JP2014001933A - 熱式流量計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の熱式流量計は、主通路を流れる被計測気体を取り込んで流すための副通路と、前記副通路を流れる被計測気体との間で熱伝達を行うことにより流量を計測するための流量計測回路と前記被計測気体の温度を検出する温度検出部452とを有する回路パッケージ400と、前記流量を表す電気信号や前記被計測気体の温度を表す電気信号を出力する外部端子を備えると共に前記回路パッケージを支持するケースと、を備え、前記回路パッケージは、前記流量計測回路や前記温度検出部を樹脂で包含された構成からなり、前記温度検出部が回路パッケージ本体から突出した突出部424を有し、前記突出部の根元がその先端部より太く、さらに前記突出部の根元部において、先端に向かって徐々に細くなる形状を有している。
【選択図】図11
Description
図1は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本発明に係る熱式流量計を使用した一実施例を示す、システム図である。エンジンシリンダ112とエンジンピストン114を備える内燃機関110の動作に基づき、吸入空気が被計測気体30としてエアクリーナ122から吸入され、主通路124である例えば吸気ボディ、スロットルボディ126、吸気マニホールド128を介してエンジンシリンダ112の燃焼室に導かれる。前記燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体30の流量は本発明に係る熱式流量計300で計測され、計測された流量に基づいて燃料噴射弁152より燃料が供給され、吸入空気である被計測気体30と共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。なお、本実施例では、燃料噴射弁152は内燃機関の吸気ポートに設けられ、吸気ポートに噴射された燃料が吸入空気である被計測気体30と共に混合気を成形し、吸入弁116を介して燃焼室に導かれ、燃焼して機械エネルギを発生する。
エアクリーナ122から取り込まれ主通路124を流れる吸入空気である被計測気体30の流量および温度が、熱式流量計300により計測され、熱式流量計300から吸入空気の流量および温度を表す電気信号が制御装置200に入力される。また、スロットルバルブ132の開度を計測するスロットル角度センサ144の出力が制御装置200に入力され、さらに内燃機関のエンジンピストン114や吸入弁116や排気弁118の位置や状態、さらに内燃機関の回転速度を計測するために、回転角度センサ146の出力が、制御装置200に入力される。排気ガス24の状態から燃料量と空気量との混合比の状態を計測するために、酸素センサ148の出力が制御装置200に入力される。
内燃機関の主要な制御量である燃料供給量や点火時期はいずれも熱式流量計300の出力を主パラメータとして演算される。また必要に応じて吸入空気の温度に基づいて制御パラメータの補正などが行われる。熱式流量計300の計測精度の向上や経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには熱式流量計300により計測される吸入空気である被計測気体30の流量の計測精度の向上が極めて重要である。また熱式流量計300が高い信頼性を維持していることも大切である。
2.1 熱式流量計300の外観構造
図2および図3、図4は、熱式流量計300の外観を示す図であり、図2(A)は熱式流量計300の左側面図、図2(B)は正面図、図3(A)は右側面図、図3(B)は背面図、図4(A)は平面図、図4(B)は下面図である。熱式流量計300はケース301を有し、ケース301はハウジング302と表カバー303と裏カバー304とを備えている。ハウジング302は、熱式流量計300を主通路124である吸気ボディに固定するためのフランジ312と、外部機器との電気的な接続を行うための外部端子306を有する外部接続部305と、流量等を計測するための計測部310を備えている。計測部310の内部には、副通路を作るための副通路溝が設けられており、さらに計測部310の内部には、主通路124を流れる被計測気体30の流量を計測するための流量検出部602(図19参照)や主通路124を流れる被計測気体30の温度を計測するための温度検出部452を備える回路パッケージ400が設けられている。
