JP5645880B2 - 熱式流量計 - Google Patents
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Description
1.1 内燃機関制御システムの構成
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。前記内燃機関の排気管には排気ガス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の酸素センサ148が設けられ、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、あるいは前記内燃機関に供給される燃料供給量や点火時期の補正が行われる。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、前記内燃機関を搭載する車両の制御精度の向上や信頼性の確保においてたいへん重要である。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)は底面図である。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被計測気体30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被計測気体30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。
主通路124を流れる被計測気体30の流れの方向において、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その効果
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、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の表面および裏面に設けられ、図5および図6に示す、ハウジング302の外壁である上流側外壁335や下流側外壁336の頂辺、すなわち表側および裏側において最も外側である高さ方向の先端部と密着し、また固定部3721の同じく表側および裏側において最も外側である高さ方向の先端部と密着し、さらにフランジ312側においても上流側外壁335と下流側外壁336とを繋ぐ熱絶縁部315に沿った部分と密着しており、内部に密閉された空隙382を形成している。さらに表カバー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。なお、完全に密閉すると温度変化により、空隙382と外部との圧力差が大きくなる恐れがあり好ましくない。このため以下で説明する如く、呼吸機構を設けており、温度変化に起因する空隙382と外部との圧力差が大きくならないようにしている。
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の記載と図10との相違点は、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(以下で説明の第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382内の空気の温度変化により、前記空隙382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382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 回路パッケージ400をハウジング302に固定する固定構造
図5および図6を用いて回路パッケージ400をハウジング302に固定する固定構造を説明する。主通路124を流れる被計測気体30の流量を計測する流量検出回路601(図19参照)を内蔵する回路パッケージ400が、副通路溝を有するハウジング302に固定されている。この実施例では、フランジ312と前記副通路溝332,334とが上流側外壁335と下流側外壁336とにより繋がれ、前記副通路溝332,334を成形している部分が上流側外壁335と下流側外壁336とを介してフランジ312により支持されている。なお、上流側外壁335は主通路124を流れる被計測気体30の流れにおける上流側に位置し、下流側外壁336は下流側に位置している。固定部3721は上流側外壁335と下流側外壁336と繋ぐように設けられ、固定部3721で回路パッケージ400を全周に渡って包むことにより、回路パッケージ400をハウジング302に固定している。さらに固定部3721のフランジ側には、上流側外壁335や下流側外壁336、フランジ312で囲まれた空隙382が形成されている。固定部3721のフランジ側とは逆の副通路側には副通路溝332,334が成形されており、この副通路溝332,334には被計測気体30が流れる構造に成っている。固定部3721は前記空隙の副通路側の気密を維持する作用を為す。
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側に設けられている。回路パッケージ400は、図16を用いて以下で説明するが、第1樹脂モールド工程で作られる。第1樹脂モールド工程で作られた回路パッケージ400は、第2樹脂モールド工程で副通路を備えるハウジング302を成形する際に、固定部3721を成形し、固定部3721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、回路パッケージ400を保持し、固定する。
