專利名稱：電磁感應(yīng)線圈的防潮的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于感應(yīng)傳感器的電磁感應(yīng)線圈，特別是在根據(jù)電磁力補(bǔ)償原理進(jìn)行操作的傳感器中使用的類型的線圈，其中線圈設(shè)置有防止水分滲透的保護(hù)裝置。本發(fā)明還涉及具有這類線圈的測(cè)力元件和一種用于將保護(hù)涂層涂敷到線圈上的方法。
背景技術(shù)：
感應(yīng)傳感器例如基于如下的概念，即線圈在不均一的磁場(chǎng)中移動(dòng)，其中當(dāng)線圈沿不均一的方向移動(dòng)時(shí)就在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流表示線圈移動(dòng)的量度，并且可以被用于測(cè)量導(dǎo)致位移的力。
在測(cè)力元件中優(yōu)選使用的其它類型的感應(yīng)傳感器中，電流流經(jīng)在永久磁鐵的均一磁場(chǎng)中移動(dòng)的線圈。作用在線圈上的力導(dǎo)致線圈的位移，該位移由光學(xué)位置傳感器檢測(cè)到，于是伺服控制電路就將線圈中流動(dòng)的電流改變?yōu)橛糜趯⒕€圈重新夾持在它的初始位置上所需的量值。電流的變化與通過(guò)測(cè)力元件測(cè)量的力相匹配。這個(gè)測(cè)量原理被稱作電磁力補(bǔ)償。
例如在稱重技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的根據(jù)上述電磁力補(bǔ)償原理操作的測(cè)力設(shè)備包括具有平行導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及在許多情形下還具有用于省力例如減小被傳遞的載荷的桿機(jī)構(gòu)的力傳遞設(shè)備。傳感器包括具有氣隙的永久磁鐵，并且線圈沉浸在永久磁鐵的氣隙中的磁場(chǎng)內(nèi)。如果測(cè)力設(shè)備具有桿機(jī)構(gòu)，那么線圈優(yōu)選布置在最后桿的較長(zhǎng)的桿臂處。在此使用類型的線圈具有一種或多種通常為銅線的絕緣金屬線的繞組。需要對(duì)線進(jìn)行電絕緣以便避免相鄰繞組之間的電接觸。
在許多情形下線圈纏在線圈架上，這樣可以使繞組具有所需程度的穩(wěn)定性。然而，還有所謂的空氣線圈，該線圈通過(guò)使繞組彼此連接的粘合劑來(lái)保持其形狀。
根據(jù)電磁力補(bǔ)償原理工作的測(cè)力元件，特別是如果它們?cè)O(shè)計(jì)用于較高的測(cè)量分辨率，例如在裝備有測(cè)力元件的秤的操作期間，通常必須符合不可改變的高靈敏度的要求。
除在此未具體提及的其它參數(shù)之外，線圈還是測(cè)力元件靈敏度改變的一個(gè)影響因素，其原因特別在于包住線圈導(dǎo)線的絕緣材料會(huì)吸收水分。另外，絕緣體的水分吸收導(dǎo)致測(cè)力元件的零點(diǎn)漂移。幾乎在所有情形下線圈導(dǎo)線的絕緣體都包括聚合物例如聚氨酯、聚酰亞胺或聚酰胺酰亞胺(polyamidimide)。
線圈導(dǎo)線絕緣材料對(duì)水分吸收、或通常取決于測(cè)力元件的環(huán)境濕度的絕緣材料水分含量的變化會(huì)導(dǎo)致例如繞組之間的電流泄漏。水分吸收或水分釋放的另一個(gè)可能的結(jié)果是絕緣材料會(huì)膨脹或冷縮。結(jié)果是在兩種情形下線圈的幾何形狀都發(fā)生變化，尤其是相鄰繞組之間的間隔，這還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生線圈內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力。水分含量的變化還伴隨著線圈重量的改變。
隨著時(shí)間的推移所有這些與水分相關(guān)的影響將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果發(fā)生變化，如果這類線圈在感應(yīng)測(cè)量傳感器中使用的話。特別是在測(cè)力元件根據(jù)電磁力補(bǔ)償原理操作的情況下，線圈導(dǎo)線絕緣材料的水分吸收是確定測(cè)量元件靈敏度的因素之一。
現(xiàn)有技術(shù)包括已經(jīng)提出的或在實(shí)際中使用的用于避免或至少抑制線圈中的水分吸收的多種測(cè)量。
例如，鋁制的環(huán)形套筒冷縮裝配在纏在線圈架上的線圈上。由于在加熱套筒時(shí)產(chǎn)生的熱膨脹，套筒可以裝配在已經(jīng)纏了線圈的線圈架上，然后在隨后的冷卻中，鋁套筒本身緊縮從而緊貼線圈和線圈架，藉此就實(shí)現(xiàn)了防止與環(huán)境進(jìn)行水分交換的特定密封效果。在某些情形下，如果要求高度的密封不透性，那么套筒就要焊接到線圈架上，僅僅留下用于使導(dǎo)體通向線圈的通道開口，該開口需要通過(guò)涂漆另外密封。
