JP2017519994A - センサモジュールおよびセンサモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

センサモジュール（２）は、センサユニット（４）と、センサカバー（６）と、別個の基体部（８）と、を備え、前記センサユニットは、センサ面（１６）と基準面（１２）とを有しており、前記センサカバーは、前記センサ面と、前記基準面の少なくとも１つの区分とを覆っており、前記センサカバーは、前記基準面と前記基体部とのうちの少なくとも１つに溶融結合を介して接合されており、前記基体部は、少なくとも前記センサユニットの前記基準面と、前記センサカバーに対する選択可能な相対位置での溶融結合を介して接合されている。これにより、前記センサユニットの前記センサカバー内への事前取り付けと、センサの好ましいカプセル化が達成可能になる。

Description

本発明は、センサモジュールおよびセンサモジュールを製造するための方法に関している。

自動車における出力を供給若しくは伝達する装置には、機械的構成要素の他に通常は電子的構成部品、例えばセンサも含まれている。内燃機関および変速機には、好ましくはカプセル化されたセンサが使用され、これらのセンサは、無接触で例えばシャフトや他の機械的構成要素の回転数を測定可能である。カプセル化は、これらの装置の中で、センサを周辺条件から十分に保護するのに適した材料によるセンサの完全な封入によって行われる。カプセル化されたセンサは、引き続き予め正確に定められた位置に固定しなければならない。

独国特許出願公開第１０２０１１１２１８１８号明細書（ＤＥ１０２０１１１２１８１８Ａ１）からは、構成部品を保護するように定められたハウジングの電子部品装置が開示されている。このハウジングは、ハウジングカバーとハウジング支持体によって形成され、ここでの構成部品は、ハウジング内のプリント基板のフラップに配置され、密封面によって完全に封入されている。

独国特許出願公開第１０２００８００８３３６号明細書（ＤＥ１０２００８００８３３６Ａ１）には、センサ装置におけるカバーされたセンサ素子の位置決めのための方法並びに相応に位置決めされたセンサ素子を備えたセンサ装置が開示されている。

本発明では、可及的に信頼性の高いカプセル化であるにもかかわらず、製造が可及的に簡単であると同時にセンサモジュールの特に容易な位置決めと固定が可能である、代替的センサモジュールを提供することが課題としてみなされる。

前記課題は、独立請求項１の特徴部分に記載のセンサモジュールによって解決される。好ましい実施形態および改善構成は、従属請求項および以下の明細書から得られる。

センサモジュールは、センサユニットと、センサカバーと、別個の基体部とを備えている。センサユニットは、センサ面と基準面とを有している。センサカバーは、センサ面と基準面の少なくとも１つの区分とを覆っている。センサカバーは、基準面と基体部とのうちの少なくとも１つに溶融結合を介して接合されている。基体部は、少なくともセンサユニットの基準面と、センサカバーに対する選択可能な相対位置での溶融結合を介して接合されている。

センサユニットは、本来のセンサとして、所定のパラメータの検出のために必要である。センサユニットは、例えばプリント基板上に配置され、このプリント基板と、例えば電気的リード線路につながる導体線路を介して接続されていてもよい。このリード線路へのセンサユニットの接続のために、センサユニットは、インターフェースを有し得る。このインターフェースは、例えば導体線路を備えた薄膜の形態で柔軟に形成されてもよいし、あるいは、ねじ込み可能なコネクタとして若しくはコネクタを収容するソケットとして剛性的に形成されてもよい。しかしながら本発明との関係においては、インターフェースの形態とその位置は、センサユニットが何らかの方式で電気的に接続可能であることが保証される限り、重要ではない。

センサユニットのセンサ面とは、好ましくはセンサユニットに統合化されたセンサに直接隣接し、検査すべき機械要素から相応に僅かな間隔距離でかつ正確に定められた間隔距離に位置決めされるべき有効面として理解されるべきである。センサユニット内の、例えば半導体若しくは電磁的構成部品の形態のセンサは、できるだけセンサ面に接近して終端するようにセンサユニット内に埋め込まれていてもよい。

