JP5538561B2 - ポジションセンサ - Google Patents

Description

本発明は、ポジションセンサに関する。

背景技術
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０５９７４１号明細書は、モジュール式に構成されたセンサ支持構造に関するものである。センサ支持構造は、少なくとも１つのベースハウジングとベースハウジングとは個別に製造される少なくとも１つのセンサ支持モジュールとを備えている。センサ支持モジュールは、鋳造にとって適切な材料から製造されていて、機械式にセンサ支持構造のベースハウジングに固定可能である。

自動車に使用する際に、特に変速機制御装置用のポジションセンサでは、センサは、電子モジュールに組み込まれる。自動変速機においてたとえば組み込まれたセンサは、そこに存在する運転要求状況に応じて設計する必要がある。センサは、−４０℃〜＋１５０℃の周辺温度に耐え、さらに、攻撃的な周辺の変速機油（ＡＴＦ＝オートマチックトランスミッションフルード）、３０ｇまでの高い機械荷重ならびに変速機内で生じる摩耗金属片もしくは粒子に耐える必要がある。

このような使用状況において、媒体耐性および温度耐性は、電子装置の耐油性の封入ならびに高温基板の使用により保証される。様々な変速機のトポロジに関する複雑な要求ならびに構成スペースおよび機能に関する要求に基づいて、様々な物理学的な測定原理が利用される。直線的な位置検出は、たとえばホールスイッチに基づいて行うことができる。これに関して、デジタルの４つのホールスイッチが用いられ、これらのホールスイッチは、直線状に移動可能な多極の永久磁石の磁気コードを検出するように、回路基板上に配置される。磁気スライダは、直線状に操作されるセレクタ、変速機制御板に設けられた液圧シフタまたはパーキングロックシリンダと連結されている。ホールスイッチの他に、回路基板に、診断機能を形成するための抵抗およびＥＭＶコンデンサが設けられている。

センサ電子装置は、耐油性の密なエポキシ樹脂の流し込みにより、変速機油の流入に対して保護されている。手動のシフト（Ｍシフトとも云う）を備えた自動変速機では、ポジションセンサは、セレクタの位置Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄ，４，３，２ならびに中間域を検出する。セレクタの位置ならびに中間域は、４ビットコードとして、変速機制御装置に出力される。安全性の理由から、位置設定のコード化が１つのステップで行われ、つまり新たな位置を検出するまで常に１回のビット変化が要求されている。機能エラーに起因する簡単なビット変化は、妥当性を考慮して制御装置によりエラーとして検出することができる。変速機制御装置のこのようなポジションセンサの構成は、出版物"Ｓｅｎｓｏｒｅｎ ｉｍ Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇ"，Ｒｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ ＧｍｂＨ，２００７年度版，Ｆａｃｈｗｉｓｓｅｎ Ｋｆｚ−Ｔｅｃｈｎｉｋ，Ｅｌｅｋｔｒｉｋ ｕｎｄ Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ ｆｕｅｒ Ｋｆｚ，ＩＳＢＮ−１０ ３−７７８２−２０３１−４，１３６〜１３８頁において公知である。

発明の開示
本発明により提案される構成によれば、磁気スライダ用の紛失防止手段を形成する追加的な構成要素の代わりに、ＰＡから製造された射出成形部がそのような紛失防止手段として構成される。したがってＰＡ射出成形部は、変速機油（ＡＴＦ＝オートマチックトランスミッションフルード）に対するセンサユニットのシールならびに磁気スライダ用の紛失防止手段として働く。選択された材料組み合わせ、ＰＰＳから成るガイドハウジングの製造ならびにＰＡから成るユニットシールの製造に基づいて、ＰＡから射出成形される紛失防止フックは、ＰＰＳから成るガイドハウジングに付着しない。

