JP3230327U - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】キャップを接着剤によって基材に接続する際に接着剤がキャップの外側にはみ出ることを抑制できる圧力センサを提供する。【解決手段】圧力センサ１は、圧力検出素子１０と、圧力検出素子１０を実装する基材２０と、基材２０における圧力検出素子１０の周辺を囲む取り付け面に接着剤７０によって取り付けられる筒状のキャップ５０と、を備え、キャップ５０における取り付け面と対向する端面５１には、キャップ５０の外周面５３から内周面５２に向かう方向に取り付け面からの距離が増加する斜面を有する誘引凹部５５が設けられ、接着剤７０の一部が誘引凹部５５内に埋め込まれている。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサに関し、より詳しくは、圧力検出素子の周囲を筒状のキャップで覆う圧力センサに関するものである。

近年、圧力センサの高精度化の要求が高まり、圧力検出素子の周囲に筒型のキャップを取り付けたものがある。特許文献１には、ケースとキャップとの接合の際に接着剤が内部に入ることを防止するために、キャップに先端側にいくほど肉厚が小さくなるテーパを設けた構成が開示される。

特許文献２には、接着剤が圧力導入孔を塞いでしまうことを防止するために、接着部の側面をテーパ形状とした構成が開示される。

特許文献３には、回路基板にスリーブ(枠部品)を接着する際に接着剤がセンサに付着することを防止するため、スリーブの内壁面にテーパを設け、這い上がらせるようにした構成が開示される。

特許文献４には、上ケースと下ケースとを接合するケース構造体において、接着剤が内部に入らないようにするために、下ケースに接着剤溜め部を設け、上ケースに突出部を設けた構成が開示される。

特開２０００−２０６１３７号公報 特開２０１３−１６７４６８号公報 特開２０１５−０９０３１８号公報 特開平９−１９９８６４号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の構成では、キャップを取り付ける際にキャップを押圧すると接着剤が外側にはみ出す可能性がある。接着剤がキャップの外側にはみ出していると、外形寸法を保障することができない。例えば、キャップの外周面を取り付け基準としている場合には、キャップからはみ出した接着剤によって取り付け位置がばらつくことになり、圧力センサを正確な位置や角度で取り付けることができないと、検出精度の低下を招く。また、特許文献３に記載の構成では、ビーズ等の追加部品が必要なため、量産性向上の妨げとなる。また、特許文献４に記載の構成では、接着剤がケースの外側に流れてしまう。

本発明は、キャップを接着剤によって基材に接続する際に接着剤がキャップの外側にはみ出ることを抑制できる圧力センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、圧力検出素子と、圧力検出素子を実装する基材と、基材における圧力検出素子の周辺を囲む取り付け面に接着剤によって取り付けられる筒状のキャップと、を備え、キャップにおける取り付け面と対向する端面の中央部には、キャップの外周面から内周面に向かう方向に取り付け面からの距離が増加する部分を有する誘引凹部が設けられ、接着剤の一部が誘引凹部内に埋め込まれたことを特徴とする圧力センサである。

このような構成によれば、キャップを接着剤によって基材に取り付ける際に、キャップへの押圧力で接着剤が拡がっても、拡がった接着剤は誘引凹部内に入り込む。すなわち、接着剤は誘引凹部に沿ってキャップの外周面から内周面に向かう方向に拡がりながら誘引凹部内に引き込まれ、キャップの外周面から外側にはみ出ないようになる。

上記圧力センサにおいて、誘引凹部は、テーパ面または曲面を有していることが好ましい。これにより、キャップを取り付ける際に拡がる接着剤は、誘引凹部のテーパ面または曲面によってスムーズに誘引凹部内に引き込まれるようになる。

上記圧力センサにおいて、キャップは導電性を有し、基材には、接地電位となる接地電極が設けられていてもよい。これにより、導電性を有するキャップを取り付けた際に、キャップによって電磁的なシールドや、ＥＳＤ（Electro Static Discharge：静電気放電）対策を施すことができる

