JP2017032557A - 圧電型圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】信号出力の信号歪みを効果的に防止し、信号出力が機械的に更に安定となる圧電型圧力センサの提供。
【解決手段】圧力プロファイルを検出するための膜２１と、検出された圧力プロファイルによって分極電荷を生成する圧電センサ２２と、生成された分極電荷を信号として電荷出力部２３．２を介して送受信する電極配列部２３と、電気接続要素４３，５３及び電気信号導体４１．１，５１．１とを備える圧電型圧力センサ１。電気接続要素４３，５３が電気信号導体４１．１，５１．１に電気的及び機械的に接続され、電荷出力部２３．２が、特定の領域で電気接続要素４３，５３に接続され、電気接続要素４３，５３を通じて信号を電気信号導体４１．１，５１．１へ送るようになっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、独立請求項の前文に記載された圧電型圧力センサに関するものである。また、本発明は、この圧電型圧力センサを製造する方法にも関するものである。
圧電型圧力センサが知られており、幅広く使用されている。そして、圧電型圧力センサは、クランクシャフト位置に応じて又は時間に応じて圧力チャンバ内のシリンダ圧力を検出するために内燃機関の圧力指標に使用されている。内燃機関は、例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ワンケルエンジン等の４ストロークエンジン及び２ストロークエンジンを含む。舶用ディーゼルエンジンでは、圧電型圧力センサがシリンダ圧力の長期にわたる監視のために使用される。圧電型圧力センサは、通常は１５０〜２５０ｂａｒの範囲内であるが過早点火及びエンジンノッキングが起こる場合には５００ｂａｒ以上の圧力ピークを含む高速圧力プロファイルを監視するために使用される。しかしながら、圧電型圧力センサをジェットエンジン、ガスタービン、蒸気タービン、蒸気エンジン等の圧力監視に使用することもできる。
このような圧電型圧力センサは、スイス特許出願公開第３９４６３７号（Ａ１）に開示される。圧電型圧力センサは、圧力チャンバの孔を通じて圧力チャンバ内へ直接に突出する膜を備える。膜の縁が圧電型圧力センサのハウジングに溶接される。膜によってとらえられる圧力プロファイルは、ハウジング内で膜の近傍に配置された圧電センサに作用する。圧力プロファイルにより、電極を介して信号として伝えられる電気分極電荷が圧電センサ上に生成される。信号は圧力プロファイルの大きさに比例する。電極が圧電センサ上に配置される。導電体を用いて、信号は、電極から、信号ケーブルのプラグ接続のためのソケット、評価ユニットへ伝えられる。ソケットは、ハウジングの膜から離れた方向を向く側に配置される。
圧電センサには、予応力付与スリーブを介して予応力が機械的に付与される。構造に関して言えば、これは、圧電型圧力センサの円対称な構造によって達成される。ハウジングは円筒形状である。膜は、ハウジングの前面に取り付けられ、また、後面には、ハウジングの長手方向軸線に沿って圧電センサが配置される。導電体は、圧電センサ及びハウジングを貫いて中心に延在する。長手方向軸線の方向で、予応力付与スリーブが圧電センサの径方向外側に配置される。予応力付与スリーブの後端がハウジングに溶接され、他方、予応力付与スリーブの前端が膜に溶接される。したがって、予応力付与アセンブリは、圧電センサをソケットに対して真空気密且つ圧密状態でシールする。
実際には、圧電型圧力センサの使用中に、ソケットと信号ケーブルとの間のプラグ接続部が、大きなエンジン振動及び２００℃以上の高温に恒久的に曝され、それにより、電気プラグ接点の微小摩擦及びフレッチング腐食が生じる場合がある。また、信号ケーブルシースのガス漏れが高温で発生し、それにより、電気プラグ接続部で摩擦重合がもたらされる場合がある。更に、高温において電気プラグ接点の接触面への基材金属の拡散がプラグ接続部で生じる場合があり、これにより、この領域で酸化物層の増大が引き起こされる場合がある。これらの結果は、別々に或いは組み合わせて起こり得る。結果として、電気プラグ接点の電気的な接触抵抗が変化する場合がある。したがって、電気的な接触抵抗が、ｍΩオーダーから数桁大きいＭΩオーダーへ増大して、評価ユニットへ伝えられる信号を歪め、その結果、不正確な信号評価がもたらされる場合がある。
スイス特許出願公開第３９４６３７号明細書
本発明の第１の目的は、信号出力の信号歪みを効果的に防止する圧電型圧力センサを提案することである。本発明の別の目的は、信号出力が機械的に更に安定な圧電型圧力センサを提供することである。本発明の別の目的は、圧電型圧力センサの費用効率の高い製造方法を提案することである。
これらの目的のうちの少なくとも１つは、独立請求項の構成によって達成される。
本発明は、圧力プロファイルをとらえる膜と、とらえられた圧力プロファイルによって分極電荷を生成する圧電センサと、生成された分極電荷を信号の形態で電荷出力部を介して送受信する電極配列部とを備えるとともに、電気接続要素および電気信号導体を備える圧電型圧力センサに関し、電気接続要素が電気信号導体に電気的及び機械的に接続され、電荷出力部が、材料結合により電気接続要素に帯状に接続され、電気接続要素を介して信号を電気信号導体へ送るようになっている。
電荷出力部と電気接続要素と接続により、圧電型圧力センサの使用中に電気プラグ接点の接触面間で微小摩擦の発生、フレッチング腐食、摩擦重合、又は酸化物層の増大が抑制され、それにより、信号の歪みを効果的に防止できる。
また、本発明は、この圧電型圧力センサの製造方法であって、膜、圧電センサ、および電荷出力部を有する電極配列部を備えるセンサアセンブリを半仕上げ製品として提供し、信号ケーブルアセンブリ又は評価ユニットの電気接続要素を提供し、電荷出力部を電気接続要素に帯状に接続し、電荷出力部と電気接続要素との間で材料結合を行なう、製造方法に関する。
このように、センサアセンブリの電荷出力部と電気接続要素との間の材料結合を用いて、圧電型圧力センサが得られる。これは、様々なセンサアセンブリと様々な信号ケーブルアセンブリとを組み合わせ、或いは、様々なセンサアセンブリと評価ユニットとを直接的に組み合わせ、それにより、圧電型圧力センサを形成することを可能にする。したがって、等価な部分から成る数少ない半仕上げ製品から、様々な異なる圧電型圧力センサを製造でき、それにより、その製造を非常に費用効率良くすることができる。
以下、図を参照して、本発明を一例として更に詳しく説明する。
センサアセンブリ、信号ケーブルアセンブリ、及び、評価ユニットを有する圧電型圧力センサの第１の断面。 図１に記載された、センサアセンブリ、信号ケーブルアセンブリ、及び、評価ユニットを有する圧電型圧力センサの第２の断面。 図１又は図２に記載されたセンサアセンブリの第１の具体例の断面。 図１又は図２に記載されたセンサアセンブリの第２の具体例の断面。 図１又は図２に記載されたセンサアセンブリの第３の具体例の断面。 図１又は図２に記載された圧電型圧力センサのセンサアセンブリの第４の具体例の断面。 図１に記載された圧電型圧力センサの一部の断面。 図２に記載された圧電型圧力センサの一部の断面。 図７及び図８に記載された圧電型圧力センサの一部を示す詳細図。 図１、図２、図７〜図９に記載された圧電型圧力センサの一部を示す図。 信号ケーブルアセンブリに対してセンサアセンブリを機械的に接続する前の図１〜図１０に記載された圧電型圧力センサの一部を示す図。 信号ケーブルアセンブリに対するセンサアセンブリの電荷出力部の機械的接続が行われた後の図１１に記載された圧電型圧力センサの一部を示す図。
