DE102014016636A1 - Sensor - Google Patents

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Germany
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housing part
housing
elastic seal
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DE201410016636
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Ryosuke Matsui
Shingo Yoshida
Shinichi Sawada
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

[Ziel] Einen Sensor bereitzustellen, in welchem eine Leiterplatte teilweise eine Messkammer bildet und welcher Schaden an der Leiterplatte verhindert, welcher ansonsten auftreten würde, wenn die Leiterplatte an einem Gehäuseteil befestigt wäre, welcher die Leiterplatte umgibt. [Mittel zur Lösung] Ein Sensor 100 umfasst ein Sensorelement 60; eine Leiterplatte 30 mit einer Elementanbringungsoberfläche, an welcher das Sensorelement befestigt ist; ein Gehäuseteil 10 zum Unterbringen der Leiterplatte, wobei das Gehäuseteil eine Messkammer 15 aufweist, welche dem Sensorelement zugewandt ist und welche mit der zu detektierenden Atmosphäre über einen Gaseinlass 12h, welcher in dem Gehäuseteil gebildet ist, verbunden ist; ein ringförmiges, elastisches Dichtungsteil 40, welches zwischen der Elementanbringungsoberfläche und dem Gehäuseteil so angeordnet ist, dass das elastische Dichtungsteil an der Elementanbringungsoberfläche anliegt. Das elastische Dichtungsteil ist aus Schaumgummi gebildet; wenigstens ein Abschnitt einer dem Gehäuseteil zugewandten Abschlussoberfläche 40a des elastischen Dichtungsteils und wenigstens ein Abschnitt einer der Elementanbringungsoberfläche zugewandten Abschlussoberfläche 40b des elastischen Dichtungsteils sind flach; und das elastische Dichtungsteil ist zwischen der Elementanbringungsoberfläche und dem Gehäuseteil so angeordnet, dass das elastische Dichtungsteil zwischen den flachen Abschnitten der Abschlussoberflächen zusammengepresst ist.

Description

  • [Technische Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zum Detektieren einer vorbestimmten Eigenschaft einer zu detektierenden Atmosphäre, beispielsweise die Gaskonzentration einer bestimmten Komponente der Atmosphäre, die Temperatur der Atmosphäre oder die Luftfeuchtigkeit der Atmosphäre.
  • [Hintergrund]
  • Unter Berücksichtigung von gesellschaftlichen Bedürfnissen, beispielsweise Umweltschutz und Umwelterhaltung, haben Wissenschaftler in den vergangenen Jahren eine Kraftstoffzelle entwickelt, welche eine effiziente und saubere Energiequelle ist. Insbesondere weisen bei niedrigen Temperaturen betriebene Polymerelektrolytkraftstoffzellen (PEFC – polymer electrolyte fuel cell) und Wasserstoffverbrennungsmotoren eine hohe Effizienz und Dichte auf und es wird erwartet, dass diese in Gebäuden verwendet oder in Fahrzeugen angebracht werden. Nachdem jedoch diese Energiequellen Wasserstoff als Kraftstoff verwenden, benötigen sie einen Sensor, um ein Entweichen von Wasserstoff zu detektieren.
  • Ein Sensor zum Detektieren der Konzentration eines entflammbaren Gases, wie beispielsweise Wasserstoff, hat üblicherweise eine bekannte Struktur. In dieser Struktur ist ein Elementgehäuse, welches ein Sensorelement hält, auf einer Leiterplatte angeordnet, welche wiederum in einem aus Harz gebildetem Gehäuse (Gehäuseteil) enthalten ist (siehe Patentdokument 1). In diesem Sensor weist das Gehäuse einen einen ringförmigen Kanal bildenden Abschnitt auf, welcher sich von dem Zentrum eines unteren Abschnitts des Gehäuses nach unten erstreckt und sich nach unten hin öffnet. Das Sensorelement ist so angeordnet, dass es dem Inneren des den Kanal bildenden Abschnitts zugewandt ist und eine hermetische Dichtung ist zwischen dem Elementgehäuse und dem Gehäuse in Form eines O-Rings aus Gummi angeordnet. Dadurch wird ein Innenraum (Messkammer), in welchen eine zu detektierende Atmosphäre eingeführt ist, zwischen dem Elementgehäuse und dem den Kanal bildenden Abschnitt gebildet und die Konzentration eines entflammbaren Gases wird durch das Sensorelement detektiert.
