JP2016170171A - 圧力トランスデューサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力トランスデューサに汚染物質が進入するのを防止するための費用のかからない容易な組み立ての構造を提供する。
【解決手段】圧力トランスデューサ９００は、第１の部分１００、第２の部分４００および第３の部分５００を含む。第３の部分は、第２の部分内に含まれる空洞内に置かれる。また、シール７１０が空洞内に置かれる。第１および第２の部分は、第１の部分と第２の部分とが接合されるときに第３の部分上に下向きの圧力を印加するための備えを含む。下向きの圧力は、空洞を封止するように、第３の部分によりシールに対して印加される。
【選択図】図１Ｂ

Description

本出願は、「圧力トランスデューサ」という表題の、２０１５年３月１２日に出願された米国仮特許出願番号第６２／１３２,１７１号の優先権および利益を主張するものであり、その内容は参照により全体が本出願に組み込まれる。

圧力トランスデューサは、圧力を測定するデバイスである。圧力トランスデューサによって測定された圧力は、多くの場合、電気信号などの信号の形で圧力トランスデューサによって出力される。例えば、圧力トランスデューサの中には、ホイートストンブリッジ構成に配線され、且つダイヤフラムに接合された歪みゲージを用いるものがある。この場合、圧力トランスデューサに印加される圧力がダイヤフラムの偏向（たわみ）を生じさせ、これがゲージに歪みをもたらす。ゲージに対する歪みは、圧力に比例した、ゲージ内の電気抵抗の変化を生じさせる。この電気抵抗の変化は、多くの場合、アナログ電気信号の形で圧力トランスデューサから出力される。

圧力トランスデューサには、圧着される部品を用いて組み立てられるものがある。例えば、いくつかの圧力トランスデューサは、圧力トランスデューサを組み立てる間に、圧着される金属構部品を使用する。この場合、圧着（かしめ）は、圧力トランスデューサにより用いられるシールの位置をセットするために使用され、汚染物質が圧力トランスデューサに進入するのを防止する。圧力トランスデューサを組み立てる間に１つまたは複数の部品を圧着すると、多くの場合、圧力トランスデューサの組み立ての費用および／または複雑さが増大する。

本明細書に組み込まれ、またこの一部を構成する添付の図面は、説明と共に、本願で記載される１つまたは複数の実施形態を示し、また、これらの実施形態を説明するものである。図面の構成要素は必ずしも等倍で描かれておらず、本開示の原則を示すことに重点が置かれている。

圧力トランスデューサの例示的な実施形態を示す図である。

圧力トランスデューサの例示的な断面図である。

圧力トランスデューサの第１の部分の例示的な実施形態の第１の図である。

第１の部分の第２の図である。

第１の部分の正面図である。 第１の部分の正面図である。

圧力トランスデューサの第２の部分の例示的な実施形態を示す図である。

圧力トランスデューサの第３の部分の例示的な実施形態を示す図である。

圧力トランスデューサの組み立ての例示的な技法を示す図である。 圧力トランスデューサの組み立ての例示的な技法を示す図である。

本願で説明される特徴は、例えば、圧力トランスデューサの製造において使用できる。圧力トランスデューサは、多数の用途に使用できる。例えば、圧力トランスデューサは、自動車内のオイル圧力やボイラ内のボイラ圧力を測定するのに使用できる。

ある実施形態において、圧力トランスデューサは、第１の部分、第２の部分および第３の部分を含む。第１の部分は、圧力トランスデューサを外部デバイス（例えば、コンピュータ）に電気的に接続できるコネクタを収容するための備えを含む。第１の部分は、圧力トランスデューサを組み立てる間に、第２の部分と接合するための備えも含む。さらに、第３の部分が、圧力トランスデューサの外部に存在し得る汚染物質から第３の部分を封止するのに使用されるシールを押圧するように、第１の部分は、第３の部分を設置するための備えを含む。

第２の部分は、圧着動作（クリンプ動作）を必要とせずに、第１の部分と接合するための備えを含む。さらに、第２の部分は、第３の部分およびシールを収容するための備えを含む。また、第２の部分は、圧力センサにより測定される圧力を、圧力センサ内に備わる感知素子に提供するための備えを含む。第２の部分は、圧力センサを搭載するための備えも含む。

