JP2009544028A - 圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

本発明の圧力検出装置は、装置全体を支承するためのベース部材と、差し込み方向に沿って延在するまっすぐな支持体と、圧力センサ素子とを有する。本発明によれば、前記ベース部材は所定の圧力のかかった流体を供給する接続管路を有しており、前記支持体の一方の端部に相補的な形状の差し込みコネクタに接続するためのコネクタ部が設けられており、前記支持体の他方の端部は前記ベース部材に接続されており、前記支持体は前記接続管路に接続された圧力管路ならびに該圧力管路と流体をやり取りするために前記差し込み方向に対して横断方向に延在する収容開口部を有しており、前記圧力センサ素子は該収容開口部に圧力密に挿入されており、前記圧力センサ素子の複数の圧力感応面のうち１つが前記圧力管路の圧力に曝されておりかつ前記コネクタ部内のコンタクト素子に信号伝送のために接続されている。

Description

本発明は圧力を伝達する流体を有する管路またはタンクの圧力を検出する圧力検出装置に関する。本発明は特に車両で用いられる圧力検出装置に関連している。

圧力、例えば内燃機関の油圧またはコモンレール機関のレール圧を測定する際には、圧力検出装置と圧力測定すべき流体を有する管路またはタンクへの接続部とのあいだの密閉性について、しばしば高い要求が課される。このため、当該の接続部に対する結合部材として金属接合部材が用いられる。こうした金属接合部材を用いると実装時に大きな締め付け力ないし回転力が得られ、密閉性への高い要求が満足されるという利点がある。また、高温のもとでも圧力検出装置を利用できるようになる。

この場合、通常は、本来の圧力センサ素子、例えばセラミック製の圧力センサ素子または圧電比抵抗式の測定セルが金属接合部材に収容される。当該の圧力センサ素子は典型的にはボンディングワイヤを介して配線板に接続される。圧力検出装置の接続は差し込み接続によって行われるため、圧力検出装置はコンタクト素子を備えたコネクタ部を有する。当該のコネクタ部はふつうフランジ加工によって金属接合部材の相応の部分に接合され、これによりコンタクト素子と配線板の端子との接続が小さく簡単になる。ただし、このコンタクト素子は、導体路や加圧ばねを備えたフレキシブルシートを介して、または、エッジコンタクト（Schneidkontakt）として構成される場合には相応の線路を介して、配線板の相応の端子に接続される。

つまり、こうした圧力検出装置の製造は煩雑である。

したがって本発明の基礎とする課題は、簡単に製造可能な圧力検出装置を提供することである。

この課題は、装置全体を支承するためのベース部材と、差し込み方向に沿って延在するまっすぐな支持体と、圧力センサ素子とを有する圧力検出装置において、前記ベース部材は所定の圧力のかかった流体を供給する接続管路を有しており、前記支持体の一方の端部に相補的な形状の差し込みコネクタに接続するためのコネクタ部が設けられており、前記支持体の他方の端部は前記ベース部材に接続されており、前記支持体は前記接続管路に接続された圧力管路ならびに該圧力管路と流体をやり取りするために前記差し込み方向に対して横断方向に延在する収容開口部を有しており、前記圧力センサ素子は該収容開口部に圧力密に挿入されており、前記圧力センサ素子の複数の圧力感応面のうち１つが前記圧力管路の圧力に曝されておりかつ前記コネクタ部内のコンタクト素子に信号伝送のために接続されている構成により解決される。

本発明の圧力検出装置の有利な第１の実施例の断面図である。 本発明の圧力検出装置の有利な第２の実施例の断面図である。 本発明の圧力検出装置の有利な第３の実施例の断面図である。 本発明の圧力検出装置の有利な第４の実施例の断面図である。 本発明の圧力検出装置の有利な第５の実施例の断面図である。

支持体とは特に全体として見て屈曲されていない基台部を云う。有利には、差し込み方向の支持体の長さは差し込み方向に対して横断方向の長さより大きいが、必ずしもそうでなくてもよい。

こうした圧力検出装置はきわめて簡単に製造できる。なぜなら圧力センサ素子の実装を同時に差し込みコネクタとして機能する収容開口部を通して行えるからである。こうした実装は、支持体とベース部材との接合の前または後に行われる。ベース部材は圧力検出装置を支承するために、あるいは、圧力検出装置と管路またはタンクとを接合するために、あるいは、接続部と管路またはタンクとを接合するために用いられる。

さらに、まっすぐな形状により、圧力検出装置を特に簡単に管路またはタンクへ取り付けることができる。ベース部材の固定もコネクタ部に対して相補的な差し込みコネクタの固定も同じ方向から行うことができ、スペースが小さくて済む。これは特に車両への組み込みにとっていちじるしく有利である。

