JP2014089958A - 近接センサ - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の諸欠陥の少なくとも一つを改善し、また、有害な外的影響、例えば高温度及び汚染に対してより高い抵抗性、耐性を与え、及び/又はライフサイクルを延長し、また、信頼性を高めるような、近接センサを提供する。
【解決手段】磁場を発生させるためのコイル（１５）及び外部の物体により引起される磁場の変動を検出するためのセンサ回路（６２）を有し、該センサ回路（６２）が、回路板（１７）上に取付けられた少なくとも一つの半導体部品（３６、３７、６７、６９，７０，７１）を含み、該コイル（１５）及び該回路板（１７）が、ハウジング（２）内に配置されており、該ハウジングを介して、該磁場を伝播することができる近接センサであって、該半導体部品（３６、３７、６７、６９、７０、７１）が、気密封止され、かつ該回路板（１７）の表面（１８、１９）上に固定されている囲い（２０）内に収容されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、磁場を発生させるためのコイル及び外部の物体により引起される磁場の変動を検出するためのセンサ回路を持つ近接センサに関する。該センサ回路は、回路板上に搭載された少なくとも一つの半導体部品を含み、ここで該コイル及び該回路板は、ハウジング内に配置されており、該ハウジングを通して、該磁場が伝播される。

従来の上記型の誘導式近接センサは、オシレータ回路（発振回路）内にコイルを含み、該コイルは、該センサハウジングの検知面から所定の検知領域（センサ領域）に発散する磁場を発生する。該検知領域内の外部物体の移動又は該物体の該検知領域への移動は、該物体により引起される該磁場の変動に基づいて、該センサ回路により検出することができる。より正確には、該物体によって、及び/又は該発散される磁場と該物体内に発生した渦電流により引起される磁場との相互作用によって吸収される磁気エネルギーが、物体の検出のために利用される。

このような誘導式近接センサのもう一つのバージョンは、知られている（例えば、特許文献１参照）。該近接センサはコイルを含み、該コイルには周期的な電流パルスが供給され、結果として前記検知領域に発散される磁場が発生する。該発散磁場のために、外部物体内に電圧が誘導され、該電圧は、該近接センサ内への周期的な電流パルスの印加後に、該物体中に減衰電流を誘発する。その結果、該外部物体における該減衰電流は、各周期的電流パルスの印加後に、該近接センサの上記コイル内にある電圧を誘導する。これら誘導電圧の対応する測定シグナルは、該検知領域内での該外部物体の移動又は該物体の該検知領域への移動の検出を可能とする。

様々な検知機能に対するこれらセンサの広範囲に渡る利用は、特に工業プラント又は機械類、例えばロボットシステム、アセンブリーシステム、材料取扱いシステム等との関連での該センサの広範囲に渡る利用は、耐熱性、汚染防止及び耐用寿命サイクル（ライフサイクル）を含む様々なデバイスの特性に関して、より良好な性能及びより高い信頼性の達成を望ましいものとしている。

ＥＰ−Ａ０４９２０２９

従って、本発明の目的の一つは、上記諸欠陥の少なくとも一つを改善し、また、有害な外的影響、例えば高温度及び汚染に対してより高い抵抗性を与え、及び/又は初期に扱われた近接センサのライフサイクルを延長し、また信頼性を高めるような、該近接センサを提供することにある。

この目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の近接センサによって達成される。特許請求の範囲の従属項は、好ましい態様を規定する。

従って、本発明では、前記半導体部品を、前記回路板の表面上に固定されている気密封止された囲い内に収容することを提案する。該囲いは、該半導体部品を、該近接センサに及ぼされる外部からの衝撃に対して保護することを可能とし、またそのライフサイクルを延長するように寄与することを可能とする。特に、該半導体部品の半導体結晶における、及び該半導体部品の配線に及ぼされる、熱分解作用及び／又は腐食作用は、このような囲いを設けることによって、有利に減じることが可能となる。以下において、少なくとも一つの前記半導体部品を含む該気密封止された囲いを、「収納装置」と呼ぶ。

特に、本発明においては、とりわけ有害な外的影響に対して敏感な上記近接センサの部品の一つを、上記センサ回路内に収容されている半導体部品によって構成し得ることが、認識された。かくして、上記の有害な外的衝撃から、この弱点を保護するのに使用し得る特有の設備・対策が提案される。

本件に関連して、上記「半導体部品」なる用語は、特に半導体デバイス、例えばトランジスタ又はダイオードを意味し、またより一般的には、内部に含まれる半導体材料の電子的諸特性を利用する、任意の他の部品を意味する。例えば、該「半導体部品」なる用語はまた、１又はそれ以上の半導体デバイスを含む集積回路をも意味する。好ましい一用途においては、少なくとも一つの半導体部品が、近接センサの特に敏感な要素を代表するトランジスタによって与えられる。

引続き、前記近接センサ及びそこに含まれている電子部品の抵抗性及び/又は耐久性を、更に改善するための様々な特徴を説明する。

好ましくは、前記収納装置は、減圧下に置かれ、又は不活性ガスで満たされ、また該収納装置は、不活性雰囲気又は真空雰囲気を維持するために、気密封止される。このように、腐食及び外部からの汚染に対する良好な保護が達成され、また、高温度及び熱サイクルに曝された状態における該センサの動作寿命及び信頼性を改善することができる。好ましくは、該収納装置は、該不活性雰囲気を与えるために、窒素で満たされる。或いはまた、該収納装置内を真空雰囲気とすることを考えることもできる。

