(57)【要約】腐食性の媒体の圧力を規定するための、従来技術による圧力センサモジュールにおいては、腐食保護のために、圧力センサチップを有する市販のセンサセルが変更されており、それによって圧力を伝達するための液体のための大きい容積が得られる。これは、較正及び高精度のために欠点である。本発明による圧力センサモジュール（１）においては、市販のセンサセル（５）が使用され、このセンサセル（５）は、圧力を伝達する媒体のための非常に小さい容積を有するアダプタ（２１）に接続されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサモジュールであって、少なくとも、圧力を規定する圧力センサチップから成っており、該圧力センサチップが圧力センサに接続されていて、この圧力センサが圧力を圧力センサチップに伝達するようになっている形式のものにおいて、
圧力スリーブ（１９）にアダプタ（２１）が接続されており、該アダプタ（２１）が、圧力を受容して、この受容した圧力をさらに圧力スリーブ（１９）を介して圧力センサチップ（７）に伝達するようになっており、前記アダプタ（２１）が、圧力センサチップ（７）を損傷させる媒体から圧力センサチップ（７）を保護するようになっていることを特徴とする、圧力センサモジュール。
【請求項２】
アダプタ（２１）が貫通する孔（２３）を有しており、該孔（２３）がセンサ側（２５）で圧力スリーブ（１９）に接続されていて、ダイヤフラム側（２７）で仕切ダイヤフラム（２９）によって閉鎖されている、請求項１記載の圧力センサモジュール。
【請求項３】
圧力スリーブ（１９）と孔（２３）とアダプタ（２１）の充填孔（３２）とに、液体が充填されている、請求項２記載の圧力センサモジュール。
【請求項４】
圧力センサチップ（７）の上側（４７）が、ボンディングワイヤ（１３）に電気接続されており、圧力センサチップ（７）の下側（４９）が圧力スリーブ（１９）に接続されている、請求項１記載の圧力センサモジュール。
【請求項５】
アダプタ（２１）が充填孔（３２）を有しており、該充填孔は孔（２３）に接続されており、この孔（２３）を通って液体が充填される、請求項２又は３記載の圧力センサモジュール。
【請求項６】
圧力センサチップ（７）がセンサセル（５）内に配置されていて、該センサセル（５）が外側の電気的なセンサ接続エレメント（１５）を有しており、センサ接続エレメント（１５）にプリント基板（３６）が電気的に接続されている、請求項１記載の圧力センサモジュール。
【請求項７】
プリント基板（３６）が電気的な差込接続部（３９）に電気的に接続されており、圧力センサモジュール（１）が圧力センサモジュールケーシング（４５）を有しており、電気的な差込接続部（３９）が圧力センサモジュール（４５）と共にプラグ（４３）を形成している、請求項６記載の圧力センサモジュール。
【請求項８】
圧力センサモジュール（７）が電気的な差込接続部（３９）に接続されており、圧力センサモジュール（１）が圧力センサモジュールケーシング（４５）を有しており、電気的な差込接続（３９）が圧力センサモジュール（４５）と共にプラグ（４３）を形成している、請求項１記載の圧力センサモジュール。
【請求項９】
圧力センサチップ（７）が前もって形成されたセンサセル（５）内に配置されており、該センサセル（５）が外側の電気的なセンサ接続エレメント（１５）を有している、請求項１，４又は８記載の圧力センサモジュール。
【請求項１０】
圧力センサチップ（７）が、圧力に応じた測定信号を生ぜしめるダイヤフラム（１７）を有している、請求項１，４，６，８又は９記載の圧力センサモジュール。
【請求項１１】
圧力センサモジュール（１）がアダプタ（２１）を有しており、該圧力センサモジュールケーシング（４５）がアダプタ（２１）に接続されている、請求項７又は８記載の圧力センサモジュール。
【請求項１２】
圧力センサモジュール（１）が壁部（５３）の差込み開口（６９）内に配置されており、圧力センサモジュール（１）が仕切ダイヤフラム（２９）を有しており、壁部（５３）が、仕切ダイヤフラム（２９）と接触する媒体（５９）に隣接しており、媒体（５９）が凍って膨張した時に、圧力センサモジュール（１）が差込み開口（６９）から部分的に突き出すように摺動可能である、請求項１記載の圧力センサモジュール。
