JP5971221B2

JP5971221B2 - 空気流量測定装置

Info

Publication number: JP5971221B2
Application number: JP2013209044A
Authority: JP
Inventors: 寛田川; 彰之須藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-10-04
Also published as: US9441584B2; US20150096360A1; JP2015072239A

Description

本発明は、エンジンへの吸気路に配され、エンジンに吸入される空気の流量を測定する空気流量測定装置に関する。

従来から、エンジンへの吸気路に配され、吸気路を流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることでエンジンに吸入される空気の流量を測定する熱式の空気流量測定装置が公知となっている。この従来の空気流量測定装置は、取り込んだ空気が通過する内部流路を形成する筐体と、伝熱現象により電気信号を発生する板状のセンサチップ、及び、ボンディングワイヤを介してセンサチップが電気的に接続される回路基板を有するセンサアセンブリとを備える。

センサアセンブリは、筐体に設けられた挿入孔にセンサチップを内部流路に露出させるように挿入され、固定される。
センサアセンブリは、ボンディングワイヤを保持するケーシングをなすワイヤ保持ケースを有し、ワイヤ保持ケースの外周面には前記挿入孔の内周面に面接触して位置決めを行う基準面が設けられている。そして、基準面と反対側の面が挿入孔の内周面に形成された突起によって押圧されることにより、センサアセンブリが挿入孔に固定されている（特許文献１参照）。

ところで、ワイヤ保持ケースには、ボンディングワイヤを収容するための空間が形成されている。このため、空間が形成された近傍ではワイヤ保持ケースの剛性が低くなる。すなわち、ワイヤ保持ケースは変形しやすい低剛性部を有する。
そこで、この低剛性部の存在を勘案せずに、基準面を決定すると、組み付け時に突起により受ける荷重によってワイヤ保持ケースに曲げ変形が生じ、ボンディングワイヤ及びセンサチップに歪みが生じて、流量検出精度が低下する虞がある。

特開２０１１−２５２７９６号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、センサアセンブリを筐体の挿入孔に挿入して固定することで製造される空気流量測定装置に関して、ワイヤ保持ケースの挿入孔内での変形を低減して、流量検出精度を向上させることにある。

本発明の空気流量測定装置は、エンジンへの吸気路に配され、吸気路を流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることでエンジンに吸入される空気の流量を測定するものである。

空気流量測定装置は、取り込んだ空気が通過する内部流路を形成する筐体と、伝熱現象により電気信号を発生する板状のセンサチップ、及び、ボンディングワイヤを介してセンサチップが電気的に接続される回路基板を有するセンサアセンブリとを備える。

センサアセンブリは、ボンディングワイヤを保持するケーシングをなすワイヤ保持ケースを有する。
筐体には、内部流路にセンサチップを露出させるようにワイヤ保持ケースが挿入される挿入孔が形成されている。

挿入孔の挿入方向からみて、センサチップの板厚方向をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向とすると、ワイヤ保持ケースは、Ｘ方向の他方側に窪んでボンディングワイヤを収容する空間を有し、空間は、Ｘ方向に垂直な底面によって区画されている。
ここで、ワイヤ保持ケースの内、底面よりＸ方向の一方側の部分を低剛性部、底面よりＸ方向の他方側の部分を高剛性部と定義する。

低剛性部は、空間に向かうＹ方向の力を受けることで空間に向かってＹ方向に変形する。
高剛性部は、挿入方向に平行、かつ、Ｘ方向に垂直な板状の柱体をなし、Ｙ方向の一方側、他方側それぞれの側に、挿入方向に平行な側面を有するとともに、筐体によって保持されている。
そして、Ｙ方向の一方側の側面は、挿入孔の内周面に当接してワイヤ保持ケースのＹ方向の位置決めを行う基準面をなし、Ｙ方向の他方側の側面が、挿入孔の内周面に形成された突起によってＹ方向に押圧されている。

