JP2011257393A - 密閉封止された圧力感知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が比較的容易である頑丈な密封流体圧力感知装置を提供する。
【解決手段】支持構造１２ａと当該支持構造に取り付けられたダイアフラム１２ｂを有する圧力感知変換器１２を含み、ダイアフラムは、流体接触面を有する。ハウジング１６は、底壁と当該底壁から上方に延在するハウジング側壁１６ｆによって規定された変換器受け取り空洞を有する。底壁には、流体圧力受け取り窪みが形成され。流体圧力ポート１６ｃは、流体圧力受け取り窪みに連通するようにハウジング内に形成される。ダイアフラムは、支持構造と流体圧力受け取り窪みとの間に位置決めされ、支持構造の側壁の周囲のシール１８の材料は、圧力感知変換器をハウジング内に固定し、かつ密閉シールを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して圧力感知装置に関し、特に流体圧力感知装置に関する。

本発明の譲受人へ譲受された特許文献１で表されるような公知の圧力センサは、セラミックベースに対して近接し、封止され、かつ覆うように搭載された薄いセラミックのダイアフラムと、キャパシタプレートとして機能するようにダイアフラムとベースの対向する各面に付着され金属被覆とを有する容量性圧力感知変換器を含む。キャパシタプレートは、予め決められた近接した関係に配置され、各々がキャパシタを形成する。特許文献１は、参照することにより本出願に含まれる。キャパシタプレートに接続された変換器端子は、変換器ベースの対向する面に配置され、変換器端子に接続された信号条件付け電気回路は、変換器上に搭載される。電気的絶縁材料のコネクタ本体は電気回路上に適合され、かつ変換器が収容されるキャビティを有するハウジングに固定される。ハウジングには、監視されるべき流体圧力源との接続のためのポートが形成され、フレキシブルなＯリングが金属ハウジング内のポートの周囲に着座され、変換器がＯリングに抗してバイアスされて流体のシールを形成し、窪み内の流体に露出されたダイアフラムで流体受け取り窪みを形成する。流体は、液状もしくはガス状のあらゆる物質であることができる。そのような構成において、ダイアフラムは、加えられた圧力の変化に応じて可動し、ダイアフラムに加えられた圧力の変化に応じてキャパシタの容量を変化させ、電気回路は、加えられた圧力に応じた電気出力信号を提供する。

上記タイプのセンサは非常に有効ではあるが、Ｏリングシールに使用されるエラストマーに対して腐食するいくつかの流体がある。さらに、Ｏリングシールは、エタノール、メタノールおよびは燃料のような流体に対して浸透可能であり得る。例として、いくつかの添加物を有する自動車の流体は、典型的なエラストマーには不適合である。自動車の流体の例は、エタノールやメタノールを加えられたガソリンやバイオディーゼルのようなエコロジカルな燃料である。

感知素子をチャンバ内に配置すること、圧力伝達流体として機能するようにチャンバが比較的非圧縮性のオイルで充填されたチャンバをフレキシブルなダイアフラムで封止することは、特許文献２で表されるように従来より行われている。このアプローチは、感知されるべき流体の、例えば圧力のような状態を感知するのに使用されることができ、流体は感知素子に対して腐食性がある。しかしながら、このアプローチは、チャンバ内を真空に引き、チャンバを再度オイルで充填し、感知される流体の圧力に両立する封止を提供する、といった数多くのプロセス工程を必要とする適切なパッケージの製造において比較的高価な解決策である。

本発明の譲受人に譲渡された特許文献３に表されたような公知の圧力センサは、圧力感知素子が収容されるキャビティに繋がる流体支持ポートが、当該ポートを含むキャビティの部分上に延在するフレキシブルな金属ダイアフラムを備えた金属ハウジングを含む。この特許文献３は、参照により本出願に組み込まれる。金属ダイアフラムは、溶接またはろう付け等によってハウジングに密封して取り付けられる。セラミック圧力感知ダイアフラムを有する圧力感知素子は、キャビティ内に配置され、セラミックダイアフラムが金属ダイアフラムに抗して配置されるが、エラストマー材料のような、好ましくはいくぶん弾性のあるプラスチック材料の薄い中間層がその間に介在される。流体圧力は、フレキシブルな金属ダイアフラムと中間層を介してセラミックダイアフラムへ伝達され、中間層は、効果的にヒステリシスを緩和する。しかしながら、これは、金属ダイアフラムをポートに溶接またはろう付けし、中間層を金属ダイアフラムとセラミック圧力感知ダイアフラムとの間に位置決めする、といった多くのプロセス工程を必要とする適切なパッケージの製造においては、比較的高価な解決策である。

