特表 2022-544658 センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-20

(54)【発明の名称】センサ

(51)【国際特許分類】

   G01D 11/24 20060101AFI20221013BHJP

   G01K 7/16 20060101ALI20221013BHJP

   G01K 7/22 20060101ALI20221013BHJP

【ＦＩ】

G01D11/24 B

G01K7/16

G01K7/22 J

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022508858

(86)(22)【出願日】2021-06-15

(85)【翻訳文提出日】2022-02-10

(86)【国際出願番号】 EP2021066067

(87)【国際公開番号】W WO2021255005

(87)【国際公開日】2021-12-23

(31)【優先権主張番号】102020116018.6

(32)【優先日】2020-06-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】300002160

【氏名又は名称】ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＴＤＫ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｒｏｓｅｎｈｅｉｍｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ １４１ｅ， ８１６７１ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002664

【氏名又は名称】弁理士法人相原国際知財事務所

(72)【発明者】

【氏名】クー， エイブラハム

(72)【発明者】

【氏名】ペルマナ， アンディ

(72)【発明者】

【氏名】シュトラルホーファー， ハインツ

【テーマコード（参考）】

2F056

【Ｆターム（参考）】

2F056QF01

2F056QF04

2F056QF05

2F056QF07

2F056QF08

(57)【要約】

センサ素子（２）及び電気リード線（３）を含み、前記センサ素子（２）が前記電気リード線（３）に接続されているセンサ（１）が提供される。更に、開口部を有し、前記電気リード線（３）が前記開口部を通じて突出するように前記センサ素子（２）が内部に配置されたハウジング（４）が提供される。ハウジング（４）はシリコーン樹脂（５）で充填されており、前記センサ素子（２）及び前記電気リード線（３）はシリコーン樹脂（５）によって前記ハウジング内に固定されている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

－ センサ素子（２）；
－ 電気リード線（３）であって、前記電気リード線（３）は前記センサ素子（２）に接続されている、電気リード線（３）；
－ ハウジング（４）であって、前記ハウジング（４）は開口部を有し、前記センサ素子（２）は、前記電気リード線（３）が前記開口部を通じて突出するように前記ハウジング（４）内に配置されている、ハウジング（４）；及び
－ 前記センサ素子（２）及び前記電気リード線（３）が前記ハウジング（４）内で固定されるように前記ハウジング（４）を充填するシリコーン樹脂（５）
を含むセンサ（１）。

【請求項2】

前記シリコーン樹脂（５）は、硬質シリコーン材料である、請求項１に記載のセンサ（１）。

【請求項3】

前記センサ素子（２）は、シリコーン樹脂（５）材料内に封入されており、
前記ハウジング（４）は、同一のシリコーン樹脂（５）材料で充填されており、
封入された前記センサ素子（２）は、前記同一のシリコーン樹脂（５）材料によって前記ハウジング（４）に固定されている、請求項１又は２に記載のセンサ（１）。

【請求項4】

前記センサ素子（２）は、無鉛はんだ（１１）によって前記電気リード線（３）に接続されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のセンサ（１）。

【請求項5】

前記はんだ（１１）は、Ｓｎ－Ｃｕはんだ又はＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ（ＳＡＣ）はんだ（１１）を含む、請求項４に記載のセンサ（１）。

【請求項6】

前記ハウジング（４）は、金属酸化物又はセラミックから製作されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のセンサ（１）。

【請求項7】

前記センサ素子（２）は、ＮＴＣセンサ素子（２）である、請求項１～６のいずれか１項に記載のセンサ（１）。

【請求項8】

前記ハウジング（４）の壁厚は２ｍｍ未満である、請求項１～７のいずれか１項に記載のセンサ（１）。

【請求項9】

前記電気リード線（３）は、前記ハウジング（４）の内側にある部分に屈曲部（１０）を有する、請求項１～８のいずれか１項に記載のセンサ（１）。

【請求項10】

前記ハウジング（４）の内面には２つの溝（９）が設けられており、
前記溝（９）は、前記開口部から長手軸に沿って前記ハウジング（４）内へ延びている、請求項１～９のいずれか１項に記載のセンサ（１）。

