JP2007322146A - センサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】センサを取り付けた基板をベースに支持したセンサモジュールにおいて、センサの検出軸を任意の方向に設定可能としながら、小型に構成する。
【解決手段】基板２０の両端の側縁に電極パッド２５、２６を備え、ベース１０にはスライドレール部１５を備えて、一方の端縁をベースの端壁１４の立ち上がり基部に支持した基板２０の中間側縁をスライドレール部１５上に載せたスライド支柱３０で支持して、スライド支柱の位置選択により基板２０をベース１０に対して任意の角度に傾斜させる。基板の電極パッド２５、２６をベース１０から立ち上がるリード端子１６、１７に半田付けすることにより、基板２０の傾斜角度が固定される。基板の傾斜により位置変化する基板上のセンサや回路部品が占めるスペース以外に余分なスペースを必要としないので、小型に構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサモジュール、例えば自動車に搭載されて加速度や方向変化を検出するセンサなどを備え、制御基板に実装されるセンサモジュールの構造に関する。

基板上に例えば加速度センサなどの検出軸を有するセンサを取り付けたセンサモジュールは検出軸の方向の加速度を最大感度で検出し、他の方向の加速度については極力その影響を受けないように、自動車等に搭載されたときも加速度センサの検出軸（検出方向）を検出すべき方向に合わせる必要がある。
しかし、自動車等に搭載するに当っては、設置スペースの制約などからセンサモジュールが搭載される制御基板が傾斜して設置され、単純に当該制御基板にセンサモジュールを取り付けただけでは、例えば水平方向に向けるべき加速度センサの検出軸が上下に傾いてしまう場合がある。

このため、例えば特開平６−２６５５６９号公報には、加速度センサを取り付けた回路基板をベースに支持する構造において、ベース内に回路基板の前後端を支持する固定補助部材を配置する構成が提案されている。
すなわち、各固定補助部材はそれぞれ回路基板の端縁を差し込む溝状の固定部を備え、この固定部の高さを前側固定補助部材と後側固定補助部材とで異ならせて、これにより、ベースの傾斜を吸収して回路基板を水平にし、回路基板上の加速度センサの検出軸を設定方向である水平にすることができる。

しかし、上記構造においては、固定補助部材の固定部の高さがそれぞれの固定補助部材ごとに決まっているので、ベースに対する回路基板の角度も固定的となり、ベースの設置角度が異なる場合には、回路基板は水平とはならない。したがって、ベースの設置角度が異なるごとに、固定部の高さを異ならせた別の固定補助部材のセットを用意しなければならない上、それでも連続的に角度を変化させることができず段階的にしか調整できないという問題がある。

この対策として、センサを載置した基板を任意に傾斜させることができるものとして、特開２００４−４５２３２号公報に開示されたようなものがある。これは、センサを載置した基板を球形筐体あるいは円筒形筐体内に内接させ、筐体を回転させることにより基板の角度を調整して、センサ部品の検出軸を所定の設定方向に合わせるようにしている。

すなわち、円筒形筐体の場合を図１１に示すと、例えば加速度センサ５を載置した基板５２を円筒形筐体５５内のほぼ直径線上に配置して、基板５２の端縁を円筒形筐体５５の内壁に固定してある。円筒形筐体５５に基板５２を内蔵したこのパッケージ５０はベース６０を介して不図示の制御基板に実装される。
ベース６０はブロック状をなしており、Ｖ字状に開いた傾斜面６３を備える溝部６２が形成されている。ベース６０は溝部６２の傾斜面６３に円筒形筐体５５の側壁を当接させてパッケージ５０を支持する。溝部の傾斜面６３上では円筒形のパッケージ５０を回転させることができるから、基板５２が所定の向きとなるように定めてから、円筒形筐体５５の外周を略半周抱接するバンド６５の両端をボルト６７でベース６０に締め付ける。これにより、パッケージ５０がベース６０に固定されて、センサモジュールが構成される。

