JP2011252796A - 空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサアセンブリ１４を筐体４に挿入して固定することで製造される空気流量測定装置１に関し、センサチップ５や回路チップ６の素子の抵抗値が変動するのを抑制できる構造を提供する。
【解決手段】センサアセンブリ１４の当接面２２、２３が、それぞれ筐体４の当接面２４、２５に面接触するとともに、リブ２６、２７によって、当接面２２、２３がそれぞれ当接面２４、２５に押し付けられている。これにより、センサアセンブリ１４と筐体４とを、当接面２２、２４同士の押圧および当接面２３、２５同士の押圧により固定できるので、センサアセンブリ１４と筐体４との間で線膨張の伝達を遮断して線膨張差起因の応力がセンサチップ５や回路チップ６にかからないようにすることができるとともに、センサチップ５や回路チップ６の素子の抵抗値が変動するのを抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンへの吸気路に配され、エンジンに吸入される空気の流量を測定する空気流量測定装置に関する。

従来から、エンジンへの吸気路に配され、吸気路を流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることでエンジンに吸入される空気の流量を測定する熱式の空気流量測定装置が公知となっている。この従来の空気流量測定装置は、取り込んだ空気が通過する内部流路を形成する筐体と、内部流路に配されるセンサチップとを備え、センサチップにより、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させ、空気流量に応じた電気信号を発生させる。

近年、空気流量測定装置の製造では、製造上の便宜から、センサチップを有するセンサアセンブリを組み立て、センサアセンブリを筐体に挿入して固定するとともに、センサチップを内部流路に露出させる方法が考えられている（例えば、特許文献１参照：なお、特許文献１では、センサアセンブリは「熱式流量センサ」として表記されており、筐体に関しては特に記載がない。）。

ここで、センサアセンブリは、センサチップを有する構成部品であり、センサチップが発生する電気信号を処理する回路チップ、回路チップで処理された電気信号を外部のＥＣＵ等に出力するための外部端子等を含むものである。

そして、回路チップや外部端子は、例えば、インサート成形によりセンサアセンブリに組み込まれ、センサチップは、インサート成形時に成形された保持部に接着剤により固定されてセンサアセンブリに組み込まれる。また、センサチップや回路チップは、半導体膜からなる各種の素子を有しており、これらの素子への通電により、空気との伝熱現象、ならびに電気信号の発生および処理を行う。

ところで、センサアセンブリの筐体に対する固定は、接着剤による接着のように、筐体の線膨張がセンサアセンブリに伝わりやすい方式である。このため、センサアセンブリと筐体との線膨張差に起因してセンサチップや回路チップに応力がかかる虞がある。この結果、素子に歪みが発生すると、ピエゾ抵抗効果により素子の抵抗値が変動してしまい、空気流量測定装置から得られる電気信号は誤差が大きくなってしまう。

そこで、センサアセンブリを筐体に挿入して固定することで製造される空気流量測定装置に関して、センサアセンブリと筐体との間で線膨張の伝達を遮断してセンサチップや回路チップにかかる応力を低減できる構造が要求されている。

特開２０１０−８２２５号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、センサアセンブリを筐体に挿入して固定することで製造される空気流量測定装置に関して、センサアセンブリと筐体との間で線膨張の伝達を遮断してセンサチップや回路チップにかかる応力を低減できるとともに、センサチップや回路チップの素子の抵抗値が変動するのを防止できる構造を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の空気流量測定装置は、エンジンへの吸気路に配され、吸気路を流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることでエンジンに吸入される空気の流量を測定するものである。

また、空気流量測定装置は、取り込んだ空気が通過する内部流路を形成する筐体と、伝熱現象により電気信号を発生するセンサチップを有するセンサアセンブリとを備え、センサアセンブリは、内部流路にセンサチップが露出するように筐体に挿入されて固定されている。そして、センサアセンブリおよび筐体の各々には、互いに面接触する当接面が設けられており、センサアセンブリは、センサアセンブリの当接面を筐体の当接面に押し付ける付勢機構により筐体に固定されている。