上記圧力センサにおいて、基材は、圧力検出素子が載置された凹部を有し、取り付け面は凹部の周囲に設けられ、キャップは、凹部内に位置するように端面から突出する突出部を有していることが好ましい。これにより、キャップを取り付ける際にキャップの突出部が凹部の内側に嵌合して確実に位置決めされるとともに、突出部と凹部の内側面との間に接着剤の流れ込みの経路が構成される。接着剤が突出部と凹部の内側面との間に位置する部分を有することにより、接着剤の外側への流出を積極的に抑制できる。

上記圧力センサにおいて、突出部の先端面は基材側に向けて凸型となっていてもよい。これにより、凹部の内側に突出部を嵌合させる際のはめ込みを容易にできる。また、キャップが導電性を有し、基材に接地電極が設けられている場合には、凸型の対向面と接地電極との対向面積が狭くなり、ＥＳＤ対策における放電性を高めることができる。

接着剤は突出部と基材との隙間に入り込んだ部分を有していてもよい。この部分を有することにより、キャップ内にゲル剤を充填した際に突出部と基板との間にゲル剤が充填されない領域が形成されにくくなる。

キャップが導電性を有し、接着剤は非導電性であって、基材には接地電位となる接地電極が設けられた場合において、突出部と接地電極とが接していてもよいし、突出部と接地電極との間に隙間が設けられていてもよい。突出部と接地電極とが接していれば、キャップの電位を接地電位にすることが安定的に実現される。突出部と接地電極との間に隙間が設けられていれば、ＥＳＤ（Electro Static Discharge）が発生した際に、この隙間にて優先的に放電を行わせて、ＥＳＤに基づく電流を接地側に流すことができる。

キャップが導電性を有し、接着剤は導電性を有していてもよい。かかる構成を備えることにより、キャップの電位を接地電位にすることが安定的に実現される。

本発明によれば、キャップを接着剤によって基材に接続する際に接着剤のはみ出しを抑制することができる圧力センサを提供することが可能になる。

（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る圧力センサの構成を例示する図である。 キャップ取り付け部分の拡大断面図である。 参考例に係る圧力センサのキャップ取り付け部分の拡大断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、参考例に係る圧力センサにおけるキャップの取り付け時の接着剤の拡がりの様子を例示する模式断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る圧力センサにおけるキャップの取り付け時の接着剤の拡がりの様子を例示する模式断面図である。 （ａ）は、本実施形態に係る圧力センサが筐体に取り付けられた状態を例示する断面図であり、（ｂ）は、参考例に係る圧力センサが筐体に取り付けられた状態を例示する断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（圧力センサの構成）
図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る圧力センサの構成を例示する図である。
図１（ａ）には圧力センサ１の断面図が示され、図１（ｂ）には圧力センサ１の平面図が示される。図１（ａ）に示す断面図は、図１（ｂ）に示すＡ−Ａ線断面図である。
図２は、キャップ取り付け部分の拡大断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る圧力センサ１は、印加される圧力を圧力検出素子１０で検出するセンサである。圧力センサ１は、圧力検出素子１０と、圧力検出素子１０を実装する基材２０と、接着剤７０によって基材２０に取り付けられる筒状のキャップ５０とを備える。キャップ５０の内側（筒内）にはゲル剤９０が充填されており、防水型の圧力センサ１が構成される。

圧力検出素子１０は、例えばシリコンの半導体にエッチング等でダイアフラムを形成したチップ部品である。基材２０は、例えばアルミナなどのセラミックスの積層基板となっている。基材２０には圧力検出素子１０のほか回路素子１５も実装される。本実施形態では、小型化のため圧力検出素子１０と回路素子１５とが重ね合わされている。なお、圧力検出素子１０および回路素子１５は基材２０上に並置されていてもよい。

