JP2009168537A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力センサの改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a pressure sensor.
この種、圧力センサとしては、たとえば、金属ダイヤフラムの表面にブリッジ回路を構成する複数の歪ゲージを備えたセンサ部を備えたものが知られている(たとえば、特許文献1参照)。 As this type of pressure sensor, for example, a pressure sensor including a sensor unit including a plurality of strain gauges constituting a bridge circuit on the surface of a metal diaphragm is known (for example, see Patent Document 1).
この圧力センサでは、図3に示すように、筒状であって小径部20aと大径部20bとを備えたケース20と、ケース20の小径部20a内に収容固定されて内部に圧力が導入される有底筒状の金属ダイヤフラム21と、金属ダイヤフラム21の底部外面に設けられるとともにブリッジ回路を構成する複数の図示しない歪ゲージを有して上記底部の歪を検出するセンサ部22と、ケース20の大径部20b内に嵌合されるとともにセンサ部22が出力する信号を処理する処理基板23を保持するコネクタ24と、センサ部22と処理基板23とを接続するとともにケース20内に折り畳まれて収容されるフレキシブルケーブル25とを備えて構成されている。
In this pressure sensor, as shown in FIG. 3, a
そして、この圧力センサでは、特に、ケース20を筒状として、ケース20を、金属ダイヤフラム21を保持するものとコネクタ24を保持するものに分割せずに、単一のケース20で金属ダイヤフラム21とコネクタ24の両方を保持するようにしているので、シールが金属ダイヤフラム21とコネクタ24の嵌合部位のみで足り、部品点数や加工工数の点で有利となる構造を採用している。
In this pressure sensor, in particular, the
また、センサ部22は、複数の歪ゲージをループ状に接続した図示しないブリッジ回路と、このブリッジ回路にボンディングワイヤで接続される中継基板26を備えており、処理基板23は中継基板26を介してブリッジ回路に接続される。
The
このセンサ部22と処理基板23の接続に際しては、センサ部のブリッジ回路に接続されるとともに並列配置される少なくとも四つ以上の導線と、導線を被覆する絶縁膜とでなるフレキシブルケーブル25を用いている。
When connecting the
このようなフレキシブルケーブル25を採用するのは、圧力センサに振動が作用する場合にフレキシブルケーブル25がある程度自由に動いて、極細いボンディングワイヤに無理な負荷が作用しないようにするためである。
このような従来の圧力センサでは、上記した種々の利点を享受するため、ケース20を筒状として、ケース20の一端側の小径部20a内に収容される金属ダイヤフラム21に設けられるセンサ部22とケース20の他端側の大径部20bに嵌合されるコネクタ24に保持される処理基板23の接続にフレキシブルケーブル25を用いて接続する構成を採用しているため、圧力センサを組み立てるには、まず、予めセンサ部22にフレキシブルケーブル25の一端を接続した状態で金属ダイヤフラム21をケース20の小径部20a内に固定し、その後、フレキシブルケーブル25の他端を処理基板23に接続して、コネクタ24をケース20の大径部20b内に収めることになる。
In such a conventional pressure sensor, in order to enjoy the various advantages described above, the
このような組立工程を可能とするためには、金属ダイヤフラム21をケース20の小径部20aに収容した状態で、フレキシブルケーブル25の他端をケース20外にある処理基板23へはんだ付できることが必要で、そのため、フレキシブルケーブル25は金属ダイヤフラム21をケース20に固定した状態で他端がケース20外へ突出する程度に長く、コネクタ24をケース20の大径部20b内に嵌合すると、フレキシブルケーブル25はケース20内に折り畳まれて収容されることになる。
In order to enable such an assembly process, it is necessary that the other end of the
すると、このフレキシブルケーブル25がケース20内でどのように折り畳まれているかを外部から確認することができず、製品によっては、フレキシブルケーブル25がケース20の小径部20aと大径部20bとの境に形成される段部の内縁に圧迫されつつ接触してしまっているものがあり、このような圧力センサの場合、繰り返し圧力センサに振動が加わると、フレキシブルケーブル25の絶縁膜が上記段部の内縁に擦り付けられて傷んでケース20と導線が接触してしまいセンサ部22と処理基板23がケース20に導通して、圧力センサが正しく信号を出力できなくなってしまうと指摘される可能性がある。
Then, it cannot be confirmed from the outside how the
そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、圧力センサの耐振性能を向上させることである。 Therefore, the present invention has been developed to improve the above-described problems, and its object is to improve the vibration resistance performance of the pressure sensor.
