JP3209655B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は圧力センサに関し、特
に、ダイアフラムの溶接強度を高めることによって耐久
性を向上させることができる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
の変位量を歪ゲージ等のセンサ素子の抵抗値の変化量に
変換し、さらに、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なっ
ている圧力センサにあっては、種々のタイプのものが提
案されており、例えば図４〜図６に示すようなものが既
に知られている。

【０００３】すなわち、この圧力センサは、内部に圧力
導入孔２３を介して外部と連通する空所２２を有するケ
ース２１と、このケース２１の空所２２内に設けられる
とともに、圧力導入孔２３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２５と、このダイア
フラム２５に設けられるとともに、ダイアフラム２５の
変位量に応じて抵抗値を変化させる歪ゲージ等のセンサ
素子２９と、空所２２内に設けられるとともに、センサ
素子２９からの信号を増幅する回路を有する回路基板３
０と、回路基板３０の上部の空所２２内に設けられると
ともに、貫通コンデンサ３２を有する遮蔽板３１と、一
端が回路基板３０の回路に接続されるとともに、他端が
貫通コンデンサ３２を挿通して空所２２内に位置するタ
ーミナルピン３４と、空所２２の開口部を閉塞するコネ
クタ３３と、一端がフレキシブルサーキット３６を介し
てターミナルピン３４の他端に接合されるとともに、他
端がコネクタ３３を貫通して空所２２外に位置するコネ
クタピン３５とを具えている。

【０００４】ダイアフラム２５は円柱状をなすものの中
心部に適宜の深さの穴２６を穿設し、穴２６の底面に対
応する部分に薄肉の受圧部２７を形成するとともに、穴
２６の開口部外周側に径方向外方向に張り出る環状のフ
ランジ部２８を一体に形成したものであって、受圧部２
７の穴２６と反対側の面（ダイアフラム２５の上面側）
には歪ゲージ等のセンサ素子２９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
成されるようになっている。

【０００５】圧力導入孔２３の空所２２側の開口周縁部
には、圧力導入孔２３の軸線を中心とする環状の凹部２
４が適宜の深さで設けられ、この凹部２４内にダイアフ
ラム２５のフランジ部２８が圧入されるとともに、レー
ザビーム溶接、電子ビーム溶接等によりケース２１側に
溶着されるようになっている。

【０００６】すなわち、ダイアフラム２５のフランジ部
２８の根本部に約４５°の角度でレーザビームや電子ビ
ーム等を照射すると、照射線上にあるダイアフラム２５
のフランジ部２８の下面外周側およびそれに接触するケ
ース２１の凹部２４底面内周側が溶融し、このようなこ
とを全周に渡って行うことにより、両者間が全周に渡っ
て溶着されるものである（図５および図６参照）。

【０００７】しかしながら、レーザビームや電子ビーム
等をダイアフラム２５のフランジ部２８の根本部に照射
する場合、ダイアフラム２５のフランジ部２８はケース
２１の凹部２４内に圧入されているだけなので、フラン
ジ部２８と凹部２４との接合面が熱抵抗となり、ダイア
フラム２５からケース２１側に熱が伝わりにくくなり、
ダイアフラム２５に熱が籠り、ダイアフラム２５が耐熱
温度以上に昇温する虞がある。

【０００８】また、ダイアフラム２５が耐熱温度以上に
昇温されずにダイアフラム２５のフランジ部２８とケー
ス２１の凹部２４との間が溶接されたとしても、レーザ
ビームや電子ビーム等の照射線上に位置するダイアフラ
ム２５のフランジ部２８の下面およびそれに接触するケ
ース２１の凹部２４底面しか溶融されないため、溶融に
よって形成される合金層が少なく、溶接強度が低くな
る。

【０００９】一方、溶接強度を高めるために、図７に示
すように、ダイアフラム２５のフランジ部２８の内周側
と外周側の両方を全周に渡って溶接することも考えられ
るが、この場合には、フランジ部２８下面と凹部２４底
面との間に空気が閉じ込められやすく、閉じ込められた
空気によってダイアフラム２５の内周側にスパッタが形
成されたり、溶接表面の肌に荒れが生じたりする虞があ
る。

