JP6342569B2 - 熱式流量計 - Google Patents
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- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
。内燃機関に導かれる吸入空気量を計測する熱式流量計は、吸入空気量の一部を取り込む副通路と前記副通路に配置された流量検出部とを備え、前記流量検出部が被計測気体との間で熱伝達を行うことにより、前記副通路を流れる被計測気体の状態を計測して、前記内燃機関に導かれる吸入空気量を表す電気信号を出力する。このような技術は、例えば特開2011−252796号公報(特許文献1)に開示されている。
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。
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の出力が制御装置200に入力される。
、実際にはさらに熱式流量計300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、きめ細かく制御されている。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300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300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)は下面図である。熱式流量計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、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気体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気体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。
、流速が低くなる。このため主通路124の内壁面近傍の気体を被計測気体30として副通路に取り込むと、主通路124の平均的な流速に対する流速の低下が計測誤差につながる恐れがある。図2乃至図4に示す熱式流量計300では、フランジ312から主通路124の中央に向かって延びる薄くて長い計測部310の先端部に入口350が設けられているので、内壁面近傍の流速低下に関係する計測誤差を低減できる。また、図2乃至図4に示す熱式流量計300では、フランジ312から主通路124の中央に向かって延びる計測部310の先端部に入口350が設けられているだけでなく、副通路の出口も計測部310の先端部に設けられているので、さらに計測誤差を低減することができる。
、狭い形状を成している。即ち熱式流量計300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300は十分な長さの副通路を備えることができ、被計測気体30に対しては流体抵抗を小さい値に抑えることができる
。このため、熱式流量計300は、流体抵抗を小さい値に抑えられると共に高い精度で被計測気体30の流量を計測することが可能である。
計測部310の先端側に設けられた副通路よりもフランジ312側の方に位置して、図2および図3に示すように、被計測気体30の流れの上流側に向かって開口する入口343が成形されており、入口343の内部には被計測気体30の温度を計測するための温度検出部452が配置されている。入口343が設けられている計測部310の中央部では
、ハウジング302を構成する計測部310内の上流側外壁が下流側に向かって窪んでおり、前記窪み形状の上流側外壁から温度検出部452が上流側に向かって突出する形状を成している。また前記窪み形状の外壁の両側部には表カバー303と裏カバー304が設けられており、前記表カバー303と裏カバー304の上流側端部が、前記窪み形状の外壁より上流側に向かって突出した形状を成している。このため前記窪み形状の外壁とその両側の表カバー303と裏カバー304とにより、被計測気体30を取り込むための入口343が成形される。入口343から取り込まれた被計測気体30は入口343の内部に設けられた温度検出部452に接触することで、温度検出部452によって温度が計測される。さらに窪み形状を成すハウジング302の外壁から上流側に突出した温度検出部452を支える部分に沿って被計測気体30が流れ、表カバー303と裏カバー304に設けられた表側出口344および裏側出口345が主通路124に排出される。
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。主通路124である吸気管の温度が通常高くなり、フランジ312あるいは熱絶縁部315から計測部310内の上流側外壁を通って、温度検出部452を支える部分に熱が伝わり、温度の計測精度に影響を与える恐れがある。上述のように、被計測気体30が温度検出部452により計測された後、温度検出部452の支える部分に沿って流れることにより、前記支える部分が冷却される。従ってフランジ312あるいは熱絶縁部315から計測部310内の上流側外壁を通って温度検出部452を支える部分に熱が伝わるのを抑制できる。