図１及び図２は、本発明に記載された圧電型圧力センサ１の断面を示す。これらの断面は、装着され使用可能な状態の圧電型圧力センサ１を長手方向軸線ＣＣ’に沿って示す。図１は、圧電型圧力センサ１の鉛直軸線ＡＡ’が断面線Ａ÷Ａ’を成す全断面図である。図２は、圧電型圧力センサ１の水平軸線ＢＢ’が断面線Ｂ÷Ｂ’を成す全断面図である。鉛直軸線ＡＡ’と水平軸線ＢＢ’は互いに垂直である。断面において、圧電型圧力センサ１及びその構成要素は、長手方向軸線ＣＣ’に関して略円形になっている。「略円形」とは、円形形状からの±１０％の変形を含むことを意味する。本発明を知れば、圧電型圧力センサ及びその構成要素を、断面が長方形、多角形等に形成することができる。
圧電型圧力センサ１の構成要素は、相互に機械的接触してもよく、或いは、相互に機械的接続されてもよい。本発明において、機械的接触とは、幾つかの構成要素が互いに直接的に接触した状態で配置されるにすぎないことを意味し、他方、機械的接続とは、幾つかの構成要素が、材料結合、力学的拘束、又は、形状的拘束によって相互に取り付けられることを意味する。したがって、機械的接触と機械的接続は異なる。機械的接触は圧密ではない。「圧密」とは、１０ｂａｒ以上の圧力に対して耐えることを意味する。
圧電型圧力センサ１は、センサアセンブリ２、信号ケーブルアセンブリ４、及び、評価ユニット５を備える。センサアセンブリ２は、信号ケーブルアセンブリ４によって評価ユニット５に対して電気的且つ機械的に接続され、或いは、センサアセンブリは、評価ユニット５に対して電気的且つ機械的に直接に接続される。
センサアセンブリ２は、圧電型圧力センサ１の前領域に配置され、膜２１、センサハウジングアセンブリ２０、圧電センサ２２、及び電極配列部２３を備える。圧電型圧力センサ１は圧力チャンバの壁に機械的に接続され、膜２１が孔を通じて圧力チャンバ内へ直接突出する。機械的接続は、力学的拘束又は形状的拘束によって行われる。圧電型圧力センサ１の使用中、圧電型圧力センサ１の前領域は、圧力チャンバの近傍で強力なエンジン振動及び高温に恒久的に曝される。「前」及び「後」の用語は、圧電型圧力センサ１及びその構成要素に関して使用され、「後」が膜２１から離れた方向を向く領域を示す一方で、膜２１の方へ向けられる領域を「前」によって示す。
信号ケーブルアセンブリ４及び評価ユニット５は、圧電型圧力センサの前領域と隣り合う圧電型圧力センサ１の周囲領域に配置される。圧力チャンバの周囲では、圧力が大気圧であり、人が存在する環境である。信号ケーブルアセンブリ４は、接続要素ハウジング４０、信号ケーブル４１、支持体４２、及び電気接続要素４３を備える。信号ケーブルアセンブリ４に関する更なる詳細は、図７〜図１２の説明において以下に記載される。評価ユニット５は、回路基板ハウジング５０内に受け入れられる電気回路基板５１、支持体５２、及び電気接続要素５３を備える。評価ユニット５に関する更なる詳細は、図９〜図１２の説明において以下に記載される。
センサアセンブリ２は、センサハウジングアセンブリ２０、センサハウジング２０．１、及び補強ケーシング２０．２を備える。補強ケーシング２０．２は、圧力チャンバの壁への圧電型圧力センサ１の機械的接続によって生じる機械的張力の伝達を防止する。この機械的な張力は、センサハウジングアセンブリ２０を介して圧電センサ２２へ伝えられて、圧力プロファイルの検出を妨げ、信号を歪める。センサハウジング２０．１及び補強ケーシング２０．２は、例えば純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金等の機械的に可撓性のある材料から成り、相互に機械的接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。本発明を知れば、当業者は、補強ケーシングを伴わないセンサアセンブリ、したがって、センサハウジングのみを備えるセンサアセンブリを製造することもできる。
図３〜図６は、図１又は図２に記載された圧電型圧力センサ１のセンサアセンブリ２の幾つかの具体例の拡大断面を示す。前面の膜２１は、例えば純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金等の機械的に可撓性のある材料から成る。膜２１の縁は、その全周にわたって補強ケーシング２０．２に機械的接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合溶接、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行われる。膜２１によってとらえられる圧力は、圧電センサ２２に対して垂直力として作用する。圧電センサ２２は、長手方向軸線ＣＣ’に関して膜２１の真後ろに位置する。
圧電センサ２２は、第１の支持要素２２．１、第２の支持要素２２．３、及び圧電センサ素子２２．２を備える。圧電センサ素子２２．２は、長手方向軸線ＣＣ’の方向で、第１及び第２の支持要素２２．１，２２．３の間に配置される。膜２１は、その表面を介して、第１の支持要素２２．１と機械的に接触する。図３及び図４に記載されたセンサアセンブリ２の具体例において、第１及び第２の支持要素２２．１，２２．３は、それらの表面を介して、圧電センサ素子２２．２と機械的に接触する。図５及び図６に記載されたセンサアセンブリ２の具体例では、第１及び第２の支持要素２２．１，２２．３が圧電センサ素子２２．２と機械的接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。本発明を知れば、当業者は、第１の支持要素を伴わない、及び第２の支持要素を伴わないセンサアセンブリ、したがって、圧電センサ素子が一方では膜２１と直接的な機械的接触状態にあり他方では電極配列部２３と直接的な機械的接触状態にあるセンサアセンブリを製造することもできる。機械的な表面接触が機械的接続によって行われてもよい。機械的接続は、例えば熱圧着結合、拡散接合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。
支持要素２２．１，２２．３は、垂直力を均一に分配して圧電センサ素子２２．２に作用させる。支持要素２２．１，２２．３は、形状が円筒形であり、導電性の機械的剛体材料、例えば純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、導電性セラミック、導電性コーティングを有するセラミック等から形成される。圧電センサ素子２２．２も形状が円筒形であり、圧電センサ素子は、圧電性結晶材料、例えば石英（ＳｉＯ２単結晶）、カルシウムガロゲルマニウム酸塩（Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４又はＣＧＧ）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４又はＬＧＳ）、トルマリン、ガリウムオルトリン酸塩等から成る。圧電センサ素子２２．２が切断される結晶配向は、圧力プロファイルをとらえることができる高い感度を有するようにされている。好適には、圧電センサ素子２２．２は、垂直力が作用する表面と同じ表面上でマイナス及びプラスの電気分極電荷が生成されるように配向される。垂直力は、負荷態様又は解放態様で表面に作用できる。垂直力に起因する機械的負荷の下では、マイナス分極電荷が生成され、垂直力が解放衝撃を有する場合には、プラスの分極電荷がもたらされる。電極配列部２３は、長手方向軸線ＣＣ’上で、圧電センサ２２の、膜２１から離れる方向を向く側で２２の圧電センサの真後ろに位置される。本発明を知れば、当業者は、当然、複数の圧電センサ素子を使用できる。
