JP2004518984A - 圧力センサ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、請求項1の前文に規定された特徴を備えた圧力センサに関するものである。
【0002】
上述の種類の圧力センサは、例えば、米国特許出願3,100,997 Aか ら公知である。
【0003】
更なる圧力センサは、例えば、ドイツ出願79 06 132 U1から公知で ある。ドイツ出願74 05 439 U1もまた、圧力センサを開示する。
【0004】
上述のすべての圧力センサは、それらの構造に比して割高に設計されるものであり、大量生産におけるそれらの使用は、高いコストの故に不可能であるという問題がある。更になお、それぞれの設計は、振動に対して敏感であり、この特性が、それらの大規模使用を妨げるのである。
【0005】
以上の観点から、本発明の目的は、一方では費用有効的に生産されることが可能であり、他方ではその感度を劣化させることなく小型である、前述の種類の圧力センサを設けることである。
【0006】
この目的は、保持器が、ハウジングの中に挿入可能であり、光手段および光検出手段のための受入れ開口部を含むようにして設けられ、保持器は、好適には第1および第2のプリズムである第1および第2の反射面をそれぞれの受入れ開口部の領域内において支持し、好適にはプラスチック材料である透明材料によって形成される、前述の種類の圧力センサによって解決される。
【0007】
この形式の構成は、圧力センサの非常にコンパクトな組立体を生じるものであり、非常に費用有効的な生産を許容する。特には、既製品のコンポーネントが、光ビームを偏光させるプリズムの採用の故に、設計を拡張する必要なしに、使用されることが可能である。更になお、プリズムの使用は、標準的なLEDの具体例に関して通常の幾何学的形状を採用し、LEDの全ビーム幅を使用することを許容するものであり、撓み可能な隔膜の検出可能通路が増大する。それと共に、圧力センサの測定範囲またはその感度が、増大することも可能である。
【0008】
この点に関して、「光学軸」という表現は、光手段および光検出手段のそれぞれの軸を意味するものであり、それは、主要ビーム方向を規定するということが留意されるべきである。更なる1つの利点は、それぞれのプリズムに対する光手段および光検出手段のそれぞれの方向付けが保持器によって既に規定されているのであり、エラーが組立ての間には何も生じないということにおいて理解されることが可能である。光手段および光検出手段のそれぞれは、保持器の受入れ開口部の中に挿入されることだけが必要であり、その後、それぞれのプリズムに対する所望の方向付けを有することになる。更に、保持器の中にプリズムを組み込むことは、非常に費用有効的な設計を生じる。更なる1つのコスト削減は、好適にはプラスチック材料である透明材料によって保持器が形成されることにおいて達成される。それは、言い換えれば、プリズムを備えた保持器全体が1つの材料によって形成されるということを意味するのである。
【0009】
新規な圧力センサの1つの好適な実施例において、光遮断器は、ビーム通路の中に位置する切形の部分を含む。
【0010】
この方式は、光遮断器の非常に簡単であり従って費用有効的である設計を許容するものであり、この部分の回転対称性の故に、光遮断器の方向付けエラーすなわち調節エラーが組立ての間には生じ得ないという更なる1つの利点が存在する。
【0011】
1つの好適な実施例において、保持器は、ハウジングの中におけるそれぞれの凹部と係合するようにして外部に装着される少なくとも2本のスナップ取付けピンを含む。
【0012】
この方式は、圧力センサの組立てが簡単且つ確実であり、工具なしで行なわれることが可能であるという利点を有する。
【0013】
1つの好適な実施例において、ハウジングは、全周囲に沿って延在する内側ショルダを含み、そのショルダの上において、保持器のそれぞれの支持面が位置し、隔膜のエッジ領域は、支持面とショルダの間において締付けされる。
【0014】
この方式は、ハウジングの内部における隔膜のための独立した装着要素が必要でないという利点を有する。むしろ、ハウジング内部に隔膜を取付けすることは、隔膜をハウジングのショルダに対して締付けするようにして、保持器を被せることによって達成される。その利点は、更なる生産の単純化が達成され得るということでもある。
【0015】
1つの好適な実施例において、光手段は、LEDであり、光検出手段は、フォトトランジスタである。
【0016】
この方式は、既製品のコンポーネントが使用されることが可能であり、高価な特殊コンポーネントの使用が回避されることが可能であるという利点を有する。
【0017】
本発明の更なる利点および実施例は、後続の説明および添付の図面から理解されることが可能である。上述の特徴および以下で説明されることになる特徴は、指摘されたそれぞれの組合せにおいて使用され得るだけでなく、本発明の範囲から離れることなく、その他の組合せにおいて或いは単独で使用されることもまた可能であると理解されるべきである。