センサモジュールを実装する制御基板との電気的接続は、基板５２上に設置されたレセプタクル５３に制御基板側から延びるリード線５７のコネクタ５８を連結して行なう。
この従来例によれば、溝部６２においてパッケージ５０を回転させることにより、ベース６０に対するパッケージ内の基板５２の傾斜を任意の角度に調整することができるから、センサモジュールを実装する制御基板がその搭載環境によってどのような傾斜で設置されても、その傾斜を吸収して基板５２上の加速度センサ５の検出軸を所定の方向に向けることができる。
特開平６−２６５５６９号公報 特開２００４−４５２３２号公報

しかしながら、特開２００４−４５２３２号公報のセンサモジュールは、基板５２が円筒形筐体５５に配置されたパッケージ５０とされているので、加速度センサ５を含む基板５２のサイズに対して当該基板５２の上部および下部に無駄な空間を伴うことを避けられず、さらにパッケージ５０をバンド６５で支持固定するベース６０とともに過大な設置スペースを必要とするという問題がある。

したがって本発明は、上記従来の問題点にかんがみ、センサの検出軸を少なくとも所定の範囲で任意の方向に設定できるとともに、小型に構成できるセンサモジュールの構造を提供することを目的とする。

このため本発明は、センサを取り付けた基板をベースに支持したセンサモジュールにおいて、基板はその両端の側縁にそれぞれ金属パッドを備え、ベースは、基板の一方の端縁を回動可能に支持する端縁支持部と、該端縁支持部に支持させた基板の側縁に対応させたスライドレール部とを備えるとともに、該スライドレール部上でベースと基板の間に介挿され、基板の側縁を支持して、スライドレール部上の位置選択により基板をベースに対して任意の設定角度に傾斜させるスライド支柱と、基板の金属パッドに接触可能にベースから立ち上がって延びる金属片とを有して、金属パッドと金属片が半田付けされて、基板が上記の設定角度に固定されているものとした。

本発明によれば、基板の側縁を支持するスライド支柱をスライドレール部上で移動させることにより、連続的に基板の傾斜が変化するから、所定の範囲内で任意の設定角度に設定することができ、その状態で金属パッドと金属片を半田付けすることにより基板の当該傾斜姿勢が固定される。
そして、傾斜により位置変化する基板上のセンサや回路部品が占めるスペース以外に余分なスペースを必要としないので、とくに小型に構成される。

次に本発明の実施の形態を説明する。
図１は実施の形態の側面図、図２はカバーを外して示す上面図、そして図３はカバーを外して示す全体斜視図である。
センサモジュール１は、ベース１０に対して、センサを取り付けた基板２０がその１辺の端縁を軸として回動可能に組みつけられている。ベース１０と基板２０の間には両者と当接して基板２０を回動させ、その傾斜角度を設定するスライド支柱３０が配置されている。ベース１０にカバー４０をかぶせて、基板２０とスライド支柱３０は外部に対してシールされる。全体のサイズは例えば長さ２０ｍｍ前後、高さ１０数ｍｍのものとなる。以下、詳細に説明する。

ベース１０は矩形の平面形状を有する底壁１１と、底壁１１から立ち上がる矩形の枠壁１２を備えている。ベース１０は例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの樹脂製である。
枠壁１２は全周連続して閉じており、底壁１１の長手方向にそった側壁１３と側壁の両端同士をつなぐ端壁１４とからなる。２つの側壁１３には、上面を他の部分よりも一段低くしたスライドレール部１５が形成されている。

側壁１３の両端近傍には、ベース１０と一体にモールドされたリード端子１６（１６ａ、１６ｂ）、１７（１７ａ、１７ｂ）が側壁１３の内壁にそって平行に立ち上がっている。リード端子１６、１７の先端はいずれも枠壁１２の上面より上へ延びているが、一端側のリード端子１７の長さ（立ち上がり高さ）は他端側のリード端子１６の長さ（立ち上がり高さ）よりも大きい所定値に設定されている。

