JP4756744B2 - 気密式の圧力変換器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に圧力変換器に係わり、特に、圧力変化を検出して、その変化に関係する電気信号を発生するために抵抗線歪みゲージ(ストレイン・ゲージ)の技術を使用した、またその信号を処理および増幅するために電子装置を使用した変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
流体圧力の変化を関係する電気信号に変化するために抵抗線歪みゲージの技術を使用することは周知であるが、さらに簡単に製造でき、信頼性の向上された変圧器を提供するという必要性は残っている。与えられた応用例にそれらをさらに経済的に使用できるようにして製造量を増大し、大量生産技術での節約を達成するように、変換器の製造費を最小限に抑えることも必要である。例えば、抵抗線歪みゲージの技術は、監視すべき圧力に対して露出されるダイヤフラム部材に17−4ステンレス鋼を使用している。しかしながら、この材料は比較的高価で機械加工が困難であり、従ってそのような材料で形成されることが必要な部材は、必要とされる材料の量、機械加工時間および廃材量が最小限となるように設計することが望ましい。他の問題はO−リングの使用に関するものであり、それは緊縮(crimping)過程でシール面を均等に保持することが困難だからである。
【0003】
変換器のターミナル、電子素子およびセンサー部材の間の電気的連結に関しては、典型的に1つ以上の中間連結部材が使用され、その連結には個々の部材ならびに中間連結部材のはんだ付けが必要であり、各々のはんだ付け作業は不具合発生の可能性を増大し、信頼性を低下させる。抵抗線歪みゲージの技術も抵抗線歪みゲージのセンサー部材と変換器回路との間にワイヤー結合の使用を必要としており、可撓性の回路が使用される場合には、振動を伴うために超音波結合で生じる問題は可撓性回路に対する信頼性の高い連結を達成することの妨げとなり、そのために中間連結装置を使用する方向に促進されることになるが、これは再び述べるが工程段階を増加し、不具合の発生し得る箇所を増大する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、信頼性を向上され、さらに価格が比較的安価な圧力変換器を提供することである。他の目的は、従来技術での上述した制限を受けない圧力変換器を提供することである。本発明のさらに他の目的は、可撓性の回路組立体を組み込んだ電子パッケージを組み立てる改良された方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
要約すれと、本発明によれば、一端に流体受け入れ開口を、また反対側の受け止め(ペデスタル)端に閉じた一体形成されたダイヤフラムを有する管状のポート取り付け部は、角度配向構成部と、受け止め端における選ばれた角度配向で支持部材を受け入れて固定するための固定構成部とを有する。支持部材はダイヤフラム部分に受け止められた開口の形成された平坦な端壁面を有し、その開口はダイヤフラム部分に結合された抵抗線歪みゲージのセンサー部材のガラスと整合される。可撓性の回路組立体は集積回路を含む電子素子を取り付けるローブ部分を有する。ローブ部分は開口を有する支持部材の堅い平坦な端面に結合され、その開口は先に述べた平坦面の開口と整合される。可撓性の回路組立体の第2のローブ部分は、平坦な端壁面に対して最適なレベル位置に保持された隣接の反転された連結部の座面の上に配置され、座面が配置されている電子装置のチャンバ内に延在する自由先端を備えたターミナルを連結部は有する。自由先端は第2のローブ部分の開口を通って受け入れられ、可撓性の回路組立体の選ばれた部分における電子装置のはんだ付けとともに、第2のローブ部分のそれぞれの回路パッドに対してはんだ付けされる。その後抵抗線歪みゲージのセンサー部材と、可撓性の回路組立体の結合されたローブ部分の回路パッドとの両方に対してワイヤーが超音波結合され、その後シリコーン・ゲルによって包み込まれる。
【0006】
第1の実施例の特徴によれば、カップ形状のEMCシールドは連結部の電子装置チャンバの中に受け入れられる。このシールドはタブを備えており、タブは連結部の側壁の開口を通り、連結部の壁の外側周縁を超えて外方へ延在している。その後連結部は反転され、ローブ部分の間を延在する可撓性の回路組立体の中間部分は絶対的にU形状となるように折り曲げられ、連結部の壁部は支持部材上に固定される。第1の実施例の特徴によれば、半径方向に延在する取り付けフランジはポート取り付け部に対して気密状態に溶接され、六角形の金属ハウジング部材が連結部の本体に受け止められ、EMCシールド・タブはハウジング部材と電気的連結状態を確立するようにばね押圧され、ハウジング部材は連結部本体の側壁に形成されている円周方向に延在する溝内に配置されたO−リングに対して選ばれた荷重を加え、ハウジングは下部周縁に沿って支持フランジに溶接されて流体シールを形成し、O−リングに作用する荷重を保持する。
【0007】
第2の実施例の特徴によれば、下面にはんだ瘤を有するフリップ−チップICが使用され、このICは、好ましくは選ばれた電子素子およびターミナルがリフロー処理などにより連結部に配置された第2のローブ部分の回路パッドに対してはんだ付けされるときに同時に、可撓性の回路組立体の第1のローブ部分のパッドに対してはんだ付けされる。その後、エポキシが集積回路の近くに供給されてICの下側を流動され、硬化することで可撓性の回路組立体とフリップ−チップICダイとの間に改良された結合を形成する。
【0008】