  • [Stand der Technik – Dokument]
  • [Patentdokument]
    • [Patentdokument 1] Offengelegte japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 2008/267948 (2)
  • [Zusammenfassung der Erfindung]
  • [Von der Erfindung zu lösendes Problem]
  • Allerdings ergeben sich die folgenden Probleme, wenn ein Sensorelement direkt an einer Leiterplatte befestigt ist, ohne ein Elementgehäuse zu verwenden. Diese Leiterplatte befindet sich in einem Gehäuseteil und ein O-Ring ist zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuseteil so angeordnet, dass eine Messkammer gebildet wird. Wenn der O-Ring unter hohem Druck gegen die Leiterplatte gepresst wird, wirkt ein großer Druck (Biegekraft) auf die Leiterplatte ein. Daher können auf der Leiterplatte gebildete Leiterbahnen zerbrechen und/oder Lötstellen von elektronischen Komponenten, Anschlussstücken etc. können zerbrechen. Wenn der O-Ring unter hohem Druck gegen die Leiterplatte gepresst wird, sind der Gehäuseteil und die Leiterplatte durch den O-Ring fest miteinander verbunden. Wenn eine externe Einwirkung auf das Gehäuseteil einwirkt oder sich das Gehäuseteil aufgrund von Wärme ausdehnt, können daher die auf das Gehäuseteil einwirkende Einwirkung bzw. eine als Resultat der thermischen Ausdehnung des Gehäuseteils erzeugte Kraft direkt auf die Leiterplatte einwirken, wodurch die oben beschriebenen Leiterbahnen oder Lötstellen mit einer höheren Wahrscheinlichkeit brechen. Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Ferner ist es ein Ziel der Erfindung einen Sensor bereitzustellen, in welchem eine Leiterplatte teilweise eine Messkammer bildet und welcher eine Beschädigung der Leiterplatte verhindert, welche ansonsten auftreten würde, wenn die Leiterplatte mit dem die Leiterplatte beinhaltenden Gehäuseteil fest verbunden wäre.
  • [Mittel zur Lösung des Problems]
  • Um das oben beschriebene Problem zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen Sensor bereit, welcher umfasst: ein Sensorelement, welches einer zu detektierenden Atmosphäre ausgesetzt ist und eine vorbestimmte Eigenschaft der zu detektierenden Atmosphäre detektiert; eine Leiterplatte mit einer Elementanbringungsoberfläche, an welcher das Sensorelement befestigt ist; ein Gehäuseteil zum Unterbringen der Leiterplatte, wobei das Gehäuseteil eine Messkammer aufweist, wobei die Messkammer dem Sensorelement zugewandt ist und mit der zu detektierenden Atmosphäre durch einen in dem Gehäuseteil gebildeten Gaseinlass verbunden ist; und ein ringförmiges elastisches Dichtungsteil, welches zwischen der Elementanbringungsoberfläche und dem Gehäuseteil so angeordnet ist, dass das elastische Dichtungsteil an der Elementanbringungsoberfläche anliegt. In dem Sensor ist das elastische Dichtungsteil aus Schaumgummi gebildet; wenigstens ein Abschnitt einer dem Gehäuseteil zugewandten Abschlussoberfläche des elastischen Dichtungsteils und wenigstens ein Abschnitt einer der Elementanbringungsoberfläche zugewandten Abschlussoberfläche des elastischen Dichtungsteils sind flach ausgebildet; und das elastische Dichtungsteil ist zwischen der Elementanbringungsoberfläche und dem Gehäuseteil so angeordnet, dass das elastische Dichtungsteil zwischen den flachen Abschnitten der Abschlussoberflächen zusammengepresst ist.
  • In diesem Sensor ist das elastische Dichtungsteil aus weichem Schaumgummi gebildet und wenigstens ein Abschnitt der der Elementanbringungsoberfläche zugewandten Abschlussoberfläche des elastischen Dichtungsteils ist flach. Somit steht das elastische Dichtungsteil in flächigem Kontakt mit der Elementanbringungsoberfläche. Nachdem das elastische Dichtungsteil aus weichem Schaumgummi gebildet ist, wird ferner eine zufriedenstellende Dichtungsfähigkeit erreicht, selbst wenn das elastische Dichtungsteil mit einem geringeren Druck, verglichen mit dem Fall, in dem ein O-Ring verwendet wird, gegen die Leiterplatte gepresst wird. Hierdurch wird der Druck (Biegekraft), welcher auf die Leiterplatte einwirkt, verringert. Als Ergebnis kann ein Brechen von auf der Leiterplatte gebildeten Leiterbahnen und Lötstellen von elektronischen Komponenten, Anschlussstücken, etc., welche mit der Leiterplatte verlötet sind, verringert werden. Nachdem eine zufriedenstellende Dichtungsfähigkeit selbst dann erreicht wird, wenn das elastische Dichtungsteil nicht unter großem Druck gegen die Leiterplatte gepresst wird, sind das Gehäuseteil und die Leiterplatte durch das elastische Dichtungsteil nicht fest miteinander verbunden. Selbst wenn eine externe Einwirkung auf das Gehäuseteil einwirkt oder sich das Gehäuseteil thermisch ausdehnt, wird im Ergebnis der sich ergebende Druck absorbiert, beispielsweise indem das elastische Dichtungsteil verschoben wird. Ferner wird es weniger wahrscheinlich, dass auf das Gehäuseteil einwirkende Einwirkungen und andere Drücke direkt auf die Leiterplatte einwirken. Somit wird ein Brechen der oben beschriebenen Leiterbahnen und Lötstellen weiter verringert. Anzumerken ist, dass obwohl es ausreichend ist, dass das elastische Dichtungsteil zwischen der Elementanbringungsoberfläche und dem Gehäuseteil angeordnet ist, es weiter bevorzugt ist, dass die flachen Abschnitte des elastischen Dichtungsteils an der Elementanbringungsoberfläche und dem Gehäuseteil so anliegen, dass eine hohe Luftdichtigkeit erreicht wird.
