DE10147124A1 - Ölgekapselter Drucksensor mit einer Metallmembran, die über ein Druckteil am Gehäuse befestigt ist - Google Patents

Abstract

In einem ölgekapselten Drucksensor wird ein Sensorchip (20) in einer Aussparung (11) eines Verbindergehäuses (10) angeordnet, und die Aussparung (11) wird mit Öl (15) gefüllt. Ein Gehäuse (30) wird mit dem Verbindergehäuse (10) so montiert, daß eine Metallmembran (34), die am Gehäuse (30) durch ein ringförmiges Druckteil (35) befestigt ist, die Aussparung (11) von einem Druckeinlaß (32), der im Gehäuse (30) ausgebildet ist, trennt. Das Druckteil (35) weist einen berührenden Abschnitt (35a), der die Metallmembran (34) berührt, und einen nicht-berührenden Abschnitt (35b), der an einer inneren umlaufenden Seite des berührenden Abschnittes (35a) vorgesehen ist, auf. Der nicht-berührende Abschnitt (35b) ist keilförmig, um die Membran (34) nicht zu berühren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen ölgekapselten Drucksensor, der aus einem ersten Gehäuse besteht, das ein mit Öl gekapseltes Erfassungselement aufweist, und ein zweites Gehäuse, das eine Metallmembran aufweist und mit dem ersten Gehäuse so verbunden ist, dass ein auf die Metallmembran angewandter Druck durch das Öl auf das Er­ fassungselement übertragen wird.

Die JP-A-7-243926 schlägt diese Art von Drucksensor vor. Der Drucksensor besteht aus einem ersten Gehäuse und einem zweiten Gehäuse. Das erste Gehäuse weist eine Aus­ sparung, ein Erfassungselement, das in der Aussparung an­ geordnet ist, um einen Druck zu erfassen, und Öl, das die Aussparung füllt und das Erfassungselement bedeckt, auf. Das zweite Gehäuse wird mit dem ersten Gehäuse montiert, um die Aussparung zu bedecken, und weist einen Druckein­ lass auf, der es ermöglicht, dem ersten Gehäuse einen ex­ ternen Druck zuzuführen.

Eine Metallmembran ist am zweiten Gehäuse vorgesehen und trennt die Aussparung und den Druckeinlass, um das Öl abzukapseln. Die Metallmembran ist zwischen einem kreis­ förmigen Druckteil und dem zweiten Gehäuse befestigt. Noch genauer werden das Druckteil und die Metallmembran gemeinsam am äußeren Teil der Metallmembran an das zweite Gehäuse angeschweißt. Zudem wird ein O-Ring auf einer der Metallmembran gegenüberliegenden Seite des Druckteils an­ geordnet, das heißt, zwischen dem ersten Gehäuse und dem Druckteil, und kapselt zwischen dem ersten Gehäuse und dem Druckteil ab.

Im Drucksensor mit der obigen Struktur wird in den Sensor ein Druck durch den Druckeinlass des zweiten Ge­ häuses eingeführt, und die Metallmembran empfängt den Druck, um eine Spannung (Dehnungsspannung) zu erzeugen. Dann wird die Spannung über das Öl an das Erfassungsele­ ment übertragen, und das Erfassungselement gibt ein Si­ gnal aus, das dem Druck entspricht. So kann der Druck er­ fasst werden.

Es wurde jedoch als Ergebnis von Untersuchungen durch die Erfinder festgestellt, dass der herkömmliche Druck­ sensor vom ölgekapselten Typ die folgenden Probleme auf­ weist. Fig. 5 zeigt ein ölgekapseltes Teil des Drucksen­ sors.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird eine Metallmembran 134 zwischen einem zweiten Gehäuse 130 und einem Druckteil J1 am Rand umschlossen und wird mit dem zweiten Gehäuse 130 durch Laserschweißen an einem geschweißten Abschnitt 136 in Fig. 5 verbunden. Der geschweißte Abschnitt 136 wird als ein Metallmembranbefestigungsabschnitt zum Befestigen der Metallmembran 134 an dem zweiten Gehäuse 130 und dem Druckteil J1 gebildet.

Die Metallmembran 134 wird durch den ausgeübten Druck auf die Ölseite verformt (in einer Richtung, die durch den Pfeil Y1 in Fig. 5 angezeigt ist). Dann wirkt, wie durch einen weißen Pfeil in Fig. 5 angedeutet, eine Span­ nung F, die von der Verformung der Membran 134 erzeugt wird, auf den einschränkenden Punkt P1 in Bezug auf die Membran 134, das heißt, sie wirkt auf die innere umlau­ fende Kante des Druckteils J1. Aufgrund der Spannung F wirkt als Ergebnis eine Spannung auf den Metallmembranbe­ festigungsabschnitt (geschweißter Abschnitt) 136, um die Metallmembran 134 und das Druckteil J1 von dem zweiten Gehäuse 130 zu trennen.

