JP2018072250A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】取り付けの自由度が高く、製造コストを抑制することができるセンサ装置を提供する。
【解決手段】センサ装置１は、検出対象９１の物理量を検出するセンサ部、及び第１の角度調整部７１０を有する本体１０と、第１の角度調整部７１０が嵌まり込んで自身に対する本体１０の角度を調整可能とする第２の角度調整部８１０、及び設置対象９０に対する取り付けを可能とする取付部８１を有し、本体１０を保持するキャップ８と、を備えて概略構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサ装置に関する。

従来の技術として、リードフレーム上に搭載されるＩＣ（Integrated Circuit）チップとリードフレームの一部とを第一のモールド樹脂により一次モールドしたモールドＩＣと、当該モールドＩＣに装着され、ＩＣチップに内蔵される磁気抵抗素子にバイアス磁界を与える磁石と、リードフレームに接続されるターミナルと、モールドＩＣとターミナルの一部とを二次モールドする第二のモールド樹脂と、を備えた回転検出磁気センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このターミナルは、設置対象に応じてクランク形状に曲げられ、その一端がリードフレームと接続されている。またターミナルの他端は、第二のモールド樹脂に形成されたコネクタ部に露出している。

特開２００４−２３３１０３号公報

しかし従来の回転検出磁気センサは、設置対象が変更されると、検出方向を合わせるために金型から作り直さなければならないので、取り付けの自由度が低く、製造コストが掛かる問題がある。

従って本発明の目的は、取り付けの自由度が高く、製造コストを抑制することができるセンサ装置を提供することにある。

本発明の一態様は、検出対象の物理量を検出するセンサ部、及び第１の角度調整部を有する本体と、第１の角度調整部が嵌まり込んで自身に対する本体の角度を調整可能とする第２の角度調整部、及び設置対象に対する取り付けを可能とする取付部を有し、本体を保持する保持部材と、を備えたセンサ装置を提供する。

本発明によれば、取り付けの自由度が高く、製造コストを抑制することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係るセンサ装置の一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、センサ装置の一例をコネクタ部側から見た斜視図であり、図１（ｃ）は、センサ装置の一例を示す側面図である。 図２（ａ）は、実施の形態に係るセンサ装置の本体の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、本体の一例を示す上面図であり、図２（ｃ）は、本体の一例を示す正面図である。 図３（ａ）は、実施の形態に係るセンサ装置の一次モールド体の一例を示す透視図であり、図３（ｂ）は、キャップの一例を示す斜視図であり、図３（ｃ）は、キャップの一例を示す後面図である。 図４（ａ）は、実施の形態に係るセンサ装置のセンサパッケージと磁石との位置関係の一例を説明するための上面図であり、図４（ｂ）は、位置関係の一例を説明するための側面図である。 図５（ａ）は、実施の形態に係るセンサ装置の磁石の一例を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、センサパッケージの一例を示す斜視図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係るセンサ装置は、検出対象の物理量を検出するセンサ部、及び第１の角度調整部を有する本体と、第１の角度調整部が嵌まり込んで自身に対する本体の角度を調整可能とする第２の角度調整部、及び設置対象に対する取り付けを可能とする取付部を有し、本体を保持する保持部材と、を備えて概略構成されている。

このセンサ装置は、本体を保持する保持部材と本体の角度を調整することができるので、この構成を採用しない場合と比べて、取り付けの自由度が高く、製造コストが抑制される。

[実施の形態]
（センサ装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係るセンサ装置の一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、センサ装置の一例をコネクタ部側から見た斜視図であり、図１（ｃ）は、センサ装置の一例を示す側面図である。図２（ａ）は、実施の形態に係るセンサ装置の本体の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、本体の一例を示す上面図であり、図２（ｃ）は、本体の一例を示す正面図である。図３（ａ）は、実施の形態に係るセンサ装置の一次モールド体の一例を示す透視図であり、図３（ｂ）は、キャップの一例を示す斜視図であり、図３（ｃ）は、キャップの一例を示す後面図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

このセンサ装置１は、図１（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、検出対象９１の物理量を検出するセンサ部、及び第１の角度調整部７１０を有する本体１０と、第１の角度調整部７１０が嵌まり込んで自身に対する本体１０の角度を調整可能とする第２の角度調整部８１０、及び設置対象９０に対する取り付けを可能とする取付部８１を有し、本体１０を保持する保持部材としのキャップ８と、を備えて概略構成されている。

