JP2004354384A - 圧力センサステム用電気コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサカプセルから突き出す圧力センサステムを破損から保護する電気コネクタを提供する。
【解決手段】電気コネクタ50は圧力センサカプセルから突き出た圧力センサステムを保護する。電気コネクタ50は中央孔54を有する台板52と、台板52につながって台板52より下に張り出ている周壁56とを含む。周壁56は圧力センサステムが中央孔54を貫通して台板52より上に突き出たときに圧力センサカプセルに摺動可能に係合する。台板52につながる保護壁60は圧力センサステムより上に張り出て圧力センサステムを保護する。保護壁60内のリードフレーム64は圧力センサステム上のセンサ接触パッドへの電気接続を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は流体内の圧力感知に使用するための圧力センサに関する。特に、本発明は圧力センサ構成部品用の電気コネクタに関する。

圧力、温度、流量、およびｐＨ等の、流体のパラメータを感知して、その感知された流体のパラメータ値を制御システムなど遠隔位置に送信するために、工業用送信機が使用される。これらの送信機は、その内側の圧力センサカプセル内に取り付けられる超小型圧力センサを含むことがある。この種の圧力センサは、接合用の電気接触パッドへのアクセスに備えるため、センサカプセルから突き出すセンサステムを有することがある。

このセンサステムは一般的にサファイヤなどの脆い材料で形成されているので、送信機の製造中に工具その他の物との接触によって簡単に破損する。電気接触パッドに接合される接合線も非常に繊細であるので、接続点で破損しやすい。

センサステム上の電気接触パッドから接合線への、簡単で信頼性のある電気コネクタの構成(arrangement)が必要とされている。この構成はまたセンサステムを破損から保護する。

圧力センサカプセルから突き出す圧力センサステムを保護する電気コネクタを開示する。電気コネクタはそこを貫通する中央孔を有する台板を含む。

電気コネクタはまた前記台板につながる周壁を含む。周壁は台板より下に張り出ている。周壁は、圧力センサステムが前記中央孔を貫通して台板より上に突き出た時に、圧力センサカプセルに摺動可能に係合するように形成される。

電気コネクタは、前記台板につながる保護壁を含む。保護壁は圧力センサステムより上に突き出ている。電気コネクタが圧力センサカプセル上の所定位置にある場合、保護壁は圧力センサステムを保護する。保護壁内のリードフレームは圧力センサステム上のセンサ接触パッドに対する電気接続を提供する。

以下に示す実施形態において、電気コネクタは圧力センサカプセルの一端上に摺動するように形成された周壁と、脆い圧力センサステムより上にはみ出るように形成された保護壁とを有しており、該保護壁は操作中に外部の物体に接触して破損を受けることから圧力センサステムを保護する。前記周壁と保護壁は台板で一緒につながっていて、圧力センサカプセルに正しく整列するのを確実にする正のストッパを提供する。保護壁内のリードフレームは圧力センサステム上のセンサ接触パッドへの電気接続を提供する。電気コネクタは、好ましくは射出成型プラスチック樹脂によって形成され、ＲＦＩ／ＥＭＩシールドの役割を果たす金属インサート（metal insert）を含む。典型的な圧力センサカプセルの構成を図１に関して以下に説明し、典型的な電気コネクタの構成を図２〜７に関して以下に説明する。

図１は、圧力センサカプセル２０の一例を示す斜視図である。この実施形態において、圧力センサカプセル２０は二つの半ブロック２２，２４からなるブロックを含み、一緒に接合されてセンサ取付孔２６を形成する。流体流入管２８は圧力をかけられた流体を前記ブロック内側の圧力チャンバ（図示しない）に供給する。円筒状の外面２７を有する支持リング２５は、圧力センサカプセル２０の圧力の完全性を向上させる。圧力センサ３０は取付孔２６を貫通するネック３２を有するとともに、圧力チャンバ内側に圧力感知部（図示しない）を有する。圧力センサ３０はまた圧力センサカプセル２０から突き出た圧力センサステム３４を含んでいる。圧力センサステム３４は圧力センサ３０との電気接続を形成するためのセンサ接触パッド３６を含んでいる。圧力センサ３０は電気接続のための取付孔を通って延長されるステム部分を含んでいるものであれば、色々な形態をとることができる。

