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特許7314370圧力センサアセンブリ及び圧力センサアセンブリを製造するための方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-14
(45)【発行日】2023-07-25
(54)【発明の名称】圧力センサアセンブリ及び圧力センサアセンブリを製造するための方法
(51)【国際特許分類】
   G01L 19/14 20060101AFI20230718BHJP
   G01L 9/00 20060101ALI20230718BHJP
【FI】
G01L19/14
G01L9/00 303P
【請求項の数】 18
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022119415
(22)【出願日】2022-07-27
(62)【分割の表示】P 2021537843の分割
【原出願日】2019-12-20
(65)【公開番号】P2022169528
(43)【公開日】2022-11-09
【審査請求日】2022-08-22
(31)【優先権主張番号】201822213406.4
(32)【優先日】2018-12-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】16/518,466
(32)【優先日】2019-07-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】504144507
【氏名又は名称】サーム-オー-ディスク・インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(72)【発明者】
【氏名】インドラ・ジェイ.・ルーンバ
(72)【発明者】
【氏名】チュンミン・リー
(72)【発明者】
【氏名】ハイジエン・リャン
(72)【発明者】
【氏名】ジョウイー・ジャオ
(72)【発明者】
【氏名】ドン・ペン
(72)【発明者】
【氏名】アミー・ハーテル
【審査官】岡田 卓弥
(56)【参考文献】
【文献】特開2003-232693(JP,A)
【文献】特開2014-6254(JP,A)
【文献】特開平10-185734(JP,A)
【文献】特開2001-133345(JP,A)
【文献】欧州特許出願公開第3187848(EP,A1)
【文献】欧州特許出願公開第2136193(EP,A2)
【文献】特開2009-36627(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01L 7/00-23/32
G01L27/00-27/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
周囲環境における圧力を検出するための圧力センサアセンブリであって、
共通の基板上に配設された感圧素子と出力信号発生器とを備える圧力応答構成要素と、ここにおいて、前記出力信号発生器は、前記感圧素子の出力信号を事前設定された信号フォーマットにフォーマットし、前記基板は、前記基板を完全に貫通して延在する開口を備え、前記感圧素子は、前記開口と連通して前記基板上に配設されており、
一方の端部に中空の円筒状部分と、第2の反対側の端部に受容窪みと、を含む本体を備えるコネクタ構成要素と、ここにおいて、前記受容窪みは、前記圧力応答構成要素を収容するようにサイズ決定及び成形され、前記圧力応答構成要素は、前記受容窪み内に配設されており、
前記圧力応答構成要素と、前記コネクタ構成要素の前記受容窪みとの間のインターフェースの周りに位置する、前記周囲環境から前記圧力応答構成要素を隔離するための第1のシールと、
前記周囲環境に開口し且つ前記基板における前記開口と連通している感知端部と、壁を有するチャンバを画定する開口シリンダを備える第2の端部と、を備えるハウジング構成要素と、ここにおいて、前記チャンバの底部に溝が形成されており、前記圧力応答構成要素と前記コネクタ構成要素が前記チャンバ内に配設されており、前記コネクタ構成要素が前記ハウジング構成要素に付着され、前記圧力応答構成要素が前記ハウジング構成要素の前記チャンバに保持されており、
前記溝内に配設されたシールリングと、ここにおいて、前記シールリングは、前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から隔離するための第2のシールを提供するために、前記圧力応答構成要素の基板と、前記ハウジング構成要素の前記チャンバの底部との間で圧縮されており、
前記ハウジング構成要素の前記チャンバと、前記コネクタ構成要素の前記本体の周囲の周りに位置する、前記周囲環境から前記圧力応答構成要素を隔離するための第3のシールと、
を備える圧力センサアセンブリ。
【請求項2】
前記感圧素子は、ピエゾ抵抗装置を備え、
前記感圧素子及び前記出力信号発生器は、前記基板に表面実装されており、
前記圧力応答構成要素は、前記感圧素子及び前記出力信号発生器のうちの少なくとも1つを覆うために、前記基板上に配置された保護カバーを更に備える、請求項1に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項3】
前記圧力応答構成要素と、前記コネクタ構成要素と、前記第1のシールと、を備えるサブアセンブリを更に備える、請求項に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項4】
前記サブアセンブリは、前記チャンバの壁によって前記ハウジング構成要素に保持されている、請求項3に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項5】
前記コネクタ構成要素の前記本体は、前記第2の端部から突出し且つ前記受容窪みの周囲の周りに位置する複数のボスを更に備える、請求項4に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項6】
前記チャンバは、その中に配設された複数の位置決め凹部を有するレッジを備え、
前記複数の位置決め凹部の各々は、前記サブアセンブリを前記チャンバ内に確実に位置決め及び配置するために、前記コネクタ構成要素の前記複数のボスのそれぞれ1つと動作可能に係合する、請求項5に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項7】
