JP2015004566A - Pressure detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象の各種機器に装着されて圧力を検出する圧力検出装置に関する。 The present invention relates to a pressure detection device that is mounted on various devices to be measured and detects pressure.
図8に、圧力媒体の圧力を受けて歪を生じる起歪体と、起歪体で生じた歪を検出する歪検出素子を有する従来の圧力検出装置の一例を示す。図8の圧力測定装置200は、例えば車両に搭載される高圧センサとして構成され、エンジンの燃料圧、ブレーキ油圧、各種ガス圧等の測定に用いられる。 FIG. 8 shows an example of a conventional pressure detection apparatus having a strain generating body that generates strain under the pressure of a pressure medium and a strain detection element that detects strain generated in the strain generating body. 8 is configured as a high-pressure sensor mounted on a vehicle, for example, and is used for measuring engine fuel pressure, brake oil pressure, various gas pressures, and the like.
図8の圧力測定装置200において、11は圧力が導入される圧力ポートである。この圧力ポート11は、軸方向一端に圧力導入口12aが形成された中空筒状の圧力導入部12と、該圧力導入部12の軸方向他端(上部)に形成された例えば円筒状のフランジ13と、該フランジ13の中央部位に立設されたダイアフラム14とを備えている。
In the
前記圧力導入部12の圧力導入孔12haは、フランジ13の中央部とダイアフラム14の上部表面より若干低い高さの部位まで連続して穿設されている。
The pressure introducing hole 12ha of the
ダイアフラム14の上部表面には圧力導入孔12haを介して導入された圧力によって変形し歪を生じる矩形平面板形状の起歪体15が配設されている。起歪体15の受圧面(ダイアフラム14側の面)とは反対の面のほぼ中央部位には、起歪体15の変形(歪)に応じた電気信号を出力する複数の歪抵抗ブリッジを備えた歪検出素子16が接合されている。
On the upper surface of the
歪検出素子16は、例えば1つのチップ上に複数の歪抵抗ブリッジが設けられた半導体チップとして構成され、x軸方向歪とy軸方向歪の差を出力する。
The
起歪体15の受圧面とは反対の面における、歪検出素子16以外の部位には基板17が設けられている。この基板17には、歪検出素子16から出力された各検出信号を増幅し処理する回路や各種電子部品およびコンデンサ18等が搭載されている。
A
前記フランジ13の外周部の上面には、ダイアフラム14、起歪体15、歪検出素子16、基板17およびコンデンサ18を覆うカバー19の、開口された軸方向一端の周縁部が固設されている。
On the upper surface of the outer peripheral portion of the
このカバー19の軸方向他端を閉塞する閉塞板19aの、中央よりの所定径範囲は切り欠かれており、その切欠部には例えば樹脂等により形成され、圧力測定装置200で検出された検出圧力値を外部に出力するためのコネクタ20が挿入されている。
A predetermined diameter range from the center of the
コネクタ20の一端はカバー19内においてカバー19に固定され、コネクタ20の他端はカバー19から外部へ露出している。
One end of the
このコネクタ20の内部には、例えばインサート成型により挿入された棒状のターミナル21を有している。このターミナル21は、例えば電源用、接地用、信号出力用の3本で構成され、各ターミナル21の一端は前記基板17に接続されており、他端が図示省略の外部コネクタに接続されることによって、自動車のECU等へ配線部材を介して電気的に接続される。
The
また図9は、従来の圧力検出装置の他の例を示しており、図8と同一部分は同一符号をもって示している。図9では、図8の起歪体15を用いることなく、矩形溝を設けたダイアフラム24に直接歪検出素子16を接合して構成しており、その他の部分は図8と同様に構成されている。
FIG. 9 shows another example of a conventional pressure detecting device, and the same parts as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 9, the
すなわち、圧力導入部12の圧力導入孔の、ダイアフラム24側の歪検出素子16に対向する先端部12hbtを、ダイアフラム24の矩形溝形状と同一に形成し、その先端部12hbtと対向するダイアフラム24の上表面に歪検出素子16を直接配設している。
That is, the front end portion 12hbt of the pressure introduction hole of the
この図9の構成では、ダイアフラム24の矩形溝によって、ダイアフラム24にx方向−y方向の歪差が生じる。また、ダイアフラム24に矩形溝を設けているため、成形加工に手間がかかる。
In the configuration of FIG. 9, the rectangular groove of the
また従来の圧力検出装置としては、例えば特許文献1、2に記載のものが提案されている。 Moreover, as a conventional pressure detection apparatus, the thing of patent document 1, 2 is proposed, for example.
