CN1204768A - 压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可载装在线路基板上的压力传感器,由安装在壳体上的隔膜、线圈、电容器和安装在隔膜上、根据隔膜承受的压力、因线圈产生接合地动作的铁芯构成,该隔膜由外周安装部、位于该外周安装部内侧形成的薄壁动作膜部、位于动作膜部内侧形成的厚壁保持部构成,不用隔膜板而将铁芯直接安装在隔膜的保持部上,从而能使保持部直径小、整个隔膜直径小,其结果,提供能载装在线路基板上、整体外形小的压力传感器。

Description

压力传感器

本发明涉及压力传感器，具体涉及由安装在壳体上的隔膜、线圈、电容器和安装在隔膜上、根据隔膜承受的压力、因线圈产生接合分离动作的铁芯构成的压力传感器。

现用将后述的图9、图10对传统的压力传感器进行说明。此压力传感器50可用于例如洗衣机、餐具清洗器等给水时的水位检测。

如图9所示，该压力传感器50具有其外周安装部56a被夹持在壳体52与盖54间的隔膜56、设置在壳体52上的筒状线圈58、由纯铁体等磁性体构成的铁芯60、平时一直起作用、为使隔膜56复位的复位弹簧62、以及设置在盖54上的导入口64。且用管道(未图示)使导入口64与压力被测部分(未图示)连通。

此外，在壳体52内配设与线圈58一起构成后述的振荡回路一部分的电容器68、使与线圈58电气连接。

现对各组成部分作进一步详细说明，外形为圆形的隔膜56系由橡胶等弹性材料构成、由上述外周安装部56a、在外周安装部56a的内侧上形成的圆环状、在承受压力时发生弹性变形的动作膜部56b、在动作膜部56b的内侧上形成的保持部56c构成。而且，在此保持部56c的非受压面上安装在其圆板体66a的中心形成凸起66b的隔膜板66。此外，形成圆筒状的铁芯60通过将凸起66b插入在其中心设置的通孔60a内而被固定在隔膜板66上。

此外，构成使铁芯60在隔膜56承受压力而产生变位时，能对应该变位、在线圈58的内部空间、沿图9中的上下方向移动。

此外，此压力传感器50通过使与安装在例如洗衣机等内部其它位置上的线路基板70上载装的反相器72a、72b、电阻74a、74b和电缆76a、76b以及连接器78a、78b形成电气连接，构成如图10所示的振荡回路80。

用此结构。当被测部分压力变化时，使承受压力的隔膜56发生变位、铁芯60在线圈58的内部移动。据此，由于线圈58的电感发生变化、通过用设置在线路基板70上的微处理器(未图示)测出由振荡回路80输出的信号频率能测定被测部分的压力。

此外，通过旋转旋入壳体52上的调整螺丝82，调整施加在隔膜板66上的复位弹簧62的弹簧压力，能改变可测量的压力范围。此外，84为弹簧座，构成通过弹簧座84使复位弹簧62与隔膜板66相接。

然而，上述传统压力传感器存在如下的课题。

以往，一般是用螺钉等将压力传感器50安装在洗衣机等日用电器内的规定位置，通过电缆、连接器使与如上所述安装在另外位置的线路基板70相连。

但是，近来要求压力传感器小型化，使也能与构成振荡回路80的反相器等其它电子元件一样可载装在线路基板70上，达到省略压力传感器50的安装作业、电缆的铺设及连接器的连接作业而降低成本。此外，因没有安装压力传感器的空间、对洗衣机等希望达到进一步小型化，然而传统的压力传感器因其外形大，实际上很难将其载装在线路基板70上。

因此，本发明目的在于提供为能载装在线路基板上的外形小型化的压力传感器。

为达到上述目的的本发明压力传感器包括安装在壳体上的隔膜、线圈、电容器以及安装在上述隔膜上、对应隔膜承受的压力、因所述线圈产生接合分离动作的铁芯，其特点是所述隔膜由外周安装部、在该外周安装部的内侧形成的薄壁动作膜部以及在该动作膜部内侧形成的厚壁保持部构成，将所述铁芯不用所述隔膜板而直接安装在所述隔膜的保持部上。