本実施の形態のセンサ部は、例えば、図２（ｂ）に示す磁気センサ３５である。この磁気センサ３５は、一例として、ＭＲセンサ（Magneto Resistive Sensor）であり、物理量として磁場２６の方向を検出する。この磁気センサ３５の検出方向は、例えば、図２（ｂ）に矢印で示すように、本体１０の中心線１０１に沿って接近、離間する方向、及び当該方向と直交する方向である。つまり磁気センサ３５は、例えば、図２（ｂ）に示すように、感磁面３５０内の磁気ベクトルの変化に応じた出力を行う。

なおセンサ部は、磁気センサ３５に限定されず、ホールセンサなどの他の磁気センサ、温度を検出する温度センサ、圧力を検出する圧力センサ、歪みを検出する歪みセンサ、流体の流量を検出する流量センサなどであっても良い。

また第１の角度調整部７１０及び第２の角度調整部８１０は、互いに噛み合う複数の山部と複数の谷部を有して構成される。なお第１の角度調整部７１０及び第２の角度調整部８１０は、例えば、溝とこの溝に嵌る凸部などによって構成されても良い。

（本体１０の構成）
本体１０は、例えば、図１（ａ）に示すように、柱体形状を有している。この本体１０は、磁気センサ３５、磁気センサ３５と電気的に接続された複数のリードフレーム３１を有するセンサパッケージ３、磁気センサ３５に磁場２６を作用させる磁石２、及び複数のリードフレーム３１と電気的に接続される複数の端子４を一体とする一次モールド体５と、第１の角度調整部７１０、及び複数の端子４が露出するコネクタ部７２を有する二次モールド体７と、を備えて概略構成されている。なお第１の角度調整部７１０は、一次モールド体５の一部として形成されても良い。

センサ装置１は、例えば、図２（ｂ）に示すように、磁石２の前面２０に接近する検出対象９１を検出してオン、オフを示す信号を出力する非接触スイッチや検出対象９１との距離（ストローク）に応じた出力を行うストロークセンサなどとして機能する。

センサ装置１は、例えば、シーベルト装置のタングとバックルの結合の検出、ブレーキペダルやアクセルペダルなどのストロークの検出などを行う用途に用いられる。センサ装置１は、例えば、シートベルト装置の場合、設置対象９０がバックルを構成する部材であり、ブレーキペダル及びアクセルペダルの場合、設置対象９０が車両のパネルなどとなる。

（磁石２の構成）
図４（ａ）は、実施の形態に係るセンサ装置のセンサパッケージと磁石との位置関係の一例を説明するための上面図であり、図４（ｂ）は、位置関係の一例を説明するための側面図である。図５（ａ）は、実施の形態に係るセンサ装置の磁石の一例を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、センサパッケージの一例を示す斜視図である。

磁石２は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石などの永久磁石、又はフェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系などの磁性体材料と、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）などの合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したプラスチックマグネットである。本実施の形態の磁石２は、プラスチックマグネットである。

この磁石２は、例えば、図４（ａ）〜図５（ａ）に示すように、四角柱形状を有し、さらに側面２３及び側面２４の上下が面取りされたような形状を有している。そして磁石２は、前面２０から後面２１に貫通する貫通孔２２を備えている。

この貫通孔２２は、開口部分が横に細長い矩形状となっている。この貫通孔２２には、対向する側面２３及び側面２４に、貫通孔２２の前面２０側から後面２１側に向かって切り欠いた対向する一対の切欠部２５が形成されている。

この磁石２は、例えば、図３（ａ）に示すように、前面２０側がＮ極、後面２１側がＳ極に着磁されている。なお着磁は、逆であっても良い。

検出対象９１が十分離れている場合、磁場２６の磁気ベクトルは、側面２３及び側面２４に近い領域では、貫通孔２２を通る中心線１０１を基準にすると、それぞれの切欠部２５側に傾いている。しかし検出対象９１が磁石２に十分近づいた場合、磁場２６は、検出対象９１を通る磁路となるため、切欠部２５側に向いていた磁気ベクトルが検出対象９１に向かって中心線１０１に沿うような磁気ベクトルとなる。センサパッケージ３の磁気センサ３５は、この磁気ベクトルの傾きの変化に基づいて検出対象９１の接近を検出するように構成されている。

