(57)【要約】圧力センサは、実質的に加力方向または加圧方向に平行となるように配置された多数の圧電変換器素子を有する。これらは、ファイバ、小さな棒、板などの形状をなしてよく、また厚い層状または薄い層状であってよい。変換器素子がファイバ、小さな棒、または板の形状をなす場合、これらは絶縁材により互いに離間配置される、および／または少なくとも部分的に上記絶縁材内に埋め込まれる。このような圧力センサを、高圧力に対して、長い耐用寿命の間、そして様々な機械的アプリケーションにも使用することができるまで改善するために、特に加力方向または加圧方向において変換器素子より大きな機械剛性を有する支持材が、少なくとも多数の圧電変換器素子に割り当てられるか、あるいは圧電変換器素子は、この支持材から成る支持体に層状に適用され、例えば変換器素子層と支持体との間に配置される下部電極により電気的に接触接続され、そしてカバー電極が変換器素子層の外側に適用される。
2008544262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に加力方向または加圧方向（３）に平行となるように配置され、かつ絶縁材（４）により互いに離間配置され、および／または適切な場合には少なくとも部分的に前記絶縁材内に埋め込まれるファイバ、小さな棒、板などの多数の圧電変換器素子（２）を備え、電気的に接触接続された圧力センサ（１）であって、
特に前記加力方向または加圧方向（３）において前記変換器素子（２）より大きな機械剛性を有する支持材（７）が、少なくとも前記多数の圧電変換器素子（２）に割り当てられたことを特徴とする、圧力センサ。
【請求項２】
前記変換器素子（２）は、円形、矩形、特には正方形、あるいは楕円断面を有することを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記変換器素子（２）はマトリクス状に配置されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記絶縁材（４）は高分子材料またはガラスであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記電気的接触接続は、特に、加力方向または加圧方向（３）に実質的に平行な前記変換器素子（２）の自由端（５、６）の端面（８、９）において形成されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記電気的接触接続はストリップ導体状の導電性皮膜（２０）として形成されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記電気的接触接続は、導電性粒子を含みかつ塗布可能な材料として形成されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記支持材（７）は、それぞれが実質的に棒状の変換器素子をボアホール（１０）内に保持することができる多数の支持管（１１）を有することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項９】
前記支持材（７）は、それぞれが実質的に棒状の変換器素子（２）を保持することができる多数の支持リング（１２）を有することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項１０】
前記支持材（７）は、各ペアが該ペア間に実質的に平板状の変換器素子（２）を保持することができる多数の支持板ペア（１３、１４）を有することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項１１】
前記変換器素子（２）と前記割り当てられた支持材（７）は前記絶縁材（４）と共に複合材を形成することを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項１２】
すべて変換器素子（２）は前記割り当てられた支持材（７）と一緒に一軸に配置されることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項１３】
前記変換器素子（２）と前記割り当てられた支持材（７）は前記絶縁材（４）と一緒に成型されることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項１４】
