JP6527483B2 - 熱式流量計 - Google Patents

Description

本発明は、熱式流量計に関する。

主通路を流れる被計測気体の質量流量を計測する装置として熱式流量計がある。熱式流量計は、自動車エンジン等の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。流量検出部にはシリコンエレメントが配置され、このシリコンエレメントが気流によって冷却され、シリコンエレメント内に形成される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、流量検出部に汚損物が付着するのを避ける汚損対策の観点から、バイパス通路に静電気散逸領域を設け、この静電気散逸領域をアースに接地することで、汚損物の電荷を取り除く熱式流量計の技術が提案されている（特許文献１）。

US2013/061684

近年、リードフレームとLSI等の回路部品を樹脂モールドして回路パッケージを形成し、該回路パッケージをハウジングに搭載した構造を有する熱式流量計の構造が提案されている。この回路パッケージの場合、リードフレームと回路部品は樹脂材に埋もれているので、被計測気体が通過する場所に露出する導体との電気的な接続（アース接地）をとることが困難であった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被計測気体が通過する場所に配置される金属導体との電気的な接続を簡単にし、さらに不具合を生じさせない熱式流量計を得ることである。

上記課題を解決する本発明の熱式流量計は、リードフレームと該リードフレームに実装される回路部品とが樹脂材で一体にモールドされた回路パッケージと、該回路パッケージが搭載されたハウジングと、被計測気体が通過する場所に配置される金属導体と、を有し、前記回路パッケージには、前記リードフレームの一部が前記樹脂材から露出したリードフレーム露出部が設けられており、前記リードフレーム露出部と前記金属導体との間には、-40〜150℃の温度範囲においてヤング率が100MPa以下の導電性物質により構成された導電体が介在されており、該導電体により前記リードフレーム露出部と前記金属導体との間を電気的に接続していることを特徴とする。

本発明によれば、リードフレーム露出部および金属導体に対して適切な圧力で導電体を押圧でき、リードフレーム露出部と金属導体との間の電気的な接続状態を良好に保つことができる。

本発明に係る熱式流量計から表カバーおよび裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す正面図。 表カバーの対向面を示す図。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す正面図。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す背面図。 図３のB-B線断面図。 図５の枠内を拡大した図。 図３のC-C線断面図。 図３のD-D線断面図。 回路パッケージの表面を示す図。 リードフレームと金属導体との接続方法を説明する図。

次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１に示すように熱式流量計は、ハウジング１と被計測気体２の流量を計測するための流量検出部３やLSIを備えた回路パッケージ４を備えている。ハウジング１には、自動車エンジンからの主通路を流れる被計測気体２を取り込むための副通路５が設けられており、その副通路５内に、回路パッケージ４に内蔵された流量検出部３が配置されている。また、図２に表カバーを示すが、表カバー６には、金属導体７が設けられている。金属導体７は、被計測気体２に含まれている塵埃等の異物が帯電して流量検出部３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。本実施例では、金属導体７は、表カバー６にインサート成形されている。

ハウジング１の表裏には表カバー６および裏カバー８（図３、４）がレーザ溶接され、副通路５を形成している。流量検出部３では、流路露出部の表面の方に流れた被計測気体２との間で熱伝達面を介して熱伝達が行われ、流量が計測される。

図１のリードフレーム露出部１７には、-40〜150℃の範囲においてヤング率が100MPa以下である導電性のシリコーンゴム（導電体）９が設置されている。導電性のシリコーンゴム９は、表カバー６をハウジング１に取り付けることによって、表カバー６の金属導体７と回路パッケージ４のリードフレーム露出部１７との間に挟まれた状態で介在し挟まれており、さらに圧縮されて互いに電気的に接続する。シリコーンゴム９は、-40〜150℃の範囲においてヤング率が100MPa以下の導電性物質により構成されているので、リードフレーム露出部１７および金属導体７に対して適切な圧力で導電体を押圧でき、リードフレーム露出部１７と金属導体７との間の電気的な接続状態を良好に保つことができる。

表カバー６は、表カバー６の対向面をハウジング１の表面に対向させて、図２の凹部１１に入り込んだハウジング１との間でレーザ溶接され、ハウジング１との間が密着固定される。

