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技術 圧電型圧力センサ

出願人 キストラーホールディングアクチエンゲゼルシャフト
発明者 ラインホルトブックマルティンギガー
出願日 2016年7月29日 (5年1ヶ月経過) 出願番号 2016-149760
公開日 2017年2月9日 (4年6ヶ月経過) 公開番号 2017-032558
状態 特許登録済
技術分野 流体圧力測定
主要キーワード 電気接続要素 支持体フレーム アダプタ要素 結合工具 熱圧着結合 全断面図 半仕上げ製品 予応力
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図面 (13)

課題

膜が破裂しても高温ガス圧電型圧力センサハウジングから環境へ逃げることができない圧電型圧力センサの提供。

解決手段

本発明の圧電型圧力センサは、膜と、圧電センサと、電極配列部と、予応力付与本体とを収容するセンサハウジングアセンブリを備える。膜が圧力プロファイルをとらえ、とらえられた圧力プロファイルによって分極電荷が圧電センサに生成され、電極配列部が生成された分極電荷を受け、電極配列部が電荷ピックオフ及び電荷出力部を備える。電荷ピックオフは、電荷出力部に電気的及び機械的に接続され、電荷出力部が第3の隙間によって予応力付与本体から電気的に絶縁され、電荷出力部が、予応力付与本体の膜から離れた方向を向く側で電気的フィードスルー配列を介して予応力付与本体に機械的に接続され、第3の隙間を環境から圧密シールする。

概要

背景

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400bar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シールする。

実際に、圧電型圧力センサの使用中に膜の破裂が起こる場合がある。この場合、圧力チャンバからの高温ガスが予応力付与スリーブへ流れる。予応力付与スリーブは、薄い壁を有し、機械的な応力に対してあまり安定ではなく、そのため、高温ガスの影響により予応力付与スリーブが裂ける場合がある。結果として、高温ガスは、圧電センサ及びソケットへと流れてこれらを損傷させる場合がある。ソケットが損傷されれば、高温ガスが圧電型圧力センサのハウジングから環境へ逃げる場合がある。高温ガスは、外気と触れて発火および燃焼して損害が発生する場合がある。

概要

膜が破裂しても高温ガスが圧電型圧力センサのハウジングから環境へ逃げることができない圧電型圧力センサの提供。本発明の圧電型圧力センサは、膜と、圧電センサと、電極配列部と、予応力付与本体とを収容するセンサハウジングアセンブリを備える。膜が圧力プロファイルをとらえ、とらえられた圧力プロファイルによって分極電荷が圧電センサに生成され、電極配列部が生成された分極電荷を受け、電極配列部が電荷ピックオフ及び電荷出力部を備える。電荷ピックオフは、電荷出力部に電気的及び機械的に接続され、電荷出力部が第3の隙間によって予応力付与本体から電気的に絶縁され、電荷出力部が、予応力付与本体の膜から離れた方向を向く側で電気的フィードスルー配列を介して予応力付与本体に機械的に接続され、第3の隙間を環境から圧密にシールする。

目的

本発明の目的は、膜が破裂しても高温ガスが圧電型圧力センサのハウジングから環境へ逃げることができない圧電型圧力センサを提供する

効果

実績

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牽制数
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請求項1

膜(21)と、圧電センサ(22)と、電極配列部(23)と、予応力付与本体(24.2)とを収容するセンサハウジング(20)を備える圧電型圧力センサ(1)であって、前記膜(21)が圧力プロファイルをとらえ、前記とらえられた圧力プロファイルによって分極電荷が前記圧電センサ(22)で生成され、前記電極配列部(23)が前記生成された分極電荷を受け、前記電極配列部(23)が電荷ピックオフ(23.1)および電荷出力部(23.2)を備え、前記電荷ピックオフ(23.1)が前記電荷出力部(23.2)に対して電気的及び機械的に接続され、前記電荷出力部(23.2)が第3の隙間によって前記予応力付与本体(24.2)から電気的に絶縁されている、圧電型圧力センサ(1)において、前記電荷出力部(23.2)が、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(27)を介して前記予応力付与本体(24.2)に機械的に接続され、前記第3の隙間を環境から圧密シールしていることを特徴とする圧電型圧力センサ(1)。

