JP2010231895A - 基板固定構造および物理量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】基板固定構造および物理量センサにおいて、耐衝撃性を有すると共に基板および筐体の小型化と基板固定工数の低減とを実現し、さらに耐ノイズ特性の向上を実現する。
【解決手段】基板１１を、この基板１１との電気的接続用の複数のコネクタ端子１２を備えた筐体１３の基板収容部１４に収容して固定する基板固定構造であって、各コネクタ端子１２は基板１１を収容した基板収容部１４の底面１４ａから立設された内部端子部１２ａ〜１２ｅと、内部端子部１２ａ〜１２ｅから筐体１３外部へ向けて延設された外部端子部１２ｆとを有し、基板１１は各内部端子部１２ａ〜１２ｅに半田付けされて固定され、内部端子部１２ａ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅの４本が、基板１１の各隅部に対応した位置に分散配置されている。分散配置された内部端子部１２ａ〜１２ｅに半田付けだけで基板１１を固定するので、方向に依存しない耐衝撃性を有し、基板固定工数を低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板を筐体に固定する基板固定構造およびその構造を備えた物理量センサに関する。

従来から、加速度や角速度などの物理量を検出するセンサ素子は基板に実装して用いられ、基板は、基板の保護のためや、基板上の電気回路をコネクタ端子などに電気接続するために筐体に収容固定される。そのような基板の固定構造について、種々の工夫が成されている。例えば、センサ素子が応力を検出するものである場合に、外部からの応力によってセンサ素子の圧力検知特性が影響されないように、基板におけるセンサ素子実装部分と筐体への固定孔部分との間に、応力伝搬を防止する切込による応力緩和部を設けた基板固定構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、基板固定構造として、基板とコネクタ端子との半田付け部分への応力負荷の軽減と半田付け工数の軽減のために、半田付けするコネクタ端子群および基板に挿入して固定するための複数の支柱の一部を並設したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、加速度センサを小型化するため、センサ素子用の基板と増幅用回路基板とを２段重ね構造として筐体に固定する基板固定構造が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００２−１０７２４６号公報 特開２００８−２０３０７２号公報 特開平８−８６８００号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような基板固定構造は圧力検知用のセンサのみに好適であるものの加速度センサのような他の物理量センサなどには不向きであり一般的ではない。また、上述した特許文献２に示されるような基板固定構造は基板に挿入した支柱の先端部分をかしめることによって基板を固定するものであり、工程が複雑である。また、上述した特許文献３に示されるような基板固定構造は１枚の基板のみを用いる場合に適用することができない。従って、これらの従来の基板固定構造は、基板を収容固定する筐体の小型化、基板固定工数の低減、耐ノイズ特性の向上などについて、なお課題を有するものである。

本発明は、上記課題を解消するものであって、耐衝撃性を有すると共に基板および筐体の小型化と基板固定工数の低減とを実現でき、さらに耐ノイズ特性の向上を実現できる基板固定構造および物理量センサを提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、基板を、この基板との電気的接続用の複数のコネクタ端子を備えた筐体の基板収容部に収容して固定する基板固定構造において、前記各コネクタ端子は前記基板を収容した基板収容部の底面から立設された内部端子部と、前記内部端子部から前記筐体外部へ向けて延設された外部端子部とを有し、前記基板は前記各内部端子部に半田付けされて固定され、前記内部端子部の少なくとも３つが前記基板の各隅部に対応した位置に分散配置されているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の基板固定構造において、前記内部端子部の断面は長方形であり、前記複数の内部端子部のうちの一部は、その断面の長手方向が前記基板の平面上で互いに直交する２方向のうちの１方向に平行になるように配置され、残りは、その断面の長手方向が他の１方向に平行になるように配置されいるものである。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の基板固定構造において、前記筐体は、前記コネクタ端子の一部を内包した状態で樹脂成形により一体成形されているものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の基板固定構造において、前記複数のコネクタ端子のうちの１つである接地端子を分岐してなる少なくとも３つの内部端子部が前記基板の周辺部に分散配置されているものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載の基板固定構造において、前記接地端子用のコネクタ端子は、前記基板の主面に対向する面状端子部を有し、前記内部端子部が前記面状端子部の周辺部において分岐されているものである。