  • Der Sensor kann in einer solchen Weise konfiguriert sein, dass eine Leiterbahn auf der Elementanbringungsoberfläche der Leiterplatte gebildet ist und wenigstens ein Abschnitt des entsprechenden flachen Abschnitts des elastischen Dichtungsteils eng an der Oberfläche der Leiterbahn anliegt. Selbst wenn Unebenheiten vorliegen, welche von auf der Elementanbringungsoberfläche gebildeten Leiterbahnen herrühren, kann in diesem Sensor das elastische Dichtungsteil eng an der Elementanbringungsoberfläche anliegen. Daher ist es nicht mehr erforderlich, das Schaltungsdesign zu verändern, um zu verhindern, dass Leiterbahnen in Regionen gebildet sind, in denen die Elementanbringungsoberfläche und das elastische Dichtungsteil eng aneinander anliegen. Insbesondere bezeichnet „eng anliegen” einen Zustand, in dem Druckkräfte des elastischen Dichtungsteils voll auf die Elementanbringungsoberfläche einwirken.
  • Der Sensor kann in einer solchen Weise konfiguriert sein, dass die dem Gehäuseteil zugewandte Abschlussoberfläche des elastischen Dichtungsteils mit dem Gehäuseteil verbunden ist; und eine innenliegende Oberfläche des elastischen Dichtungsteils wenigstens einen Abschnitt einer Innenwand der Messkammer bildet. Im Gegensatz zu dem Fall, in dem ein O-Ring angeordnet ist, muss in diesem Sensor keine Haltefuge zum Halten des O-Rings an dem Gehäuseteil gebildet werden, und die Herstellung des Gehäuseteils wird einfach. Nachdem ferner die innenliegende Seite des elastischen Dichtungsteils einen Teil der Innenwand der Messkammer bildet, wird die Gestalt des Gehäuseteils einfach und die Menge von Material des Gehäuseteils, welches für die Messkammer verwendet wird, kann reduziert werden.
  • Der Sensor kann in einer solchen Art konfiguriert sein, dass ein Querschnitt des elastischen Dichtungsteils, gesehen in einer zu den flachen Abschnitten senkrechten Richtung, in einem lastfreien Zustand eine rechteckige Form aufweist. In diesem Sensor wird der Anteil der flachen Abschnitte der Abschlussoberflächen des elastischen Dichtungsteils hoch und das elastische Dichtungsteil kann eng an dem Gehäuseteil und der Elementanbringungsoberfläche, welche Gegenstücke sind, zuverlässiger anliegen.
  • Der Schaumgummi kann eine Vielzahl geschlossener Zellen aufweisen. In diesem Sensor kann das Gas, welches die zu detektierende Atmosphäre ist, nicht durch die Zellen des Schaumgummis zur Außenseite hin entweichen, wodurch die Dichtungsfähigkeit erhöht ist. Daher ist die Verwendung des Schaumgummis, welcher eine Vielzahl von geschlossenen Zellen aufweist, bevorzugt.
  • [Wirkung der Erfindung]
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Sensor bereitgestellt werden, in welchem eine Leiterplatte teilweise eine Messkammer bildet und welcher Schaden an der Leiterplatte verhindert, welcher ansonsten auftreten würde, wenn die Leiterplatte mit einem die Leiterplatte beinhaltenden Gehäuseteil fest verbunden wäre.
  • [Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
  • [1] Perspektivische Ansicht eines Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • [2] Schnittansicht entlang einer Linie A-A aus 1.
  • [3] Perspektivische Explosionszeichnung des Sensors.
  • [4] Draufsicht auf ein Sensorelement.
  • [5] Schnittansicht eines Sensors gemäß einer Ausführungsform, in welcher ein Sensorelement oberflächenbefestigt ist.
  • [Ausführungsformen der Erfindung]
  • Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensors 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A aus 1. 3 ist eine perspektivische Explosionszeichnung des Sensors 100. In der nachfolgenden Beschreibung sind eine „obere Oberfläche” und „untere Oberfläche” in Bezug auf die vertikale Richtung in den 1 bis 3 definiert.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst der Sensor 100 ein Gehäuseteil 10, welches aus Plastik oder dergleichen gebildet ist und eine im Wesentlichen rechteckige Schachtel-ähnliche Gestalt aufweist. Das Gehäuseteil 10 besteht aus einem Gehäusehauptkörperteil 11 und einer im Wesentlichen flachen Deckelplatte 12, welche eine obere Öffnung 11a (siehe 3) des Gehäusehauptkörperteils 11 schließt. Ein Flanschteil 11b erstreckt sich aus einem zentralen Abschnitt aus jeder der zwei langen Seiten des Gehäusehauptkörperteils 11 heraus. Ferner ist im Zentrum eines jeden Flanschteils 10b ein Bolzenloch 11h angeordnet. Durch die Bolzenlöcher 11h passende Bolzen (nicht gezeigt) sind in ein Objekt geschraubt, an welches der Sensor 100 anzubringen ist (zum Beispiel einen vorbestimmten Teil eines Fahrzeugs), wodurch der Sensor 100 an dem Objekt angebracht ist. Ferner erstreckt sich ein röhrenförmiges Verbindungsteil 11c zum Austauschen von Signalen mit einem externen Gerät von einer kurzen Seite des Gehäusehauptkörperteils 11.