電極配列部２３は、円筒形状の電荷ピックオフ２３．１と、ロッド形状の電荷出力部２３．２とを有する。電極配列部２３は、例えば、純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金等の導電材料から成る。電荷ピックオフ２３．１及び電荷出力部２３．２は、一体に形成されてもよく、或いは、相互に機械的に接続されてもよい。材料結合、形状的拘束、及び、力学的拘束等の任意のタイプの機械的接続が使用できる。電荷ピックオフ２３．１及び電荷出力部２３．２は電気的に相互接続される。マイナス分極電荷は、電極配列部２３から第２の支持要素２２．３を介して信号として受信されて、評価ユニット５へ送られる。プラス分極電荷は、接地された補強ケーシング２０．２から第１の支持要素２２．１及び膜２１を介して受けられる。本発明を知れば、当業者は、更なるプラス分極電荷を信号として使用できる。したがって、当業者は、接地から評価ユニットへのプラス分極電荷の電気絶縁態様での伝送を使用できる。これは、例えば信号ケーブルのシールドに対するセンサハウジングアセンブリの電気的接続を例えば圧着等による材料結合により形成することによって、また、回路基板ハウジングに対する電磁気シールドの電気的接続を例えば圧着等により形成することによって達成できる。
電荷ピックオフ２３．１は、その前面全体にわたって、電荷が放電される第２の支持要素２２．３の後面と電気的に接触して、垂直力の衝撃下でさえ高い局所電圧及び漏れ電流が生じ得る領域が接触しないままの状態とならないようになっている。図３及び図４に記載されたセンサアセンブリ２の具体例において、電荷ピックオフ２３．１と第２の支持要素２２．３の表面の電気的接触は、表面の機械的接触によって行なわれる。図５に記載されたセンサアセンブリ２の具体例において、電荷ピックオフ２３．１と第２の支持要素２２．３と表面の電気的接触は、電荷ピックオフ２３．１と第２の支持要素２２．３との機械的接続によって行なわれる。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。図６に記載されたセンサアセンブリ２の具体例において、電荷ピックオフ２３．１と第２の支持要素２２．３との表面の電気的接触は、第２の支持要素２２．３と一体に形成された電荷ピックオフ２３．１によってなされる。
電極配列部２３は、第１の電気絶縁体２５により補強ケーシング２０．２に対して電気的に絶縁される。第１の電気絶縁体２５は、中空円筒形状を有し、例えばセラミック、Ａｌ２Ｏ３セラミック、サファイア等の電気的絶縁性の機械的剛体の材料から形成される。第１の電気絶縁体２５は、長手方向軸線ＣＣ’上において、電荷ピックオフ２３．１の、膜２１から離れた方向を向く側で電荷ピックオフ２３．１の真後ろに位置される。図３に記載されたセンサアセンブリ２の具体例において、第１の電気絶縁体２５は、その表面全体にわたって電荷ピックオフ２３．１と機械的接触状態にある。図４〜図６に記載されたセンサアセンブリ２の具体例では、第１の電気絶縁体２５が電荷ピックオフ２３．１に機械的に接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。
補償要素２６により、圧電型圧力センサ１の構成要素の熱膨張係数の差異を補償する。補償要素２６は、中空円筒形状を有し、例えば純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、セラミック、Ａｌ２Ｏ３セラミック、サファイア等の機械的剛体材料から形成される。補償要素２６は、長手方向軸線ＣＣ’上で、第１の電気絶縁体２５の真後ろに位置して、第１の電気絶縁体２５の、膜２１から離れた方向を向く側に配置される。図３に記載されたセンサアセンブリ２の具体例において、補償要素２６は、その表面全体にわたって第１の電気絶縁体２５と機械的に接触する。図４〜図６に記載されたセンサアセンブリ２の実施形態では、補償要素２６が第１の電気絶縁体２５に機械的に接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。補償要素２６を設けることは、任意であり、省いてもよい。本発明を知れば、当業者は、補償要素２６を伴わない圧電型圧力センサを製造できるが、この状況は図に示さない。また、補償要素２６は圧電型圧力センサ１の他の構成要素間に配置されてもよく、これも図に示さない。したがって、補償要素２６は、予応力付与スリーブ２４．１と圧電センサ２２との間、又は、圧電センサ２２と電荷ピックオフ２３．１との間、又は、電荷ピックオフ２３．１と第１の電気絶縁体２５との間、又は、第１の電気絶縁体２５と予応力付与本体２４．２との間に配置されてもよい。あらゆる場合において、補償要素２６は、その表面全体にわたって圧電型圧力センサ１のこれらの構成要素と機械的に接触できる。
圧電センサ２２には、予応力付与アセンブリ２４を介して予応力が機械的に付与される。予応力付与アセンブリ２４は予応力付与本体２４．２と予応力付与スリーブ２４．１とを備え、これらはいずれも中空円筒形状を有する。予応力付与アセンブリ２４は、例えば純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金等の機械的剛体材料から成る。圧電センサ２２は、予応力付与本体２４．２と予応力付与スリーブ２４．１との間で機械的に予応力が付与される。予応力付与本体２４．２は、電荷ピックオフ２３．１の、膜２１から離れた方向を向く側に位置する。予応力付与本体２４．２は、長手方向軸線ＣＣ’上において、電荷ピックオフ２３．１の、膜２１から離れた方向を向く側で補償要素２６の真後ろに位置する。補償要素２６が省かれる場合、予応力付与本体２４．２は、長手方向軸線ＡＡ’上において、電荷ピックオフ２３．１の、膜２１から離れた方向を向く側で第１の電気絶縁体２５の真後ろに配置される。図３に記載されたセンサアセンブリ２の具体例において、補償要素２６は、その表面全体にわたって予応力付与本体２４．２と機械的に接触している。図４〜図６に記載されたセンサアセンブリ２の具体例では、補償要素２６が予応力付与本体２４．２に機械的に接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。したがって、電荷ピックオフ２３．１及び予応力付与本体２４．２は、これらの間に配置される第１の電気絶縁体２５によって相互に絶縁される。
