JP6670792B2 - 物理量検出装置、物理量検出装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様による物理量検出装置の製造方法は、導電性の導電性部材の長手方向の一方がハウジングに設けられた前記回路基板に接するように前記導電性部材を前記回路基板に配することと、前記導電性部材が配された回路基板を絶縁性の樹脂材を用いて、前記導電性部材の前記長手方向の他方が前記樹脂材から露出するように被覆することと、被計測気体が通過する流路となる箇所に配される導体を含むカバーを前記導電性部材と圧接させることで、前記導体と前記回路基板とを電気的に接続するとともに、前記ハウジングとの組み合わせにより前記回路基板が配置される回路室、および前記流路を形成することと、を含む。
以下、図1〜図15を参照して、物理量検出装置の第1の実施の形態を説明する。
図1は、物理量検出装置300を含む電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムを示す図である。エンジンシリンダ112およびエンジンピストン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から吸入される。被計測気体30は、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。燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体30の物理量は、物理量検出装置300で検出される。物理量とはたとえば、流量、温度、湿度、および圧力である。そして検出された物理量に基づいて燃料噴射弁152より燃料が供給され、この燃料は被計測気体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。
図2〜図4は、物理量検出装置300の外観を示す図である。図2は物理量検出装置300の正面図、図3は背面図、図4(a)は左側面図、図4(b)は右側面図を示す。以下では図2に示す上を高さ方向h、図2に示す右を流れ方向f、図2の奥行きを幅方向wと呼ぶ。なお流れ方向fは被計測気体30が流れる方向である。図2に示す一点鎖線は後述する断面を示す線である。なお本実施の形態では他の図にも断面を示す一点鎖線が示されているが、図13を除いていずれも同一の断面を示すものである。換言すると、本実施の形態において示される全ての一点鎖線は、流れ方向fおよび高さ方向hの位置が同一である。
図5および図6に示すように、計測部331の表面と裏面には副通路溝が設けられており、表カバー303及び裏カバー304との協働により図4に示すように第1副通路305が形成される。計測部331の先端部には、吸入空気などの被計測気体30の一部を第1副通路305に取り込むための第1副通路入口305aと、第1副通路305から被計測気体30を主通路124に戻すための第1副通路出口305bが設けられている。第1副通路305の通路途中には、回路基板400の一部が突出しており、その突出部分には検出部である流量検出部602が配置されて、被計測気体30の流量を検出するようになっている。すなわち第1副通路305は、高さ方向hに高さを有する筆記体の小文字のエルに似た形状を有し、図4に示すように第1副通路入口305aと第1副通路出口305bでは幅方向wの位置が異なる。
図2〜図4に示すように、外部接続部321はフランジ311の上面に設けられ、フランジ311から被計測気体30の流れ方向下流側に向かって突出するコネクタ322を有している。コネクタ322には、制御装置200との間を接続する通信ケーブルを差し込むための差し込み穴322aが設けられている。差し込み穴322a内には、図4(b)に示すように、内部に4本の外部端子323が設けられている。外部端子323は、物理量検出装置300の計測結果である物理量の情報を出力するための端子および物理量検出装置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となる。
ハウジング302の全体構造について図5〜図7を用いて説明する。図7は図5のB−B線断面図である。ハウジング302は、フランジ311から計測部331が主通路124の中心に向かって延びる構造を成している。計測部331の基端側には回路基板400がインサート成形されている。図7に示すように、回路基板400は、計測部331の表面と裏面との中間位置で計測部331の面に沿って平行に配置されて、ハウジング302に一体にモールドされている。すなわち回路基板400は、計測部331の基端側を幅方向wに2分している。
図7に示すように、計測部331の表面側には、回路基板400の回路部を収容する回路室Rcが形成されている。計測部331の裏面側には、圧力センサと湿度センサを収容するセンサ室Rsが形成されている。回路室Rcは、表カバー303をハウジング302に取り付けることにより形成される。センサ室Rsは、裏カバー304をハウジング302に取り付けることにより、第2副通路306と、第2副通路306を介して計測部331の外部に連通する室内空間として形成される。回路基板400の一部は、計測部331の回路室Rcと第1副通路305との間を仕切る仕切壁335から第1副通路305内に突出しており、その突出した部分の計測用流路面430に流量検出部602が設けられている。
計測部331の長さ方向先端側には、第1副通路305を成形するための副通路溝、すなわち図5に示される表側副通路溝332と、図6に示される裏側副通路溝334とを有している。表側副通路溝332は、計測部331の下流側外壁338に開口する第1副通路出口305bから上流側外壁336に向かって移行するに従って漸次計測部331の基端側であるフランジ311側に湾曲し、計測部331を幅方向wに貫通する開口部333に連通している。開口部333は、上流側外壁336と下流側外壁338との間に亘って延びるように、主通路124の被計測気体30の流れ方向fに沿って形成されている。