)の固定が容易となる。
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内を流れる吸入空気である被計測気体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。
。これにより温度の影響を低減できる。また熱絶縁部315の部分は樹脂が厚くなる。ハウジング302の樹脂モールド時に、樹脂が高温状態から低温に冷えて硬化する際に体積収縮が生じ、応力の発生による歪が生じる。熱絶縁部315に窪み316を成形することで体積収縮をより均一化でき、応力集中を低減できる。
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、吸入空気などの主通路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。
、この両方の金型を使用することにより、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の一部として全て成形することが可能となる。ハウジング302の両面に表カバー303と裏カバー304を設けることでハウジング302の両面の副通路を完成させることができる。金型を利用してハウジング302の両面に表側副通路溝332と裏側副通路溝334を成形することで高い精度で副通路を成形できる。また高い生産性が得られる。
。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、溝に沿って流れるにつれ表側の方向に被計測気体30は徐々に移動する。特に裏側副通路溝334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が設けられていて、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の上流部342で図5(B)に記載の計測用流路面430の方を流れる。一方質量の大きい異物は慣性力によって急激な進路変更が困難なため、図6(B)に示す計測用流路面裏面431の方を移動する。その後回路パッケージ400の下流部341を通り、図5(B)に記載の計測用流路面430の方を流れる。
速くなり、計測精度が向上する。また仮に熱伝達面露出部436の上流側で気体の流れに渦が発生していたとしても上記絞りにより渦を消滅あるいは低減でき、計測精度が向上する。
。すなわち固定部372に対して包含する方向が異なるようにして回路パッケージ400を包含している。2つの異なる方向で回路パッケージ400を包含しているので、固定する力が増大している。外壁窪み部366は上流側外壁335の一部であるが、固定する力を増大するためであれば、上流側外壁335の代わりに下流側外壁336で、固定部372と異なる方向に回路パッケージ400を包含しても良い。例えば、下流側外壁336で回路パッケージ400の板部を包含するとか、あるいは下流側外壁336に上流方向に窪む窪み、あるいは上流方向に突出する突出部を設けて回路パッケージ400を包含しても良い。上流側外壁335に外壁窪み部366を設けて回路パッケージ400を包含したのは、回路パッケージ400の固定に加えて、温度検出部452と上流側外壁335との間の熱抵抗を増大する作用を持たせたためである。
図7は、回路パッケージ400の計測用流路面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、貫通部が設けられていて、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を備え、流路に絞りを設けるために使用される。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。また、表カバー303と裏カバー304には、突起部380と突起部381が形成されており、ハウジング302の嵌合した際に、図5(B)及び図6(B)に表記した回路パッケージ400の先端側の空洞部382の隙間を埋めると同時に回路パッケージ400の先端部を覆う構成となる。
、層流に生じさせる作用をする。この実施例では、絞り部分を有する副通路を、溝の部分と溝を塞いで絞りを備えた流路を完成する蓋の部分とにわけ、溝の部分を、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作り、次に突起部356を有する表カバー303を他の樹脂モールド工程で成形し、表カバー303を溝の蓋として溝を覆うことにより、副通路を作っている。ハウジング302を成形する第2樹脂モールド工程で、計測用流路面430を有する回路パッケージ400のハウジング302への固定も行っている
。このように形状の複雑な溝の成形を樹脂モールド工程で行い、絞りのための突起部356を表カバー303に設けることで、高い精度で図7に示す流路386を成形することができる。また溝と計測用流路面430や熱伝達面露出部436の配置関係を高い精度で維持できるので、量産品においてのばらつきを小さくでき、結果として高い計測結果が得られる。また生産性も向上する。