図４に示すように、リード端子１６、１７の基部は、底壁１１を貫通してその下面に露出し、入出力端子１８（１８ａ、１８ｂ）、１９（１９ａ、１９ｂ）となっている。入出力端子１８、１９は底壁１１の長手方向の端からわずかに突出している。入出力端子１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂは電源入力、アース入力、加速度センサ出力、およびジャイロセンサ出力の各端子となる。

両側のスライドレール部１５にまたがって、スライド支柱３０が載せられている。
スライド支柱３０もベース１０と同様に、ＰＢＴなどの樹脂製とすることができる。
図５はスライド支柱を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
スライド支柱３０は、基本形を上に開いたコ字状とし、幅方向両端に下角を切り欠いて形成した段差部３２を備え、各アームの上端に内角を切り欠いて形成した段差状の基板受け部３４を備えている。
スライド支柱３０はその段差部３２をスライドレール部１５に載せている。

図６は枠壁１２の底壁１１からの立ち上がり基部の詳細を示す図で、（ａ）は基板の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ部の拡大断面図である。
枠壁１２の内側において、４隅の側壁１３と端壁１４の接続部分にコーナステップ３６が形成されている。コーナステップ３６の上面の高さは、スライドレール部１５の上面の高さと略同一としてある。４隅のコーナステップ３６の高さは互いに同一である。

基板２０はその１辺の端縁２１を、短いリード端子１６が設けられた側のコーナステップ３６に載せるとともに端壁１４に突合せて、当該端壁１４とコーナステップ３６に支持された状態における端縁２１を基板２０自体の回動軸とする。すなわち、端壁１４とコーナステップ３６とで基板２０の端縁２１を支持する端縁支持部となる。
そして、とくに図７、図８に示すように、基板２０の側辺の中間部位が、枠壁１２のスライドレール部１５に載ったスライド支柱３０の基板受け部３４に支持される。

基板２０には、検出軸を有するセンサとして加速度センサ５とジャイロセンサ６が取り付けられている。加速度センサ５はその検出軸を基板２０の長手方向に沿いかつ基板２０に平行に設置され、ジャイロセンサ６はその検出軸を基板２０に対して垂直にして設置されている。
ここで、スライド支柱３０を、短いリード端子１６側から最も離間させて、長いリード端子１７に当接する位置にしたとき、当該スライド支柱３０により支持された基板２０のベースの底壁１１に対する傾斜角度は最も小さく、スライド支柱３０を短いリード端子１６側へ移動させるほどに基板２０の傾斜角度は大きくなる。

こうして、スライド支柱３０の位置に応じて基板２０を枠壁１２の立ち上がり基部に当接させた端縁２１を軸として回動させることができる。スライド支柱３０の移動方向の幅寸法、および段差部３２と基板受け部３４間の長さＨ（図５、図８参照）の設定により、例えば２０°程度の傾斜角度の調整範囲が容易に得られる。
また、スライド支柱３０は、部品が搭載された基板２０の全重量を支えており、後述するリード端子と電極パッドとの半田付け部に外力がかからないようにしている。

基板２０の長手方向両端は、図２に示されるように、その側辺をわずかに切り欠いて幅狭部２３、２４となっており、この幅狭部２３、２４の側縁に基板２０上の回路に接続された電極パッド２５（２５ａ、２５ｂ）、２６（２６ａ、２６ｂ）を設けてある。電極パッド２５、２６はそれぞれ基板素材の表裏にわたって形成されている。
図２、図９に示されるように、基板２０は短いリード端子１６ａ、１６ｂ間に挟まれ、長いリード端子１７ａ、１７ｂ間にも挟まれて、枠壁１２の立ち上がり基部に当接させた端縁２１側の電極パッド２５ａ、２５ｂは常に短いリード端子１６ａ、１６ｂと接触し、また反対側の電極パッド２６ａ、２６ｂは長いリード端子１７ａ、１７ｂと接触する。
長いリード端子１７は、基板２０の傾斜の大きさに関わらず、所定の傾斜角度範囲では電極パッド２６（２６ａ、２６ｂ）と接触するように長さが設定されている。

