JP2016042035A - 熱式流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】冷熱サイクルが作用する環境下で使用する場合であっても、リード端子に作用する応力を緩和することができる熱式流量計を提供することにある。
【解決手段】第１直線部４１と第２直線部４２とが直交する方向において、第１直線部４１および前記第２直線部４２の中心線Ｌｎから第３屈曲部４５の中心線の最も離れた位置までの距離を屈曲部の山高さＨとし、リード端子４１２の端子厚さをＴとしたときに、４≦Ｈ／Ｔ≦１０の関係を満たす。
【選択図】図７Ｂ

Description

本発明は熱式流量計に関する。

気体の流量を計測する熱式流量計は流量を計測するための流量検出部を備え、前記流量検出部と計測対象である前記気体との間で熱伝達を行うことにより、前記気体の流量を計測するように構成されている。熱式流量計が計測する流量は色々な装置の重要な制御パラメータとして広く使用されている。熱式流量計の特徴は、他の方式の流量計に比べ相対的に高い精度で気体の流量、例えば質量流量を計測できることである。

しかしさらに気体流量の計測精度の向上が望まれている。例えば、内燃機関を搭載した車両では、省燃費の要望や排気ガス浄化の要望が非常に高い。これら要望に応えるには、内燃機関の主要パラメータである吸入空気量を高い精度で計測することが求められている。

このような熱式流量計の技術として、主通路から取り込まれた被計測気体を流すための副通路と、該副通路を流れる被計測気体との間で熱伝達面を介して熱伝達を行うことにより、被計測気体の流量を計測するための流量検出部を備える熱式流量計が提案さている（特許文献１参照）。

この特許文献１には、１樹脂モールド工程により流量検出部と流量検出部に接続されたリードとを封止した回路パッケージと、第２樹脂モールド工程により副通路の一部を形成するとともに回路パッケージを固定したハウジングとを備える熱式流量計が記載されている。リードは、回路パッケージの本体から突出してハウジングに固定されるアウタリードを有しており、アウタリードに屈曲形状を有する屈曲部が設けられている点が記載されている。

特開２００４−１１７３３８号公報

ところで、特許文献１の如き熱式流量計は、アウタリードであるリード端子が、その両端で保持されており、熱式流量計の使用時にその両端の距離が変化した際に、屈曲部が変形することにより、リード端子に係る応力を緩和していた。しかしながら、このような屈曲部を設けた場合、屈曲部の形状によっては、熱式流量計の使用時の冷熱サイクルによる熱応力が起因して、屈曲部にクラックが発生することがあった。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、冷熱サイクルが作用する環境下で使用する場合であっても、リード端子に作用する応力を緩和することができる熱式流量計を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係る熱式流量計は、主通路を流れる被計測気体の一部を取り込む副通路と、前記副通路を流れる被計測気体の流量を検出する流量検出部とを備え、該流量検出部が計測した計測値に基づいて前記主通路を流れる被計測気体の流量を検出する熱式流量計である。熱式流量計は、前記流量検出部と該流量検出部に電気的に接続されたリード端子とを備えており、該リード端子の一方端は、第１保持部で保持されており、前記リード端子の他方端は、第２保持部で保持されており、前記リード端子は、前記第１保持部から前記第２保持部に向かって直線状に延在した第１直線部と、前記第２保持部から前記第１保持部に向かって直線状に延在した第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部との間において、前記第１直線部および前記第２直線部に対して屈曲した屈曲部とを備えている。屈曲部は、前記第１直線部の近傍で屈曲した第１屈曲部と、前記第２直線部の近傍で屈曲した第２屈曲部と、前記第１屈曲部と前記第２屈曲部とを繋ぐように屈曲した少なくとも１つの第３屈曲部とを備えている。前記第１直線部と前記第２直線部と直交する方向において、前記第１直線部および前記第２直線部の中心線から前記第３屈曲部の中心線の最も離れた位置までの最大距離を屈曲部の山高さＨとし、前記リード端子の端子厚さをＴとしたときに、４≦Ｈ／Ｔ≦１０の関係を満たす。

本発明によれば、熱式流量計が使用される冷熱サイクルが作用する環境下であっても、リード端子に作用する応力を緩和することができる。

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。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す正面図。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す左側面図。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す背面図。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す右側面図。 本発明に係る熱式流量計から表カバーを取り外したハウジングの状態を示す正面図。 本発明に係る熱式流量計から裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す背面図。 図２ＡのＡ−Ａ矢視断面図。 図３Ａに示す回路パッケージの左側面図。 図３Ａに示す回路パッケージの正面図。 図３Ａに示す回路パッケージの背面図。 図３Ａの端子接続部近傍の拡大図。 図６のＤ−Ｄ線に沿った矢視模式的断面図であり、実施例１に係る熱式流量計のリード端子の接続状態を示した矢視模式的断面図。 図７Ａに示すリード端子をモデル化した図。 図７Ｂに示すモデルに基づいたリード端子のＨ／Ｔと最大主ひずみの関係を示した図。 図７Ｂに示すモデルに基づいたリード端子のＬ１／Ｌ２と最大主ひずみの関係を示した図。 図７Ｂに示すモデルに基づいたリード端子のＨ／Ｌ２と最大主ひずみの関係を示した図。 実施例２に係る熱式流量計のリード端子の接続状態を示した模式的断面図。 図１０Ａに示すリード端子をモデル化した図。 実施例３に係る熱式流量計のリード端子の接続状態を示した模式的断面図。 図１１Ａに示すリード端子をモデル化した図。 実施例４に係る熱式流量計のリード端子の接続状態を示した模式的断面図。 図１２Ａに示すリード端子をモデル化した図。 実施例５に係る熱式流量計のリード端子の接続状態を示した模式的断面図。 図１３Ａに示すリード端子をモデル化した図。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
１．内燃機関制御システムとこれに配置される熱式流量計
図１は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本実施形態に係る熱式流量計を使用した一実施形態を示すシステム図である。図１に示すように、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ＩＡとしてエアクリーナ１２２から吸入され、主通路１２４が形成された吸気管７１を含む例えば吸気ボディ、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。

燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体ＩＡの流量は、本実施形態に係る熱式流量計３０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ＩＡと共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。なお、本実施形態では、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ＩＡと共に混合気を成形し、吸気弁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。

熱式流量計３０は、図１に示す内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する方式だけでなく、各燃焼室に燃料を直接噴射する方式にも同様に使用できる。両方式とも熱式流量計３０の使用方法を含めた制御パラメータの計測方法および燃料供給量や点火時期を含めた内燃機関の制御方法の基本概念は略同じであり、両方式の代表例として吸気ポートに燃料を噴射する方式を図１に示す。

燃焼室に導かれた燃料および空気は、燃料と空気の混合状態を成しており、点火プラグ１５４の火花着火により、爆発的に燃焼し、機械エネルギを発生する。燃焼後の気体は排気弁１１８から排気管に導かれ、排気ＥＡとして排気管から車外に排出される。前記燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体ＩＡの流量は、アクセルペダルの操作に基づいてその開度が変化するスロットルバルブ１３２により制御される。前記燃焼室に導かれる吸入空気の流量に基づいて燃料供給量が制御され、運転者はスロットルバルブ１３２の開度を制御して前記燃焼室に導かれる吸入空気の流量を制御することにより、内燃機関が発生する機械エネルギを制御することができる。

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ＩＡの流量、湿度および温度が、熱式流量計３０により計測され、熱式流量計３０から吸入空気の流量、湿度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や吸気弁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ＥＡ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。

制御装置２００は、熱式流量計３０の出力である吸入空気の流量、湿度、および温度、および回転角度センサ１４６からの内燃機関の回転速度、に基づいて燃料噴射量や点火時期を演算する。これら演算結果に基づいて、燃料噴射弁１５２から供給される燃料量、また点火プラグ１５４により点火される点火時期が制御される。燃料供給量や点火時期は、実際にはさらに熱式流量計３０で計測される吸気温度やスロットル角度の変化状態、エンジン回転速度の変化状態、酸素センサ１４８で計測された空燃比の状態に基づいて制御されている。制御装置２００はさらに内燃機関のアイドル運転状態において、スロットルバルブ１３２をバイパスする空気量をアイドルエアコントロールバルブ１５６により制御し、アイドル運転状態での内燃機関の回転速度を制御する。

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３０の出力を主パラメータとして演算される。従って熱式流量計３０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３０により計測される吸入空気である被計測気体ＩＡの流量の計測精度の向上が極めて重要である。

２．熱式流量計の外観とその取り付け状態
図２は、熱式流量計３０の外観を示している。図２Ａは熱式流量計３０の正面図、図２Ｂは左側面図、図２Ｃは背面図、図２Ｄは右側面図である。
熱式流量計３０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３０を、主通路を構成す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を有する外部接続部（コネクタ部）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いる。

上述した表カバー３０３と裏カバー３０４を覆うことにより、副通路が形成されたケーシングとなる。計測部３１０の内部には、主通路を流れる被計測気体ＩＡの流量を計測するための流量検出部６０２や主通路を流れる被計測気体ＩＡ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（図３Ａ、３Ｂ参照）。

熱式流量計３０は、フランジ３１２を吸気ボディ（吸気管）７１に固定することにより、計測部３１０が主通路内に片持ち状に支持される。図２Ａおよび図３Ｂでは、熱式流量計３０と吸気管７１との位置関係を明確にするため、仮想線で吸気管７１を示している。

熱式流量計３０の計測部３１０は、フランジ３１２から主通路１２４の径方向の中心方向に向かって長く延びる形状を成し、その先端部には吸入空気などの被計測気体ＩＡの一部を副通路に取り込むための主取込口３５０（図２Ｃ参照）と副通路から被計測気体ＩＡを主通路１２４に戻すための排出口３５５（図２Ｄ参照）が設けられている。

熱式流量計３０の主取込口３５０が、フランジ３１２から主通路の径方向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ることにより、主通路の内壁面から離れた部分の気体を副通路に取り込むことができる。これにより、主通路の内壁面の温度の影響を受け難くなり、気体の流量や温度の計測精度の低下を抑制できる。なお、後述するように本実施形態では、主取込口３５０の中心は、主通路１２４の被計測気体ＩＡが流れる方向Ｄに沿った中心線ＣＬに対してオフセットしている。

また、主通路１２４の内壁面近傍では流体抵抗が大きく、主通路の平均的な流速に比べ、流速が低くなる。本実施例の熱式流量計３０では、フランジ３１２から主通路の中央に向かって延びる薄くて長い計測部３１０の先端部に主取込口３５０が設けられているので、主通路中央部の流速の速い気体を副通路（計測用通路）に取り込むことができる。また、副通路の排出口３５５も計測部３１０の先端部に設けられているので、副通路内を流れた気体を流速の速い主通路１２４の中央部近傍に戻すことができる。

計測部３１０は主通路１２４の外壁から中央に向かう軸に沿って長く延びる形状を成しているが、幅は、図２Ｂ及び図２Ｄに記載の如く、狭い形状を成している。すなわち、熱式流量計３０の計測部３１０は、側面の幅が薄く正面が略長方形の形状を成している。これにより、熱式流量計３０は、被計測気体ＩＡに対しては流体抵抗を小さくして、十分な長さの副通路を備えることができる。