  • Ein ringförmiges Teil 12a ragt aus einem zentralen Abschnitt der Deckelplatte 12 nach oben heraus. Innerhalb des ringförmigen Teils 12a ist ein Gaseinlass 12h offen und die zu detektierende Atmosphäre strömt durch den Gaseinlass 12h zwischen der Innenseite und der Außenseite des Gehäuseteils 10. Wie in 2 gezeigt, ist die das ringförmige Teil 12a umfassende Deckelplatte 12 ist um eine obere und untere ringförmige Gitterhalterung 21 und 22 herum durch ein Gussverfahren gebildet und innenliegende Öffnungen der oberen und unteren Gitterhalterungen 21 und 22 dienen als der Gaseinlass 12h. Ferner wird ein Metallgitter 20 zwischen der oberen und unteren Gitterhalterung 21 und 22 gehalten. Das Metallgitter 20 bedeckt den Gaseinlass 12h. Ferner ist ein wasserabweisender Filter 25 an der unteren Oberfläche der unteren Gitterhalterung 22 (an der unteren Seite des Metallgitters 20) so angeordnet, dass der wasserabweisende Filter 25 den Gaseinlass 12h bedeckt, um hierdurch ein Eindringen von Wasser in den Sensor 100 durch den Gaseinlass 12h zu verhindern. Der wasserabweisende Filter 25 kann auf der oberen Seite des Metallgitters 20 (zum Beispiel an der oberen Oberfläche der oberen Gitterhalterung 21) so angeordnet sein, dass er den Gaseinlass 12h bedeckt. Insbesondere ist der Sensor 100 ein Wasserstoffgas-Sensor zum Messen der Wasserstoffkonzentration der zu detektierenden Atmosphäre. Das Metallgitter 20 dient ferner als Flammensperre, welche eine explosionsverhindernde Wirkung hat. Selbst wenn die Temperatur eines Gassensorelements 60 (siehe 2 und 3), welches innerhalb des Gehäuseteils 10 angeordnet ist, größer als die Entzündungstemperatur von Wasserstoffgas wird und sich das Wasserstoffgas innerhalb des Gehäuseteils 10 entzündet, wird eine erzeugte Flamme davon abgehalten, nach außerhalb des Gehäuseteils 10 zu gelangen. Wenn der Sensor 100 jedoch ein Temperatursensor oder dergleichen ist, ist die explosionsverhindernde Wirkung unnötig und auf das Metallgitter 20 kann verzichtet werden.
  • Wie in den 2 und 3 gezeigt, umfasst der Sensor 100 das Sensorelement 60, eine Leiterplatte 30 und den oben beschriebenen Gehäuseteil 10 zum Unterbringen des Sensorelements 60 und der Leiterplatte 30. Das Sensorelement 60 ist an der oberen Oberfläche (Elementanbringungsoberfläche) 30a der Leiterplatte 30 über einen später beschriebenen, rechteckigen Sockel 35 angeordnet (befestigt). Innerhalb des Gehäusehauptkörperteils 11 ragt eine Vielzahl von Beinchen 11p aus dem Boden des Gehäusehauptkörperteils 11 nach oben heraus und liegen an der unteren Oberfläche der Leiterplatte 30 (die der Elementanbringungsoberfläche 30a gegenüberliegende Oberfläche) an, um hierdurch die Leiterplatte 30 innerhalb des Gehäusehauptkörperteils 11 zu positionieren. Wenn die Leiterplatte 30 in dem Gehäusehauptkörperteil 11 angeordnet und die Deckelplatte 12 in eine innenliegende Kante der oberen Öffnung 11a des Gehäusehauptkörperteils 11 eingelassen ist, drückt ein elastisches Dichtungsteil 40, welches an der unteren Oberfläche der Deckelplatte 12, wie später beschrieben wird, befestigt ist, auf die Elementanbringungsoberfläche 30a der Leiterplatte 30, um hierdurch die Leiterplatte 30 zu fixieren. Dann ist die Leiterplatte 30 so angeordnet, dass das Sensorelement 60 dem Gaseinlass 12h zugewandt ist. Die Deckelplatte 12 ist an dem Gehäusehauptkörperteil 11 durch Verkleben, Verschweißen oder dergleichen befestigt. Ferner fungieren Vorsprünge 12p als Führungen, wenn die Deckelplatte 12 in der oberen Öffnung 11a angeordnet wird, und berühren die Elementanbringungsoberfläche 30a der Leiterplatte 30 nicht.
