JP2018179613A - 物理量検出装置、物理量検出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減できる。【解決手段】物理量検出装置は、ハウジングと、絶縁性である樹脂材により被覆される回路基板と、ハウジングとの組み合わせにより回路基板が配置される回路室、および被計測気体が通過する流路を形成するカバーと、流路に設置される導体と、樹脂材を貫通して導体および回路基板を電気的に接続する導電性部材とを備える。【選択図】図１２

Description

本発明は、物理量検出装置、および物理量検出装置の製造方法に関する。

主通路を流れる被計測気体の物理量を計測する装置として物理量検出装置がある。物理量検出装置は、計測される物理量の一つである質量流量を検出するために、主通路である配管内を流れる被計測気体の一部を副通路に取り込み、流量検出部に導く構造となっている。流量検出部には、ホットワイヤーやシリコンエレメント等が配置され、ホットワイヤーやシリコンエレメント等が気流によって冷却され、電気抵抗値が変化することを利用して配管内の質量流量が計測される。特許文献１には、バイパス通路に静電気散逸領域を設けて、汚損物の電荷を取り除く物理量検出装置の技術が開示されている。

独国特許発明第１０２０１３２２１７９１号明細書

物理量検出装置の製造コストの低減が求められる。

本発明の第１の態様による物理量検出装置は、ハウジングと、絶縁性である樹脂材により被覆される回路基板と、前記ハウジングとの組み合わせにより前記回路基板が配置される回路室、および被計測気体が通過する流路を形成するカバーと、前記流路に設置される導体と、前記樹脂材を貫通して前記導体および前記回路基板を電気的に接続する導電性部材とを備える。
本発明の第２の態様による物理量検出装置の製造方法は、導電性の導電性部材の長手方向の一方がハウジングに設けられた前記回路基板に接するように前記導電性部材を前記回路基板に配することと、前記導電性部材が配された回路基板を絶縁性の樹脂材を用いて、前記導電性部材の前記長手方向の他方が前記樹脂材から露出するように被覆することと、被計測気体が通過する流路となる箇所に配される導体を含むカバーを前記導電性部材と圧接させることで、前記導体と前記回路基板とを電気的に接続するとともに、前記ハウジングとの組み合わせにより前記回路基板が配置される回路室、および前記流路を形成することと、を含む。

本発明によれば、物理量検出装置の製造コストを低減できる。

物理量検出装置３００を含む内燃機関制御システムを示す図 物理量検出装置３００の正面図 物理量検出装置３００の背面図 図４（ａ）は物理量検出装置３００の左側面図、図４（ｂ）は右側面図 物理量検出装置３００から表カバー３０３を除去した正面図 物理量検出装置３００から裏カバー３０４を除去した背面図 図５のＢ−Ｂ線断面図 図８（ａ）は表カバー３０３の副通路の対向面を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＤ−Ｄ線断面図 図９（ａ）は裏カバー３０４の副通路の対向面を示す図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＥ−Ｅ線断面図 図１０（ａ）は樹脂封止前の図８のＢ−Ｂ線断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ部の拡大図 図１１（ａ）は樹脂封止後の図４ＡのＣ−Ｃ線断面図、図１１（ｂ）のＢ部の拡大図 図１２（ａ）はカバー接着後の図２のＡ−Ａ線断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＣ部の拡大図 図１３は従来の物理量検出装置１３００の外観を示す図 図１４（ａ）は図１３のＦＦ断面を示す図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＤ部の拡大図 従来の物理量検出装置１３００の製造過程を示す図 第２の実施の形態における中間部材５５１近傍の断面を示す図 第２の実施の形態の変形例１における中間部材５５１近傍の断面を示す図 第３の実施の形態における中間部材５５１近傍の断面を示す図 第３の実施の形態の変形例１における中間部材５５１近傍の断面を示す図 第３の実施の形態の変形例２における中間部材５５１近傍の断面を示す図 中間部材５５１の複数のバリエーションを示す図 第４の実施の形態における中間部材５５１近傍の断面を示す図 第４の実施の形態における物理量検出装置３００の製造方法を示す図 第４の実施の形態における物理量検出装置３００の製造方法を示す図 第４の実施の形態における物理量検出装置３００の製造方法を示す図

―第１の実施の形態―
以下、図１〜図１５を参照して、物理量検出装置の第１の実施の形態を説明する。

《１．内燃機関制御システム》
図１は、物理量検出装置３００を含む電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムを示す図である。エンジンシリンダ１１２およびエンジンピストン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から吸入される。被計測気体３０は、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。燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体３０の物理量は、物理量検出装置３００で検出される。物理量とはたとえば、流量、温度、湿度、および圧力である。そして検出された物理量に基づいて燃料噴射弁１５２より燃料が供給され、この燃料は被計測気体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被計測気体３０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。

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、爆発的に燃焼して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、排気ガス２４として排気管から車外に排出される。燃焼室に導かれる被計測気体３０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。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。

エアクリーナ１２２から取り込まれ主通路１２４を流れる被計測気体３０の流量、温度、湿度、圧力などの物理量が物理量検出装置３００により検出され、物理量検出装置３００から吸入空気の物理量を表す電気信号が制御装置２００に入力される。また制御装置２００には、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の出力が入力される。さらに制御装置２００には、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、および回転角度センサ１４６の出力が入力される。さらに制御装置２００には、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の出力が入力される。