對(duì)于為了提高在濕度波動(dòng)相對(duì)較高、例如相對(duì)空氣濕度在20％和80％之間的環(huán)境下的測(cè)量結(jié)果的努力而言，通過(guò)使用直接涂敷到線圈并且通過(guò)熱處理固化的厚涂漆涂層可以實(shí)現(xiàn)滿意的結(jié)果--至少在具有相對(duì)較低的靈敏度要求測(cè)力元件中可以。
電磁秤中電磁元件的線圈部件的防水封裝在JP 25 18171 Y2中公開了。線圈布置在線圈架上，該線圈架配置成使線圈繞組位于線圈架的凹部中的方式。線圈通過(guò)裝配到線圈架上的防水環(huán)形套筒包在線圈架的凹部空間內(nèi)。牢固的保持緊密連接位于線圈架和防水的環(huán)形套筒之間。
用作密封外殼的環(huán)形套筒的缺點(diǎn)是線圈的整個(gè)重量增大，但是它們最主要的缺點(diǎn)是線圈的幾何尺寸尤其是線圈的厚度被擴(kuò)大了很多倍，這樣永久磁鐵的氣隙寬度將不得不因此而改變。然而，否則將不會(huì)發(fā)生改變的磁鐵系統(tǒng)的氣隙的擴(kuò)大會(huì)削弱氣隙中的磁場(chǎng)，這對(duì)傳感器靈敏度具有負(fù)面的影響。如果擴(kuò)大了氣隙之后仍要保持相同的靈敏度，那么就需要更大的磁鐵系統(tǒng)，然而更大的磁鐵系統(tǒng)將會(huì)更難處理并且制造費(fèi)用更加昂貴。
另外，依照現(xiàn)有技術(shù)密封的線圈還需要在用于使導(dǎo)體通向線圈的通道開口處采取特殊的密封措施。上述的涂漆密封不能提供所需的密封不透性以實(shí)現(xiàn)較低的水分吸收量，而在測(cè)力元件具有較高的測(cè)量分辨率的情況下，較高的靈敏度要求水分吸收值量。上述具有涂漆涂層的整個(gè)線圈的密封方法也是如此。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供具有簡(jiǎn)單并且高效地防止水分的保護(hù)屏蔽物的線圈。
依照如權(quán)利要求1所述的特征可以實(shí)現(xiàn)上述的目標(biāo)。
用于感應(yīng)傳感器的線圈，特別是在根據(jù)用于將施加到測(cè)力元件上的載荷所產(chǎn)生的力的量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電磁力補(bǔ)償原理進(jìn)行操作的傳感器中使用的這類線圈，設(shè)置有防止水分滲透的保護(hù)裝置。該保護(hù)裝置包括保護(hù)覆蓋物，該保護(hù)覆蓋物包括涂敷到線圈上從而使線圈表面變得平坦的內(nèi)涂層，以及涂敷在第一層頂部上作為一種防止水分滲透的保護(hù)涂層的第二覆蓋層。
第一覆蓋層作為表面光滑的基底覆蓋物分別黏附地涂敷到線圈的繞組或其絕緣體上。表面光滑的基底覆蓋物填滿了各個(gè)繞組之間的間隙，其中各個(gè)繞組通過(guò)比線圈表面減小了很多的表面結(jié)構(gòu)生成平面表面。光滑表面用作實(shí)際的防潮涂層的基底。
保護(hù)涂層可以根據(jù)包括線圈的傳感器的靈敏度的需求而改變。與表面光滑的基底覆蓋物相比，保護(hù)涂層很薄，因?yàn)樗挥诠饣砻娴捻敳可稀?br> 一種具有測(cè)力設(shè)備和傳感器的測(cè)力元件，其中該傳感器根據(jù)用于將稱量載荷所產(chǎn)生的力的量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電磁力補(bǔ)償原理進(jìn)行操作，并且線圈在永久磁鐵的磁場(chǎng)中沿著一維方向移動(dòng)，在該測(cè)力元件中使用線圈的有利實(shí)施例中，線圈設(shè)置有防止水分滲透的保護(hù)措施。這些措施包括保護(hù)涂層，該保護(hù)涂層具有直接涂敷到線圈上的第一表面光滑的基底覆蓋物，和第二保護(hù)涂層，該第二保護(hù)涂層充當(dāng)防止水分滲透的屏障并且沉積在第一表面光滑的基底覆蓋物的頂部上。
在有利的實(shí)施例中，所述的這類保護(hù)涂層在涂層厚度范圍的上方配置不均一。這抑制了保護(hù)涂層中毛細(xì)裂縫或微孔的產(chǎn)生。
在一個(gè)特殊的實(shí)施例中，保護(hù)涂層是多層的涂層，該多層涂層包括具有交替次序的很強(qiáng)屏障特性的層和中間層。中間層的目的是密封各個(gè)相鄰的屏障層中剩余的微孔和毛細(xì)裂縫或裂紋。因此，微孔和毛細(xì)裂縫將不會(huì)經(jīng)由涂層的整個(gè)厚度繼續(xù)，但是會(huì)處在下一個(gè)屏障層中的不同位置上，藉此設(shè)立了一種防止水分滲透的曲徑式密封裝置。