前記支持材（７）は、多数の対応するレセプタクル（１９）（一つの変換器素子（２）に対しそれぞれ一つのレセプタクル）と、そして適切な場合には絶縁材（４）とを備えた固体材（１８）であることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項１５】
前記圧電変換器素子（２）と前記割り当てられた支持材（７）は前記絶縁材（４）により相互に接着されることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項１６】
電気的に接触接続される少なくとも一つの圧電変換器素子を備えた圧力センサ（１）であって、
前記圧電変換器素子（２）は、支持材（７）から成る支持体（２５）に層（２６）状に適用され、
前記電気的接触接続は、前記変換器素子層（２６）と前記支持体（２５）との間に配置された下部電極（２７）によりなされ、
カバー電極（２８）が前記変換器素子層（２６）の外側に適用され、前記支持材（７）は、特に加力方向または加圧方向（３）において前記変換器素子（２、２６）より大きな機械剛性を有する、ことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１７】
前記変換器素子層（２６）は、高い支持体（２５）の外側および／または内側に適用されることを特徴とする、請求項１６に記載の圧力センサ。
【請求項１８】
前記変換器素子層（２６）は前記支持体（２５）の上部側および／または下部側（２９、３０）まで延在することを特徴とする、請求項１６または１７に記載の圧力センサ。
【請求項１９】
前記変換器素子層（２６）は、前記支持体（２５）の外側および／または内側に形成された凹部内に配置され、前記支持体（２５）の上部側および／または下部側（２９、３０）から離間して終端することを特徴とする、請求項１６または１７に記載の圧力センサ。
【請求項２０】
前記変換器素子層（２６）の分極は、下部電極とカバー電極（２７、２８）により、加力方向または加圧方向（３）に垂直に達成されることを特徴とする、請求項１６乃至１９のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項２１】
前記支持材（７）はセラミック材または超硬合金であることを特徴とする、請求項１乃至２０のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項２２】
前記支持材（７）は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは主にイオン結合を有する別のセラミック材であることを特徴とする、請求項１乃至２１のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項２３】
ディスクとして、特にはワッシャとして形成されることを特徴とする、請求項１乃至２２のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項２４】
前記支持材（７）の弾性係数と、特には該弾性係数と表面積との積は、前記変換器素子（２）（そして適切な場合には前記絶縁材（４））の弾性係数より大きいか、あるいは特には該弾性係数と表面積との積より大きいことを特徴とする、請求項１乃至２３のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項２５】
前記支持材（７）の絶縁抵抗は前記変換器素子（２）の絶縁抵抗より大きいことを特徴とする、請求項１乃至２４のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項２６】
平面（１５）内の前記加力方向または加圧方向（３）に実質的に垂直な圧力測定セクタ（１６）に分割されることを特徴とする、請求項１乃至２５のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項２７】
各圧力測定セクタ（１６）は、前記加力方向または加圧方向（３）に平行な前記圧力センサ（１）の中心軸（１７）の周囲に弓形状に配置されることを特徴とする、請求項１乃至２６のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項２８】
