JP2016180671A - 圧力センサ付き筐体の密封構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パッキン120を介して第1筐体部材111と第2筐体部材112とを合わせることで内部に密封空間113を確保する筐体110と、密封空間113の外部に配された圧力センサ10と、圧力センサ10に一端が接続され他端が密封空間113の内部に導入された接続導体22と、を有する圧力センサ付き筐体の密封構造を提供する。接続導体22は、パッキン120を気密に貫通して密封空間113の外部から内部に導入されている。
【選択図】図1
Description
この種の機器では、圧力センサのパッケージに取り付けたパッキン(Oリング)を、筐体の圧力導入孔を囲んで内壁面に押し付ける構造とされている。これによって、圧力センサの受圧部を、圧力導入孔を通して外部に臨ませるとともに、圧力導入孔を圧力センサで塞いで、筐体内部の密封性を確保している。この構造により、防水防塵性能を確保しながら、圧力センサから延出する接続導体を筐体内部の回路に接続することができる。
例えば、5気圧防水の性能が必要である場合には、一般に5気圧以上の圧縮力をパッキンに加える必要がある。従って、この力を加えるために、特に圧力センサのパッケージに相応の強度を持たせる必要があり、部材が大型化してコストアップになるおそれがある。また、圧力センサのパッケージが、パッキンに圧縮力を付与するための外力で変形すると、その影響がセンサ素子に伝わることで、測定誤差が生じる懸念もある。
本発明は、前記接続導体がフレキシブルプリント配線板である構成としてもよい。
本発明は、前記フレキシブルプリント配線板の前記圧力センサから前記パッキンまでの間の範囲が、被覆材によって覆われている構成としてもよい。
本発明は、前記パッキンが、前記密封空間の外部から内部に向けて間隔をおいて多重に配され、前記接続導体が、前記多重のパッキンを順次気密に貫通して前記密封空間の外部から内部に導入されている構成としてもよい。
本発明は、前記密封空間が独立して複数設けられており、前記接続導体が、異なる前記密封空間の間に各パッキンを貫通している構成としてもよい。
本発明では、密封空間の内部と外部の圧力差に耐える強度を必ずしも圧力センサのパッケージに与える必要はないため、高い耐圧構造が不要である。また、圧力差によって生じるパッケージの変形が圧力センサ素子に伝わるおそれがなく、それに起因して測定結果に誤差が生じることもない。
また、圧力センサのパッケージをパッキンを介して筐体に押し付けずに密封空間の密閉性を確保することができるため、圧力センサのパッケージを押し付ける機構が不要である。よって、パッケージを小型化するとともに、構成を単純化してコスト削減を図ることができる。
[密封構造体]
図1は、本発明の実施形態に係る圧力センサ付き筐体の密封構造を有する密封構造体100の密封前の状態を示す断面図である。
密封構造体100は、半導体圧力センサ(以下、単に圧力センサという)10と、機器の筐体110と、パッキン120と、を備えている。
以下の説明において、「上」および「下」は、図1における上下に即している。すなわち、本体111に対して蓋体112側を上側という。
本体111は、底壁111aと、その周縁部に立設された周側壁111bとを備える容器状とされている。周側壁111bは、円筒状、角筒状などの筒状に形成することができる。
蓋体112は、例えば、概略平板状に形成されている。蓋体112には、センサ収容部130の周側壁131bに近接する延出壁135が設けられている。
圧力センサ10から延出するFPC4の延出部22(接続導体)の他端側の部分は、密封空間113の外部から内部に向けて、パッキン120を気密に貫通して導入されている。延出部22は、密封空間113の内部に収容された機構部等(図示略)に接続することができる。
囲い壁131は、底壁131aと周側壁131bとを有する。底壁131aと周側壁131bと周側壁111bとによって囲まれた空間は、圧力センサ10を収容する収容室132である。収容室132は上面側が開放されている。
周側壁131bには、1または複数の開口である窓部133が形成されている。
収容室132の内部には、受圧部(図2の収容部1a)を窓部133に向けた姿勢で圧力センサ10が収容されている。
延出部22のうち、圧力センサ10からパッキン120までの範囲は、被覆材(例えば樹脂)により覆われていることが望ましい。これにより、延出部22を保護し、FPC4の耐久性を高めることができる。被覆材は、パッキン120と同じ材料を用いてもよいし、パッキン120とは異なる材料を用いてもよい。