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、筒状であって小径部と大径部とを備えたケースと、ケースの小径部内に収容固定されて内部に圧力が導入される有底筒状の金属ダイヤフラムと、金属ダイヤフラムの底部外面に設けられるとともにブリッジ回路を構成する複数の歪ゲージを有して上記底部の歪を検出するセンサ部と、ケースの大径部内に嵌合されるとともにセンサ部が出力する信号を処理する処理基板を保持するコネクタと、センサ部と処理基板とを接続するとともにケース内に折り畳まれて収容されるフレキシブルケーブルとを備えた圧力センサにおいて、フレキシブルケーブルは、センサ部のブリッジ回路に接続されるとともに並列配置される少なくとも四つ以上の導線と、導線を被覆する絶縁膜と有してなり、フレキシブルケーブルのケースにおける大径部内に収容される部位に予め曲り易い折曲部を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the problem-solving means of the present invention is a cylindrical case having a small-diameter portion and a large-diameter portion, and is accommodated and fixed in the small-diameter portion of the case so that pressure is introduced therein. A bottomed cylindrical metal diaphragm, a sensor part that is provided on the outer surface of the bottom part of the metal diaphragm and has a plurality of strain gauges that form a bridge circuit, and detects the strain at the bottom part, and fits within the large diameter part of the case A pressure sensor including a connector that holds a processing substrate that processes a signal output from the sensor unit and a flexible cable that connects the sensor unit and the processing substrate and is folded and accommodated in the case. The cable has at least four conductors connected to the bridge circuit of the sensor unit and arranged in parallel, and an insulating film covering the conductors, Characterized in that a pre-bent easily bent portion in a portion which is accommodated in the large diameter portion of the case history table cable.
本発明の圧力センサによれば、フレキシブルケーブルに積極的に曲がる折曲部が設けられており、この折曲部が圧力センサの組立の際に、金属ダイヤフラムとコネクタおよび処理基板によって圧迫されると優先的に折れ曲り、折曲部の周辺の一部がケースの大径部の内周に当接し、フレキシブルケーブルのケース内の段部の内縁への接触が阻止されることになる。 According to the pressure sensor of the present invention, the flexible cable is provided with a bent portion that positively bends, and when the bent portion is pressed by the metal diaphragm, the connector, and the processing board when the pressure sensor is assembled. It bends preferentially, and a part of the periphery of the bent portion comes into contact with the inner periphery of the large-diameter portion of the case, thereby preventing contact of the flexible cable with the inner edge of the step portion in the case.
このように、フレキシブルケーブルに予め折曲部を設けることにより、フレキシブルケーブルの段部の内縁への接触が阻止されるので、圧力センサの使用時に振動が繰り返し入力されても、フレキシブルケーブルの絶縁膜を傷めることがなくなり、圧力センサは金属ダイヤフラムの内部に導入された圧力に応じた正しい信号を出力し続けることができ、圧力センサの耐振性能が向上される。 In this way, by providing a bent portion in the flexible cable in advance, contact with the inner edge of the step portion of the flexible cable is prevented, so even if vibration is repeatedly input during use of the pressure sensor, the insulating film of the flexible cable The pressure sensor can continue to output a correct signal according to the pressure introduced into the metal diaphragm, and the vibration resistance performance of the pressure sensor is improved.
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、一実施の形態における圧力センサの縦断面図である。図2は、一実施の形態の一変形例における圧力センサの縦断面図である。 The present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a pressure sensor according to an embodiment. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a pressure sensor according to a modification of the embodiment.