特に変速機油（ＡＴＦ＝オートマチックトランスミッションフルード）を包含する車両変速機に使用される、本発明により提案されるポジションセンサの構成により、変速機制御装置において、使用される構成要素の数ならびに製造コストもしくは所要製造時間が大幅に低減させられる。本発明により提案される構成によれば、ＰＡ射出成形部により、リードフレームまたはフレックスシートのみならず相互に前射出成形された導体路として構成された電気的な構造技術部品および／または結合技術部品が固定されるだけでなく、センサユニット位置も固定される。さらにＰＡ射出成形部により、特に周辺の媒体の汚染に起因する短絡接続を排除する相互の電気絶縁性が保証される。このことは、変速機油がたとえば歯車および軸の可動の構成要素の摩耗金属片を含有して、上述の短絡接続を生じさせる恐れがあるので、十分にＡＴＦに当てはまる。

本発明により提案されるポジションセンサに使用されるガイドハウジングの特に好適な態様によれば、構造技術部品および結合技術部品をカバーするＰＡ射出成形部に、弾性的な係止フックが成形される。このことは、本発明により提案されるポジションセンサの、射出成形によりプラスチックから製造されるガイドハウジングにおいて、製造技術的に極めて簡単に実現することができる。係止フックは、ＰＡ射出成形部に組み込まれた構成要素であり、それゆえ特別な構成要素を成していないので、本発明により提案されるポジションセンサを製造する際に、製造コストを好適に削減することができる。特に係止フックとして形成された紛失防止手段は、特に好適には、磁気素子、たとえば磁気化されるかまたは磁気特性を有する磁気スライダの横方向の移動距離を制限する。磁気スライダは、ガイドハウジングの、構造技術部品および結合技術部品とは反対側で、ガイドレールもしくはガイドリブに側方に移動可能にガイドされる。紛失防止手段、特に係止フックが、ＰＡ射出成形部を組み付けたあとでガイドハウジングの開口を貫通するので、紛失防止手段のフック状の突起は、磁気素子または磁気化された素子の運動平面に突入し、磁気素子または磁気化された素子の横方向の移動距離を制限する。

特に好適には、本発明により提案される構成によれば、ガイドハウジングに窓状の開口が形成され、開口は、一方ではセンサユニット（センサユニットはリードフレーム構造部および導体路として構成された構造技術部品および結合技術部品と材料結合で結合されている）に対向し、他方では開口により、ガイドハウジングの別の側で、特に磁気スライダとして構成された磁気素子の横方向の移動が検出される。

前製造、つまり前射出成形されたリードフレームまたは前射出成形された導体路として構成された構造技術部品および結合技術部品とのセンサユニットの材料結合による接合において、前付けされた構成群がガイドハウジングに、またセンサユニットがガイドハウジングの窓に対向するように組み付けられる。センサユニットおよびリードフレーム構造部や導体路から成る前付けされた構成群は、特に簡単にガイドハウジングにクリップ止めすることができる。次いで、ＰＡ射出成形部が形成され、ＰＡ射出成形部に、好適にはプラスチック材料から製造されたスナップ要素が形成され、スナップ要素は、プラスチック材料が硬化したあとで、工具を用いることなく簡単にガイドハウジングの相応に構成された開口に掛止される。

ガイドハウジングに設けられた点状の載設部またはリブ状に構成された位置決め補助手段に、センサユニットが、組付状態で、横方向に移動可能な磁気スライダとは反対側で、ガイドハウジングの窓状の開口に関して所定の間隔を置いて配置されている。

ガイドハウジングの窓は、好適には、センサユニットと磁気スライダとの間の空隙を縮小するために働く。適切に形成された開口を介してガイドハウジングにクリップ止めされる射出成形部は、オートマチックフルードに対してセンサユニットをシールするように働く。ＰＡ射出成形部は、ポジションセンサのガイドハウジングに組み付けた状態で前射出成形されたリードフレームまたは前射出成形された導体路として構成された構造技術部品および結合技術部品を保護し、ＰＡ射出成形部は、オートマチックフルードが含有する金属粒子による短絡を防止するよう働く。ＰＡ射出成形部は、さらに温度変動が生じる場合でも自動車の運転時に起こる必然的な震動が生じる場合でも、組付状態でセンサユニットを位置固定するように働く。

