JP2012093111A - Sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサチップを収容するハウジングを備えたセンサ装置に関する。 The present invention relates to a sensor device including a housing that houses a sensor chip.
センサ装置におけるセンサチップを収容するハウジングは、通常一対のケースの互いに対向する開口部側同士を突き合わせて結合して構成される。例えば、流体の圧力を検出する圧力センサでは、半導体基板を加工して薄膜状に形成したダイヤフラム及びピエゾ抵抗素子をパッケージとしてハウジング内に収容している。このためハウジングは、内部に水などの浸入を阻止するための構造が必要となる。 A housing for housing a sensor chip in a sensor device is usually configured by abutting and joining openings facing each other in a pair of cases. For example, in a pressure sensor that detects the pressure of a fluid, a diaphragm and a piezoresistive element that are formed into a thin film by processing a semiconductor substrate are accommodated in a housing as a package. For this reason, the housing requires a structure for preventing water and the like from entering inside.
例えば、下記特許文献1に記載の圧力センサでは、一方のケースとなる金属製の取り付け台座と、ダイヤフラムを備えた他方のケースとなる結晶姓材料または非結晶性材料からなる円筒部材とを、互いに異質材料として結合している。その際、一方の軟質部材となる金属製の取り付け台座を、他方の円筒部材に形成した先端の環状突起や外周面の環状結合溝によって塑性変形と弾性変形をもって結合させている。
For example, in the pressure sensor described in
ところで、上記した従来のものは、ケース同士を結合させる際に、一方の軟質部材である金属製の取り付け台座を他方のセラミックなどの脆性材料によって塑性変形及び弾性変形させることから、金型を用いて加圧している。このため、ケース同士を単に突き合わせるだけで、ケース相互間のシール性を高めつつ結合することが困難となっている。 By the way, the above-mentioned conventional one uses a mold because when a case is joined, a metal mounting base which is one soft member is plastically deformed and elastically deformed by a brittle material such as the other ceramic. Pressure. For this reason, it is difficult to combine the cases while simply sealing each other while improving the sealing performance between the cases.
そこで、本発明は、ケース同士を単に突き合わせるだけで、ケース相互間のシール性を高めつつ結合できるようにすることを目的としている。 In view of the above, an object of the present invention is to make it possible to combine the cases while simply sealing the cases together while improving the sealing performance between the cases.
第1の発明は、流体の圧力を検出するセンサチップを収容するハウジングが、互いの開口部同士を対向させて突き合わせて嵌合する樹脂製の第1,第2のケースをそれぞれ備え、この第1,第2のケースの少なくともいずれか一方に、第1,第2のケースを突き合わせて嵌合する際に、いずれか他方との間で相対的に押し付けられて塑性変形することでシール部となる突起を備えている。 According to a first aspect of the present invention, a housing that houses a sensor chip that detects a fluid pressure includes first and second cases made of resin that are fitted to face each other with their openings facing each other. When the first and second cases are abutted and fitted to at least one of the first and second cases, the seal portion is formed by being relatively pressed between the other case and plastically deformed. Protrusions are provided.
第2の発明は、第1の発明のセンサ装置であって、前記突起は、前記第1,第2のケースの互いの突き合わせ方向の先端面に該突き合わせ方向に向けて突出していることを特徴とする。 2nd invention is a sensor apparatus of 1st invention, Comprising: The said protrusion protrudes toward the said abutting direction on the front end surface of the abutting direction of the said 1st, 2nd case. And
第3の発明は、第2の発明のセンサ装置であって、前記突起は、先細形状であることを特徴とする。 3rd invention is a sensor apparatus of 2nd invention, Comprising: The said protrusion is a tapered shape, It is characterized by the above-mentioned.
第4の発明は、第1の発明のセンサ装置であって、前記第1,第2のケースは、底壁と底壁の外周縁から立ち上がる外周壁とをそれぞれ備え、前記第1,第2のケースのいずれか一方の外周壁がいずれか他方の外周壁の内側に入り込んで嵌合し、前記一方の外周壁と前記他方の外周壁との少なくともいずれか一方の互いに対向する面に前記突起を設けたことを特徴とする。 4th invention is the sensor apparatus of 1st invention, Comprising: The said 1st, 2nd case is each provided with the outer peripheral wall which stands up from the outer periphery of the bottom wall and the bottom wall, and said 1st, 2nd Any one of the outer peripheral walls of the case enters and fits inside the other outer peripheral wall, and the projections are formed on at least one of the one outer peripheral wall and the other outer peripheral wall facing each other. Is provided.
