JP4768586B2 - 信号ケーブル付きセンサとそのセンサの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、信号ケーブルを付属させた回転速度センサなどの信号ケーブル付きセンサと、そのセンサの製造方法に関する。

センサＩＣに信号伝送用の信号ケーブルを接続して付属させた信号ケーブル付きセンサは、例えば、車両の車軸などの回転速度を検出する回転速度センサなどとして実用に供されている。

その回転速度センサとしては、例えば、下記特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示された回転速度センサ（回転検出装置）は、信号伝送線（信号ケーブル）の撚り線で構成される導体のセンサＩＣ（回転検出ＩＣ）側ターミナルとの接合箇所が予め抵抗溶接で固められており（請求項１０）、ターミナルと固められた導体がマイクロティグ溶接によって接合されている（請求項１）。
また、伝送線が曲部を有し（請求項５，６）、回転検出部の周囲を覆う樹脂ハウジング成形する際に伝送線とターミナルとの接合部に作用する引張力を曲部で吸収・抑制するようにしている。

一方、下記特許文献２は、フラットケーブルの撚り線で構成される導体の端末部を、撚り線の素線に施された金属メッキを部分的に加熱溶融させて素線を互いに融着・固化して単線化する技術を開示しており、この技術は、撚り線の導体を有する信号ケーブルにも応用することができる。
特開２００４−２５１８８５号公報 特公平７−１１８２２４号公報

特許文献１の技術によって形成される撚り線のターミナルとの接合箇所は、溶接玉となっており、また、特許文献２の方法で単線化した導体の端末は丸軸状になっており、従って、どちらの文献の技術も接合加工が非常に難しいと言う問題がある。

互いに接合するターミナルや撚り線は、接合相手のターミナルの幅が狭く、撚り線の外径も小さい場合、重ね合わせ領域が非常に狭くなるのに加え、重ねたターミナルや撚り線の動き、変形も起こりやすいため、精度よく正確に重ねてその状態を安定して保持するのが難しく、それが原因で、接合領域がずれて接合部の均一性が損なわれ、また、失敗損（不良品）が多くなってコストに悪影響が出る。

さらに、接合を半田付けによって行う場合には、半田ごてのこて先を当てる面積が小さくなって十分な熱量を加えることができず、一方、溶接の場合には、接合面積が小さいと、撚り線そのものが細い上に撚り線の溶接部近辺は変形などによる応力集中が起こりやすくて１００％の母材強度が得られないことから、接合強度の確保も難しい。

このほか、信号ケーブルの心線に曲部を設けるものは、心線の曲げ工程が必要であり、また、曲げた状態を保持するために熱プレスを用いて曲げ加工を行う必要があり、コストが高くなる欠点もある。

この発明は、上記の課題を解決するために、撚り線導体を備えた信号ケーブルのセンサ素子に対する電気接続を容易に確実に行えるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、導体が撚り線で構成された信号ケー
ブルと、その信号ケーブルを接続するターミナルを有するセンサ素子と、このセンサ素子
を保持する樹脂ホルダとからなる信号ケーブル付きセンサを以下のように構成する。
（Ａ）信号ケーブルの撚り線（導体）に、撚り線の素線を融着一体化して平板状に形成さ
れた単線化部が設けられ、その単線化部が樹脂ホルダに保持されたセンサ素子のターミナ
ルに接合されて周囲がモールド樹脂で固められた構造を持つ。
（Ｂ）前記単線化部の前記ターミナルに対する接合が半田付けによってなされ、接合部の
周囲が半田に覆われている。
（Ｃ）前記単線化部が、前記ターミナルの側面からの幅方向片側の出代Ｗが少なくともターミナルの高さＨ以上となる状態にして前記ターミナルに重ね合わされ、その幅方向への出代部の上面とターミナルの側面に沿った領域に半田フィレットが形成されている。
（Ｄ）前記樹脂ホルダの一部分の上に前記単線化部が置かれ、その上にさらに前記ターミ
ナルが重ねられて単線化部に半田付けされ、前記樹脂ホルダが半田付け部を覆う部分に熱
融着されてこの樹脂ホルダと前記単線化部が互いに接合されている。