本発明の付随的な目的、特徴および方法は以下の説明で一部記載され、一部はその記載から明白となるであろう。本発明の目的および利点は、特許請求の範囲で特に指摘される装置、組み合わせおよび方法によって実現され、達成される。
【0009】
この明細書に組み込まれてその一部を成す添付図面は、本発明の好ましい実施例を示しており、説明とともに本発明の目的、利点および原理を説明する働きを有する。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1〜図25を参照して、本発明の第1の実施例に従って作られた圧力変換器を説明する。図1および図2は組み立てられた変換器10を示しており、この変換器10は、一体形成されたダイヤフラム部分12aを有する第1の閉じた受け止め端と、細長い開いた連結端12bとを有する金属製の管状のポート取り付け部12を含む。支持フランジ14は、受け止め端と連結端との中間で気密溶接などによってポートフィッティングに固定的に取り付けられている。支持部材16は受け止め端の上に配置され、支持フランジ上に受け止められている。支持部材16は、ダイヤフラム部分の中央部と整合される開口16cの形成された平坦面16bを有する端壁16aを備えている。電気的絶縁材で形成された連結部18が支持部材上に配置されており、その連結部と支持部材との間に回路または電子装置を受け入れるチャンバ18aが形成され、またその空所内にEMCシールド26が受け入れられている。連結部に形成されたシール溝の中にO−リング28が受け入れられており、金属製のハウジング部材30が支持フランジに溶接され、O−リングには選ばれたシール荷重が与えられている。
【0011】
さらに詳細に説明すれば、図3,図4および図4aに最もよく見られるように、ポート取り付け部12は開いた連結端12bが流体圧を受け止めるチャンバ12cを形成し、このチャンバ12cは受け止め端に一体形成されているダイヤフラム部分12aまで延在している。ねじ12’のような適当な取り付け手段が細長い連結端に形成されている。ダイヤフラム部分12aの外側の平坦面に取り付けられたセンサー組立体22は、図4aに示されるようにガラス材料22bによってダイヤフラム部分に取り付けられており、従来の抵抗線歪みゲージの技術に従ってガラス材料は抵抗線歪みゲージ部材とダイヤフラム面との両方に対して結合されている。この技術は、所望の材料特性、およびガラス材料とダイヤフラムとの結合を得るために、ダイヤフラムに17−7ステンレス鋼を使用することを好ましいとする。
【0012】
17−4ステンレス鋼の機械加工は困難で、またその材料は高価であるので、本発明によれば、フィッティングの環状の棚部12d上に受け止められて気密シールを形成するようにその周縁の全周に沿って12eの位置で溶接される別体の半径方向外方へ延在する支持フランジ14を使用することが好ましい。AISI304ステンレス鋼のようないずれの適当な材料も支持フランジ14に使用できる。溶接するフランジを使用した結果、一体部品設計の場合には加工の難しさおよび除去しなければならない材料の量に係わる大費用に対して、支持フランジを有する安価なポート取り付け具が達成される。
【0013】
ポート取り付け部12の受け止め端は支持部材16を配置するために、長手方向に延在する平坦面12fを含んで成る角度配向構成部を備えており、この平坦面は本来ならば円筒形である形状を、説明すべき支持フランジ14の補完形座面を受け入れるための非円形形状に変化させている。支持フランジ14のための半径方向外方へ延在する環状リップ12hとされた固定手段も受け止め端に形成されており、また環状リップ12hもポート取り付け部12の平坦面12fと同じ角度位置に平坦部12kを形成されることが好ましい。
【0014】
図5〜図8に最もよく見られるように、支持部材16は、例えばガラスを30%充填されたUTEM2310のような適当な金属またはプラスチック材料で形成され、実質的に平坦で堅い支持面16bを有する端壁16aを有し、支持面16bは端壁16aを貫通する一般に長円形の開口16cを備えている。受け止め座は不連続の内壁部材16d,16e,16fで形成されている。2つの対向する部材16d、および部材16eが円筒形の一部を形成する一方、部材16fは受け止め座の平坦面12fに対して補完形である平坦面を含む。対向する部材16dは、リップ12h上に受け止められる自由先端に半径方向内方へ向かって突出するキャッチ16iを備えて形成された脚として作用する。傾斜したカム面16g(図6)は、支持部材が受け止め端上に配置されてカム面16gがリップ12hに押圧されたとき、脚部材16dを外方へ移動させるカム作用が生じるように、それぞれのキャッチ16iに連続する面を有して自由先端に形成されるのが好ましい。支持部材16は荷重を支持する外側壁16hも備えており、この外側壁16hは端壁16aの外周縁から延在している。外側壁16hは壁部材16d,16e,16fよりも僅かに長い。反対両側の長手方向に延在する溝16kが外側壁16hに形成されて反対両側に棚部16mが残されており、この棚部16mは説明すべき連結部18の固定機構として作用する。支持部材16の外周縁は複数の長手方向に延在するリブとされた連結部の配置に関する角度配向機構も備えており、2つのリブ16nは第1の幅を、3番目のリブ16oは第2の幅を有し、それらの幅は相違されている。
【0015】
支持部材16はポート取り付け部12の受け止め端上に配置され、荷重を支持する外側壁16hは支持フランジ14で受け止められ、受け止め端は壁部材16d,16e,16fで形成された座に受け止められて、開口16cをダイヤフラム部分12aの中央部に整合させて開口16cに対して選ばれた角度配向で固定される。
【0016】