【請求項11】

前記ハウジング（４）の外形は、径方向に非対称である、請求項１～１０のいずれか１項に記載のセンサ（１）。

【請求項12】

前記ハウジング（４）は、前記開口部を含む第１の部分（６）、及び、前記第１の部分（６）に接続された前記開口部とは反対側の第２の部分（７）の、２つの部分に分割されており、前記第２の部分（７）の広がりは前記第１の部分（６）の広がりよりも小さく、前記センサ素子（２）は前記ハウジング（４）の前記第２の部分（７）に配置されている、請求項１～１１のいずれか１項に記載のセンサ（１）。

【請求項13】

前記ハウジング（４）の前記第２の部分（７）における壁厚は、前記第１の部分（６）における壁厚よりも小さい、請求項１２に記載のセンサ（１）。

【請求項14】

－ 請求項１～１３のいずれか１項に記載のセンサ（１）、及び
－ ソケット（１２）であって、前記ソケット（１２）は、当該ソケット内に配置された前記センサ（１）の外形に適合した内形を有する、ソケット（１２）
を含む装置。

【請求項15】

－ 請求項１２又は１３に記載のセンサ（１）、及び
－ ソケット（１２）であって、前記ソケット（１２）は、前記第２の部分（７）の広がりよりも大きな広がりを有する孔を有し、前記センサ（１）は、前記センサ（１）の前記第２の部分（７）が前記孔を通じて突出するように、前記ソケット（１２）内に配置されている、ソケット（１２）
を含む装置。

【請求項16】

－ プリント回路基板（ＰＣＢ）であって、前記ソケット（１２）は前記ＰＣＢ上に配置されており、前記センサ（１）は前記ＰＣＢと電気的に接続されている、プリント回路基板（ＰＣＢ）
を更に含む、請求項１４又は１５に記載の装置。

【請求項17】

請求項１～１３のいずれか１項に記載のセンサ（１）又は請求項１４～１６のいずれか１項に記載の装置を備える、スマート電力計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサに関する。更に、本発明は、当該センサを使用する装置及び当該センサを組み立てるための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

センサは、今日、ほとんどの電子デバイスで使用される。スマートセンサのみを考察すると、全世界の販売量は、２０１０年の６０億個から２０１９年の推定２６０億個へと増加した。モノのインターネットの発展に伴って、及び、より高性能なデバイスに対する需要に応じて、この数は更に増加することさえ予見できる。センサには、通常、生態学的に疑わしい材料が使用されるので、廃棄が将来において課題となるであろう。

【0003】

現代のスマートフォンには、一般に、少なくとも近接センサ、輝度センサ、傾斜センサ、回転センサ、加速度計、ＧＰＳセンサ、磁気センサ及び温度計が組み込まれている。

【0004】

センサにおいては、その製造を持続可能かつ環境にとってより無害なものとしつつ、一方においては信頼性が高く再現可能な測定を提供することが望ましい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の課題は、堅牢で、保護されており、信頼性の高い測定を可能にし、環境に優しいセンサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

当該課題は、請求項１に記載のセンサによって解決される。更なる有利な構成及び可能な装置は、従属請求項に見出すことができる。

【0007】

センサ素子及び電気リード線を備えるセンサが提供される。電気リード線は、センサ素子に接続されている。更に、ハウジングが設けられている。ハウジングは開口部を有し、センサ素子及び電気リード線は、電気リード線が開口部を通じて突出するように、ハウジング内に配置されている。ハウジングはシリコーン樹脂で充填されており、センサ素子及び電気リード線はシリコーン樹脂によってハウジング内に固定されている。

【0008】

例えばアルミナ酸化物又はシリコーン酸化物のようなセンサ用の普通の充填材料は、加工のために、例えばトルエン、キシレン又はＩＰＡのような溶媒を必要とする。その結果として、硬化後にボイド、小胞及び気泡が生じるが、これらを回避することはできない。これらの含有物は、使用されたセンサ素子の不均一な環境をもたらす。その結果として、センサで行われる測定は、充填材料中の不均一性の数及び空間分布に依存して、大きく変動する。したがって、これらのセンサでは、応答時間及び測定値が変動し、信頼性の高い測定は不可能である。例えばシリコーン又はエポキシのようなポリマー樹脂を、センサのハウジング内の充填及び固定材料として使用することにより、ボイド、小胞及び他の不均一性が回避される。ポリマー樹脂は、環境からセンサ素子への均一な熱伝達を保証し、その結果、熱応答は速くなり、センサの応答時間の変動は少なくなる。その結果として、本発明によるセンサの測定の信頼性が向上する。