基材２０には、例えばメタライズパターンによるパッド電極３０および接地電極４０が形成される。圧力検出素子１０と回路素子１５とはボンディングワイヤ８０によって接続される。また、圧力検出素子１０は回路素子１５を経由してボンディングワイヤ８０によりパッド電極３０と接続される。

接地電極４０は、圧力検出素子１０および回路素子１５の外側を囲むように基材２０上に設けられる。接地電極４０は接地電位となっており、パッド電極３０とは離間して設けられる。本実施形態では、基材２０における圧力検出素子１０が載置される位置に凹部２０ａが設けられる。凹部２０ａは、基材２０の中央部分を周辺部分に比べて薄くすることで構成してもよいし、圧力検出素子１０の周囲を囲むように所定の厚さの枠部２５を設けることで構成してもよい。本実施形態では基材２０に枠部２５が設けられており、この枠部２５に接地電極４０が設けられている。

キャップ５０は金属などの導電性材料によって形成される。筒型のキャップ５０は内周面５２、外周面５３および基材２０との対向する端面５１を有する。キャップ５０は基材２０上において圧力検出素子１０および回路素子１５の外側を囲むように取り付けられる。この際、キャップ５０の端面５１は接着剤７０によって基材２０に取り付けられる。具体的には、キャップ５０の端面５１と基材２０の枠部２５の取り付け面２５ａとが対向するようにキャップ５０が接着剤７０によって取り付けられる。

本実施形態では、キャップ５０における端面５１に誘引凹部５５が設けられる。誘引凹部５５は、キャップ５０の外周面５３側（以下、単に「外周側」とも言う。）の端部が外周面５３に達しないように設けられるため、誘引凹部５５の外周側には、枠部２５の取り付け面２５ａに対向する面が位置することになる。また、誘引凹部５５は、キャップ５０の外周面５３から内周面５２に向かう方向（以下、単に「内側方向」とも言う。）に基材２０の取り付け面２５ａからの距離が増加する部分としての斜面５５ａを有する。

キャップ５０の端面５１にこのような誘引凹部５５が設けられていることで、キャップ５０を接着剤７０によって基材２０に取り付ける際に、キャップ５０への押圧力で接着剤７０が拡がっても、拡がった接着剤７０が誘引凹部５５内に引き込まれやすくなる。すなわち、誘引凹部５５の斜面５５ａにおける取り付け面２５ａからの距離が内側方向に増加するように設けられているため、端面５１と取り付け面２５ａとの間の圧力は外側よりも内側のほうが低くなる。この内側方向に向けた圧力の傾斜によって接着剤７０は外側よりも誘引凹部５５内に引き込まれる。これにより、枠部２５の取り付け面２５ａとキャップ５０の端面５１との間に位置する接着剤７０は、誘引凹部５５よりも外周側に拡がる量が制限され、結果、接着剤７０はキャップ５０の外周面５３から外側にはみ出ることなく拡がるようになる。

誘引凹部５５の斜面５５ａは、テーパ面または曲面を有していることが好ましい。これにより、キャップ５０を取り付ける際に拡がる接着剤７０は、誘引凹部５５の斜面５５ａにおけるテーパ面または曲面によってスムーズに誘引凹部５５内に引き込まれるようになる。なお、誘引凹部５５の斜面５５ａには、内側方向に取り付け面２５ａからの距離が段階的に増加するもの（階段状など）も含まれる。

キャップ５０の端面５１には、凹部２０ａ内に位置するように端面５１から突出する突出部５８が設けられていてもよい。これにより、キャップ５０を取り付ける際にキャップ５０の突出部５８が枠部２５の内側に嵌合して確実に位置決めされる。

