JP7145322B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジングと、ハウジング内に配置されたセンサモジュールと、ハウジングを少なくとも部分的に充填すると共にセンサモジュールを取り囲む埋め込み用樹脂（Vergussmasse）と、を備える、物理量を検出するためのセンサ装置に関する。更に、本発明は、そのようなセンサ装置の組み立て方法に関する。

そのようなセンサ装置は、例えば特許文献１から公知である。開示されたセンサ装置は、運動感知センサ素子を有するセンサモジュールが内部に配置されたハウジングを含む。センサモジュールは、ハウジングの支持装置に直接接触しており、更に、例えば圧入ピンのような一般に剛な出力接続部を介して、ハウジングに接続されている。侵入する湿気からセンサモジュールを保護するために、ハウジングは埋め込み用樹脂で充填されており、当該埋め込み用樹脂はセンサモジュールを取り囲んでいる。

そのようなセンサ装置は、しばしば高い振動及び／又は衝撃を伴う環境で使用される。しかしながら、特許文献１から公知のセンサ装置においては、外部の振動及び／又は衝撃がハウジングを介してセンサモジュール内へ伝達される可能性があり、それにより、センサ装置の検出精度及び／又は検出信頼性が損なわれる可能性がある。

独国特許出願公開第１０２０１６２０１２０４号明細書

したがって、本発明の課題は、特に高い衝撃を伴う環境においても、物理量の確実な検出を可能とするセンサ装置を提供することである。

この課題は、主請求項１の特徴を有する、物理量を検出するためのセンサ装置によって解決される。

本発明によれば、少なくとも１つの固定手段が設けられ、センサモジュールは、当該固定手段を介してハウジング内に固定されている。好ましくは、少なくとも１つの固定手段は、センサ装置の組み立て中におけるセンサモジュールの確実な固定を達成するために、センサモジュールとハウジングの両方に接着されている。更に、ハウジングを充填しセンサモジュールを取り囲む埋め込み用樹脂は、本発明によれば、硬化状態において、少なくとも１つの固定手段の硬度よりも大きく、ハウジングの硬度よりも小さい硬度を有する。埋め込み用樹脂が、少なくとも１つの固定手段よりも高い硬度を有することにより、センサモジュールは、実質的に埋め込み用樹脂を介してハウジング内に保持される。埋め込み用樹脂の硬度は、ここでは本発明によって比較的小さく、その結果、埋め込み用樹脂は、センサモジュールのための振動ダンパとして機能すると共に、センサモジュールを振動に関してハウジングから分離する。したがって、ハウジングの外部から印加された衝撃は、センサモジュールに伝達されないか、又は、顕著に減衰された状態でのみ伝達される。これにより、特に高い衝撃を伴う環境においても、センサ装置の運動感知センサ素子によって、物理量の確実な検出が可能となる。ここで、運動感知センサ素子は、例えば、加速度センサ、慣性センサ又はジャイロスコープであることができ、例えばセンサ装置の加速度又は傾斜を検出することができる。

本発明の有利な実施形態において、センサモジュールは、ハウジングの内部で、ハウジングと接触することなく支持されている。したがって、センサモジュールは、ハウジングと直接接触していない。これにより、センサモジュールを振動に関してハウジングから確実に分離すること、したがって物理量を特に確実に検出することが可能となる。

有利には、ハウジング内に少なくとも１つの固定台座が設けられ、当該固定台座に少なくとも１つの固定手段を介してセンサモジュールが固定されている。ここで、固定台座の数は、固定手段の数と一致する。固定台座は、組み立ての際にセンサモジュールの確実な固定を可能とするが、それにもかかわらず、ハウジング壁から垂直に突出する固定台座によって、センサモジュールをハウジングから振動に関して特に効率的に分離することが達成される。

本発明の有利な実施形態において、少なくとも１つの固定手段は、最大ショアＯＯ硬度４５を有する。好ましくは、少なくとも１つの固定手段は、３０～４０の範囲のショアＯＯ硬度を有する。埋め込み用樹脂は、有利には、２０～４５の範囲のショアＡ硬度を有する。特に有利には、埋め込み用樹脂は、２０～４０の範囲のショアＡ硬度を有する。したがって、少なくとも１つの固定手段は、埋め込み用樹脂よりも遥かに軟らかく、その結果、センサモジュールは、ほぼ完全に埋め込み用樹脂によって支持されている。ここで、同様に比較的軟らかい埋め込み用樹脂は、特に効率的な振動減衰を可能とする。固定手段は、例えば粘弾性ポリウレタンから成ることができ、埋め込み用樹脂は、例えばポリブタジエンから成ることができる。