さらに、圧力センサ素子を支持体に配置することにより、少なくとも部分的にベース部材からの熱分離が達成され、管路またはタンクの温度が変化する場合にも正確な圧力測定が可能となる。また圧力センサ素子の近傍でも圧力伝達流体とベース部材との熱分離が達成され、いっそう高精度の測定が行えるようになる。これは、圧力管路が収容開口部ないし支持体に終端し、圧力検出装置での流体の対流がほとんど生じなくなるため、特に有利である。

ベース部材は基本的には支承に適するものであれば任意の材料から形成することができる。有利には当該の材料は金属である。有利には低価格の簡単な製造によって高い耐性が得られる。特に公知の方法を用いて簡単かつ低コストの成形を行うことができる。

管路またはタンクへの接続のために、ベース部材は基本的には任意の形状に構成することができる。しかし、有利には、ベース部材には内ねじを有する管路またはタンクの開口部へ固定するための相応の外ねじが設けられている。ねじを用いることにより確実な固定だけでなくきわめて良好な接続部の密閉性も得られる。

また、当該の実施例において、フランジ接合部を介して支持体をベース部材へ接続することもできる。このために支持体は特に相応の端部の周にフランジを有しており、このフランジは縁曲げ加工の後にベース部材の相応の部分によって包囲される。

ベース部材は管路またはタンクへの取り付けのための専用構造を必ずしも要しない。例えば、ベース部材は実装の際に鉗子によって把持される円筒状の外面を有することができる。しかし、有利には、ベース部材にはその外面に少なくとも１つの実装用構造体、特に有利には六角形構造体を有する。また有利には支持体の最大直径は六角形構造体の最大直径よりも小さい。こうした構造体は、例えばスパークプラグを締め付ける鍵に類似した差し込み鍵により差し込み方向から実装を行うのに有利である。

圧力管路は基本的に任意の形式で接続管路に接続することができる。ここでは、接続管路の流体が圧力管路の流体へ圧力を伝達するように圧力検出装置を構成すればよい。特に、２つの管路は、流体すなわち気体または液体を交換することができる。例えば、接続管路の流口は圧力管路の流口に直接に対向して配置され、相互に接合される。また、接続管路および圧力管路は例えばベース部材と支持体とのあいだの流体室を介して接続することもできる。

有利な実施形態によれば、圧力検出装置を簡単に製造するために、接続管路と圧力管路のうち接続管路に接続される部分とが直線状に延在している。

圧力管路は基本的に任意の形式で延在させることができる。有利な実施形態では、圧力管路のうち差し込み方向に対して横断方向または斜め方向に延在する端部が収容開口部に通じるように、支持体が構成される。これにより、圧力管路を簡単に製造することができ、特には圧力管路が相互に接続される２つの直線状の部分を有するだけでよい。なお、"斜め方向に延在する"とは、差し込み方向に対して、端部の長手軸線が１°より大きい角度、有利には１０°より大きい角度をなすことであると解されたい。

さらに有利には、圧力管路と収容開口部とのあいだに、圧力センサ素子または支持体を支承ないし載置するウェブが存在している。この実施形態によれば、一方ではコンパクトな構造が達成され、他方では圧力センサ素子または圧力センサ素子を備えた支持体を簡単に収容開口部へ挿入して固定できるという利点が得られる。

基本的には支持体は複数の部分から構成することができる。しかし有利には支持体は一体に構成される。このようにすれば支持体はきわめて安定かつ簡単に製造可能となる。支持体を形成する材料として、金属のほか、セラミック材料およびプラスティック、特に温度耐性を有するプラスティックが用いられる。

支持体は基本的にはまっすぐな形状に構成される。この場合、支持体は、前述した固定用のフランジまたはコネクタ部に対するセットバック領域を備えた突出部を有していてもよい。支持体を特に簡単に製造するために、支持体は少なくともコネクタ部（有利には固定用のフランジ）にいたるまで円筒状の形状を有する。

基本的には、圧力センサ素子は機能に適した任意の方向で収容開口部に配置することができる。ただし有利には、圧力センサ素子は、いずれかの圧力感応面に対する法線が差し込み方向に対して直交または斜交して延在するように配置される。圧力センサ素子をこのように配向すると、圧力センサ素子を支承する支持部材が収容開口部において圧力管路から圧力密に分離されるという利点が得られる。

