JP2004069564A

JP2004069564A - 接着構造

Info

Publication number: JP2004069564A
Application number: JP2002230356A
Authority: JP
Inventors: Masato Ueno; 上野　正人; Yoshifumi Watanabe; 渡辺　善文
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2004-03-04
Also published as: US20040028894A1; CN1480719A; CN1232809C; DE10336103A1; US6854918B2

Abstract

【課題】センサの信頼性を向上させた接着構造を提供すること。
【解決手段】内部にセンサ素子５を保持するセンサケース３とハウジング１３とを、気密に接着するための接着構造であって、センサケース３とハウジング１３の一方に、環状の凹部１７を形成し、他方に凹部１７の収納される環状の凸部１８を形成する。そして、凸部１８が凹部１７に収納される際、凸部１８と凹部１７の内周側面間、及び外周側面間には夫々所定の隙間１９が設けられ、少なくとも一方の隙間１９に接着剤２０が充填されて接着されるが、このとき接着剤２０が充填された隙間１９を構成する凸部１８及び凹部１７の側面の内、少なくとも１つの面に所定形状の突起部２１を設けた。
従って、全体として接着強度が増加し、センサケース３とハウジング１３間を気密に接着することができるため、センサ装置としての信頼性が向上する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセンサ素子を内部に保持したセンサケースとハウジングとを気密に接着するための接着構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、センサ素子を内部に保持するセンサケースに環状に形成された凹部と、ハウジングに環状に形成された凸部とを、接着材を介して接着する接着構造を有するセンサ装置として、例えば流体の圧力を測定するための圧力センサ装置がある。
【０００３】
この圧力センサ装置は、センサケース内に圧力センサ素子を保持し、この圧力センサ素子は、外部（例えばＥＣＵ）へ信号を送るためのリードフレームと金線等のワイヤにより電気的に接続されている。従って、センサケースとして用いられる材料は、ワイヤボンディング時の耐熱性を有している必要があり、例えばポリフェニレンスルフィド（以下ＰＰＳという）が用いられる。そして、センサケースに形成された凹部と、例えばポリブチレンテレフタレート（以下ＰＢＴという）からなるハウジングに形成された凸部とが、エポキシ樹脂からなる接着材を介して接着される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにセンサケースとハウジングとの接着を行った場合、実際の使用環境温度下において、センサケース、接着剤、及びハウジングに用いた各樹脂の線膨張係数の違いから、センサケースと接着剤との間、及びハウジングと接着剤との間にて剥離等が発生する。従って、接着箇所がリークパスとなることで、センサ素子周辺の圧力が不安定になり、圧力センサとしての信頼性が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑み、センサの信頼性を向上させた接着構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、請求項１に記載の接着構造は、内部にセンサ素子を保持するセンサケースとハウジングとを、気密に接着するための接着構造であって、センサケースとハウジングの一方に、環状の凹部を備え、他方に凹部の収納される環状の凸部を備えている。そして、凸部が凹部に収納されるとき、凸部と凹部の内周側面間、及び外周側面間には夫々所定の隙間が設けられ、内，外周側面間の隙間の内，少なくとも一方に接着剤が充填されて接着されるが、このとき接着剤が充填された隙間を構成する凸部及び凹部の側面の内、少なくとも１つの面に所定形状の突起部を備えることを特徴とする。
【０００７】
このように、接着剤が充填される隙間に面する凸部及び凹部の側面の内、少なくとも１つの面に所定の突起形状を設けると、接着剤に接する接着面の接着面積が増加することにより、接着剤とセンサケース或いはハウジングとの間の接着力が増加する。また、接着剤と突起部の接着面との間に引張り方向に対する接着力以外にもせん断方向の接着力も生じるため、全体として接着強度が増加し、センサケースとハウジング間を気密に接着することができるため、センサ装置としての信頼性も向上する。
【０００８】
