JP4671664B2 - 容量性圧力トランスジューサ - Google Patents

Description

本発明は、一般的には条件応答センサに関し、特に、流体圧応答容量性トランスジューサに関する。

本発明の譲受人に譲渡され、その発明開示がここに援用される米国特許第４、９８２、３５１号に示した公知の流体圧応答容量性トランスジューサは、キャパシタを形成するために互いに所定の接近関係に配置されたキャパシタ極板として作用するように、セラミック・ベースに対して接近され密封されその上に乗る関係に取り付けた薄いセラミック・ダイアフラムを有すると共に、前記セラミック・ダイアフラムと前記セラミック・ベースのそれぞれの対向面に付着した金属コーティングを備えた容量性圧力検出素子を備えている。キャパシタ極板に接続された検出素子の端子は、この検出素子のベースの相対向面に配置され、この検出素子の端子に接続された信号条件付け電気回路は、この検出素子に搭載されている。

電気絶縁材料のコネクタ本体は、その電気回路にはめ込まれて、前記検出素子を受けた凹部を備えた金属ハウジングに固定されている。この金属ハウジングは、監視すべき流体圧源に接続されるポートを有しており、可撓性のＯリングは金属ハウジング内でそのポートの周りに着座してある。前記検出素子は、流体シールを形成すると共に流体受け凹部を画定してこの流体受け凹部の流体に上記セラミック・ダイアフラムをさらすために、上記Ｏリングへ変位されている。この構成では、セラミック・ダイアフラムは、加えられた圧力の変化に従ってキャパシタの容量を変化させるためにセラミック・ダイアフラムに加わる圧力の変化に応答して移動可能であり、電気回路は、その加えられた圧力に相当する電気出力信号を提供する。

図面を参照するに、図１の数字１０は、従来技術に従って作成された容量性圧力検出トランスジューサを示す。この容量性圧力検出トランスジューサは、アルミナまたはこれの類似物質から作られたセラミック・ベース１２ａと、このセラミック・ベースに対して接近されシールされ更にこれに装着される関係にセラミック・ベース１２ａに取り付けた同様な材料のダイアフラム１２ｂを備えた容量性圧力検出素子を有している。また、薄い金属コーティング（図示せず）が容量性極板として作用するセラミック・ベースとダイアフラムの相対向する内面に配置されている。電気リード線（図示せず）は、これから述べる条件付け電子回路１４に取り付けられるよう前記セラミック・ベースを通してそのコーティングから上方に伸びている。検出素子１２は、ステンレス・スティールのような適当な材料から作られた六角形ポート・ハウジング１６のようなポート部材に形成された空洞部（キャビティ）１６ｄに受けられている。六角形ポート・ハウジング１６は、ねじ切りされた結合部１６ｂを使用して、据付けを容易にするために六角形配置の平坦面１６ａにより好ましくは形成されたベース部を備えている。流体受け通路またはポート１６ｃは、結合部１６ｂを通して、周方向伸びる側壁１６ｅにより形成された空洞部１６ｄまで上方に伸びている。

ガスケット１８は、流体受け室（チャンバ）を形成する空洞部１６ｄの底壁及び密封部材から検出素子１２を離すように作用している。ガスケット１８は、ダイアフラム１２ｂの導電外面、例えば、金メッキからハウジング１６を通して条件付け電子回路１４の導電タブ１４ａ（図３参照）まで導電路を提供するように導電材料から作られてもよい。壁１６ｅの遠方端部は、タブ１４ａと電気接続もするコネクタ２０へのクリンプ取り付けを容易にするために１６ｆで薄くなっている。検出素子１２の流体受け面から条件付け電子回路までの導電路により、特定の流体、すなわち、出力電圧に影響する寄性容量を生じる導電流体が検出される時に発生する流体シフト（ｆｌｕｉｄ ｓｈｉｆｔ）と呼ばれる現象の修正が可能となる。