好ましくは、前記収納装置は蓋を含む。この蓋は、該収納装置内部の気密封止された容積の範囲を定め、及び／又は前記半導体部品に係る追加の上部の機械的保護を与えるために使用し得る。より好ましくは、該蓋は、金属製又はセラミックス製である。金属製又はセラミックス製の蓋は、良好な保護及び/又は気密封止との組合せで、容易に設置されるという利点を与える。

好ましくは、前記収納装置は、支持部分を含み、該支持部分は、前記半導体部品が固定されている側部及び前記回路板に固定された対向する側部を有している。該支持部分は、好ましくは該回路板の熱膨張、特に該回路板の機械的温度係数と、高くとも５０ｐｐｍ／℃、より好ましくは高くても１０ｐｐｍ／℃なるズレにて一致する温度係数を持つ材料からなっている。該温度係数の一致は、高い動作温度での熱サイクルによって誘発される前記近接センサの損傷を防止するのに利用し得る。

熱膨張係数又は線形熱膨張係数とも呼ぶことのできる前記用語「機械的温度係数」とは、温度が１Ｋだけ変えられた際の、各機械的な寸法の相対的な変化として理解すべきである。

前記収納装置の支持部分と前記回路板との間の前記機械的温度係数の一致は、好ましくは、少なくとも該近接センサの意図された動作温度の所定範囲に渡り与えられる。該温度範囲は、例えば少なくとも１８０℃、より好ましくは少なくとも２５０℃なる上限温度値、及び／又は高くても０℃、より好ましくは高くても−２５℃なる下限温度値を含むことができる。好ましくは、例えば該機械的温度係数で表されるような、各熱膨張は、該意図された動作温度範囲に渡り実質上一定である。

好ましくは、前記収納装置用の材料は、排他的に無機物質、例えばセラミックス、金属及び／又はガラスを含む。前記収納装置の支持部分と前記回路板との間の前記熱膨張に係る有利な一致を達成するために特に好ましい材料は、該収納装置の支持部分に設けられたセラミックスを含む。より好ましくは、少なくとも該収納装置の支持部分は、完全にセラミックスからなっている。

前記回路板用に適した材料は、耐熱性プラスチック、セラミックス、ガラス及びエナメル処理された（ほうろう処理された）金属を含む。前記収納装置の支持部分との熱膨張性の一致を確保するのに好ましい該回路板の材料は、耐熱性ポリイミドを含む。より好ましくは、ポリ（ジフェニルオキシド）−ピロメリトイミド（すなわち、ポリ（４，４’−オキシジフェニレン−ピロメリトイミド）が使用される。この材料は、「カプトン（Ｋａｐｔｏｎ^Ｒ）」（登録商標）としても知られており、広い温度範囲、例えば−２００℃から４００℃までに渡り利用でき、易燃性（可燃性）を示さず、また融点を示さないという利点を与える。好ましくは、該回路板は、また強化材料、好ましくはガラス材料をも含んでいて、より適した熱膨張性及びより高い機械的安定性を与える。

好ましくは、前記センサ回路は、相互に熱的に連結された少なくとも２つの半導体部品を含む。好ましくは、該半導体部品間の熱的連結は、該半導体部品間の熱的接続物質により与えられ、これは、該半導体部品間の熱交換（温度交換）を可能とする。好ましくは、前記収納装置は、該熱的接続物質を含む。好ましくは、該熱的接続物質は、無機材料、より好ましくはセラミックスである。このように、高い動作温度にて起る漏洩電流は、相殺することができる。

好ましい構成によれば、少なくとも２つのトランジスタが相互に熱的に連結される。即ち、差動トランジスタ対、トリプレット又はより多数のトランジスタからなる平衡回路部品、又はより一般的には数個の半導体部品を含む等価な回路部品を設けて、前記近接センサの高い動作温度における漏洩電流による逆効果を回避することができる。これによって、少なくとも２つの連結された半導体部品は、好ましくは並列配置にある該センサ回路内に収容される。より好ましくは、該半導体部品は、その各ベース端子及び／又はエミッタ端子間の接続を介して、相互に連結されている。特に、高温において発生する該漏洩電流を打ち消すために、該センサ回路における平衡対内のトランジスタの配列を考えることができる。例えば、一つのトランジスタのエミッタパッドを、次のトランジスタのベースパッドと接続することができる。より一般的には、並列又は直列状態或いは並列及び直列接続のハイブリッド配列で動作する、差動対、トリプレット又はより多数の半導体部品を想起することができ、ここで少なくとも２つの半導体部品の並列状態での配列が、より高温度での安定性を実現するためには好ましい。

好ましくは、前記の相互に熱的に連結された少なくとも２つの半導体部品は、同一の収納装置内に収容されている。より好ましくは、別の収納装置を、複数の相互に熱的に連結された半導体部品の各々及び／又は前記回路板に設けられた単一の半導体部品各々に対して設ける。このようにして、前記センサ回路内の該半導体部品の密な配列を実現することができ、ここで外的な衝撃に対する良好な保護及び高温度における低感度性・不感受性を、各熱的に連結された半導体部品の配列に対して与えることができる。