図9〜図12を特に参照すれば、ガラスを30%充填したGEノリル830GTXのような適当な電気的絶縁材で形成された連結部18は本体部分18bを含んで成り、本体部分18bは複数の細長い導電ターミナル20を互いに引き離した状態に取り付けている。ターミナルは図2で見て符号1,2,3のように本体部分18b上で区別されている。ターミナルは本体部分18bを通って延在し、説明すべき可撓性の回路組立体24に対して連結するための先端部分20aを備えている。側壁18cは本体部分18bから長手方向の一方向へ延在し、露出されているターミナル部材を取り囲むシュラウドを形成している。連結部の外周縁には本体部分の近くで円形O−リングが装着される溝18dも形成されており、溝を形成している連結部の外側すなわちシュラウド側の面18eは反対側の面18fより小さな直径を有して、以下にさらに詳細に説明するように、溝内に配置されたO−リングの選ばれた表面積を露出するようになっている。
【0017】
連結部は、変換器の取り付けを用意するために、本体部分18bのシュラウドとは反対側に六角形のような選ばれた非円形の外周形状の少なくとも一部分を備え、またそこから延在する複数の脚部分を備えて形成されることが好ましい。対向する脚部分18hは、EMCシールドの着座する棚18kおよび半径方向内方へ突出するキャッチ18mを有して形成される。脚18nは、連結部が組み付けられるとき、可撓性の回路組立体24を受け入れる、およびそれらの脚の間に支持部材16のリブ16n,16oを受け入れる通路を形成するために、ならびに以下に詳細に説明するように、連結部を超えてばねタブ26dが伸長できるようにするために、互いに十分に引き離されている。組み立てられるとき、端壁16aの外周部分は棚18kに受け止められ、またキャッチ18mは棚部16mを超えて受け入れられて、連結部を支持部材およびポート取り付け部に対して選ばれた角度配向位置に固定する。
【0018】
図13および図14において、AISI304ステンレス鋼のような適当な金属材料で形成されたEMCシールド26は端壁26aおよび端壁から垂下する側壁26bを有して全体的にカップ形状をしており、側壁は半径方向外方へ延在するフランジ26cを有して形成されており、フランジから複数のばねタブ26dが突出している。切欠き部分26eは可撓性の回路組立体24がそれを通って電子回路キャビティすなわちチャンバ18aへ挿入できるようにするために備えられている。1つの切欠き部分26eしか必要とされないが、そのような部分を120゜間隔で備えることで連結部内にシールドを適当に配向させることが容易になる。可撓性の回路組立体が以下に説明するように取り付けられるまでは、シールド26は変換器組立体内に配置されない。
【0019】
図15で可撓性の回路組立体24は、中間ストリップ部分24cで相互に連結された第1および第2のローブ部分24a,24bを含む可撓性の基板を含んで成り、この基板はポリイミドのような適当な電気的絶縁材で形成されている。ローブ部分24a,24bは追加されたポリイミド層のような補強材料を含むことが好ましく、ローブ部分24aがピラルックスLF0200のような接着剤を含む場合にはこの層材料に対して基板材料が結合される。銅製の、好ましくはニッケルおよび金でメッキした適当な回路トレース24dが基板に付与される。
【0020】
一般に長円形の開口24eを支持部材の開口16cに整合させてローブ部分24aは支持部材16の平坦面16bに結合される。
【0021】
図16、図16aおよび図17を参照すれば、可撓性の回路組立体24のローブ部分24aが支持部材16に結合されて成る支持部材16を含む部分組立体が、図16に示されるように取り上げ/配置機構(図示せず)による等の方法で適当な支持部材4上に配置される。図1に示されるように、支持部材に対して一旦組み立てられて最終的な配向に対し逆にされた連結部18が支持部材4上の部分組立体に隣接されて配置され、ローブ部分24bは連結部の座面18r上に受け止められ、導電ターミナル20の先端部分20aはローブ部分24bのそれぞれの開口24eを通って延在され、中間部分24cは連結部の脚18nの間に収められる。連結部の座面18rおよび支持部材の座面16bが実質的に同一平面内に位置され、可撓性の回路組立体が実質的に平坦な状態で延在して、リフローはんだ付けなどによってローブ部分24b上のそれぞれの導電パッドならびに一体化された回路U1に対する先端部分20aのはんだ付け、およびそれぞれの回路トレード24dに対するキャパシタCのような各種の電子素子のはんだ付けを容易にできるように、支持部材16および連結部18は配置される。従って、上述の手順を使用することで、変換器10の全てのはんだ付けは1度に行われ、可撓性の回路とセンサー部材との間の中間的な連結は以下に説明するワイヤー・ボンディング作業を除いて行われない。
【0022】
これに代えて、望まれるならば上述したはんだ付け作業は図16aに示されるように、支持部材16が既にポート取り付け部12にスナップ式に取り付けられて固定され、連結部18、および支持部材16が固定されたポート取り付け部12の副組立体を部材4’が支持した状態で、遂行できる。
【0023】
はんだ付け作業に続いて図16の手順が続くならば、副組立体の支持部材16はポート取り付け部12の検出端部に配置されてそれに固定される。
【0024】