延出部22の、圧力センサ10からパッキン120までの範囲には、十分なたるみが確保されているのが好ましい。これにより、延出部22に引張力が加えられた場合でも、延出部22の破断を防ぐことができる。
FPC4に引っ張りや屈曲等の負荷が加わる場合であっても防液防塵性を十分に確保できるように、FPC4(延出部22)が貫通する部位のパッキン120を他の部分より厚く形成してもよい。
圧力センサ10をセンサ収容部130に収容するとともに、筐体110の本体111の周側壁111bの頂面(合わせ面111c)にパッキン120を配置する。この状態で、蓋体112を本体111の上に被せて、ボルト116を締め付けることで、密封空間113を、所定の防水防塵性能を発揮し得る密封状態にすることができる。
次に、圧力センサ10について、図2〜図5を参照して簡単に説明する。
図2および図3に示すように、圧力センサ10は、圧力センサ素子2と、圧力センサ素子2からの信号を受けて圧力検出信号を出力する制御素子3と、圧力センサ素子2および制御素子3に電気的に接続されたFPC4と、FPC4に積層された補強用配線基板9と、制御素子3を基板9に固定する固定樹脂部5と、基板9を固定するモールド樹脂部6と、これらを一括して保持するパッケージ1(基体部)とを備えている。
FPC4は、平面視矩形の実装部21と、実装部21から延出する一定幅の帯状の延出部22とを有する。延出部22の先端部には端子部22aが形成されている(図5参照)。端子部22aは、外部の機器に接続可能である。
FPC4の使用により、パッキン120を本体111と蓋体112とにより挟んで固定しても、圧力センサ10に無理な力がかからない。また、パッキン120の厚みが小さい場合でも延出部22をパッキン120に気密に貫通させることができる。
次に、圧力センサ10を製造する方法の一例を、図4および図5を参照して説明する。
図5に示すように、平面視矩形の実装部21Aと、実装部21Aの辺縁部21Aa,21Aaからそれぞれ延出する複数の延出部22(接続導体)とを有するFPC(フレキシブルプリント配線板)4Aを用意する。図示例のFPC4Aでは、実装部21Aの辺縁部21Aa,21Aaにそれぞれ3本の延出部22が形成されている。
実装部21Aの第2面21bに、複数(図5では6つ)の制御素子3を搭載し、制御素子3と電極24とをボンディングワイヤ14によって接続する。
この際、前記補強用配線基板が実装部21Aに重ねられているため、実装部21Aの曲げ変形が規制されることから、ボンディングワイヤ14を電極24に確実に接続できる。
次いで、実装部21Aおよび前記補強用配線基板を、ダイシングにより複数に分離する。図示例では、実装部21Aおよび補強用配線基板を図5における上下に3分割かつ左右に2分割して6つのFPC4を得る。この際、前記補強用配線基板は6つの基板9に分割され、固定樹脂部5Aは6つの固定樹脂部5に分割される。
次いで、パッケージ1内に基板9を配置し、樹脂成型によりモールド樹脂部6を形成する。次いで、収容部1aに保護剤8を充てんし、圧力センサ素子2を覆う。以上の工程を経て、図2等に示す圧力センサ10を得る。
パッキン120は、例えば、UV硬化または熱硬化の樹脂を、延出部22を含む形でリング状の型に流し込み、UV照射あるいは加熱により硬化させることにより作製することができる。
パッキン120は、圧力センサ10の組立ての前に形成してもよいし、圧力センサ10の組立ての後に形成してもよい。パッキン120の形成工程と圧力センサ10の組立工程の順序は、パッキン120のサイズや取り回ししやすさ、部材の耐熱性などに鑑みて適宜選択すればよい。
密封構造体100では、密封空間113の内部と外部の圧力差に耐える強度を必ずしも圧力センサ10のパッケージ1に与える必要はないため、高い耐圧構造が不要である。例えば、密封空間113の内部と外部との圧力差に耐えるために、圧力センサ10の筐体の厚さを大きくしたり、継ぎ目のない筐体構造にするといった配慮が不要である。また、圧力差によって生じるパッケージ1の変形が圧力センサ素子2に伝わるおそれがなく、それに起因して測定結果に誤差が生じることもない。
