JP2014232025A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波帯域のノイズ耐量を向上した電子装置を提供する。
【解決手段】ターミナルと金属ケースとの間に電気的に接続されたノイズ除去用のコンデンサ部を備える電子装置において、コンデンサ部を、センサチップ３および基板４が内部に配置された金属ケースの筒状側壁の端部に沿って配置された環状の誘電体７１と、その両側に配置された環状の第１、第２電極とによって構成する。そして、第１電極をターミナルに電気的に接続し、第２電極を周方向全域にわたって筒状側壁の端部と接触させる。これによれば、チップコンデンサと比較してコンデンサ部のＬ成分を低減でき、さらに、コンデンサ部と金属ケースとの間のインピーダンスを小さくできる。この結果、外部からターミナルを介して電子装置の内部に入力された高周波帯域のノイズを金属ケースへ逃がすことができ、高周波帯域のノイズ耐量を向上できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノイズ除去用のコンデンサを有する圧力センサ等の電子装置に関するものである。

従来、外部から入力されるノイズを除去するために、チップコンデンサを内部に搭載した圧力センサがある。このチップコンデンサは、板状の誘電体と板状の内部電極とを交互に積層した構造とすることにより、小型かつ大容量となっている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２５７４４２号公報

しかし、チップコンデンサは、内部電極のインダクタンス（Ｌ成分）が大きく影響するため、高周波領域での周波数特性が低くなる。すなわち、高周波領域ではインピーダンスが高くなり、コンデンサとしての機能が低下する。このため、高周波帯域のノイズを逃がすことができず、高周波帯域のノイズ耐量が低いという問題がある。

なお、このような問題は、圧力センサに限らず、ノイズ除去用のコンデンサを有する他の電子装置においても同様に生じるものである。

本発明は上記点に鑑みて、高周波帯域のノイズ耐量を向上した電子装置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、筒状の側壁（２ａ）を有し、側壁の一端側に開口部（２ｂ）を有する金属ケース（２）と、金属ケース内部に設けられ、回路を有する基板（４）と、回路と電気的に接続され、出力信号を外部に出力するターミナル（５）と、ターミナルを内部に有するとともに、側壁の一端側に連結されて開口部を塞ぐコネクタケース（６）と、ターミナルと金属ケースとの間に電気的に接続されたノイズ除去用のコンデンサ部（７）とを備える電子装置において次のことを特徴としている。

すなわち、コンデンサ部は、側壁の一端側端部に沿って配置された環状の誘電体（７１）と、誘電体のコネクタケース側に配置された環状の第１電極（７２）と、誘電体の金属ケース側に配置された環状の第２電極（７３）とを有して構成されており、
第１電極は、ターミナルと電気的に接続されており、第２電極は、周方向全域にわたって側壁の一端側端部と接触することにより、金属ケースと電気的に接続されていることを特徴としている。

本発明では、環状の誘電体とその両側の第１、第２電極とによってコンデンサ部を構成しており、チップコンデンサが有する内部電極を持たないので、チップコンデンサと比較して、コンデンサ部のＬ成分を低減でき、コンデンサ部の高周波領域でのインピーダンスを低減できる。

さらに、本発明では、コンデンサ部の第２電極の周方向全域が金属ケースと接触しているので、コンデンサ部と金属ケースとの間のインピーダンスが小さく、コンデンサ部から金属ケースへ高周波電流が流れやすい。

したがって、本発明によれば、外部からターミナルを介して電子装置の内部に入力された高周波帯域のノイズを金属ケースへ逃がすことができ、高周波帯域のノイズ耐量を向上できる。

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一例である。

第１実施形態における圧力センサの断面構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図１の圧力センサの回路図である。 図１の領域Ｂの拡大図である。

（第１実施形態）
図１に示す本実施形態の圧力センサ１は、自動車の燃料噴射系（例えば、コモンレール）の燃料パイプ内の圧力検出に用いられるものである。この圧力センサ１は、金属ケース２と、センサチップ３と、基板４と、ターミナル５と、コネクタケース６と、コンデンサ部７とを備えている。

金属ケース２は、圧力センサ１の外形をなす金属製のケースである。金属ケース２は、筒状の側壁２ａを有し、側壁２ａの軸方向一端側（上端側）に開口部２ｂを有するとともに、側壁２ａの軸方向他端側（下端側）に圧力によって変形可能なダイヤフラム部２２１を有している。具体的には、金属ケース２は、ハウジング２１と、ステム２２と、スペーサ２３とによって構成されている。