在強(qiáng)烈彎曲的表面中，本來(lái)因?yàn)榫植繎?yīng)力特別是熱應(yīng)力，無(wú)機(jī)屏障層特別容易產(chǎn)生上述微孔或毛細(xì)裂縫，并且微孔和毛細(xì)裂縫具有自身附著的特殊趨勢(shì)，但是，作為使用表面光滑的基底遮蓋墊起的多層保護(hù)涂層的一種有益作用，一方面強(qiáng)烈彎曲的表面通過(guò)保護(hù)涂層的下基底變圓，由此微孔和微裂紋的出現(xiàn)從一開始就被抑制了，而另一方面微孔和毛細(xì)裂縫通過(guò)中間層覆蓋藉此就設(shè)立了上述的防止水分滲透的曲徑式密封效果。
在本發(fā)明的有利的實(shí)施例中，保護(hù)涂層具有一系列的與中間聚合物層相交替的屏障層。中間聚合物層特別是如果它們從液相或者液體溶液中沉積出來(lái)時(shí)，它們就具有如下的優(yōu)點(diǎn)，即它們進(jìn)一步增強(qiáng)了表面光滑的內(nèi)涂層的展平作用，這樣隨后的屏障層沉積在表面粗糙度逐漸減小的表面上。
在尤其有利的實(shí)施例中，保護(hù)涂層全部由無(wú)機(jī)材料形成。在這種情形下多層涂層可以配備有一系列的交替的不同的無(wú)機(jī)材料和/或一系列的交替的不同的包括至少兩種組分的無(wú)機(jī)材料的不同化學(xué)計(jì)量成分，和/或一系列的結(jié)構(gòu)參數(shù)不同的交替變化的無(wú)機(jī)材料。
多層的無(wú)機(jī)保護(hù)涂層尤其有利的方面是它們可以分別在單個(gè)工作操作中和單個(gè)涂層沉積設(shè)備中進(jìn)行生產(chǎn)。
如果涂層作為一種多層涂層來(lái)配置，那么這些無(wú)機(jī)保護(hù)涂層特別是后者的各個(gè)層具有如下的特殊特性，即當(dāng)它們通過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)涂敷時(shí)它們具有優(yōu)選的在它們的下底面上以均勻方式生長(zhǎng)的趨勢(shì)。這意味著涂層具有大體上恒定的不依賴于角度的厚度，該角度為在沉積過(guò)程期間下底面的不同位置相對(duì)于源的朝向的方向。因此，甚至例如在線圈端部上的更加彎曲的表面也可以通過(guò)保護(hù)涂層接收相同數(shù)量的覆蓋物，因?yàn)榫€圈端面通過(guò)光滑的基底覆蓋至少部分變平滑了。因此，優(yōu)化了防止水分滲透的保護(hù)作用。
在特殊實(shí)施例中，保護(hù)涂層可以具有一系列的氧化硅層和氮化硅層。這類保護(hù)涂層在WO 03/050894中公開了，它作為一種用于覆蓋物電子設(shè)備特別是指示設(shè)備例如發(fā)光設(shè)備或液晶顯示器的裝置。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，特別是無(wú)機(jī)類型的保護(hù)涂層配備有在涂層厚度范圍上方的特別是涂層材料化學(xué)成分的一種或多種參數(shù)連續(xù)變化的保護(hù)涂層。
該連續(xù)變化一方面可以在多層涂層中以如下方式產(chǎn)生，即涂層參數(shù)不會(huì)突變，而是它們的輪廓類似于正弦函數(shù)。另一方面，不均一性可以在保護(hù)涂層整個(gè)厚度上方的連續(xù)過(guò)渡中作為一種或多種涂層材料參數(shù)的梯度而產(chǎn)生。這個(gè)變量尤其優(yōu)選用于生產(chǎn)薄保護(hù)涂層。
在用于生產(chǎn)具有至少一種連續(xù)變化參數(shù)的保護(hù)涂層的方法的實(shí)施例中，源在沉積過(guò)程期間改變了它的材料組分，或者保護(hù)涂層從沉積速率不同的兩種源中沉積，即作為時(shí)間的函數(shù)一個(gè)源的速率增大而另一個(gè)源速率減少，和/或反之亦然。
不言而喻，保護(hù)涂層的涂層厚度根據(jù)需要的屏障作用來(lái)確定，該屏障作用在傳感器具有較高的測(cè)量靈敏度的情況下需要更強(qiáng)，這與對(duì)于精度和/或靈敏度要求略松的應(yīng)用所使用的傳感器的需要相反。在稱重技術(shù)領(lǐng)域中，例如具有較高的靈敏度感應(yīng)傳感器優(yōu)選使用在用于正式驗(yàn)證秤或者檢驗(yàn)秤的測(cè)力元件中。然而，屏障作用還由用于保護(hù)涂層的材料以及它們布置在保護(hù)涂層上的方式來(lái)決定。換句話說(shuō)，屏障作用依據(jù)保護(hù)涂層的結(jié)構(gòu)和配置來(lái)決定。保護(hù)涂層還應(yīng)該具有充分高的彈性這樣它才符合由于熱膨脹而引起的線圈微小尺寸的變化，而不會(huì)因此喪失它的防止水分滲透的屏障作用。這可以通過(guò)薄無(wú)機(jī)保護(hù)涂層或者保護(hù)涂層內(nèi)部的屏障層來(lái)非常好地實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，經(jīng)濟(jì)因素也在確定保護(hù)涂層的最佳涂層厚度和/或確定保護(hù)涂層中使用的層數(shù)目中具有影響作用。
