JP2022158414A - 物理量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングの封止部材との界面付近に発生する熱応力を抑制してワイヤの接続信頼性を容易に確保する。【解決手段】物理量計測装置２０は、ハウジング１００と、ハウジング１００に封止されたコネクタ端子１１７と、コネクタ端子１１７にボンディングされたワイヤ３５０と、ワイヤ３５０を封止し、コネクタ端子１１７及びハウジング１００に接触する封止部材２５０とを備える。ハウジング１００の線膨張係数は、封止部材２５０よりも大きい。コネクタ端子１１７は、ボンディング面１１８と、ボンディング面１１８に連続し且つハウジング１００に封止された側面１１９とを有する。ハウジング１００は、側面１１９に接触する第１面１１５と、第１面１１５に連続し封止部材２５０に接触する第２面１１６とを有する。第１面１１５に連続する第２面１１６の端部１１６ａは、ボンディング面１１８と面一の形状に形成される。【選択図】図８

Description

本発明は、物理量計測装置に関する。

空気流量、圧力、温度又は湿度等の物理量は、様々な機器において重要な制御パラメータとして広く使用されている。これらの物理量を計測する物理量計測装置は、機器の性能を左右する重要な構成部品のひとつである。例えば、内燃機関を搭載した車両では、省燃費及び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、内燃機関の主要な制御パラメータである吸入空気量を高い精度で計測する物理量計測装置が必要である。

上記のような物理量計測装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の装置は、ハウジングに回路基板が接着され、この回路基板上に吸入空気量を計測するセンサが実装された構造を有する。センサ等の電子部品が実装された回路基板と、回路基板からの電気信号を外部装置へ提供するコネクタ端子とは、ワイヤボンディングによって接続されることがある。回路基板とコネクタ端子とをワイヤボンディングによって接続する手法は、例えば特許文献２に開示されている。特許文献２の装置は、ハウジングと一体成形されたコネクタ端子と、ハウジングに収容された回路基板とが、ワイヤボンディングによって接続されている。

国際公開第２０１５／１１７９７１号 特開２００４－２８９３４号公報

物理量計測装置では、ハウジングと一体成形されたコネクタ端子と、ハウジングに収容された回路基板とをワイヤボンディングによって接続した後、コネクタ端子及びワイヤを樹脂製の封止部材によって封止することがある。このとき、ハウジングの線膨張係数が封止部材の線膨張係数よりも大きいと、ハウジングには、封止部材との界面付近に大きな熱応力が発生する。これにより、ハウジングに封止されたコネクタ端子と封止部材とが剥離し、封止部材に封止されたワイヤが熱疲労によって破断する可能性がある。ハウジングと封止部材との線膨張係数差が僅少となるように、ハウジングの樹脂材料を選定することも考えられる。しかし、使用環境が過酷な物理量計測装置に要求される性能を満たしつつ、両者の線膨張係数差を僅少とするものとして選定される樹脂材料は、高価であり、その樹脂材料をハウジングに採用することは容易ではない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ハウジングの封止部材との界面付近に発生する熱応力を抑制してワイヤの接続信頼性を容易に確保することが可能な物理量計測装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の物理量計測装置は、物理量を計測するセンサを収容するハウジングと、前記ハウジングに封止された端子と、前記端子にボンディングされたワイヤと、前記ワイヤを封止し、前記端子及び前記ハウジングのそれぞれに接触する封止部材と、を備え、前記ハウジングの線膨張係数は、前記封止部材の線膨張係数よりも大きく、前記端子は、前記ワイヤがボンディングされ且つ前記封止部材に接触するボンディング面と、前記ボンディング面に連続し且つ前記ハウジングに封止された側面とを有し、前記ハウジングは、前記端子の前記側面に接触する第１面と、前記第１面に連続し前記封止部材に接触する第２面と、を有し、前記第１面に連続する前記第２面の端部は、前記ボンディング面と面一の形状に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、ハウジングの封止部材との界面付近に発生する熱応力を抑制してワイヤの接続信頼性を容易に確保することが可能な物理量計測装置を提供することができる。
上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施形態の物理量計測装置が使用される電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムの構成を示す図。 本実施形態の物理量計測装置の正面図。 図２に示す物理量計測装置の背面図。 図２に示すカバーを取り除いた物理量計測装置の正面図。 図３に示す封止部材を取り除いた物理量計測装置の背面図。 図５に示すコネクタ端子付近の拡大図。 図６に示すＡ－Ａ線断面の模式図。 図７に示す一点鎖線に囲まれた部分の拡大図。 比較例の物理量計測装置を説明する図。 図９に示す一点鎖線に囲まれた部分の拡大図。 本実施形態の変形例の物理量計測装置を説明する図。 図１１に示す一点鎖線に囲まれた部分の拡大図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各実施形態において同一の符号を付された構成については、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有するため、その説明を省略する。