これによれば、Ｙ方向の位置決め及び固定に伴ってワイヤ保持ケースに付与される荷重は全て高剛性部にかかるため、ワイヤ保持ケースの変形を低減することができる。

空気流量測定装置の内部を示す断面図である（実施例）。図１のII-II断面図である（実施例）。図２のIII-III断面図である（実施例）。センサアセンブリの斜視図である（実施例）。筐体の断面図である（実施例）。図５のVI-VI断面図である（実施例）。ワイヤ保持ケース内の力の釣り合いを示す図である（実施例）。ワイヤ保持ケース内の力の釣り合いを示す図である（従来例）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例の構成〕
実施例の空気流量測定装置１の構成を、図１〜６を用いて説明する。
空気流量測定装置１は、図１に示すように、エンジンへの吸気路２に突出するように配されてエンジンに吸入される空気の流量を測定する。

そして、空気流量測定装置１は、吸気路２を流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることで空気流量としての質量流量を直接的に測定するものである。すなわち、空気流量測定装置１は、取り込んだ空気が通過する内部流路３を形成する筐体４と、内部流路３に配されるセンサチップ５とを備え、センサチップ５により、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させ、空気流量に応じた電気信号を発生させる。

また、空気流量測定装置１は、センサチップ５が発生する電気信号を処理する回路モジュール６、回路モジュール６で処理された電気信号を外部の電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ。：図示せず。）に出力するための外部端子７等を備える。そして、ＥＣＵは、空気流量測定装置１から得られる電気信号に基づいてエンジンに吸入される空気の流量を把握するとともに、把握した空気流量に基づいて燃料噴射制御等の各種の制御処理を実行する。

筐体４は、例えば、吸気路２の上流側に向かって開口し、吸気路２を流れる空気の一部を取り込む吸入口１０と、吸入口１０から取り込んだ空気を通すとともにセンサチップ５を収容する内部流路３と、吸気路２の下流側に向かって開口し、吸入口１０から取り込まれてセンサチップ５を通過した空気を吸気路２に戻す放出口１１とを有する。そして、センサチップ５は、吸入口１０から取り込まれた空気との間に伝熱現象を発生させて質量流量相当の電気信号を発生する。

内部流路３は、例えば、吸入口１０から取り込んだ空気が周回して放出口１１から放出されるように設けられている。また、取り込んだ空気に含まれるダストを直進させて排出するためのダスト排出流路１２が、内部流路３から分岐している。

センサチップ５、回路モジュール６および外部端子７等は、１つの構成部品としてのセンサアセンブリ１４として組み立てられている（図４参照）。そして、センサアセンブリ１４は、センサチップ５が内部流路３に露出するように筐体４に挿入されて固定される。また、センサアセンブリ１４の組み立てにおいて、回路モジュール６および外部端子７は、インサート成形によりセンサアセンブリ１４に組み込まれ、センサチップ５は、インサート成形時に成形された保持部１５に接着剤により固定されてセンサアセンブリ１４に組み込まれる。

なお、センサチップ５は、半導体基板の表面に薄膜抵抗体で形成された発熱素子と感温素子とを有し、これらの素子が回路モジュール６に内蔵される回路基板（図示せず）に接続されている。また、センサチップ５は板状を呈しており、板厚方向の一方の面（表面）が素子の設けられる検出面となっている。
また、センサチップ５の素子と回路モジュール６の回路基板とはボンディングワイヤ１６により導通している。

〔実施例の特徴〕
実施例の空気流量測定装置１の特徴を説明する。
まず、センサアセンブリ１４は、ボンディングワイヤ１６を保持するケーシングをなすワイヤ保持ケース２０を有する。
ワイヤ保持ケース２０は、上述したインサート成形時に形成される樹脂部分であって、回路モジュールを包含する樹脂部分と保持部１５との間に形成されている。

また、筐体４には、内部流路３にセンサチップ５を露出させるようにワイヤ保持ケース２０が挿入される挿入孔２１が形成されている。
挿入孔２１は、図５に示すように、内部流路３の内外を貫通するように筐体４に形成された貫通孔である。