Hier wurde diese Art des ölgekapselten Drucksensors im allgemeinen genutzt, um einen Druck in einem Bereich von 0 bis 10 MPa zu erfassen, wie einen Kühlmitteldruck einer Fahrzeugklimaanlage und einen Öldruck einer Servo­ lenkung. Wenn diese Art Drucksensor genutzt wird, um ei­ nen Treibstoffdruck, einen Bremsöldruck oder ähnliches zu erfassen, muß der Sensor einen höheren Druck, beispiels­ weise in einem Bereich von 0 bis 20 MPa erfassen. Wenn der Sensor genutzt wird, um einen höheren Druck zu erfas­ sen, wird die Verformung der Metallmembran groß, und die auf den Metallmembranbefestigungsabschnitt ausgeübte Spannung wird erhöht. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass der Befestigungsabschnitt beschädigt wird.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Probleme gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Haltbarkeit eines Metallmem­ branbefestigungsabschnitts in Bezug auf Spannung, die auf den Metallmembranbefestigungsabschnitt aufgrund der Ver­ formung einer Metallmembran ausgeübt wird, zu verbessern.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Metallmembran in einem ölgekapselten Drucksen­ sor, der aus zusammenmontierten ersten und zweiten Gehäu­ sen besteht, zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse an­ geordnet, und ein ringförmiges Druckteil wird zwischen der Membran und dem ersten Gehäuse angeordnet, um die Membran an einem äußeren Teil der Membran am zweiten Ge­ häuse zu befestigen. Zudem wird zwischen dem ersten Ge­ häuse und dem Druckteil ein O-Ring angebracht. Das Druck­ teil besteht aus einem ersten Teil, das die Membran be­ rührt, und einem zweiten Teil auf einer Innenseite des ersten Teils in radialer Richtung des Druckteils. Die Dicke des zweiten Teils ist kleiner als die des ersten Teils, so dass es nicht in Kontakt mit der Membran ange­ ordnet ist.

Im Druckteil nach der vorliegenden Ausführungsform kann eine Oberfläche zum Andrücken der Membran, die mit der Membran in Kontakt ist, in radialer Richtung eine verringerte Breite aufweisen, während eine andere Ober­ fläche zur Unterstützung des O-Rings ohne Verringerung eine ausreichende Breite aufweisen kann. Dadurch kann das Unterstützungsteil den O-Ring ausreichend unterstützen. Zur gleichen Zeit kann der Begrenzungspunkt des Druck­ teils in Bezug auf die Membran im Vergleich zu einem her­ kömmlichen an einer weiter außen liegenden Umfangsseite angeordnet werden. Das bedeutet, dass ein Abstand zwi­ schen dem einschränkenden Punkt in Bezug auf die Membran und einem Metallmembranbefestigungsabschnitt verringert werden kann. Dadurch kann die auf den Befestigungsab­ schnitt angewandte Spannung verringert werden, was zu ei­ ner verbesserten Haltbarkeit des Metallmembranbefesti­ gungsabschnitts bezüglich darauf wirkender Spannungen in Übereinstimmung mit der Verformung der Membran führt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschrei­ bung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Drucksensor nach ei­ ner bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines ölgekapselten Teils des Drucksensors nach Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Ansicht zum Erläutern von Vorteilen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen ei­ ner Dicke eines Druckteils und einer auf einen geschweiß­ ten Abschnitt wirkenden Spannung zeigt; und

Fig. 5 einen Schnitt, der ein ölgekapseltes Teil ei­ nes herkömmlichen Drucksensors zeigt.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 weist ein ölge­ kapselter Drucksensor S1 in der vorliegenden Ausführungs­ form ein Verbindergehäuse (erstes Gehäuse) 10 auf. Das Verbindergehäuse 10 wird aus Kunststoff wie PPS (Polyphenylensulfid) oder PBT (Polybutylenterephthalat) im Allgemeinen säulenartig spritzgegossen. Eine Ausspa­ rung 11 wird an einer Endoberfläche (untere Endoberfläche in Fig. 1) des Verbindergehäuses 10 in axialer Richtung gebildet.

Ein Sensorchip (Erfassungselement) 20 wird in der Aussparung 11 als ein integriertes Sensorelement zur Er­ fassung eines Drucks angebracht. Der Sensorchip 20 ist ein Halbleitermembrantyp mit einer (nicht gezeigten) Mem­ bran als einem Druckempfangsteil, das den Druck in ein elektrisches Signal umwandelt und es als Sensorsignal ausgibt. Der Sensorchip 20 wird durch anodisches Bonden mit einer aus Glas oder ähnlichem bestehenden Basis 21 vereinigt, und die Basis 21 wird auf den Grund der Aus­ sparung 11 geklebt. Somit wird der Sensorchip 20 am Ver­ bindergehäuse 10 befestigt.

Zudem weist das Verbindergehäuse 10 verschiedene An­ schlüsse (Verbinderpins) 12 auf, die aus metallischen Stiften bestehen, um den Sensorchip 20 mit einer externen Schaltung elektrisch zu verbinden. In der vorliegenden Ausführungsform bestehen die Anschlüsse 12 aus Messing, das beispielsweise mit Ni überzogen ist, und sind im Ver­ bindergehäuse 10 durch Umspritzen integriert befestigt.