【0009】

センサが温度上昇に耐えなければならない用途では、充填樹脂が熱膨張係数により膨張する。例えばセンサのハウジングのような樹脂の閉じ込めは、温度変化の際、閉じ込められたセンサ素子に熱機械的応力を発生させる。比較的小さな熱機械的応力が既に、センサの測定を妨害する可能性がある。センサ素子が感圧性である場合は、一層そうである。高い熱機械的応力は、電気リード線とセンサ素子との間の接続の解除を通じて又はセンサ素子自体の破損を通じて、センサの故障をもたらす可能性がある。シリコーン樹脂は、金属酸化物又はエポキシ樹脂と比較して、はるかに高い弾性率を有するので、温度勾配がある場合にセンサ素子及び電気リード線に加わる応力ははるかに小さくなり、これにより堅牢なセンサがもたらされる。

【0010】

更に、シリコーン樹脂は、エポキシ樹脂とは対照的に、より高い長期間の温度に耐えることができる。シリコーン樹脂では２００℃までの連続動作温度が実現可能であるが、それに反してエポキシ樹脂は、１５０℃で既に損傷を受ける。したがって、シリコーン樹脂を実装するセンサは、高温を発生させるか又は高温に曝される用途において、優れている。

【0011】

更に、シリコーンは不活性であり、高温においても他の化学物質、元素又は化合物と反応しない。シリコーンの健康上の危険性は知られていない。シリコーンは生分解性ではないが、それにもかかわらず、容易にリサイクル及びダウンサイクルすることができる。したがって、シリコーン樹脂は、他の代替物よりも環境に優しい。

【0012】

シリコーン樹脂は、硬質シリコーン材料であることができる。硬質シリコーンは、軟質シリコーンよりも剛である。したがって、センサ素子はより精密にハウジング内に固定され、ハウジング内におけるセンサ素子の位置は変化しない。更に、硬質シリコーンは、センサ素子に対してより多くの保護を提供することができる。

【0013】

一実施形態では、センサ素子がシリコーン樹脂材料中に封入されることができる一方、ハウジングは同じシリコーン樹脂材料で充填されることができ、封入されたセンサ素子は同じシリコーン樹脂材料によってハウジングに固定されることができる。センサ素子を封入するために、及び、センサ素子をハウジング内部に固定するために、同じ材料を使用することにより、２つの異なる材料が使用された場合に生じるであろう境界面が排除される。この境界面は、測定を妨害し乱す可能性がある。

【0014】

センサ素子は、無鉛はんだによって電気リード線に接続されている。鉛は、電気リード線に使用され得る多くの金属と共に、低い融点を有する合金を容易に形成し得る。例えば、電気リード線上へのＳｎめっきは、有鉛はんだと共に、低い温度で溶融するＳｎＰｂ合金を生成する可能性がある。無鉛はんだを使用することにより、はんだ工程でそのような合金が形成される危険性が排除され、これにより、２００oＣに至るまでセンサが正常に機能することが保証される。更に、鉛は有毒な金属であり、環境を汚染し、重大な健康問題を引き起こす可能性がある。電気リード線をセンサ素子に接触させる際に鉛を排除することにより、センサは環境により優しくなる。

【0015】

はんだは、例えばＳｎ－Ｃｕはんだ又はＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ（ＳＡＣ）はんだを含むことができる。これらのはんだ合金は、有鉛はんだよりもはるかに高い融点を有し、センサをより高い温度で動作させることを可能にする。Ｓｎ‐Ｃｕはんだ又はＳｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ（ＳＡＣ）はんだの融点は、約２２０℃である。したがって、提案されたはんだ及びシリコーン樹脂を使用するセンサは、より高い温度に耐えることができる。１％未満のＣｕの含有量が好ましい。更に、ボイド形成及びクラックを回避するために、はんだ合金にＮｉを添加することが可能である。