より一般的には、前記回路板上に搭載された、実質上全ての半導体部品、又は少なくとも全ての温度及び／又は汚染に対して敏感な半導体部品は、好ましくは一つの収納装置内に収容される。これにより、１個、数個又は全ての半導体部品を、該回路板の表面上に固定された、単一の又は数個の収納装置内に収容することができる。好ましくは、各々少なくとも一つの半導体部品が収容されている、少なくとも２つの収納装置が、該回路板の表面上に固定されている。より好ましくは、別の収納装置を、本質的に温度及び／又は汚染に対して敏感な半導体部品各々及び／又は複数の相互に熱的に連結された半導体部品の各々に対して、該回路板の表面上に設ける。このようにして、個々の半導体デバイス配列の個別の保護が実現され、結果として著しく損傷し易い局部的な点における汚染及び温度作用に対する、該センサ回路全体の感受性を下げることが可能となる。

好ましくは、前記センサ回路は、更に、前記半導体部品の収納装置から外部に前記回路板上に搭載された電子部品、例えばレジスタ、キャパシタ、サーミスタ等を含む。これらの外部電子部品は、好ましくは無機材料、特にセラミックスを含む。更に、これは、特に該回路板と該センサ回路との間の温度係数を一致させることにより、前記近接センサの温度に対する不感受性を改善するのに寄与し得る。

好ましくは、実質的に無機成分のみが、前記回路板上及び／又は前記収納装置内部に設けられる。より好ましくは、合成又は可塑性成分が、該回路板上及び／又は該収納装置内部に設けられることは全くない。最も好ましくは、排他的にセラミックス及び／又は半導体及び／又は金属部品が、該回路板上及び／又は該収納装置内に配置される。好ましくは、該回路板自体のみが、耐熱性材料の部品からなっている。好ましくは、該回路板上の部品を接続している導電体は、少なくとも部分的に該回路板の表面に付着され、かつ貴金属、好ましくは金でメッキされている。

前記収納装置内に収容されている前記少なくとも一つの半導体部品を前記回路板に電気的に接続するために、該収納装置は、好ましくは少なくとも２つの接続パッドを含み、該パッドは該回路板上の導体と電気的に接続されている。特に、該収納装置内部の接続パッドと電気的接続状態にある該収納装置の底部における対応する接点は、好ましくは該回路板上の各接点に接着されている。

好ましくは、前記半導体部品の少なくとも一つのパッドと前記収納装置内部の該収納装置の接続パッドとの間の前記電気的接続は、熱圧接法により作られている。金製ワイヤを接続部として使用することが好ましい。好ましくは、少なくとも一つの接続パッドは、金の金属化層を含む。該半導体部品と前記回路板との電気的接続に関するこれらの手段は、更に前記近接センサの改善された高い耐熱性に対して寄与することができ、また、特に、少なくとも一つの半導体部品をその内部に収容している該収納装置及び該回路板の温度係数の適合に対して寄与することができる。その上、単一の型の金属の使用は、金属部分の接合におけるイオンマイグレーションの効果を減じる可能性がある。

好ましくは、前記回路板は、成形材料により包囲されている。一方において、該成形材料は、高温度、汚染及び機械的な衝撃に対する付随的な保護のために、該回路板のカプセル化を可能とする。他方において、該成形材料は、該回路板に対して該収納装置及び/又は他の部品を付随的に固定するために使用することができる。

更に、前記成形材料は、高温度下でのガスの存在による、金属部品、特に金属製接続部の酸化を防止し或いは遅延することを可能とする。好ましくは、柔軟性の成形材料を適用する。より好ましくは、該成形材料はエポキシである。最も好ましくは、特に少なくとも１５０℃なるガラス転移温度Ｔｇを持つ耐熱性エポキシを適用する。

前記回路板上に固定されている前記収納装置及び／又は他の電子部品を付随的に保護するために、好ましくは体積フィラーを、前記成形材料と該回路板の表面の少なくとも一部との間に配置する。好ましくは、該体積フィラーは、該回路板の両側表面上に配置される。該体積フィラーは、好ましくは、前記成形材料と該回路板の各表面の少なくとも一部との間の内部容積を満たすために、圧縮性の空間的に広がった物体により構成される。好ましくは、該体積フィラーは、該収納装置及び／又は該回路板の表面から突出している他の電子部品の垂直方向の高さを越える厚み、好ましくはその少なくとも２倍の厚みを成す。より好ましくは、該体積フィラーは、該回路板及び該収納装置及び／又は該回路板の表面から突出している他の電子部品の併せた厚みを越える、好ましくはその少なくとも２倍の厚みを成す。

好ましくは、一つの収納装置の少なくとも外側表面又は幾つかの収納装置の外側表面又は一つの半導体部品を含む各収納装置の外側表面は、前記体積フィラーで覆われている。より好ましくは、電子部品を備えている前記回路板の実質的に全ての表面部分が、該体積フィラーで覆われている。

