JP2013096805A - 力学量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】径時的に基板とターミナルとの接続信頼性が低下することを抑制することができる力学量センサを提供する。
【解決手段】基板３０に平面から突出した端子部３２を備え、ターミナル４０に当該ターミナル４０を貫通する挿入孔４１を形成する。そして、端子部３２をターミナル４０の挿入孔４１に挿入し、端子部３２とターミナル４０とを機械的、電気的に接続する。これによれば、端子部３２をターミナル４０と機械的に接続するため、経時的に基板３０とターミナル４０との接続信頼性が低下することを抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出部から出力された電気信号に応じたセンサ信号を出力する基板と、このセンサ信号を外部回路に出力するターミナルとを備えた力学量センサに関するものである。

従来より、例えば、特許文献１には、物理量に応じた電気信号を出力する検出部と、検出から出力された電気信号に応じたセンサ信号を出力する基板と、このセンサ信号を外部回路に出力するターミナルとを備えた力学量センサとして圧力センサが提案されている。

この圧力センサでは、ハウジングとコネクタケースとが一体的に組み付けられており、ハウジングとコネクタケースとの間の空間に検出部および基板が備えられている。そして、コネクタケースにはターミナルが備えられており、このターミナルは基板とバネ部材を介して電気的に接続されている。具体的には、バネ部材は、一端部が基板に導電性接着剤等を介して機械的、電気的に接続されており、他端部はコネクタケースがハウジングに組み付けられたときにターミナルと接触することによって電気的に接続されている。

特開２００５−３１５８３３号公報

しかしながら、このような圧力センサでは、バネ部材がターミナルと接触することによって電気的に接続されており、バネ部材のへたりによって経時的に基板とターミナルとの接続信頼性が低下してしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、径時的に基板とターミナルとの接続信頼性が低下することを抑制することができる力学量センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、物理量に応じた電気信号を出力する検出部（２４）と、検出部（２４）と電気的に接続されて電気信号に応じたセンサ信号を生成する基板（３０）と、基板（３０）と電気的に接続され、センサ信号を外部に出力するターミナル（４０）と、を備え、基板（３０）には、基板（３０）の平面から突出した状態で基板（３０）と機械的、電気的に接続されている端子部（３２）が備えられ、ターミナル（４０）には、当該ターミナル（４０）を貫通する挿入孔（４１）が形成され、端子部（３２）は、ターミナル（４０）の挿入孔（４１）に挿入されてターミナル（４０）と機械的、電気的に接続されていることを特徴としている。

これによれば、端子部（３２）はターミナル（４０）と機械的に接続されているため、経時的に基板（３０）とターミナル（４０）との接続信頼性が低下することを抑制することができる。

例えば、請求項２に記載の発明のように、中空筒形状であって、一端部側に測定媒体を導入する圧力導入孔（１３）が形成されていると共に他端部側に収容凹部（１５）が形成されたハウジング（１０）と、中空筒形状であって、一端部側に圧力導入孔（１３）と連通する通路（２３）が形成され、他端部側に圧力導入孔（１３）に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム部（２２）を有すると共に当該ダイヤフラム部（２２）上に検出部（２４）が配置され、ハウジング（１０）に備えられるステム（２０）と、筒状部材であって、一端部が収容凹部（１５）に収容されると共に収容凹部（１５）の端部（１６）がかしめられることによってハウジング（１０）と一体的に組み付けられ、ターミナル（４０）を保持するコネクタケース（５０）と、を備え、基板（３０）は、ハウジング（１０）とコネクタケース（５０）との間の空間に備えられ、コネクタケース（５０）には、ターミナル（４０）に形成された挿入孔（４１）を露出させる貫通孔（５４）が形成されているものとすることができる。このように、測定媒体の圧力を検出する圧力センサに本発明を適用することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、ハウジング（１０）における収容凹部（１５）の端部（１６）を貫通孔（５４）を覆う状態でコネクタケース（５０）にかしめ、端部（１６）とコネクタケース（５０）との間に当該端部（１６）と当該コネクタケース（５０）との間の隙間を閉塞するポッティング剤（８０）を備えることができる。

