JP2014178185A - センサ及びセンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造の小型化及びノイズ除去の効率に優れるセンサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】センサは、検出対象となる液面レベルに応じた電気信号を出力するホールＩＣ４５と、このホールＩＣ４５とともに用いられるコンデンサ５０と、リード線が接続される端子部及びホールＩＣ４５のリード４５ａが接続されるベース部を備える複数のリードフレームと、複数のリードフレームを保持するインナー部材４１と、を有する。リードフレームを保持するインナー部材４１は、凹状に窪んだ空間部４１ａが形成され、この空間部４１ａにホールＩＣ４５を収容している。そして、ホールＩＣ４５は、当該ホールＩＣ４５が備える複数のリード４５ａを空間部４１ａから延出させて複数のリードフレームのベース部とそれぞれ接続され、空間部４１ａに存在する一対のリード４５ａ間にコンデンサ５０を実装している。
【選択図】図３

Description

本発明は、センサ及びその製造方法に関する。

従来より、検出対象に関する物理量又は検出対象の変化量を検出する各種のセンサが知られており、温度、圧力、流量などが検出対象として挙げられる。このようなセンサの中の一つに、液面レベルを検出対象とする液面レベルセンサがある。液面レベルセンサは、液面レベルの変化によって上下移動するフロートの挙動に応じて当該液面レベルの検出を行う。例えば、フロートの挙動はアームへ伝達されて、当該アームが回動することで、センサハウジングに回転自在に装着された円環状のマグネットを回転させる。そして、マグネットの周囲に生じる磁束密度の変化をセンサハウジング内に配設された検出回路により検出して、液面レベルの検出を行う。

例えば特許文献１には、タンク内の液面を検出する液面検出装置が開示されている。この液面検出装置は、ハウジングである本体部を備えており、この本体部は、フロートの挙動に応じて回転する回転部の回転角度を検出する検出素子であるホール集積回路（ホールＩＣ）と、ホールＩＣを外部と電気的に接続するためのターミナルとを備える。ホールＩＣは、ホール素子と前置増幅器等を内蔵する。ホール素子は、これに電圧が印加された状態で外部から磁界が加えられると、これを通過するその磁界の磁束密度に比例したホール電圧を発生する。このホール電圧は、前置増幅器等で増幅等されて上位装置である外部回路へ伝達される。ターミナルは、導電性金属板から形成され、ホールＩＣの測定信号用の信号ターミナルと、ホールＩＣの接地用の接地ターミナルと、ホールＩＣの電源用の電源ターミナルとを備えている。信号ターミナルがホールＩＣの信号リードに接続され、接地ターミナルがホールＩＣの接地リードに接続され、電源ターミナルがホールＩＣの電源リードに接続される。

この液面検出装置において、静電気等の高電圧のパルスが信号ターミナルや電源ターミナルに印加されると、ホールＩＣの前置増幅器等が電気的に損傷する恐れがある。そこで、ホールＩＣを電気的に保護する第１チップコンデンサと第２チップコンデンサが、ターミナルの取り付け座にはんだ付けで固定されて、ターミナルと電気的に接続されている。具体的には、一方のチップコンデンサは、その一端が接地ターミナルと電気的に接続され、その他端が信号ターミナルと電気的に接続される。また、他方のチップコンデンサは、その一端が接地ターミナルと電気的に接続され、その他端が電源ターミナルと電気的に接続される。これにより、高電圧のパルスが入力された場合であっても、チップコンデンサを介して接地ターミナルへ流出するため、ホールＩＣの前置増幅器等へ印加されない。その結果、ホールＩＣの前置増幅器等が電気的に損傷することを防止できる。

特開２００８−１４９１７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、コンデンサと検出素子とが離れた位置に配置されているため、ノイズ除去の効果が低くなってしまう可能性がある。また、コンデンサと検出素子とを離して配置するため、構造の小型化の妨げとなっていた。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造の小型化及びノイズ除去の効率に優れるセンサ及びその製造方法を提供することである。

