(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中で使用できるセンサアッセンブリにおいて：フレキシブルシール上の複数の電気経路と；前記フレキシブルシールの収納に適した第１フランジ面と第２フランジ面を有する複数のフランジ面と；前記フレキシブルシールを前記複数のフランジ面で確実にシーリングする流し込みシーラントと；一またはそれ以上のデータ特性を検知できる少なくとも一のセンサと；を具え、前記複数の電気経路が、前記アッセンブリのシーリング完全性を提供するように互いに対してほぼ同一の相対高さに配置した、少なくとも一の信号搬送経路と少なくとも一の非信号搬送経路を具えることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサアッセンブリにおいて、前記複数の電気経路が均一な鉛直高さに配置されており、前記アッセンブリのクランプ負荷を担持するとともに、前記フレキシブルシールの圧縮による信号搬送経路に沿った信号ロスを防止することを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサアッセンブリにおいて、一またはそれ以上のバルク機能が前記非信号搬送経路に一体化しており、前記複数の電気経路が、前記フレキシブルシール上の、前記第１フランジ面と前記第２フランジ面との間のシーリング可能な接触領域近傍に配置されていることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサアッセンブリにおいて、少なくとも一つのセンサが、前記アッセンブリに外部電源によって給電されていることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載のセンサアッセンブリにおいて、前記フレキシブルシールが前記第１フランジ面と前記第２フランジ面にシーリング可能に配置されるように適応的に形成されており、前記複数の電気経路に沿って電気的接触機能を提供することを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサアッセンブリにおいて、前記電気的経路が電気銅トレースであることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項７】
請求項６に記載のセンサアッセンブリにおいて、前記信号搬送経路が、複数の回路内電気経路で構成されていることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項８】
請求項５に記載のセンサアッセンブリにおいて、前記相対高さが、前記フレキシブルシールの厚さより小さい値であることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載のセンサアッセンブリにおいて、前記フレキシブルシールが圧縮可能なガスケットであることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項１０】
請求項８に記載のセンサアッセンブリにおいて、前記回路内シーラントがシーリング剤であることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のセンサアッセンブリにおいて、前記少なくとも一のセンサが、内側キャビティ側面に配置されていることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のセンサアッセンブリにおいて、前記アッセンブリが水面下にあることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項１３】
請求項１０に記載のセンサアッセンブリが、電子通信における受信デバイスに操作可能に接続されていることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項１４】
請求項１２に記載のセンサアッセンブリにおいて、前記流し込みシーラントが、前記作動液に耐えるように化学的に適した成分からなるシーリング材であることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のセンサアッセンブリにおいて、少なくとも一の電気経路が、非リニアトレース経路を具えることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項１６】