特許文献1には、「本体に設けられたダイアフラムと、絶縁基板の一面にストレインゲージを設けて構成され、前記ダイアフラムにあって圧力を受ける側とは反対の反受圧面側にこのダイアフラムと共に変形するように取り付けられたゲージ基板とを具備して成る圧力センサ。」が記載されている。 Patent Document 1 states that “a diaphragm provided on a main body and a strain gauge is provided on one surface of an insulating substrate, and the diaphragm is deformed together with the diaphragm on the opposite pressure receiving surface side opposite to the pressure receiving side. A pressure sensor comprising a gauge substrate mounted in such a manner.
また特許文献2には、「薄板状のセンサプレートと、このセンサプレートに取り付けられた複数の歪みゲージとを具備する荷重センサにおいて、前記センサプレートは、その一軸方向の両端が、このセンサプレートを任意の対象物に固定させる固定部となされる一方で、その中心点が変位乃至荷重をこのセンサプレートに伝達せしめる伝達部となされ、前記歪みゲージを前記中心点に対して点対称となる位置に配置すると共に、点対称となる位置に配された歪みゲージ同士を電気的に並列又は直列に接続してゲージペアを構成し、さらに各ゲージペア同士を電気的に直列に接続して、これら歪みゲージでブリッジ回路を構成したことを特徴とする荷重センサ。」が記載されている。 Patent Document 2 states that, in a load sensor including a thin plate-shaped sensor plate and a plurality of strain gauges attached to the sensor plate, both ends in one axial direction of the sensor plate are attached to the sensor plate. While the fixed portion is fixed to an arbitrary object, the central point is a transmitting portion that transmits displacement or load to the sensor plate, and the strain gauge is in a point-symmetrical position with respect to the central point. In addition, the strain gauges arranged at point-symmetric positions are electrically connected in parallel or in series to form a gauge pair, and each gauge pair is electrically connected in series. A load sensor characterized in that a bridge circuit is configured "is described.
特許文献1、2を含む従来の圧力検出装置は、y軸方向の歪の影響により、x軸方向歪とy軸方向歪の差で決まる歪検出素子の出力感度は悪いものであった。 Conventional pressure detection devices including Patent Documents 1 and 2 have poor output sensitivity of the strain detection element determined by the difference between the x-axis direction strain and the y-axis direction strain due to the influence of the strain in the y-axis direction.
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、y軸方向の歪を低減して歪検出素子の出力感度を向上させることができる圧力検出装置を提供することにある。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a pressure detection device capable of reducing the strain in the y-axis direction and improving the output sensitivity of the strain detection element.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「測定対象機器に装着された圧力検出装置であって、圧力媒体の圧力がダイアフラムを介して印加され、その圧力に応じて歪を発生する起歪体と、その起歪体の受圧面と反対の面に接合された歪検出素子とを有する圧力検出装置において、
前記起歪体はx軸、y軸による平面を有した矩形状に形成され、起歪体の受圧面にはy軸に沿ったリブが形成されている」ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, “This is a pressure detecting device mounted on a measurement target device, and the pressure of a pressure medium is applied via a diaphragm. In a pressure detection device having a strain generating body that generates strain according to pressure, and a strain detection element bonded to a surface opposite to the pressure receiving surface of the strain generating body,
The strain body is formed in a rectangular shape having a plane with x and y axes, and a rib along the y axis is formed on the pressure receiving surface of the strain body.