制御装置２００は、物理量検出装置３００の出力である吸入空気の物理量と、回転角度センサ１４６の出力に基づき計測された内燃機関の回転速度とに基づいて、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、実際にはさらに物理量検出装置３００で検出される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、きめ細かく制御される。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。

《２．物理量検出装置構造》
図２〜図４は、物理量検出装置３００の外観を示す図である。図２は物理量検出装置３００の正面図、図３は背面図、図４（ａ）は左側面図、図４（ｂ）は右側面図を示す。以下では図２に示す上を高さ方向ｈ、図２に示す右を流れ方向ｆ、図２の奥行きを幅方向ｗと呼ぶ。なお流れ方向ｆは被計測気体３０が流れる方向である。図２に示す一点鎖線は後述する断面を示す線である。なお本実施の形態では他の図にも断面を示す一点鎖線が示されているが、図１３を除いていずれも同一の断面を示すものである。換言すると、本実施の形態において示される全ての一点鎖線は、流れ方向ｆおよび高さ方向ｈの位置が同一である。

図２〜図４に示すように、物理量検出装置３００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、合成樹脂製材料をモールド成形することによって構成される。ハウジング３０２は、物理量検出装置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３１１と、フランジ３１１から突出して外部機器との電気的な接続を行うためのコネクタを有する外部接続部３２１と、フランジ３１１から主通路１２４の中心に向かって突出するように延びる計測部３３１とを有している。図４（ａ）および図４（ｂ）において横が幅方向ｗを示すが、物理量検出装置３００の幅方向の中心をｗの原点とすると、図４（ａ）では図示右側が幅方向ｗのプラス側であり、図４（ｂ）では図示左側が幅方向ｗのプラス側である。

図５は図２に示す物理量検出装置３００の正面図から表カバー３０３を除去した図、図６は図３に示す物理量検出装置３００の背面図から裏カバー３０４を除去した図である。図５および図６に示すように、計測部３３１には、回路基板４００が一体に設けられている。回路基板４００は、ハウジング３０２をモールド成形する際にインサート成形により一体に設けられる。回路基板４００には、主通路１２４を流れる被計測気体３０の物理量を検出する複数の検出部と、検出部で検出した信号を処理するための回路部が設けられている。検出部は、後述するように被計測気体３０に晒される位置に配置される。回路部は、後述するように表カバー３０３によって形成された回路室に配置され、樹脂封止材によって覆われている。

《３．副通路構造について》
図５および図６に示すように、計測部３３１の表面と裏面には副通路溝が設けられており、表カバー３０３及び裏カバー３０４との協働により図４に示すように第１副通路３０５が形成される。計測部３３１の先端部には、吸入空気などの被計測気体３０の一部を第１副通路３０５に取り込むための第１副通路入口３０５ａと、第１副通路３０５から被計測気体３０を主通路１２４に戻すための第１副通路出口３０５ｂが設けられている。第１副通路３０５の通路途中には、回路基板４００の一部が突出しており、その突出部分には検出部である流量検出部６０２が配置されて、被計測気体３０の流量を検出するようになっている。すなわち第１副通路３０５は、高さ方向ｈに高さを有する筆記体の小文字のエルに似た形状を有し、図４に示すように第１副通路入口３０５ａと第１副通路出口３０５ｂでは幅方向ｗの位置が異なる。

第１副通路３０５よりもフランジ３１１寄りの計測部３３１の中間部には、吸入空気などの被計測気体３０の一部をセンサ室Ｒｓに取り入れるための第２副通路３０６が設けられている。第２副通路３０６は、計測部３３１と裏カバー３０４との協働により形成される。第２副通路３０６は、被計測気体３０を取り込むために上流側外壁３３６に開口する第２副通路入口３０６ａと、第２副通路３０６から被計測気体３０を主通路１２４に戻すために下流側外壁３３８に開口する第２副通路出口３０６ｂを有している。第２副通路３０６は、計測部３３１の背面側に形成されたセンサ室Ｒｓに連通している。センサ室Ｒｓには、回路基板４００の裏面に設けられた検出部である圧力センサと湿度センサが配置されている。なお図７に示す中間部材５５１は、回路基板４００と表カバー３０３に配される後述する導体５０１とを電気的に接続する。詳しくは後述する。

《４．外部接続》
図２〜図４に示すように、外部接続部３２１はフランジ３１１の上面に設けられ、フランジ３１１から被計測気体３０の流れ方向下流側に向かって突出するコネクタ３２２を有している。コネクタ３２２には、制御装置２００との間を接続する通信ケーブルを差し込むための差し込み穴３２２ａが設けられている。差し込み穴３２２ａ内には、図４（ｂ）に示すように、内部に４本の外部端子３２３が設けられている。外部端子３２３は、物理量検出装置３００の計測結果である物理量の情報を出力するための端子および物理量検出装置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となる。

