JP2010506157A - 角度センサを備えた支持体要素の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は内燃機関のアクチュエータのための角度センサを備えた支持体要素の製造方法に用いられる。この支持体要素は電気的な接続端子（２０）と、角度センサ（２４，２６，３０）を有している。製造の簡単化のために電子構成素子（２４，２６，３０）が直接リードフレーム（１２）と電気的に接続される。続いてこのリードフレーム（１２）は電子構成素子（２４，２６，３０）と熱硬化性樹脂（１３２）でオーバーモールディングされ、それによって形成された角度センサモジュール（１０）が予め製造された支持体要素と統合される。支持体要素自体は熱硬化性樹脂若しくは熱可塑性樹脂からなり、プラグコネクタ（２０）を含んでいる。

Description

本発明は、例えばケーシングリッドの形態での支持体要素若しくはケーシングリッドに挿入される支持体要素であって、シャフトの回転角度を検出するための角度センサと電気的なプラグ端子を備えており、前記支持体要素は、例えば熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂等のプラスチックからなり、電気的な構成部材がプラスチックによってオーバーモールディング又はリキャストされる支持体要素の製造方法に関している。また本発明の対象は、内燃機関のアクチュエータ用の角度センサを備えた支持体要素でもあり、この場合前記角度センサは、アクチュエータに割り当てられるマグネットと電子構成素子を含み、さらに電気的なプラグコネクタ、例えばいわゆる慣用プラグを装備し得る。

この種の集積された角度センサを備えた支持体要素は内燃機関に適用されており、そこではこの支持体要素が内燃機関の制御、例えば負荷制御、排ガス再循環システムの制御、吸気管内のスロットルバルブやターボーチャージャーのブレードなどの調整に用いられるアクチュエータの回転位置を検出している。ケーシングリッドとしての構成は次のような利点を有する。すなわち角度センサ自体が保護のために構成ユニット内に密封されることである。その場合電気的な接続端子は一般的な慣用プラグとして形成され、顧客の要望に応じて構成され、エンジン電子系への接続が容易に可能である。

ここで本来の角度センサは例えば半導体技法によって通常は少なくとも１つの磁気抵抗型測定値検出器かまたはホールセンサからなっており、この測定値検出器（ピックアップ）には既にそれぞれ１つのチップの電子評価系が割り当てられている。さらに角度センサは電磁的な特性を改善すべくコンデンサを頻繁に含んでいる。有利にはスロットル弁の回転角度位置を検出する場合に（Ｅ−Ｇａｓ方式）２つ測定値検出器と２つの対応する評価電子系を用いて冗長的な構成が形成され、それによって例えばスロットル弁の回転角度位置検出の際の安全性がさらに高められている。

集積された角度センサを有するケーシングリッドの製造はこれまでは、測定値検出器と評価電子系がチップメーカーによって予め設計されていた。つまり電子評価系と測定値検出器のためのチップが外方とのコンタクト形成のためにスタンプ格子を用いて例えばボンディングによって電気的に接続され、その後で電子構成部品が熱硬化性樹脂によって個別にオーバーモールディングされ、メーカー側による検査を経た後で、予め構成されていた角度センサがユーザーに提供される。この角度センサはさらに別のメーカーからプラスチックからなるケーシングリッドブランクを提供され、この部品は通常は射出成型法によって製造されている。そのあとで角度センサないし角度センサモジュールが次のようにして製造される。すなわちまず予め形成されていた角度センサがいわゆるリードフレームと溶接ないしは蝋付けによって電気的に接続される。続いてこのリードフレームがケーシングブランク内へ挿入され、さらにこのリードフレームが熱可塑性樹脂によってオーバーモールディング（全周封止）される。そこでは別個のカバーによってセンサ系が保護されなければならない。さもないとセンサ系が損なわれる危険性がある。そして最終的にもう一度、完成後のケーシングカバーの機能性に関するチェックが行われなければならない。