埋め込み用樹脂は典型的には比較的親水性の材料から成るので、埋め込み用樹脂内に比較的多くの湿気が蓄積する可能性がある。湿気による電気的短絡及び／又は電気的接続部の腐食を防止するために、センサモジュールは、湿気からの保護のため、好ましくは保護層で被覆されている。

先行する請求項のうちの１つによるセンサ装置の本発明による組み立て方法は、以下の工程を含む：
- センサモジュールをハウジング内へ挿入する工程であって、センサモジュールは少なくとも１つの固定手段を介してハウジングに固定される工程
- 少なくとも１つの固定手段に対向するセンサモジュールの上面に接触し、センサモジュールを少なくとも１つの固定手段に押し付ける保持装置を装着する工程
- ハウジング内に埋め込み用樹脂を充填する工程
- 保持装置を取り外す工程

ここで、保持装置は、埋め込み用樹脂の充填中に、センサモジュールが滑って位置ずれすること、及び／又は、センサモジュールが少なくとも１つの固定台座から持ち上がることを防止する。特に、保持装置は、センサモジュールがハウジングと直接接触しないことをも保障する。これにより、センサモジュールを振動に関してハウジングから効率的に分離することが達成され、それにより、本発明のセンサ装置によって物理量を正確に且つ確実に検出することが可能となる。

好ましくは、センサモジュールは、少なくともハウジング内への挿入の際、位置決め装置によって確実に且つ簡単な方法で、位置合わせ及び位置決めされる。ここで、特に、センサモジュールがハウジングと直接接触しないことが保障される。

有利には、センサ装置の組み立て方法は、以下の工程を含む：
- 埋め込み用樹脂によって、センサモジュール下面は取り囲まれているが、センサモジュール上面は取り囲まれていない状態まで、埋め込み用樹脂を充填する工程、
- 少なくとも部分的に埋め込み用樹脂を硬化させる工程、
- 保持装置を取り外す工程、
- 少なくとも、センサモジュールが埋め込み用樹脂によって完全に取り囲まれるまで、埋め込み用樹脂を充填する工程

ここで、埋め込み用樹脂の２段階の充填により、保持装置を取り外す際に、センサモジュールがハウジング内に確実に保持されることが保障される。これにより、保持装置を取り外す際に、センサモジュールが滑って位置ずれすること、及び／又は、センサモジュールが少なくとも１つの固定台座から持ち上がることが防止される。

物理量を検出するための本発明によるセンサ装置の実施例が、以下において、添付図面に基づいて説明される。

充填されていない状態の本発明によるセンサ装置の分解図を示す。 図１のセンサ装置のハウジングの平面図を示す。 図１のセンサ装置の平面図を示し、センサ装置には位置決め装置及び保持装置が装着されている。 図３のセンサ装置の線IV-IVに沿った断面図を示し、位置決め装置は取り外され、センサ装置のハウジングは部分的に埋め込み用樹脂で充填されている。 図４のセンサ装置を示し、保持装置は取り外され、ハウジングは埋め込み用樹脂で完全に充填されている。

本発明によるセンサ装置１０は、水平なハウジング底壁１４と、横方向において互いに対向する２つの垂直なハウジング側壁１６ａ、ｂと、長手方向において互いに対向する２つのハウジング端壁１８ａ、ｂと、を有するハウジング１２を含んでいる。ハウジング底壁１４、２つのハウジング側壁１６ａ、ｂ、及び、２つのハウジング端壁１８ａ、ｂは、ハウジング上面２２において開放されたハウジング内部空間２０を画定している。ハウジング１２は、例えば、金属から又は硬質プラスチックから成ることができる。

ハウジング底壁１４には、３つの固定台座２４ａ－ｃが形成されており、当該固定台座は、ハウジング底壁１４からハウジング上面２２の方向に垂直に突出している。２つの対向するハウジング端壁１８ａ、ｂには、それぞれ接続プラグ２６ａ、ｂが配置されており、当該接続プラグは、対応するハウジング端壁１８ａ、ｂを貫通して突出し、当該接続プラグを介して、センサ装置１０は外部から電気的に接触可能である。

ハウジング内部空間２０内には、モジュール基板３０を備えるセンサモジュール２８が配置されている。モジュール基板３０の上には、運動感知センサ素子３２が配置されている。センサ素子３２は、例えば、加速度センサ、慣性センサ又はジャイロスコープであることができる。本実施例では、センサモジュール２８は、単一のセンサ素子３２を備えている。しかしながら、モジュール基板３０の上に複数のセンサ素子が配置されることも考えられる。モジュール基板３０の上には、更に評価エレクトロニクス３４が配置されており、当該評価エレクトロニクスは、電気的にセンサ素子３２と接続されていると共に、詳細には図示されていない接続ケーブルを介して２つの接続プラグ２６ａ、ｂと接続されている。