被計測気体ＩＡの温度を計測するための温度検出部４５２が、計測部３１０の中央部で、計測部３１０内の上流側外壁が下流側に向かって窪んだ位置に、上流側外壁から上流側に向かって突出する形状を成して設けられている。

表カバー３０３および裏カバー３０４は、薄い板状に形成されて、広い冷却面を備える形状を成している。このため熱式流量計３０は、空気抵抗が低減され、さらに主通路１２４を流れる被計測気体により冷却されやすい効果を有している。

外部接続部３０５の内部には、図示しない外部端子と補正用端子とが設けられている。外部端子は、計測結果である流量と温度を出力するための端子と、直流電力を供給するための電源端子とで構成される。補正用端子は熱式流量計３０に関する補正値を、熱式流量計３０内部のメモリに記憶するのに使用する端子である。

３．ハウジング内の副通路と回路パッケージ
次に、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、ハウジング３０２内に構成される副通路及び回路パッケージの構成について説明する。図３Ａおよび図３Ｂは熱式流量計３０から表カバー３０３または裏カバー３０４を取り外したハウジング３０２の状態を示している。図３Ａは、本発明に係る熱式流量計から表カバーを取り外したハウジングの状態を示す正面図であり、図３Ｂは、本発明に係る熱式流量計から裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す背面図である。

ハウジング３０２には、計測部３１０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。副通路３３０は、主通路１２４を流れる被計測気体の一部を取り込むために熱式流量計３０内に形成された通路である。本実施例ではハウジング３０２の表裏両面に副通路溝３３２，３３４が設けられている。表カバー３０３及び裏カバー３０４をハウジング３０２の表面及び裏面にかぶせることにより、ハウジング３０２の両面に連続した副通路３３０が形成される。このような構造とすることで、第２樹脂（熱可塑性樹脂）によるハウジング３０２の成形時（樹脂モールド工程）にハウジング３０２の両面に設けられる金型を使用して、表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４の両方をハウジング３０２の一部に形成し、これらを繋ぐようにハウジング３０２を貫通した貫通部３８２を形成し、この貫通部３８２に回路パッケージ４００の流量検出素子（流量検出部）６０２を配置することができる。

図３Ｂに示すように、主通路を流れる被計測気体ＩＡの一部は、主取込口３５０から裏側副通路溝３３４内に取り込まれ、裏側副通路溝３３４内を流れる。裏側副通路溝３３４に裏カバー３０４を覆うことにより、熱式流量計３０には、副通路３３０のうち、第１の通路３１と第２の通路３２の上流側の一部が形成される。

第１の通路３１は、主通路１２４を流れる被計測気体ＩＡを取り込む主取込口３５０から、取り込んだ被計測気体ＩＡの一部を排出する排出口３５５まで形成された汚損物質の排出用通路である。第２の通路３２は、第１の通路３１に流れる被計測気体ＩＡを取り込む副取込口３４から、流量検出部６０２に向かって形成された流量計測用通路である。主取込口３５０は、主通路１２４の上流側に面して開口しており、排出口３５５は、主通路１２４の下流側に面して開口しており、排出口３５５の開口面積は、主取込口３５０の開口面積よりも小さい。これにより、主取込口３５０からの被計測気体ＩＡを第２の通路３２にも流れ易くすることができる。

裏面副通路溝３３４のうち、第２の通路３２（流量検出部６０２までの通路）の通路溝は、流れ方向に進むにつれて深くなる形状をしており、溝に沿って流れるにつれ表側の方向に被計測気体ＩＡは徐々に移動する。裏側副通路溝３３４には回路パッケージ４００の上流部３４２で急激に深くなる急傾斜部３４７が設けられている。質量の小さい空気の一部は急傾斜部３４７に沿って移動し、回路パッケージ４００の貫通部３８２のうち上流部３４２で図４に示す計測用流路面４３０の方を流れる。一方質量の大きい異物は遠心力によって急激な進路変更が困難なため、急傾斜部３４７に沿って流れることができず、図４に示す計測用流路裏面４３１の方を流れる。その後、貫通部３８２のうち下流部３４１を通り、図３Ａに示す表側副通路溝３３２を流れる。

上述した如く、回路パッケージ４００の計測用流路面４３０を含む部分は、貫通部３８２の空洞内に配置され、この貫通部３８２は計測用流路面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３Ａに示すように、貫通部３８２において、上流部３４２から被計測気体ＩＡである空気は計測用流路面４３０に沿って流れる。このとき、流量検出部６０２に設けられた熱伝達面４３７を介して流量を計測するための流量検出部６０２との間で熱伝達が行われ、流量の計測が行われる。なお、この流量の計測原理は、熱式流量計として一般的な検出原理であってよく、本実施例の如く、回路パッケージ４００の流量検出部６０２が計測した計測値に基づいて主通路を流れる被計測気体の流量を検出することができるものであれば、検出するための構成は特に限定されるものではない。

計測用流路面４３０を通過した被計測気体ＩＡや回路パッケージ４００の下流部３４１から表側副通路溝３３２に流れてきた空気は共に表側副通路溝３３２に沿って流れ、第２の通路３２の出口溝３５３から、主通路１２４の下流側に面した排出口を介して主通路１２４に排出される。

