JPH07280682A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率よく回路基板に搭載することを可能に
し、量産効果を向上させて安価に製造することができる
内部にダイヤフラム、コイル、コア及びコンデンサを有
する圧力センサ。 【構成】 気体の圧力を導くチューブを接続する導入筒
１ａを有するカバー１と、基幹部品である基台２と、ゴ
ム等により成形されたダイヤフラム３と、軟鋼またはフ
ェライト材で形成されたコア４と、リセットバネ５と、
トリップバネ１０と、これらのバネに対するバネ受け６
と、コイル７と、コンデンサ１１と、取付板８と、調整
ネジ９とを備えて構成されている。基台２の枠体２ｊの
上部には回路基板１３に圧力センサを嵌合させて固定す
るための段差２ｄを有する嵌合爪２ｃ及び案内軸２ｆと
が設けられる。基台２の上部に取り付けられている取付
板８の左右には、コンデンサ１１のリード部１１ａをガ
イドし、リード部１１ａの曲りを防止するための案内管
８ａが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧力センサに係り、特
に、ダイヤフラムとコイルとコアとコンデンサとを備
え、回路基板に直接搭載することが可能な圧力センサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤフラムとコイルとコアとコンデン
サとを備えて構成される圧力センサは、ネジ締結等によ
り所望の取付け部に取り付けて使用されるのが一般的で
ある。このため、この種の圧力センサは、その取り付け
場所及び取り付け部の形状によって、センサ側の取り付
け足の位置及び形状をそれに合わせた形に構成する必要
があった。

【０００３】また、圧力センサの取り付け場所及び取り
付け部の形状に左右されない圧力センサとして、感圧素
子を使用した基板搭載形のものが知られている。しか
し、ダイヤフラムとコイルとコアとコンデンサとを備え
て構成される圧力センサは、その構成が比較的複雑なた
め、基板搭載形のものとして構成されたものは知られて
いない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術によるダ
イヤフラムとコイルとコアとコンデンサとを備えて構成
される圧力センサは、前述したように、その取り付け場
所及び取り付け部の形状によって、センサ側の取り付け
足の位置及び形状をそれに合わせた形に構成する必要が
あり、このため、使用する装置の機種毎に異なる形状の
センサが要求され、圧力センサの種類数が増加し、この
結果、生産効率を悪化させてコストの低減を図ることが
困難であるという問題点を有している。

【０００５】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、その形状を取付け位置の形状等により変更する
必要をなくし、効率よく回路基板に搭載することを可能
にし、これにより、量産効果を向上させて安価に製造す
ることができる内部にダイヤフラム、コイル、コア及び
コンデンサを有する圧力センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、基台の外周枠体の上部に、回路基板と圧力センサと
を固定するための嵌合爪及び案内軸を設けることによ
り、また、基台上部に嵌合固定した取付板を設け、該取
付板に前記コンデンサのリードをガイドする案内管を設
けることにより達成される。さらに、前記目的は、内蔵
されるコンデンサのリードを、回路基板にコンデンサを
接続するための接続子として使用するようにすることに
より達成される。

【０００７】

【作用】ダイヤフラム、コイル、コンデンサ及び検出圧
力に応じてコイル内を移動するコアを内蔵する圧力セン
サにおいて、この圧力センサを基板に搭載するために
は、全体の構造も重要であるが、回路基板に簡単に固定
でき、パターンとの電気的接続を確実に行うことができ
ることが最も重要である。また、圧力センサを回路基板
に固定後、特性を変化させる可能性のある部品にあまり
応力を加えないことも安定した性能を得るために重要で
ある。さらに、コイル及びコンデンサ等の電気部品及び
ダイヤフラムの上面等への水の浸入は絶縁不良、絶縁劣
化を招き、水の重量による性能不良を招くため、湿気及
び水の浸入を防止することのできる構造にする必要があ
る。

【０００８】本発明による圧力センサは、圧力センサを
構成する基台の外周枠体の上部に、回路基板と圧力セン
サとを固定するための嵌合爪及び案内軸を設けることに
より、圧力センサを回路基板に簡単に固定することがで
き、また、基台上部に嵌合固定した取付板に前記コンデ
ンサのリードをガイドする案内管を設けることにより、
パターンとの電気的接続を確実に行うことができ、接続
部に導通不良の原因となる応力を加えないようにするこ
とができる。

