JP2012516434A - ポジションセンサ - Google Patents

Abstract

本発明は、ポジションセンサの電子部品が配設され、当該電子部品と電気的な接続を形成するリードフレームと、プラスチックからなる射出成形部とを有し、前記射出成形部は、少なくとも電子的な構成部品を包含し、前記リードフレームと共にセンサモジュールを形成し、前記複数の電気的な端子は、前記リードフレームによって形成され、支持体モジュールを有しており、該支持体モジュールは、前記センサモジュールを収容し、さらに前記センサモジュールの電気的な端子と導電的に接続される電気的な端子を有するポジションセンサに関している。ここでは、前記支持体モジュール（３）が少なくとも２つのドーム（２２，２２′）を有し、前記２つのドーム（２２，２２′）の間にセンサモジュール（２）が配設され、さらに前記ドームの各自由端部が、前記センサモジュールをその位置において挟み込むように変形する。

Description

本発明は、ポジションセンサ、有利にはシャフトの回転角度を検出する角度センサであって、前記ポジションセンサの電子部品が配設され、当該電子部品と電気的な接続を形成するリードフレームと、プラスチックからなる射出成形部とを有しており、前記射出成形部は、少なくとも電子的な構成部品を包含し、それによって前記リードフレームと共にセンサモジュールを形成しており、さらに前記センサモジュールの複数の電気的な端子を有しており、該複数の電気的な端子は、前記リードフレームによって形成されており、さらに支持体モジュールを有しており、該支持体モジュールは、センサモジュールを収容しており、さらに前記支持体モジュールは、センサモジュールの電気的な端子と導電的に接続されている電気的な端子を有している、ポジションセンサに関している。

この種のポジションセンサは、アクチュエータと接続される。この場合ポジションセンサは、アクチュエータに対応するマグネットと電子的な構成部品を含み、電気的なプラグ、例えばいわゆるサービスプラグを備えている。このポジションセンサは、内燃機関に適用されており、そこではアクチュエータの回転位置が内燃機関の制御、例えば負荷制御、ＥＧＲ制御、インテークマニホールド内の空気流量制御弁の制御、あるいはターボ過給機のタービンの調整などのために検出されている。支持体モジュールは、大抵はハウジングカバーとして構成されており、それによって、角度センサ自体が１つの構成ユニット内で保護されるように包み込まれており、その場合は、電気的なプラグ端子がサービスプラグとして構成される。このサービスプラグは、顧客の要望に応じて形成されており、エンジンの電子制御部分への電気的な接続を可能にする。

本来の角度センサは、この場合例えばリードフレームからなっており、このリードフレーム上に複数の電子部品が配設されている。これらの電子部品とは、半導体チップやセンサ素子、干渉抑制部品と理解されたい。これらの部材は、特に例えば半導体技術に基づく少なくとも１つの磁気抵抗型センサやホールセンサであり得る。この場合測定センサのもとでは既に１つのチップとして電子的な評価回路が対応付けられている。さらに電磁的な干渉を改善すべくコンデンサも設けられている。例えば２つの測定センサと２つの評価ユニットを備えた冗長的な構成は、スロットルバルブの回転角度位置検出の際の確実性を向上させるのには有利である。

これに対しては、角度センサの電子部品を直接リードフレームと電気的に接続させることが公知である。このリードフレームは、電子部品を備えた支持体モジュールなしで、熱硬化プラスチックによって、角度センサモジュールの形成のために射出成形され、引き続きこの角度センサモジュールは、支持体モジュールに対する収容のために挿入され、固定され、電気的な端子と接続されている（独国特許出願公開第１０ ２００６ ０４６ ９８４号明細書参照）。この場合支持体モジュールへの角度センサモジュールの固定は、次のように行われなければならない。すなわち一方ではこの固定が長期に亘って安定し、他方では、形状安定性と状態安定性が得られるように固定されなければならない。そのため例えばネジ止めは非常に確実な固定方法ではあるが、この種の固定にはいずれにせよ、高いコストが伴う。もちろん、実施が容易でコストも安い固定方法は公知であるが、これらの固定方法は、内燃機関などの角度センサの特殊な使用条件のもとで、高い信頼性と共に耐震性も備えた固定と位置決めを保証するのには、全く適していない。例えば−４０〜１６０℃の温度範囲１つとっても位置決めと固定に対して著しく高い要求が課せられる。