第３の部分は、圧力を測定し、当該測定された圧力に基づく信号を生成するための備えを含む。生成された信号は、測定された圧力を表す電気信号を含む。

図１Ａは、圧力トランスデューサ９００の例示的な実施形態を示す。圧力トランスデューサ９００は、第１の部分１００および第２の部分４００を含む。以下でさらに説明するように、第１の部分１００は、とりわけ、圧力トランスデューサ９００に接続できるコネクタを収容するための設備を含む。コネクタは、圧力トランスデューサ９００により生成された信号を、例えばコンピュータなどの外部デバイスへ伝送できる。

また、以下でさらに説明するように、第２の部分４００は、とりわけ、圧力トランスデューサ９００の第３の部分の設置を収容するための備えを含む。ある実施形態において、第３の部分は、圧力トランスデューサ９００内に含まれるチャンネルに導入される圧力を測定するための電子的構成要素（例えば、集積回路、抵抗、コンデンサ、感知素子）を含む電子モジュールアセンブリ（ＥＭＡ）である。第３の部分は、圧力トランスデューサ９００内に含まれたシールに抗して設置される。

図１Ｂは、圧力トランスデューサ９００の例示的な断面図を示す。図１Ｂを参照すると、圧力トランスデューサ９００における第１の部分１００、第２の部分４００および第３の部分５００の例示的な配置が示してある、この例示的な配置において、第１の部分１００が、（１）第３の部分５００と接触すること、（２）第３の部分５００上に下向きの圧力を提供すること、に留意されたい。この下向きの圧力は、第３の部分５００によりシール７１０に印加される。シール７１０は、例えば、Ｏリングシールとすることができる。下向きの圧力は、シール７１０を押圧または圧縮する。チャンネル７１４を通って圧力トランスデューサ９００に侵入し、第３の部分５００の動作に悪影響を及ぼすことのある汚染物質（例えば、ほこり、金属片）から第３の部分５００を封止するように、押圧されたシール７１０は機能する。

チャンネル７１４により、圧力トランスデューサ９００の外側からの圧力が、圧力トランスデューサ９００に入ることができる。この圧力は、本実施形態では第３の部分５００の一部である感知素子（以下でさらに説明する）に印加される。圧力トランスデューサ９００は、圧力トランスデューサ９００がデバイス（例えば、エンジン、ボイラ）に搭載されたときに、圧力トランスデューサ９００のための封止を提供するように機能する搭載シール７１２を含むことにも留意されたい。搭載シール７１２は、例えば、Ｏリングシールとすることができる。

図２は、第１の部分１００の例示的な実施形態の第１の図を示す。図２を参照すると、第１の部分１００は、コネクタ部分１１０およびキー部分１２０を含む。

コネクタ部分１１０は、第１の部分１００のコネクタ端部１４０にある。コネクタ部分１１０は、圧力トランスデューサ９００と外部デバイスとの間の接続を提供する。当該接続は電気的接続とすることができ、これにより、圧力トランスデューサ９００により生成された電気信号（例えば、アナログ信号、デジタル信号）を、圧力トランスデューサ９００と外部デバイスとの間で伝達することが可能となる。コネクタ部分１１０は、接続を固定するのに使用できるロック機構１１２（例えば、クリップ）を含む。

キー部分１２０は、第１の部分１００と第２の部分４００との接合または結合を提供するための備えを含む。さらに、第１の部分１００は、シール７１０に抗して、第３の部分５００を第２の部分４００内に載置または設置するための備えを含む。第２の部分４００および第３の部分５００の例示的な実施形態は、以下でさらに説明される。また、（１）第１の部分１００を第２の部分４００と接合するための例示的な技法、および（２）第２の部分４００内に第３の部分５００を設置するための例示的な技法が、以下でさらに説明される。

キー部分１２０は、上面１３０、底面１３２、面１３４およびキー１３６を含む。上面１３０および底面１３２は、平坦とすることができる。以下でさらに説明するように、底面１３２は、第３の部分５００と接触して、第３の部分５００を第２の部分４００内に設置するのを可能にする力（例えば、下向きの力）を提供する。

地点１３８は、キー部分１２０の第１の端部にある。第１の端部は、キー部分１２０がコネクタ部分１１０と接続するポイントに位置される。面１３４は、キー部分１２０の第２の端部にある。第２の端部は、第１の端部と対向する。面１３４は、第１の部分１００と第２の部分４００との接合を提供するように調整して取付けられる。さらに、面１３４は、第２の部分４００の形状に従うように湾曲される。