かかる課題を解決するために、第１の発明は、検出対象に関する物理量又は検出対象の変化量に応じた電気信号を出力する検出素子と、検出素子とともに用いられる電子部品と、導電線が接続される端子部及び検出素子のリードが接続されるベース部を備える複数のリードフレームと、複数のリードフレームを保持するインナー部材と、を有するセンサを提供する。この場合、インナー部材は、凹状に窪んだ空間部を備え、当該空間部に検出素子を収容し、検出素子は、検出素子が備える複数のリードを空間部から延出させて複数のリードフレームのベース部にそれぞれ接続させ、かつ、空間部に存在する一対のリード間に電子部品を実装する。

ここで、第１の発明において、空間部は、空間内に充填された樹脂材によってモールドされていることが好ましい。

また、第１の発明は、複数のリードフレーム及びインナー部材をインサート部品とし、リードフレームの端子部を露出させて残部を収容するようにインサート成形したセンサハウジングをさらに有することが好ましい。

また、第２の発明は、検出対象に関する物理量又は検出対象の変化量に応じた電気信号を出力する検出素子をセンサハウジングの内部に収容するセンサの製造方法を提供する。この製造方法は、先端に導電線を接続する端子部を備える複数のリードフレームを作成する工程と、複数のリードフレームをインサート部品としてインサート成形して、複数のリードフレームの基端側を保持するとともに凹状に窪んだ空間部を備えるインナー部材を形成する工程と、インナー部材の空間部に検出素子を収容するとともに、検出素子が備える複数のリードを空間部から延出させて複数のリードフレームとそれぞれ接続する工程と、検出素子とともに用いられる電子部品を、空間部に存在する一対のリード間に実装する工程と、空間部に樹脂材を充填し、当該空間部の空間内をモールドする工程と、リードフレームの端子部を露出させて残部を収容するようにセンサハウジングを形成する工程と、を有する。

本発明によれば、検出素子と電子部品とを空間部内に収容することで、これらの部品を１箇所に集約することができるので、構造の小型化を図ることができる。また、電子部品を検出素子のリードに直接実装し、かつ、同一空間内に収容することで、電子部品と検出素子とを近い距離で配置することができる。これにより、ノイズ除去の効率が低くなるといった事態を抑制することができる。

本実施形態にかかる液面レベルセンサを模式的に示す斜視図 リードフレームアッシーの説明図 インナー部材に形成された空間部を拡大して示す斜視図 液面レベルセンサの製造工程を示す説明図 液面レベルセンサの製造工程を示す説明図 液面レベルセンサの製造工程を示す説明図

図１は、本実施形態にかかる液面レベルセンサ１０を模式的に示す斜視図であり、図２は、リードフレームアッシー４０の説明図である。液面レベルセンサ１０は、自動車の燃料タンク内に貯留される燃料の液面レベルを検出対象とするセンサであり、フロート１２と、アーム１４と、ホルダ１６と、センサハウジング２０とを備えている。

フロート１２は、燃料タンク内の液面レベルの変動に伴い上下動するものである。アーム１４は、一端がフロート１２に接続され、他端がホルダ１６に接続されている。ホルダ１６は、センサハウジング２０の所定位置に回動可能に取り付けられており、ホルダ１６の内側にはリング状のマグネット（図示せず）が配設されている。

センサハウジング２０は、後述するリードフレーム３０やホールＩＣ４５（図３参照）などが組み合わされたリードフレームアッシー４０をインサート部品とし、インサート成形されている。本実施形態において、センサハウジング２０は、リードフレーム３０の端子部３１のみを外部に露出させた状態で、その残部を内部に収容している。センサハウジング２０としては、ポリアセタール樹脂や、ＰＰＳ樹脂などを利用することができる。

センサハウジング２０は、左右の側面部に、片部２１と、上下方向に向かって延設されて弾性変形可能なフック部２２とをそれぞれ備えている。ここで、燃料タンクは、燃料を外部に送出するポンプ（不図示）を有し、液面レベルセンサ１０は、例えば、ポンプのポンプホルダに取り付けられる。これらの片部２１及びフック部２２は、ポンプホルダ側の係合部材と係合することにより、液面レベルセンサ１０をがたつき無くポンプホルダに固定することができる。

また、センサハウジング２０は、後述するリードフレーム３０の端子部３１が露出する上縁部に、端子部３１の周囲を囲むように形成された周壁部２３が形成されている。このように端子部３１の周囲を周壁部２３で覆うことにより、端子部３１の間に発生するリーク電流を抑制することができる。

