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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung mit einem Sensorabschnitt in einer Abtastkammer, welche durch Gehäuse bzw. Gehäuseteile definiert wird, von denen eines in Bezug auf das andere gebogen ist, wobei insbesondere der Druck in der Kammer der Sensorvorrichtung durch eine Biegekraft beeinflusst wird.
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Eine in der
JP 7-243926 A offenbarte Drucksensorvorrichtung wird in
6 dargestellt. Ein Verbindungsglied- bzw. Steckergehäuse
3 (erstes Gehäuse) und ein Gehäuse
7 (zweites Gehäuse) sind aneinander befestigt, und eine Abtastkammer
10, welche einen vorbestimmten inneren Druck aufweist, wird durch das Gehäuse
3 und das Gehäuse
7 definiert. Insbesondere ist eine Mulde
30, welche in dem Gehäuse
3 vorgesehen ist, durch ein Metalldiaphragma
8 geteilt, welches auf das Gehäuse
7 geschweißt ist, und es wird ein geschlossener Raum wie die Kammer
10 gebildet. Die Kammer
10 enthält Öl
11, welches ein Druckübertragungsmedium ist. Der Druck des Öls
11 wird auf einem vorbestimmten Pegel gehalten.
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Ein Abtastelement 1, welches ein Abtastabschnitt der Drucksensorvorrichtung ist, ist in der Kammer 10 vorgesehen und an der Mulde 30 befestigt, um den Öldruck abzutasten. Das Abtastelement 1 ist elektrisch mit Steckeranschlussstiften 4, welche in dem Steckergehäuse 3 angeordnet sind, über Drähte 6 verbunden.
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In einer derartigen Drucksensorvorrichtung wird ein Messdruck dem Metalldiaphragma 8 über ein Druckaufbringungsloch 72 aufgebracht, und es ändert sich der Öldruck in der Kammer 10. Ein Ausgangssignal entsprechend der Änderung des Öldrucks wird von dem Sensorelement 1 über die Steckeranschlussstifte 4 ausgegeben.
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Das Gehäuse 3 wird in ein offenes Ende des Gehäuses 7 eingepasst, welches einen umgebogenen Rand bzw. Biegeabschnitt in einer geraden Form wie durch die gestrichelten Linien in 6 dargestellt besitzt. Beim Einpassen des Gehäuses 3 in das Gehäuse 7 werden das Abtastelement 1 und eine vorbestimmte Menge von Öl 11 in der Mulde 30 gehalten. Danach wird eine vorbestimmte Kraft auf den Biegeabschnitt 75 derart aufgebracht, dass das Gehäuse 7 um das Gehäuse 3 gebogen wird. Es wird ein geschlossener Raum mit der Kammer 10 definiert.
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Der Öldruck in der Kammer 10, nachdem das Gehäuse 7 um das Gehäuse 3 gebogen worden ist, ändert sich entsprechend einem räumlichen Fassungsvermögen der Kammer 10. Das räumliche Fassungsvermögen der Kammer 10 ändert sich entsprechend der Größe der Mulde 30, der Form des Metalldiaphragmas 8 nach dem Schweißen, dem Volumen bzw. der Menge des Öls 11 und anderen Faktoren. Da das Sensorelement 1 den Öldruck in der Kammer 10 abtastet, kann der Ausgang des Sensorelements 1 entfernt von einem Sollpegel sein. Dies verringert die Empfindlichkeit der Sensorvorrichtung, was zu einer Schwierigkeit nicht nur im Hinblick auf Drucksensoren sondern ebenfalls auf Sensoren führt, deren Empfindlichkeit durch eine Kraft beeinflusst wird, die auf Gehäuse bzw. Gehäuseteile beim Biegen aufgebracht wird.
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Aus der
JP 2000/009572 A ist ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung bekannt, welche eine Abtastkammer, die durch ein erstes Gehäuse und ein zweites Gehäuse definiert wird, wobei ein Gehäuse auf das andere Gehäuse gebogen wird, und einen Abtastabschnitt in der Abtastkammer besitzt. Während des Biegens des einen Gehäuses auf das andere Gehäuse wird ein Ausgangssignal des Abtastabschnitts überwacht, um das Ende des Biegevorgangs zu bestimmen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein aus der
JP 2000/009572 A bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung, welche einen Abtastabschnitt in einer durch Gehäuse bzw. Gehäuseteile definierten Abtastkammer besitzt, von denen eines um das andere gebogen wird, derart weiterzuentwickeln, dass ein verbessertes Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung mit verbesserter Empfindlichkeit angegeben wird.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Drucksensors einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt ein Blockdiagramm, welches Vorrichtungen darstellt, die bei einem Biegeprozess verwendet werden;
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3 zeigt eine Querschnittsansicht des Drucksensors in der ersten Stufe eines Biegeprozesses der Ausführungsform;
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4 zeigt eine Querschnittsansicht des Drucksensors in einer zweiten Stufe des Biegeprozesses;
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5A zeigt einen Graphen, welcher eine Kraft gegenüber den Zeiten darstellt;
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5B zeigt einen Graphen, welcher einen inneren Druck einer Abtastkammer gegenüber der Zeit darstellt; und
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6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Druckkammer einer verwandten Technik.