予応力付与本体２４．２の中央領域は、その外周全体にわたって補強ケーシング２０．２に電気的且つ機械的に接続される。長手方向軸線ＣＣ’に対して外側である予応力付与本体２４．２の表面は、長手方向軸線ＣＣ’に対して内側である補強ケーシング２０．２の表面に対して電気的且つ機械的に接続される。電気的及び機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行われることが好ましい。予応力付与本体２４．２の前縁は、予応力付与スリーブ２４．１の後端にその全周にわたって機械的に接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。図５及び図６に記載されたセンサアセンブリ２の具体例において、予応力付与スリーブ２４．１の前端は、第１の支持要素２２．１の外面に機械的に接続される。長手方向軸線ＣＣ’に対して、予応力付与スリーブ２４．１は、圧電センサ２２、第１の電気絶縁体２５、及び、補償要素２６の径方向外側に配置される。長手方向軸線ＣＣ’に対して、予応力付与スリーブ２４．１は、補強ケーシング２０．２の径方向内側に配置される。予応力付与スリーブ２４．１は、補強ケーシング２０．２から第１の隙間だけ離間される。予応力付与スリーブ２４．１は、圧電センサ２２、電荷ピックオフ２３．１、第１の電気絶縁体２５、及び補償要素２６から第２の隙間だけ離間される。予応力付スリーブ２４．１の前端は、膜２１の後縁にその全周にわたって機械的に接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によってなされる。予応力付与アセンブリ２４は、圧電センサ２２、電荷ピックオフ２３．１、第１の電気絶縁体２５、及び補償要素２６に対して機械的に予応力を付与する。機械的な予応力付与とは、フォースロック（ｆｏｒｃｅ−ｌｏｃｋｉｎｇ）機械的接続である。
図３に記載されたセンサアセンブリ２の具体例において、電極配列部２３は、電気的フィードスルー配列部２７によって補強ケーシング２０．２から電気的に絶縁される。図４〜図６に記載されたセンサアセンブリ２の具体例は、そのような電気的フィードスルー配列部２７を有さない。電気的フィードスルー配列部２７は、第１のアダプタ要素２７．１、第２の電気絶縁体２７．２、及び第２のアダプタ要素２７．３を備える。フィードスルー配列部２７は、長手方向軸線ＣＣ’上において、予応力付与本体２４．２の、膜２１から離れた方向を向く側で予応力付与本体２４．２の真後ろに配置される。
第１のアダプタ要素２７．１は、中空円筒形状を有し、例えば純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金等の機械的剛体材料から成る。第１のアダプタ要素２７．１は、長手方向軸線ＣＣ’上において、予応力付与本体２４．２の、膜２１から離れた方向を向く側で予応力付与本体２４．２の真後ろに位置する。第１のアダプタ要素２７．１の前縁は、予応力付与本体２４．２の後端にその全周にわたって機械的に接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。好ましくは、この材料結合は、第１のアダプタ要素２７．１がチタンから形成されるとともに予応力付与本体２４．２が材料番号１．４５５２を有する鉄合金から成る対を使用して行われ、この対は、材料結合が行われる間に高温であっても全ての方向で線膨張係数の差が小い。好ましくは、この対を用いると、この差は１０ｐｐｍよりも小さく、より好ましくは５ｐｐｍよりも小さい。
第２の電気絶縁体２７．２により、第２のアダプタ要素２７．３を補強ケーシング２０．２から電気的に絶縁する。第２の電気絶縁体２７．２は、中空円筒形状を有し、例えばセラミック、Ａｌ２Ｏ３セラミック、サファイア等の電気的絶縁性の機械的剛体材料から成る。第２の電気絶縁体２７．２は、長手方向軸線ＣＣ’上において、第１のアダプタ要素２７．１の、膜２１から離れた方向を向く側で第１のアダプタ要素２７．１の真後ろに位置する。第１のアダプタ要素２７．１の後縁は、第２の電気絶縁体２７．２の前端にその全周にわたって機械的に接続される。機械的接続は、例えば熱圧着結合、拡散接合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。この材料結合を行う際には、第１のアダプタ要素２７．１がチタンから形成されるとともに第２の電気絶縁体２７．２がＡｌ２Ｏ３セラミックから形成される対が好ましく、この対は、材料結合が達成される間に高温であっても全ての方向で線膨張熱係数の差が小さい。好ましくは、この対を用いると、この差は５ｐｐｍよりも小さく、さらに好ましくは３ｐｐｍよりも小さい。
電荷出力部２３．２は第２のアダプタ要素２７．３に対して電気的且つ機械的に接続される。第２のアダプタ要素２７．３は、中空円筒形状を有し、例えば純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金等の導電材料から成る。第２のアダプタ要素２７．３は、長手方向軸線ＣＣ’上において、第２の電気絶縁体２７．２の、膜２１から離れた方向を向く側で第２の電気絶縁体２７．２の真後ろに位置する。第２のアダプタ要素２７．３の前端は、第２の電気絶縁体２７．２の後端にその全周にわたって機械的に接続される。機械的接続は、例えば熱圧着結合、拡散接合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。材料結合を行う際には、第２のアダプタ要素２７．３が材料番号１．３９８１又は１．３９８２を有する鉄合金から形成されるとともに第２の電気絶縁体２７．２がＡｌ２Ｏ３セラミックから形成される対が好ましく、これは、この対が、材料結合が行われるときに高温であっても方向に依存せず線膨張係数の差が小さいからである。好ましくは、この対を用いると、この差は５ｐｐｍよりも小さく、さらに好ましくは３ｐｐｍよりも小さい。
電荷出力部２３．２は、第１の電気絶縁体２５、補償要素２６、予応力付与本体２４．２、及び電気的フィードスルー配列部２７を中心で貫いて長手方向軸線ＣＣ’に沿って延在する。電荷出力部２３．２は、第１の電気絶縁体２５、補償要素２６、予応力付与本体２４．２、第１のアダプタ要素２７．１、及び第２の電気絶縁体２７．２から第３の隙間だけ長手方向軸線ＣＣ’に対して径方向に離間される。この離間に起因して、電荷出力部２３．２はこれらの構成要素から電気的に絶縁される。第２のアダプタ要素２７．３の後端は、電荷出力部２３．２の中央領域にその全周にわたって電気的且つ機械的に接続される。機械的接続は、直接的であり、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行われる。電荷出力部２３．２の後端は、長手方向軸線ＣＣ’上で第２のアダプタ要素２７．３から突出する。本発明を知れば、当業者には、この具体例を変えるための様々な可能性がある。電荷出力部と第２のアダプタ要素とが一体に形成されてもよい。そのような具体例において、電荷ピックオフ及び電荷出力部は、組み立ての理由のため、２つの部分から成る。その場合に、電荷出力部をそれが第１の絶縁要素、補償要素、及び、予応力付与本体を貫いて中心で延在するように位置決めできるからである。また、電荷出力部と第２のアダプタ要素との間の機械的接続は、電荷出力部と第２のアダプタ要素との間に中間スリーブを配置してそれを電荷出力部及び第２のアダプタ要素に対して材料結合を用いて接続することによって間接的に行うことができる。この場合も、材料結合は、線膨張係数が小さな差を示す中間スリーブと電荷出力部との対又は中間スリーブと第２の要素との対をそれぞれ使用して行われることが好ましい。好ましくは、これらの対の差は１０ｐｐｍよりも小さく、さらに好ましくは５ｐｐｍよりも小さく、より好ましくは３ｐｐｍよりも小さい。