【請求項１３】
圧力センサモジュール（１）が固定フランジ（５１）に配置されており、該固定フランジ（５１）はばね弾性的に構成されていて、それによって固定フランジ（５１）が壁部（５３）に対して少なくとも部分的に摺動可能であって、圧力センサモジュール（１）が部分的に差込み開口（６９）から突き出すように摺動可能である、請求項１２記載の圧力センサモジュール。
【請求項１４】
圧力センサモジュール（１）が固定フランジ（５１）に配置されており、該固定フランジ（５１）がばね（５５）に作用して、所定の力がばね（５５）に作用すると、固定フランジ（５１）が壁部（５３）に対して摺動可能で、圧力センサモジュール（１）が部分的に差込み開口（６９）から突き出すように摺動可能である、請求項１２記載の圧力センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来技術
圧力センサモジュールは、例えば圧電抵抗式のセンサセルを有しており、該センサセルは、広い分野で使用されるが、例えば自動車の吸気管内の圧力を測定するために使用される。この場合、圧力センサチップは、電気式の外側接続部のためのガラス貫通ガイド部を有する差込みプラグにはんだ付けされる。次いで圧力センサチップの電気的な接続部が、ボンディングワイヤによって電気的な外部接続部に接触せしめられる。媒体の圧力は、差込みプラグにはんだ付けされた金属管を通って、例えば圧力センサチップの後ろ側に作用する。絶対圧力測定のために、金属キャップが真空下で差込みプラグに溶接される。相対圧力測定のためにキャップは開口を有している。圧力センサチップは、例えばゲルを用いて外部の影響に対して保護される。強い腐食作用を有する媒体においては、このようなセンサセルは使用されない。何故ならば腐食媒体は、圧力センサチップ又はゲルを腐食させるからである。
【０００２】
特開２０００−０４６６６６号公報によれば、センサダイヤフラムが圧力スリーブ内でゲルによって保護された圧力センサモジュールが公知である。しかしながらこのゲルも腐食性の媒体によって腐食され、しかもゲルとしての大きい化学的な耐性若しくは機械的な強度を有していないので、その形状は時間と共に変化し、測定結果に影響を及ぼすことになる。このために、従来技術によれば圧力が仕切ダイヤフラム及び圧力伝達媒体例えばシリコーンオイルによって間接的に圧力センサチップに伝達される。このようなオイル収容容器を有する圧力センサモジュールの構成は、ＡＭＡ−Ｓｅｍｉｎａｒｂａｎｄ、１９８９、第２８５頁〜２９５頁により公知である。この公知の構成においては、オイル容積は圧力センサチップの分だけ比較的大きい。ケーシング材料の体積膨張係数と比較してシリコーンオイルの熱膨張係数が高いことに基づいて、温度変化時に仕切ダイヤフラムは変位せしめられる。仕切ダイヤフラムの剛性が比較的高いことに基づいて、圧力センサチップにおける圧力センサモジュール内で増圧が形成される。この増圧は温度変化だけによって生ぜしられ、測定信号を誤らせる原因となる。
【０００３】
公知の圧力センサモジュールにおいてオイル容積を減少させるためには、圧力センサチップの周囲のオイル容積は、例えばセラミックより成る充填体を用いて減少される。この場合、充填体は別の組立段階を必要とする。公知の圧力センサモジュールにおいては、中空室のための比較的大きい製造公差に基づいて、仕切ダイヤフラムの下側の中空室と比較して圧力センサチップの分だけオイル容積が大きくなる。これによって、高い測定精度のためにオイルで充填された状態における圧力センサチップの較正が必要となる。この場合、高い熱容量が存在するので、較正の際に温度段階を導入するために必要な時間はより長くなる。しかも公知の圧力センサモジュールにおいては圧力センサチップの欠陥は、完成された状態で始めて確認されるようになっている。これによって不良品によるコストは高価になる。何故ならば、完成された部品が不良品となるからである。