キー１３６は、縁（エッジ）部１２２、１２４、１２６および１２８により形成される。縁部１２２は、コネクタ部分１１０がキー部分１２０とぶつかる場所から、面１３４に向かって下方向に傾斜される。一実施形態において、縁部１２２の傾斜は、（１）第１の部分１００と第２の部分４００との接合の提供と、（２）第１の部分１００が第３の部分５００に印加する圧力の量とに基づいて規定される。この圧力は、（１）圧力トランスデューサ９００が組み立てられるときに、第１の部分１００により第３の部分５００へ印加される圧力と、（２）圧力トランスデューサ９００が組み立てられた後に、第１の部分１００により第３の部分５００へ印加される圧力とを含む。縁部１２２が面１３４に向かって地点１３８からある角度で傾斜していることに留意されたい。当該角度は、例えば０度〜４５度の間とすることができるが、他の角度が用いられてもよい。

縁部１２８は、キー１３６の第１の側部を画定する。第１の端部で、縁部１２８は底面１３２に隣接する。第２の端部（縁部１２８の第１の端部に対向する）で、縁部１２８は、第１の縁部１２４に隣接する。縁部１２６は、キー１３６第２の側部を画定する。第１の端部で、縁部１２６は上面１３０に隣接する。第２の端部（縁部１２６の第１の端部に対向する）で、縁部１２６は、縁部１２４の第２の端部に隣接し、縁部１２４の第１の端部が縁部１２４の第２の端部に対向している。

縁部１２４は、縁部１２６に向かって下向きに傾斜する。他の実施形態において、縁部１２４は、縁部１２６に向かって上向きに傾斜してもよく、または全く傾斜しなくてもよい（例えば、縁部１２４は、縁部１２６と垂直であってもよい）。縁部１２４の傾斜は、例えば、第１の部分１００を第２の部分４００と接合するときに、第１の部分１００の横方向の動きを減少させることに基づいて、規定できる。縁部１２４は、縁部１２２から縁部１２６に向かってある角度で傾斜することに留意されたい。こうした角度は、例えば、０〜９０度の間であってもよく、他の角度が用いられてもよい。

図３は、第１の部分１００の上面図を示す。図３を参照すると、当該上面図が、上面１３０に関するキー１３６の位置を示すものであることに留意されたい。さらに、当該上面図は、面１３４の例示的な湾曲を示す。この実施形態において、湾曲は、圧力トランスデューサ９００が組み立てられた後に、面１３４が第２の部分４００の外面とぴったり重なるように、第２の部分４００の湾曲と整合する。

コネクタ部分１１０において、上面図は、さらに、キー部分１２０の大きさおよび形状に対する、コネクタ部分１１０の大きさおよび形状を示す。コネクタ部分１１０の側部がキー部分１２０よりもさらに外側に延在することに留意されたい。こうした延在は、第１の部分１００が第２の部分４００と接合されるときに、コネクタ部分１１０が止め部（ストッパー）の働きをするのを可能にする。また、図３において、ロック機構１１２の別の視点が示されていることに留意されたい。

図４Ａ〜図４Ｂは、第１の部分１００の正面図を示す。具体的には、図４Ａは、コネクタ部分１１０からキー部分１２０に向かって眺めた正面図を示し、図４Ｂは、キー部分１２０からコネクタ部分１１０に向かって眺めた正面図を示す。

図４Ａ〜図４Ｂを参照すると、第１の部分１００は、キー３１０、止め部３１２、開口部３１４および台３１６を含む。キー３１０は、コネクタ部分１１０での圧力トランスデューサ９００に接続できるコネクタを配向および誘導するように機能する。コネクタは、ロック機構１１２を使用して固定できる。

止め部３１２は、第３の部分５００の移動を誘導および抑制するのに使用される。以下でさらに説明するように、第３の部分５００は、回路基板を含む。止め部３１２は、第１の部分１００が第２の部分４００と接合されるときに、開口部３１４を通って回路基板の誘導を提供するように機能する。さらに、第１の部分１００が第２の部分４００に接合された後、止め部３１２は、回路基板の移動を抑制するように機能する。

開口部３１４は、第３の部分５００を収容するために提供される。第１の部分１００および第２の部分４００が接合または結合された後、第３の部分５００と関連する回路基板の一部は、開口部３１４を通過する。回路基板のこうした一部は、回路基板上の回路とコネクタ部分１１０で接続されたコネクタとの間の電気的接続を提供する導電性の端子を含む。

