(57)【要約】  各々が自動車燃料のような苛性作動流体を利用する環境のために選択されている感知素子、基板、及び結合要素を備える感知装置の実施形態が提供される。結合要素として使用するための材料は、セラミック及びガラスとの分子結合を形成することができる。一実施形態では、感知装置は容器又は空洞を備え、容器又は空洞内には感知素子及び結合要素が配置される。この構成は、結合要素と、感知素子及び空洞の周壁の各々との間の結合の形成を容易にする。このような結合は、引張り結合領域及びせん断結合領域で構成され、これらの領域の組み合わせは、空洞内の感知素子を固定するのに有用である。感知装置は、自動車の燃料システム内で見られる流体継手のような周辺装置に対して感知装置を封止するために、基板に対して環状関係に配置されたＯリングのようなシールをさらに備えることができる。【選択図】図２
2013543136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感知領域と、
前記感知領域内に配置された感知素子と、
結合要素とを備え、前記結合要素は前記結合要素及び前記感知素子の側面間の分子結合を含む第１の結合領域を形成し、前記結合要素は約１０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する、感知装置。
【請求項２】
前記結合要素は、前記感知素子の側面の少なくとも約５０％を覆う、請求項１記載の感知装置。
【請求項３】
前記結合要素はシリコン系材料を含む、請求項１記載の感知装置。
【請求項４】
前記結合要素はアルミナ及びガラスで分子結合を形成する、請求項１記載の感知装置。
【請求項５】
前記感知領域内の容器をさらに備え、前記感知素子は前記容器内に配置される、請求項１記載の感知装置。
【請求項６】
前記容器は前記感知素子に対して取り囲む関係の壁を備え、前記結合要素は記結合要素及び前記壁間の分子結合を形成する、請求項５記載の感知装置。
【請求項７】
前記感知素子の底部と分子結合を形成する第２の結合領域をさらに備える、請求項１記載の感知装置。
【請求項８】
細長い円筒形本体と、
前記細長い円筒形本体の周囲に環状に配置されたシールとをさらに備え、
前記感知領域は前記細長い円筒形本体内に組み込まれる、請求項１記載の感知装置。
【請求項９】
前記感知素子は前記作動流体の圧力に応答するピエゾ抵抗型半導体ダイを備える、請求項１記載の感知装置。
【請求項１０】
前記感知素子は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置を備える、請求項１記載の感知装置。
【請求項１１】
作動流体の特性を測定するための装置であって、前記装置は、
周壁を有する空洞を有する基板と、
前記空洞内に配置された結合部分を有する別個の感知装置と、
前記結合部分及び前記周壁間に配置された結合要素とを備え、前記結合要素は前記結合部分及び前記周壁との分子結合を形成し、
前記結合要素は約１０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する、装置。
【請求項１２】
前記結合要素はガラスを含む、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記別個の感知装置は圧力を測定するように構成される、請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
前記空洞は底壁を有し、前記結合要素は前記底壁と分子結合を形成する、請求項１１記載の装置。
【請求項１５】
前記結合部分は前記別個の感知装置の側面の少なくとも５０％を含む、請求項１１記載の装置。
【請求項１６】
前記結合部分は前記別個の感知装置の全外表面積の少なくとも３０％を含む、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記基板は細長い円筒形本体を形成する、請求項１１記載の装置。
【請求項１８】
前記細長い円筒形本体上に環状に配置されたシールをさらに備える、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記基板は、アルミナ、ガラス、セラミック、並びに、それらの組み合わせ及び派生物の１つ又は複数を含む、請求項１１記載の装置。
【請求項２０】
前記周壁は前記基板と一体に形成される、請求項１１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、全体的にはセンサに関し、より具体的には、自動車両で使用される燃料、冷却液、油、及び油圧流体のような苛性作動流体の特性を測定するように構成される感知装置の実施形態に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサ組立品は、流体継手のような他の機能部品に組み込むことができる個別のねじ付きハウジング又はねじ付きインタフェースを形成することができるねじ付き金属又はプラスチックを備えることができる。これらのセンサ組立品は、作動流体（例えば燃料）の１つ又は複数の特性に応答する感知素子を組み込むことができる。温度センサ、圧力センサ、流量センサ、等は、すべてセンサ組立品の一部として組み込むことができる適切な感知素子である。特定の用途は、これらのセンサ組立品が、センサ組立品が組み込まれる流体継手と同様に又はこれに加えて、各々、作動流体及び／又は作動流体を利用する環境に特定の物理的及び化学的特性に耐えることができるように構成されることを必要とする可能性がある。例示的な環境は、燃料システム、冷却液システム、潤滑システム、油圧システム、及びブレーキシステムのようなシステムを含むことができ、これらのすべてを自動車内に見つけることができる。
【０００３】
