(57)【要約】      （修正有）【課題】信頼性が高く、低コストの圧力変換器を提供する。【解決手段】歪みゲージセンサが取り付けられる隔壁１０２ａを形成し、閉鎖したペデスタル端部がポート・フィッティング１０２に形成される。支持部材１０６がペデスタル端部上で受けられ、センサに位置合わせされた開口を有する平らな端壁が形成される。回路アセンブリが端壁に結合され、センサワイヤが電子回路に結合される。支持部材上に配置されたカバー部材１１４が組立て前に装入される金属シールド部材１１８のためのキャビティを備える。シールド部材にはカバー部材の外周から外側に延びるばね部材が形成される。カバー部材には軸方向に延びて接点ばね部材１１７のための座面を提供する円形キャビティが形成され、接点ばね部材１１７はセンサ電子機器に電気接触し、カバー部材本体を超えて突出する。【選択図】図３
2004205514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁部を持つ、閉鎖したペデスタル端部と、モニタすべき流体圧力源に変換器を取り付けるための細長結合部と、ペデスタル端部と結合部との中間でポート・フィッティングから半径方向外側に延びる支持フランジとを有するほぼ管状のポート・フィッティングと、
ペデスタル端部上で受けられ、隔壁部の中央部に位置合わせされた開口が形成された、平らな比較的剛性の端面を有する支持部材と、
支持部材の端面に接着され、支持部材の開口に位置合わせされた開口を有し、電子部品と、離間した導電性ばね接点パッドとを有する回路基板と、
キャビティを形成する上壁および側壁であって、キャビティが電子部品に位置合わせされた状態で側壁が支持部材に取り付けられる上壁および側壁と、各ばね接点パッドに位置合わせされた、上壁に形成された接点ばね受け開口と、接点ばね受け開口内に受けられる第１の端部および第２の端部を有し、第１の端部がばね接点パッドに係合し、第２の端部がカバー部材上方の位置に配置される導電性接点コイルばねとを有する、支持部材上に形成されたカバー部材と、
支持フランジに接続された、カバー部材上方に配置された部分を有するコネクタを含むハウジング部材であって、コネクタがコネクタを通って延びる離間した端子を取り付け、接点ばねの第２の端部に位置合わせされて係合する接点面が端子に形成される、ハウジング部材とを含む圧力変換器。
【請求項２】
端子の接点面が、支持部材の平らな端面にほぼ平行な面に位置するほぼ平らな面を含む、請求項１に記載の圧力変換器。
【請求項３】
ばね部材のコイルが選択された外径を有し、ばね部材のコイルが各端部でテーパ状になって径が小さくなる、請求項１に記載の圧力変換器。
【請求項４】
カバー部材の上壁のばね受け開口が、上壁の開口から延びる管状壁により形成される、請求項３に記載の圧力変換器。
【請求項５】
端子の接点面が各々、コイルばね部材の端部内で受けることのできる、下方に延びる楔形プロングを含む、請求項１に記載の圧力変換器。
【請求項６】
ハウジング部材とコネクタとが一体形成される、請求項１に記載の圧力変換器。
【請求項７】
ハウジング部材の前記部分上に形成されたシール面に位置合わせされた、カバー外周に沿って形成された無端ガスケット座面をさらに含み、ガスケットがガスケット座面内に配置されてハウジング部材のシール面に係合する、請求項１に記載の圧力変換器。
【請求項８】
カバー部材の無端ガスケットが、カバー部材に形成された、横に開いた円形溝を含み、ガスケットがほぼ円形であって、半径方向内側に延びる離間した円形突出部を画定する溝が形成された内径を有し、１つの円形突出部が、カバー部材の横に開いた円形溝内で受けられる、請求項７に記載の圧力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
同様の主題が、本発明の出願人による同時係属出願第Ａ４１８９０号、第Ａ４１９０４号、第Ａ４１９０６号に含まれる。
【０００２】