【0018】
ここで、本発明は、実施例および図面を詳細に参照して説明されることになる。
【0019】
図1において、圧力センサは、概略的且つ断面において示され、参照番号10によって表示されている。圧力センサ10は、プリント回路基板14によって閉鎖されるカップ形状ハウジング12を含み、圧力センサは、そのプリント回路基板に対してハンダ付けされる。ハウジング12およびプリント回路基板14は、内部16を取り囲む。内部16の内側には、LED20およびフォトトランジスタ22をそのために設けられた受入れ開口部24の中に受入れする保持器18が設けられる。
【0020】
透明材料によって形成されるハウジング12の中には、更に、保持器18と共に内部16の部分を第1の部分的体積28および第2の部分的体積30に分割する隔膜26が配置される。両者の部分的体積は、隔膜26によって互いに対して密閉される。両者の部分的体積28、30の間における圧力差に応じて、隔膜26は、上下に撓む。
【0021】
バネ・カップ32は、専ら隔膜26の上に位置し、その対向端部においてバネ34の一方の端部を支持する。バネ34の他方の端部は、保持器18によって支持される。
【0022】
バネ・カップ32は、バネ34に面するその端部において、バネ・カップ32に対して被せられ摩擦接触によって保持される開口部または光遮断器36を支持する。
【0023】
保持器18は、第1反射面40および第2反射面42を含む。第1反射面40は、LED20に対して割当てされ、第2反射面42は、フォトトランジスタ22に対して割当てされる。反射面40、42における反射は、いわゆる全反射によって引き起こされるものであり、それは、反射面40、42の傾斜がそれに応じて選択されることを必要とする。両者の反射面は、図2において観察され得るような円錐面として形成される。それらの円錐面は、LED20の光ビームが軸L上において線状に焦点合わせされるようにして寸法形成される。
【0024】
本件の実施例では、それぞれの反射面40、42は、垂直方向軸Lに対して45度の傾斜角度で配置される。受入れ開口部24は、挿入されたLED20がその光学軸44によって垂直方向軸に対して平行に位置するようにして、保持器18の中に設けられる。同じことは、その光学軸44もまた垂直方向軸に対して平行に位置するフォトトランジスタ22についても適用される。それに従って、LED20は、ビームを45度の角度で反射面40に対して発射するものであり、その反射面は、このビームを90度だけ偏向させて、そのビームを対向反射面42に対して水平方向において反射させ、続いて、この反射面が、ビームをフォトトランジスタ22に対して反射する。周辺領域内に位置する2本の光線は、図1において説明目的のために示されるのであり、参照番号46によって表示される。
【0025】
図2から図6では、図1において示された圧力センサが、詳細に且つ斜視図において示されている。図2において示されたような保持器18は、円筒形部分50とそれに追従する受入れ部分52とを含む。円筒形部分50の内部において、両者ともに円錐状に設計される反射面40、42は、それぞれがプリズム54の一部であるようにして、明瞭に示されている。両者のプリズム54は、図1において既に示されているように、互いに対向して配置される。斜視図は、更に、管状部分58と連絡する中央開口部56をも示している。管状部分58は、円筒形部分50の長手方向軸に対して垂直に延在するものであり、受入れ部分52によって支持される。管状部分58および開口部56は、部分的体積30に対して第1の圧力を掛けるようにして機能する。
【0026】
図2は、受入れ部分52の中に、両者の受入れ開口部24が設けられ、その中に、LED20およびフォトトランジスタ22がそれぞれに挿入され、ストッパ手段59が、受入れ開口部24の内壁の中にステップを設けることによって、LED20およびフォトトランジスタ22の各フランジ面とそれぞれに係合するようにして、設けられることが可能であるということを更に示している。それによって、LED20を反射面40に対して且つフォトトランジスタ22を反射面42に対して、それぞれに組立てし、位置決めして調節することが、容易に達成されることも可能である。
【0027】
円筒形部分50上には、ハウジング12と係合可能に接続するために機能するようにして、合計で4本のスナップ取付けピン57が設けられる。更に、2本の更なるスナップ取付けピン55もまた、プリント回路基板14上における圧力センサの事前固定を達成するためのハンダ付けの前にプリント回路基板14と係合するようにして、設けられるのであり、そのことは、図1において明瞭に観察されることが可能である。そこでは、スナップ取付けピン55は、プリント回路基板14を貫通して延在する。
【0028】