自動車システム内の作動流体の特性を監視することができるセンサのようないくつかのセンサは、これらの環境で使用するための継手と親和性があるが、これらのセンサで、半導体系ダイ、セラミック系ダイ、又は同様の容量性特性を有する他のダイを組み込むものは少ない。この理由の１つは、センサの不十分な構成である。例えば、多くのシリコン系ダイ（例えば、ピエゾ抵抗型圧力センサダイ）のための回路網は、シリコンウェハ上に製造される。これらのウェハは、ウェハの裏面に結合される支持構造を必要とする可能性がある。この構造を、シリコンウェハの熱膨張係数（「ＣＴＥ」）と同様のＣＴＥを有する材料（例えばガラス）で構成することができる。ウェハのさらなる処理は、結果として、シリコン／ガラス組立品を構成する一般的に立方体の感知パッケージを生じることができる。センサを形成するために、これらの立方体感知パッケージを、一般的に作動流体の化学的特性に耐えるため選択される重合体の熱可塑性物質のような二次基板に取り付けることができる。
【０００４】
ウェハ／ガラス組立品のガラス部分を基板に結合するために、典型的にはエポキシ樹脂が使用される。しかしながら、エポキシ樹脂は、ガラス及びプラスチック間のような表面微細構造に作用する傾向がある。この作用は機械的結合を形成し、この機械的結合は、作動流体にさらされると分解する可能性がある。例えば、機械的結合の特性は、エポキシ樹脂の架橋結合中の炭化水素のように時間とともに変化する可能性があり、温度及び化学的侵食に応じてそれらの材料特性を変化させる可能性がある。さらに、ガラス及びプラスチックを一緒に結合するために使用されるエポキシ材料は、約２０ｐｐｍ／℃から約１００ｐｐｍ／℃までのＣＴＥを有するため、これらのエポキシ樹脂は、感知パッケージのガラス又はシリコンのいずれよりも大きい割合で膨張及び収縮する。この割合は、周期的なせん断疲労を引き起こす可能性があり、したがってエポキシ樹脂を、温度の大きい偏差及び／又は高圧を示す環境に関して劣った結合材料にする。
【０００５】
これらの問題のいくつかを解消するように構成された継手が存在する。このようなセンサは、ステンレス鋼箔上にプリントされたセラミック容量性回路を組み込むことができる。しかしながら、このような構成を利用する継手は、しばしば、大型のステンレス鋼ハウジング、並びに、ハウジングを流体輸送パイプに固定するための接続メカニズム（例えば、ねじ付きコネクタ、ろう付けジョイント及び溶接ジョイント）を備える。この構成は、結果として生じる継手を大型でかさばるものにし、これは多くの自動車システムには問題であり不適当である特性である。例えば、自動車構造内の空間の制約は、大型の継手が構車両構造内の成要素及びそれらの配置に費用の掛かる設計変更を必要とする可能性があるように、パッケージングサイズを制限する可能性がある。
【０００６】
したがって、苛性作動流体に耐えることができるが、堅牢且つ種々の用途のために設計及び製造されるセンサを提供することが有利である。例えば、苛性作動流体の特性を改善された精度及び信頼性で測定するためのセンサであるが、費用、サイズ、及び自動車工業の他の設計制約を満たす継手と親和性がある方法で構成されるセンサを提供することが有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５４５４２７０号明細書
【発明の概要】
【０００８】
一実施形態では、感知装置は、感知領域、感知領域内に配置された感知素子、及び結合要素を備える。一例では、結合要素は、結合要素及び感知素子の側面間の分子結合を含む第１の結合領域を形成する。他の例では、結合要素は、約１０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する。
【０００９】
他の実施形態では、作動流体の特性を測定するための装置。装置は、周壁を有する空洞を有する基板と、空洞内に配置された結合部分を有する別個の感知装置とを備える。装置は、結合部分及び周壁間に配置された結合要素も備え、結合要素は、結合部分及び周壁との分子結合を形成する。一例では、結合要素は、約１０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する。
【００１０】
本発明の特徴が詳細に理解されうるように、その詳細な説明を特定の実施形態の参照によって得ることができ、特定の実施形態のいくつかは添付図面に示される。しかしながら、図面は、本発明の特定の実施形態のみを示し、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではないことに留意すべきである。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、本発明の特定の実施形態の原理を説明する上で強調が全体的にされている。
【００１１】
したがって、本発明のさらなる理解のために、図面と関連して読まれる以下の詳細な説明を参照することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の例示的な実施形態での感知装置を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の他の例示的な実施形態での感知装置の斜視側面図である。
【図３】図２の感知装置の側面断面組立図である。
【図４】本発明のさらに他の例示的な実施形態で形成される感知装置の斜視側面図である。
【図５】図４の感知装置の側面断面組立図である。
【図６】本発明の依然として他の例示的な実施形態での感知装置を組み立てる方法である。
【図７】図６の方法で使用するための温度プロファイルの図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態での流体継手の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
おおまかに述べると、流体の特性を測定するための感知装置の実施形態が以下に記載される。これらの感知装置は、これらの感知装置が、自動車燃料、油圧流体、潤滑油、冷却液、冷媒、及び同様の苛性材料のような作動流体によるシステム内で実施されるように、感知装置の品質、信頼性、及び親和性を改善することができる概念及び特徴を取り込む。以下に開示される概念の中でも、本開示の感知装置は、装置を基板に取り付けるために結合要素を使用して、劣化を低減するように構成される。一実施形態では、結合要素、装置、及び基板は、結合要素の材料のせん断特性及び引張り特性の両方を利用するように構成される。
【００１４】
