KR20120001785A

KR20120001785A - 센서 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20120001785A
Application number: KR1020117025260A
Authority: KR
Inventors: 벤자민 보흘; 올리버 바드
Original assignee: 에프코스 아게
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2012-01-04
Also published as: US20150285664A1; US20120057617A1; BRPI1010271A2; US9086329B2; EP2411778A1; JP2012522208A; DE102009015315A1; CN102365535A; JP5443587B2; EP2411778B1; WO2010108961A1

Abstract

센서 장치가 제공되며, 상기 센서 장치는 전기적 연결부들(2, 2')을 구비한 적어도 하나의 센서 소자(1)를 포함한다. 적어도 하나의 센서 소자(1)는 고체 플라스틱 몸체(3)에 배치되고, 이때 센서 소자(1)와 플라스틱 몸체(3) 사이에 적어도 하나의 제1절연층(4)이 배치되며, 상기 제1절연층은 센서 소자(1)를 둘러싼다. 센서 소자(1)는 측정해야 할 매질의 적어도 하나의 물리적 특성을 직접 감지한다.

Description

센서 장치 및 제조 방법{SENSOR ARRANGEMENT AND METHOD FOR PRODUCTION}

본 발명은 센서 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.

문헌 DE 10 2008 022465 A1으로부터 센서 소자의 보호를 위해 센서 덮개를 구비한 센서 장치가 공지되어 있다.

해결하려는 과제는 충분한 전기적 보호부를 포함한 센서 장치를 제공하는 것으로, 이때 센서 소자의 응답 시간은 상기 보호부에 의해 근소한 정도로만 제한된다.

상기 과제는 특허청구범위 제1항에 따른 센서 장치 및 특허청구범위 제12항에 따른 센서 장치의 제조 방법에 의하여 해결된다. 센서 장치 및 제조 방법의 유리한 형성예는 종속항의 주제이다.

적어도 하나의 센서 소자를 포함한 센서 장치가 제공된다. 센서 소자는 상기 센서 소자를 전기적으로 접촉시킬 때 이용하는 전기적 연결부들을 포함한다. 센서 소자는 고체 플라스틱 몸체에 배치되어 있다. 고체 플라스틱 몸체란 소정의 기본형을 가진 가요적 플라스틱 소재의 몸체를 의미한다. 플라스틱 몸체는 적어도 부분적으로 변형 가능하며, 이때 플라스틱 몸체는 어느 때나 다시 상기 플라스틱 몸체의 최초 형태로 돌아간다. 바람직하게는, 전기적 연결부들은 플라스틱 몸체의 규격을 넘어 연장된다.

센서 소자와 플라스틱 몸체 사이에 적어도 하나의 절연층이 배치되어 있으며, 절연층은 센서 소자를 매립한다. 센서 소자에 인접하는 전기적 연결부들 중 적어도 하나의 부분 영역은 제1절연층에 의해 둘러싸여 있다. 제1절연층은 센서 소자로부터 상기 전기적 연결부의 인접한 부분 영역들로 연장된다. 바람직하게는, 전기적 연결부들에 있어서 적어도 플라스틱 몸체의 내부 공간에 위치한 영역은 제1절연층에 의해 둘러싸여 있다.

일 실시예에서, 센서 소자는 측정해야 할 매질의 적어도 하나의 물리적 파라미터를 직접 감지한다. 센서 소자는 예를 들면 온도 센서로서 또는 광학적 센서로서 형성된다. 온도 센서의 경우 예를 들면 주변 매질의 온도가 감지된다. 광학적 센서의 경우 예를 들면 센서 장치의 광학적 신호가 감지된다.

센서 장치의 실시예에서, 제1절연층과 플라스틱 몸체 사이에 부가적 절연층이 배치되어 있다.

바람직하게는, 플라스틱 몸체는 적어도 하나의 중공을 포함한 형태를 가지며, 상기 중공은 일 측에서 개방되어 있다. 그러나, 플라스틱 몸체의 형태는 상기와 같은 형태에 한정되지 않고, 각각의 임의적 형태를 가질 수 있다.