米国特許第４，８７５，１３５ 米国特許第７，２３１，８３０ 米国特許第６，２７２，９２７

本発明の目的は、上記で述べた従来技術の制約のない流体圧力センサを提供することである。さらに本発明の目的は、ヒステリシスがほとんどないか全くなく正確であり、（バイオ）燃料のような苛酷な圧力媒体に対して信頼性があり、長持ちし、かつ／または頑丈である、センサに圧力を伝達するための圧力伝達面を有する、密封された流体受け取りチャンバを有する流体圧力センサを提供することである。

本発明によれば、上記の目的は、請求項１に記載の特徴を有する装置により達成される。本発明を実施するための有利な実施例およびさらなる方法が、従属クレームで述べられた方法によって達成されることができる。

本発明によれば、装置は、圧力感知変換器と、コネクタ本体と、ハウジングとを含む。圧力感知変換器は、支持構造と、当該支持構造に取り付けられたダイアフラムとを有し、当該ダイアフラムは、流体圧力に露出されるべき流体接触面を有する。コネクタ本体はそこにコネクタ端子を有する。ハウジングは、コネクタ本体と共にチャンバを形成する。電気回路は、チャンバ内に配置され、変換器およびコネクタ端子に電気的に接続され、ダイアフラムに印加された圧力に対応する電気信号を提供する。ハウジングは、底壁と、当該底壁から上方へ延在するハウジング側壁とによって規定された変換器受け取り空洞(チャンバ)を含む。底壁には、流体圧力受け取り窪みが形成される。流体圧力ポートは、流体圧力受け取り窪みと連絡して、ハウジング内に形成される。ダイアフラムは、支持構造と流体圧力受け取り窪みとの間に位置決めされ、支持構造の側壁の周囲のシールは、圧力感知変換器をハウジング内に固定し、かつ密閉シールを提供する。

これらの特徴は、少ない部品を有する圧力感知装置の製造を可能にする。特許文献３で示された装置と比較すると、ハウジングに溶接されたフレキシブルな金属製ダイアフラムと、プラスチック材料の中間層は必要とされない。本発明による封止（シール）メカニズムは、ガラスの圧縮と金属ポート内のセラミック感知素子に基づく。すなわち、ハウジングもしくは支持部材と、圧力感知変換器との組み合わせが加熱される。液化されたガラスは、支持構造とポートもしくは支持部材との間のエリアに流れる。ポートもしくは支持部材の材料は、熱膨張係数（ＣＴＥ）が、セラミック感知素子のＣＴＥよりも大きくなるように選択される。結果として、冷却により、材料は、支持構造よりも速い速度で収縮し、支持構造とハウジング／支持部材との間のガラスを圧縮し、密閉シールを形成する。支持構造での封止は、感知とシールの機能を完全に分断することを可能にし、すなわち、支持構造の圧縮封止は、オフセット変化となったり、圧力感知装置の寿命を超えたドリフトにはならない。

ある実施例では、圧力感知変換器の支持構造の周辺のシール材料は、半径方向に圧縮される。別の実施例では、圧力感知変換器は、偏向の中立面を有し、シール材料は、当該中性面の高さで半径方向に圧縮される。これは、圧力感知変換器が圧力の荷重によってシール材料の位置に当初から保持される、という利点がある。さらに、圧力は封止の強度を増加させ、クラックが封止を介して伝播するのを抑制し、ガラスがクラック形成に対して脆弱でないようにする。圧縮されたシールは、ハウジングの熱膨張係数（ＣＴＥ）が、シール材料のＣＴＥおよび支持構造のＣＴＥよりも大きくなるように、ハウジング、シールおよび支持構造の材料を選択することによって得られることができる。さらに、偏向の中立面の高さで作用する力は、ほとんど変換器の偏差という結果にはならず、つまり、ダイアフラムに作用する圧力を表す変換器の電気的特性の変化、すなわち、オフセットおよび／もしくはゲインに対してである。ガラスの準安定状態が原因となる、圧力センサのライフサイクル中の偏向の中立面周辺のシール材料の圧縮圧力の変化は、変換器の注目すべき曲げにはならず、それゆえ、圧力感知装置の電気的特性の顕著な変化とはならない。