据此。通过使保持部小直径化、使整个隔膜小直径化、其结果，能使压力传感器的外形达到小型紧凑。

此外，由于能使保持部小直径化、故能使上述保持部外径相对上述隔膜外周安装部外径的比为50％以下，即使隔膜的外径变小，也能使隔膜的变位量减小的程度变少。

此外，通过在上述隔膜的所述保持部的受压面上设置加强肋，能确保保持部的刚性。据此，在隔膜产生变位时，能防止保持部发生变形，由于能使铁芯直线移动，故能正确测定变位量。

此外，在上述铁芯的与上述隔膜的接触面上形成凹部的同时，在上述隔膜的所述保持部的非受压面中心部位一体地形成可进入所述凹部内的凸起，当通过将所述凸起压入所述凹部内、成为将上述铁芯安装在上述保持部上的结构时，能使对铁芯的定位、安装简单。

此外，当将上述壳体把由在其外周面上可卷绕上述线圈的筒状绕线架与在该绕线架两端分别形成的一对法兰构成的绕线滑架部和为容纳上述隔膜的容纳部形成一体时，能使构件数目、组装工序减少。

此外，将上述安装在隔膜上的铁芯构成使其在上述绕线架的通孔内、沿绕线架长度方向移动的同时、在其隔膜一侧的端部外周面上伸出形成可与上述通孔孔口边缘相接的定位部。由于用此定位部限制铁芯向线圈方向的移动，即使一时有规定以上的压力作用在隔膜上时，也能不使隔膜受损伤。

此外，将上述容纳部构成具有在上述一对法兰中一法兰的外面形成、在其内部安装上述隔膜的圆筒体与安装在该圆筒体上、在与上述隔膜间形成受压室的同时、设有与该受压室连通的导入口的盖体，当通过使在一方设置的钩挂凸起、与在另一方上设置的挂钩相互钩住、将上述盖体构成在上述圆筒体上可自由装卸的单手柄结构时，使组装作业简单、作业效率提高。

此外，当用插件成形把与上述线圈和电容器电气连接的多个导线端子在上述一对法兰中的另一法兰上成一体安装的同时，在至少一对导线端子间露出形成为将上述电容器钎焊在该导线端子间的台部时、使表面安装型的小型电容器的安装容易，此外，也有利于压力传感器的小型化。

此外，当把上述多个导线端子构成使从上述另一法兰边缘沿该法兰的伸出方向伸出后、使其顶端向绕线架的相反方向成直角弯折而成L字形的同时、使其中至少一个导线端子的顶端宽度与其它导线端子的顶端宽度不相同时、在进行向线路基板上安装时能防止发生差错。

此外，在将振动加在已安装在线路基板上的压力传感器上的场合，在导线端子的弯曲部分上将发生因该振动引起的应力集中。此时、当构成使全部导线端子的伸出方向平行，而使导线端子的弯曲部分的弯曲方向也相同时、在沿垂直于弯曲方向、即沿导线端子的从法兰伸出方向施加振动的场合，在导线端子的弯曲部分将反复发生弯曲、延伸，从而存在因金属疲劳而产生裂纹、断裂的情况。但是，当设定成使上述多个导线端子的从上述另一法兰边缘的伸出方向在相邻导线端子间相互不平行时，即使在沿一个导线端子的伸出方向施加振动的场合，因对其它导线端子来说，不构成与伸出方向平行的振动，从而在这些导线端子的弯曲部分难以发生弯曲、延伸。因此，即使对于作为整个压力传感器的各种方向的振动，具有使强度提高的效果。

因此，当采用本发明压力传感器时，因不使用隔膜板而将铁芯直接安装在隔膜的保持部上、因此能将此保持部形成小直径、也使整个隔膜的直径变小，其结果成为能使压力传感器的整体外形小型紧凑，在线路基板上载装时使在缺少安装空间条件下完成安装的情况变好。