本発明は、一般に、圧力変化を検出して、この変化に関連した電気信号を発生させるためのひずみゲージ技術を使用し、かつ信号を処理して増幅させるための電子機器を使用する圧力変換器に関し、特に、この種のセンサを包装するための改良された構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明に関連するタイプの、圧力変化を検出するためのひずみゲージ技術を使用する、従来技術の圧力変換器の一例が、参照により本明細書に主題が組み込まれている、本発明の出願人による２００２年９月２４日付発行の米国特許第６４５３７４７号に開示され、請求されている。この特許では、一端部に流体受け開口が形成され、反対側のペデスタル端部に、閉鎖した、一体形成された隔壁が形成された管状ポート・フィッティングを有する変換器が記載されている。開口した平らな端壁を有する支持部材が、選択された方向でペデスタル端部上にロックされる。支持部材の開口は、隔壁に結合されたひずみゲージ・センサ要素に位置合わせされ、フレキシブル回路は、支持部の剛性の平らな端面に結合された、平らな端壁の開口に位置合わせされた開口を持つ、電子部品を取り付けるための第１のローブ部を有する。フレキシブル回路の第２のローブ部は、隣接する逆コネクタの座面上に配置され、第２のローブ部の開口を通って延びる端子は、フレキシブル回路の回路パッドにはんだ付けされる。ワイヤが、第１のローブ部でひずみゲージ・センサ要素と回路パッドの両方に超音波結合され、シリコーン・ゲルにより封入される。
【０００４】
カップ状のＥＭＣシールドが第１のローブ部上で受けられ、コネクタの向きを変えて、コネクタ壁部を支持部材にロックして、フレキシブル回路アセンブリをＵ字型構成に曲げる。金属ハウジングがコネクタ上で受けられて、ハウジングとコネクタとの間に取り付けられたＯリング・ガスケットに荷重を加え、支持フランジに溶接されたハウジングが管状ポート・フィッティングに気密に接続される。ＥＭＣシールドは、ハウジングの内壁に係合して電気接続を形成する、外側に延びるタブを備える。
【０００５】
前記した特許による変換器は、非常に効果的で、広く使用されているが、このような変換器の製造コストを下げて、変換器を様々な適用で経済的に使用可能にし、生産量を増加させて大量生産における節約をもたらすことが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、前記した従来技術の変換器よりも信頼性が高く、かつ低コストの変換器を提供することである。本発明の別の目的は、より容易に組み立てることのできる変換器を提供することである。本発明のさらに別の目的は、様々な大きさおよび形状のコネクタ端子と共に使用するのに特に適した変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
簡単に説明すると、本発明によれば、一端部に流体受け開口を有し、反対側のペデスタル端部に、閉鎖した、一体形成された隔壁を有する管状ポート・フィッティングが、支持部材をペデスタル端部上で選択された角度方向に受けてロックするための、角度方向決め機能とロック機能とを有する。半径方向に延びる取付フランジが、ポート・フィッティングに気密に溶接されて支持部材と係合する。支持部材は、隔壁部上で受けられる、開口した平らな端壁面を有し、開口は、隔壁部にガラス結合されたひずみゲージ・センサ要素に位置合わせされる。電子部品を取り付けるための適宜のフレキシブル回路材料またはプリント・ハード・ボードを備える電子回路は、集積回路と、ばね接点部材用のランディング・ゾーンとを含む。回路基板は、支持部材の剛性の平らな端面に結合され、平面の開口に位置合わせされた開口が形成される。ワイヤが、フレキシブル回路アセンブリの結合部でひずみゲージ・センサ要素と回路パッドの両方に超音波結合され、シリコーン・ゲルにより封入される。
【０００８】
カバー部材を使用して、ばね接点部材用の支持部を設け、回路基板のランディング・ゾーンに係合するようにこの支持部を配置する。カバーが支持部材に取り付けられると、ばね要素は、ランディング・ゾーンに位置合わせされた、カバー部材内の縦方向に延びるキャビティ内に封入される。エラストマー周囲シールまたはガスケット部材が、カバー部材表面の円周溝に封入される。カップ状のＥＭＣシールドが、カバー部材の一側に形成されたチャンバ内で受けられ、このシールドは、カバー部材の側壁の開口を通って、側壁外周を超えて外側に延びるタブを備える。カバー部材は、支持部材上にロックされる壁部を備える。カバー部材の縦方向キャビティ内に受けられた電気ばね接点部材は、カバー部材から突出してコネクタ端子端部に係合可能な一端部を有し、反対側の端部はランディング・ゾーン上で受けられる。
【０００９】
インサート成形によりコネクタ本体に結合された、六角形の金属ハウジング部材は、カバー部材に配置された接点ばね部材に電気接続するための接点ランディング・ゾーンとして働く、端子の曲がり部を有する。ＥＭＣシールド・タブは、ばね偏倚されて金属ハウジング部材に電気接続され、ハウジング部材とコネクタとは、カバー部材の側壁に形成された円周溝内に配置されたエラストマー・ガスケット部材に、選択された荷重を加え、ハウジングは、その下部外周で支持フランジに溶接されて、流体シールを形成し、エラストマー・ガスケット部材に加わる荷重を維持する。
