WO2015072371A1 - 流量センサ - Google Patents

Abstract

　流量センサは、樹脂材料により形成され、基底部と側壁とを有し、少なくとも一面側が開口されたハウジングと、樹脂材料により形成され、ハウジングの一面側を覆い、ハウジングの側壁の上面に溶着され、ハウジングの基底部と側壁とにより、主通路から取り込まれる被計測気体が流れる副通路を形成するカバーと、副通路内に配置された流量検出部とを備え、少なくとも流量検出部の周囲における側壁の近傍に、溶着時におけるカバーの沈み込みを抑制するための高さ制御用凸部を、ハウジングまたはカバーの一方に設けた。

Description

流量センサ

　本発明は流量センサに関し、より詳細には、ハウジングとカバーとを溶着して構成される筐体を備えた流量センサに関する。

　気体の流量を計測する流量センサとして、流量を計測するための流量検出部を備えているものが知られている。流量センサは、流量検出部と計測対象である被計測気体との間で熱伝達を行うことにより、気体の流量を計測するように構成されている。流量センサが計測する流量は種々の装置の重要な制御パラメータとして広く使用されている。熱式流量センサは、他の方式の流量センサに比べ相対的に高い精度で気体の流量を計測できるものとして知られているが、近年、さらに気体流量の計測精度の向上が望まれている。例えば、内燃機関を搭載した車両では、省燃費の要望や排気ガス浄化の要望が高い。この要望に応えるには、内燃機関の主要パラメータである吸入空気量を高い精度で計測することが求められている。

　内燃機関に導かれる吸入空気量を計測する流量センサは、吸入空気量の一部を取り込む副通路と副通路に配置された流量検出部とを備えている。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、副通路を流れる被計測気体の状態を計測して、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（例えば、特許文献１参照）。

　流量センサの筐体には、内燃機関に導かれる主通路から被測定気体を取込む入口と、入口から副通路を経由して流量検出部まで案内された被測定気体を主通路に排気する出口が設けられている（特許文献１参照）。

日本国特開２０１１－２５２７９６号公報

　特許文献１には記載されていないが、通常、流量検出部を収容する筐体はハウジングとカバーとを接着剤により接着して構成される。ハウジングには、カバーとの間で、入口、出口および副通路を形成するための側壁が形成されている。筐体の内部には、流量検出部等を制御する各種電子部品が実装されており、配線部などのショートや腐食などを防止するために、密封構造とする必要がある。そのため、ハウジングとカバーとは、複数の接着剤を用いて、封止及び固定する。接着剤としては、種々の硬化形態のものがあるが、自動車などに使用するという信頼性を考慮すると、熱硬化型接着剤が主に使われる。しかしながら、熱硬化型接着剤を使用する場合、加熱硬化するのに時間がかかり、生産性が悪い。また、封止に多量の接着剤を使用するため、コストが高くなる。さらに、接着剤のはみ出しの制御などにより不要な面積が必要になり、設計の自由度を拘束され、その上、電子部品を封止するのに接着剤の量の制御が困難である。

　本発明の第１の態様によると、流量センサは、樹脂材料により形成され、基底部と側壁とを有し、少なくとも一面側が開口されたハウジングと、樹脂材料により形成され、ハウジングの一面側を覆い、ハウジングの側壁の上面に溶着され、ハウジングの基底部と側壁とにより、主通路から取り込まれる被計測気体が流れる副通路を形成するカバーと、副通路内に配置された流量検出部とを備え、少なくとも流量検出部の周囲における側壁の近傍に、溶着時におけるカバーの沈み込みを抑制するための高さ制御用凸部を、ハウジングまたはカバーの一方に設けた。

　本発明によれば、ハウジングとカバーとを溶着により接合するので、接着剤による場合の硬化時間や、接着剤の使用コストを削減することができる。また、接着剤のはみ出し面積の検討や、接着剤の量の制御をする必要が無くなり、接合の効率化および低コスト化を図ることができる。また、側壁の近傍に、溶着時におけるハウジングまたはカバーの沈み込みを抑制するための高さ制御用凸部を設けたので、流量検出のばらつきを小さくすることができる。