台３１６は、開口部３１４を通って回路基板の誘導を提供するように機能する。さらに、台３１６は、第１の部分１００が第２の部分４００に接合された後に、回路基板のための静止場所（resting point）を提供するように機能する。

図５は、圧力トランスデューサ９００の第２の部分４００の例示的な実施形態を示す。図５を参照すると、第２の部分４００は、開口部４１０、空洞（cavity）４１６および縁部４１４を含む。

開口部４１０は、圧力トランスデューサ９００を組み立てる間に、第１の部分１００を受けるように成形される。開口部４１０は、例えば、圧力トランスデューサ９００を組み立てる間に、第１の部分１００を第２の部分４００と位置合わせするように機能する縁部４１２を含む。例えば、以下でさらに説明するように、圧力トランスデューサ９００を組み立てることは、第１の部分１００を第２の部分４００と接合することを含む。ここで、例えば、縁部４１２は、第１の部分１００が第２の部分４００と接合されるときに、第１の部分１００を第２の部分４００と位置合わせするように機能する。

縁部４１４は、第２の部分４００の前側４１８から、第２の部分４００の後側４２０に向かって、下向きに傾斜される。前側４１８は、第１の部分１００が第２の部分４００との接合を開始する地点を含む。後側４２０は、第１の部分１００と第２の部分４００とが完全に接合される地点を含む。

空洞４１６は、第３の部分５００を受けるように成形される。さらに、空洞４１６は、図１Ｂに示したように、第３の部分５００とチャンネル７１４との間の空洞４１６に配置されるシール７１０を収容するための備えを含む。

縁部４１４の傾斜は、例えば、第１の部分１００を第２の部分４００と接合するときの、第１の部分１００の所望の動きに基づいて規定される。こうした所望の動きは、空洞４１６内に第３の部分５００の設置を収容するように機能できる。空洞１４６内に第３の部分５００を設置すると、第３の部分５００が、例えば、シール７１０を押圧するように、シール７１０に圧力を印加する。シール７１０を押圧すると、汚染物質がチャンネル７１４を通って空洞４１６に入るのが防止できる。

図６は、圧力トランスデューサ９００の第３の部分５００の例示的な実施形態を示す。第３の部分５００は、電子回路５１２、端子５１４、回路基板５１６および感知素子５２２を含む。

電子回路５１２は、感知素子５２２から測定値（例えば、容量値）を受信し、当該測定値に基づいて信号を生成するための電子的構成要素（例えば、集積回路、抵抗、コンデンサ）を含む。電子的構成要素は、回路基板５１６上に搭載される。端子５１４は、電子回路５１２により生成された信号を、圧力トランスデューサ９００に接続された外部デバイスに伝達する導電性の接続である。

感知素子５２２は、セラミック基板５１８およびセラミックダイヤフラム５２０を含む。セラミック基板５１８は、セラミックダイヤフラムのための基板である。セラミック基板５１８は剛性であり、セラミックダイヤフラム５２０のためのプラットフォームを提供する。セラミックダイヤフラム５２０は、感知素子５２２のためのダイヤフラムである。セラミックダイヤフラム５２０は、セラミックダイヤフラム５２０に印加される圧力に基づき収縮する。感知素子５２２に関連する静電容量は、セラミックダイヤフラム５２０の収縮に基づき変化する。

動作時に、圧力は、チャンネル７１４（図１Ｂ）を介して圧力トランスデューサ９００に導入され、感知素子５２２に印加される。こうした圧力により、セラミックダイヤフラム５２０が撓む。感知素子５２２の静電容量は、セラミックダイヤフラム５２０の撓みに基づき変化する。こうした静電容量は、静電容量に基づき信号を生成する電子回路５１２によって読み取られ、処理される。信号は、端子５１４を介して、第３の部分５００から圧力トランスデューサ９００に接続された外部デバイスへ伝達される。

図７Ａ〜図７Ｂは、圧力トランスデューサ９００を組み立てるための例示的な技法を示す。図７Ａ〜図７Ｂを参照すると、シール７１０（図１Ｂ）および第３の部分５００（図６）は、第１の部分１００を第２の部分４００に接合する前に、空洞４１６（図５）の内側に配置される。シール７１０は、図１Ｂに示すように、チャンネル７１４と第３の部分５００との間の空洞４１６内に配置される。