総合的にみてもこれまでの製造方法では３つの成型過程による特徴を有しており、この場合はチップメーカーサイドのスタンプ格子の部分的な成形も、それに続くケーシングカバーとの接続のためのリードフレームの成形も、個別のプロセス条件のもとで行われなければならない。これは機能障害の危険性を回避するためであるが、最終的には２つの機能性検査が必要となる。詳細にはセンサ完成後のチップ製造メーカーサイドの検査と、リードフレーム成形後の支持体要素製造メーカーサイドでの検査である。

成形による本来の角度センサの支持体要素への固定は必然的に次のようなことを引き起こす。すなわち測定値検出器が検査すべき回転マグネットから少なくとも２つのプラスチック壁部ないしプラスチック層によって分離されてしまうことである。その結果として広い間隔が開き、これは精度の低下を招き、その結果マグネットの強化が必要となる。

本発明の課題は前述したような形式の角度センサを備えたケーシングカバーないし支持体要素の製造方法において、従来の製造方法に比べてより簡素で確実な方法を提供することである。

それ故本発明によれば、角度センサの電子構成素子がリードフレームと電気的に直接接続され、このリードフレームは支持体要素なしで電子構成素子と熱硬化性樹脂によって角度センサモジュール形成のためにオーバーモールディングないしはリキャストされ、最終的にこの角度センサモジュールが支持体要素の収容部に挿入されて固定され、電気的な接続端子と接続される。

この方法によれば次のような利点が得られる。すなわち２つの成形過程を実施するだけでよいことである。それまでは予め事前に行われていた次のような工程、すなわち構成素子を実装したスタンプ格子の部分的な成形過程が省かれ、角度センサの電子構成素子がリードフレームと電気的に直接接続される。それにより角度センサモジュール内で実行すべき電気的な接続の数が減り、機能欠陥のリスクも低減される。またこれとの関係において有利には熱硬化性樹脂による射出成形の後で唯一の機能チェックを実施するだけでよくなる。

電子構成素子は例えば少なくとも１つの測定値検出器（ピックアップ）と該測定値検出器に対応付けられた少なくとも１つの評価電子系である。この場合電磁的な精度の向上のために複数のコンデンサがさらなる構成素子としてリードフレームに電気的に接続されてもよい。敏感な電子構成素子を伴うリードフレームの射出成形と、ボンディングや蝋付け、導電性接着剤によって形成される電気的な接続に対しては熱硬化性樹脂が適しているのに対して、支持体要素自体は他のプラスチック、例えば射出成形された熱可塑性樹脂であってもよい。

本発明による方法の別の有利な実施例によれば、リードフレームが支持体要素ないしはケーシングリッドの所定の箇所へ直接載置されることによって位置付けされる。これにより、ケーシングリッド内の測定値検出器の最適な位置がプラスチックによる許容偏差の影響なしで達成される。これはいずれにせよ別の手段によっても保証されてもよい。

少なくとも２つの測定検出器を備えた冗長的なシステムの形成に対しては、リードフレームが例えばＺ字状若しくはＬ字状に形成され、その際のケーシング内部へ突出するリードフレーム端部の任意の側にそれぞれ１つの測定検出器か又は２つの測定検出器が相互に隣接して電気的に接続され、内方へ突出するリードフレームの領域が完全に熱硬化性樹脂でオーバーモールディングされる。この構成は２つの測定値検出器が均質な回転磁界の中に配設されることを保証する。そのため実質的に同一な出力信号が形成される。不要な材料の蓄積（これは特に温度補償の際のより高い温度に関わる質量体に起因して比較的長い待機時間を意味する）を避けるために、ケーシング内へ突出する領域の射出被覆の範囲においてリブ状の切欠部を設けてもよい。

角度センサモジュールと支持体要素の間の電気的な接続は溶接若しくはプラグ接続を介してクリップ作用のもとで行われてもよい。これはまた機械的な保持も保証し得る。角度センサモジュールとケーシングリッドの間の機械的な保持は接着剤やクリップ機器によって達成若しくは改善されてもよい。