優(yōu)選起保護(hù)涂層作用的覆蓋物的第二覆蓋層的厚度在從幾百納米到幾微米的范圍內(nèi)，并且各個(gè)層的厚度量級(jí)在100納米至500納米之間。第一表面光滑的基底覆蓋的厚度依照根據(jù)導(dǎo)線直徑的線圈表面結(jié)構(gòu)來(lái)確定。內(nèi)涂層可以具有幾微米至一百微米的厚度。
如上所述感應(yīng)傳感器中的線圈可以是空氣線圈或者具有其上纏了一個(gè)或多個(gè)線圈導(dǎo)線的線圈架的線圈，其中空氣線圈指的是繞組通過(guò)粘合劑材料以線圈形狀?yuàn)A持在一起。在前一種情形下，整個(gè)線圈周圍需要提供保護(hù)涂層，而在后種情形下僅僅線圈繞組的暴露部需要覆蓋，但是涂層也可以在整個(gè)線圈架上方延伸。
裝備有根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)涂層的線圈通常不再需要上文所描述的現(xiàn)有技術(shù)類型的封裝。因此，具有更大數(shù)目繞組的線圈可以用在具有給定寬度的永久磁鐵的氣隙中，或者對(duì)于具有給定數(shù)目的線圈繞組的傳感器可以選取具有較窄氣隙永久磁鐵。兩個(gè)措施都會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)傳感器的靈敏度的顯著提高。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在封裝不可缺少的情形下，優(yōu)選布置在設(shè)置有封裝設(shè)備的線圈架上的線圈以及線圈的不通過(guò)封裝密封的至少一部分例如連接導(dǎo)線和/或封裝與線圈架之間的邊界都由保護(hù)涂層覆蓋。
在本發(fā)明的概念的具體實(shí)際應(yīng)用中，保護(hù)涂層設(shè)置有主要保護(hù)免受額外的機(jī)械因素作用的覆蓋層。用于覆蓋層的材料特別包括具有極低的水分吸收率的聚合物，還包括硅樹脂。
用于線圈的保護(hù)覆蓋物的生產(chǎn)方法包括如下的步驟，即將第一覆蓋層涂敷到線圈上以使表面平滑，并且第二覆蓋層沉積在表面光滑的基底涂層上用作防止水分滲透的保護(hù)涂層。


接下來(lái)將參照在附圖中以示意性圖示出的實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中圖1顯示了測(cè)力元件的原理，其中測(cè)力元件以側(cè)視圖示出，它根據(jù)電磁力補(bǔ)償?shù)脑磉\(yùn)行；圖2顯示了優(yōu)選在根據(jù)圖1中的測(cè)力元件中使用的該類型線圈的配置，其中圖2a)以透視圖顯示了現(xiàn)有技術(shù)的封裝；圖2b)是沿著圖2a)的線I-I剖開的剖視圖；圖2c)是圖2b)中由圓圈A框出的部分的詳細(xì)視圖，其中在通往電導(dǎo)線的通道開口區(qū)域中有保護(hù)涂層；并且圖2d)是由圖2b)中的圓圈B框出的部分的詳細(xì)視圖；圖3a)給出了布置在線圈架上的線圈的透視圖，其中該線圈沒有類似于圖2a)至2c)中的所示出形式的封裝，圖3b)描繪了布置在線圈架16上的線圈13沿著線II-II剖開的剖視圖，圖3c)描繪了圖3b)中的細(xì)節(jié)A的放大視圖；圖4a)、4b)和4c)顯示了與圖3a)至3c)的形狀相似的空心線圈，其中該線圈沒有類似于圖2a)至2c)中的所示形式的封裝；圖5以放大很多倍的剖視圖顯示了布置在最外部繞組層上的具有表面光滑的內(nèi)涂層的多層涂層；圖6以放大很多倍的剖視圖顯示了布置在最外部繞組層上的具有表面光滑的內(nèi)涂層的多層涂層，它的特征是一個(gè)或多個(gè)材料參數(shù)連續(xù)地變化。
具體實(shí)施例方式
圖1以明顯的示意說(shuō)明特征顯示了適合于在稱重技術(shù)領(lǐng)域里使用的一類測(cè)力元件1，其中該測(cè)力元件1根據(jù)電磁力補(bǔ)償原理運(yùn)行。該測(cè)力元件1包括具有平行導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的力傳遞裝置，其中平行導(dǎo)向機(jī)構(gòu)具有靜止部2和沿垂直方向的移動(dòng)部3，該移動(dòng)部3可動(dòng)地由經(jīng)由彎曲接頭5連接到靜止部2和沿垂直方向移動(dòng)部3上的一對(duì)導(dǎo)向構(gòu)件4約束住。該垂直移動(dòng)部3包括用于承受將測(cè)量的載荷的懸臂式伸出部15。由稱量載荷導(dǎo)致的力的垂直分矢量從垂直移動(dòng)部3經(jīng)由耦合元件9傳遞到桿6的短桿臂8上。桿6通過(guò)彎曲支軸7在靜止部2的一部分上可支撐地樞轉(zhuǎn)。該測(cè)力元件還包括杯狀的永久磁鐵系統(tǒng)10，該永久磁鐵系統(tǒng)10經(jīng)由固定連接安裝在靜止部2上并且具有氣隙11。連接到桿6的較長(zhǎng)桿臂12上的線圈13布置在氣隙11中。補(bǔ)償電流Icmp流徑該線圈13，其中電流Icmp的量值取決于作用在桿6上的力的量值。桿6的位置由連接到伺服設(shè)備上的電光測(cè)量裝置14進(jìn)行測(cè)量，該伺服設(shè)備用于對(duì)接收的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)進(jìn)而調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流Icmp，這樣桿6總是夾持在相同的位置上或者在它已經(jīng)由于稱量載荷的變化而改變位置之后又返回到該相同的位置。
