JP2012159505A - カバーにブッシングを備える流量センサ、流量センサの生産方法、およびセンサチップ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、２００℃から３００℃の熱い排気ガス流内に配置されるＥＧＲ用の流速計を、簡単かつ再現可能に大量生産することである。
【解決手段】流量センサ（１）、とりわけホットフィルム型流速計を大量生産する方法であって、該センサのセンサチップ（３）が、層抵抗（３０）として構成された加熱抵抗と、該加熱抵抗と接続された自立式電気線路（４２）と、該自立式電気線路（４２）が固定された支持体とを含めてハウジングカバー（５）まで無機材料からなっている方法において、ケーブル（７）がハウジング（６）に導入され、自立式電気線路（４２）がハウジングカバー（５）を通して案内され、ハウジング（６）内でケーブル（７）の芯線（７１）が自立式電気線路（４２）と接続され、その後、ハウジング（６）がハウジングカバー（５）により閉鎖される、ことを特徴とする方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＧＲ用のホットフィルム型流速計に関する。ホットフィルム型流速計は、たとえば排ガス流である測定流内にある基板に配置された抵抗層のエネルギー消費を介して測定流の質量を求める。排気ガス循環（ＥＧＲ）を正確に制御するためには、互いに熱的に分離された２つの抵抗が排ガス流に導入され、この流量センサが排ガスチャネルに固定される。排ガスチャネルでは流量センサが２００℃から３００℃の温度に曝される。この温度領域のためにセンサチップは無機材料から作製される。

流速計は熱的に互いに分離された２つのホットフィルム抵抗を有するか、または特許文献１によれば１つの加熱抵抗と、１つの測定抵抗を有する。

温度測定素子および加熱素子が支持素子の上に配置された流量センサ素子を自己クリーニングするために、特許文献２では、温度測定素子が付加的なプラチナ薄膜抵抗によって加熱される。

特許文献３，４，５は、電気ケーブルがカバーにより閉鎖された金属管の中に導入され、このカバーが層抵抗に挿入された流量センサを開示する。

排気ガス管または排気ガス循環管内の層抵抗の構成では、特許文献６によれば、シールド（４ａ）またはハウジング（４ｂ）に対して密閉された支持体に層抵抗が固定されており、このシールドまたはハウジングは排気ガス管または排気ガス循環管と密に接続されている。シールドまたはハウジングは、排気ガス管または排気ガス循環管の半径方向外側でこれらから間隔を置いて互いに密閉されている。特許文献７は、排気ガス循環管内にある流速測定装置を開示する。この流速測定装置では、層抵抗が固定されたセラミック支持体が、プラスチック製のチップハウジングに埋め込まれており、電気接続部が射出成形部を通して案内され、射出成形部内に密閉して固定されている。

ＥＰ１１５１１８８ ＤＥ１０２００５０５１１８２ ＷＯ１０２００６０３０７８６ ＷＯ２００７０４８５７３ ＷＯ２００８０００４９４ ＷＯ２００８１３１８９０ ＤＥ１０２００８０３７２０６Ａ１

本発明の課題は、２００℃から３００℃の熱い排気ガス流内に配置されるＥＧＲ用の流速計を、簡単かつ再現可能に大量生産することである。

この課題を解決するために、電気線路と層抵抗がベッド、たとえばセラミック体の上に載置され、このベッドをたとえばガラスペーストの塗布と焼成により蓋をする。

これが層抵抗として、プラチナ製の細い接続ワイヤとともにカバーに差し込まれる。

この課題の解決手段は、独立請求項の特徴部分に記載されている。従属請求項には有利な実施形態が記載されている。

流量センサ、とりわけホットフィルム型流速計を大量生産するために、そのセンサチップはハウジングカバーも含めて無機材料、たとえば酸化アルミニウム、酸化マグネシウムまたはスピネルのような酸化物からなり、本発明によればケーブルがハウジングに案内され、そして自立式の電気線路がハウジングカバーを通して案内される。ハウジング内ではケーブルの芯線が自立式の電気線路と接続され、その後、カバーがハウジングカバーにより閉鎖される。測定精度を損なわないよう、カバーを通して案内されたベッド体により、層抵抗とハウジングが熱的に十分に分離するように層抵抗がハウジングから離される。ここで層抵抗には好ましくは接続ワイヤが備えられている。電気線路は、層抵抗の接触面として端子ワイヤに簡単に接続することができる。