本発明により提案されるポジションセンサの製造は、ＰＰＳからセンサハウジングを製造することにより行われる。ＰＰＳは、高精度で製造可能であるが、高価な材料である。センサハウジングの機能は、残りの構成要素の収容ならびに耐用期間にわたる磁石の精確なガイドにある。ＰＰＳ材料から成るセンサハウジングに、前射出成形されたリードフレーム構造部ならびにセンサユニットがクリップ止めされる。センサユニットは、開口にクリップ止めされる。このように前付けされた構成群は、射出成形金型に導入され、別のプラスチック材料（好適にはＰＡである）により射出成形で包囲される。前付けされた構成群の射出成形過程の間に掛止要素が形成され、これにより前射出成形されたリードフレーム構造部ならびに前付けされたセンサユニットは、ガイドハウジングと材料結合で結合される。同時に射出成形により、フック状の少なくとも１つの突起が形成される。このようにして射出成形された構成群に、磁気スライダが、側方に移動可能に組み付けられる。

以下に、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳説する。

センサユニット用の位置決め補助手段と、あとで構成されるガイドハウジングのＰＡ射出成形部を掛止するための開口とを備えた、本発明により提供されるポジションセンサのガイドハウジングを示す図である。 既に組み立てられた電気的な構造技術部品および結合技術部品として形成されたガイドレールもしくはガイドリブに収容された磁気素子もしくはガイドスライダを備えた、図１に示すガイドスリーブの反対側を示す図である。 射出成形されて完成した構成群を示す図である。 組み付けられた、図３に示す磁気スライダ、ガイドハウジングおよびＰＡ射出成形部から成る構造を通る、図３に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 センサユニットおよびリードフレームもしくは前射出成形された導体路の、ガイドハウジングに設けられた窓に対する前付けおよび位置決めを示す図である。 ＰＡ射出成形部と、センサユニットを備え前付けされたリードフレームと、ガイドハウジングと、ガイドハウジングとは別体の、特に磁気スライダとして形成された磁気素子とを備えた、本発明により提供されるセンサの構成要素の分解図である。

発明の実施の形態
図１から看取されるように、ポジションセンサのセンサハウジング１２が、ガイドハウジング１４として形成されている。ガイドハウジング１４は、プラスチック材料、たとえばＰＰＳ（ＧＦ＋Ｍ）６５またはＰＰＳ（ＧＦ＋Ｍ）５５から製作されている。ＰＰＳは、ポニフェニレンスルフィドであり、これは、特に耐用期間にわたる形状安定性に関して極めて良好な特性を有する極めて高価なプラスチック材料である。ＰＡ射出成形部４８は、後述するように、ポリアミドから成る射出成形部を形成し、これは、比較的安価なプラスチック材料である。

図１から看取されるように、ポジションセンサのガイドハウジング１４は、窓状に形成された幾つかの開口を備えている。さらにガイドハウジング１４に窓２０が形成されており、ポジションセンサの組立状態では、窓２０の内側において、後述するセンサユニット５６、ならびにセンサユニット５６に対して横向きに移動可能な、特にマグネットスライダ３４として形成された磁気素子３４が対向する。ガイドハウジング１４における窓２０の構成により、センサユニット５６（図５参照）とマグネットスライダ（図２参照）との間の距離を縮小することができる。

ガイドハウジング１４には、位置決め要素１６が設けられており、位置決め要素１６は、リブ１８として構成するか、または点状の載設部として構成してよく、位置決め要素１６に、センサユニット５６（図５参照）が、センサユニット５６の組付状態で当接する。上述の窓２０は、磁気素子３４とセンサユニット５６との間の空隙を縮小するように働き、窓２０の他に、ハウジングは、幾つかの固定窓もしくは固定開口３０を備えている。固定窓もしくは固定開口３０は、図１に概略的に示すように、たとえば長孔として形成されている。固定窓もしくは固定開口３０は、正方形、長方形またはきのこ形の外観を有してもよく、射出成形工程において、射出成形材料を図３もしくは図６に示すＰＡ射出成形部４８と掛止させるために用いられる。さらにセンサハウジング１２のガイドハウジング１４には、図１に示すように、窓２８が設けられている。窓２８は、あとで詳しく言及するように、紛失防止機能を実現するために用いられる。さらにガイドハウジング１４は、結合ブシュ２４を備えている。結合ブシュ２４は、センサハウジング１２を位置決めする。さらに結合ブシュ２４は、雌ねじ山を備えることができるので、センサハウジング１２のねじ止め性能を保証する。さらにガイドハウジング１４には窓２２が設けられている。窓２２は、前射出成形されたリードフレーム５０（図５参照）、前射出成形された導体路４０または別の構造技術部品および結合技術部品を含む前付けされた構成群を係止するために用いられる。窓２２には、図３に示すＰＡ射出成形部４８が製作されるまえに、構造技術部品および結合技術部品から成る前付けされた構成群およびセンサユニット５６をクリップ止めすることができる。