此外，也能使保持部小直径化、使保持部相对隔膜外周安装部外径的比率在50％以下，即使隔膜的外径变小、仍能使动作膜部的直径比率变大，据此，能减少使隔膜变位量减小的程度。

此外，通过在隔膜保持部的受压面上设置同心状或辐射状加强肋，能确保保持部的刚性。据此，由于在隔膜产生变位时，能防止保持部变形，使铁芯直线地移动，从而取得能正确测定变位量的效果。

对附图的简单说明。

图1为表示本发明压力传感器结构的剖视图，

图2为表示图1中的隔膜结构的剖视图，

图3为将图1所示压力传感器载装在线路基板上时的主视图，

图4为图1所示压力传感器的仰视图，

图5为表示振荡回路其它实施例的线路图，

图6为改变导线端子伸出方向的本发明压力传感器其它实施例的仰视图，

图7为说明用固定件将压力传感器在线路基板上固定例子的图，

图8为说明本发明压力传感器铁芯的其它实施例的图，

图9为表示传统压力传感器结构的剖视图，

图10为表示图9所示压力传感器的振荡回路一例的线路图。

以下，参照附图说明本发明压力传感器的实施例。

首先，说明压力传感器10的结构。此外，现作为一例、对检测气体压力的场合进行说明，然而，也同样能检测液压。此外，由于作为压力传感器的基本结构部分与传统压力传感器基本相同，对这些相同的部分带相同的标号，省略详细说明。

本发明压力传感器10的基本结构与在传统例中已说明过的压力传感器50相同，在壳体12上设置根据气体压力变化产生变位的隔膜14、线圈58、对应隔膜14的变位、因线圈58产生接合分离动作的铁芯16。

此外，在压力传感器10的壳体12上、设置已载装在线路基板70上的电阻、反相器等电子元件，同时，为构成与图10所示的传统同样的振荡回路80，还设置电容器68。现详细说明各结构部分。

本申请压力传感器10的结构特点在于，省略传统使用的隔膜板66，将铁芯16直接固定在隔膜14的保持部上。

其具体结构如图2所示，隔膜14是由形成厚壁的外周安装部14a、在该外周安装部14a的内侧形成的薄壁动作膜部14b以及在动作膜部14b内侧形成的厚壁保持部14c构成，将铁芯16直接安装在隔膜14的保持部14c上。

为了使铁芯16根据压力产生正的变位，在隔膜14承受压力、动作膜部14b变形时，除要求保持部14c即使缺少隔膜板66也能足够支承铁芯16，同时还需能确保保持部14c自身的平面性。因此，与使保持部14c的壁厚与动作膜部14b的壁厚大致相同的传统例相比，通过将保持部形成厚壁使刚性提高。

此外，由于可只需将铁芯16安装在保持部14c的非受压面上，能使保持部14c的外径变小，据此，能使整个隔膜14的外径变小。因此，能使压力传感器10的外形紧凑。

尤其在本申请中，通过这样不使用隔膜板而提高保持部14c的刚性，也能使保持部14c的外径相对隔膜14的外周安装部14a的外径的比率在50％以下。这样，通过使保持部14c的比率减小而使动作膜部14b的比率相对提高，即使使隔膜14的外径减小，也能使隔膜14的变位量、即保持部14c的变位量的减小程度变少，能极力抑制测定分辨能力的降低。

对于具体尺寸，现作为一例，对于外周安装部14a的外径约为17mm，取保持部14c的外径约为5.4mm(约30％)。

此外，以往在从压力尚未施加在隔膜14上的无负荷状态至已施加压力、铁芯16产生最大变位量状态期间，振荡频率从30KHz变化到20KHz，在此约10KHz的范围内进行压力检测，然而，由于伴随隔膜14的小型化、使变位量减小，在本实施例中，通过改变线圈58与电容器68的值、使振荡回路80的振动频率也比原来提高，设定在从无负荷状态至铁芯16产生最大变位量状态间，使振动频率从145KHz到130KHz间变化来使用。据此，使频率范围为15KHz，即使铁芯58的变位量减小，也能以足够的分辨能力进行压力检测。