そこで本発明の課題は、可及的に簡単な構造で厳しい使用条件のもとでも、例えば内燃機関に適用するような場合でも、長期に亘って安定した位置精度を得ることのできるポジションセンサを提供することである。

この課題は本発明により、支持体モジュールが少なくとも２つのドームを有し、前記２つのドームの間に、前記センサモジュール（２）が配設され、さらに前記ドームの各自由端部が、前記センサモジュールをその位置において挟み込むように変形している構成によって解決される。

本発明によって得られる利点は、少なくとも２つのドームを用いた支持体モジュールへのセンサモジュールの挟込みによって、非常に簡単に形成することのできるセンサモジュールの固定が達成されることである。このような固定手法は、ポジションセンサの取付けのオートメーション化にも役立つ。特にこの固定の驚異的な利点は、寿命期間の間に現われる可能性のある緩みや遊びの発生よりも、長期安定性の方が顕著なことである。

支持体モジュールに対するセンサモジュールの良好な対応付けは、別の有利な実施例によれば、支持体モジュールが少なくとも１つの位置決め要素を有することによって達成される。この少なくとも１つの位置決め要素は、センサモジュールの位置を固定する役割を有している。この位置決め要素の配設は、ドームを専ら固定のために使用することを可能にする。それによって、ドームの加熱のために取り入れられたエネルギと成形中に取り入れられた応力とによって生じ得る支持体モジュールに対するセンサモジュールの位置変化は避けられるようになる。このようにドームの位置及び精度に関する要求が下げられたことによって、支持体部分の製造コストの低減も可能になる。

少なくとも１つの位置決め要素が支持体モジュールと一体的に接合されている場合には、さらに簡単な製造が達成される。

センサモジュールの位置決めは、位置決め要素がセンサモジュールの縁部に当接するように支持体モジュールに配設されることによって特に簡単となる。

別の有利な実施形態によれば、前記少なくとも１つの位置決め要素は、前記センサモジュールに対して、少なくとも１つの軸線に沿った移動性が確保されるように支持体モジュールに配設される。

さらに別の有利な実施例によれば、前記少なくとも１つの位置決め要素は、前記センサモジュールに対して、相互に直角に配置された２つの軸線に沿った移動性が確保されるように支持体モジュールに配設される。

支持体モジュールにおけるセンサモジュールの特に安定した固定は、リードフレームの射出成形部が、フランジとして構成された縁部を有し、該縁部が変形したドームによって取り囲まれることで達成される。フランジの高さを僅かにすれば、ドームを小さく形成することが可能になる。さらにこのフランジは、固定に対して十分な大きさの面積を有している。

本発明の別の有利な実施例によれば、変形したドームによって、前記リードフレームの射出成形されていない領域が取り囲まれる。このためにリードフレームは切欠き部分を有し、この切欠き内に、前記ドームが、支持体モジュールへのセンサモジュールの挿入の際に係合する。

少なくとも２つのドームの各自由端部の成形は、光ビーム、赤外線ビーム、レーザービームを用いた加熱処理又はホットコーキング処理と、それに続く成形処理とによって特に簡単に達成される。

支障のないポジションセンサの作動のためには、正確な位置決めが不可欠である。そのため支持体モジュールへのセンサモジュールの確実な位置決めは、有利には次のことによって達成される。すなわち、前記支持体モジュールが、少なくとも２つの載置要素を有し、各載置要素に少なくとも１つのドームが配設され、前記各載置要素は、支持体モジュールの表面よりも高い位置を有しており、それによってセンサモジュールが当該載置要素表面へ載置された際に、前記支持体モジュールの表面に対して間隔を有するようになる。

前記ドームは、載置要素と一体的に構成されることによって特に簡単に形成することができる。同じように有利には、載置要素も支持体モジュールと一体的に形成される。

前記載置要素のために、センサモジュールと支持体モジュールの間には隙間が生じる。別の有利な実施例によれば、この隙間に、弾性的な層が振動や揺動の減衰のために設けられる。この種の振動や揺動は、ポジションセンサをエンジンに取付けた場合に現われ、その値は４０ｇ近くまで達する。弾性的な層は、固定によって作用する負荷を著しく低減することができる。このような弾性層は、有利にはエラストマーフィルム、減衰マット、ジェル又はペースト状の層であってもよい。