本発明のさらなる対象は前述したような方法によって作成された角度センサを備えた支持体要素である。そのような支持体要素自体はプラスチック、例えば熱硬化性樹脂若しくは熱可塑性樹脂からなり、それを用いて別個の角度センサモジュールが機械的かつ電気的に接続される。この場合角度センサモジュールはリードフレームを有し、このリードフレームは角度センサの電気的な構成素子と接続される。また電子構成部品を備えたリードフレームは支持体要素とは別個に熱硬化性樹脂によってオーバーモールディングまたはリキャストされている。角度センサモジュールのリードフレームは少なくとも１つの測定値検出器と評価回路の間の領域において電気的に絶縁されて熱硬化性樹脂によって完全に包囲される。また少なくとも１つの測定値検出器は、マグネットに対する介在壁部として熱硬化性樹脂からなる唯一の層のみを有する。電子構成部品は少なくとも１つの測定値検出器と、相応の測定値検出器の信号に対する評価回路からなり得る。測定値検出器としては磁気抵抗特性を伴う磁気ベースの測定値検出器であってもよいし、あるいは少なくとも１つのホール素子であってもよい。電磁的な信頼度の向上のために、リードフレームは少なくとも１つのコンデンサと電気的に接続されてもよい。このコンデンサも熱硬化性樹脂によってオーバーモールディングされる。

前述したような集積された角度センサを伴うケーシングリッドの大きな利点は、少なくとも１つの測定値検出器がプラスチックからなる唯一の層で被覆されることである。それにより、測定値検出器と可動マグネット要素の間の間隙幅が、従来技法による２つのプラスチック層に比べて僅かで済む。なぜなら射出成形過程における製造技法上の所定の最小の層厚さが維持できるからである。リードフレームは少なくとも１つの測定値検出器の領域に配置可能であり、それによって熱硬化性樹脂質量体の表面に最も近づけることが可能となる。

測定値検出器と評価回路の間のリードフレーム接続領域の絶縁性の被覆は、事後的な絶縁手段なしで、角度センサモジュールを支持体要素に直接固定させることを可能にする。なぜなら線路が汚れ等によって短絡することがないからである。

冗長的なセンサ系は角度センサないし角度センサモジュールにおいて次のことによって実現される。すなわち２つの測定値検出器を相互に並列させてリードフレームの両側若しくは隣接させて配置し、それぞれ別個の若しくは共通の評価電子系と接続させることによって実現される。２つの測定値検出器を同じ磁界で相互作用させるために有利には、２つの並列に配置される測定値検出器が熱硬化性樹脂からなるドーム状部の端部に対して並列に配置され、その場合リードフレームはＺ字状若しくはＬ字状に当該突起に突出する。

材料の蓄積を回避するために、熱硬化性樹脂はドーム状の領域内でリブ状の切欠部を有していてもよい。

以下では図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。

ケーシングリッドに対する角度センサモジュールを概略的に表した図 図１の角度センサモジュールの概略的な断面図 冗長的なセンサ系を有するケーシングリッドに対する角度センサモジュールの概略的な平面図 図３による角度センサモジュールの概略的断面図 図６による角度センサモジュールが差込まれたケーシングリッドの概略的な部分断面図 図５による角度センサモジュールの概略的平面図 さらに別の角度センサモジュールの実施形態を表した概略的断面図 溶接された電気的コンタクトを有する図１による角度センサモジュールの接着されたケーシングリッドの概略的部分断面図

実施例
図１にはケーシングリッド（図５及び図８参照）のための角度センサモジュール１０が示されている。この角度センサモジュール１０は自由コンタクト端部１４，１６，１８を備えたリードフレーム１２を有しており、それらはケーシングリッド内でさらなる別のリードフレームとの接続のための電気的なコンタクトとして用いられている。それは慣用プラグ２０（図５及び図６参照）をも形成し、これは顧客の要望に応じて構成することが可能である。リードフレーム１２のこれらの３つの電気的なコンタクト１４，１６，１８は、ボンディングされた電気的な接続線路２２を介して、測定値検出器２６に対する評価電子系として表される回路２４に直接接続される。測定値検出器２６（これらは例えば磁気抵抗式のセンサか若しくはホールセンサとして構成されていてもよい）も、ボンディングされたリード線路２８を介して評価電子系２４に接続されている。さらに前記コンタクト１４，１６，１８の間にはコンデンサ３０が設けられており、このコンデンサは角度センサモジュール１０の電磁的な信頼性を向上させる。