これにより、センサアセンブリと筐体とは、各々の当接面が互いに押圧し合うことで固定されるので、筐体からセンサアセンブリに線膨張が伝達されなくなる。このため、センサアセンブリと筐体との間で線膨張の伝達を遮断してセンサチップや回路チップにかかる応力を低減することができるとともに、センサチップや回路チップの素子の抵抗値が変動するのを抑制することができる。
以下の説明では、センサアセンブリと筐体との線膨張差に起因して発生する応力を「線膨張差起因の応力」と呼ぶことがある。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の空気流量測定装置によれば、センサアセンブリは、電気信号を処理する回路チップと、センサチップと回路チップとを電気的に導通させるボンディング部とを有し、センサアセンブリの当接面はボンディング部に設けられている。

これにより、付勢機構によってセンサアセンブリを筐体に押し付けることによりセンサアセンブリに生じる応力（以下、「付勢機構起因の応力」と呼ぶことがある。）は、ボンディング部に発生するようになる。このため、付勢機構起因の応力がセンサチップや回路チップに発生するのを阻止できるので、付勢機構起因の応力によってセンサチップや回路チップの素子の抵抗値が変動するのを防止することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の空気流量測定装置によれば、センサアセンブリの当接面および筐体の当接面は、それぞれ２面以上設けられており、センサアセンブリは、２箇所以上で筐体に面接触することで筐体に固定されている。
これにより、筐体に対するセンサアセンブリの位置精度を高めることができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の空気流量測定装置によれば、内部流路の気密性を保つシール剤が、センサアセンブリと筐体との間に介在しており、シール剤は弾性接着剤である。
シール剤に弾性接着剤を利用することで、シール剤を経由するセンサアセンブリと筐体との間の線膨張の伝達を緩和することができる。このため、シール剤によって内部流路の気密性を保ちつつ、線膨張差起因の応力がセンサアセンブリに発生するのを抑制できる。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の空気流量測定装置によれば、センサアセンブリの内、筐体の外部に出ている筐体外配置部は、板状であって１つの面方向を指向するとともに、この面方向に平行な表面および裏面、ならびに表面および裏面の面方向への広がりを画する周縁を有する。また、筐体外配置部は、樹脂モールドにより他の部材と一体化されている。

そして、樹脂モールド時の溶融樹脂の射出口の位置および射出方向は、射出された溶融樹脂が表面および裏面に衝突することなく周縁にのみ衝突した後に表面および裏面に沿って流れるように設定されている。
これにより、筐体外配置部の表面および裏面は、溶融樹脂の射出圧をほぼ均一に受けながら樹脂モールドされる。このため、筐体外配置部を樹脂モールドすることで生じる応力（以下、「樹脂モールド起因の応力」と呼ぶことがある。）がセンサアセンブリに発生するのを抑制できる。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の空気流量測定装置によれば、筐体はセンサアセンブリが嵌る穴を有し、穴を形成する面の一部が筐体の当接面をなす。また、付勢機構は、穴を形成する面に設けられたリブであり、センサアセンブリは、リブの先端および筐体の当接面に圧接するように穴に圧入されている。
これにより、付勢機構を簡便に設けることができる。

空気流量測定装置の内部を示す断面図である（実施例）。 （ａ）は図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である（実施例）。 （ａ）はセンサアセンブリの断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である（実施例）。 （ａ）は筐体の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である（実施例）。 センサアセンブリとターミナルアセンブリとの導通を示す断面図である（実施例）。

実施形態の空気流量測定装置は、エンジンへの吸気路に配され、吸気路を流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることでエンジンに吸入される空気の流量を測定するものである。

また、空気流量測定装置は、取り込んだ空気が通過する内部流路を形成する筐体と、伝熱現象により電気信号を発生するセンサチップを有するセンサアセンブリとを備え、センサアセンブリは、内部流路にセンサチップが露出するように筐体に挿入されて固定されている。そして、センサアセンブリおよび筐体の各々には、互いに面接触する当接面が設けられており、センサアセンブリは、センサアセンブリの当接面を筐体の当接面に押し付ける付勢機構により筐体に固定されている。

また、センサアセンブリは、電気信号を処理する回路チップと、センサチップと回路チップとを電気的に導通させるボンディング部とを有し、センサアセンブリの当接面はボンディング部に設けられている。
また、センサアセンブリの当接面および筐体の当接面は、それぞれ２面以上設けられており、センサアセンブリは、２箇所以上で筐体に面接触することで筐体に固定されている。