射出成形部のフランジの他に、前記ドームと位置決め要素は、リードフレームの他の射出成形された領域及び／又は射出成形されていない領域と接触されてもよい。特にドームがリードフレームの射出成形されていない領域に接触するならば、ドームはより小さく構成することが可能になる。なぜならリードフレームの射出成形されていない領域は、射出成形された領域よりも厚みが少ないからである。このことは次のような利点につながる。すなわちより短い長さのドームに基づいて、それらで生じ得る緩みが大幅に少なくなることである。同様に作動中に生じる熱的膨張も少なくなる。前記ドームと位置決め要素は、この場合有利には、リードフレームの射出成形されていない領域の切欠き内に配置される。有利にはこれらの切欠きは、孔部、楕円状の貫通孔部として形成され、それらによって前記ドームと位置決め要素は完全に取り囲まれる。あるいは、前記切欠きは片側が開口した凹部として構成され、この場合には、前記ドームの一部が取り囲まれる。

ドームと位置決め要素が切欠き内に配設されている場合には、切欠きの総数を減じることが可能である。

センサモジュールと支持体モジュールとの良好でかつ簡単なコンタクト形成を達成するために、前記支持体モジュールとセンサモジュールに複数のコンタクト端子が設けられる。これらのコンタクト端子は、実質的に支持体モジュールの基準プレートとセンサモジュールに対して直角方向に延在している。このような構成はコンタクト端子の特に良好な電気的接続形成を達成させる。特に支持体モジュールのコンタクト端子は、有利には５０°〜１３０°の範囲の角度方向に配設される、
別の有利な実施例によれば、センサモジュールのコンタクト端子は負荷軽減に寄与する幾何学形状を用いて、特に丸みや角度を付けられてセンサモジュールのリードフレームに対して湾曲されている。この負荷軽減に寄与する幾何学形状は、特に大きな丸みを帯びた形状や角度付けられた複数の折曲げなどによって特徴付けられる。このようにして前記コンタクト端子は、技術的に必要とされる長さよりも長く構成することが可能になる。コンタクト端子のより長い長さは、支持体モジュールのコンタクト端子とセンサモジュールのコンタクト端子との間の電気的な接続の負担を軽減するのに役立つ。そのような負担は、不所望な引張りや緊張といった形で現われ、取付けの際の誤差によって、及び／又は作動中の温度変化によって生じ得るものである。

以下では図面に基づき本発明の実施例を詳細に説明する。

ポジションセンサの支持体モジュールをセンサモジュールと共に示した図 図１によるポジションセンサの取付け前を示した図 図１によるポジションセンサの取付け後を示した図 図１によるポジションセンサの第２実施例を示した図 図１によるポジションセンサの第２実施例を示した図 図１によるポジションセンサの第３実施例を示した図 図１によるポジションセンサの第３実施例を示した図

図１には、本発明によるポジションセンサが角度センサ１の形態で描写されている。この角度センサ１は、センサモジュール２と支持体モジュール３からなっている。センサモジュール２は、リードフレーム４を含んでおり、このリードフレーム４の上には、当該センサのための電子部品が配設されている。さらに前記リードフレーム４は、電子部品が配設されている領域に、それらの保護を目的としたプラスチックからなる射出成形部５を有している。この射出成形部５のためのプラスチックは、熱硬化性プラスチックのグループからなる。前記射出成形部５は、上側６と、下側７と、該上側６と下側７の間を囲繞するフランジ８としての縁部とを有するように構成されている。このフランジ８は、射出成形されたリードフレーム４の高さとほぼ同じところで延在している。

リードフレーム４は、その第１の端部９に、楕円状の切欠部１０を有している。またこのリードフレーム４はその第２の端部１１に、電気的なコンタクト端子１２〜１５を有している。

支持体モジュール３は基準プレート１６からなっており、そこには複数の電気的なコンタクト端子１７〜２０が設けられている。これらのコンタクト端子１７〜２０は、基準部レート１６を貫通しており、それによってこれらのコンタクト端子１７〜２０が当該基準部レート１６の下方領域において、（図には示されていないが）角度センサ１のための電気的な線路と接続可能である。また支持体モジュール３におけるこれらの電気的なコンタクト端子１７〜２０は、リードフレーム４の構成要素であってもよい。電気的なコンタクト端子１７〜２０乃至はリードフレーム４は、注文に応じて形成される、例えばエンジン制御機器との接続のためのプラグが接続可能であるプラグコネクタを形成する。