この実施例では、裏側副通路溝３３４で構成される第２の通路３２は曲線を描きながらハウジング３０２の先端部からフランジ方向に向かい、フランジ側に最も近い位置では副通路３３０を流れる被計測気体ＩＡは主通路１２４の流れに対して逆方向の流れとなる。この逆方向の流れの部分となる貫通部３８２で、ハウジング３０２の一方側に設けられた第２の通路３２のうち裏面側に設けられたセンサ上流側通路３２ａが、他方側に設けられた第２の通路３２の表面側に設けられたセンサ下流側通路３２ｂに繋がる。

すなわち、この実施例では、回路パッケージ４００の先端側は貫通部３８２の空洞内に配置される。回路パッケージ４００の上流側に位置する上流部３４２の空間と回路パッケージ４００の下流側に位置する下流部３４１の空間は、この貫通部３８２に含まれることになり、貫通部３８２は、上述した如く、ハウジング３０２の表面側と裏面側とを貫通するように刳り貫かれている。これにより、上述した如く、貫通部３８２で、ハウジング３０２の表面側の表側副通路溝３３２により形成されたセンサ上流側通路３２ａと、裏面側の裏側副通路溝３３４により形成されたセンサ下流側通路３２ｂとが連通する。

なお、図４に示すように、計測用流路面４３０側の空間と計測用流路裏面４３１側の空間とは、ハウジング３０２にインサートされた回路パッケージ４００によって区分されており、ハウジング３０２によっては区分されていない。上流部３４２の空間と、下流部３４１の空間と、計測用流路面４３０側の空間と、計測用流路裏面４３１側の空間とによって形成される一つの空間が、ハウジング３０２の表面と裏面とに連続して形成されており、この一つの空間にハウジング３０２にインサートされた回路パッケージ４００が片持ち状で突出している。このような構成とすることで、１回の樹脂モールド工程でハウジング３０２の両面に副通路溝を成形でき、また両面の副通路溝を繋ぐ構造を合わせて成形することが可能となる。

回路パッケージ４００は、第２樹脂により成形されたハウジング３０２の固定部３７２，３７３，３７６で、ハウジング３０２に埋設するように固定されている。このような固定構造は、ハウジング３０２を第２樹脂で成形すると同時に、回路パッケージ４００をハウジング３０２にインサート成形することにより、熱式流量計３０に実装することができる。なお、本実施形態では、第１樹脂は、回路パッケージ４００を成形するための樹脂であり、第２樹脂は、ハウジング３０２を成形するための樹脂である。

表側副通路溝３３２の両側には、表側副通路内周壁（第２通路用壁）３９３と表側副通路外周壁（第２通路用壁）３９４が設けられ、これら表側副通路内周壁３９３と表側副通路外周壁３９４の高さ方向の先端部と表カバー３０３の内側面とが密着することで、ハウジング３０２の下流側副通路が形成される。

主取込口３５０から取り込まれ、裏側副通路溝３３４により構成される第１の通路３１を流れた被計測気体ＩＡは、図３Ｂの右側から左側に向かって流れる。ここで第１の通路３１から分岐するように形成された第２の通路３２の副取込口３４に、取込んだ被計測気体ＩＡの一部が、分流して流れる。流れた被計測気体ＩＡは、貫通部３８２の上流部３４２を介して、回路パッケージ４００の計測用流路面４３０の表面と表カバー３０３に設けられた突起部３５６で作られる流路３８６の方を流れる（図４参照）。

他の被計測気体ＩＡは計測用流路裏面４３１と裏カバー３０４で作られる流路３８７の方を流れる。その後、流路３８７を流れた被計測気体ＩＡは、貫通部３８２の下流部３４１を介して表側副通路溝３３２の方に移り、流路３８６を流れている被計測気体ＩＡと合流する。合流した被計測気体ＩＡは、表側副通路溝３３２を流れ、出口３５２を経由してハウジングに形成された排出口３５５から主通路１２４に排出される。

裏側副通路溝３３４から貫通部３８２の上流部３４２を介して流路３８６に導かれる被計測気体ＩＡの方が、流路３８７に導かれる流路よりも曲りが大きくなるように、副通路溝が形成されている。これにより、被計測気体ＩＡに含まれるごみなどの質量の大きい物質は、曲りの少ない流路３８７の方に集まる。

流路３８６では、突起部３５６は絞りを形成しており、被計測気体ＩＡを渦の少ない層流にする。また突起部３５６は被計測気体ＩＡの流速を高める。これにより、計測精度が向上する。突起部３５６は、計測用流路面４３０に設けた流量検出部６０２の熱伝達面露出部４３６に対向する方のカバーである表カバー３０３に形成されている。

ここで、図３Ｂに示すように、裏側副通路溝３３４は、対向して形成された第１通路用壁３９５と、裏側副通路内周壁（第２通路用壁）３９２と、裏側副通路外周壁（第２通路用壁）３９１とにより形成されている。これら裏側副通路内周壁３９２と裏側副通路外周壁３９１とのそれぞれの高さ方向の先端部と裏カバー３０４の内側面とが密着することで、ハウジング３０２の第１の通路３１と第２の通路３２のセンサ上流側通路３２ａが成形される。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ハウジング３０２には、フランジ３１２と副通路溝が形成された部分との間に空洞部３３６が形成されている。この空洞部３３６の中に、回路パッケージ４００のリード端子４１２と、外部接続部３０５の接続端子３０６とを接続する端子接続部３２０が設けられている。リード端子４１２と接続端子３０６（の内端部３６１）とは、スポット溶接あるいはレーザ溶接などにより、電気的に接続される。