図２に示すように金属導体７は、表カバー６の第1領域１２に配置される平板部１３と、平板部１３から突出して先端が第２領域１４に配置される腕部１５を有している。平板部１３は、表カバー６の対向面に少なくとも一部が露出して、回路パッケージ４の流量検出部３に対向する位置に対向配置される。平板部１３は、流量検出部３との間を通過する被計測気体２の流速を速めるために、図７（図３のＣ-Ｃ断面）に示すように被計測気体２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１５は、先端で折曲されて突出する爪部１６を有している。爪部１６は、表カバー６をハウジング１に取り付けた状態で、リードフレーム露出部１７に対向して配置され、導電性のシリコーンゴム９の先端に当接する。

裏カバー８は図４に示すようにハウジング１の裏面を覆う大きさを有している。また、表カバー６と裏カバー８は、ハウジング１の表面と裏面にそれぞれ取り付けられて副通路５を形成する。

図５は、図３のB−B線断面図、図６は、図５の枠内を拡大して示す図、図７は、図３のＣ−Ｃ線断面図、図８は、図３のＤ−Ｄ線断面図である。

図６に示すように表カバー６に設けられている金属導体７は、表カバー６をハウジング１に取り付けることによって、導電性のシリコーンゴム９を介して回路パッケージのリードフレーム露出部（グランド接地）１７に圧縮導電接続される。したがって、金属導体７をグランドに接続した導電回路を構成することができ、金属導体７が配置されている被計測気体２が通過する場所である副通路５内の流量検出部３や近傍の構成物の除電を行うことができる。したがって、被計測気体２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３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。

回路パッケージ４は図９に示すように、リードフレーム１０と、リードフレーム１０に搭載された回路部品（図示せず）とを、熱硬化性の樹脂材２０により一体にモールドすることにより構成されている。さらに回路パッケージ４は、縦長の平板形状を有しており、これは流量検出部３が副通路５内に配置されるようにしたためである。また回路パッケージ４の一方の長辺部には、突起部１８が設けられており、突起部１８の先端に温度検出部１９が設けられている。

回路パッケージ４の他方側の長辺部には、リードフレーム１０の一部が樹脂材２０から露出するリードフレーム露出部１７が設けられている。このリードフレーム露出部１７は、回路パッケージ４の端部の樹脂材２０を切り欠くことによって構成されており、リードフレーム１０の表面と裏面に設けられている。リードフレーム露出部１７は、本実施例では、回路パッケージ４を樹脂材２０でモールドする際に、リードフレーム１０の表面と裏面の両方に金型を当てて挟み込み、リードフレーム露出部１７への樹脂の流入を阻止することによって形成される。

図１０は、リードフレーム露出部１７と金属導体７との接続方法を説明する図である。導電性のシリコーンゴム９を支持するハウジング１には支持部２１が突出して設けられている（図１０（１）参照)。支持部２１には、複数の棒状部材がハウジング１の表面側に向かって立設されている。導電性のシリコーンゴム９は、棒状部材の軸方向に沿うようにハウジング１の表面側から支持部２１に向かって押し込まれ、複数の棒状部材の間に基端を挿入し、中央の棒状部材を導電性のシリコーンゴム９の基端の丸穴に嵌入させることによって支持部２１に支持される（図１０(２)を参照）。

そして、ハウジング１に表カバー６が取り付けられる。図１０(３)では、表カバー６は図示せず、表カバー６に設けられている金属導体７のみを図示している。導電性のシリコーンゴム９は、表カバー６の取り付けにより、金属導体７の爪部１６と当接し、ハウジング１の厚さ方向に押圧されて金属導体７の爪部１６と回路パッケージ４のリードフレーム露出部１７との間に挟み込まれ、押圧方向に弾性変形した状態で保持される。導電性のシリコーンゴム９は、導電性ゴムによって構成されているので、金属導体７と回路パッケージ４のリードフレーム露出部１７との間を電気的に接続することができる。

導電性のシリコーンゴム９は、表カバー６をハウジング１に取り付けるだけで、表カバー６の金属導体７とリードフレーム露出部１７との間を電気的に簡単に接続できる。したがって、表カバー６の金属導体７を回路パッケージ４のリードフレーム露出部１７に簡単に導通させることができ、副通路５内の流量検出部３や近傍の構成物の除電を行い、被計測気体２に含まれている異物が帯電により流量検出部３等に付着するのを防ぐことができる。

