JP2005224824A - センサステム及びこれを用いたセンサ装置並びにセンサ装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 装着した振動子、回路基板等を保護するキャップを溶接したときに良好な密封封止を確保でき、リードとのショートを防止できる低背化されたセンサステムを提供する。
【解決手段】 センサ素子を支持するセンサステム１であって、センサステムは金属板をプレス成形することで形成されたステム構造を有し、ステム構造は前記金属板の第１の面に形成された凹部２４と、第１の面に対向する第２の面に形成された段差部１７と、段差部１７に設けられた抵抗溶接用のプロジェクション６とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、カーナビゲーションシステム等で角速度を検出するために使用されるジャイロセンサや加速度センサなどのセンサ装置に関し、より詳細には、センサ装置のステム構造に関する。本発明はまた、センサ装置の製造方法に関する。
従来から、様々な構成の加速度センサや角速度センサ（ジャイロセンサ）が提案されている。例えば、特許文献１には、図１に示す加速度センサが記載されている。この加速度センサは、ベースプレート１１と、この上に載置された回路基板上に搭載されたセンサチップ３と、センサチップ３を封止するキャップ８と、ベースプレート１１を貫通するリード端子５とを有する。更に、加速度センサは回路基板上に電子部品４と、回路基板とリード端子５とを接続するリード線７とを有する。
ベースプレート１１は加速度センサのステムを構成するものであって、窪み部１３と段差部１２とを有する。このようなベースプレート１１の形成には、打ち出しプレス（折り曲げプレス）手段が用いられる。つまり、平たいプレートを押し上げ成形することで窪み部１３を形成し、反対方向から押し上げ成形することで段差部１２を形成する。キャップ８は、ベースプレート１１の段差部１２に勘合させた状態で、キャップ８の鍔部９とベースプレート１１の周縁部を抵抗溶接により気密に被着することでベースプレート１１に取り付けられる。
実開平６−５８３６９号公報
しかしながら、上記加速度センサは以下の問題点を有する。
特許文献１には、キャップ８の取り付けは抵抗溶接により行うと記載されているだけで、その詳細は説明されていない。抵抗溶接には様々な種類が知られているが、高い気密封止を実現するためには、例えばプロジェクション溶接を用いることが望まれる。ところが、キャップ８の鍔部９が溶接されるベースプレート８の部分は平坦なので、プロジェクション溶接を用いることができない。
また、打ち出しプレスを用いてベースプレート１１を形成しているため、溶接飛び散りの防護壁として段差部１２を機能させるに十分な高さを得るができないという問題点もある。
従って、本発明は上記従来技術の問題点を解決し、気密性の高い封止構造を有するとともに、溶接飛び散りの防護壁として十分な高さを有しているにもかかわらず低背化が可能なセンサステム及びこれを用いたセンサ装置並びにセンサ装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、センサ素子を支持するセンサステムであって、該センサステムは金属板をプレス成形することで形成されたステム構造を有し、該ステム構造は前記金属板の第１の面に形成された凹部と、該第１の面に対向する第２の面に形成された段差部と、該段差部に設けられた抵抗溶接用のプロジェクションとを有することを特徴とする。この構成により、リード端子、センサステムの下面と基板との間に回り込んだハンダによって生じるショートを防止できる。また、溶接時の溶接飛び散りを効果的に防止し、さらに、キャップを溶接した際の高い気密封止を実現できる。
ここで、前記段差部は、外周壁と鍔部とからなり、前記金属板は、凹部の板厚と、鍔部の板厚とが異なる構成とすることができる。すなわち、高圧力のプレス成形により、各部の板厚を自在に設定できるので、例えば、凹部の板厚を薄くすることによって凹部を成形するようにすれば、センサステムの低背化を図ることができる。
また、前記プロジェクションは、前記金属板の外周縁部の全周に亘って設けた前記段差部の全周に亘って形成することが望ましい。これにより、更なる気密性の向上を図ることができる。
以上のように構成したセンサステムは、該センサステムと、該センサステムに支持された前記センサ素子と、前記センサステムに支持されたリード端子と、前記センサステムに溶接したキャップを有するセンサ装置に用いられる。ここで、前記センサ素子は、加速度又は角速度の少なくとも１つを検知する素子とすることができる。