また、この周壁部２３には、周壁部２３をセンサハウジング２０の奥行き方向に切欠することにより、リード線挿通部２４が形成されている。当該リード線挿通部２４は、端子部３１に接続されるリード線（導電線）を固定して保持するためのものである。

図２に示すように、リードフレームアッシー４０は、リードフレーム３０と、インナー部材４１と、ホールＩＣ４５と、コンデンサ５０と、で構成されている。

リードフレーム３０は、ホールＩＣ４５を外部回路と電気的に接続するための金属板製の回路部材であり、例えば黄銅に錫メッキを施した金属板、あるいはステンレス鋼や鉄などで形成することができる。リードフレーム３０は、ホールＩＣ４５が備えるリード４５ａの数に対応して用意されており、本実施形態では、３つのリードフレーム３０が用意されている。個々のリードフレーム３０は、１枚の板状部材で構成されており、先端側に端子部３１が構成され、基端側にベース部３２が構成される。端子部３１には、その中央部にリード線を挿通するための通し穴が形成されている。

インナー部材４１は、リードフレーム３０の基端側であるベース部３２を包含し、これを保持している。また、このインナー部材４１には、奥行き方向、すなわち、センサハウジング２０の厚み方向に向かって凹状に窪んだ空間部４１ａが形成されている。この空間部４１ａは、空間内に充填された樹脂材６０によってモールドされている。

図３は、インナー部材４１に形成された空間部４１ａを拡大して示す斜視図である。なお、同図では、空間部４１ａに充填される樹脂材６０の記載を省略している。検出素子であるホールＩＣ４５は、ホール素子や増幅回路などで構成されており、インナー部材４１の空間部４１ａの内部に収容されている。また、このホールＩＣ４５は、信号、接地、電源に対応した３つのリード４５ａを備えている。これらのリード４５ａは、空間部４１ａの内部を平行に延在したのち、当該空間部４１ａから外部へと延出し、対応するリードフレーム３０（ベース部３２）とそれぞれ接続している。

ホールＩＣ４５は、アーム１４の回動位置を磁気的に検出して、この回動位置に応じた電気信号を液面レベル信号として出力する。具体的には、燃料タンク内の液面レベルが変化した場合、フロート１２の上下位置が変動するため、アーム１４を通じてホルダ１６及びこれに配設されたマグネットが回転させられる。この際、ホール素子を通過する磁界の磁束密度が変化することとなり、ホールＩＣ４５（ホール素子）より出力される出力電圧が変化することとなる。そのため、このホールＩＣ４５の出力電圧である液面レベル信号を検出することにより、アーム１４の回動位置、すなわち、液面レベルを検出することができる。

コンデンサ５０は、ホールＩＣ４５とともに用いられる電子部品であり、本実施形態では、両端に電極が形成されたチップコンデンサである。このコンデンサ５０は、静電気等の高電圧からホールＩＣ４５を電気的に保護するものであり、ホールＩＣ４５のリード４５ａに直接実装されている。具体的には、コンデンサ５０は、接地及び信号に対応した一対のリード４５ａ間に実装されるとともに、接地及び電源に対応した一対のリード４５ａ間に実装される。個々のコンデンサ５０は、空間部４１ａの範囲内に位置するよう設けられている。

上述したように、インナー部材４１の空間部４１ａは、図２に示すように、空間内に充填された樹脂材６０によってモールドされている。これにより、ホールＩＣ４５や、一対のコンデンサ５０も樹脂材６０によってモールドされた状態となっている。

以下、図４乃至図６を参照し、本実施形態にかかる液面レベルセンサ１０の製造方法について説明する。

図４に示すように、第１の工程において、基材となる板金に打ち抜き加工が施され、３つのリードフレーム３０が作成される。個々のリードフレーム３０は、端子部３１及びベース部３２といった必要な形状に沿って形成されており、帯状連結部３で一体的に接続されている。

図５に示すように、第２の工程において、これらのリードフレーム３０をインサート部品としてインサート成形して、インナー部材４１を形成する。このインナー部材４１は、所定の金型形状に応じて凹状に形成される空間部４１ａを備え、また、３つのリードフレーム３０のベース部３２側を保持するように形成される。また、前述の帯状連結部３は、必要なタイミングで切断除去される。