ある実施例においては、シール材料は、圧力感知変換器を直接的にハウジングへ固定する。この特徴は、製造が比較的容易である頑丈な密封流体圧力感知装置を提供する。

さらなる実施例では、封止空間(シールスペース)は、側壁と支持構造との間に存在し、封止空間は、封止前にシール材料を受け取るよう構成されたバッファ部分と、密封封止を提供するよう構成された封止部分と、ハウジング内に圧力感知変換器を整列するよう構成されたアライメント部分とを含む。これら特徴は、圧力感知装置を効率的に製造し、かつ高い歩留まりを有するという利点をもつ。その他の実施例では、ダイアフラムは境界面を有し、封止空間はさらに、アライメント部分からダイアフラムの境界面に沿ってハウジングの環状のプラットフォームまで延在するアンダーカット部分を有し、環状のプラットフォームには、ダイアフラムの流体接触面が位置決めされる。シール材料がアンダーカット部分を満たしたとき、この材料は、支持構造とダイアフラムと一緒に結合する結合材料を流体から封止する。これにより、感知されるべき流体に感度が良い結合材料を使用することができる。

有利な実施例では、封止空間は、バッファ部分の第１の幅と、封止部分の第２の幅と、アライメント部分の第３の幅とを有し、第１の幅≧第２の幅＞第３の幅である。

ほかの実施例では、支持構造の環状の窪みは、バッファ部分の一部を形成する。この特徴は、シール材料を提供するため、より広いバッファ部分を提供することで、バッファ部分のシール材料のプリフォームを位置決めすることを可能にする。

本発明の実施例では、支持構造の側壁は、ダイアフラムからほぼアライメント部分に近接する位置まで側壁にそって上方に延在するノッチを含む。この特徴は、封止工程中に、バッファ部分からアンダーカット部分へシール材料が流れるのを防止する。

他の実施例では、装置はさらに環状の位置決め部材を含み、環状の位置決め部材は、内側リムでダイアフラムの流体接触面に隣接し、外部リムでハウジング側壁の環状のエッジに隣接し、環状の位置決め部材はさらに、ダイアフラム近傍でハウジングから離間されるように構成される。これらの特徴は、支持構造がハウジング側壁の間で固定される構造を提供し、一方で、ダイアフラムに及ぼす、ハウジング内の変化する力の影響が低減される。

米国特許５，１８６，０５５号は、歪み感知素子を有するダイアフラムを利用するタイプの圧力感知変換器を開示していることに留意すべきである。ダイアフラムは、中間支持部材に結合され、当該中間支持部材は、次いでメイン支持部材に結合され、メイン支持部材は、支持カラーに結合され、かつ、封止ガラスにより支持カラーに密封封止される。封止ガラスおよび支持カラーは、メイン支持部材よりもより大きい熱膨張係数を有し、高温での圧縮タイプのシールを生成する。この構造は、流体圧力に抵抗しなければならないいくつかの結合を含み、これに対し、本発明によれば、支持構造とダイアフラムとの間の結合は、流体圧力によって圧縮される。さらには、本発明による構造は、組み付けられた高さの低減および圧力感知装置の接続部材を提供する。

本特許出願で述べられた種々の態様は、結合することができ、また、分割特許出願のために各々が分離されることが考慮されることが明らかであろう。本発明のその他の特徴および利点は、例えば、本発明の好ましい実施例の様々な特徴によって、添付の図面とともに、以下の詳細な説明によって明らかとなる。

本発明のこれらの、もしくはその他の観点、性質および利点や詳細は、図を参照して、例示的な実施例である以下の詳細な説明に基づいて説明さる。参照番号は類似のもしくは対応する部分を示す。
図１は本発明による装置の第１の実施例の断面図である。 図２は図１で表された実施例の密封封止領域の拡大図である。 図３は封止工程前の第２の実施例の断面図である。 図４は封止工程後の第２位の実施例の断面図である。 図５は第１および第２の実施例の使用に適した変換器の実施例の斜視図である。 図６は本発明の第３の実施例の密封封止領域の拡大図である。 図７は第３の実施例の断面図である。 図８は第４の実施例の断面図である。 図９は第５の実施例の断面図である。 図１０は第６の実施例の断面図である。 図１１は本発明の第６の実施例の密封封止領域の拡大図である。

図を参照すると、図１の番号１０は、本発明により改良されたセンサ装置の第１の実施例を示し、センサ装置は、アルミナもしくはそれと同等のもので形成されたセラミックベースまたは支持構造１２ａと、同様の材料から形成されたダイアフラム１２ｂとを有する容量型圧力感知素子または変換器１２を含むよう示され、ダイアフラム１２ｂは、セラミックベース上に搭載され、セラミックベースに近接し、封止され、その上を覆う。薄い金属被覆（図示しない）は、セラミックベースとダイアフラムの対向する内側の面に配置され、キャパシタプレートとして機能する。電気的リード、これらのうちの２つのリード１２ｃが図面に示され、電気的リード１２ｃは、条件付けエレクトロニクス１４への取り付けのため、セラミックベースを介してコーティングから上方に延在する。変換器１２は、真鍮やテンレス鋼、アルミニウム、またはセラミック材料のような適切な材料から形成された六角ポートハウジング１６に形成されたキャビティ(空洞)内に収容される。六角ポートハウジング１６は、好ましくは、ねじ付き結合部分１６ｂを用い組立を容易にするため、六角形状に配置された平坦な表面（図示しない）が形成されたベース部分１６ａを有する。流体受け取り通路１６ｃは、結合部分１６ｂを通して、周辺に延在する環状のプラットフォーム１６ｅが形成された底壁の窪んだチャンバ１６ｄへと延在する。