第5の発明は、第4の発明のセンサ装置であって、前記突起は、この突起を設けた側のケースに対して突き合わせる他方のケースの突き合わせ方向に対向する面を、先端側ほど該突き合わせ方向前方となるよう傾斜する傾斜面とし、この傾斜面の反対側の面を、前記突き合わせ方向に対して垂直な垂直面としたことを特徴とする。 5th invention is a sensor apparatus of 4th invention, Comprising: As for the said protrusion, the surface which opposes the abutting direction of the other case which abuts with respect to the case of the side which provided this protrusion, this tip is the side. The inclined surface is inclined so as to be in front of the abutting direction, and the surface opposite to the inclined surface is a vertical surface perpendicular to the abutting direction.
請求項1の発明によれば、第1,第2のケースを互いに突き合わせることで、樹脂製の突起は容易に塑性変形してシール部となり、したがって、ケース同士を単に突き合わせるだけで、ケース相互間のシール性を高めつつ結合することができる。
According to the invention of
請求項2の発明によれば、ケース同士を突き合わせる際に、その突き合わせ方向に押し潰されるようにして突起が塑性変形するので、シール部を構成する突起の塑性変形部分は分散しにくくなって、シール性がより向上する。 According to the invention of claim 2, when the cases are brought together, the projections are plastically deformed so as to be crushed in the abutting direction, so that the plastically deformed portions of the projections constituting the seal portion are hardly dispersed. , Sealability is further improved.
請求項3の発明によれば、ケース同士の突き合わせ方向先端側が先細形状となっているので、ケース同士を突き合わせる際に、その突き合わせ方向先端側の先細部分によって突起の塑性変形が容易なものとなる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、突起を、内側に位置する一方の外周壁の突き合わせ方向先端部に設定する場合に比較して、水などのハウジング内部への浸入を、該浸入方向のより上流側で抑えることができる。 According to the invention of claim 4, compared with the case where the protrusion is set at the front end in the abutting direction of the one outer peripheral wall located inside, the intrusion of water or the like into the housing is more upstream than the infiltration direction. Can be suppressed on the side.
請求項5の発明によれば、突起の傾斜面に相手側の他方のケースの先端が当接したときに、突起が塑性変形しやすく、かつ嵌合作業も容易となる。 According to the fifth aspect of the present invention, when the tip of the other case on the other side comes into contact with the inclined surface of the protrusion, the protrusion is easily plastically deformed and the fitting operation is facilitated.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態を示すセンサ装置である圧力センサの断面図で、図2(a)に示すベース1と図2(b)に示すカバー3とを互いに嵌合して図1に示すハウジング5を構成し、このハウジング5内にセンサ本体となるセンサモジュール7を収容している。なお、ベース1が第1のケースを、カバー3が第2のケースをそれぞれ構成し、これらはいずれも塑性変形可能な樹脂で構成している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a pressure sensor which is a sensor device showing a first embodiment of the present invention, and a
このセンサ装置は、例えば、浴槽の給湯器における水(または温水)の流路に取り付けて、流路内の圧力によって浴槽の水位を検出する水位センサに適用できる。 This sensor device can be applied to, for example, a water level sensor that is attached to a flow path of water (or hot water) in a hot water heater of a bathtub and detects the water level of the bathtub by the pressure in the flow path.