図2において示されたプリズム54は、透明材料によって形成されるものであり、LED20によって発射されたビームは、それらのプリズムの中に進入することが可能であり、各反射面40および42によってそれぞれに反射されることも可能であり、それと同時に、軸Lに対する線状の焦点合わせが行なわれる。好適には、保持器18の全体は、この材料によって形成されるものであり、それは単純な様式で注型成形されることが可能である。
【0029】
図3において、ハウジング12は、斜視図で示されている。ハウジング12は、カップ形状において設計されるものであり、底部61だけでなく円筒形側壁62をも含む。側壁62の中には、凹部63が設けられ、スナップ取付けピン57は、その中に係合することが可能である。側壁62の内側表面には、これもまた図1において明瞭に観察されることが可能である、周方向に延在するステップすなわちショルダ64が配置される。
【0030】
底部61と側壁62の間における接合部には、底部領域の中におけるハウジング12の内部に対する接続を提供する管状部分65が装着される。底部61に対向する側壁62の領域内には、以下で説明されるように保持器18の管状部分58を受入れするようにして機能する、開放端部を有する開口部66が設けられる。開口部66は、管状部分65に整列して位置する。しかしながら、この開口部66は、側壁62の周囲に沿ったもう1つの個所に設けられることもまた可能である。
【0031】
図4において、円形隔膜26は、斜視図で示されている。隔膜26は、円形エッジ71と、そのエッジによって取り囲まれる隔膜表面72とを含む。円形隆起領域74は、この円形隔膜表面72の中央に設けられるものであり、その領域74もまた図1において明瞭に観察されることが可能である。隔膜表面72は、必要な可撓性を提供するようにして、シリコーンによって形成される。
【0032】
図5において、バネ・カップ32は、斜視図で示されている。この回転対称コンポーネントは、隔膜表面72上に位置するその一方の端部において大きな支持面78を含む。バネ・カップ32を隔膜表面72上に中心配置し、更に、如何なるスリップをも回避するようにして、隔膜表面72の隆起領域74は、管状部分79の中に係合する。これもまた、図1における断面図において明瞭に観察されることが可能である。管状部分79の他方の端部には、バネ34の一方の端部を支持する、ステップ18が設けられる。更になお、管状部分79は、光遮断器36をも支持する。如何なる光の反射をも回避するために、バネ・カップ32は、黒色表面を有する。
【0033】
この光遮断器36は、図6において斜視図で示されている。それもまた、回転対称コンポーネントとして配置されるものであり、第1の切形部分82と円筒形部分84とを含む。円筒形部分84は、それが、バネ・カップ32の管状部分79の中に挿入され得るものであり、更には、例えばセルフ・ロッキング式摩擦係合によってそこに保持されることが可能であるようにして、配置される。その結果、切形部分82は、管状部分79上に位置する。これもまた、図1において明瞭に観察されることが可能である。光遮断器における如何なる光の反射をも回避するために、それは、黒色表面を有する。
【0034】
好適には、光遮断器は、窓として機能するようにして部分82の領域の中において開口部を設けられることが可能であり、それぞれの2つの開口部は、互いに対向して位置する。光は、2つの対向する開口部を介して、部分82を通じて半径方向に伝わることが可能である。
【0035】
図1において示された圧力センサ10の組立ては、以下の通りに行なわれる。
【0036】
光遮断器36は、バネ・カップ32の中に挿入され、続いて、バネ34が、管状部分79に被せて装着される。その後、この組立体は、隔膜表面72上に敷設され、隆起部分42を介して中心配置される。
【0037】
続いて、中心領域50を備えた保持器18は、この組立体に被せて装着され、隔膜26のエッジ71が、保持器18の円筒形部分50に被せて取付けされ、そこで、スナップ取付け的または準スナップ取付け的に係合する。この組立体は、その後、ハウジング12の中に容易に挿入されることが可能であり、その固定は、凹部63の中に係合するスナップ取付けピン57によって達成される。それによって、保持器18は、エッジ71に対して完全に押し込まれ、エッジ71それ自体もまたハウジング12のステップ64の領域内においてハウジング12に対して完全に押し込まれ、良好な密閉が達成されるのである。
【0038】
次のステップにおいて、LED20およびフォトトランジスタ22は、その後、保持器18の各受入れ開口部24の中に挿入され、その端部位置は、ストッパ59によって規定されるのである。
【0039】
その後、圧力センサ10は、プリント回路基板14に被せて装着され、第1のスナップ取付けピン55が、プリント回路基板と係合し、事前固定が達成されるのである。続いて、LED20およびフォトトランジスタ22の端末は、プリント回路基板14に対してハンダ付けされる。
【0040】
ここで、図1において示された圧力センサは、以下の通りに機能することになる。
【0041】