  • Ein Mikrocomputer und diverse Arten elektronischer Komponenten (nicht gezeigt) zum Steuern des Sensorelements 60 sind auf der Leiterplatte 30 durch Löten oder dergleichen befestigt. Ferner ist auf der Leiterplatte eine Vielzahl von (in diesem Beispiel drei) Leiterbahnen 31a bis 31c zum elektrischen Verbinden mit dem Sensorelement 60 gebildet und ein Durchgangsloch 31h ist an einem Ende einer jeden Leiterbahn 31a bis 31c gebildet. Die vier Durchgangslöcher 31h sind an den Positionen der vier Ecken eines Rechtecks angeordnet. Ein in jedes Durchgangsloch 31h gesteckter, pin-förmiger Verbindungsanschluss 72 ragt aus dem Durchgangsloch 31h über die Elementanbringungsoberfläche 31a nach oben heraus. Der Sockel 35 ist oberhalb der Elementanbringungsoberfläche 30a der Leiterplatte 30 angeordnet. Herausragende Teile der Verbindungsanschlüsse 72 ragen durch die vier Ecken des Sockels 35 hindurch und stützen den Sockel 35 so, dass der Sockel 35 von der Leiterplatte 30 abgehoben ist. Das Sensorelement 60 ist an einer zentralen Stelle der oberen Oberfläche (die dem Gaseinlass 12h zugewandte Oberfläche) des Sockels 35 angeordnet. Die oberen Enden der Verbindungsanschlüsse ragen nach oben hin aus der oberen Oberfläche des Sockels 35 heraus und umgeben das Sensorelement 60. Eine Vielzahl von (in diesem Beispiel vier) Elektroden 63a, 63b, 65a und 65b sind an der Oberfläche des Sensorelements 60 (siehe 4) gebildet. Die Elektroden 63a, 63b, 65a und 65b sind durch Anbindedraht 66 mit den entsprechenden Verbindungsanschlüssen 72 verbunden, welche von der oberen Oberfläche des Sockels 35 herausragen. Die Verbindungsanschlüsse 72 sind in entsprechende Durchgangslöcher 31h eingeführt und verlötet, wodurch das Sensorelement 60 an der Leiterplatte 30 befestigt ist. Insbesondere sind zwei Durchgangslöcher 31h in der Leiterbahn 31c gebildet, welche eine gemeinsame Masse ist, und die Elektroden 63b und 65b, welche Masseelektroden sind, sind in die zwei Durchgangslöcher 31h über die entsprechenden Verbindungsanschlüsse eingefügt. Ferner ist eine Vielzahl von (in diesem Beispiel drei) Durchgangslöchern 32h, welche elektrisch mit den Leiterbahnen 31a bis 31c verbunden sind, entlang einer kurzen Seite der Leiterplatte 30 gebildet. Innere Enden von drei männlichen Verbindungspins 71, welche innerhalb des Verbindungsteils 12C angeordnet sind, sind in das Durchgangsloch 32h eingesetzt und verlötet.
  • Eine ringförmige Gasführungswand 12b, welche die äußere Umrandung des Gaseinlasses 12h umgibt, ragt nach unten hin aus der unteren Oberfläche der Deckelplatte 12 heraus. Das ringförmige elastische Dichtungsteil 40, welches aus Schaumgummi gebildet ist, ist zwischen der Gasführungswand 12b und der Elementanbringungsoberfläche 30a der Leiterplatte 30 angeordnet. Die obere Oberfläche (dem Gehäuseteil zugewandte Abschlussoberfläche) 40a des elastischen Dichtungsteils 40 und die untere Oberfläche (der Elementanbringungsoberfläche zugewandte Abschlussoberfläche) 40b des elastischen Dichtungsteils 40 sind flach. Die obere Oberfläche 40a liegt eng an der Gasführungswand 12b über eine Befestigungsschicht 50 an und die untere Oberfläche 40b liegt eng an der Elementanbringungsoberfläche 30a an. Der Innendurchmesser des elastischen Dichtungsteils 40 ist gleich dem Innendurchmesser der Gasführungswand 12b und das elastische Dichtungsteil 40 ist so angeordnet, dass es mit der Gasführungswand 12b fluchtet. Ferner weist das elastische Dichtungsteil 40 einen rechteckigen Querschnitt auf. Der Innenraum des Gehäuseteils 10, welcher von der Elementanbringungsoberfläche 30a, dem Gaseinlass 12h und der innenliegenden Oberfläche des elastischen Dichtungsteils 40 umgeben ist, bildet eine Messkammer 15, in welcher sich das Sensorelement 60 befindet und welche mit der zu detektierenden Atmosphäre verbunden ist. Die Konzentration von Wasserstoff-Gas, welches sich in der zu detektierenden Atmosphäre innerhalb der Messkammer 15 befindet, wird von dem Sensorelement 60 detektiert.
