JP2018040758A - 圧力センサ、その中継基板、及び、その中継基板ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、様々な駆動電圧や圧力検出信号の信号方式に対応するために、圧力センサに接続可能で、駆動電圧、または、圧力検出信号を変換できる中継基板を備える圧力センサ、その中継基板、及び、その中継基板ユニットを提供することである。【解決手段】本発明の圧力センサは、制御基板１０から駆動電圧が供給され、制御基板１０に電気的に圧力検出信号を送出するように構成され、流体の圧力を検出する圧力検出素子１２６と、圧力検出素子１２６に接続され、駆動電圧を供給し、圧力検出信号を送出するように、外部に引き出される複数の電線１３３とを備える圧力センサ部１００と、複数の電線１３３に接続され、制御基板１０から供給される駆動電圧、または、制御基板１０に送出する圧力検出信号のいずれか、または、両方を変換する変換回路２００が実装される中継基板５００とを備えることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、圧力センサ、その中継基板、及び、その中継基板ユニットに関し、特に駆動電圧、または、圧力検出信号を変換する中継基板を有する圧力センサ、その中継基板、及び、その中継基板ユニットに関する。

昨今、制御用ＩＣやＣＰＵの駆動電圧は、高い汎用性、低消費電力が望まれるため、低電圧化が進んでいる。エアコン等の空調システムに使用される制御基板、ＣＰＵ等も、例外ではなく低電圧化が進んでいる。

一方、このような空調システムに接続される流体の圧力を検出する圧力センサとして、従来から半導体圧力センサを使用した圧力センサが知られている。半導体圧力センサを使用した圧力センサとして、例えば特許文献１に示される液封型の圧力センサが知られている。

特許文献１に示される液封型の圧力センサは、例えば、圧力検出される流体を圧力室に導入する流体導入部と、圧力室の流体の圧力を検出する圧力検出部と、圧力検出部で検出された圧力信号を外部に送出する信号送出部と、流体導入部、圧力検出部、及び、信号送出部を覆うカバー部材から構成される。

国際公開２０１５／１９４１０５号

しかしながら、上述の制御用ＩＣやＣＰＵの駆動電圧の低電圧化は、業界毎に差があり、例えば空調システムの制御基板の駆動電圧が３．３Ｖであるのに対して、この制御基板から駆動電圧が供給され、この制御基板にアナログ出力の圧力検出信号を送出する圧力センサの圧力検出素子の駆動電圧が５Ｖという場合も生じている。

また、現在国内の空調システムで使用される圧力センサでは、駆動電圧５Ｖ、出力電圧０．５Ｖ〜４．５Ｖが主流であるが、諸外国等を含めると、様々な駆動電圧、または、圧力検出信号の信号方式が存在する。例えば、駆動電圧として、３．３Ｖ、１２Ｖ〜２４Ｖ等、圧力検出信号の信号方式として、２線式／３線式等の電流出力方式、１Ｖ〜５Ｖ等の異なる電圧出力方式、デジタル出力方式、あるいは、無線出力方式等が存在する。

このように、様々な駆動電圧、または、圧力検出信号の信号方式に対応するためには、制御基板、あるいは、圧力センサの内部に変換回路を設ける、または、駆動電圧の異なる圧力検出素子等のＩＣを開発する等の方法があるが、開発費が嵩む、駆動電圧ごとに製品を作り分ける必要がある、製造工数や部品の増加により製品単価が嵩む等の問題がある。

したがって、本発明は、様々な駆動電圧や圧力検出信号の信号方式に対応するために、圧力センサに接続可能で、駆動電圧、または、圧力検出信号を変換できる中継基板を備える圧力センサ、その中継基板、及び、その中継基板ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の圧力センサの中継基板は、圧力センサに複数の電線を介して接続される中継基板であって、上記圧力センサは、外部回路から駆動電圧が供給され、上記外部回路に電気的に圧力検出信号を送出するように構成され、流体の圧力を検出する圧力検出素子と、上記圧力検出素子に接続され、上記駆動電圧を供給し、上記圧力検出信号を送出するために、上記複数の電線に接続される電気接続部とを備え、上記中継基板は、上記複数の電線を介して上記電気接続部に接続され、上記外部回路から供給される上記駆動電圧、または、上記外部回路に送出する上記圧力検出信号のいずれか、または、両方を変換する変換回路が実装されることを特徴とする。

また、上記変換回路には、上記駆動電圧を変圧する変圧回路が含まれるものとしてもよい。

また、上記変換回路には、上記圧力検出信号の信号方式を電流出力に変換する電圧電流変換回路が含まれるものとしてもよい。

また、上記変換回路には、上記圧力検出信号の信号方式をデジタル出力に変換するＡＤ変換回路が含まれるものとしてもよい。

また、上記変換回路には、上記圧力検出信号の信号方式を無線出力に変換する無線変換回路が含まれるものとしてもよい。

また、上記変換回路には、上記圧力検出信号を変圧する変圧回路が含まれるものとしてもよい。

また、上記中継基板は、複数の圧力センサに接続される複数の入力ポートを備えるものとしてもよい。

また、上記中継基板は、複数の外部回路に接続される複数の出力ポートを備えるものとしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の圧力センサの中継基板ユニットは、上記中継基板が防水ケースに覆われることを特徴とする。