各圧力測定セクタ（１６）は同じ中心先端角（２２、３５）に広がることを特徴とする、請求項１乃至２７のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項２９】
前記圧電変換器素子（２）は強誘電体圧電材料から形成されることを特徴とする、請求項１乃至２８のいずれかに記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求項１と１６の特徴を有する圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在では、圧力は例えば歪みゲージにより金属などの材料上で測定される。結晶共振器もその高レベルな圧力安定性のために使用される。
【０００３】
最初に述べたタイプの圧力センサは、近年においては例えば指紋センサとしても使用されている。多数の圧電変換器素子のそれぞれは実質的に棒状であり、他の圧電変換器素子から離間して、かつそれらに平行に配置される。変換器素子は絶縁材に埋込まれ、変換器素子の自由端部は電気的に接触接続される。この際の接触接続は、５００ｄｐｉ（ドット／インチ）以上の大きさの圧力または力を発揮する当該圧力センサによる分解能を生じるように、通常、各変換器素子が別々に電気的にポーリングされるやり方で行われる。
【０００４】
従って、当該圧電変換器素子は対応する圧電効果の結果として表面電荷を生成する。その電荷量と変換器素子の変形との間には実質的に線形関係がある。
【０００５】
このような周知の圧力センサは指紋センサとしての用途には好都合であるが、高圧力に対し低抵抗率を示すか、あるいは高圧力でかつ長時間にわたる高精度な機械的アプリケーションにおける使用を耐用寿命にわたって可能にするには不適切な安定性を示す。例えば、高いバイアス圧力により正確に誘導されるベアリングにおいてこのような圧力センサが使用されると、その収縮は機構部品の絶対的な自由運動に至るまでバイアス力を相殺することにつながり、従ってこの周知のセンサはこのような目的には全く使用することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このため、本発明は、基礎として、初めに述べたタイプの圧力センサを、高圧力に対し、長い耐用寿命の間、そして様々な機械的アプリケーションに対し使用することができるまで改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、特許請求項１と１６の特徴によりそれぞれ解決される。
【０００８】
本発明と特許請求項１によると、圧電変換器素子を互いに離間配置するために、例えばこれら素子の間に絶縁材を配置するだけでなく、少なくとも多数の変換器素子に対し支持材をさらに割り当てる。この支持材は、特に加圧方向または加力方向（ｆｏｒｃｅ  ａｐｐｌｙｉｎｇ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）において変換器素子より大きな機械剛性を有する。特許請求項１６の主題の場合、支持材からなる支持体に対し少なくとも一つの変換器素子層が同様に割り当てられる。
【０００９】
これにより当該変換器素子は大きな機械的負荷の影響下で余りに強く変形されることが防止され、当該圧力センサもまた高圧力に対し大きな抵抗率を有するようになる。支持材の結果として、圧力センサの耐用寿命はさらに増加され、高いバイアス圧力が使用される場合の当該収縮は可能な限り回避される。
【００１０】
当該変換器素子は、円形、矩形、特には正方形、あるいは楕円断面または別の断面を有してよい。当該変換器素子は互いに隣接配置することができ、従ってその分布を一様にすることができるか、あるいは要件によっては分布を不均一にしてもよい。従って、例えば、変換器素子が設けられる領域が他の領域より高密度となることも可能である。
【００１１】
当該変換器素子を簡単なやり方で互いに隣接配置することができるためには、マトリクス状配置が好ましいであろう。これは、様々な行と列の変換器素子により形成される。
【００１２】
上記絶縁材として様々な絶縁材が考えられる。このような材料は、高分子材料、ガラス、または支持材上に焼結された層などの複合系であってもよい。絶縁材は、特にマトリクス状配置の変換器素子の場合にはマトリクスポリマとして形成することができる。
【００１３】
十分な高剛性を有する支持材を有するために、この支持材をセラミック材または超硬合金とすることができる。例えば、このようなセラミック材として酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムを使用することができる。