前記ハウジング構成要素の前記感知端部は、前記周囲環境に開口し且つ前記基板における前記開口と連通している中空の管状セクションを更に備える、請求項2に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項8】
前記第1のシール及び前記第3のシールのうちの1つが、エポキシ樹脂及びシリコーンのうちの1つを備える、請求項に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項9】
請求項1に記載の周囲環境における圧力を検出するための圧力センサアセンブリを製造するための方法であって、
前記基板の周囲が前記受容窪みの周囲に近接して嵌合するように、前記受容窪み内に前記圧力応答構成要素を配設するステップと、
リードを前記圧力応答構成要素の前記基板上の接点に取り付けるステップと、
前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から分離し且つ前記圧力応答構成要素を前記コネクタ構成要素と一体化してサブアセンブリにするための第1のシールを生成するために、前記圧力応答構成要素の前記基板と前記受容窪みとの両方の周囲にシーリング材を適用するステップと、
前記ハウジング構成要素の前記チャンバの底部に位置する溝内に前記シールリングを配設するステップと、
前記圧力応答構成要素が前記シールリングに隣接して配置されるように、前記ハウジング構成要素の前記チャンバに前記サブアセンブリを配設するステップと、
前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から分離するための第2のシールを生成するために、前記圧力応答構成要素と前記ハウジング構成要素との間で前記シールリング圧縮されるように、前記サブアセンブリを前記ハウジング構成要素に付着するステップと、
を備える方法。
【請求項10】
周囲環境における圧力を検出するための圧力センサアセンブリであって、
共通の基板上に配設された感圧素子と出力信号発生器とを備える圧力応答構成要素と、ここにおいて、前記感圧素子及び前記出力信号発生器は、前記感圧素子の出力信号を事前設定された信号フォーマットにフォーマットし、前記基板は、前記基板を完全に貫通して延在する開口を備え、前記感圧素子は、前記開口と連通して前記基板上に配設されており、
中空の円筒状部分を有する第1の端部と、受容窪みを有する第2の端部とを含む本体を備えるコネクタ構成要素と、ここにおいて、前記受容窪みは、前記圧力応答構成要素を収容するようにサイズ決定及び成形され、前記圧力応答構成要素は、前記受容窪み内に配設されており、
前記圧力応答構成要素と、前記コネクタ構成要素の前記受容窪みとの間のインターフェースの周りに位置する、前記周囲環境から前記圧力応答構成要素を隔離するための第1のシールと、
前記周囲環境に開口し且つ前記基板における前記開口と連通している感知端部と、壁を有する開口チャンバを備える第2の端部と、を備えるハウジング構成要素と、ここにおいて、前記コネクタ構成要素が前記ハウジング構成要素に付着され、前記圧力応答構成要素が前記チャンバに受容されており、
前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から隔離するための第2のシールを提供するためのシールリングであって、前記圧力応答構成要素の基板と、前記ハウジング構成要素の前記チャンバの底部との間に配置されているシールリングと、
を備える圧力センサアセンブリ。
【請求項11】
前記コネクタ構成要素は、前記チャンバの壁によって前記ハウジング構成要素に付着されている、請求項10に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項12】
前記ハウジング構成要素の前記チャンバの壁の縁部と、前記コネクタ構成要素の前記本体の周囲との間のインターフェースの周りに位置する、前記周囲環境から前記圧力応答構成要素を隔離するための第3のシールを更に備える、請求項1に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項13】
前記感圧素子は、ピエゾ抵抗装置を備え、
前記感圧素子及び前記出力信号発生器は、前記基板に表面実装されてる、請求項1に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項14】
前記圧力応答構成要素は、前記感圧素子及び前記出力信号発生器のうちの少なくとも1つを覆うために、前記基板上に配置された保護カバーを更に備える、請求項1に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項15】
前記圧力応答構成要素、前記コネクタ構成要素、及び前記第1のシールがサブアセンブリを構成する、請求項1に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項16】
前記サブアセンブリは、前記チャンバの壁によって前記ハウジング構成要素に保持されている、請求項15に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項17】
前記ハウジング構成要素の前記感知端部は、前記周囲環境に開口し且つ前記基板における前記開口と連通している中空の管状セクションを更に備える、請求項1に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項18】
請求項1に記載の周囲環境における圧力を検出するための圧力センサアセンブリを製造するための方法であって、
前記基板の周囲が前記受容窪みの周囲に近接して嵌合するように、前記受容窪み内に前記圧力応答構成要素を配設するステップと、
リードを前記圧力応答構成要素の前記基板上の接点に取り付けるステップと、
前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から分離し且つ前記圧力応答構成要素を前記コネクタ構成要素と一体化してサブアセンブリにするための前記第1のシールを生成するために、前記圧力応答構成要素の前記基板と前記受容窪みとの両方の周囲にシーリング材を適用するステップと、
前記ハウジング構成要素の前記チャンバの底部にシールリングを配設するステップと、
前記圧力応答構成要素が前記シールリングに隣接して配置されるように、前記ハウジング構成要素の前記チャンバに前記サブアセンブリを配設するステップと、
