(57)【要約】  本発明は、センサ素子をシームレスにインサート成形することによってセンサを製造する方法、並びにこの方法により製造されたセンサに関する。センサ素子は射出成形材料によって可能な限り密に取り囲まれている。これによりセンサの周辺からの水、酸、油又は他の浸食性の物質がセンサに進入することが長期間に亘って防がれるセンサを製造する方法並びにこの方法により製造されたセンサを提供するために、金型キャビティ（１）内にセンサ素子（２）を挿入し、金型キャビティ（１）の第２の領域（４）において金型キャビティ（１）に係合する少なくとも１つの可動な位置固定エレメント（５）により、センサ素子（２）を金型キャビティ（１）において機械的に固定し、金型キャビティ（１）内に射出成形材料（６）を射出し、金型キャビティ（１）の第１の領域（３）における射出成形材料（６）は硬化させられて、第１の領域（３）において硬化した射出成形材料（６）がセンサ素子（２）を位置固定するまで待ち、第２の領域（４）に設けられている射出成形材料（６）が硬化する前に、可動な固定エレメント（５）を取り出して、依然として液状の射出成形材料（６）は取り出された固定エレメント（５）によって金型キャビティ（１）に残された中空室を少なくとも部分的に充填する、方法ステップを実施する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子（２）をシームレスにインサート成形することによってセンサ（９）を製造する方法において、
−金型キャビティ（１）内にセンサ素子（２）を挿入し、
−前記金型キャビティ（１）の第２の領域（４）において前記金型キャビティ（１）に係合する少なくとも１つの可動な固定エレメント（５）により、前記センサ素子（２）を前記金型キャビティ（１）において機械的に固定し、
−前記金型キャビティ（１）内に射出成形材料（６）を射出し、
−前記金型キャビティ（１）の第１の領域（３）における射出成形材料（６）が硬化して、該第１の領域（３）において硬化した前記射出成形材料（６）が前記センサ素子（２）を位置固定するまで待ち、
−前記第２の領域（４）に設けられている前記射出成形材料（６）が硬化する前に、前記可動な固定エレメント（５）を取り出して、依然として液状の前記射出成形材料（６）が、取り出された前記固定エレメント（５）によって前記金型キャビティ（１）に残された中空室を少なくとも部分的に充填する、
方法ステップを有することを特徴とする、センサ素子をシームレスにインサート成形することによってセンサを製造する方法。
【請求項２】
前記センサ素子（２）を前記金型キャビティ（１）内に挿入する前に、前記センサ素子（２）を先行インサート成形部（７）を形成することを特徴とする、請求項１記載のセンサ素子をシームレスにインサート成形することによってセンサを製造する方法。
【請求項３】
前記固定エレメント（５）のための少なくとも１つの取付けエレメント（８）を前記射出成形部（７）と共に、前記センサ素子（２）に射出して成形することを特徴とする、請求項２記載のセンサ素子をシームレスにインサート成形することによってセンサを製造する方法。
【請求項４】
前記第１の領域（３）において硬化した前記射出成形材料（６）が前記センサ素子（２）を位置固定するまで、前記固定エレメント（５）を前記取付けエレメント（８）に係合させると共に、前記センサ素子（２）を機械的に固定することを特徴とする、請求項３記載のセンサ素子をシームレスにインサート成形することによってセンサを製造する方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項記載の方法により製造されたセンサ（９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子をシームレスにインサート成形することによりセンサを製造する方法、並びにこの方法により製造されたセンサに関する。
【０００２】
機械的な損壊、汚染物及び飛沫水、また撒き塩を含んだ飛沫水、油、酸等の環境からの浸食の影響からセンサ素子を保護するために、プラッスチック材料によるセンサ素子のインサート成形を実施することが公知である。まさに自動車構造における使用時には、センサの頑丈さ及び長寿命に対して極めて高い要求が課される。本構成におけるセンサは極めて高価であり、部品点数も多くなって製造可能になる。センサ素子を金型キャビティに挿入し、次いで液状で高温の射出成形材料を金型キャビティ内に射出して、金型キャビティを充填する射出成形（Injection Moulding）による方法が公知である。本構成においてセンサ素子は射出成形材料によって取り囲まれる。しかし高圧下で射出された射出成形材料は、金型キャビティにおけるセンサ素子の位置をずらすことがあり、最終的に低品質のセンサがもたらされてしまう。したがって、センサ素子を金型キャビティにおいて固定する必要がある。しかし金型キャビティ内でのセンサ素子の固定により、射出成形材料が到達しない領域が生じる。この領域は次いで他のインサート成形（Umspritzung）において充填される。これにより第１及び第２の射出成形部の間に潜在的な弱化個所であるシーム個所がもたらされる。このシーム個所を通じて水、酸、油等の浸食する物質が、センサの周囲からセンサへと進入することがある。このことはセンサの寿命に対する著しい脅威になる。