センサ面は、基準面とは反対側の突起端部に存在し、シュラウド状のセンサカバーによって覆われていてもよい。

センサカバーは、センサ面に対応して構成されており、センサユニットを完全に覆い、それによってセンサにとっての悪影響から保護するように構成されている。

基体部へのセンサユニットの容易な固定のために、かつ／またはセンサユニットへのセンサカバーの容易な固定のために、横方向に外方に向けて延在し、かつ実質的に平面状または段状の基準面が使用可能である。

基体部は、この関係において、最終的にセンサユニット、センサカバーおよびインターフェースからなる装置全体を支持する支持体として、若しくは上位に置かれる構成要素に固定可能である支持体として、理解できる。また基体部は、上位に置かれる構造ユニットの一部であってもよい。

公知のセンサモジュールに対する特別な利点は、例えばレーザー溶着により、センサカバーを有するセンサユニットの特に信頼性の高いカプセル化がもたらされ、特に、実施された溶接によって既にカプセル化されたセンサがセンサカバーと一体型構成部品を形成するという事実にある。この一体型構成部品は、より大きな構造ユニットにも直接使用することができ、その上さらに別個の収容部を必要とせずに、より大きな構造ユニットへのセンサの組み込みの際にセンサの保全性を損なうことなく、溶接することが可能である。さらに、特に、製造技術的な寸法誤差が比較的大きい部品では、基体部とセンサカバーの選択可能な相対位置によって、センサモジュールを部品に組み込む際に直接、寸法のずれを非常に容易に補償することができる。

この関係においては、溶融結合が、複数の異なる方法によって提供可能であることを述べておく。これらには、特にレーザー溶着法および超音波溶着法を含ませることができる。融着のためにマスクを用いることにより、十分な面圧が、接合すべき構成要素間に引き起こされる。同時に、そのために適したレーザービームの作用によって、または超音波領域の振動の作用によって、２つの構成要素の融着を実施することができ、その際カバー材料は、処理領域において基体部の材料と領域毎に融着される。これにより、好ましくはセンサカバーの周辺シーリングが生じる。

特に好ましい実施形態では、センサカバーと基準面とのうちの少なくとも１つが、すなわちこれらの２つの結合パートナーのうちの少なくとも１つがレーザー透過性であり、そのためそれぞれのレーザー透過性構成部品上の溶接に適したレーザービームの作用によって、レーザー透過性構成部品と、隣接するレーザー非透過性構成部品との間の境界面への熱導入が生じ、それによって素材結合的な溶接接合が達成される。例えば、センサユニットは、既に完全にカプセル化されていてもよく、すなわち機械的にセンサカバー内に挿入されていてもよく、その後は、裏側からでさえもレーザー溶着が実施可能である。

特に好ましい実施形態では、基準面とセンサカバーとのうちの少なくとも１つは、少なくとも部分的に周辺突起を有し、この突起は基準面に対して垂直に延在し、かつ溶融結合の形成のために、センサカバー若しくは基準面の材料と融着するように構成されている。この突起は、実矧ぎ接合の意味では実（凸形）として理解することができ、好ましくはかなり狭幅な輪郭断面を有する。この構成は、透過性のマスクが、突起に存在する境界面に直接面圧を及ぼす場合の融着に有利である。隣接する材料は融着され、特に良好な密封となる。そのため、別個に製造され２つの構成要素間に載置される密封面は不要である。エネルギーの導入は、空間的に限定された小さな面上で行われ、そのため低く保つことが可能になる。

特に好ましい実施形態では、基準面は、レーザー透過性であり、センサカバーは、レーザー非透過性である。それにより、溶接を実施するために、裏側から、すなわち基準面の、センサカバーとは反対側から、レーザーを、センサユニットとセンサカバーとの間の所望の接合点に配向することが可能になる。センサカバーは、選択されたセンサ面に依存して、独特の突起を有することができるので、特に基準面の裏側へのレーザーの位置決めが適している。