このように構成した信号ケーブル付きセンサは、撚り線に形成した平板状の単線化部の
幅が確保されているので、ターミナルの幅が狭く、撚り線径が小さい場合にも、ターミナ
ルと単線化部を安定して重ねて確実に接合することができる。ターミナルを重ね合わせて
接合する際に、両者の幅方向への許容位置ずれ量が大きくなって高い位置決め精度が要求
されず、接合加工が容易になる。そのために、失敗損が減少し、接合部の品質も安定する
。
また、上記Ｂの構成により、単線化部とターミナルの接合を半田付けによって行うと接合部の周囲が半田に覆われて補強され、接合部の接合強度が高まる。そのために、断線故障が減少し、信頼性が高まる。
さらに、上記Ｃの構成により、単線化部の幅方向への出代部の上面とターミナルの側面に沿った領域に可及的に大きくて形状も安定した半田フィレットを形成することができ、接合部の耐久信頼性をさらに高めることができる。
さらに、上記Ｄの構成により、ケーブルに引張り力が加わったときにその力が樹脂ホルダに受け止められ、ターミナルと単線化部の接合部やセンサ素子に力が伝わることが抑制される。接合と引張り力からの保護を同時に実現できるため、加工費の低減も図れる。また、心線に係止力を発生させる曲がり部を設ける必要がなく、その分、スペースや材料費を節約でき、センサの小型化や低コスト化が図れる。

以下に、好ましい構成を列挙する。

（Ｅ）前記単線化部の前記樹脂ホルダが熱融着した部分の表面に、凹部の深さや凸部の高
さが０．５ｍｍにも満たないような微小凹凸が形成されている。
その微小凹凸によるアンカー効果で、樹脂ホルダとケーブル導体の接合強度が高まるた
め、より良い効果が期待できる。
（Ｆ）センサが、車軸などの回転体の回転速度を検出する回転速度センサである。

この発明においては、上記の信号ケーブル付きセンサの製造方法も併せて提供する。
センサの製造は、信号ケーブルの撚り線に圧力と超音波振動を加えることにより撚り線の各素線を融着一体化させて撚り線に平板状に成形された単線化部を形成し、この単線化部を樹脂ホルダに保持されたセンサ素子のターミナルに接合し、その後、周囲をモールド樹脂で固める方法で行う。この方法では、超音波振動を加えるホーンや支持部材などを成形型にして撚り線の一部を、意図した寸法、形状に単線化する。

この方法では、センサ素子のターミナルに対する単線化部の接合を半田付けによって行うので、半田付け時の熱で樹脂ホルダの単線化部に対する接触部を溶かして樹脂ホルダを単線化部に融着させることができ、融着のための特別の工程がいらない。

なお、上述した撚り線の単線化部の形成方法は、撚り線を有する信号ケーブルの全てに適用することができる。

この発明の、信号ケーブル付きセンサは、上述したように、信号ケーブルの導体（撚り線）に平板状の単線化部を形成し、その単線化部をセンサ素子のターミナルに接合するので、ターミナルの幅が狭く、撚り線径が小さい場合にも、ターミナルと板状に形成した単線化部を安定して重ねて確実に接合することができる。単線化部の幅が確保されているのでターミナルを重ね合わせて接合する際に、両者の幅方向への許容位置ずれ量が大きくなって高い位置決め精度が要求されず、接合加工が容易になる。そのために、失敗損が減少し、接合部の品質も安定する。

また、この発明の信号ケーブル付きセンサの製造方法によれば、超音波振動を加えるホーンや支持部材などを成形型にして撚り線の一部を、簡単かつ確実に意図した寸法、形状に単線化することができる。

以下、添付図面の図１〜図４に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。図１は、センサ素子（センサＩＣ）１と信号ケーブル３の接合の手順を理解し易くして示したものである。

センサ素子１は２本のターミナル２を有する。また、信号ケーブル３は、各心線４の導体が撚り線５によって形成されたものが用いられている。そのケーブルの外被６と心線の絶縁被覆７を剥いで端末に所定長さの撚り線５を露出させ、その露出した撚り線５に図１（ｂ）に示す単線化部８を形成し、その単線化部８上に図１（ｃ）に示すようにセンサ素子のターミナル２を重ね、重ね部を半田付けして接合する。図１（ｄ）の９は、接合部
に形成された半田フィレットである。