【０００９】また、本発明による圧力センサは、前記取
付板が蓋の役目を果たし、基台の内部に収納されるコイ
ル、コンデンサ等を湿気及び水の浸入から防護すること
ができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明による圧力センサの一実施例を
図面により詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例の構成を示す平面
図、図２は図１のＸ−Ｘ断面図、図３は本発明の一実施
例を回路基板に搭載した場合の平面図、図４は図３のＹ
−Ｙ断面図、図５は本発明の一実施例による圧力センサ
を用いた圧力検出回路の構成を示す回路ブロック図、図
６は図５に示す回路の特性を説明する図である。図１〜
図４において、１はカバー、２は基台、３はダイヤフラ
ム、４はコア、５はリセットバネ、６はバネ受け、７は
コイル、８は取付板、９は調整ネジ、１０はトリップバ
ネ、１１はコンデンサ、１２は注型剤、１３は回路基板
である。

【００１２】本発明の一実施例による圧力センサは、図
１、図２に示すように、気体の圧力を導くチューブを接
続する導入筒１ａを有するカバー１と、基幹部品である
基台２と、ゴム等により成形されたダイヤフラム３と、
軟鋼またはフェライト材で形成されたコア４と、リセッ
トバネ５と、トリップバネ１０と、これらのバネを受け
るバネ受け６と、コイル７と、コンデンサ１１と、取付
板８と、調整ネジ９とを主要な要素として備えて構成さ
れている。

【００１３】前述の構成において、カバー１は、気体の
圧力を導くチューブを接続する導入筒１ａを有し、導入
筒１ａを介して気体の圧力をダイヤフラム３に伝える。

【００１４】圧力センサの基幹部品である基台２は、そ
の中央部に貫通する円筒部２ａ、外周部にコンデンサ１
１を対向させて収納する角室２ｇを含む外周枠体２ｊ
と、該枠体２ｊと一体に設けられ、上部に基板１３に圧
力センサを嵌合させて固定するための段差２ｄを有する
嵌合爪２ｃ及び案内軸２ｆとにより構成される。そし
て、嵌合爪２ｃ及び案内軸２ｆとは、それぞれ対向した
形で設けられ、角室２ｇの一部には立壁２ｈが備えられ
ている。また、案内軸２ｆは、嵌合爪２ｃ及びコンデン
サ１１のリード部１１ａより長くなっており、枠体２ｊ
の側面には角穴２ｂが設けられている。

【００１５】ダイヤフラム３は、ゴム等の可撓性の材料
で成形されており、外周にビード部３ａ、中央に突起部
３ｂを有し、基台２の開口部２ｅを塞ぐように基台２と
カバー１との間に挟持され、外周ビード部３ａが超音波
等で溶着固定され、導入筒１ａからの気体が洩れないよ
うにシールされている。

【００１６】コア４は、軟鋼またはフェライト材で形成
されており、中央部に段付き貫通穴４ａを有し、下面に
ダイヤフラム３の突起部３ｂが挿入されてダイヤフラム
と当接している。また、貫通穴４ａの上面には、リセッ
トバネ５が取り付けられている。

【００１７】バネ受け６は、上面に突当て穴６ａ、下面
にバネガイド６ｂを有し、外周下面部が前記基台２の円
筒部２ａの内周段部に乗るように設置されている。突当
て穴６ａには、トリップバネ１０が取付けられ、また、
バネガイド６ｂの外径部には、前記リセットバネ５が挿
入されるように取り付けられている。リセットバネ５と
トリップバネ１０とは、非磁性材である例えばｓｕｓ３
１６等により形成され、コア４及びバネ受け６と共に基
台２の中央部の円筒部２ａの内部に一直線状に積み重ね
た形で取付けられている。また、リセットバネ５は、ト
リップバネ１０よりバネ力が弱く、径も小さく構成され
ている。

【００１８】取付板８は、中央部にネジを形成し、中央
下面に円周リブ８ｃを形成して構成されており、基台２
の円筒部２ａの上端外周に挿入係合されている。外周の
一部には、複数個の固定爪８ｄが設けられ、取付板８
は、この固定爪８ｄにより前記基台２の枠体２ｊに設け
られた角穴２ｂに嵌合固定されている。また、取付板８
の左右には、コンデンサ１１のリード部１１ａをガイド
し、リード部１１ａの曲りを防止するための案内管８ａ
を有し、外周には、前記基台２の枠体２ｊの上面と重っ
て枠体２ｊに当接するツバ部８ｅを有する。前記円周リ
ブ８ｃは、ダイヤフラム３の収納部へ水を浸入させない
役割を果たし、また、ツバ部８ｅは、コイル７及びコン
デンサ１１を収納している収納部に水を浸入させない役
割を果たしている。