圧力センサ素子の信号は基本的に支持体の外部で処理される。ただし有利には、圧力センサ素子を評価ないし制御する評価電子回路を支持体に設け、圧力センサ素子からの信号の障害を低減し、電気的接続を簡単化することができる。有利な実施形態によれば、圧力センサ素子とこの圧力センサ素子の信号を制御および／または評価する評価電子回路とが１つのチップ上に集積されており、このチップが信号伝送のためにコンタクト素子に接続、特に接触接続されている。このようにすれば、唯一の要素を支持体に固定するだけでよく、圧力センサ素子から評価電子回路への信号伝送に対する障害場の影響をいちじるしく低減することができる。チップは圧力センサ素子の支持部材と考えることができる。

別の有利な実施形態によれば、圧力センサ素子および評価電子回路は１つの支持部材上に支承されており、評価電子回路は信号伝送のためにコンタクト素子に接続されている。この実施形態においても、唯一の要素を支持体に挿入して固定するだけで足りる。支持体として、特に、セラミックプレートまたは配線板が用いられる。

また、この実施形態においては、チップないし支持部材の端子がコンタクト素子に直接に接触接続されると有利である。このために特にボンディングワイヤまたは他の可撓性の接続線路を用いることができる。もちろん冒頭で言及したコンタクト形成技術を利用してもよい。

チップないし支持部材の固定は基本的に任意の形式で行うことができる。ただし、チップまたは支持部材が支持体に接着されるようにすると実装が簡単となって有利である。また、弾性接合を生じる接着剤を用いて、チップと支持部材とのあいだに生じる機械的応力を補償することもできる。

特に、車両分野で用いられる場合、圧力検出装置はその機能を損なうおそれのある湿分、流体または気体に曝される。こうした影響からの保護を実現するために、有利にはチップまたは支持部材は保護材によって覆われる。保護材は特には断面の収容開口部の面積全体にわたって充填されるジェルである。

さらに、圧力検出装置は収容開口部を閉鎖するカバーを有する。これにより圧力センサ素子、チップ、支持部材ならびに場合により存在する保護材が機械的影響から保護される。

カバーが別の機能を果たしてもよい。つまり、有利な実施形態では、カバーは接続開口を除いて収容開口部を気密に閉鎖している。当該の圧力検出装置は、接続管路内の圧力と接続開口での圧力との圧力差を検出する装置として利用することができる。

また、有利には、圧力検出装置を絶対圧力検出装置として構成することができる。このために圧力センサ素子は絶対圧力を測定できるように構成されている。例えば、圧力センサ素子に既知の圧力の気体を含む基準真空セルを設けることができる。

これに代えて、圧力センサ素子を収容開口部の底面に固定し、この底面と支持体のうち差し込み方向に対して横断方向の表面とのあいだの圧力管路を収容開口部へ通じさせることもできる。この場合、有利には、収容開口部を圧力密に閉鎖するカバーが設けられる。

別の有利な実施形態では、さらに圧力管路に温度センサが配置される。こうした圧力検出装置により、流体の圧力検出だけでなく、温度検出も可能となる。特に有利には、温度センサをコネクタ部のコンタクト素子に直接に接触接続させるとよい。

圧力検査装置は例えば１００ｂａｒまでの種々の領域の圧力を測定することができる。

以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。

第１の実施例の圧力検出装置はベース部材１、プラスティックから成るまっすぐな支持体２、差し込み方向Ｓの一方側の端部に存在する図示されていない差し込みコネクタへの差し込み接続のためのコネクタ部３、差し込み方向Ｓの反対側の端部の固定用フランジ４、チップ５、チップに集積された圧力センサ素子６および圧力センサ素子の信号を評価する評価電子回路を有している。

ベース部材１は金属から成り、圧力伝達流体を有するタンクの接続部の内ねじに対応する外ねじ７と実装用構造としての六角形の外面２１とを有する。もちろん外ねじおよび内ねじを相互に逆に構成することもできる。同じことが差し込みコネクタの構造にも当てはまる。

ベース部材１では外ねじ７の軸線に対して平行に接続管路８が配置されている。当該の接続管路８はベース部材１を通って案内されており、タンクから圧力検出装置へと圧力伝達流体を供給する。

支持体２は差し込み方向Ｓに沿って直線状に延在し、そこにＬ字状の圧力管路９が構成されている。当該の支持体の端部には固定用フランジ４とともに長い脚部１０が存在しており、差し込み方向Ｓで見て直線状に、接続管路８に対して同軸となるように配置されている。こうして接続管路８は差し込み方向Ｓに沿って延在する。