圖2a)顯示了優(yōu)選在根據(jù)圖1中的測(cè)力元件中使用的該類型線圈的配置，其中通過(guò)與現(xiàn)有技術(shù)類似的密封套筒環(huán)17進(jìn)行封裝；線圈13布置在環(huán)形線圈架16上通過(guò)端頭與線圈架16齊平的密封套筒環(huán)17嚴(yán)密封裝以防潮。僅僅用于使電導(dǎo)線19進(jìn)入線圈13而通過(guò)的開口18在封裝上是例外的，因此該開口18形成了允許水分到達(dá)線圈特別是線圈的絕緣材料的進(jìn)入通道，由此就導(dǎo)致了在開頭所提到的所不希望發(fā)生的結(jié)果，例如相鄰線圈繞組之間的泄漏電流或線圈幾何結(jié)構(gòu)方面的變化，特別是由于絕緣材料膨脹而導(dǎo)致相鄰繞組之間的間隔。
圖2b)在通過(guò)沿著圖2a)中的線I-I剖開的剖視圖中顯示了各個(gè)繞組20是如何布置在封裝內(nèi)的，其中該封裝在一邊由線圈架16構(gòu)成另一邊由密封套筒環(huán)17構(gòu)成。圖2c)顯示了由圖2b)中的圓圈A框出的部分的詳細(xì)視圖，圖2d)顯示了由圖2b)中的圓圈B框出的部分的詳細(xì)視圖。圖2c)顯示了在開口18的區(qū)域中線圈架16是如何由具有表面光滑的內(nèi)涂層21和保護(hù)涂層22的保護(hù)性覆蓋物蓋在頂端上的。開口還可以使用涂漆來(lái)隔離，或者將表面光滑的涂層材料通過(guò)使涂漆隔離開口的方式涂敷在開口區(qū)域上。如果線圈架16的整個(gè)頂側(cè)和下側(cè)設(shè)置有保護(hù)覆蓋物，那么線圈架16和密封套筒環(huán)17之間的邊界區(qū)域24將同樣地被密封。在線圈架16和密封套筒環(huán)17僅僅通過(guò)表面接觸而連接的情形下，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)以這種方式來(lái)密封邊界區(qū)域24是非常有用的抑制水分滲透的方法。
圖3a)給出了沒有封裝的線圈13的透視圖，其中線圈13布置在線圈架16上。在此配置中使用的線圈架16優(yōu)選由非磁性材料例如銅或鋁構(gòu)成。圖3b)描繪了布置在線圈架16上的線圈13沿著線II-II剖開的剖視圖，圖3c)描繪了圖3b)中的細(xì)節(jié)A的放大視圖。圖3c)解釋了具有表面光滑的內(nèi)涂層21和保護(hù)涂層22的保護(hù)覆蓋物是如何布置在線圈13外部以及線圈架16頂側(cè)(以及類似地下側(cè))的至少一部分上的。假定線圈架16由金屬例如公知的防潮的銅構(gòu)成，那么線圈架16也不必非得全部被覆蓋。
圖4顯示了與圖3的形狀相似的空心線圈。在本文中的空心線圈或空氣線圈都是指沒有通過(guò)線圈架16支撐的線圈13。在這種情形下也包含表面光滑的內(nèi)涂層21和保護(hù)涂層22的保護(hù)覆蓋物需要沉積在空氣線圈13的所有表面上。
保護(hù)涂層22中的材料并不必是同質(zhì)的成分、化學(xué)分量或結(jié)構(gòu)。如所顯示的那樣，不均一的保護(hù)涂層具有對(duì)防止水分滲透具有非常有效的屏障作用。可以認(rèn)為不均一的涂層包括多層的涂層和其中一種或多種材料參數(shù)特別是化學(xué)成分在涂層厚度范圍上連續(xù)變化的涂層。
多層的涂層包括具有很強(qiáng)屏障作用的各層材料，例如與中間聚合物層以交替次序布置在保護(hù)涂層中的無(wú)機(jī)材料。中間聚合物層用于遮蓋相鄰的屏障層的微孔以及毛細(xì)裂縫以便使保護(hù)涂層總體上獲得很強(qiáng)的屏障作用。
圖5顯示了線圈上形式為多層涂層的保護(hù)的實(shí)例，其中以很大的放大倍數(shù)詳細(xì)地顯示了線圈表面與具有絕緣體29的線28的繞組20的外層。繞組的外層設(shè)置有具有表面光滑的內(nèi)涂層21和多層涂層25的保護(hù)覆蓋物。所示實(shí)例中的多層涂層25包括四個(gè)單獨(dú)的層。然而，多層涂層25中的層的數(shù)目并不是作為一個(gè)先驗(yàn)規(guī)定的值來(lái)確定的，而是依據(jù)整個(gè)涂層的最大容許水分滲透率的要求來(lái)確定的，并且它也是所用的材料的函數(shù)。具有三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或多個(gè)單獨(dú)層的多層涂層都是可以的。