  • Wie in 3 gezeigt, liegt die untere Oberfläche 40b des elastischen Dichtungsteils 40 eng an einem ringförmigen Bereich 30R der Elementanbringungsoberfläche 30a an. Der ringförmige Bereich 30R erstreckt sich über die Leiterbahnen 30a bis 31c. Nachdem der elastische Dichtungsteil 40 aus weichem Schaumgummi gebildet ist und wenigstens ein Abschnitt der unteren Oberfläche 40b flach ist, ist das elastische Dichtungsteil 40 in flächigem Kontakt mit dem ringförmigen Bereich 30R. Selbst wenn Unebenheiten, welche von den Leiterbahnen 31a bis 31c stammen, in einem Bereich (dem ringförmigen Bereich 30R) vorliegen, in dem das elastische Dichtungsteil 40 eng an der Elementanbringungsoberfläche 30a anliegt, kann daher die untere Oberfläche 40b eng an der Elementanbringungsoberfläche 30a anliegen, wodurch die Dichtung verlässlich wird. Nachdem das elastische Dichtungsteil 40 aus weichem Schaumgummi gebildet ist, wird ferner eine zufriedenstellende Dichtungsfähigkeit erreicht, selbst wenn das elastische Dichtungsteil 40 unter geringem Druck (im Vergleich zu dem Fall, wenn ein O-Ring verwendet wird) gegen die Leiterplatte 30 gepresst wird, wodurch der Druck (Biegekraft), welcher auf die Leiterplatte 30 einwirkt, verringert wird. Daher tritt ein Brechender auf der Leiterplatte 30 gebildeten Leiterbahnen und Lötstellen elektronischer Komponenten, Anschlussstücken (die männlichen Verbindungspins 71 und die Verbindungsanschlüsse 72), etc., welche mit der Leiterplatte 30 verlötet sind, seltener auf. Nachdem eine zufriedenstellende Dichtungsfähigkeit selbst dann erreicht wird, wenn das elastische Dichtungsteil 40 nicht unter hohem Druck gegen die Leiterplatte 30 gepresst wird, sind das Gehäuseteil 10 (die Deckelplatte 12) und die Leiterplatte 30 daher nicht fest miteinander über das elastische Dichtungsteil 40 verbunden. Selbst wenn externe Einwirkungen auf das Gehäuseteil 10 (die Deckelplatte 12) einwirken oder sich das Gehäuseteil 10 thermisch ausdehnt, wird daher der entstehende Druck absorbiert, indem beispielsweise sich das elastische Dichtungsteil 40 verschiebt. Die auf das Gehäuseteil 10 einwirkenden Einwirkungen und andere Drücke wirken daher weniger wahrscheinlich direkt auf die Leiterplatte 30 ein. Auf diese Weise wird das oben beschriebene Brechen von Leiterbahnen und Lötstellen weiter reduziert. In dem Fall, in dem ein O-Ring zwischen der Leiterplatte 30 und dem Gehäuseteil 10 (der Deckelplatte 12) angeordnet ist, muss der O-Ring mit hohem Druck gegen die Leiterplatte 30 gepresst werden, um den O-Ring zusammenzudrücken. Daher müssen strukturelle Komponenten, beispielsweise streben-förmige Vorsprünge, an der inneren Oberfläche des Gehäuseteils 10 bereitgestellt werden. Die streben-förmigen Vorsprünge werden dazu verwendet, den O-Ring von der radial inneren und äußeren Seite des O-Rings zu fixieren. Im Gegensatz dazu können gemäß der vorliegenden Ausführungsform unnötige strukturelle Komponenten, wie beispielsweise streben-förmige Vorsprünge, weggelassen werden. Somit kann die Höhe des Sensors 100 reduziert werden.
  • Beispiele des Schaumgummis, welcher dazu verwendet wird, das elastische Dichtungsteil 40 zu bilden, umfassen Ethylenpropylen-Gummi (ethylene-propylene-rubber – EPDM) und Urethan-Gummi. Wenn das elastische Dichtungsteil 40 unter großem Druck stark zusammengepresst wird, wird dessen Flexibilität beeinträchtigt. Entsprechend muss das elastische Dichtungsteil 40 bei einer Verdichtung zusammengedrückt (komprimiert) werden, welche niedriger als die Porosität (Luftgehalt) des Schaumgummis ist, welcher dazu verwendet wird, das elastische Dichtungsteil 40 zu bilden; d. h. in einem Zustand, in welchem nicht alle Zellen des Schaumgummis vollständig zerdrückt sind. Wenn ferner die Zellen des Schaumgummis, welcher dazu verwendet wird, das elastische Dichtungsteil 40 zu bilden, geschlossene Zellen sind (Zellen werden als unabhängig betrachtet, wenn sie nicht miteinander verbunden sind), kann das Gas, welches die zu detektierende Atmosphäre ist, nicht durch die Zellen des Schaumgummis nach außerhalb entweichen, wodurch die Dichtungsfähigkeit verbessert wird. Daher wird die Verwendung von Schaumgummi mit geschlossenen Zellen bevorzugt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das elastische Dichtungsteil 40 ferner mit dem Gehäuseteil (der Gasführungswand 12b der Deckelplatte 12) verbunden und die innenliegende und außenliegende Oberfläche des elastischen Dichtungsteils 40 sind freiliegend. Wenn das elastische Dichtungsteil 40, wie oben beschrieben, mit dem Gehäuseteil verbunden ist, muss, im Gegensatz zu dem Fall, in