また、内部流路の気密性を保つシール剤が、センサアセンブリと筐体との間に介在しており、シール剤は弾性接着剤である。
また、センサアセンブリの内、筐体の外部に出ている筐体外配置部は、板状であって１つの面方向を指向するとともに、面方向に平行な表面および裏面、ならびに表面および裏面の面方向への広がりを画する周縁を有する。また、筐体外配置部は、樹脂モールドにより他の部材と一体化されている。

そして、樹脂モールド時の溶融樹脂の射出口の位置および射出方向は、射出された溶融樹脂が表面および裏面に衝突することなく周縁にのみ衝突した後に表面および裏面に沿って流れるように設定されている。
さらに、筐体はセンサアセンブリが嵌る穴を有し、穴を形成する面の一部が筐体の当接面をなす。また、付勢機構は、穴を形成する面に設けられたリブであり、センサアセンブリは、リブの先端および筐体の当接面に圧接するように穴に圧入されている。

〔実施例の構成〕
実施例の空気流量測定装置１の構成を、図面を用いて説明する。
空気流量測定装置１は、図１〜図４に示すように、エンジンへの吸気路２に突出するように配されてエンジンに吸入される空気の流量を測定する。

そして、空気流量測定装置１は、吸気路２を流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることで空気流量としての質量流量を直接的に測定するものである。すなわち、空気流量測定装置１は、取り込んだ空気が通過する内部流路３を形成する筐体４と、内部流路３に配されるセンサチップ５とを備え、センサチップ５により、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させ、空気流量に応じた電気信号を発生させる。

また、空気流量測定装置１は、センサチップ５が発生する電気信号を処理する回路チップ６、回路チップ６で処理された電気信号を外部の電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ。：図示せず。）に出力するための外部端子７等を備える。そして、ＥＣＵは、空気流量測定装置１から得られる電気信号に基づいてエンジンに吸入される空気の流量を把握するとともに、把握した空気流量に基づいて燃料噴射制御等の各種の制御処理を実行する。

筐体４は、例えば、吸気路２の上流側に向かって開口し、吸気路２を流れる空気の一部を取り込む吸入口１０と、吸入口１０から取り込んだ空気を通すとともにセンサチップ５を収容する内部流路３と、吸気路２の下流側に向かって開口し、吸入口１０から取り込まれてセンサチップ５を通過した空気を吸気路２に戻す放出口１１とを有する。そして、センサチップ５は、吸入口１０から取り込まれた空気との間に伝熱現象を発生させて質量流量相当の電気信号を発生する。

内部流路３は、例えば、吸入口１０から取り込んだ空気が周回して放出口１１から放出されるように設けられている。また、取り込んだ空気に含まれるダストを直進させて排出するためのダスト排出流路１２が、内部流路３から分岐している。

センサチップ５、回路チップ６および外部端子７等は、１つの構成部品としてのセンサアセンブリ１４として組み立てられている（図３参照）。そして、センサアセンブリ１４は、センサチップ５が内部流路３に露出するように筐体４に挿入されて固定される。また、センサアセンブリ１４の組み立てにおいて、回路チップ６および外部端子７は、インサート成形によりセンサアセンブリ１４に組み込まれ、センサチップ５は、インサート成形時に成形された保持部１５に接着剤により固定されてセンサアセンブリ１４に組み込まれる。

なお、センサチップ５や回路チップ６は、半導体膜からなる各種の素子（図示せず。）を有しており、これらの素子への通電等により、空気との伝熱現象、ならびに電気信号の発生および処理を行う。また、センサチップ５の素子と回路チップ６の素子とはボンディングワイヤ１６により導通している。そして、ボンディングワイヤ１６は、ポッティング材１７により覆われて保護され、インサート成形時に設けられる樹脂部分とともにセンサチップ５と回路チップ６とを電気的に導通させるボンディング部１８を形成する。

〔実施例の特徴〕
実施例の空気流量測定装置１の特徴を、図１〜図５を用いて説明する。
まず、筐体４はセンサアセンブリ１４が嵌る穴２１を有し、穴２１を形成する面の一部は、センサアセンブリ１４に設けられた当接面２２、２３にそれぞれ面接触する当接面２４、２５をなす。なお、当接面２２、２３は非平行であり、当接面２４、２５も非平行である。