本発明によれば、層抵抗を支持体またはベッドの上の電気線路に効率的に接続することができ、電気線路はこの支持体またはベッドの上で覆われる。

これによりセンサチップまたはセンサバーもセンサチップの一部として作製される。ベッドは初めは電気線路用の支え台であり、その上に埋め込まれた電気線路と、その上に固定された層抵抗の支持体となる。とりわけセラミック体がベッドとして適する。ガラスペーストまたはガラスセラミックペーストの焼成は埋め込みに適する。焼成の際にとりわけペーストの有機成分が蒸発し、これによりセンサチップまたはセンサバーは純粋な無機成分から形成される。好ましいセンサチップでは、センサバーの電気線路がカバーを通して案内される。カバーと層抵抗の間では、電気線路がベッド上の気密に密閉される。この密閉は、環境空気による侵食から電気線路を保護する。

層抵抗の支持体としてのベッドは、その上に固定され、一方の端部から突き出る層抵抗の接続ワイヤ、および埋め込まれ、他方の端部から突き出る導体とともに、小型化された患者輸送用の担架に似て見える。

無機材料製のセンサチップは、少なくとも１つの加熱抵抗を有し、この加熱抵抗は、ハウジングカバーを通って案内される自立式の電気線路に接続されている。自立式の線路はハウジング内で、ベッドと後方に接続ケーブルの芯線が接続されている接点との間で、支持体のない区間を橋絡する。自立式の線路は、断面が大きいので製造中および運手中の振動負荷でもその位置を維持する。センサチップは、層抵抗として構成された加熱抵抗、この加熱抵抗と接続された自立式電気線路および自立式電気線路が固定された支持体も含めて、無機材料製であるので３００℃の熱いガス流内での加熱抵抗の加熱出力に耐える。

カバーが３００℃までの熱いガス流に曝されると、無機材料製のセンサの付加的な加熱出力でカバーがセラミックのように作り出される。これは２００℃の熱いガス流に耐えるプラスチックカバーより面倒であるが、それと引き替えに磨耗が少なく、３００℃の熱いガス流、とりわけ排気ガスで精確な測定が行われる。したがって２００℃以上の熱いガス流の測定のためには、無機材料製、とりわけセラミック製のカバーが非常に好適である。

簡単なカバーは円板形である。好ましくはカバーは、リング形の縁部を有する帽子形に構成されている。

カバーを備えるハウジングはフランジと一体にされている。ハウジングとカバーの間には２つのパッキンが配置されており、ハウジングは環境とガス流に対して密閉されている。

線路および芯線との接続部を確保するために、一方の側から個々の芯線および横孔部の間に、傾斜面を備える２つの横ボルトがプレスされる。これにより張力がケーブルにおいて芯線と接点との接続部に作用せず、接点は張力を自立式電気線路により負荷なしで橋絡されたハウジング内の区間にさらに伝達することになる。したがって張力は層抵抗の微細の接続ワイヤも含めて埋込み部まで作用しない。線路は、ニッケル、ニッケル合金、鋼、とりわけステンレス製のワイヤまたはストリップである。ストリップはスペースを取らずに縁部に並置することができ、ベッドの上に一列に並置できる線路を最大にすることができる。層抵抗の接続ワイヤはプラチナ製であるか、またはニッケルコアの周囲にプラチナカバーを有する。層抵抗は種々のプラチナ薄膜抵抗を有し、とりわけ各センサは２つの加熱導体および温度センサを有する。自立式電気線路は、ハウジング外で層抵抗と接続されている。層抵抗とカバーを通るブッシングとの間で電気線路はベッドの上で覆われている。

自立式電気線路は、層抵抗とカバー貫ブッシングとの間の領域で完全に覆われている。この場合、線路はハウジングからベッドに突き出ており、ベッドの上で覆われている。ベッドの他方の端部では、線路が層抵抗に接続されている。

センサチップを中間製品として大量生産することは、センサ製造の全処理過程を効率的にする。センサチップのすべての部分は無機材料製であるから、加熱処理は、熱に対して脆弱なセンサの構成部分のための保護対策を必要としない。なぜなら熱に脆弱な部分はチップとは別個に処理されるからである。したがって熱に脆弱な材料に危険を及ぼすことなく、加熱抵抗としての層抵抗が自立式電気線路と接続され、この電気線路はハウジングカバーを通って案内される。本発明によれば、自立式電気線路は、これが接続される層抵抗と、線路が突き出てハウジングカバーを通って案内されるカバーブッシングとの間の領域でベッドの上で覆われる。

このことは、大量生産用に前もって完成したセンサチップを流量センサが使用することを可能にする。この流量センサはとりわけホットフィルム型流速計であり、ハウジング内ではケーブルの芯線が自立式電気線路と接続されており、ケーブルがハウジングから引き出され、自立式電気線路はハウジングのカバーを通って案内される。