導電性のシリコーンゴム９は先にも述べたがリードフレーム露出部１７と表カバー６の金属導体７との間を電気的に接続している。この導電性のシリコーンゴム９は、金属導体７とリードフレーム露出部１７との間の距離の変化（製造公差や熱変形）に応じて弾性変形可能な弾性体により構成されており、リードフレーム露出部１７と表カバー６の金属導体７との間に圧縮された状態で設置されているので、その反力が表カバーに発生する。導電性のシリコーンゴム９の設置位置近傍には、ハウジング１と表カバー６がレーザにより溶接されているレーザ溶着部が存在する。

そのため、導電性のシリコーンゴムの反力が大きい場合には、レーザ溶着部に剥離が生じる可能性がある。レーザ溶着部に剥離が生じると流量特性に変化をもたらすので、レーザ溶着部の強度に対して反力による発生応力を小さくする必要がある。そのため、我々はハウジング１と表カバー６のレーザ溶着部の強度を-40〜150℃の範囲において評価した。

反力は一般的に押し込み量とヤング率で決定される。押し込み量はハウジングの製造寸法公差等により決定される。そのため、発生応力が強度を下回る導電性シリコーンゴムのヤング率を-40〜150℃の範囲において求めた結果、100MPa以下でなければならないことが明らかとなった。

一般的なゴムのヤング率は低温度（-40℃）で急激に上昇する。シリコーンゴムは低温でのヤング率を改善したものであるので、-40〜150℃の範囲においてヤング率を一定にでき、ヤング率100MPa以下を保持することが可能である。そのため、ハウジング１と表カバー６とのレーザ溶接部の剥離を防止できる。

導電性のシリコーンゴム９は、シリコーンゴムにカーボンの粉末を混ぜたものである。その導電性は、実験の結果、100MΩ以下であれば十分な除電機能を発揮することが確認されている。したがって、シリコーンゴム９の導電性は100MΩ以下が好ましい。

さらに、金属導体７は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。アルミニウムまたはアルミニウム合金は、SUS材に比べヤング率が約1/3となるので、ハウジング１等が熱変形した際の、表カバー６への影響を小さくできる。

本実施例によれば、回路パッケージ４にリードフレーム露出部１７を設けて、表カバー６の金属導体７と電気的に接続しているので、回路パッケージ４内のリードフレーム１０に対して金属導体７を簡単に接続できる。したがって、金属導体７が配置されている被計測気体２が通過する場所である副通路５内の流量検出部３や近傍の構成物の除電を行うことができ、被計測気体２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３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。

さらに導電性のゴムをシリコーンゴムとし、さらにこのゴムのヤング率を自動車の使用温度範囲である-40〜150℃において100MPa以下としたので、ハウジング１と表カバー６との間のレーザ溶着部の剥離を防止することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、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 ハウジング
2 被計測気体
3 流量検出部
4 回路パッケージ
5 副通路
6 表カバー（カバー）
7 金属導体
8 裏カバー
9 導電性のシリコーンゴム
10 リードフレーム
11 凹部
12 第１領域
13 平板部
14 第２領域
15 腕部
16 爪部
17 リードフレーム露出部
18 突起部
19 温度検出部
20 樹脂材
21 支持部

Claims (5)

1. リードフレームと該リードフレームに実装される回路部品とが樹脂材で一体にモールドされた回路パッケージと、該回路パッケージが搭載されたハウジングと、被計測気体が通過する場所に配置される金属導体と、を有し、
   前記回路パッケージには、前記リードフレームの一部が前記樹脂材から露出したリードフレーム露出部が設けられており、
   前記リードフレーム露出部と前記金属導体との間には、-40〜150℃の温度範囲においてヤング率が100MPa以下の導電性物質により構成された導電体が介在されており、該導電体により前記リードフレーム露出部と前記金属導体との間を電気的に接続していることを特徴とする熱式流量計。
2. 前記ハウジングに溶着されるカバーを有し、
   前記金属導体は、前記カバーに設けられて、少なくとも一部が前記リードフレーム露出部に対向して配置され、
   前記導電体は、前記金属導体と前記リードフレーム露出部との間に挟まれて圧縮された状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
3. 前記導電性物質はシリコーンゴムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱式流量計。
4. 前記シリコーンゴムの導電性は、100MΩ以下であることを特徴とする請求項３に記載の熱式流量計。
5. 前記金属導体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱式流量計。

Images