４．回路パッケージの外観
図５Ａは回路パッケージ４００の左側面図、図５Ｂは回路パッケージ４００の正面図、図５Ｃは回路パッケージ４００の背面図である。図５Ａ〜図５Ｃに示す回路パッケージ４００は、流量検出部６０２と、流量検出部６０２からの信号を処理する処理部（図示せず）と、これらに接続されたリードフレームを少なくとも備えており、これらは第１樹脂（熱硬化性樹脂）でリードフレームのリード端子４１２が露出するように一体成形されている。第１樹脂で流量検出部６０２や処理部を、トランスファモールドすることにより回路パッケージ４００が作られるため、回路パッケージ４００の寸法精度を向上することができる。

図５Ｂに示す回路パッケージ４００の表面には、被計測気体ＩＡを流すための面として作用する計測用流路面４３０が被計測気体ＩＡの流れ方向に長く延びる形状で成形されている。計測用流路面４３０は、被計測気体ＩＡの流れ方向に長く延びる長方形を成している。計測用流路面４３０は、図５Ａに示す如く、他の部分より薄く作られていて、その一部に、第１樹脂から露出した熱伝達面露出部４３６が設けられている。熱伝達面露出部４３６は流量検出部６０２の一部を構成している。流量検出部６０２は、熱伝達面露出部４３６を介して被計測気体ＩＡと熱伝達を行い、被計測気体ＩＡの状態、例えば被計測気体ＩＡの流速を計測し、主通路１２４を流れる流量を表す電気信号を出力する。

半導体素子で構成される流量検出部（流量検出素子）６０２には、熱伝達面露出部４３６に相当する半導体ダイヤフラムが形成されており、半導体ダイヤフラムは、流量検出部６０２の裏面に空隙を成形することにより得られる。前記空隙を密閉すると温度変化による前記空隙内の圧力の変化により、半導体ダイヤフラムが変形し、計測精度が低下する。そこで、半導体ダイヤフラム裏面の空隙と連通する開口４３８が回路パッケージ４００の表面に設けられている。

なお、回路パッケージ４００の裏面には、図５Ｃに示すように、熱伝達面露出部４３６の露出および開口４３８を成形するために、樹脂モールド成形時に内部基板あるいはプレートを支持する金型の押さえの押さえ跡４４１，４４２が形成されている。

回路パッケージ４００は、流量検出部６０２の熱伝達面露出部４３６が、ハウジング３０２、表カバー３０３、および裏カバー３０４により形成された副通路内に露出するように、第２樹脂で成形されたハウジングに固定される。図５Ａ〜図５Ｃに示す回路パッケージ４００の外観上に記載した斜線部分は、第１樹脂で回路パッケージ４００を成形した後に、第２樹脂でハウジング３０２を成形する際に、第２樹脂で回路パッケージ４００が覆われる固定面４３２である。

５．回路パッケージ４００のリード端子
回路パッケージ４００には、内蔵する流量検出部６０２を動作させるための電力の供給、および流量の計測値や温度の計測値を出力するために、これらに電気的に接続されたリードフレームが設けられている。リードフレームは、第１樹脂で封止された封止部から突出するように、第１樹脂から露出した複数のリード端子４１２を有している。リード端子４１２は、一定幅で一直線状に延在する帯板形状を有しており、複数本が同一平面上で平行に配列されている。図５Ａ〜図５Ｃに示すように、リードフレームには、外部への接続端子３０６（図６参照）に接続されるリード端子４１２と、回路パッケージ４００を検査する検査用端子４１４が第１樹脂から露出するように形成されている。

図６は、図３Ａの端子接続部近傍の拡大図である。ここで、図５Ａ〜図５Ｃではリード端子４１２と同等の長さの検査用端子４１４を示しているが、回路パッケージ４００の動作確認後（検査終了後）には、計測用の端子として用いない。したがって、図６に示すように検査用端子４１４は切断される（図６参照）。したがって、図６に示すように検査用端子４１４は、接続端子３０６には接続されない。

接続端子３０６は、ハウジング３０２に固定されており、回路パッケージ４００側に突出する内端部３６１が、それぞれ対応するリード端子４１２と重なり合うように、配置されている。内端部３６１は、フランジ３１２側から回路パッケージ４００側に向かって突出してリード端子４１２と同じ方向に延在している。リード端子４１２の板厚は、接続端子３０６の内端部３６１の板厚よりも薄い構成を有している。

リード端子４１２と接続端子３０６（内端部３６１）は、回路パッケージ４００とフランジ３１２との間に成形された空隙部分である端子接続部３２０で、スポット溶接あるいはレーザ溶接などにより電気的に接続されて固定されている。リード端子４１２と内端部３６１との接続部は、吸気管よりも主通路内側に配置されている。

ここで、熱式流量計３０は、計測部３１０の基端部側が内燃機関の輻射熱により高温化し、先端部側が吸入空気の冷却により低温化して、吸入空気の流れ方向に対して交差する方向に温度差を生じる。特に、回路パッケージ４００が第１樹脂（熱硬化性樹脂）で成形され、ハウジング３０２が第２樹脂（熱可塑性樹脂）で形成され、熱膨張係数が互いに相違しているので、温度差によりリード端子４１２には応力が作用しやすい。

ハウジング３０２と、回路パッケージ４００と、リード端子４１２と、接続端子３０６等の各部品は、互いに異なる熱膨張係数を有しており、熱式流量計３０全体に、軸方向の膨張収縮に加えて、曲げやねじれの変形が伴う。したがって、回路パッケージ４００内の細線（ワイヤ）や薄板（リード）などの剛性の低い部位に最大主応力が加わり、破断に至る可能性がある。