請求項６の発明は、請求項５に記載の基板固定構造において、前記面状端子部が貫通孔を有するものである。

請求項７の発明は、センサ素子と前記センサ素子の信号増幅のための増幅回路とを実装した基板を、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の基板固定構造によって前記基板収容部に収容固定した物理量センサである。

請求項１の発明によれば、基板の各隅部に対応した位置に分散配置された内部端子部に基板を半田付けによって固定するので、基板を基板上の偏った位置で固定する場合に比べて方向に依存しない耐衝撃性を得ることができる。また、基板を半田付けだけによって固定できるので、固定用ピンを機械加工によってかしめたり、接着剤を塗布したりする固定方法に比べて基板固定工数を低減でき、また、固定構造が簡単であるので基板および筐体の小型化を実現できる。また、上記の内部端子部として接地用のコネクタ端子を上記の基板の各隅部に対応した位置に分散配置するようにすれば、基板における耐ノイズ特性を向上できる。

請求項２の発明によれば、衝撃方向依存性をより低減した耐衝撃性を有する基板固定を実現できる。

請求項３の発明によれば、基板収容部の底面から立設する内部端子部を成形樹脂によって強固に支持でき、基板を強固に固定できる。

請求項４の発明によれば、接地端子が基板に対して分散配置されるので、耐電磁ノイズ特性を向上できる。

請求項５の発明によれば、接地端子用のコネクタ端子が基板面を覆うように面状に配置されるので、接地端子用のコネクタ端子によるノイズ吸収効果やノイズ遮断効果が基板の全面においてより万全となり、耐ノイズ特性の向上を実現できる。また、ノイズ対策部品として接地端子を筐体に一体成形により作り込むので、基板および筐体の小型化を実現できる。

請求項６の発明によれば、筐体を樹脂成形する際の樹脂の流れを、ノイズシールド効果を損なうことなく、貫通孔によって円滑にできるので、筐体の製造効率を高めることができる。

請求項７の発明によれば、耐衝撃性を有すると共に基板および筐体の小型化と基板固定工数の低減がなされ、耐ノイズ特性が向上した物理量センサを実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサを示す分解斜視図。 同物理量センサの側方断面図。 （ａ）は同物理量センサの正面図、（ｂ）は一部破断底面図、（ｃ）は側面図。 同物理量センサの斜視図。 （ａ）は同物理量センサのコネクタ端子の平面図、（ｂ）は側面図。 （ａ）は第１の実施形態の変形例を示す筐体の斜視図、（ｂ）は他の変形例を示す筐体の斜視図。 第２の実施形態に係る物理量センサの透視斜視図。 （ａ）は同物理量センサの筐体の側方断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は後方から見た断面図。 （ａ）は同物理量センサのコネクタ端子の平面図、（ｂ）は側面図。 第３の実施形態に係る物理量センサの透視斜視図。 （ａ）は同物理量センサの筐体の側方断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は後方から見た断面図。 （ａ）は同物理量センサのコネクタ端子の平面図、（ｂ）は側面図。

以下、本発明の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサについて、図面を参照して説明する。各部の空間配置の説明のために、図示した上下左右などの方向を参照するが、物理量センサは、実空間における上下左右などの取付姿勢に関わりなく用いることができる。