第３の工程において、インナー部材４１の空間部４１ａにホールＩＣ４５を収容する。ホールＩＣ４５が備える３つのリード４５ａは、空間部４１ａから延出され、３つのリードフレーム３０のベース部３２にそれぞれ接続される。個々のリード４５ａは、リードフレーム３０との接続を考慮して、所定の折り曲げ形状に予め加工されている。また、リード４５ａと、リードフレーム３０との接続は、例えば溶接を利用することができる。

第４の工程において、ホールＩＣ４５のリード４５ａにコンデンサ５０を実装する。具体的には、３つのリード４５ａは、空間部４１ａの内部において互いに平行に延在しており、接地に対応するリード４５ａを中心に、その両側に電源及び信号に対応したリード４５ａがそれぞれ並んでいる。これにより、図６に示すように、隣り合う一対のリード４５ａ間にコンデンサ５０をそれぞれ実装する。コンデンサ５０の実装方法としては、例えばはんだ付けを用いることができる。

第５の工程において、図２に示したように、空間部４１ａに樹脂材６０を充填し、空間部４１ａの空間内をモールドする。この第５の工程までのプロセスにより、リードフレーム３０やホールＩＣ４５などが組み合わされたリードフレームアッシー４０が作成される。

第６の工程において、リードフレームアッシー４０をインサート部品として、インサート成形することにより、センサハウジング２０が形成される。このセンサハウジング２０は、図１に示すように、リードフレーム３０の端子部３１のみを外部に露出させ、リードフレームアッシー４０の残部がセンサハウジング２０内に収容されるように形成される。また、このセンサハウジング２０は、外部に露出した端子部３１を周壁部２３によって囲むように形成される。

第７の工程において、アーム１４の一端にフロート１２を接続し、他端をホルダ１６と嵌合させる。そして、ホルダ１６の内側にはリング状のマグネットを配設し、当該ホルダ１６をセンサハウジング２０の所定位置に取り付ける。この際、ホルダ１６の内側にはベアリングなどの部材が配設されており、センサハウジング２０に対してホルダ１６が回動可能な状態に形成されている。

このような一連の工程を経て、図１から図３に示すような本実施形態にかかる液面レベルセンサ１０が製造される。

本実施形態において、リードフレーム３０を保持するインナー部材４１は、凹状に窪んだ空間部４１ａが形成され、この空間部４１ａにホールＩＣ４５を収容している。そして、ホールＩＣ４５は、当該ホールＩＣ４５が備える複数のリード４５ａを空間部４１ａから延出させて複数のリードフレーム３０のベース部３２とそれぞれ接続され、空間部４１ａに存在する一対のリード４５ａ間にコンデンサ５０を実装している。

かかる構成によれば、ホールＩＣ４５とコンデンサ５０とを空間部４１ａ内に収容することで、これらの部品を１箇所に集約することができるので、構造の小型化を図ることができる。また、コンデンサ５０をホールＩＣ４５のリード４５ａに直接実装し、かつ、同一空間内に収容することで、ホールＩＣ４５とコンデンサ５０とを近い距離で配置することができる。これにより、ノイズ除去の効率が低くなるといった事態を抑制することができる。また、リードフレーム３０にコンデンサ５０を実装した場合には、リードフレーム３０の膨張や収縮による影響を直接的に受けることとなるが、リード４５ａにコンデンサ５０を直接実装する場合には、リード４５ａの曲げによる吸収緩和が得られるので、リードフレーム３０の膨張や収縮による影響が少ないという効果がある。

また、本実施形態において、空間部４１ａは、空間内に充填された樹脂材６０によってモールドされている。

かかる構成によれば、空間部４１ａに樹脂材６０を充填することで、ホールＩＣ４５やコンデンサ５０を保護することできる。また、前述のように、ホールＩＣ４５とコンデンサ５０とが１箇所に集約されているので、樹脂材６０の塗布作業を効率的に行うことができるとともに、その塗布量を抑制することができる。