コンタクト形成された電気的な構成素子２４，２６，３０を備えたリードフレーム１２は、熱硬化性樹脂３２によってオーバーモールディングまたはリキャストされる。これは角度センサモジュールを外部の影響に対して不感にさせるものである。

図示の角度センサモジュール１０は引き続きケーシングリッドに挿入され、その場合の位置付けは、孔部３４によって、若しくはリードフレーム自体のストッパー縁部３６によって行われ得る。これについては後で図５及び図６の説明の際に述べる。

冗長的な角度センサモジュール１０は図３及び図４に表されている。この角度センサモジュールのもとでは最初に、電気的に接続された電子構成素子１３０を備えたリードフレーム１１２の周りに熱硬化性樹脂による被膜１３２が形成され、続いて当該角度センサモジュールがケーシングリッドに挿入される。

図３に示されている角度センサモジュールは２つの測定値検出器１２６を備えた冗長的なセンサ系を有しており、これらの２つの測定値検出器１２６は相互に並列してＺ字状に折れ曲がったリードフレーム１１２の端部１２７の両側に配置されている。これらの測定値検出器１２６は、接続線路１２８によって対応する評価電子系１２４に直接接続されているのではなくて、リードフレームの導体路を介して接続されており、これらの導体路も接続線路１２９を介して評価回路１２４に接続されている。ここではリードフレーム１１２のＺ字状に形成によって熱硬化性樹脂１３２によるオーバーモールディングの後では円筒状のドーム１３４が生じる。これは部分的にリブ状の切欠部１３６を有し得る。このような構成によって、２つの測定値検出器１２６を均質な磁界の中に配置させることが可能となる。この磁界は突出部１３４によって囲まれるマグネット要素によって形成される。２つの測定値検出器１２６の２つの出力チャネルに応じて、角度センサモジュール１１０は４つの接続コンタクト１１４，１１６，１１８，１１９を有しており、これらも湾曲され得る。図３及び図４に示されている角度センサモジュール１１０は２つの出力チャネルを備えているので、電磁的な信頼性を向上させるためには３つのコンデンサ１３０が必要となる。

図５にはケーシングリッド１１の横断面が示されており、このケーシングリッドは収容部４０を有しており、該収容部４０に角度センサモジュール２１０が挿入されている。ケーシングリッド１１は第２のリードフレーム４２を有しており、該第２のリードフレーム４２は、ケーシングの形成のために熱可塑性樹脂か又は熱硬化性樹脂によってオーバーモールディングされている。この第２のリードフレーム４２は、顧客の要望に応じて形成されたプラグコネクタ２０を構成しており、このコネクタには例えばエンジンの制御機器との接続のためのプラグが接続可能である。対向するケーシング内側においてはリードフレームが角度センサモジュール１０の電気的な端子１４，１６，１８との接続のために用いられる電気的なコンタクト端子４４，４５，４７を有している。図５には回転マグネット４６も示されており、このマグネットはアクチュエータ（図示せず）のシャフト４８に配置され、その角度位置を角度センサモジュールによって検出できる。測定値検出器２６はここ及び図６に示されている角度センサモジュール２１０において回転マグネット４６の位置に応じて位置付けされる。