熱式流量計300の入口350が、フランジ312から主通路124の中心方向に向かって延びる計測部310の先端側に設けられているので、主通路124の内壁面近傍ではなく、内壁面から離れた中央部に近い部分の気体を副通路に取り込むことができる。このため熱式流量計300は主通路124の内壁面から離れた部分の気体の流量や温度を測定することができ、熱などの影響による計測精度の低下を抑制できる。主通路124の内壁面近傍では、主通路124の温度の影響を受け易く、気体の本来の温度に対して被計測気体30の温度が異なる状態となり、主通路124内の主気体の平均的な状態と異なることになる。特に主通路124がエンジンの吸気ボディである場合は、エンジンからの熱の影響を受け、高温に維持されていることが多い。このため主通路124の内壁面近傍の気体は、主通路124の本来の気温に対して高いことが多く、計測精度を低下させる要因となる。
熱式流量計300を構成する計測部310の上流側側面と下流側側面にそれぞれ上流側突起317と下流側突起318とが設けられている。上流側突起317と下流側突起318は根元に対して先端に行くに従い細くなる形状を成しており、主通路124内を流れる吸入空気である被計測気体30の流体抵抗を低減できる。熱絶縁部315と入口343との間に上流側突起317が設けられている。上流側突起317は断面積が大きく、フランジ312あるいは熱絶縁部315からの熱伝導が大きいが、入口343の手前で上流側突起317が途切れており、さらに上流側突起317の温度検出部452側から温度検出部452への距離が、後述するようにハウジング302の上流側外壁の窪みにより、長くなる形状を成している。このため温度検出部452の支え部分への熱絶縁部315からの熱伝導が抑制される。
フランジ312には、その下面である主通路124と対向する部分に、窪み314が複数個設けられており、主通路124との間の熱伝達面を低減し、熱式流量計300が熱の影響を受け難くしている。フランジ312のねじ孔313は熱式流量計300を主通路124に固定するためのもので、これらのねじ孔313の周囲の主通路124に対向する面が主通路124から遠ざけられるように、各ねじ孔313の周囲の主通路124に対向する面と主通路124との間に空間が成形されている。このようにすることで、熱式流量計300に対する主通路124からの熱伝達を低減し、熱による測定精度の低下を防止できる構造をしている。さらにまた前記窪み314は、熱伝導の低減効果だけでなく、ハウジング302の成形時にフランジ312を構成する樹脂の収縮の影響を低減する作用をしている。
図4(A)は熱式流量計300の平面図である。外部接続部305の内部に4本の外部端子306と補正用端子307が設けられている。外部端子306は熱式流量計300の計測結果である流量と温度を出力するための端子および熱式流量計300が動作するための直流電力を供給するための電源端子である。補正用端子307は生産された熱式流量計300の計測を行い、それぞれの熱式流量計300に関する補正値を求めて、熱式流量計300内部のメモリに補正値を記憶するのに使用する端子であり、その後の熱式流量計300の計測動作では上述のメモリに記憶された補正値を表す補正データが使用され、この補正用端子307は使用されない。従って外部端子306が他の外部機器との接続において、補正用端子307が邪魔にならないように、補正用端子307は外部端子306とは異なる形状をしている。この実施例では外部端子306より補正用端子307が短い形状をしており、外部端子306に接続される外部機器への接続端子が外部接続部305に挿入されても、接続の障害にならないようになっている。また外部接続部305の内部には外部端子306に沿って複数個の窪み308が設けられており、これら窪み308は、フランジ312の材料である樹脂が冷えて固まる時の樹脂の収縮による応力集中を低減するためのものである。
3.1 副通路と流量検出部の構造と効果
熱式流量計300から表カバー303および裏カバー304を取り外したハウジング302の状態を図5および図6に示す。図5(A)はハウジング302の左側面図であり、図5(B)はハウジング302の正面図であり、図6(A)はハウジング302の右側面図であり、図6(B)はハウジング302の背面図である。ハウジング302はフランジ312から計測部310が主通路124の中心方向に延びる構造を成しており、その先端側に副通路を成形するための副通路溝が設けられている。この実施例ではハウジング302の表裏両面に副通路溝が設けられており、図5(B)に表側副通路溝332を示し、図6(B)に裏側副通路溝334を示す。副通路の入口350を成形するための入口溝351と出口352を成形するための出口溝353が、ハウジング302の先端部に設けられているので、主通路124の内壁面から離れた部分の気体を、言い換えると主通路124の中央部分に近い部分を流れている気体を被計測気体30として入口350から取り込むことができる。主通路124の内壁面近傍を流れる気体は、主通路124の壁面温度の影響を受け、吸入空気である被計測気体30などの主通路124を流れる気体の平均温度と異なる温度を有することが多い。また主通路124の内壁面近傍を流れる気体は、主通路124を流れる気体の平均流速より遅い流速を示すことが多い。実施例の熱式流量計300ではこのような影響を受け難いので、計測精度の低下を抑制できる。
