(57)【要約】【課題】流入ガス中に含まれたヨウ素又はヨウ化物に対して十分な抵抗力を有し、簡単かつ安価に製造することができ、しかも長時間にわたって頑丈である、圧力センサ装置を提供する。【解決手段】ハウジング５と、該ハウジングの内室１９内に収容された圧力センサ３とを有し、ハウジング５は少なくとも１つのガス入口７を有していて、該ガス入口は少なくとも、ハウジング５の内室１９の部分領域２０にガスを通すように接続されている、圧力センサ装置１であって、ガス入口７に、犠牲エレメント２７が設けられ、該犠牲エレメントは、ガス入口７を貫流するガスが、犠牲エレメント２７の表面２９と接触するように配置されかつ形成され、犠牲エレメント２７の表面２９は銀層２８を備えている。【選択図】図１
2016099356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（５）と、該ハウジング（５）の内室（１９）内に収容された圧力センサ（３）とを有しており、
前記ハウジング（５）は少なくとも１つのガス入口（７）を有していて、該ガス入口（７）は少なくとも、前記ハウジング（５）の前記内室（１９）の部分領域（２０）にガスを通すように接続されている、圧力センサ装置（１）であって、
前記ガス入口（７）に、犠牲エレメント（２７）が設けられており、該犠牲エレメント（２７）は、前記ガス入口（７）を貫流するガスが、前記犠牲エレメント（２７）の表面（２９）と接触するように配置されかつ形成されており、前記犠牲エレメント（２７）の前記表面（２９）は銀層（２８）を備えていることを特徴とする、圧力センサ装置。
【請求項２】
前記犠牲エレメント（２７）は、支持エレメント（２６）を備えて形成されており、該支持エレメント（２６）は、ヨウ素又はヨウ化物と化学反応しない材料によって形成されており、前記銀層（２８）は、前記支持エレメント（２６）の表面に被着されている、請求項１記載の圧力センサ装置。
【請求項３】
前記支持エレメント（２６）は、鋼薄板によって形成されている、請求項２記載の圧力センサ装置。
【請求項４】
前記犠牲エレメント（２７）は、スリーブ状の形状を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【請求項５】
前記犠牲エレメント（２７）は、摩擦力結合式、素材結合式及び／又は形状結合式に、前記ガス入口（７）の内側面に固定されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【請求項６】
前記犠牲エレメント（２７）は係止突起（３１）を用いて、前記ガス入口（７）を形成する管片（９）に係止によって固定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【請求項７】
前記犠牲エレメント（２７）は、前記ガス入口（７）を形成する管片（９）内に注型により埋設されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【請求項８】
前記犠牲エレメント（２７）の全表面に、前記銀層（２８）が設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【請求項９】
前記銀層（２８）は、１〜１００μｍ、好ましくは５〜２０μｍの層厚さを有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車において使用することができる圧力センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサは、系におけるガス圧を測定するのに使用することができる。例えば圧力センサを用いて、ガス通流系もしくはガス内蔵系の内部におけるガス圧を、絶対的にもしくは基準圧に対して相対的に測定することができる。択一的に、例えば１つのガス通流系もしくはガス内蔵系の異なった箇所における２つのガス圧を、相対的に測定することができる。後者の場合には、圧力センサは差圧センサとも言える。
【０００３】
