JP2016099201A

JP2016099201A - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2016099201A
Application number: JP2014235834A
Authority: JP
Inventors: 信明山田; Nobuaki Yamada
Original assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Current assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-05-30
Anticipated expiration: 2034-11-20
Also published as: JP6163148B2; EP3023759B1; US9784634B2; US20160146690A1; CN105628293B; CN105628293A; EP3023759A1

Abstract

【課題】軽量であり、押圧部材を簡単に形成できる圧力センサを提供すること。【解決手段】圧力センサ１は、圧力センサ素子１０と、圧力センサ素子１０に一体に接合され内部に圧力センサ素子１０に被測定流体の圧力を導入する孔部２１が形成されたアダプター２０と、アダプター２０が収納される収納凹部３１が形成され被接続部材２に接続されるフィッティング部材３０と、被接続部材２に設けられたバルブ３を押圧し被測定流体の圧力が導入される流路４とアダプター２０の孔部２１とを連通する連通路４１が形成された押圧部材４０と、を備え、フィッティング部材３０は合成樹脂製であり、アダプター２０の周面とフィッティング部材３０との間にはＯリング５０が介装され、押圧部材４０は、アダプター２０に当接する当接部４２と、バルブ３を押圧する押圧部４３とを有する合成樹脂製であり、押圧部材４０とフィッティング部材３０とは溶着されている。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサに関する。

管の内部に流通する被測定流体の圧力を測定する圧力センサがある。この圧力センサには、継手が管の被接続部材に接続され、被接続部材に設けられた弁を開放操作するピンが継手に設けられたタイプのものがある。
このタイプの圧力センサの従来例として、被接続部材に接続される継手と、継手と溶接接合された圧力センサ素子と、継手に設けられた操作部材とを備え、継手を被接続部材に接続する際に、被接続部材に予め設けられた弁を操作部材で開放操作する圧力センサがある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１では、操作部材は段付円筒部材からなるピンから形成されており、このピンは継手に溶接で固定されている。継手と圧力センサ素子とは溶接で接合される。

このタイプの圧力センサの他の従来例として、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）のサブストレートの一面にキャリアを設け、サブストレートの他面に圧力変換部材を設け、サブストレートをフィッティングに設けたセンサがある（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２では、キャリアはシュレーダーバルブ等のバルブと嵌合することから、特許文献１でのピンとして機能するものであって金属製である。フィッティングは特許文献１での継手として機能する。

特許第４０４３８７４号公報米国特許第７，３７７，１７７号明細書

しかしながら、特許文献１では、操作部材であるピンは、継手にその全周にわたって溶接で固定されていることから、金属製と考えられるうえ、その溶接によって継手との間のシール性が確保されている。金属製のピンは、例えば、ステンレス製の円筒部材を研削等で加工することになるが、その加工作業は繁雑であって、量産に限界があり、ピンのコスト高の一因となっている。しかも、継手と圧力センサ素子とは溶接されているので、継手自体も金属製である。そのため、金属製部材が多いため、センサの重量が大きいものとなる。
特許文献２では、ピンに相当するキャリアが金属製であるため、特許文献１の従来例と同様の課題がある。

本発明の目的は、軽量であり、操作部材を簡単に形成できる圧力センサを提供することにある。

本発明の圧力センサは、被接続部材を通して導入される被測定流体の圧力により変位する圧力センサ素子と、前記圧力センサ素子に一体に接合され内部に前記圧力センサ素子に被測定流体の圧力を導入するための孔部が形成されたアダプターと、前記アダプターが収納される収納凹部が形成され前記被接続部材に接続されるフィッティング部材と、前記被接続部材に設けられたバルブを押圧し前記被接続部材の前記被測定流体の圧力が導入される流路と前記アダプターの孔部とを連通する連通路が形成された押圧部材と、を備え、前記フィッティング部材は、合成樹脂製であり、前記アダプターの周面と前記フィッティング部材との間にはＯリングが介装され、前記押圧部材は、前記アダプターに当接する当接部と、前記当接部とは反対側に設けられ前記バルブを押圧する押圧部とを有する合成樹脂製であり、前記押圧部材と前記フィッティング部材とは溶着されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、合成樹脂製のフィッティング部材は、合成樹脂製の押圧部材と溶着されており、かつ、Ｏリングでフィッティング部材とアダプターとがシールされているので、それらの間から被測定流体が外部に漏れることがない。
従って、以上の構成では、フィッティング部材と、ピンとして機能する押圧部材とが合成樹脂製であるため、センサの軽量化が図れる。しかも、フィッティング部材や押圧部材を射出成形等により所定の形状に容易に加工することができるので、フィッティング部材や押圧部材の量産が容易となり、コストダウンを図ることができる。