また、本実施形態に係る液面レベルセンサ１０の製造工程では、第３の工程に示すように、インナー部材４１の空間部４１ａにホールＩＣ４５を収容し、複数のリード４５ａを空間部４１ａから延出させて複数のリードフレーム３０とそれぞれ接続する。そして、第４の工程において、コンデンサ５０を一対のリード４５ａ間に実装する。

例えば、ホールＩＣ４５のリード４５ａにコンデンサ５０を実装した上で、これを空間部４１ａに収容し、複数のリード４５ａを複数のリードフレーム３０とそれぞれ接続することもできる。この手法を本実施形態に適用してもよいことは言うまでないが、コンデンサ５０を搭載した状態でリード４５ａとリードフレーム３０との接続を行う際に、リード４５ａの変形などに起因して接続部に応力が作用する可能性がある。この点では、前述のように、空間部４１ａに収容した後にコンデンサ５０を搭載した方が、このような可能性を低減することができる。

以上、本実施形態にかかる液面レベルセンサについて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能である。また、液面レベルセンサのみならず、当該液面レベルセンサの製造方法も本発明の一部として機能する。

例えば、上述した実施形態では車両用の燃料レベルを検出する液面レベルセンサを説明したが、本発明は車両用に限らず、他の用途に用いられてもよい。また、上述した実施形態では、非接触式液面レベルセンサを説明したが、本発明は非接触式に限らす、接触式といった他の形式であってもよい。また、検出素子であるホールＩＣとともに用いられる電子部品としてコンデンサを例示したが、これ以外のものであってもよい。

また、本発明は、液面レベルセンサ以外のセンサにも広く適用することができる。すなわち、本発明に係るセンサは、検出対象を液面レベルに限定するものではなく、検出素子が検出対象に関する物理量又は検出対象の変化量に応じた電気信号を出力するような構成を備えていれば足りるものである。

１０ 液面レベルセンサ
１２ フロート
１４ アーム
１６ ホルダ
２０ センサハウジング
２１ 片部
２２ フック部
２３ 周壁部
２４ リード線挿通部
３０ リードフレーム
３１ 端子部
３２ ベース部
４０ リードフレームアッシー
４１ インナー部材
４１ａ 空間部
４５ ホールＩＣ
４５ａ リード
５０ コンデンサ
６０ 樹脂材

Claims (4)

1. 検出対象に関する物理量又は検出対象の変化量に応じた電気信号を出力する検出素子と、
   前記検出素子とともに用いられる電子部品と、
   導電線が接続される端子部及び前記検出素子のリードが接続されるベース部を備える複数のリードフレームと、
   前記複数のリードフレームを保持するインナー部材と、を有し、
   前記インナー部材は、凹状に窪んだ空間部を備え、当該空間部に前記検出素子を収容し、
   前記検出素子は、当該検出素子自身が備える複数のリードを前記空間部から延出させて前記複数のリードフレームのベース部にそれぞれ接続させ、かつ、前記空間部に存在する一対のリード間に前記電子部品を実装することを特徴とするセンサ。
2. 前記空間部は、空間内に充填された樹脂材によってモールドされていることを特徴とする請求項１に記載されたセンサ。
3. 前記複数のリードフレーム及び前記インナー部材をインサート部品とし、前記リードフレームの端子部を露出させて残部を収容するようにインサート成形したセンサハウジングをさらに有することを特徴とする請求項２に記載されたセンサ。
4. 検出対象に関する物理量又は検出対象の変化量に応じた電気信号を出力する検出素子をセンサハウジングの内部に収容するセンサの製造方法において、
   先端に導電線を接続する端子部を備える複数のリードフレームを作成する工程と、
   複数のリードフレームをインサート部品としてインサート成形して、前記複数のリードフレームの基端側を保持するとともに凹状に窪んだ空間部を備えるインナー部材を形成する工程と、
   前記インナー部材の空間部に前記検出素子を収容するとともに、前記検出素子が備える複数のリードを前記空間部から延出させて前記複数のリードフレームとそれぞれ接続する工程と、
   前記検出素子とともに用いられる電子部品を、前記空間部に存在する一対のリード間に実装する工程と、
   前記空間部に樹脂材を充填し、当該空間部の空間内をモールドする工程と、
   前記リードフレームの端子部を露出させて残部を収容するようにセンサハウジングを形成する工程と、
   を有することを特徴とするセンサの製造方法。

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