これによれば、ハウジング（１０）とコネクタケース（５０）との間の空間に貫通孔（５４）を介して水等の異物が浸入することを抑制することができる。

そして、請求項４に記載の発明のように、端子部（３２）をターミナル（４０）と溶接接合することができる。また、請求項５に記載の発明のように、端子部（３２）をターミナル（４０）とはんだ接合することができる。さらに、請求項６に記載の亜発明のように、端子部（３２）を挿入孔（４１）に圧入することができる。この場合、請求項７に記載の発明のように、端子部（３２）を基板（３０）側と反対側の先端部に向かって先細り形状とすることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における圧力センサの断面図である。 （ａ）は図１中のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１中のＢ−Ｂ断面図である。 図１に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態における力学量センサとしての圧力センサの断面図、図２（ａ）は図１中のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は図１中のＢ−Ｂ断面図である。

図１および図２に示されるように、本実施形態の圧力センサは、ハウジング１０と、ステム２０と、基板３０と、ターミナル４０と、コネクタケース５０とを備えて構成されている。

ハウジング１０は、切削や冷間鍛造等により加工された中空円筒形状の金属製のケースであり、一端部側の外周面には、被取付部材にネジ結合可能なネジ部１１が形成されている。また、ハウジング１０の一端部側には、ハウジング１０の一端部に形成された開口部１２からハウジング１０の他端部側に延びる圧力導入孔１３が形成されており、この圧力導入孔１３に測定媒体が導入されるようになっている。

ステム２０は、中空円筒形状に加工された金属製の部材であり、ステム２０の外周部に設けられた雄ネジ部２１が、ハウジング１０の圧力導入孔１３に形成された雌ネジ部１４にネジ止めされてハウジング１０内に収納されている。そして、このステム２０には、軸一端部側に圧力導入孔１３と連通する通路２３が形成され、軸他端部側にハウジング１０に導入された圧力によって変形可能な薄肉状のダイヤフラム部２２が形成されている。これにより、測定媒体の圧力が圧力導入孔１３から通路２３を介してダイヤフラム部２２に伝えられる。

そして、ステム２０のダイヤフラム部２２上には、単結晶Ｓｉ（シリコン）等からなる圧力検出用のセンサチップ２４が固定されている。このセンサチップ２４は集積回路を有し、ステム２０の内部（通路２３）に導入された圧力によってダイヤフラム部２２が変形したとき、この変形に応じた抵抗値の変化を電気信号に変換して出力する検出部（歪みゲージ）として機能するものである。

具体的には、ステム２０内に導入された圧力によってダイヤフラム部２２が変形すると、これに応じてダイヤフラム部２２上に設置されたセンサチップ２４の歪みゲージが変形する。このとき、この変形によるピエゾ抵抗効果により、歪みゲージの抵抗値が変化する。したがって、この抵抗値の変化を検出することにより歪みゲージに加えられた応力、すなわちステム２０内に導入された圧力を検出することができる。そして、ダイヤフラム部２２に印加された圧力に応じた電気信号がセンサチップ２４から出力される。

基板３０は、センサチップ２４とワイヤ６０を介して電気的に接続されており、センサチップ２４から出力される電気信号を変換してセンサ信号を生成する図示しない回路やＩＣチップ、これらを接続する配線パターン等を備えたセラミック回路基板等であり、ハウジング１０の他端部側に接着剤等で固定されている。具体的には、基板３０は、円形板状とされており、略中央部に厚さ方向に貫通する貫通孔３１が形成されている。そして、この貫通孔３１内にセンサチップ２４（ステム２０のダイヤフラム部２２）が位置するように、ハウジング１０の他端部側に接着されている。

なお、本実施形態では、センサチップ２４には電源用、グランド用、出力信号用の３つのパッドが形成されているため、基板３０は、３本のワイヤ６０を介してセンサチップ２４と電気的に接続されている（図１中では２本のみ図示）。

さらに、基板３０には、ターミナル４０と電気的に接続される端子部３２が備えられている。この端子部３２は、銅合金等で構成された金属棒状のものであり、基板３０の平面方向と垂直方向に突出すると共に基板３０と機械的、電気的に接続されるように、図示しないはんだを介して基板３０に備えられている。本実施形態では、端子部３２は、センサチップ２４に電源用、グランド用、出力用の３つのパッドが形成されているため、図２に示されるように３つ備えられている。

コネクタケース５０は、圧力センサで検出された圧力値の信号を外部に出力するためのコネクタをなすものであり、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂を型成形することにより形成された円柱状のものである。そして、一端部側にフランジ部５１が構成されていると共にハウジング１０に組み付けられた際にハウジング１０との間に空間を構成する凹部５２が形成され、他端部側に開口部５３が形成されている。