welchem ein O-Ring angeordnet ist, keine Haltefuge zum Halten des O-Rings in dem Gehäuseteil (der Deckelplatte 12) gebildet werden und die Herstellung des Gehäuseteils wird einfach. Nachdem ferner die innenliegende Oberfläche des elastischen Dichtungsteils 40 einen Abschnitt der Innenwand der Messkammer 15 bildet, wird die Form des Gehäuseteils einfach und die Menge von Material des Gehäuseteils, welche für die Messkammer 15 verwendet wird, kann reduziert werden. Wenn das elastische Dichtungsteil 40 in einem lastfreien Zustand einen rechteckigen Querschnitt aufweist, erhöht sich ferner der Anteil von flachen Abschnitten der oberen Oberfläche 40a und der unteren Oberfläche 40b des elastischen Dichtungsteils 40, und das elastische Dichtungsteil 40 kann zuverlässiger eng an dem Gehäuseteil 10 und an der Elementanbringungsoberfläche 30a, welche Gegenstücke sind, anliegen. Daher ist bevorzugt, dass das elastische Dichtungsteil 40 in einem lastfreien Zustand einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
  • Als Nächstes wird die Struktur des Sensorelements 60 mit Bezug auf 4 beschrieben. Das Sensorelement 60 hat die Gestalt einer flachen Platte (eine rechteckige Gestalt in Draufsicht) und die Elektroden 63a, 63b, 65a und 65b sind an den vier Ecken der Vorderseite des Sensorelements gebildet und eine Ausnehmung 62, welche in Draufsicht eine rechteckige Gestalt aufweist, ist an der anderen Oberfläche (Rückseite) an einer Position in der Nähe des Zentrums der Rückseite so gebildet, dass die Ausnehmung 62 zur Vorderseite hin konkav ist. Das Sensorelement 60 wird durch Bilden einer isolierenden Schicht auf einem Siliziumhalbleitersubstrat hergestellt. In einem der Ausnehmung 62 entsprechenden Bereich ist ein in einem Spiralmuster geformter, hitzeerzeugender Widerstand 61 in der isolierenden Schicht (nicht gezeigt) eingebettet. Der hitzeerzeugende Widerstand 61 ist ein Widerstand, dessen Widerstandswert sich mit der Temperatur des Widerstands ändert, welche sich wiederum mit der Temperatur der zu detektierenden Atmosphäre (Gas) (insbesondere Wärmefluss hin zu einem brennbaren Gas) ändert, und ist beispielsweise aus Platin (Pt) gebildet. Wenn Wasserstoffgas als ein brennbares Gas detektiert wird, entspricht die Menge der Hitze, welche von dem hitzeerzeugenden Widerstand 61 durch Hitzefluss zu dem Wasserstoffgas entfernt wird, der Wasserstoffgaskonzentration. Somit kann die Wasserstoffgaskonzentration basierend auf einer Änderung des Widerstandswertes des hitzeerzeugenden Widerstands 61 detektiert werden. Das linke Ende des hitzeerzeugenden Widerstands 61 ist mit der Elektrode 63a über eine Leiterbahn 61A verbunden. Das rechte Ende des hitzeerzeugenden Widerstands 61 ist mit der Elektrode (Masseelektrode) 63b über eine Leiterbahn 61B verbunden.
  • Ein Temperatur-Messwiderstand 65 zum Detektieren der Temperatur der zu detektierenden Atmosphäre (Gas) in der Messkammer 15 ist in der isolierenden Schicht (nicht gezeigt) entlang einer der oberen Seiten des Sensorelements 60 eingebettet. Der Temperatur-Messwiderstand 65 ist aus einem elektrisch leitenden Material (z. B. Platin (Pt)) gebildet, dessen Widerstandswert sich relativ zur Temperatur verändert (in der vorliegenden Ausführungsform erhöht sich der Widerstandswert, wenn sich die Temperatur erhöht). Der Temperatur-Messwiderstand 65 ist mit der Elektrode 65a und der Elektrode (Masseelektrode) 65b über einen Verbindungsfilm (nicht gezeigt) verbunden.
  • Es ist unnötig zu sagen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und zahlreiche Modifikationen und Äquivalente umfasst, welche in den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist beispielsweise der Sensor 100 ein Wasserstoffgassensor, welcher ein Typ eines Gassensors ist. Der Sensor 100 kann jedoch ein Sensor für entflammbare Gase sein, in welchem beispielsweise ein Oxidhalbleiter, ein hitzeerzeugender Widerstand oder ein hitzeleitendes Element verwendet werden. Ferner ist der Sensor 100 nicht auf einen Gassensor beschränkt und kann eine andere Art von Sensoren sein, beispielsweise ein Temperatursensor oder ein Feuchtigkeitssensor. Ferner ist die Form des elastischen Dichtungsteils 40 nicht auf diejenige Form der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt. Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform weist das elastische Dichtungsteil 40 eine ringförmige Gestalt auf; d. h. die Gestalt eines runden Rings. Jedoch ist die Gestalt des elastischen Dichtungsteils 40 nicht darauf beschränkt und kann die Form eines vieleckigen Rings, zum Beispiel eines rechteckigen Rings, aufweisen.