図18および図19を参照すれば、その後支持部材16の開口16cおよび可撓性の回路組立体の切欠き24eを通してセンサー部材22aが、超音波結合が好ましいが適当な取り付け方法により、アルミニウムのような適当な材料で形成された導電ワイヤー22bによってローブ部分24aのそれぞれの回路パッドに対して連結される。可撓性の回路組立体24に対する超音波結合は、結合過程で与えられる振動が結合に悪影響を及ぼさないように、支持部材16の平坦で堅い表面16bにローブ部分24aを結合することで実行される。さらに、ダイヤフラム部分に対する所定の角度配向で可撓性の回路ローブがワイヤー連結によって結合された支持部材16は、ワイヤー結合にいかなる捩り力も伝わることを防止する。可撓性の回路組立体24にセンサー部材22aを結合するワイヤー・ボンディング作業の後、ワイヤー22b、ワイヤーの結合部、センサー部材22a、ならびに開口16cおよび開口24cは図20〜図23に見られるようにできて絶縁材のシリコーン・ゲル22dのような適当なゲルによって包み込まれる。
【0025】
電子装置の取り付けが完了した後、EMCシールド26は図23および図回路組立体24に示すように連結部18内に配置され、環状リップ26cは棚18kに受け止められ、ばねタブ26dは壁部分18n,18nの間を壁部外周を超えて外方へ延在される。可撓性の回路組立体の中間ストリップ部分24cは切欠き部分26eの1つと整合される。その後、図26に見られるように連結部18は反転され、脚部分18hのキャッチ18mは棚部16mに対してスナップ式に取り付けられる。その後、O−リング28がO−リング座すなわち溝18dに挿入され、図25の金属製のハウジング30が図1に見られるように連結部18の上に配置される。ハウジング30はAISI304のような適当な金属材料で形成された端部が開口した管状部材で、第1の端部に円形の外径を有する外方へ向かって延在する環状フランジ30aを有して形成されており、反対側の円形の第2の端部30bは連結部の本体の部分18eよりも僅かに大きい内径を有する。円形端部30bで形成された小さな直径を有する截頭円錐形の傾斜面30cは、以下に説明するようにシール/力伝達面として作用する。組み合わされる連結部の非円形部分18gと同じ形状であるのが好ましい側壁30dは、フランジ30aから連結部の部分18fよりも僅かに大きい内径を有する中間の円形の壁部30eまで延在しており、壁部30eは截頭円錐壁30cの大きな直径の端部と相互に連結される。ハウジング部材のフランジ30aはその全周に沿って支持フランジ14に溶接されて気密シールを形成する(図1参照)。截頭円錐壁30cとハウジング部材30の第1の端部との間隔距離は、選ばれた荷重がO−リングに作用して、効果的な流体密シールを形成するとともに、部材のスタック全体の軸線方向の荷重を保持するように選ばれる。O−リングを経てハウジング部材30に作用する荷重は、棚18kを経て伝えられた力によって可撓性の回路組立体24のアース・トレースとEMCシールド26のフランジ26cとの完全な電気的連結の保持を助成する。図23および図24に示されるように、連結部18の側壁部材を超えて外方へ延在するEMCシールドのタブ26dは、ハウジング部材30の内側壁と効果的な電気的係合を確立するようにばね押圧される。
【0026】
図27〜図40に示される第2の実施例は、例えば車輌のブレーキ圧力変換器の応用例に使用される場合のように、使用空間を特に制限される或る種の応用例に有用な最小化が図られた変換器の製造を特に可能にする構造を含んで成る。第2の実施例により作られた変換器40は、図27〜図29に見られるように、一端から受け止め端42cのダイヤフラム部分42bへ延在する穴42aを有する管状のポート取り付け部42を含んで成る。抵抗線歪みゲージのセンサー部材は第1の実施例と同様にダイヤフラム部分42bに取り付けられる。支持部材44は受け止め端42cに受け止められ、電気的絶縁材で作られた連結部46は支持部材44に受け止められる。金属製の管状のハウジング部材50は連結部の本体部分の上に配置され、ポート取り付け部42の環状の取り付け棚へ延在する。ばねリング52およびガスケット54は、ポート取り付け部42の外周面に形成されているそれぞれの環状溝に受け入れられる。適当なプラグ56がポート取り付け部42の穴42aに受け入れられる。回路チャンバ46bは連結部46に形成され、可撓性の回路組立体58と複数のターミナルとを受け入れる。ターミナルは間隔を隔てた状態で連結部を通して延在し、それぞれ円形の接触部分48h,48f,48dを有しており、これらの接触部分は順次に小さくなる直径を有しており、全体的にテーパーを付された細長い連結部の露出した表面上の長手方向に間隔を隔てた箇所に配置されている。
【0027】
図33〜図36に最もよく見られるように、支持部材44は第1の実施例の支持部材16と似ており、支持部材16に使用されるようないずれかの適当な金属で作られる。支持部材44は端壁44aを有し、この端壁はダイヤフラム部分42bに取り付けられた抵抗線歪みゲージのセンサー部材と整合される長円形の開口44cを形成された堅い平坦な端面44bを有する。管状の側壁44dは端壁44aから延在し、ある程度の可撓性を与えるために壁の自由端から長手方向へ延在するスロット44eを形成されている。外側の長手方向へ延在するクラッシュ・リブ44mは、製造時の補助を目的としてハウジング部材50と締り嵌めを形成する。クラッシュ・リブ44mはハウジングを支持部材に保持し、以下に説明するようにハウジング部材をポート取り付け部42に溶接する前に連結部を所定位置に保持することを助成する。半径方向内方へ延在する固定用キャッチ44fは側壁の先端部の対向する位置に配置される。長手方向に延在する平坦面44gも側壁内側に形成されて、非円形の角度配向構成部を形成する。この平坦面44gは第1の実施例と同じようにポート取り付け部の受け止め端の平坦面と協働する。この受け止め端の平坦面は、選ばれた配向でダイヤフラム部分42bに抵抗線歪みゲージのセンサー部材を配置するための基準面としても使用される。支持部材44は、図29に示されるように、環状の半径方向外方へ延在するフランジ42dに受け止められる。
【0028】