内燃機関制御システムに本発明の流量センサを使用した場合の一実施の形態を示すシステム構成図である。 流量センサの外観を示す図であり、図２（Ａ）は左側面図、図２（Ｂ）は正面図である。 流量センサの外観を示す図であり、図３（Ａ）は右側面図、図３（Ｂ）は背面図である。 流量センサのカバーを外した状態のハウジングを示す図であり、図４（Ａ）はハウジングの左側面図であり、図４（Ｂ）はハウジングの正面図である。 流量センサのカバーを外した状態のハウジングを示す図であり、図５（Ａ）はハウジングの右側面図であり、図５（Ｂ）はハウジングの背面図である。 図４（Ｂ）のＶＩ－ＶＩ線拡大断面図である。 表カバーの外観を示す図であり、図７（Ａ）は左側面図、図７（Ｂ）は正面図、図７（Ｃ）は平面図である。 裏カバー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４（Ｂ）のＩＸ－ＩＸ線断面の一部を示す断面図である。 表カバーとハウジングとをレーザ溶着する溶着部及び高さ制御用凸部の配置構造を説明するための平面図である。 図１０のＸＩ_A－ＸＩ_B線断面図であり、図１１（Ａ）はレーザ溶着前の断面図であり、図１１（Ｂ）はレーザ溶着後の断面図である。 本発明の実施形態２であり、高さ制御用凸部の配置構造を示す平面図である。 本発明の実施形態３であり、高さ制御用凸部の配置構造を示す平面図である。 本発明の実施形態４であり、高さ制御用凸部の配置構造を示す平面図である。 本発明の実施形態５であり、高さ制御用凸部の配置構造を示す平面図である。 本発明の実施形態６であり、ハウジング背面側の高さ制御用凸部の配置構造を示す平面図である。 本発明の実施形態７を示し、ハウジングと表カバーとのレーザ溶着に関する図であり、（Ａ）は溶着前の断面図、（Ｂ）は溶着後の断面図である。 本発明の実施形態８を示し、ハウジングと表カバーとのレーザ溶着に関する図であり、（Ａ）は溶着前の断面図、（Ｂ）は溶着後の断面図である。 本発明の実施形態９であり、ハウジングと表カバーとのレーザ溶着後の断面図である。 本発明の実施形態１０であり、ハウジングと表カバーとのレーザ溶着後の断面図である。 本発明の実施形態１１であり、表カバーのレーザ溶着部以外の部分に設けられた微細な凹凸を説明するための平面図である。 本発明の実施形態１２であり、ハウジングと表カバーとのレーザ溶着後の断面図である。

　以下に説明する、発明を実施するための形態は、実際の製品として要望されている色々な課題を解決しており、特に車両の吸入空気量を計測する計測装置として使用するために望ましい色々な課題を解決し、色々な効果を奏している。以下の実施形態で、同一の参照符号は、図番が異なっていても同一の構成を示しており、同じ作用効果を成す。既に説明済みの構成について、図に参照符号のみを付し、説明を省略する場合がある。

--実施形態１--
＜内燃機関制御システムに本発明の流量センサを使用した一実施の形態＞
　図１は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本発明に係る流量センサを使用した一実施の形態を示す、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。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流量センサ３００で計測される。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。流量センサ３００は、典型的には、被計測気体との間で熱伝達を行うことにより副通路を流れる被計測気体の状態を計測する熱式流量センサである。

　なお、本実施形態では、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と共に混合気を形成する。混合気は、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ーを発生する。

　近年、多くの車では排気浄化や燃費向上に優れた方式として、内燃機関のシリンダヘッドに燃料噴射弁１５２を取り付け、燃料噴射弁１５２から各燃焼室に燃料を直接噴射する方式が採用されている。本発明の流量センサ３００は、図１に示す内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する方式だけでなく、各燃焼室に燃料を直接噴射する方式にも同様に使用できる。両方式とも流量センサ３００の使用方法を含めた制御パラメータの計測方法および燃料供給量や点火時期を含めた内燃機関の制御方法の基本概念は略同じであり、両方式の代表例として吸気ポートに燃料を噴射する方式を図１に示す。

　燃焼室に導かれた燃料および空気は、燃料と空気の混合状態を成しており、点火プラグ１５４の火花着火により、爆発的に燃焼し、機械エネルギーを発生する。燃焼後の気体は排気弁１１８から排気管に導かれ、排気２４として排気管から車外に排出される。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、アクセルペダルの操作に基づいてその開度が変化するスロットルバルブ１３２により制御される。燃焼室に導かれる吸入空気の流量に基づいて燃料供給量が制御される。運転者はスロットルバルブ１３２の開度を制御して燃焼室に導かれる吸入空気の流量を制御することにより、内燃機関が発生する機械エネルギーを制御することができる。

　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、流量センサ３００により計測される。流量センサ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に入力される。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。

　制御装置２００は、流量センサ３００の出力である吸入空気の流量、および回転角度センサ１４６の出力に基づき計測された内燃機関の回転速度、に基づいて燃料噴射量や点火時期を演算する。これら演算結果に基づいて、燃料噴射弁１５２から供給される燃料量、また点火プラグ１５４により点火される点火時期が制御される。燃料供給量や点火時期は、実際にはさらに流量センサ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。

＜流量センサ３００の全体構成＞
　図２および図３は、流量センサ３００の外観を示す図であり、図２（Ａ）は流量センサ３００の左側面図、図２（Ｂ）は正面図、図３（Ａ）は右側面図、図３（Ｂ）は背面図である。
　流量センサ３００は、ハウジング３０２と表カバー３０３と裏カバー３０４とから構成される筐体３０１を備えている。ハウジング３０２と表カバー３０３、およびハウジング３０２と裏カバー３０４とは、レーザ照射により溶着されている。溶着に関する構造及び方法については後述する。ハウジング３０２は、流量センサ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いる。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４３６（図４（Ｂ）等参照）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（図４（Ｂ）等参照）を備える回路パッケージ４００（図４（Ｂ）等参照）が設けられている。

　流量センサ３００の計測部３１０はフランジ３１２から主通路１２４の中心方向に向かって長く延びる形状を成している。計測部３１０の先端部には吸入空気などの被計測気体３０の一部を副通路に取り込むための入口３５０と副通路から被計測気体３０を主通路１２４に戻すための出口３５２が設けられている。計測部３１０は主通路１２４の外壁から中央に向かう軸に沿って長く延びる形状を成しているが、幅は、図２（Ａ）および図３（Ａ）に記載の如く、狭い形状を成している。即ち流量センサ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、流量センサ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。