【0016】

好ましい実施形態では、ハウジングは金属酸化物又はセラミックから製作することができる。金属酸化物は、高い安定性及び比較的高い熱伝導率という有利な特性を有するので、ハウジングを金属酸化物から製作することが有利である。更に、それらは良好な電気絶縁体でもあるので、そのようなハウジングを有するセンサは、高電圧用途に適している。しかしながら、数ｋＶの電圧は、特にハウジングが例えば金属のような導電体から成る場合、主として突出したリード線とハウジングとの間の短絡につながる可能性がある。ハウジングを金属酸化物から形成することにより、センサを５ｋＶまでの電圧で動作させることが可能になる。金属酸化物又はセラミックのハウジングによって、センサは、過酷な動作条件下の用途に適しており、例えば酸及び塩基のような腐食性の媒体に対して耐性がある。

【0017】

センサ素子は、ＮＴＣセンサ素子であることができる。ＮＴＣセンサは、周囲の温度を測定するために使用されるため、方向に依存しない測定を可能にすることが必要である。特に、温度上昇によってトリガされるセキュリティシステムでは、信頼性があり方向に依存しない測定を可能にすることが必要である。代替として、センサ素子は、ＰＴＣセンサ素子、又は、白金の電気抵抗の温度依存性を利用するセンサ素子であることができる。

【0018】

ハウジングの壁厚は、２ｍｍ未満であることができる。一方において、ハウジングの壁厚は、ハウジング内部のセンサ素子を保護するために十分に厚くなければならない。他方において、ハウジングは、センサの感度を損なわないように、環境をセンサ素子から隔離すべきではない。２ｍｍ未満の壁厚が有利であることが判明している。０.５ｍｍより大きく１ｍｍ未満の壁厚が、特に有利である。

【0019】

更に、電気リード線は、ハウジング内部に位置する電気リードの一部において屈曲していてもよい。リード線を屈曲させることにより、両方のリード線が接触せず、短絡が発生しないことが保証され得る。更に、リード線の屈曲は、ハウジングの内側に存在し得る溝内での電気リード線の係合を支援するための横方向の力を発生させ得る。同様に、屈曲によって生じる電気リード線のバネ張力は、センサ素子がハウジング内に配置されるポッティングプロセス中にセンサ素子を取り扱うのに役立つと共に、センサが適用対象内に組み込まれるか又は取り付けられる場合にセンサ全体を取り扱うのに役立つ。

【0020】

ハウジングは、その内面に２つの溝を有することができる。溝は、開口部から長手軸に沿ってハウジング内へ延びることができる。溝の内部には、センサ素子に接続された電気リード線を配置することができる。このようにして、ハウジングの内部でのセンサ素子の向きが、ハウジングに関して固定されている。

【0021】

更に、ハウジングの外形は、径方向に非対称であることができる。更に、ハウジングは長手軸を有することができ、ハウジングは、その長手軸周りの１８０°とは異なる回転角での回転に関して、径方向に非対称であることができる。それに応じて、センサ素子がハウジング内で向いている方向、並びに、デバイス内でのハウジングの方向は、回転非対称性に関して明確に確定することができる。センサ素子の信号出力は、しばしば、測定される事象までの距離だけでなく、センサ素子が当該事象に向く角度にも、依存している。例えば、熱源に直接的に面するＮＴＣセンサ素子は、熱源に対して垂直に配向されたＮＴＣセンサよりも、多くの熱エネルギーに晒される。ハウジング内でのセンサ素子の方向及びデバイス内でのハウジングの方向を、その外形によって決定することにより、センサ素子が作動し、信頼性が高く再現可能な値を測定することが保証される。更に、径方向に非対称な外形を有するハウジングは、ポカヨケ原理を満たす。内部にセンサが使用されるデバイスを組み立てる際、ハウジングとの適切な接続が使用されることにより、ミスが回避され得る。更に、ハウジングの外形は、互いに対向する少なくとも２つの平坦化されたセグメントを有することができる。センサは、平坦化されたセグメントで確実に受容され得る。なぜなら、平坦化されたセグメントは、安定した把持のための手段を提供するからである。したがって、センサは、ピックアンドプレースマシンによって、デバイス内で容易に組み込まれ取り付けられることができる。