そして、このコネクタケース５０のフランジ部５１側がＯリング７０を介してハウジング１０に組み付けられている。具体的には、ハウジング１０には収容凹部１５が形成されており、コネクタケース５０のフランジ部５１側がハウジング１０の収容凹部１５内にはめ込まれ、収容凹部１５の端部１６がコネクタケース５０のフランジ部５１にかしめられることにより、コネクタケース５０がハウジング１０に組み付けられて一体化されている。

また、コネクタケース５０には、ターミナル４０が備えられており、各ターミナル４０はインサートモールドによりコネクタケース５０と一体に成形されることによってコネクタケース５０内に保持されている。本実施形態では、電源用、グランド用、出力（センサ）信号用の３本のターミナル４０がコネクタケース５０に保持されている。

各ターミナル４０は、Ｌ字状の棒状部材とされており、一端部側がフランジ部５１に位置すると共に、他端部側が開口部５３から突出するようにコネクタケース５０内に保持されている。

そして、コネクタケース５０のうちフランジ部５１には、各ターミナル４０の一端部側の一部を露出させる貫通孔５４がコネクタケース５０の軸方向（図１中紙面上下方向）に沿って形成されている。つまり、本実施形態では、コネクタケース５０は、３本のターミナル４０を保持しているため、フランジ部５１には３つの貫通孔５４が形成されている。

ターミナル４０のうち貫通孔５４から露出する部分には、コネクタケース５０の軸方向（図１中紙面上下方向）に沿ってターミナル４０を貫通する挿入孔４１が形成されている。そして、この挿入孔４１に基板３０に備えられた端子部３２が挿入され、溶接接合されることによってターミナル４０と端子部３２とが機械的、電気的に接続されている。なお、図１では、端子部３２は、基板３０側と反対側の先端部が挿入孔４１から突き出している状態を示しているが、先端部が挿入孔４１内に位置してもよい。

また、上記のように、コネクタケース５０のフランジ部５１にはハウジング１０の端部１６がかしめられているが、この端部１６は貫通孔５４を覆うようにかしめられている。そして、ハウジング１０の端部１６とフランジ部５１との間には、シリコーン樹脂等で構成されるポッティング剤８０が配置されており、このポッティング剤８０によって端部１６とフランジ部５１との間の隙間が閉塞されている。以上が本実施形態における圧力センサの構成である。

次に、図１に示す圧力センサの製造方法について説明する。図３は、図１に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。

まず、図３（ａ）に示されるように、ステム２０のダイヤフラム部２２上にセンサチップ２４を接着剤等を介して固定し、このステム２０の雄ネジ部２１をハウジング１０の雌ネジ部１４にネジ止めする。その後、端子部３２を備えた基板３０をハウジング１０の他端部に接着剤を介して固定する。

続いて、コネクタケース５０のフランジ部５１側をＯリング７０を介してハウジング１０の収容凹部１５にはめ込む。具体的には、コネクタケース５０に形成された貫通孔５４に端子部３２が挿入され、かつ、ターミナル４０に形成された挿入孔４１に端子部３２が挿入されるように、コネクタケース５０のフランジ部５１をハウジング１０の収容凹部１５にはめ込む。そして、コネクタケース５０に形成された貫通孔５４から熱を供給して端子部３２とターミナル４０とを溶接接合し、端子部３２とターミナル４０とを機械的、電気的に接続する。

その後、図３（ｂ）に示されるように、ハウジング１０の端部１６をコネクタケース５０のフランジ部５１にかしめ、ハウジング１０とコネクタケース５０とを組み付けて一体化する。

続いて、図３（ｃ）に示されるように、ハウジング１０の端部１６とコネクタケース５０のフランジ部５１との間の隙間が閉塞されるようにポッティング剤８０を配置することにより、上記圧力センサが製造される。

以上説明したように、本実施形態の圧力センサでは、端子部３２がターミナル４０の挿入孔４１に挿入され、端子部３２とターミナル４０とが溶接接合によって機械的、電気的に接続されている。このため、経時的に基板３０とターミナル４０との接続信頼性が低下することを抑制することができる。

また、バネ部材を介して基板３０とターミナル４０との電気的な接続を行わないため、例えば、バネ部材としてコイル状のものを用いる場合と比較して、基板３０とターミナル４０とを接続する接続部がコイルとして機能することもなく、応答性が低下することも抑制することができる。