Jedes Endteil der Anschlüsse 12 steht vom Grund der Aussparung 11 um einen Bereich, in dem der Sensorchip 20 liegt, vor und ist elektrisch mit dem Sensorchip 20 an einer spitzen Fläche durch einen Draht (Bonding-Draht) 13 aus Metall wie Gold oder Aluminium verbunden.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Verkapselungsmittel 14 um die vorstehenden Teile der Anschlüsse 12 angeord­ net, um den Raum zwischen den Anschlüssen 12 und dem Ver­ bindergehäuse 10 zu kapseln. Das Verkapselungsmittel be­ steht beispielsweise aus einem Silikatsystemgel. Selbst wenn Lücken auf dem Grund der Aussparung 11, von wo die Anschlüsse 12 hervorstehen, gebildet werden, kann das Ab­ kapselungsmittel 14 die Lücken füllen. Dann wird die Aus­ sparung 11 mit Öl 15 gefüllt, das den Sensorchip 20, die Anschlüsse 12, die Drähte 13 und das Verkapselungsmittel 14 bedeckt. Das Öl 15 ist beispielsweise Fluoröl und dient als Druckübertragungsmittel.

Andererseits bildet in Fig. 1 ein Endteil des Verbin­ dergehäuses 10 (oberes Ende in Fig. 1) auf der der Aus­ sparung 11 gegenüberliegenden Seite ein Verbindungsteil 16, wo die Endteile der Anschlüsse 12 auf der gegenüber­ liegenden Seite der vorspringenden Teile offenliegen, um elektrisch mit der externen Schaltung (wie einer Fahr­ zeug-ECU) durch (nicht gezeigte) außen liegende Verdrah­ tungsteile wie einen Kabelbaum elektrisch verbunden zu werden. Somit wird die Übertragung der Signale zwischen dem Sensorchip 20 und der externen Schaltung durch die Drähte 13 und die Anschlüsse 12 durchgeführt.

Weiterhin weist der Drucksensor S1 ein Gehäuse (zweites Gehäuse) 30 aus einem Metallmaterial wie Niro- Stahl (SUS) auf. Das Gehäuse 30 weist ein Öffnungsteil 31 auf einer Seite (oberes Ende in Fig. 1) in axialer Rich­ tung und einen Druckeinlass (Druckeingangsdurchlass) 32 auf der anderen Seite (unteres Ende in Fig. 1) auf, um einen externen Druck (wie einen Kühlmitteldruck einer Klimaanlage oder einen Kraftstoffdruck eines Fahrzeugs) von außen einzuführen. Ein Schraubenabschnitt 33 wird auf der äußeren Oberfläche des Gehäuses 30 auf der anderen Endseite gebildet, um den Drucksensor S1 an einem geeig­ neten Platz im Fahrzeug (wie einer Kühlmittelleitung der Klimaanlage oder einer Kraftstoffleitung des Fahrzeugs) zu befestigen.

Das Gehäuse 30 ist mit dem Verbindergehäuse 10 zusam­ menmontiert, so dass die Aussparung 11 in einem Zustand bedeckt wird, in dem der untere Endabschnitt des Verbin­ dergehäuses 10 in Fig. 1 in das Öffnungsteil 31 des Ge­ häuses 30 eingefügt wird. Ein Kantenteil 30a des Gehäuses 30 auf der Seite des Öffnungsteils 31 wird durch Bördeln am Verbindergehäuse 10 befestigt.

Eine dünne Metallmembran 34, die beispielsweise aus Niro-Stahl hergestellt ist, ist auf dem Grund des Öff­ nungsteils 31 vorgesehen, und ein ringförmiges metalli­ sches Druckteil (Ringschweißteil) 35 wird am Rand der Me­ tallmembran 34 angeordnet. In der vorliegenden Ausfüh­ rungsform wird der gesamte Rand der Metallmembran 34 ge­ meinsam mit dem Druckteil 35 am Gehäuse 30 angeschweißt, wodurch ein geschweißter Abschnitt 36 gebildet wird, in dem die Metallmembran 34, das Druckteil 35 und das Ge­ häuse 30 zusammengeschmolzen sind. Der geschweißte Ab­ schnitt 36 dient als Befestigungsteil zum Befestigen der Metallmembran 34 am Gehäuse 30 und dem Druckteil 35.

Das Druckteil 35 befestigt die Metallmembran 34 und umschließt sie mit dem Gehäuse 30, und die Metallmembran 34, die an ihrem Rand am Gehäuse 30 befestigt wird, teilt (trennt) die Aussparung 11 vom Druckeinlass (Durchlass) 32 und kapselt das Öl 15 ab.

In den so zusammengebauten Gehäusen 10 und 30 ist das Öl 15 zwischen der Aussparung 11 des Gehäuses 10 und der Metallmembran 34 des Gehäuses 30 eingekapselt. Der mit dem Öl 15 gefüllte Raum ist als eine Druckerfassungskam­ mer 40 vorgesehen.

Ein ringförmiger (O-förmiger) Graben 41 wird am äuße­ rem Umfang der Druckerfassungskammer 40 gebildet, und ein O-Ring 42 wird in den Graben 41 eingelegt, um die Druckerfassungskammer 40 hermetisch abzudichten. Der O- Ring 42 besteht aus elastischem Material wie Silikonkaut­ schuk und liegt zwischen dem Verbindergehäuse 10 und dem Druckteil 35. Der O-Ring 42 wird zwischen das Verbinder­ gehäuse 10 und das Druckteil 35 gepreßt und kann daher die Druckerfassungskammer 40 (das heißt, das Öl 15 in der Aussparung 11) zusammen mit der Metallmembran 34 abkap­ seln.

In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Sicher­ heitsring 43 auf der Außenseite des O-Rings 42 vorgese­ hen. Der Sicherheitsring 43 besteht aus Kunststoffmateri­ al wie 4-Fluorethylen-Kunststoff und verhindert, dass der O-Ring 42 in die Lücke zwischen dem Verbindergehäuse 10 und dem Druckteil 35 eindringt und so beschädigt wird, wenn sich der O-Ring 42 ausdehnt.