好ましくは、前記体積フィラーは、特に前記回路板の一様でない表面部分に関して、適合性であり及び／又は付形可能とするために、柔軟性材料を含み、該一様でない表面部分において、前記収納装置及び／又は他の部品が突出している。該体積フィラーのこのような形状に係るカスタマイズは、前記成形材料により占有される体積を減じる目的で、該体積フィラーにより該収納装置及び／又は他の部品を実質的に十分に取囲むことが有利であり得る。本発明において、該成形材料の体積におけるこのような減少が望ましいことであることが認識されており、その理由は、該成形材料が、より大きな機械的温度係数を示す可能性があり、また、結果として有意な内部圧力の増加に対して寄与する可能性があるからである。これは、該成形材料により占有される体積を抑制することにより、回避することができる。該体積フィラーの柔軟性はまた、該部品の熱膨張応力の吸収を保証するのに有利であり得、更にこれは、前記近接センサに及ぼされる機械的衝撃に対する前記電子部品のより良好な保護を可能とする。該体積フィラーはまた、熱膨張作用又は機械的な衝撃のより一層高い補償を実現するために、互いの上に、特に該回路板の各側面上に積み重ねられた、少なくとも２つの層を含むことができる。

好ましくは、前記体積フィラーは、合成ゴムフォーム、特にフルオロポリマーエラストマーを含み、これはまた、「ビトン（Ｖｉｔｏｎ^Ｒ）」（登録商標）なる名称の下に一般的に知られている。このような材料は、特に付形性、熱膨張応力の吸収性及び耐熱性、耐汚染性及び耐衝撃性の観点から、上記利点を持つ体積フィラーとして特に適したものである。

好ましい構成によれば、前記体積フィラーは、前記収納装置及び／又は前記回路板上の他の部品と直接的に隣接している。前記近接センサの製造中に、該体積フィラーは、好ましくは該回路板の上面及び／又は下面夫々の上に設けられる。次いで、好ましくは僅かな圧力を、該体積フィラーに適用して、該収納装置及び／又は該回路板上の他の部品の回りへの、絞り嵌めを実現する。該回路板上のその緊密な位置における、該体積フィラーの固定は、好ましくは該体積フィラー及び該回路板の回りに巻き付けられたホイル又はテープによってもたらされる。好ましくは、該ホイル又はテープは、「テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ^Ｒ）」（登録商標）としても知られるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又は類似する諸特性を持つ熱可塑性ポリマーを含む。この成型工程の完了後、該回路板上への該体積フィラーの付随的な固定は、前記包囲する成形材料によって与えることができる。

好ましくは、前記近接センサの前記ハウジングの実質的に全ての内部容積は、前記成形材料及び／又は前記回路板を包囲する前記体積フィラー及びその上の部品によって満たされている。このようにして、該内部容積の汚染を、効果的に回避することを可能とし、また、高い液密性及び／又は気密性を実現することができる。該成形材料及び／又は該体積フィラーの設置はまた、特に該近接スイッチの高温度下での動作中に、該回路板上に搭載された前記電子部品及び／又は該回路板上に印刷された導電体の付随的な固定手段としても役立ち得る。該近接スイッチの高温動作において、該回路板上の直接的固定手段は、弱められる。

好ましくは、前記発散する磁場を発生させるための前記コイルは、前記近接センサ用ハウジングの前面部分に、より好ましくは該磁場が伝播し得る該ハウジングの前部壁と直接接続された状態で配列され、ここで該前部壁の外側表面は、該近接センサの活性領域を構成することができる。該回路板は、好ましくは該コイルの背後に、該近接センサの長手方向における、該回路板の想像上の広がりが、該コイルの直径を横切るように配置される。

好ましくは、高い透磁率を有する磁性材料を含むコア、特にフェライト又は鉄粉末コアが、前記コイルの内部に配置されている。好ましくは、該コア材料は、少なくとも２００℃、より好ましくは少なくとも３００℃なるキューリー温度Ｔｃを示し、結果として前記近接センサのより高い動作温度における性能の劣化を回避する。好ましくは、該コイル及び該内部コアは、リング状の形状にある。

好ましくは、前記ハウジングはステンレススチール、より好ましくはオーステナイト型のステンレススチールからなる。この材料は、機械的な衝撃に対して完全（ｓｏｌｉｄ）な保護をもたらし、また、前記成形材料と一致し得る熱膨張性を持つという、付随的な利点をも有する。特に、該ハウジングは、少なくとも０℃〜２５０℃なる温度範囲に渡り、例えば、約１５〜２０ｐｐｍ／℃なる範囲の、例えば約１７ｐｐｍ／℃なる機械的温度係数によって表されるような、熱膨張性を示すことができる。或いはまた、該ハウジングにおける低い電気的損失が最も重要である場合には、フェライト型のステンレススチールが好ましい。

好ましくは、前記ハウジングは円筒状であり、結果として前記回路板並びに該回路板の良好な保護を可能とする、所定量の前記成形材料及び体積フィラーを受取るのに適した内部幾何形状を与える。該ハウジングは、単一の部品からなるものであり得、又は数個の部品で構成されるものであり得る。特に、該ハウジングは、閉じられた前端部を含む或いは解放前端部を含む、実質上円筒状のハウジング本体を含むことができる。後者の場合において、好ましくは、前記スイッチの活性領域を持つ前部壁を構成する前部キャップが設けられる。