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3721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すなわち温度が高い状態で回路パッケージ400の表面の細かい凹凸に入り込み、前記表面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3721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3721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の表面に密着させ、硬化させることができる。また、固定部3721に窪み376や窪みである薄肉部4710、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3721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3721との密着性を向上することができる。
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の生産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。また第2樹脂モールド工程で回路パッケージ400と被計測気体30を流す副通路との関係が固定されると、その後はこの関係が変わらない。従来のように弾性接着剤などで固定すると、生産後もこれらの関係が微妙に変わる。本実施例のように、回路パッケージ400と被計測気体30を流す副通路との関係が変わらない場合には、生産後にばらつきを補正すれば、その後は非常に高い精度が維持可能となる。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、計測精度を2倍以上向上することができる。熱式流量計300は量産により生産されることが多く、個々の生産過程で厳密な計測を行いながら接着剤で接着することが困難であり、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に示す実施例など以下の実施例でも、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となる。この金型内に高温の熱可塑性樹脂を注入することで、副通路が高い精度で成形されると共に、回路パッケージ400が高い精度で、固定部3721や固定部3723により固定される。
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および流量検出部(流量検出素子)602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の他の実施例であり、図15(A)は回路パッケージ400の正面図、図15(B)は背面図である。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り、煩雑さを避けるため一部についてのみ説明する。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、図12の枠512内のリードが一部分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300の生産工程を示し、図18は熱式流量計300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が作られる。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は熱式流量計300を生産するための他の実施例である。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、上述した如く、流量検出精度が大幅に改善される。
7.1 熱式流量計300の回路構成の概要
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の流量検出部602の回路配置を示す回路構成図である。流量検出部602は矩形形状の半導体チップとして作られており、図20に示す流量検出部602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。ただし、逆流が発生した状態では、前記矢印の方向に負の流れ、すなわち逆向きの流れが生じる。図20に示す流量検出部602は、被計測気体30との間で熱伝達を行うことで、順方向の流れの流量だけでなく逆方向の流れの状態における流量も検出できる。流量検出部602には、矩形形状のダイヤフラム672が成形されて、このダイヤフラム672には、半導体チップの厚さを薄くした破線で示す薄厚領域603が設けられている。この薄厚領域603は裏面側に空隙が成形されており、前記空隙が図11や図5、などに示す開口438に連通し、前記空隙内の気圧は開口438から導かれる気圧に依存する。
8.1 温度検出部452の構造とそれに基づく効果
図2乃至図6に示す如く被計測気体30の温度は熱式流量計300に設けられた温度検出部452によって計測される。温度検出部452はハウジング302から上流側などに向かって外に突出して、被計測気体30に直接触れる構造となっている。このような構造により被計測気体30の温度計測の精度が向上する。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構造を備えている。このような構造により計測精度が向上する。
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。
図11や図14、図15に基づいて先に説明したごとく、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。
9.1 固定部3721あるいは固定部3723の構造とそれに基づく効果