ベース1はカバー3に対向する側に開口部9を有し、カバー3もベース1に対向する側に開口部11を有し、これら互いの開口部9,11同士を対向させて突き合わせてベース1とカバー3とを嵌合して結合する。
The
また、ベース1は底壁13を有し、この底壁13の中央には、図1に示すように凹部13aを形成してあり、この凹部13aにセンサモジュール7を収容固定している。センサモジュール7の詳細については後述する。
Further, the
ベース1は、図2(a)に示すように同図中で上下方向に長い長方形状を呈しており、下部を除く外周縁に嵌合凸部15を形成している。この嵌合凸部15は、底壁13の外周縁から立ち上がる外周壁を構成している。嵌合凸部15を形成していない開口部11の下方は、センサモジュール7から引き出される端子17に接続する図示しないコネクタの挿入用開放部19となっている。
As shown in FIG. 2A, the
そして、本実施形態では、上記した嵌合凸部15の先端面に、図2(a)のA−A断面図である図3に示すように、塑性変形可能な突起21を、他の部分の成形時に一体成形している。突起21は、先端側ほど細い先細の断面三角形状であり、嵌合凸部15の全長にわたり形成している。なお、図2(a)では、突起21を1本の線として示している。
And in this embodiment, as shown in FIG. 3 which is AA sectional drawing of Fig.2 (a) on the front end surface of the above-mentioned
なお、図2(a)中で、ベース1から左右両側に突出している符号22で示すものは、本圧力センサを取付対象物に取り付けるためのブラケットである。
In addition, what is shown with the code |
一方、カバー3は、上記した嵌合凸部15に対応して外周縁に嵌合溝23を設けている。この嵌合溝23も嵌合凸部15と同様に、図2(b)に示すように、図2(a)に示したコネクタの挿入用開放部19に対応する挿入用開放部25を除く周縁部に形成している。
On the other hand, the
このカバー3の嵌合溝23に、前述したベース1の嵌合凸部15を挿入して嵌合することで、ベース1とカバー3とが結合される。その際、嵌合凸部15の先端面に一体化して設けてある突起21は、図4のように先端の一部または全部が塑性変形して潰れた状態となり、この潰れた部分によってシール部Sを構成する。
The
また、図2に示す挿入用開放部19,25によって、図1に示すベース1とカバー3との嵌合状態では、前述した図示しないコネクタの挿入空間27が形成され、この挿入空間27の奥側の端部には、ベース1及びカバー3にそれぞれ隔壁28,29を形成している。このうち、ベース1側の隔壁28に、センサモジュール7から引き出される端子17を挿入配置する挿入凹部28aを形成している。
In addition, the
上記した隔壁28,29は、図2に示すように、センサモジュール7の周囲を囲むように全周にわたり形成している。このうちカバー3側の隔壁29の図2(b)中で上部及び左右両側部分は、その外側に位置する外周壁31とで嵌合溝23を形成することになる。外周壁31は、カバー3の底壁32の外周縁から立ち上がるようにして形成されている。
The
なお、センサモジュール7は、ベース1の底壁13から突出する突起部33,35を、センサモジュール7の図2(a)中で上下両側に突出する端子部37の端子板37a,37bに形成したかしめ孔に挿入してかしめにより固定する。
In the
図5は、センサモジュール7の内部構造を示している。なお、この図5に示すセンサ装置は、ベース1とカバー3の構造が、前述した図1のものと若干異なっている。大きな違いは、ベース1側には、図1のものと同様に嵌合凸部15を備えるが、カバー3側には、図1の嵌合溝23を備えていない。すなわち、この構成では、嵌合凸部15を外周壁31の内側に入り込ませて嵌合することで、ベース1とカバー3とが嵌合固定される。
FIG. 5 shows the internal structure of the
また、図1の嵌合溝23を備えていないことから、隔壁29は、コネクタの挿入空間27に対応する部位のみに形成しており、この隔壁29に、端子17を挿入配置する挿入凹部29aを形成している。
Further, since the
図5の例においても、ベース1に形成した嵌合凸部15の先端面に、図3と同様な塑性変形可能な突起21を一体に形成してあり、ベース1とカバー3とを結合する際に、突起21の先端の一部または全部が塑性変形して潰れた状態となる。
Also in the example of FIG. 5, a plastically
図5に示すように、センサモジュール7は、センサチップとしての圧力センサチップ41と集積回路チップ43とを、箱形のパッケージ45内に封止材47により封止されて格納されている。パッケージ45の図5中で左側の開口にはカバー49を設けている。
As shown in FIG. 5, the