  • Ferner ist das Verfahren zum Befestigen des Elements 60 auf die Leiterplatte 30 nicht auf das in der oben beschriebenen Ausführungsform verwendete Verfahren beschränkt, und das Element 60 kann auf der Leiterplatte 30 durch Mittel einer Oberflächenbefestigung, wie sie in 5 gezeigt ist, befestigt werden. Insbesondere ist ein Elementsockel 38 zum Befestigen des Sensorelements 60 an der oberen Oberfläche (Elementanbringungsoberfläche) 30a der Leiterplatte 30 angeordnet. Der Elementsockel 38 ist im Allgemeinen als ein rechteckiger Parallelepiped durch Laminieren einer Vielzahl von (vier in 5) keramischen isolierenden Schichten gebildet, wobei jede der keramischen isolierenden Schichten isolierende Eigenschaften aufweist, und eine Ausnehmung zur Unterbringung des Sensorelements 60 ist gebildet. Das Sensorelement 60 ist an der Ausnehmung des Elementsockels 38 durch ein Klebemittel fixiert, z. B. ein Epoxidharz. Darüber hinaus sind die Elektroden 63a, 63b, 65a und 65b an der Oberfläche des Sensorelements 60 (siehe 4) mit Elektrodenflächen, welche an dem Elementsockel bereitgestellt sind, elektrisch durch Anbindedrähte oder dergleichen elektrisch verbunden. Die Elektrodenflächen des Elementsockels 38 erstrecken sich durch nicht dargestellte interne Leiterbahnen bis zur Rückseite des Elementsockels 38 und sind elektrisch mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 30 verbunden. Auf diese Weise ist das Sensorelement 60 oberflächenbefestigt.
  • Darüber hinaus ist eine Schutzkappe 39 an der oberen Oberfläche des Elementsockels 38 so angebracht, dass die Schutzkappe 39 das Sensorelement 60 bedeckt. Insbesondere ist das Sensorelement 60 dem Gaseinlass 12h zugewandt.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform bilden der von der Elementanbringungsoberfläche 30a, dem Gaseinlass 12h und den innenliegenden Oberflächen des elastischen Dichtungsteils 40 umgebene Raum die Messkammer 15. Es ist jedoch ausreichend, dass das elastische Dichtungsteil 40 als eine Dichtung zwischen der Elementanbringungsoberfläche 30a und dem Gehäuseteil 10 dient und das elastische Dichtungsteil 40 muss nicht einen Teil der Messkammer 15 bilden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Gehäuseteil
    12h
    Gaseinlass
    15
    Messkammer
    30
    Leiterplatte
    30a
    Elementanbringungsoberfläche
    31a–31c
    Leiterbahnen
    40
    Elastisches Dichtungsteil
    40a
    Abschlussoberfläche des elastischen Dichtungsteils, welche dem Gehäuseteil zugewandt ist
    40b
    Abschlussoberfläche des elastischen Dichtungsteils, welche der Elementanbringungsoberfläche zugewandt ist
    60
    Sensorelement
    100
    Sensor
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2008/267948 [0004]

Claims (5)

  1. Sensor, umfassend: ein Sensorelement, welches einer zu detektierenden Atmosphäre ausgesetzt ist und eine vorbestimmte Eigenschaft der zu detektierenden Atmosphäre detektiert; eine Leiterplatte mit einer Elementanbringungsoberfläche, an welcher das Sensorelement befestigt ist; ein Gehäuseteil zum Unterbringen der Leiterplatte, wobei das Gehäuseteil eine Messkammer aufweist, wobei die Messkammer dem Sensorelement zugewandt ist und mit der zu detektierenden Atmosphäre durch einen in dem Gehäuseteil gebildeten Gaseinlass verbunden ist; und ein ringförmiges elastisches Dichtungsteil, welches zwischen der Elementanbringungsoberfläche und dem Gehäuseteil so angeordnet ist, dass das elastische Dichtungsteil an der Elementanbringungsoberfläche anliegt, wobei das elastische Dichtungsteil aus Schaumgummi gebildet ist; wobei wenigstens ein Abschnitt einer dem Gehäuseteil zugewandten Abschlussoberfläche des elastischen Dichtungsteils und wenigstens ein Abschnitt einer der Elementanbringungsoberfläche zugewandten Abschlussoberfläche des elastischen Dichtungsteils flach ausgebildet sind; und wobei das elastische Dichtungsteil zwischen der Elementanbringungsoberfläche und dem Gehäuseteil so angeordnet ist, dass das elastische Dichtungsteil zwischen den flachen Abschnitten der Abschlussoberflächen zusammengepresst ist.
  2. Sensor nach Anspruch 1, wobei eine Leiterbahn auf der Elementanbringungsoberfläche der Leiterplatte gebildet ist und wenigstens ein Abschnitt des entsprechenden flachen Abschnitts des elastischen Dichtungsteils eng an der Oberfläche der Leiterbahn anliegt.
  3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die dem Gehäuseteil zugewandte Abschlussoberfläche des elastischen Dichtungsteils mit dem Gehäuseteil verbunden ist; und wobei eine innenliegende Oberfläche des elastischen Dichtungsteils wenigstens einen Abschnitt einer Innenwand der Messkammer bildet.
  4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Querschnitt des elastischen Dichtungsteils, gesehen in einer zu den flachen Abschnitten senkrechten Richtung, in einem lastfreien Zustand eine rechteckige Form aufweist.
  5. sSensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schaumgummi eine Vielzahl geschlossener Zellen aufweist.
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