基準プレート１６の上側には、２つの載置要素２１が存在する。これらの載置要素２１は基準プレート１６の縁部において２つのドーム２２によって仕切られている。２つのドーム２２の他に、４つの位置決め要素２３も設けられている。前記コンタクト端子１７〜２０とは反対側の基準プレート１６には、載置要素２４が設けられている。この載置要素２４の上側には２つのドーム２２′が載置されている。この２つのドーム２２′の間には、さらに別の位置決め要素２３′が設けられている。

図２Ａ，Ｂには、センサモジュール２と支持体モジュール３の接合前後の角度センサ１が示されている。これに対してはセンサモジュール２が支持体モジュール３に載置される。位置決め要素２３における案内スロープ２５は、取り付けを容易にしている。載置要素２１が、負側のｚ軸方向でのセンサモジュール２の載置位置を決定しているのに対して、センサモジュール２のｙ軸方向の位置は、支持体モジュール３長手側の４つの位置決め要素２３によって確定されている。ｘ軸方向での支持体モジュール３に対するセンサモジュール２の位置は、電気的なコンタクト端子１７〜２０とは反対側にある位置決め要素２３′によって確定されている。センサモジュール２の電気的なコンタクト端子１２〜１５は、比較的長く、数度に亘って曲げられている。そのために、支持体モジュール３のコンタクト端子１７〜２０との固定的な電気的接続であっても、センサモジュール２の所期の可動性を可能にしている。この可動性は取付けの際の許容誤差の補償に用いられ、センサモジュール２の位置が重複して確定されることを防ぐ。図２Ｂに示されているように、センサモジュール２が支持体モジュール３に挿入された後で、ドーム２２，２２′の自由端部がホットコーキングによって溶融され変形する。それにより、変形した自由端部が射出成形部５のフランジ８の上と、センサモジュール２のリードフレーム４の第１の端部９の上に被さる。このようにして、センサモジュール２がｚ軸方向で固定される。

図３Ａ，Ｂによる別の実施例によれば、ドーム２２を介したセンサモジュール２の固定は、もはやセンサモジュール２の２つの長手側においてではなく、リードフレーム４の電気的なコンタクト端子１２〜１５の領域で行われる。これに対しては、複数のドーム２２が、２つのコンタクト端子１２〜１５の間にそれぞれ１つのドーム２２が位置するように配置されている。そして既にこれだけで十分な固定が得られるのにもかかわらず、図面では最外部のコンタクト端子１２と１５のさらに外側にそれぞれ１つのドーム２２が配置されている。

図４Ａ，Ｂに示されている角度センサ１は、図１に示されている角度センサ１と次の点で異なっている。すなわち電気的なコンタクト端子１７〜２０とは反対側の支持体フレーム３上の位置決め要素２３′が狭幅な構成となっている点である。これにより２つのドーム２２′の間の間隔も前述したような位置決め要素２３′によって狭くなっている。これによりここでのドーム２２′は楕円状の孔部１０内に位置決めされるようになる。

また前記全ての実施例においては、前記載置要素２１，２４の間の基準プレート１６の上側に、エラストマーフィルムの形態の弾性的な層（図示されず）が振動減衰のために設けられていてもよい。この種のエラストマーフィルムは、振動によって引き起こされる支持体モジュール３に対するセンサモジュール２のぶれを軽減し、プラスチックとメタルの間の異なる熱膨張係数に基づく膨張性のずれを補償する。

Claims (20)