바람직하게는, 플라스틱 몸체의 물질과 제1 및 부가적 절연층의 물질은 서로 무관하다. 바람직하게는, 상기 물질들은 각각의 요건에 맞춰지며, 또한 높은 내전압(withstand voltage)을 가진다. 온도 센서의 경우, 사용되는 물질은 열 전도도가 큰 것이 바람직하다. 광학적 센서의 경우, 사용되는 물질은 광학 센서에 의해 감지되는 파장 영역과 관련하여 중성 광학적 특성을 가지는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 물질은 광학 센서의 파장 영역내에서 복사에 대해 가능한 한 양호한 투과성을 가진다.

바람직하게는, 제 1 및 부가적 절연층은 가요적 폴리머 또는 고체 폴리머를 포함한다.

복수 개의 센서 소자들을 포함하는 센서 장치의 실시예에서 개별 센서 소자들은 각각 제1절연층에 의해 둘러싸여 있다. 부가적 실시예에서, 센서 소자는 공통의 제1절연층을 포함하고, 상기 공통의 제1절연층은 전부 또는 일부의 센서 소자를 둘러싼다.

일 실시예에서, 센서 소자의 연결부들은 경성(rigid) 공급 라인으로 형성된다. 바람직하게는, 공급 라인은 특정한 정렬로 유지되는 와이어(wire) 또는 로프(rope)를 포함할 수 있고, 이때 공급 라인은 상기 공급 라인이 센서 장치의 플라스틱 몸체내의 특정한 위치에서 센서 소자를 고정하도록 형성된다.

부가적 실시예에서, 센서 소자는 가요적 공급 라인 또는 전기적 연결부를 포함한다.

부가적 실시예에서, 적어도 하나의 센서 소자는 경성 캐리어 또는 도체판상에 배치되어 있고, 상기 캐리어는 플라스틱 몸체내에 배치되어 있다.

센서 장치의 실시예에서, 플라스틱 몸체는 적어도 하나의 가이드 장치를 포함하고, 상기 가이드 장치는 플라스틱 몸체의 내부 공간의 소정의 위치에 센서 소자를 배치하기에 적합하다. 바람직하게는, 가이드 장치는 센서 소자와 플라스틱 몸체의 가이드 장치 사이에 적어도 제1절연층을 위한 충분한 공간이 제공되는 방식으로 배치되거나 형성되고, 상기 제1절연층은 센서 소자를 둘러싼다. 가이드 장치는 예를 들면 브리지(bridge) 또는 돌출부로서 형성된다.

센서 장치의 실시예에서, 적어도 하나의 센서 소자는 온도 센서의 기능을 가진다. 공지된 온도 센서는 예를 들면 NTC- (부 온도 계수) 또는 PTC (정 온도 계수) 특성을 가진 전기 소자이다.

센서 장치의 부가적 실시예에서, 적어도 하나의 센서 소자는 광학 센서의 기능을 가진다.

센서 장치의 실시예에서, 적어도 하나의 센서 소자는 온도 센서로서 형성되고, 부가적 센서는 광학 센서로서 형성된다. 광학 센서로서 예를 들면 포토다이오드 또는 포토트랜지스터가 적합하다.

온도 센서 및 광학 센서를 구비한 센서 장치의 실시예에서, 온도와 광학 신호는 가능한 한 동시에 감지될 수 있다.

부가적 실시예에서, 센서 장치는 광전 소자를 포함한다. 바람직하게는, 광전 소자는 예를 들면 LED 또는 OLED와 같은 발광다이오드의 특성을 가진다.

일 실시예에서, 센서 장치는 적어도 하나의 광학 센서 및 적어도 하나의 광전 소자를 포함하고, 상기 광학 센서와 소자는 이들이 모여 예를 들면 광 배리어 역할을 하도록 배치되어 있다.