請求項２に記載のように、突起部は、内，外周の隙間の内、いずれか一方において、凸部及び凹部の少なくとも１つの側面に形成されることが好ましい。内周側或いは外周側のいずれかが接着剤と強固に接着されれば、リークパスと成り得ることはない。また、内，外周の両側面に突起部が形成され接着剤と強固に接着すると、熱等の応力が印加された際、応力の逃げ場が無くなってしまう。従って、内，外周の隙間の内、いずれか一方を構成する凸部及び凹部の少なくとも１つの側面に突起部が形成されれば良い。
【０００９】
請求項３に記載のように、突起部は対抗して配置される凸部及び凹部の両内周側面に設けられ、外周面を構成する凸部及び凹部の両側面は平坦に形成されるか、請求項４に記載のように、対抗して配置される凸部及び凹部の両外周側面に設けられ、内周面を構成する凸部及び凹部の両側面は平坦に形成されるかことが好ましい。本発明者らにより、凸部の内外周両側面と凹部の内外周両側面との間に形成された隙間に接着材を充填した際の接着強度について、冷熱サイクル耐久試験により調査を行った。その結果、突起部を形成しないと最外周面である凹部の外周側面と接着剤との間で剥離が生じ、次いで凸部及び凹部の両内周側面と接着剤との間に剥離が生じることによってリークパスとなった。従って、突起部無しの場合に最初に剥離が生じた凹部の外周側面を含む両外周側面には突起部を形成せず平坦とし、凸部及び凹部の両内周側面に突起部を形成する。この際、内周側面の突起部と接着剤との間は強固に接着し、尚且つ外周側面にて内周側面を強固に接着したことにより生じる応力を緩和することができるため、センサケースとハウジングとの間をより気密に接着することができる。また、内，外周の内、一方の側面に突起部を形成し、他方の側面は平坦とすれば、センサケースとハウジングとの間をより気密に接着することができるから、外周側面を構成する凸部及び凹部の両側面に突起部を形成し、内周側面を構成する凸部及び凹部の両側面を平坦としても良い。
【００１０】
請求項５に記載のように、突起部は、凹部への凸部の収納方向に平行で、且つ所定の高さと幅をもって筋状に突起した複数本のギャザであることが好ましい。このように突起部として複数本のギャザを設けると、ギャザ分の表面積増により接着剤に対する接着面積の増加と共に、接着剤と接着面との間に働くせん断方向に作用する接着力がより増加することとなる。従って接着剤とセンサケース或いはハウジング間の接続信頼性がより向上する。また、突起部としてのギャザがセンサケース或いはハウジングと一体樹脂成形される場合、凹部への凸部の収納方向に平行にギャザを形成することにより、樹脂型から突起部を含むセンサケース或いはハウジングを容易に抜き出すことができる。
【００１１】
請求項６に記載のように、突起部は凸部及び／または凹部の側面の全周に均等に設けられることが好ましい。特に、内，外周のいずれかいっぽうにのみ突起部が形成される場合、センサケースとハウジングとの間の気密性を保つために、突起部が形成される側面内で、突起部の有無による接着剤との間の接着力の差を設けないようにした方が好ましい。
【００１２】
また、請求項７に記載のように、ハウジングは圧力導入孔を有し、この圧力導入孔より導入された圧力をセンサ素子が検出することを特徴とする。従って、請求項１〜６に記載の接着構造としては、請求項７に記載の圧力センサに適用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１に、本発明の実施の形態における接着構造の一例として、センサ素子をその内部に保持するセンサケースとハウジングとを接着したセンサ装置である圧力センサ装置の外観断面図を示す。
【００１４】
圧力センサ装置１は、圧力検出用の素子部としてのモールドＩＣ２をセンサケース３の内部に保持している。
【００１５】
モールドＩＣ２には凹状の固定部４が形成され、この固定部４には圧力を検出するためのセンサ素子５が収納固定されている。また、モールドＩＣ２は、センサ素子５の信号を増幅するための信号処理ＩＣ６と、上記信号取り出し用のリードフレーム７とを例えばエポキシ樹脂等のモールド樹脂８で包み込むように保護してなるものである。
【００１６】
ここで、センサ素子５は、固定部４の開口部に圧力を受ける受圧面が位置するように配置されており、センサ素子５とリードフレーム７とは、例えば金等のワイヤ９を用いたワイヤボンディングにより電気的に接続されている。また、センサ素子５は、例えば単結晶シリコンからなるダイヤフラム上に複数個の拡散抵抗を形成して、この拡散抵抗をブリッジ接続した構成となっており、例えばガラスからなる台座１０上にガラス接合等により接着されている。また台座１０は、シリコン系樹脂等により固定部４の底面に接着されている。
【００１７】