【0022】

開口部を含む第１の部分、及び、第１の部分に接続された開口部とは反対側の第２の部分の、２つの部分に分割されていることができる。第２の部分は第１の部分よりも小さな直径を有することができ、センサ素子は、ハウジングの第２の部分に配置されることができる。第２の部分に配置されたセンサ素子は、第１の部分と比較して、より少ない材料によって取り囲まれている。これにより、より高い測定精度及びセンサのより短い応答時間が可能になる。同時に、ハウジングのうちより大きな径を有する第１の部分は、センサをより良好に取り扱うための手段を提供し、センサ素子に接続されたリード線を安定させる。２つの部分を有するハウジングの形状の更なる利点は、センサ及びそれが向いている方向を、例えばピックアンドプレースマシンのような機械によって容易に認識することができ、したがって、センサを容易に加工することができることにある。このようにして、デバイス内でセンサを取り付けるための加工時間を、自動化により減少させることができる。

【0023】

ハウジングの第２の部分における壁厚が、第１の部分における壁厚よりも小さいと、有利であり得る。センサ素子は第２の部分にあるので、より小さな壁厚が、例えば熱的な環境への結合を強め、センサの応答時間及び感度を最適化することができる。

【0024】

装置は、本発明によるセンサと、ソケットと、を備えることができる。ソケットは、センサの外形に適合した内形を有することができ、センサはソケット内に配置されることができる。したがって、装置はポカヨケ原理を満たしており、それにより、装置を組み立てる際に起こり得るミスが最小限に抑えられる。センサ素子は、ハウジングに関してだけでなく、ソケットに関しても、同じ位置に配あるる。したがって、センサの交換によって測定結果は変わらない。なぜなら、センサ素子の方向付け及び位置決めは同じままだからである。

【0025】

ソケットは、その広がりに関してセンサの第２の部分の広がりよりも大きな孔を有することができる。更なる装置では、センサは、センサの第２の部分が孔を通じて突出するように、このソケット内に配置されることができる。したがって、第２の部分にあるセンサ素子は、例えばセンサ素子の確実な位置決め及び方向付けのような、ソケットによって与えられる利点を維持しながら、ソケットの外部の特性をより直接的に測定することができる。したがって、そのような装置は、より正確に測定することができる。

【0026】

他の装置は、本発明によるセンサ又は装置と、プリント回路基板（ＰＣＢ）とを含むことができ、それにより、ソケット又はセンサをＰＣＢ上に配置することができ、センサをＰＣＢに電気的に接続することができる。ＰＣＢは、例えば抵抗、コイル、又は、例えばプロセッサなどのチップのような、熱を発生する多数の構成要素を備えている。例えば温度のような、これらの構成要素の特性を監視することができる場合、それにより安全性が向上する。なぜなら、ＰＣＢを使用するデバイスは、温度上昇の後にスイッチオフされ得るからである。本発明によるセンサは、より信頼性の高い測定を行うため、特に適している。

【0027】

同様に、本発明によるセンサ又は本発明によるセンサを含む装置を含むスマート電力計は、好都合であり得る。特に建物用のスマート電力計では、電気が電力供給網から様々な世帯に分配されるため、高い電流及び電圧が発生する。この理由から、例えば破損した導線又は腐食のようなあらゆる欠陥は、例えば火災のような破滅的な故障につながる可能性がある。したがって、例えば熱発生のような擾乱を確実に測定することができるセンサは、警告のために又は電力の遮断のために、使用することができる。

【0028】

記載されたセンサの１つの利点は、その組み立てが安全な方法で行われ得ることにある。

【0029】

方法は、以下のステップを含む：
ａ）例えば無鉛はんだ付けによって、センサ素子を電気リード線に接続するステップ
ｂ）センサ素子をシリコーン樹脂内に浸漬するステップ
ｃ）センサ素子上のシリコーン樹脂を硬化させるステップ
ｄ）電気リード線が開口部を通じて突出するように、開口部を有するハウジング内でセンサを配置するステップ
ｅ）ハウジングにシリコーン樹脂を充填するステップ
ｆ）ハウジング内のシリコーン樹脂を硬化させるステップ