電極配列部２３は、補強ケーシング２０．２に機械的に接続された予応力付与本体２４．２によって支持される。
ａ．第１の支持領域では、電荷ピックオフ２３．１が第１の電気絶縁体２５と補償要素２６とを介して予応力付与本体２４．２によって機械的に支持される。図３に記載されたセンサアセンブリ２の具体例では、電荷ピックオフ２３．１、第１の電気絶縁体２５、補償要素２６、及び、予応力付与本体２４．２が互いに機械的に接触している。図４〜図６に記載されたセンサアセンブリ２の具体例では、電荷ピックオフ２３．１、第１の電気絶縁体２５、補償要素２６、及び予応力付与本体２４．２が互いに機械的に接続される。第１の支持領域の少なくとも１つの機械的接続は、圧密である材料結合による接続である。第１の支持領域の全ての機械的接続が圧密である材料結合による接続であると、非常に有益である。
ｂ．図３に記載されたセンサアセンブリ２の具体例では、電荷出力部２３．２が電気的フィードスルー配列部２７によって第２の支持領域で機械的に支持され、この場合、電荷出力部２３．２、電気的フィードスルー配列部２７、及び予応力付与本体２４．２が相互に機械的接続される。第２の支持領域の少なくとも１つの機械的接続は、圧密である材料結合により形成される接続である。第２の支持領域の全ての機械的接続が圧密である材料結合による接続であると、非常に有益である。
ｃ．図３〜図６に記載されたセンサアセンブリ２の具体例では、電荷ピックオフ２３．１が第３の支持領域で圧電センサ２２を介して予応力付与スリーブ２４．１上に機械的に支持される。この場合、電荷ピックオフ２３．１、圧電センサ２２、予応力付与スリーブ２４．１、及び予応力付与本体２４．２が相互にて機械的接続される。第３の支持領域の少なくとも１つの機械的接続は、圧密である材料結合により形成される接続である。第３の支持領域の全ての機械的接続が圧密である材料結合による接続であると、非常に有益である。
長手方向軸線ＣＣ’上で互いに離間される幾つかの支持領域で与えられるこの複数の機械的支持により、信号出力の機械的安定性が高められる。しかしながら、この点においては、センサアセンブリ２の全ての機械的接続が材料結合であると有利である。
膜２１が破壊されれば、高温ガスが圧力チャンバから、一方は予応力付与スリーブ２４．１と、他方は補強ケーシング２０．２との間の第１の隙間内へ逃げる場合がある。その後に予応力付与スリーブ２４．１が高温ガスによって損傷されると、高温ガスは、一方は予応力付与スリーブ２４．１と、他方は圧電センサ２２、電荷ピックオフ２３．１、第１の電気絶縁体２５、及び補償要素２６との間の第２の隙間内へ逃げる場合がある。電極配列部２３が電荷出力部２３．２を介して電気的フィードスルー配列部２７及び予応力付与本体２４．２に機械的に接続されるため、電極配列部２３は、図３に記載されたセンサアセンブリ２の具体例では、高温ガスが、一方は電荷出力部２３．２と、他方は第１の電気絶縁体２５、補償要素２６、及び予応力付与本体２４．２との間の第３の隙間内へと非常にゆっくりと流れることしかできないように第１の電気絶縁体２５及び補償要素２６をシールする。このシールは、燃焼エンジンの平均指標（ｉｎｄｅｘｅｄ）シリンダ圧力に抗する圧密性を意味している。また、平均指標シリンダ圧力は、指標平均圧力とも称され、１５０〜２５０ｂａｒの急速圧力プロファイルの最大値の１／３〜１／８の範囲内である。平均指標シリンダ圧力は、膜２１の破壊時及び予応力付与スリーブ２４．１の損傷時に第２の隙間内で経時的に生じる圧力である。電荷ピックオフ２３．１と第１の電気絶縁体２５との間の機械的な表面接触により、形状的拘束を用いて第３の隙間を第２の隙間からシールする。第１の電気絶縁体２５と補償要素２６との間の機械的な表面接触により、形状的拘束を用いて第３の隙間を第２の隙間からシールする。補償要素２６と予応力付与本体２４．２との間の機械的な表面接触により、形状的拘束を用いて第３の隙間を第２の隙間からシールする。補償要素２６が省かれれば、電極配列部２３は、高温ガスが第３の隙間に入ることを防止するように第１の電気絶縁体２５をシールするにすぎない。電荷ピックオフ２３．１と第１の電気絶縁体２５との間の機械的な表面接触により、形状的拘束を用いて第３の隙間を第２の隙間からシールする。第１の電気絶縁体２５と予応力付与本体２４．２との間の機械的な表面接触により、形状的拘束を用いて第３の隙間を第２の隙間からシールする。高温ガスが第１の電気絶縁体２５も破壊して、第１の電気絶縁体が多くの小さな断片の状態へと破壊されて高温ガスが第３の隙間内に入るようになれば、図３に記載されたセンサアセンブリ２の具体例では、第３の隙間は、第２の支持領域によって環境から圧密態様で分離される。図４〜図６に記載されたセンサアセンブリ２の具体例において、第３の隙間は、第１の支持領域によって環境から圧密態様で分離される。したがって、膜の破壊時には、高温ガスが環境内へ逃げることができない。
図７及び図８は、使用可能な状態に装着された図１又は図２に記載された圧電型圧力センサ１のセンサアセンブリ２及び信号ケーブルアセンブリ４の一部を貫く拡大断面を示す。図７は、鉛直軸線ＡＡ’が断面線Ａ÷Ａ’を成す圧電型圧力センサ１全体を貫く断面である。図８は、水平軸線ＢＢ’が断面線Ｂ÷Ｂ’を成す圧電型圧力センサ１全体を貫く断面である。図７及び図８は、信号ケーブルアセンブリ４の接続要素ハウジング４０、信号ケーブル４１、支持体４２、及び電気接続要素４３を示す。
信号ケーブルアセンブリ４の電気接続要素４３は中空円筒形状を有する。電気接続要素４３は、例えば、純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金等の導電材料から成る。電荷出力部２３．２は電気接続要素４３と結合される。電荷出力部２３．２の後端は、長手方向軸線ＣＣ’上で電気接続要素４３内へ突出する。この領域では、長手方向軸線ＣＣ’に対して外側である電荷出力部２３．２の表面、及び、長手方向軸線ＣＣ’に対して内側である電気接続要素４３の表面は、相互に電気的且つ機械的接続される。電気的及び機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け、圧着等の材料結合によって行なわれる。電荷出力部２３．２は、特定の領域で電気接続要素４３との材料結合を形成する。特定の領域での材料結合は、スポット溶接又はシーム溶接により全周にわたって行なわれる。本発明を知れば、当業者は、当然、異なる形状の電気接続要素４３を使用できる。したがって、電気接続要素４３は、プレート形状又はハーフシェル形状を有することができる。この場合、電荷出力部２３．２は電気接続要素４３内へと延びない。電気的及び機械的接続を形成するために、このとき、電荷出力部２３．２は、プレート又はハーフシェルの形態を成す電気接続要素４３上に配置される。