図２は、完成した構成群を示し、図１に概略的に示すガイドハウジングを反対側から示している。

ガイドハウジング１４の、図２に示す背面には、横向きに移動可能な磁気素子または磁化可能な素子３４が設けられている。図２に示す態様では、磁気素子または磁化可能な素子３４は、スライダ状に形成されていて、ガイドハウジング１４の背面に射出成形されたガイドリブ３２に沿って横向きに移動可能である。磁気素子３４の、それぞれ反対側の端部は、ガイドハウジング１４に形成された第１のガイドレール３６もしくは第２のガイドレール３８にガイドされている。磁気素子３４は、切欠５８を備えており、切欠５８は、磁気素子３４の側面６２に設けられたストッパ面６０により画設されている。ストッパ面６０は、紛失防止手段４２，４４と協働し、紛失防止手段４２，４４は、ＰＡ射出成形部４８が完全に射出成形された状態で（図３参照）、ガイドハウジング１４に形成された、係止フック用の窓２８を貫通する。横向きに可動の磁気素子３４の運動平面に突出する紛失防止手段４２の突起４４が、ガイドハウジング１４に沿った磁気素子３４の側方の移動距離を制限する。さらに図２から判るように、前射出成形された導体路４０もしくは前射出成形されたリードフレーム構造部５０として構成された構造技術部品および結合技術部品の組付状態で、ガイドハウジング１４の端部において、接触のための導体路端部が、ポジションセンサの平らなガイドハウジング１４から突出している。

図３には、嵌め込まれたセンサユニットとクリップ止めされたＰＡ射出成形部とを備えたガイドハウジングを示している。

図３では、ＰＡ射出成形部４８は、完全にガイドハウジング１４に射出成形されている。符号４６で支持点を示しており、支持点４６により、リードフレーム構造部５０もしくは前射出成形された導体路４０に対して所定の間隔を有してセンサユニット５６が配置されて、収容される。ＰＡ射出成形部４８は、図３には図示していない、ガイドハウジング１４寄りの面に、幾つかのスナップ要素５４を備えており、スナップ要素５４は、図６の分解図から良好に看取される。図３から判るように、ＰＡ射出成形部４８に、係止フック４４の構成をした紛失防止手段４２が形成されており、係止フック４４は、ガイドハウジング１４の窓２８に掛止されていて、磁気素子用の、図２に関して上述する紛失防止手段を形成する。掛止は、ＰＡプラスチック材料のために設けられた窓状の開口２８にＰＡプラスチック材料が入り込むことにより、形成される。

図３において、紛失防止手段４２とガイドハウジング１４とＰＡ射出成形部４８とを通って延びるＩＶ−ＩＶ線が看取される。

図４には、ガイドハウジング１４とＰＡ射出成形部４８と磁気素子３４とを備えた構成群を通る、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示している。図４から看取されるように、前射出成形されたリードフレーム構造部５０もしくは前射出成形された導体路４０およびＰＡ射出成形部４８の組付状態で、紛失防止手段４２は、ガイドハウジング１４の窓２８を貫通する。これにより紛失防止手段４２のフック状の突起４４が形成され、突起４４は、磁気素子３４の切欠５８を画設するストッパ面６０と協働する。磁気素子３４の運動平面に突入する突起４４にストッパ面６０が当接することにより、特にスライダ状に形成された磁気素子３４の、ガイドリブ３２に沿って横向きに延在する移動距離が制限される。さらに図４の断面図から判るように、紛失防止手段４２の、延長されたアームに基づいて、アームは、組立を簡単にする、機能性を促進する弾性を有している。符号４６で支持点を示しており、支持点４６で、図５の分解図に示すセンサユニット５６が、リードフレーム構造部５０もしくは前射出成形された導体路４０と材料結合されている。