このようなセンサ装置は、金属板の第１の面に設けられる凹部、前記第１の面に対向する第２の面に設けられる段差部、及び該段差部に設けられる抵抗溶接用のプロジェクションとをプレス成形によって同時に形成してセンサステムを形成する段階と、該センサステムにセンサ素子を取り付ける段階とを有するセンサ装置の製造方法によって製造することができる。
本発明によれば、金属板の第１の面に形成された凹部を有するので、基板にハンダ付けされたリードと、基板上方に設置されるセンサステムとがセンサステムの下面と基板との間に回り込んだハンダによってショートすることを防止できる。また、該第１の面に対向する第２の面に形成された段差部を有するので、当該段差部がセンサステムにキャップを溶接する際の溶接飛び散りの防護壁として機能し、センサステム上に装着されるセンサ素子等の精密機器をクリーンな状態に保つことができる。さらに、前記段差部に設けられた抵抗溶接用のプロジェクションとを有するので、キャップによる気密性の向上、安定化を図ることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
この発明のセンサステム１は、軟鋼からなる金属板２を高圧力のプレス成形（高圧プレス）によって成形したステム構造を有する。この金属板２には、ニッケルメッキを施してある。センサステム１は、図２（ａ）に示すように、金属板２の第１の面（下面）に形成された凹部２４と、第１の面に対向する面、すなわち上面側に形成された段差部１７と、該段差部１７に設けられた抵抗溶接用のプロジェクション６とを有する。段差部１７は、図面に示すように外周壁１５と鍔部１６とからなる。段差部１７は金属板２の全周に亘って設けてある。プロジェクション６は図４に示すように、段差部１７の鍔部１６の全周に亘って形成されている。
図２（ｂ）に示したセンサステム１の各部の厚さ等の寸法の一例を挙げると、総厚Ｔが１．２ｍｍ、凹部２４を形成している部分の板厚ｔ１が１．０ｍｍ、段差部１７の外周壁１５の高さｈが０．８ｍｍ、鍔部１６部分の板厚ｔ２が０．４ｍｍ、段差部１７において外周壁１５と鍔部１６とが連続する部分の板厚ｔ３が０．２ｍｍ、凹部２４の深さｗが０．２ｍｍである。
このように構成されたセンサステム１は、前記のように金属板を高圧プレスにより加工、成形したステム構造を有する。高圧プレスを用いることで、凹部２４、段差部１７及びプロジェクション６を一回の工程で同時に形成することができる。
なお、図２及び図３において符号１８は基板であり、符号１４はリード端子であり、符号１９を付し、ハッチングで示した部分はハンダである。
センサステム１の凹部２４は図２（ｂ）に示すように、元々の金属板２の厚さから深さｗ分だけ、圧縮して成形されている。これにより、凹部２４の深さｗ分のスタンドオフを形成できる。
図８は、スタンドオフを設けることなくセンサステム１０を基板１８に取り付けた状態を示している。この構成では、センサステム１０の下面と基板１８との間にハンダ１９ａが回り込んでしまい、このハンダ１９ａによりセンサステム１０とリード端子１４とがショートする虞がある。そこで、凹部２４を設けてスタンドオフを形成すれば、センサステム１の下面と基板１８との間に回り込んだハンダ１９ａによるセンサステム１とリード端子１４とのショートを防止することができる。
また、図９に示すようにセンサステム１０の下面側に突起２０を取り付けてスタンドオフを設ける構造とすることが考えられる。しかし、図９に示すようにセンサステム１０の下面側に凹部を成形せず、突起２０を取り付けてスタンドオフを設けただけの構造では、センサを基板１８に搭載した際に、突起２０の高さ分だけ高さ寸法が大きくなるというデメリットがある。
図８及び図９の構成に対し、実施例１のセンサステム１では、その凹部２４を形成している部分の板厚ｔ１を、図８や図９に示すセンサステム１０の中央部の板厚と比較して薄く成形している。これにより、センサステム１の総厚Ｔを図８や図９に示すセンサステム１０の全体厚さと同一とし、かつ、センサステム１と基板１８とのショートを防止するスタンドオフを設けることができる。
なお、センサステム１を構成する金属板は元々は均一の厚さであって、これを低圧プレス成形を用いて、異なる厚さ部分を有するセンサステム１を成形することは困難である。本実施例では、ある程度の圧力をかける高圧プレス成形を施すことにより、凹部２４を形成している部分の板厚ｔ１と、鍔部１５ｔ２の板厚とが異なる形状、寸法を実現している。