【0030】

プロセスは、組み立てプロセスにおける損失率及び故障率を最小限に抑える。ステップｂ）及びｃ）において、センサ素子をシリコーン樹脂内に浸漬し、その後硬化させることにより、センサ素子と電気リード線との間の接続強度が向上する。したがって、センサ素子がステップｄ）においてハウジング内に配置されると、センサ素子とリード線との間の接続が破損する危険性は低い。それとは別に、同じ材料、すなわちシリコーン樹脂が、センサ素子を電気リード線と共に封入し、ハウジングを充填するために使用されるので、センサの感度が向上する。同じ材料を使用することにより、２つの異なる材料が使用される場合と比較して、顕著な境界面は生じない。その結果として、センサ素子はより高感度であり、例えば増大する温度差に対してより短い応答時間を有する。

【0031】

以下で、本発明の実施形態及び製造方法を、図面を参照して説明する。同じ部品又は同等の効果を有する部分は、同じ参照番号によって参照される。

【0032】

図面は、本発明を説明することのみを意図しており、したがって、概略的にのみ描かれており、縮尺どおりには描かれていない。いくつかの部品が、寸法に関して誇張され又は歪められていることがある。したがって、図面からは絶対的な寸法も相対的な寸法も読み取ることはできない。同一又は同等に作用する部品には、同一の参照番号が付されている。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】センサの簡略化された断面を示している。

【図2】センサのためのハウジングの断面を示している。

【図3】センサのハウジングの平面図を示している。

【図4】センサのハウジングの斜視図を示している。

【図5】孔を有するソケット内に配置された、図１のセンサの簡略化された断面を示している。

【発明を実施するための形態】

【0034】

図１には、本発明の第１の実施形態によるセンサ１の簡略化された断面が示されている。センサ１は、センサ素子２及び電気リード線３を含む。センサ素子２は、例えば無鉛はんだ１１によって、電気リード３に接続されている。

【0035】

鉛は、多くの金属と共に低い融解温度を有する合金を形成し、それは、特にはんだ１１用として利用される。そのような合金のいくつかの例は、バビットメタル、セロセーフ、テルル化鉛スズ、有鉛銅、ライノタイプ、モリブドカルコス、クイーンズメタル又はローズメタルである。そのような合金の融点は約１５０℃であり、したがって、センサ１が使用され得る温度範囲を制限することになる。例えばＳｎ－Ｃｕはんだ又はＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ（ＳＡＣ）はんだ１１のような無鉛はんだ１１を使用することにより、センサ１は、より高い温度で動作することができる。なぜなら、Ｓｎ－Ｃｕはんだ又はＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ（ＳＡＣ）はんだの融点は約２２０℃だからである。更に、鉛は、環境を損なう有毒な元素である。それは、ヒトや動物において、例えば鉛毒のような健康問題を引き起こす。鉛は、植物によっても容易に吸収され、それによって食物循環に取り込まれる。センサ１内の有鉛はんだ１１を排除することにより、センサ１はより環境を破壊しないものとなる。

【0036】

開口部を有するハウジング４の内部には、センサ素子２が、電気リード線３がハウジング４の開口部を通じて突出するように配置されている。したがって、センサ１は、容易に取り付けられ、デバイス内で接続され得る。ハウジング４はシリコーン樹脂５で充填されており、センサ素子２及び電気リード線３はシリコーン樹脂５によってハウジング４内に固定されている。

【0037】

特に、電気リード線３に接続されたセンサ素子２は、先ずシリコーン樹脂内に浸漬され、硬化され、それにより、シリコーン樹脂封入体５ａが形成される。その後、封入されたセンサ素子２はハウジング４内に配置され、ハウジング４はシリコーン樹脂充填物５ｂで充填される。シリコーン樹脂封入体５ａ及びシリコーン樹脂充填物５ｂは、共にハウジング４内のシリコーン樹脂５を形成する。このように、センサ素子２を封入する材料は、ハウジング４の内面に接触する同じ材料であり、センサ素子２をハウジング４内で固定する。封入及びハウジング４の充填のためにシリコーンを使用することにより、２つの異なる材料が使用される場合には逆に大きく展開されるであろう境界面の形成が、低減される。

