WO2011007385A1

WO2011007385A1 - 車両状態検出装置および製造方法

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Publication number: WO2011007385A1
Application number: PCT/JP2009/003298
Authority: WO
Inventors: 平岡裕二; 岸本励
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2011-01-20
Also published as: JPWO2011007385A1; CN102470805A; US20120009816A1; JP5208276B2; DE112009005068T5; CN102470805B; US8796572B2

Abstract

　車両状態を検出する検出素子１１を実装した、１次モールド体１２に２次成形を施し、この２次成形で形成されるコネクタハウジング部１５内の空洞部１９を、検出素子１１の位置に対応する１次モールド体１２の面領域まで貫通させるように型成形している。

Description

車両状態検出装置および製造方法

　この発明は、例えば加速度、角速度等の検出素子を用いて車両の状態を検出する車両状態検出装置およびその製造方法に関するものである。

　車両状態検出装置は、例えば加速度、角速度等の検出素子を樹脂成形したもので、例えば自動車のエアバッグ装置や姿勢制御装置のセンサとして使用されている。エアバッグ装置の場合、車両状態検出装置は、例えば図１２に示すように設置される。すなわち、車両状態検出装置２，５は車両１のエンジンルームに、車両状態検出装置８はシート下に、車両状態検出装置３，４，６，７はピラー内に、また車両状態検出装置９はトランクルーム内に設定され、衝突時には状態検出信号をエアバック制御装置１０に送り、エアバッグ（図示せず）を瞬時に膨らませて乗員を保護する。このように、車両状態検出装置は狭いスペースを利用し、かつ複数箇所に取り付けられるため、小型、軽量、かつ低価格であることが要求される。反面、自動車の安全性に関わるため、バラツキのない製品の安定性、さらには過酷な環境下において高精度な性能を長期間にわたり維持できる、いわゆる高信頼性が要求される。

　従来の車両状態検出装置の構造およびその成形金型を図１３に示す。車両状態を検出する検出素子１１をリードフレーム１８に実装し、その周りを樹脂で型成形して１次モールド体１２にしている。１次モールド体１２からはリードフレーム１８で形成された検出素子１１のリード端子１４が取り出されている。検出素子１１を配線のためのコネクタ化するため、および車両との固定構造を付加するために１次モールド体１２を２次加工する。まず、リード端子１４に外部ハーネスと接続するためのコネクタ端子１６が溶接されている。次に、コネクタハウジングと固定部を設けるために１次モールド体１２を上金型１１９’、下金型１２０’の間の所定空間に保持し、両金型と１次モールド体１２の間の空間に樹脂を注入し２次モールド体１３を成形する。この２次成形を行う場合、検出素子１１が位置する１次モールド体１２の上面と下面を上金型１１９’および下金型１２０’に設けられた相対向する凸状の１次モールド体保持部２８，２８によって挟むことで保持すると共に、樹脂注入時に熱応力が検出素子１１に掛かるのを抑える。また、コネクタ端子１６はスライド金型１２１’に挿入されて保持される。この方法の場合、車両状態検出装置の筐体となる２次モールド体１３の一部分、すなわち１次モールド体保持部２８，２８を抜いた跡に、図１３（ｂ），（ｃ）に示すように、外部から１次モールド体１２の面に通じる縦穴２９が形成されるようになる。

　また、特許文献１として、加速度センサの気密型検出部構造体と信号処理回路をリードフレーム上に固定し、検出部構造体、信号処理回路およびリードフレーム間のワイヤボンディングを行った後、その周囲へプラスチック材料を完全にモールドし、その際、検出部構造体とプラスチック材料との間の熱膨張係数の差による熱応力によって引き起こされる検出部構造体自体の変形を極小化するように検出部構造体あるいは検出部構造体を囲むプラスチック構造体に熱応力緩和機構を設けるようにした技術が提案されている。この技術では、フルモールドする実装方法により低コスト化、加速度センサの小型、軽量化を図っている。また、熱応力緩和機構を設けることにより、検出部構造体自体の変形を極少化して、加速度センサの温度特性を改善することができるとしている。

特許第３３８２０３０号公報

　上記図１３で説明したような従来の車両状態検出装置の場合、高温や湿度の影響を受けやすい箇所に設置する場合、装置の信頼性を確保する上で１次モールド体１２を外部から隔離する必要がある。そのため、２次成形後に外部から１次モールド体１２の面に通じる縦穴２９を塞ぐ必要があり、シール部材およびその工程が生じるという製造コスト増の問題がある。さらに、シール部材が１次モールド体１２の検出素子１１付近に近接する場合は、シール部材により応力が掛からないように配慮しなければならないという問題がある。