図7は、回路パッケージ400の流路面430が副通路溝の内部に配置されている状態を示す部分拡大図であり、図6のA−A断面図である。なお、この図は概念図であり、図5や図6に示す詳細形状に対して、図7では細部の省略および単純化を行っており、細部に関して少し変形している。図7の左部分が裏側副通路溝334の終端部であり、右側部分が表側副通路溝332の始端部分である。図7では明確に記載していないが、計測用流路面430を有する回路パッケージ400の左右両側には、孔342と孔341とが設けられていて、計測用流路面430を有する回路パッケージ400の左右両側で裏側副通路溝334と表側副通路溝332とが繋がっている。
図8は表カバー303の外観を示す図であり、図8(A)は左側面図、図8(B)は正面図、図8(C)は平面図である。図9は裏カバー304の外観を示す図であり、図9(A)は左側面図、図9(B)は正面図、図9(C)は平面図である。図8および図9において、表カバー303や裏カバー304はハウジング302の副通路溝を塞ぐことにより、副通路を作るのに使用される。また突起部356が備え絞りを作るのに使用される。このため成形精度が高いことが望ましい。表カバー303や裏カバー304は金型に熱可塑性樹脂を注入する樹脂モールド工程により、作られるので、高い成形精度で作ることができる。
図10は図5および図6に示すハウジング302の端子接続部320の拡大図である。しかし次の点が少し異なっている。図5および図6の記載と異なる点は、図5および図6では各外部端子内端361がそれぞれ切り離されているのに対し、図10では各外部端子内端361が切り離される前の状態を示しており、各外部端子内端361はそれぞれ繋ぎ部365で繋がっている。外部端子306の回路パッケージ400側に突出する外部端子内端361が、それぞれ対応する接続端子412と重なり合うように、あるいは対応する接続端子412の近傍に来るようにして、第2モールド工程で、各外部端子306が樹脂モールドによりハウジング302に固定されている。各外部端子306の変形や配置のずれを防ぐために、一実施例として、外部端子内端361が互いに繋ぎ部365でつながった状態で、ハウジング302を成形するための樹脂モールド工程(第2樹脂モールド工程)により外部端子306をハウジング302に固定する。ただし、先に接続端子412と外部端子内端361とを固定して、その後第2モールド工程により外部端子306をハウジング302に固定しても良い。
図10に示す実施例では、外部端子内端361の数より回路パッケージ400が有する端子の数が多い。回路パッケージ400が有する端子の内、接続端子412が外部端子内端361にそれぞれ接続されており、端子414は外部端子内端361に接続されない。すなわち端子414は、回路パッケージ400に設けられているが、外部端子内端361に接続されない端子である。
図10の部分拡大図に示す如く、ハウジング302には孔364が設けられている。孔364は図4(A)に示す外部接続部305の内部に設けられた開口309につながっている。実施例では、ハウジング302の両面が表カバー303と裏カバー304で密閉されている。もし孔364が設けられていないと、端子接続部320を含む空隙内の空気の温度変化により、前記空隙内の気圧と外気圧との間に差が生じる。このような圧力差はできるだけ小さいことが望ましい。このため外部接続部305内に設けられた開口309につながる孔364がハウジング302の空隙内に設けられている。外部接続部305は電気的接続の信頼性向上のため、水などによる悪影響を受けない構造としており、開口309を外部接続部305内に設けることで、開口309からの水の浸入を防止でき、さらにごみや埃などの異物の侵入も防止できる。
4.1 ハウジング302の固定部などによる回路パッケージ400の固定構造
次に再び図5および図6を参照して、回路パッケージ400のハウジング302への樹脂モールド工程による固定について説明する。副通路を成形する副通路溝の所定の場所、例えば図5および図6に示す実施例では、表側副通路溝332と裏側副通路溝334のつながりの部分に、回路パッケージ400の表面に成形された計測用流路面430が配置されるように、回路パッケージ400がハウジング302に配置され固定されている。回路パッケージ400をハウジング302に樹脂モールドにより埋設して固定する部分が、副通路溝より少しフランジ312側に、回路パッケージ400をハウジング302に埋設固定するための固定部372として設けられている。固定部372は第1樹脂モールド工程により成形された回路パッケージ400の外周を覆うようにして埋設している。