図１は、本実施形態の物理量計測装置２０が使用される電子燃料噴射方式の内燃機関制御システム１の構成を示す図である。

内燃機関制御システム１では、エンジンシリンダ１１とエンジンピストン１２とを備える内燃機関１０の動作に基づき、吸入空気である被計測気体２が、エアクリーナ２１から吸入され、主通路２２である例えば吸気ボディとスロットルボディ２３と吸気マニホールド２４とを介して、エンジンシリンダ１１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２の物理量は、本実施形態の物理量計測装置２０によって計測され、計測された物理量に基づいて燃料噴射弁１４より燃料が供給され、被計測気体２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１４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２と共に混合気を成形し、吸気弁１５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及び空気は、燃料と空気との混合状態を成しており、点火プラグ１３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１６から排気管に導かれ、排気ガス３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２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２５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２５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２１から取り込まれ主通路２２を流れる吸入空気である被計測気体２の流量、温度、湿度又は圧力等の物理量が物理量計測装置２０により計測され、物理量計測装置２０から吸入空気の物理量を表す電気信号が制御装置４に入力される。また、スロットルバルブ２５の開度を計測するスロットル角度センサ２６の出力が制御装置４に入力され、さらに内燃機関１０のエンジンピストン１２や吸気弁１５や排気弁１６の位置や状態、更に内燃機関１０の回転速度を計測するために、回転角度センサ１７の出力が、制御装置４に入力される。排気ガス３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２８の出力が制御装置４に入力される。

制御装置４は、物理量計測装置２０の出力である吸入空気の物理量と、回転角度センサ１７の出力に基づき計測された内燃機関１０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１４から供給される燃料量や、点火プラグ１３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、実際には更に、物理量計測装置２０によって計測される温度や、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２８によって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４は、更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２５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２７により制御し、アイドル運転状態での内燃機関１０の回転速度を制御する。

内燃機関１０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物理量計測装置２０の出力を主パラメータとして演算される。したがって、物理量計測装置２０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、物理量計測装置２０によって吸入空気の物理量を高い精度で計測することが極めて重要である。また、物理量計測装置２０が高い信頼性を確保していることも大切である。

物理量計測装置２０が搭載される車両は、温度や湿度の変化が大きい環境で使用される。物理量計測装置２０は、その使用環境における温度や湿度の変化への対応や、塵埃や汚染物質などへの対応も、考慮されていることが望ましい。

また、物理量計測装置２０は、内燃機関１０の発熱の影響を受ける吸気管に装着される。このため、内燃機関により発生した熱が吸気管を介して物理量計測装置２０に伝わる。物理量計測装置２０は、被計測気体２と熱伝達を行うことにより被計測気体２の流量を計測するので、外部からの熱の影響をできるだけ抑制することが重要である。

車両に搭載される物理量計測装置２０は、以下の説明において述べるように、単に発明が解決しようとする課題の欄に記載された課題を解決し、発明の効果の欄に記載された効果を奏するのみでなく、上述した色々な課題を十分に考慮し、製品として求められる色々な課題を解決し、色々な効果を奏する。物理量計測装置２０が解決する具体的な課題や奏する具体的な効果は、以下の説明において述べる。

図２は、本実施形態の物理量計測装置２０の正面図である。図２では、カバー２００がハウジング１００に取り付けられた状態を示す。図３は、図２に示す物理量計測装置２０の背面図である。図３では、封止部材２５０が回路基板３００を覆った状態を示す。図４は、図２に示すカバー２００を取り除いた物理量計測装置２０の正面図である。図５は、図３に示す封止部材２５０を取り除いた物理量計測装置２０の背面図である。以下の説明では、被計測気体２が、図１に示す主通路２２の中心軸２２ａに沿って流れるものとする。

物理量計測装置２０は、主通路２２の通路壁に設けられた取り付け孔から主通路２２の内部に挿入されて主通路２２に固定された状態で使用される。物理量計測装置２０は、被計測気体２が流れる主通路２２に配置される筐体を備える。物理量計測装置２０の筐体は、ハウジング１００と、ハウジング１００の後述する計測部１１３の正面部１２１に取り付けられるカバー２００と、計測部１１３の背面部１２２から露出する回路基板３００を封止する封止部材２５０とを有する。

ハウジング１００は、例えば、合成樹脂材料を射出成形することによって形成される。ハウジング１００の成形に用いられる樹脂材料は、物理量計測装置２０としての要求性能を満たし比較的安価なＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂等が挙げられる。カバー２００は、例えば、金属材料又は合成樹脂材料から成る板状部材によって形成される。本実施形態では、アルミニウム合金又は合成樹脂材料を射出成形することによって形成される。カバー２００は、計測部１１３の正面部１２１を全面的に覆う大きさを有する。封止部材２５０は、例えば、合成樹脂材料を、計測部１１３の背面部１２２における回路基板３００の露出領域に流し込んで成形することによって形成される。封止部材２５０の成形に用いられる樹脂材料は、物理量計測装置２０としての要求性能を満たすエポキシ樹脂等が挙げられる。

ハウジング１００は、物理量計測装置２０を主通路２２に固定するためのフランジ１１１と、フランジ１１１から突出して外部装置との電気的な接続を行うために主通路２２から外部に露出するコネクタ１１２とを有する。更に、ハウジング１００は、主通路２２を流れる被計測気体２の物理量を計測するためにフランジ１１１から主通路２２の中心軸２２ａに向かって突出するように延びる計測部１１３を有する。