圧力センサカプセル２０および圧力センサ３０は、例えば、フリック（Frick）他の米国特許第６，０８９，０９７号、ジッタ（Sittler）米国特許第６，５０８，１２９号もしくはグレーベル（Gravel）他の米国特許出願第２００２０１００３３３号に記載されているように構成することができる。

圧力センサ３０は、アルミナ（合成サファイヤ）、シリコン、もしくは石英ガラス等の脆い材料で形成されている。一つの潜在的な問題は、圧力センサステム３４が外部の物体と接触したときに、外部の物体から大きな力を受けネック３２が破損することである。脆い材料は曲げに対して抵抗があり、ネック３２がセンサ取付孔２６とつながるところで応力が集中する。このため、製造プロセス中で起こる通常の操作中に該ネック部３２で破損を生じやすい。一つの実施形態では、センサ接触パッド３６は約０．６４ｍｍ（０．０２５インチ）程度の非常に小さいものであり、直径約０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）の非常に細い接合線が接触パッド３６と接続するために使用される。接合線は製造プロセス中の通常の操作中に撓みを受けると破損する。圧力センサ３０のネック３２が破壊したり、接合線が破損したりするという問題は、図２〜図７に関して以下に説明する電気コネクタの一例によって回避される。

図２は電気コネクタ５０の斜視図である。電気コネクタ５０は圧力センサカプセル（例えば、図１のカプセル２０）から突き出ている圧力センサステム（例えば、図１のステム３４）を保護するために使用できる。電気コネクタ５０の特定の態様は正面図（図３）、正面断面図（図５の線４−４’に沿って切られた図４）、平面図（図５）、底面図（図６）、または部分斜め断面図（図６の線７−７’に沿って切られた図７）により明瞭に示される。種々の特徴を示すために、図２〜図１０を通して同一の参照符号が使用される。

図２〜図７に示された電気コネクタ５０は中央孔５４を有する台板５２を備え、中央孔５４は台板５２を貫通している。電気コネクタ５０はまた台板５２につながる周壁５６を含み、図示のように台板５２より下に張り出ている。周壁５６は、圧力センサステム（例えば、ステム３４）が中央孔５４を貫通して台板５２より上に突き出たときに、圧力センサカプセルの面（例えば、図１のカプセル２０の面２７）に摺動的に係合するように形成される。台板５２の下側部５９（図４，図７）および周壁５６の内面５５（図４）は、好ましくは支持リングの外面（例えば、図１の面２７）にフィットする、全体に円筒状の空洞５７（図３，図４）を形成する。下側部５９は、圧力センサカプセル上に保護装置５０を位置決めするための正のストッパとして機能する。

電気コネクタ５０はさらに台板５２につながり圧力センサステム３４より上に突き出た保護壁６０を備える（図３）。保護壁６０は不注意による外部物体による衝撃から圧力センサステム３４を保護する。保護壁６０は、接合パッド６６でセンサ線接合を妨害する危険を生じさせることなく、容易に回路基板に接合するために電気表面取り付け接触子６８を配置する。センサ線の接合はパッケージされた圧力センサ組み立てレベルで完成することができ、その後、回路基板の組み立てレベルは困難を伴うことなく、線の接合を完成することができる。接合線は非常に短かいので、動作環境中の衝撃や振動によって損傷することに対して、強固な抵抗を提供する。

台板５２、周壁５６および保護壁６０は、好ましくはプラスチック樹脂で形成された射出成型部からなる。圧力センサステム（例えば、図１，３のステム３４）はセンサ接触パッド（図１のパッド３６）を有し、保護壁６０は好ましくはセンサ接触パッドの列に沿ったスロット（slot）６２を備える。このスロット６２は、接触パッド３６（図１）から接合パッド６６へ接合線を接合するために、該センサ接触パッド３６へアクセスすることを可能にする。