　一方、特許文献１に記載の熱応力緩和機構の一つの形態は、加速度センサの検出部構造体自身の内部仕様を変更するものであるが、この変更は加速センサの製造メーカのポリシーに関わる問題であり、加速センサを利用する２次加工メーカの場合、実行することは困難に近い。また、熱応力緩和機構の他の形態は、フルモールド化するプラスチック構造体の形状に特徴を持たせるもので、例えば、プラスチック構造体の表面に溝あるいは凹みを設ける方法、一体にモールド化される検出部構造体と信号処理回路の高さが違う場合に局所的な熱膨張係数の差異を無くすようにプラスチック材料の厚みを同じにする方法、プラスチック構造体の下部に金属板を設けて同時にフルモールド化する方法などである。しかし、これらの熱応力緩和機構が、図１３に示すように検出素子を内蔵した１次モールド体１２の周りに熱可塑性樹脂の２次成形を行った場合に、検出素子に及ぼす当該熱可塑性樹脂による熱応力を緩和するかについては示唆していない。

　この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、1次モールド化した検出素子に対して２次モールド化を行って筺体、コネクタハウジング、装置固定部を構成し、その際に、熱応力が検出素子に及ばない構成を付加してなる車両状態検出装置およびこの装置の製法を得ることを目的とする。

　この発明に係る車両状態検出装置は、２次成形で形成されるコネクタハウジング部内の空洞部を、検出素子の位置に対応する１次モールド体の面領域まで貫通させた構成としたものである。

　この発明によれば、１次成形した検出素子を２次成形する際に、コネクタハウジング部から検出素子の位置に対応する２次モールド体の部分まで及ぶ空洞部を設けるようにしている。したがって、２次成形時には、成形に用いる樹脂が検出素子から離れた位置にあるため、注入樹脂の熱応力が検出素子に加わりにくくなる。その結果、特性にバラツキが生じるのを回避できる。また、車両状態検出装置の使用中においても、２次モールド体と検出素子の間には空洞部が形成されているため２次モールド側の応力が検出素子に加わるのを回避できる。一般に、同種の装置では筐体に用いる樹脂は耐衝撃性やコネクタハウジングとしての成形性を考慮して熱可塑性樹脂を用いるが、熱可塑性樹脂は成形時の熱応力が大きく、モールドされた検出素子を２重成形することは困難であった。しかし、この発明により熱可塑性樹脂も使用可能になる。また、使用時に相手方コネクタを接続することで、そのパッキング等の防水構造により空洞部は封止されるため、気密性を確保することができ、後から空洞部をわざわざ塞ぐ必要もなく、シール部材や後工程はなくなる。

この発明の実施の形態１による車両状態検出装置のフルモールド実装型の構造を示す説明図である。同実施の形態１に係る車両状態検出装置の成形金型の構造を示す断面図である。同実施の形態１に係る車両状態検出装置の２次モールド体の成形方法を示す説明図である。同実施の形態１に係る車両状態検出装置のコネクタ嵌合状態を示す断面図である。この発明の形態２に係る車両状態検出装置の１次モールド体の構造を示す説明図である。この発明の実施の形態３に係る車両状態検出装置のフルモールド実装型の構造を示す断面図である。この発明の実施の形態４に係る車両状態検出装置のリードフレームの加工構造を示す断面図である。同実施の形態４に係る車両状態検出装置のリードフレームの他の加工構造を示す斜視図である。この発明の実施の形態５に係る車両状態検出装置の補強構造を示す透視平面図である。同実施の形態５に係る車両状態検出装置の補強構造の他の例を示す透視平面図である。同実施の形態５に係る車両状態検出装置の補強構造のさらに他の例を示す透視平面図である。車両状態検出装置の使用形態例を示す説明図である。従来の車両状態検出装置の２次モールド体の成形方法を示す説明図である。

　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１による車両状態検出装置のフルモールド実装型の構造を示す説明図で、図１（ａ）は透視平面図、図１（ｂ）はＡ－Ａ’断面図、図１（ｃ）はＢ－Ｂ’断面図である。
　車両状態検出装置は、リードフレーム１８に車両状態を検出する加速度や角速度等の検出素子１１を実装した状態で樹脂成形した１次モールド体１２を用いている。検出素子１１のリード端子１４は１次モールド体１２から外部へ取り出されてコネクタ端子１６に溶接されている。車両状態検出装置は、１次モールド体１２に対してさらに熱可塑性樹脂を用いて２次成形することにより２次モールド体１３が装置の筐体となるようにしている。１次モールド体１２は、その一端部が２次モールド体１３で支持されて、２次モールド体１３で形成される空洞部１９内に配置されたようになっている。２次モールド体１３にはコネクタハウジング部１５が設けられ、コネクタハウジング部１５内にはコネクタ端子１６が配置され外部コネクタと結合されるようになっている。空洞部１９は、ハウジング内から始まって、検出素子１１の実装位置に対応する部分まで貫通している。また、２次モールド体１３の周囲には、例えば孔からなる装置固定部１７が一体化により設けられている。