1. ポジションセンサ、有利にはシャフトの回転角度を検出する角度センサであって、
   前記ポジションセンサの電子部品が配設され、当該電子部品と電気的な接続を形成するリードフレームと、
   プラスチックからなる射出成形部とを有しており、
   前記射出成形部は、少なくとも電子的な構成部品を包含し、それによって前記リードフレームと共にセンサモジュールを形成しており、
   さらに前記センサモジュールの複数の電気的な端子を有しており、
   前記複数の電気的な端子は、前記リードフレームによって形成されており、
   さらに支持体モジュールを有しており、
   前記支持体モジュールは、前記センサモジュールを収容し、さらに前記支持体モジュールは、前記センサモジュールの電気的な端子と導電的に接続される電気的な端子を有している、ポジションセンサにおいて、
   前記支持体モジュール（３）が少なくとも２つのドーム（２２，２２′）を有しており、前記２つのドーム（２２，２２′）の間に、前記センサモジュール（２）が配設されており、
   さらに前記ドーム（２２，２２′）の各自由端部が、前記センサモジュール（２）をその位置において挟み込むように変形していることを特徴とするポジションセンサ。
2. 前記支持体モジュール（３）は、センサモジュール（２）を案内するための少なくとも１つの位置決め要素（２３，２３′）を有している、請求項１記載のポジションセンサ。
3. 前記少なくとも１つの位置決め要素（２３，２３′）は、前記支持体モジュール（３）と一体的に接合されている、請求項２記載のポジションセンサ。
4. 前記少なくとも１つの位置決め要素（２３，２３′）は、前記センサモジュール（２）の縁部（８）が当該位置決め要素（２３，２３′）に当接するように支持体モジュール（３）に配設されている、請求項２記載のポジションセンサ。
5. 前記少なくとも１つの位置決め要素（２３，２３′）は、前記センサモジュール（２）のリードフレーム（４）の射出成形されていない領域が当該位置決め要素（２３，２３′）に当接するように支持体モジュール（３）に配設されている、請求項２記載のポジションセンサ。
6. 前記少なくとも１つの位置決め要素（２３，２３′）は、前記センサモジュール（２）に対して、少なくとも１つの軸線に沿った移動性を保護するように支持体モジュール（３）に配設されている、請求項２記載のポジションセンサ。
7. 前記少なくとも１つの位置決め要素（２３，２３′）は、前記センサモジュール（２）に対して、相互に直角に配置された２つの軸線に沿った移動性を保護するように支持体モジュール（３）に配設されている、請求項２記載のポジションセンサ。
8. 前記射出成形部（５）は、フランジとして構成された縁部（８）を有しており、該縁部が変形したドーム（２２，２２′）によって取り囲まれる、請求項１記載のポジションセンサ。
9. 前記変形したドーム（２２，２２′）によって、前記リードフレーム（４）の射出成形されている領域及び／又は射出成形されていない領域が取り囲まれる、請求項１記載のポジションセンサ。
10. 前記センサモジュール（２）が支持体モジュール（３）に挿入される際に、前記ドーム（２２，２２′）が前記リードフレーム（４）の切欠き（１０）内に係合する、請求項９記載のポジションセンサ。
11. 少なくとも２つのドーム（２２，２２′）の各自由端部が、光ビーム、赤外線ビーム、レーザービームを用いた加熱処理又はホットコーキング処理と、それに続く成形処理とによって変形される、請求項１から１０いずれか１項記載のポジションセンサ。
12. 前記支持体モジュール（３）は、少なくとも２つの載置要素（２１）を有し、各載置要素（２１）には少なくとも１つのドーム（２２，２２′）が配設されており、前記各載置要素（２１）は、支持体モジュール（３）の表面（１６）よりも高い位置を有しており、それによってセンサモジュール（２）が当該載置要素表面（２１）へ載置された際に、前記支持体モジュール（３）の表面（１６）に対して間隔を有するようになる、請求項１から１１いずれか１項記載のポジションセンサ。
13. 前記ドーム（２２，２２′）は前記載置要素（２１）と一体的に構成されている、請求項１２記載のポジションセンサ。
14. 前記載置要素（２１）は、前記支持体モジュール（３）と一体的に構成されている、請求項１２記載のポジションセンサ。
15. 前記支持体モジュール（３）と前記センサモジュール（２）との間に、弾性的な層、有利にはエラストマーフィルム、減衰マット、ジェル又はペースト状の層が設けられている、請求項１２記載のポジションセンサ。
16. 前記リードフレーム（４）の射出成形されていない領域は、ドーム（２２′）及び／又は位置決め要素（２３′）のための切欠き（１０）を有している、請求項１から１５いずれか１項記載のポジションセンサ。
17. 前記切欠き（１０）は、孔部、楕円状の貫通孔部、又は片側が開口した凹部として形成されている、請求項１６記載のポジションセンサ。
18. 前記切欠き（１０）内にドーム（２２′）及び／又は位置決め要素（２３′）が設けられている、請求項１６記載のポジションセンサ。
19. 前記支持体モジュール（３）のコンタクト端子（１７〜２０）は、実質的に基準プレート（１６）に対して直角方向に、有利には５０°〜１３０°の範囲の角度方向に配設されている、請求項１から１８いずれか１項記載のポジションセンサ。
20. 前記センサモジュール（２）の各コンタクト端子（１２〜１５）は、負荷軽減に寄与する幾何学形状、特に丸みを帯びた形状または角度付けられた複数の部分を伴った形状で湾曲している、請求項１９記載のポジションセンサ。

Images