（センサパッケージ３の構成）
センサパッケージ３は、図５（ｂ）に示すように、磁気センサ３５を封止する封止体３０の端面３０１から複数のリードフレーム３１が露出している。この封止体３０は、例えば、エポキシ樹脂を主成分に、シリカ充填材などを加えた熱硬化性成形材料を用いて形成されている。

磁気センサ３５は、例えば、４つの磁気抵抗素子を備えている。そして磁気センサ３５は、４つの磁気抵抗素子によってブリッジ回路が形成されている。この４つの磁気抵抗素子は、複数のリードフレーム３１と電気的に接続されている。

磁気センサ３５は、例えば、２つの磁気抵抗素子によってハーフブリッジ回路が形成されている。このハーフブリッジ回路は、センサパッケージ３が貫通孔２２に挿入された場合、磁石２の中心線１０１よりも切欠部２５側に位置するように配置されている。つまり磁気センサ３５は、２つのハーフブリッジ回路が中心線１０１を対称軸とした線対称となるように配置されている。

リードフレーム３１は、例えば、細長い板形状に形成されている。このリードフレーム３１は、例えば、アルミニウム、銅などの導電性を有する金属材料、又は真鍮などの合金材料を用いて形成される。リードフレーム３１は、例えば、図５（ｂ）に示すように、封止体３０の端面３０１から直線的に突出している。

センサパッケージ３は、例えば、図３（ａ）、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、先端部３００が貫通孔２２から突出している。この突出した部分は、一次モールド体５の先端部５３によって覆われている。

（端子４の構成）
複数の端子４は、例えば、図４（ｂ）に示すように、リードフレーム３１よりも厚みがある、細長い板形状に形成され、アルミニウム、銅などの導電性を有する金属材料、又は真鍮などの合金材料を用いて形成される。

この複数の端子４は、例えば、図４（ａ）に示すように、相手側コネクタの仕様に応じて外側の端子が外方向に曲げられている。つまり複数の端子４は、センサパッケージ３のリードフレーム３１の間隔を相手側コネクタの端子の間隔に変換する役割を有している。

この複数の端子４は、例えば、図１（ｂ）に示すように、二次モールド体７のコネクタ部７２内に露出して挿入された相手側コネクタと接続する。

なおリードフレーム３１及び端子４の本数は、３本に限定されず、センサ装置１に要求される仕様に応じて変わるものである。

（一次モールド体５の構成）
一次モールド体５は、例えば、ＰＰＳ（Polyphenylenesulfide）などの樹脂材料を用いた射出成形によって形成されている。この一次モールド体５は、磁石２、センサパッケージ３及び複数の端子４を一体とするものである。なお一次成形時には、センサパッケージ３のリードフレーム３１と端子４とは電気的に接続されていない。

一次モールド体５は、図２（ａ）に示すように、複数のリードフレーム３１と複数の端子４とを一体とする本体５０と、封止体３０と磁石２とを一体とする先端部５３と、を備えて概略構成されている。

この本体５０には、図２（ａ）に示すように、上面５１から下面５２に貫通する開口５５が形成されている。この開口５５には、リードフレーム３１と端子４とが重なる部分である接合部６が露出している。

リードフレーム３１と端子４とは、例えば、抵抗溶接法によって接合される。この抵抗溶接法に用いる電極は、例えば、第１の電極が上面５１側から開口５５に挿入されると共に、第２の電極が下面５２側から開口５５に挿入される。そして第１の電極と第２の電極によって挟まれて加圧された状態で電流が流され、接合部６の接触抵抗によって発生するジュール熱により、リードフレーム３１と端子４とが溶融し、両者が接合される。

この抵抗溶接法では、第１の電極と第２の電極によって加圧されるので、リードフレーム３１と端子４とが、一次モールド体５が形成された時点で接触している必要はない。またセンサ装置１は、一次モールド体５によってリードフレーム３１と端子４とが保持されているので、製造時においてこれらを保持する治具が必要ないという利点がある。