【００１４】
当該変換器素子の電気的接触接続は圧力センサに必要とされる分解能に依存する。指紋センサについては、分解能は理論的に数１００ｄｐｉ（ドット／インチ）に達することがあり、従って隣接する圧電変換器素子間の当該距離はこの状況では数十μｍに達する。低い分解能の場合には、上下部の当該面電荷を確定するための変換器素子をグループで接触接続する、あるいはすべての変換器素子を一緒に接触接続する可能性がある。
【００１５】
この状況の接触接続は、実質的に加力方向または加圧方向に垂直に延在する変換器素子の当該端面全体に形成することができる。
【００１６】
このような電気的接触接続の一つのタイプは、ストリップ導体状の導電性皮膜として形成することができることが好ましい。この導電性被膜は、銅、銀、金、またはアルミニウムなどの金属から成る。
【００１７】
別の実施態様では、このような電気的接触接続は、また、適用するのに好適でかつ導電性粒子（導電性ペースト）を含む材料として形成することができる。
【００１８】
変換器素子と対応する支持材とを組み合わせるための多くの可能性がある。
【００１９】
一実施態様では、支持材は多数の支持管を有し、それぞれは実質的に棒状の変換器素子をボアホール内に保持することができる。通常、これらは中心となるボアホールを有し、この中に当該変換器素子が挿入される。同時に、このボアホールは、末端面を介して変換器素子を接触接続するために両端で開放状態にすることができる。但し、支持管の壁を通して当該変換器素子を接触接続する可能性もある。
【００２０】
別の可能性は、それぞれが実質的に管状の変換器素子を保持することができる多数の支持リングを有する支持材に見ることができる。これらは実質的に変換器素子の長さに対応する一定の長さを有し、これら変換器素子は支持リングの環状ギャップ内に配置される。
【００２１】
このような支持リングは、さらにまた、中心となるボアホールを有してよい。必要に応じ、この中心となるボアホール内に棒形状などの当該変換器素子も配置される。
【００２２】
支持材の別の実施形態は、支持材が多数の支持板ペアを有し、その各ペアは実質的に平板状の変換器素子を該ペアの部材間に保持することができるということにより特徴付けられる。このような支持板ペアの対応する寸法は、変換器素子のものと縦方向および横方向において同じであってよい。しかしながら、また、変換器素子を、特に加圧方向または加力方向に垂直な方向において、板状の支持材を越えてはみ出させる可能性がある。
【００２３】
このような当該圧力センサの製造簡略化のために、変換器素子と、関連する支持材は絶縁材と共に複合材を形成することができる。このような複合材は、例えば、正確な摩擦接続を要する鉄骨構造などすべての感圧材上の接続に使用することができる。今日、これらは、通常、ねじ込み接続の起動トルクにより極めて不正確な近似でモニタされる。しかしながら、このトルクは、摩擦係数と、ねじ込み接続の下の正確な面とに依存しており、従って２０％以上変化し得る。ねじの線形伸縮により材料接続をモニタする可能性もあるが、このようなねじの両端は、測定のためにその両方が露出されることはないことが時としてあるので、通常、このような方法には設計問題が立ちはだかる。
【００２４】
本発明によれば、例えばディスク状またはワッシャ状の形を有する圧力センサの場合、このようなディスクが構造内に留まることは可能である。特に複合材から成るこのようなディスクは経済的に製造することができる。締付け中、これら圧力センサは、加圧トルクの正確な評価と従って摩擦接続の正確な測定に役立つ。この目的のため、電子的評価装置が一時的に電気的接触接続を介して接続され、測定後に当該接点から取り外される。これらは様々な方法で実現され得る。
【００２５】
圧力測定を最適化するために、割り当てられた支持材と一緒にすべての変換器素子を一軸に配置することが可能である。
【００２６】
変換器素子と支持材の配置に依存するが、これら変換器素子を絶縁材により囲むための、あるいはこれらを絶縁材により接続するための様々な可能性がある。一実施態様では、変換器素子および割り当てられた支持材は絶縁材と共に成型することができる。これは、特に、変換器素子と支持材のマトリクス状の配置に適用される。
【００２７】