特に、熱式流量計３０は、常に高温に晒されている部品と異なり、全体が高温もしくは低温の状態と、吸入空気の冷却効果により部分的に低温化して部位に応じて温度差を有する状態とを交互に繰り返し、その頻度が極めて高い。このように、各部品の熱による膨張収縮が多い過酷な環境で使用されるものであることから、熱による応力を緩和する必要がある。

このような結果、リード端子４１２は、その両端を保持されており、熱式流量計３０の使用時の温度変化（熱サイクル）によりその両端の距離が変化する。特に、リード端子４１２の一方端は回路パッケージ４００の第１樹脂により保持（拘束）されており、他方側は、ハウジング３０２に固定された接続端子３０６に接続されているので、材料の熱膨張係数の相違等により、リード端子４１２の両端の距離は変化しやすい。

そこで、リード端子４１２には、機械的弾性力を増すために、応力吸収用屈曲部４１６が設けられている。応力吸収用屈曲部４１６は、リード端子４１２の両固定部間に配置されており、応力吸収用屈曲部４１６は、第１樹脂で封止された平板状のリードフレーム本体のリード面に交差する方向であるリード厚さ方向に屈曲されて形成されている。以下にリード端子４１２の実施例を、以下の実施例１〜実施例５に基づいて詳細に説明する。

〔実施例１〕
図７Ａは、図６のＤ−Ｄ線に沿った模式的断面図であり、実施例１に係る熱式流量計のリード端子の接続状態を示した模式的断面図である。図７Ｂは、図７Ａに示すリード端子をモデル化した図である。

図７Ａに示すように、本実施例では、リード端子４１２の一方端は、回路パッケージ４００の第１樹脂からなる第１保持部５１で保持されており、リード端子の他方端は、溶接部である第２保持部５２で保持されている。リード端子４１２は、第１保持部５１から第２保持部５２に向かって直線状に延在した第１直線部４１と、第２保持部５２から第１保持部５１に向かって直線状に延在した第２直線部４２とを備えている。本実施例では、第１直線部４１と第２直線部４２とは同一平面状にあり、これらの中心線は一致している。

リード端子４１２は、上述したように、第１直線部４１と第２直線部４２との間において、第１直線部４１および第２直線部４２に対して、リード端子４１２の厚さ方向に屈曲した応力吸収用屈曲部（屈曲部）４１６とを備えている。

ここで、応力吸収用屈曲部４１６は、第１直線部４１の近傍で屈曲した第１屈曲部４３と、第２直線部４２の近傍で屈曲した第２屈曲部４４と、第１屈曲部４３と前記第２屈曲部４４とを繋ぐように屈曲した１つの第３屈曲部４５とを備えている。本実施例では、第１屈曲部４３と第２屈曲部４４とは同一方向に屈曲している。

ここで、本実施例では、図７Ｂに示すように、第１直線部４１と第２直線部４２と直交する方向において、第１直線部４１および第２直線部４２の延在方向に沿った中心線Ｌｎから、第３屈曲部４５の屈曲した中心線の最も離れた位置までの最大距離を屈曲部の山高さＨとし、リード端子４１２の端子厚さをＴとしたときに、４≦Ｈ／Ｔ≦１０の関係を満たしている。

このような関係は、発明者の有限要素法による解析結果に基づくものである。図７Ｂに示すような前提条件で、種々のパラメータを変動させて解析を実施した。ここで、図７Ｂに示す、Ｌ１は、第１直線部４１と第１屈曲部４３との境界部４１ｂから第２直線部４２と第２屈曲部４４との境界部４２ｂまでの距離である。Ｌ２は、第１保持部５１と第１直線部４１との境界部４１ａから第２保持部５２と第２直線部４２との境界部４２ａまでの距離である。Ｒ１〜Ｒ３は、第１〜第３屈曲部のそれぞれの中心線の曲率である。さらに、θは、第３屈曲部４５の曲げ角度であり、第１屈曲部４３と第３屈曲部４５との間に形成された直線部分に沿った仮想線と、第２屈曲部４４と第３屈曲部４５との間に形成された直線部分に沿った仮想線とがなす角度である。

これらのパラメータを変化させて、解析を行った結果、リード端子４１２を拘束した状態で、一方向から荷重を作用させた時に、リード端子４１２に作用する最大主ひずみ（すなわち応力）が最も変化する因子が、Ｈ／Ｔであること解った。図８は、図７Ｂに示すモデルに基づいたリード端子のＨ／Ｔと最大主ひずみの関係を示した図であり、解析結果の一例である。

図８に示す結果から、４≦Ｈ／Ｔ≦１０の範囲であれば、リード端子４１２に作用する応力集中を低減することができる。ここで、Ｈ／Ｔは４より小さくなるに従って、リード端子４１２の最大主ひずみは飛躍的に大きくなる。すなわち、山高さＨは小さく、端子厚さＴが厚い場合には、応力吸収用屈曲部４１６が変形し難くなるからである。一方、Ｈ／Ｔが１０を超えても、最大主ひずみ（応力）を大幅に低減させる効果は期待できず、Ｈの大きさが大きくなりすぎてしまう。なお、実際に製作した熱式流量計のうち、Ｈ／Ｔ＜４における２点の条件ではリード端子４１２に破損する場合があった。さらに、図８に示すＨ，Ｔ以外の他のパラメータを変更した場合であっても、図８に示すようなＨ／Ｔの関係は成立することが確認できた。

次に、４≦Ｈ／Ｔ≦１０を満たすことを前提に、発明者らの解析から、リード端子４１２に作用する最大主ひずみ（すなわち応力）が変化する因子は、Ｌ１／Ｌ２およびＨ／Ｌ２であることが解った。図９Ａは、図７Ｂに示すモデルに基づいたリード端子のＬ１／Ｌ２と最大主ひずみの関係を示した図である。図９Ｂは、図７Ｂに示すモデルに基づいたリード端子のＨ／Ｌ２と最大主ひずみの関係を示した図であり、これらの解析結果は一例である。