六角ポートハウジング１６には、概して円筒状の内面と六角形状に配置された平坦な面によって形成された外表面とを有する側壁１６ｆが形成される。ハウジング側壁１６ｆは、１６ｈで細められ、コネクタハウジング２４への圧縮取り付けを容易にする。コネクタハウジング２４は、適切な電気的絶縁材料から形成され、かつ、変換器上に位置された凹部が形成されたベース部分２４ａを有し、さらに、上記の特許文献１に開示されるように、従来の条件付けエレクトロニクス１４を収容する。コネクタハウジング２４は、条件付けエレクトロニクス１４に取り付けるため、図にその１つが示された感知装置端子２６を搭載する。細められた壁部分１６ｈは、コネクタハウジングのベース２４ａの外周部分に圧着されて、感知装置の組み立てを完成させる。ダイアフラムをベースから離間させかつ当該２つの部材間の空洞を封止するために、それらの間（図示しない）に配置されたガラスの存在により、感知素子のセラミックダイアフラム１２ｂの外周部分は、ベース１２ａに対して不動である。ダイアフラムの不動の部分は、プラットフォーム１６ｅに受け取られ、窪んだチャンバ１６ｄがセラミックダイアフラムの可動部分に整合される。

密閉シール１８は、円筒状の側壁の内面と支持構造１２ａとの間の外周のガラスシールにより提供される。この方法では、変換器はハウジング内で移動しない。密閉シールの材料は、ガラスであり、より好ましくは、低温度の封止ガラスであり、特に、支持構造１２ａとダイアフラムとの間に位置されたガラスのガラス遷移温度よりも低いガラス遷移温度を有するガラスである。密閉シール１８の材料は、好ましくは、少なくとも圧力感知変換器１２の曲げの中立面の高さでの半径方向の圧力を受ける。曲げの中立面は、変換器の外周の位置に対応し、圧力荷重は、支持部材１２ａおよびダイアフラム１２ｂを曲げることなく作用することができる。支持構造１２ａは、圧力感知変換器１２の強度を提供するので、曲げの中立面は、支持構造１２ａの高さの約半分である。本発明で言う半径とは、圧力の荷重がダイアフラムの面と実質的に平行な方向に主要なベクトル成分を有することを意味する。ダイアフラム、すなわち圧力感知素子が、支持構造１２ａと窪んだ圧力チャンバを提供するハウジングのベース部分１６ａとの間にあるという、この構造の利点は、コネクタハウジング２４のベース部分２４ａが変換器１２に直接に位置決めされ、かつ、ダイアフラム１２ｂにストレスを与えることなくハウジング１６に取り付けられることができるということである。密閉シールは、特許文献３に示されるような支持プレートの提供をなくし、比較的大きな荷重を用いた圧着により、センサが晒される流体圧力に耐えることを可能にし、圧着作業によって過度の荷重が変換器の圧力感知部分に加えられるという懸念をすることがない。シール材料から変換器に作用する力が、実質的に曲げの中立面の周りで対称であるように設計されたシール領域を有することによって、曲げの中立面の上方のモーメントは、実質的に曲げの中立面の下方のモーメントに等しい。密閉シールは、流体圧力によるコネクタハウジング２４に作用する力を著しく減少させる。流体圧力は、シールを介して側壁１６ｆへ伝達される。従って、細められた壁部分１６ｈを圧着することによって、比較的低い圧着荷重は、コネクタハウジング２４を六角ポートハウジング１６に取り付けるのに十分である。