《５．ハウジング構造》
ハウジング３０２の全体構造について図５〜図７を用いて説明する。図７は図５のＢ−Ｂ線断面図である。ハウジング３０２は、フランジ３１１から計測部３３１が主通路１２４の中心に向かって延びる構造を成している。計測部３３１の基端側には回路基板４００がインサート成形されている。図７に示すように、回路基板４００は、計測部３３１の表面と裏面との中間位置で計測部３３１の面に沿って平行に配置されて、ハウジング３０２に一体にモールドされている。すなわち回路基板４００は、計測部３３１の基端側を幅方向ｗに２分している。

《６．回路基板近傍の構造》
図７に示すように、計測部３３１の表面側には、回路基板４００の回路部を収容する回路室Ｒｃが形成されている。計測部３３１の裏面側には、圧力センサと湿度センサを収容するセンサ室Ｒｓが形成されている。回路室Ｒｃは、表カバー３０３をハウジング３０２に取り付けることにより形成される。センサ室Ｒｓは、裏カバー３０４をハウジング３０２に取り付けることにより、第２副通路３０６と、第２副通路３０６を介して計測部３３１の外部に連通する室内空間として形成される。回路基板４００の一部は、計測部３３１の回路室Ｒｃと第１副通路３０５との間を仕切る仕切壁３３５から第１副通路３０５内に突出しており、その突出した部分の計測用流路面４３０に流量検出部６０２が設けられている。

《７．第一副通路の構造》
計測部３３１の長さ方向先端側には、第１副通路３０５を成形するための副通路溝、すなわち図５に示される表側副通路溝３３２と、図６に示される裏側副通路溝３３４とを有している。表側副通路溝３３２は、計測部３３１の下流側外壁３３８に開口する第１副通路出口３０５ｂから上流側外壁３３６に向かって移行するに従って漸次計測部３３１の基端側であるフランジ３１１側に湾曲し、計測部３３１を幅方向ｗに貫通する開口部３３３に連通している。開口部３３３は、上流側外壁３３６と下流側外壁３３８との間に亘って延びるように、主通路１２４の被計測気体３０の流れ方向ｆに沿って形成されている。

裏側副通路溝３３４は、図６に示すように、上流側外壁３３６から下流側外壁３３８に向かって移行し、上流側外壁３３６と下流側外壁３３８との間で二股に分かれる。二股に分かれた一方は、排出通路としてそのまま一直線状に延在して下流側外壁３３８の排出口３０５ｃに開口する。二股に分かれた他方は、下流側外壁３３８に移行するに従って漸次計測部３３１の基端側であるフランジ３１１側に湾曲し、開口部３３３に連通している。裏側副通路溝３３４は、主通路１２４から被計測気体３０が流入する入口溝を形成する。表側副通路溝３３２は、裏側副通路溝３３４から取り込んだ被計測気体３０を主通路１２４に戻す出口溝を形成する。

図６に示すように、主通路１２４を流れる被計測気体３０の一部が第１副通路入口３０５ａ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。そして、被計測気体３０に含まれている質量の大きな異物は一部の被計測気体と共に分岐からそのまま一直線状に延在する排出通路に流れ込み、下流側外壁３３８の排出口３０５ｃから主通路１２４に排出される。

裏側副通路溝３３４は、進むにつれて深くなる形状をしており、被計測気体３０は裏側副通路溝３３４に沿って流れるにつれ計測部３３１の表側、すなわち幅方向ｗのプラス側に徐々に移動する。特に裏側副通路溝３３４は開口部３３３の手前で急激に深くなる急傾斜部３３４ａが設けられていて、質量の小さい空気の一部は急傾斜部３３４ａに沿って移動し、開口部３３３内で回路基板４００の計測用流路面４３０側を流れる。一方、質量の大きい異物は、急激な進路変更が困難なため、計測用流路面裏面４３１側を流れる。

図５に示すように、開口部３３３で表側に移動した被計測気体３０は、回路基板の計測用流路面４３０に沿って流れ、計測用流路面４３０に設けられた流量検出部６０２との間で熱伝達が行われ、流量の計測が行われる。開口部３３３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、下流側外壁３３８に開口する第１副通路出口３０５ｂから主通路１２４に排出される。

被計測気体３０に混入しているごみなどの質量の大きい物質は慣性力が大きいので、溝の深さが急激に深まる急傾斜部３３４ａの部分の表面に沿って溝の深い方向に急激に進路を変えることは困難である。このため質量の大きい異物は計測用流路面裏面４３１の方を移動し、異物が流量検出部６０２の近くを通るのを抑制できる。この実施例では気体以外の質量の大きい異物の多くが、計測用流路面４３０の背面である計測用流路面裏面４３１を通過するように構成しているので、油分やカーボン、ごみなどの異物による汚れの影響を低減でき、計測精度の低下を抑制できる。すなわち主通路１２４の流れの軸を横切る軸に沿って被計測気体３０の進路を急に変化させる形状を有しているので、被計測気体３０に混入する異物の影響を低減できる。

《８．樹脂封止材について》
樹脂封止材３５３は、回路室Ｒｃ内のＬＳＩ４１４等の電子部品およびアルミワイヤ４１３等の電食しやすい電気的接合部を被覆するように設置されているため、被計測気体３０に含まれる腐食性ガス・塩水・オイル等が付着して電食が生じるのを防いでいる。また、回路基板４００外部へ信号を送るためのアルミワイヤ４１３は樹脂封止材３５３に被覆されることにより固定されるため、振動等からの断線が防止可能である。また、回路基板４００と表カバー３０３の間の中空部分が樹脂封止材３５３により満たされるため、ハウジング３０２の全体構造における回路室部分の機械的強度が向上する構造をしている。
樹脂封止材３５３は絶縁性を有している方が望ましく、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリイミドやアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂を使用することができ、またそれらの樹脂にガラスなどの絶縁性のフィラーを含有した樹脂も使用することができる。