前記近接センサの好ましい動作温度範囲は、少なくとも１８０℃、より好ましくは少なくとも２５０℃なる温度を含むことができる。

以下においては、本発明の更なる特性及び利点を例証する添付図を参照しつつ、好ましい態様によって、本発明を更に詳しく説明する。これら添付図、説明、及び特許請求の範囲は、当業者が別途に予想することができ、また更に適切な組合せとして使用することのできる組合せとしての多数の特徴を含む。ここで、添付図は、以下の通りである：
図１は、本発明による近接センサの分解図を示すものである。 図２は、図１に示された近接センサを通る、長手方向の横断面に沿った斜視図である。 図３は、図１及び図２に示された近接センサの縦断面を示す図である。 図４は、蓋のない、半導体部品用の収納装置（囲い）の平面図である。 図５は、蓋を含む、図４に示された収納装置の平面図である。 図６は、図４及び５に示された収納装置の線ＶＩに沿った断面図である。 図７は、センサ回路の一部に関する模式的な略図である。

図１〜３は、近接スイッチとも呼ばれる誘導近接センサ１を示すものであり、該センサは前部キャップ３によって閉じられているハウジング２を含む。ハウジング２は、近接センサ１の電子構成要素１０を受取るための内部空間６へのアクセスを与える、解放前端部５を備えた実質的に円筒形状の本体部分４を含んでいる。

ハウジング２の後端部は、中心部開口を画成する、減じられた直径を持つ後方部分７によって構成され、該中心部開口を介して、数本の電線８を、内部空間６から外部領域へと導くことができる。ハウジング本体４は、約１７ｐｐｍ／℃なる機械的温度係数によって表されるような熱膨張性を持つ、オーステナイト型ステンレススチールからなり、該熱膨張性は、ハウジング２の内部に設けられた成形材料９の熱膨張性と実質的に一致している。

前部キャップ３は、円筒状の側壁１１を持ち、該側壁の外径は本体部分４の内径と実質的に対応しており、これは、ハウジング２の前端部５への正確な取付けを可能とする。本体部分４の内部への前部キャップ３の永久的な固定は、成形材料によって与えられる。前部キャップ４の前端部は、前部壁１２によって覆われている。前部壁１２の外側表面は、近接センサ１の活性領域を構成しており、該センサを介して、磁場を発散させることができる。該活性領域は、ハウジング２の前端部５まで、ハウジング２の長手方向に配向されている。

近接センサ１の電子構成要素１０は、フェライトコア１６を備えたコイル１５及びセンサ回路が配置される上部表面及び下部表面１８、１９を備えた回路板１７を含んでいる。

コイル１５はリング状の形状であり、また、前部壁１２の内側表面と実質上直接的に隣接している。また、フェライトコア１６もリング状の形状であり、また、その外径は、本質的にコイル１５の内径と対応している。フェライトコア１６の長手方向の長さは、コイル１５の長手方向の長さを僅かに越えており、結果としてフェライトコア１６は、コイル１５の内周部からハウジング２の後方側部に向かって突出している。コア１６のフェライト材料は、３００℃を越えるキューリー温度Ｔｃを示す。このようにして、高い動作温度におけるフェライトコア１６の性能の劣化を回避することができる。

回路板１７上に設けられた前記センサ回路は、別の収納装置２０を含み、該収納装置各々は、回路板１７の上部表面、下部表面１８、１９上に固定され、また、表面１８、１９上に不均一に分配されている。このようにして、各収納装置２０内に収容された少なくとも一つの半導体部品は、回路板１７に搭載される。本例において、収納装置２０内部の該少なくとも一つの半導体部品は、トランジスタとして与えられる。

幾つかの接触領域２２、２３が、回路板１７の表面１８、１９上に設けられており、これは、前記センサ回路との電気的接続の確立を可能とする。特に、後方接点２２は、表面１８の後方部分の中心に配置されており、また、前方接点２３は、表面１８の前方部分上の横方向に配置されている。接触領域２２、２３は金製の金属化層を有し、結果としてより高い動作温度における接点２２、２３との電気的接続の性能における劣化を防止している。

後方接点２２は電線８に接続されている。電線８は、回路板１７上のセンサ回路に電力を供給し、また、コイル１５により発散される磁場の検出された変動、特に該発散された磁場の検知領域内部において、外部の物体により誘発された磁気的な変動に基づいて、該センサ回路内に発生する出力シグナルを伝播させるように機能する。電線８は、３本のケーブルを含む。電線８に係るもう一つの好ましい態様においては、２本又は４本のケーブルを設けることができる。

前部接点２３は、回路板１７上の前記センサ回路と、コイル１５との電気的な接続を確立するために、特に磁場発生のための電力をコイル１５に供給するために、また、外部の物体によって誘発された磁場変動の検出を可能とするために使用される。

回路板１７上の前記センサ回路は、図１〜３には図示されていない更なる電気的な部品を含む。回路板１７上に配置された電気的部品の実体が模式的に描かれている、該センサ回路に関する例示的な回路図の一部は、図７に示されており、これを、以下において更に詳しく説明する。該電子部品を相互に接続している導体を除き、回路板１７上の収納装置２０の外側に配置された該センサ回路の実質的に全ての電子部品は、セラミックス又は導電性材料からなっている。このようにして、より高い動作温度における近接センサ１の性能の劣化を、更に最小化することができる。