（第１の実施形態）
図１乃至図５は第１の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサを示す。本基板固定構造において、センサ素子１０を実装した基板１１が、複数のコネクタ端子１２を備えた筐体１３の基板収容部１４に収容され固定されている。コネクタ端子１２は基板１１との電気的接続用のものであり、基板収容部１４の底面１４ａから立設された５本の内部端子部１２ａ〜１２ｅと、これらの少なくともいずれかと一体であってそれぞれ筐体１３外部へ向けて延設された３本の外部端子部１２ｆとを有する。基板１１は、各内部端子部１２ａ〜１２ｅに半田付けされて固定されている。本実施形態の場合、５本の内部端子部１２ａ〜１２ｅのうち、４本の内部端子部１２ａ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅが、基板１１の各隅部に対応した位置に分散配置されている。また、センサ素子１０を実装した基板１１を筐体１３に固定した構成によって、または必要に応じて、さらに蓋体１３ｃにより基板収容部１４に蓋をして封止材１３ｄで封止した構成によって、物理量センサ１が構成される。以下、基板固定構造と物理量センサ１を詳述する。

基板１１は、矩形の回路基板であって、内部端子部１２ａ〜１２ｅに対応して５つの半田用貫通孔１１ａ〜１１ｅが設けられている。半田用貫通孔１１ａ〜１１ｅは、孔内部と上下開口周辺部に半田付け用の導体を備えている。基板１１には、センサ素子１０とセンサ素子１０の信号増幅のための増幅回路（不図示）が実装され、これらの回路と内部端子部１２ａ〜１２ｅとは不図示の回路パターンなどによって電気接続されている。センサ素子１０は、例えば、１軸加速度センサ用の素子である。この場合、物理量センサ１は、増幅回路を備えてスタンドアロン型の１軸加速度センサとなる。

筐体１３は、基板収容部１４を有する本体部分と、物理量センサ１を外部回路に電気接続して用いるため本体部分から前方に突設されたコネクタソケット部１３ａと、本体部分を固定するための固定用孔１３ｂを有する左右翼形状の拡設部とを備えている。基板収容部１４は略直方体の凹部であり、その底面１４ａは平坦になっている。基板収容部１４の側壁部には、基板１１の前後左右方向の位置決めをするための凸部１４ｂと、上下方向の位置決めをする段差部１４ｃとが、それぞれ、基板収容部１４の内周に沿って適宜分散配置されて設けられている。また、基板収容部１４の開口部には、蓋体１３ｃを載置し封止材１３ｄを充填して封止するための拡径した段部１３ｅが設けられている。基板１１は、組立時に基板収容部１４における段差部１４ｃの上に配置すると、凸部１４ｂが基板１１の外周に接して水平方向の位置決めがなされ、各内部端子部１２ａ〜１２ｅが半田用貫通孔１１ａ〜１１ｅに挿通された状態となる。

筐体１３は、コネクタ端子１２の一部を内包した状態で樹脂成形により一体成形されている。コネクタ端子１２は、内部端子部１２ａ〜１２ｅと外部端子部１２ｆ以外の部分を樹脂中に埋設されている。外部端子部１２ｆは、例えば、１軸加速度センサの場合、電圧印加用の端子、センシング信号用の端子、および接地端子の３本である。これらの外部端子部１２ｆは、コネクタソケット部１３ａにおける前方方向の凹部の底面から前方に突出するように樹脂部から導出されてソケット用のピンを構成している。

内部端子部１２ａ〜１２ｅの断面（水平断面）は長方形であり、内部端子部１２ｂ，１２ｄ，１２ｅは、その断面の長手方向が図１に示される左右方向に配置され、内部端子部１２ａ，１２ｃは、その断面の長手方向が図１に示される前後方向に配置されている。言い換えると、複数の内部端子部１２ａ〜１２ｅの断面は長方形であり、これらの内部端子部のうちの一部は、その断面の長手方向が基板１１の平面上で互いに直交する２方向のうちの１方向に平行になるように配置され、残りは、その断面の長手方向が他の１方向に平行になるように配置される。長方形断面を有して立設された内部端子部は、その断面の長手方向には曲がり難いので、上述のような内部端子部の配向によって、内部端子部全体の撓み強度に対する水平面内における方向依存性を低減することができ、衝撃方向依存性を低減できる。