自動車において圧力センサ装置は、特に、オット機関もしくはターボディーゼル機関におけるインテークマニホールドの絶対圧を検出するのに使用される。このような圧力センサ装置は、ＭＡＰセンサ（ＭＡＰ＝Manifold-Absolute-Pressure）とも呼ばれる。択一的に自動車における差圧センサ装置を、ディーゼルパティキュレートフィルタにおける汚染度を、フィルタへの流入部におけるガス圧と流出部におけるガス圧との比較によって測定するために、使用することが可能である。
【０００４】
圧力センサは今日多くの場合、マイクロメカニック素子として形成されていて、一般的に検知面を有しており、この検知面は、該検知面に作用する圧力に関連してその物理的な特性を変化させるように設計されている。例えば検知面は、圧力負荷時に変形する薄いダイヤフラムとして形成することができる。変形に基づいて生じる、物理的なパラメータの変化は、例えば一体に組み込まれた回路を用いて測定し、次いで、作用するガス圧に関する情報を有する信号として出力することができる。
【０００５】
特許文献１には、自動車における圧力測定、特に差圧測定のために適した圧力測定装置が記載されている。
【０００６】
圧力センサの検知面が系におけるガスの測定すべき圧力を検出できるようにするために、系と検知面に隣接した室との間にはガス通流接続部が存在していることが望ましい。このように構成されていると、ガス交換によって、系における圧力変化が検知面に対して変化した圧力を加えることができる。
【０００７】
しかしながらガス通流接続部を通って、マイクロメカニック式の圧力センサを取り囲むハウジング内に物質が進入することがある。特に、圧力を測定することが望まれているガス中に、圧力センサを損傷するおそれがある物質が含まれていることがある。
【０００８】
例えば、圧力センサに達して、そこで接点を損傷するおそれがあるヨウ素又はヨウ化物が、観察された。ヨウ素もしくはヨウ化物は、例えば時間の経過と共に、圧力センサ装置に通じる流入管路の材料から遊離することがある。
【０００９】
従来は、損傷を惹起する侵入物質に対して敏感なコンポーネントを、例えば、金のような鈍感な材料から成るカバー層によって保護することが、試みられた。
【００１０】
試みられた択一的な解決策では、いわゆる犠牲構造が使用され、この犠牲構造は、化学反応によって、損傷を与えるおそれのある侵入物質と結合し、このときしかしながら犠牲構造自体は消耗する。侵入するヨウ素と結合するために、例えば、ルーズな銀ウール又は銀ワイヤ製の犠牲構造を使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許第１５２１９５２号明細書
【発明の概要】
【００１２】
本発明の構成は、流入するガス中に含まれたヨウ素又はヨウ化物に対して十分な抵抗力を有し、簡単かつ安価に製造することができ、しかも長時間にわたって頑丈である圧力センサ装置を、好適に可能にすることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点によれば、圧力センサ装置が、ハウジングと、該ハウジングの内室内に収容された圧力センサとを有している。このときハウジングは少なくとも１つのガス入口を有していて、該ガス入口は、ハウジングの内室にガスを通すように接続されている。このような圧力センサ装置において、本発明の構成では、ガス入口に、犠牲エレメントが設けられており、該犠牲エレメントは、ガス入口を貫流するガスが、犠牲エレメントの表面と接触するように配置されかつ形成されており、犠牲エレメントの表面は銀層を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の構成に対する理念は、特に、以下に記載の思想及び認識に基づくと見なすことができる。
【００１５】
導入部において述べたように、特に、圧力センサ装置のマイクロメカニック素子に接触するヨウ素又はヨウ化物は、当該素子の構造又はその接触接続部を損傷するおそれがある、ということが観察された。このような損傷を回避するための従来の対処法は、今日しばしば欠点があると認識されている。
【００１６】
例えば抵抗力のある保護層を形成する材料、特に金の加工は、マイクロメカニック素子を製造するのに使用される処理技術において問題を生ぜしめることがある。特に、金層の析出は半導体工業において多くの場合望まれていないことが観察された。それというのは、製造設備に残っている金が、例えばトランジスタのような他の構成エレメントを後で製造する場合に、当該トランジスタにおいて動作限界電圧に不都合な影響を及ぼすことがあるからである。