　図２に車両状態検出装置の成形金型の構造を示し、図３に２次モールド体の製造方法を示す（但し、装置固定部は図示省略）。この車両状態検出装置の２次モールド体１３の成形は、少なくとも上金型１１９、下金型１２０およびスライド金型１２１の３型を用いて行われる。
　１次成形で製作された１次モールド体１２を一対の挟み部材１２１ａの間にセットすることによってスライド金型１２１で仮保持する。次に、スライド金型１２１で仮保持された1次モールド体１２を、装置筺体、コネクタハウジング部および装置固定部を一体化形成する下金型１２０に載せる。次に、下金型１２０の上に対応する上金型１１９を併せて樹脂を注入し冷却することにより２次モールド体１３が固まる。この状態で、筐体となる外周部が形成され、スライド金型１２１によりコネクタハウジング部１５の内径部が形成される。次に、上下金型から離型された２次モールド体１３からスライド金型１２１を抜くことにより、スライド金型の挟み部材１２１ａが抜かれた跡がコネクタハウジング部内から検出素子の設置位置に対応する1次モールド体１２の面領域まで貫通する空洞部１９となるようにしている。

　１次モールド体１２は２次成形する際のインサート部品となるため、成形樹脂の注入圧で流されないように保持する機構が必要である。図１３で説明した従来の装置の場合、１次モールド体１２は上金型１１９’と下金型１２０’に凸状の１次モールド体保持部２８を設けて保持されているが、この発明の場合はスライド金型１２１で保持するように構成しているため、上金型１１９と下金型１２０には保持機構が不要となる。その結果、従来の装置のような後工程で発生するシール部材やシール工程を削減でき、それらによる検出素子１１への影響を考慮する必要もない。

　また、前述したように、１次モールド体１２をスライド金型１２１にセットした状態で２次成形すれば、スライド金型１２１で保持された部分は離型後にコネクタハウジング部１５の内面と１次モールド体１２の外面との間の空洞部１９となる。そのため、１次モールド体１２にインサートされた検出素子１１は、空洞部１９を介して筐体である２次モールド体１３で覆われることになる。この空洞部１９により、検出素子１１と２次モールド体１３は隔離されるため、検出素子１１は２次成形時、および２次成形後の熱応力を直接受けることが殆どない。このことは、本装置の製造バラツキによる電気的特性を安定させること、および温度特性や経年劣化による特性安定性を確保することに大きく寄与する。
　なお、検出素子１１は、検出信号を電気的に処理する回路を備えていてもよく、また検出素子１１と一緒にリードフレーム１８上に信号処理回路や抵抗、コンデンサ等の電子部品を搭載するようにしてもよい。

　車両状態検出装置に対する外部コネクタの嵌合状態を図４に示す。車両状態検出装置のコネクタ端子１６に相手側コネクタ５２のコネクタ端子５３が接続され、コネクタ端子５３には検出信号を送る信号ハーネス５４が接続されている。車両状態検出装置が製品として機能する状態では相手側コネクタ５２が接続されているため、コネクタハウジング部１５内の空洞部１９は相手側コネクタ５２のハウジング部によって外部と遮断され、１次モールド体１２は直接外部に露出されることはない。また、コネクタハウジング部１５と相手側コネクタ５２のハウジング部との嵌合構造および相手側コネクタ５２の構造が防水機能を高めたものであれば、装置としての耐水性能も容易に確保できる。特に耐水性については、２次モールド体１３は筐体外周に継ぎ目がない構成となっているため、高い信頼性が期待できる。