前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から分離するための第2のシールを生成するために、前記シールリングが前記圧力応答構成要素と前記ハウジング構成要素との間で圧縮されるように、前記サブアセンブリを前記チャンバの壁によって前記ハウジング構成要素に保持するステップと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
[0001]本願は、2018年12月27日に出願された中国特許出願第2018222134064号の利益及び優先権を主張する、2019年7月22日に出願された米国特許出願第16/518,466号に対する優先権を主張する。上記出願の開示全体が、参照により本明細書に組み込まれている。
【技術分野】
【0002】
[0002]本開示は、センサに関し、特に、圧力センサアセンブリに関する。
【背景技術】
【0003】
[0003]このセクションは、必ずしも先行技術ではない、本開示に関する背景情報を提供する。
【0004】
[0004]圧力センサは、制御及び遠隔伝送のために、圧力を空気圧信号又は電気信号に変換する装置である。従来の圧力センサは、感圧構成要素及び制御回路等を備える。感圧構成要素は、コネクタ内に配置され、ワイヤ接続を通じて、ハウジング内に配設された制御回路に接続する。従来の圧力センサでは、感圧構成要素及び制御回路は、互いから分離されるように設計されており、その結果、装置によって占有される全体のサイズ又は体積が大き過ぎ、信頼性が乏しい。
【発明の概要】
【0005】
[0005]このセクションは、本開示の一般的な概要を提供するものであり、その全範囲又はその全ての特徴の包括的な開示ではない。
【0006】
[0006]上記課題を解決するために、本開示は、改善された圧力センサアセンブリを提供する。
【0007】
[0007]本開示の一態様では、周囲環境における圧力を検出するための圧力センサアセンブリが、共通の基板上に配設された感圧素子と出力信号発生器とを備える圧力応答構成要素を含む。出力信号発生器は、感圧素子の出力信号を、事前設定された信号フォーマットにフォーマットする。
【0008】
[0008]本開示の別の態様では、基板は、基板を完全に貫通して延在する開口を有し、感圧素子は、開口と連通して基板上に配設されている。
【0009】
[0009]本開示の別の態様では、圧力センサアセンブリはまた、一方の端部に中空の円筒状部分と、第2の反対側の端部に受容窪みと、を含む本体を備えるコネクタ構成要素を含み、受容窪みは、圧力応答構成要素を収容するようにサイズ決定及び成形され、圧力応答構成要素は、受容窪み内に配設されている。
【0010】
[0010]本開示の別の態様では、圧力センサアセンブリはまた、圧力応答構成要素と、コネクタ構成要素の受容窪みとの間のインターフェースの周りに位置する、周囲環境から圧力応答構成要素を隔離するための第1のシールを含む。
【0011】
[0011]本開示の別の態様では、圧力センサアセンブリはまた、周囲環境に開口し且つ基板における開口と連通している感知端部と、壁を有し且つチャンバを画定する開口シリンダを備える第2の端部と、を有するハウジング構成要素を含む。圧力応答構成要素及びコネクタ構成要素は、チャンバ内に配設され、チャンバの壁は、コネクタ構成要素上に圧着されている。
【0012】
[0012]本開示の別の態様では、ハウジング構成要素は、チャンバの底部に形成された溝を含む。
【0013】
[0013]本開示の別の態様では、圧力センサアセンブリはまた、溝内に配設されたシールリングを含む。シールリングは、圧力応答構成要素を周囲環境から隔離するための第2のシールを提供するために、圧力応答構成要素の基板と、ハウジングのチャンバの底部との間で圧縮されている。
【0014】
[0014]本開示の別の態様では、圧力センサアセンブリはまた、圧力応答構成要素を周囲環境から隔離するための第3のシールを含む。第3のシールは、第2のシールに加えて、又はその代替として、オプションであり、ハウジング構成要素の円筒状チャンバの圧着された壁の縁部と、コネクタ構成要素の本体の周囲との間のインターフェースの周りに位置する。
【0015】
[0015]本開示の別の態様では、感圧素子は、ピエゾ抵抗装置を備え、感圧素子及び出力信号発生器は、基板に表面実装されている。
【0016】
[0016]本開示の別の態様では、基板は、アルミナセラミック及びジルコニアセラミックのうちの1つを備えるセラミックである。
【0017】
[0017]本開示の別の態様では、圧力応答構成要素は、感圧素子及び出力信号発生器のうちの少なくとも1つを覆うために、基板上に配置された保護カバーを更に備える。
【0018】
[0018]本開示の別の態様では、圧力センサアセンブリはまた、圧力応答構成要素と、コネクタ構成要素と、第1のシールと、を備えるサブアセンブリを含む。本開示の別の態様では、第1のシールは、エポキシ樹脂及びシリコーンのうちの1つを備える。
【0019】
[0019]本開示の別の態様では、コネクタ構成要素の本体は、一方の端部にねじ部と、第2の端部から突出し且つ受容窪みの周囲の周りに位置する複数のボスと、を更に含み、チャンバは、その中に配設された複数の位置決め凹部を有するレッジを備える。位置決め凹部の各々は、圧力応答構成要素及び/又はサブアセンブリをチャンバ内に確実に位置決め及び配置するために、コネクタ構成要素の複数のボスのそれぞれ1つと動作可能に係合する。
【0020】
[0020]本開示の別の態様では、ハウジング構成要素の感知端部は、周囲環境に開口し且つ基板における開口と連通している中空の管状セクションを更に含む。
【0021】
[0021]本開示の別の態様では、圧力センサアセンブリを製造するための方法が提供される。
【0022】
[0022]本開示のこれら及び他の態様を通じて、従来の圧力センサアセンブリと比べて、より単純な構成、低減されたよりコンパクトなサイズ、及び改善された信頼性を有する圧力センサアセンブリにおける技術的解決策が提供される。
【0023】
[0023]更なる応用分野が、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。この概要における説明及び特定の例は、例示のみを目的として意図されており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【0024】
[0024]本明細書で説明される図面は、全ての可能な実装形態ではなく、選択された実施形態の例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0025】
図1】[0025]図1は、本開示の圧力センサアセンブリの一実施形態の概略構造斜視図である。