일 실시예에서, 플라스틱 몸체는 적어도 센서 소자의 영역에서 적어도 1 mm의 벽 두께를 가진다. 센서 장치의 전기적 공급 라인의 영역에서 플라스틱 몸체의 벽 두께는 센서 소자의 영역내의 벽 두께를 초과할 수도 있고 미달할 수도 있다. 바람직하게는, 플라스틱 몸체는 적어도 센서 장치가 측정해야 할 매질과 접촉하는 영역에서 적어도 1 mm의 벽 두께를 가진다.

센서 장치의 실시예에서, 센서 장치는 적어도 3000 V AC(alternating current = 교류 전압)의 내전압을 가진다. 센서 장치의 내전압은 상기 장치의 개별 절연층들의 내전압의 합으로 이루어진다.

센서 장치의 실시예에서, 제1절연층은 바람직하게는 적어도 1000 V AC의 내전압을 가진다. 더욱 바람직한 실시예에서, 제1절연층은 1250 V AC의 내전압을 가진다.

센서 장치를 이와 같이 구성하면, 상기 센서 장치는 VDE 규격에 따른 보호등급 II의 내전압을 가진다. 상기 보호 등급은 적어도 센서 소자의 영역 및 상기 영역에 인접한 전기적 연결부의 일부 영역에서 달성된다. 센서 장치는 적어도 상기 센서 장치가 측정해야 할 매질과 접촉하는 영역에서 보호 등급 II를 포함한다. 일반적으로, 센서 장치의 부가적 전기 접촉을 위한 개방형 전기적 연결부는 보호 등급 II에 따른 내전압을 포함하지 않으며, 그러나 보호 장치는 예를 들면 보호 등급 II를 충족하는 플러그 결합을 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들면 전체 센서 장치는 보호 등급 II를 충족한다. 센서 장치가 앞에 기술된 바와 같이 구성됨으로써, 센서 소자의 응답 시간이 비허용 수준으로 강하게 절연에 의한 제한을 받지는 않으며, 상기 센서 장치는 상기 센서 장치에 있어 예를 들면 온도 또는 광학 신호와 같은 물리적 특성을 신속하게 감지하기 위해 적합하게 될 수 있다.

앞서 기술한 바와 같은 센서 장치의 제조 방법에서, 중공을 포함한 플라스틱 몸체가 제공된다. 플라스틱 몸체의 중공내에는 적어도 하나의 센서 소자가 전기적 연결부와 함께 배치된다.

일 실시예에서, 센서 소자는 플라스틱 몸체와 소정의 간격을 가짐으로써, 센서 소자는 중공의 소정 위치에 배치되어 있다.

방법의 실시예에서, 적어도 상기 중공은 센서 소자의 영역에서 폴리머로 채워진다. 바람직하게는, 폴리머는 센서 소자 둘레의 전체 공간을 채우며, 이때 바람직하게는 상기 영역에 공기가 더 이상 존재하지 않는다. 따라서, 경계면 또는 중공내의 부분 방전이 방지된다.

부가적 실시예에서, 플라스틱 몸체의 중공은 센서 소자의 배치 전에 폴리머로 채워진다. 폴리머는 센서 소자의 제1절연층을 형성한다. 이후, 센서 소자는 폴리머로 충진된 플라스틱 몸체의 중공내에서 원하는 위치까지 삽입된다.

방법의 부가적 실시예에서, 센서 소자는 플라스틱 몸체의 중공 내에 배치되기 전에 제1절연층안에 매립된다. 이때, 센서 소자 및 적어도 인접하는 전기적 연결부 영역을 제1절연층으로 오버몰딩하기 위해 예를 들면 사출 성형 방법이 적합하다.

방법의 실시예에서, 제1절연층으로 덮인 센서 소자는 부가적 절연층으로 덮인다. 상기 센서 소자는 플라스틱 몸체의 중공내에 배치되어 있다. 적어도 센서 소자의 제1절연층과 플라스틱 몸체 사이의 간극은 폴리머로 채워지는 것이 바람직하다.