《９．表カバー、裏カバーの構造》
図８（ａ）は表カバー３０３の副通路の対向面を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。図９（ａ）は裏カバー３０４の副通路の対向面を示す図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。

図８および図９に示す、表カバー３０３および裏カバー３０４は、ハウジング３０２の表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４を塞ぐことにより、第１副通路３０５を形成する。表カバー３０３はさらに回路室Ｒｃを形成する。裏カバー３０４はさらに、計測部３３１の裏面側の凹部を塞ぐことで第２副通路３０６と、第２副通路３０６に連通するセンサ室Ｒｓとを形成する。

表カバー３０３と裏カバー３０４は、計測部３３１の表面と裏面にそれぞれ取り付けられる。そして、表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４の縁に沿ってレーザー溶接等により接合され、同様に、回路室Ｒｃ及びセンサ室Ｒｓの縁に沿ってレーザー溶接等により接合される。表カバー３０３の対向面には、ハウジング３０２の表側副通路溝３３２を閉塞する第５領域３６１と、ハウジング３０２の表側副通路溝３３２を閉塞する第６領域３６２と、回路室Ｒｃを形成する第７領域３６３が形成されている。

表カバー３０３には、導体５０１が設けられている。導体５０１は、被計測気体に含まれている塵埃等の異物が帯電して流量検出部６０２やその周囲に付着しないように、除電するためのものであり、例えばアルミニウム合金などの導電性を有する金属板によって構成されている。導体５０１は、表カバー３０３にインサート成形されることで表カバー３０３内に一体的に設けられている。導体５０１は導電性を有する金属板の他に、カーボンやアルミナなどの導電性フィラーを含有した樹脂材料を用いることもできる。

導体５０１は、表カバー３０３の第６領域３６２に配置される平板部５０２と、平板部５０２から突出して先端が第７領域３６３に配置される腕部５０３を有している。平板部５０２は、表カバー３０３の対向面に少なくとも一部が露出して、ハウジング３０２の計測用流路である開口部３３３において回路基板４００の計測用流路面４３０の少なくとも流量検出部６０２に対向する位置に対向配置される。平板部５０２は、流量検出部６０２との間を通過する被計測気体３０の流速を速めるために、被計測気体３０の流れ方向中央が山形に突出した凸形状を有している。腕部５０３は、回路基板４００と電気的な接続をとるための接触部５０４を有している。接触部５０４は、表カバー３０３がハウジング３０２に取り付けられた状態で中間部材５５１と当接する。詳しくは後述する。

裏カバー３０４の対向面には、ハウジング３０２の裏側副通路溝３３４を閉塞する第１領域３７１Ａと、急傾斜部３３４ａを閉塞する第２領域３７１Ｂと、ハウジング３０２の開口部３３３を閉塞する第３領域３７２と、センサ室Ｒｓを形成する第４領域３７３とが形成されている。

《１０．除電回路の形成及び回路保護方法とその効果説明》
図１０〜図１２を参照して導体５０１と回路基板４００との電気的な接続、および回路室Ｒｃの樹脂封止方法を説明する。図１０（ａ）は樹脂封止前の図５のＢ−Ｂ線断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ部の拡大図である。図１１（ａ）は樹脂封止後の図５のＢ−Ｂ線断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ部の拡大図である。図１２（ａ）はカバー接着後の図２のＡ−Ａ線断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＣ部の拡大図である。すなわち図１０〜図１２は、物理量検出装置３００の製造過程を順番に示す図である。

前述のとおり、ハウジング３０２をモールド成形する際にインサート成形により回路基板４００が一体に設けられている。図１０に示すように、まず回路基板４００のグランド回路に導電性接着剤などを用いて中間部材５５１を接着する。中間部材５５１は細長い略円柱形状を有しており、一端である接続部５５５が回路基板４００と接着される。中間部材５５１は弾性的な性質を有する非金属材料であり、導電性を有する。また中間部材５５１の長手方向の長さは、製造完了時の回路基板４００と表カバー３０３との距離よりも長い。

なお中間部材５５１の素材は導体５０１と回路基板４００と電気的に接続する役割を果たしつつ、腐食性ガスなどにより電食が生じない材料が望ましく、例えばカーボンやアルミナなどの導電性フィラーを含有した樹脂材料などが良い。またその形態としては、予め硬化させ、接続時の圧下による弾性変形により接続を保持するゴム状態のものを使用すると、物理量検出装置３００の実使用環境として想定される高温、低温状態の熱膨張・収縮時でも接続を確保しやすくなるためより望ましい。

次に、図１１に示すように樹脂封止材３５３により回路基板４００の表側、すなわち図１１の図示左側が封止される。このとき中間部材５５１の接続部５５５および接続部５５５の近傍の側面である埋没部５５４は樹脂封止材３５３により封止される。しかし、接続部５５５とは逆側の端部である接触端５５２、および接触端５５２の近傍の側面である露出部５５３は樹脂封止材３５３から露出している。