ここで本発明によれば自立式電気線路はこのハウジングの外で層抵抗と接続され、層抵抗とブッシングとの間ではカバーによりベッドの上で覆われている。

流量センサのチップはＥＧＲの制御に使用される。ＥＧＲでは、加熱抵抗が層抵抗であり、層抵抗を接続するためにハウジング内でケーブルの芯線が自立式電気線路と接続されており、ケーブルがハウジングから引き出され、自立式電気線路はハウジングのカバーを通って案内される。自立式電気線路は、これが接続された層抵抗と、これがハウジングから突き出て、ベッドの上で覆われるカバーブッシングとの間の領域でベッドの上で覆われているから、電気線路はセンサチップを通過する有害な排気ガスから保護されている。さらにチップは熱に脆弱なセンサ部分を、排気ガスの熱およびセンサチップ内のヒーターの熱出力から保護する。

流量センサの断面図である。 センサチップを製造するための流れ図である。 ケーブルをハウジング内に固定するための流れ図である。 流量センサの斜視図である。

図１は、図２のセンサチップと、図３に示されたケーブル固定部を備えるセンサを示す。

図２のセンサチップは組み立てられている。このために層抵抗３０の接続ワイヤが自立式電気線路、たとえばニッケルストリップまたはステンレス鋼ストリップと電気的に接続されている。層抵抗３０の接続ワイヤ３２はプラチナ製であるか、またはプラチナの消費を小さくするためプラチナカバーにより短く薄く作製されている。最小長は合理的な作業性によって決められ、最小直径は機械的剛性によって決められる。接続ワイヤ３２が測定に及ぼす影響は、その抵抗とともに大きくなる。したがって接続ワイヤはできるだけ短く構成すべきである。薄い層抵抗ワイヤを、強度のあるステンレス製の線路によって延長することにより、比較的大きな距離を低い線路抵抗で延長でき、線路４２の位置が後の製造工程でも安定する。

層抵抗の線路４２はベッド４３の上に載せられ、ガラスペースト４４によって固定される。このためにガラスペースト４４がベッド４３の上に塗布され、線路４２は覆われる。ベッドは線路４２が固定される支持体であり、これに付随して寝台の機能を果たす。塗布されたガラスペーストを高温で燃焼すると、燃焼後の冷却の際に線路は、この線路を包囲する固定ペーストから、その膨張係数が大きいため離れる。このときに線路とそのベッド４４との間にスリットが発生し、このスリットはセンサの使用時に、線路と絶縁部との膨張係数が異なることによる材料疲労を防止する。このようにして作製された１つまたは複数のセンサロッド４５がハウジングカバー５に嵌め込まれる。そして容易に前もって作製することのできる測定チップ３が準備される。したがってこのセンサは、最終工程を大量生産で、センサチップをそのハウジングに取り付けることにより非常に効率的に作製することができる。

そのために図１の測定チップ３のフランジ５０に２つのパッキン５１が装填される。ハウジング６の外側は、スリーブ６６によって完成される。スリーブ６６は、上方のパッキン５１に当接する縁部を有する。この縁部は、フランジ５０の縁部を折り曲げることにより圧縮リング５２とこれに作用する皿ばね５３を介してパッキンに押圧される。

ハウジング６は、接続ケーブル７をパイプ、とりわけ深絞りした金属スリーブ６６に導入することによりケーブル側で密閉されている。スリーブ６６は、フランジと接続ケーブルとの間のハウジングの後方部分である。ここで接続ケーブル７は、ケーブルチューブ７０によりハウジング６をスリーブ６６のケーブル側区間内で密閉する。ケーブルの機械的固定は、テンションリリース７２を介して行われる。

接続ケーブル７は、プラスチック製の絶縁体６５に機械的に固定され、電気的に互いに絶縁されて押出成形されている接点６４と電気的に接続される。さらにセンサチップに向かって自立式線路４２が接点６４と接触している。

センサを機械的損傷から保護するために、保護キャップ２０が保護フレーム２１とフランジ５０で溶接されている。

図３によれば、ハウジング６のセンサチップ３とは反対側で、ハウジング６内に配置されたテンションリリース７２の長穴部に芯線７１が挿入される。２つの横ボルト７３が、芯線７１に対して横方向の側から傾斜して個々の芯線７１と横孔部との間の中間空間に押し込まれる。これにより個々の芯線７１はテンションリリースループ内に横たわる。そして芯線絶縁部７５が鋭利なエッジ７４により、長穴部と横孔部とが交差しているのでさらに締め付けられ、形状的に噛み合い、引っ張りおよび捩れに対して確保される。テンションリリースのこの形式は、個々の芯線７１を最小空間で捩れおよび引っ張りに対して確保する。孔部内に配置された複数の芯線７１と対応する長さのボルトにより多重のテンションリリースが実現される。高い安定性とこの小型化により、効率的な大量生産が可能である。ここで重要なのは、３本から１２本、とりわけ４本から１０本の並置された芯線７１を規則正しく効率的に、テンションリリースにより１つの工程で設けることである。図３の左と右の芯線７１は、それぞれ一列に並置された芯線列のたとえばそれぞれ３番と４番の芯線である。