回路板１７は、「カプトン（Ｋａｐｔｏ^Ｒ）」（登録商標）とも呼ばれるポリ（ジフェニルオキシド）−ピロメリトイミドからなり、これはより高い機械的安定性を与えるべく、繊維ガラス材料で強化されている。これら耐熱性材料の使用は、温度-誘発性分解作用を回避するために、更なる改善を可能とし、この使用は、回路板１７の熱膨張性と回路板１７上に配置される前記電子部品、特に収納装置２０の温度係数とを一致させることを可能とする。かくして、特に、約１０ｐｐｍ／℃なる均一な機械的温度係数を、広い温度範囲に渡って与えることができる。

回路板１７の上下表面１８、１９上には、各体積フィラー２７、２８が配列される。体積フィラー２７、２８の長さ及び幅は、上部に電子部品が設けられている表面１８、１９の長さ及び幅と実質上対応している。従って、実質上全ての、前記センサ回路の電子部品、特に収納装置２０は、体積フィラー２７、２８によって覆われている。各体積フィラー２７、２８の厚みは、回路板１７及び各表面１８、１９から垂直に突出している収納装置２０の厚みの総和を、その２倍よりも大きく越える。かくして、該電子部品が回路板１７から突出している、体積フィラー２７、２８の垂直方向における空間的な伸びが与えられ、これは、機械的衝撃、熱及び汚染に対する良好な保護を可能とする。

上部体積フィラー２７及び下部体積フィラー２８は、「ビトン（Ｖｉｔｏｎ^Ｒ）」（登録商標）とも呼ばれるフルオロポリマーエラストマー形状にある合成ゴムからなっている。該材料特性の一つは、その柔軟性であり、これは、収納装置２０を包含する前記電子部品を上部に搭載される場合に、該フィラーを、不均質な表面１８、１９の形状に適合させることを可能とする。このことは、体積フィラー２７、２８が、収納装置２０及び回路板１７上の他の電子部品と、その上部面のみならず、その側面においてさえ、実質上直接的に隣接することを可能とする。更に、このことは、体積フィラー２７、２８が、中間的な表面部分において、回路板１７と、実質上直接的に隣接することを可能とし、該中間的な表面部分において、収納装置２０も他の電子部品も、回路板１７から突出することは全くない。

体積フィラー２７、２８に含まれている前記フルオロポリマーエラストマーに関する他の利点は、熱、衝撃及び汚染に対する優れた隔離性並びにより高い動作温度における、回路板１７上の前記電子部品の熱膨張応力を吸収する能力である。回路板１７の表面１８、１９に関する、体積フィラー２７、２８の有利な形状適合性を与える目的で、体積フィラー２７、２８には、その表面１８、１９に対して加圧処理が施され、また、「テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ^Ｒ）」（登録商標）製テープを適用することにより、該フィラーはこの位置に固定される。

体積フィラー２７、２８の回路板１７上への更なる固定化は、その後、成形材料９の適用により、体積フィラー２７、２８と回路板１７とをサンドイッチ状にオーバーモールディングすること（ｏｖｅｒｍｏｌｄｉｎｇ）により実現される。該オーバーモールディング作業中に既に、体積フィラー２７、２８は、回路板１７上の電子部品の機械的な保護手段として機能している可能性がある。対照的に、成形材料９が回路板１７上の電子部品に直接適用される場合には、該オーバーモールディング手順は、可能な損傷を起こす危険性をもたらす恐れがある。

成形材料９は、高温による衝撃に対する抵抗性を更に高めるために、１５０℃を越えるガラス転移点Ｔｇを持つ耐熱性エポキシである。前記成形工程の完了後、ハウジング２の実質上全ての内容積３は、成形材料９及び回路板１７を取巻く体積フィラー２７、２８並びにその上に設けられた部品によって満たされる。

回路板１７の平坦な形状に比して、ハウジング２が円筒状の幾何形状にあるために、成形材料９及び体積フィラー２７、２８の体積占有率は、かなり大きい。即ち、内容積３の汚染の危険性は大幅に減じられ、また優れた断熱性がもたらされる。

図４は、収納装置２０を描いた図であり、ここで収納装置２０上部の蓋３２は、収納装置２０内部の構成を示す目的で取り除かれている。収納装置２０は、セラミックス製本体３１を含んでいる。セラミックス製本体３１のベースは、平坦な支持部分３３によって作られている。外側の側壁３４は、垂直方向に、収納装置２０内部の内容積３５の境界を定めている。セラミックス製本体３１は、実質上方形（ｑｕａｄｒａｔｉｃ）の断面を有している。

支持部分３３は、２つの半導体デバイス３６、３７、より特定的にはトランジスタの支持体として使用される。トランジスタ３６、３７は相互に隣接しており、また、支持部分３３の上部表面上に固定されている。３つの第一接続パッド４１、４２、４３が、第一のトランジスタ３６と隣接して、支持部分３３上に配置されている。３つの第二接続パッド４４、４５、４６が、第二のトランジスタ３７と隣接して、支持部分３３上に配置されている。第一接続パッド４１、４２、４３及び第二接続パッド４４、４５、４６は、各々支持部分３３の対向する側において、連続的に配列されており、結果としてトランジスタ３６、３７がこれらに挟まれるように配列される。全ての接続パッド４１、４２、４３、４４、４５、４６は金製の金属化層を含む。

