(57)【要約】  本発明は高圧センサの構造コンセプトに関する。この構造コンセプトは、２２００ｂａｒを超える圧力範囲であっても信頼性の高い高圧センサを簡単且つ低コストで製造可能にすることである。このような高圧センサ（１０）は圧力を検出するセンサ素子（１）と、センサ素子（１）を測定システムに接続する接続部品（２）とを含んでおり、センサ素子（１）の基体（１１）内の止まり穴（１２）上にダイアフラム（１３）が形成されており、接続部品（２）の基体（２１）内に圧力通路（２２）が形成されており、センサ素子（１）は、止まり穴（１２）に開口している圧力通路（２２）を介してダイアフラム（１３）に測定圧力が印加可能となるように接続部品（２）上に取り付けられている。本発明によれば、センサ素子（１）の基体（１１）内の止まり穴（１２）の少なくとも一部分がダイアフラム（１３）に向かって円すい状に形成されており、圧力通路（２２）の、センサ素子（１）の側の端部（２３）は管状に形成されている。圧力通路（２２）の管状の端部（２３）は止まり穴（１２）に圧入されており、これによって、管壁の周縁の少なくとも一部分が止まり穴（１２）の側壁に対して気密に押しつけられるようになる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を検出するセンサ素子（１）と、センサ素子（１）を測定システムに接続する接続部品（２）とを含んでいる高圧センサ（１０）であって、
前記センサ素子（１）の基体（１１）の止まり穴（１２）上にダイアフラム（１３）が形成されており、
前記接続部品（２）の基体（２１）に圧力通路（２２）が形成されており、
前記センサ素子（１）は、前記止まり穴（１２）に開口している圧力通路（２２）を介して、前記ダイアフラム（１３）に測定圧力が印加可能となるように前記接続部品（２）上に取り付けられており、
−  前記センサ素子（１）の基体（１１）の止まり穴（１２）の少なくとも一部分が前記ダイアフラム（１３）に向かって円すい状に形成されており、
−  前記圧力通路（２２）の、前記センサ素子（１）の側の端部（２３）は管状に形成されており、
−  前記圧力通路（２２）の管状の端部（２３）は前記止まり穴（１２）に圧入されており、これによって、管壁の周縁の少なくとも一部分が前記止まり穴（１２）の側壁に気密に押しつけられるように構成されている、
高圧センサ（１０）において、
前記センサ素子（１）の基体（１１）は、前記接続部品（２）の基体（２１）上に載置されており、少なくとも１つの溶接箇所（２５）によって固定されており、
前記固定は前記気密とは無関係に実現されている、
ことを特徴とする、高圧センサ（１０）。
【請求項２】
前記圧力通路の管状端部は円すい形の先細り部を有しており、前記先細り部の円すい勾配は前記止まり穴の円すい勾配より大きい、請求項１記載の高圧センサ（１０）。
【請求項３】
前記固定と前記気密とは互いに空間的に離隔して行われるものとする、請求項１又は２記載の高圧センサ（１０）。
【請求項４】
前記センサ素子の基体は前記接続部品の基体上に載置されており、前記２つの基体は互いに接続面の周縁領域において溶接されている、請求項１から３のいずれか１項記載の高圧センサ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力を検出するセンサ素子と、センサ素子を測定システムに接続する接続部品とを含む高圧センサに関する。センサ素子の基体内の止まり穴上にダイアフラムが形成されており、接続部品の基体内に圧力通路が形成されている。このセンサ素子は、止まり穴に開口している圧力通路を介してダイアフラムに測定圧力が印加されるように接続部品上に取り付けられている。
【背景技術】
【０００２】
通常、センサ素子及び接続部品は互いに独立して金属製基体からそれぞれ作製される。センサ素子の場合、対向する基体の表面にダイアフラムを露出させるために、このセンサ素子の基体には止まり穴が形成される。ダイアフラムの表面上には信号を検出する回路素子を有する機能層が取り付けられており、そのために有利には半導体技術の方法が使用される。接続部品の基体の場合、圧力通路が形成される。また、この接続部品には、例えば測定システムに接続するためのねじ山を備えていてもよい。センサ素子は、圧力通路がセンサ素子の後方の止まり穴に開口するように接続部品上に取り付けられる。ここで、センサ素子と接続部品との間の接続によって圧密にする必要がある。
【０００３】
実用上、センサ素子及び接続部品を有するこのような高圧センサを構成する種々のコンセプトが公知である。とりわけ、この高圧センサが２２００ｂａｒを超える圧力範囲で使用されるべき場合には、接続部品へのセンサ素子の取り付けに難があることが判明している。
【０００４】
コスト上の理由から、センサ素子は大抵接続部品に溶接される。この場合、接続部品内の圧力通路とセンサ素子の止まり穴とが閉ざされていないか、汚染されていないか、又は不利に変形されていないかに注意する必要がある。したがって、溶接接合部をその機械的特性を再現可能なように作製することを困難にする。この溶接接合部の耐圧性は溶接箇所のジオメトリと、その溶接箇所の、センサ素子と接続部品との接触面とによって影響を受ける。圧力が高い場合、とりわけ脈動的に負荷される場合には、溶接接合部のギザギザ又は凹陥部がひび割れの出発点となる。それ故に、このような高圧センサの適用範囲は一般に２２００ｂａｒより低い圧力範囲に制限されてしまう。
【０００５】