また、突出部５８と枠部２５との間に接着剤７０の流れ込みの経路が構成される。すなわち、突出部５８が枠部２５の内側に嵌め込まれると、突出部５８の先端は、枠部２５の取り付け面２５ａよりも下側に位置する。これによって、接着剤７０の内側方向への流出経路が屈曲することになり、直線的な流出経路に比べて接着剤７０の内側方向への拡がりの空間が増加する。これにより、接着剤７０の外側への流出を積極的に抑制することができる。

また、接着剤７０の流出経路が屈曲することで、直線的な流出経路に比べて接着面積を増加させることができる。したがって、接着剤７０は、キャップ５０の突出部５８と基材２０の凹部２０ａの内側面との間に位置する部分を有することが好ましい。接着剤７０は、突出部５８と基材２０との隙間にも入り込んでいることがさらに好ましい。これにより、キャップ５０内にゲル剤９０を充填する際、突出部５８と基材２０との間にゲル剤９０が充填されない領域（空間）が出来てしまうことを回避することができる。

また、基材２０におけるキャップ５０の突出部５８と対向する位置に接地電極４０が設けられていてもよい。これにより、導電性を有するキャップ５０を取り付けた際に、キャップ５０の突出部５８と接地電極４０とが導通状態になれば、キャップ５０が接地電位となり、キャップ５０で囲まれた圧力検出素子１０および回路素子１５に対して電磁的なシールドの役目を果たすことになる。突出部５８と接地電極４０とを導通状態にするためには、接着剤７０として導電性を有するものを用いてもよいし、接着剤７０として非導電性のものであっても突出部５８と接地電極４０とが接するようになっていてもよい。

導電性を有するキャップ５０を取り付けた際に、キャップ５０の突出部５８と接地電極４０との間に僅かな隙間（数μｍから数十μｍ程度）を設けておくようにしてもよい。このような隙間があることで、ＥＳＤ（Electro Static Discharge：静電気放電）が発生した際にキャップ５０からこの隙間を介して接地側へ電流を流し、圧力検出素子１０や回路素子１５を保護することができる（ＥＳＤ対策）。

ここで、突出部５８の先端面は基材２０側に向けて凸型になっていてもよい。これにより、枠部２５の内側に突出部５８を嵌合させる際のはめ込みを容易にできる。また、キャップ５０が導電性を有し、基材２０に接地電極４０が設けられている場合には、突出部５８の凸型の先端面と接地電極４０との対向面積が狭くなり、ＥＳＤ対策における放電性を高めることができる。

（参考例）
図３は、参考例に係る圧力センサのキャップ取り付け部分の拡大断面図である。
参考例に係る圧力センサ２においては、キャップ５０の基材２０側の端面５１と枠部２５とを対向させて、接着剤７０によってキャップ５０を取り付けている。端面５１および枠部２５の取り付け面２５ａのそれぞれは平坦であるため、端面５１と取り付け面２５ａとの間の接着剤７０は、キャップ５０の押圧力によって内側および外側の両方に拡がることになる。

図４（ａ）〜（ｃ）は、参考例に係る圧力センサにおけるキャップの取り付け時の接着剤の拡がりの様子を例示する模式断面図である。
先ず、図４（ａ）に示すように、枠部２５の取り付け面２５ａに接着剤７０を塗布する。次に、図４（ｂ）に示すように、キャップ５０を枠部２５の上に取り付ける。この際、キャップ５０の端面５１と枠部２５の取り付け面２５ａとを付き合わせるようにして、キャップ５０を枠部２５側に押圧していく。

キャップ５０を押圧すると、図４（ｃ）に示すように、キャップ５０の端面５１と枠部２５の取り付け面２５ａとの間で接着剤７０が潰され、内側および外側の両方に拡がっていく。ここで、接着剤７０は、端面５１および取り付け面２５ａの全体（全周）に隙間無く行き渡るように、ある程度の余剰分を含めて塗布されている。したがって、接着剤７０の余剰分は、キャップ５０の内周面５２および外周面５３の両方からはみ出ることになる。