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Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren beschrieben. In den Figuren werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Komponenten und Vorrichtungen verwendet.
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Ausführungsform
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Ein in 1 dargestellter Drucksensor S1 wird für ein Fahrzeug verwendet, um einen Druck eines Kühlmittels einer Klimaanlage oder einen Kraftstoffdruck zu erfassen. Ein Abtastelement 1, welches ein Abtastabschnitt der Sensorvorrichtung S1 ist, ist zum Druckabtasten vorgesehen. Das Abtastelement wird mit einer Glasbasis bzw. einem Glassockel 2 durch anodisches Bonden befestigt. Die Glasbasis 2 wird in einer in einem Steckergehäuse 3 (in einem ersten Gehäuse) gebildeten Mulde 30 angeordnet und an dem Gehäuse 3 mit einem Haftmittel wie Silikongummi befestigt. Ein Abtastelement eines Halbleiterdiaphragmatyps wird für das Abtastelement 1 verwendet, welches einen Pegel eines Drucks in ein elektrisches Signal umwandelt.
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Das Gehäuse 3 ist, geformt von einem Stempel, aus Harz wie Polyphenylensulfid (PPS) gebildet. Steckeranschlussstifte 4 sind integriert in dem Gehäuse 3 durch Einspritzformen gebildet und werden für einen elektrischen Signalausgang verwendet. Das Gehäuse 3 besitzt einen Verbindungsabschnitt 3a zum elektrischen Verbinden von ersten Enden der Steckeranschlussstifte 4 mit einer (nicht dargestellten) externen Schaltung für ein Fahrzeug über ein (nicht dargestelltes) externes Verdrahtungsteil. Die externe Schaltung und das externe Verdrahtungsteil enthalten eine elektrische Steuereinheit (ECU) bzw. einen Drahtkabelbaum. Zweite Enden der Steckeranschlussstifte 4 sind in dem Gehäuse 3 in der Mulde 30 mit einem Grenzflächen versiegelnden Haftmittel wie Siliziumgummi eingeschlossen.
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In der Mulde 30 ist das Abtastelement 1 elektrisch mit den zweiten Enden der Steckeranschlussstifte 4 über Bonddrähte 6 verbunden. Ein von dem Abtastelement 1 ausgegebenes elektrisches Signal wird der externen Schaltung über die Bonddrähte 6 und die Steckeranschlussstifte 4 gesendet.
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Ein Gehäuse 7 (zweites Gehäuse) besitzt einen aus einem plattierten Kohlenstoffstahl gebildeten Körper 71. Der Körper 71 besitzt ein Druckaufbringungsloch 72, durch welches ein Messdruck aufgebracht wird, und einen Schraubenabschnitt 73 zum Befestigen der Vorrichtung 1 an einem geeigneten Platz. Des weiteren sind ein Metalldiaphragma 8 und ein Halteteil 9 (ein Schweißring) verschweißt und luftdicht verbunden mit dem Rand des Körpers 21 um ein Ende des Lochs 72 herum benachbart zu dem Gehäuse 3. Das Metalldiaphragma 8 ist aus einem dünnen Metall wie SUS (steel use stainless) gebildet.
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Ein Körper 31 des Gehäuses 3 ist im wesentlichen pfahlförmig gebildet und enthält das Abtastelement 1 und die Steckeranschlussstifte 4. Der Körper 31 besitzt einen herausragenden Abschnitt 32, welcher auf einem gesamten Rand des Körpers 31 befindlich ist. Der Körper 71 des Gehäuses 7 besitzt eine Öffnung 74 auf der Seite, welche eine Verbindung zu dem Körper 31 des Gehäuses 3 herstellt. Wenn das Gehäuse 3 und das Gehäuse 7 zusammengesetzt werden, wird der herausragende Abschnitt 32 des Gehäuses 3 in die Öffnung 74 eingepasst und mit einem Biegeabschnitt 75 ausgerichtet, welcher um die Öffnung 74 herum vorgesehen ist. Danach wird der Biegeabschnitt 75 derart umgebogen, dass dessen innere Oberfläche gegen eine äußere Oberfläche des herausragenden Abschnitts 32 zum Biegen gedrückt wird.