そして図１２に示すように表カバー３０３をハウジング３０２に取り付ける。前述のとおり、表カバー３０３には導体５０１がインサート成形されており、導体５０１は接触部５０４を有する。表カバー３０３をハウジング３０２に取り付けると、中間部材５５１が長手方向に縮められる。そのため中間部材５５１の接触端５５２が接触部５０４に圧接されて電気的に接続され、導体５０１は回路基板４００のグランド回路と電気的に接続される。したがって、導体５０１が配置されている被計測気体３０が通過する場所である計測用流路内の流量検出部６０２や近傍の構成物の除電を行うことができる。これにより、被計測気体３０に含まれている微粒子などの異物が帯電して流量検出部６０２等に強固に付着するのを防ぎ、汚損による検出性能の劣化を防止できる。

被計測気体３０の帯電を最大限に防止するためには、第１副通路３０５の全域に導体５０１を設けることが望ましい。しかし広範囲に導体５０１を配置することはコスト要因となるため、本実施の形態では流量検出部６０２に帯電した異物が付着することを効率よく防止できるように導体５０１を配置している。図６を参照して説明したように、第１副通路３０５の内部では流量検出部６０２の付近で流れの方向が変更される。そのため流量検出部６０２の上流領域を含むように導体５０１を配置している。また被計測気体３０は図１に示すように内燃機関の主通路１２４に配置され、被計測気体３０は図１の図示左から右へ流れるが、吸気弁１１６が閉鎖された際にはわずかながら被計測気体３０が逆向きに流れることもある。そのような場合にも流量検出部６０２への異物を防止するために、流量検出部６０２の下流領域にも導体５０１を配置している。すなわち、導体５０１が配置される範囲は、流量検出部６０２を中心として上流と下流に広がっている。

（従来の製造方法）
上述した物理量検出装置３００の製造方法との比較のために、従来の物理量検出装置の製造方法を説明する。
図１３および図１４は従来の物理量検出装置１３００の構成を示す図である。図１３は従来の物理量検出装置１３００の外観を示す図、図１４（ａ）は図１３のＦＦ断面を示す図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＤ部の拡大図である。以下では従来の物理量検出装置１３００と上述した物理量検出装置３００の構成上の相違点を主に説明する。特に説明しない従来の物理量検出装置１３００の構成は、物理量検出装置３００と同様である。

図１３に示すように、従来の物理量検出装置１３００は、表カバー１３０３が分離部３０３Ｃにより図示下部の通路カバー１３０３Ａと図示上部の回路室カバー１３０３Ｂとに分離されている。通路カバー１３０３Ａは、ハウジング３０２との協働により表側の第１副通路３０５を形成する。回路室カバー１３０３Ｂは、ハウジング３０２との協働により回路室Ｒｃを形成する。

また図１４（ｂ）に示すように、中間部材１５５１はその全体が樹脂封止材３５３に埋没している。そして導体１５０１の接触部１５０４が樹脂封止材３５３の内部にまで延伸しており、樹脂封止材３５３で封止された箇所で中間部材１５５１と接触部１５０４とが接触している。なお従来の物理量検出装置１３００では、中間部材１５５１は弾性的な性質を有しなくてもよい。導体１５０１は、通路カバー１３０３Ａにインサート成形されている。

図１５は、従来の物理量検出装置１３００の製造過程を示す図である。まず図１５（ａ）に示すように、回路基板４００に中間部材１５５１を接着する。次に図１５（ｂ）に示すように、通路カバー１３０３Ａをハウジング３０２に取り付け、レーザー溶接等により接合する。この取り付けの際に、通路カバー１３０３Ａに形成されている導体１５０１の先端である接触部１５０４を中間部材１５５１に接触させる。そして図１５（ｃ）に示すように樹脂封止材３５３で回路基板４００、中間部材１５５１、および接触部１５０４を封止する。最後に回路室カバー１３０３Ｂをハウジング３０２に取り付け、レーザー溶接等により接合することで、図１４（ｂ）に示したように従来の物理量検出装置１３００が製造される。

上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）物理量検出装置３００は、ハウジング３０２と、絶縁性である樹脂封止材３５３により被覆される回路基板４００と、ハウジング３０２との組み合わせにより回路基板４００が配置される回路室Ｒｃ、および被計測気体３０が通過する第１副通路３０５を形成する表カバー３０３と、第１副通路３０５に設置される導体５０１と、樹脂封止材３５３を貫通して導体５０１および回路基板４００を電気的に接続する中間部材５５１とを備える。

物理量検出装置３００は、回路室Ｒｃおよび第１副通路３０５を同一の表カバー３０３を用いて形成することができる。従来は図１３に示したように通路カバー１３０３Ａと回路室カバー１３０３Ｂとに分離していた。そのため物理量検出装置３００は、従来に比べて部品点数を削減することで製造コスト、すなわち部品コストおよび組み立てコストを削減できる。また表カバー３０３が従来のように分断されていないので、形状が複雑で強度が低下しやすいハウジング３０２の剛性を補うことができる。また回路基板４００と第１副通路３０５に設置される導体５０１とを電気的に接続するので、被計測気体３０に含まれている微粒子などの異物が帯電して流量検出部６０２等に強固に付着するのを防ぎ、汚損による検出性能の劣化を防止できる。