また回路パッケージ400の外周面の内のハウジング302の樹脂に包含される部分の面積を少なくして、少ない面積で、より強固に回路パッケージ400を固定するには、固定部372における回路パッケージ400の外壁との密着性を高めることが望ましい。ハウジング302を成形する趣旨として熱可塑性樹脂を使用する場合には、熱可塑性樹脂の粘性が低い状態で回路パッケージ400の外壁の細かい凹凸に入り込み、前記外壁の細かい凹凸に入り込んだ状態で、熱可塑性樹脂が硬化することが望ましい。ハウジング302を成形する樹脂モールド工程において、熱可塑性樹脂の入口を固定部372にあるいはその近傍に設けることが望ましい。熱可塑性樹脂は温度の低下に基づいて粘性が増大し、硬化する。従って高温状態の熱可塑性樹脂を固定部372にあるいはその近傍から流し込むことで、粘性の低い状態の熱可塑性樹脂を回路パッケージ400の外壁に密着させ、硬化させることができる。また、固定部372に窪み376や窪み378、窪み373を成形することで、これら窪みを作るための金型により、熱可塑性樹脂の流れを制限する障害部が作られ、固定部372での熱可塑性樹脂の移動速度が低下する。このことにより熱可塑性樹脂の温度低下が抑えられ、低粘性状態を長引かせ、回路パッケージ400と固定部372との密着性が向上する。
上述した図5および図6に示すハウジング302において、流量検出部602や処理部604を備える回路パッケージ400を第1樹脂モールド工程により製造し、次に、被計測気体30を流す副通路を成形する例えば表側副通路溝332や裏側副通路溝334を有するハウジング302を、第2樹脂モールド工程にて製造する。この第2樹脂モールド工程で、前記回路パッケージ400をハウジング302の樹脂内に内蔵して、ハウジング302内に樹脂モールドにより固定する。このようにすることで、流量検出部602が被計測気体30との間で熱伝達を行って流量を計測するための熱伝達面露出部436と副通路、例えば表側副通路溝332や裏側副通路溝334の形状との関係、例えば位置関係や方向の関係を、極めて高い精度で維持することが可能となる。回路パッケージ400毎に生じる誤差やばらつきを非常に小さい値に抑え込むことが可能となる。結果として回路パッケージ400の計測精度を大きく改善できる。例えば従来の接着剤を使用して固定する方式に比べ、2倍以上、計測精度を向上できる。熱式流量計300は量産により生産されることが多く、ここに厳密に計測しながら接着剤で接着する方法には、計測精度の向上に関して限界がある。しかし、本実施例のように第1樹脂モールド工程により回路パッケージ400を製造し、その後被計測気体30を流す副通路を成形する第2樹脂モールド工程にて副通路を成形すると同時に回路パッケージ400と前記副通路とを固定することで、計測精度のばらつきを大幅に低減でき、各熱式流量計300の計測精度を大幅に向上することが可能となる。このことは、図5や図6に示す実施例だけでなく、図7に示す実施例においても同様である。
図11で斜線の部分は、第2樹脂モールド工程において、ハウジング302に回路パッケージ400を固定するために、第2樹脂モールド工程で使用する熱可塑性樹脂で回路パッケージ400を覆うための、固定面432および固定面434を示している。図5や図6を用いて説明したとおり、計測用流路面430および計測用流路面430に設けられている熱伝達面露出部436と副通路の形状との関係が、規定の関係となるように、高い精度で維持されることが重要である。第2樹脂モールド工程において、副通路を成形すると共に同時に副通路を成形するハウジング302に回路パッケージ400を固定するので、前記副通路と計測用流路面430および熱伝達面露出部436との関係を極めて高い精度で維持できる。すなわち、第2樹脂モールド工程において回路パッケージ400をハウジング302に固定するので、副通路を備えたハウジング302を成形するための金型内に、回路パッケージ400を高い精度で位置決めして固定することが可能であり、この金型内に高温の熱可塑性樹脂を注入することで、成型後の副通路に対して、回路パッケージ400が高い精度で固定される。
5.1 回路パッケージのフレーム枠と回路部品の搭載
図12に回路パッケージ400のフレーム枠512およびフレーム枠512に搭載された回路部品516のチップの搭載状態を示す。なお、破線部508は、回路パッケージ400のモールド成形時に用いられる金型により覆われる部分を示す。フレーム枠512にリード514が機械的に接続されており、フレーム枠512の中央に、プレート532が搭載され、プレート532にチップ状の流量検出部602およびLSIとして作られている処理部604が搭載されている。流量検出部602にはダイヤフラム672が設けられており、以下に説明する流量検出部602の各端子と処理部604とがワイヤ542で電気的に接続されている。さらに処理部604の各端子と対応するリード514とがワイヤ543で接続されている。また回路パッケージ400の接続端子となる部分とプレート532との間に位置するリード514は、それらの間にチップ状の回路部品516が接続されている。