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Nachdem das Gehäuse 7 auf das Gehäuse 3 gebogen worden ist, wird die Abtastkammer 10 durch die Mulde 30 und das Metalldiaphragma 8 definiert. Das Öl 11, welches nicht nur ein Druckübertragungsmedium sondern ebenfalls eine füllende Flüssigkeit darstellt, wird der Kammer 10 vorgesehen. Öl, welches einen niedrigen thermischen Ausdehnungs- oder Zusammenziehungskoeffizienten besitzt, wird als das Öl 11 verwendet.
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Ein O-Ring 12 wird in einem Graben 13, welcher um die Kammer 10 herum in dem Gehäuse 3 vorgesehen ist, für einen Luftverschluss angeordnet. Der Graben 13 ist in einer Form entsprechend derjenigen des O-Rings 12 gebildet. Der O-Ring 12 wird in den Graben 13 eingesetzt und zwischen dem Gehäuse 3 und einem Halteteil 9 des Gehäuses 7 heruntergedrückt.
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In der Kammer 10 befindet sich der Öldruck auf einem vorbestimmten Pegel. Der Öldruck in der Kammer 10 wird von dem Abtastelement 1 erfasst. Der Drucksensor S1 ist an einem geeigneten Abschnitt einer Kühlmittelrohrleitung einer Klimaanlage befestigt, so dass er mit der Kühlmittelrohrleitung mit dem Schraubenabschnitt 73 und einem O-Ring 14 verbunden ist. Der O-Ring 14 ist um den Schraubenabschnitt 73 herum vorgesehen. Ein Messdruck in der Kühlmittelrohrleitung wird dem Drucksensor S1 über das Druckaufbringungsloch 72 aufgebracht.
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Der Druck wird dem Metalldiaphragma 8 aufgebracht und dem Abtastelement 1 über das Öl 11 in der Kammer 10 gesendet. Das Abtastelement 1 wandelt den Druckpegel in ein elektrisches Signal (Ausgangsspannung) um. Das ausgegebene Signal wird der externen Schaltung über die Bonddrähte 6 und die Steckeanschlussstifte 4 gesendet. Daher wird der Druckpegel des Kühlmittels der Klimaanlage erfasst.
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Bei dem Herstellungsprozess des Drucksensors 51 wird das Steckergehäuse 3, in welchem die Steckeranschlussstifte 4 gegossen sind, aus thermoplastischen Harz wie PPS durch eine Mehrzahl von Stempeln gegossen. Die Basis bzw. der Sockel 2, an welchem das Abtastelement 1 befestigt ist, wird in der Mulde 30 angebracht. Nachdem das Abtastelement 1 und der Steckeranschlussstift 4 über die Bonddrähte 6 elektrisch miteinander verbunden sind, wird der O-Ring 12 in den Graben 13 eingesetzt.
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Das Gehäuse 3 wird derart plaziert, dass das Abtastelement 1 aufrecht zu liegen kommt, und es wird ein bestimmter Betrag des Öls 11, beispielsweise eines Fluoröls, in die Mulde 30 durch einen Spender eingefügt. Es wird das Gehäuse 7 mit dem Metalldiaphragma 8 und dem Halteteil 9, welches mit dem Umfangsrand des Körpers 71 verschweißt und Luftdicht verbunden ist, bereitgestellt. Zu dieser Zeit besitzt der Biegeabschnitt 75 eine gerade Form wie durch die gestrichelte Linie in 1 dargestellt.
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Das Gehäuse 7 wird in die horizontale Position heruntergebracht, um an das Gehäuse 3 angepasst zu werden. Eine Einheit des Gehäuses 7 und des Gehäuses 3 wird in einen Vakuumraum gebracht, um unnötige Luft aus der Kammer 10 zu evakuieren. Danach werden das Gehäuse 3 und das Gehäuse 7 gegeneinander gepresst, bis das Halteteil 9 in einen guten Kontakt mit dem Gehäuse 3 gebracht wird, um die durch den O-Ring 12 verschlossene Kammer 10 zu bilden. Nachdem dieser Schritt beendet worden ist, wird die Einheit des Gehäuses 7 und des Gehäuses 3 aus dem Vakuumraum herausgenommen.
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Eine Kraft wird auf den Biegeabschnitt 75 derart aufgebracht, dass das Gehäuse 7 auf das Gehäuse 3 gebogen wird. Der Biegeabschnitt 75 wird derart umgebogen, dass seine innere Oberfläche gegen eine äußere Oberfläche des herausragenden Abschnitts 32 zum Biegen gedrückt wird. Das Biegen wird durch eine in 2 dargestellte Biegemaschine 110 durchgeführt.