計測部１１３は、流量、温度、湿度又は圧力等の物理量を計測するセンサを収容するハウジング１００の部分である。具体的に、計測部１１３は、流量検出素子３２１を有するチップパッケージ３１０、温度センサ３３１、湿度センサ３３３、圧力センサ３３５を収容する。計測部１１３は、フランジ１１１から真っ直ぐ延びる薄くて長い形状を成す。計測部１１３は、幅広な正面部１２１及び背面部１２２と、幅狭な一対の側面部１２３，１２４と、幅狭な先端面部１２５とを有する。

正面部１２１及び背面部１２２は、計測部１１３の長手方向及び短手方向をそれぞれ長辺及び短辺とする矩形状の面であり、計測部１１３を構成する各面のうちでも面積が広い主面である。正面部１２１は、計測部１１３のうち、副通路１３４，１３５が形成される部分である。背面部１２２は、計測部１１３のうち、正面部１２１とは反対側の部分である。正面部１２１及び背面部１２２は、物理量計測装置２０が主通路２２に取り付けられた状態において、主通路２２の中心軸２２ａに沿って平行に配置される。側面部１２３は、計測部１１３の短手方向の一方側に位置し、物理量計測装置２０が主通路２２に取り付けられた状態において、主通路２２の上流側に向けて配置される。側面部１２４は、計測部１１３の短手方向の他方側に位置し、物理量計測装置２０が主通路２２に取り付けられた状態において、主通路２２の下流側に向けて配置される。先端面部１２５は、正面部１２１、背面部１２２、側面部１２３及び側面部１２４に連続する面である。先端面部１２５は、フランジ１１１から離隔した計測部１１３の端面に位置し、物理量計測装置２０が主通路２２に取り付けられた状態において、主通路２２の中心軸２２ａに沿って平行に配置される。物理量計測装置２０は、主通路２２の上流側及び下流側を向く側面部１２３及び側面部１２４が幅狭な形状を成すことにより、被計測気体２に対して流体抵抗を小さい値に抑えることができる。

本実施形態では、主通路２２に取り付けられた状態での物理量計測装置２０の姿勢は、フランジ１１１と近接する計測部１１３の基端部が上側に配置され、フランジ１１１から離隔した計測部１１３の先端面部１２５が下側に配置される姿勢である。但し、主通路２２に取り付けられた状態での物理量計測装置２０の姿勢は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の姿勢とすることができる。例えば、物理量計測装置２０の姿勢は、計測部１１３の基端部と先端面部１２５とが同一の高さとなるように水平に取り付けられる姿勢であってよい。

計測部１１３は、側面部１２３に副通路１３４，１３５の入口１３１が設けられ、側面部１２４に第１出口１３２及び第２出口１３３が設けられる。入口１３１と第１出口１３２及び第２出口１３３とは、フランジ１１１から主通路２２の中心軸２２ａに向かう方向において計測部１１３の先端面部１２５に近い位置に設けられる。第２出口１３３は、主通路２２の下流側に向けて配置される。第２出口１３３は、第１出口１３２よりも若干大きい開口面積を有しており、第１出口１３２よりも計測部１１３の基端部側に隣接した位置に設けられる。計測部１１３は、主通路２２の通路壁の内面から離れた中心軸２２ａに近い部分を流れる被計測気体２を、副通路１３４，１３５に取り込むことができる。これにより、物理量計測装置２０は、中心軸２２ａに近い部分を流れる被計測気体２の流量を計測することができ、熱等の影響による計測精度の低下を抑制できる。

計測部１１３には、主通路２２を流れる被計測気体２の一部を取り込む副通路１３４，１３５と、物理量を計測するセンサが実装された回路基板３００とが設けられる。

副通路１３４，１３５は、計測部１１３の正面部１２１に凹状に設けられており、ハウジング１００にカバー２００を取り付けることによって覆われる構造となっている。回路基板３００は、計測部１１３のうち、側面部１２３に近い領域に設けられる。副通路１３４，１３５は、計測部１１３のうち、回路基板３００よりも先端面部１２５に近い領域と、回路基板３００よりも側面部１２４に近い領域とに亘って設けられる。副通路１３４，１３５は、第１副通路１３４と、第２副通路１３５とを有する。

第１副通路１３４は、計測部１１３の側面部１２３に開口する入口１３１と、計測部１１３の側面部１２４に開口する第１出口１３２との間に亘って、計測部１１３の短手方向に沿って延びるように形成される。第１副通路１３４は、入口１３１から、主通路２２内の被計測気体２の流れ方向に沿って延び、第１出口１３２まで繋がる流路である。第１副通路１３４は、主通路２２を流れる被計測気体２を入口１３１から取り込み、取り込んだ被計測気体２を第１出口１３２から主通路２２に戻す。

第２副通路１３５は、第１副通路１３４の途中で分岐して計測部１１３の基端部に向かって（フランジ１１１に向かって）延びる往路部１３６と、計測部１１３の基端部において折り返されてＵターンし、計測部１１３の先端面部１２５に向かって延びる復路部１３７とを有する。往路部１３６は、第１副通路１３４の途中で分岐して第１副通路１３４から離れる方向に向かって延びる。復路部１３７は、往路部１３６の端部において折り返されてＵターンし、第１副通路１３４に近接する方向に向かって延びる。復路部１３７は、入口１３１よりも主通路２２の下流側の位置において、主通路２２の下流側に向かって開口する第２出口１３３に繋がる。第２副通路１３５は、第１副通路１３４から分岐して流れ込んだ被計測気体２を通過させて第２出口１３３から主通路２２に戻す。第２副通路１３５は、計測部１１３の長手方向に沿って延びる往路部１３６及び復路部１３７を有するので、通路長を長く確保することができる。これにより、物理量計測装置２０は、主通路２２内に脈動が生じた場合でも、第２副通路１３５に配置された流量検出素子３２１が、脈動の影響を余り受けずに、第２副通路１３５に流れる被計測気体２の流量を計測することができる。