図1に示すように、一実施の形態における圧力センサ1は、基本的には従来の圧力センサと同様に、筒状であって小径部2aと大径部2bとを備えたケース2と、ケース2の小径部2a内に収容固定されて内部Aに圧力が導入される有底筒状の金属ダイヤフラム3と、金属ダイヤフラム3の底部3a外面に設けられるとともに図示しないブリッジ回路を構成する複数の歪ゲージを有して上記底部3aの歪を検出するセンサ部4と、ケース2の大径部2b内に嵌合されるとともにセンサ部4が出力する信号を処理する処理基板5を保持するコネクタ6と、センサ部4と処理基板5とを接続するとともにケース2内に折り畳まれて収容されるフレキシブルケーブル7とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, a
以下、各部について詳細に説明すると、ケース2は、図1中下方側の小径部2aと、上方側の大径部2bと、小径部2aの外周に設けられてケース2を図外の外部機器へ取付可能とする螺子部2cと、小径部2aの上端外周に装着されるOリング2dとを備え、内周側には小径部2aと大径部2bとの境に段部2eが形成されている。
Hereinafter, each part will be described in detail. The
金属ダイヤフラム3は、底部3aと、筒部3bとを備えて有底筒状とされており、ケース2の小径部2aより軸方向長さは短く設定されるとともに、当該小径部2a内に内部Aが外方を向くようにして収容固定されている。また、筒部3bの外周にはOリング3cが装着されており、当該Oリング3cによってケース2と金属ダイヤフラム3との間がシールされている。
The
底部3aは、内部Aに導入される圧力で歪み易いように薄肉とされており、底部3aの外表面上にセンサ部4を設けている。また、金属ダイヤフラム3の開口端には、オリフィス8aを備えたプレート8が取り付けられており、金属ダイヤフラム3の内部Aには、オリフィス8aを介して圧力媒体が導入されるようになっており、当該オリフィス8aがローパスフィルタの役割を果たして内部Aの圧力変化が急激となることがないようになっている。
The bottom 3a is thin so as to be easily distorted by the pressure introduced into the interior A, and the
つづいて、センサ部4は、この実施の形態の場合、四つの歪ゲージをループ状に接続した図示しないブリッジ回路と、このブリッジ回路にボンディングワイヤで接続される中継基板4aとを備えて構成されており、具体的には、歪ゲージとブリッジ回路は、金属ダイヤフラム3の底部3aに、絶縁層を構成する二酸化珪素膜と、歪ゲージを構成する珪素膜と、電極層を構成するアルミニウム膜等を順次蒸着して形成される。なお、これに代えて、予め、ブリッジ回路を構成する歪ゲージを備えたセンサチップを底部3aに接着して設けてもよい。
Subsequently, in this embodiment, the
したがって、この圧力センサ1にあっては、金属ダイヤフラム3の底部3aが内部Aの圧力の作用によって歪むと、センサ部4がこれを検知して歪ゲージの抵抗変化に応じた信号を出力し、内部Aの圧力を検出することができるようになっている。
Therefore, in this
そして、中継基板4aは、処理基板5へフレキシブルケーブル7を介して接続され、センサ部4はフレキシブルケーブル7が接続された状態でシリコンゲル9およびポッティング材10によってコーティングされて保護される。
The relay substrate 4a is connected to the
さらに、コネクタ6は、ケース2の大径部2bに嵌合される基部6aと、基部6aの上方に設けられて図示しない外部電源をセンサ部4へ接続するための端子とセンサ部4が出力する信号を外部へ取り出すための端子を備えたソケット部6bとを備えて構成され、基部6aの下端には処理基板5が垂下して固定されている。
Further, the
なお、コネクタ6の基部6aの外周には、Oリング6cが装着されており、ケース2の大径部2bとの間がシールされ、ケース2内が水密に保たれている。
An O-
また、処理基板5は、センサ部4が出力する信号に含まれるノイズを除去するとともに、信号を増幅するなどの処理を行う処理回路を備えており、センサ部4にフレキシブルケーブル7を介して接続されるとともにコネクタ6のソケット部6bに内接される図外の端子に接続され、当該処理基板5を介してセンサ部4へ電力供給されるようになっている。