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５０７１４３号明細書若しくは米国特許第５５９５９３９号明細書によれば、より簡単な組立法によるオイル受容容器の原理に従った圧力センサモジュールが公知である。この公知の圧力センサモジュールにおいては、オイル容積を減少させるための充填体は、プラスチックより成る差込ケーシング内の圧力センサチップのための切欠によって置き換えられている。この場合、プラグに対する仕切ダイヤフラムのシールは、Ｏリングによって又は押し潰しシールによって行われる。このような形式のシールにおいては、例えばＯリングが損傷した時に、又はシール面に粒子が付着した時にオイルがセンサ内室から流出する危険性がある。圧力センサモジュールにおいては、オイル充填時にセンサ内に閉じこめられた残留空気が、仕切ダイヤフラムに高圧を供給することによって、センサセルの、空気分子を通すプラスチック材料から押し出されるようになっている。この場合、小さい圧力測定範囲のために設計されている圧力センサチップが、ケーシング内の残留空気を押し退けるための高い圧力によって損傷を蒙る危険性がある。
【０００５】
圧力センサチップのためには、電磁適合性を、例えばコンデンサによって改善するための別の手段が必要である。公知の圧力センサモジュールにおいて、ケーシング内のこのようなコンデンサを組み込むことは費用がかかり、圧力センサモジュールのための製造コストを高価なものにする。
【０００６】
特開２０００−００９５６８号公報によれば、流体の圧力を基底するために、圧力センサセルにアダプタが接続されるようになっている圧力センサモジュールが公知である。このような構造は高価であって、伝達しようとする媒体の大きいデッド容積が形成される。
【０００７】
特開平１１−３１６１６６号公報、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４１５９８４号明細書若しくは米国特許第５６２９５３８号明細書によれば、センサダイヤフラムを腐食性の周囲に対して保護するために、センサダイヤフラム上に保護膜を有している圧力センサチップが公知である。しかしながらこの保護層は、ダイヤフラムの測定特性及び応答特性を不都合に変化させ、長時間に亘る十分な保護を提供しない。何故ならばこの保護層は、センサダイヤフラムが良好に曲がるようにするためには、十分に薄く構成しなければならないからである。
【０００８】
特開平８−１３６３８０号公報によれば、圧力センサチップを腐食性の媒体に対して保護するために、アダプタに接続された圧力センサモジュールが公知である。この公知の構成によれば、シールのためにやはりＯリングを使用する必要があり、これによって、前記のようなＯリングを使用した場合の問題点が生じる。
【０００９】
発明の利点
これに対して、請求項１の特徴部に記載した構成を有する本発明による圧力センサモジュールは、腐食性の周囲環境内に組み込むための、圧力センサモジュールを簡単な形式で安価に、かつ高い測定精度で製造することができるという利点を有している。高精度は、オイル容積を著しく減少させることによって得られる。これによって、本発明による圧力センサモジュールにおいて、オイル容積の熱的な膨張によって測定信号が受ける影響は非常に小さい。従って、完全な圧力センサモジュールにおいて高価で長い温度段階を避けるために、センサセル内に組み込まれた圧力センサチップの迅速な較正を実施することができる。センサセルを調整することによって、圧力センサモジュールの較正時における不良品コストは安価である。センサセルは圧力センサモジュールよりも小さいので、同時に多数のセンサセルを較正することができる。
【００１０】
従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した圧力センサモジュールの有利な実施態様及び改良が可能である。
【００１１】
圧力センサモジュールの有利なアダプタは、請求項２に記載されている。アダプタは、貫通する孔を有しており、この孔は一方側でセンサセルの圧力スリーブに接続されていて、他方側で仕切ダイヤフラムによって閉鎖されており、この場合これによって閉鎖された容積は有利な形式で液体によって満たされている。陀婦多は簡単な構造を有していて、従って安価である。