また、上記中継基板ユニットは、上記外部回路の近隣に配置されるものとしてもよい。

また、上記中継基板ユニットは、上記圧力センサの近隣に配置されるものとしてもよい。

また、上記中継基板は、上記圧力センサ、または、上記外部回路のいずれか、または、両方と直接はんだ付けによりリード線接続されるものとしてもよい。

また、上記中継基板は、上記圧力センサ、または、上記外部回路のいずれか、または、両方とコネクタ接続されるものとしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の圧力センサは、外部回路から駆動電圧が供給され、上記外部回路に電気的に圧力検出信号を送出するように構成され、流体の圧力を検出する圧力検出素子と、上記圧力検出素子に接続され、上記駆動電圧を供給し、上記圧力検出信号を送出するように構成される電気接続部とを備える圧力センサ部と、上記電気接続部に接続される複数の電線と、上記複数の電線に接続され、上記外部回路から供給される上記駆動電圧、または、上記外部回路に送出する上記圧力検出信号のいずれか、または、両方を変換する変換回路が実装される中継基板とを備えることを特徴とする。

また、上記中継基板及び上記複数の電線は、上記圧力センサの内部に配置されるものとしてもよい。

また、上記中継基板は、所定の電圧より高い電圧に昇圧した後、所定の電圧に降圧する２段階昇圧回路を含むものとしてもよい。

本発明によれば、様々な駆動電圧や圧力検出信号の信号方式に対応するために、圧力センサに接続可能で、駆動電圧、または、圧力検出信号を変換できる中継基板を備える圧力センサ、その中継基板、及び、その中継基板ユニットを提供できる。

本発明の圧力センサを構成する液封形の圧力センサを示す縦断面図である。 図２（ａ）は、本発明の圧力センサの中継基板に実装される駆動電圧の１段変換昇圧回路を示すブロック図であり、図２（ｂ）は、駆動電圧の２段変換昇圧回路を示すブロック図であり、図２（ｃ）は、駆動電圧の降圧回路を示すブロック図である。 図３（ａ）は、本発明の圧力センサの中継基板に実装される圧力検出信号のフローティングタイプの２線式電流出力回路を示すブロック図であり、図３（ｂ）は、圧力検出信号の２線式電流出力回路を示すブロック図であり、図３（ｃ）は、圧力検出信号の３線式電流出力回路を示すブロック図である。 図４（ａ）は、本発明の圧力センサの中継基板に実装される圧力検出信号のデジタル出力回路を示すブロック図であり、図４（ｂ）は、駆動電圧、及び、圧力検出信号の両方を変圧する変圧回路を示すブロック図である。 図５（ａ）は、本発明の圧力センサの中継基板が圧力センサと制御基板の間の制御基板側に接続される状態を示す構成図であり、図５（ｂ）は、本発明の圧力センサの中継基板が圧力センサと制御基板の間の圧力センサ側に接続される状態を示す構成図である。 図６（ａ）は、リード線結線方式により接続された本発明の圧力センサの中継基板ユニットを示す斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す中継基板ユニットの正面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す中継基板ユニットの上面図であり、図６（ｄ）は、図６（ａ）に示す中継基板ユニットの側面図である。 図７（ａ）は、コネクタ結線方式により接続された本発明の圧力センサの中継基板ユニットを示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す中継基板ユニットの正面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す中継基板ユニットの上面図であり、図７（ｄ）は、図７（ａ）に示す中継基板ユニットの側面図である。 図８（ａ）は、複数の入力ポートを有する中継基板を含む構成図であり、図８（ｂ）は、複数の入力ポートと、異なる出力方式の複数の出力ポートを有する中継基板を含む構成図である。 図９（ａ）は、複数の入力ポートと、同じ出力方式の複数の出力ポートを有する中継基板を含む構成図であり、図９（ｂ）は、１つの入力ポートと、異なる出力方式の複数の出力ポートを有する中継基板を含む構成図であり、図９（ｃ）は、１つの入力ポートと、同じ出力方式の複数の出力ポートを有する中継基板を含む構成図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る圧力センサを構成する液封形の圧力センサ１００を示す縦断面図である。

図１において、液封型の圧力センサ１００は、圧力検出される流体を後述する圧力室１１２Ａに導入する流体導入部１１０と、圧力室１１２Ａの流体の圧力を検出する圧力検出部１２０と、圧力検出部１２０で検出された圧力信号を外部に送出する信号送出部１３０と、流体導入部１１０、圧力検出部１２０、及び、信号送出部１３０を覆うカバー部材１４０とを備える。

流体導入部１１０は、圧力検出される流体が導かれる配管に接続される金属製の継手部材１１１と、継手部材１１１の配管に接続される端部と別の端部に溶接等により接続されるお椀形状を有する金属製のベースプレート１１２とを備える。

継手部材１１１には、配管の接続部の雄ねじ部にねじ込まれる雌ねじ部１１１ａと、配管から導入された流体を圧力室１１２Ａに導くポート１１１ｂとが形成される。ポート１１１ｂの開口端は、ベースプレート１１２の中央に設けられた開口部に溶接等により接続される。なお、ここでは、継手部材１１１に雌ねじ部１１１ａが設けられるものとしたが、雄ねじが設けられるものとしてもよく、または、継手部材１１１の代わりに、銅製の接続パイプが接続されるものとしてもよい。ベースプレート１１２は、継手部材１１１と対向する側に向かい広がるお椀形状を有し、後述するダイヤフラム１２２との間に圧力室１１２Ａを形成する。