【００１０】
本発明のさらなる目的、特徴、および方法は、一部が以下の説明中に記載され、一部が説明から明らかになろう。本発明の目的および利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘された手段、組合せ、および方法により実現され、達成される。
【００１１】
本明細書に組み込まれ、本明細書中の一部をなす添付図面は、本発明の好ましい実施例を示し、記述と共に本発明の目的、利点、および原理を説明するのに役立つ。
【実施例】
【００１２】
図１および２は、従来技術の変換器、特に米国特許第６４５３７４７号に開示された変換器に関する。本発明の好ましい実施例についての確実な説明を容易にするために、この特許について簡単に説明する。
【００１３】
従来技術の変換器１０は金属ポート・フィッティング１２を含み、ポート・フィッティング１２は、一体形成された隔壁部１２ａと細長の開放された結合端部１２ｂとを持つ第１の閉鎖ペデスタル端部を有する。支持フランジ１４が、気密溶接によりポート・フィッティングに固定して取り付けられる。支持部材１６が、ペデスタル端部上に配置され、支持フランジ上で選択された角度方向に受けられて、ペデスタル端部にロックされる。支持部材は平面１６ａを有する端壁１６ｂを備え、隔壁部材の中央部に位置合わせされた開口１６ｃが平面１６ａに形成される。電気絶縁材料と本体部１８ｂの取付端子２０とから形成されるコネクタ１８は、コネクタと支持部材との間に回路または電子機器受けチャンバ１８ａが形成され、ＥＭＣシールド２６がキャビティ内に受けられた状態で、支持部材上に配置される。コネクタ側壁の着座棚１８ｋが、支持部材に形成されたレッジを受け、ＥＭＣシールドのフランジ２６ｃを捕捉する。ＥＭＣシールドは、コネクタ側壁の開口を通って延びるスプリング・タブを備える。Ｏリング２８が、コネクタに形成された着座溝内に受けられ、金属ハウジング部材３０が支持フランジに溶接されて、選択されたシール荷重をＯリングに加え、ＥＭＣシールド・タブが偏倚してハウジングの内面に係合する。
【００１４】
ひずみゲージ要素を含むセンサ・アセンブリがガラス材料により隔壁部に取り付けられ、フレキシブル回路アセンブリ２４に電気接続されて、電気絶縁シリコーン・ゲル２２ｄにより封入される。フレキシブル回路はほぼＵ字型であり、第１のローブが支持部材の平面１６ａに結合され、上に重なる第２のローブが端子端部２０ａを受け、この端子端部２０ａは、第２のローブの開口を通って、はんだ付けにより第２のローブの回路経路に電気接続される。
【００１５】
図３および５では、本発明の好ましい実施例による圧力検出変換器１００が金属ポート・フィッティング１０２を含み、金属ポート・フィッティング１０２は、図１の構造と同様の隔壁を形成する閉鎖端部１０２ａと、開放された流体圧力受け端部１０２ｂとを有する。ねじ山１０２ｃ等の適宜の結合手段がポート・フィッティング１０２に設けられて、モニタすべき流体圧力源に変換器を取り付ける。金属支持フランジ１０４が、その両端部の中間で管状フィッティング１０２に溶接されて、気密接続を形成する。
【００１６】
図５〜７に最もよく見られるように、適宜の電気絶縁材料から形成された支持部材１０６は、平らな剛性の上壁１０６ａ、外側壁１０６ｂ、および内側壁１０６ｃを有する。細長孔１０６ｄが上壁１０６ａに形成される。フレキシブル回路またはハード・ボード回路等の適宜のタイプの回路基板１０８（図５および８参照）が、壁の上部平面１０６ａに接着され、回路経路（便宜上、図示せず）により適宜に接続されたＩＣ１１０ａおよび電子部品１１０ｂを含む電子回路１１０を備える。また、ほぼ円形の３つの接点パッドまたは接点ばねランディング・ゾーン１１０ｃが回路基板１０８上に形成される。
【００１７】
内側壁１０６ｃには、縦方向に延びる長孔が形成されて、管状ポート１０２の半径方向に延びるフランジ１０２ｄとロック係合するための留め具１０６ｅを有する脚部を個々に形成する。管状ポート受け凹部１０６ｆは内壁１０６ｃにより形成され、内壁１０６ｃは、管状ポート・フィッティングの平面部１０２ｅ上で受けられる平らな角度方向決め部１０６ｇを含む。外壁１０６ｂの長さは内壁の長さよりも長く、外壁１０６ｂは支持フランジ１０４上で受けられる。外壁１０６ｂには、離間した角度方向決め面突出部１０６ｈ、１０６ｋ、１０６ｍと、後述するカバー部材と共に使用する離間したレッジ１０６ｎとが形成される。