一次モールド体５は、図３（ａ）に示すように、貫通孔２２に挿入されたセンサパッケージ３と貫通孔２２との隙間２２０、及び一対の切欠部２５にも形成されている。これが先端部５３である。このように隙間２２０及び切欠部２５に樹脂が充填されているため、磁石２及び一次モールド体５を覆うような二次成形を行う際の樹脂の射出圧を受けても磁石２及びセンサパッケージ３が一次モールド体５によって保持される。

（二次モールド体７の構成）
二次モールド体７は、例えば、ＰＰＳなどの樹脂材料を用いた射出成形によって形成されている。この二次モールド体７は、例えば、図１（ａ）に示すように、一次モールド体５の端面５４側に形成される。なお一次モールド体５の開口５５は、二次成形前に樹脂によって埋められても良いし、二次成形時に埋められても良い。

二次モールド体７は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、フランジ７０と、第１の角度調整部７１０と、コネクタ部７２と、爪部７３と、を備えて概略構成されている。フランジ７０は、円板形状を有している。

第１の角度調整部７１０は、例えば、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、本体１０の中心線１０１上の点を中心とする円１０２の円周に沿って交互に並ぶ複数の山部７１１と複数の谷部７１２として形成されている。この山部７１１と谷部７１２は、山の頂点と谷の底の角を丸くされている。

この山部７１１と山部７１１の間隔、及び谷部７１２と谷部７１２の間隔は、図２（ｃ）に示すように、角度θで等間隔である。本実施の形態では、山部７１１及び谷部７１２が１２個形成されているので、３０°であるがこれに限定されない。

コネクタ部７２は、相手側コネクタに挿入される形状を有している。このコネクタ部７２は、図１（ｂ）に示すように、一次モールド体５の端面５４と、この端面５４から突出する複数のリードフレーム３１が露出している。

このコネクタ部７２の上面には、図１（ａ）に示すように、爪部７３が形成されている。この爪部７３は、相手側コネクタの凹部と結合して相手側コネクタからの抜けを防止する。

（キャップ８の構成）
キャップ８は、本体１０の設置対象９０への取り付けと本体１０の保護を行う。このキャップ８は、例えば、ＰＰＳなどの樹脂材料を用いて形成される。そしてキャップ８は、例えば、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、円筒部８０と、取付部８１と、を備えて概略構成されている。

円筒部８０は、一方に底を有する円筒形状を有している。この円筒部８０の底の中央には、例えば、図３（ｃ）に示すように、円形凸部８０１が形成されている。この円形凸部８０１は、本体１０の先端部５３に設けられた円形凹部５３０に嵌るように構成されている。

またキャップ８は、例えば、図１（ａ）に示すように、本体１０が挿入される凹部としての挿入凹部８００を有している。この挿入凹部８００は、円筒部８０の孔部分である。そして第２の角度調整部８１０は、挿入凹部８００の縁に沿って第１の角度調整部７１０と噛み合うように並ぶ複数の山部８１１と複数の谷部８１２として形成されている。

谷部８１２は、例えば、図３（ｂ）に示すように、溝として取付部８１に形成されている。山部８１１は、この溝と溝の間となっている。この山部８１１と谷部８１２は、第１の角度調整部７１０の山部７１１と谷部７１２と同様に山の頂点と谷の底の角を丸くされている。

この山部８１１と山部８１１の間隔、及び谷部８１２と谷部８１２の間隔は、図３（ｃ）に示すように、第１の角度調整部７１０と同様に角度θで等間隔である。本実施の形態では、第１の角度調整部７１０と同様に山部８１１及び谷部８１２が１２個形成されているので、３０°であるがこれに限定されない。

この第２の角度調整部８１０は、取付部８１に形成されている。この取付部８１は、例えば、図１（ｃ）に示すように、円筒部８０の開口側に設けられた部分が円筒部８０の直径より大きい直径を有している。さらに取付部８１は、例えば、図３（ｃ）に示すように、中心線１０１の径方向に突出した突出部８２を有している。

この突出部８２には、貫通孔である取付孔８２０が形成されている。センサ装置１は、この取付孔８２０に挿入されたボルトによって設置対象９０に取り付けられる。従ってキャップ８は、設置対象９０に対しては、一通りの取り付けとなる。しかし本体１０は、一例として、キャップ８に対して、つまり設置対象９０に対して１２通りの取り付けができる。よってセンサ装置１は、設置対象９０が変わっても、変わった設置対象に対して１２通りの取り付けができるので、適切な検出方向となるように取り付けることができる。