【０００３】
したがって本発明の目的は、センサを製造する方法並びにこの方法により製造された、センサ素子が射出成形材料によって可能な限り密に取り囲まれているセンサを提供することである。これにより水、酸、油等の浸食性物質が、センサの周囲からセンサ内に進入することは長期間に亘って防がれる。本構成において、センサは可能な限り廉価に製造可能であることが望まれる。
【０００４】
上記目的は独立請求項に記載の、センサ素子をシームレスにインサート成形することによってセンサを製造する方法、並びにこの方法によって製造されたセンサによって達成される。
【０００５】
センサ素子を金型キャビティ内に挿入し、この金型キャビティの第２の領域において金型キャビティに係合することができる少なくとも１つの可動の固定エレメントによりセンサ素子を金型キャビティにおいて機械的に固定することによって、センサ素子を極めて正確に金型キャビティ内において位置固定することができる。固定は、後に射出される射出成形材料がセンサ素子をセンサ素子の位置からずらすことができない程度に機械的に安定している。これによりセンサ内のセンサ素子の位置は極めて正確に保持される。これにより品質の高いセンサがもたらされる。例えば、センサ素子が外側の磁界の変化を検出するホールセンサ素子である場合、センサ素子がセンサ内の上述の位置に正確に位置することが極めて重要である。このことは金型キャビティに係合する固定エレメントにより持続的に保証される。金型キャビティ内への射出成形材料の射出時に、金型キャビティにおけるセンサ素子の相対的な位置は変化しないままである。第１の領域において硬化した射出成形材料がセンサ素子を位置固定する程度に、金型キャビティの第１の領域において射出成形材料が硬化するまで待つことにより、センサ素子の後々のずれを効果的に防ぐために十分であるさらなる固定がセンサ素子にもたらされる。こうして固定エレメントの取除きは、第２の領域にある射出成形材料が硬化する前に行われるので、依然として液状の射出成形材料が、取り除かれた固定エレメントによって金型キャビティに残された中空室に少なくとも部分的に充填される。依然として液状の射出成形材料は取り除かれた固定エレメントによって金型キャビティに残された中空室に少なくとも部分的に充填されることにより、射出成形材料によるセンサ素子の完全にシームレスな取囲みが達成される。したがって射出成形材料の硬化後にセンサ素子はシームレスな外周部を有する。この外周部により、水、酸、油等の浸食性の物質が、センサの周辺からセンサに進入することはない。
【０００６】
金型キャビティ内にセンサ素子を挿入する前に、センサ素子が前もってインサート成形されると、センサ素子にとって重要な機能の前提条件をもたらすことができる。先行インサート成形（Vorumspritzung）という概念は、本発明においては、極めて概念的に設定されている。この先行インサート成形により成形された成形部として、例えば金属又はセラミックス材料を用いた事前外周部を挙げることもできる。これにより例えば、センサに対する熱伝導性を改良することができ、例えば温度センサにおいては大きな意義を持つことになる。適切な材料による先行インサート成形部により、外側から作用する磁束はセンサ素子に向かって収束することも考慮可能である。
【０００７】
本発明の改良形において、先行インサート成形によって、固定エレメントのための少なくとも１つの取付けエレメントが射出成形によりセンサ素子に固着して形成される。これにより金型キャビティにおけるセンサ素子の特に良好な固定が達成されるので、センサ内でのセンサ素子の極めて正確な位置決めがもたらされる。さらに、固定エレメントは取付けエレメントに係合し、ひいてはセンサ素子を機械的に固定することができ、第１の領域において硬化した射出成形材料が、センサ素子を位置に関して十分に固定する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】先行技術によるセンサを示す図である。
【図２】打抜き格子体におけるセンサ素子を示す図である。
【図３】図２に示した打抜き格子体を備えた金型キャビティ内のセンサ素子を示す図である。
【図４】金型キャビティに圧力Ｐで押し込まれた射出成形材料を示す図である。
【図５】金型キャビティの第１の領域において凝固した射出成形材料を示す図である。