圧力検出部１２０は、貫通孔を有するハウジング１２１と、上述の圧力室１１２Ａと後述する液封室１２４Ａとを隔絶するダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム１２２の圧力室１１２Ａ側に配置されるダイヤフラム保護カバー１２３と、ハウジング１２１の貫通孔内部にはめ込まれるハーメチックガラス１２４と、ハーメチックガラス１２４の圧力室１１２Ａ側の凹部とダイヤフラム１２２との間にシリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等の圧力伝達媒体が充填される液封室１２４Ａと、ハーメチックガラス１２４の中央の貫通孔に配置される支柱１２５と、支柱１２５に固定され液封室１２４Ａ内部に配置される圧力検出素子１２６と、液封室１２４Ａの周囲に配置される電位調整部材１２７と、ハーメチックガラス１２４に固定される複数のリードピン１２８と、ハーメチックガラス１２４に固定されるオイル充填用パイプ１２９とを備える。

ハウジング１２１は、例えばＦｅ・Ｎｉ系合金やステンレス等の金属材料により形成される。ダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム保護カバー１２３は、共に金属材料で形成され、共にハウジング１２１の圧力室１１２Ａ側の貫通孔の外周縁部において溶接される。ダイヤフラム保護カバー１２３は、ダイヤフラム１２２を保護するために圧力室１１２Ａ内部に設けられ、流体導入部１１０から導入された流体が通過するための複数の連通孔１２３ａが設けられる。ハウジング１２１は、圧力検出部１２０が組み立てられた後、流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周縁部において、溶接等により接続される。

支柱１２５の液封室１２４Ａ側には、圧力検出素子１２６が接着剤から構成される接着剤層により接着して固定される。なお、本実施形態では、支柱１２５は、Ｆｅ・Ｎｉ系合金で形成されるものとしたが、これには限定されず、ステンレス等その他の金属材料で形成されるものとしてもよい。また、支柱１２５を設けずに、ハーメチックガラス１２４の凹部を形成する平坦面に直接的に固定されるように構成されてもよい。圧力検出素子１２６は、流体導入部１１０から圧力室１１２Ａに導入された流体の圧力を、ダイヤフラム１２２を介して液封室１２４Ａ内のシリコーンオイルの圧力変動として検出する半導体圧力センサ等の電子式の圧力センサである。

電位調整部材１２７は、特許第３９８７３８６号公報に記載されているように、圧力検出素子１２６を無電界（ゼロ電位）内に置き、フレームアースと２次電源との間に生じる電位の影響でチップ内の回路などが悪影響を受けないようにするために設けられる。電位調整部材１２７は、液封室１２４Ａ内の圧力検出素子１２６とダイヤフラム１２２との間に配置され、金属等の導電性の材料で形成され、圧力検出素子１２６のゼロ電位に接続される端子に接続される。

ハーメチックガラス１２４には、複数のリードピン１２８と、オイル充填用パイプ１２９が貫通状態でハーメチック処理により固定される。本実施形態では、リードピン１２８として、全部で８本のリードピン１２８が設けられている。すなわち、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、駆動電圧供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本のリードピン１２８と、圧力検出素子１２６の調整用の端子として５本のリードピン１２８が設けられている。なお、図１においては、８本のリードピン１２８のうち４本が示されている。複数のリードピン１２８は、例えば、金属またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６ａにより圧力検出素子１２６に接続され、圧力検出素子１２６の外部入出力端子を構成している。

オイル充填用パイプ１２９は、液封室１２４Ａの内部に圧力伝達媒体として、例えば、シリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等を充填するために設けられる。なお、オイル充填用パイプ１２９の一方の端部は、オイル充填後、図１の点線で示されるように、押し潰されて閉塞される。

信号送出部１３０は、圧力検出部１２０の圧力室１１２Ａに対向する側に設けられ、複数のリードピン１２８を配列する端子台１３１と、端子台１３１に接着剤１３２ａにより固定され、複数のリードピン１２８に接続される複数の接続端子１３２と、複数の接続端子１３２の外端部に半田付け等により電気的に接続される複数の電線１３３と、ハウジング１２１の上端部と端子台１３１の間にシリコーン系接着剤で形成される静電気保護層１３４とを備える。

端子台１３１は、略円柱形状であって、当該円柱の中段付近に、上述の複数のリードピン１２８を固定するための固定壁を有する形状に形成され、樹脂材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により形成される。端子台１３１は、例えば、エポキシ樹脂などの接着剤により、圧力検出部１２０のハウジング１２１の上部に固定される。

接続端子１３２は、金属材料で形成され、端子台１３１の上述の固定壁より上段の円柱側壁に垂直に接着剤１３２ａにより固定される。なお、本実施形態では、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、駆動電圧供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本の接続端子１３２が設けられる。３本の接続端子１３２の内端部は、それぞれ対応するリードピン１２８に溶接等により電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。