【0038】

例えばシリコーンのようなポッティング材としてのポリマー材料は、広くポッティングに使用される金属酸化物と比較して、気泡及びボイドの形成を回避する。これらの含有物は、信頼性の低い測定につながるセンサ素子２の不均一な環境の原因となる。なぜなら、測定値は充填材中の不均一性の空間分布に依存するからである。シリコーン樹脂５をハウジング４内の充填及び固定材料として使用するセンサ１は、不均一性を回避し、それによりセンサ１の測定の信頼性及び再現性を向上させる。更に、シリコーン樹脂５は湿気に耐えることができ、これによりセンサ１に印加可能な電圧が高められる。

【0039】

やはりポリマー材料であるエポキシ樹脂と比較して、シリコーン樹脂は、いくつかの顕著な利点を有する。第一に、シリコーン樹脂５は、特に大きな温度勾配又は高い温度が生じる用途において、ハウジング４内のセンサ素子２又は電気リード線３により小さな熱機械的応力をもたらす、より大きな弾性率を有する。第二に、シリコーン樹脂５は、エポキシ樹脂とは対照的に、より高い温度に耐え、それにより、シリコーン樹脂５を利用するセンサ１は、特に無鉛はんだ１１との組み合わせで、高温用途により適したものになる。更に、シリコーン樹脂５は不活性であり、したがって、高い温度においてもその環境と反応しない。したがって、シリコーン樹脂５は毒性がなく、更に環境により優しい。

【0040】

図１のセンサ素子２は、ＮＴＣセンサ素子２である。ＮＴＣセンサ素子２は、環境の温度を測定する。したがって、方向に依存しない測定が、ＮＴＣセンサには望ましい。特に、温度上昇によってトリガされるセキュリティシステムは、緊急の場合に再現可能な挙動を提供するために、信頼性があり方向に依存しない測定を必要とする。

【0041】

ハウジング４内には、開口部から長手軸に沿ってハウジング４の底部まで延びる２つの溝９が、ハウジング４の内面に配置されている。代替として、溝は、例えば開口部を形成する第１の部分６のような、ハウジング４の一部にのみあってもよい。更に、電気リード線３は、ハウジング４の内側の部分に、２つの屈曲部１０を有する。それにより、電気リード線３は、互いに押し合うバネのような構成要素を形成する。その結果として、両方の電気リード線３は互いに開かれ、それらが短絡を発生させることは、あり得ない。同様に、電気リード線３の屈曲部１０によって引き起こされる横方向の力が、電気リード線３をハウジング４の内側の溝９の中に押し付ける。このようにして、センサ素子２の方向付けがハウジング４と比較して確定される。更に、電気リード線３に加えられる横方向の力は、センサ１又はセンサ素子２の取り扱いを容易にするので、ポッティングプロセス又は組み立てプロセス中に役に立つ。

【0042】

図２には、本発明によるセンサ１のためのハウジング４の断面が示されている。ハウジング４は、上側に開口部を含む第１の部分６、及び、第１の部分に接続された開口部とは反対側の第２の部分７の、２つの部分を有し、それにより、第２の部分７は第１の部分６よりも小さな直径を有する。溝９は、ハウジング４の内側で、開口部から底部まで全体に亘って延びている。センサ素子２は、ハウジング４のうちより小さな直径を有する第２の部分７に配置されている。センサ素子２は、第２の部分７とは対照的に、より少ない材料によって取り囲まれているので、センサ１についてより高い測定精度及びより速い応答時間が提供される。ハウジング４のうちより大きな直径を有する第１の部分６は、センサ素子２に接続された電気リード線３を安定させる。

【0043】

更に、周囲からセンサ素子２への熱伝導性を向上させ、センサ１の応答時間を向上させるために、ハウジング４の第２の部分７の壁厚は、第１のハウジング４の壁厚よりも小さい。図２に示すハウジング４の壁厚は、０.７ｍｍである。ハウジング４の壁厚は、センサ素子２を保護するために、それを取り付けるか又は組み込む際にセンサ１に加えられる圧力に耐えるのに十分に堅牢であるべきである。それとは別に、ハウジング４は、高い感度を提供するために、環境を熱的にセンサ素子２に接続しなければならない。２ｍｍ未満の壁厚が、特に温度センサにとって有利であることが判明している。例えば０.７ｍｍのような、０.５ｍｍより大きく１ｍｍ未満の壁厚が、特に有利である。