回路基板３００は、平面視において略長方形状を成す。回路基板３００は、回路基板３００の長手方向が計測部１１３の基端部から先端面部１２５に向かって延び、回路基板３００の短手方向が計測部１１３の側面部１２３から側面部１２４に向かって延びるように、計測部１１３内に配置される。

回路基板３００は、実装面３００ａ及び実装面３００ｂの両面に電子部品を実装可能な回路基板である。回路基板３００の実装面３００ａは、計測部１１３の正面部１２１に配置される。回路基板３００の実装面３００ｂは、計測部１１３の背面部１２２に配置される。回路基板３００の実装面３００ａには、流量検出素子３２１を支持するチップパッケージ３１０、温度センサ３３１、湿度センサ３３３及び圧力センサ３３５等の電子部品が実装される。回路基板３００の実装面３００ｂには、ＬＳＩ３４１及びマイコン３４３等の電子部品が実装される。

チップパッケージ３１０は、回路基板３００の実装面３００ａの中央部に実装される。チップパッケージ３１０は、実装面３００ａの中央部に固定された固定部３１１と、固定部３１１から第２副通路１３５の往路部１３６に向けて張り出した張出部３１２とを有する。張出部３１２には、流量検出素子３２１が設けられる。流量検出素子３２１は、ダイヤフラム状（薄膜状）の検出面を有しており、この検出面が、第２副通路１３５の往路部１３６に露出している。流量検出素子３２１は、第２副通路１３５の往路部１３６に取り込まれた被計測気体２の流量を計測する。

温度センサ３３１は、回路基板３００の実装面３００ａにおける入口１３１付近の端部に実装される。温度センサ３３１は、入口１３１近傍に一端が開口し、他端が正面部１２１と背面部１２２との両方に開口する計測部１１３の温度検出通路の途中に配置される。温度センサ３３１は、温度検出通路に取り込まれた被計測気体２の温度を計測する。

湿度センサ３３３は、回路基板３００の実装面３００ａにおいてチップパッケージ３１０よりも計測部１１３の先端面部１２５側に実装される。湿度センサ３３３は、背面部１２２に開口する計測部１１３の窓部から取り込まれた被計測気体２の湿度を計測する。

圧力センサ３３５は、回路基板３００の実装面３００ａにおいてチップパッケージ３１０よりも計測部１１３の基端部側に実装される。圧力センサ３３５は、第２副通路１３５の途中に開口する計測部１１３の圧力導入通路から取り込まれた被計測気体２の圧力を計測する。

ＬＳＩ３４１及びマイコン３４３は、回路基板３００の実装面３００ｂに実装される。ＬＳＩ３４１及びマイコン３４３は、流量検出素子３２１、温度センサ３３１、湿度センサ３３３又は圧力センサ３３５からの出力信号に対して各種の信号処理及び演算処理を行い、物理量の計測結果を表す電気信号である計測信号を出力する。この計測信号は、回路基板３００の配線パターン、電極パッド３０１、ワイヤ３５０、コネクタ端子１１７を介して、コネクタ１１２から物理量計測装置２０の外部に出力される。物理量計測装置２０の外部に出力された計測信号は、制御装置４に入力される。

図６は、図５に示すコネクタ端子１１７付近の拡大図である。図７は、図６に示すＡ－Ａ線断面の模式図である。図８は、図７に示す一点鎖線に囲まれた部分の拡大図である。

コネクタ端子１１７は、物理量の計測信号を外部に出力する端子である。コネクタ端子１１７は、インサート成形等によってハウジング１００と一体成形される。コネクタ端子１１７は、ハウジング１００の端子封止部１１４から一部が露出した状態で端子封止部１１４に封止される。コネクタ端子１１７は、例えば、リン青銅等の導電材料から成る板状部材によって形成される。コネクタ端子１１７の線膨張係数は、１０ｐｐｍ／Ｋ以上３０ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよく、例えば２０ｐｐｍ／Ｋ程度であってもよい。

コネクタ端子１１７は、図８に示すように、ボンディング面１１８と、側面１１９とを有する。ボンディング面１１８は、ハウジング１００の端子封止部１１４から露出し、ワイヤ３５０がボンディングされる面である。ボンディング面１１８は、封止部材２５０に接触する。ボンディング面１１８は、コネクタ端子１１７の幅方向と軸線方向とに広がる。側面１１９は、ボンディング面１１８に連続する面であって、ハウジング１００の端子封止部１１４に封止された面である。側面１１９は、コネクタ端子１１７の板厚方向と軸線方向とに広がる。