本発明の圧力センサにおいて、前記押圧部材は、前記フィッティング部材に周縁が溶着されるフランジ部と、前記フランジ部に一体形成されたピン本体とを有し、前記ピン本体の先端は前記バルブを押圧する前記押圧部とされ、前記フィッティング部材は前記被接続部材に螺合される継手を備え、前記継手には、前記押圧部材が係合される押圧部材係合孔が前記収納凹部に連続して形成され、前記押圧部材係合孔の内周縁に沿って前記継手と前記フランジ部とが溶着される、ことが好ましい。
本発明によれば、アダプターを収納凹部に配置した後、押圧部材を押圧部材係合孔に挿通し、この押圧部材係合孔の内周縁に沿って継手と押圧部材のフランジ部とを溶着する。フランジ部はピン本体より大きな径を有するため、押圧部材の継手への溶着作業が容易に行える。

本発明の圧力センサにおいて、前記圧力センサ素子は、歪みゲージが形成されたダイアフラム部と前記ダイアフラム部の外周縁部に結合され内部に前記被測定流体の圧力が導入される筒状部とを有する金属製部材であり、前記筒状部の開口端端部と前記アダプターの端部とは溶接で接合される、ことが好ましい。
本発明によれば、圧力センサ素子とアダプターとが溶接にて一体化されているので、これらをフィッティング部材に容易に取り付けることができる。そのため、圧力センサの組立が容易となる。

本発明の圧力センサにおいて、前記アダプターの外周部には前記Ｏリングを係合する係合溝が形成されている、ことが好ましい。
本発明によれば、Ｏリングがアダプターに装着された状態で、アダプターをフィッティング部材に取り付けることができるので、圧力センサの組立が容易となる。

本発明では、軽量であり、押圧部材を簡単に形成できる圧力センサを提供可能である。

本発明の一実施形態に係る圧力センサを示す断面図。前記圧力センサの分解斜視図。

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、図２において、本実施形態の圧力センサ１は、例えば、車載用空調装置で用いられる被測定流体の圧力を測定するための圧力センサとして構成され、被測定流体が流れる図示略の配管に設けられた配管側継手等の被接続部材２に取り付けられる。

具体的に圧力センサ１は、被接続部材２を通して導入される被測定流体の圧力により変位する圧力センサ素子１０と、圧力センサ素子１０に一体に接合され内部に圧力センサ素子１０に被測定流体の圧力を導入するための孔部２１が形成されたアダプター２０と、アダプター２０が収納される収納凹部３１が形成され被接続部材２に接続されるフィッティング部材３０と、被接続部材２に設けられたバルブ３を押圧し被接続部材２の被測定流体の圧力が導入される流路４とアダプター２０の孔部２１とを連通する連通路４１が形成された押圧部材４０と、を備え、押圧部材４０とフィッティング部材３０とは溶着されている。なお、図１中の符号５は、バルブ３を押圧部材４０側に付勢するコイルばねである。

圧力センサ素子１０は、歪みゲージが形成されたダイアフラム部１１と、ダイアフラム部１１の外周縁部に結合され内部に被測定流体の圧力が導入される筒状部１２とを有するステンレス等の金属部材である。

アダプター２０は、孔部２１の連通方向に沿って間隔を空けて設けられ、かつ、外周部から径方向の外方に向かって突出した一対の大径部２２を有している。大径部２２は、周方向に連続して設けられている。アダプター２０の外周部において、軸方向に間隔を空けて設けられた大径部２２間には、Ｏリング５０を係合する係合溝２３が形成されている。アダプター２０もステンレス等の金属製であり、アダプター２０の端部と圧力センサ素子１０の筒状部１２の開口端端部とは、例えば、レーザー溶接等により全周溶接されている。

フィッティング部材３０は、例えば、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide Resin）等の合成樹脂製であり、被接続部材２に螺合される筒状の継手３２を備える。継手３２の内面には、被接続部材２の雄ねじ部６が螺入される雌ねじ部３３が形成されている。継手３２の端部の外周部には、六角レンチ等のハンドツールが係合する操作部３２Ａが設けられている。フィッティング部材３０内部の収納凹部３１に対し、被接続部材２との螺合側には、押圧部材４０が係合される押圧部材係合孔３４が収納凹部３１に連続して形成されている。

収納凹部３１において、アダプター２０の周面とフィッティング部材３０との間にはＯリング５０が介装されている。また、収納凹部３１の押圧部材係合孔３４とは反対側の開口端端部には、小径孔部３５が設けられている。小径孔部３５の図中下側の段差部分には、アダプター２０の一対の大径部２２のうち、圧力センサ素子１０に近い側の大径部２２が当接している。