【0044】

図３には、センサ１のためのハウジング４の平面図が示されている。それは、中央に丸い開口部を形成する、ハウジング４の第１の部分６を示している。第１の部分６の外形及び輪郭は、径方向に非対称である。ハウジング４の輪郭は、互いに対向する２つの平坦化されたセグメント８を有する。このようにして、センサ１は、平坦化されたセグメント８で確実に受容され得る。なぜなら、平坦化されたセグメント８は、安定した把持のための手段を提供するからである。したがって、センサ１は、ピックアンドプレースマシンによって、容易にデバイス内で取り付けられ組み込まれることもできる。

【0045】

径方向に対称ではないハウジング４を使用することにより、ハウジング４内でセンサ素子２が向いている方向、及び、デバイス内でのハウジング４内の方向が、決定され確定される。その結果として、センサ１の位置及び方向は、デバイス内において全く同じである。センサ素子２は、それらが測定すべき事象に対して有する角度及び距離に依存する。一例として、その大きな平面で熱源に面する平面的な温度センサ素子２は、熱源に対して垂直に方向付けられたＮＴＣセンサよりも、多くの熱エネルギーを受容する。ハウジング４内でのセンサ素子２の方向及びデバイス内でのハウジング４の方向を、その外形及び輪郭によって決定することにより、センサ素子２及びそれによってセンサ１自体が、作動し、信頼性が高く再現可能な値を測定することが保証される。溝９は、ハウジング４の外側輪郭の一部である平坦化されたセグメント８に関して、中央にある。電気リード線３は溝９内に係合することが想定されており、溝は平坦化されたセグメント８と比較して固定されているので、ハウジング４内でのセンサ素子２の方向付けは、平坦化されたセグメント８に関して予め定められている。このようにして、ハウジングの方向付け及び位置付けが特定される所与の環境において、センサ１が再現可能に測定することが保証される。

【0046】

図４は、ハウジング４の斜視図を示している。上述したように、ハウジング４は２つの部分を有し、径方向に非対称であり、第１の部分６の上に２つの平坦化されたセグメント８を有する。それは、９６％のアルミナ及び４％の酸素を含む金属酸化物である、アルミナ酸化物から製作されている。金属酸化物は、高い安定性及び比較的高い熱伝導性を提供する。更に、金属酸化物は電気絶縁体である。したがって、金属酸化物から製作されたハウジング４を有するセンサ１は、高電圧用途に用いることができる。シリコーン樹脂５は、センサの絶縁破壊電圧を低下させるであろう湿気に強いからである。高い電圧が電気リード線に印加されると、特に突出する電気リード線３とハウジング４との間で、短絡が発生する可能性がある。電気絶縁体から製作されたハウジング４は、有利であり得る。金属酸化物から製作された、図４に示されたハウジング４を使用するセンサ１は、５ｋＶまでの電圧で動作させることができる。

【0047】

図５は、孔を有するソケット１２内に配置された、図１のセンサの簡略化された断面を示している。センサ素子２は、孔を通って突出するハウジング４の第２の部分７に配置されている。したがって、センサ１は、例えばセンサ素子の確実な位置決め及び方向付けのような、ソケット１２によって与えられる利点を維持しながら、ソケット１２の外部の特性を測定することができる。ソケット１２は、例えば平坦化されたセグメント８のような、ハウジング４の外形に適合した内形を有する。したがって、装置はポカヨケ原理を満たし、例えば組み立ての際の誤った方向付けのようなミスを減少させる。更に、センサ１の交換又は修理のための装置の分解は、リスクが少なくなる。

【符号の説明】

【0048】

１ センサ
２ センサ素子
３ 電気リード線
４ ハウジング
５ シリコーン樹脂
５ａ シリコーン樹脂封入体
５ｂ シリコーン樹脂充填物
６ 第１の部分
７ 第２の部分
８ 平坦化されたセグメント
９ 溝
１０ 屈曲部
１１ はんだ
１２ ソケット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】