適当な電気的絶縁材で形成された連結部46は細長いターミナル取り付け部46aを有し、このターミナル取り付け部には3つの導電ターミナル48が間隔を隔てた状態で取り付けられている。接触面を間隔を隔てて引き離すために、各接触面は次第に直径が減少する円筒部分を有する。図29および図32を参照すれば、ターミナル48aはターミナル取り付け部46aの外径の小さい端部に配置された円筒形の接触部分48dを含み、その接触部分から細長い部分48eが取り付け部46aを通って回路チャンバ46b内へ延在している。隣の円筒形の接触部分48f僅かに大きい外径を有し、接触部分48dから長手方向へ間隔を隔てられている。接触部分48fは取り付け部46aを通って回路チャンバ46b内へ延在する細長い部分48g(図29)を有する。隣の円筒形の接触部分48hはさらに小さい外径を有し、接触部分48fから長手方向へ間隔を隔てられ、また取り付け部46aを通って回路チャンバ46b内へ延在する細長い部分(図示せず)を有する。アース・リング48mは半径方向外方へ延在する環状の棚46c上に配置される。側壁46dは突起46eを含み、この突起は支持部材44の凹部44kに受け入れられる(図33)。開口46fは側壁すなわち連結部46に形成され、可撓性の回路組立体58のための壁を通してのアクセスを可能にする。
【0029】
図38で、AISI304Lステンレス鋼のような電気的絶縁材で形成された開いた管状部材であるハウジング50は、一端に取り付けフランジ50aを有し、反対端50cに複数の内方且つ下方へ突出したタブ50bを有する。図29に見られるように、ハウジング部材は連結部46および支持部材44の上に受け止められ、取り付けフランジ50aはポート取り付け部42のショルダ42e上に受け止められ、タブ50bは導電性の接触リングすなわちアース・リング48mに対して押圧される。ハウジングは溶接などによってポート取り付け部42に適当に取り付けられる。端部50cは一般に平坦面に形成されて変換器を設置するための工具の受け入れを容易にし、またブレーキ装置等の取り付け部に挿入するために必要とされる力に耐えるように作られる。
【0030】
ポート取り付け部42は、変換器を流体圧力源に取り付けるのに使用されるばねリング52を受け入れるための円周方向に延在する環状溝、および流体シールを形成するためにO−リング54を受け入れるためのO−リング溝42gを形成されている。プラグ56はポート取り付け部の穴42a内に配置されて盲穴の体積のほとんどを占め、また監視する流体がセンサーのダイヤフラム部分を加圧すできるようにする通路を備えている。プラグ56は弾性材料のような適当な材料で形成され、また半径方向に延在するグリップ・ノブ56a(図37)を備えてポート取り付け部と効果的に相互固定するために半径方向の締り嵌めを形成する一方、穴の内部に通路を形成する。望まれるならば、適当な係合手段および長手方向に延在する通路を有するプラスチックまたは金属のような他の材料も使用できる。留意されることは、ダイヤフラムの直径を定める内側の穴部分と、内径の軸線方向長さと軸線方向の長さが等しいか長い外側の直径部分とを有して穴42aが形成され、切断流体の流れおよび機械加工チップの除去を可能にすることで機械加工を容易にすることである。
【0031】
第1の実施例の変換器10と同じように、支持部材44をポート取り付け部42の受け止め端にスナップ式に取り付けることで、変換器40は組み立られる。可撓性の回路組立体58のローブ部分58aは支持部材の堅い平坦面44bに固定的に結合され、部分組立体は第1の実施例の場合と同じように逆の状態の連結部48に隣接して配置される。また図39および図40に示されるように、ローブ部分58a,58bの座面は基本的に同一平面に位置される。可撓性の回路組立体58は可撓性の回路組立体24と同様に形成され、ポリイミドのような補強材料で形成されたローブ部分58a,58bは支持部材44に取り付けるための接着剤の下層をさらに有す。上述した第1の実施例の場合と同様に支持部材の開口44cおよびダイヤフラム部分42bに結合された抵抗線歪みゲージのセンサー部材(図示せず)と整合されるように長円形の開口58dがローブ部分58aに形成されている。可撓性の回路組立体は選ばれた回路トレースおよび結合パッド60を備えている。選ばれた電子装置、例えばキャパシタC1,C2,C4,C5,C6はローブ部分58bに配置され、下面にはんだ瘤を有するフリップ−チップ集積回路U1はローブ部分58aのそれぞれの結合面に配置されてリフロー手順による等の方法ではんだ付けされる。エポキシ材料が例えばフリップ−チップU1’の2つの反対両縁に沿って集積回路に隣接して付与されて、その材料がダイの下側をはんだ瘤の間で流動し、可撓性の回路組立体に対する連結を向上させることが好ましい。第1の実施例のように適当なワイヤー、例えばアルミニウム、が抵抗線歪みゲージのセンサー部材の間に結合され、シリコーンのような適当なゲルによって包み込まれる。
【0032】
連結部46はその後反転され、可撓性の回路組立体の中間部分58cはU形状となるように折り曲げられ、連結部の脚46eは支持部材の凹部44kに受け入れられる。その後、ハウジング部材50は連結部および支持部材の上に配置されてポート取り付け部42に溶接され、プラグ56が挿入されて組立体が完成される。
【0033】