【００１９】調整ネジ９は、その上面にマイナスドライ
バー等で回転させるための溝９ｂを有し、その下面に前
記トリップバネ１０をガイドする突起軸９ａを有し、外
周にはネジが形成されて構成され、前記取付板８のネジ
部と係合している。

【００２０】コイル７は、径０．１〜０．２の２ＵＥＷ
等により形成され、前記基台２の円筒部２ａの外周底部
に挿入され、口出線７ａがコイル７の外周に対向して配
されたコンデンサ１１のリード部１１ａに巻付けられ、
半田等によりコイル７の絶縁被覆を溶解させてコンデン
サ１１と電気的に接続されている。

【００２１】コンデンサ１１は、そのリード部１１ａと
コイル７の口出線７ａとの半田付部及びコイル７と共
に、これらが直接、湿気または水に触れないように注型
用ウレタン樹脂等の注型剤１２により封止されている。
また、コンデンサ１１は、コイル７の外周、基台２の角
室２ｇ内に素子部が下側になるように配置され、リード
部１１ａは、前記取付板８の案内管８ａを介して外側に
突出している。

【００２２】前述したように構成される本発明の一実施
例による圧力センサを回路基板１３に取り付けた状態を
示しているのが、図３、図４である。

【００２３】図３、図４において、回路基板１３は、製
品に組み込まれる制御基板の一部であって、その表面に
銅泊の配線パターン１３ｃが複数設けられて構成されて
いる。これらの配線パターン１３ｃは、対向して配置さ
れている各コンデンサ１１のリード部１１ａの一方が別
々の配線パターンに接続され、他方が共通な配線パター
ンに接続されるように配置される。そして、配線パター
ンと各コンデンサ１１のリード部１１ａとは、それぞれ
半田１４によりで電気的に接続されている。また、配線
パターン１３ｃには、外部回路との接続に使用される端
子部１３ｄが設けられている。

【００２４】また、回路基板１３には、丸穴及び角穴が
設けられ、これらの穴に前述した圧力センサの基台２の
案内軸２ｆ、嵌合爪２ｃ及びコンデンサ１１のリード部
１１ａが挿入または嵌合され、これにより、圧力センサ
が回路基板１３に固定されている。そして、圧力センサ
の回路基板１３への固定は、コンデンサ１１のリード部
１１ａと配線パターン１３ｃとを接続する半田１４に、
外部応力が加わらないように案内軸２ｆ、嵌合爪２ｃに
より頑丈に支持されて行われる。

【００２５】次に、前述した本発明の一実施例による圧
力センサの動作と特性とについて説明する。

【００２６】前述した本発明の一実施例による圧力セン
サは、洗濯機等の製品に組み付けられ、水槽と圧力セン
サの導入筒１ａとをチューブで接続し、水槽内に満たさ
れる水の水量、水位を検出するために使用されるものと
する。

【００２７】前述において、水槽に水を入れるとその水
圧でチューブ内の空気が導入筒１ａを介して圧力センサ
に送られ、その空気圧でダイヤフラム３が浮上する。ダ
イヤフラム３とコア４とは、これにより、リセットバネ
５に抗して、コア４の上面とバネ受け６の下面が当接す
るまで上昇する。さらに水圧が加わると、次には、トリ
ップバネ１０に抗して、コア４とバネ受け６とが上昇す
ることになる。

【００２８】すなわち、圧力センサは、ダイヤフラム３
が圧力を受けて上昇すると、コア４が、リセットバネ５
及びトリップバネ１０に抗して動き、圧力の変動に応じ
て、コイル７の内部を往復するように動作する。このよ
うに、コア４がコイル７の内部を往復することにより、
コイル７のリアクタンスを変化させることができる。こ
れにより、本発明の一実施例の圧力センサは、圧力の大
きさによりコイル７のリアクタンスを変化させることが
でき、このリアクタンスと内蔵するコンデンサ１１の容
量とにより、ＬＣ発振回路を形成することができる。

【００２９】前述したような本発明の一実施例の圧力セ
ンサ内のコイル７とコンデンサ１１とを組み入れること
によりＬＣ発振回路を形成した圧力検出回路の例が図５
に示されている。この回路は、空気圧の変化をダイヤフ
ラム３を介して直線運動に変えられたコア４の動きでコ
イル７のリアクタンスを変化させ、最終的に、コンデン
サ１１との回路による発信回路の周波数変化に置換する
ものである。図５に示す回路のＡ、Ｂ、Ｃは、基板１３
のパターン端子のＡ、Ｂ、Ｃに対応するものであり、圧
力センサから先の回路は、発振波形を増幅し整形するた
めのものである。