（２）中間部材５５１は、弾性的な性質を有する非金属材料であって、導体５０１の接触端５５２と圧接することで導体５０１と電気的に接続される。そのため組み立てが容易である。

（３）導体５０１は、表カバー３０３内に一体的に設けられる。導体５０１が表カバー３０３の第１副通路３０５となる位置に一体的に設けられるので、導体５０１を個別に第１副通路３０５へ配置する必要がなく組み立てが簡便である。また導体５０１と表カバー３０３とが一体となっているので、両者が別体の場合に比べて被計測気体３０が受ける抵抗を小さくすることができる。

（４）物理量検出装置３００の製造方法は、導電性の中間部材５５１の長手方向の一方である接続部５５５が、ハウジング３０２に設けられた回路基板４００に接するように中間部材５５１を回路基板４００に配することと、中間部材５５１が配された回路基板４００を絶縁性の樹脂封止材３５３を用いて、中間部材５５１の長手方向の他方である接触端５５２が樹脂封止材３５３から露出するように被覆することと、被計測気体３０が通過する流路となる箇所に配される導体５０１を含む表カバー３０３を中間部材５５１と圧接させることで、導体５０１と回路基板４００とを電気的に接続するとともに、ハウジング３０２との組み合わせにより回路基板４００が配置される回路室Ｒｃ、および第１副通路３０５を形成することと、を含む。

図１５を参照して説明した従来の物理量検出装置１３００の製造過程と比較すると、カバーの取り付けが１回削減されている。具体的には、従来は通路カバー１３０３Ａおよび回路室カバー１３０３Ｂをレーザー溶接等によりハウジング３０２に接合した。しかし物理量検出装置３００の製造方法によれば、表カバー３０３をハウジング３０２に接合すればよい。そのため製造工程を削減し、低コストに短い時間で製造することができる。

（変形例１）
第１の実施の形態では回路基板４００をハウジング３０２に一体的にモールドしたが、ハウジング３０２をモールドで形成した後に回路基板４００を接着剤等で接合してもよい。回路基板４００を接着剤等で接合すると製造は容易であるが剛性は低下する。この場合は、表カバー３０３によりハウジング３０２の剛性を補うことの効果が顕著に表れる。

（変形例２）
中間部材５５１の形状は、円柱に限定されない。中間部材５５１は直方体や立方体でもよいし、断面が４角形以外の多角形、や楕円であってもよい。さらに軸方向で形状が変化してもよい。

（変形例３）
導体５０１は、第１副通路３０５における流量検出部６０２の上流領域のみに配されてもよい。

―第２の実施の形態―
図１６を参照して、物理量検出装置３００の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、中間部材５５１と回路基板４００との接合が第１の実施の形態と異なる。

図１６は、第２の実施の形態における回路基板４００と中間部材５５１の断面を示す図である。なお本図は、第１の実施の形態の図１２（ｂ）に対応する。図１６に示すように、回路基板４００は半貫通穴４５０を有する。半貫通穴４５０は、その内径が中間部材５５１の外形よりも小さく、内周面および底面の少なくとも一方にグランド回路を有する。中間部材５５１の長手方向の長さは、半貫通穴４５０の底面から導体５０１の接触部５０４までの距離よりも長い。中間部材５５１は半貫通穴４５０に圧入されることで径方向に圧接され、さらに表カバー３０３と回路基板４００とから軸方向に圧接される。そのため中間部材５５１を介して回路基板４００と導体５０１とが電気的に接続される。

上述した第２の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）中間部材５５１は、弾性的な性質を有する非金属材料であって、回路基板４００に形成された半貫通穴４５０に圧接して、回路基板４００と電気的に接続する。そのため、中間部材５５１の回路基板４００への固定、および両者の電気的接続を導電性接着剤を用いることなく達成することができる。

（第２の実施の形態の変形例１）
図１７は、第２の実施の形態の変形例１における回路基板４００と中間部材５５１の断面を示す図である。図１７に示す構成例では図１６の半貫通穴４５０を貫通穴４６０に置き換えている。貫通穴４６０は内周側壁に回路基板４００のグランド回路を有する。貫通穴４６０の内径は中間部材５５１の外形よりも小さい。中間部材５５１は半貫通穴４５０に圧入され、その嵌め合いの関係で固定される。中間部材５５１の回路基板４００側の端部はポッティング材４４０でシールされ、回路基板４００よりも図示右側の領域に腐食性ガス等が通過することを防止している。

本変形例によれば、回路基板４００への穴加工は半貫通穴４５０よりも貫通穴４６０の方が深さ寸法等を高精度に制御する必要が無くなるため、生産性を向上させることができる。

（第２の実施の形態の変形例２）
中間部材５５１の形状は、円柱に限定されない。ただし中間部材５５１の形状にあわせて半貫通穴４５０の形状を変更することが望ましく、中間部材５５１が半貫通穴４５０に圧入された際に広い面積で両者が接することが望ましい。

―第３の実施の形態―
図１８を参照して物理量検出装置３００の第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、中間部材５５１の埋没部５５４に段差が設けられる点が第１の実施の形態と異なる。