センサケース３は、耐熱性のある樹脂で形成されており、例えばＰＰＳが用いられる。また、リードフレーム７は図示されない外部処理回路に接続されるコネクタピン１１に電気的に接続されており、その接続箇所の周囲はポッティング材１２により封止されている。そして、センサケース３には、例えばＰＢＴからなるハウジング１３が、破線で示す接着部１４にて取り付けられている。尚、接着部１４の詳細については後述する。ハウジング１３の内部には、センサ素子５の受圧面まで圧力を伝達する圧力導入孔１５が形成されており、ハウジング１３の先端部には、Ｏリング１６が設けられ、当該Ｏリング１６を介して所定の箇所に取付け可能となっている。
【００１８】
上述の構成において、図１で示される矢印方向に圧力が印加されると、ハウジング１３の圧力導入孔１５を通して、センサケース３内のセンサ素子５の受圧面まで圧力が伝達される。そして、その圧力に応じてセンサ素子５のダイヤフラムが変形する。その変形に応じた図示されない拡散抵抗の抵抗変化値をブリッジ回路から電圧として取り出し、信号処理ＩＣ６で増幅した後、リードフレーム７及びコネクタピン１１を介して図示されない外部処理回路に出力する。
【００１９】
次に、本実施の形態の接着構造を有するセンサケース３とハウジング１３の接着部１４を、図２を用いて説明する。
【００２０】
図２（ａ）は、図１における接着部１４周辺の拡大断面図である。センサケース３には接着部１４として環状の凹部１７が形成され、ハウジング１３には接着部１４としてセンサケース３の凹部１７に収納される環状の凸部１８が形成されている。尚、本例においてはセンサケース３側に凹部１７、ハウジング側に凸部１８を形成した例を示したが、センサケース３側に凸部、ハウジング側に凹部を形成しても良い。
【００２１】
ハウジング１３の凸部１８がセンサケース３の凹部１７内に挿入され、凸部１８の突起先端が凹部１７の底面に接した際、凸部１８と凹部１７の側面間には、内外周共に、夫々所定の隙間１９が設けられる。そして当該隙間１９に例えばハードエポキシ樹脂からなる接着剤２０が充填されることにより、当該接着剤２０とセンサケース３の凹部１７の内外周両側面、及び接着剤２０とハウジング１３の凸部１８の内外周両側面が接着される。
【００２２】
ここで、センサケース３としてはワイヤボンディングの耐熱のために、例えば耐熱性に優れた樹脂であるＰＰＳを用い、接着剤２０としてはハードエポキシ樹脂を、ハウジング１３としてはＰＰＳよりは耐熱性がやや劣るものの安価なＰＢＴを用いる。尚、各樹脂材料の線膨張係数は、ＰＰＳは略２８ｐｐｍ、ハードエポキシ樹脂は略３９ｐｐｍ、ＰＢＴは略５２ｐｐｍである。
【００２３】
本発明者らは、先に接着剤２０との接着面が全て平坦である場合について、実際に製品として組みつけられた後の使用環境温度（例えば−４０℃〜１２０℃）に即した冷熱サイクル耐久試験を実施した。その結果、図２（ａ）に示すように、センサケース３の凹部１７の内周側面をＡ面、外周側面をＤ面とし、ハウジング１３の凸部１８の内周側面をＢ面、外周側面をＣ面とすると、先ず最外周面であるＤ面と接着剤２０との間に剥離が生じ、次いで、内周面であるＢ，Ａ面と続けて剥離が生じリークパスとなった。従って、本発明者らは接着部１４における凸部１８及び凹部１７の側面と接着剤２０との間の接着力を向上させるために、側面に突起部２１を設けることとした。
【００２４】
本実施の形態においては、図２（ａ）に示すように、凸部１８及び凹部１７の両内周側面Ａ，Ｂに突起部２１を形成する例を示す。尚、突起部２１はセンサケース３或いはハウジング１３の成形時に、一体樹脂成形されるものであり、例えば環状に形成された凸部１８及び凹部１７の側面の全周に渡って均等に形成される。しかしながら、必ずしも全周に渡って均等に形成されている必要は無い。例えば、使用環境温度下に於いて、センサケース３とハウジング１３との間が気密に接着される範囲内であれば、環状の周の所定の部分のみや、或いは高さ（周に直交する方向）の所定の部分のみに突起部２１が形成されても良い。
【００２５】
また、突起部２１は、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、凸部１８が凹部１７に収納される方向に平行に形成されることが好ましい。これは、一体樹脂成形により、センサケース３或いはハウジング１３の形成と同時に突起部２１を形成する場合、凹部１７への凸部１８の収納方向に平行にギャザ２１ａを設けた方が、樹脂型からセンサケース３及びハウジング１３を引き抜く方向と略一致し、引き抜きやすいからである。
【００２６】
さらに、突起部２１は、所定の高さ（例えばＡ，Ｂ両接着面間の距離に対して略１／３程度）と幅（例えば高さと略同等）をもって筋状に突起した複数本のギャザ２１ａであれば尚良い。ギャザ２１ａとしては、図２（ｂ）に示すように所定の高さと間隔を有する波形状であっても良いし、図２（ｃ）に示すように所定の高さと間隔を有する矩形状であっても良い。尚、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、図２（ａ）の接着部１４における突起部２１を有するＡ面の斜視図である。
