WO2011102336A1 - 力検出器 - Google Patents

Abstract

　全体寸法が小さくなっても、検出精度のバラツキが大きくならない力検出器を提供する。ケース本体４の底壁部１の外壁面に、半田付け可能な材料によって形成された半田付け部１７を設ける。半田付け部１７は、圧力伝達部材１１と対向する位置に設けられている。半田付け部１７が、底壁部１を間に介して半導体力センサ素子と完全に対向する大きさを有している。

Description

力検出器

　本発明は、加えられる力に応じた信号を出力する力検出器に関するものである。

　特許第３４７９０６４号公報（特許文献１）には、底壁部及び周壁部を備えた一面に開口部を有する絶縁樹脂製のケース本体と、開口部を塞ぐようにケース本体に固定された絶縁樹脂製の上壁部とを有する収納ケースと、この収納ケースの内部に収納された半導体力センサ素子と、収納ケースの上壁部に形成された貫通孔から一部が露出して、露出部に加わる外力を半導体力センサ素子に伝達する球体と、収納ケースに固定されて外部に露出する半田付け可能な複数の入出力端子とを具備する半導体力検出器が開示されている。

特許第３４７９０６４号公報

　この種の力検出器の全体寸法が小さくなると、力検出器の全体寸法が大きい場合と比べて、実装用基板に実装した力検出器から出力される検出信号の精度にバラツキが大きくなる問題があった。

　本発明の目的は、全体寸法が小さくなっても、検出精度のバラツキが大きくならない力検出器を提供することにある。

　同じ構造でも、収納ケースの寸法がある程度大きく、収納ケースの機械的強度をある程度高いものとすることができる場合には、検出精度のバラツキが小さく、逆に収納ケースの寸法が小さくなって、収納ケースの機械的強度が低くなると、検出精度のバラツキが大きくなることが判った。発明者が研究した結果、検出精度のバラツキの発生原因が、外力が加わったときに発生する収納ケースの撓みにあることを見出した。そこで本発明では、この収納ケースの撓みを抑制するために、以下の構成を採用する。

　本発明の力検出器は、底壁部と、周壁部と上壁部とからなる収納ケースと、収納ケースの内部に収納された半導体力センサ素子と、上壁部に形成された貫通孔から一部が露出する露出部を有して、露出部に加わる外力を半導体力センサ素子に伝達する圧力伝達部材と、収納ケースに固定されて外部に露出する半田付け可能な複数の入出力端子とを具備する。本発明では、底壁部の外壁面に、圧力伝達部材と対向する位置に半田付け可能な材料によって形成された半田付け部を設ける。このような半田付け部を設けると、半田付け部は、複数の入出力端子が実装用基板上の複数の電極に半田付けされる際に、実装用基板上に設けられた固定用電極に半田付けされる。その結果、半田付け部と実装用基板との間には隙間がなくなって、底壁部の撓みが抑制され、検出精度のバラツキが小さくなる。

　半田付け部は、複数の入出力端子が実装用基板上の複数の電極に半田付けされる際に、実装用基板上に設けられた固定用電極に半田付けされるように設けられていることが好ましい。この場合の半田付け部の大きさ及び形状は任意である。

　なお複数の電極と対向する複数の入出力端子の半田付け面と固定用電極と対向する半田付け部の半田付け面とが同じ位置レベルにあるのが好ましい。このように構成すると、複数の入出力端子に複数の電極を半田付けすると、半田の厚みによって、収納ケースは、収納ケースが実装される実装基板から浮いた状態となる。そのため、底壁部の外壁面が実装基板と接触しないので、底壁部の外壁面に形成された半田付け部と実装用基板の固定電極とを容易に半田付けすることが可能となる。また力検出器を実装用基板に実装した後も、複数の入出力端子の半田付け面と半田付け部の半田付け面とが同じ位置レベルにあるので、底壁部の撓みが抑制され、検出精度のバラツキが小さくなる。ここで同じ位置レベルとは、理想的には、両半田付け面が面一になる状態になることを意味するが、半田層の形成に影響がない程度に両半田付け面の位置に差がある場合も含まれる。