本発明によれば、リブによって起歪体のy軸方向の歪が低減され、歪検出素子の出力感度を最大化することができる。上記した以外の構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, the ribs reduce the strain in the y-axis direction of the strain generating body, and the output sensitivity of the strain detection element can be maximized. Configurations and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図1は、本発明を図8の圧力測定装置に適用した実施形態における圧力測定装置100全体の構成を示し、図8と同一部分は同一符号をもって示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. FIG. 1 shows the overall configuration of a
ダイアフラム14の上部表面には、リブ25L1,25L2a,25L2bおよび突起部30が形成された起歪体25が設けられている。起歪体25のダイアフラム14とは反対側の面の中央には歪検出素子16が接合され、歪検出素子16の周辺には基板17を介して複数の電子部品28が中心軸から対称に配設されている。
On the upper surface of the
起歪体25は、圧力導入孔12haを介して導入された圧力によって変形して歪を生じ、歪検出素子16は起歪体25の変形(歪)に応じた電気信号を出力する複数の歪抵抗ブリッジを備えている。
The
起歪体25は、図1に対して天地を逆にして示した図2のように、x軸、y軸による平面を有した矩形状に形成され、ダイアフラム14側の面のx軸方向中央にリブ25L1がy軸に沿って形成され、x軸方向両端にリブ25L2a,25L2bがy軸に沿って形成されている。そして中央側のリブ25L1のy軸方向中央には突起部30が設けられている。
The
したがって、起歪体25は、中央側のリブ25L1から突設された突起部30の端部(端点)と、両端側のリブ25L2a,25L2bのダイアフラム14に対向する側の端面とがダイアフラム14に接触し、中央側のリブ25L1(の突起部30)のみが例えば金属溶接される。またこれに限らず、両端側のリブ25L2a,25L2bの端面もダイアフラム14に溶接してもよい。
Therefore, in the
起歪体25のy軸方向に沿って設けられたリブ25L1,25L2a,25L2bは、加圧により変形が生じる際、起歪体25のy軸方向の歪を低減させるので、x軸方向歪とy軸方向歪の差で決まる歪検出素子16の出力感度を最大化することができる。
The ribs 25L1, 25L2a, 25L2b provided along the y-axis direction of the
前記リブ25L1,25L2a,25L2bの長さを変えることにより、歪検出素子16の出力感度を調整することができる。また、リブ25L1および25L2a間の空隙と、リブ25L1および25L2b間の空隙によって、歪易く作用する。
By changing the length of the ribs 25L1, 25L2a, 25L2b, the output sensitivity of the
また、中央側のリブ25L1の中央部に設けた突起部30とダイアフラム14との接合が点接合となるため、起歪体25が歪易くなり、大きな変位量を得ることができ、歪検出素子16の出力感度を高めている。
Further, since the joint between the
尚、中央側のリブ25L1に突起部30を設けない構成としてもよい。この場合は中央側のリブ25L1の端面がダイアフラム14に例えば金属溶接される。
In addition, it is good also as a structure which does not provide the
図3は、ダイアフラム14と起歪体25の接合のようすを表しており、リブ25L1に突起部30を設けない場合は図3(b)のようにリブ25L1の端面とダイアフラム14が面接合し、突起部30を設けた場合は図3(c)のように突起部30とダイアフラム14が点接合する。図3では起歪体25上の基板17、電子部品28等は図示省略している。図3(b)の面接合の場合、図3(c)の点接合の場合よりも若干加圧時の起歪体25の変位量は少ないが、y軸方向の歪低減作用はある。
FIG. 3 shows how the
前記起歪体25上において、前記複数の電子部品28を中心軸から対称に配設していることによって、加圧時の起歪体25の応力分布は図4に示すように均一に保たれる。図4は加圧時の起歪体25の変形のようすを表しており、中央側のリブ25L1先端の突起部30、および起歪体25と電子部品28の間の基板17は図示省略している。
By arranging the plurality of
このように電子部品28を中心軸から対称に配設することにより電子部品28と起歪体25を一体化することができ、生産性が向上する。
Thus, by arranging the
前記中央側のリブ25L1と両端側のリブ25L2a(b)の高さ関係は、図5(a)に示すようにリブ25L1高さ>リブ25L2a(b)高さに設定しておく。図5はリブ高さによる初期状態を表しており、ダイアフラム14、起歪体25および歪検出素子16のみを図示している。
The height relationship between the rib 25L1 on the center side and the ribs 25L2a (b) on both ends is set such that the height of the rib 25L1> the height of the rib 25L2a (b) as shown in FIG. FIG. 5 shows an initial state depending on the rib height, and only the