【図６】金型キャビティから取り出した完成したセンサを示す図である。
【図７】接続された打抜き格子体を備えたセンサ素子を示す図である。
【図８】予め金型キャビティに挿入されたセンサ素子を示す図である。
【図９】先行インサート成形部を備えた、金型キャビティにおけるセンサ素子を示す図である。
【図１０】金型キャビティ内に圧力Ｐで注入された射出成形材料を示す図である。
【図１１】金型キャビティから取り出される可動の固定エレメントを示す図である。
【図１２】本発明に係る方法により製造されたセンサを示す図である。
【図１３】先行インサート成形部の特別な実施の形態を示す図である。
【図１４】センサ素子の完全にシームレスなインサート成形部を備えたセンサを示す図である。
【図１５】図１４に示したセンサの断面図である。
【図１６】センサ素子のシームレスなインサート成形部を備えたセンサの別の断面図である。
【図１７】図１６に示したセンサを別の方向から見た図である。
【図１８】可動の固定エレメントを取り出す原理を示す図である。
【０００９】
以下に、本発明のさらなる特徴、利点及び改良形を図面に基づく実施の形態から明らかにする。
【００１０】
図１に、先行技術に関するセンサ９を示す。このセンサ９は、例えば温度センサ、特にオイル温度センサ、回転数センサ又は他のセンサ９であってもよい。このセンサ９において、センサ素子２を汚染物、ガス媒体又は液状媒体からの影響に対して良好に保護する必要がある。このためにセンサ素子２は通常、プラスチックにより先行してインサート成形され、この先行インサート成形部７に他の射出成形材料６が射出される。したがってこの構成は、高い射出圧による射出成形プロセス時に、センサ素子２が射出成形材料６によってセンサ素子２の位置から押しのけられるので必要である。したがって最終的に先行するインサート成形部７におけるセンサ素子２の位置は、射出成形材料６に対して相対的に一義的に決定されていないので、センサ９の機能の著しい非正確性に繋がることになる。センサ素子２は通常、リードフレームとも称呼される打抜き格子体１０に支持されている。この打抜き格子体１０はインサート成形されていない状態において、センサ素子の機械的な安定化のために働く。プラスチックによってセンサ素子２をインサート成形後に、打抜き格子体は後続の評価電子機器とセンサ素子との電気的な接続のために働く。さらに打抜き格子体１０には、センサ素子２のための評価電子機器が位置決めされていてもよい。この評価電子機器は同様に、先行インサート成形部７又は射出成形材料６により取り囲まれていてもよい。後続の電子機器に対する接続は、射出成形プロセスにおいて露出している電気的な接続ピン１１を介して保証される。さらに射出成形材料６によって接続エレメント１４が成形される。さらに、同様に射出成形材料６から成形されていて、他の構成部分とセンサ９との、例えば車両における機械的な接合のために働く接合エレメント１３を見て取ることができる。例えば、上述のセンサ９は温度センサとして形成されていて、測定しようとする温度を有する媒体を内蔵する容器内にクリップ止めされるか又はねじ止めされることが考慮可能である。センサ素子２が機械的な損壊、浸食性の媒体、液体及びガスの進入による化学的な損壊から効果的に保護されていることが、どのようなセンサ９においても重要である。上述の媒体に対するシール性に関しては、先行インサート成形部７及び射出成形材料６の間の接合領域１２は特別の弱化個所である。センサ９の使用中に必然的にセンサ９に作用する種々異なる温度により、先行インサート成形部７と射出成形材料６との間の接合領域１２において、接合領域１２を不密にする熱応力が発生することがある。これにより上述の個所において浸食性の媒体が、特に簡単にセンサ９に進入することができる。このことがセンサ９の損壊に繋がることがある。まさに自動車のためのセンサ機器の領域においては、上述のセンサの頑丈さと長寿命とに対する要求は特に高い。したがって、先行インサート成形部７と射出成形材料６との間の接合領域１２は、可能な限り小さく又は全くなくして製造することが望まれる。射出成形材料６又は先行インサート成形部７内部、若しくは射出成形材料及び先行インサート成形部７の間の夫々のシームは、有害な媒体が進入することがある潜在的な弱化個所を形成する。したがって、硬化した射出成形材料６においてシームを有していないセンサ９を製造することが望まれる。図２〜６及び図７〜１２に、センサ素子２をシームレスにインサート成形することによってセンサ９を製造する方法を示す。
【００１１】
図２に、打抜き格子体１０に組み付けられているセンサ素子２を示す。打抜き格子体１０に電気的な接続ピン１１を見て取ることができる。
【００１２】