コネクタ２０は、適当な電気絶縁材料から作られていて、上記のように従来の条件付け電子回路１４を受ける凹部２０ｂを備えたベース部２０ａを有している。コネクタ２０は、条件付け電子回路１４に取り付けられるトランスジューサ端子２２（その２つを図示）を取り付けている。上記の薄くされた壁部１６ｆは、検出素子の組み立てを完成するためにコネクタ２０のベース２０ａの外周部上にクリンプされている。

容量性圧力検出トランスジューサ１０は、多くの使用面で非常に効果的であるが、回路接地点と六角ポート・ハウジングとの間には特定のＡＣ電位により生じる問題が起こり得る。例えば、図１のトランスジューサで使用される一種の条件付け電子回路のＡＳＩＣ１４ｂ（図３）に関しては、８０ｋＨｚを中心にしてＡＳＩＣのクロック周波数の整数倍で予期し得ない出力電圧変動が生じる。このＡＣ電位は、例えば、相互に電気通信が行われる複数のユニットを取りつけたトラックのシャーシでは、このＡＣ電位が発生することがある。

図１に示したように、容量性トランスジューサの金属ハウジングは、この容量性トランスジューサの取り付けを容易にするために六角形のような多角形の外面形状を有するねじ付きポート部材の形状をしている。直流絶縁を行うためには、電子回路から伸びてコネクタと、このコネクタにクリンプされた前記ポート部材の部分との間に受けられたタブに対し電気的なトレースを提供し、それによってこのタブに対する電気的なトレースとの電気接続を有効にすることによってポート部材を電源に選択されたキャパシタ１４ｃ（図３）を介して電気的に接続することが知られている。高周波ＡＣは、ポート部材から電源に送られて前記検出素子が受け入れられた空洞を画定するポート部材の側壁を電磁干渉（ＥＭＩ）に対するシールドとして作用させる。

セラミック・ダイアフラムの流体受け面を金などでコーティングし、導電材料から作られたガスケットを取り、これをその金めっきした検出面と、上述のように電子回路に電気接続したポート部材との間に配置することによってその流体受け面を電子回路に電気的に接続することも知られている。この接続により特定の流体、例えば、導電流体の検出に要求される流体シフト修正（ｆｌｕｉｄ ｓｈｉｆｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）が行われる。

しかし、特定の種類の電気雑音がＡＣ信号により条件付け電子回路に伝えられて予想し得ない電圧出力を生じさせることもある。例えば、特定の重トラックの使用の場合、センサ・ユニット間の通信は、約１３０ｋＨｚの電力線搬送波を介して達成される。１ＭＨｚより下の周波数で回路接地点とポート部材との間のＡＣ電位により条件付け電子回路のＡＳＩＣのクロック周波数の整数倍、一般的には約８０ｋＨｚで出力電圧変動が生じる。

本発明の目的は、上記の従来技術の限界をもたない流体圧センサを提供することである。他の目的は、流体圧検出容量性トランスジューサであって、この容量性トランスジューサの容量検出素子の流体シフト金メッキの導電路と条件付け電子回路の両ＡＣとＤＣの絶縁が提供されることはもちろん、ＥＭＩ（電磁干渉）シールディングも提供される流体圧検出容量性トランスジューサの提供である。

簡単に記述すれば、本発明によりこの容量性トランスジューサの容量性検出素子は、貫通された流体受け穴を備えた底壁と、この容量性トランスジューサのコネクタの端部にクリンプされた遠方の自由端を備えた直立壁とを持つ導電性のカップ部材に入れられている。この導電性のカップ部材は電気絶縁材料のスリーブ内に配置され、このスリーブ内配置のカップ部材（ｓｌｅｅｖｅｄ ｃｕｐ）はポート部材の空洞内に配置されて、その電気絶縁スリーブを通してその空洞を形成するポート部材の壁の外部自由端をクリンプすることによりポート部材に接続されている。本発明により作成された圧力トランスジューサは、条件付け電子回路に容量結合された導電カップ部材と、ポート部材からその条件付け電子回路の両ＡＣとＤＣの絶縁によりＥＭＩシールディングを提供する。所望ならば、セラミック・ダイアフラムと導電性カップ部材との間に配置された導電ガスケットを介して、容量性検出素子のセラミック・ダイアフラムの外面に配置された導電コーティングからの導電路により流体シフト修正を提供することができる。