樹脂封止材353は、回路室Rc内のLSI414等の電子部品およびアルミワイヤ413等の電食しやすい電気的接合部を被覆するように設置されているため、被計測気体30に含まれる腐食性ガス・塩水・オイル等が付着して電食が生じるのを防いでいる。また、回路基板400外部へ信号を送るためのアルミワイヤ413は樹脂封止材353に被覆されることにより固定されるため、振動等からの断線が防止可能である。また、回路基板400と表カバー303の間の中空部分が樹脂封止材353により満たされるため、ハウジング302の全体構造における回路室部分の機械的強度が向上する構造をしている。
樹脂封止材353は絶縁性を有している方が望ましく、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリイミドやアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂を使用することができ、またそれらの樹脂にガラスなどの絶縁性のフィラーを含有した樹脂も使用することができる。
図8(a)は表カバー303の副通路の対向面を示す図、図8(b)は図8(a)のD−D線断面図である。図9(a)は裏カバー304の副通路の対向面を示す図、図9(b)は図9(a)のE−E線断面図である。
図10〜図12を参照して導体501と回路基板400との電気的な接続、および回路室Rcの樹脂封止方法を説明する。図10(a)は樹脂封止前の図5のB−B線断面図、図10(b)は図10(a)のA部の拡大図である。図11(a)は樹脂封止後の図5のB−B線断面図、図11(b)は図11(a)のB部の拡大図である。図12(a)はカバー接着後の図2のA−A線断面図、図12(b)は図12(a)のC部の拡大図である。すなわち図10〜図12は、物理量検出装置300の製造過程を順番に示す図である。
上述した物理量検出装置300の製造方法との比較のために、従来の物理量検出装置の製造方法を説明する。
図13および図14は従来の物理量検出装置1300の構成を示す図である。図13は従来の物理量検出装置1300の外観を示す図、図14(a)は図13のFF断面を示す図、図14(b)は図14(a)のD部の拡大図である。以下では従来の物理量検出装置1300と上述した物理量検出装置300の構成上の相違点を主に説明する。特に説明しない従来の物理量検出装置1300の構成は、物理量検出装置300と同様である。
(1)物理量検出装置300は、ハウジング302と、絶縁性である樹脂封止材353により被覆される回路基板400と、ハウジング302との組み合わせにより回路基板400が配置される回路室Rc、および被計測気体30が通過する第1副通路305を形成する表カバー303と、第1副通路305に設置される導体501と、樹脂封止材353を貫通して導体501および回路基板400を電気的に接続する中間部材551とを備える。
第1の実施の形態では回路基板400をハウジング302に一体的にモールドしたが、ハウジング302をモールドで形成した後に回路基板400を接着剤等で接合してもよい。回路基板400を接着剤等で接合すると製造は容易であるが剛性は低下する。この場合は、表カバー303によりハウジング302の剛性を補うことの効果が顕著に表れる。
中間部材551の形状は、円柱に限定されない。中間部材551は直方体や立方体でもよいし、断面が4角形以外の多角形、や楕円であってもよい。さらに軸方向で形状が変化してもよい。
導体501は、第1副通路305における流量検出部602の上流領域のみに配されてもよい。
図16を参照して、物理量検出装置300の第2の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、中間部材551と回路基板400との接合が第1の実施の形態と異なる。
(1)中間部材551は、弾性的な性質を有する非金属材料であって、回路基板400に形成された半貫通穴450に圧接して、回路基板400と電気的に接続する。そのため、中間部材551の回路基板400への固定、および両者の電気的接続を導電性接着剤を用いることなく達成することができる。
図17は、第2の実施の形態の変形例1における回路基板400と中間部材551の断面を示す図である。図17に示す構成例では図16の半貫通穴450を貫通穴460に置き換えている。貫通穴460は内周側壁に回路基板400のグランド回路を有する。貫通穴460の内径は中間部材551の外形よりも小さい。中間部材551は半貫通穴450に圧入され、その嵌め合いの関係で固定される。中間部材551の回路基板400側の端部はポッティング材440でシールされ、回路基板400よりも図示右側の領域に腐食性ガス等が通過することを防止している。
中間部材551の形状は、円柱に限定されない。ただし中間部材551の形状にあわせて半貫通穴450の形状を変更することが望ましく、中間部材551が半貫通穴450に圧入された際に広い面積で両者が接することが望ましい。
図18を参照して物理量検出装置300の第3の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、中間部材551の埋没部554に段差が設けられる点が第1の実施の形態と異なる。