Somit drückt das Druckteil 35 auf der einen Seite (untere Seite in Fig. 2) die Metallmembran 34 und unter­ stützt den O-Ring 42 auf der gegenüberliegenden Seite.

Der Aufbau des Druckteils 35 wird nachstehend genauer be­ schrieben.

Wie in Fig. 2 gezeigt, weist das Druckteil 35 ein Kontaktteil (erstes Teil) 35a an einem äußeren Umfang und ein nicht-berührendes Teil (zweites Teil) 35b an seiner inneren Umfangsseite auf. Das Kontaktteil 35a berührt die Metallmembran 34, und das nicht-berührende Teil 35b weist eine Dicke auf, die dünner als die des Kontaktteils 35a ist, um die Metallmembran 34 nicht zu berühren. Dieses ringförmige Druckteil 35 kann leicht durch Umformen eines metallischen Materials gebildet werden. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform das nicht-berührende Teil 35b als Keilabschnitt ausgebildet, der keilförmig vom berührenden Abschnitt 35a zur inneren umlaufenden Kante des Druckteils 35 verläuft.

Zudem weist in der vorliegenden Ausführungsform das Druckteil 35 im Schnitt (in radialer Richtung) eine L- Form auf. Das heißt, dass das Druckteil 35 aus einem er­ sten Abschnitt 351 besteht, das sich zwischen dem Verbin­ dergehäuse 10 und dem Gehäuse 30 in der Einfügerichtung des Verbindergehäuses 10 in das Gehäuse 30 (das heißt, in der axialen Richtung des Verbindergehäuses 10 und des Ge­ häuses 30) erstreckt, und einem zweiten Abschnitt 352, der vom ersten Abschnitt 351 gebogen ist und der sich un­ gefähr parallel mit der Membran 34 erstreckt, um die Mem­ bran 34 zu befestigen.

Der zweite Abschnitt 352 des Druckteils 35 weist den berührenden Abschnitt 35a und den nicht-berührenden Ab­ schnitt 35b auf. Im Druckteil 35 ist der zweite Abschnitt 352 dicker als der erste Abschnitt 351. Beispielsweise ist der erste Abschnitt 351 0,3 mm dick, und der zweite Abschnitt 352 ist 0,4 mm dick oder dicker.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Drucksensors S1 erläutert. Zunächst wird das Verbinderge­ häuse 10 mit den umspritzten Anschlüssen 12 vorbereitet. Dann wird der Sensorchip 20 mittels eines Klebstoffs aus Silikonharz oder ähnlichem in der Aussparung 11 durch die Basis 21 an das Verbindergehäuse 10 angeklebt. Das Ver­ kapselungsmittel 14 wird in die Aussparung 11 einge­ spritzt, um die jeweiligen Anschlüsse 12 zu umgeben, und ausgehärtet. Die vorderen Enden der vorstehenden Teile der Anschlüsse 12 werden elektrisch mit dem Sensorchip 20 durch Drahtbonden unter Nutzung der Drähte 13 verbunden. Dann wird das Verbindergehäuse 10 mit dem Sensorchip 20 nach oben abgestellt, und eine bestimmte Menge Öl 15 wie Fluoröl wird unter Nutzung eines Spenders oder ähnlichem in die Aussparung 11 eingespritzt.

Anschließend wird das Gehäuse 30, an dem der gesamte Umfang der Metallmembran 34 und des Druckteils 35 ange­ schweißt ist, vorbereitet und wird horizontal abgesenkt, so dass das Öffnungsteil 31 des Gehäuses 30 das Gehäuse­ teil 10 in sich aufnimmt. Dann wird das zusammengebaute Verbindergehäuse 10 und das Gehäuse 30 in eine Vakuumkam­ mer gesetzt, und die Luft wird im Vakuum aus der Drucker­ fassungskammer 40 entfernt.

Danach wird das Verbindergehäuse 10 angedrückt, um das Druckteil 35 ausreichend zu berühren, wodurch der Druckerfassungsraum 40 mit der Metallmembran 34 und dem O-Ring 42 abgedichtet wird. Dann werden das Gehäuse 30 und das Verbindergehäuse 10 durch Bördeln des Kantenteils 30a des Gehäuses 30 um das Verbindergehäuse 10 vereinigt. Somit sind das Verbindergehäuse 10 und das Gehäuse 30 fest miteinander verbunden, und der Drucksensor S1 nach Fig. 1 ist vollständig.

Im Folgenden wird der grundlegende Betrieb des Druck­ sensors S1 zum Erfassen eines Drucks erläutert. Der Drucksensor S1 wird beispielsweise an einem geeigneten Platz in einem Fahrzeug durch den Schraubenabschnitt 33 des Gehäuses 30 eingebaut. Dann wird ein Druck (wie ein Kühlmitteldruck der Klimaanlage oder ein Kraftstoffdruck des Fahrzeugs) von außen durch den Druckeinlass 32 des Gehäuses 30 in den Drucksensor S1 eingeführt. Der einge­ führte Druck wirkt auf die Metallmembran 34 und erzeugt eine Spannung (Dehnungsspannung) in der Metallmembran 34. Die Spannung wird durch das Öl 15 in der Druckerfassungs­ kammer 40 an den Sensorchip 20 übertragen und wirkt auf die druckempfangende Oberfläche des Sensorchips 20.