図2】[0026]図2は、本開示の圧力センサアセンブリの保護カバーを含む圧力応答構成要素の一実施形態の概略構造斜視図である。
図3】[0027]図3は、保護カバーが取り外された図2の圧力応答構成要素の概略構造斜視図である。
図4】[0028]図4は、本開示の圧力センサアセンブリのコネクタ構成要素の一実施形態の概略構造正面図である。
図5】[0029]図5は、コネクタ構成要素の底部から見た場合の、図4に示されるコネクタ構成要素と、図2に示される圧力応答構成要素と、を含む、本開示の圧力センサアセンブリのサブアセンブリの概略図を示す。
図6】[0030]図6は、事前に組み立てられた状態の本開示の圧力センサアセンブリのハウジング構成要素の一実施形態の概略構造図である。
図7】[0031]図7は、図1の圧力センサアセンブリの線7-7に沿って切断した軸方向断面を示す概略構造図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
[0032]対応する参照番号は、図面のいくつかの図を通して対応する部分を示す。
【0027】
[0033]以下の説明は、本質的に例示的であるに過ぎず、本開示、用途又は使用を限定することを意図するものではない。
【0028】
[0034]例となる実施形態は、本開示が十分であり、且つ当業者にその範囲を完全に伝えるように提供される。本開示の実施形態の十分な理解を提供するために、特定の構成要素、装置、及び方法の例等の、多数の特定の詳細が記載される。特定の詳細が必ずしも用いられる必要がないこと、例となる実施形態が多くの異なる形態で具現化され得ること、及びいずれも本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではないことが、当業者には明らかであろう。いくつかの例となる実施形態では、周知のプロセス、周知の装置構造、及び周知の技術は、詳細には説明されない。
【0029】
[0035]本開示は、圧力センサアセンブリ10を提供する。図1は、圧力センサアセンブリ10の一実施形態の概略構造斜視図を示す。圧力センサアセンブリ10は、複数の図に示されるように、概して、圧力応答構成要素20(図2図3図5及び図7に最も良く示されている)と、コネクタ構成要素30(図1図4及び図7に最も良く示されている)と、ハウジング構成要素40(図1図6及び図7に最も良く示されている)と、を含む。圧力応答構成要素20及びコネクタ構成要素30は、本明細書で更に説明されるように、圧力センサアセンブリ10のサブアセンブリ50(図5)を形成するために、共に組み立てられる。次いで、サブアセンブリ50は、本明細書で更に説明されるように、圧力センサアセンブリ10を形成するために、ハウジング40と共に組み立てられる。
【0030】
[0036]本開示の技術的解決策を通じて、圧力センサアセンブリの製造及び組立プロセスが単純化され、圧力センサアセンブリのサイズが最小化されて、従来の設計よりもコンパクトになる。圧力センサアセンブリはより効率的であり、一体化された構成はまた、装置の信頼性を改善する。
【0031】
[0037]ここで図2及び図3を参照すると、圧力応答構成要素20は、シリコンのピエゾ抵抗装置であり得る感圧MEMS素子110と、感圧素子110の出力信号を、圧力センサアセンブリが位置する周囲環境の圧力を示す事前設定された信号フォーマットに生成及び/又は変調するように構成された、信号変調モジュール又はASIC120であり得る出力信号発生器と、を有する回路を含む。
【0032】
[0038]感圧素子110及び信号変調モジュール120は、基板(例えば、ベースボード)100上に一体化され得る。本開示で提供される技術的解決策を通じて、感圧素子110と信号変調モジュール120とが、一体化手法を使用することによって、単一の独立した圧力応答構成要素20に組み合わされ得るか、又はそれに一体化され得、その結果、圧力応答構成要素20は、使用及び設置がより容易になる。圧力応答構成要素20全体の体積(サイズ)は、より小さく、よりコンパクトになり、信頼性が改善される。
【0033】
[0039]本開示の好ましい態様として、感圧素子110及び信号変調モジュール120は、表面実装によって基板100上に直接配置され得る。この技術的解決策によって、ワイヤ接続は不要であり、圧力センサの体積は低減され、全体のサイズは、従来の装置よりも小さく、よりコンパクトになる。
【0034】
[0040]本開示の別の好ましい態様として、感圧素子110は、ボンディングワイヤによって信号変調モジュール120と接続するか、又は感圧素子110は、基板上のプリント回路によって信号変調モジュール120に接続する。この実施形態では、感圧素子110と信号変調モジュール120は、基板上のプリント回路によって、又はボンディングワイヤによって、互いに電気的に接続され、その結果、感圧素子110と信号変調モジュール120との間のいかなる配線又は有線接続も排除され、この製品に関する製造及び処理が簡便となり、実装が容易となる。
【0035】
[0041]本開示の別の好ましい態様として、基板100は、セラミック基板を備える。セラミック基板を使用する、本開示のこの態様では、本開示で提供される圧力応答構成要素20の機械的強度及び絶縁性能が、従来の装置よりも改善される。従来の装置におけるガラス繊維基板と比較すると、セラミック基板の機械的強度がより良好であり、絶縁性能がより良好であり、材料特性がより安定しており、耐腐食性がより良好である。更に、圧力センサアセンブリを作動媒体に直接接触させる必要がある場合、特に、液体作動媒体については、適応範囲がより広くなる。セラミック基板は、作動媒体から物理的に隔離される必要がなく、従って、圧力センサアセンブリの設計及び圧力センサアセンブリを作製するための方法が単純化される。
【0036】
[0042]好ましくは、セラミック基板は、アルミナセラミック基板又はジルコニアセラミック基板を備える。この実施形態によれば、圧力センサアセンブリの基板の伝導性、機械的強度、及び耐高温性が改善される。
【0037】
[0043]図5及び図7に最も良く示されているように、基板100は、基板100を完全に貫通して延在する小開口115を含む。感圧素子110は、開口115と連通して(即ち、電気的連通ではなく、物理的連通)、基板100上に配設されている。例えば、感圧素子110は、開口115の真上に位置し得る。更に説明されるように、開口115は、使用時に圧力センサアセンブリ10が置かれる周囲環境に、感圧素子110が露出されることを可能にする。
【0038】