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、回路パッケージ400をハウジング302に埋設固定するための固定部372として設けられている。固定部372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埋設している。
、ハウジング302を成形する樹脂で覆う部分と覆わないで露出させる部分とを設けている。これら回路パッケージ400の表面がハウジング302の樹脂から露出する部分を、複数個設け、この内の一つは先に説明した熱伝達面露出部436を有する計測用流路面430であり、また他に、固定部372よりフランジ312側の部分に露出する部分を設けている。さらに外壁窪み部366を成形し、この外壁窪み部366より上流側の部分を露出させ、この露出部を、温度検出部452を支える支持部としている。回路パッケージ400の外表面の固定部372よりフランジ312側の部分は、その外周、特に回路パッケージ400の下流側からフランジ312に対向する側にかけて、さらに回路パッケージ400の端子に近い部分の上流側にかけて、回路パッケージ400を取り巻くように空隙が成形されている。このように回路パッケージ400の表面が露出している部分の周囲に空隙が成形されていることで、主通路124からフランジ312を介して回路パッケージ400に伝わる熱量を低減でき、熱の影響による計測精度の低下を抑制している。
図10は図5および図6に示すハウジング302内に形成された端子接続部320まわりの拡大図である。図11は、表裏カバーを配置した状態における、図10に示すD−D線に沿った模式的矢視断面図であり、吸気管124aに取り付けられた状態の断面図である。
、回路パッケージ400の固定部372により囲われている。この囲われた空間が回路収納部である。そして、ハウジング302の両側から表カバー303と裏カバー304で、ハウジング302を覆うことにより、上述した如く副通路が形成されるとともに、上流側外壁335、下流側外壁336および固定部372からなる回路室形成壁により囲われた空間(回路収納部)を密閉する回路室321が形成される。具体的には、回路室321は
、回路室形成壁を表カバー303と裏カバー304で覆うことにより、回路パッケージ400の接続端子412を含む部分を収納する密閉空間を形成している。
、ハウジング302を構成する第2の樹脂でハウジング本体とともに一体的に成形されている。そして、本実施例の場合、樹脂被覆部330は、回路室形成壁の一部を構成している。
)、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)、アクリル(PMMA)、ポリエチレ
ンテレフタレート(PET)、ナイロン/ポリアミド(PA)、ポリカーボネイト(PC
)、ポリアセタール(POM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレ
ンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの樹脂を挙げ
ることができ、熱式流量計の使用環境下において、溶融・軟化しないものであれば特に限定されるものではない。さらに、これらの樹脂にガラス、マイカなどの無機材料からなるフィラーがさらに添加されていてもよい。より好ましい熱可塑性樹脂としては、エラストマーポリフェニレンサルファイド(PPS)、ABS、PBTなどの熱可塑性樹脂である
。なお、第1の樹脂である熱硬化性樹脂としては、エポキシ(EP)、フェノール(PF
)、メラミン(MF)、ユリア(UF)、熱硬化性ポリイミド(PI)などの樹脂を挙げ
ることができ、熱式流量計の使用環境下において、溶融・軟化しないものであれば特に限定されるものではない。
、バネ性に優れた材料であることが好ましい。このような材料としては、たとえば、リン青銅、黄銅などを挙げることができる。リン青銅または黄銅を用いた場合には、これらの耐食性を高めるため、リン青銅または黄銅を母材として、メッキ層がさらに形成された端子を用いることが好ましい。
。
、溝部440により、構造的にその応力を逃がすことができる。
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。
、端子414は使用されないので、これら使用しない端子414は検査後、回路パッケージ400の根元で切断しても良いし、図10に示す如く端子側固定部362である樹脂の内部に埋めてしまっても良い。このように外部端子内端361に接続されない端子414を設けることで、第1樹脂モールド工程で生産された回路パッケージ400に異常が生じていないかどうかを検査でき、高い信頼性を維持できる。