【００１２】
アダプタが付加的な開口を有していて、この開口を通って液体が孔内に充填される。
【００１３】
例えば上面に素子を備えたプリント基板は、有利な形式でセンサセルの圧力センサチップの外側の電気的接続部に接続される。従って、電磁石適合性を改善するためのさらに別の素子を、有利な形式でプリント基板上に組み付けることができる。
【００１４】
圧力センサモジュールケーシングは、有利な形式で電気的なプラグ接続部を有することができる。
【００１５】
図面
本発明の実施例が図面に簡単に示されていて、以下に詳しく説明されている。
【００１６】
図１は、従来技術による圧力センサチップを備えたセンサセルの軸方向横断面図、
図２は、従来技術による圧力センサモジュールの断面図、
図３は、アダプタの軸方向横断面図、
図４ａは、プリント基板と電気的な接続部とアダプタとを備えたセンサセルの組み付けていない状態を示す図、
図４ｂは、図４ａに示した部分を組み付けた状態を示す図、
図５ａは、本発明に従って構成された圧力センサモジュールの組み付けていない状態の実施例、
図５ｂは、本発明に従って構成された図５ａに示した圧力センサモジュールの１実施例の軸方向断面図、
図５ｃは、プリント基板なしの、本発明に従って構成された圧力センサモジュールの別の実施例を示す図、
図６は、本発明に従って構成された圧力センサモジュールの軸方向断面図である。
【００１７】
実施例の説明
図１には、センサセル５の軸方向断面図が示されており、このセンサセル５は、例えば本発明による圧力センサ１（図５）内に使用される圧力センサチップ７を有している。圧力センサチップ７は例えば陽極ボンディングによってガラス支持体１１に組み付けられている。センサセル５は例えば２つの部分より成るセンサケーシング９を有しており、該センサケーシング９内にガラス支持体１１が例えばはんだ付けによって固定されている。圧力センサチップ７は、センサケーシング９内でボンディングワイヤ１３によって電気的なセンサ接続エレメント１５に電気的に接続されており、このセンサ接続エレメント１５はセンサケーシング９を貫通して突き出している。圧力センサチップ７は、例えばダイヤフラム１７を有しており、このダイヤフラム１７は下側４９が、圧力スリーブ１９例えば付加的な金属管を介してガイドされる媒体によって、破線で示されているように負荷される。ダイヤフラム１７は、このダイヤフラム１７に作用する媒体の圧力に基づいて撓み、それによって撓み基づいて測定信号を発信する。この測定信号は、ボンディングワイヤ１３を介してさらにガイドされる。センサセル５のためには別の圧力センサチップ６が使用される。
【００１８】
ダイヤフラム１７は上側４７を有しており、この上側４７は圧力センサチップ７の上側とほぼ同一面に位置している。圧力センサチップ７の上側４７にはボンディングワイヤ１３が固定されている。ダイヤフラム１７はさらに下側４９を有しており、この下側４９はダイヤフラム上側とは反対側に位置している。
【００１９】
図２には従来技術による圧力センサモジュールが示されている。この圧力センサモジュールにおいては、圧力伝達媒体としての液体２８が圧力センサチップ７のダイヤフラム上側４７に配置されており、このダイヤフラム上側４７にはボンディングワイヤ１３との電気的な接続部も設けられている。液体２８は仕切ダイヤフラム２９によって閉鎖されているので、圧力センサチップ７はここでも腐食媒体に対して保護されている。しかしながら圧力伝達媒体２８のための容積は比較的大きい。何故ならばこの容積は、圧力センサチップ７及びセンサ接続エレメント１５の全表面を有しているからである。さらにまた仕切ダイヤフラム２９を圧力センサチップ７に対して所定の間隔を保つ必要があり、それによって仕切ダイヤフラム２９がボンディングワイヤ１３又は圧力センサチップ７に接触しないようになっている。特にこの圧力伝達媒体２８のための大きい容積は、前記のような困難を招く。
【００２０】