[0044]本開示の別の好ましい態様として、圧力応答構成要素20は、図2に示されるように、信号変調モジュール120及び/又は感圧素子110を保護するように構成された、基板100上に配置された保護カバー230を更に含み得る。本開示のこの態様では、基板100上に配置された保護カバー230は、信号変調モジュール120及び/又は感圧素子110を覆い、その結果、保護カバー230内の構成要素は、圧力センサアセンブリ10の使用によって、容易に衝撃又はその他外乱を受けることがなく、これは、圧力センサアセンブリ10及び保護カバー230によって覆われた構成要素にとって、より安全で、より信頼性が高い。
【0039】
[0045]図3を参照すると、本開示の別の好ましい態様として、上述した圧力センサアセンブリ10及び圧力応答構成要素20は、信号変調モジュール120及び感圧素子110の回路内に構成された負荷140を更に含み得る。負荷140は、抵抗器及びキャパシタ等のような、受動構成要素を含み得る。これらの受動構成要素もまた、基板100上に配置され、信号変調モジュール120及び感圧素子110に電気的に接続され得る。この技術的解決策によって、信号変調モジュール120及び感圧素子110は、電流保護を得ることができ、安全性が改善される。
【0040】
[0046]図4は、本開示で提供される圧力センサアセンブリ10のコネクタ構成要素30の一実施形態の概略構造図を示す。また、図7に最も良く示されているように、コネクタ構成要素30は、一方の端部に中空の円筒状ねじ部36と、第2の反対側の端部に受容窪み455と、を含む本体35を有する。本体35の第2の端部において、且つ受容窪み455の周囲の周りに、コネクタ構成要素30は、第2の端部から突出する複数の位置決めボス37を含む。受容窪み455は、受容窪み455内に配設及び位置決めされ得る圧力応答構成要素20の配置を収容するようにサイズ決定及び成形されている。
【0041】
[0047]本開示の好ましい態様として、圧力センサアセンブリ10が組み立てられるとき、圧力応答構成要素20は、コネクタ構成要素30とハウジング構成要素40との間に配置される。図5は、コネクタ構成要素30の受容窪み455内に配設された圧力応答構成要素20を含む、圧力センサアセンブリ10のサブアセンブリ50を示す。図5は、コネクタ構成要素30の第2の端部の方向から見たサブアセンブリ50の図を示す。シーリング材(例えば、エポキシ樹脂、シリコーン、又は他の既知の材料)が、圧力応答構成要素20を周囲環境から分離又は隔離するために、圧力応答構成要素20とコネクタ構成要素30との間のインターフェースにおいて第1のシール又は環境障壁457を生成するように、受容窪み455の周囲の周りに配されている。更に、これによって、圧力応答構成要素20は、サブアセンブリ50を形成するために、コネクタ構成要素30内に一体的に封入され得、その結果、圧力センサアセンブリ10の構造及び構成は、より単純且つよりコンパクトになり、圧力センサアセンブリ10の信頼性性能が改善される。
【0042】
[0048]本開示の圧力センサアセンブリはまた、ハウジング構成要素40を含む。図6を参照すると、予め組み立てられた状態にあるハウジング構成要素40の一実施形態の概略構造図が示されている。
【0043】
[0049]ハウジング構成要素40は、一方の端部46において、圧力センサアセンブリ10が用いられることになる周囲環境に開口している中空の管状セクション44を備える第1の端部、即ち感知端部42を含む。ハウジング構成要素40の感知端部42の反対側の端部48もまた、圧力応答構成要素20の基板100における開口115と連通している。このようにして、感圧素子110は、周囲環境に露出されている。
【0044】
[0050]ハウジング構成要素40の第2の端部は、縁部462を備えた壁を有し且つチャンバ465を画定する開口シリンダセクションを含む。円筒状チャンバ465は、圧力センサアセンブリ10の最終組み立て前に、圧力センサアセンブリ10のサブアセンブリ50を収容又は受容する。図6及び図7に最も良く示されているように、位置決め凹部47は、円筒状チャンバ465の周りのいくつかの位置において、円筒状チャンバ465のレッジにおいて配設されている。位置決め凹部47は、圧力センサアセンブリ10の更なる組み立て中に、ハウジング構成要素40の円筒状チャンバ465内にサブアセンブリ50を確実に位置決め及び配置するために、コネクタ構成要素30の位置決めボス37と係合するように構成され、且つ、それらと動作可能に係合する。
【0045】
[0051]図7は、図1の線7-7に沿って切断した、本開示の圧力センサアセンブリ10の一実施形態の軸方向断面の概略構造図である。図7は、その完全に組み立てられた状態にある圧力センサアセンブリ10を示す。示されるように、圧力応答構成要素20への端子又はリード406は、受容窪み455から中空のねじ部36まで、コネクタ構成要素30の中間壁38を通って延在するように配置され得る。また、示されるように、サブアセンブリ50は、ハウジング構成要素40の円筒状チャンバ465内に設置されている。円筒状チャンバ465の壁は(例えば、縁部462において)、サブアセンブリ50をハウジング構成要素40内に保持するために、コネクタ構成要素30の本体35の周囲にわたって折り曲げられ、曲げられ、又は圧着される(図7の475参照)。
【0046】
[0052]本開示の別の好ましい態様として、並びに図6及び図7を参照すると、圧力センサアセンブリ10は、ハウジング構成要素40内で圧力応答構成要素20を隔離するための複数のシール構造を更に含む。圧力応答構成要素20とコネクタ構成要素30との間のインターフェースにおける、サブアセンブリ50内の第1のシール457に加えて、シールリング470、例えば、Oリングが、第2のシールを形成するために、例えば、圧力応答構成要素20の基板100において、ハウジング40とサブアセンブリ50との間に配置され得る。図7の本開示の好ましい態様に示されるように、シールリング470は、ハウジング構成要素40とシール接触して係合する。この点において、シールリング470は、ハウジング構成要素40の円筒状チャンバ465のベース部又は底部に形成された収容溝49内に配置又は配設されている。示されるような完成した圧力センサアセンブリ10では、シールリング470は、第2のシールを形成するために、ハウジング構成要素40と圧力応答構成要素20との間で圧縮シールされている(即ち、押圧されてシールされている)。
【0047】
