JPH08271367A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体のサージ圧吸収能力を高める。 【構成】 ケース１の圧力導入孔２の開口部に、中心部
にオリフィス７を有する薄肉円板状のサージ圧吸収部材
６を介してダイアフラム４を設ける。ダイアフラム４と
サージ圧吸収部材６の周縁部は圧力導入孔２の周縁部に
溶着される。圧力導入孔２に流体圧が作用すると、流体
圧は圧力導入孔２からサージ圧吸収部材６のオリフィス
７を介してダイアフラム４に作用し、ダイアフラム４が
変位するとともに、ダイアフラム４の変位に応じてダイ
アフラム４上のセンサ素子５が抵抗値を変化させ、この
抵抗値の変化を増幅して外部に取り出すことにより、圧
力が検出されることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はサージ圧を吸収する機
能を具えた圧力センサに関し、特に、小型化したダイア
フラムにも対応できるサージ圧吸収機能を具えた圧力セ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】一般に、圧力の印加によ
ってダイアフラムを変位させるとともに、ダイアフラム
の変位量をセンサ素子の抵抗値の変化量に変換し、セン
サ素子の抵抗値の変化量を増幅して外部に取り出すこと
により圧力を検出するようにした圧力センサにあって
は、図３に示すように構成されている。

【０００３】すなわち、この圧力センサは、内部に圧力
導入孔２２を介して外部と連通する空所２３を有するケ
ース２１と、このケース２１の空所２３内に設けられる
とともに、圧力導入孔２２を介して導入される圧力の大
きさに応じて変位するダイアフラム２４と、このダイア
フラム２４に設けられるとともに、ダイアフラム２４の
変位量に応じて抵抗値を変化させる歪みゲージ等のセン
サ素子２５と、空所２３内に設けられるとともに、セン
サ素子２５からの信号を増幅する回路を有する回路基板
２８と、回路基板２８の上部の空所２３内に設けられる
とともに、貫通コンデンサ３０を有する遮蔽板２９と、
一端が回路基板２８の回路に接続されるとともに、他端
が貫通コンデンサ３０を挿通して空所２３内に位置する
ターミナルピン３１と、空所２３の開口部を閉塞するコ
ネクタ３２と、一端がターミナルピン３１の他端に接合
されるとともに、他端がコネクタ３２を貫通して空所２
３外に位置するコネクタピン３３とを具えている。

【０００４】そして、上記のように構成した圧力センサ
の圧力導入孔２２に流体圧が作用すると、その流体圧は
圧力導入孔２２を介してダイアフラム２４に作用し、ダ
イアフラム２４の受圧部２４ｂが流体圧の大きさに応じ
て変位するとともに、ダイアフラム２４の受圧部２４ｂ
の変位量に応じてセンサ素子２５が抵抗値を変化させ、
このセンサ素子２５の抵抗値の変化を回路基板２８の回
路で増幅して外部に取り出すことにより、作用する流体
圧を検出できるものである。

【０００５】この場合、圧力導入孔２２には中心部に軸
線方向に貫通するオリフィス２７を有するサージ圧吸収
部材２６が螺着されていて、このサージ圧吸収部材２６
のオリフィス２７を介してダイアフラム２４の受圧部２
４ｂに流体圧を作用させることで、ダイアフラム２４の
受圧部２４ｂに直接にサージ圧による急激な圧力波が作
用するのが防止されものである。

【０００６】ここで、ダイアフラム２４の内部に流れ込
む流体の流入量（ダイアフラム２４内外の圧力が平衡状
態になった時の流入量）は、ダイアフラム２４の容積
（元の容積＋受圧部２４ｂの変形による増加分の容積）
と流体の圧縮率で決定される。また、ダイアフラム２４
の入口部にサージ圧吸収部材２６を設けると、そのオリ
フィス２７を流体が通過する際の抵抗により流量が低下
し、ダイアフラム２４の内部に所定量の流体が流れ込む
までに要する時間に遅れが生じることになる。この時間
的な遅れによりサージ圧による急激な圧力波が減衰され
るものである。