さらに図４の断面図から判るように、完成状態で、前射出成形された導体路４０もしくは前射出成形されたリードフレーム構造部５０は、ＰＡ射出成形部４８により固定されている。センサユニット５６、前射出成形されたリードフレーム構造部５０および／または前射出成形された導体路４０から成る前付けされた構成群を固定して電気絶縁するＰＡ射出成形部４８は、ガイドハウジング１４に面状に接触し、ガイドハウジング１４の背面では、ガイドリブ３２に沿って、特にスライダ状に形成された磁気素子３４が移動可能である。図５の分解図から判るように、前射出成形されたリードフレーム構造部５０は、幾つかの導体路を備えることができる。構造技術部品および結合技術部品は、前射出成形されたリードフレーム構造部５０の代わりに、幾つかの導体路４０を備えることができる。図５から判るように、図３に示すようにしてＰＡ射出成形部４８を組み付けるまえに、センサユニット５６は、支持点４６でもって、前射出成形されたリードフレーム構造部５０もしくは前射出成形された導体路４０と電気接続される。支持点４６は、ピン状にセンサユニット５６の背面から突出する突起により形成される。支持点４６の付近に設けられたピン状の突起の長さは、センサユニット５６が、組立状態で、窓２０を介して、図４に示すようにガイドハウジング１４の背面に沿って横向きに移動可能な磁気素子３４に対して占める間隔を規定する。この空隙は、縮小可能である。図５において、符号５２によって、ポジションセンサのガイドハウジング１４に設けられたガイドリブ３２もしくはガイドレール３６，３８に沿った、図４に示す磁気素子３４の取付方向が看取される。

図６の分解図には、本発明により提供されるポジションセンサ１０の個々の構成群を示している。

図６から、同様に図５の分解図に示すセンサユニット５６が看取され、センサユニット５６は、前射出成形されたリードフレーム構造部５０もしくは前射出成形された導体路４０と材料結合により結合されている。前付けされた構成群は、先ずガイドハウジング１４とクリップ止めされる。クリップ止めは、ガイドハウジング１４の、図１に示す窓２２にスナップ要素を導入することにより行われるので、センサユニット５６、前射出成形されたリードフレーム構造部５０もしくは前射出成形された導体路４０から成る前付けされた構成群は、ガイドハウジング１４に固定される。次いで、ＰＡ射出成形部４８により構成群がカバーされる。図６の分解図から明確に判るように、ＰＡ射出成形部４８の内側面に、アンダカットを有するきのこ形の構成をした掛止要素５４が形成されている。掛止要素５４は、ＰＡ射出成形部４８をガイドハウジング１４に形成する際に、流動性であり、あとで硬化するＰＡ材料により形成される。ＰＡ射出成形部４８を形成する際に、センサ要素５６は、正面でもって、位置決め要素１６に押し付けられる。位置決め要素１６は、点状の載設部またはリブ１８として構成することができる。ＰＡ射出成形部４８を組み付ける際に、紛失防止手段４２のフック状の突起４４は、ガイドハウジング１４の対応する窓２８を貫通する。次いで、下位のガイドレール３８、場合によってはガイドハウジング１４の背面に形成されたガイドリブ３２ならびに場合によってはガイドレール３６への磁気素子３４の差込が行われる。磁気素子３４は、正面６４を備えており、正面６４は、既に図２に関して説明した切欠５８（切欠５８はストッパ面６０により画設される）ならびに側面６２（側面６２は磁気素子３４の正面６４を画設する）を備えている。

係止フック状の突起４４が差込方向に傾斜部を有していることに基づいて、横向きに移動可能な磁気素子３４が特に簡単に突起４４の上を移動可能であるので、ガイドレール３８もしくは３６もしくはガイドリブ３２への磁気素子３４の差込は特に簡単に行われるが、逆方向に、紛失防止手段４２の、真っ直ぐに延びるフック状の突起４４に基づいて、ストッパ面６０（ストッパ面６０は切欠５８により画設される）は、紛失防止手段４２のフック状の突起４４の真っ直ぐに延びる面に当接する。これにより横向きにガイドハウジング１４に沿って移動可能な磁気素子３４は、紛失不能であるが、移動可能に収容されている。