コネクタ端子１１７の幅方向は、側面１１９に直交する方向であり、計測部１１３の短手方向である。本実施形態では、コネクタ端子１１７の幅方向をＸ軸とし、計測部１１３の短手方向のうち側面部１２３から側面部１２４に向かう方向を＋Ｘ軸方向とする。コネクタ端子１１７の板厚方向は、ボンディング面１１８に直交する方向であり、計測部１１３の長手方向及び短手方向に直交する方向である。本実施形態では、コネクタ端子１１７の板厚方向をＹ軸とし、計測部１１３の長手方向及び短手方向に直交する方向のうち正面部１２１から背面部１２２に向かう方向を＋Ｙ軸方向とする。コネクタ端子１１７の軸線方向は、コネクタ端子１１７の幅方向及び板厚方向のそれぞれに直交する方向であり、計測部１１３の長手方向である。本実施形態では、コネクタ端子１１７の軸線方向をＺ軸とし、計測部１１３の長手方向のうち計測部１１３の基端部から先端面部１２５に向かう方向を＋Ｚ軸方向とする。

コネクタ端子１１７は、図６及び図７に示すように、コネクタ端子１１７の幅方向に間隔をあけて配置される複数のコネクタ端子１１７によって構成されてもよい。複数のコネクタ端子１１７は、当該幅方向において側面部１２３に最も近いコネクタ端子１１７ａと、当該幅方向において側面部１２４に最も近いコネクタ端子１１７ｂとを含む。

ワイヤ３５０は、回路基板３００とコネクタ端子１１７とをワイヤボンディングによって接続するためのボンディングワイヤである。ワイヤ３５０は、図６に示すように、回路基板３００の実装面３００ｂの電極パッド３０１と、コネクタ端子１１７のボンディング面１１８とを接続する。ワイヤ３５０は、アルミ又は銅等の金属材料から成る線状部材によって形成される。ワイヤ３５０の線膨張係数は、１０ｐｐｍ／Ｋ以上３０ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよく、例えば２０ｐｐｍ／Ｋ程度であってもよい。

封止部材２５０は、ハウジング１００の計測部１１３の背面部１２２から露出する回路基板３００の実装面３００ｂを覆う。封止部材２５０は、例えば、エポキシ樹脂等の合成樹脂材料を成形することによって形成される。封止部材２５０の線膨張係数は、ガラス転移温度以下において、１０ｐｐｍ／Ｋ以上３０ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよく、例えば２０ｐｐｍ／Ｋ程度であってもよい。封止部材２５０は、図８に示すように、ワイヤ３５０を封止する。封止部材２５０は、コネクタ端子１１７のボンディング面１１８、及び、ハウジング１００の端子封止部１１４に接触する。

ハウジング１００の端子封止部１１４は、計測部１１３の基端部に位置するコネクタ端子１１７を封止する部分である。端子封止部１１４を含むハウジング１００は、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂等の合成樹脂材料を成形することによって形成される。ハウジング１００は、封止部材２５０よりも大きい線膨張係数を有する樹脂材料を用いて成形される。ハウジング１００の線膨張係数は、ガラス転移温度以下において、６０ｐｐｍ／Ｋ以上１１０ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよく、例えば１００ｐｐｍ／Ｋ程度であってもよい。ハウジング１００の線膨張係数は、封止部材２５０の線膨張係数の５倍以上６倍以下であってもよい。

端子封止部１１４は、図８に示すように、第１面１１５と、第２面１１６とを有する。第１面１１５は、コネクタ端子１１７の側面１１９に接触する面である。第１面１１５は、コネクタ端子１１７の板厚方向と軸線方向とに広がる。第２面１１６は、第１面１１５に連続する面であって、封止部材２５０に接触する面である。第２面１１６は、コネクタ端子１１７の幅方向と軸線方向に広がる。

第２面１１６は、第２面１１６のコネクタ端子１１７の幅方向における端部であって、第１面１１５に連続する端部１１６ａを有する。第２面１１６の端部１１６ａの高さ（コネクタ端子１１７の板厚方向における位置）は、ボンディング面１１８の高さと同一である。すなわち、第２面１１６の端部１１６ａは、ボンディング面１１８と面一の形状に形成される。言い換えると、第２面１１６の端部１１６ａは、ボンディング面１１８と同一平面上に配置される形状に形成される。

ハウジング１００の端子封止部１１４は、コネクタ端子１１７の板厚方向に開閉移動する上金型（可動型）と、移動しない下金型（固定型）との間に溶融樹脂を充填し硬化させることによって成形される。仮に、上金型の成形面のボンディング面１１８及び端部１１６ａに対応する部分を平坦にしてボンディング面１１８に接触させて成形しても、樹脂には数％の熱収縮が発生するので、端部１１６ａはボンディング面１１８から数１０μｍ以内の範囲で低くなる。

本実施形態において、第２面１１６の端部１１６ａとボンディング面１１８とが面一とは、第２面１１６の端部１１６ａとボンディング面１１８とが完全に同一の平面上に配置される場合だけでなく、次のような場合も含む。すなわち、第２面１１６の端部１１６ａが、コネクタ端子１１７の板厚方向のワイヤ３５０とは反対側に向かう方向（－Ｙ軸方向）にボンディング面１１８から数１０μｍ以内の範囲で低くなって配置される場合も含む。なお、ボンディング面１１８の縁部には、コネクタ端子１１７がプレス加工等によって切断される際にダレが発生することがある。第２面１１６の端部１１６ａは、ダレが発生した縁部以外の大部分であるボンディング面１１８の主部と面一の形状に形成される。