センサモジュール２８は、３つの固定手段３６ａ－ｃを介して、ハウジング１２の固定台座２４ａ－ｃの上に固定されている。それぞれの固定手段３６ａ－ｃは、ここでは、センサモジュール２８のモジュール基板３０と固定台座２４ａ－ｃの両方に、典型的には接着接続を介して固定されている。固定手段３６ａ～ｃは、本実施例では、約３ｍｍの厚さを有する円板状であり、粘弾性ポリウレタン、特にショアＯＯ硬度４０を有するソルボセイン（登録商標）から成る。固定手段３６ａ－ｃ、及び特に固定台座２４ａ－ｃは、モジュール基板３０がハウジング内部空間２０の垂直高さのほぼ半分に位置し、ハウジング１２と直接接触しないように設計されている。湿気からの保護のために、センサモジュール２８は保護層３７で被覆されている。

ハウジング内部空間２０は、本発明によるセンサ装置１０が完全に組み立てられた状態において、図５に示されるように、センサモジュール２８を全面において取り囲む埋め込み用樹脂３８で充填されている。好ましくは、ハウジング内部空間２０は、実質的に完全に、埋め込み用樹脂３８で充填されている。埋め込み用樹脂３８は、硬化状態において、固定手段３６ａ－ｃの硬度よりも大きく、ハウジング１２の硬度よりも小さい硬度を有する。本実施例において、埋め込み用樹脂３８は、ポリブタジエンから成り、硬化状態において２５～４０のショアＡ硬度を有する。

したがって、本発明によれば、センサモジュール２８は、専ら埋め込み用樹脂３８及び固定手段３６ａ～ｃを介して支持されており、したがって、ハウジング１２と接触することなくハウジング内部空間２０内に配置されている。埋め込み用樹脂３８及び固定手段３６ａ～ｃが比較的小さな硬度を有することにより、センサモジュール２８は、振動に関してハウジング１２から分離されている。これにより、特に高い衝撃を伴う環境においても、本発明によるセンサ装置１０によって、物理量の円滑で確実な検出が可能となる。

本発明によるセンサ装置１０の組み立ての際、先ず接続プラグ２６ａ、ｂがハウジング１２に固定される。続いて、未だ固定されていないセンサモジュール２８が、詳細には図示されていない接続ケーブルを介して、接続プラグ２６ａ、ｂの内側に電気的に接続される。その後、センサモジュールの露出した接続部が、保護層で被覆される。センサモジュール２８の残りの部分は、組み立ての前に既に保護層で被覆される。

次の組み立て工程において、固定手段３６ａ－ｃが対応する固定台座２４ａ－ｃに固定され、好ましくは、固定手段３６ａ－ｃは固定台座２４ａ－ｃに接着される。更に、接続ケーブルが、好ましくは接着テープで、ハウジング底壁１４に固定される。

続いて、位置決め装置４０がハウジングに装着される。センサモジュール２８は、ハウジング１２内への挿入の際、当該位置決め装置４０によって案内される。センサモジュール２８は、位置決め装置４０によって、ハウジング内部空間２０内で横方向において正確に位置決め及び位置合わせされる。特に、位置決め装置４０によって、センサモジュール２８とハウジング１２との間の直接接触が防止される。センサモジュール２８がハウジング１２内へ挿入され、その際、センサモジュール２８は固定手段３６ａ～ｃの上に載置され、好ましくは接着接続を介してそれらに固定される。

特に埋め込み用樹脂３８のハウジング１２内への充填の際、センサモジュール２８が固定台座２４ａ～ｃから持ち上がることを防止するために、固定手段３６ａ～ｃに対向するセンサモジュール２８の上面４４に接触する保持装置４２が装着される。保持装置４２は、センサモジュール２８が当該保持装置４２によって固定手段３６ａ～ｃに押し付けられるように、ハウジング１２に固定される。

次に、ハウジング内部空間２０に、多段階プロセスで埋め込み用樹脂３８が充填される。先ず、位置決め装置４０が取り外される。続いて、第１の充填工程において、センサモジュール２８の下面４６が埋め込み用樹脂３８によって取り囲まれるまで、埋め込み用樹脂３８がハウジング内部空間２０内に注入される。しかしながら、第１の充填工程は、埋め込み用樹脂３８がセンサモジュール２８の上面４４を覆う前に停止される。続いて、センサモジュール２８が埋め込み用樹脂３８によって保持され、保持装置４２を取り外すことができるよう、硬度が十分に大きくなるまで、埋め込み用樹脂３８が硬化される。