【０００７】また、サージ圧吸収部材２６のオリフィス
２７の有効径は、サージ圧の大きさやダイアフラム２４
の内部に通じる配管の種類等によって決定されるもので
あり、例えば、容積が２０ｍｍ³ 程度のダイアフラム２
４には、オリフィス径が０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度のオリ
フィス２７を有するサージ吸収部材２６が使用されるも
のである。

【０００８】一方、近年の技術革新に伴い、ダイアフラ
ム２４およびセンサ素子２５が小型化されるようになっ
たため、それに対応できる小型化（小径化）したオリフ
ィス２７を有するサージ圧吸収部材２６が要求されるよ
うになった。例えば、ダイアフラム２４の容積を２０ｍ
ｍ³ の１／１０程度とした場合には、それに応じてサー
ジ圧吸収部材２６のオリフィス２７のオリフィス径を
０．５ｍｍ〜１ｍｍよりも更に小型化（小径化）する必
要がある。

【０００９】しかしながら、上記のようなサージ圧吸収
部材２６にあっては、機械加工（ドリル加工）によって
オリフィス２７を形成するようになっているため、小型
化（小径化）するにも限度があり、ダイアフラム２４等
の小型化に対応できる充分に小型化（小径化）したオリ
フィス径のオリフィス２７を形成することができない。
したがって、従来の加工法で形成することのできる最小
のオリフィス２７をサージ圧吸収部材２６に形成したと
しても、ダイアフラム２４の内部に所定量の流体が流れ
込むまでに要する時間に充分な遅れを生じさせることが
できず、サージ圧による急激な圧力波がダイアフラム２
４の受圧部２４ｂに作用してしまうことになる。

【００１０】一方、実開昭５５−３０８４２号公報に開
示されている半導体圧力センサは、基板上にダイアフラ
ムを設けるとともに、２つのキャップ間で基板の周縁部
を挟持し、ダイアフラムに設けた拡散抵抗が接する空間
部を真空室とするとともに、基板にダイアフラムに圧力
を伝えるための穴を設け、さらに、この穴に通じる圧力
導入用パイプを下側のキャップに設けたものである。

【００１１】しかしながら、このような半導体圧力セン
サにあっては、ダイアフラムに圧力を伝える穴が設けら
れている基板は、周縁部を２つのキャップによって挟持
される構成となっているため、小型化するにしても限度
があり、前述したように、例えば、ダイアフラムの容積
を２０ｍｍ³ の１／１０程度にした場合には、それに対
応できる穴を基板に形成することができない。したがっ
て、流体側に生じるサージ圧を充分に吸収することがで
きず、サージ圧による急激な圧力波がダイアフラムの受
圧部に作用してしまう。

【００１２】この発明は前記のような従来のもののもつ
問題点を解決したものであって、ダイアフラム等の小型
化に充分に対応できる小径のオリフィスを有するサージ
圧吸収部材を具えた圧力センサを提供することを目的と
するものである。

【００１３】

【問題点を解決するための手段】上記の問題点を解決す
るためにこの発明は、圧力導入孔を有するケースと、該
ケース内の前記圧力導入孔の開口部に設けられるととも
に、圧力導入孔を介して導入される流体の圧力に応じて
変位するダイアフラムと、該ダイアフラムに設けられる
とともに、ダイアフラムの変位量に応じて抵抗値を変化
させるセンサ素子と、前記ケース内に設けられるととも
に、前記センサ素子からの信号を増幅する回路を有する
回路基板とを具えた圧力センサにおいて、前記圧力導入
孔の開口部に、薄板に微小なオリフィスを穿設したサー
ジ圧吸収部材を介して前記ダイアフラムを設けた手段を
採用したものである。