第２面１１６は、コネクタ端子１１７の幅方向において隣り合うコネクタ端子１１７同士の中間に位置する中間部１１６ｂを有する。第２面１１６の中間部１１６ｂは、第２面１１６の端部１１６ａから、コネクタ端子１１７の板厚方向のワイヤ３５０とは反対側に向かう方向に所定距離だけ低い位置に配置されるように形成される。この所定距離は、コネクタ端子１１７の板厚の２分の１以下の長さであってもよく、例えば３分の１以上２分の１以下の長さであってもよい。

第２面１１６は、ボンディング面１１８に対して傾斜する傾斜面１１６ｃを有する。第２面１１６の傾斜面１１６ｃは、コネクタ端子１１７の幅方向において端部１１６ａから離隔するに従って、コネクタ端子１１７の板厚方向のワイヤ３５０とは反対側に向かう方向（－Ｙ軸方向）に傾斜する。第２面１１６の傾斜面１１６ｃは、コネクタ端子１１７の幅方向において端部１１６ａと中間部１１６ｂとの間に形成される。更に、第２面１１６の傾斜面１１６ｃは、コネクタ端子１１７の幅方向においてコネクタ端子１１７ａから側面部１２３に向かって延びる第２面１１６の外側部分１１６ｄに形成される。同様に、第２面１１６の傾斜面１１６ｃは、コネクタ端子１１７の幅方向においてコネクタ端子１１７ｂから側面部１２４に向かって延びる第２面１１６の外側部分１１６ｅに形成される。

すなわち、隣り合うコネクタ端子１１７の間に位置する第２面１１６は、コネクタ端子１１７の板厚方向及び幅方向を含む平面により切断される断面がＶ字状に形成される溝１１６ｆを有する。Ｖ字状の溝１１６ｆの深さは、コネクタ端子１１７の板厚の２分の１以下の長さであってもよく、例えば３分の１以上２分の１以下の長さであってもよい。

図９及び図１０を用いて、本実施形態の作用効果について説明する。
図９は、比較例の物理量計測装置２０を説明する図である。図９は、図７に対応する図である。図１０は、図９に示す一点鎖線に囲まれた部分の拡大図である。図１０は、図８に対応する図である。

比較例の物理量計測装置２０では、第２面１１６は、端部１１６ａ及び中間部１１６ｂの高さがボンディング面１１８よりも高い凸状面１１６ｇを有する。比較例の物理量計測装置２０では、端子封止部１１４を含むハウジング１００が、封止部材２５０よりも大きい線膨張係数を有する。ハウジング１００と封止部材２５０との線膨張係数差によって、封止部材２５０との界面付近の端子封止部１１４には熱応力が発生する。

特に、ハウジング１００が比較的安価なＰＢＴ樹脂、封止部材２５０がエポキシ樹脂を用いて成形される場合、ハウジング１００の線膨張係数は、封止部材２５０の線膨張係数の５倍～６倍になる。この場合、比較例の物理量計測装置２０に、－４０℃以上１３０℃以下の熱負荷を与えると、ハウジング１００の端子封止部１１４は、図１０のＳ１及びＳ２に示すような封止部材２５０との界面付近、すなわち第２面１１６付近において、大きな熱応力が発生する。そして、この熱応力の作用によって、端子封止部１１４に封止されたコネクタ端子１１７と封止部材２５０とが剥離する可能性がある。この剥離が大きいと、封止部材２５０に封止されたワイヤ３５０が熱疲労によって破断してしまう。すなわち、比較例の物理量計測装置２０では、ワイヤ３５０の接続信頼性を確保することが難しい。

これに対し、本実施形態の物理量計測装置２０は、第２面１１６の端部１１６ａの高さが、コネクタ端子１１７のボンディング面１１８の高さと同一である。すなわち、第２面１１６の端部１１６ａは、ボンディング面１１８と面一の形状に形成される。これにより、本実施形態の物理量計測装置２０は、封止部材２５０との界面付近の端子封止部１１４の体積を減少させることができるので、当該端子封止部１１４の熱変形量を小さくすることができる。

しかも、本実施形態の物理量計測装置２０は、封止部材２５０との界面付近の端子封止部１１４の熱変形がコネクタ端子１１７によって規制され難くなる。例えば、比較例の物理量計測装置２０のように第２面１１６が凸状面１１６ｇを有する場合、端子封止部１１４の熱収縮時、端子封止部１１４の凸状面１１６ｇ付近がボンディング面１１８と干渉し、凸状面１１６ｇ付近の熱収縮がボンディング面１１８によって規制され易い。これに対し、本実施形態の物理量計測装置２０は、第２面１１６の端部１１６ａの高さがボンディング面１１８の高さと同一であるので、封止部材２５０との界面付近の端子封止部１１４の熱変形がコネクタ端子１１７によって規制され難くなる。