以下に説明する１つ又は複数の実施形態に対してより具体的に、本発明者らは、これらの感知装置の有効性を改善するために使用することができる構造及び材料（及び関連する製造プロセス）の組み合わせを同定した。上述した微細構造での機械的結合を利用するのではなく、分子レベルでの結合を促進する材料を使用する。さらに、一実施形態では、感知装置は、分子結合のせん断強度を利用するように構成される。これらの概念を利用する感知装置は、継手内のような作動流体の圧力を維持することができ、同時に、温度、圧力、流量、材料特性、等のような作動流体の特定の特性を測定するようにも構成される。これらの特徴は、流体継手の一部として実装されるのに十分なほど小型の感知装置を提供するために有効であり、これらの感知装置は、作動流体、並びに、変速機のバルブ本体内のような非常に限られたパッケージ空間との親和性があるように構成される。
【００１５】
これらの概念のいくつかを説明するために、図１の機能ブロック図を参照することができ、図１は、感知装置１０の例示的な一実施形態を比較的高いレベルで示す。感知装置１０は、下部又は第１の領域１４及び上部又は第２の領域１６を備えることができる多層構造１２を有することができる。第１の領域１４及び第２の領域１６は、併せて基板１８を形成することができ、基板１８は、感知素子２２が配置される感知領域２０を有することができる。感知素子２２を１つ又は複数に第１の領域１４及び第２の領域１６に結合するために、結合要素２４が配置されてもよい。一実施形態では、結合要素２４は、せん断又は第１の結合領域２６及び引張り又は第２の結合領域２８を形成することができる。検知素子２２は、さらに、装置レベル構造３０を備えることができ、図１に示す構成では、装置レベル構造３０は、一次層３２及び支持層３４（全体的に、以下「感知装置層」と呼ぶ）を備えることができる。一例では、一次層３２及び支持層３４は、陽極接合を使用して互いに接合され、当該技術分野で認識される概念であり、したがって本明細書では詳細には説明しない。
【００１６】
感知素子２２は、シリコンダイ又は類似の半導体ベースの装置回路の少なくとも一部として構成された一種の別個の感知装置であってもよい。この回路は、作動流体の１つ又は複数の特性を測定するために設計された機能を有することができる。半導体装置で使用するための一般的に認識された材料に加えて、本願の感知装置層は、セラミック、ガラス、炭化ケイ素及びガリウムヒ素のような半導体材料、並びに、作動流体に接触させたとき実質的に劣化しない他の材料を含むがこれらに限定されない他の材料を含むこともできる。
【００１７】
一実施形態では、第１の領域１４及び第２の領域、感知素子２２、並びに結合要素２４を含む、１つ又は複数の基板１８のための材料は、感知装置１０の種々の材料、層、及び構成要素間でのような、熱膨張及び収縮の差を低減するように選択される。本発明者らは、感知素子２２での内力及び外力（例えば、応力及び歪み）は、作動流体と親和性があり、例えば材料の熱膨張係数（「ＣＴＥ」）によって測定されるような実質的に一定の熱的特性も有する材料を選択することによって低減されることを発見した。これは、シリコンダイの場合、熱膨張及び／又は収縮の異なる割合によって引き起こされる応力除去は、シリコンダイの精度を低下させること等により、感知装置１０の性能を低下させる可能性があり、同時に、一般的に感知装置１０（及び、感知装置１０が実装される任意の対応する装置）をリーク及び他の破局的故障に最終的に影響されやすくするため、特に有益である。
【００１８】
感知装置１０の非限定的な例で使用することができる材料の特性を、下記表１に示す。
【００１９】
【表１】
2013543136.tif 000003
基板１８は、モノリシックに形成されてもよく、例えば、第１の領域１４及び第２の領域１６（全体として、「基板領域」）が同じ材料から一体に製造される。一例では、感知素子２２を受容するための感知領域２０を準備するために、材料をエッチングすることができる。他の実施形態の感知領域の各々は、同じ又は異なる材料及び構造で別々に形成されてもよい。図１には示していないが、別々に製造される場合、基板領域を互いに固定するために、結合材又は層を感知装置１０内に組み込むことができる。一例では、この結合材は、結合要素２４と同じ材料であってもよい。
【００２０】
次に図２及び３に移ると、感知装置（図１）に関連して上記で規定した１つ又は複数の概念は、感知装置１０の他の例示的な実施形態で実施される。感知装置１００は、感知領域１０２を備えることができ、感知領域１０２には、周辺空洞壁１０６及び底部空洞表面１０８を有する容器又は空洞１０４が見られる。空洞１０４は、一次層１１４及び支持層１１６を有する別個の感知装置１１２のような感知素子１１０の少なくとも一部を受容するように大きさが決められ、構成されてもよい。一例では、別個の感知装置１１２は、上部１１８、底部１２０、及び側面１２２を含むことができる。感知装置１００は、結合要素１２４も含むことができ、結合要素１２４は、空洞１０４内に別個の感知装置１１２を固定するために使用される材料で構成される。一例では、結合要素１２４は、周辺空洞壁１０６及び別個の感知装置１１２の側面間等にせん断又は第１の結合領域１２６を形成することができ、底部空洞表面１０８及び別個の感知装置１１２の底部１２０間に引張り又は第２の結合領域１２８を形成することができる。
【００２１】
感知装置１００は、ハウジング１３２の形態で基板１３０を備えることもできる。ハウジング１３２は、流体通路１３６が貫通して延在する細長い本体１３４を有することができる。細長い本体１３４は、一構成では空洞１０４を組み込む及び／又は形成することができる下部本体部分１３８及び上部本体部分１４０で構成されてもよい。上部本体部分１４０は、例えば流体継手内に取り付けられたときに感知装置１００の移動（例えば回転）を防ぐことができるタブ又は平面のようなインデクシング機構１４２を備えることもできる。感知装置１００のさらなる保持は、流体継手上の１つ又は複数の相補的な機構と係合するように構成することができる垂直抑制面１４４によって促進される。一実施形態では、感知装置１００は、図２及び３に示す軸Ｏリングシールのようなシール１４６を備えることもでき、シール１４６は、本例では、細長い本体１３４の周囲に実質的に環状に延在する。
【００２２】
