JP6301230B2 - 物理量測定装置 - Google Patents
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Description
この歪ゲージ式圧力センサの従来例として、歪ゲージ抵抗が感圧素子に形成され、感圧素子と出力端子とをフレキシブル回路基板で接続し、このフレキシブル回路基板に電子部品としてASICを搭載し、かつ、端部をコネクタに取り付けたセンサ(特許文献1)がある。
特許文献2の従来例では、圧力感知素子は、セラミックベースと、このセラミックベースに設けられ被測定流体の圧力により変位するダイアフラムとを有する。セラミックベースのダイアフラムとは反対側の面に条件付け電子回路が設けられている。条件付け電子回路は、コネクタハウジングに搭載された感知装置端子に電気的に接続される。
歪みゲージ式以外の圧力センサの他の従来例として、可変コンデンサがハウジングに収納された静電容量式圧力センサ(特許文献3)がある。
特許文献3の従来例では、可変コンデンサは、ハウジングに収納された剛固な基板と、この基板に設けられた可撓性のダイアフラムとを有し、基板に信号調整回路が設けられている。ハウジングにはコネクタが設けられ、このコネクタに装着されたコネクタ端子は、信号調整回路に電気的に接続されている。
つまり、特許文献2の従来例では、条件付け電子回路は、圧力感知素子のダイアフラムとは反対側の面にダイアフラムとは離れて設けられているため、ダイアフラムと干渉することがない。しかも、特許文献2の従来例では、条件付け電子回路と感知装置端子とを電気的に接続するための具体的な手段が開示されていない。
同様に、特許文献3の従来例では、信号調整回路は、ダイアフラムとは離れた剛固な基板に設けられているため、ダイアフラムと干渉することがない。しかも、特許文献3の従来例では、コネクタ端子と信号調整回路とを電気的に接続するための具体的な手段が開示されていない。
その上、本発明では、電子部品とパッドとがモジュール本体のうちダイアフラム部の平面とは異なる位置にある筒状部の平面に配置されている。そのため、被測定流体がセンサモジュールに導入されてダイアフラム部が変位しても、その変位が電子部品等で妨げられることがないから、物理量の適正な測定を行える。また、ダイアフラム部の変位が電子部品に機械的な影響を与えることがない。さらに、導電性部材が接続されるパッドは、センサモジュールのうちダイアフラム部ではなく筒状部の平面に形成されているので、弾性部材がその弾性力でパッドを押圧しても、ダイアフラム部の変位が妨げられるものではない。
しかも、電子部品は、ダイアフラム部から径方向に離れた筒状部の平面に配置されているから、ダイアフラム部の平面上に電子部品が配置される場合に比べてパッドの位置や大きさが制限されない。つまり、電子部品を筒状部の平面の一部に設置すると、電子部品を設置した領域のダイアフラム部を挟んだ反対側の領域には大きなスペースが生じるため、このスペースに外部と電気的に接続するためのパッド等を配置することができる。
さらに、モジュール本体がセラミック製の硬質部材であるため、これに電子部品を直接モジュール本体に取り付けることで、撓みやすいフレキシブル回路基板に電子部品を取り付ける特許文献1の従来例に比べて、電子部品のセンサモジュールへの電気的な接続作業を容易に行うことができる。
この構成では、筒状部に段部が形成されているので、筒状部の平面のうち段部に相当する部分も電子部品を設置するためのスペースとして利用でき、電子部品を配置しやすくなる。しかも、筒状部の段部より開口側に位置する被装着部は、その内径がダイアフラム部の径より大きいので、モジュール本体を装着する対象物の外径を大きなものにできる。
この構成では、温度測定素子により、温度補正が行える。被測定流体の熱がセラミック製のモジュール本体を通じて温度測定素子に正確に伝達されることになり、温度補正の精度を向上させることができる。温度測定素子は、モジュール本体の被測定流体が導入される側の部位から離れた位置に設置されても、測定精度は、それほど低下しない。特に、温度測定素子が設けられている場所は筒状部であって、ダイアフラム部ではないので、温度測定素子によりダイアフラム部の変位が阻害されない。なお、本発明において、温度測定素子とは、筒状部の平面に取り付けられるチップ部品であってもよく、あるいは、筒状部の平面に印刷等されたペーストを焼成して形成されたものであってもよく、その具体的な構成は問われるものではない。
これに対して、特許文献3では、温度反応サーミスタはダイアフラムの被測定流体が導入される側に配置されているので、温度反応サーミスタは被測定流体の圧力が大きい場合には、測定精度に影響を及ぼすことになる。また、被測定流体が導電性を有する場合、温度測定精度に影響を及ぼすので、サーミスタの絶縁コーティング等が必要となる。