各金製ワイヤ５１、５２を介して、第一のトランジスタ３６のコレクタ端子及びベース端子が、第一接続パッド４１、４２、４３のうちの２つの外側接続パッド４１、４３に接続されている。各金製ワイヤ５３、５４を介して、第二のトランジスタ３７のコレクタ端子及びベース端子が、第二接続パッド４４、４５、４６のうちの２つの外側接続パッド４４、４６に接続されている。このようにして、回路板１７上に設けられた前記センサ回路におけるトランジスタ対３６、３７の並列関係にある回路部品の配列が実現される。これら両トランジスタ３６、３７のエミッタ端子は、相互に接続されており、また、この相互の接続は、回路板１７上の該センサ回路と直列接続関係で配列されている。これら両トランジスタ３６、３７は、セラミックス本体３１の支持部分３３上に配列されている。かくして、セラミックス本体３１は、トランジスタ３６、３７間の熱的接続物質を構成する。このようにして、平衡トランジスタ対を持つ回路部品が、収納装置２０の内部に与えられ、これは、該センサ回路のより高い動作温度において起る、高い漏洩電流に起因する有害な作用発生の防止を可能とする。

図５は収納装置２０を描いた図であり、ここで蓋３２は、収納装置２０の上部に取り付けられている。蓋３２は金属製であり、また、トランジスタ対３６、３７の内部配線が施された後に、収納装置２０上に適用される。蓋３２の金属組成は、設置を容易にするのに適しており、また、優れた機械的保護及び収納装置２０の内容積３５の気密封止を与えることを可能とする。

図６は、図４に示した接続パッド４４、４６上の金製ワイヤ５３、５４が取付けられた位置における、図５に示された収納装置２０の断面図を示すものである。金製ワイヤ５３、５４は熱圧接結合５５、５６を介して、接続パッド４４、４６の前記金製金属化層に取付けられている。このようにして、熱−誘発性分解、劣化及び腐食に対する耐性が、更に改善される。

第二接続パッド４４、４５、４６は、支持部分３１の下部表面上の各底部接点５７、５８、５９に電気的に接続されている。対応する底部接点が、第一接続パッド４１、４２、４３に対しても与えられている。収納装置２０は、回路板１７の各表面１８、１９上に固定されている。これにより、底部接点５７、５８、５９は、耐熱性ハンダによって回路板１７上の各接点に取り付けられている。このようにして、回路板１７上への収納装置２０の、優れた耐腐食性及び耐熱性を持つ固定手段が与えられる。特に、近接センサ１の高温における動作中の、この回路板１７上への固定は、回路板１７の回りに成形材料９及び体積フィラー２７、２８を適用した後には、更に改善される。

収納装置２０を回路板１７上に固定した後、実質上収納装置２０の支持部分３４のみが、回路板１７の表面１８、１９と直接接触した状態となる。従って、有利なことに、収納装置２０と回路板１７との間の熱膨張性は、回路板１７及び収納装置２０用の有利な材料選択のために、一致させることが可能となる。更に、セラミックス本体３１は、トランジスタ３６、３７間の有利な熱的結合をもたらす。

収納装置２０の内側空間３５は、窒素で満たされている。セラミックス本体３１と金属製の蓋３２との間に設けられた気密封止のために、内側空間３５内の不活性雰囲気は、比較的長い期間に渡り維持することができる。不活性雰囲気３５は、腐食、汚染及び熱−誘導劣化作用を回避するという、更なる改善へと導き、また、近接センサ１の長い耐用年数の達成に寄与する。

図７は、図１〜３に示された近接センサ１の回路板１７上に設けることのできる、センサ回路６２の回路図を示す図である。センサ回路６２は、収納装置２０から外側に、回路板１７上に搭載された電子部品を含んでいる。これらの部品は、例示的な様式で図７に示されたように、サーミスタ、レジスタ６４、６６及びキャパシタ６５を含む。これら部品６４、６５、６６の全ては、セラミックス及び／又は導体で構成されている。半導体結晶を含む他の部品、例えば単一のトランジスタ６７及び結合トランジスタ対６９、７０、７１等は、収納装置２０の一つの内部に配列されている。

かくして、プラスチック部品ではなく、殆どのセラミックス部品は、収納装置２０から外側に回路板１７上に設けられているが、但し、回路板１７上の電子部品６４、６５、６６、６９、７０、７１を相互に接続している導体６８及び電子部品内部に配列された導体、例えば誘導要素内の導体等を除く。電子部品６４、６５、６６、６９、７０、７１を相互に接続している導体６８は、回路板１７上に印刷される。

例示的な様式で図７に示された如く、熱的に結合されたトランジスタ対６９、７０、７１は、並列配置でセンサ回路６２内に収容されている。トランジスタ対６９、７０、７１は、これらのエミッタ端子の接続を通して結合されている。トランジスタ対６９、７１において、エミッタ端子の各相互接続は、センサ回路６２と直列関係で接続されている。トランジスタ対７０の結合も、各ベース端子間の相互接続を含む。センサ回路６２内のトランジスタ対６９、７０、７１の配列は、各コレクタ端子及び／又はベース端子の、センサ回路６２との各接続を備えている。

トランジスタ回路６９、７０、７１は差動対を構成し、該差動対において、トランジスタは、近接センサ１の高い動作温度において起る漏洩電流に対する感度を低くするために、バランス良く調整されている。センサ回路６２の全ての差動対６９、７０、７１は各一つの収納装置２０内に収容されている。このようにして、センサ回路６２の大幅に低下された温度感受性が、密な回路設計と組合わされる。更に、センサ回路６２のとりわけ敏感な部品６９、７０、７１が熱、腐食、汚染及び機械的な衝撃に対して個別に保護されている。