さらに好ましい実施形態では、基体部は、センサカバーから径方向に離間されており、それによって間隙がセンサカバーと基体部との間に形成され、基体部は、基準面のセンサカバーと同じ側に配置される。これにより、２つの順次連続した作業ステップにおいて、ほぼ組み替えなしで基体部のレーザー溶着も、センサカバーのレーザー溶着も実施することが可能になる。このケースでは、基体部も同様にレーザー非透過性であり得る。

もちろん逆の変化形態も、すなわちセンサカバーも基体部もレーザー透過性であるが、しかしながら基準面はレーザー非透過性である、変化形態も可能である。したがって、溶接は、基準面とは反対のセンサモジュールの側から行うことができる。

好ましい実施形態では、さらにセンサカバーは、基体部に溶接されてもよく、その場合センサユニットは、専ら基体部に溶接される。センサカバーと基体部との溶接並びに基準面と基体部との溶接を含む２つの順次連続する作業ステップにおいて（ここでは順序は重要ではない）、基準面とセンサカバーとの間で所定の間隔距離が形成可能である、小型のセンサモジュールが達成可能である。

この種のセンサモジュールを製造するための方法に関する課題は、特に、センサ面と基準面とを有するセンサユニットと、センサカバーと、別個の基体部とを準備するステップと、センサカバーが、センサ面と基準面の少なくとも１つの区分とを覆うように、センサカバーを、センサユニットの上に配置するステップと、センサカバーを、センサユニットの基準面と基体部とのうちの少なくとも１つに融着するステップと、基体部を、センサユニットの基準面に配置するステップと、基体部を、少なくともセンサユニットの基準面に、センサカバーの選択可能な相対位置にて融着するステップと、を含んでいる。

好ましい実施形態では、センサカバーを、センサユニットの基準面と基体部とのうちの少なくとも１つに融着するステップは、センサカバーを、基準面に融着するステップを含んでいる。

同様に好ましくはこの方法は、基体部を、基準面上でセンサカバーと同じ側に配置し、基体部を、基準面に融着するステップを含んでいる。

基体部を、少なくともセンサユニットの基準面に融着するステップは、基体部を、センサユニットの基準面とセンサカバーに融着するステップを含み得る。

センサカバーとセンサユニットは、さらに基体部の相互に相対向する２つの側に融着可能である。

ここでの融着は、レーザー溶着法による溶接および超音波溶着法を用いた溶接を含み得る。

本発明のさらなる特徴、利点および適用可能性は、以下の実施形態の説明および図面から明らかになる。ここでのこれらの図面において、同じ符号は、同一若しくは類似の対象を表している。

レーザー透過性のセンサカバーと基体部とを有するセンサモジュールの第１実施形態を示した図 レーザー非透過性のセンサカバーと基体部とを有するセンサモジュールの第２実施形態を示した図 センサユニットから離間されたセンサカバーを有する第３実施形態を示した図

図１は、センサユニット４と、センサカバー６と、基体部８とを有するセンサモジュール２を示している。この実施形態では、センサユニット４は、センサ１０を備えており、このセンサ１０は、突起１４の、基準面１２とは反対側に存在し、センサ面１６内へ突出している。この基準面１２は、融着過程の前に、センサカバー６の材料を貫通する複数の突起１８を有しており、そのため液密接合領域２０が生じている。突起１４の被覆後は、カラー形状部２２が、接合領域２０の径方向外側でセンサカバー６を密封する。

一例として、センサカバー６は、レーザー透過性の材料から形成され、それに対してセンサユニット４は、レーザー非透過性の材料からなっている。例えばカラー形状部２２を貫通して複数の突起１８を照射することにより、これらの突起１８とセンサカバー６との間の境界面に熱が発生し、この熱はセンサカバー６のセンサユニット４との素材結合的な融着をもたらす。