図２及び３に示すように、一実施形態では、結合要素１２４は、堆積又は他の製造プロセス（例えば、スクリーン印刷）等によって空洞１０４内に配置される。この方法での結合要素１２４の配置は、結合要素１２４を別個の感知装置１１２の１つ又は複数の側面１２２及び周辺空洞壁１０６に隣接して配置する。一実施形態では、この配置は、第１の結合領域１２６の形成を容易にし、第１の結合領域１２６では、結合要素１２４と側面１２２及び周辺空洞壁１０６の各々との間に分子結合が形成される。他の実施形態は、結合要素１２４の材料が別個の感知装置１１２の底部１２０の下に見られるように同様に構成される。この下にある材料は、第２の結合領域１２８の形成を容易にするために設けられ、第２の結合領域１２８では、結合要素１２４と、別個の感知装置１１２の底部１２０及び空洞１０４の底部空洞表面１０８の各々との間に分子結合が形成される。しかしながら、一実施形態では、第１の結合領域１２６のみが存在する感知装置１００の代わりに、下にある材料は省略されてもよい。第２の結合領域１２８の例示的な表現は、図３に最もよく示される。
【００２３】
第１の結合領域１２６の形成は、周辺空洞壁１０６及び別個の感知装置１１２の側面１２２の一部を変化させることを含むことができる。図２及び３に示すように、空洞１０４は、別個の感知装置１１２のすべてでなくても大部分が空洞１０４の内部に位置するように十分な深さを有することができる。結合要素１２４は、別個の感知装置１１２の周囲の領域を満たし、側面１２２の一部及び周辺空洞壁１０６の一部を含む結合された部分を形成するように使用されてもよい。非限定的な一例では、結合された部分は、別個の感知装置１１２の側面１２２の少なくとも５０％を組み込む。他の例では、結合された部分は、別個の感知装置１１２の側面１２２の約２５％から約７５％を組み込む。さらに他の例では、結合された部分は、第１の結合領域１２６内及びその周囲のせん断強度が、少なくとも別個の感知装置１１２に衝突する作動流体の圧力に耐えることができるように構成される。さらに、感知装置１００の実施形態は、結合された部分が側面１２２の種々の部分を覆うように構成されてもよいと考えられる。一例では、結合された部分は、第１の割合の第１の側面及び第２の割合の第２の側面を含んでもよい。感知装置１００は、第１の割合が第２の割合と異なるように構成されてもよく、第１の割合が第２の割合と等しい又は同様であるように構成されてもよい。
【００２４】
一次層１１４及び支持層１１６は、それぞれシリコン及びガラス（例えばＰＹＲＥＸ（登録商標））を含んでもよい。他の例では、支持層１１６は、シリコン及び／又は一次層１１４若しくは別個の感知装置１１２の他の部分で使用される半導体材料と同様の特性を有する１つ又は複数の材料を含んでもよい。一次層１１４及び支持層１１６の構成は非限定的であるが、別個の感知装置１１２の装置構成の１形式を例示するために与えられる。別個の感知装置１１２の一部として組み込まれる他の構成要素、装置、及び要素だけでなく、より少ない又はより多い層が存在してもよい。例えば、別個の感知装置１１２は、シリコン及び／又はシリコン系材料だけで構成されてもよい。
【００２５】
例えば、感知装置１００の実施形態は、別個の感知装置１１２の１つ又は複数の種々の形態で例示することができる種々の形態を有することができる。これらの構成は、多くの中でも、半導体チップベースの装置、システムオンチップベースの装置、及び微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）ベースの装置を含むことができるが、これらに限定されない。一例では、別個の感知装置１１２は、作動流体の圧力に応答するピエゾ抵抗型半導体ダイを備えることができる。他の例では、別個の感知装置１１２は、裏面絶対圧力（Ｂａｃｋｓｉｄｅ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（「ＢＡＰＳ」）センサダイを備えることができ、その例をカリフォルニア州フレモントのＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃによって提供することができる。
【００２６】
ハウジング１３２の形状を、曲線の輪郭を有する細長い様式で示したが、この形状は、本開示の範囲及び要旨を限定しない。感知装置１００の他の実施形態のハウジング１３２は、種々の構成の体積を画定する形状を有することができる。これらの形状は、設計の好みに基づいて選択されてもよく、一例では、特定の用途、例えば、下記の流体継手５７４（図８）と親和性があるため、ハウジング１３２の形状が選択される。
【００２７】
種々の材料が、ハウジング１３２で使用するために考えられ、非限定的なリストとして、このような材料は、セラミック（例えばアルミナ）、ムライト、ガラス、半導体材料、並びに、これらの組成物、化合物、及び派生物を含むことができる。一例では、結合要素１２４及び／又は別個の感知装置１１２がアルミナと接触して配置されるように、少なくとも上部本体部分１４０を形成するためにアルミナが使用される。
【００２８】
ハウジング１３２の材料及び構成要素は、例えば、材料の熱的特性、例えばＣＴＥに基づいて選択されてもよい。ハウジング１３２の一部として使用するのに適した例示的な材料は、約１０ｐｐｍ／℃未満のＣＴＥを有することができ、ある特定の構造は、ＣＴＥが約４ｐｐｍ／℃から約７ｐｐｍ／℃である材料を使用する。ハウジング１３２で使用するための材料の他の例での材料の選択は、感知素子１１０の構造で使用される材料の形式、及び／又は、感知装置１１０の一般的な特性に少なくとも部分的に基づいてもよい。これは、ハウジング１３２で使用される材料のＣＴＥが感知素子１１０の約３００％未満、及び／又は、結合要素１２４の約５０％以内である感知装置１００の実施形態で、特に示される。
【００２９】
材料は、同様に、単一の押出又は成形品で見られるように、細長い本体１３４をモノリシックに形成できるように選択されてもよい。このような材料は、細長い本体１３４が、例えば、上部本体部分１４０及び下部本体部分１３８として個別に製造することができる要素として形成されるように選択されてもよい。これらの別個の要素を、結合剤（例えば接着剤）、溶接を用いることによって、又は、このような部分を互いに固定するための他の適切な技術を使用することによって、一緒に組み立てることができる。一例では、要素を互いに固定するために使用される技術は、感知装置１００の他の特徴、作動流体、及び本明細書で説明した材料のＣＴＥと親和性があるべきである。