【００１８】
支持部材１０６は、図５に示すように、管状フィッティング１０２の閉鎖端部上に配置され、長孔１０６ｄを隔壁１０２ａのセンサ要素（図示せず）に位置合わせした状態で留め具１０６ｅによりロックされる。図１、２の構造と同様に、センサ要素が隔壁１０２ａの外面に結合され、ワイヤが回路基板１０８の導電性パッドに結合され、電気絶縁シリコーン・ゲル１１２により封入される。
【００１９】
特に図９、１０では、適宜の電気絶縁材料から形成されたカバー部材１１４が、キャビティ１１４ｃを形成する上壁１１４ａと側壁１１４ｂとを有する本体部を含む。接点ばね受け開口１１４ｄが、上壁１１４ａを通って形成され、図１０に示すように、上壁１１４ａから側壁１１４ｂとほぼ同一の広がりを持つキャビティ内へ下方に垂下したばね保持管状壁１１４ｅを備える。開口１１４ｄと管状壁１１４ｅとは、回路基板１０８の接点ばねランディング・ゾーン１１０ｃと同数であり、後述するようにカバー部材が支持部材１０６上で受けられるときに位置合わせすることができる。
【００２０】
カバー部材１１４は、脚部１１４ｆ、１１４ｇ、１１４ｈを含む、カバー部材の外周部から垂下する離間した複数の脚部を有する。脚部１１４ｆ、１１４ｇは、支持部材の角度面突出部間の支持部材の外周上でぴったりと受けられるように配置される。脚部１１４ｈも、支持部材の外周上で受けられるように配置され、レッジ１０６ｎの外縁部を超えて半径方向内側に延びる傾斜内向カム面１１４ｍを有する留め具１１４ｋが形成される。カバー部材が支持部材上に配置されると、カム面１１４ｍが上壁１０６ａの外周上に載置されて、留め具１１４ｋがレッジ１０６ｎの下で受けられてカバー部材１１４を支持部材１０６にロックするまで、脚部１１４ｈを外側に押し出す。
【００２１】
ほぼ円形のガスケット受け溝１１４ｎと座面１１４ｒとが、壁１１４ａの外周に沿って形成される。円形管状ガスケット１１６には、内径に沿って延びる凹部１１６ａが形成され、これにより上下の半径方向内側に延びる突出部１１６ｂが形成される。ガスケット１１６は、１つの円形突出部が溝１１４ｎ内に受けられて保持された状態で、カバー部材１１４の座面１１４ｒ上に配置される。
【００２２】
図１３に示すＥＭＣシールド１１８は、カバー部材１１４の本体部のキャビティ１１４ｃ内に受けられ、管状壁１１４ｅに適合するカットオフ部１１８ａを有する導電性材料から、ほぼカップ状に形成される。シールドには、対向する、外側に延びるスプリング・タブ１１８ｂが形成され、スプリング・タブ１１８ｂはカバー部材１１４の脚部間で延び、かつ脚部から下方に延びるように配置される。
【００２３】
キャビティ１１４ｃ内にシールド１１８を含むカバー部材１１４は、選択された角度方向で、管状壁１１４ｅが回路基板１０８の接点ランディング・ゾーン１１０ｃに位置合わせされた状態で、支持部材１０６にロックされる。図１２に示す接点ばね部材１１７が、カバー部材の各管状壁１１４ｅの孔に配置され、カバー部材本体のほぼ上方およびやや下方に延びる。接点ばね１１７は、適宜の導電性材料から形成され、好ましくは導電性を最適にするために貴金属めっきされた螺旋コイルばねとして構成される。ばね１１７の外径は、孔にぴったりと嵌合する。好ましくは、両端部の最後の２巻きが徐々にテーパ状に形成されて、接点面端部をより小さくする。
【００２４】
図１４〜１７に最もよく示すように、射出成形により一体形成された電気絶縁コネクタと金属ハウジング部材１２０との組合せは、好ましくは六角形等の適宜の多角形の側壁を有するハウジング部１２０ａを含み、選択された圧力源位置での変換器の操作および据付け、ならびに圧力源位置からの取外しを容易にする。ハウジング部１２０ａには、支持フランジ１０４に溶接取付けするための、自由末端で半径方向外側に延びるフランジ１２０ｂと、反対側端部の円形の、好ましくは傾斜したシール面１２０ｃとが形成される。
【００２５】
ハウジング部１２０ａはコネクタ部１２０ｅの基部１２０ｄに接続され、基部１２０ｄを通って離間して延びる端子１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃを取り付け、好ましくはアセンブリ全体がインサート成形された状態、すなわち端子とハウジング部１２０ａとがコネクタ部１２０ｅにある状態にする。好ましい実施例では、端子に下部プラットホーム面１２２ｄ、１２２ｅ、１２２ｆが各々形成され、これらは端子の細長ピン部に対して約９０度曲がり、基部１２０ｄの底面１２０ｆに基本的に平行に延びる。ほぼ管状のシュラウド部１２０ｇが、基部１２０ｄから上方へ延びて端子の保護囲いを形成する。希望に応じて、突出する端子部材の底部の周りの、シュラウド１２０により形成された壁の底部に注封材料（図示せず）を配置して、周囲シールを強化することができる。