　なお半田付け部は、底壁部を間に介して半導体力センサ素子と完全に対向する大きさを有しているのが好ましい。半田付け部をこのような大きさにすると、半導体力センサ素子と完全に対向する範囲の底壁部の撓みを確実に抑制することができるので、さらに検出精度のバラツキを小さいものとすることができる。

　本発明の具体的な力検出器は、底壁部と、周壁部とからなり一面に開口部を有する絶縁樹脂製のケース本体と、開口部を塞ぐようにケース本体に固定された絶縁樹脂製の上壁部とからなると収納ケースと、収納ケースの内部に収納された半導体力センサ素子と、上壁部に形成された貫通孔から一部が露出する露出部を有して、露出部に加わる外力を半導体力センサ素子に伝達する球体からなる圧力伝達部材と、収納ケースに固定されて外部に露出する半田付け可能な複数の入出力端子とを具備する力検出器であって、底壁部の外壁面には、圧力伝達部材と対向する位置に、底壁部を間に介して半導体力センサ素子と完全に対向する大きさを有し且つ複数の入出力端子が実装用基板上の複数の電極に半田付けされる際に、実装用基板上に設けられた固定用電極に半田付けされる、半田付け可能な材料によって形成された半田付け部が設けられており、複数の電極と対向する複数の入出力端子の半田付け面と固定用電極と対向する半田付け部の半田付け面とが同じ位置レベルにあるものとすることができる。

本発明の力検出器の実施の形態の斜視図である。 本発明の力検出器の実施の形態の平面図である。 本発明の力検出器の実施の形態の底面図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の力検出器の実施の形態の斜視図であり、図２は力検出器１９の実施の形態の平面図であり、図３は力検出器１９の底面図である。図１において、力検出器１９は、収納ケース６、半導体力センサ素子、圧力伝達部材１１としての球体１０、及び複数の入出力端子１２により構成される。

　収納ケース６は、ケース本体４及び上壁部５から構成される。そしてケース本体４は、底壁部１及び周壁部２から構成される。ケース本体４は、一面に開口部３を有しており、絶縁樹脂からできている。上壁部５には、貫通孔８が設けられている。上壁部５は、開口部３を塞ぐようにケース本体４に固定され、後述する複数の入出力端子をインサートとして絶縁樹脂から一体成形されている。また半導体力センサ素子（図示せず）は、収納ケース６の内部に収納されている。半導体力センサ素子の配置状態は、前述の特許文献１に詳しく説明されているので説明は省略する。

　本実施の形態の圧力伝達部材１１は、金属製の球体１０によって構成されている。球体１０は、上壁部５に形成された貫通孔８から一部が露出するように収納ケース６内に収納されており、貫通孔８から露出する部分が露出部を形成している。球体１０は、露出部に加わる外力を半導体力センサ素子に伝達する。

　６本の入出力端子１２は、収納ケース６にインサート成形されて固定されており、半田付け端子部１２Ａが収納ケース６の外部に露出している。本実施の形態では、半田付け端子部１２Ａは、収納ケース６の底壁部１の外面とほぼ面一になるように配置されている。したがって半田付け端子部１２Ａの下面に半田が存在するときには、ケース本体４は実装用基板から浮いた状態になる。なお６本の入出力端子１２の中には、半田付けのためだけに設けられているものがあってもよいのは勿論である。なお複数の入出力端子１２のうちの一つ又はそれ以上の入出力端子が、アース端子としての役割を果たすようになっていてもよい。

　本実施の形態では、ケース本体４の底壁部１の外壁面には、半田付け可能な材料によって形成された半田付け部１７が設けられている。本実施の形態においては、半田付け部１７は、複数の入出力端子１２が実装用基板上の複数の電極に半田付けされる際に、実装用基板上に設けられた固定用電極に半田付けされるように設けられている。この半田付け部１７は、圧力伝達部材１１である球体と対向する位置に設けられている。そして本実施の形態では、半田付け部１７が、底壁部１を間に介して図示しない半導体力センサ素子と完全に対向する大きさを有している。ここで完全に対向する大きさとは、半田付け部１７の大きさが半導体力センサ素子の投影面積よりも大きい場合を含むものである。半田付け部１７をこのような大きさにすると、半導体力センサ素子と完全に対向する範囲の底壁部１の撓みを確実に抑制することができるので、さらに検出精度のバラツキを小さいものとすることができる。