Claims (11)

1. 磁気素子（３４）用の少なくとも１つのガイドレール（３６，３８）を有するガイドハウジング（１４）を備えたポジションセンサ（１０）において、
   前記ガイドハウジング（１４）には、リードフレーム構造部（５０）および／または導体路（４０）を電気絶縁して固定する射出成形部（４８）が収容されており、該射出成形部（４８）は、前記磁気素子（３４）用の紛失防止手段（４２，４４）を形成し、前記射出成形部（４８）は、前記ガイドハウジング（１４）に設けられた窓（２８）を貫通するフック状の突起（４４）を備えていることを特徴とする、ポジションセンサ。
2. 前記ガイドハウジング（１４）は、開口（３０）を備えており、該開口（３０）において、プラスチック材料が、掛止点または掛止要素（５４）を形成する、請求項１記載のポジションセンサ。
3. フック状の前記突起（４４）は、真っ直ぐな面と斜めの面とを備えている、請求項１または２記載のポジションセンサ。
4. 前記紛失防止手段（４２）のフック状の前記突起（４４）は、前記磁気素子（３４）の運動平面に突入して、該磁気素子（３４）の横向きの移動距離（５２）を制限する、請求項３記載のポジションセンサ。
5. 前記磁気素子（３４）は、前記ガイドハウジング（１４）のガイドリブ（３２）に沿って、前記ガイドハウジング（１４）に設けられた少なくとも１つのガイドレール（３６，３８）にガイドされている、請求項１から４までのいずれか１項記載のポジションセンサ。
6. 前記ガイドハウジング（１４）は、窓（２０）を備えており、該窓（２０）は、センサユニット（５６）に対向して位置しており、該センサユニット（５６）は、前記リードフレーム構造部（５０）および／または前記導体路（４０）と電気接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のポジションセンサ。
7. 前記ガイドハウジング（１４）は、前記リードフレーム構造部（５０）および／または前記導体路（４０）の掛止を実現する開口（２２）を備えている、請求項１から６までのいずれか１項記載のポジションセンサ。
8. 前記ガイドハウジング（１４）は、リブ（１８）として形成された、前記センサユニット（５６）のため位置決め要素（１６）を備えている、請求項１から７までのいずれか１項記載のポジションセンサ。
9. 前記磁気素子（３４）は、切欠（５８）を備えており、該切欠（５８）は、少なくとも１つのストッパ面（６０）により画設されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のポジションセンサ。
10. 前記プラスチック材料が、ポリアミドである、請求項２記載のポジションセンサ。
11. 開口（２０，２２，２８，３０）を備えた支持体ハウジング（１４）にポジションセンサ（１０）を組み付ける方法において、
    以下の方法ステップ、即ち：
    ａ）支持点（４６）の形成により、前射出成形されたリードフレーム構造部（５０）または前射出成形された導体路（４０）にセンサユニット（５６）を材料結合で接合し、
    ｂ）前記ガイドハウジング（１４）に設けられた少なくとも１つのガイドレール（３６，３８）および／またはガイドリブ（３２）に磁気素子（３４）を組み付け、
    ｃ）前記センサユニット（５６）、前記前射出成形されたリードフレーム構造部（５０）および／または前記前射出成形された導体路（４０）から成る前付けされた構成群を電気絶縁して固定する射出成形部（４８）を射出成形プロセスにより成形し、その際、該射出成形部（４８）の掛止点（５４）は、前記ガイドハウジング（１４）の開口（３０）に突入し、
    ｄ）前記ガイドハウジング（１４）に沿った前記磁気素子（３４）の側方の移動距離（５２）を制限する紛失防止手段（４２，４４）を、前記ガイドハウジング（１４）の窓状の開口（２８）に嵌め込む、
    ステップを有することを特徴とする、ポジションセンサを組み付ける方法。

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