【００１７】
択一的に使用される、例えば銀ウール又は銀ワイヤ製の犠牲構造は、部分的に長期にわたって頑丈でないことが判明している。例えば、ヨウ素又はヨウ化物との反応に基づく銀の消耗又は腐食によって微粒子が形成されることがある、ということが観察された。このような微粒子は例えば内燃機関の燃焼室内に達し、そこで損傷を惹起することがある。
【００１８】
ゆえに本発明では、圧力センサ装置に、銀ウール又は銀ワイヤの代わりとなる犠牲構造を設けることが提案されている。本発明では犠牲構造は、センサ装置のハウジングへのガス入口に配置される犠牲エレメントとして設けられることが望ましい。この犠牲エレメントはその表面に、犠牲層として作用することができる銀製の層を備えている。
【００１９】
このとき犠牲エレメントは、好ましくは、単にその表面にだけ銀層を備えた中実の構造体として形成されている。
【００２０】
例えば、犠牲エレメントは、支持エレメントを備えて形成されており、該支持エレメントに銀層が被着されている。支持エレメントは好ましくは、ヨウ素又はヨウ化物と化学反応しない材料、つまりヨウ素又はヨウ化物に対して耐性のある材料であって、これにより例えばヨウ素もしくはヨウ化物との化学反応によって消耗しない材料によって形成されている、もしくはこのような材料から成っている。これによって、本来の犠牲構造として働く銀層が、支持エレメントに、つまりそれ自体は時間の経過においても化学反応によって消耗しない支持エレメントに保持されている、という構成を得ることができる。これによって長期にわたって頑丈な犠牲エレメントを得ることができる。特に、犠牲となる銀の分解が高まる時に遊離する微粒子の形成を回避することができる。
【００２１】
例えば、支持エレメントは鋼薄板によって形成されていてよい。鋼薄板は、機械的にも安定しており、かつ化学的にもヨウ素もしくはヨウ化物に対して十分な耐性を有している。
【００２２】
犠牲エレメントは特に一体的であってよい。犠牲エレメントは例えば、スリーブ状の形状を有することができる。言い換えれば、犠牲エレメントは例えば、開放した又は閉鎖したリング形状をもって形成することができる。特に、犠牲エレメントは円筒形に形成することができる。このような構成では、犠牲エレメントは１つの側に中断部又はスリットを有することができるので、その外周を変形させることが可能である。
【００２３】
犠牲エレメントは、摩擦力結合式、素材結合式及び／又は形状結合式に、ガス入口の内側面に固定されていてよい。例えば犠牲エレメントは、ガス入口の内側面における内輪郭にほぼ相当するもしくは該内輪郭よりも僅かに大きい外輪郭を有することができる。このようになっていると、犠牲エレメントはガス入口において摩擦力結合式に圧入により固定することができる。また、ガス入口において犠牲エレメントを素材結合式に接着することも可能である。さらに犠牲エレメントは、例えば複数の係止突起を備えていて、これらの係止突起を用いて形状結合式に、ガス入口を形成する管片内に係止によって固定することも可能である。
【００２４】
択一的に犠牲エレメントは、ガス入口を形成する管片内に注型により埋設されていてよい。管片もしくは、管片を含むハウジング全体は、例えば、例えば熱可塑性プラスチックのような射出成形可能な材料の射出成形によって製造することができ、このとき犠牲エレメントは、ハウジングのガス入口における管片に埋設によって固定される。
【００２５】
好ましくは、犠牲エレメントの全表面に、銀層が設けられている。表面全体を被覆することは、例えば電気めっき又はＣＶＤ法によって技術的に簡単に実施可能である。しかしながらまた原理的には、犠牲エレメントの表面の部分領域に銀を設けることだけで十分なこともある。
【００２６】
銀層は、好適には１〜１００μｍの層厚さ、より好ましくは５〜２０μｍの層厚さを有することができる。このような層厚さは、圧力センサ装置の計画された全耐用寿命にわたって犠牲層として働くことができるようにするために、十分であると思われる。
【００２７】
さらに付言すれば、本発明の可能な特徴及び利点の幾つかが、種々異なった実施の形態を参照して記載されている。当業者であれば認識できるように、これらの特徴を適宜に組み合わせること、適合させること又は交換することが可能であり、これによって本発明のさらに別の態様を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る圧力センサ装置を示す断面図である。