【００３０】
結合要素１２４は、はんだ、はんだガラス、ガラス、はんだペースト、又は、半導体及び半導体関連装置を例えばプリント回路基板に取り付け、固定するために有用であり得るように同様に構成された材料であってもよい。結合要素で使用するのに適した材料は、ガラス及び他のシリコン系材料を含むことができ、感知装置１００のある特定の実施形態では、アルミナ及びガラス（例えばＰＹＲＥＸ（登録商標））の両方に付着することができるガラス材料が使用される。ガラス材料のような結合要素１２４の一例は、中でも、アルミニウム、銅、金、アンバ、コバール、ニッケル、ステンレス鋼、タングステン、ホウケイ酸塩、石英、シリカ、ソーダ石灰、シリコン、ガリウムヒ素、リン化インジウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、サファイアの１つ又は複数と親和性があってもよい。
【００３１】
シール１４６は、２つの対向する表面を互いに取り付け封止するのを強化するために使用されてもよく、少なくとも１つの例では、細長い本体１３４が後述する流体継手５７４（図８）に固定される実装で見られるような周囲環境からボリュームを密封するために使用されてもよい。一実施形態では、シール１４６は、例えば、Ｏリング、環状シール、又は、例えば、ハウジング１３２の細長い本体１３４の少なくとも一部の周囲に延在する他の密封装置であってもよい。シール１４６は、エラストマ材料、金属材料、又は複合材料で構成されてもよいが、シールとして使用するための正確な材料は、作動流体の特性及び特徴、例えば、温度及び圧力に基づいて選択されてもよい。同様に、シール１４６及び細長い本体１３４の構造は、別々に選択されてもよく、並びに／又は、細長い本体１３４及び流体継手の対応する部分間の取り付けの性能を最適化するために、後述する流体継手の他の１つ若しくは複数の構成要素と併せて選択されてもよい。
【００３２】
次に図４及び５を参照すると、感知装置２００の他の例が示されている。感知装置２００は、感知装置１００に関連して上述した特徴と類似した特徴を有する。したがって、数字が１００だけ増加すること以外は同様の数字を使用する（例えば、１００は図４及び５の２００である）。例えば、一実施形態では、感知装置２００は、感知領域２０２、周辺空洞壁２０６を有する空洞２０４、並びに、一次層２１４及び支持層２１６を有する別個の感知装置２１２を備える。結合要素２２４が空洞２０４内に配置され、それによって、せん断又は第１の結合領域２２６及び引張り又は第２の結合領域２２８を形成する。感知装置２００は、細長いハウジング２３４及び流体通路２３６を有するハウジング２３２の形態の基板２３０、並びに、下部本体部分２３８及び上部本体部分２４０も備える。感知装置２００の回転を防止又は阻止するために、インデクシング機構２４２が設けられる。他の実施形態（例えば、感知装置１００（図２及び３））に関連して説明され、意図された他の特徴は互換性があるが、実施形態の１つ又は複数の概念を明確にする又は説明するために必要がない限り、このような同様の特徴の明確な詳述は以下に示さない。
【００３３】
感知装置２００の他の特徴のいくつかに移ると、一実施形態では、基板２３０は、上部ハウジング２４８及び下部ハウジング２５０を備えることができる。上部ハウジング２４８及び下部ハウジング２５０を封止するために、内側シール２５２が設けられる。下部ハウジング２５０は、外側係合面２５６及び抑制要素２５８を有する係合機構２５４を有することができ、係合機構２５４は、上部ハウジング２４８及び下部ハウジング２５０を一緒に固定するように構成される。抑制要素２５８は、別々に形成され、下部ハウジング２５０に溶接されても若しくは接着剤で取り付けられてもよく、又は、他の例では、抑制要素２５８は、下部ハウジング２５０とモノリシックに形成されてもよい。外側係合面２５６は、インデクシング機構２４２（例えば、タブ又は平面）の一部を形成してもよく、一実施形態では、外側係合面２５６は、インデクシング機構２４２に加えて、又はそれに代わるもので、例えば、流体継手上の対応する機構と係合するように構成されたねじ山及び同様の締結具を備えることができる。
【００３４】
図５に最良に示すように、一実施形態では、流体通路２３６は、上部ハウジング２４８の一部である上部流体経路２６０、及び、下部ハウジング２５０内の下部流体通路２６２を備えることができる。例示的な実装に関連して以下により詳細に説明するように、上部流体通路２６０及び下部流体通路２６２の組み合わせは、別個の感知装置２１２の少なくとも一部を作動流体（例えば、燃料、油圧流体、潤滑油、又は冷媒）に露出させる。一例では、別個の感知装置２１２の底面は、作動流体の特性に応答する。
【００３５】
下部ハウジング２５０は、凹部２６４及び溝２６６を有して構成されてもよい。凹部２６４は、上部ハウジング２４８を受容するように大きさが決められ、構成される。この構成は、図４及び５に示すように、上部ハウジング２４８が下部ハウジング２５０に凹陥することを可能にする。凹陥は、抑制要素２５８が上部ハウジング２４８の外縁と重なることを可能にすることができ、それによって、上部ハウジング２４８が下部ハウジング２５０から遊離するのを防ぐことができる。凹部２６４は、同様に、気密及び／又はハーメチックシールを形成するように内側シール２５２を全体的又は部分的に圧縮する等のように内側シール２５２を係合するように大きさが決められ、構成される。さらに、下部本体部分２３８の下部近傍にあるものとして示されているが、溝２６６の位置は、例えば、流体継手内の感知装置２００の実装に関連して変化しうる。溝２６６は、下部ハウジング２５０の外周部のすべて又は一部の周囲に環状に延在してもよい。一例では、溝２６６の寸法は、シール２４６による受容及び封止と親和性がある。
【００３６】