前述したような角度センサモジュール２１０とケーシングリッド１１との接続は簡単なプレス加工によって行われる。その場合電気的な接続端子２１４，２１６，２１８とケーシングリッド１１の第２のリードフレーム４２の電気的なコンタクト端子４４，４５，４７との間のコンタクト領域には、基本原理によって公知のプラグコネクタ５０が設けられており、そこにはコンタクトパートナー側のバネ舌部５２が鋭角に当接している。そのようなプラグコネクタ接続は強力なクリップ作用によって良好でかつ正確な機械的保持を保証する。そのため実際的な設計仕様のもとでさらなる固定手段を省くことができる。その場合にはそれらの位置付けがケーシングリッド１１のプラスチック性ケーシングにおいて図示されていない経路ピンを介して行われ得る。このピンは角度センサモジュール２１０の孔部３４に挿入される（これについては図１、２参照）。ホールド性の向上と例えば高い加速度の際の角度センサモジュールのずれの防止のために、角度センサモジュール２１０とケーシングリッド１１との間には接着層５４が設けられてもよい。

図７には角度センサモジュール３１０のさらなる実施形態が示されている。ここではリードフレーム３１２が測定値検出器２６の領域において型押し加工により台形状に形成されている。それにより回転マグネット４６の近傍に位置するようになる。つまり熱硬化性樹脂層がマグネット４６と測定値検出器の間で最小となる。これにより良好な信頼性が得られ、比較的小さなマグネットが可能となる。評価電子系２４とコンデンサ３０の配置構成は図６に示されている実施形態に相応する。

図８には図５に示されているケーシングリッド１１に実質的に相応しているケーシングリッド１１が示されている。ただここでは電気的なコンタクト端子４４，４５，４７が隣接して配置され、角度センサモジュールの機械的な固定は用いなくてもよい。角度センサモジュールの接続端子１４，１６，１８と電気的なコンタクト端子４４，４５，４７の間の電気的な接続は、ここでは溶接によって行われており、それに対して角度センサモジュール１０の保持は、図１による実施形態に相応して、最初にケーシングリッド１１における接着層５４によって行われる。位置付けはここでも孔部３４と、図には示されていないケーシングリッド１１に対応付けられたパスピンを用いて行われるか、あるいは角度センサモジュールとケーシングリッドの間のクリップ接続及び／又は係止接続を用いて行われる。

Claims (19)