　以上のように、この実施の形態１によれば、２次成形で形成されるコネクタハウジング部１５内の空洞部１９を、検出素子１１の位置に対応する１次モールド体１２の面領域まで貫通させるように型成形している。したがって、２次成形時には、成形に用いる樹脂が検出素子から離れた位置にあるため、注入樹脂の熱応力が検出素子に加わりにくくなる。その結果、特性にバラツキが生じるのを回避できる。また、車両状態検出装置の使用中においても、２次モールド体と検出素子の間には空洞部があるため２次モールド側の応力が検出素子に加わるのを回避できる。一般に、同種の装置では、筐体の樹脂には耐衝撃性やコネクタハウジングとしての成形性を考慮して熱可塑性樹脂を用いるが、熱可塑性樹脂は成形時の熱応力が大きく、モールドされた検出素子を２重成形することは困難であった。しかし、この発明により熱可塑性樹脂も使用可能になる。また、使用時に相手方コネクタと嵌合することで、そのパッキング等の防水構造により空洞部は容易に封止されるため、気密性を確保することができ、後から空洞部をわざわざ塞ぐ必要もなく、シール部材や後工程はなくなる。さらに、小型、軽量、かつ高信頼性の車両状態検出装置を低コストで実現可能にしている。

実施の形態２．
　図５は、この発明の実施の形態２に係る車両状態検出装置の１次モールド体の構造を示す説明図である。
　スライド金型１２１で挟まれる１次モールド体１２の対向２面には、内部の検出素子１１の位置に対応する面の領域を、三方から取り囲むようにリブ状の位置決めガイド２５が設けられている。この位置決めガイド２５によりスライド金型１２１に対する１次モールド体１２の取り付け位置が規制される。このことにより検出素子１１の２次モールド体１３に対する位置関係が確実となり、製品の寸法精度が向上する。延いては検出素子１１の傾き等が発生しないことから製品特性の安定性が向上することになる。また、位置決めガイド２５を設けることで２次成形する際の１次モールド体１２とスライド金型１２１の接触面積を増やすことができ、さらに成形樹脂の流動抵抗を大きくできるため、これらの隙間から位置決めガイド２５に囲まれた内側、すなわち検出素子１１付近に２成形の樹脂が流入するのを防止できる。

　また、図５（ａ）に示すように、１次モールド体１２には、位置決めガイド２５の内側で、検出素子１１の位置に対応する面の領域を取り囲むように溝２６が設けられている。２次成形時に、仮に１次モールド体１２とスライド金型１２１の隙間から成形樹脂が流入したとしても、この溝２６により検出素子１１付近に至る手前で樹脂を留めることができる。したがって、位置決めガイド２５と溝２６を設けることで検出素子１１が対応する部分に設ける空洞部１９をより確実に確保できるようになる。
　なお、位置決めガイド２５および溝２６は１次モールド体１２の２面以上に設けることがより好ましいが、１面だけに設けた場合でもその効果は期待できる。また、図５では位置決めガイド２５を凸形状にしているが、凹形状にしてもよく、同じ効果が期待できる。

実施の形態３．
　図６は、この発明の実施の形態３に係る車両状態検出装置のフルモールド実装型の構造を示す断面図である。図において、図１に相当する部分には同一符号を付し、その部分に関する同じ説明は省略する。
　上記実施の形態１の１次モールド体の構造においては、リードフレーム１８から形成されたリード端子１４とコネクタ端子１６を溶接により段違いに接続していたが、この実施の形態３では、図６に示すように、リードフレーム１８のリード端子１４を延長してコネクタ端子１６’として同一平面に一体化した構造としている。

　コネクタ端子を以上のように構成としたことにより、部品点数の削減および両部品の接合工程の削減が可能となり、車両状態検出装置の価格を低減化することができる。さらに、一体化したリードフレーム１８とコネクタ端子１６’が同一平面となることで、その分１次モールド体１２を薄い形状とすることができる。このことは、装置の小型化に寄与するだけでなく、コネクタハウジング部１５内部の空洞部を検出素子１１付近まで延長する構造をより容易に形成させる。

実施の形態４．
　図７は、この発明の実施の形態４に係る車両状態検出装置のフルモールド実装型の構造を示す断面図である。図において、図６に相当する部分には同一符号を付し、その部分に関する同じ説明は省略する。
　この実施の形態４では、リードフレーム１８を形成している部材のコネクタ端子１６’と反対側を延長して検出素子１１を覆う折り返し部１８ａを形成している。折り返し部１８ａを形成することにより、電磁シールドの効果が期待できる。なお、この折り返し部１８ａはＧＮＤ端子側のリードフレームを用いるのが望ましい。
　また、図８に示すように、リードフレーム１８を検出素子１１の周りで曲げ起こした片１８ｂを設ける。この曲げ起こし片１８ｂを設けることでリードフレーム１８の反りや歪みに対する剛性を上げることができ、樹脂成形による熱応力や外力による応力に対する耐量を向上させ、かつ電磁シールド効果を持たせることが期待できる。