The
そして、フレキシブルケーブル7は、センサ部4のブリッジ回路に接続されるとともに並列配置される図示しない五つの導線と、当該導線を被覆する符示しない絶縁膜とを備えて構成されている。
The
なお、導線は、センサ部4のブリッジ回路への電力供給と接地の二つと、ブリッジ回路中の歪みゲージの抵抗変化を検出するための二つの合計四つあれば足りるが、この実施の形態の場合、処理基板5において歪ゲージの抵抗値の製造誤差等の補正をするためにセンサ部4にて完全にブリッジ回路を形成するのではなく、一部を開放して処理基板5を介してブリッジ回路を組むようにしているため、導線を五つとしてある。
It should be noted that there are only four conductive wires, that is, power supply to the bridge circuit of the
また、この実施の形態の場合、絶縁膜は、具体的にはたとえば、アラミド紙とされており、フレキシブルケーブル7は、互いに接触しないように並列配置される五つの導線をアラミド紙で巻き込んで一体化して形成されている。
In the case of this embodiment, the insulating film is specifically made of aramid paper, for example, and the
このように構成されたフレキシブルケーブル7は、ケース2の大径部2b内に収容される部位に予め曲がり易い折曲部7aが設けられており、この折曲部7aは一度曲げて曲げ癖をつけることによって設けられている。
The
ここで、圧力センサ1を組み立てるには、まず、予めセンサ部4にフレキシブルケーブル7の一端を接続した状態で金属ダイヤフラム3をケース2の小径部2a内に固定し、その後、フレキシブルケーブル7の他端を処理基板5にはんだ付により接続して、最後にコネクタ6をケース2の大径部2b内に収めることになる。
Here, in order to assemble the
したがって、この実施の形態の場合にあっても、従来の圧力センサと同様に、フレキシブルケーブル7は長く、金属ダイヤフラム3とコネクタ6および処理基板5によって圧迫されて折り畳まれた格好でケース2内に収容されることになる。
Therefore, even in the case of this embodiment, like the conventional pressure sensor, the
しかしながら、上述のように、本実施の形態におけるフレキシブルケーブル7には、積極的に曲がる折曲部7aが設けられており、この折曲部7aが圧力センサ1の組立の際に金属ダイヤフラム3とコネクタ6および処理基板5によって圧迫されると優先的に折れ曲り、折曲部7aが図中で右側へ張り出す形となって
折曲部7aの周辺の一部がケース2の大径部2bの内周に当接する。
However, as described above, the
そして、このフレキシブルケーブル7の折曲部7aの周辺の一部である中間部7bにおけるケース2の大径部2bの内周への当接により、フレキシブルケーブル7の中間部7bよりセンサ部4側が弓形になってケース2の段部2eの内縁を回避して、フレキシブルケーブル7の段部2eの内縁への接触が阻止されることになる。
And the
このように、フレキシブルケーブル7に予め折曲部7aを設けることにより、フレキシブルケーブル7の段部2eの内縁への接触が阻止され、圧力センサ1の使用時に振動が繰り返し入力されても、フレキシブルケーブル7の絶縁膜を傷めることがなくなり、圧力センサ1は金属ダイヤフラム3の内部Aに導入された圧力に応じた正しい信号を出力し続けることができ、圧力センサ1の耐振性能が向上される。
Thus, by providing the
なお、フレキシブルケーブル7に折曲部7aを設けるには、上記した曲り癖を付ける以外にも、導線に脆弱な部位を設けることによってもよいが、曲がり癖を付けることによるほうが、折曲部7aの設置の際の加工が容易でコストもかからず、また、導線の強度低下を招かないといった種々の利点を享受することができる。
In addition, in order to provide the
つづいて、一実施の形態の一変形例の圧力センサ11について説明する。この一変形例における圧力センサ11が上記した一実施の形態の圧力センサ1と異なるのは、図2に示すように、フレキシブルーブル12に二つの折曲部12a,12bを設けたことである。