1. シャフト（４８）の回転角度を検出するための角度センサ（１０）と、電気的なプラグコネクタ（２０）を備えている支持体要素（１１）の製造のための方法であって、
   前記支持体要素（１１）がプラスチックからなり、前記角度センサ（１０）の電気的構成要素（１２，２４，２６，３０）はプラスチックによってオーバーモールディング又はリキャストされる方法において、
   前記角度センサ（１０）の電子構成素子（２４，２６，３０）が直接リードフレーム（１２）と電気的に接続され、
   前記リードフレーム（１２）は角度センサモジュール（１０）の形成のために、電気的に接続された電子構成素子（２４，２６，３０）と共に熱硬化性樹脂（３２）によってオーバーモールディングまたはリキャストされ、
   さらに前記角度センサモジュール（１０）が支持体要素（１１）の収容部（４０）に挿入されて固定され、最終的に電気的なプラグコネクタ（２０）と接続されるようにしたことを特徴とする方法。
2. 電子構成素子として少なくとも１つの測定値検出器（２６）と、該測定値検出器（２６）に対応付けられた評価電子系（２４）がリードフレーム（１２）に接続される、請求項１記載の方法。
3. 電磁的信頼度の向上のために複数のコンデンサ（３０）がさらなる電子構成素子としてリードフレーム（１２）に接続される、請求項２記載の方法。
4. 前記構成素子（２４，２６，３０）のコンタクト形成は、ボンディング技法、蝋付け技法及び／又は導電性接着剤によって行われる、請求項１から３いずれか１行記載の方法。
5. 前記支持体要素（１１）はケーシングリッドとして熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂からプラグコネクタ（２０）と共に射出成形される、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
6. 前記リードフレーム（１２）は支持体要素（１１）ないしケーシングリッド内の所定の箇所へ直接載置されることによって位置付けされる、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. リードフレーム（１１２）がＺ字状若しくはＬ字状に折り曲げられ、前記リードフレーム（１１２）のケーシング内部へ突出している端部（１２７）とあらゆる側においてそれぞれ１つの測定値検出器（１２６）または２つの測定値検出器が側方で相互に電気的に接続され、リードフレーム（１１２）の内方に向けて突出する領域が熱硬化性樹脂によって完全にオーバーモールディング若しくはリキャストされる、請求項２から６いずれか１項記載の方法。
8. 前記熱硬化性樹脂はドーム状部（１３４）の領域においてリブ状に切欠している、請求項７記載の方法。
9. 前記角度センサモジュール（１０）は支持体要素（１１）と、プラグコネクタ（５０）を介してクリップ作用により機械的に及び／又は電気的に接続される、請求項１から８いずれか１項記載の方法。
10. 前記角度センサモジュール（１０）のリードフレームは、蝋付け又は溶接によって支持体要素（１１）のリードフレーム（４２）と電気的に接続される、請求項１から８いずれか１項記載の方法。
11. 前記角度センサモジュール（１０）は支持体要素（１１）に接着される、請求項１から１０いずれか１項記載の方法。
12. 内燃機関のアクチュエータのための角度センサを備えた支持体要素であって、
    前記角度センサがアクチュエータに対応付けられたマグネット（４６）と、少なくとも１つの測定値検出器（２６）及び相応する測定値検出器信号の評価のための評価回路（２４）を備えた電気的構成要素（２４，２６，３０）を含み、さらに電気的なプラグコネクタ（２０）を備えている、支持体要素において、
    支持体要素（１１）自体がプラスチックから製造され、
    前記支持体要素（１１）と別個の角度センサモジュール（１０）が機械的かつ電気的に接続されており、この場合前記角度センサモジュール（１０）はリードフレーム（１２）を有し、該リードフレーム（１２）は角度センサの電子構成素子（２４，２６，３０）と接続されており、さらに前記リードフレーム（１２）は電子構成素子（２４，２６，３０）と共に支持体要素から分離されて熱硬化性樹脂（３２）によってオーバーモールディング又はリキャストされており、
    この場合前記角度センサモジュールのリードフレーム（１２）は、少なくとも１つの測定値検出器（２６）と評価回路（２４）の間の領域において電気的に絶縁されて完全に熱硬化性樹脂（３２）によって包囲され、少なくとも１つの測定値検出器（２６）がマグネット（４６）に対する中間壁部として熱硬化性樹脂からなる唯一の層のみを有するように構成されていることを特徴とする支持体要素。
13. 少なくとも１つの測定値検出器（２６）がマグネットベースの磁気抵抗素子を備えた測定値検出器として又は少なくとも１つのホール素子を備えた測定値検出器として構成されている、請求項１２記載の支持体要素。
14. 前記リードフレームと少なくとも１つのコンデンサ（３０）が電気的に接続されており、該コンデンサも角度センサモジュール（１０）としてオーバーモールディングされる、請求項１２または１３記載の支持体要素。
15. ２つの測定値検出器（１２６）が互いに並列してリードフレーム（１１２）の両側に配設されるか若しくは２つの測定値検出器が隣接してリードフレームの片側に配設され、少なくとも１つの評価電子系と電気的に接続されている、請求項１２から１４いずれか１項記載の支持体要素。
16. ２つの測定値検出器（１２６）が熱硬化性樹脂からなる円筒状のドーム状部（１３４）の端面に対して並列に設けられており、この場合リードフレーム（１２）は切欠部（１３４）に向けて突出している、請求項１５記載の支持体要素。
17. 前記ドーム状部（１３４）はリブ状の切欠部（１３６）を有している、請求項１６記載支持体要素。
18. 前記リードフレーム（１２）は、測定値検出器（２６）の領域内で、台形状の湾曲部ないし鋳造部（３１２）によって、プラスチック壁厚が測定値検出器の領域内で最小化されるように構成されている、請求項１２から１７いずれか１項記載の支持体要素。
19. ケーシングリッド（１１）として又はケーシングリッド（１１）の一部として構成されており、支持体要素のリードフレーム（４２）と角度センサモジュール（１０）の間で電気的なプラグコネクションが実施される、請求項１２から１８いずれか１項記載の支持体要素。

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