図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る圧力センサにおけるキャップの取り付け時の接着剤の拡がりの様子を例示する模式断面図である。
先ず、図５（ａ）に示すように、枠部２５の取り付け面２５ａに接着剤７０を塗布する。接着剤７０の塗布は、参考例の場合（図４（ａ）参照）と同様である。

次に、図５（ｂ）に示すように、キャップ５０を枠部２５の上に取り付ける。この際、キャップ５０の突出部５８を枠部２５の内側に嵌め込むようにする。そして、キャップ５０の端面５１と枠部２５の取り付け面２５ａとを付き合わせるようにして、キャップ５０を枠部２５側に押圧していく。

キャップ５０を押圧すると、キャップ５０の端面５１と枠部２５の取り付け面２５ａとの間で接着剤７０が潰され拡がっていく。この際、本実施形態では、端面５１に誘引凹部５５が設けられているため、拡がろうとする接着剤７０は内側方向に向けて誘引凹部５５内に引き込まれていく。

さらにキャップ５０を押圧していくと、図５（ｃ）に示すように、突出部５８の枠部２５の内側への嵌合とともに、誘引凹部５５からはみ出した接着剤７０が突出部５８と枠部２５の内周面との間、および突出部５８の先端と基材２０との間に充填される。このような誘引凹部５５が設けられているため、誘引凹部５５の内部に接着剤７０は優先的に埋め込まれ、誘引凹部５５よりも外周側に拡がる接着剤７０の量は制限される。それゆえ、接着剤７０が拡がったとしてもキャップ５０の外周面５３から外側にははみ出ないことになる。また、突出部５８を有することにより、キャップ５０と枠部２５との接着面積を増やすことができ、キャップ５０を枠部２５により安定的に固定することができる。

このように、本実施形態に係る圧力センサ１では、キャップ５０の外周面５３から外側に接着剤７０がはみ出ない。ここで、キャップ５０の外周面５３や枠部２５の表面２５ｂは、圧力センサ１の取り付けの基準面となる。それゆえ、図６（ａ）に示されるように、本実施形態に係る圧力センサ１を筐体１００の取り付け穴１００ｈに取り付けたときに、キャップ５０が取り付け穴１００ｈに適切に嵌合される。このように嵌合されると、外周面５３や枠部２５の表面２５ｂを基準として圧力センサ１が正確な位置や角度で取り付けられ、検出精度を適切に確保できる。また、キャップ５０の絞り部５０ａに設けられたＯリング等のシール材１５０による気密も適切に行われるため、圧力センサ１が取り付けられた部分で防水性が低下しにくい。

これに対し、キャップ５０の外周面５３から接着剤７０がはみ出ていると、圧力センサを外周面５３に合わせて筐体１００の取り付け穴１００ｈに取り付ける際、外周面５３にはみ出た接着剤７０のために取り付け穴１００ｈにキャップ５０が入り込みにくくなる場合がある。この状態でキャップ５０を取り付け穴１００ｈに無理に押し込むと、キャップ５０が破損してしまうおそれがある。

また、図６（ｂ）に示される参考例に係る圧力センサ２のように、外周面５３の一部からはみ出した接着剤７０のために、キャップ５０を取り付け穴１００ｈに取り付けても、取り付けられた圧力センサ２の枠部２５の表面２５ｂと筐体１００との間に隙間が発生する場合がある。この場合には、圧力センサ２は本来取り付けられるべき位置とずれた位置に配置されるため、センサとしての検出精度が低下するおそれがある。また、キャップ５０の外周面５３が取り付け穴１００ｈに対して斜めに取り付けられた状態となるため、キャップ５０の絞り部５０ａに設けられたＯリング等のシール材１５０による気密が適切に行われにくくなることが懸念される。シール材１５０での気密が不十分になると、防水性が低下して、シール材１５０を越えて外部から水分が侵入しやすくなる。シール材１５０を越えて侵入した水分は、圧力センサ２の枠部２５の表面２５ｂと筐体１００との間の隙間からさらに内部へと侵入して、圧力センサ２が取り付けられた機器の動作不良をもたらすおそれがある。