コネクタ端子１２は、例えば、板材をプレス加工して形成され、図５（ａ）（ｂ）に示すような形状を有する。内部端子部１２ａ〜１２ｅの断面の長手方向が上述の配置となるように、各コネクタ端子１２における内部端子部１２ａ〜１２ｅの立ち上げ方向（折り曲げ方向）が互いに直交する２方向に調整されている。一部のコネクタ端子１２は、外部端子部１２ｆの個数よりも内部端子部の個数が多くなるように分岐させる。例えば、複数のコネクタ端子１２のうちの１つである接地端子を分岐する。本実施形態において、３つの内部端子部１２ｂ，１２ｄ，１２ｅが接地端子であり、接地端子が基板１１の周辺部に分散配置されることになる。

本実施形態によれば、基板収容部１４の底面１４ａから立設され基板１１の各隅部に対応した位置に分散配置された内部端子部１２ａ〜１２ｅに半田付けによって基板１１を固定するので、基板状の偏った位置で基板１１を固定する場合に比べて方向に依存しない耐衝撃性を有する基板固定構造および物理量センサを得ることができる。また、基板１１を半田付けだけによって固定できるので、固定用ピンを機械加工によってかしめたり、接着剤を塗布したりする固定方法に比べて基板固定工数を低減でき、また、固定構造が簡単であるので、基板１１および筐体１３の小型化を実現できる。また、接地用のコネクタ端子１２を基板１１の各隅部に対応した位置に分散配置して基板１１における耐ノイズ特性を向上でき、耐ノイズ特性が向上した物理量センサを実現できる。なお、３つの内部端子部を備えたコネクタ端子１２は、筐体１３の樹脂成形時に３本の内部端子部によって金型内に自立させて配置できるので、別途の固定治具を省略することができる。

（第１の実施形態の変形例）
図６（ａ）は第１の実施形態の変形例としての筐体１３を示し、内部端子部１２ｇの断面の長手方向が１方向に揃っている場合である。また、図６（ｂ）は他の変形例を示し、内部端子部１２ｇの断面の長手方向が１方向に揃い、内部端子部１２ｇの個数を４つに減らした場合である。これらの変形例は、少なくとも３つの内部端子部１２ｇを基板の隅部に分散配置する基板固定構造を提供でき、方向に依存しない耐衝撃性を有する基板固定構造および物理量センサを実現できる。

（第２の実施形態）
図７乃至図９は第２の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサを示す。本実施形態は、第１の実施形態とは、接地端子用のコネクタ端子の構造が異なり、他の点は同様である。すなわち、本基板固定構造および物理量センサ１において、接地端子用のコネクタ端子１２（並設された３つの外部端子部１２ｆのうちの中央の端子に対応）は、基板１１の主面に対向する面状端子部１５を有し、その内部端子部１２ｂ，１２ｄ，１２ｅが面状端子部１５の周辺部において分岐されている。

本実施形態によれば、接地端子用のコネクタ端子の面状端子部１５が基板１１の回路面を覆うように面状に配置されてノイズシールド部を形成しているので、基板１１のどの位置でも接地端子の近くでノイズをパスすることができ、接地端子によるノイズ吸収効果やノイズ遮断効果がより万全となり、耐ノイズ特性の向上を実現できる。また、ノイズ対策部品として接地端子を筐体に一体成形により作り込むので、別体とする場合に比べて、基板１１および筐体１３の小型化を実現でき、耐衝撃性を有し耐ノイズ特性が向上した物理量センサを実現できる。ところで、一般に、加速度センサには信号増幅のための増幅回路（アンプ）を用いることが常であり、特にスタンドアロンタイプ１軸加速度センサにおいては筐体内で加速度検知から信号増幅、出力までを行うため必ずアンプを搭載する。しかしアンプによって信号増幅を行う際には信号のノイズ成分も増幅する場合やアンプ自体がノイズにより異常動作する場合があり、一般に加速度センサを内蔵したスタンドアロンタイプ１軸加速度センサは耐ノイズ性が弱いと考えられている。その点、本実施形態における物理量センサは、耐ノイズ特性が向上されており、種々の物理量センサとして、また、加速度センサ用素子と増幅回路とを実装した加速度センサとして、耐ノイズ性が向上されている。