一実施形態では、感知装置２００の組み立て時等に上部ハウジング２４８及び下部ハウジング２５０を整列させるのに有用な整列機構２６８が設けられる。整列機構２６８は、上部ハウジング２４８及び下部ハウジング２５０の各々に、例えば、上部ハウジング２４８上の整列拡張部及び下部ハウジング２５０上の整列界面２７２のような、１つ又は複数の機構を含むことができる。一例では、後者すなわち整列界面２７２は、整列拡張部２７０を登録するように大きさが決められ構成されてもよく、それによって、ある構成では内側シール２５２の最適な合わさり及び圧縮を提供する。
【００３７】
上部ハウジング２４８は、上面（例えば、垂直抑制面１４４（図２及び３））を露出させるように、全体的に上部本体部分２４０に配置されてもよい。この位置は、同様に、本例では上部ハウジング２４８内に組み込まれる空洞２０４を露出させる。一例では、空洞２０４は、別個の感知装置２１２が配置される際に、結合要素２２４が空洞２０４内に受け入れられるように露出される。上部ハウジング２４８は、全体的に、上述した結合要素２２４の材料（例えば、ガラス材料）と親和性がある材料で構成されてもよい。一例では、上部ハウジング２４８は、アルミナ及び／又は他の材料の派生物、並びに、セラミック系材料の組成物を含む。
【００３８】
本明細書で意図される形式の感知装置を構成するために使用することができる処理のより具体的な例について、ここで図６の流れ図を参照することができる。この図では、例えば、結合要素（例えば、結合要素２４、１２４、２２４）を使用して感知素子（例えば、感知素子２２、１１０）を基板（例えば、基板１８、１３０、２３０）に取り付ける方法３００が示される。図６に示し以下に説明する方法３００の実施形態では、基板はアルミナを含み、感知素子はシリコン及びＰＹＲＥＸ（登録商標）又は同様のガラス基板を備え、感知素子は、セラミック及びガラスの両方と親和性があり１０ｐｐｍ／℃未満のＣＴＥを有する結合材料を使用して、アルミナ上に取り付けられる。この方法３００は、特定のプロセスパラメータ及び材料を反映し、これらに関連して説明されているが、この方法３００は、単なる１つの例示的な方法であり、本開示の範囲及び内容を制限するものではないことに留意されたい。
【００３９】
ここで、図６の流れ図に示されているステップに移ると、方法３００は、複数のステップ３０２〜３１０を備えることができ、これらのステップは、一点では、方法３００の終わりに、例えば、後述する流体継手５７４（図８）で使用するための１つ又は複数の機能的感知装置を製造する。方法３００は、ステップ３０２で、感知装置を組み立てることを含むことができ、方法３００の一実施形態では、ステップ３０２は、ステップ３０４で、結合要素（例えば、ガラス材料）を１つ又は複数の基板及び感知装置に適用することを含むことができ、ステップ３０６で、感知素子（例えば、別個の感知装置１１２、２１２）を基板上に取り付けることを含むことができる。ステップ３０４及び３０６の各々は、手動で実行されてもよく、又は、半導体及び関連するプリント回路基板組み立てのために設計され特定された１つ若しくは複数のロボット若しくは自動化装置によって実行されてもよい。
【００４０】
方法３００は、ステップ３０８で、組み立てられた感知装置をオーブン、炉内に配置する、又は、組み立てられた感知装置に単に熱を加える等によって、組み立てられた感知装置を乾燥させることも含むことができる。方法３００は、さらに、ステップ３１０で、組み立てられた感知装置をバーンアウト及びグレイジングすることを含んでもよい。ステップ３０８及びステップ３１０の各々での処理時間及び温度は、感知素子、基板、及び結合層間に優れた分子結合を提供するように確立されている特定の処理制御によって変化しうる。
【００４１】
方法３００の一実施形態は、図７に示す温度プロファイルのような温度プロファイル４００を実施することができる。温度プロファイル４００は、上記方法３００で使用するための１つ又は複数の温度プロファイルの循環特徴を示す。ガラス材料に十分な流れを提供し、結合構造内の空隙を除去するために、温度及び圧力の組み合わせが炉又はオーブンで使用されてもよい。これらのパラメータは、感知素子、基板、及び、残留応力の影響を除去する結合層間に結合を提供するように選択されてもよい。一例では、パラメータは、方法３００から結果として生じる感知装置が２５℃で少なくとも３０００ｐｓｉｇの最小破裂圧力を示すように選択される。
【００４２】
方法３００の実施形態によって結合されると、残留応力を最小にすることができ、ダイは、１４０℃の通常の動作温度より実質的に高い温度でアルミナ又はガラス基板に対して効果的に固定又は「凍結」される。一例では、組み立ての温度及び圧力範囲で較正を行うと、結果として得られる精度は、温度範囲にわたってフルスケール圧力の１％よりよくすることができ、製品の耐用年数を通じて一貫して非常に安定したままである。本発明者らは、このプロセスは、時間、温度、圧力、媒体への露出によってそれ自体の応力を軽減し続けることになるエポキシ結合とは異なることを発見した。これらの特性のいずれかが、エポキシ結合された材料の長期ドリフトを結果として生じる可能性がある。
【００４３】
同様に、方法３００の実施形態によって製造された装置は、装置の機能を損なうことなく、フルスケール圧力の約１０倍までの過渡状態のような、極端な圧力の過渡状態に晒されてもよい。このような装置は、機能を損なうことなく、約１４０℃より高い温度の過渡状態を耐えることができる。一例では、方法３００の実施形態によって製造された装置の破裂試験は、結合材料の強度を維持しながら、３０００ｐｓｉｇより上でシリコン又はガラス基板内の母材の破損を結果として生じる可能性がある。
【００４４】
上述の説明に鑑みて、図８を参照して、上記図１〜７に関連して説明した感知装置１０、１００、及び２００のような感知装置の実施形態の例示的な実装が以下に与えられる。非限定的な例として、この実装は流体継手５７４を備え、流体継手５７４の本例は、加圧された環境での流体輸送配管に適合した機能を有する。流体継手５７４の他の例は、対応する作動流体の特性を測定及び特徴付けるために１つ又は複数の感知装置（例えば、感知装置１０、１００、２００）が利用される種々の他の構成を備えることもできる。一実装では、流体継手５７４は、自動車の燃料、冷却液、冷媒、潤滑油、又は油圧流体のような激しい苛性流体と親和性があってもよい。他の実装では、上述した複数の感知装置は、流体継手のハウジングのようなハウジング内に一緒に構成されてもよく、このハウジングの寸法は、従来の感知技術を使用するハウジングと比較的同じである。本開示の複数の感知装置のこの構成は、作動流体の特性の異なる（例えば、圧力測定及び温度測定）又は複数の（例えば、１つより多くの圧力測定）標本化を可能にする。