　流量センサ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を流れる気体を副通路に取り込むことができる。このため流量センサ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内を流れる気体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の内壁面近傍では流体抵抗が大きく、主通路１２４の平均的な流速に比べ、流速が遅くなる。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内の平均的な流速に対する計測流速の低下が計測誤差につながる恐れがある。図２及び図３に示す流量センサ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、主通路１２４の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及び図３に示す流量センサ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３５２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。

（ハウジング３０２の構造）
　熱式の流量センサ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４および図５に示す。図４（Ａ）はハウジング３０２の左側面図であり、図４（Ｂ）はハウジング３０２の正面図であり、図５（Ａ）はハウジング３０２の右側面図であり、図５（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形成するための副通路溝３０６、３０７が設けられている。副通路溝３０６の先端には副通路の入口３５０を形成するための入口溝３５１が形成され、副通路溝３０７の先端には副通路の出口３５２を形成するための出口溝３５３が形成されている。入口溝３５１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。

　ハウジング３０２の厚さ方向の中間部における計測部３１０には、基底部３１１が形成され、基底部３１１の表面側には、表側副通路外側壁３９１、表側副通路内側壁３９２および表側上部側壁３９３が形成されている（図４（Ｂ）参照）。表側副通路外側壁３９１および表側副通路内側壁３９２と表カバー３０３とにより、被計測気体３０の出口溝３５３と、被計測気体３０を主通路１２４に排気する副通路溝３０６が形成される。また、基底部３１１の裏面側には、裏側副通路外側壁３９４、裏側副通路内側壁３９５および裏側上部側壁３９６が形成されている（図５（Ｂ）参照）。裏側副通路外側壁３９４および裏側副通路内側壁３９５と裏カバー３０４とにより、被計測気体３０を主通路１２４から取り込む入口溝３５１と、被計測気体３０を入口溝３５１から流量検出部４３６に案内する副通路溝３０７が形成される。表側副通路外側壁３９１と裏側副通路外側壁３９４とは、渦巻き状の湾曲部を有し、被計測気体３０を案内する。

　流量検出部４３６には、流量検出素子６０２（図９参照）が含まれており、流量検出部４３６および温度検出部４５２は、回路パッケージ４００としてハウジング３０２にインサート成形により一体化されている。回路パッケージ４００は、ハウジング３０２に一体化される前に、予め、樹脂により一次モールド成形されている。一次モールド成形された回路パッケージ４００の構造を説明する。

（回路パッケージ４００の構造）
　図９は、図４（Ｂ）のＩＸ－ＩＸ線断面の一部を示す図である。
　半導体素子で構成される流量検出素子６０２は、主通路１２４から取り込まれて、副通路を流れる被計測気体３０との間で熱伝達を行うことにより、被計測気体３０の流量を計測する素子である。
　被計測気体３０の流量を計測する流量検出素子６０２には、流量検出素子の流量検出領域（熱伝達面）４３７にダイヤフラムが形成されるように裏面に空隙６７４が形成されている。ダイヤフラム６７２の表面には、被計測気体３０と熱のやり取りを行い、これによって流量を計測するための素子が設けられている。

　ここで、被計測気体３０との熱のやり取りとは別に、ダイヤフラム６７２を介して素子間で熱が伝わると、正確に流量を計測することが困難となる。このためダイヤフラム６７２は熱抵抗を大きくする必要があり、ダイヤフラム６７２ができるだけ薄く作られている。

　また、回路パッケージ４００は、リードに相当する第２プレート５３６に、連通通路を形成するための第１のプレート５３２が配置されている。第１プレート５３２には、チップ状の流量検出素子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。流量検出素子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。さらに、第２プレート５３６には、端子接続部３２０（図４（Ｂ）参照）と電気的に接続するための複数の接続端子４１２が設けられている。このような構成により、接続端子４１２は、処理部６０４を介して流量検出素子６０２に電気的に接続された構造となる。

　流量検出素子６０２は、ダイヤフラム６７２の熱伝達面４３７が露出するように、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の第１樹脂に埋設されて固定されている。ダイヤフラム６７２の表面には図示しない抵抗等の素子が設けられている。この素子は、素子表面の熱伝達面４３７を介して被計測気体３０と互いに熱の伝達を行う。

　空隙６７４を外部に通気する通気通路６７６が形成されるように、流量検出素子６０２の、ダイヤフラム６７２の周りの領域（すなわち、流量検出素子６０２の上記素子が設けられている部分の周囲）、側面全周、および裏面が、第１樹脂モールド工程で使用された熱硬化性樹脂で覆われている。
　ダイヤフラム６７２は各素子間の熱伝達を抑制するために非常に薄く作られていて、流量検出素子６０２の裏面に空隙６７４を成形することにより薄肉化が図られている。この空隙６７４を密閉すると温度変化により、ダイヤフラム６７２の裏面に形成されている空隙６７４の圧力が温度に基づき変化する。空隙６７４とダイヤフラム６７２の表面との圧力差が大きくなると、ダイヤフラム６７２が圧力を受けて歪を生じ、高精度の計測が困難となる。このため、プレート５３２には外部に開口する開口４３８に繋がる孔５２０と、空隙６７４に連通する孔５２１と、孔５２０、５２１を介して空隙６７４と外部とを繋ぐ通気通路６７６が設けられている。