この構成では、ハウジングへのコネクタの接続作業が容易となる。
この構成では、コネクタがセンサモジュールに対して回り止めされるので、パッドと導電性部材との接続箇所、導電性部材とターミナル端子との接続箇所がずれない。
この構成では、Oリングを設けるための断面コ字状の溝をハウジングにのみに形成する作業が不要となり、Oリングを保持するための構造が簡易なものとなる。つまり、突出部の先端側にはハウジング側平坦面を形成すればよいので、突出部にコ字状溝を形成する場合に比べて溝加工が容易である。
本発明の第1実施形態を図1から図5に基づいて説明する。
図1及び図2には、第1実施形態の物理量測定装置の全体構成が示されている。
図1及び図2において、物理量測定装置は、ハウジング1と、ハウジング1に収納されるセンサモジュール2と、ハウジング1に設けられたコネクタ3と、コネクタ3にそれぞれ設けられた3本のターミナル端子4と、ターミナル端子4とセンサモジュール2とを電気的に接続する接続部材5とを備えて構成されている。
継手部11の一端部は、図示しない被取付部に螺合されるねじ部14である。継手部11の他端部はセンサモジュール2が設けられる突出部15である。
突出部15の中間部分には基端部より先端部の径が小さな段差が形成されている。この段差の平面は、突出部15の軸方向と直交平面であって径方向に延びたハウジング側平坦面15Aとされている。突出部15の先端部には、先端に向かうに従って径が小さくなる傾斜面15Bが形成されている。
センサモジュール2を収納するための空間Sの平面形状は円形であり、センサモジュール2の平面形状は略円形であって、これらの直径はほぼ等しい。
スリーブ部13の開口端は、コネクタ3をかしめて嵌合する係止部13Aとされている。
図1から図3において、コネクタ3は、係止部13Aに保持されるリング状の基部31と、この基部31に一体形成されターミナル端子4を支持する本体部32とを備えた合成樹脂製部品である。
基部31の本体部32とは反対側の端部3Aの外周部には係止部13Aを係止するための肩部31Aが形成されている。基部31の肩部31Aより開口端側は凹部31Bとされている。凹部31Bとスリーブ部13の内周との間には、Oリングからなるシール部材33が設けられている。
基部31の内周のうち軸芯を挟んで互いに反対側に位置する部分に係止用突起31Cが形成されている。係止用突起31Cは、平面視で矩形状に形成されている(図4参照)。
本体部32は、ターミナル端子4がインサート成形される板部32Aと、板部32Aの外周縁部に一体形成された筒部32Bとを有する。
基部31の内周には、モジュール本体20の角部に係合し板部32Aへの移動を規制する段部が形成されている(図2参照)。
接続部材5は、一端がターミナル端子4の他方の長尺部に電気的に接続され他端がセンサモジュール2に接続される弾性を有する導電性部材51と、導電性部材51の他端をセンサモジュール2に向けて付勢する弾性部材52とを有する。
弾性部材52は、シリコンゴム製の角柱状のクッションであり、その一端部がコネクタ3の基部31に形成された凹部31Dに嵌合されている。弾性部材52の他端は導電性部材51の他端に当接されている。
図4及び図5において、センサモジュール2は、ダイアフラム部21及びダイアフラム部21の周縁部に一体形成された筒状部22を有するセラミック製のモジュール本体20と、ダイアフラム部21の変位を検知する検知部23と、検知部23と電気的に接続されたパッド24と、モジュール本体20にそれぞれ設けられた電子部品25及び温度測定素子26とを備えて構成されている。
ダイアフラム部21の被測定流体が接触する面とは反対側の面は検知部23が形成される平面21Aである。
検知部23は、4箇所に形成された歪みゲージ23Aと、これらの歪みゲージ23Aと接続された導電パターン(図示せず)とを有する。
外周溝20Aは、センサモジュール2の平面に検知部23や導電パターン(図示せず)等をパターン印刷する際に、センサモジュール2を図示しない位置決め装置で位置決めするために用いられる。
センサモジュール2の位置決めを正確に行うために、外周溝20Aの配置は非等間隔に配置された3箇所とされる。つまり、これらの外周溝20Aのうち2箇所の外周溝20Aは、センサモジュール2の軸芯を挟んで互いに反対側の位置にあり、これらの2箇所の外周溝20Aのうちいずれか一方に近接した位置に残り1箇所の外周溝20Aが配置されている。
2箇所の係止用溝20Bは、それぞれ平面が矩形状とされ、かつ、開口端が互いに反対側に向くように形成されている。