請求項１４に記載のセンサアッセンブリにおいて、少なくとも一の電気経路が、非リニアで、非作動トレース経路を具えることを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項１７】
作動液中に沈めることができるマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）において：フレキシブルシール上の複数の電気トレースと；前記フレキシブルシートを収納するのに合致した第１のフランジ面と第２フランジ面を具える複数のフランジ面と；前記フレキシブルシールを前記複数のフランジ面で確実にシーリングする流し込みシーラントと；一またはそれ以上のデータ特性を検知できる少なくとも一のセンサと；を具え、前記第１フランジ面と、前記第２フランジ面と、前記フレキシブルシールが、互いに整列可能に圧縮されて構成されてシールを形成しており；前記複数の電気経路が、前記アッセンブリのクランプ負荷を担持し、前記フレキシブルシールの圧縮によって信号搬送経路に沿って信号ロスを防止するように、同一の鉛直高さに配置した少なくとも一の信号搬送トレースと少なくとも一の非信号搬送トレースを具えることを特徴とするＭＥＭＳ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のＭＥＭＳにおいて、前記第１フランジ面と、前記第２フランジ面と、前記フレキシブルシールが、互いに圧縮されるように適用的に構成され、圧縮金具を用いて確実なシールを形成しており、一またはそれ以上のバルク機能が前記非信号搬送トレースに一体化されていることを特徴とするＭＥＭＳ。
【請求項１９】
水中圧力センサアッセンブリにおいて：圧縮可能なフレキシブルシール上に設けた少なくとも一の作動電気経路と少なくとも一の非作動電気経路であって、各電気経路が、アッセンブリのクランプ負荷を担持し、前記フレキシブルシールの圧縮による信号搬送経路に沿った信号ロスを防止するために、同一の鉛直高さに配置されている電気回路と；前記フレキシブルシールであるインターフェースに接触して圧縮可能に取り付けるように、整列可能に配置した第１フランジ面及び第２フランジ面と；前記インターフェースとして前記フレキシブルシールを確実に密封する流し込みシーラントと；一またはそれ以上の圧力データ特性を検知することができ、前記少なくとも一の作動電気経路に沿って電気通信状態にある少なくとも一の圧力センサと；を具えることを特徴とする圧力センサアッセンブリ。
【請求項２０】
作動液中に漬けられており、前記センサアッセンブリと電気通信を行う受信デバイスに接続された請求項１９に記載の圧力センサアッセンブリにおいて、前記圧力センサが外部電源から給電されており、前記流し込みシーラントが、前記作動液に耐性があるように化学的に適した成分のシーリング材であることを特徴とする圧力センサアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願のクロスリファレンス]
本出願は、２０１１年１１月１５日に出願した米国暫定特許出願第６１／５６０，１４３号「水中電子センサ」の利益を請求する。この出願は、全体が引用により本出願に組み込まれている。
【０００２】
本明細書に開示した発明は、一般的に圧力感知技術に関するものであり、特に、電気的及び電子的接続を有するシーリング可能なセンサ関連デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば自動車分野に見られるシステムなどの多くの機械的システムは、高温、高圧、及び流体の存在を認識する作動環境に集約されており、この各システムは電気的アッセンブリ近傍にあることが多い。電子部品を用いるこのようなタイプのアプリケーションにおける様々な態様のシステムの状態をモニタリングすることは、このような環境におけるこれらの部品とそれに関連する接続性の実行可能性が、気づかないうちに危険にさらされることがあるため、設計者やシステムプロバイダに課題を提供する。同様に、このような環境でも、モニタリングとコントロールのために、所定の物理的特徴を測定して電気信号に変換する必要がある。いくつかのケースでは、所定の物理的現象を電気信号に変換する必要により、その環境の流体中に電子部品（例えば、センサアッセンブリ）を水に沈める又は沈水させることが必要になる。
【０００４】