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、ハウジング302、表カバー303、および裏カバー304により形成された回路室321内の空気の温度変化により、回路室321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、上述した腐食性ガスまたは水分が回路室321に浸入する要因となるので、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。
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。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、2倍以上、計測精度を向上できる。熱式流量計300は量産により生産されることが多く、ここに厳密に計測しながら接着剤で接着する方法には、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に示す実施例においても同様である。
。回路パッケージ400の熱伝達面露出部436を固定した副通路溝、例えば表側副通路溝332と裏側副通路溝334とが非常に高い精度で成形できるので、この副通路溝から副通路を成形する作業は、表カバー303や裏カバー304でハウジング302の両面を覆う作業である。この作業は大変シンプルで、計測精度を低下させる要因が少ない作業工程である。また、表カバー303や裏カバー304は成形精度の高い樹脂モールド工程により生産される。従って回路パッケージ400の熱伝達面露出部436と規定の関係で設けられる副通路を高い精度で完成することが可能である。このような方法により、計測精度の向上に加え、高い生産性が得られる。
、少ない固定面積で回路パッケージ400をハウジング302に固定できる。すなわち、ハウジング302に接触していない回路パッケージ400の表面積を多く取ることができる。前記ハウジング302に接触していない回路パッケージ400の表面は、例えば空隙に露出している。吸気管の熱はハウジング302に伝わり、ハウジング302から回路パッケージ400に伝わる。ハウジング302で回路パッケージ400の全面あるいは大部分を包含するのではなく、ハウジング302と回路パッケージ400との接触面積を小さくしても、高精度でしかも高い信頼性を維持して、回路パッケージ400をハウジング302に固定できる。このためハウジング302から回路パッケージ400への熱伝達を低く抑えることが可能となり、計測精度の低下を抑制できる。
4.1 熱伝達面露出部436を備える計測用流路面430の成形
図14に第1樹脂モールド工程で作られる回路パッケージ400の外観を示す。なお、回路パッケージ400の外観上に記載した斜線部分は、第1樹脂モールド工程で回路パッケージ400を製造した後に、第2樹脂モールド工程でハウジング302を成形する際に
、第2樹脂モールド工程で使用される樹脂により回路パッケージ400が覆われる固定面432を示す。図14(A)は回路パッケージ400の左側面図、図14(B)は回路パッケージ400の正面図、図14(C)は回路パッケージ400の背面図である。回路パッケージ400は、後述する流量検出部602や処理部604を内蔵し、熱硬化性樹脂でこれらがモールドされ、一体成形される。
回路パッケージ400に設けられた温度検出部452は、温度検出部452を支持するために被計測気体30の上流方向に延びている突出部424の先端も設けられて、被計測気体30の温度を検出する機能を備えている。高精度に被計測気体30の温度を検出するには、被計測気体30以外部分との熱の伝達をできるだけ少なくすることが望ましい。温度検出部452を支持する突出部424は、その根元より、先端部分が細い形状を成し、その先端部分に温度検出部452を設けている。このような形状により、温度検出部452への突出部424の根元部からの熱の影響が低減される。
回路パッケージ400には、内蔵する流量検出部602や処理部604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、接続端子412が設けられている。さらに、回路パッケージ400が正しく動作するかどうか、回路部品やその接続に異常が生じていないかの検査を行うために、端子414が設けられている。この実施例では、第1樹脂モールド工程で流量検出部602や処理部604を、熱硬化性樹脂を用いて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。トランスファモールド成形を行うことにより、回路パッケージ400の寸法精度を向上することができるが、トランスファモールド工程では、流量検出部602や処理部604を内蔵する密閉した金型の内部に加圧した高温の樹脂が圧入されるので、出来上がった回路パッケージ400について、流量検出部602や処理部604およびこれらの配線関係に損傷が無いかを検査することが望ましい。この実施例では、検査のための端子414を設け