此外，通过将保持部14c形成厚壁使整个刚性提高，然而，能通过在保持部14c的受压面上设置加强肋、进一步提高保持部14c的刚性。通过这样提高保持部14c的刚性、能防止在隔膜14产生变位时、保持部14c因变形而使其平面性降低、使铁芯16沿隔膜14的轴线方向直线地移动，此外，由于在移动时能使铁芯16不倾斜，故能进行正确测定变位量，其结果，也就是能进行正确测定压力。

此外，如图2所示，可以将加强肋14d形成以保持部14c的中心为中心的同心圆形状，也可以形成辐射状，此外，也可以是此两者组合的形状。

此外，在保持部14c的非受压面的中心部设置为安装铁芯16的凸起14e。

下面，对铁芯16进行说明。

在本实施例中，通过在铁芯16的中心部上形成沿轴线方向的第1通孔16a，而将整个铁芯16形成圆筒状。在将铁芯16安装在保持部14c上时，只要把从保持部14c伸出的凸起14e压入兼作此凹部的第1通孔16a内就可以。由于将凸起14e的外径形成比第1通孔16a的内径稍大，一旦将其插入，在动作时通常不会松动。由于这样能用简单压入进行安装，因而作业性好。

此外，通过在铁芯16的隔膜14一侧的外周面上设置定位部16b、如后所述，具有限制铁芯16移动的功能。

接着，对壳体12的结构进行说明。壳体12是把可在其外周面上卷绕线圈58、同时在其第2通孔18a内配设铁芯16、弹簧座84、复位弹簧62以及调整螺丝82的筒状绕线架18和在绕线架18的两端分别形成的一对法兰20a、20b构成的绕线骨架部22以及容纳隔膜14的容纳部24一体地形成。

具体地说，容纳部24具有在一对法兰20a、20b中一法尘20a的外面形成将隔膜14安装在其内部的圆筒体24a、以及在与安装在圆筒体24a上的隔膜14间形成受压室26的同时、设有与受压室26连通的导入口64的盖体24b。

而且，将圆筒体24a一体地形成在绕线骨架部22的一法兰20a的外面上。此外，将盖体24b构成以单手柄方式可自由装卸地安装在圆筒体24a上，从而达到组装作业简单化、同时使作业效率提高。其具体的安装结构为在上述两者的任一个上设钩挂凸起28a，同时在另一个上设挂钩28b，通过将设在另一个上的挂钩28b钩挂在钩挂凸起28a上，能进行单手柄装卸。在本实施例中，在盖体24b上设挂钩28b、在圆筒体24a上设钩挂突起28a，然而，也可以按相反构成。

现对配设在绕线架18的第2通孔18a内的铁芯16、弹簧座84、复位弹簧62以及调整螺丝82的结构进行说明。

本实施例中的弹簧座84由合成树脂制成，其外形为在圆板体两面的各中央部上分别形成凸起。其中的一凸起成为弹簧座84自身的相对插入在铁芯16的线圈58一侧的端面开口的第1通孔16a内的铁芯16的定位凸起，同时，把手螺旋弹簧构成的复位弹簧62嵌入在另一凸起上、从而将复位弹簧62相对弹簧座84定位。因此，复位弹簧62能通过弹簧座84相对铁芯16定位。

此外，在第2通孔18a的法兰20b一侧的开口内周面上形成阴螺纹、将调整螺丝82拧入此阴螺纹内、将复位弹簧62夹持在其与弹簧座84间。

此外，不是象传统例那样将绕线骨架部22构成将线圈58完全容纳在壳体12内、而上将绕线架18构成开放、能直接将线材绕在绕线架18上。据此，一旦有必要把以往那样已将线材绕成环状的线圈改装容纳在壳体12内，就能直接将线材卷绕成线圈58，简化制造工序。