信号ケーブル４１の前端は、信号ケーブルアセンブリ４の支持体４２内に配置される。支持体４２は、中空円筒形状を有し、例えば純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金等の機械的に耐久性がある材料から成る。支持体４２の後領域は、接続要素ハウジング４０の後縁にその全周にわたって機械的に接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。支持体４２の前領域は支持体フレーム４２．１を備える。支持体フレーム４２．１は少なくとも１つの窓を備える。図１０に示されるように、支持体フレーム４２．１は、長手方向軸線ＣＣ’と平行に向けられた２つの支柱から成り、これらの支柱間に２つの窓が鉛直軸線ＢＢ’上に配置される。窓を通じて、外部から結合工具により電気接続要素４３にアクセスできる。接続要素ハウジング４０の前縁は、センサハウジング２０の後縁にその全周にわたって機械的に完全に接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。
信号ケーブル４１は、電気信号導体４１．１、電気絶縁要素４１．２、及び信号ケーブルシース４１．３を備える。長手方向軸線ＣＣ’に対して外側である信号ケーブルシース４１．３の前端の表面は、長手方向軸線ＣＣ’に対して内側である信号ケーブルアセンブリ４の支持体４２の表面と機械的に接続される。圧着が行われる間、材料結合、形状的拘束、及び力学的拘束等の任意の機械的接続が使用できる。電気信号導体４１．１は、例えば、純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金等の導電材料から形成される。電気信号導体４１．１の前端及び電気接続要素４３の後端は互いに電気的且つ機械的に接続される。材料結合、形状的拘束、及び力学的拘束等の任意の電気的及び機械的接続を使用できる。電気絶縁要素４１．２は、中空円筒形状を有し、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン共重合体（ＦＫＭ）などの少なくとも２００℃の温度に至るまで熱的に安定した電気絶縁材料から成る。電気絶縁要素４１．２は、電気接続要素４３と電気信号導体４１．１との間の接続領域を完全に取り囲むとともに、電気信号導体４１．１を完全に取り囲む。電気絶縁要素４１．２により、電気接続要素４３及び電気信号導体４１．１が支持体４２から電気的に絶縁される。また、電気絶縁要素４１．２はモータ振動も吸収する。
図９は、図７又は図８に記載された圧電型圧力センサ１のセンサアセンブリ２及び信号ケーブルアセンブリ４の詳細を示す。電気接続要素４３は、例えば径方向に突出する突起４３．００の形態を有する第１のロック要素４３．００を外面上に備える。電気絶縁要素４１．２は、例えば溝４１．２０の形態を有する第２のロック要素４１．２０を内面上に備える。第１のロック要素４３．００と第２のロック要素４１．２０とは、遊びを伴う形状的拘束又は接触拘束を形成する。形状的拘束又は接触拘束は、電気接続要素４３が電気絶縁要素４１．２内へ押し込まれるときに自動的に形成される。溝は、長手方向軸線ＣＣ’に対して斜めに延びる。溝及び突起は互いに適合して形成され、突起が溝内に延在する。遊びにより、電気信号導体４１．１から電荷出力部２３．２へのエンジン振動の伝導が防止される。これは、エンジン振動が伝わると圧電センサ素子２２．２に作用して電気分極電荷を生み出す場合があり、それにより、圧力プロファイルの検出が歪められる場合があるからである。遊びは５μｍよりも大きい。遊びにより、電気接続要素４３と電気絶縁要素４１．２との間の小さい相対移動が可能になる。本発明を知れば、当業者は、無論、他のタイプのロック要素を実施でき、したがって、第１のロック要素を溝にすることができ、第２のロック要素を突起にすることができる。
電気信号導体４１．１及び電気絶縁要素４１．２は、信号ケーブルシース４１．３と平行に長手方向ＣＣ’に延びる。信号ケーブルシース４１．３は、電気信号導体４１．１及び電気絶縁要素４１．２を汚染物（塵埃、水分等）などの有害な環境の影響から保護する。信号ケーブル４１は、同軸電磁シールドを有してもよく、電磁放射線の形態を成す電気的及び電磁気的な干渉作用から信号導体４１．１を保護し、それにより、圧電型圧力センサ１の電磁気的な適合性を可能にしてもよい。信号ケーブル４１は数センチメートルの長さを有してもよいが、信号ケーブルが数メートルの長さを有してもよい。
しかしながら、センサアセンブリ２が評価ユニット５に対して直接に電気的及び機械的に接続されるように、信号ケーブルアセンブリ４を完全に省いてもよい。この場合、電荷出力部２３．２は、材料結合を用いて評価ユニット５の電気接続要素５３に接続される。このとき、センサハウジング２０．１は、評価ユニット５の支持体５２と一体に形成される。後者の場合には、接続要素ハウジング４０の代わりに、回路基板ハウジング５０がセンサハウジング２０．１に機械的に接続される。この具体例は、このとき、評価ユニット５の支持体５２が少なくとも１つの窓を有する支持体フレームを備え、この窓を通じて電気接続要素に外側から結合工具を用いてアクセスできるように図１０に関連する説明の構成を示してもよい。この場合、この具体例は、評価ユニット５の支持スリーブ５２の第１のロック要素が評価ユニット５の電気絶縁要素の第２のロック要素と共に遊びを伴う形状的拘束又は接触拘束を形成してもよい図９に関連する説明の構成を備えてもよい。
信号ケーブル４１の後端は、評価ユニット５に対して電気的及び機械的に接続される。この目的のため、評価ユニット５は支持体５２を備える。支持体５２は、中空円筒形状を有し、例えばステンレス鋼、合金鋼等の機械的に耐久性のある材料から成る。図１及び図２に示されるように、支持体５２の後縁は、回路基板ハウジング５０の前縁にその全周にわたって機械的に接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。長手方向軸線ＣＣ’に対して信号ケーブルシース４１．３の後端の外側の表面は、評価ユニット５の支持体５２の長手方向軸線ＣＣ’に対する内側の表面に特定の領域で機械的に接続される。圧着が好ましいが、材料結合、形状的拘束、及び力学的拘束等の任意の機械的接続が使用できる。信号ケーブル４１の電気信号ワイヤ４１．１の後端は、電気接続要素５３を介して回路基板５１の電気信号導体５１．１に電気的及び機械的接続される。材料結合、形状的拘束、及び力学的拘束等の任意の電気的及び機械的接続を使用できる。電気接続要素５３と電気信号導体５１．１とが一体に形成されてもよい。電極配列部２３に受信される信号は、電荷出力部２３．２を介して信号ケーブルアセンブリ４の電気接続要素４３へ伝えられるとともに、信号ケーブルアセンブリ４の電気接続要素４３から信号ケーブル４１の電気信号導体４１．１と電気接続要素５３とを介して回路基板５１の電気信号コネクタ５１．１へ伝えられ、そこで、これらの信号が電気的に増幅されて評価される。信号は、膜２１によってとらえられる圧力プロファイルの大きさに比例する。もちろん、回路基板及び該回路基板の電気信号導体が信号ケーブルアセンブリの構成要素であってもよい。
図１１及び図１２は、圧電型圧力センサ１を製造する方法のステップを示す。図３に記載されたセンサアセンブリ２の具体例及び信号ケーブルアセンブリ４は、別個の半仕上げ製品として製造される。これは、センサアセンブリ２の変動を信号ケーブルアセンブリ４の変動と共に、或いは直接に評価ユニット５と共に、圧電型圧力センサ１を形成することができ、そのため、製造の費用効率が良くなるという利点を有する。センサアセンブリ２の変動は、膜２１が異なる膜厚を有すること及び／又は圧電センサ２２が異なる動作温度範囲を有することを含む。信号ケーブルアセンブリ４の変動は、信号ケーブル４１の有する長さが異なること及び／又は信号ケーブル４１が電磁シールドを伴う或いは伴わない及び／又は信号ケーブル４１が非常に短いことを含む。他の変動として、センサアセンブリ２は、信号ケーブルアセンブリ４を有することなく評価ユニット５に対して直接に機械的及び電気的に接続されてもよい。