圧力センサチップ41は、半導体基板(シリコン基板)を加工して薄膜状に形成されるダイヤフラム及びそのダイヤフラム上にブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子を備えている。このピエゾ抵抗素子と集積回路チップ43と端子部37とを、それぞれボンディングワイヤ51により電気的に接続している。
The
パッケージ45は、樹脂製であって封止材47が封入される凹部53aを有する本体部53を備え、この本体部53の凹部53aの底部に沿って端子部37を一体成形している。本体部53の凹部53aと反対側には、円筒形状のオイル導入部55を突出して形成してあり、このオイル導入部55は、ベース1の凹部13aに形成した凹所57内に挿入配置している。オイル導入部55の外周部と凹所57との間にはOリング59を介装している。Oリング59は、凹部13a側に設けてあるワッシャ61によりパッケージ45側への移動を規制している。
The
圧力センサチップ41は、パッケージ45のオイル導入部55に対応する位置にあり、オイル導入部55内には、圧力センサチップ41側から該圧力センサチップ41と反対側の先端面にわたりオイル導入通路63を形成している。オイル導入通路63の圧力センサチップ41側の端部は、圧力センサチップ41に設けたオイル導入凹部41aに連通している。
The
上記したオイル導入通路63とオイル導入凹部41a内に、流体からの圧力を圧力センサチップ41に伝達するためのオイル65を充填している。オイル65は非腐食性を有しており、流体が腐食性を有するものであっても、流体と圧力センサチップ41との間にオイル65が介在することで、圧力センサチップ41の腐食を抑えることができる。
一方、ベース1は、オイル導入部55に対応する位置にてカバー3と反対側に向けて突出するポート部67を備え、ポート部67内には、オイル導入通路63に連通する貫通孔67aを形成している。
On the other hand, the
水などの流体が、ポート部67先端の開口部67bより貫通孔67a内に流入すると、オイル65を介して圧力センサチップ41のダイヤフラムが撓んでピエゾ抵抗素子に歪が生じる。そして、このピエゾ抵抗素子の歪によりピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化し、その変化に応じて検出される検出値を取り出すことで、流体の圧力を測定する。
When a fluid such as water flows into the through
このように構成したセンサ装置では、センサモジュール7を収容固定したベース1とカバー3とを、その互いに対向する開口部9,11同士を突き合わせて嵌合固定する。このとき、図1の構造では、嵌合凸部15が嵌合溝23に入り込んで嵌合し、図5の構造では、嵌合凸部15がカバー3の外周壁31の内側に入り込んで嵌合する。その際、図1に対応する図4に示したように、嵌合凸部15の先端面に設けた突起21が相手側のカバー3の嵌合溝23の底面(底壁32)に当接して塑性変形し、その一部もしくは全部が潰れてシール部Sを形成する。
In the sensor device configured as described above, the
この場合、ベース1とカバー3とを突き合わせることで、樹脂製の突起21は容易に塑性変形してシール部Sとなり、したがって、ケース同士(ベース1とカバー3)を単に突き合わせるだけで、ベース1とカバー3との間のシール性を高めつつこれら両者を結合固定できる。
In this case, by abutting the
これにより、センサ装置を、図5の例では、例えば図6のような上下関係で取り付けた状態で、ベース1とカバー3との間の隙間から浸入してくる水Wを、突起21を塑性変形させたシール部Sによって阻止し、内部への水Wの浸入を抑えることができる。
Accordingly, in the example of FIG. 5, with the sensor device attached in a vertical relationship as shown in FIG. 6, for example, water W that has entered from the gap between the
突起21を塑性変形させたシール部Sが存在しない場合には、ベース1の嵌合凸部15とカバー3とが接触しているが、その互いに対向する面が全面にわたり、あるいは外周方向に連続して、接触するわけではなく、一部に隙間が形成されることは避けられないので、水の浸入を避けることは難しい。
When there is no seal portion S in which the
これに対して本実施形態では、ベース1とカバー3との嵌合部分において、外周方向に連続して突起21を潰したシール部Sを備えているので、ハウジング5の内部への水Wの浸入をより確実に抑えることができる。
On the other hand, in the present embodiment, the fitting portion between the
また、本実施形態では、突起21が、ベース1とカバー3との突き合わせ方向に相当する嵌合凸部15の突出方向の先端面に、該突出方向に向けて突出しているので、その突出方向に突起21が塑性変形して潰れることになり、シール部Sを構成する突起21の塑性変形部分が分散しにくくなって、シール性がより向上する。
Moreover, in this embodiment, since the