押圧部材４０は、ＰＰＳ等の合成樹脂製部材であり、アダプター２０に当接する当接部４２と、当接部４２とは反対側に設けられバルブ３を押圧する押圧部４３と、当接部４２と面一となるように一体形成され周縁がフィッティング部材３０の継手３２に溶着されるフランジ部４４と、フランジ部４４に一体形成されたピン本体４５とを有している。前記ピン本体４５の先端部がバルブ３を押圧する前記押圧部４３とされる。ピン本体４５には、連通路４１と外部とを連通させる切欠開口４５Ａが設けられている。フランジ部４４とフィッティング部材３０とは、押圧部材係合孔３４の内周縁に沿って溶着される。

ここで、押圧部材係合孔３４の被接続部材２側の内周縁には、当該収納凹部３１側に拡開したテーパ面３６が設けられ、フランジ部４４にもテーパ面３６に対向して傾斜するテーパ面４６が設けられている。互いのテーパ面３６，４６が密着した状態で、フランジ部４４とフィッティング部材３０との境界部分が継手３２の開口側からレーザー溶着あるいは熱溶着される。

その他、圧力センサ１は、以上の構成部品以外に圧力センサ素子１０を囲むようにフィッティング部材３０に搭載される環状の絶縁部材（ＰＣＢや任意の樹脂部材を含む）や、絶縁部材に設けられ圧力センサ素子１０の歪みゲージとワイヤーボンディング等を介して導通した信号取出用の出力端子、これらを覆うカバーなどを備えている。ただし、図１、図２では、それらの部品の図示を省略してある。

以下には、圧力センサ１の主要部の組立手順および動作について説明する。
先ず、図２に示すように、圧力センサ素子１０をアダプター２０の端部に係合し、係合部分を全周にわたってレーザー溶接等で溶接し、互いをセンサモジュールアッシーとして一体にしておく。次いで、アダプター２０の係合溝２３にＯリング５０を係合させる。この後、センサモジュールアッシー、押圧部材４０の順序で、これらをフィッティング部材３０の収納凹部３１、押圧部材係合孔３４内に被接続部材２との接続側から挿入する。

これにより、アダプター２０の一方の大径部２２が収納凹部３１内で小径孔部３５の周囲と当接し、押圧部材４０のテーパ面４６がフィッティング部材３０のテーパ面３６と当接する。すなわち、センサモジュールアッシーは、小径孔部３５の周壁部分と押圧部材４０との間に介装される。また、圧力センサ素子１０が収納凹部３１の小径孔部３５からフィッティング部材３０の外部に露出する。Ｏリング５０は、フィッティング部材３０とアダプター２０との間に介装され、それらの間のシール性が確保されることとなる。

次に、押圧部材４０のテーパ面４６とフィッティング部材３０のテーパ面３６とが当接した状態にて、レーザー溶着あるいは熱溶着などの任意の溶着手段により、押圧部材４０をフィッティング部材３０に対して継手３２の開口側から溶着する。
以上により、フィッティング部材３０内に圧力センサ素子１０、アダプター２０、押圧部材４０、およびＯリング５０が組み込まれた圧力センサ１の主要部の組立が完了する。
なお、センサモジュールアッシーの回転を防止するために、センサモジュールアッシーと小径孔部３５との間に、図１中にハッチングで示すように、接着剤を塗布することもある。

このような圧力センサ１を被接続部材２に取り付けるに際し、継手３２を被接続部材２に螺入していくと、その途中で押圧部材４０の押圧部４３がバルブ３の先端部に当接し、バルブ３をコイルばね５のばね力に抗して押し戻す。すると、被接続部材２の流路４が開放し、流路４から導入される被測定流体の圧力が押圧部材４０の切欠開口４５Ａ、連通路４１、孔部２１を通して圧力センサ素子１０に作用する。そして、その圧力に応じた電気出力が歪みゲージで生成され、図示略の出力端子を介して外部に出力される。

本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）すなわち、圧力センサ１では、合成樹脂製のフィッティング部材３０は、合成樹脂製の押圧部材４０と溶着されており、かつ、Ｏリング５０でフィッティング部材３０とアダプター２０とがシールされているので、それらの間から被測定流体が外部に漏れるのを防止できる。
従って、このような圧力センサ１においては、フィッティング部材３０と、ピンとして機能する押圧部材４０とが合成樹脂製であるため、圧力センサ１としての軽量化を図ることができる。しかも、フィッティング部材３０や押圧部材４０を射出成形等により所定の形状に容易に加工することができるので、フィッティング部材３０や押圧部材４０を容易に量産でき、コストダウンを実現できる。