図２は、図１で示された実施例の密閉シール領域の拡大図を表す。密閉シール領域２２は、変換器１２の支持構造１２ａと側壁１６ｆの内面との間のギャップもしくは間隔によって規定される。密閉シール領域２２は、４つの領域または部分を含み、すなわち、バッファ部分２２ａ、封止部分２２ｂ、アライメント部分２２ｃ、アンダーカット部分２２ｄを有する。バッファ部分もしくは集合部分２２ａは、封止前にシール材料を受け取るように構成される。封止部分２２ｂは、支持構造１２ａとハウジング１６との間に密閉シールを提供するように構成される。アライメント部分２２ｃは、ハウジング内に受け取られたときに変換器を位置決めし、かつシール材料が下方へ流れるのを防げるように構成される。アンダーカット部分２２ｄは、シール材料がダイアフラムの活性領域のもとへ流れるのを防ぐように、すなわち、ダイアフラム１２ｂとハウジング１６との間に直接的に強固な構造を形成することがないように構成される。このような強固な構造は、ハウジング内のトルク力もしくは他の変化する力を図示しない圧力感知素子を含むダイアフラム１２ｂへ直接伝達し、誤差を測定する結果となる。この影響は、ベース１６ａが薄すぎる場合、すなわち十分に硬くない場合に、測定することができる。ダイアフラムは、環状のプラットフォーム１６ｅ上に置かれていることに留意すべきである。これは、ダイアフラムが環状のプラットフォーム１６ｅに対して依然として水平に移動可能であるので、強固な結合ではない。

図２から理解されるように、アンダーカット部分は、ダイアフラムの円筒側に沿って、支持構造１２ａに隣接しているところから、流体圧力に晒されたダイアフラムの流体に直面する面の下方にまで延在する。ダイアフラムの活性領域は、ハウジングやシール材料のどれとも接触することにはならないことに留意すべきである。活性領域は、流体の圧力が変化するときに、変換器の支持構造に対して移動するダイアフラムのエリアである。非活性領域は、概して、結合材料によって支持構造に結合されたダイアフラムの部分に対応する。好ましくは、シールを形成する封止材料の溶融温度は、ダイアフラムを支持構造に結合するための結合材料の溶融温度よりも低い。

密閉シール１８は、以下のプロセス工程によって作ることができる。変換器１２は、六角ポートハウジング１６内に形成されたキャビティ内に収容され、そして、環状のプラットフォーム１６ｅに位置決めされる。ディスペンスシリンジ２８を利用して、ガラスペーストもしくはパウダーがバッファ部分２２ａへ注入される。これとは別に、ピックアンドプレース機械を利用することにより、バッファ部分にプリフォームが置かれる。プリフォームは、前もってプレスされた焼結されたガラスのリング／形状であることができる。加熱中に、ガラスペースト中の溶剤が蒸発する。ガラスは、毛管現象および／または重量方向により、封止部分２２ｂへ流れる。ハウジング１６の材料、シール材料および支持構造１２ａは、冷却後に圧縮されたシールが形成されるように選択された。それゆえ、ハウジングの熱膨張係数ＣＴＥは、支持構造の熱膨張係数ＣＴＥおよびシール材料の熱膨張係数ＣＴＥよりも大きい。シール材料として、あらゆるタイプのガラスを使用することができ、それらは、ペースト、プリフォーム、もしくはパウダーの形態であることができる。

さらに図２から理解されるように、封止空間２２は、バッファ部分の第１の幅と、封止部分の第２位の幅と、アライメント部分の第３の幅と、アンダーカット部分の第４の幅とを有する。第１の幅＞第２の幅＞第３の幅であり、また、第４の幅＞第３の幅である。バッファ部分２２ａは、十分なシール材料を受け取るのに十分な幅であるべきで、封止部分２２ｂに連続的なガラスシールを提供する。封止工程の加熱中に、有機物の材料は、シール材料からグレーズ（薄い膜が形成）されるので、バッファ部分２２ａは、封止部分２２ｂよりも大きくあるべきである。封止部分２２ｂの体積より大きな体積のシール材料が要になる。

ガラスペーストの代わりに、シール材料がプリフォームされたリングを使用することができる。図３は、封止工程前の第２の実施例の断面図である。この実施例では、プリフォームされたリングは、２０で示される。バッファ部分２２ａは、支持構造の環状の窪み１２ｅによって、その側面からダイアフラムが取り付けられる対向する側面まで広げられる。図４は、封止工程後の第２の実施例の断面図である。

従来の圧力感知素子１２は、外側の円形面に、素子１２の上面から下面まで延在するノッチ１２ｄを含む。ノッチは、セラミック圧力感知素子の製造工程中に、位置決め表示および位置決め手段として使用される。封止工程中、シール材料は、好ましくは、ノッチの開口を介して流れ、封止部分２２ｂの環状シールの不規則なものとなる。最悪の場合、ノッチ付近にあるすべてのシール材料は、ノッチを通過して流れ、シールの開口となる。これを避けるために、セラミック圧力感知素子１２は、外側の表面に、ダイアフラムが位置される感知素子の下面から支持構造１２ａの半分まで延在するノッチを含む。好ましくは、ノッチは、ダイアフラムから上方に側壁に沿ってアライメント部分のほぼ近傍の位置まで延在し、すなわち、ノッチは、封止部分２２ｂにまで到達すべきでない。図５は、ダイアフラム１２ｂから上方に支持構造１２ａの半分の高さまで延在するノッチ１２ｄを含む変換器１２の実施例の斜視図である。