対応する絶縁材は、また、例えば平板状支持材と平板状変換器素子との関連では、変換器素子と支持材との間の接着剤として配置することができる（上記実施態様を参照）。さらに、絶縁材との成型は依然として行われ得る。
【００２８】
支持材は変換器素子より大きな機械剛性を有しなければならないことは既に指摘した。これは、例えば、変換器素子の弾性係数および一般にまた絶縁材の弾性係数より大きな支持材の弾性係数により、あるいは支持材の弾性係数と面積との積が変換器素子の弾性係数と面積との積より極めて大きいということにより実現することができる。
【００２９】
隣接する変換器素子の電気的分離については、支持材の当該絶縁抵抗が変換器素子の絶縁抵抗より大きい場合、有利であるとさらに考えられる。
【００３０】
個々の変換器素子または変換器素子群の接触接続により、圧力測定の高感度分解能を確定することが可能である。例えば負荷と機械的接続が存在する場合に傾きモーメントまたはねじりモーメントが発生するかどうかを判断することができるために、圧力センサを加力方向または加圧方向に垂直な面内の圧力測定セクタに分割することができる。
【００３１】
例えばディスクまたはワッシャとして当該圧力センサが形成される場合、圧力測定セクタが、加力方向または加圧方向に平行な圧力センサの中心軸の周囲に配置された弓形の形状をなすとこの状況ではさらに有利であろう。同時に、これらの圧力測定セクタのそれぞれが中心軸に対し同一の中心先端角（ｃｅｎｔｒｅ  ｐｏｉｎｔ  ａｎｇｌｅ）で広がると好都合であるとさらに考えられる。
【００３２】
原理的には、特定形状を有する支持材が各変換器素子に割り当てられる可能性がある（例えば、上記実施態様によるリングと管を参照）。但し、同様に、支持材が、多数の当該レセプタクル（適切であれば追加の絶縁材を有する一つの変換器素子に対し一つのレセプタクル）を有する固体材である可能性もある。この状況では、絶縁材は接着機能を発揮することができる。
【００３３】
変換器素子を使用することにより大きな電荷効果を達成するために、これらをジルコン酸鉛−チタン酸鉛、チタン酸バリウムなどの強誘電体圧電材料から形成することができる。
【００３４】
ファイバ、小さな棒などから成る個々の圧電変換器素子を多数使用する代わりに、本発明によると、同様に、支持材から成る支持体に適用される変換器素子層として少なくとも一つの圧電変換器素子を形成する可能性がある。この場合の電気的接触接続については、下部電極は変換器素子層と支持体との間に配置され、カバー電極は、支持体から見て外方に向いた変換器素子層の外側面に配置される。
【００３５】
この実施態様は、また、特に加力方向または加圧方向において変換器素子層より大きな機械剛性を持って形成される支持材による利点をもたらす。
【００３６】
固体が支持体として使用される場合、当該変換器素子層はその側面または表面に適用することができ、従って変換器素子層は全支持体にわたって延在する必要はない。同様に、変換器素子層は、支持体の周囲方向の特定点においてのみこの外部面に適用することができ、従って対応する下部電極とカバー電極は同様に適所にのみ形成されてよい。変換器素子層と下部およびカバー電極との両方は、薄い層として形成してもよいし、あるいは厚い層として形成してもよい。
【００３７】
中空の支持体の場合、電極を有する当該変換器素子層は、また、支持体の外側に当該変換器素子層と交互にまたは一緒に、そして支持体の内側に適用することができる。対応する支持体は、正方形、矩形、または多角形断面だけでなく、円形、楕円、または角ばった断面を有することができる。
【００３８】
変換器素子層上に力を直接に働かせることができるために、これらは対応する支持体の上側および／または下側まで延在してよい。このように変換器素子層の一端が自由であるかあるいは両端とも自由であるので、圧力または力はこの自由端にまたはこれらの自由端群に直接与えられる。
【００３９】
別の実施態様では、当該変換器素子層は、支持体の外側および／または内側の凹部内に配置され、従って該層の上部端および下部端は支持体により覆われる。
【００４０】
変換器素子層の接触接続は、例えば分極方向が加力方向または加圧方向に垂直となるようなやり方で下部電極とカバー電極とにより形成される。このことは、各層間の対応する接触接続がこの加力方向または加圧方向に平行であることを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下では、本発明の好適な実施形態につき、図面に含まれるいくつかの図を使用してさらに詳細に説明する。