【００３０】前述した圧力検出回路の特性は、図６に示
すようなものとなる。図示特性図において、縦軸に周波
数、横軸に水圧をとった場合、８０ｍｍＨ₂Ｏ 付近に変
曲点が見られる。この変曲点は、コア４がダイヤフラム
３により押し上げられたとき、コア４の上面とバネ受け
６の下面が当接し、リセットバネ５とトリップバネ１０
とが切り替わった点である。この点は、リセットバネ５
及びトリップバネ１０の双方のバネ力を変えることによ
り自由に調整することが可能である。また、Ｙ点は、調
整点を示し、図示例では、４００ｍｍＨ₂Ｏ のときに、
発信周波数が２２．９ＫＨｚとなるように調整したこと
を示している。この調整は、調整ネジ９を回転させて上
下に移動させ、トリップバネ１０に対する付与力を変化
させることにより行うことができる。

【００３１】前述した本発明の一実施例によれば、圧力
センサを構成する基台２の外周枠体２ｊの上部に、回路
基板１３と圧力センサとを固定するための嵌合爪及び案
内軸を設けられており、これにより、圧力センサを回路
基板１３に簡単に固定することができる。また、基台上
部に嵌合固定した取付板８に前記コンデンサ１１のリー
ドをガイドする案内管８ａを設けているので、回路基板
上の配線パターンとの電気的接続を確実に行うことがで
き、接続部に導通不良の要因となる応力を加えないよう
にすることができる。

【００３２】また、本発明の一実施例によれば、前記取
付板８が蓋の役目を果たし、基台の内部に収納されるコ
イル、コンデンサ等を湿気及び水の浸入から防護するこ
とができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、回路基板に取り付けられた圧力センサに外部
応力が加えられた場合にも、この応力を基台の枠体に設
けられた案内軸及び嵌合爪により受けることができ、コ
ンデンサのリードと回路基板の配線パターンとの接続部
に応力が加わることがなく、この接続部の半田切れを防
止し、接触不良となることを防止することができる。

【００３４】また、請求項２記載の発明によれば、基台
上部に取付けられた取付板に、コンデンサのリードを保
持する案内管が設けられていることにより、基板取付前
のコンデンサのリードの曲りを防止することができると
共に、案内管を取付板と一体に成形することができるた
め、回路基板の取付穴との位置決めを容易に行うことが
でき、圧力センサの回路基板への組付作業を容易に行う
ことができる。

【００３５】また、請求項３記載の発明によれば、前記
請求項１、２の発明が有する両方の効果を得ることがで
きる。

【００３６】さらに、請求項４記載の発明によれば、前
記請求項１、２の発明が有する両方の効果を得ることが
できると共に、コンデンサのリードを利用して回路基板
の配線パターンとの電気的な接続を行うことができるの
で、部品点数を少なくして経済的に圧力センサを構成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す平面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。

【図３】本発明の一実施例を回路基板に搭載した場合の
平面図である。

【図４】図３のＹ−Ｙ断面図である。

【図５】本発明の一実施例による圧力センサを用いた圧
力検出回路の構成を示す回路ブロック図である。

【図６】図５に示す回路の特性を説明する図である。

【符号の説明】

１ カバー ２ 基台 ３ ダイヤフラム ４ コア ５ リセットバネ ６ バネ受け ７ コイル ８ 取付板 ９ 調整ネジ １０ トリップバネ １１ コンデンサ １２ 注型剤 １３ 基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤフラム、コイル、コンデンサ及び
   検出圧力に応じてコイル内を移動するコアを内蔵する圧
   力センサにおいて、基台の外周枠体の上部に、回路基板
   と圧力センサとを固定するための嵌合爪及び案内軸が設
   けられることを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 ダイヤフラム、コイル、コンデンサ及び
   検出圧力に応じてコイル内を移動するコアを内蔵する圧
   力センサにおいて、基台上部に嵌合固定された取付板が
   設けられ、該取付板に前記コンデンサのリードをガイド
   する案内管が設けられることを特徴とする圧力センサ。
3. 【請求項３】 ダイヤフラム、コイル、コンデンサ及び
   検出圧力に応じてコイル内を移動するコアを内蔵する圧
   力センサにおいて、基台の外周枠体の上部に、回路基板
   と圧力センサとを固定するための嵌合爪及び案内軸が設
   けられ、かつ、前記基台上部に嵌合固定された取付板が
   設けられ、該取付板に前記コンデンサのリードをガイド
   する案内管が設けられることを特徴とする圧力センサ。
4. 【請求項４】 前記コンデンサのリードは、回路基板に
   コンデンサを接続するための接続子とされることを特徴
   とする請求項１、２または３記載の圧力センサ。