本発明の新規で改良になる圧力検出トランスジューサの他の目的、利点及び詳細は、本発明の好適な実施例の次の詳細な説明に表現され、その詳細な説明は、図面を参照して行われる。

図２において、本発明により作成された容量性圧力検出トランスジューサ１０’は、真ちゅうまたは鋼鉄のような導電材料で作られた内部ＥＭＣシールド２４を有している。このシールド２４は、底壁とこの底壁から伸びる周側壁とを有するほぼカップ状をしていて六角ポート・ハウジング１６’の側壁１６ｅ’により形成された空洞部１６ｄ’内にぴったりはまる大きさのものである。流体受け穴２４ａは、底壁に形成され、適当なエラストマ材料の環状密封ガスケット２６は、シールド２４の側壁に接近してこのシールド２４の底壁の上に受けられている。

容量性圧力検出素子１２、条件付け電子回路１４の回路板及びガスケット２６は、コネクタ２０’のベース２０ａ’と共にカップ状のシールド２４内に受けられていて、シールド２４の側壁の遠方自由端は、ベース２０ａ’のフランジ部の上にクリンプされている。

電気絶縁材料、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレンのような高温ポリマから成るスリーブ２８は、カップ状のシールド２４の周りに配置され、この組み立て体は、その空洞部の底壁の、例えば、環状の溝１６ｆに配置されたＯリング３０と共にスリーブ２８によりハウジングから電気的に絶縁されたこの六角形ポート・ハウジングの空洞部１６ｄ’内に配置され、そのＯリング３０は流体シール部材として作用もする。スリーブ２８は、前記空洞部を画定する底壁からのカップ状のシールド２４の電気的絶縁を確保するためにこのシールドの底壁のところに半径方向内方へ伸びる部分２８ａを有することも好ましい。側壁１６ｅ’の上方自由端は、前もってクリンプしたカップ状シールド２４の上で内方へ曲げられていて、六角形ポート・ハウジング１６’の側壁１６ｅ’のクリンプ部からシールド壁のクリンプ部の電気的な絶縁を確保するに十分な長さを持つスリーブ上部及びクリンプされたカップ状シールドを介してコネクタのベース２０ａ’と補足的なクリンプ結合を形成する。図１の構造の場合のように、六角形ポート・ハウジング１６’は、外部六角形状部１６ａ’、ねじ切り結合部１６ｂ’及び空洞部１６ｄ’を画定する側壁１６ｅ’を備えることが好ましい。

図１のセンサ検出素子に関連して述べたように、所望ならば、トランスジューサ１０’は、流体シフト修正要素を有することができる。容量性圧力検出素子１２は、ダイアフラム１２ｂの外面に金またはこれの類似物質の導電層を設けることができ、ガスケット２６は、容量性圧力検出素子１２の導電層をシールド２４に対し導電ガスケット２６を介して電気接続するために、銀添加ポリマ（ｓｉｌｖｅｒ ｌｏａｄｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ）のような導電材料から作ることができる。カップ状のシールド２４は、このカップ状のシールドがコネクタのベース２０ａ’に一度クリンプされると、タブ１４ａを介して条件付け電子回路１４に接続される。この接続により、シールド２４は、キャパシタ１４ｃ（図３）を介して条件付け電子回路１４に容量結合もされ、シールド２４はＥＭＣシールドとして機能することができる。しかし、上記のように、スリーブ２８は、六角形ポート・ハウジング１６’から条件付け電子回路１４のＡＣとＤＣの完全な絶縁を行う。

従って、本発明により作成された容量性圧力検出トランスジューサは、このトランスジューサが取り付けられた支持部からの条件付け電子回路の両ＡＣとＤＣの絶縁を行い、頑丈で高強度の金属ポート部品の使用を可能にし、並びに、ＥＭＩシールディングと流体シフト修正を行うことができる。

なお、本発明の特定の好適な実施例が本発明を示すものとして記載されたが、本発明は、添付の請求の範囲に入る全ての変形例及び均等物を含むものであると理解されるべきである。