先に説明した図5および図6を用いて、回路パッケージ400をハウジング302に固定するための固定部3721および固定部3723について説明する。回路パッケージ400を保持しているハウジング302は、熱式流量計300を主通路124に固定するためのフランジ312と主通路124を流れる被計測気体30を取り込んで流すための副通路溝とを有している。前記副通路溝は上流側外壁335と下流側外壁336とによってフランジ312により支持されている。前記副通路溝は表カバー303や裏カバー304で覆われることにより、副通路を形成する。なお、上流側外壁335は主通路124を流れる被計測気体30の流れにおける上流側に位置し、下流側外壁336は下流側に位置している。固定部3721は上流側外壁335と下流側外壁336と繋ぐように設けられ、固定部3721で回路パッケージ400を全周に渡って包むことにより、回路パッケージ400をハウジング302に固定している。
図5(B)や図6(A)、図6(B)において、ハウジング302を成形するための第2樹脂モールド工程での樹脂の射出位置を破線矢印aあるいは破線矢印b、破線矢印c、破線矢印dで示す。これらの樹脂の射出位置の少なくとも一か所から、あるいは複数個所から同時に樹脂を射出しても良い。破線矢印aはフランジ312の部分への樹脂の射出であり、フランジ312の部分は樹脂の体積が大きいので、体積が大きい部分に射出して上流側外壁335や下流側外壁336から副通路の方に樹脂を流すことで、金型内での樹脂のスムーズな流れを作ることができる。また破線矢印bは固定部3721の近傍への樹脂の射出であり、破線矢印cは固定部3721の薄肉部への樹脂の射出である。固定部3721の近傍から樹脂を射出することで温度の高い樹脂を固定部3721に流し込むことができ、粘性の低い高温の樹脂で回路パッケージ400の表面を覆うことにより、回路パッケージ400の表面の凹凸形状の奥まで粘性の低い状態の樹脂が入り込み易くなり、回路パッケージ400と固定部3721との密着性を向上することができる。
図21および図22は、図5や図6で説明した、回路パッケージ400をハウジング302に固定するための固定部3721の他の実施例であり、図22は図21の部分拡大図である。なお、固定部3721の他の実施例の他の実施例は、図5や図6で説明した固定部3723にも適用できる。ここでは図5や図6に示す固定部3721と固定部3723との内、これらを代表して、固定部3721に対して他の実施例を適用した場合について以下説明する。
図21と図22で、破線矢印bは固定部3721の近傍への樹脂の射出を示しており、破線矢印cは固定部3721の薄肉部への樹脂の射出を示している。固定部3721の近傍から樹脂を射出することで温度の高い樹脂を固定部3721に流し込むことができ、粘性の低い高温の樹脂で回路パッケージ400の表面を覆うことにより、回路パッケージ400の表面の凹凸形状の奥まで粘性の低い状態の樹脂が入り込み易くなり、回路パッケージ400と固定部3721との密着性を向上することができる。
図23はさらに他の実施例であり、被計測気体30の温度を検出する温度検出部452を備える突出部424が設けられていない場合、すなわち回路パッケージ400が回路パッケージ本体422のみによって構成されている場合の、回路パッケージ400を固定する固定部3721の構造を示す。図23(A)は平面図であり、図23(B)は図23(A)におけるC−C断面図である。なお、回路パッケージ400の断面には図12や図13に示す構造の断面が実際には表れるが、図23(B)では、回路パッケージ400の断面の詳細は省略する。図23の実施例に示される固定部3721の構造は、色々な形状の副通路と組み合わせることが可能である。図5や図6に記載の副通路溝で形成される副通路であっても良いし、他の構造であっても良い。図23は一例として左右に入口350と出口352を有する副通路溝328を示しており、この副通路溝328に表カバー303と裏カバー304を設けることで副通路が形成される。
図24は固定部3721のさらに他の実施例であり、図22や図23と同じ参照符号は同じ構成を示し、同じような作用を為し、同じような効果を奏する。相違する点は、回路パッケージ400の表面と固定部3721との密着性を向上するために、回路パッケージ400の樹脂表面に凹凸4810を設けるなどの回路パッケージ400の樹脂表面を粗化した点である。この粗化方法は、上述したとおりであるが、例えば砂などを吹き付ける梨地処理やレーザ加工による溝または凹凸の成形、第1樹脂モールド工程における金型の内部に凹凸を設けてモールドする方法あるいは金型内部に凹凸を有するシートを貼り付けてモールドする方法、などがある。
図25や図26はさらに他の実施形態であり、図22や図23に示す薄肉部4710のさらに空隙382側に第2厚肉部4718を設ける形状を成している。なお、回路パッケージ400の断面図において、回路パッケージ400の断面構造の具体的な記載を省略する。図25で、副通路溝328と空隙382との間に、固定部3721が設けられ、この固定部3721は厚肉部4714と薄肉部4710とを有し、さらに薄肉部4710の空隙382側に第2厚肉部4718を設けている。回路パッケージ400を包含する固定部3721は薄肉部4710を挟んで両側に厚肉部4714と厚肉部4718を有している。前記厚肉部4714と厚肉部4718とはそれぞれその外側が裏カバー304および表カバー303と密着する構造を成している。従って回路パッケージ400は、薄肉部4710を介してその両側で、厚肉部4714と厚肉部4718を介して裏カバー304や表カバー303と密着する構造をしており、互いに助けあって機械的強度が向上する。ねじれなどに対して機械的強度が向上する。