　プレート５３２の上には流量検出素子６０２および処理部６０４として動作するＬＳＩが設けられている。これらの下側には、流量検出素子６０２および処理部６０４を搭載したプレート５３２を支えるためのリードフレーム５３６が設けられている。従って、このリードフレーム５３６を利用することにより、構造がよりシンプルとなる。

　ハウジング３０２における回路パッケージ４００の周囲は空洞部３８２とされている。図４（Ｂ）に図示されるように回路パッケージ４００は、回路パッケージ４００の表裏面側に形成されたハウジング３０２の固定部３７６により固定されている。固定部３７６は各側壁３９１～３９６の高さより低く形成されている。回路パッケージ４００の固定部３７６で覆われた部分以外の部分は、空洞部３８２に露出されている。空洞部３８２に露出されている回路パッケージ４００の面積は、固定部３７６の面積より大きい。これにより、回路パッケージ４００は、固定部３７６を介して伝達されるハウジング３０２の熱の影響を受け難くなっている。

　ハウジング３０２の流量検出部４３６の近傍、固定部３７６の一側端には、各側壁３９１～３９６の高さより低いスリット３７２が形成されている。スリット３７２は、回路パッケージ４００に形成された開口４３８（図９参照）と流量検出部４３６とをつなぎ、被計測気体３０を通気するためのものである。

（外部との接続構造）
　回路パッケージ４００をハウジング３０２にインサート成形する二次モールド成形の際、端子接続部３２０がハウジング３０２に一体成形される。回路パッケージ４００の接続端子４１２と外部接続部３０５の外部端子内端３６１とは、二次モールド成形の後、配線を溶接や半田付けなどで接合される。

　この一実施の形態ではハウジング３０２に副通路を形成するための副通路溝３０６、３０７を設けている。表・裏カバー３０３、３０４をハウジング３０２の表面及び裏面に配置し、副通路溝３０６、３０７の近傍に配置した各側壁３９１～３９６の上面に、表カバー３０３および裏カバー３０４をレーザにより溶着することにより副通路が完成する構成としている。また、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。

　ハウジング３０２の各側壁３９１～３９６は、表・裏カバー３０３、３０４とレーザ照射により溶着されるが、スリット３７２は溶着されず、表カバー３０３の裏面と０．１ｍｍ程度の隙間が空いた状態となっている。
　なお、図４（Ｂ）には、スリット３７２の中央部と、回路パッケージ４００の下端部と表側副通路内側壁３９２の上端部の間との２箇所に高さ制御用凸部４５０が図示されているが、後述する如く、高さ制御用凸部４５０は表・裏カバー３０３、３０４に形成することもできる。高さ制御用凸部４５０については、後述する。

　図６は、図４（Ｂ）のＶＩ－ＶＩ線拡大断面図であり、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る。
　図６の左部分が裏側の副通路溝３０７の終端部であり、右側部分が表側の副通路溝３０６の始端部分である。
　上述した通り、回路パッケージ４００の周囲は、空洞部３８２となっている。入口３５０から取り込まれ、裏側の副通路溝３０７を流れた被計測気体３０は、図６の左側から導かれる。被計測気体３０の一部は、回路パッケージ４００の空洞部３８２の上流側を介して、回路パッケージ４００の計測用流路面４３０の表面と表カバー３０３に設けられた絞り部３５６との間の上部側流路を流れる。また、被計測気体３０の残りは、回路パッケージ４００の計測用流路面４３０とは反対側の面と裏カバー３０４との間の下部側流路の方を流れる。被計測気体３０中に含まれる質量の小さい空気の一部は、計測用流路面４３０の表面と表カバー３０３の間の絞り部３５６の間の上部側流路を流れる。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、計測用流路面４３０とは反対側の面と裏カバー３０４との間の下部側流路を流れる。

　上・下部側流路を流れた被計測気体３０は、回路パッケージ４００の空洞部３８２の下流側を介して表側の副通路溝３０６の方に移り表側の副通路溝３０６を流れ、出口３５２から主通路１２４に排出される。スリット３７２を介して回路パッケージ４００の開口４３８と流量検出部４３６との間を流通する被計測気体３０も、空洞部３８２の下流側において合流し、表側の副通路溝３０６を流れ、出口３５２から主通路１２４に排出される。

（表カバー３０３と裏カバー３０４の構造）
　図７は、表カバーの外観を示す図であり、図７（Ａ）は左側面図、図７（Ｂ）は正面図、図７（Ｃ）は平面図である。また、図８は、裏カバー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２および図３において、表カバー３０３および裏カバー３０４はハウジング３０２の副通路溝３０６、３０７を塞ぐことにより、副通路を形成する。また、表カバー３０３には、表側副通路外側壁３９１と表側副通路内側壁３９２とにより挟まれる部分の回路パッケージ４００に対面する位置に絞り部３５６が設けられている。絞り部３５６は、上部側流路の絞りの機能を有しており、流路の上流側に対向する側が流路の下流側に対向する側よりも緩やかな傾斜面とされた三角形状を有する。絞り部３５６は、この形状により、被計測気体３０に生じている渦を減少させ、層流に生じさせる作用をする。