脚部１０の端部は差し込み方向Ｓに対して直交して延在して支持体２内の収容開口部１１に通じている。収容開口部１１は差し込み方向Ｓに対して横断方向に支持体２の外面から内側へ向かって延在しており、チップ５の収容に用いられる。

支持体２のコネクタ部３は相補的な差し込みコネクタのコネクタ領域に対する収容部１２を有する。当該のコネクタ部３に対するコンタクト素子１３の配置されたコンタクトチャネルは収容開口部１１へ達する。

収容開口部１１にはチップ５が配置されており、複数の圧力感応面のうち１つの圧力感応面１４は、差し込み方向Ｓに対して直交する法線を有しており、圧力管路９の端部に対して平行に配向されている。

チップ５は接着剤１５によって支持体２の底部に圧力密に固定されている。ここで、チップの一部は収容開口部１１と圧力管路９とのあいだに配置されたウェブ１６の上に固定されている。

チップ５はボンディングワイヤ１７を介してコネクタ部３のコンタクト素子１２に直接かつ電気的に接触接続されている。障害パルスを防止するために、コンタクト素子１２には保護コンデンサ１８が設けられる。

チップ５の上方の収容開口部１１には保護ジェル１９が充填されており、この保護ジェルによって一方ではチップ５およびボンディングワイヤ１７が覆われて湿分に対する保護が達成され、他方では収容開口部１１の近傍領域からチップ５ないし圧力センサ素子６へ圧力が伝達される。

収容開口部１１はカバー２０によって覆われている。

支持体２はベース部材１上に載置されており、六角形の外面２１の縁曲げ接合によりベース部材１に接続されている。支持体２とベース部材とのあいだの空隙にはシール部材、例えば金属とプラスティックとのあいだを圧力密に封止するＯ形リング２２が配置されており、圧力センサ素子６の検出精度にとって重大な圧力損失は発生しない。

支持体２の直径が六角形の外面２１の最大径よりも小さいことにより、圧力検出装置を六角形の内面へ差し込み鍵により差し込み方向Ｓから簡単に固定することができる。この場合、実装の完成のために、相補的な差し込みコネクタを収容部１２へ同じ方向から差し込むことができる。

図２の第２の実施例の圧力検出装置では、カバーの構造および固定のしかたならびに支持体の構造が図１の第１の実施例と異なる。他の部分については第１の実施例と変わらないので、第１の実施例での説明が該当する要素には図１と同じ参照番号を付してある。

図２の支持体２３は図１の支持体２とは異なって、収容開口部１１を包囲する溝２４を有する。他の部分については第１の実施例と変わらないので、第１の実施例での説明が該当する要素には図１と同じ参照番号を付してある。

図２のカバー２５は、第１に溝２４に嵌合する環状の壁２６を有し、第２に接続開口ないし当該のカバーの下方の領域で圧力伝達流体のタンクに接続される接続開口ないし圧力供給部を有する点で、図１のカバー２０と異なっている。

カバー２５と支持体２３とのあいだには封止材料が存在しており、これらの部材間の空隙に起因する圧力損失が回避される。

このため、この実施例の圧力検出装置は、接続管路８内の圧力と保護ジェル１９に続く圧力供給部２７の圧力との圧力差を検出できる圧力検出装置となっている。

図３の第３の実施例の圧力検出装置では、カバーの固定のしかた、支持体の構造およびチップのタイプが、図１の第１の実施例と異なっている。他の部分については第１の実施例と変わらないので、第１の実施例での説明が該当する要素には図１と同じ参照番号を付してある。

図３の支持体２８は第２の実施例の支持体２３と同様に構成されているが、圧力管路２９が差し込み方向に対して平行に延在し、折れ曲がり個所なしに収容開口部１１へ通じている点のみ異なる。

チップ５に代えて、絶対圧力を測定するために、収容開口部１１の底面に接着される適切なチップ３０が用いられる。チップ３０は図１のチップ５と同様に接触接続され、保護ジェル１９で覆われる。この場合の被覆はカバーと保護ジェルの表面とのあいだの圧力管路２９を収容開口部１１へ通じさせる際に行われる。

カバー２０は圧力密に支持体２８に接続され、カバー２０と支持体２８とのあいだの空隙に起因する圧力損失が回避される。

この実施例の圧力検出装置は絶対圧力検査装置として用いられるのに適している。

図４の第４の実施例の圧力検出装置では、チップのタイプが図１の第１の実施例と異なっている。他の部分については第１の実施例と変わらないので、第１の実施例での説明が該当する要素には図１と同じ参照番号を付してある。