保持装置４２が取り外された後、ハウジング内部空間２０は、第２の充填工程において、埋め込み用樹脂３８で実質的に完全に充填され、次いで、埋め込み用樹脂３８が完全に硬化される。

１０ センサ装置
１２ ハウジング
１４ ハウジング底壁
１６ａ，ｂ ハウジング側壁
１８ａ，ｂ ハウジング端壁
２０ ハウジング内部空間
２２ ハウジング上面
２４ａ－ｃ 固定台座
２６ａ，ｂ 接続プラグ
２８ センサモジュール
３０ モジュール基板
３２ センサ素子
３４ 評価エレクトロニクス
３６ａ－ｃ 固定手段
３７ 保護層
３８ 埋め込み用樹脂
４０ 位置決め装置
４２ 保持装置
４４ センサモジュール上面
４６ センサモジュール下面

Claims (9)

1. 物理量を検出するためのセンサ装置（１０）であって、
   ハウジング（１２）と、
   前記ハウジング（１２）内に配置され、モジュール基板（３０）と、前記モジュール基板（３０）上に配置された少なくとも１つの運動感知センサ素子（３２）と、を備えるセンサモジュール（２８）と、
   前記ハウジング（１２）を少なくとも部分的に充填すると共に前記センサモジュール（２８）を取り囲む埋め込み用樹脂（３８）と、を備え、
   少なくとも１つの固定手段（３６ａ－ｃ）が設けられ、当該固定手段（３６ａ－ｃ）を介して前記センサモジュール（２８）が前記ハウジング（２８）に固定されていると共に、
   前記埋め込み用樹脂（３８）が、硬化状態において、前記少なくとも１つの固定手段（３６ａ－ｃ）の硬度よりも大きく且つ前記ハウジング（１２）の硬度よりも小さい硬度を有することを特徴とするセンサ装置（１０）。
2. 前記センサモジュール（２８）は、前記ハウジング（１２）の内部で、前記ハウジング（１２）と接触することなく支持されている、請求項１に記載のセンサ装置（１０）。
3. 前記ハウジング（１２）内に少なくとも１つの固定台座（２４ａ－ｃ）が設けられており、前記固定台座（２４ａ－ｃ）に前記少なくとも１つの固定手段（３６ａ－ｃ）を介して前記センサモジュール（２８）が固定されている、請求項１又は２に記載のセンサ装置（１０）。
4. 前記少なくとも１つの固定手段（３６ａ－ｃ）は、最大ショアＯＯ硬度４５を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
5. 前記埋め込み用樹脂（３８）は、２０～４５の範囲のショアＡ硬度を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
6. 前記センサモジュール（２８）は保護層（３７）で被覆されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）の組み立て方法であって、以下の工程を含む：
   - 前記センサモジュール（２８）を前記ハウジング（１２）内へ挿入する工程であって、前記センサモジュール（２８）は前記少なくとも１つの固定手段（３６ａ－ｃ）を介して前記ハウジング（１２）に固定される工程
   - 前記少なくとも１つの固定手段（３６ａ－ｃ）に対向する前記センサモジュール（２８）の上面（４４）に接触し、前記センサモジュール（２８）を前記少なくとも１つの固定手段（３６ａ－ｃ）に押し付ける保持装置（４２）を装着する工程
   - 前記ハウジング（１２）内に前記埋め込み用樹脂（３８）を充填する工程
   - 前記保持装置（４２）を取り外す工程
8. 前記センサモジュール（２８）は、少なくとも前記ハウジング（１２）内への挿入の際、位置決め装置（４０）によって位置合わせ及び位置決めされる、請求項７に記載のセンサ装置（１０）の組み立て方法。
9. 請求項７又は８に記載のセンサ装置（１０）の組み立て方法であって、以下の工程を含む：
   - 前記埋め込み用樹脂（３８）によって、センサモジュール下面（４６）は取り囲まれているが、センサモジュール上面（４４）は取り囲まれていない状態まで、前記埋め込み用樹脂（３８）を充填する工程
   - 少なくとも部分的に前記埋め込み用樹脂（３８）を硬化させる工程
   - 前記保持装置（４２）を取り外す工程
   - 少なくとも、前記センサモジュール（２８）が前記埋め込み用樹脂（３８）によって完全に取り囲まれるまで、前記埋め込み用樹脂（３８）を充填する工程

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