電気コネクタ５０は、好ましくはスロット６２の近傍で保護壁６０内に成型(mold)された金属のリードフレーム６４を備える。このリードフレーム６４は、センサ接触パッド３６につながれる接合線に接合するように適合された複数の接合パッド６６を含む。リードフレーム６４は例示のように複列(dual in-line)パッケージ（ＤＩＰ）形式に構成され、複数の突き出た面実装（ＳＭ）接触子６８を含む。リードフレーム６４を有する構成により、接合線を、外部の物体との接触から保護される位置へ取り付けることが可能になる。リードフレーム６４を有する構成はまた接合線の撓みを防止する。圧力送信機内の取り付けにおいて必要とされた柔軟性のあるあらゆるリードは、本発明ではより頑丈な面実装接触子６８に変えられている。リードフレーム６４は接触パッド６６をセンサ接触パッド３６に近付けて置けるようにするので、短くて強固な線接合が可能になる。

電気コネクタ５０は、好ましくは、台板５２につなげられ、かつ突出する面実装接触子６８の近くに突き出ている整列ピン７０を備える。この整列ピン７０は、好ましくは回路基板上で半田パッドに面実装接触子６８をよりよく整列させるように回路基板上の整列孔（図示しない）にフィットする。電気コネクタ５０は、好ましくは保護壁６０内に成型されたＲＦＩ保護シールド７２を含んでいる。一つの好ましい実施形態では、整列ピン７０は金属で形成され、ＲＦＩ保護シールド７２と回路基板上の接地パッドとの間の接続部として機能する。

周壁５６は、好ましくは圧力センサカプセルの面（例えば、図１の面２７）をつかむように形成されたグリップ面６１（図６，図７）を含む。このグリップ面は好ましくは例示のようにテーパ形状を有する。このテーパ形状は面２７をグリップ面６１に押圧させて、保護装置５０の取り外しに抵抗する妨害フィットを形成する。グリップ面６１はまた面２７上での保護装置５０の回転に対して抵抗する。

保護壁６０は好ましくは圧力センサステムの周囲にポッティング空洞７４を形成するように型どられる。ポッティング空洞７４は、ポッティングコンパウンドで充填されるように型どられており、ステム３４と接合線は、より一層の保護のために、該ポッティング空洞７４内に入れられることができる。

必要ならば、接合パッド６４に接続する小型電子回路を取り付けるために、部品実装面７６（図２）のような面を使用することができる。

台板５２は、好ましくは例示のように保護壁６０から外に向かって周囲に拡張され、かつ保護壁６０はその中に電気コネクタ５０が挿入される取付孔（図示しない）に係合するために用いられる外部面７８を有する。

電気コネクタ５０のような電気コネクタは、リード線が破損したり、センサステムが破損したりするという問題を解決し、電気接合線もしくはセンサステムの不当な破損を伴わずに製造環境内で都合良く操作することができる圧力センサカプセル２０を有する組立体を提供する。

図８〜１０は型（図示しない）内においてリードフレーム６４を位置決めするのに有用なリードキャリア構造８０を例示する。リードフレーム６４はリードキャリア構造８０の一部であり、これは、成型が完了し、かつリードが最終形状に折り曲げられた後に、リードキャリア構造８０の要部から切り離される。図８に例示するように、リードキャリア構造８０は型内での整列のための切り欠き（notch）８４を含む。リードキャリア構造８０は、プラスチック樹脂型への正しい整列を確実にするため、型内の予定位置に各リードを保持する。リードフレーム６４内の各リードは、曲げ操作中に、成型された部分内でリードが滑るのを防止するための突き出たタブ８６を含む。この突き出たタブ８６は好ましくは保護壁６０の内側に成型される。図９および図１０は、成型の完了後、電気コネクタ５０内に固定されたリードキャリア構造８０であって、リードフレーム６４が折り曲げられる前、およびリードキャリア構造８０からリードフレーム６４が切り離される前の正面図および平面図をそれぞれ示す。リードキャリア構造８０は好ましくは打ち抜かれ、エッチもしくはレーザ加工された面状金属構成部品である。