１ 流量センサ
２０ 保護キャップ
２１ 保護フレーム
３ 無機材料製の測定チップ
３０ 層抵抗
３２ プラチナ製の接続ワイヤ
４２ 線路
４３ ベッド
４４ ガラスペースト、固定剤
４５ センサロッド
５ カバー
５０ フランジ
５１ パッキン
５２ 圧縮リング
５３ 皿ばね
６ ハウジング
６４ 接点
６５ 絶縁体
６６ スリーブ
７ ケーブル
７０ ケーブルチューブ
７１ 芯線
７２ テンションリリース
７３ 横ボルト
７４ エッジ
７５ 芯線絶縁部

Claims (9)

1. 流量センサ（１）を大量生産する方法であって、
   該センサのセンサチップ（３）が、層抵抗（３０）として構成された加熱抵抗と、該加熱抵抗と接続された自立式電気線路（４２）と、該自立式電気線路（４２）が固定された支持体とを含めてハウジングカバー（５）まで無機材料からなっている方法において、
   ケーブル（７）がハウジング（６）に導入され、自立式電気線路（４２）がハウジングカバー（５）を通して案内され、ハウジング（６）内でケーブル（７）の芯線（７１）が自立式電気線路（４２）と接続され、その後、ハウジング（６）がハウジングカバー（５）により閉鎖される、ことを特徴とする方法。
2. 導入傾斜面を備えるボルト（７３）が芯線（７１）に対して横方向に、芯線と横孔部との間の中間空間にプレスされる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ハウジング（６）は、フランジ（５０）を備えるカバー（５）と一体化される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 自立式電気線路（４２）は、前記ハウジング（６）の外で層抵抗（３０）と接続され、層抵抗（３０）とブッシングとの間ではカバー（５）によりベッド（４３）の上で覆われる、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 無機材料製のセンサチップ（３）であって、
   加熱抵抗が自立式電気線路（４２）と接続された層抵抗であり、該自立式電気線路がハウジングカバー（５）を通して案内されるセンサチップにおいて、
   前記自立式電気線路（４２）は、該線路が接続される層抵抗（３０）と、該線路がハウジング（６）から通って突き出るカバーブッシングとの間の領域でベッド（４３）の上で覆われる、ことを特徴とするセンサチップ。
6. 一部が無機材料からなるセンサチップを大量生産する方法であって、
   加熱抵抗として自立式電気線路（４２）と接続された層抵抗が用いられ、該自立式電気線路がハウジングカバー（５）を通して案内される方法において、
   自立式電気線路は、該線路が接続される層抵抗（３０）と、該線路が突き出てハウジングカバー（５）を通って案内されるカバーブッシングとの間の領域でベッドの上で覆われる、ことを特徴とする方法。
7. 請求項５記載のセンサチップ（３）または請求項６の方法により作製されたセンサチップ（３）の使用法であって、
   ハウジング（６）内でケーブル（７）の芯線（７１）が自立式電気線路（４２）と接続され、該ケーブル（７）がハウジング（６）から引き出され、自立式電気線路（４２）がハウジングのカバー（５）を通して案内される使用法において、
   自立式電気線路（４２）は、前記ハウジング（６）の外で層抵抗（３０）と接続され、層抵抗（３０）とブッシングとの間ではカバー（５）によりベッド（４３）の上で覆われる、ことを特徴とする使用法。
8. 排気ガス循環用の流量センサ（１）であって、
   加熱抵抗が層抵抗（３）であり、該抵抗に接続するため、ハウジング（６）内でケーブル（７）の芯線（７１）が自立式電気線路（４２）と接続されており、該ケーブル（７）がハウジング（６）から引き出され、自立式電気線路（４２）がハウジングのカバー（５）を通して案内される流量センサにおいて、
   前記自立式電気線路（４２）は、該線路が接続される層抵抗（３０）と、該線路がハウジング（６）から通って突き出るカバーブッシングとの間の領域でベッド（４３）の上で覆われる、ことを特徴とする流量センサ。
9. カバーを通して案内される電気線路（４２）が、層抵抗（３０）の接続ワイヤ（３２）と接続されている、ことを特徴とする請求項８に記載の流量センサ。

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