センサアセンブリ２は、センサハウジングアセンブリ２０内に受け入れられる膜２１、圧電センサ２２、電極配列部２３、予応力付与アセンブリ２４、第１の電気絶縁体２５、補償要素２６、電気的フィードスルー配列部２７、及び補強ケーシング２０．２を備える。信号ケーブルアセンブリ４は、接続要素ハウジング４０、信号ケーブル４１、支持体４２、及び電気接続要素４３を備える。支持体４２内には、電気接続要素４３及び信号ケーブル４１の前端が受け入れられる。長手方向軸線ＣＣ’に対して、接続要素ハウジング４０は、支持体４２上に押し進められ、接続要素ハウジング張出部４０．１により支持体４２の後端に対して外側から機械的に接触して当接する。したがって、図１１に記載された図では、支持体４２の後領域が接続要素ハウジング４０によって覆い隠され、一方、支持体フレーム４２．１を伴う支持体４２の前領域は外側から見えてアクセスできる。
本方法の第１のステップでは、電荷出力部２３．２の後端が電気接続要素４３内へ突出するように電荷出力部２３．２の後端が長手方向軸線ＣＣ’上を電気接続要素４３内へ押し込まれ、長手方向軸線ＣＣ’に対して外側の電荷出力部２３．２の表面と長手方向軸線ＣＣ’に対して内側の電気接続要素４３の表面とが特定の領域で互いに機械的接触する。
本方法の他のステップでは、電荷出力部２３．２の外表面と電気接続要素４３の内表面とが特定の領域で互いに電気的及び機械的に接続される。電気的及び機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。この目的のため、結合工具を支持体フレーム４２．１の窓を通過させて、電荷出力部２３．２と電気接続要素４３との間の材料結合を行なう。結合工具は図１１に表されていない。結合工具が電気抵抗溶接システムの電極から成ってもよいが、結合工具は、圧着工具、レーザ等であってもよい。
本方法の更なる他のステップにおいて、接続要素ハウジング４０は、図７及び図８に示されるように接続要素ハウジング４０の前縁がセンサハウジング２０の後縁と機械的に接触して外側からアクセスできるように長手方向軸線ＣＣ’上でセンサハウジング２０に対して移動される。接続要素ハウジング４０のこの移動は、図１２に矢印によって表される。図７及び図８に示されるように、このようにすると、支持体４２の後領域が接続要素ケース４０の後縁と略面一となって外側からアクセスできる一方で、支持体４２の前領域が支持体フレーム４２．１によって覆われる。
ここで、別の方法のステップでは、接続要素ハウジング４０が特定の領域でセンサハウジング２０．１に接続される。好ましくは、接続要素ハウジング４０の前縁とセンサハウジング２０．１の後縁とがその全周にわたって機械的に接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。この目的のため、結合工具により、接続要素ハウジング４０の前縁とセンサハウジング２０．１の後縁との間の材料結合が行なわれる。結合工具は図１２に表されていない。
本方法の更にもう一つのステップでは、支持体４２が特定の領域で接続要素ハウジング４０に機械的に接続される。好ましくは、支持体４２の後領域は、接続要素ハウジング４０の後縁にその全周にわたって機械的に接続される。機械的接続は、例えば溶接、拡散接合、熱圧着結合、半田付け等の材料結合によって行なわれる。この目的のため、結合工具により、支持体４２の後領域と接続要素ハウジング４０の後縁との間の材料結合が行なわれる。結合工具は図１２に表されていない。
本発明を認識している当業者は、異なる具体例を組み合わせることができる。したがって、図３に記載されたセンサアセンブリの具体例を図４及び／又は図５又は図６の具体例と組み合わせることができる。したがって、当業者は、圧電型圧力センサの信号の送信に直接に関与する全ての構成要素が材料結合によって接続された圧電型圧力センサを実施できる。また、その構成部品間の全ての機械的接続が材料結合である圧電型圧力センサを実施できる。更に、電荷出力部が材料結合によって電気回路基板に直接に接続された圧電型圧力センサを実施できる。
ＡＡ’ 鉛直軸線
Ａ÷Ａ’ 断面線
ＢＢ’ 水平軸線
Ｂ÷Ｂ’ 断面線
ＣＣ’ 長手方向軸線
１ 圧電型圧力センサ
２ センサアセンブリ
４ 信号ケーブルアセンブリ
５ 評価ユニット
２０ センサハウジングアセンブリ
２０．１ センサハウジング
２０．２ 補強スリーブ
２１ 膜
２２ 圧電センサ
２２．１ 第１の支持要素
２２．２ 圧電センサ素子
２２．３ 第２の支持要素
２３ 電極配列部
２３．１ 電荷ピックオフ
２３．２ 電荷出力部
２４ 予応力付与アセンブリ
２４．１ 予応力付与スリーブ
２４．２ 予応力付与本体
２５ 第１の電気絶縁体
２６ 補償要素
２７ 電気的フィードスルー配列部
２７．１ 第１のアダプタ要素
２７．２ 第２の電気絶縁体
２７．３ 第２のアダプタ要素
４０ 接続要素ハウジング
４０．１ 接続要素ハウジング張出部
４１ 信号ケーブル
４１．１ 電気信号導体
４１．２ 電気絶縁要素
４１．２０ 第２のロック要素
４１．３ 信号ケーブルシース
４２ 支持体
４２．１ 支持体フレーム
４３ 電気接続要素
４３．００ 第１のロック要素
５０ 回路基板ハウジング
５１ 電気回路基板
５１．１ 電気信号導体
５２ 支持体
５３ 電気接続要素

Claims (15)

  1. 圧電型圧力センサ（１）であって、
    圧力プロファイルをとらえる膜（２１）と、
    前記とらえられた圧力プロファイルによって分極電荷を生成する圧電センサ（２２）と、
    前記生成された分極電荷を信号として電荷出力部（２３．２）を介して送受信する電極配列部（２３）と、
    電気接続要素（４３，５３）及び信号導体（４１．１，５１．１）と
    を備え、前記電気接続要素（４３，５３）が前記電気信号導体（４１．１，５１．１）に電気的及び機械的に接続されている、圧電型圧力センサ（１）において、
    前記電荷出力部（２３．２）は、特定の領域で材料結合により前記電気接続要素（４３，５３）に接続され、前記電気接続要素（４３，５３）を通じて信号を前記信号導体（４１．１，５１．１）へ送るようになっていることを特徴とする圧電型圧力センサ（１）。
  2. 前記電荷出力部（２３．２）の後端が前記電気接続要素（４３，５３）内へ突出し、この領域で、前記電荷出力部（２３．２）の外表面と前記電気接続要素（４３，５３）の内表面とが材料結合により互いに接続されていることを特徴とする請求項１に記載された圧電型圧力センサ（１）。
  3. 前記圧電型圧力センサ（１）が予応力付与本体（２４．２）を備え、
    前記電極配列部（２３）が電荷ピックオフ（２３．１）を備え、
    前記予応力付与本体（２４．２）は、前記電荷ピックオフ（２３．１）の、前記膜（２１）から離れた方向を向く側に配置され、