本体１０とキャップ８は、フランジ７０と取付部８１とがレーザ溶着法によって一体とされる。このレーザ溶着法とは、例えば、熱可塑性樹脂からなる透過側（フランジ７０）と吸収側（取付部８１）の樹脂を合わせた界面に透過側からレーザを照射し、吸収側の樹脂がレーザを吸収することで高温となり、両者が溶融して溶融池（溶融プール）を形成し、両者を溶着させる方法である。

（実施の形態の効果）
本実施の形態のセンサ装置１は、取り付けの自由度が高く、製造コストが抑制される。このセンサ装置１は、本体１０の第１の角度調整部７１０とキャップ８の第２の角度調整部８１０によってキャップ８に対する、つまり設置対象９０に対する角度を調整することができる。従ってセンサ装置１は、取り付けの自由度が高い。またセンサ装置１は、設置対象９０が変わって、検出方向が変わっても検出方向が合うように設置対象９０に対する角度を調整することができるので、設置対象９０が変わるたびに改めて金型を作らなくても検出方向を合わせることができる。以上よりセンサ装置１は、第１の角度調整部７１０及び第２の角度調整部８１０を備えない場合と比べて、取り付けの自由度が高く、製造コストが抑制される。またセンサ装置１は、設置対象９０が変わっても共通の部品を使用することができる。

センサ装置１は、本体１０用の金型とキャップ８用の金型によって１２通りの仕様に対応することができるので、本体１０とキャップ８のサイズやコネクタ部７２の形状、コネクタ部７２の向きなどを標準化することで様々な仕様に対応可能となり、それらの金型を製作する工数や費用を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、この実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、この実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、この実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…センサ装置、２…磁石、３…センサパッケージ、４…端子、５…一次モールド体、６…接合部、７…二次モールド体、８…キャップ、１０…本体、２０…前面、２１…後面、２２…貫通孔、２３…側面、２４…側面、２５…切欠部、２６…磁場、３０…封止体、３１…リードフレーム、３５…磁気センサ、５０…本体、５１…上面、５２…下面、５３…先端部、５４…端面、５５…開口、７０…フランジ、７２…コネクタ部、７３…爪部、８０…円筒部、８１…取付部、８２…突出部、９０…設置対象、９１…検出対象、１０１…中心線、１０２…円、２２０…隙間、３００…先端部、３０１…端面、３５０…感磁面、５３０…円形凹部、７１０…第１の角度調整部、７１１…山部、７１２…谷部、８００…挿入凹部、８０１…円形凸部、８１０…第２の角度調整部、８１１…山部、８１２…谷部、８２０…取付孔

Claims (5)

1. 検出対象の物理量を検出するセンサ部、及び第１の角度調整部を有する本体と、
   前記第１の角度調整部が嵌まり込んで自身に対する前記本体の角度を調整可能とする第２の角度調整部、及び設置対象に対する取り付けを可能とする取付部を有し、前記本体を保持する保持部材と、
   を備えたセンサ装置。
2. 前記第１の角度調整部及び前記第２の角度調整部は、互いに噛み合う複数の山部と複数の谷部を有して構成される、
   請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記本体は、
   前記センサ部と前記センサ部と電気的に接続された複数のリードフレームを有するセンサパッケージ、前記センサ部に磁場を作用させる磁石、及び前記複数のリードフレームと電気的に接続される複数の端子を一体とする一次モールド体と、
   前記第１の角度調整部、及び前記複数の端子が露出するコネクタ部を有する二次モールド体と、
   を備える、
   請求項１又は２に記載のセンサ装置。
4. 前記一次モールド体は、前記複数のリードフレームと前記複数の端子の結合部が露出する開口を有する、
   請求項３に記載のセンサ装置。
5. 前記本体は、柱体形状を有し、
   前記第１の角度調整部は、前記本体の中心線上の点を中心とする円の円周に沿って交互に並ぶ複数の山部と複数の谷部として形成され、
   前記保持部材は、前記本体が挿入される凹部を有し、
   前記第２の角度調整部は、前記凹部の縁に沿って前記第１の角度調整部と噛み合うように並ぶ複数の山部と複数の谷部として形成される、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサ装置。

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