此外，虽然将线圈58的外周面构成外露、然而作为压力传感器10自身、尤其为了线圈58表面绝缘、可以不进行将树脂剂嵌入成形等作业。这是由于如图3所示、为了对线路基板70自身、及载装在线路基板70上的电子元件进行防潮处理，在线路基板70上进行具有一定厚度的聚氨酯树脂30的封装，由于此厚度A达到将载放在线路基板70上压力传感器10的线圈58形成区域B全部覆盖隐没的程度，也就是用此聚氨酯树脂进行线圈58的绝缘。可使用硅树脂、环氧树脂、聚酯树脂等作为树脂剂。

由于省去传统的为在线圈58上嵌入绝缘用树脂剂的成形工序、可使制造成本降低。

此外，在本实施例中，构成机械地限制安装在隔膜14上的铁芯16向线圈58方向的移动量。据此，能使当隔膜14受过大的压力而强制地变形、使隔膜14的一部分与铁芯16一起进入绕线架18的第2通孔18a内、即使有复位弹簧62的弹力也不能使铁芯16复位以及使隔膜14受损伤的情形得到防止。

本实施例中作为此限制结构的一例，在形成圆筒体24a一法兰20a的上方从绕线架18的第2通孔18a的孔口边缘延伸设置的延伸部32。据此，当隔膜14承受规定以上的压力而变形时、由于铁芯16的定位部16b与延伸部32接触，使铁芯16不能进一步进入绕线架18内，从而能防止发生上述不适当情况。

此外，由于要将本发明压力传感器10载装在线路基板70上，因此，把与线圈58及电容器68电气连接的多根(本实施例为4根)导线端子34a-34d用插件成形一体地安装在另一法兰20b上。如图1、图3所示、将各导线端子34a-34d从另一法兰20b的边缘沿法兰20b的延伸方向(图1及图3中的左右方向)伸出后、使其顶端向绕线架18的相反方向成直角地折弯而成L字状。

据此，能将导线端子34a-34d的弯折顶端插入设置在线路基板70上的四个通孔70a内，而后钎焊固定在线路基板70上。

此外，在本实施例中，如图4所示，在各端子34a-34d的弯折后的顶端成正方形或位于正方形四角等成点对称场合，即使将压力传感器10的安装方向旋转180°、也能将各导线端子34a-34d插入线路基板70的通孔70a内。因此，为了防止发生这样的错误，可以把要插入通孔70a的一根导线端子(例如34d)的顶端宽度，作成与其它的导线端子34a-34c的顶端宽度不一样，也可把被此导线端子34d插入的通孔70a的直径形成与其它通孔70a的直径不相同。此外，即使将导线端子34a-34d的位置形成非点对称，也能防止发生错误。

此外，如图4所示，可以在至少一对导线端子上，使其在法兰20b的表面上露出形成将电容器68在导线端子间钎焊的台部36。在本实施例中，由于需安装两个电容器68，分别在两对导线端子(34a与34b、34c与34d)上设置两对台部(36a与36b、36c与36d)，为进行表面安装型电容器68的钎焊固定。这样，通过预先设置电容器68用的台部36，能容易进行电容器68的钎焊、也能实现元件安装自动化。

此外，也存在压力传感器10使用图5所示振荡回路80(也可以是LC谐振回路)的场合，由于在此场合可以使设置在壳体12内的电容器68为一个，因此，可以只设一对台部36。

此外，在将振动加在已装上压力传感器10的线路基板70上的场合，当构成将压力传感器10仅通过导线端子34a-34d固定在线路基板70上，在导线端子34a-34d的弯曲部分上将发生因振动引起的压力集中。此刻，在如图4所示的全部导线端子34a-34d按平行方向伸出的场合，导线端子34a-34d的弯曲部分的弯曲方法也完全相同，在各导线端子34a-34d的弯曲部分将发生因反复弯曲、延伸、因金属疲劳而出现裂纹、从而引起断裂的情形。

但是，作为一例如图6所示，构成仅使各导线端子34a-34d中的面对面的一对导线端子相互(34a与34d,34b与34c)平行伸出，也就是当构成使这些端子34a-34d的相邻导线端子的伸出方向相互不平行，在假设加在沿一个导线端子34a的伸出方向振动的场合，由于至少加在与该导线端子34a相邻的其它两个导线端子34b、34c的弯曲部分上振动方向不存为相对弯曲方向垂直，就难以对弯曲部分产生弯曲、延伸作用。因此，与使全部导线端子34a-34d成为平行、而使全部导线端子34a-34d的弯曲方向相同的场合相比、也使相对作为压力传感器10的整体的振动的强度提高。