多層涂層25的第一層是屏障層26。第一屏障層26后緊跟著例如中間聚合物層27。中間聚合物層27具有穩(wěn)定第一屏障層26以及覆蓋微孔或毛細(xì)裂縫的功能，因此能夠抑制跟隨中間層27的另一個(gè)屏障層26中產(chǎn)生這些缺陷。微孔或毛細(xì)裂縫數(shù)目的減少是由于中間聚合物層具有特定的表面光滑效果。
然而，中間層會(huì)特別防止仍然會(huì)在第二屏障層26中產(chǎn)生的少量微孔或毛細(xì)裂縫，這些微孔或毛細(xì)裂縫會(huì)將它們自己附著到第一屏障層26的微孔或毛細(xì)裂縫上，在此種情況下也有利于水分的進(jìn)入。然而，由于微孔或毛細(xì)裂縫在第一屏障層26和另一個(gè)屏障層26中的各不相同的位置中產(chǎn)生，所以就設(shè)立了一種防止水分進(jìn)入特別是水或是在較少程度上的溶劑分子的曲徑式密封裝置。在具有次序交替的屏障層26和中間層27的多層保護(hù)涂層25中，這個(gè)曲徑式密封作用可以導(dǎo)致水分滲透的急劇減少。
保護(hù)涂層25的屏障層26和中間層27并非必須以規(guī)則的次序跟隨彼此，雖然出于制造過(guò)程的簡(jiǎn)化而優(yōu)選采用規(guī)則的次序。
用于屏障層26的材料可以從大量已知的能夠通過(guò)不同的沉積過(guò)程涂敷的主要為無(wú)機(jī)絕緣材料的材料中選取。在此提到的實(shí)例是氧化物、氮化物、氟化物、碳化物、硼化物、或其組合，特別是含氧的氮化物、氧化物的混合物、或陶瓷混合物。特別是氧化硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋯、氧化鉿、氧化鋁、氧化鉻、氮化鋁、氮化硅、氮化鈦、氟化鈦和碳化硅已經(jīng)證明是適合用于屏障層26的材料。所謂的“鉆石狀碳”層同樣可以用作屏障層26。
可以用于屏障層26的其它材料還特別包括金屬，例如銀、鋁、金、鉻、銅、鎳、鈦以及合金，例如鎳鈷合金或例如鋁和銅的、鎢和銅的或鈦和鋁的金屬間化合物。
除丙烯酸鹽聚合物或無(wú)機(jī)-有機(jī)混合聚合物(例如在EP 0 610832 A2中所描述的)之外還有另一種可以用于中間層27的聚合物材料?？梢粤信e例如聚合酰胺、醇酸樹脂、苯乙烯、亞二甲苯基、亞苯基、醛、酯、聚氨脂、環(huán)氧化物、酰亞胺、苯酚、酮和氟聚合物或共聚物，而這僅僅是一個(gè)沒有明確規(guī)定的列表。最后，通過(guò)對(duì)具有中間層27的屏障層26的屏障作用、相容性例如黏附到彼此上以及沉積方法的經(jīng)濟(jì)性方面之間的折衷進(jìn)行優(yōu)化來(lái)決定分別對(duì)屏障層26和中間層27使用哪一種材料。
另外，也可以對(duì)圖5中所示類型的多層保護(hù)涂層25的中間層27使用無(wú)機(jī)材料。要考慮的材料包括占主導(dǎo)地位的無(wú)機(jī)絕緣材料?？梢宰鳛閷?shí)例提出的無(wú)機(jī)保護(hù)涂層25具有一系列的氮化硅和氧化硅薄層，其中100至200納米的氮化硅(屏障層26)、100納米的氧化硅(中間層27)、100納米的氮化硅(屏障層26)、100納米的氧化硅(中間層27)以及100納米的氮化硅(屏障層26)的次序表示了一種優(yōu)選的配置，因?yàn)樘貏e是氮化硅是一種防止水分滲透的非常有效的屏障。雖然氧化硅這種材料同樣可以具有屏障特性，但是氧化硅層在多層涂層內(nèi)部具有隔離氮化硅層中可能產(chǎn)生的微孔或毛細(xì)裂縫的主要功能。因此，多層涂層25至少包括三層無(wú)機(jī)材料，優(yōu)選具有五層無(wú)機(jī)材料。
多層的保護(hù)涂層25的層26、27也可以包含無(wú)機(jī)材料，該無(wú)機(jī)材料至少包括兩種組分，其中組分的化學(xué)計(jì)量成分一層與下一層不同。作為適合用于包括次序交替的層26、27的多層涂層25的材料的實(shí)例，其中兩層的化學(xué)計(jì)量成分不同，可以列舉硅氧氮化物，其中一層與另一層中氧化物和氮化物的各自含量不同。
對(duì)于純粹的無(wú)機(jī)保護(hù)涂層25應(yīng)該選取相對(duì)較小的層厚，因?yàn)檫@些材料甚至對(duì)于薄層氮化硅也展示出很強(qiáng)的屏障作用，而另一方面應(yīng)注意剛度，這樣如果有必要的話保護(hù)涂層可以調(diào)節(jié)本身來(lái)適應(yīng)線圈的熱膨脹并且不會(huì)出現(xiàn)缺損。當(dāng)注意到后種約束條件時(shí)，在多層涂層具有50至500納米的層厚度的情況下，應(yīng)該優(yōu)選純粹的無(wú)機(jī)保護(hù)涂層25涂敷成總厚度為幾百納米至幾微米。