【００２６】
一体型コネクタ／ハウジング部材１２０は、適宜の方向付け手段を使用して角度方向が決められた、座面１１４ｒ上に取り付けられたガスケット１１６とカバー部材を超えて上方に突出するばね１１７とを有するカバー部材１１４上に配置される。部材１２０は、押し下げられて支持フランジ１０４に接触し、ガスケット１１６をハウジング部１２０ａのシート面１２０ｃに当てて圧縮する。ばね部材１１７は、一端部で接点ランディング・ゾーン１２２ｄ、１２２ｅ、１２２ｆに位置合わせされて係合し、他端部で回路基板１０８上の接点ばねランディング・ゾーン１１０ｃに位置合わせされて係合する。選択された荷重がガスケットに加わるこの圧縮状態では、フランジ１２０ｂがその外周に沿って支持フランジ１０４に溶接される。
【００２７】
図１８は修正された端子構造を示し、ここでは、端子１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃの各々に、縦軸に沿って延びる第１の細長ピン部分ａ、部分ａとほぼ９０度の角度を形成する、横に延びる部分ｂ、部分ａにほぼ平行に延びるオフセット部ｃとが形成され、オフセット部ｃは、通常のコイルの直径を持つ少なくとも１つの端部を有する接点ばね部材１１７’の一端部内に受けられる、部分ｃの端部から突出する中央プロングｄを有する。端子１２４ｂの部分ｂ、ｃ、ｄは図１８には示されていない。端子は、接点ばねの一端部内に受けられる端部のプロングｄを有する、選択されたどのような構成で形成してもよいことが理解できよう。
【００２８】
本発明を特定の好ましい実施例について説明したが、当業者には変更および修正が明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、このような変更および修正をすべて含むように、従来技術を考慮してできる限り広く解釈されることを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術の変換器の、図２の線１−１で取った横断面図である。
【図２】図１の構造の上面図である。
【図３】本発明の第１の好ましい実施例による変換器の、図４の線３−３で取った横断面図である。
【図４】図３の構造の上面図である。
【図５】カバー部材、ＥＭＣシールド、およびコネクタを図示の目的で取り除いた、変換器の一部の、図３と同様の横断面図である。
【図６】変換器のポート・フィッティング上で受けることのできる支持部材の上面図である。
【図７】図６の線７−７で取った横断面図である。
【図８】図５の上面図である。
【図９】図４の変換器で使用されるカバー部材の上面図である。
【図１０】図９の線１０−１０で取った横断面図である。
【図１０ａ】図１０の一部の拡大切欠図である。
【図１１】図４の変換器で使用されるガスケット部材の横断面図である。
【図１２】図４の変換器で使用される接点ばねの正面図である。
【図１３】図４の変換器で使用されるＥＭＣシールドの縮尺の斜視図である。
【図１４】図４の変換器で使用される一体形成されたコネクタおよびハウジング部材の上面図である。
【図１５】図１４の線１５−１５で取った横断面図である。
【図１６】図１４の線１６−１６で取った横断面図である。
【図１７】図１４の構造の底面図である。
【図１８】修正されたコネクタ端子および接点ばね構成の破断横断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０２  ポート・フィッティング
１０２ａ  隔壁
１０４  支持フランジ
１０６  支持部材
１０６ｄ  長孔
１０８  回路基板
１１４  カバー部材
１１４ｄ  開口
１１６  ガスケット
１１７  接点ばね部材
１１８ｂ  スプリング・タブ
１２０ａ  ハウジング部
１２０ｂ  フランジ
１２０ｅ  コネクタ部
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ  端子
【図１】
2004205514.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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