図27は熱式流量計300を構成するハウジング302と表カバー303や裏カバー304との接着構造を示す。図2や図3に示す如く、ハウジング302の周囲と表カバー303や裏カバー304とは互いに密着し、その内部に図5や図6に示す空隙382が形成される。同様にハウジング302の表側副通路溝332や裏側副通路溝334を形成する各表側副通路内周壁393や表側副通路外周壁394、裏側副通路内周壁391や裏側副通路外周壁392と表カバー303あるいは裏カバー304とが互いに密着し、副通路が形成される。
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
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
3721,3723 固定部
4710,4716 薄肉部
Claims (13)
- 主通路を流れる被計測気体の一部を取り込んで流す副通路の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流量検出回路を内蔵する、樹脂モールドされた回路パッケージと、前記回路パッケージを保持するための固定部と共に前記副通路を形成するための副通路溝を備える樹脂モールドされたハウジングと、前記ハウジングの前記副通路溝を覆って前記副通路を形成するカバーと、を備え、
前記回路パッケージは第1樹脂モールド工程で成形され、前記固定部と前記副通路溝とを有する前記ハウジングは第2樹脂モールド工程で成形され、
前記固定部は、前記回路パッケージの一部を包含して固定する厚肉部と薄肉部とを有する、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、
前記ハウジングにより前記回路パッケージを保持するために、前記ハウジングに設けられた前記固定部が、前記回路パッケージの一部を包含する前記厚肉部と前記薄肉部とを有し、
前記厚肉部が前記回路パッケージを包含する前記回路パッケージ表面の面積より、前記薄肉部が前記回路パッケージを包含する前記回路パッケージ表面の面積の方が大きい、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、
前記ハウジングは、フランジと、前記副通路溝が成形された副通路溝部と、前記フランジと前記副通路溝部とを繋ぐ上流側外壁と、下流側外壁と、を有し、前記回路パッケージを保持するための前記固定部が前記上流側外壁と下流側外壁とを繋ぐように設けられ、
前記固定部は厚肉部と薄肉部とを有し、前記回路パッケージの表面を覆う前記第2樹脂モールド工程で成形される樹脂の厚さは、前記厚肉部より前記薄肉部の方が薄い形状を成している、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、
前記固定部の前記フランジとは反対の側に前記固定部を構成する前記厚肉部が成形されており、
前記固定部の前記フランジの側に前記薄肉部が成形されており、前記厚肉部と前記薄肉部とが繋がっている、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、
前記固定部の前記フランジとは反対の側に前記固定部を構成する第1の厚肉部が成形されており、
前記第1の肉厚部の前記フランジの側に前記薄肉部が成形されており、
前記薄肉部のさらに前記フランジ側に第2の厚肉部が成形されている、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、
前記ハウジングは、フランジと、前記副通路溝が成形された副通路溝部と、前記フランジと前記副通路溝部とを繋ぐ上流側外壁と、下流側外壁と、を有し、
前記上流側外壁あるいは前記下流側外壁の少なくとも一方である前記外壁の一部が前記回路パッケージの一部を包含することにより、前記回路パッケージは前記ハウジングによって固定され、
前記回路パッケージの一部を包含する前記外壁の前記一部が、さらに前記回路パッケージの一部を包含する薄肉部を有し、前記薄肉部は前記回路パッケージの一部を包含する前記外壁の前記一部より、前記回路パッケージを覆っている部分の厚さが薄く形状を成しており、
前記回路パッケージの一部を包含する前記外壁の前記一部と、前記薄肉部とが一体に繋がっている、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、前記第2樹脂モールド工程で少なくとも前記固定部の部分に樹脂が射出される、ことを特徴とする熱式流量計。
- 請求項1乃至請求項6の内の一に記載の熱式流量計において、前記第2樹脂モールド工程で少なくとも前記固定部の近傍に樹脂が射出される、ことを特徴とする熱式流量計。
- 請求項6に記載の熱式流量計において、前記第2樹脂モールド工程で少なくとも前記固定部の前記薄肉部の部分に樹脂が射出される、ことを特徴とする熱式流量計。
- 請求項3乃至請求項5の内の一に記載の熱式流量計において、前記第2樹脂モールド工程で少なくとも前記フランジの部分に樹脂が射出される、ことを特徴とする熱式流量計。
- 請求項1乃至請求項10の内の一に記載の熱式流量計において、前記第2樹脂モールド工程で包含される前記回路パッケージの樹脂表面が少なくとも、粗化されている、ことを特徴とする熱式流量計。
- 請求項1乃至請求項11の内の一に記載の熱式流量計において、
前記回路パッケージは熱硬化性樹脂で成形され、前記ハウジングは熱可塑性樹脂で成形される、ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1乃至請求項12の内の一に記載の熱式流量計において、
前記固定部の前記厚肉部の前記回路パッケージとは反対の側が、前記カバーの内面に密着している、ことを特徴とする熱式流量計。
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