【００４２】
図１に、第一の実施形態による、部分的に切り欠いた円盤状圧力センサ１の平面図を示す。圧力センサ１の上部側には、行と列に配置された多数の変換器素子２のための電気的接触接続が与えられている。支持材７は変換器素子２のそれぞれに割り当てられる。変換器素子２および割り当てられた支持材７は、絶縁材４により互いに離間配置され、絶縁材４と共に成型される。同様に、電気的接触接続は、当該圧電変換器素子２から圧電効果により加圧または加力により生成された表面電荷を引き出しこれを対応する処理装置により加圧または加力に関する情報に変換するために、２つの電気的接触接続により圧力センサ１の底面側に順に形成される。簡単化のため、測定された圧力または力の表示装置は図１には示されない。
【００４３】
当該変換器素子は、ジルコン酸鉛−チタン酸鉛、チタン酸バリウムなどの強誘電体圧電材料から形成されることが好ましい。割り当てられる支持材は、セラミック材または超硬合金から形成される。当該セラミック材は、例えば酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムなどである。
【００４４】
絶縁材４は、変換器素子を支持材と共に成型することと、これら２つを接続することの両方の役目を果たす高分子材料である。
【００４５】
図２に、図１の線II−IIに沿った切断部を示す。この図および残りのすべての図において、同じ参照番号は同様な部品に対して使用される。
【００４６】
図２では、多数の変換器素子２の隣接配置を識別することができ、これら変換器素子２の各々は管状の対応する支持材７により囲まれる。変換器素子２は棒状の形を有するが、これらは円、楕円、または角ばった断面（特には矩形断面）を有してもよい。
【００４７】
当該変換器素子２の上端および下端５、６は、それらの端面８、９上に露出され、面１５内の加圧方向または加力方向３に実質的に垂直となるように配置される。変換器素子２の上端および下端において、これらはこの面内で、例えば銅、銀、金、またはアルミニウムなどの金属から成る導電性被膜からあるいは導電金属粒子状物質を含む導電性ペーストなどの材料から形成される電気的接触接続に接続される。導電性被膜２０はストリップ導体２１状に適用される。当該ストリップ導体は、生成された表面電荷を検知しそれらを圧力レベルまたは力レベルに変換する処理装置（図示せず）に接続される。
【００４８】
割り当てられた支持材７を備えた変換器素子２の様々な実施形態を図３〜図５に図示する。図３に記載の実施形態は、例えば図１と図２に記載の圧力センサと共に使用される。この場合、支持材７は支持管１１の形状を有し、その中心ボアホール１０内に棒状の変換器素子２が挿入される。
【００４９】
図４では、２枚の支持板１３、１４が、平板状変換器素子２のいずれの側面にも一つ配置される。平板状変換器素子２の縦方向および横方向の寸法は支持板１３、１４のものに対応する。電気的接触接続は、縦方向に存在する平板状変換器素子２の両端上で生成されるが、簡単化のために図４には示されない。
【００５０】
図５の別の実施形態では、変換器素子２は実質的に管状であり、支持材７としての支持リング１２の環状ギャップ内に挿入される。中央ボアホール２４は、材料を節約する、あるいは別の変換器素子を保持するために支持リング１２の中心に形成される。
【００５１】
図３〜図５に示す素子は、図２に従って互いに隣接してマトリクス状をなしてよく、かつ一軸に位置合わせすることができる。絶縁材４は、相異なる素子を成型すること、そして例えば平板状変換器素子を図４の支持板１３、１４に接続することとの両方の役割を果たすことができる。
【００５２】
電気的接触接続は、実質的に図２に示したものと類似したやり方でそれぞれの場合に形成される。相異なる素子の配置は、図１に記載の実質的に円断面を有する圧力センサ１内に形成することができる。圧力センサ１に関し、楕円、多角形などの他の断面形状は当然可能である。
【００５３】
図６では、支持材７は、例えば立方形状を有する固体材１８として形成される。この固体材１８は多数のレセプタクル１９を有する。これらは、これらレセプタクル１９内に挿入される変換器素子２の断面に対応する断面を有する。この場合、当該絶縁材４は、成型のためあるいは当該変換器素子どうし間の距離を維持するためにもはや必要ではなく、その代りに、変換器素子２を固体材１８内のレセプタクル１９の壁に接合するための接着剤としての役割を果たすことができる。電気的接触接続は、当該変換器素子２の上端面および下端面８、９上のストリップ導体２１状の皮膜２０により図２に従ってもたらされる。