【００２７】
ここで、凸部１８及び凹部１７の側面と接着剤２０との間の接着力について説明する。尚、図３（ａ）は突起部２１を有さない場合のセンサケース３のＡ面と接着剤２０との間の接着力を説明する図であり、図３（ｂ）は、（ａ）においてＡ面に波状のギャザ２１ａを有す場合の接着力を説明する図である。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、Ａ面に突起部２１を有さない場合、白抜き矢印の方向（Ａ面に対して垂直方向）に接着剤２０をＡ面から引き剥がそうとする応力が印加されると、接着剤２０とセンサケース３のＡ面との間には破線矢印方向（Ａ面に垂直な方向。すなわち印加された応力と反対方向。）にのみ接着力が作用し応力に抵抗する。
【００２９】
しかしながら、図３（ｂ）に示すように、Ａ面に突起部２１である波状のギャザ２１ａを有す場合、突起したギャザ２１ａの表面積増加の分、接着剤２０とセンサケース３のＡ面との接着面積が増加し、接着力が増す。さらに、図３（ａ）同様、白抜き矢印の方向に接着剤２０をＡ面から引き剥がそうとする応力が印加されると、突起部２１であるギャザ２１ａには、図３（ａ）同様、その作用点に印加される応力に対する方向（Ａ面に垂直）に接着力が作用するとともに、その方向に直交するせん断方向（接着力の作用点に対しては法線方向）にもそれより強い接着力が作用する。従って、突起部２１を設けた方が、接着剤２０との間の接着力が格段に増加する。特に、図２（ｂ）の波形状よりも図２（ｃ）の矩形状の方が、せん断方向の接着力が増えるため、より好ましい。
【００３０】
上述のように、内周側面であるＡ，Ｂ両面に突起部２１であるギャザ２１ａを形成することにより、Ａ，Ｂ両面と接着剤２０との間の接着力を向上できるのである。ここで、本実施の形態においては、外周側面であるＣ，Ｄ両面には突起部２１を形成せず平坦状のままとしている。例えば、突起部２１をＡ，Ｂ，Ｃ、及びＤ全ての側面に設けた場合、夫々の面と接着剤２０との間の個々の接着力は向上する。しかしながら、接着部１４全体に熱等により応力が発生した際の応力の逃げ場が無くなり、いずれかの面と接着剤２０との間で剥離が生じ、リークパスとなる恐れがある。従って、突起部２１を設けない場合の結果より、剥離が一番初めに生じたＤ面を含む外周側面Ｃ，Ｄには突起部２１を設けず、内周側面であるＡ，Ｂ面にのみ突起部２１を設けた。これにより、対抗配置される内周側面Ａ，Ｂは突起部２１によりしっかり接着され、これによりセンサケース３とハウジング１３の気密性を保つことができる。また、対抗配置される外周側面Ｃ，Ｄは、突起部２１を形成せず、内周側面側よりも意図的に接着力を落としたことにより、接着部１４に生じる応力を、外周側面側にて緩和することができる。
【００３１】
以上より、本実施の形態の接着構造は、接着剤２０との接着面に、所定に形状の突起部２１を設けたことにより、センサケース３とハウジング１３との間をより気密に接着することができる。尚、内，外周側面の内、一方の側面に突起部２１を形成し、他方の側面を平坦とすれば、センサケース３とハウジング１３との間をより気密に接着することができるから、外周側面を構成する凸部１８及び凹部１７の両側面に突起部２１を形成し、内周側面を構成する凸部１８及び凹部１７の両側面を平坦としても良い。
【００３２】
本実施の形態においては、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、凸部１８と凹部１７の接合方向に複数本の筋状の突起であるギャザ２１ａを設ける例を示したが、本発明はそれ以外にも接着部１４の凸部１８及び凹部１７の側面に設けた突起部２１であれば適用することができる。例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すように、接着部１４における凸部１８の凹部１７への収納方向に対して、略垂直方向に突起部２１が形成されても良い。また、突起部２１は図２（ａ）〜（ｃ）、及び図４（ａ），（ｂ）に示されたギャザ２１ａの形状ではなく、図４（ｃ）に示すような複数個の突起２１ｂであっても良い。この場合も、突起２１ｂの表面積増により、接着剤２０との間の接着力を増すことができ、また、せん断方向の接着力の増加により、センサケース３或いはハウジング１３と接着剤２０との間の接着強度を向上させることができる。尚、図４（ａ）は、図１の接着部１４の拡大図で、凸部１８の凹部１７への収納方向に対して、略垂直方向に突起部２１設けた例であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の接着部１４における突起部２１を有するＡ面の斜視図であり、図４（ｃ）はＡ面に突起２１ｂを設けた場合の斜視図である。
【００３３】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。