図９Ａ、図９Ｂに示すように、０．４≦Ｌ１／Ｌ２≦１．０の関係を満たし、かつ、０．１５≦Ｈ／Ｌ２≦０．３５の関係を満した時に、リード端子４１２に作用する応力集中を低減することができる。

ここで、Ｌ１／Ｌ２が０．４よりも小さい、またはＨ／Ｌ２が０．１５よりも小さい場合には、リード端子４１２の最大主ひずみは飛躍的に大きくなる。すなわち、Ｌ２が大きいほど、応力吸収用屈曲部４１６の曲げ角度を緩やかにすることができる。このような条件を満たすことで、第３屈曲部４５の曲げ角度θを、９０°〜１５０°の範囲に設定することができる。曲げ角度θが９０°未満の場合には、第３屈曲部４５に過度の応力が作用してしまい、曲げ角度θが１５０°を超えた場合には、曲げにより応力吸収用屈曲部４１６が変形し難くなってしまう。また、Ｌ２は小さいほどリード端子４１２の両側から応力吸収用屈曲部４１６に作用するモーメントを低減することができる。

また、Ｌ１／Ｌ２が１．０を超えた場合、またはＨ／Ｌ２が０．３５を超えた場合の、いずれの場合であっても、最大主ひずみ（応力）を大幅に低減させる効果は期待できず、実際の形状に適用するとリード端子が大きくなる傾向にある。

次に、４≦Ｈ／Ｔ≦１０、０．４≦Ｌ１／Ｌ２≦１．０、かつ０．１５≦Ｈ／Ｌ２≦０．３５を満たすことを前提に、０．４≦Ｒ３／Ｒ１≦２．５、かつ、０．４≦Ｒ３／Ｒ２≦２．５を満たせば、応力吸収用屈曲部４１６の応力を低減することができる。

すなわち、Ｒ３／Ｒ１＜０．４またはＲ３／Ｒ２＜０．４では、Ｒ３に対してＲ１，Ｒ２が大きくなりすぎるため、最も応力が集中する第３屈曲部４５に作用する応力が飛躍的に大きくなる。一方、Ｒ３／Ｒ１＞２．５またはＲ３／Ｒ２＞２．５では、Ｒ１，Ｒ２に対してＲ３が大きくなりすぎるため、第１屈曲部４３、第２屈曲部４４で応力集中しやすくなる。

〔実施例２〕
図１０Ａは、実施例２に係る熱式流量計のリード端子４１２の接続状態を示した模式的断面図であり、図１０Ｂは、図１０Ａに示すリード端子４１２をモデル化した図である。なお、第１実施例の構成と同じ機能を有する構成は同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、リード端子４１２が接続端子を兼用している点である。すなわち、実施例１では、リード端子４１２の第２保持部５２は、接続端子３０６との溶接部であったが、実施例２では、リード端子４１２の第２保持部５２はハウジング３０２（第２樹脂）である。

このような場合であっても、図１０Ｂに示すように基本的な構造は変わらないので、第２実施例のリード端子の場合でも、実施例１に係るリード端子と同様に、４≦Ｈ／Ｔ≦１０の関係を満たせば、応力吸収用屈曲部４１６に作用する応力を低減することができる。さらに０．４≦Ｌ１／Ｌ２≦１．０の関係を満たし、かつ、０．１５≦Ｈ／Ｌ２≦０．３５の関係を満たすことにより、応力吸収用屈曲部４１６に作用する応力を一層低減することができる。

また、実施例１および２では、１つの第３屈曲部４５が、第１屈曲部４３と第２屈曲部４４と間の中央に形成されているので、第３屈曲部４５には均一に応力が作用しやすい。これにより、最も応力集中しやすい第３屈曲部４５に作用する応力を好適に分散することができる。

〔実施例３〕
図１１Ａは、実施例３に係る熱式流量計のリード端子４１２の接続状態を示した模式的断面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示すリード端子４１２をモデル化した図である。なお、第１実施例の構成と同じ機能を有する構成は同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、第１直線部４１の中心線と、第２直線部４２の中心線とは、オフセットしている点である。このように、第１直線部４１の中心線と、第２直線部４２の中心線とをずらすことにより、リード端子４１２の両側から内側に向かう圧縮応力を、応力吸収用屈曲部４１６に逃がすことができる。

また、図１１Ｂに示すように、実施例３のリード端子４１２の山高さＨは、第２直線部４２と直交する方向において、第２直線部４２の中心線Ｌｎから第３屈曲部４５の中心線上の最も離れた位置までの距離であり、４≦Ｈ／Ｔ≦１０の関係を満たしている。実施例１と同様にリード端子４１２に作用する応力集中を低減することができる。

〔実施例４〕
図１２Ａは、実施例４に係る熱式流量計のリード端子４１２の接続状態を示した模式的断面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａに示すリード端子４１２をモデル化した図である。なお、第１実施例の構成と同じ機能を有する構成は同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、第３の屈曲部を２つ設けた点である。

図１２Ａに示すように、実施例４の応力吸収用屈曲部４１６は、台形状であり、第１屈曲部４３と第２屈曲部４４は、同じ方向に屈曲し、これらを繋ぐように、２つの第３屈曲部４５Ａ，４５Ｂが形成されている。