ここで、挿入孔２１の挿入方向からみて、センサチップ５の板厚方向をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向とする。
ワイヤ保持ケース２０は、Ｘ方向の他方側に窪んでボンディングワイヤ１６を収容する空間２３を有し、空間２３は、Ｘ方向に垂直な底面によって区画されている。
ここで、ワイヤ保持ケース２０の内、底面よりＸ方向の一方側の部分を低剛性部２０ａ、底面よりＸ方向の他方側の部分を高剛性部２０ｂと定義する。このとき、低剛性部２０ａは、空間２３に向かうＹ方向の力を受けることで空間２３に向かってＹ方向に変形する。そして、高剛性部２０ｂは、挿入方向に平行、かつ、Ｘ方向に垂直な板状の柱体をなし、Ｙ方向の一方側、他方側それぞれの側に、挿入方向に平行な側面を有するとともに、筐体４によって保持されている。

空間２３は、例えば、図３及び図４に示すように、Ｘ方向の一方側の面に開口する凹部２３Ａとして設けられており、Ｘ方向に垂直な底面によって区画されている。
凹部２３Ａ内には、ボンディングワイヤ１６が配されおり、ボンディングワイヤ１６はポッティング材２５により覆われて保護されている（図２参照）。なお、図３及び図４ではポッティング材２５の図示を省略している。
なお、Ｘ方向の一方側は、センサチップ５の表面側である。

ワイヤ保持ケース２０は、挿入孔２１の内周面と面接触して位置決めを行う基準面が設けられている。
まず、ワイヤ保持ケース２０のＸ方向の一方側の面には、Ｘ方向の位置決めを行う第１基準面３１が形成されている。
また、ワイヤ保持ケース２０の高剛性部２０ｂにおいて、Ｙ方向の一方側の面に、Ｙ方向の位置決めを行う第２基準面３２が形成されている。

ワイヤ保持ケース２０は、第１基準面３１が挿入孔２１の内周面に形成された当接面３３に、第２基準面３２が挿入孔２１の内周面に形成された当接面３４に面接触するように挿入孔２１に圧入固定される。

挿入孔２１の内周面には、当接面３３、３４に対向する位置に、圧入突起３５、３６が形成されている。
これにより、ワイヤ保持ケース２０の第１基準面３１と反対側の面４１が圧入突起３５に押圧されることで、第１基準面３１が当接面３３に押し付けられる。
また、ワイヤ保持ケース２０の第２基準面３２と反対側の面４２が圧入突起３６に押圧されることで、第２基準面３２が当接面３４に押し付けられる。

なお、本実施例では、第２基準面３２と当接面３４とが当接する位置と、面４２と圧入突起３６が当接する位置がＸ方向に同じ位置である。具体的には、第２基準面３２と当接面３４とのＸ方向の接触範囲の中心位置は、面４２と圧入突起３６とが当接する位置とＸ方向に同じ位置である。

なお、第１基準面３１は、凹部２３Ａの開口縁に形成されており、凹部２３ＡをＹ方向に挟む２箇所に設けられている。

〔実施例の作用効果〕
空気流量測定装置１によれば、挿入孔２１の内周面に当接してワイヤ保持ケース２０のＹ方向の位置決めを行う第２基準面３２が、高剛性部２０ｂに設けられている。
これによれば、これによれば、Ｙ方向の位置決め及び固定に伴ってワイヤ保持ケース２０に付与される荷重は全て高剛性部にかかるため、ワイヤ保持ケースの変形を低減することができる。

図７に、Ｙ方向の位置決め及び固定に伴うワイヤ保持ケース２０に負荷される力の釣り合いを示す。
図７に示すように、第２基準面３２には、圧入突起３６により面４２に付与される押圧荷重と同等の荷重がかかる。本実施例では、第２基準面３２及び圧入突起３６に凹圧される面４２が共に高剛性部２０ｂにあるため、Ｙ方向の一方側及び他方側のいずれにおいても、高剛性部２０ｂに荷重がかかることになる。