Dann gibt der Sensorchip 20 ein elektrisches Signal als ein Sensorsignal aus, das dem angewandten Druck ent­ spricht. Das Sensorsignal wird durch die Drähte 13 und die Anschlüsse 12 an die externe Schaltung übermittelt. Dies ist der grundlegende Vorgang zur Erfassung des Drucks mittels des Drucksensors S1.

Im Folgenden werden die Vorteile des Druckteils 35 mit der oben beschriebenen Struktur mit Bezug auf eine schematische Ansicht der Fig. 3 im Vergleich mit einem herkömmlichen Druckteil J1 nach Fig. 5 erläutert. Im her­ kömmlichen Druckteil J1 hat eine Oberfläche zur Unter­ stützung der Metallmembran eine Breite W1 in radialer Richtung, die gleich der einer anderen Oberfläche zum An­ drücken der Metallmembran 34 ist, die die Metallmembran 34 berührt. Im Unterschied dazu hat, wie in Fig. 3 ge­ zeigt, die Oberfläche des Druckteils 35 nach der vorlie­ genden Ausführungsform zur Unterstützung des O-Rings 42 eine Breite W2 in radialer Richtung, die ausreichend breit ist, wie in der herkömmlichen Ausführungsform, wäh­ rend die Oberfläche zum Andrücken der Metallmembran 34, die die Membran 34 berührt, eine Breite W3 in radialer Richtung hat, die kleiner als die Breite W2 ist.

Daher kann im Druckteil 35 die Funktion der Unter­ stützung des O-Rings 42 ausreichend sichergestellt wer­ den. Zur gleichen Zeit kann der Begrenzungspunkt P2 im Vergleich zum einschränkenden Punkt P1 des herkömmlichen Druckteils J1 in Richtung des äußeren Umfangs positio­ niert (verlagert) werden, weil der Begrenzungspunkt P2 des Druckteils 35 in Bezug auf die Metallmembran 34 am Rand zwischen dem berührenden Abschnitt 35a und dem nicht-berührenden Abschnitt 35b vorgesehen ist.

Das bedeutet, dass der Begrenzungspunkt P2 in Bezug auf die Membran 34 sich in der vorliegenden Ausführungs­ form dem geschweißten Abschnitt (Metallmembranbefestigungsabschnitt) 36 nähern kann, und der Abstand L2 zwischen dem einschränkenden Punkt P2 und dem Metallmembranbefestigungsabschnitt ist im Vergleich zum Abstand L1 zwischen dem herkömmlichen einschränkenden Punkt und dem Befestigungsteil kürzer. Aus diesem Grund kann die Auswirkung der Spannung F auf den geschweißte Abschnitt (Metallmembranbefestigungsabschnitt) 36 im Ver­ gleich zu konventionellen Ausführungen verringert werden, auch wenn aufgrund der Verformung der Metallmembran 34 eine Spannung F (wie in Fig. 3 durch einen weißen Pfeil gezeigt) von der Metallmembran 34 auf den einschränkenden Punkt P2 wirkt. Daher kann gemäß der vorliegenden Ausfüh­ rungsform die Haltbarkeit des Metallmembranbefestigungs­ abschnitts 36 mit Bezug auf darauf wirkende Spannung auf­ grund der Verformung der Metallmembran 34 verbessert wer­ den.

Zudem ist es nicht immer notwendig, dass der nicht- berührende Abschnitt 35b keilförmig ist, obwohl der nicht-berührende Abschnitt 35b des Druckteils 35 in der vorliegenden Ausführungsform ein keilförmiges Teil ist, dessen Dicke vom berührenden Abschnitt 35a bis zur inne­ ren umlaufenden Kante des Druckteils 35 kontinuierlich fällt. Beispielsweise kann zwischen dem nicht-berührenden Teil 35b und dem berührenden Teil 35a eine Stufe vorgese­ hen sein, so dass das nicht-berührende Teil 35b diskonti­ nuierlich gegenüber dem berührenden Teil 35a dünner ist. Das keilförmige nicht-berührende Teil 35b hat jedoch fol­ gende Vorteile.

Insbesondere, wenn das nicht-berührende Teil 35b wie in der vorliegenden Ausführungsform keilförmig ist, kann die Unterstützungsstärke des O-Rings 42 am nicht-berüh­ renden Teil 35b im Vergleich zu dem Fall, in dem das nicht-berührende Teil diskontinuierlich dünner wird, ver­ bessert werden. Zudem verbessert dieses keilförmige Teil die Verlagerungsmerkmale der Metallmembran 34 zur Öl­ seite. Das bedeutet, dass die Größe der Verlagerung im Vergleich mit der in Fig. 5 gezeigten herkömmlichen Struktur erhöht werden kann, weil der Verlagerungspunkt (Begrenzungspunkt) der Metallmembran zur Außenseite ver­ schoben ist.

Auch wenn die Membran 34 zur Seite des Öls 15 verla­ gert (verformt) wird, sollte die Membran 34 nicht gegen den nicht-berührenden Abschnitt 35b gepreßt werden. Daher sollte der Winkel des keilförmigen Teils, das heißt, der Winkel θ zwischen dem keilförmigen Teil und einer Ebene, die parallel zur Grenzfläche ist, auf der der berührende Abschnitt 35a die Metallmembran 34 berührt, ein Verlage­ rungswinkel der Metallmembran oder größer (beispielsweise 16° oder größer) sein.