以上のように構成されたセンサステム１には、回路基板２３等（図７参照）が装着され、図３に示すように溶接によってキャップ８が取り付けられる。センサステム１は、前記のようにプロジェクション６を有する。プロジェクション６は、センサステム１とキャップ８とをプロジェクション溶接し、溶接後の高い気密封止を得るためのものである。このような目的から、プロジェクション６は、金属板２の全周に亘って設けた段差部１７の鍔部１６の全周に亘って形成されている（図４）。プロジェクション６は、高圧プレス成形によって鍔部１６の一部を潰す様にして形成される。
また、段差部１７の外周壁１５は、キャップ８をセンサステムに溶接する際の溶接飛び散りの防護壁として機能するものであるが、高圧プレス成形により、防護壁として十分な高さが確保されている。
なお、プロジェクション６を用いたセンサステム１とキャップ８との溶接については、説明の都合上、以下の実施例２の説明において詳説する。
次に、本発明のセンサ装置の実施例について、図３及び図７を参照して説明する。図３及び図７は、本実施例のセンサ装置２７を示す図である。
センサ装置２７は、実施例１のセンサステム１と、センサステム１に支持されたセンサ素子２２と、センサステム１に支持されたリード端子１４と、センサステム１に溶接したキャップ８とを有する。センサ素子２２は音叉型の振動子であって、角速度を検知することができる。従って、本実施例のセンサ装置は角速度センサ装置（ジャイロセンサ装置）である。
図７に示すように、センサステム１の上面１ａには、振動子支持部２１、この振動子支持部２１に支持された振動子２２、回路基板２３、複数のリード端子（外部接続端子）１４が装着されている。このリード端子１４は、図３の参照番号１９で示すように基板１８にハンダ付けされる。また、リード端子先端がセンサステム１を貫通して、センサステム１上に装着された回路基板２３に接続されている。回路基板２３等を装着したセンサステム１には、図３に示すようにキャップ８が取り付けられている。このような構成のセンサ装置は、図３に示すように、基板１８に実装される。なお、図３では便宜上、振動子２２及び回路基板２３の図示を省略してある。
以上のように構成されるセンサ装置２７は、以下の製造方法によって製造される。
まず、実施例１のセンサステム１を形成する。すなわち、金属板２の第１の面に設けられる凹部２４、第１の面に対向する第２の面に設けられる段差部１７、及び段差部１７に設けられる抵抗溶接用のプロジェクション６とをプレス成形によって同時に形成してセンサステム１を得る。次に、センサステム１に穿孔等、必要な加工を施して、センサステム１にセンサ素子等を取り付けて、図７に示す状態とする。次に、センサステム１にキャップ８を溶接すれば、図３に示すセンサ装置２７とすることができる。
ここで、キャップ８の溶接による取り付けについて詳説する。溶接はプロジェクション溶接を用いる。キャップ８は、鉄板にニッケルメッキを施した板体からなり、図３図示のように下端側外周縁に沿って鍔部２６が形成されている。このキャップ８の鍔部２６と、センサステム１の鍔部１６とを当接させ、両者を溶接、接合することになる。
ここで、実施例１で説明したようにセンサステム１は、段差部１７が金属板２の全周に亘って設けてあり、このような段差部１７の鍔部１６にプロジェクション６が形成されている。このプロジェクション６は、センサステム１とキャップ８とをプロジェクション溶接するためのもので、溶接後の高い気密封止を実現することができる。高い気密封止を実現するためには、図４に示すように、プロジェクション６を金属板２の全周に亘って設けた段差部１７の鍔部１６の全周に亘って形成しておくことが好ましい。
溶接作業は、まず、キャップ８の下側内周とセンサステム１の段差部１７の外周壁１５とが密着するようにセンサステム１にキャップ８を嵌める。この際、図５に示すように、プロジェクション６の上端部をキャップ８の鍔部２６の下面側に突き当てる。図５中、符号１６ａはセンサステム１側の鍔部１６の鉄層、符号１６ｂはセンサステム１側の鍔部１６のニッケルメッキ層、符号６ａはプロジェクション６の鉄層、符号６ｂはプロジェクション６のニッケルメッキ層、符号２６ａはキャップ８側の鍔部２６の鉄層、符号２６ｂはキャップ８側の鍔部２６のニッケルメッキ層を示している。
図５に示すようにプロジェクション６の上端部をキャップ８の鍔部２６の下面側に突き当てた状態で、当該箇所のプロジェクション溶接を開始すると、プロジェクション６の鉄層６ａ、ニッケルメッキ層６ｂが溶融し始める。さらに溶接作業を進めると、溶融した鉄層６ａ、ニッケルメッキ層６ｂが混合され、混合された溶融物はセンサステム１の鍔部１６の上面全体に行き渡るように流れ始める。これにより、プロジェクション６は、徐々に崩壊し、消滅していく。