一方、図８に、第２基準面３２が低剛性部２０ａに存在する例（従来例）におけるワイヤ保持ケース２０に負荷される力の釣り合いを示す。
図８では、圧入突起３６に押圧される面４２は高剛性部２０ｂ側に存在するが、第２基準面３２が低剛性部２０ａにあるため、Ｙ方向の一方側では低剛性部２０ａに、他方側では高剛性部２０ｂに荷重がかかることになる。低剛性部２０ａは変形量が大きいため、ワイヤ保持ケース２０が変形して、ボンディングワイヤ１６やセンサチップ５に歪みが生じやすい。

これに対して、本実施例では、図７に示すように、Ｙ方向の一方側及び他方側のいずれにおいても、高剛性部２０ｂに荷重がかかることになるため、ワイヤ保持ケース２０の変形を低減することができる。この結果、ボンディングワイヤ１６やセンサチップ５に歪みが生じるのを抑制でき、流量測定精度を向上させることができる。

また、本実施例では、第２基準面３２と当接面３４とが当接する位置と、面４２と圧入突起３６が当接する位置がＸ方向に同じ位置である。これによれば、互いの位置がずれている場合と比較して、ワイヤ保持ケース２０の変形をより低減することができる。

なお、本実施例では、第２基準面３２及び面４２がＹ方向に対して傾斜しているので、分力が生じているが、Ｙ方向に垂直な平面であってもよい。

１空気流量測定装置、２吸気路、３内部流路、４筐体、５センサチップ、６回路モジュール、１４センサアセンブリ、１６ボンディングワイヤ、２０ワイヤ保持ケース、２０ａ低剛性部、２０ｂ高剛性部、２１挿入孔、２３空間、３２第２基準面、３６圧入突起

Claims

エンジンへの吸気路（２）に配され、この吸気路（２）を流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることで前記エンジンに吸入される空気の流量を測定する空気流量測定装置において、
取り込んだ空気が通過する内部流路を形成する筐体（４）と、
前記伝熱現象により電気信号を発生する板状のセンサチップ（５）、及び、ボンディングワイヤ（１６）を介して前記センサチップ（５）が電気的に接続される回路基板（６）を有するセンサアセンブリ（１４）とを備え、
前記センサアセンブリ（１４）は、前記ボンディングワイヤ（１６）を保持するケーシングをなすワイヤ保持ケース（２０）を有し、
前記筐体（４）には、前記内部流路（３）に前記センサチップ（５）を露出させるように前記ワイヤ保持ケース（２０）が挿入される挿入孔（２１）が形成され、
前記挿入孔（２１）の挿入方向からみて、前記センサチップ（５）の板厚方向をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向とすると、
前記ワイヤ保持ケース（２０）は、前記Ｘ方向の他方側に窪んで前記ボンディングワイヤ（１６）を収容する空間（２３）を有し、
この空間（２３）は、前記Ｘ方向に垂直な底面によって区画されており、
前記ワイヤ保持ケース（２０）の内、前記底面より前記Ｘ方向の一方側の部分を低剛性部（２０ａ）、前記底面より前記Ｘ方向の他方側の部分を高剛性部（２０ｂ）と定義すると、
前記低剛性部（２０ａ）は、前記空間（２３）に向かう前記Ｙ方向の力を受けることで前記空間（２３）に向かって前記Ｙ方向に変形し、
前記高剛性部（２０ｂ）は、前記挿入方向に平行、かつ、前記Ｘ方向に垂直な板状の柱体をなし、前記Ｙ方向の一方側、他方側それぞれの側に、前記挿入方向に平行な側面を有するとともに、前記筐体（４）によって保持され、
前記Ｙ方向の一方側の側面は、前記挿入孔（２１）の内周面に当接して前記ワイヤ保持ケース（２０）のＹ方向の位置決めを行う基準面（３２）をなし、
前記Ｙ方向の他方側の側面が、前記挿入孔（２１）の内周面に形成された突起（３６）によってＹ方向に押圧されていることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項１に記載の空気流量測定装置において、
前記基準面（３２）と前記突起（３６）はＸ方向において、同じ位置に存在することを特徴とする空気流量測定装置。