図３において、図２に示した打抜き格子体１０を備えたセンサ素子が金型キャビティ１内に挿入されている。金型キャビティ１におけるセンサ素子２の位置は、可動の固定エレメント５により決定される。この可動の固定エレメント５は、金型キャビティ１における孔を通じて金型キャビティ１の内部に係合し、センサ素子２と打抜き格子体１０とを所望の位置に保持する。図３において、センサ素子２は金型キャビティ１のまさに中心の対称軸線上で可動の固定エレメント５により保持される。図３において、射出成形材料６は金型キャビティ１に未だに射出されていない。
【００１３】
図４に、圧力Ｐ下において射出成形材料６が金型キャビティ１内に押し込まれた状態を示す。射出成形材料６はセンサ素子２と打抜き格子体１０とを所望の形式において取り囲んでいる。図４においては、射出成形材料６はまだ液体状態であり、高温状態である。
【００１４】
図５に、金型キャビティ１内の第１の領域３における射出成形材料６が凝固している状態を示す。つまり、射出成形材料６が液体状態から固体又は少なくとも粘性の状態に移行した状態である。これにより射出成形材料６は第１の領域３において、センサ素子２及び打抜き格子体１０を機械的に固定することができる。射出成形材料６は第２の領域４においてはまだ液体状態にあるので、可動な固定素子５を第２の領域におけるまだ液状の射出成形材料６から引き出すことができる。可動な固定エレメント５によって残された中空室を、まだ液状の射出成形材料６が充填する。第１の領域３において射出成形材料６は既に硬化しているので、センサ素子２は可動な固定エレメント５の取出し後であっても金型キャビティ１内の所定の位置に留まる。可動な固定エレメント５によって残された中空室内にまだ液状の射出成形材料６を後から流し込むことにより、センサ素子２及びこのセンサ素子２に取り付けられた打抜き格子体１０を完全にシームレスにインサート成形部がもたらされる。このことは図６から極めて明確に見て取ることができる。
【００１５】
図６に、金型キャビティ１から取り出した後の完成したセンサ９を示す。射出成形材料６が、センサ素子２と打抜き格子体１０とを完全にシームレスに取り囲んでいることを見て取ることができる。電気的な接続ピン１１だけが射出成形材料６から突出している。しかしながらセンサ９の適切な構成により、電気的な接続ピン１１の進出個所の領域に、浸食性の媒体が存在しないようにすることができ、センサ素子２は射出成形材料６によりインサート成形により持続的に保護されている。したがって、長寿命でかつ廉価なセンサ９がもたらされる。
【００１６】
図７〜１２に、センサ素子をシームレスにインサート成形することによって、センサ９を製造する本発明に係る方法を再び示す。本実施の形態において、先行インサート成形部７がもたらされる。このような先行インサート成形部７に関する理由は複数挙げることができる。まず、センサ素子２が完全に規定の材料によってのみ被われている必要がある、ということが考えられる。さらに、先行インサート成形部７に取付けエレメント８を設けることがあり得る。このことは後に図１３に具体的に示す。さらにセンサ素子を、例えばセラミックス材料といった射出成形材料６により、実際の射出成形前に取り囲むことが考慮可能である。このことは当然、通常の射出成形方法においては行われず、セラミックス材料のプレス加工（Pressen）及び焼きなまし（Tempern）により行われる。
【００１７】
図７から、接続された打抜き格子体１０と電気的な接続ピン１１とを備えたセンサ素子２を見て取ることができる。図７に示すセンサ素子２は図８において予め金型キャビティ１５内に挿入されている。この事前金型キャビティ１５内に、例えば先行インサート成形のための射出成形材料を射出することができるか、又はセラミックス材料を供給することができる。このセラミックス材料はセンサ素子２及び打抜き格子体１０の部分を取り囲む。このように予め準備されたセンサ素子２は、図９に示すように、先行インサート成形部７と共に金型キャビティ１内に挿入される。またセンサ素子２は、金型キャビティ１の壁の切欠きを通って金型キャビティ１に係合する可動の固定エレメント５によって固定される。
【００１８】
図１０に、射出成形材料６を圧力Ｐで金型キャビティ１内に射出された状態を示す。本実施の形態において射出成形材料６は、センサ素子２と、先行インサート成形部７及び打抜き格子体１０の部分とを取り囲む。金型キャビティ１の第１の領域３において、射出された射出成形材料６は冷却され、これにより個体又は少なくとも粘状になり、ひいては金型キャビティ１におけるセンサ素子２の機械的な固定がもたらされる。金型キャビティ１の第１の領域３における射出成形材料６の冷却は、冷却エレメント１６により促進することができる。冷却エレメント１６は冷却手段を案内する管路系として金型キャビティ１の第１の領域の周囲に設けられていることが考慮可能である。冷却手段として、例えば冷気又は水又は油といった液体を使用することができる。本実施の形態において重要なことは、金型キャビティの第１の領域３においては射出成形材料６を迅速に冷却する一方で、金型キャビティの第２の領域４における射出成形材料６がなお液状であるということである。