図13は、図12のC−C断面の一部を示す図であり、ダイヤフラム672およびダイヤフラム672の内部に設けられた空隙674と孔520とを繋ぐ連通孔676を説明する、説明図である。
図15は回路パッケージ400の他の実施例である。他の図に示されている符号と同じ符号は同じ作用をする構成である。先に説明した図11に示す実施例では、回路パッケージ400は、接続端子412と端子414とが回路パッケージ400の同じ辺に設けられている。これに対して図15に示す実施例では、接続端子412と端子414は異なる辺に設けられている。端子414は、熱式流量計300が有する外部との接続端子に接続されない端子である。このように、熱式流量計300が有する外部に接続する接続端子412と外部に接続しない端子414とを異なる方向に設けることにより、接続端子412の端子間を広くでき、その後の作業性が向上する。また端子414を接続端子412と異なる方向に延びるようにすることで、枠512内のリードが一部に集中するのを低減でき、枠512内でのリードの配置が容易となる。とくに接続端子412に対応するリードの部分には、回路部品516であるチップコンデンサなどが接続される。これら回路部品516を設けるにはやや広いスペースが必要となる。図15の実施例では、接続端子412に対応するリードのスペースを確保し易い効果がある。
6.1 回路パッケージ400の生産工程
図16は熱式流量計300の生産工程の内の回路パッケージ400の生産工程を示す。図17は熱式流量計の生産工程を示し、図18は熱式流量計の生産工程の他の実施例を示す。図16において、ステップ1は図12に示すフレーム枠を生産する工程を示す。このフレーム枠は例えばプレス加工によって作られる。ステップ2では、ステップ1で作られたフレーム枠に、まずプレート532を搭載し、さらにプレート532に流量検出部602や処理部604を搭載し、さらに温度検出素子518、チップコンデンサなどの回路部品を搭載する。またステップ2では、回路部品間や回路部品とリード間、リード同士の電気的な配線を行う。このステップ2において、リード544とリード548の間を、熱抵抗を大きくするための接続線546で接続する。ステップ2では、図12に示す、回路部品がフレーム枠512に搭載され、さらに電気的な接続がなされた電気回路が作られる。
図17では、図16により既に生産されている回路パッケージ400と既に図示しない方法で生産されている外部端子306とが使用される。ステップ5では、第2樹脂モールド工程によりハウジング302がつくられる。このハウジング302は樹脂製の副通路溝やフランジ312や外部接続部305が作られると共に、図11に示す回路パッケージ400の斜線部分が第2樹脂モールド工程の樹脂で覆われ、回路パッケージ400がハウジング302に固定される。前記第1樹脂モールド工程による回路パッケージ400の生産(ステップ3)と第2樹脂モールド工程による熱式流量計300のハウジング302の成形との組み合わせにより、流量検出精度が大幅に改善される。ステップ6で図10に示す各外部端子内端361の切り離しが行われ、接続端子412と外部端子内端361との接続がステップ7で行われる。
図18で、図16により既に生産された回路パッケージ400と図示しない方法で既に生産された外部端子306とが使用され、第2樹脂モールド工程の前にステップ12で、回路パッケージ400の接続端子412と外部端子内端361との接続が行われる。この際、若しくはステップ12よりも前の工程で図10に示す各外部端子内端361の切り離しが行われる。ステップ13で第2樹脂モールド工程によりハウジング302がつくられる。このハウジング302は樹脂製の副通路溝やフランジ312や外部接続部305が作られると共に、図11に示す回路パッケージ400の斜線部分が第2樹脂モールド工程の樹脂で覆われ、回路パッケージ400がハウジング302に固定される。前記第1樹脂モールド工程による回路パッケージ400の生産(ステップ3)と第2樹脂モールド工程による熱式流量計300のハウジング302の成形との組み合わせにより、流量検出精度が大幅に改善される。
7.1 熱式流量計300の回路構成の全体
図19は熱式流量計300の流量検出回路601を示す回路図である。なお、先に実施例で説明した温度検出部452に関する計測回路も熱式流量計300に設けられているが、図19では省略している。熱式流量計300の流量検出回路601は、発熱体608を有する流量検出部602と処理部604とを備えている。処理部604は、流量検出部602の発熱体608の発熱量を制御すると共に、流量検出部602の出力に基づいて流量を表す信号を、端子662を介して出力する。前記処理を行うために、処理部604は、Central Processing Unit(以下CPUと記す)612と入力回路614、出力回路616、補正値や計測値と流量との関係を表すデータを保持するメモリ618、一定電圧をそれぞれ必要な回路に供給する電源回路622を備えている。電源回路622には車載バッテリなどの外部電源から、端子664と図示していないグランド端子を介して直流電力が供給される。