請求項2

前記電荷ピックオフ(23.1)は、前記電荷出力部(23.2)に対して一体的に接続されているか、又は材料結合を用いて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)。

請求項3

前記電荷ピックオフ(23.1)は、前記圧電センサ(22)の、前記膜(21)から離れた方向を向く側に配置され、第1の電気絶縁体(25)が、前記電荷ピックオフ(23.1)の、前記膜から離れた方向を向く側に配置され、前記圧電センサ(22)、前記電荷ピックオフ(23.1)、及び前記第1の電気絶縁体(25)に、前記予応力付与本体(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、前記予応力付与スリーブ(24.1)は、前記圧電センサ(22)、前記電荷ピックオフ(23.1)、及び前記第1の電気絶縁体(25)から第2の隙間だけ離間され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)。

請求項4

機械的な予応力がない場合でも、前記第1の電気絶縁体(25)が、前記電荷ピックオフ(23.1)及び前記予応力付与本体(24.2)と機械的に表面接触して、形状拘束によって前記第3の隙間を前記第2の隙間からシールす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)。

請求項5

前記電荷出力部(23.2)が、前記第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、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)。

請求項6

補償要素(26)が、前記予応力付与スリーブ(24.1)と前記圧電センサ(22)との間、又は前記圧電センサ(22)と前記電荷ピックオフ(23.1)との間、又は前記電荷ピックオフ(23.1)と前記第1の電気絶縁体(25)との間、又は前記第1の電気絶縁体(25)と前記予応力付与本体(24.2)との間に配置され、前記予応力付与スリーブ(24.1)が、前記圧電センサ(22)、前記電荷ピックオフ(23.1)、前記第1の電気絶縁体(25)、及び前記補償要素(26)から第2の隙間だけ離間されることを特徴とする請求項3から請求項5までのいずれか1項に記載された圧電型圧力センサ(1)。

請求項7

前記補償要素(26)が、前記第1の電気絶縁体(25)と前記予応力付与本体(24.2)との間に配置され、機械的な予応力がない場合でも、前記第1の電気絶縁体(25)及び前記補償要素(26)が、前記電荷ピックオフ(23.1)及び前記予応力付与本体(24.2)と機械的に表面接触して、形状拘束によって前記第3の隙間を前記第2の隙間からシールすることを特徴とする請求項6に記載された圧電型圧力センサ(1)。

請求項8

前記センサハウジングアセンブリ(20)がセンサハウジング(20.1)および補強ケーシング(20.2)を備え、前記センサハウジング(20.1)と前記補強ケーシング(20.2)とが材料結合によって接続され、前記予応力付与本体(24.2)が材料結合によって前記補強ケーシング(20.2)に接続されていることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載された圧電型圧力センサ(1)。

請求項9

前記電気的フィードスルー配列(27)が、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、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ていることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載された圧電型圧力センサ(1)。

請求項10

前記電荷出力部(23.2)と前記予応力付与本体(24.2)とが、間に配置された前記第2の電気絶縁体(27.2)によって電気的に絶縁され、前記第2のアダプタ要素(27.3)が材料結合によって前記第2の電気絶縁体(27.2)に接続され、及び/又は、前記第2のアダプタ要素(27.3)と前記第2の電気絶縁体(27.2)との対の線熱膨張係数の差が5ppmよりも小さく、好ましくは3ppmよりも小さい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)。

請求項11

前記第2のアダプタ要素(27.3)が材料等級番号1.3981又は1.3982の合金鋼から形成され、前記第2の電気絶縁体(27.2)がAl2O3セラミックから形成されてい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)。