図5(a)のように設定しておくことにより、加圧前の初期に予め歪検出素子16に引張を生じさせることができ(プリ荷重をかけることができ)、加圧によっても歪検出素子16の出力を安定させることができる。
By setting as shown in FIG. 5A, tension can be generated in the
これに対して、図5(b)に示すようにリブ25L1高さ<リブ25L2a(b)高さに設定した場合は、加圧することで、歪検出素子16には圧縮→引張になる変極点が生じるため、その変極点において出力が不安定となってしまう。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the height of the rib 25L1 <the height of the rib 25L2a (b) is set, an inflection point in which the
また前記リブは、中央側のリブ25L1のみ設け、両端側のリブ25L2a,25L2bを設けない構成としてもよい。この場合でも起歪体25に大きな変位量が得られ歪検出素子16の出力感度は高い。
In addition, the rib may be configured such that only the center side rib 25L1 is provided and the both end side ribs 25L2a and 25L2b are not provided. Even in this case, a large amount of displacement is obtained in the
図6は起歪体25のx軸方向両端にリブ25L2a,25L2bを各々設け、中央側に1個のリブ25L1を設けた場合の加圧時の起歪体25の変形のようすを表し、突起部30、基板17および電子部品28等は図示省略している。
FIG. 6 shows the deformation of the
図6(b)のようにx軸方向中央側のリブ25L1が1個である場合、加圧時に3点曲げ状態となり起歪体25に大きな変位量が得られる。また起歪体25のy軸方向に沿って設けるリブの個数は4個以上設けてもよい。例えば、加圧時の起歪体25の変形のようすを表す図7のように、x軸方向中央側に設けるリブを、所定間隔隔てた2個のリブ25L1a,25L1bとしてもよい。図7では突起部30、基板17および電子部品28等は図示省略している。
When the number of ribs 25L1 on the center side in the x-axis direction is one as shown in FIG. 6B, a three-point bending state occurs during pressurization, and a large amount of displacement is obtained in the
図7(b)の場合、加圧時に4点曲げ状態となり応力集中が低減される。また、起歪体25上に配設する歪検出素子16の位置ずれに対してロバスト性がある。さらに4個よりも多くリブを設ける場合は、x軸方向中央側のリブ(図7(b)では25L1a,25L1b)を分割するような構造になるため、リブの総個数は偶数個(偶数曲げ)とする。このように起歪体25に設けるリブの個数を4個以上の偶数個とすることにより、応力集中がさらに低減される。
In the case of FIG.7 (b), it will be in a 4-point bending state at the time of pressurization, and stress concentration will be reduced. Further, there is robustness against displacement of the
11…圧力ポート
12…圧力導入部
12a…圧力導入口
12ha…圧力導入孔
12hbt…先端部
13…フランジ
14…ダイアフラム
15、25…起歪体
16…歪検出素子
17…基板
18…コンデンサ
19…カバー
19a…閉塞板
20…コネクタ
21…ターミナル
25L1,25L1a,25L1b,25L2a,25L2b…リブ
28…電子部品
30…突起部
100,200…圧力測定装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記起歪体はx軸、y軸による平面を有した矩形状に形成され、起歪体の受圧面にはy軸に沿ったリブが形成されていることを特徴とする圧力検出装置。 A pressure detection device mounted on a measurement target device, in which a pressure of a pressure medium is applied via a diaphragm and generates a strain according to the pressure, and is opposite to a pressure receiving surface of the strain generating body. In a pressure detection device having a strain detection element bonded to a surface,
The pressure sensing device is characterized in that the strain body is formed in a rectangular shape having a plane with x and y axes, and a rib along the y axis is formed on the pressure receiving surface of the strain body.
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