以上のように構成されたセンサモジュールの中間組立体では、センサモジュールが実装される制御基板の傾斜を吸収して基板２０上の加速度センサ５とジャイロセンサ６の検出軸が所定の方向を向くように、まずベース１０の底壁１１に対する基板２０の必要傾斜角度を算出する。
つぎに、基板２０の側辺を基板受け部３４に支持したスライド支柱３０を、枠壁１２のスライドレール部１５上で移動させて、基板２０とベースの底壁１１との角度が上記必要傾斜角度になるように調整する。

基板２０が上記必要傾斜角度になったら、スライド支柱３０をその時点の位置に停め、スライド支柱３０が移動しないように、枠壁１２と接着剤で固定して、リード端子１６ａ、１６ｂと各電極パッド２５ａ、２５ｂを半田付けし、またリード端子１７ａ、１７ｂと各電極パッド２６ａ、２６ｂを半田付けして、基板２０の傾斜角度を固定化する。
本実施の形態では、電極パッド２５（２５ａ、２５ｂ）、２６（２６ａ、２６ｂ）が発明における金属パッドに該当し、リード端子１６（１６ａ、１６ｂ）、１７（１７ａ、１７ｂ）が金属片に該当する。
このあと、カバー４０をベース１０に被せて全周接着することにより、内部が密閉空間となり、基板２０やスライド支柱３０が外部に対してシールされたセンサモジュール１となる。
センサモジュール１はそのベース１０の下面に露出した入出力端子１８、１９を制御基板の回路パターン上に設定されたパッドに半田付けして実装される。

なお、ベース１０と基板２０の間にスライド支柱３０を介挿しない場合には、基板２０の長いリード端子１７側を枠壁１２内への嵌め込み方向に押して回動させ、基板両端をコーナステップ３６の上面に押し付けることにより、基板２０はベース１０の底壁１１と平行な傾斜角度０に設定される。
なお、コーナステップ３６の上面の高さは、スライドレール部１５と略同一としてあるが、若干でもスライドレール部１５の上面より高くすると、傾斜角度０とした基板を取り出す際に治具を差し込む隙間ができて作業が容易となる。

スライド支柱３０を長いリード端子１７に当接させた位置での基板２０の最小傾斜角度αよりも小さい傾斜角度を必要とする場合には、図８における段差部３２と基板受け部３４間の高さＨをさらに小さくした第２のスライド支柱３０Ａを設定し、差し替えて使用することにより傾斜角度の調整範囲を拡大することができる。

さらに、例えば図１０に示すように、スライド支柱３０を長いリード端子１７に当接させた位置での基板２０の最小傾斜角度αと同一角度だけ、ベース１０の底壁１１の下面を枠壁１２のスライドレール部１５に対して傾斜したものとすれば、センサモジュール１を実装する制御基板Ｋに対して、基板２０の傾斜角度を０から連続的に調整することができる。

実施の形態は以上のように構成され、基板２０の両端の側縁にそれぞれ電極パッド２５、２６を備え、ベース１０には基板２０の一方の端縁を回動可能に支持する端縁支持部と、該端縁支持部に支持させた基板２０の側縁に対応させたスライドレール部１５とを備えるとともに、該スライドレール部上でベース１０と基板２０の間に介挿され、基板２０の側縁を支持して、スライドレール部１５上の位置選択により基板２０をベース１０に対して任意の角度に傾斜させるスライド支柱３０と、基板の電極パッド２５、２６に接触可能にベース１０から立ち上がって延びるリード端子１６、１７とを有して、電極パッド２５、２６とリード端子１６、１７を半田付けすることにより、基板２０の傾斜角度が固定されるものとしたので、基板の傾斜を連続的に所望の角度に設定することができ、しかも、基板の傾斜により位置変化する基板上のセンサや回路部品が占めるスペース以外に余分なスペースを必要としないので、とくに小型に構成される。