このようなことから、本実施形態の物理量計測装置２０は、封止部材２５０との線膨張係数差が僅少となるよう高価な樹脂材料をハウジング１００に採用しなくても、封止部材２５０との界面付近の端子封止部１１４に発生する熱応力を抑制することができる。本実施形態の物理量計測装置２０は、コネクタ端子１１７と封止部材２５０との剥離を抑制することができ、ワイヤ３５０の熱疲労による破断を抑制することができる。したがって、本実施形態の物理量計測装置２０は、ワイヤ３５０の接続信頼性を容易に確保することができる。

更に、本実施形態の物理量計測装置２０は、第２面１１６が、コネクタ端子１１７の幅方向において端部１１６ａから離隔するに従って、コネクタ端子１１７の板厚方向のワイヤ３５０とは反対側に向かって傾斜する。すなわち、第２面１１６は、上記のような傾斜面１１６ｃを有する。

仮に、第２面１１６を、端部１１６ａから中間部１１６ｂに向かって階段状に下がるような凹状に形成する場合、上金型の成形面は、この凹状に対応する凸状部分を有する。この場合、上金型と下金型との間に配置されたコネクタ端子１１７が位置ずれを起こすと、上金型の凸状部分がコネクタ端子１１７を噛み易くなり、不良品が発生し易く、生産性が低下し易い。

本実施形態の物理量計測装置２０は、第２面１１６が上記のような傾斜面１１６ｃを有するので、上金型の成形面は、傾斜面１１６ｃに対応する傾斜面を有する。上金型の成形面が傾斜面１１６ｃに対応する傾斜面を有することにより、成形時に上金型の成形面がコネクタ端子１１７の位置を規制して、位置ずれを抑制することができる。これにより、本実施形態の物理量計測装置２０は、コネクタ端子１１７の噛み込みを抑制することができ、生産性の低下を抑制することができる。したがって、本実施形態の物理量計測装置２０は、コネクタ端子１１７が一体成形されたハウジング１００の生産コストを抑制することができる。

しかも、本実施形態の物理量計測装置２０は、ハウジング１００の線膨張係数が封止部材２５０の線膨張係数より大きい場合でも、封止部材２５０との界面付近の端子封止部１１４に発生する熱応力を抑制することができる。本実施形態の物理量計測装置２０は、コネクタ端子１１７と封止部材２５０との剥離を抑制することができ、ワイヤ３５０の熱疲労による破断を抑制することができる。

このようなことから、本実施形態の物理量計測装置２０は、第２面１１６が上記のような傾斜面１１６ｃを有することにより、封止部材２５０との界面付近の端子封止部１１４に発生する熱応力を容易に抑制することができ、ワイヤ３５０の接続信頼性を容易に確保することができる。

特に、本実施形態の物理量計測装置２０は、隣り合うコネクタ端子１１７の間に位置する第２面１１６が、Ｖ字状の溝１１６ｆを有する。Ｖ字状の溝１１６ｆを有する本実施形態と、凸状面１１６ｇを有する比較例とにおいて、ハウジング１００の端子封止部１１４と封止部材２５０との界面付近に発生する熱応力を解析すると、本実施形態の熱応力は、比較例の３分の１程度であった。これにより、本実施形態の物理量計測装置２０では、上記の端子封止部１１４に発生する熱応力を大幅に抑制することができ、ワイヤ３５０の接続信頼性を十分に確保することができる。

更に、本実施形態の物理量計測装置２０は、Ｖ字状の溝１１６ｆの深さが、コネクタ端子１１７の板厚の３分の１以上２分の１以下の長さであってもよい。Ｖ字状の溝１１６ｆの深さがコネクタ端子１１７の板厚の３分の１以上の長さであると、上記の端子封止部１１４に発生する熱応力を抑制する効果が大きい。Ｖ字状の溝１１６ｆの深さがコネクタ端子１１７の板厚の２分の１以下の長さであると、端子封止部１１４は、中間部１１６ｂ付近の樹脂量を確保し易くなるので、中間部１１６ｂ付近の強度を確保し易くなると共に、コネクタ端子１１７を固定し易くなる。したがって、本実施形態の物理量計測装置２０は、上記の端子封止部１１４に発生する熱応力を効果的に抑制してワイヤ３５０の接続信頼性を確保することができると共に、ハウジング１００の端子封止部１１４における機械的信頼性を確保し易くすることができる。

更に、本実施形態の物理量計測装置２０は、ハウジング１００の線膨張係数が封止部材２５０の線膨張係数の５倍以上６倍以下であってもよい。すなわち、物理量計測装置２０は、ハウジング１００にＰＢＴ樹脂、封止部材２５０にエポキシ樹脂を採用する例のように、封止部材２５０の５倍以上６倍以下の線膨張係数を有する樹脂材料をハウジング１００に採用する場合でも、上記の端子封止部１１４に発生する熱応力を抑制することができる。これにより、本実施形態の物理量計測装置２０は、ハウジング１００に比較的安価な樹脂材料を採用しても、当該熱応力を抑制することができるので、ワイヤ３５０の接続信頼性を更に容易に確保することができる。

更に、本実施形態の物理量計測装置２０では、ハウジング１００が、副通路１３４，１３５が形成される正面部１２１と、ハウジング１００の正面部１２１とは反対側の背面部１２２とを有し、第２面１１６が背面部１２２に形成される。すなわち、ハウジング１００の計測部１１３において、第２面１１６は、副通路１３４，１３５が形成される正面部１２１とは反対側の背面部１２２に形成される。