Außerdem hat das Druckteil 35 in der vorliegenden Ausführungsform eine L-Form im Schnitt in radialer Rich­ tung, die aus dem ersten Abschnitt 351 und dem zweiten Abschnitt 352 besteht. Der zweite Abschnitt 352 umfaßt, wie in Fig. 2 gezeigt, den berührenden Abschnitt 35a und den nicht-berührenden Abschnitt 35b.

Wie in der vorliegenden Ausführungsform ist in dem Fall, in dem das Endteil des Verbindergehäuses 10 auf der Seite der Aussparung 11 in das Öffnungsteil 31 des Gehäu­ ses 30 zur Montage eingeführt wird, das Verfahren zum Be­ festigen des Druckteils 35 an dem Öffnungsteil 31 des Ge­ häuses 30 durch Presspassen durchgeführt. Zu dieser Zeit kann der Kontaktbereich des pressgepassten Teils aufgrund des ersten Abschnitt 351 vergrößert werden, wenn das Druckteil 35 ein ringförmiges Teil mit einer L-Form in Schnitt ist, das aus dem ersten Abschnitt 351 und dem zweiten Abschnitt 352 besteht. Daher kann die Güte der Befestigung des Druckteils 35 in dem Öffnungsteil 31 des Gehäuses 30 durch Einpressen verbessert werden.

Zudem wird beim ringförmigen Druckteil 35 bevorzugt, dass der zweite Abschnitt 352 eine Dicke aufweist, die wie beim Druckteil 35 mit einem L-förmigen Schnitt in der vorliegenden Ausführungsform dicker als die des ersten Abschnitts 351 ist. Die Gründe sind folgende.

Zuerst kann die Haltbarkeit des Metallmembranbefesti­ gungsabschnitts in Bezug auf eine darauf wirkende Span­ nung aufgrund der Verformung der Metallmembran 34 weiter verbessert werden, weil der zweite Abschnitt 352 zum An­ drücken der Membran 34 dick ist. Zudem kann die Vergröße­ rung des Druckteils 35 in radialer Richtung unterdrückt werden, weil der erste Abschnitt 351, der zwischen dem Verbindergehäuse 10 und dem Gehäuse 30 liegt, dünn ist.

Wie oben beschrieben, ist im Druckteil 35 die Dicke des berührenden Abschnitts 35a bevorzugt 0,4 mm oder grö­ ßer. Aufgrund der Verformung der Metallmembran 34 auf den geschweißten Abschnitt (Metallmembranbefestigungsab­ schnitt) 36 wirkende Spannungen werden im Hinblick auf die Stärke der Materialien verringert, wenn die Dicke des Druckteils vergrößert wird. Noch genauer ist die Spannung umgekehrt proportional zu einem Quadrat der Dicke des Druckteils 35. Als Ergebnis von Studien der Erfinder ist die Dicke von 0,4 mm oder größer ausreichend, damit der berührende Abschnitt 35a die auf den geschweißten Ab­ schnitt 36 wirkende Spannung reduziert.

Im Hinblick auf diesen Punkt berechneten die Erfinder eine Beziehung zwischen der Dicke des berührenden Teils 35a des Druckteils 35 und der auf den geschweißten Ab­ schnitt 36 wirkenden Spannung in dem Fall, in dem eine auf das Druckteil 35 wirkende Last im Bereich des Ge­ brauchsdrucks lag. Das Ergebnis wird in Fig. 4 gezeigt. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist offenbar, dass die auf den ge­ schweißten Abschnitt 36 wirkende Spannung sicher unter die Streckgrenze (beispielsweise 280 MPa) des Druckteils 35 gebracht werden kann, wenn die Dicke des Druckteils 35 0,3 mm oder mehr ist, und noch sicherer bei einer Dicke von 0,4 mm oder mehr.

Im Druckteil 35 der vorliegenden Ausführungsform liegt der Begrenzungspunkt P2, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, an der Grenze zwischen dem berührenden Abschnitt 35a und dem nicht-berührenden Abschnitt 35b. Andererseits gibt es ebenfalls im Gehäuse 30 den Begrenzungspunkt P3 in Bezug auf die Metallmembran 34 auf der Grenze zwischen dem berührenden Teil und dem nicht-berührenden Teil mit der Metallmembran 34 (siehe Fig. 3).

Hier ist es zu bevorzugen, dass der Begrenzungspunkt P2 des Druckteils 35 in radialer Richtung verlagert wird, so dass er nicht mit dem einschränkenden Punkt P3 des Ge­ häuses 30 in axialer Richtung des Gehäuses 30 überein­ stimmt. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in Fig. 3 gezeigt, der Begrenzungspunkt P3 des Gehäuses 30 weiter als der Begrenzungspunkt P2 des Druckteils 35 an die äußere Umfangsseite der Metallmembran 34 gelegt.