例えば、自動車環境では、オートマチックトランスミッション、自動化マニュアルトランスミッション、デュアルクラッチトランスミッション、あるいはその他の電子制御トランスミッションを操作する間に、様々な油圧駆動装置液体（以下、ＡＴＦという）圧力を測定する圧力センサを設ける必要がある。この操作を行うためのＡＴＦの圧力に関するこのようなデータ特性を測定するのに、圧力検出デバイスはＡＴＦに沈められている。（いくつかの設計では、この測定用の流体が、サンプ中でＡＴＦと別にされている。）これらの圧力検出デバイスは、測定した圧力データを電気信号として（例えば、デジタルデータ）受信装置に提供し、一方、圧力検出デバイスは、トランスミッションサンプ中に能動的に沈められている。トランスミッションサンプ中にある間、これらの圧力検出デバイスは、ＡＴＦの極度の高温と低温の両方に、並びに存在する人工的流体（例えば、作動液）の化学潤滑及び浸透特性にさらされる。ＡＴＦ中に圧力センサを沈めることで、これらのタイプの検出装置、特に、これらのセンサの電子機器と接続が、特に時間の経過により、早く傷むことになる。したがって、センサ内部の仕組み（例えば、電子機器と電気的接続）をこの環境から、特に、流体の浸透から保護して、これらの重要なセンサの動作信頼性を設計通りに確実なものにするということが強く望まれている。しかしながら、これは、完全に密封したセンサでも、センサ内の電子部品の外部電源への接続、並びに、情報をその他部品に送る電気通信信号ラインの電気的接続が必要であるため、センサの基本的なシーリングを超える取組みである。
【０００５】
例えば、まず、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）や硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）などのプラスチック成型物でできた一またはそれ以上の金属製コネクタピンをしっかり配置するコネクタ本体を用い；次いで、コネクタ本体を必要なセンサ要素と電子部品を含むセンサ構造に一またはそれ以上の弾性Ｏ−リングで密封する、共通のシーリング法が一般的に知られている。この技術は、もっともらしいが、この例示的状況には有用でなく、更に、アプリケーションが制限される。
【０００６】
いくつかの状況では、更なる弾性Ｏ−リングを使用して、合致する電気コネクタにコネクタ本体を密封する、及び／又は、金属製ピンとオーバー成形下プラスチック、又はエポキシポットの間のボイドを真空含浸して、二次的シーリングプロセスを使用し、ピンに沿った流体の進出を防ぐという、制限された基本的アプローチを構築する試みがある。しかしながら、プラスチック、エポキシ、および弾性材料の開発、及び自動車業過で実験を行った極度の高温でシーリング条件に合った選択には、多大なリソース、コスト及び時間が費やされ、例えば、このアプローチが過剰に複雑になり、アプリケーションが制限され、効率に欠陥があることになる。
【０００７】
このように、作動液中に沈められた圧力検出装置から信頼性が高く、正確な圧力データの測定を提供すると共に、流体抵抗の条件と、水中の部品の電気的接続完全性を満足する、費用効率のよい解決策が望まれている。
【０００８】
本明細書で用いられているように、用語、デバイス、装置、システム、その他は、包括的、交換可能、及び／又は互いに同義的であり、本発明の目的のその他の構成及び装置は、個々の能力及び／又は配置に特異的なものである、独自の特性、機能、及び／又は動作を各々が機能的に有すると認識される。
【発明の概要】
【０００９】
本発明はこれらのニーズを満たしており、この分野の現状、特に、現在入手可能な技術では完全に解決されていないこの分野の問題点及びニーズに応じて開発された。
【００１０】
本発明の一実施例は、水中に沈めることができるセンサアッセンブリを提供するものであり、このセンサは、フレキシブルシール上の複数の電気トレースと；このフレキシブルシールを収納するのに適した第１のフランジ面及び第２のフランジ面を含む複数のフランジ面と；フレキシブルシールをこれらの複数のフランジ面でしっかり固定する配置済みシーラントと；一またはそれ以上のデータ特性を検知できる少なくとも一のセンサとを具え、これらの複数の電気経路が、互いにほぼ均等な相対高さに配置した少なくとも一の信号搬送路と少なくとも一の非信号搬送路を具え、アッセンブリの密封一体性を提供している。
【００１１】