、生産された各回路パッケージ400についてそれぞれ検査を実施する。検査用の端子414は計測用には使用されないので、上述したように、端子414は外部端子内端361には接続されない。なお各接続端子412には、機械的弾性力を増すために、湾曲部416が設けられている。各接続端子412に機械的弾性力を持たせることで、第1樹脂モールド工程による樹脂と第2樹脂モールド工程による樹脂の熱膨張係数の相違に起因して発生する応力を吸収することができる。すなわち、各接続端子412は第1樹脂モールド工程による熱膨張の影響を受け、さらに各接続端子412に接続される外部端子内端361は第2樹脂モールド工程による樹脂の影響を受ける。これら樹脂の違いに起因する応力の発生を吸収することができる。
図14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、規定された関係となるように、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が高い精度で固定される。
図15は、図14(B)のC−C断面の1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。
。
。流量検出部602の各端子と処理部604とがアルミパッドを介してワイヤ542で電気的に接続されている。さらに、処理部604は、アルミパッドを介してワイヤ543で第2プレート536に接続されている。
、傾斜部594や傾斜部596により、温度検出部452で計測された被計測気体30が突出部424からその根元の方にスムーズに流れ、突出部424の根元が冷却され、温度検出部452への熱の影響を低減できる効果がある。この図16の状態の後、リード514が端子毎に切り離され、接続端子412や端子414となる。
、リードの切断面から水分などが使用中に内部に侵入する恐れがある。このようなことがないようにすることが耐久性向上の観点や信頼性向上の観点で重要である。例えば傾斜部594や傾斜部596のリード切断部が第2樹脂モールド工程で樹脂により覆われ、リードの切断面が、前記樹脂により覆われる。このことによりリードの切断面の腐食や切断部からの水の侵入が防止される。リードの切断面は温度検出部452の電気信号を伝える重要なリード部分と近接している。従って切断面を第2樹脂モールド工程で覆うことが望ましい。
6.1 回路パッケージ400の生産工程
図17および図18は熱式流量計300の生産工程を示し、図17は回路パッケージ400の生産工程を示し、図18は熱式流量計の生産工程を示す。図17において、ステップ1は金属製の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。
、金型に高温の樹脂を高い圧力で注入するので、電気部品や電気配線の異常が生じていないかを検査することが望ましい。この検査のために図14に示す接続端子412に加え端子414が使用される。なお、端子414はその後使用されないので、この検査の後、根元から切断しても良い。
図18で、図17により生産された回路パッケージ400と外部端子306とが使用され、第2樹脂モールド工程の前にステップ5で接続端子412と外部端子内端361との接続が行われる。ステップ6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14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。これと同時に、図10〜図13で示した、樹脂被覆部330が成形される。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。さらに、樹脂被覆部330を第2樹脂モールド工程においてハウジング本体とともに一体的に成形することにより、端子接続部320を別工程において樹脂等により被覆する場合に比べて、安価かつ効率的に端子接続部320の防食を実施することができる。さらに、樹脂被覆部330を第2樹脂モールド工程においてハウジング本体とともに一体的に成形することにより、熱式流量計の使用時の温度変化に伴い、ハウジング本体とともに樹脂被覆部330も一体となって膨張収縮するため、端子接続部320に温度変化に伴う負荷が作用し難い構造とすることができる。
。これにより、表カバー303と裏カバー304がハウジング302との接着性(溶着性
)を高めることができる。これにより、たとえ熱式流量計300は使用される環境下においても、上述した回路室321内の密閉性を継続的に維持することができる。さらに、表カバー303と裏カバー304の材質に、ハウジング302の材料に比べてレーザが透過する熱可塑性樹脂(例えば透明または白色の樹脂)を用い、ハウジング302にカバーの材料に比べてレーザが吸収し易い熱可塑性樹脂(例えばカバーの樹脂を黒色に着色した樹脂)を用いることにより、表カバー303または裏カバー304と、ハウジング302との界面における溶着性をより高めることができる。
カーボネイト(PC)、ABS樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェ
ニレンサルファイド(PPS)などの熱可塑性樹脂を用いた場合には、これらの樹脂はそのままの状態で透明または白色であるので、これらの樹脂にレーザを透過することができる。したがって、これらの樹脂でカバーを成形すればよい。一方、レーザを吸収させるために、レーザを吸収する樹脂(ハウジングを構成する樹脂)は、これらの樹脂に対して、レーザ吸収性を有する着色剤を添加したものを用いる。その着色剤として、例えば、カーボンブラック等の炭素系材料、複合酸化物系顔料等の無機系着色料等を挙げることができる。このような結果、カバー側からレーザを照射することにより、レーザはカバーを透過して、ハウジングの樹脂に吸収され、カバーに接触した(または略接触した)ハウジングの樹脂が溶融し、ハウジングとカバーとの対向した部分を溶着することができる。さらに
、カバーとハウジングの溶着性を高めるためには、双方の樹脂が同じ樹脂であることが好ましい。
7.1 熱式流量計300の回路構成の全体
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。
、流量検知ブリッジ650の他端はグランド端子630に接続されている。
図20は、上述した図19の流量検出回路601の回路配置を示す回路構成図である。流量検出回路601は矩形形状の半導体チップとして作られており、図20に示す流量検出回路601の左側から右側に向って、矢印の方向に、被計測気体30が流れる。
、破線で示す薄厚領域(すなわち上述した熱伝達面)603が設けられている。この薄厚領域603の裏面側には、上述した空隙が成形されており、前記空隙が図14や図5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。
、端子632は図19に示す交点Cの電位を出力する。
、648は、発熱体608から離れて配置されているので、発熱体608からの発熱の影響を受け難い構成に成っている。抵抗642は発熱体608で暖められた気体の温度に敏感に反応するように構成されており、抵抗644や抵抗646、抵抗648は発熱体608の影響を受けにくい構成となっている。このため、発熱制御ブリッジ640による被計測気体30の検出精度が高く、被計測気体30をその初期温度に対して所定温度だけ高める制御を高精度で行うことができる。
301…第2の樹脂
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(接続部)
321…回路室
330…樹脂被覆部
332…表側副通路溝
334…裏側副通路溝
356…突起部
361…外部端子内端
372…固定部
400…回路パッケージ
401…第1の樹脂
412…接続端子
414…端子
424…突出部
430…計測用流路面
432…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…傾斜部
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
Claims (15)
- 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であって、
該熱式流量計は、前記流量検出部と、前記流量検出部に電気的に接続され、第1樹脂で包含される処理部と、前記処理部に電気的に接続され、一端側において前記第1樹脂から露出し、他端側において前記第1樹脂で覆われた接続端子と、を備える回路パッケージと、
一端側において第2樹脂から露出し、他端側において前記接続端子の前記一端側で接続される外部接続端子と、を有し、
前記接続端子と前記外部接続端子との接続部は、前記第2樹脂により被覆されており、当該接続部は溶接によって接続されており、
前記回路パッケージは前記外部接続端子と接続されない端子を有し、当該端子は前記第2の樹脂により被覆されていることを特徴とする熱式流量計。 - 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であって、
該熱式流量計は、前記流量検出部と、前記流量検出部に電気的に接続され、第1樹脂で包含される処理部と、前記処理部に電気的に接続され、一端側において前記第1樹脂から露出し、他端側において前記第1樹脂で覆われた接続端子と、を備える回路パッケージを有しと、
外部接続端子を固定する第2樹脂により、前記接続端子の前記一端側において前記外部接続端子と前記接続端子とが接続された接続部が被覆されており、当該接続部は溶接によって接続されており、
前記回路パッケージは前記外部接続端子と接続されない端子を有し、当該端子は前記第2の樹脂により被覆されていることを特徴とする熱式流量計。 - 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であって、
該熱式流量計は、前記流量検出部を備えるとともに、該流量検出部に電気的に接続された接続端子が一端側において第1樹脂から露出するように前記接続端子を前記第1樹脂により一体的にモールド成形された回路パッケージと、
前記熱式流量計の一部を形成する第2樹脂に固定されるとともに、一端側において前記第2樹脂から露出し、他端側において前記接続端子の前記第1樹脂から露出した部分に電気的に接続された外部接続端子と、を少なくとも備え、
前記回路パッケージの前記接続端子と前記外部接続端子とが電気的に接続された接続部が前記第2樹脂で被覆されており、当該接続部は溶接によって接続されており、