【００４５】
感知装置は、作動流体の温度及び圧力のような特性を測定するために構成されてもよく、同時に、流体継手５７４は、流体継手５７４の作動流体を流す部分内のような流体継手５７４の部分上で蓄積される可能性がある電子を放出するように構成されてもよい。これらの特性は、このような流体継手を、例えば、導電性及び非導電性ポリマのような、サイズ、重量、及びコストのような特定のパラメータを減らすことができる材料で構成することを可能にするため、流体継手５７４のような流体継手に有益である。同様に、これらの材料は、流体継手（及びその関連する電気的構成要素）をＥＳＤ及びＥＳＤ関連の問題から保護するのに有用である、他の材料、構成要素、等を含むことができる。これらの及び他の特徴の追加の詳細を、図８に示し後述する流体継手５７４の例に関連して説明する。
【００４６】
ここで図８を参照し、非限定的な例として、一次層５１４及び支持層５１６を有する別個の感知装置５１２が配置される空洞５０４を備えることができる感知装置５００を示す。結合要素５２４が、空洞５０４内に、別個の感知装置５１２に対して取り囲む関係で配置される。感知装置は、細長い本体５３４を有するハウジング５３２も備え、細長い本体５３４を通って流体通路５３６が延在する。ハウジング５３２は、垂直抑制面５４４及びシール５４６によって構成され、後者（すなわち、シール５４６）は、一例では、ハウジング５３２の周囲に環状に配置される。
【００４７】
感知装置５００は、自動車両で見られるような流体継手５７４の一部として全体的に組み込まれてもよく、ある特定の用途では、流体継手５７４は、燃料システム内の燃料の圧力を測定するように構成されてもよい。一例では、流体継手５７４は、流入口側５７８、排出口側５８０、及び継手経路５８２を有する、継手本体５７６を備えることができ、継手経路５８２は、燃料のような作動流体が流入口側５７８及び排出口側５８０間を流れるのを可能にする。
【００４８】
一実施形態では、流体継手５７４は、感知装置５００を受容するように構成された開口部５８４を備える。開口部５８４は、感知装置５００に相補的な形状及び機構を有することができる。これの機構は、作動流体の高圧流に対して流体継手５７４を封止する（例えば、気密封止する）ように、シール５４６と係合する等、感知装置５００と係合するように大きさが決められてもよい。流体継手５７４は、垂直抑制面５４４のような感知装置５００の一部と係合することができる抑制装置５８６を備えることもできる。この係合は、感知装置５００が継手本体５７６の外へ移動するのを防ぐことができる。抑制装置５８６の例は、継手本体５７６の一部として、継手本体５７６に取り付けられた１つ又は複数の別個の部分として、及び、一例では、継手本体５７６及び感知装置５００の一方又は両方に結合された装置又は構造として構成されてもよい。一例では、ねじ山も、例えば開口部５８４内で使用するために考えられる。感知装置５００上の相補的なねじ機構と併せたこれらのねじ山の利用は、感知装置５００及び継手本体５７６を固定及び係合することができる。
【００４９】
感知装置５００は、流体通路５３６を介して継手経路５８２と連通する。この構成は、流体が感知装置５００と相互作用することを可能にする。この相互作用は、温度、圧力、流量、化学的性質、並びに、燃料及び本明細書で開示され意図される形式の他の流体と一致する他の特性のような、しかしこれらに限定されない、流体についてのデータ及び情報を収集することを可能にすることができる。
【００５０】
流体継手５７４の継手本体５７６は、単一の押出成形プラスチック部品で見られるようにモノリシックに構成されてもよく、又は、個別に形成され一緒に組み立てられる要素として構成されてもよい。一実施形態では、継手本体５７６は、導電性材料を含むことができる１つの要素及び非導電性材料を含むことができる１つの要素のような、異なる材料で構成される要素を備えることができる。
【００５１】
継手本体５７６及び／又は要素の各々は、導電性及び非導電性ポリマ、金属（例えば、ステンレス鋼）、並びに、それらの複合体及び任意の組み合わせのような、導電性材料及び非導電性材料で形成されてもよい。要素は、苛性環境での腐食に耐える物理的及び／又は化学的特性を有する材料の場合のように、流体及び流体媒体との親和性のため選択されることができる材料で被覆されてもよい。流体継手５７４の要素を形成するために実施される製造プロセスは、鋳造、成形、押出成形、機械加工（例えば、旋削、及びフライス加工）、並びに、流体継手５７４の種々の要素及び構成要素を形成するのに適した、その幾つかが本明細書で開示され説明される他の技術を含む。これらのプロセス、及び、このようなプロセスによって利用される材料は、自動車技術の当業者には一般的によく知られているため、追加の詳細は、本明細書で意図される流体継手の実施形態及び概念を説明するためにこのような詳細が必要でない限り、本明細書では提供されない。
【００５２】
継手本体５７６の構成が複数の要素を備える場合、継手本体５７６は、種々の要素を互いに結合するために使用される接続機構を備えることができることがさらに考えられる。これらは、ねじ、接着剤、溶接、等のような機械的締結具を含むことができる。これらの接続機構は、自動車両で見られる高温（例えば、約１４０℃を超える）及び高圧（例えば、約５００ｐｓｉを超える）と親和性がある接着剤及び溶接材のための材料を選択する等によって、これらの接続機構が同様に特定の用途と親和性があるように選択されてもよい。
【００５３】
流入口側５７８及び排出口側５８０の各々は、燃料ラインのような配管を継手本体５７６と結合するように構成されてもよい。この結合は、ねじ部品、ホースクランプ、有刺及び同様の形状の装置のような、機械的インタフェースの使用を含むことができる。これらのインタフェースの各々は、燃料ラインを継手に固定し、燃料が燃料ラインから流体継手５７４の継手経路５８２に移動することを可能にするために、燃料ラインの一部に係合することができる。インタフェースは、同様に、自動車両によって要求される圧力及び／温度のような燃料の特性全体を維持すると同時に、種々のライン内の圧力を維持するように作動的に構成される。