また、穴２１を形成する面部分の内、当接面２４、２５と対向する面部分にはそれぞれリブ２６、２７が設けられており、センサアセンブリ１４は、リブ２６、２７の先端および当接面２４、２５に圧接するように穴２１に圧入されている。ここで、リブ２６、２７は、当接面２２、２３を当接面２４、２５に押し付ける付勢機構として機能しており、センサアセンブリ１４は、リブ２６、２７による押し付けによって筐体４に固定されている。

さらに、当接面２２、２３は、ボンディング部１８に設けられている。そして、リブ２６、２７による付勢力は、ボンディング部１８に対して、主に裏面側から表面側に向かう方向に作用する。なお、表面側および裏面側は、センサチップ５や回路チップ６において、素子が設けられる面を表面とみなし、素子が設けられない面を裏面とみなすことに因んで定義されている。

また、内部流路３の気密性を保つシール剤３０が、センサアセンブリ１４と筐体４との間に介在しており、シール剤３０は弾性接着剤である。なお、弾性接着剤とは、例えば、接着される２物体について、一方の物体に生じる線膨張を他方の物体に伝達しない程度に２物体間の線膨張差を吸収できるような弾性を有する接着剤であり、具体的には、シリコーン系の高分子を主成分とするもの等である。

また、センサアセンブリ１４の内、回路チップ６および外部端子７を含む部分は、筐体４の外部に配されて筐体外配置部３１をなす。筐体外配置部３１は、板状であって１つの面方向を指向しており、この面方向に平行な表面３２および裏面３３、ならびに表面３２および裏面３３の面方向への広がりを画する周縁３４を有する。

また、筐体外配置部３１は、樹脂モールドにより形成されたモールド部３９により（図５参照）、例えば、筐体４およびターミナルアセンブリ３６と一体化されている。なお、ターミナルアセンブリ３６は、ＥＣＵに電気信号を出力するための端子３７、３８を含むものであり、モールド部３９によって外部端子７と端子３７とが導通している。

そして、モールド部３９を形成する際の溶融樹脂の射出口の位置および射出方向は、射出された溶融樹脂が表面３２および裏面３３に衝突することなく周縁３４にのみ衝突した後に表面３２および裏面３３に沿って流れるように設定されている。
すなわち、溶融樹脂の射出口は、図５に示すように上下方向を設定すると、例えば、周縁３４の内、外部端子７が突出する部分の真上に設定され、射出方向は、例えば、真下に向かう方向に設定される。

〔実施例の効果〕
空気流量測定装置１によれば、センサアセンブリ１４に設けられた当接面２２、２３が、それぞれ筐体４に設けられた当接面２４、２５に面接触するとともに、リブ２６、２７によって、当接面２２、２３がそれぞれ当接面２４、２５に押し付けられている。

これにより、センサアセンブリ１４と筐体４とは、当接面２２と当接面２４とが押圧し合うことおよび当接面２３と当接面２５とが押圧し合うことで固定されるので、筐体４からセンサアセンブリ１４に線膨張が伝達されなくなる。このため、センサアセンブリ１４と筐体４との間で線膨張の伝達を遮断して線膨張差起因の応力がセンサチップ５や回路チップ６にかからないようにすることができるとともに、センサチップ５や回路チップ６の素子の抵抗値が変動するのを抑制することができる。

また、センサアセンブリ１４は、当接面２２、２３の２箇所で筐体４に面接触することにより筐体４に固定されている。このため、筐体４に対するセンサアセンブリ１４の位置精度を高めることができる。
さらに、センサアセンブリ１４は、リブ２６、２７に付勢されて筐体４に固定されている。このため、当接面２２、２３をそれぞれ当接面２４、２５に押し付ける付勢機構を簡便に設けることができる。

また、センサアセンブリ１４の当接面２２、２３はボンディング部１８に設けられ、ボンディング部１８がリブ２６、２７に付勢されて筐体４に固定されている。
これにより、付勢機構起因の応力はボンディング部１８に発生するようになる。このため、付勢機構起因の応力がセンサチップ５や回路チップ６に発生するのを阻止できるので、付勢機構起因の応力によってセンサチップ５や回路チップ６の素子の抵抗値が変動するのを防止することができる。

また、内部流路３の気密性を保つシール剤３０が、センサアセンブリ１４と筐体４との間に介在しており、シール剤３０は弾性接着剤である。
シール剤３０に弾性接着剤を利用することで、シール剤３０を経由するセンサアセンブリ１４と筐体４との間の線膨張の伝達を緩和することができる。このため、シール剤３０によって内部流路３の気密性を保ちつつ、線膨張差起因の応力がセンサアセンブリ１４に発生するのを抑制できる。