図20は、上述した図19の流量検出回路601の回路配置を示す回路構成図である。流量検出回路601は矩形形状の半導体チップとして作られており、図20に示す流量検出回路601の左側から右側に向って、矢印の方向に、被計測空気30が流れる。
8.1 熱式流量計300における温度検出部452の構造
図2および図3において、計測部310の先端側である、主通路124の中央側に、副通路が設けられている。前記副通路よりもフランジ312側に、被計測気体30の流れの上流側に向かって開口する入口343が図2(A)に示すように形成されている。入口343の内部には被計測気体30の温度を計測するための温度検出部452が、ハウジング302の内部から突出するようにして配置されている。入口343が設けられている計測部310の中央部では、ハウジング302を構成する計測部310の上流側外壁が下流側に向かって、すなわちハウジング302の内側に向かって、窪んでおり、前記窪み形状の上流側外壁から温度検出部452が上流側に向かってハウジング302から外に突出する形状を成している。また前記窪み形状の外壁の両側部には表カバー303と裏カバー304が設けられており、前記表カバー303と裏カバー304の上流側端部が、前記窪み形状の外壁より上流側に向かって突出した形状を成している。このため前記窪み形状の外壁とその両側の表カバー303と裏カバー304とにより、被計測気体30を取り込むための入口343が成形される。入口343から取り込まれた被計測気体30は入口343の内部に設けられた温度検出部452に接触することで、温度検出部452によって温度が計測される。さらに窪み形状を成すハウジング302の外壁から上流側に突出した温度検出部452を支える部分に沿って被計測気体30が流れ、表カバー303と裏カバー304に設けられた表側出口344および裏側出口345が主通路124に排出される。
図2や図3に示す如く、温度検出部452がハウジング302から外に突出して、直接被計測気体30に触れる構造となっているので、検出精度が向上する。また被計測気体30の流れに沿う方向の上流側から入口343に流入する気体の温度が温度検出部452により計測され、さらにその気体が温度検出部452を支える部分である温度検出部452の根元部分に向かって流れることにより、温度検出部452を支える部分の温度を被計測気体30の温度に近づく方向に冷却する作用を為す。主通路124である吸気管の温度が通常高くなり、フランジ312あるいは熱絶縁部315から計測部310内の上流側外壁を通って、温度検出部452を支える部分に熱が伝わり、温度の計測精度に影響を与える恐れがある。上述のように、被計測気体30が温度検出部452により計測された後、温度検出部452の支える部分に沿って流れることにより、前記支える部分が冷却される。従ってフランジ312あるいは熱絶縁部315から計測部310内の上流側外壁を通って温度検出部452を支える部分に熱が伝わるのを抑制できる。
回路パッケージ400は、流量を計測するための後述する流量検出部602や処理部604を内蔵している回路パッケージ本体422と突出部424とを有している。図2に示すように回路パッケージ本体422の側面から突出部424が被計測気体30の上流方向に延びている形状で突出している。突出部424の先端部に温度検出部452が設けられ、温度検出部452の内部に、図12に示す如く、温度検出素子518が埋設されている。突出部424と回路パッケージ本体422とのつながり部には、図11や図15に示す如く、傾斜部462および464が設けられている。この傾斜部462あるいは傾斜部464により突出部424の根元を太くし、先端方向に進むにつれて徐々に細くなる形状が突出部424の根元部に作られる。突出方向の軸に対して前記軸を横切る断面積が、突出部424の根元部で、先端方向に進むにつれて減少する形状を有している。このように、回路パッケージ400が一部突出した形状においては、突出部424は機械的な強度が弱いため、突出部424の根元を太くし、先端方向に進むにつれて徐々に細くなる形状とすることにより、根元への応力の集中を緩和するとともに機械的な強度を向上することができる。また樹脂モールドで突出部424を作る場合に、樹脂が固まるときの体積変化などの影響で、反りなどが生じやすい。根元を太くすることで、このような課題に対しても影響を低減できる。さらに、被計測気体30の温度をできるだけ正確に検出するためには突出長さを長くすることが望ましく、根元を太くすることで突出部424の突出長さを長くすることが可能となり、温度検出部452に設けられた温度検出素子518の検出精度が向上する。