【００１９】
金型キャビティ１の第１の領域における射出成形材料６は冷却されていて、ひいては金型キャビティにおけるセンサ素子２の機械的な安定化が保証されているので、可動の固定エレメント５は金型キャビティ１から取り出される。このことを図１１に示す。可動の固定エレメント５を金型キャビティ１から取り出した後に、金型キャビティ１の第２の領域４における依然として液状の射出成形材料６は、可動の固定エレメント５によって残された中空室を満たす。またこのことにより、センサ素子２を完全にシームレスにインサート成形によってセンサ９が製造される。
【００２０】
製造方法の結果を図１２に示す。図１２に、センサ素子２及び先行インサート成形部７が完全にシームレスに射出成形材料６によって取り囲まれているセンサ９を見て取ることができる。図１２に示したセンサ９は、極めて頑丈かつ長寿命のセンサであると表現することができる。本実施の形態において、センサ９は極めて廉価に製造可能である。
【００２１】
図１３に、先行インサート成形部７の特別の実施の形態を示す。また圧力Ｐ下で射出成形材料６によって充填された金型キャビティ１を見て取ることができる。先行インサート成形部７は、可動の固定エレメントが係合する取付けエレメント８を有している。これにより金型キャビティ１におけるセンサ素子２の特に確実な機械的な固定が保証されている。その他の点において、図１３に示したセンサ９を製造する方法は、図７〜１２に示したセンサ９の製造に対応して進行する。第１の領域３における射出成形材料６の冷却後に、可動の固定エレメント５は金型キャビティ１から取り出される。本実施の形態において、可動の固定エレメント５は取付けエレメント８との接続を解除する。可動の固定エレメント５によって残された射出成形材料６における中空室は、金型キャビティ１の第２の領域において依然として液状の射出成形材料６によって充填される。これによりまた、センサ素子２の完全にシームレスなインサート成形部を有するセンサ９が製造される。
【００２２】
図１４〜１８に、センサ素子２をシームレスにインサート成形することによりセンサ９を製造する本発明に係る方法によって製造されたセンサ９を示す。
【００２３】
図１４に、センサ素子２の完全にシームレスなインサート成形部を有するセンサ９を示す。本実施の形態において、例えば液体容器におけるセンサ９の機械的な接続のために働く接続エレメント１３が射出成形材料により形成される。
【００２４】
図１５に、センサ素子２のシームレスなインサート成形部を備えた、図１４に示したセンサ９の断面図を示す。センサへの浸食性の媒体の進入に繋がることがあるシームは、射出成形材料６全体に存在していないことを見て取ることができる。
【００２５】
図１６に、センサ素子２のシームレスなインサート成形部を備えたセンサ９の別の断面図を示す。本実施の形態において、センサ素子２は先行インサート成形部７を有している。この先行インサート成形部７も射出成形材料６によって完全に取り囲まれているとともに、射出成形材料６に同様にシームは形成されていない。さらに図１６に、浸食性の媒体から適切に保護することができるセンサ９の電気的な接続ピン１１を見て取ることができる。
【００２６】
図１７に、図１６に示したセンサ９をさらに別の斜視図において示す。また、センサ素子２と先行インサート成形部７とは完全にかつ射出成形材料６によってシームレスに取り囲まれていることを見て取ることができる。
【００２７】
図１８に、金型キャビティ１内に射出成形材料６を射出した後に可動の固定エレメント５を取り出す原理図を再度示す。可動の固定エレメント５を金型キャビティ１の第２の領域における依然として射出成形材料６、つまり金型キャビティ１から取り出す場合、金型キャビティ１の第１の領域３において既に冷却された射出成形材料６は、センサ素子２を位置に関して保持する。可動の固定エレメント５の取り出し後に可動の固定エレメント５によって残された中空室内へ依然として液状の射出成形材料６を後から注入することにより、センサ素子２及び打抜き格子体１０の所望にシームレスなインサート成形部がもたらされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
2012517367.tif 000021
2012517367.tif 000022
2012517367.tif 000023
2012517367.tif 000024
2012517367.tif 000025
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