また、筐体外配置部３１は板状であって１つの面方向を有するとともにモールド部３９により筐体４やターミナルアセンブリ３６と一体化されており、モールド部３９を形成する際の溶融樹脂の射出口の位置および射出方向は、射出された溶融樹脂が表面３２および裏面３３に衝突することなく周縁３４にのみ衝突した後に表面３２および裏面３３に沿って流れるように設定されている。

これにより、筐体外配置部３１は、溶融樹脂の射出圧をほぼ均一に受けながら樹脂モールドされる。このため、樹脂モールド起因の応力がセンサアセンブリ１４に発生するのを抑制できる。

〔変形例〕
空気流量測定装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の空気流量測定装置１によれば、センサアセンブリ１４は、２箇所以上で筐体４に面接触することで筐体４に固定されていたが、センサアセンブリ１４を３箇所以上で筐体４に面接触させて筐体４に固定させてもよい。
また、実施例の空気流量測定装置１によれば、付勢機構はリブ２６、２７であったが、バネ等を付勢機構として採用してもよい。

１ 空気流量測定装置
２ 吸気路
３ 内部流路
４ 筐体（他の部材）
５ センサチップ
６ 回路チップ
１４ センサアセンブリ
１８ ボンディング部
２１ 穴
２２ 当接面（センサアセンブリの当接面）
２３ 当接面（センサアセンブリの当接面）
２４ 当接面（筐体の当接面）
２５ 当接面（筐体の当接面）
２６ リブ（付勢機構）
２７ リブ（付勢機構）
３０ シール剤
３１ 筐体外配置部
３２ 表面
３３ 裏面
３４ 周縁
３６ ターミナルアセンブリ（他の部材）

Claims (6)

1. エンジンへの吸気路に配され、この吸気路を流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることで前記エンジンに吸入される空気の流量を測定する空気流量測定装置において、
   取り込んだ空気が通過する内部流路を形成する筐体と、前記伝熱現象により電気信号を発生するセンサチップを有するセンサアセンブリとを備え、
   このセンサアセンブリは、前記内部流路に前記センサチップが露出するように前記筐体に挿入されて固定され、
   前記センサアセンブリおよび前記筐体の各々には、互いに面接触する当接面が設けられており、
   前記センサアセンブリは、前記センサアセンブリの当接面を前記筐体の当接面に押し付ける付勢機構により前記筐体に固定されていることを特徴とする空気流量測定装置。
2. 請求項１に記載の空気流量測定装置において、
   前記センサアセンブリは、前記電気信号を処理する回路チップと、前記センサチップと前記回路チップとを電気的に導通させるボンディング部とを有し、
   前記センサアセンブリの当接面は、前記ボンディング部に設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の空気流量測定装置において、
   前記センサアセンブリの当接面および前記筐体の当接面は、それぞれ２面以上設けられており、
   前記センサアセンブリは、２箇所以上で前記筐体に面接触することで前記筐体に固定されていることを特徴とする空気流量測定装置。
4. 請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
   前記内部流路の気密性を保つシール剤が、前記センサアセンブリと前記筐体との間に介在しており、
   前記シール剤は弾性接着剤であることを特徴とする空気流量測定装置。
5. 請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
   前記センサアセンブリの内、前記筐体の外部に出ている筐体外配置部は、板状であって１つの面方向を指向するとともに、この面方向に平行な表面および裏面、ならびに前記表面および前記裏面の前記面方向への広がりを画する周縁を有し、
   前記筐体外配置部は、樹脂モールドにより他の部材と一体化されており、
   樹脂モールド時の溶融樹脂の射出口の位置および射出方向は、射出された溶融樹脂が前記表面および前記裏面に衝突することなく前記周縁にのみ衝突した後に前記表面および前記裏面に沿って流れるように設定されていることを特徴とする空気流量測定装置。
6. 請求項１ないし請求項５の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
   前記筐体は前記センサアセンブリが嵌る穴を有し、この穴を形成する面の一部が前記筐体の当接面をなし、
   前記付勢機構は、前記穴を形成する面に設けられたリブであり、
   前記センサアセンブリは、前記リブの先端および前記筐体の当接面に圧接するように前記穴に圧入されていることを特徴とする空気流量測定装置。

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