【００３４】
本実施の形態においては、図２（ａ）及び図４（ａ）で示したように、突起部２１が、内周側面のＡ，Ｂ両面に形成される例を示したが、Ａ，Ｂ両面の内、いずれか一方にのみ形成されても良い。少なくとも１つの側面に突起部２１が形成されれば、側面と接着剤２０との間の接着力は向上する。さらには、Ａ，Ｂ，Ｃ，及びＤ面の少なくとも１面に突起部２１が形成されれば、接着部１４全体として接着力が向上するのは言うまでもない。
【００３５】
また、本実施の形態においては、図２（ａ）に示すように、内周側面のＡ，Ｂ両面は突起部２１を有し、外周側面のＣ，Ｄ両面は突起部を有さなくとも、内外周両側面とも接着剤２０との接着を行う例を示したが、内周側面Ａ，Ｂ或いは外周側面Ｃ，Ｄの両側面に突起部２１が形成されていない場合は、その目的が応力の緩和であるため、Ａ，Ｂ間或いはＣ，Ｄ間の隙間に接着剤２０を必ずしも充填する必要はない。
【００３６】
また、本実施の形態においては、接着構造の一例として圧力センサ装置１におけるセンサケース３とハウジング１３の接着構造を示したが、本発明はそれ以外にも、その接着部１４として一方に凸部１８を、他方に凹部１７を有するものでセンサ素子を内部の保持するものであれば適用することができる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、センサケース３とハウジング１３の材料が夫々異なる例を示したが、それらが同じ組成の材料を用いる場合においても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における圧力センサ装置の断面図である。
【図２】図１（ａ）における接合部の拡大図を示し、（ａ）は接合方向に沿って突起部を設けた場合を示す図、（ｂ）は（ａ）の突起部（Ａ面）に波形状のギャザを設けた場合の斜視図、（ｃ）は（ａ）の突起部（Ａ面）に矩形状のギャザを設けた場合の斜視図である。
【図３】センサケースのＡ面と接着剤との接着界面付近の断面図であり、（ａ）は突起部のない場合、（ｂ）は突起部として波状のギャザを設けた場合を示す。
【図４】図１（ａ）における接合部の拡大図を示し、（ａ）は接合方向に垂直に突起部を設けた場合を示す図、（ｂ）は（ａ）の突起部（Ａ面）に矩形状のギャザを設けた場合の斜視図、（ｃ）は（ａ）のＡ面に突起を設けた場合の斜視図である。
【符号の説明】
１・・・圧力センサ装置、２・・・センサ素子、３・・・センサケース、１３・・・ハウジング、１４・・・接着部、１７・・・凹部、１８・・・凸部、２０・・・接着剤、２１・・・突起部、２１ａ・・・ギャザ、２１ｂ・・・突起

Claims

内部にセンサ素子を保持するセンサケースとハウジングとを、気密に接着するための接着構造であって、
前記センサケースと前記ハウジングの一方は、環状の凹部を有しており、他方は前記凹部に収納される環状の凸部を有しており、
前記凸部が前記凹部に収納されるとき、その凸部の内外周両側面と、前記凹部の内外周両側面との間には、夫々所定の隙間が形成され、
当該隙間の内、内周側の隙間と外周側の隙との少なくとも一方に接着剤を充填するものであり、
前記接着剤が充填された隙間を構成する前記凸部及び前記凹部の側面の内、少なくとも１つの面に所定形状の突起部を備えることを特徴とする接着構造。
前記突起部は、前記内周側及び前記外周側の隙間のいずれか一方において、前記凸部及び前記凹部の少なくとも１つの側面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の接着構造。
前記突起部は、対向して配置される前記凸部及び前記凹部の両内周側面に設けられ、前記凸部及び前記凹部の両外周側面は平坦に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接着構造。
前記突起部は、対向して配置される前記凸部及び前記凹部の両外周側面に設けられ、前記凸部及び前記凹部の両内周側面は平坦に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接着構造。
前記突起部は、前記凹部への前記凸部の収納方向に平行で、且つ所定の高さと幅をもって筋状に突起した複数本のギャザであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の接着構造。
前記突起部は、前記凸部及び／または前記凹部の側面の全周に均等に設けられることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の接着構造。
前記ハウジングは圧力導入孔を有し、この圧力導入孔より導入された圧力を前記センサ素子が検出することを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の接着構造。