【００１０】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、溶接時にダイアフラム
が耐熱温度以上に昇温するのを防止するとともに、溶接
時にダイアフラムのフランジ部とケースの凹部との間に
空気が閉じ込められるのを防止してスパッタ等が形成さ
れるのを防止し、さらには溶接強度を大幅に高めること
ができる圧力センサを提供することを目的とするもので
ある。

【００１１】

【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、内部に空所が設けられるととも
に、該空所内外を連通する圧力導入孔が設けられ、か
つ、該圧力導入孔の前記空所側の開口周縁部に環状の凹
部が設けられるケースと、前記空所内に設けられるとと
もに、一端部が前記凹部に位置した状態でケース側に溶
着され、かつ、前記圧力導入孔を介して導入される圧力
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に応じて抵抗値
を変化させるセンサ素子と、前記空所内に設けられると
ともに、前記センサ素子からの出力を増幅する回路が設
けられる回路基板とを具えた圧力センサにおいて、前記
ダイアフラムの一端部を前記凹部内に位置し、一端部外
周面と前記凹部内面との間の複数箇所を溶着するととも
に、一端部下面内周側と前記凹部底面との間を全周に渡
って溶着した手段を採用したものである。

【００１２】

【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、ダイアフラムの一端部をケースの凹部内に位置
し、ダイアフラムの一端部外周側と凹部内面との間の複
数箇所を溶接してダイアフラムをケースに仮止めすると
ともに、一端部内周側と凹部底面との間を全周に渡って
溶接することによりダイアフラムがケース側に溶着され
ることになる。

【００１３】

【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〜図３には、この発明による圧力センサ
の一実施例が示されていて、図１は全体を示す縦断面
図、図２は図１に示すものの部分拡大図、図３は図２の
Ａ−Ａ線断面図である。

【００１４】すなわち、この実施例に示す圧力センサ
は、内部に圧力導入孔３を介して外部と連通する空所２
を有するケース１と、このケース１の空所２内に設けら
れるとともに、圧力導入孔３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５と、このダイア
フラム５に設けられるとともに、ダイアフラム５の変位
量に応じて抵抗値を変化させる歪ゲージ等のセンサ素子
９と、空所２内に設けられるとともに、センサ素子９か
らの信号を増幅する回路を有する回路基板１０と、回路
基板１０の上部の空所２内に設けられるとともに、貫通
コンデンサ１２を有する遮蔽板１１と、一端が回路基板
１０の回路に接続されるとともに、他端が貫通コンデン
サ１２を挿通して空所２内に位置するターミナルピン１
４と、空所２の開口部を閉塞するコネクタ１３と、一端
がフレキシブルサーキット１６を介してターミナルピン
１４の他端に接合されるとともに、他端がコネクタ１３
を貫通して空所２外に位置するコネクタピン１５とを具
えている。

【００１５】ケース１の空所２の一端は開放されている
とともに、他端（底面側）中央部には空所２内外を連通
する圧力導入孔３が穿設され、圧力導入孔３の空所２側
の開口周縁部には、圧力導入孔３の軸線を中心とする環
状の凹部４が適宜の深さで設けられ、この凹部４内にダ
イアフラム５の一端部（下端部）を溶着させることで圧
力導入孔３の空所２側の開口部が閉塞されるようになっ
ている。

【００１６】ダイアフラム５は、円柱状をなすものの中
心部に適宜の深さの穴６を穿設し、穴６の底面に対応す
る部分に薄肉の受圧部７を形成するとともに、穴６の開
口部外周側に径方向外方向に張り出る環状のフランジ部
８を一体に形成したものであって、フランジ部８がケー
ス１の凹部４内に溶着されるようになっている。

【００１７】すなわち、ダイアフラム５のフランジ部８
をケース１の凹部４内に位置させ、垂直方向上方からフ
ランジ部８の周面と凹部４内面との間にレーザビーム、
電子ビーム等を照射し、両者間の複数箇所を溶接し、ダ
イアフラム５をケース１の凹部４内に仮止めする。この
場合、ダイアフラム５のフランジ部８はケース１の凹部
４内に遊嵌し得る寸法に形成すれば足り、また、レーザ
ビーム、電子ビーム等はダイアフラム５のフランジ部８
周面とケース１の凹部４内面とに同時に照射されるの
で、両者は同時に加熱されることになり、ダイアフラム
５のみが加熱されて耐熱温度以上に昇温するようなこと
はない。