（２）圧力センサ１では、圧力センサ素子１０が一体とされたアダプター２０を被接続部材２との接続側から収納凹部３１に配置した後、押圧部材４０を同様に押圧部材係合孔３４に挿通し、この押圧部材係合孔３４の内周縁に沿ってフィッティング部材３０と押圧部材４０のフランジ部４４とを溶着する。このことから、フランジ部４４はピン本体４５より大きな径を有するため、押圧部材４０の継手３２への溶着作業を容易にできる。

（３）圧力センサ１では、圧力センサ素子１０とアダプター２０とが溶接にて一体化されているので、これらをフィッティング部材３０に容易に取り付けることができる。そのため、圧力センサ１の組立を容易にできる。

（４）アダプター２０の外周部にはＯリング５０を係合する係合溝２３が形成されているから、Ｏリング５０がアダプター２０に装着された状態で、アダプター２０をフィッティング部材３０に取り付けることができ、この点でも圧力センサ１の組立を容易にできる。

なお、本発明は、以上に説明した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範囲での変形、改良等は、本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、圧力センサ素子１０は、ダイアフラム部１１に歪みゲージが形成された電気抵抗型であったが、本発明で用いられる圧力センサ素子としては、ダイアフラム部の動きに応じて変化する静電容量から圧力を計測する静電容量型であってもよく、半導体の微細加工技術を用いて製作される所謂ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサであってもよい。

前記実施形態では、フィッティング部材３０に雌ねじ部３３が形成され、被接続部材２に雄ねじ部６が形成されていたが、フィッティング部材に雄ねじ部が形成され、被接続部材に雌ねじ部が形成されていてもよい。

本発明のフィッティング部材および押圧部材に用いられる樹脂材料はＰＰＳに限定されず、使用される流体の組成や要求される機械的強度等を勘案し、任意に決められてよい。

本発明は、様々な流体圧（気体圧、液体圧、蒸気圧を含む）を測定する圧力センサとして利用可能である。

１…圧力センサ、２…被接続部材、３…バルブ、４…流路、１０…圧力センサ素子、１１…ダイアフラム部、１２…筒状部、２０…アダプター、２１…孔部、２３…係合溝、３０…フィッティング部材、３１…収納凹部、３２…継手、３４…押圧部材係合孔、４０…押圧部材、４１…連通路、４２…当接部、４３…押圧部、４４…フランジ部、４５…ピン本体、５０…Ｏリング。

Claims

被接続部材を通して導入される被測定流体の圧力により変位する圧力センサ素子と、前記圧力センサ素子に一体に接合され内部に前記圧力センサ素子に被測定流体の圧力を導入するための孔部が形成されたアダプターと、前記アダプターが収納される収納凹部が形成され前記被接続部材に接続されるフィッティング部材と、前記被接続部材に設けられたバルブを押圧し前記被接続部材の前記被測定流体の圧力が導入される流路と前記アダプターの孔部とを連通する連通路が形成された押圧部材と、を備え、
前記フィッティング部材は、合成樹脂製であり、
前記アダプターの周面と前記フィッティング部材との間にはＯリングが介装され、
前記押圧部材は、前記アダプターに当接する当接部と、前記当接部とは反対側に設けられ前記バルブを押圧する押圧部とを有する合成樹脂製部材であり、
前記押圧部材と前記フィッティング部材とは溶着されている、ことを特徴とする圧力センサ。
請求項１に記載された圧力センサにおいて、
前記押圧部材は、前記フィッティング部材に周縁が溶着されるフランジ部と、前記フランジ部に一体形成されたピン本体とを有し、前記ピン本体の先端は前記バルブを押圧する前記押圧部とされ、
前記フィッティング部材は前記被接続部材に螺合される継手を備え、
前記継手には、前記押圧部材が係合される押圧部材係合孔が前記収納凹部に連続して形成され、
前記押圧部材係合孔の内周縁に沿って前記継手と前記フランジ部とが溶着される、ことを特徴とする圧力センサ。
請求項１又は請求項２に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力センサ素子は、歪みゲージが形成されたダイアフラム部と前記ダイアフラム部の外周縁部に結合され内部に前記被測定流体の圧力が導入される筒状部とを有する金属製部材であり、前記筒状部の開口端端部と前記アダプターの端部とは溶接で接合される、ことを特徴とする圧力センサ。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
前記アダプターの外周部には前記Ｏリングを係合する係合溝が形成されている、ことを特徴とする圧力センサ。