また、図１２Ｂに示すように、実施例４のリード端子４１２の山高さＨは、第１直線部４１と直交する方向において、第１直線部４１の中心線Ｌｎから第３屈曲部４５Ａの中心線上の最も離れた位置までの距離であり、４≦Ｈ／Ｔ≦１０の関係を満たしている。このような場合であっても、実施例１と同様にリード端子４１２に作用する応力集中を低減することができる。

〔実施例５〕
図１３Ａは、実施例５に係る熱式流量計のリード端子４１２の接続状態を示した模式的断面図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示すリード端子４１２をモデル化した図である。なお、第１実施例の構成と同じ機能を有する構成は同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、第３の屈曲部を２つ設け、サインカーブ状にリード端子４１２を屈曲させた点である。

図１３Ａに示すように、実施例５の応力吸収用屈曲部４１６はサインカーブ状であり、第１屈曲部４３と第２屈曲部４４は、反対方向に屈曲し、これらを繋ぐように、２つの第３屈曲部４５Ｃ，４５Ｄが形成されている。

また、図１３Ｂに示すように、実施例５のリード端子４１２の山高さＨは、第１直線部４１と直交する方向において、第１直線部４１の中心線Ｌｎから第３屈曲部４５Ｃの中心線上の最も離れた位置までの距離、または、第２直線部４２と直交する方向において、第２直線部４２の中心線Ｌｎから第３屈曲部４５Ｄの中心線上の最も離れた位置までの距離であり、両者は同じ距離である。そして、リード端子４１２は、４≦Ｈ／Ｔ≦１０の関係を満たしている。このような場合であっても、実施例１と同様にリード端子４１２に作用する応力集中を低減することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

たとえば、第１実施例のリード端子は、０．４≦Ｒ３／Ｒ１≦２．５、かつ、０．４≦Ｒ３／Ｒ２≦２．５を満たすようにしたが、第２〜第５実施例でも同様の関係を満たしてもよく、これにより、リード端子に作用する応力集中を低減することができる。

３０…熱式流量計
４１…第１直線部
４２…第２直線部
４３…第１屈曲部
４４…第２屈曲部
４５…第３屈曲部
５１…第１保持部
５２…第２保持部
３１…第１の通路
３１Ａ…上流側通路
３０２…ハウジング
３０３…表カバー
３０４…裏カバー
４００…回路パッケージ
４１２…リード端子
４１６…応力吸収用屈曲部
６０２…流量検出部

Claims (8)

1. 主通路を流れる被計測気体の一部を取り込む副通路と、前記副通路を流れる被計測気体の流量を検出する流量検出部とを備え、該流量検出部が計測した計測値に基づいて前記主通路を流れる被計測気体の流量を検出する熱式流量計であって、
   前記熱式流量計は、前記流量検出部と、該流量検出部に電気的に接続されたリード端子と、を備えており、
   該リード端子の一方端は、第１保持部で保持されており、前記リード端子の他方端は、第２保持部で保持されており、
   前記リード端子は、前記第１保持部から前記第２保持部に向かって直線状に延在した第１直線部と、前記第２保持部から前記第１保持部に向かって直線状に延在した第２直線部と、
   前記第１直線部と前記第２直線部との間において、前記第１直線部および前記第２直線部に対して屈曲した屈曲部とを備えており、
   該屈曲部は、前記第１直線部の近傍で屈曲した第１屈曲部と、前記第２直線部の近傍で屈曲した第２屈曲部と、前記第１屈曲部と前記第２屈曲部とを繋ぐように屈曲した少なくとも１つの第３屈曲部とを備えており、
   前記第１直線部と前記第２直線部とが直交する方向において、前記第１直線部および前記第２直線部の中心線から前記第３屈曲部の中心線上の最も離れた位置までの最大距離を屈曲部の山高さＨとし、前記リード端子の端子厚さをＴとしたときに、４≦Ｈ／Ｔ≦１０の関係を満たすことを特徴とする熱式流量計。
2. 前記第３屈曲部は１つであり、
   前記第１直線部と前記第１屈曲部との境界部から前記第２直線部と前記第２屈曲部との境界部までの距離をＬ１とし、
   前記第１保持部と前記第１直線部との境界部から前記第２保持部と前記第２直線部との境界部までの距離をＬ２としたときに、
   ０．４≦Ｌ１／Ｌ２≦１．０の関係を満たし、かつ、０．１５≦Ｈ／Ｌ２≦０．３５の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
3. 前記第１屈曲部の曲率をＲ１、前記第２屈曲部の曲率をＲ２、前記第３屈曲部の曲率をＲ３としたときに、０．４≦Ｒ３／Ｒ１≦２．５、かつ、０．４≦Ｒ３／Ｒ２≦２．５を満たすことを特徴とする請求項２に記載の熱式流量計。
4. 前記第３の屈曲部の曲げ角度は、９０°〜１５０°の範囲にあることを特徴とする請求項２に記載の熱式流量計。
5. 前記第３屈曲部は１つであり、前記第３屈曲部は前記第１屈曲部と前記第２屈曲部と間の中央に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
6. 前記第３屈曲部の端子厚さは、前記リード端子の他の部分の端子厚さよりも薄くなっていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
7. 前記第１直線部の中心線と、前記第２直線部の中心線とは、オフセットしていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
8. 前記熱式流量計は、前記流量検出部と、前記リード端子を含むリードフレームとを備え、第１樹脂で成形された回路パッケージと、前記副通路の一部を形成するとともに前記回路パッケージを固定した第２樹脂からなるハウジングと、を備えており、
   前記第１保持部は前記回路パッケージの前記第１樹脂であり、前記第２保持部は、前記ハウジングの前記第２樹脂または前記ハウジングに固定された接続端子の溶接部であることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。

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