[0053]また更に、シールリング470に加えて、又はその代替として、第3のシール480を生成するために、ハウジング構成要素40の円筒状チャンバ465の圧着された壁の縁部462と、コネクタ構成要素30の本体35の周囲とにわたってシーリング材が適用され得る。
【0048】
[0054]結果として、サブアセンブリ50内の第1のシール457、ハウジング構成要素40の受容チャンバ465内のシールリング470、及び/又はハウジング構成要素40の圧着された縁部462における第3のシール480により、圧力応答構成要素20は、ハウジング構成要素40内に一体的に封入され、その結果、圧力センサアセンブリ10のシール性能が向上し、装置の信頼性を改善する。
【0049】
[0055]圧力センサアセンブリ10の組立プロセスが、図1図7を参照して詳細に説明される。本開示の好ましい態様の組立プロセスでは、圧力応答構成要素20は、基板100の周囲が受容窪み455の対応する周囲に近接して嵌合するように、最初にコネクタ構成要素30の受容窪み455内に配設され得る。次いで、端子(又はリード)406が、圧力応答構成要素20の基板100上の接点105に(はんだ等によって)連結され得る。その後、図5に示されるように、圧力応答構成要素20を周囲環境から隔離するのを助け且つ圧力応答構成要素20をコネクタ構成要素30と一体化してサブアセンブリ50にするための第1のシール457を設けるために、シーリング材が、圧力応答構成要素20の基板100と受容窪み455との両方の周囲に適用され得る。
【0050】
[0056]次いで、シールリング470が、ハウジング構成要素40の円筒状チャンバ465の底部に位置する溝49内に配設され得る。次いで、サブアセンブリ50(即ち、圧力応答構成要素20と一体化されたコネクタ構成要素30)は、圧力応答構成要素20がシールリング470に隣接して又はそれに接して配置されるように、ハウジング構成要素40の円筒状チャンバ465内に置かれ得る。その後、円筒状チャンバ465の壁は(例えば、縁部462において)、サブアセンブリ50をハウジング構成要素40内に保持し、圧力応答構成要素20をハウジング構成要素40の円筒状チャンバ465内に一体的に封入するために、コネクタ構成要素30の本体35の周囲にわたって折り曲げられ、曲げられ、又は圧着される(図7の475参照)。このようにして、シールリング470は、(例えば、基板に接して)圧力応答構成要素と、(例えば、円筒状チャンバ465の底部における溝49に接して)ハウジング構成要素40との間で圧縮され、圧力応答構成要素20を周囲環境から分離又は隔離するための第2のシールが、シールリング470によって提供される。最後に、シーリング材が、ハウジング構成要素40の円筒状チャンバ465の圧着された壁の縁部462にわたって適用され、サブアセンブリ50を接合し得る(即ち、ハウジング構成要素40の圧着部475において、縁部462とコネクタ構成要素30の本体35の周囲との間のインターフェースにおいてサブアセンブリ50にわたって適用される)。シーリング材は、周囲環境からの圧力応答構成要素20のオプションの第3のシール480又は代替の第2のシールを提供する。
【0051】
[0057]上記の実施形態を通じて、圧力センサアセンブリ10が設けられる。この技術的解決策を通じて、次の技術的効果が達成される:感圧素子110と信号変調モジュール120が、単一の独立した圧力応答構成要素20に一体化され、その結果、圧力応答構成要素20は、設置及び使用がより容易になる;及び、全体の体積が、より小さく、よりコンパクトになり、製品信頼性が改善される;それが独立した圧力応答構成要素へと一体化されているので、圧力応答構成要素20の内部の部品の位置もまた、相対的に固定され、フレキシブルプリント回路基板及び絶縁線等の固定されていない部品の使用を回避する;そしてまた、この実施形態では、従来の解決策と比較すると、圧力センサが作動媒体から物理的に隔離される必要がなく、その場合、圧力センサは、圧力伝送器に適用され、これは、設計及びプロセスを単純化する。
【0052】
[0058]これらの技術的効果は上記の全ての実施形態によって得られるわけではなく、いくつかの技術的効果は、いくつかの好ましい実施形態によってのみ得られることに留意されたい。
【0053】
[0059]本実施形態の前述の説明は、例示及び説明を目的として提供されている。それは、網羅的であること、又は本開示を限定することを意図したものではない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、概して、その特定の実施形態に限定されないが、適用可能な場合、具体的に図示又は説明されていなくても、交換可能であり、選択された実施形態において使用され得る。同上のものはまた、多くの方法で変更され得る。そのような変形は、本開示からの逸脱とみなされるべきではなく、全てのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。
【0054】
[0060]本願では、以下の定義を含み、「モジュール」という用語は、特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル式、アナログ式、又は統合型アナログ/デジタル式ディスクリート回路、デジタル式、アナログ式、又は統合型アナログ/デジタル式集積回路、組合せ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、コードを実行するプロセッサ回路(共有型、専用型、又はグループ型)、プロセッサ回路によって実行されるコードを記憶するメモリ回路(共有型、専用型、又はグループ型)、説明された機能を提供する他の好適なハードウェア構成要素、又はシステムオンチップ等における、上記のうちのいくつか又は全てからなる組合せを指し得るか、その一部であり得るか、又はそれを含み得る。
【0055】
[0061]モジュールは、1つ以上のインターフェース回路を含み得る。いくつかの例では、(1つ又は複数の)インターフェース回路は、ローカルエリアネットワーク(LAN)又は無線パーソナルエリアネットワーク(WPAN)に接続する有線又は無線インターフェースを実装し得る。LANの例は、電気電子技術者協会(IEEE)規格802.11-2016(WIFI無線ネットワーキング規格としても知られる)及びIEEE規格802.3-2015(イーサネット(登録商標)有線ネットワーキング規格としても知られる)である。WPANの例は、Bluetooth(登録商標) Special Interest Group及びIEEE規格802.15.4からのBLUETOOTH(登録商標)無線ネットワーキング規格である。
【0056】
