円筒形の支持部材３１に取り付けることにより、
前記のダイヤフラム基体に相当するセンサ半体を作製す
る。支持部材３１は偏平な円筒形状を有し、その軸部周
辺に段付き孔を３２が形成される。板状のダイヤフラム
３０は、支持部材３１の段付き孔３２の大径部に配設さ
れる。ダイヤフラム３０には応力検出部が設けられるが
、この応力検出部はダイヤフラム３０の内側の面に設け
られる。すなわち、ダイヤフラム３０において図中上側
の面が受圧面となり、これに対して応力検出部はダイヤ
フラム３０において受圧面の裏側の面に設けられる。同
様にして下側に位置するセンサ半体は、ダイヤフラム３
３と支持部材３４からなり、上側のセンサ半体と全く同
じ構造を有している。ただし、ダイヤフラム３３では図
中下側の面が受圧面となり、上側の面に応力検出部が配
設される。支持部材３１．３４は、ダイヤフラム３０．
３３の応力検出部が配設された面が相互に対向するよう
に背中合わせで組み付けられる。支持部材３１．３４の
当接面には、組付は時に両者の間において間隙３５及び
電気配線通路３６が形成されるように、それぞれ凹部が
形成されている。

第５図は前記第２実施例の差圧センサを油圧機器のハウ
ジング１０に組み込んだ第３図と同様な図である。第５
図において第３図及び第４図と同一の部分には同一の符
号を付している。ただし、油路１２．１３の位置を反対
側にしている点は相違する。この差圧検出装置は、差圧
センサとして第４図に示される差圧センサが組み付けら
れた点が相違するだけでその他の構成は基本的に同じで
ある。

第２実施例の差圧センサでは、板状のダイヤフラムを使
用するようにしたため、各センサ半体のダイヤフラム３
０．３３の厚さを等しくすることが容易であり、また歪
みゲージ等からなる応力検出部を作製するに当たって、
半導体作製プロセスを容易に使用することができるとい
う利点がある。

また本実施例の場合には応力検出部を備えたダイヤフラ
ム３０及び３３は支持部材３１．３４の内部スペースに
存在するので、支持部材３１．３４の対向面を直接に当
接することができ、前記第１の実施例の場合のように、
スペース７を確保するためのリング部材６を必要とせず
、簡単な形状を有し、且つ製作の容易な部品の組合せに
よって差圧センサを作ることができるので、全体的に製
作が容易になるという利点を有する。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、次の効
果を奏する。

差圧センサを２つのセンサ半体で構成し、それぞれのセ
ンサ半体の受圧部の受圧面の裏側の面に応力検出部を設
け、この応力検出部が測定しようとする流体に接液しな
いように構成したため、ハーメチックシールや保護膜等
の保護手段を特別に設ける必要がなく、検出部の動作信
頼性を高めることができ、且つ測定精度を向上させるこ
とができる。またセンサ半体は同一の構造を有するよう
に形成することができるので、簡素な構造を有した基本
部品単位を利用して差圧センサを作製することができ、
複雑な加工を必要とせず、製作が容易となる。

またセンサ半体の形態を同一とし、対称的な配置関係で
組み付けると、２つの流体圧を検出するための拘束条件
が同じになり、差圧の測定精度が向上するという効果が
生じる。

センサ半体を、板状のダイヤフラムとこれを固定する支
持部材で構成するようにしたため、半導体製作プロセス
を利用して検出部を作製することができる。

全体として安価に製作することができ、差圧センサにお
ける温度補償が容易であり、ダイヤフラムに金属を使用
する場合に高圧の差圧を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１実施例の差圧センサの縦断面
図、第２図は第１図中のｎ−ｎ線断面図、第３図は第１
実施例の差圧センサを組み付けた差圧検出装置の縦断面
図、第４図は第２実施例の差圧センサの縦断面図、第５
図は第２実施例の差圧センサを組み付けた差圧検出装置
の縦断面図、第６図は従来の差圧センサの構成を示す縦
断面図である。 〔符号の説明〕 １．２・ａ・・ ３・・・―・・ ４・・・・・修 ６昏・・・・・ ７・・・ｅ＠・ １０φ−一・・ １１−・・−・ １２．１３・・ １４・・・−・ １５・・・φ・ １６・・・ｅｌｌ １９．２０．２ ２８・・・・・ ３０．３３・φ ３１．３４・・ ダイヤフラム基体（センサ半体） 歪みゲージ 電極 リング部材 スペース ハウジング 穴 油路 スペーサ 差圧センサ カバ一部材 ４・１・０リング 押えカバ一部材 ダイヤプラム 支持部材 第 １１・・・穴 １２．１３・・・油路 １４・・・スペーサ １５・・・差圧センサ １６・・・カバ一部材 ３０．３３・・・ダイヤフラム ３１．３４・・・支持部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の流体圧と第２の流体圧を受け、２つの前記
   流体圧の差圧を検出する差圧センサにおいて、前記第１
   の流体圧を受ける受圧面を有する第１のセンサ半体と前
   記第２の流体圧を受ける受圧面を有する第２のセンサ半
   体とからなり、第１と第２の前記センサ半体における前
   記受圧面の裏側面に応力検出部を設け、２つの前記セン
   サ半体を、それぞれの前記裏側面が対向するように組み
   付けたことを特徴とする差圧センサ。
2. （２）請求項１記載の差圧センサにおいて、前記第１及
   び第２のセンサ半体に設けられた前記応力検出部は、流
   体圧を測定しようとする流体から隔離されたスペース内
   に配置されることを特徴とする差圧センサ。
3. （３）請求項１記載の差圧センサにおいて、前記第１の
   センサ半体と前記第２のセンサ半体とは同一形状であり
   、対称的な配置で組み付けられることを特徴とする差圧
   センサ。
4. （４）請求項１〜３のいずれか１項に記載の差圧センサ
   において、前記第１及び第２のセンサ半体のうち少なく
   とも一方は、ダイヤフラム部とその支持部を有し、これ
   らが一体的に形成されたものであることを特徴とする差
   圧センサ。
5. （５）請求項１〜３のいずれか１項に記載の差圧センサ
   において、前記第１及び第２のセンサ半体のうち少なく
   とも一方は、金属製板状ダイヤフラムとこれを取付け支
   持する支持部材とからなることを特徴とする差圧センサ
   。