【００１８】そして、ダイアフラム５の斜め上方からダ
イアフラム５のフランジ部８の根本部に約４５度の角度
でレーザビーム、電子ビーム等を照射し、照射線上にあ
るダイアフラム５のフランジ部８の下面内周側とそれに
接触するケース１の凹部４底面内周側との間を全周に渡
って溶接する。この場合、フランジ部８下面と凹部４底
面との間に閉じ込められようとする空気は、外周側の非
溶接部（図２参照）を介して外部に排除されることにな
る。また、ダイアフラム５の熱は外周側の溶接部を介し
てケース１側に流れることになるので、ダイアフラム５
のフランジ部８とケース１の凹部４との接合部が熱抵抗
となるようなことはない（図３参照）。

【００１９】このように、ダイアフラム５のフランジ部
８の周面とケース１の凹部４内面との間を複数箇所溶接
するとともに、ダイアフラム５のフランジ部８の下面内
周側とケース１の凹部４底面内周側との間を全周に渡っ
て溶接することで、ダイアフラム５がケース１側に溶着
されるものである。

【００２０】ダイアフラム５の受圧部７の穴６と反対側
の面（上面側）には、歪ゲージ等のセンサ素子９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１０にはセンサ素子９からの信号
を増幅するための回路が組み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が穿設されている。回路
基板１０はケース１の空所２の底面側に装着されるとと
もに、装着時に中心部の孔内にダイアフラム５の上部が
位置し、ダイアフラム５の受圧部７上のセンサ素子９と
回路基板１０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１０の上部の空所２内には、遮蔽
板１１が装着されているとともに、遮蔽板１１の適宜の
位置には１個又は複数個の貫通コンデンサ１２が装着さ
れ、この貫通コンデンサ１２の中心部をターミナルピン
１４が挿通するようになっている。

【００２３】コネクタ１３は、樹脂等から成形される略
円柱状をなすものであって、その中心部には棒状のコネ
クタピン１５が一体に形成され、コネクタピン１５の一
端はフレキシブルサーキット１６を介してターミナルピ
ン１４に接合され、コネクタピン１５の他端はコネクタ
１３外に突出するようになっている。

【００２４】そして、上記のように構成した圧力センサ
を圧力を検出しようとする箇所に接続し、ケース１の圧
力導入孔３に圧力が作用すると、その圧力によってダイ
アフラム５が変位するとともに、ダイアフラム５の変位
量に応じてダイアフラム５の受圧部７上のセンサ素子９
が抵抗値を変化させ、センサ素子９の抵抗値の変化を回
路基板１０の回路で増幅して外部に取り出すことによ
り、作用する圧力が検出されるものである。

【００２５】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、ダイアフラム５は、そのフランジ
部８の周面をケース１の凹部４内面に複数箇所溶接さ
れ、その部分に溶接部と非溶接部とが形成されるととも
に、フランジ部８の下面内周側をケース１の凹部４底面
内周側に全周に渡って溶接される。この場合、外周側を
溶接した後に内周側を溶接することにより、ダイアフラ
ム５のフランジ部８下面とケース１の凹部４底面との間
に閉じ込められようとする空気を外周側の非溶接部を介
して外部に排除することができる。

【００２６】したがって、内周側を溶接する際に閉じ込
められた空気により、ダイアフラム５の内面側にスパッ
タが形成されたり、閉じ込められた空気が破裂すること
により溶接表面の肌に荒れが生じたりするようなことは
ない。また、内周側の溶接部は重ね合せ溶接のため溶接
によって形成される合金層は少ないが、外周側の溶接部
は突合わせ溶接のため合金層が多くなるので、全体とし
ての溶接による合金層を多くすることができ、溶接強度
を大幅に向上させることができることになる。

【００２７】さらに、外周側には非溶接部と溶接部があ
るので、内周側を溶接する際に従来のようにダイアフラ
ム５のフランジ部８とケース１の凹部４との接合面が熱
抵抗となるようなことはなく、ダイアフラム５側の熱は
外周側の溶接部を介して容易にケース１側に伝達するこ
とになる（図３参照）。この結果、ダイアフラム５に熱
が籠ってダイアフラム５が耐熱温度以上に昇温するよう
なことはなくなる。