図１（ｄ）のＡ−Ａに沿った位置の拡大断面図を図１（ｅ）に示す。単線化部８は、好ましい構造として、ターミナル２の側面からの幅方向片側の出代Ｗを少なくともターミナル２の高さＨ以上となる状態にしてターミナル２に重ね合わせ、幅方向への出代部の上面とターミナル２の側面に沿った領域に半田９のフィレットを形成している。このように、単線化部のターミナル側面からの出代Ｗとターミナル高さＨの関係をＷ＞Ｈに設定すると、形状の安定した大きな半田フィレットを形成することができ、半田による補強効果が大きくなって耐久信頼性が高まる。

図２に信号ケーブル付きセンサの具体例を示す。図示のセンサは、回転速度センサであり、熱可塑性樹脂によって形成された樹脂ホルダ１０を備えている。その樹脂ホルダ１０は、本体部１１と、その本体部の上側を覆う樹脂カバー１２とで構成されている。樹脂カバー１２は、両側部に対向一対の垂下した腕１２ａを有しており、その腕１２ａを逆止爪として機能させ、本体部１１の両側面に係止させて本体部１１に取り付けられる。

本体部１１は、センサ素子と導体単線化部の各保持部１１ａ、１１ｂと、２箇所の電気接続部間を絶縁する仕切り壁１１ｃと、２個の孔１１ｄを有しており、信号ケーブルの撚り線５に形成した単線化部８を２箇所の保持部１１ｂ、１１ｂに位置決めして載せ、さらに、ターミナル２を孔１１ｄに通してセンサ素子１を保持部１１ａの対向側壁間に位置決めして納める。単線化部８は、表面にローレットなどの微小凹凸１３を設けたものになっている。ここで言う微小凹凸は、凹部の深さや凸部の高さが０．５ｍｍにも満たないようなものである。その凹部の深さや凸部の高さは０．１ｍｍ以下、具体的には０．０５ｍｍ程度でも凹凸設置の効果が認められる。

この状態で、ターミナル２が単線化部８上に重なる。そこで、図２（ｂ）に示すように樹脂カバー１２を取り付け、単線化部８とその上に重ねたターミナル２を半田付けして接合する。ターミナル２は細くて変形し易いが、単線化部８の幅が確保されているので、ターミナル２が変形するなどして位置ずれしてもそのずれがよほど大きくならない限り、接合に必要な重ね状態が維持される。そのために半田付けが容易になり、得られる接合部の品質も高まる。また、接合部の左右に、図１（ｅ）に示したような、大きくて形状の安定した半田９のフィレットが形成されるため、接合強度も十分に確保されて耐久信頼性が高まる。

さらに、半田付け時の熱で樹脂ホルダ１０の保持部１１ｂが溶けて単線化部８の表面に融着される。単線化部８の表面に形成された微小凹凸１３の樹脂に対する係合作用によって単線化部（ケーブルの導体）と樹脂ホルダ１０の接合強度が高まる。

信号ケーブル３の撚り線とターミナル２の接合を完了したら、図２（ｃ）に示すように、樹脂ホルダ１０の外側をモールド樹脂１４で固める。モールド樹脂１４は必要な寸法、形状を持つように成形されてセンサのボディを構成する。例示の信号ケーブル付きセンサには、そのときに、取付け用のブラケット１５が一体化して設けられているが、取付け用のブラケット１５は必要に応じて設けられるものであり、このブラケットのないセンサも考えられる。

図３、図４は、信号ケーブルの撚り線に単線化部８を形成する方法を示している。この方法は、撚り線５の端末超音波接合装置（そのホーン１６のみを図示）と、左右一対の支持ブロック１７と、左右一対の挟持ブロック１８を組み合わせた単線化部形成装置２０を使用して以下の手順で実施される。
１）信号ケーブル３の各心線の端末部に露出させた撚り線５を支持ブロック１７上に載せる。
２）挟持ブロック１８を移動させて撚り線５の端末をホーン１６との間に挟み込む。
３）超音波接合装置のホーン１６が下に降りて支持ブロック１７上の撚り線５を加圧し、超音波振動を加える。これにより、加圧、加振された撚り線５の端末露出部の素線が溶けて融着一体化され、同時に融着した部分が一定の幅を持つ板状に成形されて所望の単線化部８が形成される。なお、図３は、理解し易くするためにホーン１６を支持ブロック１７よりもかなり上方に描いたが、ホーン１６の実際の降下開始は、そのホーン１６が対向した２つの支持ブロック１７間にある位置から行われる。