第1の部分的体積28は、ハウジング12の管状部分65を介して第1の圧力を掛けられることになる。第2の部分的体積30は、保持器18の管状部分58を介して第2の圧力を掛けられるのであり、両者の圧力の一方が、大気圧であることも可能である。両者の圧力が異なっている場合には、圧力差が引き起こされることになり、バネ34の力に対抗して隔膜26の撓みを生じるのである。隔膜26のこの撓みは、バネ・カップ32を介して光遮断器36に対して伝えられるのであり、光遮断器36は、長手方向の方向Lにおいて上下のいずれかに運動する。
【0042】
光遮断器36およびその切形部分82のそれぞれは、2本の単一光線46によって示されている、ビーム通路すなわちLED20のビーム通路の中に位置する。長手方向の方向Lにおける光遮断器36の位置に応じて、反射面40によって反射されたビーム46の多かれ少なかれ大きな領域が、遮断されるのであり、その結果、反射面42を介してフォトトランジスタ22には達しないことになる。反射面の焦点合わせ効果の故に、光遮断器の回転軸が軸Lに対してオフセットしているか否かということは、重要でない。
【0043】
開口部が光遮断器36の中に設けられる場合、その光ビームは、これらの開口部を通過することが可能である。それらの開口部の解放表面が、遮断され或いは通過される光の量を決定する。
【0044】
従って、フォトトランジスタ22に到達する光の量は、光遮断器36の位置に依存することになり、結果として、両者の部分的体積28,30の間における圧力差に依存するのである。その圧力差は、この従属性に基づいて、フォトトランジスタ22によって生起される電気信号を分析することによって測定されることが可能である。
【0045】
光遮断器36および/または反射面40、42の傾斜に関するそれぞれの設計によって、圧力センサの特性は、所定の範囲内において調節されることが可能である。更に、バネ34もまた、当然ながら、圧力センサの特性に影響を与えるものであり、従って、その用途に応じて選択される。
【0046】
要約すれば、その圧力センサは、非常に容易に且つ費用有効的に組立てされることが可能であり、それにも関わらず、多くの応用分野において使用されるものとして適していると述べられることが可能なのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明に従った圧力センサを示す、概略的な断面図である。
【図2】
保持器を示す、2つの斜視図である。
【図3】
ハウジングを示す、斜視図である。
【図4】
隔膜を示す、斜視図である。
【図5】
バネ・カップを示す、斜視図である。
【図6】
光遮断器を示す、斜視図である。
Claims (5)
- ハウジング(12)と、前記ハウジングの中に配置されて、測定されるべき圧力によって撓み可能である隔膜(26)と、光学軸を有する光手段(LED)と、光学軸を有する光検出手段と、隔膜に対して連結され且つそれによって撓み可能である光遮断器(36)とを含み、前記遮断器は、光手段のビーム通路の中に配置され、光手段および光検出手段は、ハウジング(12)の内部に配置され、それらの光学軸が、互いに対して平行に位置し、好適には第1プリズムである第1反射面(40)は、光手段に対して割当てされ、好適には第2プリズムである第2反射面は、光検出手段に対して割当てされ、両者の反射面を介する光手段から光検出手段までの途切れないビーム通路が達成され、光遮断器(36)は両者の反射面の間に配置される、圧力センサであって、保持器(18)が、ハウジングの中に挿入可能であり、光手段および光検出手段のそれぞれのための受入れ開口部(24)を含むようにして設けられ、保持器(18)は、それぞれの受入れ開口部(24)の領域の中において第1および第2の反射面を支持し、好適にはプラスチック材料である透明材料によって形成されることを特徴とする、圧力センサ。
- 請求項1に記載の圧力センサであって:
光遮断器(36)は、ビーム通路の中に位置する切形の部分(82)を含むことを特徴とする、圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサであって:
保持器(18)は、係合可能な様式でハウジング(12)の中におけるそれぞれの凹部(63)と相互作用するようにして外部に装着される少なくとも2本のスナップ取付けピンを含むことを特徴とする、圧力センサ。 - 先行する請求項の1つに記載の圧力センサであって:
ハウジング(12)は、全周囲に沿って延在する内側ショルダ(64)を含み、その上に、保持器(18)のそれぞれの支持面(78)が位置し、隔膜(26)のエッジ領域が、支持面(28)とショルダ(64)の間において締付けされることを特徴とする、圧力センサ。 - 先行する請求項の1つに記載の圧力センサであって:
光手段は、LED(20)であり、光検出手段は、フォトトランジスタ(22)であることを特徴とする、圧力センサ。
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