[0062]モジュールは、(1つ又は複数の)インターフェース回路を使用して他のモジュールと通信し得る。モジュールは、本開示では、他のモジュールと論理的に直接通信するものとして図示され得るが、様々な実装形態では、モジュールは、実際には、通信システムを介して通信し得る。通信システムは、ハブ、スイッチ、ルータ、及びゲートウェイ等の物理及び/又は仮想ネットワーキング機器を含む。いくつかの実装形態では、通信システムは、インターネット等の広域ネットワーク(WAN)に接続するか、又はそれを横断する。例えば、通信システムは、マルチプロトコルラベルスイッチング(MPLS)及び仮想プライベートネットワーク(VPN)を含む技術を使用して、インターネット又はポイントツーポイント専用回線を介して互いに接続された複数のLANを含み得る。
【0057】
[0063]様々な実装形態では、モジュールの機能は、通信システムを介して接続された複数のモジュール間で分散され得る。例えば、複数のモジュールは、負荷バランシングシステムによって分散された同じ機能を実装し得る。更なる例では、モジュールの機能は、サーバ(リモート又はクラウドとしても知られる)モジュールとクライアント(又はユーザ)モジュールとの間で分割され得る。
【0058】
[0064]モジュールのいくつか又は全てのハードウェア特徴は、IEEE規格1364-2005(一般に「Verilog」と呼ばれる)及びIEEE規格1076-2008(一般に「VHDL」と呼ばれる)等のハードウェア記述のための言語を使用して定義され得る。ハードウェア記述言語は、ハードウェア回路を製造及び/又はプログラミングするために使用され得る。いくつかの実装形態では、モジュールのいくつか又は全ての特徴は、以下で説明されるコードと、ハードウェア記述との両方を包含する、IEEE1666-2005(一般に「SystemC」と呼ばれる)等の言語によって定義され得る。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
[1] 周囲環境における圧力を検出するための圧力センサアセンブリであって、
共通の基板上に配設された感圧素子と出力信号発生器とを備える圧力応答構成要素と、ここにおいて、前記出力信号発生器は、前記感圧素子の出力信号を事前設定された信号フォーマットにフォーマットし、前記基板は、前記基板を完全に貫通して延在する開口を備え、前記感圧素子は、前記開口と連通して前記基板上に配設されており、
一方の端部に中空の円筒状部分と、第2の反対側の端部に受容窪みと、を含む本体を備えるコネクタ構成要素と、ここにおいて、前記受容窪みは、前記圧力応答構成要素を収容するようにサイズ決定及び成形され、前記圧力応答構成要素は、前記受容窪み内に配設されており、
前記圧力応答構成要素と、前記コネクタ構成要素の前記受容窪みとの間のインターフェースの周りに位置する、前記周囲環境から前記圧力応答構成要素を隔離するための第1のシールと、
前記周囲環境に開口し且つ前記基板における前記開口と連通している感知端部と、壁を有し且つチャンバを画定する開口シリンダを備える第2の端部と、を備えるハウジング構成要素と、ここにおいて、前記圧力応答構成要素及び前記コネクタ構成要素は、前記チャンバ内に配設され、前記チャンバの前記壁は、前記コネクタ構成要素上に圧着され、溝が、前記チャンバの底部に形成されており、
前記溝内に配設されたシールリングと、ここにおいて、前記シールリングは、前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から隔離するための第2のシールを提供するために、前記圧力応答構成要素の基板と、前記ハウジング構成要素の前記チャンバの底部との間で圧縮されており、
前記ハウジング構成要素の円筒状の前記チャンバの圧着された前記壁の縁部と、前記コネクタ構成要素の前記本体の周囲との間のインターフェースの周りに位置する、前記周囲環境から前記圧力応答構成要素を隔離するための第3のシールと、
を備える圧力センサアセンブリ。
[2] 前記感圧素子は、ピエゾ抵抗装置を備え、
前記感圧素子及び前記出力信号発生器は、前記基板に表面実装されており、
前記基板は、アルミナセラミック及びジルコニアセラミックのうちの1つを備えるセラミックである、[1]に記載の圧力センサアセンブリ。
[3] 前記圧力応答構成要素は、前記感圧素子及び前記出力信号発生器のうちの少なくとも1つを覆うために、前記基板上に配置された保護カバーを更に備える、[2]に記載の圧力センサアセンブリ。
[4] 前記圧力応答構成要素と、前記コネクタ構成要素と、前記第1のシールと、を備えるサブアセンブリを更に備え、
前記第1のシールは、エポキシ樹脂及びシリコーンのうちの1つを備える、[3]に記載の圧力センサアセンブリ。
[5] 前記コネクタ構成要素の前記本体は、前記一方の端部にねじ部と、前記第2の端部から突出し且つ前記受容窪みの周囲の周りに位置する複数のボスと、を更に備える、[4]に記載の圧力センサアセンブリ。
[6] 前記チャンバは、その中に配設された複数の位置決め凹部を有するレッジを備え、
前記位置決め凹部の各々は、前記サブアセンブリを前記チャンバ内に確実に位置決め及び配置するために、前記コネクタ構成要素の前記複数のボスのそれぞれ1つと動作可能に係合する、[5]に記載の圧力センサアセンブリ。
[7] 前記ハウジング構成要素の前記感知端部は、前記周囲環境に開口し且つ前記基板における前記開口と連通している中空の管状セクションを更に備える、[2]に記載の圧力センサアセンブリ。
[8] 前記圧力応答構成要素と、前記コネクタ構成要素と、前記第1のシールと、を備えるサブアセンブリを更に備え、
前記圧力応答構成要素は、前記感圧素子及び前記出力信号発生器のうちの少なくとも1つを覆うために、前記基板上に配置された保護カバーを更に備え、
前記第1のシールは、エポキシ樹脂及びシリコーンのうちの1つを備える、[7]に記載の圧力センサアセンブリ。
[9] 前記コネクタ構成要素の前記本体は、前記一方の端部にねじ部と、前記第2の端部から突出し且つ前記受容窪みの周囲の周りに位置する複数のボスと、を更に備える、[8]に記載の圧力センサアセンブリ。
[10] 前記チャンバは、その中に配設された複数の位置決め凹部を有するレッジを備え、
前記位置決め凹部の各々は、前記サブアセンブリを前記チャンバ内に確実に位置決め及び配置するために、前記コネクタ構成要素の前記複数のボスのそれぞれ1つと動作可能に係合する、[9]に記載の圧力センサアセンブリ。
[11] 前記第1のシール及び前記第3のシールのうちの1つが、エポキシ樹脂及びシリコーンのうちの1つを備える、[10]に記載の圧力センサアセンブリ。