また、圧力センサ10のパッケージ1をパッキンを介して筐体に押し付けずに密封空間の密閉性を確保することができるため、圧力センサ10のパッケージ1を押し付ける機構が不要であり、しかも、圧力センサ10のパッケージ1にパッキン120を取り付けるための構造も必要ない。よって、パッケージ1を小型化することができる。また、パッケージに応力を加えることなく密封性の確保が可能であり、構成を単純化してコスト削減を図ることができる。
図6は、本発明の別の実施形態の密封構造体の要部説明図であり、図6(a)は平面図、図6(b)は図6(a)のX−X矢視断面図である。
ここに示す密封構造体は、パッキン120に代えてパッキン220が用いられること以外は図1の密封構造体100と同様の構成である。パッキン220は合わせ面111c、112cに挟み込まれることにより止水部材(シール部材)として機能する。
パッキン220は、環状の主環部221と、主環部221の内側に形成された環状の内環部222とを有する。密封空間113は、主環部221の内側かつ内環部222の外側の空間である。内環部222の内側空間は、第2の密封空間234となっている。
内環部222のうち一体化部分231を除く部分をループ部232という。ループ部232は、主環部221の内側に形成されている。そのため、ループ部232の一部である対向部分233は、一体化部分231から内方に離間しており、一体化部分231に対向する位置にある。
すなわち、パッキン220の一体化部分231および対向部分233は、密封空間113の外部から内部に向けて間隔をおいて二重に配されている。
延出部22は、一体化部分231および対向部分233に順次気密に貫通し、密封空間113の外部から内部に導入されている。
また、この実施形態では、パッキン220が内環部222を有するため、2つの密封空間113,234が独立して設けられており、延出部22が、2つの密封空間113,234の各パッキンを貫通しているため、密封空間113,234のいずれかにおいて密封性能が損なわれた場合にも、他の密封空間113によって密封性が保証される。
例えば、本発明における接続導体は、FPCに限らず、被覆付き銅線などであってもよい。
また、圧力センサ素子2は、フリップチップ実装により基板9または実装部21に接続することも可能ではあるが、ワイヤボンディングを採用する方が、圧力センサ素子2の精度確保の点で好ましい。
図6のパッキン220(詳しくは一体化部分231および対向部分233)は、密封空間113の外部から内部に向けて間隔をおいて二重に形成されているが、パッキンは三重以上の多重構造であってもよい。
また、パッキン220では、2つの密封空間113,234が設けられているが、3つ以上の密封空間が設けられていてもよい。
また、パッキン220が本体111と蓋体112との合わせ面111c、112cの一方あるいは、両方に対して接着されていてもよい。
Claims (6)
- パッキンを介して第1筐体部材と第2筐体部材とを合わせることで内部に密封空間を確保する筐体と、前記密封空間の外部に配された圧力センサと、前記圧力センサに一端が接続され他端が前記密封空間の内部に導入された接続導体と、を有し、
前記接続導体が、前記パッキンを気密に貫通して前記密封空間の外部から内部に導入されていることを特徴とする圧力センサ付き筐体の密封構造。 - 前記密封空間を構成する前記筐体の壁の外側にセンサ収容部が設けられ、前記センサ収容部に、前記圧力センサが収容されていることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ付き筐体の密封構造。
- 前記接続導体がフレキシブルプリント配線板であることを特徴とする請求項1または2に記載の圧力センサ付き筐体の密封構造。
- 前記フレキシブルプリント配線板の前記圧力センサから前記パッキンまでの間の範囲が、被覆材によって覆われていることを特徴とする請求項3に記載の圧力センサ付き筐体の密封構造。
- 前記パッキンが、前記密封空間の外部から内部に向けて間隔をおいて多重に配され、前記接続導体が、前記多重のパッキンを順次気密に貫通して前記密封空間の外部から内部に導入されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧力センサ付き筐体の密封構造。
- 前記密封空間が独立して複数設けられており、前記接続導体が、異なる前記密封空間の間に各パッキンを貫通していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の圧力センサ付き筐体の密封構造。
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