図11や図15で説明したごとく、突出部424の根元部に傾斜部462および464が設けられている。この傾斜部462あるいは傾斜部464により突出部424の根元を太くし、先端方向に進むにつれて徐々に細くなる形状が突出部424の根元部に作られる。すなわち突出方向を軸とした場合に前記突出方向の軸を横切る断面積が徐々に減少する形状が、突出部424の根元部に設けられている。
図21は回路パッケージ400の突出部424の他の実施例であり、先に説明した図面と同じ参照符号は、同じ構造であり、同じ作用効果を為す。従って説明を省略する。回路パッケージ本体422から突出している突出部424は、平面側および裏面側に突起446および突起447を有している。これら突起446および突起447はどちらか一方だけでも効果がある。またこの実施例では、平面側および裏面側に1本ずつ突起が成形されているが、複数本の突起を備えても良い。各突起は根元部448と先端部449とを有し、根元部448から先端部449に向かうにしたがってその高さが低くなっている。図11に示す如く、突出部424の根元部はハウジング302を成形する樹脂に覆われる。このため、第2樹脂モールド工程で、突出部424の根元部と共に突起446や突起447の根元部448も樹脂で覆われる。
図22は、パッケージ本体422から突出する突出部424の部分拡大図であり、図22(A)は、図11(B)や図15(A)に記載の正面図の部分拡大図であり、図22(B)は平面図である。図22(A)に示す傾斜部462や傾斜部464は、図11(B)や図15(A)に示す傾斜部462や傾斜部464に対してさらに曲線を描いている。すなわち図11(B)や図15(A)に示す傾斜部462や傾斜部464は直線または曲線であってもよい。しかし、どちらにしても略同じような効果が得られる。
図23乃至図25はさらに他の実施例を示す。図23は他の実施例である回路パッケージ400をハウジング302によって固定した図であり、図5あるいは図6で説明した実施例の代案である。また図24は図11や図15で説明した実施例の他の実施例である。図25は図12の他の実施例であり、図24で示す他の実施例の回路パッケージ400のフレーム枠に回路部品を搭載した状態を示す図である。図23乃至図25の実施例では、回路パッケージ400のパッケージ本体422から主通路124の中心方向に向かって突出部424が突出している。ハウジング302の計測部310の先端側である、主通路124の中心側に副通路の入口および出口が成形されている。図23では入口が裏面側となり図には表れない。出口を形成するための出口溝353が計測部310の先端側に設けられている。図23の裏面側に形成されている入口から被計測気体30が取り込まれ、主通路124の壁面方向に入口と出口とを繋ぐ副通路(以下副通路計測部435と記す)が形成され、副通路計測部435に流量を計測するための計測用流路面430が設けられている。
302 ハウジング
303 表カバー
304 裏カバー
305 外部接続部
306 外部端子
307 補正用端子
310 計測部
320 端子接続部
332 表側副通路溝
334 裏側副通路溝
356、358 突起部
359 樹脂部
361 外部端子内端
365 繋ぎ部
372、374 固定部
400 回路パッケージ
412 接続端子
414 端子
422 パッケージ本体
424 突出部
430 計測用流路面
432、434 固定面
436 熱伝達面露出部
438 開口
452 温度検出部
590 圧入孔
594、596 傾斜部
601 流量検出回路
602 流量検出部
604 処理部
608 発熱体
640 発熱制御ブリッジ
650 流量検知ブリッジ
672 ダイヤフラム
Claims (14)
- 主通路を流れる被計測気体を取り込んで流すための副通路と、前記副通路を流れる被計測気体との間で熱伝達を行うことにより流量を計測するための流量計測回路と前記被計測気体の温度を検出する温度検出部とを有する回路パッケージと、前記流量を表す電気信号や前記被計測気体の温度を表す電気信号を出力する外部端子を備えると共に前記回路パッケージを支持するケースと、を備え、
前記回路パッケージは、前記流量計測回路や前記温度検出部を樹脂で包含された構成からなり、前記温度検出部が回路パッケージ本体から突出した突出部を有し、
前記突出部の根元がその先端部より太く、さらに前記突出部の根元部において、先端に向かって徐々に細くなる形状を有している、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1に記載の熱式流量計において、
前記突出部の根元は、突出方向に対して垂直な断面においてその先端部より大きく、前記突出部の先端に向かって前記断面が徐々に小さくなる形状を有している、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1に記載の熱式流量計において、