この方法を実施する際に、支持ブロック１７とホーン１６の成形面に成形用凹凸１９（図のそれはローレット）を設けておくと、その成形用凹凸１９が単線化部８に転写されて単線化部８の表面に樹脂ホルダとの接合強度を高める微小凹凸１３（図１、図２参照）が形成される。

なお、この発明は、ケーブルとセンサ素子の接続の信頼性や耐久性に優れているので、自動車の足回り近傍などに配置されて過酷な条件に晒される例示の回転速度センサに適用すると特に大きな効果を期待できるが、回転速度以外の事象、現象を検出するセンサ、例えば、信号ケーブル付き圧力センサなどに適用してもその有効性が発揮される。

（ａ）〜（ｅ）は、センサ素子と信号ケーブルの接合手順を理解し易くして示す斜視図 （ａ）〜（ｃ）は、信号ケーブル付きセンサの具体例の組み立て手順を示す斜視図 撚り線の端末部の単線化部の形成方法を示す斜視図 図３の単線化部形成装置の要部を拡大して示す斜視図

符号の説明

１ センサ素子
２ ターミナル
３ 信号ケーブル
４ 心線
５ 撚り線
６ 外被
７ 絶縁被覆
８ 単線化部
９ 半田
１０ 樹脂ホルダ
１１ 本体部
１１ａ、１１ｂ 保持部
１１ｃ 仕切り壁
１１ｄ 孔
１２ 樹脂カバー
１２ａ 腕
１３ 微小凹凸
１４ モールド樹脂
１５ ブラケット
１６ 超音波接合装置のホーン
１７ 支持ブロック
１８ 挟持ブロック
１９ 成形用凹凸
２０ 単線化部形成装置

Claims (5)

1. 導体が撚り線（５）で構成された信号ケーブル（３）と、その信号ケーブルを接続する
   ターミナル（２）を有するセンサ素子（１）と、このセンサ素子を保持する樹脂ホルダ（１０）とからなる信号ケーブル付きセンサであって、前記信号ケーブルの撚り線（５）に、撚り線の素線を融着一体化して平板状に形成された単線化部（８）が設けられ、その単線化部（８）が、前記樹脂ホルダ（１０）の一部分の上に置かれ、その上にさらに前記ターミナル（２）が、前記単線化部（８）の前記ターミナル（２）の側面からの幅方向片側の出代Ｗが少なくともターミナルの高さＨ以上となる状態にして重ねられて単線化部（８）に半田付けして接合され、その単線化部（８）の幅方向への出代部の上面とターミナル（２）の側面に沿った領域を覆う半田（９）のフィレットが形成され、さらに、前記ターミナル（２）の半田付け部を覆う部分に前記樹脂ホルダ（１０）が熱融着されて前記樹脂ホルダ（１０）と前記単線化部（８）が互いに接合され、前記単線化部の周囲がモールド樹脂（１４）で固められていることを特徴とする信号ケーブル付きセンサ。
2. 前記単線化部（８）の表面に微小凹凸（１３）が形成され、その微小凹凸（１３）を有
   する表面が前記樹脂ホルダ（１０）に融着している請求項１に記載の信号ケーブル付きセンサ。
3. センサが、回転体の回転速度を検出する回転速度センサである請求項１又は２に記載の信号ケーブル付きセンサ。
4. 信号ケーブル（３）の撚り線（５）に圧力と超音波振動を加えることにより撚り線の各
   素線を融着一体化させて前記撚り線（５）に平板状に成形された単線化部（８）を形成し
   、この単線化部（８）を前記樹脂ホルダ（１０）の一部分の上に置き、その上にさらにセンサ素子（１）のターミナル（２）を、前記単線化部（８）の前記ターミナル（２）の側面からの幅方向片側の出代Ｗが少なくともターミナルの高さＨ以上となる状態にして重ねてこのターミナル（２）を前記単線化部（８）に半田付けし、その後、前記ターミナル（２）の半田付け部を覆う部分に前記樹脂ホルダ（１０）を熱融着させ、周囲をモールド樹脂（１４）で固めて請求項１〜３のいずれかに記載の信号ケーブル付きセンサを完成させる信号ケーブル付きセンサの製造方法。
5. 前記ターミナル（２）の半田付け時の熱で前記樹脂ホルダ（１０）の単線化部（８）に対する接触部を溶かして前記樹脂ホルダ（１０）を前記単線化部（８）に融着させる請求項４に記載の信号ケーブル付きセンサの製造方法。

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