    前記予応力付与本体（２４．２）が前記圧電センサ（２２）に対して機械的な予応力を付与するようになっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された圧電型圧力センサ（１）。
  4. 前記電荷ピックオフ（２３．１）と前記予応力付与本体（２４．２）とは、間に配置された第１の電気絶縁体（２５）によって電気的に絶縁されることを特徴とする請求項３に記載された圧電型圧力センサ（１）。
  5. 前記電荷出力部（２３．２）が前記電荷ピックオフ（２３．１）に電気的及び機械的に接続され、
    前記電荷出力部（２３．２）は、前記電荷ピックオフ（２３．１）の、前記膜（２１）から離れた方向を向く側に配置され、
    前記電荷出力部（２３．２）は、第１の電気絶縁体（２５）及び前記予応力付与本体（２４．２）を貫いて中心に延在して、前記第１の電気絶縁体（２５）及び前記予応力付与本体（２４．２）から第３の隙間だけ離間され、
    前記電荷出力部（２３．２）は、前記予応力付与本体（２４．２）の、前記膜（２１）から離れた方向を向く側で電気的フィードスルー配列部（２７）上に機械的に支持され、
    前記電気的フィードスルー配列部（２７）が前記予応力付与本体（２４．２）に機械的に接続されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載された圧電型圧力センサ（１）。
  6. 第１の支持領域では、前記電極配列部（２３）が前記電荷ピックオフ（２３．１）を介して機械的に支持され、前記電荷ピックオフ（２３．１）、前記第１の電気絶縁体（２５）、補償要素（２６）、及び、前記予応力付与本体（２４．２）が互いに機械的に接触し、
    第２の支持領域では、前記電極配列部（２３）が前記電荷出力部（２３．２）を介して支持され、前記電荷出力部（２３．２）、前記電気的フィードスルー配列部（２７）、及び、前記予応力付与本体（２４．２）が互いに機械的に接続されることを特徴とする請求項５に記載された圧電型圧力センサ（１）。
  7. 前記電気的フィードスルー配列部（２７）は、第１のアダプタ要素（２７．１）と、第２の電気絶縁体（２７．２）と、第２のアダプタ要素（２７．３）とを有し、
    前記電荷出力部（２３．２）が前記第２のアダプタ要素（２７．３）に電気的及び機械的に接続され、
    前記電荷出力部（２３．２）と前記予応力付与本体（２４．２）とは、間に配置された第２の電気絶縁体（２７．２）によって電気的に絶縁されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載された圧電型圧力センサ（１）。
  8. 第１の支持領域では、前記電極配列部（２３）が前記電荷ピックオフ（２３．１）を介して機械的に支持され、
    前記電荷ピックオフ（２３．１）、前記第１の電気絶縁体（２５）、補償要素（２６）、及び、前記予応力付与本体（２４．２）が互いに機械的に接続されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載された圧電型圧力センサ（１）。
  9. 第３の支持領域では、前記電極配列部（２３）が前記電荷ピックオフ（２３．１）を介して支持され、
    前記電荷ピックオフ（２３．１）、前記圧電センサ（２２）、予応力付与スリーブ（２４．１）、及び、前記予応力付与本体（２４．２）が互いに機械的に接続されることを特徴とする請求項８に記載された圧電型圧力センサ（１）。
  10. 前記圧電センサ（２２）が圧電素子（２２．２）と第２の支持要素（２２．３）とを備え、
    前記第２の支持要素（２２．３）は、前記圧電素子（２２．２）の、前記膜（２１）から離れた方向を向く側に配置され、
    前記第２の支持要素（２２．３）が、前記圧電素子（２２．２）と前記電荷ピックオフ（２３．１）との間に配置され、
    前記第２の支持要素（２２．３）は、材料結合によって前記圧電素子（２２．２）に接続されるとともに、材料結合によって前記電荷ピックオフ（２３．１）に接続されることを特徴とする請求項９に記載された圧電型圧力センサ（１）。
  11. 前記圧電センサ（２２）が第１の支持要素（２２．１）を備え、
    前記第１の支持要素（２２．１）は、前記圧電素子（２２．２）の、前記膜（２１）から離れた方向を向く側に配置され、
    前記第１の支持要素（２２．１）は、材料結合によって前記圧電素子（２２．２）に接続されるとともに、材料結合によって前記予応力付与スリーブ（２４．１）に接続されることを特徴とする請求項１０に記載された圧電型圧力センサ（１）。
  12. 前記電気接続要素（４３）は外面上に第１のロック要素（４３．００）を備え、
    前記第１のロック要素（４３．００）は、電気絶縁要素（４１．２）の内面上の第２のロック要素（４１．２０）内へ突出し、
    前記第１のロック要素（４３．００）と前記第２のロック要素（４１．２０）とは、互いに適合して形成され、遊びを伴う形状的拘束又は接触拘束を形成することを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載された圧電型圧力センサ（１）。
  13. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載された圧電型圧力センサ（１）を製造する方法であって、
    センサアセンブリ（２）を半仕上げ製品として提供する段階であって、前記センサアセンブリ（２）は、膜（２１）と、圧電センサ（２２）と、電荷出力部（２３．２）を有する電極配列部（２３）とを備える、前記センサアセンブリ（２）を提供する段階と、
    センサケーブルアセンブリ（４）又は評価ユニット（５）の電気接続要素（４３，５３）を提供する段階であって、前記電荷出力部（２３．２）が特定の領域で前記電気接続要素（４３，５３）に接続される、前記電気接続要素（４３，５３）を提供する段階と、
    前記電荷出力部（２３．２）と前記電気接続要素（４３，５３）との間で材料結合を行う段階と
    を特徴とする方法。
  14. 信号ケーブルアセンブリ（４）が支持体（４２）を有し、前記支持体（４２）が支持体フレーム（４２．１）を備え、前記電気接続要素（４３）が前記支持体（４２）内に配置され、前記電気接続要素（４３）には前記支持体フレーム（４２．１）の少なくとも１つの窓を通じて外側からアクセスできるようになっており、前記材料結合を前記支持体フレーム（４２．１）の前記窓を通じて行なうことを特徴とする請求項１３に記載された方法。
  15. 接続要素ケーシング（４０）を有する信号ケーブルアセンブリ（４）が提供され、前記接続要素ケーシング（４０）が前記支持体（４２）上に押し進められ、前記支持体フレーム（４２．１）に前記接続要素ハウジング（４０）が所定位置にある状態で外側からアクセスできるようになり、前記センサアセンブリ（２）がセンサハウジング（２０）を備え、前記電荷出力部（２３．２）が前記センサハウジング（２０）内に配置され、前記接続要素ケーシング（４０）は、前記材料結合が行われた後に前記センサハウジング（２０）に対して移動され、前記接続要素ケーシング（４０）の移動後には前記支持体フレーム（４２．１）に外側からアクセスできないようになることを特徴とする請求項１４に記載された方法。
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