例えば基体部８も同様に、レーザー透過性の材料から形成され、センサユニット４の当初から設けられている複数の突起２６が、基体部８の材料と融着する接合領域２４を有している。これらの突起２６は、突起１８から径方向に離間されており、さらに基体部８はセンサカバー６のカラー形状部２２に対して所定の間隔距離を有しているため、そこでは許容誤差補償のための間隙２８が形成される。この間隙２８は、基体部８とセンサカバー６との間の相対位置の選択可能性に関わっており、すなわちセンサカバー６と基体部８は、融着過程の前に、相互にシフト可能である。

３つの構成要素の全てが相互に接合されると、カプセル化されたセンサモジュール２が形成され、このセンサモジュール２は、センサ１０を電気的リード線路に接続するためのインターフェース３０を有する。基体部８は、センサモジュール２の収容のために使用され得る。

レーザー溶着法の代わりに、超音波溶着法も使用できるため、レーザー透過性はそのために必ずしも必要ではない。このことは、図１の実施形態に対しても、後続の実施形態に対しても当てはまる。

図２に示される代替的実施形態では、レーザー透過性の材料からなるセンサユニット３２が設けられ、それに対して基体部３４とセンサカバー３６は、それぞれ、レーザー非透過性の材料からなっている。ただし基本的な構造は、図１のものと同じであり、単なる例示としてセンサユニット３２の基準面３８が、当初からセンサカバー３６に配置されている複数の突起４２が、基準面３８の材料と融着する接合領域４０を有している。

同様に基体部３４は、基準面３８の突起４６の材料が、基体部３４の材料と融着する接合領域４４を有している。

３つの構成部品の融着は、裏側位置から、すなわち基準面３８の、センサカバー３６とは反対側から、レーザーを照射することによって行うことができる。

最後に図３のさらなる実施形態では、レーザー透過性のセンサカバー４８が示されており、このセンサカバー４８は、基体部５４の突起５２の材料が、センサカバー４８の材料と融着する接合領域５０を有している。センサカバー４８は、専らレーザー非透過性の基体部５４に固定されている。

基体部５４の、複数の突起５２とは反対側にもさらなる複数の突起５６が設けられており、これらの突起５６は、融着過程中に、センサユニット６０の接合領域５８において、基準面の材料と融着する。センサユニット６０は、レーザー透過性の材料から形成されており、専ら基体部５４に溶接される。

Claims (14)