　また、表カバー３０３内側面には絞り部３５６に隣接して突起部３８０が形成され、裏カバー３０４には、突起部３８１が形成されており、ハウジング３０２との溶着の際に、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。
　表カバー３０３および裏カバー３０４には、保護部３２２が成形されている。図２や図３に示すように、被計測気体３０の温度検出部４５２への入口３４３の表側側面に表カバー３０３に設けられた表側の保護部３２２が配置され、また入口３４３の裏側側面に、裏カバー３０４に設けられた裏側の保護部３２２が配置されている。保護部３２２は、生産中および搬送時において、温度検出部４５２が他の部材に接触、衝突すること等により機械的な損傷を受けるのを防止する。
　また、表カバー３０３及び裏カバー３０４には、レーザ溶着時の初期の位置合わせ用に挿入孔３２６が設けられている。この挿入孔３２６を基準に、図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）で示したハウジング３０２に形成した突き出しピン３２４にセットすることで初期の位置合わせが可能となる。

<カバーとハウジングとの溶着＞
　本発明の流量センサ３００の主な特徴の一つは、ハウジング３０２と表カバー３０３、およびハウジング３０２と裏カバー３０４とをレーザ照射により溶着して筐体３０１を構成する点にある。
　以下に、レーザ照射により、ハウジング３０２と表カバー３０３、およびハウジング３０２と裏カバー３０４とを溶着する方法について説明する。

　ハウジング３０２、表カバー３０３、裏カバー３０４には、例えば、耐熱性が高い結晶性樹脂である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）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）を主材料として用いる。
　レーザ溶着は、光透過樹脂と光吸収樹脂を重ね合わせた状態で、光透過樹脂を介して接合部へレーザ照射して光吸収樹脂を溶融させ、さらに、光透過樹脂まで溶融させ、互いの樹脂同士を接合する方法である。レーザ溶着に用いる光源は、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザを含めた８００ｎｍ～１１００ｎｍの赤外領域の波長を有するレーザがコスト面では有効であるが、樹脂の吸収に応じて、その他の波長を有するレーザを用いても良い。

　また、レーザ光源の強度分布は、ガウシアン、トップハット、リング型など付属するレンズによって様々な強度分布にすることが可能であるが、トップハット、リング型を用いた方が均一に溶着できる。レーザ照射する際には、レーザ光源もしくは製品を物理的にステージで移動させて溶着しても良いし、ガルバノミラーを用いてレーザ光自身を制御して照射しても良い。

　まず、レーザ溶着の概要について説明する。
　初めに、ハウジング３０２を所定の位置にセットし、ハウジング３０２上に形成した突き出しピン３２４上に、カバー３０３、３０４に形成した挿入孔３２６を基準に、位置合わせの調整を行い、カバー３０３、３０４をハウジング上に精度良く配置する。その後、ハウジング３０２にカバー３０３、３０４が密着するように、ガラスやアクリル樹脂などの透明な加圧材でカバー３０３、３０４を加圧する。加圧力は、０．１ＭＰａ以上としておくことが望ましい。この状態で、レーザ照射をして、レーザ溶着する。

　流量センサ３００のハウジング３０２の構造は、上述したように複雑であるために、反りが比較的に大きく、結果的にカバー３０３、３０４を加圧しても一部の溶着箇所は隙間が大きくなる。その対策として、各箇所で異なるレーザ速度もしくは異なるパワーで複数回照射し、カバー３０３、３０４の溶着箇所を沈み込ませることで、均一なレーザ溶着が可能なことを見出した。
　本発明の流量センサ３００のレーザ溶着部３９０（図１０参照）は、長さが２０ｃｍ以上と大きい。このため、材料が例え熱伝導率の低い熱可塑性樹脂であったとしても、ある箇所をレーザ照射している最中に他の離れた溶着部分は沈み込まないと考えられた。しかし、実際には、例えば２０ｃｍを１０s以内で溶着した場合において、レーザ照射している部分のみならず他の部分まで含め表・裏カバー３０３、３０４全体が沈み込んだ。しかも、沈み込み量はサンプル毎に異なるものであった。これによって、流量センサ３００の特性がばらつくという新たな課題が生じた。

　そこで、特性変化に及ぼす表・裏カバー３０３、３０４の沈み込みの感度を調査した結果、特に、流量検出部４３６と表カバー３０３の絞り部３５６の距離が最も大きく影響することがわかった。

　以下に、表・裏カバー３０３、３０４とハウジング３０２とを、効率的に接合することができ、かつ、流量センサ３００の特性のばらつきを抑制することができる溶着の構造および方法を提供する。
　図１０は、表カバー３０３とハウジング３０２とをレーザを照射して溶着（以下、レーザ溶着という）するレーザ溶着部３９０及び高さ制御用凸部４５０の配置構造を説明するための平面図の一例である。なお、以下においては、表カバー３０３とハウジング３０２とのレーザ溶着の場合で説明するが、裏カバー３０４とハウジング３０２とのレーザ溶着についても同様である。
　ハウジング３０２に設けられた表側副通路外側壁３９１、表側副通路内側壁３９２および表側上部側壁３９３の各上面が表カバー３０３とのレーザ溶着部３９０となる。
　表カバー３０３もしくはハウジング３０２のいずれかに高さ制御用凸部４５０が設けられている。図１０に図示の例では、高さ制御用凸部４５０は、スリット３７２の中央部、および回路パッケージ４００の下端部と表側副通路内側壁３９２の上端部との間の２箇所に設けられている。流量検出部４３６と表カバー３０３の絞り部３５６との間における沈み込みを防止し、流量検出部４３６と絞り部３５６との間隔を一定値に確保するためには、高さ制御用凸部４５０を、このように、少なくとも流量検出部４３６の対向する側方の両側に設けることが望ましい。