【００５４】
この場合、固体材１８および／またはレセプタクル１９に対し、用途によっては他の断面形状も可能である。
【００５５】
図７に圧力センサ１の別の実施形態を示す。この場合、圧力センサ１は穿孔されたディスクまたはワッシャとして形成される。図１に記載の圧力センサ１とは対照的に、変換器素子２は圧力測定セクタ１６に分割される。これらの圧力測定セクタ１６の各々はそれ自身の電気的接触接続を有する（様々な電気的接続接触２３を参照）。圧力測定セクタ１６のそれぞれは、図２に示す加力方向または加圧方向３に平行に走る中心軸１７に対して等しい中心先端角２２にわたり圧力センサ１の周囲方向に広がる。図示した実施形態の場合、中心先端角は４５°である。
【００５６】
図１に記載の圧力センサ１の場合、このような圧力測定セクタ１６への分割もまた可能であり、このときこれらセクタは円の扇形を形成するように実質的に中心軸１７まで延在する。
【００５７】
このような圧力測定セクタ１６の配置の結果として、すべての圧力測定セクタ１６を使用することにより全圧力または全力を確定し、さらに、この全圧力または全力を角度の関数として中心軸１７に対し分解することができる。このようにして、加力方向または加圧方向３に対する傾きモーメントまたはねじりモーメントを確定することができる。
【００５８】
図８に、本発明による圧力センサ１の別の実施形態の透視側面図を示す。これは、多様なまたは多数の圧電変換器素子の代わりに当該変換器素子層２６が、支持材７から成る支持体２５に適用されるという点で特に先に説明された実施形態と異なる。電気的接触接続については、一つまたは複数の下部電極２７が変換器素子層２６と支持体２５の外側との間に同様に層状に適用され、一つまたは複数のカバー電極２８が変換器素子層２６の外側に同様に層状に適用される。この結果、加力方向または加圧方向３に垂直な方向に分極が存在する。当該層は、薄い層として形成されてもよいし、あるいは厚い層として形成されてもよい。ここでの層の材料は、先の実施形態の場合に説明された材料に対応する。
【００５９】
図８に記載の実施形態の場合、当該変換器素子層２６はその外側の支持体２５の全周面に沿って適用されるとともに、変換器素子層２６は、周面３５の一定角度のみにわたる当該内側面３４に適用される。図示した例では、各変換器素子層部２６は約４５°の中心先端角で広がり、隣接する変換器素子層どうしは同様に約４５°の中心先端角で互いに隔置される。
【００６０】
下部電極またはカバー電極は、同様に、変換器素子層に類似したやり方で形成することができる。支持体２５の外側の変換器素子層２６は、実質的にリング状である凹部３０内に配置され、従って層２６の上端および下端は支持体２５の張出し部３２により覆われる。しかしながら別の実施形態では、変換器素子層２６が、支持体２５の上部側２９および／または下部側３０まで延在するということがあってよい（この点に関し、内側面３４に適用された変換器素子層部２６も参照）。
【００６１】
支持体２５の幾何学的形状は一例としてのみであり、従って立方体、直平行六面体などの他の幾何学的形状を使用することができる（適切な場合、それぞれの形状はまた、対応する内側ボアホールおよび関連する内側面３４を備える）。同様に、対応する変換器素子層２６が支持体の外側にのみ適用されるように支持体３５が固体材から形成されることは可能である。
【００６２】
図９に、図８の線IX−IXに沿った断面部を示す。
【００６３】
内側面３４に配置された変換器素子層部２６のそれぞれは、約４５°の中心先端角３５にわたってのみ延在する。下部電極２７またはカバー電極２８の該当箇所は、それぞれの変換器素子層部２６に割り当てられる。支持体２５の全周面に広がる変換器素子層２６は当該凹部３１内の支持体２５の外側に（また、したがって下部電極２７とカバー電極２８を備えて）適用される。
【００６４】
変換器素子層２６はまた、適切ならば対応の関連する中心先端角を有する部分においてのみ支持体２５の外側に適用されるということ、そして変換器素子層２６は内側面３４の支持体２５の内側ボアホールの全周面にわたって広がるということとは自明である。
【００６５】