ハウジング２１は、筒状のハウジング側壁２１１を有し、ハウジング側壁２１１の軸方向一端側（上端側）に開口部２１２を有するとともに、ハウジング側壁２１１の軸方向他端側（下端側）に被測定体に結合される結合部２１３を有している。結合部２１３の外周面には被測定体にネジ結合可能なネジ部２１４が形成されている。結合部２１３の内部には、圧力導入通路２１５が形成されている。この圧力導入通路２１５は、結合部２１３が被測定体である燃料パイプに取り付けられた状態のとき、燃料パイプ内の圧力媒体が導入される。

ステム２２は、中空円筒状に形成されており、ハウジング側壁２１１の内側に配置されている。ステム２２は、その軸方向一端側（上端側）にハウジング２１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２２１を有し、その軸方向他端側（下端側）に開口部２２２を有する。この開口部２２２は、ハウジング２１の圧力導入通路２１５と連通している。

スペーサ２３は、ハウジング２１の内部のうちステム２２の外周側に配置されている。スペーサ２３は、ハウジング２１の内部に収容される基板４を支持するとともに、ステム２２をハウジング２１に固定するものである。スペーサ２３は、円筒状のスペーサ側壁２３１を有し、スペーサ側壁２３１の軸方向一端側（上端側）に開口部２３２を有するとともに、スペーサ側壁２３１の軸方向他端側（下端側）に基板４が搭載される基板搭載面２３３を有している。センサチップ３と基板４とをワイヤボンディングするために、センサチップ３の表面と基板４の表面との高さがほぼ等しくなるように、スペーサ２３の基板搭載面２３３の位置が設定されている。スペーサ２３は、基板搭載面２３３よりも軸方向他端側に結合部２３４を有しており、この結合部２３４の外面にハウジング２１にネジ結合可能なスペーサネジ部２３５が形成されている。本実施形態では、スペーサ側壁２３１およびハウジング側壁２１１が金属ケース２の側壁２ａを構成している
センサチップ３は、金属ケース２内部のダイヤフラム部２２１上に設けられており、圧力によってダイヤフラム部２２１が変形したとき、この変形に応じた電気信号を出力する圧力検出部として機能するものである。センサチップ３としては、シリコン基板に４個の歪みゲージがブリッジ回路を構成するように形成された一般的なものが用いられる。

基板４は、金属ケース２内部のスペーサ２３の基板搭載面２３３に接着されている。基板４は、センサチップ３が出力した電気信号を受け取り、この電気信号に応じた出力信号を作成する回路を有している。具体的には、基板４は、センサチップ３から入力された信号を増幅する信号増幅ＩＣチップ４１と、各ターミナル５のインピーダンスをそろえるチップコンデンサ４２、４３と、信号を処理する回路および配線パターン等を備えている。

ターミナル５は、リードピン４５を介して基板４の回路と電気的に接続され、基板４の回路からの出力信号を外部に出力する外部出力端子である。ターミナル５は、Ｌ字の棒状部材であり、基板４側の部位が樹脂部５１と一体化している。この樹脂部５１は、インサート成形されたものである。樹脂部５１は、スペーサ２３とコネクタケース６との間に配置されている。

ここで、センサチップ３、基板４およびターミナル５の接続について、図２、３を用いて説明する。なお、図２では、センサチップ３の位置が基板４の中心に位置していないが、実際は、図１に示すように、基板４の中心に位置している。

図２、３に示すように、センサチップ３の接続パッドと、それに対応する基板４の接続パッドとが、ワイヤでボンディングされて電気的に接続されている。また、信号増幅ＩＣ４１の接続パッドと、それに対応する基板４の接続パッドとが、ワイヤでボンディングされて電気的に接続されている。これにより、センサチップ３と信号増幅ＩＣ４１とが電気的に接続されている。

さらに、信号増幅ＩＣ４１は、配線パターンを介して、ターミナル５と接続するためのリードピン４５と電気的に接続されている。このリードピン４５は、電源用、信号用、グランド用の３つのリードピン４５ａ、４５ｂ、４５ｃで構成されており、３本のターミナル５にそれぞれ接合されている。なお、図３中のターミナル５ａ、５ｂ、５ｃが、それぞれ、電源用、信号用、グランド用である。また、図３に示すように、チップコンデンサ４２は、電源用ターミナル５ａと信号用ターミナル５ｂとの間に電気的に接続されており、チップコンデンサ４３は、信号用ターミナル５ｂとグランド用ターミナル５ｃとの間に電気的に接続されている。そして、各ターミナル５ａ、５ｂ、５ｃが、ＥＣＵなどの外部のターミナルと電気的に接続される。

図１に示すコネクタケース６は、圧力センサのコネクタを構成するものであり、樹脂等により形成されている。コネクタケース６は、金属ケース２の側壁２ａの一端側に連結されており、金属ケース２の開口部２ｂを塞いでいる。