【００５４】
上述したように、感知装置５００のように使用される形式のセンサ装置は、中でも、温度、圧力、流体の流れ特性（例えば、流量）、流体の化学的性質（例えば、粘度、導電率、汚染物質の濃度、及び化学組成）を含むがこれらに限定されない種々の特性を感知するように構成されてもよい。これらのセンサはデータを収集することができ、その後データは処理され、流体継手５７４から転送され、又は、そうでなければ、例えば、自動車両のシステム及び性能を最適化する目的のために操作される。
【００５５】
流体継手５７４の例は、本明細書に記載の特性のような流体の特性を監視するために別々に又は他の電気回路と協働して動作するようにそれぞれ構成された、電気回路の１つ又は複数のグループを備えることもできる。感知装置の実施形態を実現するために使用される電気回路は、抵抗器、キャパシタ、トランジスタ、伝送線路、及びスイッチを含むがこれらに限定されない種々の電気素子を相互接続するような方法で構成されてもよい。それらはさらに、高レベルの論理機能、アルゴリズム、並びに、プロセスファームウェア、及びソフトウェア命令を実行する他の回路（及び／又は装置）と通信してもよい。この形式の例示的な回路は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、及び特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）を含むがこれらに限定されない。すべてのこれらの要素、回路、及び装置は、電気技術の当業者によって一般的に理解される方法で個別に機能するが、それらの組み合わせ、並びに、機能グループ及び回路内への統合は、本発明で開示され説明される感知装置のいくつかの実施形態を全体として提供するものである。
【００５６】
本明細書に記載の数値、並びに他の値は、本開示の説明によって明示的に述べられていても、本質的に派生されても、「約」という用語によって修飾されることが考えられる。本明細書で使用される「約」という用語は、公差及び最大値を含むがこれらに限定されないように、且つ、その修飾された数値を含んで、修飾された値の数値的境界を規定する。すなわち、数値は、明示された実際の値、並びに、示された及び／又は本開示に記載された実際の値の小数、分数、又は他の倍数である又はありうる他の値を含むことができる。
【００５７】
本明細書は、最良の形態を含んで本発明を開示するために、また、任意の装置又はシステムを製造及び形成することや任意の組み込まれた方法を実行することを含んで当業者が本発明を実施することを可能にするために、例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含む場合、又は、それらが特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない等価の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内であるものとする。
【符号の説明】
【００５８】
１０  感知装置
１２  多層構造
１４  下部又は第１の領域
１６  上部又は第２の領域
１８  基板
２０  感知領域
２２  感知素子
２４  結合要素
２６  せん断又は第１の結合領域
２８  引張り又は第２の結合領域
３０  装置レベル構造
３２  一次層
３４  支持層
１００  感知装置
１０２  感知領域
１０４  空洞
１０６  周辺空洞壁
１０８  底部空洞表面
１１０  感知素子
１１２  感知装置
１１４  一次層
１１６  支持層
１１８  上部
１２０  底部
１２２  側面
１２４  結合要素
１２６  せん断又は第１の結合領域
１２８  引張り又は第２の結合領域
１３０  基板
１３２  ハウジング
１３４  細長い本体
１３６  流体通路
１３８  下部本体部分
１４０  上部本体部分
１４２  インデクシング機構
１４４  垂直抑制面
１４６  シール
２００  感知装置
２０２  感知領域
２０４  空洞
２０６  周辺空洞壁
２１２  感知装置
２１４  一次層
２１６  支持層
２２４  結合要素
２２６  せん断又は第１の結合領域
２２８  引張り又は第２の結合領域
２３０  基板
２３２  ハウジング
２３４  細長いハウジング
２３６  流体通路
２３８  下部本体部分
２４０  上部本体部分
２４２  インデクシング機構
２４６  シール
２４８  上部ハウジング
２５０  下部ハウジング
２５２  内側シール
２５４  係合機構
２５６  外側係合面
２５８  抑制要素
２６０  上部流体経路
２６２  下部流体通路
２６４  凹部
２６６  溝
２６８  整列機構
２７０  整列拡張部
２７２  整列界面
３００  方法
３０２  ステップ
３０４  ステップ
３０６  ステップ
３０８  ステップ
３１０  ステップ
４００  温度プロファイル
５００  感知装置
５０４  空洞
５１２  別個の感知装置
５１４  一次層
５１６  支持層
５２４  結合要素
５３２  ハウジング
５３４  細長い本体
５３６  流体通路
５４４  垂直抑制面
５４６  シール
５７４  流体継手
５７６  継手本体
５７８  流入口側
５８０  排出口側
５８２  継手経路
５８４  開口部
５８６  抑制装置
【図１】
2013543136.tif 000004
【図２】
2013543136.tif 000005
【図３】
2013543136.tif 000006
【図４】
2013543136.tif 000007
【図５】
2013543136.tif 000008
【図６】
2013543136.tif 000009
【図７】
2013543136.tif 000010
【図８】
2013543136.tif 000011
【国際調査報告】
2013543136.tif 000012
2013543136.tif 000013
2013543136.tif 000014