また、本実施形態では、３本の接続端子１３２に接続するために３本の電線１３３が設けられる。電線１３３は、電線１３３のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された被覆をはがした芯線１３３ａに予め予備半田を行い、その撚り線を束ねたものを、上述の接続端子１３２の外端部に設けられた穴に貫通させた後、半田付けや溶接等により接続端子１３２に電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。また、３本の電線１３３は、圧力センサ１００の周囲を覆うカバー部材１４０から引き出された後、３本束ねた状態にしてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された保護チューブ１３５で覆われる。

静電気保護層１３４は、ＥＳＤ保護回路の有無に影響されることなく、圧力検出部１２０の静電気耐力を向上させるために設けられるものである。静電気保護層１３４は、主に、ハーメチックガラス１２４の上端面を覆うようにハウジング１２１の上端面に塗布され、シリコーン系接着剤により形成される所定の厚さを有する環状の接着層１３４ａと、複数のリードピン１２８が突出するハーメチックガラス１２４の上端面全体に塗布され、シリコーン系接着剤からなる被覆層１３４ｂとから構成される。端子台１３１の空洞部を形成する内周面であって、ハーメチックガラス１２４の上端面に向き合う内周面には、ハーメチックガラス１２４に向けて突出する環状の突起部１３１ａが形成されている。突起部１３１ａの突出長さは、被覆層１３４ｂの粘性等に応じて設定される。このように環状の突起部１３１ａが形成されることにより、塗布された被覆層１３４ｂの一部が、表面張力により突起部１３１ａと、端子台１３１の空洞部を形成する内周面のうちハーメチックガラス１２４の上端面に略直交する部分との間の狭い空間内に引っ張られて保持されるので、被覆層１３４ｂが端子台１３１の空洞部内における一方側に偏ることなく塗布されることとなる。また、被覆層１３４ｂは、ハーメチックガラス１２４の上端面に所定の厚さで形成されるが、図１の部分１３４ｃに示すように、ハーメチックガラス１２４の上端面から突出する複数のリードピン１２８の一部分をさらに覆うように形成されてもよい。

カバー部材１４０は、略円筒形状で圧力検出部１２０及び信号送出部１３０の周囲を覆う防水ケース１４１と、端子台１３１の上部に被される端子台キャップ１４２と、防水ケース１４１の内周面とハウジング１２１の外周面及び端子台１３１の外周面との間を充填する封止剤１４３とを備える。

端子台キャップ１４２は、例えば樹脂材料により形成される。端子台キャップ１４２は、本実施形態では、上述の円柱形状の端子台１３１の上部を塞ぐ形状に形成され、ウレタン系樹脂等の封止剤１４３が充填される前に端子台１３１の上部に被される。しかしながら、端子台キャップ１４２はこの形状には限定されず、端子台１３１の上部及び防水ケース１４１の上部を一体として塞ぐ形状に形成され、封止剤１４３が充填された後に被されるものとしても、または、端子台キャップ１４２とは別に新たな蓋部材が設けられ、端子台キャップ１４２及び封止剤１４３が配置された後に、防水ケース１４１の上部に新たな蓋部材が被されるものとしてもよい。

防水ケース１４１は、樹脂材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により略円筒形状に形成され、円筒形状の下端部には、内側に向かうフランジ部が設けられている。このフランジ部には、防水ケース１４１の上部の開口部から挿入された信号送出部１３０及び圧力検出部１２０が接続された流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周部が当接する。この状態で封止剤１４３を充填することにより圧力検出部１２０等の内部の部品が固定される。

なお、本実施形態では、本発明の圧力センサの一例として、液封形の圧力センサ１００を例にとり説明するが、これには限定されず、本発明は、外部から駆動電圧が供給され、外部に電気的に圧力検出信号を送出する圧力検出素子を有する全ての圧力センサに適用可能である。

圧力センサ１００は、後述する図５（ａ）、及び、図５（ｂ）に示すように、様々な駆動電圧や圧力検出信号の信号方式に適用したエアコン等の空調システムの制御基板１０等外部回路に接続される可能性がある。このため、本発明の圧力センサ１００は、これらの様々な駆動電圧や圧力検出信号の信号方式に対応するために、駆動電圧や圧力検出信号の信号方式を変換する変換回路が実装された中継基板５００を備えることを特徴とする。以下、この中継基板５００に実装される変換回路について説明する。

図２（ａ）は、本発明の圧力センサ１００の中継基板５００に実装される駆動電圧の１段変換昇圧回路２００を示すブロック図であり、図２（ｂ）は、駆動電圧の２段変換昇圧回路２１０を示すブロック図であり、図２（ｃ）は、駆動電圧の降圧回路２２０を示すブロック図である。

図２（ａ）において、変換回路２００は、制御基板１０の駆動電圧ＶｃｃＣ３．３Ｖを圧力検出素子１２６の駆動電圧ＶｃｃＳ５．０Ｖに昇圧する昇圧回路部２０１を備える駆動電圧の１段変換昇圧回路である。このように、制御基板１０の駆動電圧ＶｃｃＣより、圧力センサ１００の駆動電圧ＶｃｃＳが高い場合には、制御基板１０と圧力センサ１００の間に、昇圧回路部２０１が実装された中継基板５００を接続することにより、制御基板１０及び圧力センサ１００に部品を追加する等の設計変更を行うことなく、駆動電圧の差を吸収することができる。