表カバー303と樹脂封止材353の間に存在する空間は、物理量検出装置300の実使用環境として想定されうる高温、低温状態では空気が膨張・収縮するために、カバーが膨らむように変形してしまう恐れがある。これを回避する方法として、外気と連通させる不図示の連通穴を形成しているが、この連通穴から微小量であるが、腐食性ガスが前記空間に到達することがある。中間部材551と回路基板400の接続部555は樹脂封止材353により保護されているが、以下の場合に問題が生じる可能性がある。すなわち、中間部材551と樹脂封止材353の線膨張率が異なり、周囲環境が高温または低温になると各材料の熱膨張・収縮により、中間部材551と樹脂封止材353の間に隙間が発生する恐れがある。この隙間が発生すると、表カバー303と樹脂封止材353の間に存在する空間と接続部555が連通する恐れがある。そして、腐食性ガスが接続部555に到達して電食を引き起こす可能性がある。本実施の形態ではこの問題に対応する。
図18は第3の実施の形態における回路基板400と中間部材551の断面を示す図である。第1の実施の形態との相違点は、中間部材551の樹脂封止材353に埋没している領域である埋没部554に第一段差部557が設けられる点である。前述のとおり中間部材551は略円柱の形状を有しており、第一段差部557は他の領域よりも半径が大きい。そのため第一段差部557により中間部材551の径方向に段差が形成される。物理量検出装置300の製造時には回路基板400に固定した中間部材551の周囲に樹脂封止材353が流し込まれるので、第一段差部557は全ての面で樹脂封止材353と接する。
第一段差部557と回路基板400との間に位置する樹脂封止材353は、熱膨張・熱収縮のどちらかで第一段差部557と回路基板400により挟持される挟持部558となる。本実施の形態でも中間部材551は回路基板400に接着剤、または圧入により固定されている。
(1)中間部材551は、径方向に第一段差部557を有し、第一段差部557の少なくとも一つの面で樹脂封止材353と接する。そのため中間部材551と樹脂封止材353とが線膨張率が異なっていても、温度変化による隙間を抑制することが可能となり、気密性を維持できる。
第3の実施の形態では、いわば突起により中間部材551に段差が形成された。しかし溝により中間部材551に段差が形成されてもよい。
中間部材551に複数の段差が設けられてもよい。そしてその複数の段差の少なくとも一方は、中間部材551の周囲を周方向に少なくとも一部を覆うように設けられる。
中間部材551の断面形状は円に限定されない。
図21は、中間部材551の複数のバリエーションを示す図である。図21(a)は上述した第3の実施の形態の変形例2に対応する中間部材551の外観である。図21(a)に示す中間部材551の断面形状を四角形に変更し、図21(b)に示す形状としてもよい。図21(b)に示す中間部材551では、第一段差部557および第二段差部559のいずれも、周方向の4面はいずれも段差として機能する。
図22−図25を参照して物理量検出装置300の第4の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第2の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、スリーブを用いる点で第2の実施の形態と異なる。
回路基板400は半貫通穴450の代わりに貫通穴460を備えてもよい。また回路基板400が半貫通穴450を備えず、中間部材551と回路基板400は第1の実施の形態と同様に接着剤により接続されてもよい。
30 … 被計測気体
300 … 物理量検出装置
302 … ハウジング
303 … 表カバー
305 … 第1副通路
353 … 樹脂封止材
400 … 回路基板
501 … 導体
551 … 中間部材
Rs … センサ室
Rc … 回路室
Claims (8)
- ハウジングと、
絶縁性である樹脂材により被覆される回路基板と、
前記ハウジングとの組み合わせにより前記回路基板が配置される回路室、および被計測気体が通過する流路を形成するカバーと、
前記流路に設置される導体と、
前記樹脂材を貫通して前記導体および前記回路基板を電気的に接続する導電性部材とを備える物理量検出装置。 - 請求項1に記載の物理量検出装置において、
前記導電性部材は、弾性的な性質を有する非金属材料であって、前記導体と圧接することで電気的に接続される物理量検出装置。 - 請求項1に記載の物理量検出装置において、
前記導体は、前記カバー内に一体的に設けられる物理量検出装置。 - 請求項1に記載の物理量検出装置において、
前記導電性部材は、弾性的な性質を有する非金属材料であって、前記回路基板に形成された半貫通穴または全貫通穴に圧接して、前記回路基板と電気的に接続する物理量検出装置。 - 請求項1に記載の物理量検出装置において、
前記導電性部材は、径方向に第1の段差部を有し、前記第1の段差部の少なくとも一つの面で前記樹脂材と接する物理量検出装置。 - 請求項5に記載の物理量検出装置において、
前記導電性部材の前記第1の段差部と離間する第2の段差部をさらに備え、
前記樹脂材は、前記第1の段差部と前記第2の段差部とにより挟持される物理量検出装置。 - 請求項6に記載の物理量検出装置において、
前記第1の段差部および前記第2の段差部の少なくとも一方は、前記導電性部材の周囲を周方向に少なくとも一部を覆うように設けられる物理量検出装置。 - 導電性の導電性部材の長手方向の一方がハウジングに設けられた回路基板に接するように前記導電性部材を前記回路基板に配することと、
前記導電性部材が配された回路基板を絶縁性の樹脂材を用いて、前記導電性部材の前記長手方向の他方が前記樹脂材から露出するように被覆することと、
被計測気体が通過する流路となる箇所に配される導体を含むカバーを前記導電性部材と圧接させることで、前記導体と前記回路基板とを電気的に接続するとともに、前記ハウジングとの組み合わせにより前記回路基板が配置される回路室、および前記流路を形成することと、を含む物理量検出装置の製造方法。
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