　図１１は、図１０のＸＩ_A－ＸＩ_B線断面図であり、図１１（Ａ）はレーザ溶着前の断面図、図１１（Ｂ）はレーザ溶着後の断面図である。
　図１１（Ａ）では、高さ制御用凸部４５０を、表カバー３０３に設けた構造として例示している。
　表カバー３０３の内面に設けられた高さ制御用凸部４５０の高さＨ2は、レーザ溶着前において、ハウジング３０２の表側副通路内側壁３９２の高さＨ1よりも小さい。表側副通路内側壁３９２の高さＨ1と高さ制御用凸部４５０の高さＨ2との差（Ｈ1－Ｈ2）は、例えば、５０μｍｍ～１００μｍ程度に設定しておくことが望ましい。
　なお、以下の説明においては、表側副通路内側壁３９２を、単に側壁３９２といい、表カバー３０３を単にカバー３０３という。

　図１１（Ａ）に図示された状態で、基底部３１１に設けられた側壁３９２の上面に加圧されたカバー３０３にレーザ光Ｌを照射し、側壁３９２の上部とカバー３０３とを溶着した状態を図１１（Ｂ）に図示する。
　側壁３９２の上面に接するカバー３０３の領域に向けて、レーザ光Ｌを複数回、照射することで、ハウジング３０２の側壁３９２の上部側が溶融し、カバー３０３側に潜り込む。カバー３０３に形成された高さ制御用凸部４５０の下面がハウジング３０２の基底部３１１の上面に密着する。
　なお、高さ制御用凸部４５０を形成した場合でも、レーザ光Ｌを照射し続けることにより、レーザ溶着部３９０は沈み込み続ける。そのため、高さ制御用凸部４５０は、副通路の内部に設け、流量検出部４３６と絞り部３５６との間隙により形成される流路の高さのばらつきを低減するようにする必要がある。

　図１１（Ｂ）では、レーザ照射時に、カバー３０３の高さ制御用凸部４５０の下面がハウジング３０２に密着している状態で図示されている。しかし、カバー３０３やハウジング３０２の表面粗さや表面のうねり等により、カバー３０３を加圧した状態でも、ハウジング３０２の側壁３９２の上面とカバー３０３内面とは一部のみしか密着しておらず、他の箇所では隙間が発生している。このような隙間がある場合、レーザ光Ｌを複数回照射すると、ハウジング３０２およびカバー３０３を構成する樹脂にレーザ溶着部の幅方向に突出する樹脂ばり３９８が発生する。

　このとき、レーザ溶着部３９０の幅の中央部では、図１１（Ｂ）に図示されるように、ハウジング３０２の側壁３９２の樹脂が、カバー３０３の樹脂に潜り込む状態となる。側壁３９２の潜り込み境界面３９７の基底部３１１の上面からの最高高さＨ3は、高さ制御用凸部４５０の高さＨ2よりも大きい。
　つまり、レーザ光Ｌを複数回照射すると、高さ制御用凸部４５０の高さＨ2よりも溶着箇所の吸収樹脂である側壁３９２の潜り込み境界面３９７の基底部３１１の上面からの最高高さＨ3の方が大きい状態となっている。
　したがって、高さ制御用凸部４５０を設けることにより、副通路の高さが所定値に制御可能となり、流量センサ３００の特性変化が安定化される。これと共に、カバー３０３の樹脂とハウジング３０２の樹脂の相溶性が向上し、ハウジング３０２の樹脂がカバー３０３の樹脂へ潜り込み、これにより、溶着強度が増大する。また、ハウジング３０２の樹脂がカバー３０３の樹脂に潜り込むことにより、亀裂の進展を抑制する経路長が長くなるため、強度が向上し、レーザ溶着部３９０の信頼性も向上する。

　なお、樹脂ばり３９８が、高さ制御用凸部４５０の側面に密着する位置にあると、樹脂ばり３９８の進展のストッパとなってしまい、溶着部の高さに影響がでる。このため、高さ制御用凸部４５０は、樹脂ばり３９８が密着しないような位置に設ける必要がある。上記一実施の形態の構造において検討した結果、ハウジング３０２の側壁３９２の幅をＡとすると、８０μｍ程度の沈み込みが起こった場合、樹脂ばり３９８の突出し高さは０．３Ａ～０．３５Ａとなっていた。したがって、沈み込みを５０μｍ～１００μｍｍとする場合には、ハウジング３０２の側壁３９２と高さ制御用凸部４５０との距離Ｂは、０．４Ａ以上としておくと良い。

＜実施形態１の効果＞
　本発明の一実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）ハウジング３０２の表・裏面に、流量検出部４３６への副通路を構成するための側壁３９１～３９６を形成し、各側壁３９１～３９６の上面と表・裏カバー３０３、３０４とをレーザ溶着により溶着した。このため、接着剤による場合の硬化時間や、接着剤の使用コストを削減し、また、接着剤のはみ出し面積の検討や、接着剤の量の制御をする必要が無くなり、組付けの能率化および低コスト化を図ることができる。