従って上述から本発明により作られた変換器は、センサー部材を支持し、意図される応用例に関して周囲からの適当な保護を行い、また与えられる費用で製造できるパッケージを有することが分かるであろう。第1の実施例に関して保護とは、外気の侵入を防止するシール、EMIに対するシールド、および、例えば自動車のボンネット内の環境に係わるその他の共通の条件に耐えることを含む。このパッケージは簡単な取り付け、さらには大きな組み立てトルクに対する抵抗を可能にする。第2の実施例では、パッケージを所定位置に押圧することだけで取り付けられる。第1の実施例に関しては、フランジはねじの形成されたポートに溶接され、このことは、1体部品の設計の場合には除去される材料の体積が生じるので、1体部品に比較して安価な部品を提供する。17−4ステンレス鋼の機械加工は困難で、材料は比較的高価である。両実施例で、本発明ははんだ付けおよびワイヤー結合のために適当な高さおよび配向で可撓性の回路を所定位置に保持する相互固定機構を使用した支持部材の特徴を提供する。支持部材における相互固定機構はまた、取り付けられた可撓性回路の動きを最小限に抑え、それ故にワイヤー結合が損傷する可能性を減少させる。
【0034】
スナップ式に連結部/支持部材を固定する特徴は、連結部を支持部材の上にスナップ式に取り付けられるようにして、その両者の重ね合わせ体すなわちスタックが互いに保持されてその後の処理を容易に行えるようにする。これは、可撓性の回路が連結部をスプリング・バックさせてO−リングの自動的な取り付けを阻害し、六角形のハウジング部材の追加をさらに困難にさせるような状況が発生するのを回避する。
【0035】
第1の実施例では、回路と六角形のハウジング部材(ケースGND)との間の電気的連結が、ハウジング部材に対して押圧されるばね荷重式EMCシールドを使用して津強欲行われる。六角形のハウジング部材は納得の行く価格のステンレス鋼材料で作ることができ、従来のメッキした鋼に比較して環境に対するかなり良好な抵抗を与える一方、比較的高価なメッキ段階を回避する。スタンプ加工によってハウジング部材を六角形の形状に形成することは、対応する形状の連結部とともに使用できる六角形の内部形状を与え、これにより配向ならびに回転防止と、取り付けのためのトルク付与手段を与える。最終的な組み立て部材として六角形のハウジングを使用することは組立体を反転して、抵抗線歪みゲージ部材に対するアクセスを阻害する部材壁のない状態を得ることを可能にする。この方法は、可撓性の回路および連結部がはんだ付けおよびワイヤー取り付けの間に完全に折り曲げのない状態となることを可能にし、この状態はワイヤー結合を助成する。別の六角形部材の設計は、O−リングがRTVまたは他のシーラントよりも環境シールを形成するのに使用できるようにする。1体部品の六角形本体は典型的に緊縮して、O−リング・シールの使用を困難にする。ポート取り付け部または本体と別個の六角形部材を備えることは、受け止め端が六角形の高さを増すことなくポート取り付け部の1体部分として機械加工できるようにする。六角形の本体を使用することは、受け止め部が溶接されるか、受け止め部が六角形本体の頂部に機械加工されねばならないことを要求し、従って背の高いパッケージほど多量の鋼を要求することになる。壁および受け止め部を備えた1体部品の六角形の本体を作ることは実際的でなく、ならびに費用が掛かりすぎることになる。
【0036】
本発明は特定の好ましい実施例に関して説明されたが、変形例および変更例が当業者に明白となるであろう。例えば、フリップ−チップICを堅い支持部材に結合された可撓性の回路の一部にリフロー式にはんだ付けすることは、圧力変換器以外で電子パッケージに使用できる。同様に、超音波結合方法では振動が与えられるので、結合した連結部に対する悪影響を防止するために堅い表面に結合された可撓性の回路の一部に対してワイヤー結合する特徴は、さまざまな電子パッケージで使用できる。それ故に、特許請求の範囲はそのような変形例および変更例の全てを含むように従来技術の観点から可能な限り広く解釈されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例により作られた変換器の、図2の線1−1における横断面図である。
【図2】図1の変換器の頂平面図である。
【図3】図1に示されたポート取り付け部および支持フランジの横断面図である。
【図4】図3のポート取り付け部および支持フランジの頂平面図である。
【図4a】図4の線4a−4aに沿う細長い横断面図である。
【図5】図1の変換器の支持部材の頂平面図である。
【図6】図5の線6−6に沿う横断面図である。
【図7】図5の線7−7に沿う横断面図である。
【図8】図1の変換器の支持部材の底平面図である。
【図9】図1の変換器の連結部の頂平面図である。
【図10】図9の線10−10に沿う横断面図である。
【図11】図1の変換器の連結部の底平面図である。
【図12】図9の線12−12に沿う横断面図である。
【図13】図1の変換器のEMCシールドの平面図である。
【図14】図13の線14−14に沿う横断面図である。
【図15】平坦で曲がりのない状態で示された図1の変換器の可撓性の回路組立体の頂平面図である。
【図16】好ましい組み立て方法を説明するために使用された部分的に組み立てられた変換器の横断面図である。
【図16a】図16と同様な、好ましい変更された組み立て方法を説明するのに使用される、部分的に組み立てられた変換器の図17の線16a−16aの横断面図である。
【図17】図16aの部分的に組み立てられた変換器の頂平面図である。
【図18】図16aと同様であるが、異なる組み立て段階において示された部分的に組み立てられた変換器の横断面図である。
【図19】図17と同様であるが、異なる組み立て段階において示された部分的に組み立てられた変換器の頂平面図である。
【図20】図16aと同様であるが、異なる組み立て段階において示された部分的に組み立てられた変換器の横断面図である。
【図21】図17と同様であるが、異なる組み立て段階において示された部分的に組み立てられた変換器の頂平面図である。
【図22】図20の断片の拡大した断面図である。
【図23】図16aと同様であるが、異なる組み立て段階において示された部分的に組み立てられた変換器の横断面図である。