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Bei dem Biegeprozess wird Energie aus einer Energiequelle 100 dem Drucksensor S1 über die Steckeranschlussstifte 4 wie in 2 dargestellt zugeführt. In diesem Zustand ist das Abtastelement 1 bereit für eine Druckerfassung. Ein Signal entsprechend einer Ausgangsspannung Vout wird von dem Abtastelement 1 ausgegeben und der Biegemaschine 110 als Rückkopplungssignal gesendet. In der Biegemaschine wird eine Biegekraft durch Steuern eines Biegeöldrucks durch einen Servormotor eingestellt. Der Servomotor 111 wird auf der Grundlage des Rückkopplungssignals gesteuert.
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In der ersten Stufe des Biegeprozesses werden ein erstes und ein zweites Druckteil von einem Stempel 120 vertikal wie durch die Pfeile in 3 dargestellt bewegt, und der Biegeabschnitt 75 wird nach innen gebogen. In der zweiten Stufe des Biegeprozesses wird die Sensorvorrichtung S1 in die Biegemaschine 110 gesetzt, welche gemäß 4 einen Stempel 130 in einer unterschiedlichen Form zu dem in 3 dargestellten Stempel 120 besitzt. Der Stempel 130 ist in einer Form derart gebildet, dass er den Biegeabschnitt 75 in die vollendete Form des Biegens abändert. Erste und zweite Druckteile des Stempels 130 werden wie durch die Pfeile in 4 angezeigt nach unten bewegt, um den Biegeabschnitt 75 gegen die Oberfläche des herausragenden Abschnitts 32 zu pressen.
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Wenn die Biegekraft kontinuierlich aufgebracht wird, verringert sich die kubische Kapazität der Kammer 10, woraufhin sich der Druck in der Kammer 10 erhöht. Die von dem Abtastelement 1 erfasste Ausgangsspannung Vout ändert sich mit dem Öldruck. Die Biegemaschine 110 überwacht die ausgegebene Spannung Vout und steuert die Biegekraft auf der Grundlage der Ausgangsspannung Vout. Wenn der Öldruck in der Kammer 10 einen Sollpegel erreicht, stoppt das Aufbringen der Biegekraft.
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Die Biegekraft und der Öldruck in der Kammer 10 ändern sich wie in 5A und 5B dargestellt jeweils mit der Zeit. Eine große Biegekraft wird derart aufgebracht, dass der Öldruck in der Kammer unverzüglich den Sollpegel von beispielsweise 0,1 kg/cm2 erreicht. Wenn der Öldruck dem Sollpegel nahe kommt, wird die Biegekraft allmählich verringert, so dass sich die Erhöhungsgeschwindigkeit des Öldrucks in der Kammer sich verlangsamt. Daher wird der Öldruck in der Kammer genau auf den Sollpegel gesetzt. Wenn der Biegeprozess beendet worden ist, ist der Herstellungsprozess der Abtastvorrichtung S1 beendet.
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Der Öldruck in der Kammer 10 wird während des Biegeprozesses überwacht, um die Biegekraft zu steuern. Daher wird der Öldruck in der Kammer 10 genau auf den Sollpegel festgelegt. Dies verringert Änderungen in der Ausgangsspannung Vout infolge von Änderungen in dem Öldruck. D. h., es wird eine sehr zuverlässige Druckabtastvorrichtung durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung geschaffen.
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Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die oben erörterte und in den Figuren dargestellte Ausführungsform beschränkt sein, sondern sie kann auf verschiedene Weise ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen implementiert werden. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf irgendeine Abtastvorrichtung angewandt werden, wobei ein innerer Druck der Abtastkammer von der Biegekraft außer bei den Druckabtastvorrichtungen wie der Vorrichtung S1 beeinflusst wird.
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Vorstehend wurde ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung offenbart. Ein Drucksensor (S1) enthält ein Abtastelement (1) in einer Abtastkammer (10), welche durch zwei Gehäuse bzw. Gehäuseteile (3, 7) definiert wird, wobei eines davon auf das andere gebogen wird. Ein innerer Druck der Kammer (10) wird durch eine Biegekraft beeinflusst. In dem Herstellungsprozess des Drucksensors (S1) wird der innere Druck während des Biegens der Gehäuse (3, 7) überwacht. Um den inneren Druck zu überwachen, wird das Abtastelement (1) des Drucksensors (S1) verwendet. Ein Ausgangssignal (Vout) des Abtastelements (1) wird der Biegemaschine (110) gesendet. Die Biegemaschine (110) steuert eine Biegekraft auf der Grundlage des Ausgangssignals (Vout).