【図２】本発明に係る圧力センサ装置用の犠牲エレメントを示す斜視図である。
【図３】犠牲エレメントを固定された、本発明に係る圧力センサ装置のガス入口を、斜め上から見た斜視図である。
【図４】犠牲エレメントを固定された、本発明に係る圧力センサ装置のガス入口を、断面して示す斜視図である。
【図５】射出成形によって埋設された犠牲エレメントを備えた、別の本発明に係る圧力センサ装置のガス入口を示す断面図である。
【図６】本発明に係る圧力センサ装置用の犠牲エレメントを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお図面及び以下の説明は、本発明を制限するものではない。
【００３０】
図面は、単に略図であり、寸法忠実な図ではない。同じ部材及び同じ機能を有する部材に対しては、同一符号が付されている。
【００３１】
図１は、本発明に係る圧力センサ装置１の構造を示す。
【００３２】
圧力センサ装置１は、圧力センサ３と、この圧力センサ３を取り付けられた状態において取り囲むハウジング５とを有している。圧力センサ３は、ハウジング５とカバー２１とによって取り囲まれた内室１９内に配置されている。ハウジング５には、該ハウジング５から下方に向かって突出した中空円筒形の管片９として形成されたガス入口７が設けられている。圧力センサ３は、マイクロメカニック素子１３を備えて構成されていてよい。圧力センサ３は、圧力負荷時に測定可能に変化する特性を有する検知面１１を有している。この検知面１１は、フレキシブルなゲル１２によって保護されていてよい。圧力センサ３は、埋込み成形された接触接続可能な挿入部材１５を有しており、これらの挿入部材１５は、外側に向かってボンディング接点（図示せず）を介して外側接点１７に接続されている。外側接点１７は、ブシュ１８内に収容されているので、圧力センサ３はコネクタ（図示せず）を用いて外部から接触接続可能である。
【００３３】
ガスは、ガス入口７を介して外部から内室１９の部分領域２０内に流入することができる。ガス入口７は、このガス入口７を介して流入するガスが圧力センサ３の検知面１１に達することができるように設計されている。ガス入口７は例えば、自動車の内燃機関のインテークマニホールドに接続されていてよいので、圧力センサ装置１は、インテークマニホールドにおける現在の圧力を測定するのに使用することができる。
【００３４】
択一的に圧力センサ装置は、２つの別個のガス入口を有することができ、両ガス入口は、例えばガス通流系（図示せず）の互いに異なった領域に接続されていてよく、このようになっていると、圧力センサを用いて両方の領域における相対的な圧力差を測定することができる。これにより例えば圧力センサ装置は、自動車の排ガス系における差圧センサ装置として、排ガス系においてパティキュレートフィルタの上流側の位置におけるガス圧を、排ガス系においてパティキュレートフィルタの下流側の位置におけるガス圧に対して測定するのに使用することができる。この情報から、パティキュレートフィルタの汚染率を推測することができる。
【００３５】
ガス入口７の管片９は通路８を取り囲んでおり、この通路８を通してガスは、ハウジング５の内室１９の部分領域２０内に流入すること及びこの部分領域２０から流出することができる。内室１９の部分領域２０は、通路８を介して、ガス通流管路（図示せず）を介して管片９に接続されたガス通流系又はガス内蔵系に、ガスを通すように接続されていることができ、ひいてはこのような系におけるガス圧を測定することができる。ガス通流管路をガス密に圧力センサ装置１に接続できるようにするために、環状のシール部材２３が管片９に設けられている。さらに図示の実施の形態では、ＮＴＣサーミスタ（英語：Negative Temperature Coefficient Thermistors）として形成された、通路８を貫いて延びる温度測定センサ２５が設けられている。
【００３６】