図６は、本発明の第３の実施例の密閉シール領域の拡大図を表す。この実施例では、圧力感知装置はさらに、環状の位置決め部材３０を含む。環状の位置決め部材３０は、圧力感知素子１２を受け取るよう構成される。環状の位置決め部材３０は、ハウジング側壁１６ｆの環状エッジに隣接する外側リムを含む。環状の位置決め部材３０はさらに、セラミック圧力感知素子を受け取った後に、ダイアフラム１２ｂの流体接触面に隣接する内側リムを含む。環状の位置決め部材はさらに、ハウジングの近接した距離にまたはダイアフラムと水平であるように構成される。環状の位置決め部材のディンプル（図示しない）は、圧力感知素子のアライメントを提供するために形成されることができる。封止空間２２は、セラミック圧力感知素子１２と、ハウジング側壁１６ｆの内側の面と、環状の位置決め部材３０との間の空間によって規定される。封止空間２２は、本実施例では、３つの部分を、すなわち、バッファ部分２２ａと、封止部分２２ｂと、残りの部分２２ｅとを含む。バッファ部分２２ａは、封止工程前に、シール材料を受け取るように構成される。封止部分２２ｂは、密封封止を提供するシール領域である。残りの部分２２ｅは、封止部分から内側リム３０ｂまで延在し、封止工程でシール材料によって均一に充填されるのに十分な幅があり、かつ、ダイアフラム１２ｂと支持構造１２ａとの間の結合材料を流体から封止する。封止工程後に、封止部分２２ｂのシール材料は、圧縮される。残りの部分２２ｅでは、シール材料は、位置決め部材３０と封止部分２２ｂの下方の側壁１６ｆとの間の自由な空間により、支持構造１２ａとハウジング１６との間のシール材料よりも、ほとんど圧縮されない。本実施例の利点は、変換器１２を収容する六角ポートハウジング１６の簡単な凹部の構造である。さらに、変換器の高さに沿ったノッチを有する従来の変換器を使用することができる。最後に、ダイアフラムは、六角ポートハウジング１６から間隔を保たれ、このことは、六角ポート内のストレスがダイアフラムに伝達されるのを著しく減少させる。

図７は、本発明の第３の実施例の断面図を表す。これは最も簡単な実施例である。本実施例では、シール領域は、バッファ部分２２ａと、封止部分２２ｂ'と、アライメント部分２２ｃとを含む。アライメント部分２２ｃは、ダイアフラム１２ｂの境界に沿っている。さらに、アライメント部分２２ｃは、環状のプラットフォーム１６ｅに到達する。本実施例では、シール材料は、ダイアフラムに沿ってアライメント部分に流れ、ダイアフラム１２ｂを支持構造１２ａに結合する結合または接着材料（図示しない）のためのシールを形成する。封止部分２２ｂ'の幅は、バッファ部分２２ａの幅と等しくすることが可能であることに留意すべきである。

図８は、第４の実施例の断面図である。本実施例では、スペーサー３２は、変換器を六角ポートハウジング１６内に位置決めするために使用される。スペーサー３２は、それが支持構造１２ａにクランプされるような方法で、支持構造１２ａの周囲を摺動される金属製の薄いリングである。さらに、ハウジング１６は、変換器がハウジング内に受け取られたとき、スペーサー３２が位置決めされる支持部分を含む。スペーサーは、シール材料がスペーサー３２を通過しアライメント部分２２ｃへと流れるのを防ぐ。さらに、スペーサーは、変換器の曲げの中立面周辺の圧力のもとでスペーサーがシール材料のみをもつことを可能にする。従って、スペースは、その境界がハウジングに接触しないハウジング内にダイアフラムを位置決めするためのアライメント構造として機能する。その他の実施例では、図示しないが、ダイアフラムは、ハウジング１６の環状プラットフォームからある程度の距離を置いている。本実施例では、ダイアフラムは、ハウジング１６との直接の接触を持たず、流体はスペーサー３２に到達する。