【００１４】

【作用】この発明は前記のような手段を採用したことに
より、圧力導入孔に導入される流体は、圧力導入孔から
サージ圧吸収部材のオリフィスを介してダイアフラムに
作用することになる。このサージ圧吸収部材は、薄板に
微小なオリフィスを穿設したものであるので、プレス加
工等によって外形を形成することができるとともに、エ
ッチング等によりオリフィスを形成することができるも
のである。したがって、ダイアフラムの小型化に充分に
対応できる小型化（小径化）したオリフィス径のオリフ
ィスをサージ圧吸収部材に形成することができるので、
小型化したダイアフラムでも流体側に生じるサージ圧を
充分に吸収でき、サージ圧による急激な圧力波がダイア
フラム側に直接に作用するのを防止できることになる。

【００１５】

【実施例】以下、図面に示すこの発明の実施例について
説明する。図１には、この発明による圧力センサの第１
の実施例の縦断面図が示されていて、この実施例に示す
圧力センサは、内部に圧力導入孔２を介して外部と連通
する空所３を有するケース１と、このケース１の空所３
内の圧力導入孔２の開口部に設けられるとともに、圧力
導入孔２を介して導入される圧力の大きさに応じて変位
するダイアフラム４と、このダイアフラム４の上面側
（圧力導入孔２と反対側の面）に設けられるとともに、
ダイアフラム４の変位量に応じて抵抗値を変化させる歪
みゲージ等のセンサ素子５と、ダイアフラム４と圧力導
入孔２の開口部との間に設けられるとともに、中心部に
軸線方向に貫通するオリフィス７を有するサージ圧吸収
部材６と、空所３内に設けられるとともに、センサ素子
５からの信号を増幅する回路を有する回路基板８と、回
路基板８の上部の空所３内に設けられるとともに、貫通
コンデンサ１０を有する遮蔽板９と、一端が回路基板８
の回路に接合されるとともに、他端が貫通コンデンサ１
０を挿通して空所３内に位置するターミナルピン１１
と、空所３の開口部を閉塞するコネクタ１２と、一端が
ターミナルピン１１の他端に接合されるとともに、他端
がコネクタ１２を貫通して空所３外に位置するコネクタ
ピン１３とを具えている。

【００１６】ケース１の空所３の一端は開放されている
とともに、他端（底面側）には空所３内外を連通する圧
力導入孔２が穿設され、この圧力導入孔２の空所３側の
開口部には全周に渡って適宜の深さの凹部２ａが穿設さ
れ、この凹部２ａ内にサージ圧吸収部材６およびダイア
フラム４がそれらの順で設けられるようになっている。

【００１７】サージ圧吸収部材６は、薄板をプレス加工
等により円形状に形成するとともに、中心部にエッチン
グ等により軸線方向に貫通する貫通孔を穿設してそれを
オリフィス７としたものであって、圧力導入孔２の開口
部の凹部２ａに合致し得る大きさに形成されている。

【００１８】ダイアフラム４は、円柱状をなすものの中
心部に適宜の深さの穴４ａを穿設して、穴４ａの底面に
対応する部分に薄肉の受圧部４ｂを形成するとともに、
穴４ａの開口部の周面に全周に渡って径方向外方に環状
に張り出るフランジ部４ｃを一体に形成したものであっ
て、フランジ部４ｃはケース１の圧力導入孔２の開口部
の凹部２ａに合致し得る大きさに形成されている。

【００１９】サージ圧吸収部材６およびダイアフラム４
のフランジ部４ｃをそれらの順で圧力導入孔２の凹部２
ａ内に位置した状態で、両者はレーザビーム溶接等によ
りケース１側に一体に溶着されるようになっている。

【００２０】ダイアフラム４の受圧部４ｂの穴４ａと反
対側の面（ダイアフラム４の上面側）には、歪みゲージ
等のセンサ素子５がスパッタ、蒸着、フォトリソ等の適
宜の成膜法によって所定のパターンに形成されている。

【００２１】回路基板８には、センサ素子５からの信号
を増幅する回路が組込まれているとともに、中心部には
上下方向に貫通する孔８ａが穿設されている。回路基板
８はケース１の空所３の底面側に装着されるとともに、
装着時に中心部の孔８ａ内にダイアフラム４の上部を位
置させた状態で、ダイアフラム４の受圧部４ｂ上のセン
サ素子５と回路基板８の回路との間はワイヤボンディン
グ等により結線されるようになっている。