ハウジング１００の成形金型では、ハウジング１００の複雑形状部分は、金型に抱き付き易いので、固定型である下金型によって成形することが多い。仮に、成形後のハウジング１００が上金型に抱き付いた状態で上金型を開放する場合、ハウジング１００の成形金型には、成形後のハウジング１００を取り出すための複雑な機構が必要となる。本実施形態のハウジング１００では、副通路１３４，１３５が形成される正面部１２１が、複雑形状部分に相当するので、正面部１２１を下金型によって成形することが好ましい。

本実施形態の物理量計測装置２０では、第２面１１６は、副通路１３４，１３５が形成される正面部１２１とは反対側の背面部１２２に形成される。これにより、本実施形態の物理量計測装置２０では、副通路１３４，１３５が形成される正面部１２１を下金型によって成形するとし、下金型にコネクタ端子１１７を配置して、第２面１１６を上金型によって成形することができる。したがって、本実施形態の物理量計測装置２０では、ハウジング１００の成形金型や成形工程を複雑化することなく、ハウジング１００を適切に成形することができる。よって、本実施形態の物理量計測装置２０は、ハウジング１００の生産コストを更に抑制することができるので、ワイヤ３５０の接続信頼性を更に容易に確保することができる。

図１１及び図１２を用いて、本実施形態の変形例について説明する。
図１１は、本実施形態の変形例の物理量計測装置２０を説明する図である。図１１は、図７に対応する図である。図１２は、図１１に示す一点鎖線に囲まれた部分の拡大図である。図１２は、図８に対応する図である。

本実施形態の物理量計測装置２０は、図７及び図８に示すように、隣り合うコネクタ端子１１７の間に位置する第２面１１６が、Ｖ字状の溝１１６ｆを有する。これに対し、変形例の物理量計測装置２０は、図１１及び図１２に示すように、隣り合うコネクタ端子１１７の間に位置する第２面１１６が、平坦面１１６ｈを有していてもよい。すなわち、変形例の物理量計測装置２０は、第２面１１６が傾斜面１１６ｃを有しておらず、端部１１６ａだけでなく中間部１１６ｂにおいても、ボンディング面１１８と面一の形状に形成されていてもよい。第２面１１６の端部１１６ａ及び中間部１１６ｂとボンディング面１１８とが面一とは、上記と同様に定義される。

変形例の物理量計測装置２０においても、封止部材２５０との界面付近の端子封止部１１４に発生する熱応力を抑制することができ、コネクタ端子１１７と封止部材２５０との剥離を抑制することができる。変形例の物理量計測装置２０は、ワイヤ３５０の熱疲労による破断を抑制することができ、ワイヤ３５０の接続信頼性を容易に確保することができる。

［その他］
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施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。また、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。

２…被計測気体、２０…物理量計測装置、２２…主通路、１００…ハウジング、１１５…第１面、１１６…第２面、１１６ａ…端部、１１６ｆ…溝、１１７…コネクタ端子（端子）、１１８…ボンディング面、１１９…側面、１２１…正面部、１２２…背面部、１３４，１３５…副通路、２５０…封止部材、３１０…チップパッケージ（センサ）、３３１…温度センサ（センサ）、３３３…湿度センサ（センサ）、３３５…圧力センサ（センサ）、３５０…ワイヤ

Claims (6)

1. 物理量を計測するセンサを収容するハウジングと、
   前記ハウジングに封止された端子と、
   前記端子にボンディングされたワイヤと、
   前記ワイヤを封止し、前記端子及び前記ハウジングのそれぞれに接触する封止部材と、を備え、
   前記ハウジングの線膨張係数は、前記封止部材の線膨張係数よりも大きく、
   前記端子は、前記ワイヤがボンディングされ且つ前記封止部材に接触するボンディング面と、前記ボンディング面に連続し且つ前記ハウジングに封止された側面とを有し、
   前記ハウジングは、前記端子の前記側面に接触する第１面と、前記第１面に連続し前記封止部材に接触する第２面と、を有し、
   前記第１面に連続する前記第２面の端部は、前記ボンディング面と面一の形状に形成される
   ことを特徴とする物理量計測装置。
2. 前記第２面は、前記端子の幅方向において前記端部から離隔するに従って、前記端子の板厚方向の前記ワイヤとは反対側に向かって傾斜する
   ことを特徴とする請求項１に記載の物理量計測装置。
3. 前記端子は、前記端子の前記幅方向に間隔をあけて配置される複数の前記端子によって構成され、
   隣り合う前記端子の間に位置する前記第２面は、前記端子の前記板厚方向及び前記幅方向を含む平面により切断される断面がＶ字状に形成される溝を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の物理量計測装置。
4. 前記溝の深さは、前記端子の板厚の３分の１以上２分の１以下である
   ことを特徴とする請求項３に記載の物理量計測装置。
5. 前記ハウジングの前記線膨張係数は、前記封止部材の前記線膨張係数の５倍以上６倍以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の物理量計測装置。
6. 主通路を流れる被計測気体の一部を取り込む副通路を有し、
   前記ハウジングは、前記副通路が形成される正面部と、前記ハウジングの前記正面部とは反対側の背面部と、を有し、
   前記第２面は、前記背面部に形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の物理量計測装置。

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