本発明の別の実施例は、作動液中に沈めることができるマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）を具え、このシステムは、フレキシブルシール上の複数の電気トレースと；このフレキシブルシールを収納しるのに適した第１フランジ面及び第２フランジ面を含む複数のフランジ面と；フレキシブルシールをこれらの複数のフランジ面でしっかり固定する配置済みシーラントと；一またはそれ以上のデータ特性を検知できる少なくとも一のセンサとを具え、この第１のフランジ面と、第２のフランジ面と、フレキシブルシールとが互いに整列可能に圧縮されるように構成されて、複数の電気トレースが、アッセンブリのクランプ負荷を担持し、フレキシブルシールの圧縮によって信号搬送路に沿った信号ロスを防止するように垂直方向に均一な高さに配置された少なくとも一の信号搬送路と少なくとも一の非信号搬送路を具える。
【００１２】
本発明の更なる実施例は、水中に沈めることができる圧力検知アッセンブリを提供するものであり、このアッセンブリは：圧縮可能なフレキシブルシール上の少なくとも一の作動電気経路と少なくとも一の非作動電気経路であって、各経路がアッセンブリのクランプ負荷を担持し、フレキシブルシールの圧縮によって信号搬送路に沿った信号ロスを防止するように垂直方向に均一な高さに配置された伝送路であり；フレキシブルシールであるインターフェースに、接触して圧縮可能に取り付けられて整列可能に配置された第１フランジ面と第２フランジ面と；このインターフェースとしてのフレキシブルシールをしっかり密封する配置済みシーラントと；一またはそれ以上の圧力データ特性を検知でき、少なくとも一の操作可能な電気経路に沿って電気通信を行う、少なくとも一の圧力センサと；を具える。
【００１３】
動作としては、本発明は、水中に沈めた時に密封したセンサアッセンブリと通信して電気信号を通す必要がある電気回路を形成する目的に設計されたフレキシブル回路を提供するものであり、ここに組み込まれた特徴を具えガスケット材料の適所にあるフォームと組み合わされたときに、センサアッセンブリに流体が浸透しないようにする完全なシールとなる。独自の実施例においてシーリング機能と連結機能を組み合わせることによって、本発明は、新規かつ実用的な構成における流体抵抗と電気的接続の要求に合致したシーリング設計を提供している。
【００１４】
本発明の更なる実施例、フォーム、対象、特徴、利点、態様及び利点は、ここに示す詳細な説明と図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一態様によって設計された水中圧力センサアッセンブリの全体構造を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一態様によって使用する水中センサアッセンブリを示す図である。
【図３】図３は、本発明のフレキシブルシールを示す図である。
【図４】図４は、カバーとハウジングフランジ間を通る信号搬送トレースの通信路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここに開示した本発明は、一般的に、圧力検知技術に関するものであり、特に、電気及び電子的接続を有するシーリング可能なセンサー関連デバイスに関する。
【００１７】
以下の記載は、当業者がこの発明を作成して使用できるように記載されており、特許出願及びその要件のコンテキストにおいて記載されている。ここに記されている好ましい実施例の様々な変形及び一般的な原理と特徴は、当業者には自明である。したがって、本発明はここに示す実施例に限定するものではなく、ここに記載した原理と特徴に合致する最も広い範囲に認められる。
【００１８】
本発明は、一またはそれ以上の実施例において、水中電動センサアッセンブリを提供するものであり、このアッセンブリは、クランプ負荷を担持するとともに、フレキシブルシールの圧縮による信号搬送トレースに沿った信号ロスを防止するための、垂直高さが均一な作動及び非作動電気トレースを有するフレキシブルなシールアッセンブリを具え、二つのフランジ面間の流体リーク路を最小にし、圧縮時に安定性を提供し、作動液が存在する環境において電気通信を可能にする。
【００１９】
図１に示すように、水中センサアッセンブリ１００は、センサハウジング１０１と、ハウジングカバー１０２と、フレキシブルケーブルシールアッセンブリ１０３（すなわち、フレキシブルシール）を具える。ハウジング１０１とカバー１０２は、それぞれフランジ面１０４、１０５を具えており、この面は、互いに一方が他方の上に配置されるように構成されており、適切なアラインメントが取られている。更に、ハウジング１０１とカバー１０２のフランジ面１０４、１０５は、フレキシブルシール１０３を具えており、フランジ１０４、１０５がフレキシブルシール１０３に接触した状態で整列可能に配置されている。好ましい実施例では、ハウジング１０１とカバー１０２は、６０６１アルミニウムでできている。