앞에 기술한 물건 및 방법은 이하의 도면 및 실시예에 의거하여 더 상세히 설명된다.

이하의 도면은 개략적이며 척도에 맞는 것으로 해석할 수 없다. 상호 동일하거나 동일한 기능을 가진 요소는 동일한 참조번호를 가진다.

도 1은 센서 장치의 제1실시예의 개략적 구성도이다.
도 2는 센서 장치의 부가적 실시예이다.
도 3은 센서 소자 및 광전 소자를 포함한 센서 장치의 부가적 실시예이다.

도 1은 센서 장치의 제1실시예의 구성도를 개략적으로 도시한다. 센서 장치는 플라스틱 몸체(3)를 포함한다. 플라스틱 몸체(3)의 내부 공간에 센서 소자(1)가 배치되어 있고, 상기 센서 소자는 도시된 실시예에서 경성(rigid) 전기적 연결부(2, 2’)를 포함한다. 센서 소자(1) 및 도 1에 도시된 전기적 연결부(2, 2')의 일부 영역은 제1절연층(4)에 의해 둘러싸여 있다. 도 1에는 전체 센서 장치의 관련 부분 영역만이 도시되어 있다. 전기적 연결부들(2, 2’)의 말단은 센서 소자(1)의 접촉을 위해 바람직하게는 외부로부터 접촉될 수 있다. 바람직하게는, 제1절연층(4)은 고체, 액체 또는 가요적 폴리머를 포함한다. 액체 폴리머를 포함하는 제1절연층(4)의 실시예에서, 바람직하게는 플라스틱 몸체(3)는 말단영역에서 폐쇄되되, 적어도, 폴리머가 플라스틱 몸체(3)의 내부 공간에 바람직하게는 기밀식으로(air-tight) 닫히도록 폐쇄된다.

도 2에는 센서 장치의 부가적 실시예의 개략적 구성도가 도시되어 있다. 센서 장치는 플라스틱 몸체(3)를 포함하고, 플라스틱 몸체의 중공(7)에 센서 소자(1)가 배치되어 있다. 센서 소자(1)는 전기적 연결부들(2, 2’)을 포함하고, 이때 센서 소자(1) 및 전기적 연결부들(2, 2)은 적어도 센서 장치의 도시된 부분 영역에서 제1절연층(14)에 의해 둘러싸여 있다. 제1절연층(14)과 플라스틱 몸체(3)의 내벽 사이에 위치한 간극은 부가적 절연층(5)을 형성할 수 있다. 부가적 절연층(5)은 예를 들면 공기 또는 폴리머를 포함할 수 있다. 센서 장치의 센서 소자(1)가 온도 센서의 특성을 가지는 실시예에서, 부가적 절연층(5)은 바람직하게는 폴리머이고, 상기 폴리머는 양호한 열 전도도를 가진다. 센서 소자(1)가 광학 센서의 특성을 가지는 실시예에서, 부가적 절연층(5)은 바람직하게는 광학적으로 투명한 가스 또는 폴리머이다. 도 2는 플라스틱 몸체(3)에 있어서 센서 소자(1)가 배치되어 있는 영역만을 도시한다. 바람직하게는, 상기 부가적 영역은 적어도 외부로부터 전기적으로 접촉 가능한 연결부들(2, 2')을 포함한다.