図1及び図2に示される通り、モジュール側平坦面22Aとハウジング1のハウジング側平坦面15Aとの間にはOリング6が配置されている。モジュール側平坦面22Aとハウジング側平坦面15Aとは、Oリング6の突出部15の軸方向の移動を規制するものであり、センサモジュール2が突出部15に装着された状態では、互いに平行とされている。
モジュール側平坦面22Aとハウジング側平坦面15Aとは、Oリング6が筒状部22と突出部15とで挟持されるように、それぞれ筒状部22の径方向の幅寸法がOリング6の厚み寸法と同じか、やや小さくされている。
突出部15のハウジング側平坦面15Aから傾斜面15Bまでの軸方向寸法は、少なくとも、Oリング6の厚み寸法あればよい。
パッド24は、3箇所配置されており、それぞれ導電性部材51の端部に接続されている。パッド24と検知部23との間には導電性パターン(図示せず)が形成されており、導電性パターンと電子部品25及び温度測定素子26とが電気的に接続されている。
電子部品25は、平面21Aを挟んでパッド24とは反対に配置されるもので、1つのASIC回路251と複数のコンデンサ252とを備える。
温度測定素子26はモジュール本体20を通じて被測定流体の温度を検知するチップ部品である。
モジュール本体20を製作するには種々の方法を採用することができる。例えば、図示しない金型にセラミック粉末を充填して成形体を形成し、この成形体を焼結する。この際、金型には、モジュール側平坦面22Aを形成するための段部を予め金型内に設けておく。これにより、モジュール側平坦面22Aが成形体の一部として形成されることになる。
成形体を図示しない焼成炉に投入し、所定温度で焼成した後、焼成炉から取り出す。
さらに、金属のブロック体を研削加工等して、ハウジング1を形成する。この際、ハウジング1を加工すると同時に突出部15にハウジング側平坦面15Aを形成する。物理量測定装置を構成する他の部品も製造しておく。
さらに、ターミナル端子4をコネクタ3にインサート成形により一体化する。コネクタ3の凹部31Dに弾性部材52を嵌め込み、ターミナル端子4と導電性部材51の一端とを溶接等で接続させ、パッド24に導電性接着剤等を塗布し、コネクタ3をハウジング1に押し込んで、弾性部材52で導電性部材51の他端をパッド24に押しつける。導電性部材51の他端とパッド24とは、例えば、導電性接着剤で固定される。
その後、ハウジング1にコネクタ3をかしめる。
(1)ハウジング1にセンサモジュール2を収納し、ハウジング1にコネクタ3を設け、コネクタ3にターミナル端子4を設け、ターミナル端子4とセンサモジュール2のパッド24との間に弾性を有する導電性部材51を設けたから、コネクタ3をハウジング1に取り付けることで、導電性部材51は弾性変形してターミナル端子4の端部に確実に接続される。そのため、ターミナル端子4とパッド24との電気的な接続作業を容易かつ確実に行うことができる。
しかも、センサモジュール2は、ダイアフラム部21の周縁部に筒状部22が一体に形成されたモジュール本体20と、ダイアフラム部21の平面21Aに形成された検知部23と、筒状部22において平面21Aより径方向外側に隣接した平面22Bにそれぞれ設けられたパッド24及び電子部品25とを備えているため、被測定流体がセンサモジュール2に導入されてダイアフラム部21が変位しても、その変位がパッド24及び電子部品25で妨げられることがないから、物理量の適正な測定を行える。電子部品25は、筒状部22の平面22Bの一部に配置されているから、ダイアフラム部21の平面21Aを挟んだ反対側の位置にパッド用のスペースが生じることになるので、パッド24の形成を容易に行える。モジュール本体20がセラミック製の硬質部材であるため、電子部品25の電気的な接続作業を容易に行うことができる。
第2実施形態は第1実施形態とは弾性の導電性部材の構成が異なるもので、他の構成は第1実施形態と同じである。なお、第2実施形態の説明において、第1実施形態と同一又は同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。
図6は第1実施形態の図2に相当する図である。
図6において、弾性の導電性部材7は、ターミナル端子4とセンサモジュール2のパッド24との間に設けられたコイルばねである。コイルばねは、ターミナル端子4とは、パッド24からの押しつけのみで固定されている。なお、コネクタ3には、コイルばねをガイドする図示しないガイド部が設けられている。
第2実施形態において、物理量測定装置の組立手順は第1実施形態とほぼ同じである。
(8)導電性部材7を、ターミナル端子4とセンサモジュール2のパッド24との間に設けられたコイルばねとしたから、導電性部材51を連結金具から構成し、この連結金具の端部をクッションからなる弾性部材でモジュール本体20に付勢する第1実施形態に比べて、部品点数が減少し、物理量測定装置の構成を簡易なものにできる。