【００２０】
フレキシブルシールアッセンブリ１０３がフランジ１０４と１０５の間に配置されるとハウジングフランジ１０４とカバーフランジ１０５との間のリーク封印が達成され、Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標）５１８などの流し込みシーラント（form in place sealant）がフレキシブルアッセンブリ１０３の上側面及び下側面に塗布されて、ハウジング１０１とカバー１０２間に、ハウジングフランジ１０４と、流し込みシーラント（図示せず）、フレキシブルシール１０３、流し込みシーラント（図示せず）、及びカバーフランジ１０５のインターフェースが形成される。（（Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標）は、Henkel Corporation,U.S.A.の登録商標である）。この連結された組み合わせは、図２に符号２００で示すように、複数の圧縮金具あるいは外圧によって提供される縦方向負荷のもと、互いに圧縮されていることが好ましい。好ましい実施例では、図１のカバースクリュー１０６（すなわち、圧縮金具の例）が用いられている。
【００２１】
図３に示すように、フレキシブルケーブルシール１０３は、導電及び非導電材料でできたいくつかの層からなる。好ましい実施例では、フレキシブルアッセンブリ１０３は、厚さ．００５”のポリアミド硬化剤、厚さ．００１”の接着剤、厚さ．００１”のポリアミドフィルム、厚さ．０００７”の銅、厚さ．００１”の接着剤、厚さ．００１”のポリアミドカバー層でできている。導電トレース（好ましくは銅）は、フレキシブルシールアッセンブリ１０３内に形成されている。このトレースは、信号搬送トレース３０７と、非信号搬送トレース３０８でできている。信号搬送トレース３０７及び非信号搬送トレース３０８の数と組み合わせは、本発明によって限定されるものではない。トレース３０８の機能は、圧縮負荷の下でフレキシブルシールアッセンブリ１０３に安定性を与え、均一な縦方向のガスケット高さを提供し、信号搬送トレース３０７近傍の有意なクランプ負荷を担持して、トレース圧縮による信号のロスを防止することである。信号搬送トレース３０７近傍の負荷担持能力に役立てるために、バルク機構３０９、３１０を非信号搬送トレース３０８に加える。本発明のその他の実施例で、その他の構成、形状を使用して、信号搬送トレース３０７の圧縮負荷を低減するようにしてもよいと理解される。更に、フレキシブルシールのシーリング及び負荷担持能力に役立てるために、トレース３０７が非直線路を有していてもよい。
【００２２】
好ましい実施例では、信号搬送路と非信号搬送路の各々が、互いにほぼ等しい相対高さに配置されている。このように、ほぼ均等な高さによって、フランジ面に沿ったシーリングの完全性が強化されるとともに、アッセンブリが圧縮された状態に置かれる。したがって、一般的に、一またはそれ以上の好ましい実施例では、フレキシブルシールの厚さが、信号路又はトレースの高さより少なくとも若干高い値である。
【００２３】
フレキシブルシール（例えば、非信号搬送トレース）の有利なシーリング特性提供といった本発明の特徴は、更に、様々な利点を提供する。例えば、フレキシブルケーブル内の非信号搬送トレースは、回路内の電気トレースと同じ高さにあり、フレキシブルシール又はフレキシブルケーブルアッセンブリを、電気トレースに過剰なストレスを掛けることなく圧縮した二つのフランジ面間のガスケットとして使用することができる。更に、非信号搬送トレースは、フレキシブル材料の成分にさらなる安定性を提供し、このガスケット路の一部に沿って集中負荷を伝送し、これによって、流体リーク路を最小にしている。
【００２４】
Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標）５１８などの流し込みシーラント材料を、圧縮プロセスとともに用いてシーリングを完成させ、同時に、電気トレースが互いから、及び非電気トレースから分離する必要がある領域において完全なシーリングを提供できることは当業者には自明である。
【００２５】