（２）ハウジング３０２または表・裏カバー３０３、３０４の一方に、溶着時におけるハウジングまたはカバーの沈み込みを抑制するための高さ制御用凸部４５０を設けた。高さ制御用凸部４５０の高さＨ2は、レーザ溶着前において、ハウジング３０２の側壁３９２の高さＨ1よりも小さい。レーザ光Ｌを複数回照射した場合、高さ制御用凸部４５０の高さＨ2よりも溶着箇所の吸収樹脂である側壁３９２の潜り込み境界面３９７の基底部３１１の上面からの最高高さＨ3の方が大きい状態となっている。この状態で、高さ制御用凸部４５０の下面がハウジング３０２に密着する。これにより、カバー３０３の沈み込みが抑制され、流量検出のばらつきを小さくすることができる。

（３）高さ制御用凸部４５０を、流量センサ３００において、流量センサ３００の特性変化に最も大きく影響する流量検出部４３６近傍に設けた。このため、簡単な構造で、検出性能の確保を図ることができる。

（４）高さ制御用凸部４５０を、レーザ溶着時に、レーザ溶着部３９０から幅方向、すなわち、側壁３９２を横切る方向に突出して形成される樹脂ばり３９８が進展しても密着しない位置に設けた。このため、高さ制御用凸部４５０が樹脂ばり３９８の進展のストッパとなることがなく、カバー３０３の沈み込みに影響することはない。

--実施形態２--
　図１２は、本発明の実施形態２であり、高さ制御用凸部４５０の配置構造を示す平面図である。
　図１２に図示された実施形態２の流量センサ３００では、高さ制御用凸部４５０は、流量検出部４３６の近傍に、３箇所設けられている。すなわち、高さ制御用凸部４５０は、スリット３７２の両側、および回路パッケージ４００の下端部と表側副通路内側壁３９２の上端部との間の３箇所に設けられている。高さ制御用凸部４５０を、流量検出部４３６を囲うように３箇所設けることで、カバー３０３の絞り部３５６と流量検出部４３６との隙間寸法の安定性を一層向上することができる。
　実施形態２においても、実施形態１と同様の効果を奏する。
　実施形態２における他の構成は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。

　--実施形態３--
　図１３は、本発明の実施形態３であり、高さ制御用凸部の配置構造を示す平面図である。
　図１３に図示された実施形態３の流量センサ３００では、高さ制御用凸部４５０は、流量検出部４３６の近傍に、３箇所設けられている。すなわち、高さ制御用凸部４５０は、スリット３７２の両側に隣接する表側副通路外側壁３９１、および回路パッケージ４００の下端部と表側副通路内側壁３９２の上端部との間の３箇所に設けられている。
　実施形態３では、スリット３７２の両側に形成された一対の高さ制御用凸部４５０の距離が、実施形態２に示されたスリット３７２の両側に形成された一対の高さ制御用凸部４５０の距離よりも大きいので、カバー３０３の絞り部３５６と流量検出部４３６との隙間寸法の安定性がより向上する。
　実施形態３における他の構成は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
　実施形態３においても、実施形態１と同様の効果を奏する。

--実施形態４--
　図１４は、本発明の実施形態４であり、高さ制御用凸部４５０の配置構造を示す平面図である。
　図１４に示す実施形態４では、回路パッケージ４００の下端部と表側副通路内側壁３９２の上端部との間に設けられた高さ制御用凸部４５０の他、表側副通路外側壁３９１の内面に沿って、副通路溝３０６内に複数個設けられた高さ制御用凸部４５０を備えている。
　本発明の流量センサ３００は構造が複雑であり、ハウジング３０２に使用する材料によっては、副通路溝３０６の出口３５２や副通路溝３０７の入口３５０に対応する部分の反りが他の箇所に比べて、大きくなる傾向になる。つまり、ハウジング３０２の側壁３９２の高さＨ1と高さ制御用凸部４５０の高さＨ2の差（Ｈ1－Ｈ2）が場所によって大きく変化する。

　そのような場合、比較的平面度の良い流量検出部４３６の近辺に比べ、高さ制御用凸部４５０の高さＨ2を場所毎に変えた方が良い場合もある。つまり、図１４において、出口溝３５３の近辺に形成した高さ制御用凸部４５０ａの高さＨ2を、流量検出部４３６の近辺の高さ制御用凸部４５０の高さＨ2より低くする。このように表・裏カバー３０３、３０４の各場所の反りの程度に応じて、高さ制御用凸部４５０、４５０ａの高さＨ2を異なるものとして、レーザ溶着部３９０における沈み込み量を調整して副通路の高さの均一化を図ることができる。
　なお、図１４では、表側副通路外側壁３９１の内面に沿って、副通路溝３０６内に形成した高さ制御用凸部４５０のうち、最も出口溝３５３に近いものを、他と異なる高さの高さ制御用凸部４５０ａとして例示した。しかし、出口溝３５３に近い複数個を、他と異なる高さの高さ制御用凸部４５０ａとしてもよい。
　実施形態４における他の構成は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
　実施形態４においても、実施形態１と同様の効果を奏する。