具体的には、コネクタケース６は、コネクタ部６１と連結部６２とを有している。コネクタ部６１は、中空状であって、内部にターミナル５の端部が位置している。連結部６２は、ハウジング２１の側壁２１１の内側にはめ込まれている。連結部６２のうちスペーサ側壁２３１に対向する部位には、Ｏリング８が取り付けられている。Ｏリング８はコネクタケース６と金属ケース２との連結箇所をシールする環状の弾性部材である。ハウジング側壁２１１の一端側端部（上端部）は、スペーサ側壁２３１の一端側端部（上端部）よりも一端側（上側）に位置しており、内側に塑性変形されたかしめ部２１６となっている。このかしめ部２１６によって、コネクタケース６と金属ケース２とが固定されている。

コンデンサ部７は、ターミナル５を介して圧力センサ１の内部に入力されるノイズを除去するためのものである。コンデンサ部７は、図２に示すように、金属ケース２の一端側端部に沿って基板４の周囲に配置された環状の誘電体７１と、図４に示すように、この誘電体７１のコネクタケース６側（上側）に配置された環状の第１電極（上部電極）７２と、この誘電体７１の金属ケース２側（下側）に配置された環状の第２電極（下部電極）７３とを有する構成となっている。

誘電体７１は、例えばＳｒＴｉＯ_３（比誘電率：１００〜２００）や（Ｂｒ，Ｓｒ）ＴｉＯ_２（比誘電率：２００〜５００）等の高誘電材料で形成される。また、第１、第２電極７２、７３は、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属材料で形成される。なお、誘電体７１の体積（静電容量）は、任意に設定可能であり、除去したいノイズの種類の応じて任意に設定される。

スペーサ側壁２３１の一端側端部（上端部）には、コンデンサ部７を固定するための溝２３６が設けられている。この溝２３６は、環状である上端部の周方向全域にわたって設けられている。したがって、この溝２３６は環状に配置されている。コンデンサ部７の第２電極７３側が、この溝２３６に圧入されている。これにより、コンデンサ部７の第２電極７３は、周方向全域にわたって溝２３６の内面と接触しており、金属ケース２と電気的に接続されている。

一方、コンデンサ部７の第１電極７２には、リードフレーム７４の一端側が溶接されている。リードフレーム７４の他端側は、グランド用のターミナル５ｃとグランド用のリードピン４５ｃとの接続部に溶接されている。これにより、コンデンサ部７は、図３に示すように、グランド用のターミナル５ｃと電気的に接続されている。

上記した構成の圧力センサ１は次のようにして組み付けられる。まず、金属ケース２の内部にセンサチップ３および基板４が設置され、センサチップ３と基板４の電気的な接続がされた状態の金属ケース２に対して、金属ケース２の一端側端部の溝２３６にコンデンサ部７を圧入する。

続いて、樹脂部５１と一体化したターミナル５を金属ケース２の内部に配置し、ターミナル５とリードピン４５とを溶接により接合する。このとき、リードフレーム７４の一端側をグランド用のターミナル５に溶接するとともに、リードフレーム７の他端側をコンデンサ部７の第１電極７２に溶接する。

その後、Ｏリング８が装着されたコネクタケース６をハウジング側壁２１１にはめ込み、ハウジング２１の一端側端部をかしめてかしめ部２１６を形成する。このかしめ部２１６によってコネクタケース６がＯリング８およびコンデンサ部７を介してスペーサ２３に押し付けられることにより、コネクタケース６と金属ケース２とが固定される。

次に、本実施形態の効果について説明する。

（１）本実施形態では、金属ケース２の一部であるスペーサ側壁２３１の端部に沿って配置された円環状の誘電体７１と、この誘電体７１の両側に配置された円環状の第１、第２電極７２、７３とによって、ターミナル５と金属ケース２との間に電気的に接続されるノイズ除去用のコンデンサ部７を構成している。このコンデンサ部７は、面積が大きいので、チップコンデンサのように誘電体と内部電極とを交互に積層しなくても、大容量化が容易となる。すなわち、このコンデンサ部７は、チップコンデンサが有する内部電極を持たないので、チップコンデンサと比較して、コンデンサ部７のＬ成分を低減でき、コンデンサ部７の高周波領域でのインピーダンスを低減できる。

さらに、本実施形態では、コンデンサ部７の第２電極７３の周方向全域が金属ケース２と接触しているので、コンデンサ部７と金属ケース２との間のインピーダンスが小さく、コンデンサ部７から金属ケース２へ高周波電流が流れやすい。

したがって、本実施形態によれば、外部からターミナル５を介して圧力センサ１の内部に入力された高周波帯域のノイズを金属ケース２へ逃がすことができ、高周波帯域のノイズ耐量を向上できる。