【００２８】

【発明の効果】この発明は、内部に空所が設けられると
ともに、該空所内外を連通する圧力導入孔が設けられ、
かつ、該圧力導入孔の前記空所側の開口周縁部に環状の
凹部が設けられるケースと、前記空所内に設けられると
ともに、一端部が前記凹部に位置した状態でケース側に
溶着され、かつ、前記圧力導入孔を介して導入される圧
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に応じて抵抗
値を変化させるセンサ素子と、前記空所内に設けられる
とともに、前記センサ素子からの出力を増幅する回路が
設けられる回路基板とを具えた圧力センサにおいて、前
記ダイアフラムの一端部を前記凹部内に位置し、一端部
外周面と前記凹部内面との間の複数箇所を溶着するとと
もに、一端部下面内周側と前記凹部底面との間を全周に
渡って溶着し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。

【００２９】すなわち、ダイアフラムは、その一端部を
ケースの凹部に位置し、一端部外周側と凹部内面との間
が複数箇所溶着され、一端部内周側と凹部底面との間が
全周に渡って溶着されることになる。したがって、外周
側には非溶接部と溶接部とが形成されることになるの
で、外周側を最初に溶接した後に内周側を溶接すること
により、ダイアフラムの一端部とケースの凹部との間に
閉じ込められようとする空気は、外周側の非溶接部を介
して外部に排出されることになる。したがって、空気が
閉じ込められることによりダイアフラムの内周側にスパ
ッタが形成されたり、溶接表面の肌が荒れたりするよう
なことはなく、品質の安定したものを提供することがで
きることになる。さらに、内周側を溶接する際に外周側
の溶接部によってダイアフラム側の熱はケース側に容易
に伝達することになるので、ダイアフラムとケースとの
接合部が熱抵抗となってダイアフラム側に熱が籠り、ダ
イアフラムが耐熱温度以上に昇温するようなことはな
い。そして、内周側は全周に渡って溶接されるととも
に、外周側は複数箇所溶接されることになるので、溶接
によって形成される合金層を多くすることができること
になり、溶接強度を大幅に高め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一実施例を示した
縦断面図である。

【図２】図１に示すものの部分拡大図である。

【図３】図２に示すもののＡ−Ａ線断面図である。

【図４】従来の圧力センサの一例を示した縦断面図であ
る。

【図５】図４に示すものの部分拡大図である。

【図６】図５に示すもののＢ−Ｂ線断面図である。

【図７】従来の圧力センサの他の例を示した部分拡大断
面図である。

【符号の説明】

１、２１……ケース ２、２２……空所 ３、２３……圧力導入孔 ４、２４……凹部 ５、２５……ダイアフラム ６、２６……穴 ７、２７……受圧部 ８、２８……フランジ部 ９、２９……センサ素子 １０、３０……回路基板 １１、３１……遮蔽板 １２、３２……貫通コンデンサ １３、３３……コネクタ １４、３４……ターミナルピン １５、３５……コネクタピン １６、３６……フレキシブルサーキット

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に空所（２）が設けられるととも
   に、該空所（２）内外を連通する圧力導入孔（３）が設
   けられ、かつ、該圧力導入孔（３）の前記空所（２）側
   の開口周縁部に環状の凹部（４）が設けられるケース
   （１）と、前記空所（２）内に設けられるとともに、一
   端部（８）が前記凹部（４）に位置した状態でケース
   （１）側に溶着され、かつ、前記圧力導入孔（３）を介
   して導入される圧力に応じて変位するダイアフラム
   （５）と、該ダイアフラム（５）に設けられるととも
   に、ダイアフラム（５）の変位に応じて抵抗値を変化さ
   せるセンサ素子（９）と、前記空所（２）内に設けられ
   るとともに、前記センサ素子（９）からの出力を増幅す
   る回路が設けられる回路基板（１０）とを具えた圧力セ
   ンサにおいて、 前記ダイアフラム（５）の一端部（８）を前記凹部
   （４）内に位置し、一端部（８）外周面と前記凹部
   （４）内面との間の複数箇所を溶着するとともに、一端
   部（８）下面内周側と前記凹部（４）底面との間を全周
   に渡って溶着したことを特徴とする圧力センサ。