更なる好ましい実施例では、本発明を真空シールゲージタイプの圧力センサに適用して、低コストの絶対圧力センサを形成している。好ましい実施例は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Sensors）タイプのゲージ圧力センサエレメントを含む。本発明の一実施例では、センサが、ＭＥＭＳベースの圧力センサ、回路エレメントを組み込んだＭＥＭＳ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたＭＥＭＳセンサの一つであってもよい。
【００２６】
本発明の更なる好ましい態様では、フレキシブルシールアッセンブリを用いて、センサエレメントの裏側に真空シールを完成させて、センサが真空を基準にできるようにしている。様々な実施例では、フレキシブルシールアッセンブリによって密封された真空キャビティに、一のフレキシブルケーブルセンサアッセンブリ内に一体的に形成したセンサ用の信号搬送トレースと共に、一またはそれ以上のセンサを設けることができる。
【００２７】
一又はそれ以上の実施例において、本発明は、作動液に沈めた、低コストで正確な圧力センサを必要とする、自動車、船舶及びその他の業界のニーズに合致するように設計された、頑丈でコンパクトなセンサデバイスを提供する。更に、本発明は、電気信号を密封したセンサアッセンブリに通過ささせることが必要な電気回路通信を形成し、完全なシーリングを実現して、流し込みガスケット材料と組み合わせた時にセンサアッセンブリ内に流体が流れ込むのを防ぐのに必要なフレキシブル回路内に組み込んだ特徴を具える、目的に合わせて設計されたフレキシブル回路アッセンブリを提供する。例えば、図４に示すように、アッセンブリが圧縮されているあるいは圧縮された状態にある間の、カバーフランジ１０５とハウジングフランジ１０４との間を通過する信号搬送トレース３０７の電気通信の詳細が記載されている。
【００２８】
本発明はまた、このシーリングと電気接続機能を、二つのフランジ面間にシーリングと電気接続を提供するように機能するフレキシブルケーブルアッセンブリ（すなわち、フレキシブルシール）に組み込むことによって、水中電子センサの設計を更に改良している。好ましくは、このフレキシブルシールの製造に使用した材料の成分は、作動液の浸透効果及び溶解効果に長期間露出させたことによる劣化に耐えるように設計されており、ＡＴＦを含むものなどの特定の実装用に設計されている。
【００２９】
ここで使用されているように、用語「圧縮金具」は、互いに整合するように圧縮された第１フランジ、第２フランジ、及びフレキシブルシールの構造的整合を可能にして、シーリングを形成するような構造的、機械的、及び／又は磁気的な支持体、デバイス、及び、設計を含むことを意図している。限定するものではないが、このような例には、スクリュー、マグネット、圧縮クランプ、留め具、ボルト、ピン、その他がある。
【００３０】
本発明は、図に示す実施例に従って説明されているが、当業者は、この実施例の変形例があることを容易に認識でき、これらの変形例は、本発明の精神と範囲内にある。ここに開示した本発明は、限定するものではないが、作動液に沈めた、低コストで正確な圧力センサを必要とする、自動車、船舶及びその他の業界のニーズに合致するように設計された、頑丈でコンパクトなセンサデバイスを含む様々な方法で構成することができる。したがって、当業者は本発明の精神と範囲から外れることなく、多くの変形を行うことができる。
【００３１】
本発明を好ましい実施例によってこれまで説明したが、これは本発明を限定するものではない。実際、本発明の実施例は、その他の温度センサ、レベルセンサ、ろ過センサ、及び同様のセンサといった、その他のセンサやシステムと組み合わせることができる。上述した説明からわかるように、本発明の実施例は、センサアッセンブリとして、あるいはその他のタイプのセンサと組み合わせて使用するように意図されている。この点について、上記説明は、特許請求の範囲に表現されている発明の精神と範囲内に入るすべての変形及び代替構造に及ぶことを意図しており、この開示のいずれの部分も、特許請求の範囲に記載されていないパブリックドメインの専用であることは、明確に、あるいは、暗示的にも、意図していない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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