（２）本実施形態では、かしめ部２１６によってコネクタケース６がコンデンサ部７を介して金属ケース２に押し付けられることにより、コンデンサ部７がコネクタケース６と金属ケース２の間に固定されている。すなわち、金属ケース２の端部をかしめる際の力を利用して、コンデンサ部７を固定している。このため、圧力センサ１が振動しても、コンデンサ部７がぐらつかないように、コンデンサ部７を強固に固定できる。

（３）本実施形態では、コンデンサ部７とコネクタケース６との間にＯリング８が配置されている。かしめの際に、コネクタケース６から直にコンデンサ部７に荷重がかかると、コンデンサ部７が破損する恐れがあるが、本実施形態によれば、Ｏリング８によってコネクタケース６からコンデンサ部７にかかる荷重を緩衝することができ、コンデンサ部７の破損を防止できる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

（１）第１実施形態では、金属ケース２がハウジング２１とステム２２とスペーサ２３とによって構成されていたが、金属ケース２の構成を他の構成とすることもできる。例えば、第１実施形態の金属ケース２に対して、ハウジング２１とスペーサ２３とを一体としたり、ハウジング２１、ステム２２およびスペーサ２３を一体としたりすることができる。

（２）第１実施形態では、コンデンサ部７を金属ケース２の一端側端部の溝２３６に圧入するとともに、金属ケース２のかしめ部２１６によってコネクタケース６を金属ケース２に押し付けることにより、コンデンサ部７をコネクタケース６と金属ケース２との間に固定したが、コンデンサ部７の固定方法を変更しても良い。例えば、コネクタケース６と金属ケース２に対して、コンデンサ部７を接着剤で固定しても良い。

（３）第１実施形態では、金属ケース２の側壁２ａが円筒状であるため、誘電体７１が金属ケースの側壁２ａの端部に沿った円環状であったが、誘電体７１の形状は、金属ケース２の一端側端部に沿った環状であれば、円以外の形状であっても良い。

（４）第１実施形態では、圧力センサ１が自動車の燃料噴射系の燃料パイプ内の圧力を検出するものであったが、他の圧力を検出する圧力センサに対しても本発明の適用が可能である。また、圧力センサに限らず、ノイズ除去用のコンデンサを有する他の電子装置においても本発明の適用が可能である。

（５）上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

１ 圧力センサ
２ 金属ケース
２１ ハウジング
２２ ステム
２３ スペーサ
３ センサチップ（圧力検出部）
４ 基板
５ ターミナル
６ コネクタケース
７ コンデンサ部
７１ 誘電体
７２ 第１電極
７３ 第２電極
８ Ｏリング

Claims (5)

1. 筒状の側壁（２ａ）を有し、前記側壁の一端側に開口部（２ｂ）を有する金属ケース（２）と、
   前記金属ケース内部に設けられ、回路を有する基板（４）と、
   前記回路と電気的に接続され、前記出力信号を外部に出力するターミナル（５）と、
   前記ターミナルを内部に有するとともに、前記側壁の一端側に連結されて前記開口部を塞ぐコネクタケース（６）と、
   前記ターミナルと前記金属ケースとの間に電気的に接続されたノイズ除去用のコンデンサ部（７）とを備え、
   前記コンデンサ部は、前記側壁の一端側端部に沿って配置された環状の誘電体（７１）と、前記誘電体の前記コネクタケース側に配置された環状の第１電極（７２）と、前記誘電体の前記金属ケース側に配置された環状の第２電極（７３）とを有して構成され、
   前記第１電極は、前記ターミナルと電気的に接続されており、
   前記第２電極は、周方向全域にわたって前記側壁の一端側端部と接触することにより、前記金属ケースと電気的に接続されていることを特徴とする電子装置。
2. 前記金属ケースは、前記側壁の一端側に塑性変形されたかしめ部（２１６）を有し、
   前記かしめ部によって前記コネクタケースが前記コンデンサ部を介して前記金属ケースに押し付けられることにより、前記コンデンサ部が前記コネクタケースと前記金属ケースの間に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記コンデンサ部と前記コネクタケースとの間に、前記コネクタケースと前記金属ケースの連結箇所をシールする環状の弾性部材（８）が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
4. 前記コンデンサ部は、前記側壁の一端側端部に設けられた溝（２３６）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つに記載の電子装置。
5. 前記金属ケースは、前記側壁の他端側に圧力によって変形可能なダイヤフラム部（２２１）を有し、
   前記ダイヤフラム部上に、前記ダイヤフラム部の変形に応じた電気信号を出力する圧力検出部（３）が設けられており、
   前記基板は、前記電気信号を受け取り、前記電気信号に応じた出力信号を作成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子装置。

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