對(duì)于多層涂層25的涂敷有多種沉積方法可選取。在此應(yīng)該列舉的生產(chǎn)屏障層26和/或上述無(wú)機(jī)中間層27的實(shí)例包括真空中的汽相沉積、空氣中的汽相沉積、等離子沉積、微波等離子沉積、噴濺、溶膠凝膠方法、化學(xué)汽相沉積(CVD)、燃燒化學(xué)汽相沉積(CCVD)、等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)、等離子脈沖化學(xué)汽相沉積(PICVD)以及特別對(duì)金屬沉積使用的電化學(xué)沉積。
以下的沉積技術(shù)也可以用于中間聚合物層27的涂敷噴霧涂敷、刷子涂敷和化學(xué)涂層、以及已經(jīng)通過(guò)快速蒸發(fā)的單體或低聚物的現(xiàn)場(chǎng)聚合、電泳、電透法、或陰離子電泳。
在預(yù)計(jì)有急劇的機(jī)械磨損的情形下，保護(hù)覆蓋設(shè)置有主要屏蔽保護(hù)涂層22、25免受額外的機(jī)械作用的覆蓋涂層(未顯示)。為此特別優(yōu)選具有特別低的水分吸收率的聚合物例如聚丙烯酸酯、無(wú)機(jī)-有機(jī)混合聚合物或硅樹脂。
用于保護(hù)感應(yīng)傳感器中的線圈13的涂層的優(yōu)選實(shí)施例具有表面光滑的無(wú)機(jī)-有機(jī)混合聚合物內(nèi)涂層21。這種表面光滑的內(nèi)涂層21可以通過(guò)浸入過(guò)程來(lái)涂敷，其中圓柱形線圈13停留在滾筒上而線圈的圓柱形外表面浸入在以溶液形式提供的液體混合聚合物中。當(dāng)滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈沿著相反的方向旋轉(zhuǎn)，這樣整個(gè)圓周區(qū)域由液體聚合物均勻地覆蓋住。在內(nèi)涂層21暴露在80℃和130℃之間的升高的溫度下的硬化階段之后，線圈置入PECVD涂層設(shè)備中并且設(shè)置有包括幾層交替的氮化硅與氧化硅的保護(hù)涂層，其中在硬化階段無(wú)機(jī)-有機(jī)混合聚合物發(fā)生交聯(lián)。等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)具有如下的優(yōu)點(diǎn)，即線圈13可以在涂層設(shè)備中的簡(jiǎn)單支架設(shè)備中設(shè)立，因?yàn)榈入x子圍繞著整個(gè)線圈表面并且因此涂層材料以表面均勻的方式沉積在線圈上的所有地方。
圖6以放大很大倍的剖視圖顯示了在最外具有保護(hù)涂層30的線圈13，其中保護(hù)涂層30包括在表面光滑的內(nèi)涂層21上方由灰色陰影表示的一種或多種材料參數(shù)連續(xù)變化的涂層。在該實(shí)施例中材料的參數(shù)變化在整個(gè)涂層厚度上連續(xù)地產(chǎn)生。該變化描繪了材料化學(xué)成分的梯度。保護(hù)涂層30在PECVD涂層設(shè)備中生產(chǎn)出，其中涂層材料從具有不同沉積速率即一種為氧化硅另一種為氮化硅的兩種源沉積得出。作為時(shí)間的函數(shù)，一種源的速率增大而另一種源的速率減小。
如果用于保護(hù)涂層22的涂層材料例如是汽相沉積或通過(guò)噴濺涂敷的，其中由于陰影效應(yīng)不能生成均勻的保護(hù)涂層，那么情況就不同了。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)線圈13來(lái)解決，這樣需要覆蓋的所有表面可以轉(zhuǎn)向材料源。
在優(yōu)選實(shí)施例中已經(jīng)描述并且顯示了線圈13或線圈配置23，該線圈13或線圈配置23配備有前述的具有表面光滑的第一覆蓋層21的覆蓋物之一，其中在第一覆蓋層21上涂敷第二覆蓋層22作為一種防止水分滲透的保護(hù)涂層。然而，基于本發(fā)明的示教，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)其它的實(shí)施例。為了列舉特定的實(shí)例，在圖1中已經(jīng)描述的并且設(shè)置有覆蓋線圈的測(cè)力元件1不必非得裝備有省力的桿系統(tǒng)，因?yàn)楦袘?yīng)傳感器也可以直接連接到垂直移動(dòng)部3上。
參考符號(hào)列表1測(cè)力元件2靜止部3垂直移動(dòng)部4導(dǎo)向構(gòu)件5彎曲接頭6桿7彎曲支軸8短桿臂9耦合元件10 永久磁鐵系統(tǒng)11 氣隙12 較長(zhǎng)桿臂13 線圈14 電光測(cè)量設(shè)備15 懸臂式伸出部16 線圈架17 環(huán)形密封套筒18 通道開口19 通向線圈的連接器
20 繞組21 表面光滑的內(nèi)涂層、基底覆蓋物22 保護(hù)涂層23 線圈配置24 邊界區(qū)域25 多層涂層26 屏障層27 中間層28 線29 線的絕緣體30 具有一種或多種材料參數(shù)連續(xù)變化的保護(hù)涂層
權(quán)利要求