（第３の実施形態）
図１０乃至図１２は第３の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサを示す。本実施形態は、第２の実施形態とは、面状端子部１５がスリット状の５つの貫通孔１６を有する点で異なり、他は同様である。この貫通孔１６は、ノイズシールド効果を損なわないような寸法形状で設けられており、貫通孔１６は成形材である樹脂のぬけ孔を構成する。これにより、筐体１３を樹脂成形する際の樹脂の流れを円滑にして成形性の悪化を防止できる。従って、筐体１３の製造効率や歩留まりを高めることができ、また、筐体１３の構造上の信頼性を高めることができる。貫通孔１６は、スリット状に限らず、多数の円形の開口や任意形状の開口または切り込みなどとすることができる。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、基板や基板収容部は四角形に限らず、円形その他の任意の広がりを有する形状とすることができ、各内部端子部をその隅部や周辺部に分散配置して半田付けにより固定するようにできる。そして、各内部端子部をその隅部や周辺部に分散配置することにより、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、コネクタ端子の個数は３つに限らず、基板の用途や構成、基板に実装するセンサ素子の構成や個数などに応じて、２つとしたり、４つ以上としたり任意の個数にすることができる。また、筐体が、コネクタソケット部の代わりにコネクタプラグ部を備える構成であってもよい。また、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成として、例えば、接地端子の基板主面との対向面の全面ではなく一部だけに面状端子部を設けたり、面状端子部の一部にのみ貫通孔を設けたりしてもよい。

１ 物理量センサ
１０ センサ素子
１１ 基板
１２ コネクタ端子
１２ａ〜１２ｅ 内部端子部
１２ｆ 外部端子部
１３ 筐体
１４ 基板収容部
１４ａ 基板収容部の底面
１５ 面状端子部
１６ 貫通孔

Claims (7)

1. 基板を、この基板との電気的接続用の複数のコネクタ端子を備えた筐体の基板収容部に収容して固定する基板固定構造において、
   前記各コネクタ端子は前記基板を収容した基板収容部の底面から立設された内部端子部と、前記内部端子部から前記筐体外部へ向けて延設された外部端子部とを有し、
   前記基板は前記各内部端子部に半田付けされて固定され、
   前記内部端子部の少なくとも３つが前記基板の各隅部に対応した位置に分散配置されていることを特徴とする基板固定構造。
2. 前記内部端子部の断面は長方形であり、前記複数の内部端子部のうちの一部は、その断面の長手方向が前記基板の平面上で互いに直交する２方向のうちの１方向に平行になるように配置され、残りは、その断面の長手方向が他の１方向に平行になるように配置されいることを特徴とする請求項１に記載の基板固定構造。
3. 前記筐体は、前記コネクタ端子の一部を内包した状態で樹脂成形により一体成形されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板固定構造。
4. 前記複数のコネクタ端子のうちの１つである接地端子を分岐してなる少なくとも３つの内部端子部が前記基板の周辺部に分散配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の基板固定構造。
5. 前記接地端子用のコネクタ端子は、前記基板の主面に対向する面状端子部を有し、前記内部端子部が前記面状端子部の周辺部において分岐されていることを特徴とする請求項４に記載の基板固定構造。
6. 前記面状端子部が貫通孔を有することを特徴とする請求項５に記載の基板固定構造。
7. センサ素子と前記センサ素子の信号増幅のための増幅回路とを実装した基板を、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の基板固定構造によって前記基板収容部に収容固定したことを特徴とする物理量センサ。

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