センサ素子と接続部品との溶接接合部より信頼性が高いのは締め付け接続部である。この締め付け接続部は１００００ｂａｒを超える圧力での使用にも適している。当然、それに付随するコストは非常に高く、この構造技術及び接続技術は小ロット生産において特殊な用途にしか用いられない。
【０００６】
最後に、さらに、述べておきたいのは、センサ素子と接続部品とを一体に１つの金属製基体から作製してもよいということである。しかしながら、この場合、半導体技術の方法によっても、信号を検出する回路素子は部材の大きさに起因してセンサダイアフラム上に容易くは取り付けることはできない。
【０００７】
発明の開示
本発明によって、２２００ｂａｒを超える圧力範囲であっても信頼性の高い高圧センサを簡単且つ低コストで製造可能な高圧センサの構造コンセプトが提案される。
【０００８】
このために本発明によれば、センサ素子の基体内の止まり穴の少なくとも一部分がダイアフラムに向かって円すい状に形成されており、一方、圧力通路の、センサ素子の側の端部は管状に形成されている。この圧力通路の管状端部は止まり穴に圧入されており、これによって、管壁の周縁の少なくとも一部分が圧密に止まり穴の側壁に押しつけられるようになる。
【０００９】
本発明によれば、接続部品の圧力通路とセンサ素子の止まり穴との間の開口領域のシールは、センサ素子と接続部品との機械的な固定から切り離される。本発明によれば、センサ素子の裏側において圧力通路の管状端部を円すいに成形された止まり穴に圧入することによって気密効果が得られる。このような締め付け気密部は、特に２２００ｂａｒを超える高圧範囲であっても信頼性が高い。ここで、上述した気密効果は、センサ素子と接続部品との基体同士の機械的な接続とは無関係である。それ故に、上述の基体同士での機械的接続部は、圧力通路と止まり穴との開口領域から離隔して配置することができる。この機械的接続部によって圧密にする必要がなく、この機械的接続部がただセンサボディの固定に用いられるのみであるので、この点で任意の接続技術を用いることができる。
【００１０】
本発明による高圧センサの最も易しい発展形態によれば、圧力通路の管状端部はその長さ全体に亘って均一な丸い断面を有する。この場合、圧力通路の自由端部は圧密に止まり穴の側壁に押しつけられる。
【００１１】
それに比べて改善される気密効果は、圧力通路の管状端部が円すい形の先細り部を有しており、この先細り部の円すい勾配が止まり穴の円すい勾配より大きい場合に、得ることができる。というのは、この処置によって管壁と止まり穴の側壁との接触面を全体的に広げることができるからである。また、管状端部の形態の場合、接続部品へのセンサ素子の取り付けが簡単になる。
【００１２】
既に記載したように、センサ素子と接続部品との基体同士の機械的接続は任意のやり方で作製することができる。特に低コストの発展形態によれば、センサ素子の基体は、接続部品の基体上に載置されており、接続面の周縁領域において接続部品の基体に溶接されている。
【００１３】
既に記載したように、本発明の思想を有利なやり方で実施する種々の可能性がある。一方では独立請求項１に従属する請求項が参照され、他方では本発明を実施例のただ一つの図面に基づいて以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による高圧センサの断面を概略的に示した図
【００１５】
発明を実施するための形態
ただ一つの図面に示されている高圧センサ１０は、圧力を検出するセンサ素子１と、図示していない測定システムにセンサ素子１を接続する接続部品２とを含んでいる。センサ素子１も接続部品２もそれぞれ金属製の基体１１乃至は２１から作製されている。
【００１６】
センサ素子１の基体１１には、対向する基体１１の表面にダイアフラム１３を露出させるために、止まり穴１２が形成される。止まり穴１２は、ダイアフラム１３に向かって円すい形状の開口領域１２１を有しており、開口領域１２１は円筒状の端部領域１２２まで拡がっている。ダイアフラム１３上には、ダイアフラムの歪みを検出するための回路素子を有する機能層１４が取り付けられている。
【００１７】
接続部品２の基体２１には、管状延長部２３を有する圧力通路２２として貫通通路が形成される。圧力通路２２の丸い断面は、基体２１の中央領域において該通路２２の管状延長部２３の断面積まで先細になる。また、接続部品２の外面には外ねじ山２４が形成されており、これによって、高圧センサ１０を対応する測定システムの接続開口部にねじ留めすることができる。
【００１８】
センサ素子１は、圧力通路２２がダイアフラム１３の下部の止まり穴１２に開口するように接続部品２上に取り付けられている。測定圧力を圧力通路２２を介してダイアフラム１３に印加することができるように、圧力通路２２の管状端部２３がセンサ素子１の止まり穴１２に圧入されており、これによって、円筒壁の自由端部２３１が圧密に止まり穴１２の側壁の、ダイアフラム１３に向かう円すい部に押しつけられている。この締め付け気密部は非常に高い圧力にも持ちこたえる。
【００１９】
センサ素子１の基体１１内の止まり穴１２と、圧力通路２２の管状端部２３とは、センサ素子１の基体１１が接続部品２の基体２１上に載置されたときに、上述した気密効果が得られるように寸法が決められ且つ形成されている。ここに示されている本発明の実施例によれば、このような配置構造は基体１１と基体２１との接続面の全周に亘ってのびる溶接箇所２５によって固定される。
【図１】
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【国際調査報告】
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