例えば時間の経過と共にガス通流管路から流出することがあるヨウ素又はヨウ化物は、例えばマイクロメカニック式の圧力センサ３もしくはその電気接点と接触した場合に有害に作用することがあることが観察された。例えば、ヨウ化物は、例えばヨウ化銅（Ｃｕｌ）又はヨウ化カリウム（Ｋｌ）として二次空気系の成分から成長することが認識された。ヨウ化物は、例えば酸化窒素（ＮＯ2）のような酸化剤によって酸化されて、ヨウ素（Ｉ2）を形成することがある。典型的には繊細なゴールドワイヤがアルミニウムパッドにボンディングされている、圧力センサ３のボンディング接点において、ヨウ素は、金属間化合物ＡｕxＡｌyの腐食を生ぜしめることがあり、これによってボンディング接点の強度が局部的に弱化し、最終的には、例えば熱機械的な負荷に基づくボンドの剥離によって、ボンディング接点の破損を引き起こすことがある。このとき腐食は、触媒作用に基づいて発生するので、このときヨウ素が消費されることはない。
【００３７】
ヨウ素が内室１９内に、特にその部分領域２０にまで達し、そこからさらにボンディング接点にまで達し得ることを阻止するために、本発明では、ガス入口７の領域に、表面に銀層が被着されている犠牲エレメント２７を設けることが提案されている。犠牲エレメント２７の、通路８に向けられた表面２９は、露出していて、圧力センサ３に向かって流れるガスと接触することができる。このときこの銀層の銀は、ガス中に含まれたヨウ素もしくはヨウ化物と化学反応して、ヨウ素もしくはヨウ化物と結合する。
【００３８】
図２には、犠牲エレメント２７の１例が示されている。図６には、このような犠牲エレメントが横断面図で示されている。図３及び図４には、犠牲エレメント２７がガス入口７の管片９にどのように配置されかつ固定され得るかが示されている。
【００３９】
例示された犠牲エレメント２７は、スリーブ状の形状を有している。そのために犠牲エレメント２７は、円筒形に形成されていて、その長手方向に沿ってスリット３３を有している。このスリット３３に基づいて、犠牲エレメント２７は押し縮めることができ、これによって例えば管片９内に取り付けることができる。さらに犠牲エレメント２７には係止突起３１が設けられており、これらの係止突起３１によって犠牲エレメント２７は、管片９に設けられた相応に適合するように形成された凹部３５に係合することができる。従って犠牲エレメント２７は取付けのために、管片９における通路８内に押し込まれ、次いでその係止突起３１で、そこに設けられた凹部３５に形状結合式に係止することができる。
【００４０】
図６から分かるように、犠牲エレメント２７は支持エレメント２６を有しており、この支持エレメント２６は、犠牲エレメント２７に特にその機械的な安定性を与える。支持エレメント２６は例えば、金属薄板、特に鋼薄板を丸めることによって形成することができる。支持エレメント２６は、例えば０.１ｍｍ〜５ｍｍの厚さ、好ましくは０.２ｍｍ〜１ｍｍの厚さを有することができる。支持エレメント２６の外側に位置する表面２９には、１〜１００μｍ、例えば５〜１０μｍの薄い銀層２８が被着されている。
【００４１】
図５には、圧力センサ装置１のハウジング５の択一的な構成が示されている。犠牲エレメント２７はこの構成では、直にハウジング５内に埋め込まれて注型されている。このとき犠牲エレメント２７のスリーブには、局部的に複数の孔３７が設けられている。ハウジング５の射出成形時及び同時に行われる犠牲エレメント２７の埋設時に、ハウジング５のプラスチックは孔３７に流入することができるので、犠牲エレメント２７はプラスチックの硬化後にハウジング５において堅固に固定されている。犠牲エレメント２７の、通路８に向けられた内側に位置する表面２９は、この構成においても露出しているので、表面２９に設けられた銀層２８は、貫流するガスと接触することができる。
【００４２】
本明細書において提案された圧力センサ装置１では、ハウジング５内へのヨウ素又はヨウ化物の侵入、ひいてはそこに収容されたボンディング接点の損傷を、比較的簡単な手段で阻止することができる。そのために設けられた犠牲エレメント２７は、簡単に製造することができ、かつ圧力センサ装置１に簡単に組み込むことができる。提案された安価な解決策は、さらに、ボンディング接点の保護を目的として部分的に使用されている金めっき処理を省くことができる。犠牲構造における腐食現象に基づく、銀粒子による汚染もまた、阻止することができる。そして圧力センサ装置１のハウジング５に頑強な処理を組み込むことによって、高いフレキシビリティが得られる。