1.用于感應(yīng)傳感器的線圈(13)，特別是在根據(jù)用于將施加到測(cè)力元件(1)上的載荷所產(chǎn)生的力的量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(Icmp)的電磁力補(bǔ)償原理進(jìn)行操作的傳感器中使用的線圈，其中線圈(13)設(shè)置有防止水分滲透的保護(hù)裝置，其特征在于，該保護(hù)裝置包括一種作為防止水分滲透的保護(hù)涂層(22，25，30)的保護(hù)覆蓋物，且該保護(hù)覆蓋物具有使線圈表面變得平坦的第一覆蓋層(21)和布置在第一層(21)頂部上的第二覆蓋層。
2.如權(quán)利要求1所述的線圈，其特征在于，保護(hù)涂層(25)具有一系列的屏障層(26)和中間層(27)形成的多個(gè)層。
3.如權(quán)利要求2所述的線圈，其特征在于，屏障層(26)由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成并且中間層(27)由聚合物材料構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所述的線圈，其特征在于，屏障層(26)和中間層(27)都由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的線圈，其特征在于，屏障層(26)和中間層(27)包括不同的無(wú)機(jī)材料和/或包括至少兩種組分的無(wú)機(jī)材料的不同的化學(xué)計(jì)量成分和/或其中結(jié)構(gòu)參數(shù)不同的無(wú)機(jī)材料。
6.如權(quán)利要求1所述的線圈，其特征在于，保護(hù)涂層(30)具有特別是包括涂層的化學(xué)成分的一種或多種材料參數(shù)在涂層厚度上連續(xù)地變化。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的線圈，其特征在于，線圈(13)布置在線圈架(16)上，并且線圈架(16)同樣由保護(hù)覆蓋物至少部分地覆蓋。
8.如權(quán)利要求7所述的線圈，其特征在于，線圈(13)具有封裝設(shè)備(17)和至少?zèng)]有由封裝設(shè)備(17)密封的部件，例如線圈(13)的連接線(19)和/或如果適用的話，在線圈架(16)和封裝設(shè)備(17)之間的邊界區(qū)域(24)由保護(hù)覆蓋物覆蓋。
9.如權(quán)利要求1至8之一所述的線圈，其特征在于，保護(hù)涂層(22，25，30)設(shè)置有覆蓋涂層。
10.具有力傳遞機(jī)構(gòu)和傳感器的測(cè)力元件(1)，其中該傳感器根據(jù)用于將稱量載荷所產(chǎn)生的力的量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(Icmp)的電磁力補(bǔ)償原理進(jìn)行操作，其中傳感器包括在永久磁鐵(10)的磁場(chǎng)中的一維方向上可移動(dòng)的線圈(13)，并且線圈(13)依照權(quán)利要求1至9之一進(jìn)行配置。
11.將保護(hù)覆蓋物涂敷到如權(quán)利要求1至9之一所述的線圈(13)的方法，其特征在于，第一表面光滑的覆蓋層(21)涂敷到線圈(13)上，并且第二覆蓋層作為一種防止水分滲透的保護(hù)涂層(22，25)沉積在第一表面光滑的覆蓋層(21)上。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，涂敷表面光滑的覆蓋層(21)這一步驟通過(guò)浸入處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，涂敷保護(hù)涂層(22，25，30)這一步驟通過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
14.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，涂敷保護(hù)涂層(22，25，30)這一步驟通過(guò)汽相沉積或噴濺來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中線圈(13)在涂敷過(guò)程期間進(jìn)行回轉(zhuǎn)。
全文摘要
用于感應(yīng)傳感器的線圈(13)，特別是在根據(jù)用于將施加到測(cè)力元件(1)上的載荷所產(chǎn)生的力的量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(I
文檔編號(hào)H01F27/02GK1652263SQ20051000576
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2005年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月27日
發(fā)明者讓-莫里斯·特倫巴赫, 福爾克爾·齊巴特, 漢斯-魯?shù)婪颉げ斯?申請(qǐng)人:梅特勒-托萊多有限公司