さらに、ハウジング１０の端部１６とコネクタケース５０のフランジ部５１との間にはポッティング剤８０が配置されている。このため、ハウジング１０の端部１６とコネクタケース５０のフランジ部５１との間の隙間から貫通孔５４を介してハウジング１０とコネクタケース５０との間のセンサチップ２４等が搭載されている空間に水等の異物が浸入することを抑制することができる。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、端子部３２とターミナル４０とを溶接接合によって機械的、電気的に接続する例を説明したが、次のようにしてもよい。すなわち、端子部３２とターミナル４０とをはんだ接合によって機械的、電気的に接続してもよい。また、端子部３２とターミナル４０とをレーザ溶接によって電気的、機械的に接続してもよい。さらに、端子部３２を挿入孔４１に圧入することにより、端子部３２とターミナル４０とを機械的、電気的に接続してもよい。この場合は、端子部３２の先端部を先細り形状とすることにより、圧入工程を容易に行うことができる。

また、上記第１実施形態では、圧力センサを例に挙げて説明したが、例えば、加速度を検出する加速度センサや角速度を検出する角速度センサに本発明を適用することもできる。すなわち、本発明は、基板３０とターミナル４０とを端子部３２を介して電気的に接続してなる力学量センサに適用することができる。

１０ ハウジング
２０ ステム
２４ センサチップ（検出部）
３０ 基板
３２ 端子部
４０ ターミナル
４１ 挿入孔
５０ コネクタケース
５１ フランジ部
５４ 貫通孔
８０ ポッティング剤

Claims (7)

1. 物理量に応じた電気信号を出力する検出部（２４）と、
   前記検出部（２４）と電気的に接続されて前記電気信号に応じたセンサ信号を生成する基板（３０）と、
   前記基板（３０）と電気的に接続され、前記センサ信号を外部に出力するターミナル（４０）と、を備え、
   前記基板（３０）には、前記基板（３０）の平面から突出した状態で当該基板（３０）と機械的、電気的に接続されている端子部（３２）が備えられ、
   前記ターミナル（４０）には、当該ターミナル（４０）を貫通する挿入孔（４１）が形成され、
   前記端子部（３２）は、前記ターミナル（４０）の挿入孔（４１）に挿入されて前記ターミナル（４０）と機械的、電気的に接続されていることを特徴とする力学量センサ。
2. 中空筒形状であって、一端部側に測定媒体を導入する圧力導入孔（１３）が形成されていると共に他端部側に収容凹部（１５）が形成されたハウジング（１０）と、
   中空筒形状であって、一端部側に前記圧力導入孔（１３）と連通する通路（２３）が形成され、他端部側に前記圧力導入孔（１３）に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム部（２２）を有すると共に当該ダイヤフラム部（２２）上に前記検出部（２４）が配置され、前記ハウジング（１０）に備えられるステム（２０）と、
   筒状部材であって、一端部が前記収容凹部（１５）に収容されると共に前記収容凹部（１５）の端部（１６）がかしめられることによって前記ハウジング（１０）と一体的に組み付けられ、前記ターミナル（４０）を保持するコネクタケース（５０）と、を備え、
   前記基板（３０）は、前記ハウジング（１０）と前記コネクタケース（５０）との間の空間に備えられ、
   前記コネクタケース（５０）には、前記ターミナル（４０）に形成された挿入孔（４１）を露出させる貫通孔（５４）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の力学量センサ。
3. 前記ハウジング（１０）における前記収容凹部（１５）の端部（１６）は、前記貫通孔（５４）を覆う状態で前記コネクタケース（５０）にかしめられ、
   前記端部（１６）と前記コネクタケース（５０）との間には、当該端部（１６）と当該コネクタケース（５０）との間の隙間を閉塞するポッティング剤（８０）が備えられていることを特徴とする請求項２に記載の力学量センサ。
4. 前記端子部（３２）は、前記ターミナル（４０）と溶接接合されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の力学量センサ。
5. 前記端子部（３２）は、前記ターミナル（４０）とはんだ接合されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の力学量センサ。
6. 前記端子部（３２）は、前記挿入孔（４１）に圧入されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の力学量センサ。
7. 前記端子部（３２）は、前記基板（３０）側と反対側の先端部に向かって先細り形状とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の力学量センサ。

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