도 3은 센서 장치의 부가적 실시예의 구성도를 개략적으로 도시하며, 상기 센서 장치는 2개의 소자를 포함한다. 적어도 하나의 소자는 센서 소자(11)로서 형성된다. 다른 소자는 광전 소자(6)로서 형성된다. 센서 장치는 플라스틱 몸체(13)를 포함하고, 플라스틱 몸체의 내부 공간에 캐리어(8)가 배치되어 있다. 센서 소자(11) 및 광전 소자(6)는 도전로(12, 12’)를 포함한 캐리어(8)상에 배치되어 있다. 센서 소자(11) 및 광전 소자(6)는 도전로(12, 12’)를 이용하여 전기적으로 접촉되어 있다. 플라스틱 몸체(13)의 내부 공간은 폴리머로 채워지고, 폴리머는 센서 소자(11) 및 광전 소자(6)의 둘레에서 제1절연층(24)을 형성한다. 도 3에서 플라스틱 몸체는 캐리어(8)를 둘러싸되, 적어도, 예를 들면 액체 또는 고체 폴리머를 포함하는 제1절연층(24)이 플라스틱 몸체(13)의 내부 공간에 잔류하는 한, 둘러싼다.

도시된 실시예에서, 센서 장치는 예를 들면 포토다이오드 또는 포토트랜지스터와 같은 광학 센서를 포함한다. 광전 소자(6)는 예를 들면 LED이다. 센서 장치는 도시된 실시예에서 예를 들면 광 배리어의 기능을 가진다.

비록 실시예에서는 제한된 수의 가능한 발전예만이 기술될 수 있었으나, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 원칙적으로, 센서 장치는 서로 다른 종류이거나 동일한 종류의 복수 개의 센서 소자를 포함할 수 있고, 부가적 소자들도 포함할 수 있으며, 이때 센서 장치는 보호 등급 II를 포함한다.

상기 제공된 방법의 주제에 관한 설명은 개별적 특수 실시예에 한정되지 않는다. 오히려 기술적으로 중요한 경우에, 개별 실시예의 특징들은 임의적으로 상호 조합될 수 있다.

1, 11 센서 소자
2, 2' 전기적 연결부
3, 13 플라스틱 몸체
4, 14, 24 제1절연층
5 부가적 절연층
6 광전 소자
7 플라스틱 몸체(3)내의 중공
8 캐리어
12 도전로

Claims

전기적 연결부들(2, 2')을 구비한 적어도 하나의 센서 소자(1)를 포함하며,
상기 적어도 하나의 센서 소자(1)가 고체 플라스틱 몸체(3)내에 배치되고,
상기 센서 소자(1)와 상기 플라스틱 몸체(3) 사이에는 적어도 하나의 제1절연층(4)이 배치되며, 그리고
상기 제1절연층은 상기 센서 소자(1)를 매립하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1절연층(4)과 상기 플라스틱 몸체(3) 사이에 부가적 절연층(5)이 배치되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 부가적 절연층(5)은 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1절연층(4)은 가요적 폴리머 또는 고체 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기적 연결부들(2, 2')은 경성(rigid) 공급 라인으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 센서 소자(1)는 온도 센서의 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 센서 소자(1)는 광학 센서의 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 센서 장치는 적어도 하나의 광전 소자(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 장치는 적어도 3000 V의 교류 내전압을 가지는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라스틱 몸체(3)는 적어도 1 mm의 물질 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 센서 장치의 제조 방법에 있어서,
플라스틱 몸체(3)가 제공되고,
상기 플라스틱 몸체는 중공(7)을 포함하며,
상기 중공내에 적어도 하나의 센서 소자(1)가 배치되는 것을 특징으로 하는 센서 장치의 제조 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 중공(7)은 상기 센서 소자(1)와 상기 플라스틱 몸체(3) 사이에서 폴리머로 채워지는 것을 특징으로 하는 센서 장치의 제조 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 플라스틱 몸체(3)의 중공(7)은 상기 센서 소자(1)의 배치 전에 폴리머로 충진되는 것을 특징으로 하는 센서 장치의 제조 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 센서 소자(1)는 상기 플라스틱 몸체(3)의 중공(7)내에 배치되기 전에 제1절연층(4)안에 매립되는 것을 특징으로 하는 센서 장치의 제조 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 센서 소자(1)의 제1절연층(4)과 상기 플라스틱 몸체(3) 사이의 간극은 폴리머로 충진되는 것을 특징으로 하는 센서 장치의 제조 방법.