Next, a
なお、この異なる点を除けば、一変形例における圧力センサ11は、一実施の形態における圧力センサ1と同様の構成を採用しており、これら同様の構成については、説明の重複を避けるため同じ符号を付すのみとして詳細には説明しない。
Except for this difference, the
以下、異なるフレキシブルケーブル12について説明する。フレキシブルケーブル12は、フレキシブルケーブル7と同様に、センサ部4のブリッジ回路に接続されるとともに並列配置される図示しない五つの導線と、当該導線を被覆する符示しない絶縁膜とを備えて構成されているが、ケース2の大径部2b内に収容される部位に予め二つ曲がり易い折曲部12a,12bが設けられている。この折曲部12a,12bは、一度曲げて曲げ癖をつけることによって設けられている。
Hereinafter, different
この一変形例の場合、フレキシブルケーブル12には、積極的に曲がる折曲部12a,12bが設けられているので、この折曲部12a,12bが圧力センサ11の組立の際に、金属ダイヤフラム3とコネクタ6および処理基板5によって圧迫されて優先的に折れ曲り、折曲部12a,12bが図中で右側へ張り出す形となり、コの字状となって折曲部12a,12b間の部位12cがケース2の大径部2bの内周に当接する。
In the case of this modification, the
そして、このフレキシブルケーブル12の折曲部12a,12b間の部位12cのケース2の大径部2bの内周への当接により、フレキシブルケーブル12の図2中下方側の折曲部12aよりセンサ部4側が弓形になってケース2の段部2eの内縁を回避して、フレキシブルケーブル12の段部2eの内縁への接触が阻止されることになる。
Then, the contact of the
このように、フレキシブルケーブル12に予め二つの折曲部12a,12bを設けることによっても、フレキシブルケーブル12の段部2eの内縁への接触が阻止され、圧力センサ11の使用時に振動が繰り返し入力されても、フレキシブルケーブル7の絶縁膜を傷めることがなくなり、圧力センサ11は金属ダイヤフラム3の内部Aに導入された圧力に応じた正しい信号を出力し続けることができ、圧力センサ11の耐振性能が向上される。
Thus, by providing the
また、この一変形例の場合、フレキシブルケーブル12に予め二つの折曲部12a,12bを設けることによって、フレキシブルケーブル12が鋭い角度をもってして折れ曲ることが回避されるためフレキシブルケーブル12の強度の著しい低下を招く心配がなく、また、二つの折曲部12a,12bの設置によってフレキシブルケーブル12が折り畳まれたときにコの字状を形成するので、折曲部12a,12b間の部位12cが座りよくケース2の大径部2bの内周に当接してその状態を維持することができ、フレキシブルケーブル12のケース2の段部2eの内縁への干渉をより確実に防止することができ、圧力センサ11の信頼性がより向上する。
Further, in the case of this modification, by providing the
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。 This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is of course not limited to the details shown or described.
1,11 圧力センサ
2 ケース
2a ケースにおける小径部
2b ケースにおける大径部
2c ケースにおける螺子部
2d,3c,6c Oリング
2e ケースにおける段部
3 金属ダイヤフラム
3a 金属ダイヤフラムにおける底部
3b 金属ダイヤフラムにおける受圧部
4 センサ部
4a センサ部における中継基板
5 処理基板
6 コネクタ
6a コネクタにおける基部
6b コネクタにおけるソケット部
7,12 フレキシブルケーブル
7a,12a,12b フレキシブルケーブルにおける折曲部
7b フレキシブルケーブルの中間部
8 プレート
8a プレートにおけるオリフィス
9 シリコンゲル
10 ポッティング材
12c フレキシブルケーブルにおける折曲部間の部位
A 金属ダイヤフラムの内部
DESCRIPTION OF
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