図６（ｂ）に示されるほどキャップ５０の外周面５３から接着剤７０がはみ出していない場合であっても、はみ出した接着剤７０がキャップ５０の外周面５３と取り付け穴１００ｈとの間に位置することにより、外周面５３と取り付け穴１００ｈとの嵌合が適切に行われない場合がある。このような場合には、圧力センサ２の位置決めは外周面５３や取り付け穴１００ｈを基準としているため、圧力センサ２は所期の位置からずれて配置される。この配置ずれは、圧力センサ２の検出精度を低下させる原因となり得る。このように、キャップ５０の外周面５３からはみ出した接着剤７０は、キャップ５０の破損、圧力センサ２の検出精度の低下、圧力センサ２が取り付けられた部分の防水性の低下といった各種不具合の原因となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、キャップ５０を接着剤７０によって基材２０に接続する際にキャップ５０の外周面５３から外側に接着剤７０がはみ出ることを抑制できる。これにより、キャップ５０の外周面５３を基準として圧力センサ１を正確な位置および角度で取り付けることが可能になる。それゆえ、本実施形態に係る圧力センサ１によれば、取り付け不良に起因する検出精度の低下が生じにくくなるとともに、圧力センサ１の破損や防水性の低下による機器の動作不良など致命的な問題が生じる可能性も適切に抑制される。

なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の構成例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

１，２…圧力センサ
１０…圧力検出素子
１５…回路素子
２０…基材
２０ａ…凹部
２５…枠部
２５ａ…取り付け面
２５ｂ…表面
３０…パッド電極
４０…接地電極
５０…キャップ
５０ａ…絞り部
５１…端面
５２…内周面
５３…外周面
５５…誘引凹部
５５ａ…斜面
５８…突出部
７０…接着剤
８０…ボンディングワイヤ
９０…ゲル剤
１００…筐体
１００ｈ…取り付け穴
１５０…シール材

Claims (9)

1. 圧力検出素子と、
   前記圧力検出素子を実装する基材と、
   前記基材における前記圧力検出素子の周辺を囲む取り付け面に接着剤によって取り付けられる筒状のキャップと、
   を備え、
   前記キャップにおける前記取り付け面と対向する端面には、前記キャップの外周面から内周面に向かう方向に前記取り付け面からの距離が増加する部分を有する誘引凹部が設けられ、
   前記接着剤の一部が前記誘引凹部内に埋め込まれていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記誘引凹部は、テーパ面または曲面を有する、請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記キャップは導電性を有し、
   前記基材には、接地電位となる接地電極が設けられた、請求項１または請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記基材は、前記圧力検出素子が載置された凹部を有し、
   前記取り付け面は前記凹部の周囲に設けられ、
   前記キャップは、前記凹部内に位置するように前記端面から突出する突出部を有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧力センサ。
5. 前記突出部の前記基材側の対向面は前記基材側に向けて凸型となっている、請求項４に記載の圧力センサ。
6. 前記接着剤は前記突出部と前記基材との隙間に入り込んだ部分を有する、請求項５に記載の圧力センサ。
7. 前記キャップは導電性を有し、前記接着剤は非導電性であって、前記基材には接地電位となる接地電極が設けられ、前記突出部と前記接地電極とが接する、請求項５または請求項６に記載の圧力センサ。
8. 前記キャップは導電性を有し、前記接着剤は非導電性であって、前記基材には接地電位となる接地電極が設けられ、前記突出部と前記接地電極との間に隙間が設けられている、請求項５または請求項６に記載の圧力センサ。
9. 前記キャップは導電性を有し、前記接着剤は導電性を有する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の圧力センサ。
   

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