1. センサユニット（４，３２，６０）と、
   センサカバー（６，３６，４８）と、
   別個の基体部（８，３４，５４）と、
   を備えるセンサモジュール（２，３５，４７）であって、
   前記センサユニット（４，３２，６０）は、センサ面（１６）と基準面（１２，３８）とを有しており、
   前記センサカバー（６，３６，４８）は、前記センサ面（１６）と、前記基準面（１２，３８）の少なくとも一部の領域とを覆っており、
   前記センサカバー（６，３６，４８）は、前記基準面（１２，３８）と前記基体部（８，３４，５４）とのうちの少なくとも１つと溶融結合によって接合されており、
   前記基体部（８，３４，５４）は、少なくとも前記センサユニット（４，３２，６０）の前記基準面（１２，３８）と、前記センサカバー（６，３６，４８）に対して選択可能な相対位置で溶融結合によって接合されていることを特徴とする、センサモジュール（２，３５，４７）。
2. 前記センサカバー（６，３６，４８）と、前記基体部（８，３４，５４）と、前記センサユニット（４，３２，６０）とのうちの少なくとも１つは、レーザー透過性材料からなり、それにより、各レーザー透過性構成部品への溶接に適したレーザービームの作用によって、前記レーザー透過性構成部品と、隣接するレーザー非透過性構成部品との間の境界面への熱導入が生じる、請求項１に記載のセンサモジュール（２，３５，４７）。
3. 前記基準面（１２，３８）と前記センサカバー（６，３６，４８）とのうちの少なくとも１つは、少なくとも部分的に周辺突起（１４，１８，２６，４２，４６，５２，５６）を有し、前記突起（１４，１８，２６，４２，４６，５２，５６）は、前記基準面（１２，３８）に対して垂直方向に延在し、かつ、前記センサカバー（６，３６，４８）又は前記基準面（１２，３８）の材料と融着して溶融結合を形成するように構成されている、請求項１または２に記載のセンサモジュール（２，３５，４７）。
4. 前記センサユニット（４，３２，６０）は、レーザー透過性材料からなり、前記センサカバー（６，３６，４８）および前記基体部（８，３４，５４）は、レーザー非透過性材料からなる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサモジュール（２，３５，４７）。
5. 前記センサカバー（６，３６，４８）および前記基体部（８，３４，５４）は、レーザー透過性材料からなり、前記センサユニット（４，３２，６０）は、レーザー非透過性材料からなる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサモジュール（２，３５，４７）。
6. 前記基体部（８，３４，５４）は、前記センサカバー（６，３６，４８）から径方向に離間されており、それにより前記センサカバー（６，３６，４８）と前記基体部（８，３４，５４）との間に間隙（２８）が形成され、前記基体部（８，３４，５４）は、前記基準面（１２，３８）の、前記センサカバー（６，３６，４８）と同じ側に配置されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセンサモジュール（２，３５，４７）。
7. 前記センサカバー（６，３６，４８）は、前記基体部（８，３４，５４）と融着され、前記センサユニット（４，３２，６０）は、専ら前記基体部（８，３４，５４）と融着される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサモジュール（２，３５，４７）。
8. 前記融着は、超音波溶着法によって形成される、請求項１に記載のセンサモジュール（２，３５，４７）。
9. センサモジュール（２，３５，４７）を製造するための方法であって、
   センサ面（１６）と基準面（１２，３８）とを有するセンサユニット（４，３２，６０）と、センサカバー（６，３６，４８）と、別個の基体部（８，３４，５４）とを準備するステップと、
   前記センサカバー（６，３６，４８）が、前記センサ面（１６）と前記基準面（１２，３８）の少なくとも一部の領域とを覆うように、前記センサカバー（６，３６，４８）を、前記センサユニット（４，３２，６０）の上に配置するステップと、
   前記センサカバー（６，３６，４８）を、前記センサユニット（４，３２，６０）の前記基準面（１２，３８）と前記基体部（８，３４，５４）とのうちの少なくとも１つと融着するステップと、
   前記基体部（８，３４，５４）を、前記センサユニット（４，３２，６０）の前記基準面（１２，３８）に配置するステップと、
   前記基体部（８，３４，５４）を、少なくとも前記センサユニット（４，３２，６０）の前記基準面（１２，３８）に、前記センサカバー（６，３６，４８）に対して選択可能な相対位置で融着するステップと、
   を含んでいることを特徴とする方法。
10. 前記センサカバー（６，３６，４８）を、前記センサユニット（４，３２，６０）の前記基準面（１２，３８）と前記基体部（８，３４，５４）とのうちの少なくとも１つに融着するステップは、前記センサカバー（６，３６，４８）を、前記基準面（１２，３８）に融着するステップを含んでいる、請求項９記載の方法。
11. さらに、前記基体部（８，３４，５４）を、前記基準面（１２，３８）上で前記センサカバーと同じ側に配置し、前記基体部（８，３４，５４）を、前記基準面（１２，３８）に融着するステップを含んでいる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記基体部（８，３４，５４）を、少なくとも前記センサユニット（４，３２，６０）の前記基準面（１２，３８）に融着するステップは、前記基体部（８，３４，５４）を、前記センサユニットの前記基準面（１２，３８）と前記センサカバー（６，３６，４８）に融着するステップを含んでいる、請求項９または１０に記載の方法。
13. 前記センサカバー（６，３６，４８）と前記センサユニット（４，３２，６０）とを、前記基体部（８，３４，５４）の相互に相対向する２つの側で融着する、請求項１２記載の方法。
14. 前記融着は、レーザー溶着法または超音波溶着法により実施される、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の方法。

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