【図24】図17と同様であるが、異なる組み立て段階において示された部分的に組み立てられた変換器の頂平面図である。
【図25】図1の構造の金属製の外側ハウジング部材を通る長手方向の横断面図である。
【図26】外側ハウジング部材を除いた変換器組み立の図1と同様な横断面図である。
【図27】本発明の第2の実施例に従って作られた変換器の前立面図である。
【図28】本発明の第2の実施例に従って作られた変換器の頂平面図である。
【図29】図28の線29−29に沿う横断面図である。
【図30】第2の実施例の連結部の前立面図である。
【図31】第2の実施例の連結部の頂平面図である。
【図32】図31の線32−32に沿う横断面図である。
【図33】第2の実施例のポート取り付け部の受け止め端に受け止められた支持部材の頂平面図である。
【図34】図33の線34−34に沿う横断面図である。
【図35】図33の線35−35に沿う横断面における側立面図である。
【図36】第2の実施例のポート取り付け部の受け止め端に受け止められた支持部材の底平面図である。
【図37】第2の実施例のポート取り付け部に受け入れられたプラグ部材の立面図である。
【図38】第2の実施例の外側ハウジング部材の長手方向の横断面図である。
【図39】第2の実施例にして作られた部分的に組み立てられた変換器の立面図である。
【図40】第2の実施例にして作られた部分的に組み立てられた変換器の頂平面図である。
【符号の説明】
10 圧力変換器
12 ポート取り付け部
12a ダイヤフラム部分
12b 連結端
12c 流体圧受け止めチャンバ
12d 棚部
12f 平坦面
12h 環状リップ
12k 平坦部
14 支持フランジ
16 支持部材
16a 端壁
16b 平坦面すなわち座面
16c 開口
16d,16e,16f 壁部材
16g カム面
16h 外側壁
16i キャッチ
16m 棚部
16n リブ
18 連結部
18a 電子装置受け入れチャンバすなわちキャビティ
18b 本体部分
18c 側壁
18d 溝
18e シュラウド側の面
18f 反対側の面
18g 非円形部分
18h 脚部分
18k 棚
18m キャッチ
18n 脚
18r 座面
20 導電ターミナル
20a 先端部分
22 センサー組立体
22a センサー部材
22b ガラス材料
24 可撓性の回路組立体
24a,24b ローブ部分
24c 中間ストリップ部分
24d 回路トレード
24e 開口
26 EMCシールド
26a,26b 端壁
26c フランジ
26d タブ
26e 切欠き部分
28 O−リング
30 ハウジング部材
30a フランジ
30b 円形端部
30c 傾斜面
30d 側壁
30e 壁部
40 変換器
42 ポート取り付け部
42a 穴
42b ダイヤフラム部分
42c 受け止め端
42d フランジ
44 支持部材
44a 端壁
44b 端面
44c 開口
44d 側壁
44e スロット
44f キャッチ
44g 平坦面
46 連結部
46a ターミナル取り付け部
46b 回路チャンバ
46c 棚
46d 側壁
46f 開口
48 ターミナル
50 ハウジング部材
50a 取り付けフランジ
50b タブ
50c 端部
52 ばねリング
54 O−リング
56 プラグ
56a グリップ・ノブ
58 回路組立体
58a,58b ローブ部分
58c 中間部分
58d 開口
Claims (14)
- 平らな面に位置するダイヤフラム部分が形成された閉じた受け止め端、および監視すべき流体圧力源に変換器を取り付けるための細長い連結部分を含む全体的に管状のポート取り付け部であり、前記受け止め端には固定構成部および角度配向構成部が形成され、受け止め端と連結部分との中間にてポート取り付け部から半径方向外方へ支持フランジが延在された前記ポート取り付け部と、
受け止め端に受け止められる支持部材であって、支持部材は、角度配向構成部が形成された外側壁と、受け止め端に対する支持部材の選択された角度配向を与えるために受け止め端の角度配向構成部と補完形の角度配向構成部が形成された内側の受け止め座とを有し、支持部材から延在する内側脚には、ポート取り付け部および支持部材を互いに固定するためにポート取り付け部の固定構成部と協働する固定構成部が形成され、支持部材は、ダイヤフラムが位置する平面と平行な平面内に位置しかつダイヤフラム部分の中央部と整合された貫通する開口が形成された平坦で比較的堅い表面を有する、前記支持部材と、
互いに間隔を隔てて複数の導電ターミナルを取り付ける本体を有する電気的絶縁材で形成された連結部であって、各ターミナルは可撓性の回路組立体の受け取り座を通って延在する端部を有し、複数の脚が本体部分から延在し、脚は角度配向構成部および固定構成部を有し、脚は支持部材に対して選ばれた連結部の角度配向で支持部材に固定的に受け止められる前記連結部と、
中間ストリップ部分で互いに連結された第1および第2の部分を有する可撓性の回路組立体であって、第1の部分は支持部材の平坦で比較的堅い表面に結合され、第1の部分は支持部材の平坦面の開口と整合される開口を有し、第2の部分は連結部における可撓性の回路組立体の受け取り座に受け止められ、可撓性の回路組立体はターミナルにはんだ付けされる導電トレースを有し、電子素子が第1の部分の導電トレースにはんだ付けされている前記可撓性の回路組立体と、
ダイヤフラム部分に配置され、センサー部材および第1の部分の導電トレースの間を延在しかつ導電トレースおよびセンサー部材に結合されたワイヤーを有する前記センサー部材と、を含んで成る圧力変換器。 - 支持フランジがポート取り付け部に溶接された請求項1に記載された圧力変換器。
- ポート取り付け部の連結部分にスクリューねじが形成された請求項1に記載された圧力変換器。