【００２２】回路基板８の上部の空所３内には、遮蔽板
９が装着されているとともに、遮蔽板９の適宜の位置に
は、１個又は複数個の貫通コンデンサ１０が装着され、
この貫通コンデンサ１０の中心部をターミナルピン１１
が挿通するようになっている。

【００２３】コネクタ１２は樹脂等から形成される略円
柱状をなすものであって、ケース１の空所３の開口部に
そこを閉塞するように装着されるとともに、ケース１の
開口周縁部をコネクタ１２側にかしめ付けることで、ケ
ース１側に固定されるようになっている。

【００２４】コネクタ１２にはＬ字形状のコネクタピン
１３が一体に成形されている。コネクタ１２の下面側に
は適宜の深さの凹部１２ａが穿設され、この凹部１２ａ
内にコネクタピン１３の一端部が位置するようになって
いる。

【００２５】ターミナルピン１１は、棒状をなすものの
一端を屈曲させてその部分に略Ｃ形状の接合部１１ａを
形成したものであって、接合部１１ａは回路基板８の回
路にはんだ付けにより接合され、他端は遮蔽板９の貫通
コンデンサ１０を貫通した状態でコネクタピン１３の一
端にはんだ付けにより接合されるようになっている。な
お、貫通コンデンサ１０とターミナルピン１１との間も
はんだ付けにより一体に接合されるようになっている。

【００２６】次に、前記に示すものの作用について説明
する。上記のように構成したこの実施例による圧力セン
サの圧力導入孔２に流体圧が作用すると、流体圧は圧力
導入孔２からサージ圧吸収部材６のオリフィス７を介し
てダイアフラム４の受圧部４ｂに作用し、受圧部４ｂが
流体の圧力に応じて変位するとともに、受圧部４ｂの変
位量に応じて受圧部４ｂ上のセンサ素子５がその抵抗値
を変化させ、このセンサ素子５の抵抗値の変化を回路基
板８の回路で増幅して外部に取り出すことにより、作用
する流体圧が検出されることになる。

【００２７】ここで、圧力導入孔２に作用する流体圧
は、圧力導入孔２からサージ圧吸収部材６のオリフィス
７を介してダイアフラム４の受圧部４ｂに作用すること
になる。すなわち、圧力導入孔２側の圧力とダイアフラ
ム４の内部の圧力とが等しくなるまで、圧力導入孔２側
からダイアフラム４の内部に流体が流れ込むことにな
る。この場合の流体の流入量は、ダイアフラム４の容積
（元の容積＋受圧部４ｂの変形による増加分の容積）と
流体の圧縮率で決定される。また、流体がサージ圧吸収
部材６のオリフィス７を通過するときの抵抗により流量
が低下し、所定の量の流体がダイアフラム４の内部に流
れ込むのに要する時間に遅れが生じることになる。この
時間的な遅れにより流体側に生じるサージ圧が吸収さ
れ、サージ圧による急激な圧力波がダイアフラム４の受
圧部４ｂに直接に作用するのが防止されることになる。

【００２８】上記のように構成したこの実施例による圧
力センサにあっては、サージ圧吸収部材６は、薄板をプ
レス加工等により円形状に形成するとともに、円形状に
形成したものの中心部にエッチング等により軸線方向に
貫通する貫通孔を穿設してそれをオリフィス７としたも
のであるので、従来不可能であった０．５ｍｍ以下の微
小径のオリフィス７でも充分に形成することができるこ
とになる。

【００２９】したがって、ダイアフラム４を小型化して
例えば容量を２０ｍｍ³ の１／１０程度とした場合であ
っても、それに充分に対応できる小径のオリフィス７を
有するサージ圧吸収部材６が得られることになり、小型
化したダイアフラム４でも所定の量の流体がダイアフラ
ム４の内部に流れ込むまでに要する時間を充分に遅れさ
せることができ、流体側にサージ圧が生じてもそれによ
る急激な圧力波が直接にダイアフラム４の受圧部４ｂに
作用することを防止できる。