とくに電極パッド２５、２６が基板２０の両端のそれぞれ両側縁に備えられ、これに対応してリード端子１６、１７が設けられ、合計４箇所で基板２０が半田付けで固定されるから、基板の傾斜状態が確実に安定して保持される。
また、電極パッドとリード端子の半田付け後も、スライド支柱３０が基板２０の側縁を支持しているから、電極パッドとリード端子との半田付け部に外力がかかるのを防ぐと同時に基板の支持剛性も高く維持される。

また電極パッド２５、２６は基板２０の回路に接続され、リード端子は１６、１７それぞれベース１０を貫通して底壁１１の下面に露出して、電源とセンサの入出力端子１８、１９となっており、これらの入出力端子を制御基板の回路パターン上に設定されたパッドに半田付けして実装することができるから、従来例において制御基板との電気的接続がリード線のコネクタを用いなければならず、複数の機械的接点を介することにより振動など外圧の影響を受けやすいのと比較して、部品点数の低減と、すべての電気的接続を半田付けにできたので安定した高い信頼性が得られる。

さらに、リード端子１６、１７はベース１０と一体モールドされ、ベース１０にはカバー４０を被せて密閉空間を形成し、該密閉空間に基板２０とスライド支柱３０が収容されているので、高い耐環境性をも備える。

なお、実施の形態では方向性センサとして加速度センサとジャイロセンサを基板に取り付けたものについて説明したが、センサとしてはこれらに限定されず、本発明は所定の検出軸を有するものであれば他のセンサを取り付けたセンサモジュールにもそのまま適用することができる。

実施の形態を示す側面図である。 実施の形態のカバーを外して示す上面図である。 カバーを外して示す全体斜視図である。 基板の底壁下面を示す図である。 スライド支柱を示す図である。 枠壁の底壁からの立ち上がり基部を示す図である。 図２におけるＡ−Ａ部断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ部断面図である。 図２におけるＣ−Ｃ部断面図である。 実施の形態の変形例を示す図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１ センサモジュール
５ 加速度センサ
６ ジャイロセンサ
１０ ベース
１１ 底壁
１２ 枠壁
１３ 側壁
１４ 端壁
１５ スライドレール部
１６、１６ａ、１６ｂ、１７、１７ａ、１７ｂ リード端子（金属片）
１８、１８ａ、１８ｂ、１９、１９ａ、１９ｂ 入出力端子
２０ 基板
２１ 端縁
２３、２４ 幅狭部
２５、２５ａ、２５ｂ、２６、２６ａ、２６ｂ 電極パッド（金属パッド）
３０ スライド支柱
３２ 段差部
３４ 基板受け部
３６ コーナステップ
４０ カバー

Claims (5)

1. センサを取り付けた基板をベースに支持したセンサモジュールにおいて、
   基板はその両端の側縁にそれぞれ金属パッドを備え、
   ベースは、基板の一方の端縁を回動可能に支持する端縁支持部と、該端縁支持部に支持させた基板の側縁に対応させたスライドレール部とを備えるとともに、
   該スライドレール部上でベースと基板の間に介挿され、基板の前記側縁を支持して、前記スライドレール部上の位置選択により当該基板をベースに対して任意の設定角度に傾斜させるスライド支柱と、
   基板の前記金属パッドに接触可能にベースから立ち上がって延びる金属片とを有して、
   前記金属パッドと金属片が半田付けされて、基板が前記設定角度に固定されていることを特徴とするセンサモジュール。
2. 前記金属パッドは基板の両端のそれぞれ両側縁に備えられ、
   前記金属片は前記金属パッドのそれぞれに対応して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサモジュール。
3. 前記金属パッドは基板の回路に接続され、
   前記金属片はベースを貫通してベースの下面に露出する端子を形成していることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサモジュール。
4. 前記金属片はベースと一体モールドされ、
   前記ベースにカバーを被せて密閉空間を形成し、該密閉空間に基板とスライド支柱が収容されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載のセンサモジュール。
5. 前記センサが、少なくとも加速度センサとジャイロセンサのいずれかであり、前記ベースの下面に露出する端子が電源とセンサの入出力端子であることを特徴とする請求項３に記載のセンサモジュール。

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