図９は、第５の実施例の断面図である。本実施例では、ガラスシールカップ３４が提供されて、変換器１２とハウジング１６との間の支持部材３４を形成する。ガラスシールカップ３４は、環状の形態を有し、変換器１２を収容するの空洞を形成する。ガラスシールカップ３４は、六角ポートハウジング１６に溶接されるのに適した材料から成る。支持構造１２ａの円形の側壁とガラスシールカップ３４との間の空間は、ガラスの密閉シールを形成し、かつ、変換器をガラスシールカップ３４内に押し付けるために使用される。変換器をガラスシールカップ３４に押し付けた後に、ガラスシールカップ３４の外側リム３４ｂは、ハウジング１６の環状のプラットフォーム１６ｅに溶接される。本実施例の利点は、変換器が支持部材によってハウジングから距離を持って位置決めされることであり、これは、ハウジング内のトルク力に対する感度を減少させる。さらに、ガラスシールカップ３４の内側リム３４は圧力に抵抗し、変換器をハウジング内の所定位置に保ち、一方で、シール材料が、ガラスシールカップ３４と変換器１２との間に強固なシールを形成する。本実施例では、シール材料に高い圧縮力を持たせる必要がない。シール材料は、シール材料がダイアフラムの活性領域に接触しない限り、ダイアフラムの周囲に存在することが可能であることが明らかであろう。

図１０は、第６の実施例の断面図である。本実施例では、環状のプラットフォーム１６ｅ'は、六角形状に配置された平坦な表面１６ａを含むハウジングのベース部分から距離を持って位置される。窪んだチャンバ１６ｄ"は、ベース部分１６ａから上方に延在する窪んだチャンバの側壁１６ｇによって拡大される。窪んだチャンバの側壁１６ｇは、圧力センサ装置を搭載するときにベース部分１６ａにもたらされたトルク力に対する圧力センサの感度を減少させる。

図１１は、本発明の第６の実施例の密閉シール領域の拡大図である。本実施例では、ハウジング１６は、変換器１２の側壁に関して角度をつけられたアライメント表面を含む。アライメント表面は、ダイアフラム１２ｂが位置決めされたところの間に円錐状の表面を形成する。シール領域は、変換器１２に隣接する、バッファおよび封止部分の組合せ２２ａ'を含み、シールを提供する。バッファおよび封止部分の組合せ２２ａ'は、ダイアフラム１２ｂの方向に向けて狭くなり、アライメント部分２２ｃを通過して、シール領域のアンダーカット部分２２ｄ'として連続する。バッファおよび封止部分の組合せ２２ａ"とアンダーカット部分２２ｄ'間の非常に短く狭い遷移は、シール材料、すなわちガラスが、封止部分２２ａ"からアンダーカット部分２２ｄ'へと容易に流れることを可能にする。ダイアフラムが配置された環状のプラットフォーム１６ｅ'は、シール材料が窪んだチャンバ１６ｄ"内に流れるのを抑制する。

変換器１２ａ、１２ｂに沿ったハウジングの厚さと、シール材料のためのギャップを形成する、ハウジングと変換器間の距離は、シール材料の圧力と、変換器の側壁に作用する力とを決定する。ハウジングの壁が厚くなればなるほど、シール材料の圧力が高くなり、その結果、変換器に作用する圧力も高くなる。図１１から理解されるように、ハウジングは、変換器／支持構造１２ａの上部に隣接してより厚くなっている。これは、変換器の曲げの中立面の高さで、シール材料の圧力が最も高くなるという結果となる。曲げの中立面は、変換器の高さのおおよそ中間にある。

上記の実施例では、容量型の圧力感知素子が本発明の例示に使用される。しかしながら、容量型の圧力感知素子の代わりに、歪みゲージがダイアフラムに取り付けられることができ、それ故、ピエゾ抵抗圧力感知素子を提供することができる。変換器はまた、支持構造とダイアフラムとを含むピエゾ抵抗圧力感知素子の形態であることができ、ここで、ダイアフラムが、センサ装置内において支持構造と窪んだチャンバとの間に位置決めされ、チャンバは、使用中に流体を含む。さらに、実施例は、円筒状の容量型の圧力感知素子を開示する。本発明はまた、四角形状の圧力感知素子を受け取る四角形状の凹部が設けられた六角ポートハウジングにも適用することができる。

本実施例を実施するための上述された方法は、別々に、または並行して、または異なる組み合わせで、あるいは、適切であるならば、さらなる方法で補われて、自明に実施することができる；この場合、装置の適用される分野に依存して実行することが望ましい。本発明の特定の実施例が、本発明を例示することにより記述されたが、本発明が、添付の請求項の範囲内ですべての修正や均等物を含むことを理解するべきである。

１０：センサ装置
１２：圧力感知素子または変換器
１２ａ：セラミックベースまたは支持構造
１２ｂ：ダイアフラム
１２ｃ：電気的リード
１４：条件付け電子回路
１６：ハウジング
１６ａ：ベース部分
１６ｂ：ねじ付き結合部分
１６ｃ：流体受け取り通路
１６ｄ：チャンバ
１６ｅ：プラットフォーム
１６ｆ：側壁
１８：密閉シール
２２：密閉シール領域
２２ａ：バッファ部分
２２ｂ：封止部分
２２ｃ：アライメント部分
２２ｄ：アンダーカット部分
２４：コネクタハウジング