また、本実施形態では、突起21は、先細形状であり、先端が尖った断面三角形状としているので、ベース1とカバー3とを突き合わせる際に、その突き合わせ方向先端側の先細部分によって突起21の塑性変形が容易なものとなる。その結果、突起21の塑性変形部分の壁面への密着度が高まり、シール性がより向上する。
Further, in the present embodiment, the
第1の実施形態の変形例として、前述した図3,図4に対応する図7,図8に示すように、突起21を2個並べて設けてもよい。すなわち、突起21を2個設けることで、二重のシール部Sを形成でき、シール性をさらに高めることができる。
As a modification of the first embodiment, two
なお、上記した第1の実施形態では、突起21を、嵌合凸部15の先端面に設けたが、この先端面に対向する位置のカバー23側に設けてもよい。また、突起21を、嵌合凸部15の先端面と、この先端面に対向する位置のカバー23側との双方に設けてもよいが、この場合には、嵌合凸部15とカバー23側とで、嵌合部分の外周方向に沿って突起21を交互に配置することが望ましい。
In the first embodiment described above, the
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、図5のB部の拡大した断面図に相当する図9(a)に示すように、ベース1における嵌合凸部15の外側(図9(a)中で上部)の側面、すなわちベース1におけるカバー3の外周壁31の内面に対向する側面に、外周壁31に向けて突出する突起21Aを設けている。この突起21Aは、第1の実施形態の突起21と同様に、嵌合凸部15の全長にわたり設けている。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, as shown in FIG. 9A corresponding to an enlarged cross-sectional view of a portion B in FIG. 5, the outer side of the fitting
また、突起21Aは、ベース1とカバー3とを図9(b)のように突き合せて嵌合させる際に、カバー3の外周壁31の先端が当接する面が、先端側ほど外周壁31の当接方向前方となるよう傾斜する傾斜面21Aaとし、この傾斜面21Aaの反対側の面を、当接方向に対してほぼ垂直な垂直面21Abとしている。
Further, the
これにより、突起21Aの傾斜面21Aaに相手側のカバー3の外周壁31の先端が当接したときに、突起21Aが塑性変形しやすく、かつ嵌合作業も容易となる。突起21Aが塑性変形しやすいことで、突起21Aの塑性変形部分の壁面への密着度が高まり、シール性がより向上する。
Thereby, when the front-end | tip of the outer
また、この場合、突起21Aが潰れて形成されるシール部SAは、第1の実施形態における嵌合凸部15の先端に形成されるシール部Sよりも、図6に示した水Wの浸入経路の上流側に位置している。このため、水Wのハウジング5内への浸入をより効果的に抑えることができる。
Further, in this case, the seal portion SA formed by crushing the
なお、上記した第2の実施形態では、突起21Aを、嵌合凸部15に設けたが、図9(b)の二点鎖線で示すように、カバー3における外周壁31の嵌合凸部15に対向する面に設けてもよく、嵌合凸部15と外周壁31との互いに対向する面の双方に設けてもよい。また、図1の例では、突起21Aは、嵌合凸部15と外周壁31との間だけでなく、嵌合凸部15とその内側の隔壁29との互いに対向する面の少なくともいずれか一方に設けてもよい。
In the second embodiment described above, the
なお、前記した各実施形態における突起21や突起21Aは、ベース1やカバー3の他の部位と一体成形することで、成形型によって意識的に作製するが、これら突起21や突起21Aを設ける部位を成形時の型のパーティングラインに設定することで、該パーティングラインに沿って形成される製品のバリを突起として利用することもできる。
In addition, although the
1 ベース(第1のケース)
3 カバー(第2のケース)
5 ハウジング
9 ベースの開口部
11 カバーの開口部
13 ベースの底壁
15 ベースの嵌合凸部(外周壁)
21,21A 突起
21Aa 突起の傾斜面
21Ab 突起の垂直面
31 カバーの外周壁
32 カバーの底壁
41 圧力センサチップ(センサチップ)
S,SA シール部
1 Base (first case)
3 Cover (second case)
DESCRIPTION OF
21, 21A Protrusion 21Aa Inclined surface of protrusion 21Ab Vertical surface of
S, SA seal part
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