さらに、例えば図１〜図７に関連して描写した支持材、ワッシャとしての圧力センサの使用、対応する弾性係数、または弾性係数と面積の積との関係等に関する特徴が、図８と図９に従う実施形態に適用されるということを指摘しておく。この点に関しては上記説明／実施形態を参照。
【００６６】
単純化のため、下部電極とカバー電極２７、２８から外側へ導かれる電気的接触接続は図８と図９に示されない。
【００６７】
本発明による圧力センサ１に対し、可能な様々なアプリケーションが考えられる。一つの可能性では、当該圧力センサは、当該圧力または力が測定される場所に直接に組み込まれる。これは、例えば正確な摩擦接続を要する鉄骨構造上などの感圧材の接続に適用される。この場合の圧力センサは接合される材料間に配置され、当該ねじ込み接続などが締め付けられた後でもこの構造内に留まることができる。締付け中、圧力トルクの正確な評価と従って摩擦接続の正確な測定が可能となる。対応する評価装置は一時的にのみ接続され、後で取り外すことができる。評価装置は、また、いつでも圧力センサに接続することができる。
【００６８】
別の可能な用途は、例えば電極ホルダにおいてであり、ここでは２つの電極ホルダアームにより、２本の溶接電極棒が互いに近付けられ、溶接される部分に反対側から押しつけられる。一般に、溶接時の圧力は、完全な溶着点を設定するために比較的正確に規定される。この圧力は、当該組み込み圧力センサにより確定することができる。溶接電極棒の場合、多数回使用した後にあるいは機械的応力のために、これらは溶接するためにはもはや正確に一体にならない可能性がさらにある。この場合、溶接電極棒の方向に垂直な力が発生する。これらの力は、例えば図７または図９に記載の圧力センサにより確定することができる。
【００６９】
さらに、上述のタイプの当該溶接装置内の圧力の増減は、このような圧力センサにより評価することができる。
【００７０】
図７または図９に記載の圧力センサは、また、圧力測定セクタへの分割を使わずに例えばワッシャのやり方で当該の機械的接続に割り当てることができ、当該力または圧力トルクの測定に使用することができる。
【００７１】
アプリケーション領域に従って顧客専用設計で本発明による圧力センサ１を製造する可能性がさらにある。原理的には、このような対応の設計は平板状または円盤状の圧力センサ１から切り取ることができる。様々な製造装置、工作機械などにおいての使用が可能である。
【００７２】
変換器素子、支持材、絶縁材の配置は、また様々なやり方で行なわれ得る。一例は、絶縁材としての重合体により複合部品内に平行に配置された棒状の変換器素子を挿入した支持材としての管である。別の一例は、軸方向のスリットと該スリット内に配置された棒状の変換器素子とを備える支持材としてのスリットリングである。
【００７３】
これらの素子の様々な配置は、接続性を反映する数字表記により原理的に説明することができ、当該数字は複合部品内の個別要素の次元を記載する。
【００７４】
それぞれの場合、第１番目の数字は変換器素子の次元数に対応し、第２番目の数字は支持材の次元数に対応し、最後の数字は絶縁材の次元数に対応する。例えば、数字群１／２／３は、絶縁材により３次元的に成型された支持材としての管内の棒状の変換器素子を表す。数字群２／２／２は、絶縁材により２次元的に接着された支持材としての板に平行な平板状変換器素子を意味する。別の数字群１／２／１を一例として与えると、この場合、棒状の変換器素子は支持材の管スリットまたは板スリット内に配置され、絶縁材により１次元的に接着される。
【００７５】
さらなる種々の数字群は自明である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明による圧力センサの第一の実施形態の部分切り欠き平面図
【図２】図１のII−II線に沿った切断部
【図３】支持材を備えた圧電変換器素子の実施形態
【図４】支持材を備えた圧電変換器素子の別の実施形態
【図５】支持材を備えた圧電変換器素子のさらに別の実施形態
【図６】固体材としての支持材
【図７】セクタに分割されたリング状圧力センサについての図１に似た平面図
【図８】別の実施形態の透視側面図
【図９】図８のIX−IX線に沿った切断部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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