- ポート取り付け部の連結部分には開口端を有する穴が形成され、流体通路内を長手方向に延在するプラグがその穴に受け入れられた請求項1に記載された圧力変換器。
- プラグが弾性材料で形成され、実質的に穴を充満している請求項4に記載された圧力変換器。
- 連結部にはO−リング座である溝が形成され、そのO−リング座である溝にO−リングが配置されており、連結部はさらに、長手方向の軸線を有しかつ円形の対向する両端部を有する管状のハウジング部材を含み、一方の端部はO−リング座である溝に受け入れられたO−リングと整合された截頭円錐面を有し、他端部はポート取り付け部の支持フランジに固定的に取り付けられた半径方向に延在するフランジを有し、支持フランジへのハウジング部材の取り付け後の選択された荷重が截頭円錐面を経てO−リングに作用するように、ハウジング部材の2つの対向する端部間の長手方向の距離が選ばれる請求項1に記載された圧力変換器。
- ハウジング部材が金属製で、ハウジング部材の対向する端の中間の位置における長手方向軸線に直角な横断面が多角形である請求項6に記載された圧力変換器。
- 自由先端および底壁とを備えた管状の側壁を有しかつ全体的にカップ形状の金属製のシールドが、可撓性の回路組立体の一部の上に配置された回路包囲を形成する連結部に受け入れられ、自由先端は第1の部分と係合し、少なくとも1つのタブが側壁から外方へ延在して管状のハウジング部材に対して押圧される請求項6に記載された圧力変換器。
- 可撓性の回路組立体がアース導電トレースを含み、シールドの管状の側壁の自由先端はアース導電トレースと整合され、係合状態となるように押圧される請求項8に記載された圧力変換器。
- 連結部は本体に形成された半径方向外方へ延在する棚を含み、本体はその棚の上にターミナル層を備えており、金属製の開口端を有する管状ハウジングは内方へ延在するタブを一端に有しており、ハウジングは連結部および支持部材の上に受け止められてタブが棚の上のターミナル層に対して押圧される請求項1に記載された圧力変換器。
- ダイヤフラム部分が形成された閉じた受け止め端、および流体圧力源を有する本体にポート取り付け部を取り付けるための細長い連結部分を有する管状の金属製のポート取り付け部であって、受け止め端には外方へ延在する固定フランジおよび非円形の外周縁が形成され、受け止め端と連結部分との中間にてポート取り付け部から半径方向外方へ支持フランジが延在された前記ポート取り付け部と、
受け止め端の外周縁と補完形の非円形の周縁が形成された受け止め座を有し、長手方向に延在する内側脚は、ポート取り付け部の固定フランジと固定的に係合する半径方向内方へ延在するキャッチが形成された自由先端を有し、支持部材は、ダイヤフラム部分の中央部分と整合される開口が形成された平坦面を備えた壁を有する前記支持部材と、
支持部材の平坦面に連結されかつ支持部材の平坦面の開口と整合される開口が形成された第1の部分を有する可撓性の回路組立体であって、可撓性の回路基板は、支持部材から離れる方向へ延在するターミナル取り付け部分、ポート取り付け部の受け止め端のダイヤフラム部分に取り付けられた歪みゲージ感知部材、および歪みゲージ感知部材に結合されかつ可撓性の回路組立体に向かって延在されて結合されたワイヤー・リードを有している前記可撓性の回路組立体と、
互いに間隔を隔てて複数の導電ターミナルを取り付ける本体を有する電気的絶縁材で形成された連結部であって、可撓性の回路組立体のターミナル取り付け部分は概してU形状に曲げ戻されてターミナル部材に対して取り付けられる前記連結部とを含んで成る圧力変換器。 - 支持フランジがポート取り付け部に溶接された請求項11に記載された圧力変換器。
- O−リング座である溝が連結部の本体の外周面に形成されており、またそのO−リング座である溝に受け入れられたO−リング、およびO−リングと整合された角度を付された面を有する外側ハウジング部材を含み、外側ハウジング部材はポート取り付け部の支持フランジに固定的に取り付けられて、角度を付された面がO−リングに圧縮力を作用させる請求項11に記載された圧力変換器。
- 抵抗線歪みゲージ式の変換器を製造する方法であって、
貫通する開口を備えた平坦面を有する支持部材を準備する段階と、
貫通する開口が形成された第1の部分、および第1の部分から延在する第2のターミナル取り付け部分を有する可撓性の回路組立体を準備する段階と、
各開口が整合するように可撓性の回路組立体の第1の部分を支持部材の平坦面に結合する段階と、
平坦面が上方へ向くように支持部上に支持部材を配置する段階と、
複数の電気ターミナルが本体に隣接されて間隔を隔てて取り付けられた電気的絶縁材で作られた連結部材を配置する段階であって、連結部材は支持部材に取り付けられるときはその配向を反転され、連結部材は各ターミナルの先端が突出する表面を有しており、連結部材は支持部材の平坦面および各ターミナル突起の先端が通過する連結部の表面が実質的に共通した平面内に位置するように配置される段階と、
ターミナルを可撓性の回路組立体のターミナル取り付け部にはんだ付けし、かつ電子部材を可撓性の回路組立体にはんだ付けする段階と、
平坦面を備えたダイヤフラムを有する本体を準備する段階と、
平坦面に抵抗線歪みゲージのセンサー部材を取り付ける段階と、本体を準備し、抵抗線歪みゲージのセンサー部材を備えたダイヤフラムが支持部材の穴と整合するように本体を支持部材に取り付ける段階と、
抵抗線歪みゲージのセンサー部材および可撓性の回路組立体の第1の部分にワイヤーを結合する段階と、
連結部部材を反転し、反転した連結部部材を支持部材に取り付ける段階とを含んで成る製造方法。
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