実施の形態５．
　図９は、この発明の実施の形態５に係る車両状態検出装置の補強構造を示す透視平面図である。図において、図１に相当する部分には同一符号を付し、その部分に関する同じ説明は省略する。
　２次モールド体１３は必ず固有の振動数を有しているが、装置固定部１７に対して検出素子１１が共振すれば期待しない状態を出力することになり、車両の状態を検出する装置としては問題となる。このため、２次モールド体１３の固有振動数は、本来の検出対象とする周波数領域に対して十分に高いことが望まれる。この場合、装置固定部１７から検出素子１１までの構造体の剛性を確保する必要があるが、一般に筐体に用いる熱可塑性の樹脂では限界がある。よって、剛性を確保したい樹脂部分に、２次モールド体１３を構成する樹脂よりもヤング率の高い材質の補強部材２７を筐体補強するように挿入して剛性アップを行う。

　また、補強部材２７は、新たな材質を追加する代わりに、図１０に示すように既存の１次モールド体１２に設けた同材質の拡大部１２’としたり、あるいは図１１に示すように装置固定部１７に用いる円筒部品（例えば金属製のブッシュ）に設けた同材質の拡大部１７’としてもよい。このような拡大部１２’，１７’によっても装置の固有振動数を向上させることができ、２次モールド体１３の剛性アップを図ることができる。これらの方法による剛性アップは、２次モールド体１３を構成する熱可塑性樹脂の肉厚を薄くする効果もあることから、２次成形時に発生する樹脂ボイドの低減対策にもなる。

産業上に利用可能性

　以上のように、この発明に係る車両状態検出装置および製造方法は、１次モールド化した検出素子に対して２次モールド化を行うために、２次成形で形成されるコネクタハウジング部内の空洞部を、検出素子の位置に対応する１次モールド体の面領域まで貫通させた構成としたので、成形時における熱応力が検出素子に及ばないようにするのに適している。

Claims

　リードフレームに車両状態を検出する検出素子を実装した状態で樹脂成形した１次モールド体に２次成形を施して、コネクタハウジング部および装置固定部を一体化形成した２次モールド体からなる車両状態検出装置において、
　前記２次成形で形成されるコネクタハウジング部内の空洞部を、前記検出素子の位置に対応する１次モールド体の面領域まで貫通させてなることを特徴とする車両状態検出装置。
　１次モールド体は、検出素子の位置に対応する当該１次モールド体の面の領域を囲むように、スライド金型に取り付ける位置を決める位置決めガイドを設けたことを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。
　位置決めガイドは、リブ状としたことを特徴とする請求項２記載の車両状態検出装置。
　１次モールド体は、位置決めガイドの内側で、検出素子の位置に対応する当該１次モールド体の面の領域を取り囲む溝を設けたことを特徴とする請求項２記載の車両状態検出装置。
　１次モールド体から引き出されコネクタハウジング部内に設定される検出素子からのリード端子と相手方コネクタと接続するコネクタ端子は、リードフレームで一体化形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。
　リード端子とコネクタ端子は同一平面で構成されていることを特徴とする請求項５記載の車両状態検出装置。
　リードフレームは、コネクタ端子と反対側を延長して検出素子を覆うよう形成された折り返し部を有することを特徴とする請求項５記載の車両状態検出装置。
　リードフレームは、検出素子の位置に対応した１次モールド体の周りに曲げ起こし片を有することを請求項５記載の車両状態検出装置。
　２次モールド体は、検出素子と装置固定部との間に当該２次モールド体の樹脂よりもヤング率の高い材質の補強部材を介在させていることを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。
　補強部材は、１次モールド体に設けた当該１次モールド体と同材質の拡大部としたことを特徴とする請求項９記載の車両状態検出装置。
　補強部材は、２次モールド体に設けた装置固定部に用いる金属性円筒部品に設けた当該部品と同材質の拡大部したことを特徴とする請求項９記載の車両状態検出装置。
　リードフレームに車両状態を検出する検出素子を実装した状態で１次成形した１次モールド体をスライド金型の一対の挟み部材の間にセットして仮保持し、
　スライド金型で仮保持された1次モールド体を、下金型にセットし、
　前記下金型の上に対応する上金型を併せて樹脂を注入して２次成形し、
　上下金型から離型された２次モールド体から前記スライド金型を抜くことにより、前記スライド金型の挟み部材が抜かれた跡が前記コネクタハウジング部内から前記検出素子の設置位置に対応する前記1次モールド体の面領域まで貫通する空洞部となるようにしたことを特徴とする車両状態検出装置の製造方法。