Wenn ein Druck erfaßt wird, wird die Metallmembran 34 zur Seite des Öls 15 verlagert. In einer Hochtemperatur­ umgebung kann das Öl 15 sich jedoch ausdehnen, so dass die Membran 34 in Richtung der Seite des Gehäuses 30 (zu der Seite des Druckeinlasses 32) verlagert wird. Wenn die zwei Begrenzungspunkte P2, P3 in diesem Fall in axialer Richtung überlappen (das heißt, ungefähr in der Verlage­ rungsrichtung der Membran 34), wird die Membran 34 wie­ derholt in entgegengesetzte Richtungen mit einem Dreh­ punkt an der gleichen Stelle verlagert. Dies ist im Hin­ blick auf die Haltbarkeit der Membran 34 nicht erwünscht, weil Biegespannung wiederholt auf die gleiche Stelle der Metallmembran 34 wirkt.

In diesem Zusammenhang werden in der vorliegenden Ausführungsform die Stellen der Begrenzungspunkte P2, P3 voneinander verlagert. Daher wirken die Biegespannungen aufgrund der Verlagerungen in gegenüberliegende Richtun­ gen nicht auf die gleiche Stelle der Membran 34. Dies wird im Hinblick auf die Haltbarkeit der Metallmembran 34 bevorzugt. Im in Fig. 2 gezeigten Beispiel liegt der Be­ grenzungspunkt P3 des Gehäuses 30 an der inneren Seite der Mitte des O-Rings 42 in dessen Breiten- (radialen)Richtung, das heißt, auf der Innenseite des Ra­ dius, den man erhält, indem man eine Summe des inneren Umfangsradius des O-Rings 42 und des äußeren Umfangsra­ dius des O-Rings 42 durch zwei teilt.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf die be­ vorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Änderungen von Form und Details durchgeführt werden können, ohne vom in den beigefügten Ansprüchen definierten Sinn der Erfin­ dung abzuweichen.

Beispielsweise kann das Druckteil 35 nicht nur ein ringförmiges Teil mit einem L-förmigen Schnitt wie oben beschrieben sein, das aus dem ersten Abschnitt 351 und dem zweiten Abschnitt 352 besteht. Das Druckteil 35 kann ein ringförmiges Teil sein, das nur aus dem zweiten Ab­ schnitt 352 besteht. Der Metallmembranbefestigungsab­ schnitt kann durch Kleben oder andere Verfahren zusätz­ lich zum Schweißen gebildet werden.

Zusätzlich zu Kraftfahrzeugdrucksensoren zum Erfassen eines Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffeinspritzsystem eines Fahrzeugs und des Kühlmitteldrucks einer Klimaan­ lage kann die vorliegende Erfindung geeignet auf einen Drucksensor angewandt werden, der die Fähigkeit besitzt, einen hohen Druck in einem Bereich von 0 bis 20 MPa zu erfassen, die Nutzbarkeit ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.

Zusammenfassend leistet die Erfindung Folgendes:
In einem ölgekapselten Drucksensor wird ein Sen­ sorchip in einer Aussparung eines Verbindungsgehäuses an­ geordnet, und die Aussparung wird mit Öl gefüllt. Ein Ge­ häuse wird mit dem Verbindungsgehäuse so montiert, daß eine Metallmembran, die am Gehäuse durch ein ringförmiges Druckteil befestigt ist, die Aussparung von einem Druck­ einlass, der im Gehäuse ausgebildet ist, trennt. Das Druckteil weist einen berührenden Abschnitt, der die Me­ tallmembran berührt, und einen nicht-berührenden Ab­ schnitt, der an einer inneren umlaufenden Seite des be­ rührenden Abschnitts vorgesehen ist, auf. Der nicht-be­ rührende Abschnitt ist keilförmig, um die Membran nicht zu berühren.

Claims (12)

1. Drucksensor mit:
einem ersten Gehäuse (10) mit einer Aussparung (11);
einem in der Aussparung (11) angeordneten Erfassungs­ element (20), um einen Druck zu erfassen;
Öl (15), das die Aussparung (11) füllt, um das Erfas­ sungselement (20) zu bedecken;
einem zweiten Gehäuse (30), das mit dem ersten Gehäu­ se (10) so zusammengebaut ist, dass es die Aussparung (11) bedeckt und das einen Druckeinlass (32) auf­ weist, um den Druck von außen her einzuführen;
einer fest zwischen dem ersten Gehäuse (10) und dem zweiten Gehäuse (30) angeordneten Metallmembran (34), die die Aussparung (11) und den Druckeinlass (32) voneinander trennt, während sie das die Aussparung (11) füllende Öl (15) abkapselt, wobei die Membran (34) durch den durch den Druckeinlass (32) eingelas­ senen Druck verformbar ist, um eine Spannung zu er­ zeugen, die zur Erkennung des Drucks durch das Öl (15) an das Erfassungselement (20) übertragen wird;
einem ringförmigen Druckteil (35), das zwischen der Membran (34) und dem ersten Gehäuse (10) angeordnet ist und die Membran (34) an einem Randteil der Mem­ bran (34) am zweiten Gehäuse (30) befestigt; und
einem O-Ring (42) zwischen dem ersten Gehäuse (10) und dem Druckteil (35), um das Öl (15) abzukapseln, dadurch gekennzeichnet, dass:
das Druckteil (35) aus einem ersten Teil (35a), das die Membran (34) berührt, und einem zweiten Teil (35b) an der Innenseite des ersten Teils (35a) in ra­ dialer Richtung des Druckteils (35) besteht, wobei das zweite Teil (35b) eine Dicke aufweist, die gerin­ ger als die des ersten Teils (35a) ist, um so ange­ ordnet zu sein, dass es nicht in Kontakt mit der Mem­ bran (34) steht.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, wobei das zweite Teil (35b) ein sich verjüngender Abschnitt ist, dessen Dicke kontinuierlich vom ersten Teil (35a) bis zu ei­ ner inneren umlaufenden Kante des Druckteils (35) ab­ nimmt.