本発明は好ましい実施形態により説明されたが、当業者は形状および細部において本発明の範囲から逸脱しないで変形できることを認識できるであろう。また、例示した実施形態では分離されたリードを有するリードフレームを示すが、当業者は、可撓性回路を備えるリードフレームを使用してセンサステム上の接触パッドへ直接接続でき、センサパッドに対して線を接合する必要をなくすことを当業者は理解できるであろう。

突き出した圧力センサステムを有する圧力センサカプセルの等角図である。 電気コネクタの斜視図である。 電気コネクタの正面図である。 図５の４−４’線に沿って切られた電気コネクタの正面断面図である。 電気コネクタの平面図である。 電気コネクタの下面図である。 図６の線７−７’に沿って切られた電気コネクタの部分斜め断面図である。 電気コネクタ内のリードフレームの位置決めに有用なリードキャリアの構成を示す図である。 電気コネクタ内のリードフレームの位置決めに有用なリードキャリアの構成を示す図である。 電気コネクタ内のリードフレームの位置決めに有用なリードキャリアの構成を示す図である。

符号の説明

２０……圧力センサカプセル
２２、２４……半ブロック
２５……支持リング
２６……センサ取付孔
２７……外面
２８……流体流入管
３０……圧力センサ
３２……ネック
３４……圧力センサステム
３６……センサ接触パッド

Claims (12)

1. 圧力センサカプセルから突き出た圧力センサステムへの接続用電気コネクタにおいて、
   それを貫通する中央孔を有する台板と、
   前記台板につながり、かつ該台板より下に張り出ていて、圧力センサステムが前記中央孔を貫通して前記台板より上に突き出たときに圧力センサカプセルに対して摺動可能に係合するように形成された周壁と、
   前記台板につながって前記圧力センサステムより上に突き出て圧力センサステムを保護する保護壁と、
   前記保護壁内に配置され、圧力センサステム上のセンサ接触パッドとの電気接続を提供するリードフレームとを備えた電気コネクタ。
2. 前記台板、周壁および保護壁がプラスチック樹脂からなる請求項１の電気コネクタ。
3. 前記圧力センサステムがセンサの電気接触パッドを有し、前記保護壁が前記センサの接触パッドの列に沿ったスロットを備えている請求項１の電気コネクタ。
4. 前記リードフレームが、前記スロットに隣接した保護壁内に成型されている請求項３の電気コネクタ。
5. 前記リードフレームが前記センサの接触パッドにつながる接合線に接合されるように構成された接合パッドを含んでいる請求項４の電気コネクタ。
6. 前記リードフレームが、複列パッケージ（ＤＩＰ）形式に構成され、突き出た面実装（ＳＭ）接触子を含んでいる請求項４の電気コネクタ。
7. 前記台板に接続され、かつ前記突き出た面実装接触子の近くに突き出た整列用ピンをさらに備えた請求項６の電気コネクタ。
8. 前記保護壁内に成型されたＲＦＩ保護シールドをさらに備えた請求項１の電気コネクタ。
9. 前記周壁が、圧力センサカプセルを把持するように形作られたグリップ面を含んでいる請求項１の電気コネクタ。
10. 前記保護壁が前記圧力センサステムの周りにポッティング空洞を形成し、該ポッティング空洞はポッティングコンパウンドの充填用に形作られた請求項１の電気コネクタ。
11. 電子回路の実装用に形作られた構成部品実装面をさらに備えた請求項１の電気コネクタ。
12. 前記台板が前記保護壁から周囲に拡張していて、前記保護壁が、取付孔内に挿入するために適合された外面を有している請求項１の電気コネクタ。

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