図２（ｂ）において、変換回路２１０は、制御基板１０の駆動電圧ＶｃｃＣ３．３Ｖを５．５Ｖに昇圧する昇圧回路部２１１と、５．５Ｖを圧力検出素子１２６の駆動電圧ＶｃｃＳ５．０Ｖに降圧する降圧回路部２１２を備える駆動電圧の２段変換昇圧回路である。このように、一度所定の電圧より高い電圧に昇圧した後に、所定の電圧に降圧する２段階昇圧回路を使用することにより、精度よく目的の圧力検出素子１２６の駆動電圧ＶｃｃＳに変換することができる。

図２（ｃ）において、変換回路２２０は、制御基板１０の駆動電圧ＶｃｃＣ８Ｖ〜３６Ｖを圧力検出素子１２６の駆動電圧ＶｃｃＳ５．０Ｖに降圧する降圧回路部２２１を備える駆動電圧の降圧回路である。このように、諸外国等のように、制御基板１０の駆動電圧が、圧力検出素子１２６の駆動電圧ＶｃｃＳ５．０Ｖより高い場合には、制御基板１０と圧力センサ１００の間に、降圧回路部２２１が実装された中継基板５００を接続することにより、制御基板１０及び圧力センサ１００に部品を追加する等の設計変更を行うことなく、駆動電圧の差を吸収することができる。

図３（ａ）は、本発明の圧力センサ１００の中継基板５００に実装される圧力検出信号のフローティングタイプの２線式電流出力回路３００を示すブロック図であり、図３（ｂ）は、圧力検出信号の２線式電流出力回路３１０を示すブロック図であり、図３（ｃ）は、圧力検出信号の３線式電流出力回路３２０を示すブロック図である。

図３（ａ）において、変換回路３００は、駆動電圧の５Ｖ変圧回路部３０１と、Ｖ／Ｉ回路部３０２とを備える圧力検出信号のフローティングタイプの２線式電流出力回路である。図３（ａ）に示す回路において、出力電流Ｉｏｕｔは、次式で表される。

Ｉｏｕｔ＝Ｉｖｉ＋Ｉｓ＋Ｉｅ・・・（１）
（Ｉｖｉ：Ｖ／Ｉ変換回路電流、Ｉｓ：圧力センサ消費電流、Ｉｅ:その他回路消費電流）

Ｖ／Ｉ回路部３０２は、Ｉｏｕｔの電流値をフィードバックするため、圧力センサ消費電流Ｉｓやその他回路消費電流Ｉｅが変化した場合でも圧力センサの出力電圧ＶｏｕｔＳに比例した出力電流ＩｏｕｔＣを出力することが可能となる。電流検出用抵抗にＩｏｕｔＣが流れることにより、抵抗両端に電圧が発生し、Ｉｃ−とＧＮＤの電圧が浮いた状態となる。このような回路をフローティング回路と呼び、圧力センサ消費電流Ｉｓやその他回路消費電流Ｉｅが不定な場合に有効な回路である。

図３（ｂ）において、変換回路３１０は、駆動電圧の５Ｖ変圧回路部３１１と、Ｖ／Ｉ回路部３１２とを備える圧力検出信号の２線式電流出力回路である。図３（ｂ）に示す回路において、出力電流Ｉｏｕｔは、次式で表される。

Ｉｏｕｔ＝Ｉｖｉ＋Ｉｓ＋Ｉｅ・・・（２）
（Ｉｖｉ：Ｖ／Ｉ変換回路電流、Ｉｓ：圧力センサ消費電流、Ｉｅ:その他回路消費電流）

変換回路３１０は、圧力センサ消費電流Ｉｓ及びその他回路消費電流Ｉｅが一定の場合に実現可能な回路である。Ｖ／Ｉ回路部３１２は、Ｉｖｉが圧力センサ出力電圧Ｖｏｕｔに比例するように制御するだけなので、シンプルな構成で実現可能である。電流検出用抵抗がＩｃ−とＧＮＤ間にないため、Ｉｃ−とＧＮＤは同電位になる。

図３（ｃ）において、変換回路３２０は、駆動電圧の５Ｖ変圧回路部３２１と、Ｖ／Ｉ回路部３２２とを備える圧力検出信号の３線式電流出力回路である。図３（ｃ）に示す回路において、出力電流Ｉｏｕｔは、次式で表される。

Ｉｏｕｔ＝Ｉｖｉ・・・（３）
２線式の変換回路３００、３１０は、Ｉｓ＋Ｉｅが要求される出力電流値の下限値未満である必要があるが、３線式の変換回路３２０はその制限がないため、回路構成は複雑になるが、多様な用途に使用可能である。

図４（ａ）は、本発明の圧力センサ１００の中継基板５００に実装される圧力検出信号のデジタル出力回路４００を示すブロック図であり、図４（ｂ）は、駆動電圧、及び、圧力検出信号の両方を変圧する変圧回路４１０を示すブロック図である。

図４（ａ）において、変換回路４００は、駆動電圧のＡ／Ｄ変換回路部４０１と、デジタル通信回路部４０２とを備える圧力検出信号のデジタル出力回路である。このように中継基板５００にＡ／Ｄ変換を行うデジタル出力回路を実装させることにより、デジタル出力方式の制御基板１０に圧力センサ１００を接続可能となる。