[12] [1]に記載の周囲環境における圧力を検出するための圧力センサアセンブリを製造するための方法であって、
前記基板の周囲が前記受容窪みの周囲に近接して嵌合するように、前記受容窪み内に前記圧力応答構成要素を配設するステップと、
リードを前記圧力応答構成要素の前記基板上の接点に取り付けるステップと、
前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から分離し且つ前記圧力応答構成要素を前記コネクタ構成要素と一体化してサブアセンブリにするための第1のシールを生成するために、前記圧力応答構成要素の前記基板と前記受容窪みとの両方の周囲にシーリング材を適用するステップと、
前記ハウジング構成要素の円筒状の前記チャンバの底部に位置する前記溝内に前記シールリングを配設するステップと、
前記圧力応答構成要素が前記シールリングに隣接して配置されるように、前記ハウジング構成要素の前記円筒状チャンバ内に前記サブアセンブリを配設するステップと、
前記サブアセンブリを保持し、前記圧力応答構成要素を前記ハウジング構成要素の前記円筒状チャンバ内に一体的に封入することと、前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から分離するための第2のシールを生成するために、前記圧力応答構成要素と前記ハウジング構成要素との間で前記シールリングを圧縮することと、を行うように、前記円筒状チャンバの前記壁を前記コネクタ構成要素の前記本体の周囲にわたって圧着するステップと、
前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から分離するための第3のシールを生成するために、前記コネクタ構成要素の本体の周囲に沿って、前記ハウジング構成要素の圧着された前記壁にわたってシーリング材を適用するステップと、
を備える方法。
[13] 周囲環境における圧力を検出するための圧力センサアセンブリであって、
共通の基板上に配設された感圧素子と出力信号発生器とを備える圧力応答構成要素と、ここにおいて、前記感圧素子及び前記出力信号発生器は、前記感圧素子の出力信号を事前設定された信号フォーマットにフォーマットし、前記基板は、前記基板を完全に貫通して延在する開口を備え、前記感圧素子は、前記開口と連通して前記基板上に配設されており、
一方の端部に中空の円筒状部分と、第2の反対側の端部に受容窪みと、を含む本体を備えるコネクタ構成要素と、ここにおいて、前記受容窪みは、前記圧力応答構成要素を収容するようにサイズ決定及び成形され、前記圧力応答構成要素は、前記受容窪み内に配設されており、
前記圧力応答構成要素と、前記コネクタ構成要素の前記受容窪みとの間のインターフェースの周りに位置する、前記周囲環境から前記圧力応答構成要素を隔離するための第1のシールと、
前記周囲環境に開口し且つ前記基板における前記開口と連通している感知端部と、壁を有し且つチャンバを画定する開口シリンダを備える第2の端部と、を備えるハウジング構成要素と、ここにおいて、前記圧力応答構成要素及び前記コネクタ構成要素は、前記チャンバ内に配設され、前記チャンバの前記壁は、前記コネクタ構成要素上に圧着され、溝が、前記チャンバの底部に形成されており、
前記溝内に配設されたシールリングと、ここにおいて、前記シールリングは、前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から隔離するための第2のシールを提供するために、前記圧力応答構成要素の基板と、前記ハウジング構成要素の前記チャンバの底部との間で圧縮されている、
を備える圧力センサアセンブリ。
[14] 前記ハウジング構成要素の円筒状の前記チャンバの圧着された前記壁の縁部と、前記コネクタ構成要素の前記本体の周囲との間のインターフェースの周りに位置する、前記周囲環境から前記圧力応答構成要素を隔離するための第3のシールを更に備える、[13]に記載の圧力センサアセンブリ。
[15] 前記感圧素子は、ピエゾ抵抗装置を備え、
前記感圧素子及び前記出力信号発生器は、前記基板に表面実装されており、
前記基板は、アルミナセラミック及びジルコニアセラミックのうちの1つを備えるセラミックである、[13]に記載の圧力センサアセンブリ。
[16] 前記圧力応答構成要素は、前記感圧素子及び前記出力信号発生器のうちの少なくとも1つを覆うために、前記基板上に配置された保護カバーを更に備える、[15]に記載の圧力センサアセンブリ。
[17] 前記圧力応答構成要素と、前記コネクタ構成要素と、前記第1のシールと、を備えるサブアセンブリを更に備え、
前記第1のシールは、エポキシ樹脂及びシリコーンのうちの1つを備える、[16]に記載の圧力センサアセンブリ。
[18] 前記ハウジング構成要素の前記感知端部は、前記周囲環境に開口し且つ前記基板における前記開口と連通している中空の管状セクションを更に備える、[15]に記載の圧力センサアセンブリ。
[19] [13]に記載の周囲環境における圧力を検出するための圧力センサアセンブリを製造するための方法であって、
前記基板の周囲が前記受容窪みの周囲に近接して嵌合するように、前記受容窪み内に前記圧力応答構成要素を配設するステップと、
リードを前記圧力応答構成要素の前記基板上の接点に取り付けるステップと、
前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から分離し且つ前記圧力応答構成要素を前記コネクタ構成要素と一体化してサブアセンブリにするための第1のシールを生成するために、前記圧力応答構成要素の前記基板と前記受容窪みとの両方の周囲にシーリング材を適用するステップと、
前記ハウジング構成要素の円筒状の前記チャンバの底部に位置する前記溝内に前記シールリングを配設するステップと、
前記圧力応答構成要素が前記シールリングに隣接して配置されるように、前記ハウジング構成要素の前記円筒状チャンバ内に前記サブアセンブリを配設するステップと、
前記サブアセンブリを保持し、前記圧力応答構成要素を前記ハウジング構成要素の円筒状の前記チャンバ内に一体的に封入することと、前記圧力応答構成要素を前記周囲環境から分離するための第2のシールを生成するために、前記圧力応答構成要素と前記ハウジング構成要素との間で前記シールリングを圧縮することと、を行うように、円筒状の前記チャンバの壁を前記コネクタ構成要素の本体の周囲にわたって圧着するステップと、
を備える方法。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7