請求項12

前記第1のアダプタ要素(27.1)が材料結合によって前記第2の電気絶縁体(27.2)に接続され、及び/又は、前記第1のアダプタ要素(27.1)と前記第2の電気絶縁体(27.2)との対の線熱膨張係数の差が5ppmよりも小さく、好ましくは3ppmよりも小さいことを特徴とする請求項9から請求項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)。

請求項13

前記第1のアダプタ要素(27.1)がチタンから形成され、前記第2の電気絶縁体(27.2)がAl2O3セラミックから形成されていることを特徴とする請求項12に記載された圧電型圧力センサ(1)。

請求項14

前記第1のアダプタ要素(27.1)が材料結合によって前記予応力付与本体(24.2)に接続され、及び/又は、前記第1のアダプタ要素(27.1)と前記予応力付与本体(24.2)との対の線熱膨張係数の差が10ppmよりも小さく、好ましくは5ppmよりも小さいことを特徴とする請求項9から請求項13までのいずれか1項に記載された圧電型圧力センサ(1)。

請求項15

前記第1のアダプタ要素(27.1)がチタンから形成され、前記予応力付与本体(24.2)が材料等級番号1.4542の合金鋼から形成されていることを特徴とする請求項14に記載された圧電型圧力センサ(1)。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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400bar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。

0003

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。

0004

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シールする。

0005

実際に、圧電型圧力センサの使用中に膜の破裂が起こる場合がある。この場合、圧力チャンバからの高温ガスが予応力付与スリーブへ流れる。予応力付与スリーブは、薄い壁を有し、機械的な応力に対してあまり安定ではなく、そのため、高温ガスの影響により予応力付与スリーブが裂ける場合がある。結果として、高温ガスは、圧電センサ及びソケットへと流れてこれらを損傷させる場合がある。ソケットが損傷されれば、高温ガスが圧電型圧力センサのハウジングから環境へ逃げる場合がある。高温ガスは、外気と触れて発火および燃焼して損害が発生する場合がある。

先行技術

0006

スイス特許出願公開第394637号明細書

発明が解決しようとする課題

0007

本発明の目的は、膜が破裂しても高温ガスが圧電型圧力センサのハウジングから環境へ逃げることができない圧電型圧力センサを提供することである。

課題を解決するための手段

0008

これらの目的は、独立請求項の構成によって達成される。

0009

本発明は、膜と、圧電センサと、電極配列部と、予応力付与本体とを収容するセンサハウジングを備える圧電型圧力センサに関する。膜が圧力プロファイルをとらえ、とらえられた圧力プロファイルによって分極電荷が圧電センサで生成され、電極配列部が生成された分極電荷を受け、電極配列部が電荷ピックオフおよび電荷出力部を備え、電荷ピックオフが電荷出力部に電気的及び機械的に接続され、電荷出力部が第3の隙間によって予応力付与本体から電気的に絶縁され、電荷出力部が、予応力付与本体の、膜から離れた方向を向く側で電気的フィードスルー配列を介して予応力付与本体に機械的に接続され、第3の隙間を環境から圧密にシールする。

0010

膜が破裂すると、高温ガスは、電荷出力部と予応力付与本体との間の第3の隙間に流れ込む場合がある。第3の隙間は、ソケットへ及び環境内の信号ケーブルへ延びる。本発明によれば、第3の隙間は、電気的フィードスルー配列を介して電荷出力部を予応力付与本体に対して圧密状態で機械的に接続することによって環境から圧密にシールされる。好適には、圧密な機械的接続材料結合による接続である。好適には、予応力付与本体は、圧電型圧力センサのセンサハウジングアセンブリに機械的に接続される。したがって、電荷出力部は、直接的に又は少なくとも1つの材料結合のみを介して間接的にセンサハウジングアセンブリに対して機械的に接続される。膜が破裂しても、高温ガスが環境へ逃げることができない。

0011

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。

図面の簡単な説明

0012

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。

実施例

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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差異補償する。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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

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。

0048

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。

0049

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。

0050

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。

0051

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

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