図４（ｂ）において、変換回路４１０は、制御基板１０の駆動電圧ＶｃｃＣ８Ｖ〜３６Ｖを圧力検出素子１２６の駆動電圧ＶｃｃＳ５．０Ｖに降圧する降圧回路部４１１と、圧力センサの圧力検出信号ＶｏｕｔＳ０．５Ｖ〜４．５Ｖを制御基板１０の圧力検出信号ＶｏｕｔＣ１Ｖ〜５Ｖに昇圧する電圧シフト回路部４１２と備える変圧回路である。このように、中継基板５００に駆動電圧についての降圧回路部４１１と、圧力検出信号についての電圧シフト回路部４１２を実装することにより、制御基板１０及び圧力センサ１００に部品を追加する等の設計変更を行うことなく、駆動電圧及び圧力検出信号の差を吸収することができる。

なお、図２（ａ）乃至図４（ｂ）に示す変換回路は、例示であって、限定ではなく、圧力センサ１００の仕様及び制御基板１０の仕様に合わせて適宜変更すればよく、上述の変換回路を組み合わせてもよい。また、無線ＬＡＮ、ＷｉＦｉ等の無線通信モジュールを搭載すれば、無線通信接続も可能となる。

図５（ａ）は、本発明の圧力センサ１００の中継基板５００が圧力センサ１００と制御基板１０の間の制御基板１０側に接続される状態を示す構成図であり、図５（ｂ）は、本発明の圧力センサ１００の中継基板５００が圧力センサ１００と制御基板１０の間の圧力センサ１００側に接続される状態を示す構成図である。

図５（ａ）において、圧力センサ１００の外部に引き出されたＶｃｃ、ＧＮＤ、Ｖｏｕｔの３本の電線１３３は、保護チューブ１３５で覆われた後、中継基板５００に接続される。中継基板５００は、さらに上述の変換回路に合わせた本数の複数の電線５０１により制御基板１０に接続される。このとき、制御基板１０と複数の電線５０１との接続は、制御基板１０に設けられたコネクタ１１と、複数の電線５０１の先端に設けられたコネクタ５０３とを接続するものとしてもよい。

屋外に設置される圧力センサ１００に接続される中継基板５００も、一般的には屋外に設置されるため、この場合には、後述する図６、図７に示すように、ホットメルトのように防水性を有する防水ケース６０１、７０１等により覆われるものとしてもよい。なお、ホットメルトとして、低温成形に適したポリアミド系ホットメルトが望ましいが、ポリオレフィン系ホットメルト、または、湿気硬化型ウレタン系ホットメルトなどを使用してもよい。このときに空調システム内に設置される制御基板１０の近隣に中継基板５００を配置すると、一般的に空調システムは屋根付きなど防水対策が施されているため、上述の防水ケース６０１、７０１の防水性能を高くする必要がなく、結果としてコストダウンに繋がる。

これに対して、図５（ｂ）に示すように、空調システム内に設置される制御基板１０の遠方、つまり、圧力センサ１００の近隣に中継基板５００が配置されると、防水ケース６０１、７０１の防水性能を高くする必要がある一方で、空調システム、あるいは、制御基板１０から放射されるノイズを受けにくくなるという利点がある。

また、圧力検出信号を電圧として送信する場合には、経路である複数の電線１３３、５０１が長くなると、電圧降下が発生する、ノイズの影響を受けやすくなる、等の障害がおきやすくなる。これに対して、図３（ａ）乃至図３（ｃ）に示す電流出力回路を使用し、圧力検出信号を電流として送信する場合には、ノイズの影響を受けにくくなるため、図５（ｂ）に示す圧力センサ１００の近隣に中継基板５００を配置するのが望ましい。

また、ここでは、図示を省略するが、圧力センサ１００のカバー部材１４０の内部に中継基板５００を配置するものとしてもよく、この場合には後述する防水ケース６０１、７０１の必要はなくなり、中継基板５００は、圧力センサ１００の防水性能に守られることとなりコストダウンとなる。また、同様に制御基板１０の近隣のうち空調システム内部に中継基板５００を配置した場合も同様に、防水ケース６０１、７０１は必要なくコストダウンとなる。

図６（ａ）は、リード線結線方式により接続された本発明の圧力センサ１００の中継基板ユニット６００を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す中継基板ユニット６００の正面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す中継基板ユニット６００の上面図であり、図６（ｄ）は、図６（ａ）に示す中継基板ユニット６００の側面図である。

図６（ａ）乃至図６（ｄ）において、圧力センサ１００の中継基板ユニット６００は、図５（ａ）、及び、図５（ｂ）に示す中継基板５００の周囲をホットメルト等の防水ケース６０１で覆うものである。なお、ここでは防水ケース６０１として、ホットメルトを使用するものとしたが、これには限定されず、防水性能を有する材質を使用すればよく、樹脂材料、金属材料などその他の材質を使用してもよい。

中継基板ユニット６００では、内部に配置された中継基板５００と、複数の電線１３３、５０１がはんだ付け等により直接接続される。このような構成とすることにより、コストダウンとなる。また、防水ケース６０１の内部から複数の電線１３３、５０１が外部に引き出されるため、防水ケース６０１には、開口部である、制御基板側接続部６０１ａ、及び、センサ側接続部６０１ｂが設けられる。