此外，当然，作为构成振动对策，也可以采用如图4所示，在面对线路基板70的法兰20b上设置螺孔38、用钎焊将压力传感器10焊接在线路基板70上后、如图3所示、从线路基板70的钎焊面一侧将线路基板70夹住，用自攻螺钉40等将压力传感器10进行螺纹固定的结构。此外，或者也可以用合并使用方式取代此螺纹固定结构，就是用由如图7所示的剖面为字形的金属板或合成树脂板构成的固定件42将整个压力传感器10向线路基板70方向按压的结构。此外，拧入自功螺钉40等将固定件42固定在线路基板70的螺孔70b上。

此外，在上述实施例中，构成通过弹簧座84使弹簧62相对铁芯16定位，然而，也可以如图8所示，在铁芯16的朝向线圈58一侧的端面上设置定位用凹部16c，通过使复位弹簧62的一端进入此凹部16c内，成为使复位弹簧62相对铁芯16定位而不使用弹簧座84的结构。

以上叙述了本发明的多种适用的实施形态，然而本发明不限于上述实施形态，当然，在不超出本发明构思的范围内可以进行各种改变。

Claims (10)

1．一种压力传感器，由安装在壳体上的隔膜、线圈、电容器以及安装在所述隔膜上、根据隔膜承受的压力、因所述线圈产生接合分离动作的铁芯，其特征在于，所述隔膜由外周安装部、在该外周安装部内侧形成的薄壁动作膜部以及在该动作膜部内侧形成的厚壁保持部构成，将所述铁芯不用隔膜板而直接安装在所述隔膜的所述保持部上。

2．根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述保持部外径相对所述隔膜的所述外周安装部外径的比率为50％以下。

3．根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，在所述隔膜的所述保持部的受压面一侧上设置加强肋。

4．根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，在上述铁芯的与上述隔膜相接触的面上形成凹部的同时、在所述隔膜保持部的非受压面一侧的中心部上一体地形成可进入上述凹部内的凸起，通过将所述凸起压入上述凹部内，将上述铁芯安装在上述保持部上。

5．根据权利要求1-4中任一权利要求所述的压力传感器，其特征在于，所述壳体是把由其在外周面可卷绕上述线圈的筒状绕线架、在该绕线架的两端分别形成的一对法兰、构成的绕线骨架部和为容纳上述隔膜的容纳部一体地形成。

6．根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述安装在隔膜上的铁芯能在所述绕线架的通孔内、沿绕线架的长度方向移动的同时、在其隔膜一侧的端部外周面上伸出形成可与所述通孔的孔口边缘接触的定位部。

7．根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述容纳部具有在所述一对法兰的一法兰的外面上形成将所述隔膜安装在其内部的圆筒体及安装在该圆筒体上、在与所述隔膜间形成受压室的同时、设有与该受压室连通的导入口的盖体，通过在作为一方的所述圆筒体上设置钩挂凸起，在作为另一方的所述盖体上设置将所述钩挂凸起钩住固定的挂钩，将所述盖体形成可自由装卸的单手柄式结构。

8．根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，在所述一对法兰中的另一法兰上，用插件成形将与所述线圈、电容器电气连接的多个导线端子安装成一体，同时，在其中至少一对导线端子间露出形成将所述电容器钎焊在该导线端子间的台部。

9．根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，使所述多个导线端子从所述另一法兰边缘、沿该法兰的伸出方向延伸后、使其顶端一侧向与绕线架的相反方向垂直地弯折成L字状，同时使其中的至少一个导线端子顶端的宽度与其它导线端子顶端的宽度不相同。

10．根据权利要求9所述的压力传感器，其特征在于，将所述将所述多个导线端子从所述另一法兰边缘延伸的方向设定为使其相邻的导线端子相互间不平行。

Images