チップ３１では真空密かつ真空密に固定されるチップカバー３２が圧力センサ素子６の上に設けられる。これにより基準真空をなす基準真空セルが形成される。

こうして絶対圧力の測定が可能となる。

図５の第５の実施例の圧力検出装置は、図１の第１の実施例の圧力検出装置に比べて９０゜回転した断面で示されているが、温度センサ３３を用いている点と支持体の構造の点とが図１の実施例と異なっている。他の部分については第１の実施例と変わらないので、第１の実施例での説明が該当する要素には図１と同じ参照番号を付してある。

図５の支持体３４はコンタクト素子３５に対する２つのチャネルを有する点で図１の支持体２と異なっている。この２つのチャネルは支持体３４の他方の端部まで達している。他の部分については第１の実施例と変わらないので、第１の実施例での説明が該当する要素には図１と同じ参照番号を付してある。

圧力管路９の入力領域に温度センサ３３が配置されており、この温度センサは直接にコンタクト素子３５に接続されている。温度センサ３３は接続管路８にも存在しているかまたは接続管路８へ突出している。また、温度センサ３３を、接続管路８を経て少なくとも部分的にベース部材１から突出させてもよい。こうした実施例により、温度測定の応答時間を短縮することができる。

このようにして圧力検出と同時に、圧力伝達流体の温度を検出することができる。

温度センサは別の実施例においても相応に配置することができる。

他の実施例では、１つまたは複数のチップに代えて、評価電子回路および圧力センサ素子を備えた配線板を設けることができる。この配線板はチップと同様に前述した実施例に相応に支承され、コンタクトが形成される。

Claims (16)

1. 装置全体を支承するためのベース部材と、差し込み方向に沿って延在するまっすぐな支持体と、圧力センサ素子とを有する圧力検出装置において、
   前記ベース部材は所定の圧力のかかった流体を供給する接続管路を有しており、
   前記支持体の一方の端部に相補的な形状の差し込みコネクタに接続するためのコネクタ部が設けられており、前記支持体の他方の端部は前記ベース部材に接続されており、前記支持体は前記接続管路に接続された圧力管路ならびに該圧力管路と流体をやり取りするために前記差し込み方向に対して横断方向に延在する収容開口部を有しており、
   前記圧力センサ素子は該収容開口部に圧力密に挿入されており、前記圧力センサ素子の複数の圧力感応面のうち１つが前記圧力管路の圧力に曝されておりかつ前記コネクタ部内のコンタクト素子に信号伝送のために接続されている
   ことを特徴とする圧力検出装置。
2. 前記接続管路と前記圧力管路のうち前記接続管路に接続された部分は直線状に延在している、請求項１記載の圧力検出装置。
3. 前記支持体は、前記圧力管路のうち前記差し込み方向に対して横断方向または斜め方向に延在する端部が前記収容開口部に通じるように構成されている、請求項１または２記載の圧力検出装置。
4. 前記圧力管路と前記収容開口部とのあいだに、前記圧力センサ素子または前記支持体を支承ないし載置するウェブが存在している、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力検出装置。
5. 前記支持体は一体に構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力検出装置。
6. 前記支持体は少なくとも前記コネクタ部までは円筒状の形状を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力検出装置。
7. 前記圧力センサ素子は、１つの圧力感応面に対する法線が前記差し込み方向に対して直交または斜交して延在するように配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧力検出装置。
8. 前記圧力センサ素子と該圧力センサ素子の信号を制御および／または評価する評価電子回路とが１つのチップ上に集積されており、該チップは信号伝送のために前記コンタクト素子に接続、特に接触接続されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の圧力検出装置。
9. 前記圧力センサ素子および前記評価電子回路は１つの支持部材上に支承されており、前記評価電子回路は信号伝送のために前記コンタクト素子に接触接続されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧力検出装置。
10. 前記チップまたは前記支持部材は前記支持体に接着されている、請求項９記載の圧力検出装置。
11. 前記チップまたは前記支持部材は保護材によって覆われている、請求項９または１０記載の圧力検出装置。
12. さらに前記収容開口部を閉鎖するカバーが設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の圧力検出装置。
13. 前記カバーは接続開口を除いて前記収容開口部を気密に閉鎖する、請求項１２記載の圧力検出装置。
14. 前記圧力センサ素子は絶対圧力を測定するセンサである、請求項１から１３までのいずれか１項記載の圧力検出装置。
15. 前記圧力センサ素子は前記収容開口部の底面に固定されており、該底面と前記支持体のうち前記差し込み方向に対して横断方向に延在する表面とのあいだの前記圧力管路は前記収容開口部へ通じている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の圧力検出装置。
16. さらに前記圧力管路に温度センサが配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の圧力検出装置。

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