　また半田付け部１７は、印刷により形成されていてもよいが、収納ケース６にインサート成形された複数の入出力端子１２と一緒に収納ケース６にインサート成形される金属製板により構成されていてもよい。この場合には、この金属製板は、アースとして利用することも可能である。

　実装の際には、半田付け部１７は、複数の入出力端子１２が実装用基板上の予め設けた固定用電極に半田付けされる。その結果、半田付け部１７と実装用基板との間には隙間がなくなって、ケース本体４の底壁部１の撓みが抑制され、検出精度のバラツキを小さくすることができる。

　なお半田付け部１７は、複数の入出力端子１２が実装用基板上の複数の電極に半田付けされる際に、実装用基板上に設けられた固定用電極に半田付けできるものである場合には、その大きさ及び形状は任意である。

　本発明によれば、力検出器の収納ケースの底壁部の外壁面に、圧力伝達部材と対向する位置に半田付け可能な材料によって形成された半田付け部を設けるので、半田付け部は、複数の入出力端子が実装用基板上の複数の電極に半田付けされる際に、実装用基板上に設けられた固定用電極に半田付けされる。その結果、半田付け部と実装用基板との間には隙間がなくなって、底壁部の撓みが抑制され、検出精度のバラツキが小さくなる。

　１　　底壁部
　２　　周壁部
　３　　開口部
　４　　ケース本体
　５　　上壁部
　６　　収納ケース
　８　　貫通孔
　１０　球体
　１１　圧力伝達部材
　１２　入出力端子
　１３　外壁面
　１７　半田付け部
　１９　力検出器

Claims (5)

1. 　底壁部と、周壁部とからなり一面に開口部を有する絶縁樹脂製のケース本体と、前記開口部を塞ぐように前記ケース本体に固定された絶縁樹脂製の上壁部とからなると収納ケースと、
   　前記収納ケースの内部に収納された半導体力センサ素子と、
   　前記上壁部に形成された貫通孔から一部が露出する露出部を有して、前記露出部に加わる外力を前記半導体力センサ素子に伝達する球体からなる圧力伝達部材と、
   　前記収納ケースに固定されて外部に露出する半田付け可能な複数の入出力端子とを具備する力検出器であって、
   　前記底壁部の外壁面には、前記圧力伝達部材と対向する位置に、前記底壁部を間に介して前記半導体力センサ素子と完全に対向する大きさを有し且つ前記複数の入出力端子が実装用基板上の複数の電極に半田付けされる際に、前記実装用基板上に設けられた固定用電極に半田付けされる、半田付け可能な材料によって形成された半田付け部が設けられており、
   　前記複数の電極と対向する前記複数の入出力端子の半田付け面と前記固定用電極と対向する前記半田付け部の半田付け面とが同じ位置レベルにあることを特徴とする力検出器。
2. 　底壁部と、周壁部と上壁部とからなる収納ケースと、
   　前記収納ケースの内部に収納された半導体力センサ素子と、
   　前記上壁部に形成された貫通孔から一部が露出する露出部を有して、前記露出部に加わる外力を前記半導体力センサ素子に伝達する圧力伝達部材と、
   　前記収納ケースに固定されて外部に露出する半田付け可能な複数の入出力端子とを具備する力検出器であって、
   　前記底壁部の外壁面には前記圧力伝達部材と対向する位置に半田付け可能な材料によって形成された半田付け部が設けられていることを特徴とする力検出器。
3. 　前記半田付け部は、前記複数の入出力端子が実装用基板上の複数の電極に半田付けされる際に、前記実装用基板上に設けられた固定用電極に半田付けされるように設けられている請求項２に記載の力検出器。
4. 　前記複数の電極と対向する前記複数の入出力端子の半田付け面と前記固定用電極と対向する前記半田付け部の半田付け面とが同じ位置レベルにある請求項３に記載の力検出器。
5. 　前記半田付け部は前記底壁部を間に介して前記半導体力センサ素子と完全に対向する大きさを有している請求項２に記載の力検出器。

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