図７（ａ）は、コネクタ結線方式により接続された本発明の圧力センサ１００の中継基板ユニット７００を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す中継基板ユニット７００の正面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す中継基板ユニット７００の上面図であり、図７（ｄ）は、図７（ａ）に示す中継基板ユニット７００の側面図である。

図７（ａ）乃至図７（ｄ）において、圧力センサ１００の中継基板ユニット７００は、図５（ａ）、及び、図５（ｂ）に示す中継基板５００の周囲をホットメルト等の防水ケース７０１で覆うものである。中継基板ユニット７００は、中継基板ユニット６００と比較してセンサ側の複数の電線１３３との接続のためにコネクタ７０２が設けられている点が異なり、その他の構成要素は同じである。同様の構成要素には、同様の参照符号を付し、説明を省略する。

中継基板ユニット７００は、コネクタ７０２を設けることにより、防水ケース７０１に屈曲可能である複数の電線１３３が通過する開口部を設ける必要がなく、防水性能を高めるのが容易であるという利点を有する。なお、ここでは、圧力センサ１００側の複数の電線１３３との接続のためにコネクタ７０２を設けるものとしたが、これには限定されず、制御基板１０側の複数の電線５０１との接続のためにコネクタを設けるものとしても、または、両方の複数の電線１３３、５０１との接続のために２つのコネクタを設けるものとしてもよい。

次に中継基板に複数の入力ポート、あるいは、複数の出力ポートが設けられる例を説明する。

図８（ａ）は、複数の入力ポートを有する中継基板８００を含む構成図であり、図８（ｂ）は、複数の入力ポートと、異なる出力方式の複数の出力ポートを有する中継基板８１０を含む構成図であり、図９（ａ）は、複数の入力ポートと、同じ出力方式の複数の出力ポートを有する中継基板８２０を含む構成図であり、図９（ｂ）は、１つの入力ポートと、異なる出力方式の複数の出力ポートを有する中継基板８３０を含む構成図であり、図９（ｃ）は、１つの入力ポートと、同じ出力方式の複数の出力ポートを有する中継基板８４０を含む構成図である。

図８（ａ）において、中継基板８００は、複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎに接続するための複数の入力ポートを備える。中継基板８００は、さらに、１つの出力ポートを備え、この出力ポートを介して上述の複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎの圧力検出信号を制御基板１０に送出する。送出される信号方式としては、デジタル出力方式、複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎの圧力検出信号を合算する出力方式などが選択できる。このように中継基板８００を使用することにより、複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎと１つの制御基板１０が接続される圧力センサモジュールの構成が簡易な方法で達成できる。

図８（ｂ）において、中継基板８１０は、複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎに接続するための複数の入力ポートを備える。中継基板８１０は、さらに、異なる出力方式の複数の出力ポートを備え、この複数の出力ポートを介して上述の複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎの圧力検出信号を複数の制御基板１０、１０´、１０″に送出する。送出される信号方式としては、ここでは、電流出力、電圧出力方式、デジタル出力方式が選択されているが、これには限定されない。このように中継基板８１０を使用することにより、複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎの圧力検出信号が複数の制御基板１０、１０´、１０″に中継基板８１０を介して出力される構成が簡易な方法で達成できる。なお、ここでは、中継基板８１０が複数の制御基板１０、１０´、１０″に接続されるものとしたが、これには限定されず１つの制御基板１０に複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎの圧力検出信号の全てが異なる出力方式で出力されるものとしてもよい。

図９（ａ）において、中継基板８２０は、複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎに接続するための複数の入力ポートを備える。中継基板８２０は、さらに、複数の入力ポートに対応する同じ出力方式の複数の出力ポートを備え、この複数の出力ポートを介して上述の複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎの圧力検出信号を複数の制御基板１０、１０´、１０″に送出する。送出される信号方式としては、ここでは、電圧出力方式が選択されているが、これには限定されない。このように中継基板８２０を使用することにより、複数の圧力センサ１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎの圧力検出信号が複数の制御基板１０、１０´、１０″に中継基板８２０を介して出力される構成が簡易な方法で達成できる。

図９（ｂ）において、中継基板８３０は、１つの圧力センサ１００に接続するための１つの入力ポートを備える。中継基板８３０は、さらに、異なる出力方式の複数の出力ポートを備え、この複数の出力ポートを介して上述の１つの圧力センサ１００の圧力検出信号を複数の制御基板１０、１０´、１０″に送出する。送出される信号方式としては、ここでは、電流出力方式、電圧出力方式、及び、デジタル出力方式が選択されているが、これには限定されない。このように中継基板８３０を使用することにより、単一の圧力センサ１００の圧力検出信号が複数の制御基板１０、１０´、１０″に中継基板８３０を介して異なる出力方式で出力される構成が簡易な方法で達成できる。

図９（ｃ）において、中継基板８４０は、１つの圧力センサ１００に接続するための１つの入力ポートを備える。中継基板８４０は、さらに、同じ出力方式の複数の出力ポートを備え、この複数の出力ポートを介して上述の１つの圧力センサ１００の圧力検出信号を複数の制御基板１０、１０´、１０″に送出する。送出される信号方式としては、ここでは、電圧出力方式が選択されているが、これには限定されない。このように中継基板８４０を使用することにより、単一の圧力センサ１００の圧力検出信号が複数の制御基板１０、１０´、１０″に中継基板８４０を介して同じ出力方式で出力される構成が簡易な方法で達成できる。