キー部分１２０は、第２の部分４００の前側４１８で開口部４１０（図５）に入る。縁部４１２および１２４は、開口部４１０においてキー部分１２０を誘導および／または位置合わせするように機能する。キー部分１２０が開口部４１０内へ進行するとき、縁部４１４および１２２は、キー部分１２０上に下向きの圧力を印加するように機能する。この下向きの圧力は第３の部分５００に印加され、この結果、第３の部分５００を空洞４１６内に着座される。さらに、下向きの圧力は、第３の部分５００から空洞４１６内のシール７１０へ伝達され、この結果、シール７１０を押圧する。押圧されたシール７１０は、それがなければ、例えばチャンネル７１４を介して空洞４１６に進入し得る汚染物質から空洞４１６を封止するように機能する。組み立てられた圧力トランスデューサ９００の一例は、図１Ａに示されている。

第１の部分１００と第２の部分４００との間の摩擦が、組み立てられた圧力トランスデューサ９００においてこれらの部分１００、４００を共に保持できることに留意すべきである。これにより、圧力トランスデューサ９００を組み立てるときに圧着動作を利用しなければならないことを不要にできる。

また、別の実施形態においては、部分１００および４００を共に保有するための別の技法（例えば、ロック、スナップ）が使用されてもよいことに留意すべきである。

実施形態の前述の説明は、実例および説明を提供することを意図しており、包括的であることや、開示された明確な形態に本発明を限定することを意図するものではない。修正形態および変形形態が、上記教示の観点から可能であり、または、本発明の実施から獲得できる。

本明細書で使用された要素、機能または手順は、そのように明示される場合を除いて、本発明にとって重大または必須のものと解釈すべきでない。また、本明細書で使用した冠詞「ａ」は、１つまたは複数のアイテムを含むことを意図するものである。１つのアイテムのみが意図される場合、「１つの（ｏｎｅ）」または同様の用語が使用される。さらに、「〜に基づく（ｂａｓｅｄ ｏｎ）」という語句は、そうではないと明示される場合を除いて、「少なくとも部分的に〜に基づく」ことを意味することが意図される。

本発明は、上記で開示した特定の実施形態に限定されるのを意図するものではなく、本発明は、以下の添付の特許請求の範囲の範囲内にある特定の実施形態およびその等価物のうちのいくつかまたは全てを含むことが意図される。

Claims (9)

1. 第１の部分と、
   前記第１の部分に結合され、且つ空洞を有する第２の部分と、
   前記空洞内に含まれるシールと、
   前記空洞内に含まれる第３の部分とを含み、
   前記第１の部分が、前記シールを押圧するように前記第３の部分に圧力を印加する縁部を備える、圧力トランスデューサ。
2. 請求項１に記載の圧力トランスデューサであって、前記第１の部分が、前記圧力トランスデューサの外部デバイスへの接続を提供するコネクタ部分を備える、圧力トランスデューサ。
3. 請求項２に記載の圧力トランスデューサであって、前記第１の部分が、前記第１の部分と前記第２の部分との結合を提供するキー部分を備える、圧力トランスデューサ。
4. 請求項３に記載の圧力トランスデューサであって、前記キー部分が、前記コネクタ部分が前記キー部分と接続する地点から下向きに傾斜する縁部を備える、圧力トランスデューサ。
5. 請求項４に記載の圧力トランスデューサであって、前記縁部が０度と４５度の間の角度で下向きに傾斜する、圧力トランスデューサ。
6. 請求項３に記載の圧力トランスデューサであって、前記キー部分が、第１の縁部、第２の縁部および第３の縁部を備え、
   前記第１の縁部が前記キー部分の底面および前記第３の縁部に隣接し、前記第２の縁部が前記キー部分の上面および前記第３の縁部に隣接し、前記第３の縁部が、前記第１の縁部および前記第２の縁部に隣接し、
   前記第３の縁部が前記第２の縁部に向かって傾斜する、圧力トランスデューサ。
7. 請求項６に記載の圧力トランスデューサであって、前記第３の縁部が、０度と９０度の角度で前記第２の縁部に向かって下向きに傾斜する、圧力トランスデューサ。
8. 請求項１に記載の圧力トランスデューサであって、前記第２の部分が、前記第１の部分を受けるための開口部を備える、圧力トランスデューサ。
9. 請求項８に記載の圧力トランスデューサであって、前記第２の部分が、前記第１の部分を前記第２の部分に結合する間に、前記第１の部分を前記第２の部分と位置合わせするように機能する縁部を備える、圧力トランスデューサ
   

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