Claims (16)

1. 流体圧力感知装置であって、
   支持構造と、当該支持構造に取り付けられたダイアフラムとを含み、当該ダイアフラムは、流体圧力に晒されるべき流体接触面を有する、圧力感知変換器と、
   コネクタ端子を有するコネクタ本体と、
   前記コネクタ本体とともにチャンバを形成するハウジングと、
   前記チャンバ内に配置された電気回路であって、当該電気回路は、前記圧力感知変換器と前記コネクタ端子に電気的に接続され、前記ダイアフラムに印加された圧力に対応する電気信号を提供する、前記電気回路とを有し、
   前記ハウジングは、底壁と前記底壁から上方に延在するハウジング側壁によって規定された変換器受け取り空洞を有し、前記底壁には流体圧力受け取り窪みが形成され、流体圧力ポートが前記流体受け取り窪みと連通して前記ハウジングに形成され、
   前記ダイアフラムは、前記支持構造と前記流体圧力受け取り窪みとの間に位置決めされ、支持構造周囲のシール材料は、前記圧力感知変換器を前記ハウジング内に固定し、かつ密閉シールを提供する、流体圧力感知装置。
2. 前記圧力感知変換器の前記支持構造周囲のシール材料は、半径方向に圧縮される、請求項１に記載の流体圧力感知装置。
3. 前記圧力感知変換器は、曲げの中立面を有し、前記シール材料は、少なくとも、前記曲げの中立面の高さで半径方向に圧縮される、請求項２に記載の流体圧力感知装置。
4. 前記シール材料は、前記圧力感知変換器を直接的にハウジングに固定する、請求項１に記載の流体圧力感知装置。
5. 封止空間は、前記側壁と前記支持構造との間に存在し、前記封止空間は、封止前に前記シール材料を受け取るように構成されたバッファ部分と、前記密封封止を提供するよう構成された封止部分と、前記圧力感知変換器をハウジング内に整合させるよう構成されたアライメント部分とを含む、請求項４に記載の流体圧力感知装置。
6. 前記ダイアフラムは境界面を有し、前記封止空間はさらに、アライメント部分から前記ダイアフラムの境界面に沿ってハウジングの環状プラットフォームにまで延在するアンダーカット部分を含み、前記プラットフォームに前記ダイアフラムの流体接触面が位置決めされる、請求項４に記載の流体圧力感知装置。
7. 前記封止空間は、前記バッファ部分の第１の幅と、前記封止部分の第２の幅と、前記アライメント部分の第３の幅とを有し、第１の幅≧第２の幅＞第３の幅である、請求項５に記載の流体圧力感知装置。
8. 前記支持構造の環状の窪みは、前記バッファ部分の一部を形成する、請求項７に記載の流体圧力感知装置。
9. 前記支持構造の側壁は、前記ダイアフラムから前記アライメント部分付近まで側壁に沿って上方に延在するノッチを含む、請求項５に記載の流体圧力感知装置。
10. 前記装置はさらに、環状の位置決め部材を含み、前記環状の位置決め部材は、内側リムで前記ダイアフラムの前記流体接触面に隣接し、かつ外側リムで前記ハウジング側壁の環状のエッジに隣接し、
    前記環状の位置決め部材は、前記ダイアフラム近傍の前記ハウジングから離間されるように構成される、請求項１に記載の流体圧力感知装置。
11. 前記装置はさらに、前記圧力感知変換器を前記ハウジング内に位置決めするように構成された、前記支持構造の周囲に位置決めされたスペーサーを含み、封止空間からダイアフラムの方向にシール材料が流れるのを防止する、請求項１に記載の流体圧力感知装置。
12. 前記装置はさらに、環状の溶接によって前記ハウジングに密封して取り付けられた支持部材を含み、前記圧力感知変換器の前記支持構造は、前記支持部材内で少なくとも部分的に受け取られ、前記シール材料は、前記変換器と前記支持部材間の密封封止を形成する、請求項１に記載の流体圧力感知装置。
13. 前記支持構造は、セラミックの支持構造である、請求項１に記載の流体圧力感知装置。
14. 前記圧力感知変換器は、容量性の圧力感知変換器である、請求項１に記載の流体圧力感知装置。
15. 前記シール材料はガラスであり、より好ましくは、低温度のシールガラスである、請求項１に記載の流体圧力感知装置。
16. 請求項９に記載の圧力感知変換器の技術的特徴を含む、圧力感知素子。

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