図３には、アダプタ２１の軸方向断面図が示されており、この軸方向断面図は例えば円筒形に構成されていて、その中央に貫通する孔２３が設けられている。アダプタ２１はそのセンサ側２５でセンサセル５の圧力スリーブ１９に接続されている（図５）。それとは反対側の媒体側２７には、孔２３が仕切ダイヤフラム２９によって閉鎖されている。ダイヤフラム２９と媒体側２７との間には小さい間隔が設けられている。アダプタ２１は、孔２３に対して直交する方向に充填開口３１と充填孔３２とを有しており、アダプタ２１がセンサセル５と組み付けられた状態で、前記充填孔３２を通って液体が孔２３内に導入可能である。孔２３及び充填孔３２の容積は、圧力センサチップ７の測定特性に対する液体の影響を小さく維持するために、意図的に小さく選定されている。孔２３及び充填孔３２内に充填される液体は、仕切ダイヤフラム２９に作用する圧力をダイヤフラム１７に伝達するために用いられる。有利にはこの液体としてシリコーン油が使用される。充填孔３２は、オイル充填後に、例えば金属球を押し付けることによって気密に閉鎖される。アダプタ２１はその外側でシールリング３３を有しており、このシールリング３３はアダプタ２１を、測定しようとする媒体が収容されている容器又は開口に対してシールする。
【００２１】
図４ａは、センサセル５がアダプタ２１とプリント基板３６とにどのような連続で組み付けられるかについて示されている。センサセル５とアダプタ２１との間には、例えばプリント基板３６が配置されており、このプリント基板３６は、少なくとも１つの接触ピン３７と電気的に接続されており、この接触ピン３７は例えば差し込み接続部３９と電気的に接続されている（図５）。
【００２２】
図４ｂには、図４ａの一部の組み立てた状態が示されている。圧力スリーブ１９は、アダプタ２１のセンサ側２５の孔２３と気密に接続されている。アダプタ２１は腐食性媒体に対してダイヤフラム１７を保護する。プリント基板３６はセンサセル５のセンサ接続エレメント１５と導電接続されていて、例えば導線を介してプリント基板３６上で接触ピン３７と電気的に接続されているか、又は例えば差し込み接続部３９に直接電気的に接続されているので、外側のプラグ４３（図５ａ，図５ｂ，図５ｃ）を介してセンサセル５から外部に電気的な接続が形成される。プリント基板３６は、本発明による圧力センサモジュール１の必要な構成部分ではない。プリント基板３６の代わりに例えば打ち抜き格子部材を使用することができる。
【００２３】
図５ａには、本発明による圧力センサモジュール１がさらに一部組み立てられた状態が示されている。図４ｂに示した構造部上に、圧力センサモジュールケーシング４５が組み付けられ、この構造部と機械的に例えばアダプタ２１に結合されている。センサセル５は圧力センサモジュールケーシング４５によって、例えばセンサセル５とケーシング４５との間の接着剤によって保持されている。差込み接続部３９は例えばケーシング４５内に射出成形されていて、例えば保持されている。さらに、ケーシング４５の一部は差込み接続部３９と共にプラグ４３を形成しており、このプラグ４３内で差し込み接続部３９には外部からアクセス（接近）可能である。プリント基板３６上には例えば少なくとも１つの電気素子４１が配置されており、この電気素子４１は、例えば電磁適合性を改良するために用いられる。この電気素子４１は例えばコンデンサである。
【００２４】
図５ｂには、本発明に従って組み付けられた圧力センサモジュール１の軸方向断面図が示されている。接触ピン３７は、接触箇所５７に、差込み接続エレメント３９と、例えばはんだによって導電接続されている。接触箇所５７は、ゲル又は接着剤によって外部の腐食に対して保護される。縁部において環状に緊締されている仕切ダイヤフラム２９は、この仕切ダイヤフラム２９に外部の力が作用すると、撓む。
【００２５】
図５ｃには、プリント基板３６なしの本発明による圧力センサモジュール１の別の実施例が示されている。この場合、差込み接続部３９は例えばセンサ接続エレメント１５に直接的に電気的に接触せしめられている。ケーシング４５は例えばセンサセル５を包囲していて、差込み接続部３９は射出成形又は埋め込まれている。
【００２６】