溶接作業が進むと、最終的には、キャップ８側の鍔部２６の下面側にあるニッケルメッキ層２６ｂと鉄層２６ａの下側の一部、センサステム１側の鍔部１６の上側にあるニッケルメッキ層６ｂ及び１６ｂの一部と鉄層１６ａの上側の一部も溶融、混合されて、図６図示のような合金層９が形成され、溶接が完了する。
プロジェクション６は、図４に示すように、センサステム１の全周に亘って成形されているので、合金層９は、センサステム１の全周に亘って形成される。これにより、キャップ８は、安定して高い密閉性、気密性を持ってセンサステム１に装着され、センサステム１の上面１ａに装着された振動子、回路基板等は、クリーンな状態を維持して保護される。
また、キャップ８は、キャップ８の下側内周とセンサステム１の段差部１７の外周壁１５とが密着するようにセンサステム１にキャップ８を嵌められており、外周壁１５が溶接飛び散りの防護壁として機能する。
この外周壁１５は、前記のように高圧プレス成形により、十分な高さが確保されており、防護壁としての機能が高いので、センサステム１の上面１ａに装着された振動子、回路基板等は、溶接飛び散りにより汚染されることはない。
このようにして製造されたセンサ装置２７は、図３に示すように基板１８上へ装着され、カーナビゲーションシステム等に搭載される。
なお、上記実施例１、２は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、この実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
従来例のセンサステムの構造を説明する説明図である。 （ａ）は、本発明の実施例のセンサステムを説明する断面説明図であり、（ｂ）は、（ａ）図示のセンサステムの厚さ寸法を示す一部を拡大した説明図である。 本発明の実施例のセンサステムに、キャップを溶接して、本発明のセンサ装置とした状態を示す断面説明図である。 本発明の実施例のセンサステムにおけるプロジェクションの配置を説明する平面図である。 センサステムの鍔部にキャップを溶接する際の、プロジェクションの上部とキャップの鍔部との当接部分の状態を説明する断面拡大説明図である。 センサステムの鍔部にキャップを溶接した後の溶着部分の状態を説明する断面拡大説明図である。 センサステム上に振動子、センサ素子等を装着して構成した加速度センサの斜視図である。 従来のセンサステムにキャップを溶接した状態の断面説明図である。 センサステムの下面側に突起を取り付けてスタンドオフを設けた構造の断面説明図である。
符号の説明
１、１０ センサステム
２ 金属板
３ センサチップ
４ 電子部品
５、１４ リード端子
６ プロジェクション
７ リード線
８ キャップ
９ 合金層
１１ ベースプレート
１２ 段差部
１３ 窪み部
１５ 外周壁
１６ 鍔部
１７ 段差部
１８ 基板
１９ ハンダ
２０ 突起
２１ 振動子支持部
２２ 振動子
２３ 回路基板
２４ 凹部
２６ 鍔部
２７ センサ装置

Claims (6)

  1. センサ素子を支持するセンサステムであって、該センサステムは金属板をプレス成形することで形成されたステム構造を有し、該ステム構造は前記金属板の第１の面に形成された凹部と、該第１の面に対向する第２の面に形成された段差部と、該段差部に設けられた抵抗溶接用のプロジェクションとを有することを特徴とするセンサステム。
  2. 前記段差部は外周壁と鍔部とを有し、前記金属板は凹部の板厚と鍔部の板厚とが異なることを特徴とする請求項１記載のセンサステム。
  3. 前記プロジェクションは、前記金属板の外周縁部の全周に亘って設けた前記段差部の全周に亘って形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のセンサステム。
  4. 請求項１から３のいずれか一項記載の前記センサステムと、該センサステムに支持された前記センサ素子と、前記センサステムに支持されたリード端子と、前記センサステムに溶接したキャップとを有することを特徴とするセンサ装置。
  5. 前記センサ素子は、加速度又は角速度の少なくとも１つを検知する請求項４記載のセンサ装置。
  6. 金属板の第１の面に設けられる凹部、前記第１の面に対向する第２の面に設けられる段差部、及び該段差部に設けられる抵抗溶接用のプロジェクションとをプレス成形によって同時に形成してセンサステムを形成する段階と、該センサステムにセンサ素子を取り付ける段階と、前記センサステムにキャップを溶接する段階とを有することを特徴とするセンサ装置の製造方法。
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