従来技術に従って作成された容量性圧力トランスジューサの正面断面図である。 本発明の好適な実施例に従って作成された容量性圧力トランスジューサの同様な図である。 図１と図２のコネクタと容量性圧力トランスジューサ（それぞれ２０と２０’）の可撓性（フレキシブル）回路板の一部の斜視図である。

符号の説明

１０，１０’ 容量性圧力検出トランスジューサ
１２ 容量性圧力検出素子
１２ａ セラミック・ベース
１２ｂ ダイアフラム
１４ 条件付け電子回路
１４ａ 導電タブ
１４ｂ ＡＳＩＣ
１４ｃ キャパシタ
１６，１６’ 六角形ポート・ハウジング
１６ａ，１６ａ’ 平坦面
１６ｂ，１６ｂ’ 結合部
１６ｃ 流体受け通路
１６ｄ，１６ｄ’ 空洞部
１６ｅ，１６ｅ’ 側壁
１６ｆ 薄壁部
１８ ガスケット
２０，２０’ コネクタ
２０ａ，２０ａ’ ベース部
２０ｂ 凹部
２２ トランスジューサ端子
２４ シールド
２４ａ 流体受け穴
２６ 導電ガスケット
２８ スリーブ
２８ａ 半径方向内方へ伸張する部分
３０ Ｏリング

Claims (6)

1. 加えられた流体圧と共に変化する容量値を提供するように流体圧源にさらされる第１の表面を備えた容量性圧力検出素子と、
   その容量を出力電圧信号に変換する電子回路と、
   電気絶縁コネクタとトランスジューサ端子であって、この電気絶縁コネクタは、前記電子回路への接続のために前記トランスジューサ端子を取り付けていると共に、前記電子回路が配置される回路室を形成する頭部を備えている、前記電気絶縁コネクタとトランスジューサ端子と、
   流体受け穴が形成された底壁と前記底壁から自由端部まで延びる周側壁とを有する導電性のカップ状部材であって、前記圧力検出素子と前記電気絶縁コネクタの頭部が前記カップ状部材内に受け取られ、前記周側壁の自由端部が前記頭部にクリンプされ、前記カップ状部材が電気的に前記電子回路に接続される、前記カップ状部材と、
   前記カップ状部材を受け入れた電気的絶縁スリーブと、
   第１と第２の端部を有する金属性のハウジングであって、前記第１の端部には自由端を備えた周壁が形成され、前記ハウジングの周壁は空洞部を形成し、前記ハウジングの結合部には前記第２の端部から前記空洞部へ延びる流体通路が形成される、前記ハウジングとを有し、
   前記カップ状部材、前記電気絶縁コネクタの頭部、及び前記電気的絶縁スリーブは、前記ハウジングの空洞部内に受け入れられ、前記ハウジングの周壁の自由端は、前記頭部にクリンプされていて、前記カップ状部材が前記電気絶縁スリーブにより前記ハウジングから電気的に絶縁されている、流体圧力センサ。
2. 前記ハウジングの空洞部は底壁を有し、前記電気絶縁スリーブは前記ハウジングの底壁の少なくとも一部と前記カップ状部材との間を延びている、請求項１記載の流体圧力センサ。
3. 回路基板を更に有し、前記電子回路は前記回路基板に取り付けられ、前記回路基板は前記電子回路から延びる導電性のトレースを有するタブを備えており、前記タブの少なくとも一部は、前記電子回路の導電性トレースを前記カップ状部材に電気接続するために前記電気絶縁コネクタの頭部と前記カップ状部材のクリンプ部分との間に配置されている、請求項１記載の流体圧力センサ。
4. 前記カップ状部材の底壁と、前記容量性圧力検出素子の第１の表面との間に配置された環状ガスケットを更に有する、請求項１記載の流体圧力センサ。
5. 前記ガスケットは、導電性である、請求項４記載の流体圧力センサ。
6. 前記ハウジングの空洞部は、底壁を有し、前記ハウジングの底壁と前記カップ状部材との間であって当該底壁上に受けられたＯリングを更に有する、請求項１記載の流体圧力センサ。

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