（想定される問題）
表カバー３０３と樹脂封止材３５３の間に存在する空間は、物理量検出装置３００の実使用環境として想定されうる高温、低温状態では空気が膨張・収縮するために、カバーが膨らむように変形してしまう恐れがある。これを回避する方法として、外気と連通させる不図示の連通穴を形成しているが、この連通穴から微小量であるが、腐食性ガスが前記空間に到達することがある。中間部材５５１と回路基板４００の接続部５５５は樹脂封止材３５３により保護されているが、以下の場合に問題が生じる可能性がある。すなわち、中間部材５５１と樹脂封止材３５３の線膨張率が異なり、周囲環境が高温または低温になると各材料の熱膨張・収縮により、中間部材５５１と樹脂封止材３５３の間に隙間が発生する恐れがある。この隙間が発生すると、表カバー３０３と樹脂封止材３５３の間に存在する空間と接続部５５５が連通する恐れがある。そして、腐食性ガスが接続部５５５に到達して電食を引き起こす可能性がある。本実施の形態ではこの問題に対応する。

（構成）
図１８は第３の実施の形態における回路基板４００と中間部材５５１の断面を示す図である。第１の実施の形態との相違点は、中間部材５５１の樹脂封止材３５３に埋没している領域である埋没部５５４に第一段差部５５７が設けられる点である。前述のとおり中間部材５５１は略円柱の形状を有しており、第一段差部５５７は他の領域よりも半径が大きい。そのため第一段差部５５７により中間部材５５１の径方向に段差が形成される。物理量検出装置３００の製造時には回路基板４００に固定した中間部材５５１の周囲に樹脂封止材３５３が流し込まれるので、第一段差部５５７は全ての面で樹脂封止材３５３と接する。

（第一段差部の働き）
第一段差部５５７と回路基板４００との間に位置する樹脂封止材３５３は、熱膨張・熱収縮のどちらかで第一段差部５５７と回路基板４００により挟持される挟持部５５８となる。本実施の形態でも中間部材５５１は回路基板４００に接着剤、または圧入により固定されている。

たとえば、中間部材５５１の線膨張率が樹脂封止材３５３よりも大きい場合には、低温状態になると、中間部材５５１が径方向に縮小することにより樹脂封止材３５３との間に隙間が発生することが想定される。しかし、低温時の中間部材５５１の軸方向における第一段差部５５７〜回路基板４００の自然長は、同じ低温時の樹脂封止材３５３における第一段差部５５７〜回路基板４００の自然長よりも短い。そして中間部材５５１は回路基板４００に固定されているので、低温時には第一段差部５５７と回路基板４００で樹脂封止材３５３の挟持部５５８を挟持することになり、隙間は生じない。すなわちこの場合の低温状態では、第一段差部５５７は図示右側の面で樹脂封止材３５３と接する。

これとは逆に、中間部材５５１の線膨張率が樹脂封止材３５３よりも小さい場合には、高温状態になると、中間部材５５１の径方向に隙間が発生することが想定されるが、先ほどと同様に第一段差部５５７と回路基板４００で樹脂封止材３５３の挟持部５５８を挟持することになり、隙間は生じない。

上述した第３の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）中間部材５５１は、径方向に第一段差部５５７を有し、第一段差部５５７の少なくとも一つの面で樹脂封止材３５３と接する。そのため中間部材５５１と樹脂封止材３５３とが線膨張率が異なっていても、温度変化による隙間を抑制することが可能となり、気密性を維持できる。

（第３の実施の形態の変形例１）
第３の実施の形態では、いわば突起により中間部材５５１に段差が形成された。しかし溝により中間部材５５１に段差が形成されてもよい。

図１９は、第３の実施の形態の変形例１における回路基板４００と中間部材５５１の断面を示す図である。本変形例では、中間部材５５１の一部の領域の径を減少させることにより溝を設け、これにより径方向に第一段差部５５７および第二段差部５５９を形成している。そしてこの溝に入り込んだ樹脂封止材３５３が挟持部５５８となる。

（第３の実施の形態の変形例２）
中間部材５５１に複数の段差が設けられてもよい。そしてその複数の段差の少なくとも一方は、中間部材５５１の周囲を周方向に少なくとも一部を覆うように設けられる。

図２０は、第３の実施の形態の変形例２における回路基板４００と中間部材５５１の断面を示す図である。本変形例では、中間部材５５１の埋没部５５４において、２つの周状の突起である第一段差部５５７と第二段差部５５９とを配置し、第一段差部５５７と第二段差部５５９との間に挟持部５５８が形成される。第二段差部５５９は、回路基板４００の表面に当接する。第一段差部５５７と第二段差部５５９はいずれも、中間部材５５１の径方向を覆うように設けられる。

本変形例によれば、第二段差部５５９が含まれる周状の突起の一部を回路基板４００に当接させることにより、中間部材５５１の圧入時の深さ方向位置決め精度を向上させることができる。

（第３の実施の形態の変形例３）
中間部材５５１の断面形状は円に限定されない。
図２１は、中間部材５５１の複数のバリエーションを示す図である。図２１（ａ）は上述した第３の実施の形態の変形例２に対応する中間部材５５１の外観である。図２１（ａ）に示す中間部材５５１の断面形状を四角形に変更し、図２１（ｂ）に示す形状としてもよい。図２１（ｂ）に示す中間部材５５１では、第一段差部５５７および第二段差部５５９のいずれも、周方向の４面はいずれも段差として機能する。