このように、中継基板に複数の入力ポート、あるいは、複数の出力ポートを設けることにより、複数の圧力センサ、あるいは、複数の制御基板を接続する構成が、例えば、設計変更行う、部品点数を増やすなどを行うことなく、簡易な方法で達成できる。

以上説明したように、本発明によれば、様々な駆動電圧や圧力検出信号の信号方式に対応するために、圧力センサに接続可能で、駆動電圧、または、圧力検出信号を変換できる中継基板を備える圧力センサ、その中継基板、及び、その中継基板ユニットを提供できる。

１０ 制御基板
１１、５０２、７０２ コネクタ
１００ 圧力センサ
１１０ 流体導入部
１１１ 継手部材
１１１ａ 雌ねじ部
１１１ｂ ポート
１１２ ベースプレート
１１２Ａ 圧力室
１２０ 圧力検出部
１２１ ハウジング
１２２ ダイヤフラム
１２３ ダイヤフラム保護カバー
１２３ａ 連通孔
１２４ ハーメチックガラス
１２４Ａ 液封室
１２５ 支柱
１２６ 圧力検出素子
１２６ａ ボンディングワイヤ
１２７ 電位調整部材
１２８ リードピン
１２９ オイル充填用パイプ
１３０ 信号送出部
１３１ 端子台
１３２ 接続端子
１３２ａ 接着剤
１３３、５０１ 電線
１３３ａ 芯線
１３４ 静電気保護層
１３４ａ 接着層
１３４ｂ 被覆層
１３４ｃ 部分
１３５ 保護チューブ
１４０ カバー部材
１４１ 防水ケース
１４２ 端子台キャップ
１４３ 封止剤
２００、２１０、２２０、３００、３１０、３２０、４００、４１０ 変換基板
５００、８００、８１０、８２０、８３０、８４０ 中継基板
６００、７００ 中継基板ユニット
６０１、７０１ 防水ケース

Claims (16)

1. 圧力センサに複数の電線を介して接続される中継基板であって、
   前記圧力センサは、
   外部回路から駆動電圧が供給され、前記外部回路に電気的に圧力検出信号を送出するように構成され、流体の圧力を検出する圧力検出素子と、
   前記圧力検出素子に接続され、前記駆動電圧を供給し、前記圧力検出信号を送出するために、前記複数の電線に接続される電気接続部と
   を備え、
   前記中継基板は、前記複数の電線を介して前記電気接続部に接続され、前記外部回路から供給される前記駆動電圧、または、前記外部回路に送出する前記圧力検出信号のいずれか、または、両方を変換する変換回路が実装されることを特徴とする圧力センサの中継基板。
2. 前記変換回路には、前記駆動電圧を変圧する変圧回路が含まれることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの中継基板。
3. 前記変換回路には、前記圧力検出信号の信号方式を電流出力に変換する電圧電流変換回路が含まれることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの中継基板。
4. 前記変換回路には、前記圧力検出信号の信号方式をデジタル出力に変換するＡＤ変換回路が含まれることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの中継基板。
5. 前記変換回路には、前記圧力検出信号の信号方式を無線出力に変換する無線変換回路が含まれることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの中継基板。
6. 前記変換回路には、前記圧力検出信号を変圧する変圧回路が含まれることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの中継基板。
7. 前記中継基板は、複数の圧力センサに接続される複数の入力ポートを備えることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの中継基板。
8. 前記中継基板は、複数の外部回路に接続される複数の出力ポートを備えることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの中継基板。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の中継基板が防水ケースに覆われることを特徴とする圧力センサの中継基板ユニット。
10. 前記中継基板ユニットは、前記外部回路の近隣に配置されることを特徴とする請求項９に記載の圧力センサの中継基板ユニット。
11. 前記中継基板ユニットは、前記圧力センサの近隣に配置されることを特徴とする請求項９に記載の圧力センサの中継基板ユニット。
12. 前記中継基板は、前記圧力センサ、または、前記外部回路のいずれか、または、両方と直接はんだ付けによりリード線接続されることを特徴とする請求項９に記載の圧力センサの中継基板ユニット。
13. 前記中継基板は、前記圧力センサ、または、前記外部回路のいずれか、または、両方とコネクタ接続されることを特徴とする請求項９に記載の圧力センサの中継基板ユニット。
14. 外部回路から駆動電圧が供給され、前記外部回路に電気的に圧力検出信号を送出するように構成され、流体の圧力を検出する圧力検出素子と、
    前記圧力検出素子に接続され、前記駆動電圧を供給し、前記圧力検出信号を送出するように構成される電気接続部と
    を備える圧力センサ部と、
    前記電気接続部に接続される複数の電線と、
    前記複数の電線に接続され、前記外部回路から供給される前記駆動電圧、または、前記外部回路に送出する前記圧力検出信号のいずれか、または、両方を変換する変換回路が実装される中継基板と
    を備えることを特徴とする圧力センサ。
15. 前記中継基板及び前記複数の電線は、前記圧力センサの内部に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の圧力センサ。
16. 前記中継基板は、所定の電圧より高い電圧に昇圧した後、所定の電圧に降圧する２段階昇圧回路を含むことを特徴とする請求項１５に記載の圧力センサ。

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