上記説明から、添付された特許請求の範囲によってのみ規定される本発明の保護範囲を逸脱することなしに、本発明による近接センサに係る多くの改良が、当業者には明らかである。

１ （誘導）近接センサ ２ ハウジング
３ 前部キャップ ４ 本体部分
５ 開放前端部 ６ 内部空間
７ 後方部分 ８ 電線
９ 成形材料 １０ 電子構成要素
１１ 円筒状の側壁 １２ 前部壁
１５ コイル １６ コア
１７ 回路板 １８、１９ 回路板表面
２０ 囲い（収納装置） ２２ 後方接点
２３ 前部接点 ２７、２８ 体積フィラー
３４ 支持部分
３６、３７、６７、６９、７０、７１ 半導体部品
４１、４２、４３、４４、４５、４６ 接続パッド
６２ センサ回路 ６４、６５、６６ 電子部品

Claims (14)

1. 磁場を発生させるためのコイル（１５）及び外部の物体により引起される磁場の変動を検出するためのセンサ回路（６２）を有し、該センサ回路（６２）が、回路板（１７）上に搭載された少なくとも一つの半導体部品（３６、３７、６７、６９、７０、７１）を含み、該コイル（１５）及び該回路板（１７）が、ハウジング（２）内に配置されており、該ハウジングを介して、該磁場を伝播することができる近接センサであって、該半導体部品（３６、３７、６７、６９、７０、７１）が、気密封止され、かつ該回路板（１７）の表面（１８、１９）上に固定されている囲い（２０）内に収容されていることを特徴とする近接センサ。
2. 不活性な雰囲気を維持するために、前記囲い（２０）が減圧下にあり、又は不活性ガスで満たされていることを特徴とする請求項１記載の近接センサ。
3. 前記囲い（２０）が支持部分（３４）を含み、該支持部分は、前記半導体部品（３６、３７、６７、６９、７０、７１)が固定されている側部及び前記回路板（１７）に固定されている対向する側部を有しており、該支持部分（３４）が、５０ｐｐｍ／℃未満、より好ましくは１０ｐｐｍ／℃未満なるズレにて、該回路板（１７）の温度係数と一致している温度係数を持つ材料からなっていることを特徴とする請求項１又は２記載の近接センサ。
4. 前記囲い（２０）が、実質的に１又はそれ以上の無機物質からなっていることを特徴とする請求項１〜３の少なくとも１項に記載の近接センサ。
5. 前記センサ回路（６２）が、相互に熱的に連結された少なくとも２つの半導体部品（３６、３７、６７、６９、７０、７１）を含み、該熱的に連結された半導体部品（３６、３７、６７、６９、７０、７１）が、前記囲い（２０）内に収容されていることを特徴とする請求項１〜４の少なくとも１項に記載の近接センサ。
6. 少なくとも一つのトランジスタ（３６、３７、６７、６９、７０、７１）が収容されている、少なくとも２つの囲い（２０）が、前記回路板の表面（１８、１９）上に固定されていることを特徴とする請求項１〜５の少なくとも１項に記載の近接センサ。
7. 前記センサ回路（６２）が、前記回路板（１７）上に前記囲い（２０）から外側に据付けられた電子部品（６４、６５、６６）を含み、該電子部品（６４、６５、６６）が、実質的に無機物質のみを含むことを特徴とする請求項１〜６の少なくとも１項に記載の近接センサ。
8. 前記囲い（２０）が、前記回路板（１７）上で、導体（６８）と電気的に接続されている少なくとも２つの接続パッド（４１、４２、４３、４４、４５、４６）を含み、前記半導体部品（３６、３７、６７、６９、７０、７１）が、該接続パッド（４１、４２、４３、４４、４５、４６）と電気的に接続されており、該接続パッド（４１、４２、４３、４４、４５、４６）が、金製金属化層を含むことを特徴とする請求項１〜７の少なくとも１項に記載の近接センサ。
9. 前記回路板（１７）が、耐熱性ポリイミド、好ましくはポリ（ジフェニルオキシド）−ピロメリトイミドを含むことを特徴とする請求項１〜８の少なくとも１項に記載の近接センサ。
10. 前記回路板（１７）が、成形材料（９）によって包囲されていることを特徴とする請求項１〜９の少なくとも１項に記載の近接センサ。
11. 圧縮性の体積フィラー（２７、２８）が、前記成形材料（９）と前記回路板（１７）の表面（１８、１９）の少なくとも一部との間に挟まれた状態で配置されていることを特徴とする請求項１０記載の近接センサ。
12. 前記体積フィラー（２７、２８）が、合成ゴムフォーム、好ましくはフルオロポリマーエラストマーを含むことを特徴とする請求項１１記載の近接センサ。
13. 前記コイル（１５）が、少なくとも２００℃、より好ましくは少なくとも３００℃なるキューリー温度を持つコア（１６）を含むことを特徴とする請求項１〜１２の少なくとも１項に記載の近接センサ。
14. 前記ハウジング（２）が、ステンレススチールを含むことを特徴とする請求項１〜１３の少なくとも１項に記載の近接センサ。

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