さらに中間部材５５１の形状を図２１（ｃ）に示す形状としてもよい。図２１（ｃ）に示す中間部材５５１は、周方向の４面のうち２面が段差として機能する。すなわち、図２１（ｃ）では、中間部材５５１の周方向の一部のみが第一段差部５５７と第二段差部５５９でそれぞれ覆われている。図２１（ｃ）に示す中間部材５５１は、平面の法線方向につなげた長い形状を押出し成形などで成形し、その後に任意の箇所で切断することにより、複数の中間部材５５１を一度に製造することができる。この場合、成形に掛かる時間を大幅に短縮でき、成形性向上かつ製造コスト低減の効果を得ることができる。

―第４の実施の形態―
図２２−図２５を参照して物理量検出装置３００の第４の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、スリーブを用いる点で第２の実施の形態と異なる。

図２２は第４の実施の形態における中間部材５５１近傍の断面を示す図である。図２２に示すように、中間部材５５１は樹脂封止材３５３とは直接接しておらず、樹脂封止材３５３によって固定されたスリーブ５６０、および回路基板４００に当接している。スリーブ５６０の素材は、電食の恐れがない樹脂材料が望ましい。スリーブ５６０の内径は中間部材５５１の外形と略一致し、半貫通穴４５０の内径よりも大きい。

第４の実施の形態における物理量検出装置３００の製造方法を図２３−図２５を参照して説明する。ただし第１の実施の形態と同一の点は説明を省略する。まず図２３に示すように、予め回路基板４００の半貫通穴４５０の直上にスリーブ５６０を設置する。次に図２４に示すように回路基板４００の表面、およびスリーブ５６０の側面を樹脂封止材３５３で覆い、回路基板４００を保護するとともにスリーブ５６０の位置を固定する。そして図２５に示すように、中間部材５５１をスリーブ５６０を介して半貫通穴４５０に圧入する。最後にカバーを取り付けて、図２２の状態となる。

（第４の実施の形態の変形例）
回路基板４００は半貫通穴４５０の代わりに貫通穴４６０を備えてもよい。また回路基板４００が半貫通穴４５０を備えず、中間部材５５１と回路基板４００は第１の実施の形態と同様に接着剤により接続されてもよい。

上述した各実施の形態および変形例では、物理量検出装置として、流量、圧力、湿度を測定する装置について例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、流体用流路と回路室が形成され、流路内の物質を除電することを目的とする任意の物理量検出装置に用いることができる。本発明は、上述した各実施の形態および変形例に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことができる。たとえば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ …
３０ … 被計測気体
３００ … 物理量検出装置
３０２ … ハウジング
３０３ … 表カバー
３０５ … 第１副通路
３５３ … 樹脂封止材
４００ … 回路基板
５０１ … 導体
５５１ … 中間部材
Ｒｓ … センサ室
Ｒｃ … 回路室

Claims (8)

1. ハウジングと、
   絶縁性である樹脂材により被覆される回路基板と、
   前記ハウジングとの組み合わせにより前記回路基板が配置される回路室、および被計測気体が通過する流路を形成するカバーと、
   前記流路に設置される導体と、
   前記樹脂材を貫通して前記導体および前記回路基板を電気的に接続する導電性部材とを備える物理量検出装置。
2. 請求項１に記載の物理量検出装置において、
   前記導電性部材は、弾性的な性質を有する非金属材料であって、前記導体と圧接することで電気的に接続される物理量検出装置。
3. 請求項１に記載の物理量検出装置において、
   前記導体は、前記カバー内に一体的に設けられる物理量検出装置。
4. 請求項１に記載の物理量検出装置において、
   前記導電性部材は、弾性的な性質を有する非金属材料であって、前記回路基板に形成された半貫通穴または全貫通穴に圧接して、前記回路基板と電気的に接続する物理量検出装置。
5. 請求項１に記載の物理量検出装置において、
   前記導電性部材は、径方向に第１の段差部を有し、前記第１の段差部の少なくとも一つの面で前記樹脂材と接する物理量検出装置。
6. 請求項５に記載の物理量検出装置において、
   前記導電性部材の前記第１の段差部と離間する第２の段差部をさらに備え、
   前記樹脂材は、前記第１の段差部と前記第２の段差部とにより挟持される物理量検出装置。
7. 請求項６に記載の物理量検出装置において、
   前記第１の段差部および前記第２の段差部の少なくとも一方は、前記導電性部材の周囲を周方向に少なくとも一部を覆うように設けられる物理量検出装置。
8. 導電性の導電性部材の長手方向の一方がハウジングに設けられた回路基板に接するように前記導電性部材を前記回路基板に配することと、
   前記導電性部材が配された回路基板を絶縁性の樹脂材を用いて、前記導電性部材の前記長手方向の他方が前記樹脂材から露出するように被覆することと、
   被計測気体が通過する流路となる箇所に配される導体を含むカバーを前記導電性部材と圧接させることで、前記導体と前記回路基板とを電気的に接続するとともに、前記ハウジングとの組み合わせにより前記回路基板が配置される回路室、および前記流路を形成することと、を含む物理量検出装置の製造方法。

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