【００４３】
最後に付言すると、「有する」、「含む」等の概念は、他のエレメント又はステップを排除するものではなく、また「１つの」といった概念は、複数の存在を排除するものではない。さらに付言すれば、上に述べた実施の形態のうちの１つを参照して記載した特徴及びステップは、上に述べた他の実施の形態の他の特徴又はステップとの組合せにおいても使用することができる。請求項における参照符号は、限定もしくは制限と見なすべきではない。
【符号の説明】
【００４４】
１  圧力センサ装置、  ３  圧力センサ、  ５  ハウジング、  ７  ガス入口、  ８  通路、  ９  管片、  １１  検知面、  １２  ゲル、  １３  マイクロメカニック素子、  １５  挿入部材、  １７  外側接点、  １８  ブシュ、  １９  内室、  ２１  カバー、  ２３  シール部材、  ２５  温度測定センサ、  ２６  支持エレメント、  ２７  犠牲エレメント、  ２９  表面、  ３１  係止突起、  ３３  スリット、  ３５  凹部
【図１】
2016099356.tif 000003
【図２】
2016099356.tif 000004
【図３】
2016099356.tif 000005
【図４】
2016099356.tif 000006
【図５】
2016099356.tif 000007
【図６】
2016099356.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月24日(2015.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（５）と、該ハウジング（５）の内室（１９）内に収容された圧力センサ（３）とを有しており、
前記ハウジング（５）は少なくとも１つのガス入口（７）を有していて、該ガス入口（７）は少なくとも、前記ハウジング（５）の前記内室（１９）の部分領域（２０）にガスを通すように接続されている、圧力センサ装置（１）であって、
前記ガス入口（７）に、犠牲エレメント（２７）が設けられており、該犠牲エレメント（２７）は、前記ガス入口（７）を貫流するガスが、前記犠牲エレメント（２７）の表面（２９）と接触するように配置されかつ形成されており、前記犠牲エレメント（２７）の前記表面（２９）は銀層（２８）を備えていることを特徴とする、圧力センサ装置。
【請求項２】
前記犠牲エレメント（２７）は、支持エレメント（２６）を備えて形成されており、該支持エレメント（２６）は、ヨウ素又はヨウ化物と化学反応しない材料によって形成されており、前記銀層（２８）は、前記支持エレメント（２６）の表面に被着されている、請求項１記載の圧力センサ装置。
【請求項３】
前記支持エレメント（２６）は、鋼薄板によって形成されている、請求項２記載の圧力センサ装置。
【請求項４】
前記犠牲エレメント（２７）は、スリーブ状の形状を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【請求項５】
前記犠牲エレメント（２７）は、摩擦力結合式、素材結合式及び／又は形状結合式に、前記ガス入口（７）の内側面に固定されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【請求項６】
前記犠牲エレメント（２７）は係止突起（３１）を用いて、前記ガス入口（７）を形成する管片（９）に係止によって固定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【請求項７】
前記犠牲エレメント（２７）は、前記ガス入口（７）を形成する管片（９）内に注型により埋設されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【請求項８】
前記犠牲エレメント（２７）の全表面に、前記銀層（２８）が設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【請求項９】
前記銀層（２８）は、１〜１００μｍの層厚さを有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。
【請求項１０】
前記銀層（２８）は、５〜２０μｍの層厚さを有している、請求項９項記載の圧力センサ装置。