本発明による圧力センサモジュール１の利点は、腐食性の媒体を測定するために、市販されているセンサセル５を使用することができるという点にある。仕切ダイヤフラム２９はばね弾性的に構成されていて、仕切ダイヤフラム２９とダイヤフラム１７との間に存在する液体を介して圧力をさらに圧力センサチップ７に供給する。仕切ダイヤフラム２９は、耐腐食性の材料より成っている。
【００２７】
図６は、本発明による圧力センサモジュール１の軸方向断面図を示しており、この圧力センサモジュール１は、例えば固定フランジ５１を有していて、この固定フランジ５１によって壁部５３に固定されている。圧力センサモジュール１は壁部５３の差込み開口６９内に挿入されている。壁部５３は、例えば腐食性の媒体５９が貫流する導管６１の一部であるか、又は腐食性の媒体５９が蓄えられているリザーバ６１の一部である。媒体５９は凍らせることができ、しかも仕切ダイヤフラム２９に直接ぶつかるので、凍らせた媒体５９が膨張することによって、仕切ダイヤフラム２９を介してダイヤフラム１７を破壊させる大きさの圧力が伝達される。この場合、媒体５９の容積は、凍った媒体５９の容積増大を同様に小さく維持するために、できるだけ小さく保たれている。ダイヤフラムの破壊を避けるために、均質に凍結させれば有利である。均質な凍結は、側方からの圧力供給（７２）及び、ダイヤフラム２９とこれに対向する基底部（７４）との間の一様な間隔によって達成される。
【００２８】
さらに、ダイヤフラムの破損を避けるために、圧力センサモジュール１はばね弾性的（ｆｅｄｅｒｎｄ）に壁部５３に固定されている。これは、固定フランジ５１がばね弾性的に構成されていることによって得られる。この場合、例えば固定フランジ５１は弾性材料（例えばばね鋼）より成っていて、少なくとも２つの固定箇所６３で固定されており、これらの固定箇所６４間で固定フランジ５１が曲げられるようになっている。別の可能性は図６に示されている。ばね５５及びＴ字形部材例えばねじ６６によって、圧力センサモジュール１はばね弾性的に壁部５３に固定されている。ねじ６６は、固定フランジ５１の開口を貫通して壁部５３にねじ込まれている。ばね５５は、剛性の固定フランジ５１とねじ６６との間に配置されている。この場合、ばね５５は、圧力センサモジュール１がばね５５を圧縮させるための力を加えながら差込み開口６９から押し出されるように、ねじ６６及び固定フランジ５１に作用する。この場合、ばね５５のばね力は、ばね５５が凍った媒体５９が膨張した時に撓むように調節されている。これと同じことは、ばね弾性的に構成された固定フランジ５１のためにも当てはまる。シールリング３３は、アダプタ２１と壁部５３の内壁との間における凍結した媒体の摩擦を減少させるために、軸方向で仕切ダイヤフラム２９をやや越えている。
【００２９】
媒体は、圧力センサモジュール１の機能形式のための必ずしも腐食性である必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来技術による圧力センサチップを備えたセンサセルの軸方向横断面図である。
【図２】
従来技術による圧力センサモジュールの断面図である。
【図３】
アダプタの軸方向横断面図である。
【図４ａ】
プリント基板と電気的な接続部とアダプタとを備えたセンサセルの組み付けていない状態を示す斜視図である。
【図４ｂ】
図４ａに示した部分を組み付けた状態を示す斜視図である。
【図５ａ】
本発明に従って構成された圧力センサモジュールの組み付けていない状態の実施例を示す斜視図である。
【図５ｂ】
本発明に従って構成された図５ａに示した圧力センサモジュールの１実施例の軸方向断面図である。
【図５ｃ】
プリント基板なしの、本発明に従って構成された圧力センサモジュールの別の実施例を示す軸方向断面図である。
【図６】
本発明に従って構成された圧力センサモジュールの軸方向断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004518973.tif 000030
2004518973.tif 000031
2004518973.tif 000032
2004518973.tif 000033