前記突出部の外周から外に向かう突起が形成されており、
前記突起は、前記突出部の前記根元から前記突出部の前記先端の方に向かって延びている、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項3に記載の熱式流量計において、
前記突起は、前記突出部の前記根元部で前記ハウジングの樹脂に覆われている、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1に記載の熱式流量計において、
前記パッケージ本体は、平らな二面と、前記各二面の外周に形成され、前記各二面を繋ぐ側面と、を有し、前記側面から前記突出部が突出する形状を成し、前記側面と前記突出部のつながり部分が前記根元部を構成し、対向する前記つながり部分の間が先端に向かって徐々に細くなる形状を有している、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1に記載の熱式流量計において、
前記パッケージ本体は、平らな二面と、前記各二面の外周に形成され、前記各二面を繋ぐ側面と、を有し、前記側面から前記突出部が突出する形状を成し、前記平らな二面の間の厚さが前記突出部の前記温度検出部より厚い形状を成し、
前記厚さが、先端に向かって徐々に細くなる形状を有している、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1乃至請求項6の内の一に記載の熱式流量計において、
前記パッケージ本体から突出している前記突出部は、主通路を流れる被計測気体の流れの上流方向に向かって突出している、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1乃至請求項6の内の一に記載の熱式流量計において、
前記パッケージ本体から突出している前記突出部は、前記副通路の方向に向かって突出している、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項8に記載の熱式流量計において、
副通路は、前記主通路の中央側に入口および出口を有し、前記入口および前記出口を繋ぐ通路を、前記入口および前記出口より前記主通路の壁面側に有し、
前記入口および前記出口と、前記入口および前記出口を繋ぐ前記通路と、の間に前記主通路に開口する孔を設け、
前記パッケージ本体から突出している前記突出部を、前記副通路の方向に向かって突出させ、前記突出部の先端に設けられた温度検出部が前記主通路に開口する前記孔に配置される、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1乃至請求項9の内の一に記載の熱式流量計において、
前記パッケージ本体から突出している前記突出部は、その内部にリードを備えており、前記リードの先端部に温度検出素子が電気的に接続されている、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項10に記載の熱式流量計において、
前記突出部は、その内部に、前記温度検出素子が接続された第1のリードと、前記パッケージ本体の内部の電気回路と接続される第2のリードと、前記第1のリードと前記第2のリードとの間に設けられ、前記第1のリードと前記第2のリードとを電気的に接続するための接続線と、を有する、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項7に記載の熱式流量計において、
前記回路パッケージを保持すると共に前記回路パッケージで計測された流量を表す電気信号および気体の温度を表す電気信号を出力するための外部端子を備えるハウジングを有し、
前記回路パッケージの前記回路パッケージ本体が前記ハウジングの内部に設けられ、前記回路パッケージが有する前記突出部が前記ハウジングから外に突出している、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項7に記載の熱式流量計において、回路パッケージ本体はその内部に流量を計測するためのダイヤフラムと流量を出力する処理部とを有しており、前記ダイヤフラムの位置と前記処理部の位置とを結ぶ線に対して前記線を横切る方向に、前記突出部が前記回路パッケージ本体から突出している、ことを特徴とする熱式流量計。
- 請求項8に記載の熱式流量計において、回路パッケージ本体はその内部に流量を計測するためのダイヤフラムと流量を出力する処理部とを有しており、前記ダイヤフラムの位置と前記処理部の位置とを結ぶ線に対して前記線に沿う方向に、前記突出部が前記回路パッケージ本体から突出している、ことを特徴とする熱式流量計。
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