前記回路パッケージは前記外部接続端子と接続されない端子を有し、当該端子は前記第2の樹脂により被覆されていることを特徴とする熱式流量計。 - 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であって、
該熱式流量計は、前記流量検出部を備えるとともに、該流量検出部に電気的に接続された接続端子が一端側において第1樹脂から露出するように前記接続端子を前記第1樹脂により一体的にモールド成形された回路パッケージと、
第2樹脂からなるコネクタ部に固定されるとともに、一端側において外部の端子に接続可能なように前記コネクタ部から露出し、他端側において前記接続端子の前記第1樹脂から露出した部分に電気的に接続された外部接続端子と、を少なくとも備え、
前記回路パッケージの前記接続端子と前記外部接続端子とが電気的に接続された接続部が、前記コネクタ部とともに一体的に成形された前記第2樹脂で被覆されており、当該接続部は溶接によって接続されており、
前記回路パッケージは前記外部接続端子と接続されない端子を有し、当該端子は前記第2の樹脂により被覆されていることを特徴とする熱式流量計。 - 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であって、
該熱式流量計は、前記流量検出部を備えるとともに、該流量検出部に電気的に接続された接続端子が一端側において第1樹脂から露出するように前記接続端子を前記第1樹脂により一体的にモールド成形された回路パッケージと、
第2樹脂からなるコネクタ部に固定されるとともに、一端側において外部の端子に接続可能なように前記コネクタ部から露出し、他端側において前記接続端子の前記第1樹脂から露出した部分に電気的に接続された外部接続端子と、を少なくとも備え、
前記回路パッケージの前記接続端子と前記外部接続端子とが電気的に接続された接続部が、前記第2樹脂からなる樹脂被覆部で被覆されており、当該接続部は溶接によって接続されており、
前記回路パッケージは前記外部接続端子と接続されない端子を有し、当該端子は前記第2の樹脂により被覆されており、
前記コネクタ部と前記樹脂被覆部とは、一体的に成形されていることを特徴とする熱式流量計。 - 前記接続端子の前記第1樹脂から露出した部分全体が、前記接続部を被覆した前記第2樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の熱式流量計。
- 前記第2樹脂で被覆された前記接続端子の表面のうち、少なくとも前記第1樹脂で被覆された前記接続端子の表面に隣接する部分には、粗化処理がされていることを特徴とする請求項6に記載の熱式流量計。
- 前記回路パッケージを構成する第1樹脂に被覆された接続端子の表面のうち、少なくとも、前記第2樹脂が被覆された前記接続端子の表面に隣接する部分には、粗化処理がされていることを特徴とする請求項6または7に記載の熱式流量計。
- 前記接続部を被覆した前記第2樹脂と前記回路パッケージの第1樹脂との境界部には、前記第1樹脂および前記第2樹脂により、溝部が形成されていることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の熱式流量計。
- 前記熱式流量計は、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するように、前記接続部を被覆した前記第2樹脂とともに一体的にモールド成形されたハウジングを備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱式流量計。
- 前記熱式流量計は、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するように、前記コネクタ部とともに、第2樹脂で一体的にモールド成形されたハウジングを備えていることを特徴とする請求項4または5に記載の熱式流量計。
- 前記ハウジングは、前記回路パッケージの前記接続端子を含む部分を収納する回路室を形成するための回路室形成壁が形成されており、
前記接続部を被覆した第2樹脂は、前記回路室形成壁の一部を構成していることを特徴とする請求項10または11に記載の熱式流量計。 - 前記接続端子は、銅合金からなる母材と、該母材の表面に被覆された銅またはニッケルからなる下地めっき層と、該下地めっき層の表面に被覆された錫からなる表層めっき層とからなることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の熱式流量計。
- 前記外部接続端子は、リン青銅合金からなる母材と、該母材の表面に被覆された銅からなる下地めっき層と、該下地めっき層の表面に被覆された錫からなる表層めっき層とからなることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の熱式流量計。
- 前記接続部はスポット溶接あるいはレーザ溶接によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の熱式流量計。
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