3. Drucksensor mit:
einem ersten Gehäuse (10) mit einer Aussparung (11);
einem in der Aussparung (11) angeordnetes Erfassungs­ element (20), um einen Druck zu erfassen;
Öl (15), das die Aussparung (11) füllt, um das Erfas­ sungselement (20) zu bedecken;
einem zweiten Gehäuse (30), das mit dem ersten Ge­ häuse (10) so zusammengebaut ist, dass es die Ausspa­ rung (11) bedeckt und das einen Druckeinlass (32) aufweist, um den Druck von außen her einzuführen;
einer fest zwischen dem ersten Gehäuse (10) und dem zweiten Gehäuse (30) angeordneten Metallmembran (34), die die Aussparung (11) und den Druckeinlass (32) voneinander trennt, während sie das die Aussparung (11) füllende Öl (15) abkapselt, wobei die Membran (34) durch den durch den Druckeinlass (32) eingelas­ senen Druck verformbar ist, um eine Spannung zu er­ zeugen, die zur Erkennung des Drucks durch das Öl (15) an das Erfassungselement (20) übertragen wird;
einem ringförmiges Druckteil (35), das zwischen der Membran (34) und dem ersten Gehäuse (10) angeordnet ist und die Membran (34) an einem Randteil der Mem­ bran (34) am zweiten Gehäuse (30) befestigt; und
einem O-Ring (42) zwischen dem ersten Gehäuse (10) und dem Druckteil (35), um das Öl (15) abzukapseln, dadurch gekennzeichnet, dass:
das Druckteil (35) aus einem ersten Teil (35a), das die Membran (34) berührt, und einem zweiten Teil (35b) auf der Innenseite des ersten Teils (35a) in radialer Richtung des Druckteils (35) besteht, wobei das zweite Teil (35b) vom ersten Teil (35a) sich nach innen in radialer Richtung verjüngend ausgebildet ist.

4. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei:
das zweite Gehäuse (30) den Druckeinlass (32) auf ei­ ner Seite und ein Öffnungsteil (31) auf einer anderen Seite aufweist;
die Aussparung (11) an einem Endteil des ersten Ge­ häuses (10) gebildet wird, wobei das Endteil in das Öffnungsteil (31) des zweiten Gehäuses (30) in einer Einfügerichtung eingefügt wird, um das erste Gehäuse (10) und das zweite Gehäuse (30) zusammen zu montie­ ren;
das Druckteil (35) aus einem ersten Abschnitt (351), der sich in der Einführungsrichtung zwischen dem ers­ ten Gehäuse (10) und dem zweiten Gehäuse (30) er­ streckt, und einem zweiten Abschnitt (352) besteht, der sich annähernd parallel zu der Membran (34) er­ streckt und die Membran (34) an dem zweiten Gehäuse (30) befestigt, wobei der zweite Abschnitt (352) das erste Teil (35a) und das zweite Teil (35b) aufweist.

5. Drucksensor nach Anspruch 4, wobei die Dicke des zweiten Abschnitts (352) größer als die des ersten Abschnitts (351) ist.

6. Drucksensor nach Anspruche 4 oder 5, wobei:
das Druckteil (35) in einem radialen Schnitt L-förmig ist; und
der zweite Abschnitt (352) sich in radialer Richtung erstreckt.

7. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Teil (35a) eine Dicke aufweist, die größer oder gleich 0,4 mm ist.

8. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Winkel (θ) zwischen dem zweiten Teil (35b) und einer Ebene, die mit einer Kontaktfläche zwischen dem ersten Teil (35a) und der Membran (34) parallel ist, 16° oder mehr beträgt.

9. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Druckteil (35) in Bezug auf die Membran (34) ei­ nen Begrenzungspunkt aufweist, wobei der Begrenzungs­ punkt von einem Begrenzungspunkt des zweiten Gehäuses (30) mit Bezug auf die Membran (34) in radialer Rich­ tung verschoben ist.

10. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei:
der O-Ring (42) eine Mitte in radialer Richtung auf­ weist; und
der Begrenzungspunkt des zweiten Gehäuses (30) in Be­ zug auf die Membran (34) auf einer Innenseite in ra­ dialer Richtung in Bezug auf die Mitte des O-Rings (42) angeordnet ist.

11. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der von dem Erfassungselement (2) erfaßte Druck in einem Bereich von 0 bis 20 MPa liegt.

12. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei:
die Membran (34) eine erste Oberfläche aufweist, die einen Teil ausschließt, welcher den Kontaktteil (35a) des Druckteils (35) auf einer Seite des Öls (15) be­ rührt, wobei eine gesamte Fläche der ersten Oberflä­ che in Richtung der Seite des Öls (15) verformbar ist;
die Membran (34) eine zweite Oberfläche aufweist, die einen Teil ausschließt, der das zweite Gehäuse (30) auf einer Seite des Druckeinlasses (32) berührt, wo­ bei eine gesamte Fläche der zweiten Oberfläche in Richtung der Seite des Druckeinlasses (32) verformbar ist; und
die erste Oberfläche nicht mit der zweiten Oberfläche zusammenfällt.