例えば、前記各実施形態では、筒状部22の平面22Bに直接設置する電子部品25を、ASIC回路251とコンデンサ252とから構成したが、本発明では、これらの一方のみとしてもよく、さらには、これらの電子部材に代えて増幅回路を用いてもよい。
前記各実施形態では、筒状部22の内周に形成された被装着部27に、モジュール側平坦面22Aを有する段部27Aを形成したが、本発明では、筒状部22の被装着部27に必ずしも段差27Aを形成することを要しない。
前記各実施形態では、Oリング6の突出部15の軸方向に沿った移動を規制するために、筒状部22の軸方向と直交する方向に延びてモジュール側平坦面22Aを形成し、突出部15の軸方向と直交する方向に延びてハウジング側平坦面15Aを形成したが、本発明では、Oリング6の移動を規制できるのであれば、他の構成、例えば、突出部15にOリング6を保持する溝を形成するものでもよい。
また、筒状部22の平面22Bに温度測定素子26を設けたが、温度測定素子26は必要に応じて設ければよく、物理量測定装置の機種によっては、温度測定素子26を設けることを要しない。
仮に、筒状部22の平面22Bに温度測定素子26が設けられる場合であっても、温度測定素子26はチップ部品に限定されるものではない。例えば、温度測定素子26は、筒状部22の平面22Bに印刷等されたペーストを焼成して形成されたものであってもよい。
また、電子部品25を、平面21Aを挟んでパッド24とは反対側に配置したが、これに限定されるものではない。例えば、センサモジュール2の平面21Aが大きな面積であれば、電子部品25をパッド24と隣接させるものであってもよい。
さらに、前記各実施形態では、物理量測定装置として圧力センサを例示して説明したが、本発明では、これに限定されることはなく、例えば、差圧センサや温度センサにも適用可能である。
Claims (6)
- センサモジュールと、前記センサモジュールを収納するハウジングと、前記ハウジングに設けられたコネクタと、前記コネクタに設けられたターミナル端子と、前記センサモジュールと前記コネクタとの間の空間に配置され前記ターミナル端子と前記センサモジュールとの間に設けられた弾性を有する導電性部材とを備え、
前記センサモジュールは、
導入される被測定流体の圧力により変位するダイアフラム部及び前記ダイアフラム部の周縁部に一体に形成された筒状部を有するセラミック製のモジュール本体と、
前記ダイアフラム部のうち前記被測定流体が接触する面とは反対側に位置する平面に形成され前記ダイアフラム部の変位を検知する検知部と、
前記ダイアフラム部の前記平面より径方向外側に隣接した前記筒状部の平面に形成され、前記導電性部材に接続されたパッドと、
前記筒状部の前記平面に配置され、前記検知部及び前記パッドに電気的に接続される電子部品と、を有し、
前記電子部品は、前記ダイアフラム部の前記平面に対して前記パッドとは反対側に配置されている
ことを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1に記載された物理量測定装置において、
前記筒状部は、前記ハウジングに装着される被装着部を内周に有し、
前記筒状部の被装着部には、前記筒状部の径方向に延びたモジュール側平坦面を有する段部が形成されている
ことを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1又は請求項2に記載された物理量測定装置において、
前記筒状部の前記平面に温度測定素子が設けられている
ことを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載された物理量測定装置において、
前記コネクタは、前記ハウジングにかしめて嵌合される
ことを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載された物理量測定装置において、
前記コネクタには係止用突起が形成され、前記係止用突起に係止される係止用溝が前記センサモジュールの外周に形成されている
ことを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項2に記載された物理量測定装置において、
前記ハウジングは、外周部に前記筒状部の被装着部が装着され内部に前記被測定流体が導入される導入孔が形成された突出部を有し、前記突出部には、前記モジュール側平坦面と対向するハウジング側平坦面が形成され、前記モジュール側平坦面と前記ハウジング側平坦面との間にはOリングが配置されている
ことを特徴とする物理量測定装置。
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