【００３０】図２には、この発明による圧力センサの第
２の実施例が示されていて、この実施例に示す圧力セン
サは、ケース１の圧力導入孔２の開口部に、中心部にオ
リフィス７を有するサージ圧吸収部材６を抵抗溶接等に
より溶着するとともに、サージ圧吸収部材６の上面側に
筒状のガラス台座１５を介してダイアフラム４を設けた
ものであって、その他の構成は前記第１の実施例に示す
ものと同様の構成を有している。

【００３１】そして、この実施例に示す圧力センサにあ
っても前記第１の実施例に示すものと同様に、ダイアフ
ラム４が小型化されても、充分にそれに対応できるオリ
フィス７を有するサージ圧吸収部材６を形成することが
できるので、流体側にサージ圧が生じてもそれによる急
激な圧力波がダイアフラム４の受圧部４ｂに直接に作用
するのを防止できることになる。

【００３２】

【発明の効果】この発明は、圧力導入孔を有するケース
と、該ケース内の前記圧力導入孔の開口部に設けられる
とともに、圧力導入孔を介して導入される流体の圧力に
応じて変位するダイアフラムと、該ダイアフラムに設け
られるとともに、ダイアフラムの変位量に応じて抵抗値
を変化させるセンサ素子と、前記ケース内に設けられる
とともに、前記センサ素子からの信号を増幅する回路を
有する回路基板とを具えた圧力センサにおいて、前記圧
力導入孔の開口部に、薄板に微小なオリフィスを穿設し
たサージ圧吸収部材を介して前記ダイアフラムを設けた
構成としたことにより、以下のような効果を奏すること
になる。

【００３３】すなわち、サージ圧吸収部材は、外形をプ
レス加工等によって形成するとともに、中心部のオリフ
ィスをエッチング等によって形成することができるの
で、ダイアフラムが小型化されて容量が大幅に小さくな
ったとしても、それに対応できる充分に小型化（小径
化）したオリフィスを有するサージ圧吸収部材が得られ
ることになる。

【００３４】したがって、小型化して容量が大幅に小さ
くなったダイアフラムであっても、オリフィスを流体が
通過する際の抵抗により流量を充分に低下させることが
できるので、所定量の流体がダイアフラムの内部に流れ
込むのに要する時間を充分に遅らせることができること
になり、サージ圧による急激な圧力波がダイアフラム側
に直接に伝わるのを防止することができることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による圧力センサの第１の実施例を示
した縦断面図である。

【図２】この発明による圧力センサの第２の実施例を示
した縦断面図である。

【図３】従来の圧力センサの一例を示した縦断面図であ
る。

【符号の説明】 １、２１……ケース ２、２２……圧力導入孔 ２ａ、１２ａ……凹部 ３、２３……空所 ４、２４……ダイアフラム ４ａ……穴 ４ｂ、２４ｂ……受圧部 ４ｃ……フランジ部 ５、２５……センサ素子 ６、２６……サージ圧吸収部材 ７、２７……オリフィス ８、２８……回路基板 ８ａ……孔 ９、２９……遮蔽板 １０、３０……貫通コンデンサ １１、３１……ターミナルピン １１ａ……接合部 １２、３２……コネクタ １３、３３……コネクタピン １５……ガラス台座

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力導入孔（２）を有するケース（１）
   と、該ケース（１）内の前記圧力導入孔（２）の開口部
   に設けられるとともに、圧力導入孔（２）を介して導入
   される流体の圧力に応じて変位するダイアフラム（４）
   と、該ダイアフラム（４）に設けられるとともに、ダイ
   アフラム（４）の変位量に応じて抵抗値を変化させるセ
   ンサ素子（５）と、前記ケース（１）内に設けられると
   ともに、前記センサ素子（５）からの信号を増幅する回
   路を有する回路基板（８）とを具えた圧力センサにおい
   て、前記圧力導入孔（２）の開口部に、薄板に微小なオ
   リフィス（７）を穿設したサージ圧吸収部材（６）を介
   して前記ダイアフラム（４）を設けたことを特徴とする
   圧力センサ。