--実施形態５--
　図１５は、本発明の実施形態５であり、高さ制御用凸部４５０の配置構造を示す平面図である。
　図１５に示す実施形態５では、高さ制御用凸部４５０は、回路パッケージ４００の下端部と表側副通路内側壁３９２の上端部との間の他、表側副通路外側壁３９１および表側副通路内側壁３９２に沿って、副通路溝３０６内に連続的に設けられている。連続的に形成された高さ制御用凸部４５０は、実施形態１～４において示した、回路パッケージ４００の下端部と表側副通路内側壁３９２の上端部との間に形成した部分を含んでいる。
　実施形態５においても、高さ制御用凸部４５０の高さＨ2を、漸次、低減または増加するように変化させてもよい。
　実施形態５における他の構成は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
　なお、ハウジング３０２の裏面側においても、実施形態１～５に示した表面側における高さ制御用凸部４５０の配置構造を適用することが可能である。
　実施形態５においても、実施形態４と同様の効果を奏する。

--実施形態６--
　図１６は、本発明の実施形態６であり、高さ制御用凸部４５０の配置構造を示す平面図である。図１６に示す実施形態６は、ハウジング３０２の裏面側における高さ制御用凸部の配置構造を示す。
　図１６に図示された流量センサ３００では、高さ制御用凸部４５０は、裏側副通路外側壁３９４および裏側副通路内側壁３９５の内面に沿って、副通路溝３０７内に連続的に設けられている。連続的に形成された高さ制御用凸部４５０は、回路パッケージ４００の下端部と裏側副通路内側壁３９５の上端部との間の領域も通過して形成されている。複数の高さ制御用凸部４５０を離間して設けるようにしてもよい。
　実施形態６における他の構成は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
　実施形態６においても、実施形態１と同様の効果を奏する。

--実施形態７--
　図１７は、本発明の実施形態７を示し、ハウジングとカバーとのレーザ溶着に関する図であり、図１７（Ａ）は溶着前の断面図、図１７（Ｂ）は溶着後の断面図である。
　実施形態１に示す流量センサ３００では、高さ制御用凸部４５０を表・裏カバー３０３、３０４に形成する構造であった。これに対し、実施形態７に示す流量センサ３００では、高さ制御用凸部４５０をハウジング３０２に形成した構造とされている。
　レーザ溶着の場合、表・裏カバー３０３、３０４は、その透過率が高いことが望ましい。
　しかしながら、高さ制御用凸部４５０を有する表・裏カバー３０３、３０４を成形する構造は、高さ制御用凸部４５０周縁部における樹脂の流動が悪くなり、レーザ溶着に相当する部分の表裏カバー３０３、３０４の透過率が悪くなることもある。また、ばらつきも発生しやすい。例えば、ＰＢＴやＰＰＳのような比較的透過率が低い材料の場合、そのようなことが顕著に起こる。

　そのような場合、図１７（Ａ）、（Ｂ）に実施形態７として示したように、表・裏カバー３０３、３０４は平坦な構造とし、高さ制御用凸部４５０をハウジング３０２に設けることが有効となる。これにより、表・裏カバー３０３、３０４の成形時における透過率の低減を抑制することができる。
　実施形態７においても、側壁３９２の上面に接するカバー３０３の領域に向けて、レーザ光Ｌを複数回、照射することで、図１７（Ｂ）に図示するように、ハウジング３０２の側壁３９２の上部側が溶融し、カバー３０３側に潜り込む。また、ハウジング３０２の基底部３１１に形成された高さ制御用凸部４５０の上面がカバー３０３の内面に密着する。
　よって、実施形態７においても、実施形態１と同様の効果を奏する。
　実施形態７における他の構成は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。

--実施形態８--
　図１８は、本発明の実施形態８を示すものであり、ハウジングとカバーとのレーザ溶着に関する図であり、図１８（Ａ）は溶着前の断面図、図１８（Ｂ）は溶着後の断面図である。
　図１８に図示された実施形態８においても、実施形態７と同様、流量センサ３００は、高さ制御用凸部４５０をハウジング３０２に形成した構造とされている。実施形態８と実施形態７との相違点は、実施形態８では、表・裏カバー３０３、３０４に側壁３９２および高さ制御用凸部４５０を収容する凹部３０８を設けた点である。なお、以下では、表・裏カバー３０３、３０４を代表して、カバー３０３として説明する。
　実施形態８では、カバー３０３の内面に、凹部３０８が形成されている。凹部３０８は、側壁３９２および高さ制御用凸部４５０を収容する面積を有し、レーザ光Ｌの照射前では、凹部３０８の底面に側壁３９２の上面が接触している。高さ制御用凸部４５０の上面は、凹部３０８の底面から離間している。図１８では、側壁３９２および高さ制御用凸部４５０は、側面が傾斜面とされているが、側面は傾斜面でなくてもよい。

　実施形態８においても、側壁３９２の上面に接する領域のカバー３０３に向けて、レーザ光Ｌを複数回、照射することで、図１８（Ｂ）に図示するように、ハウジング３０２の側壁３９２の上部側が溶融し、カバー３０３の凹部３０８の底部側に潜り込む。また、ハウジング３０２の基底部３１１に形成された高さ制御用凸部４５０の上面がカバー３０３の凹部３０８の底面に密着する。カバー３０３の凹部３０８の深さは、カバー３０３として必要とされる機械的強度を考慮して決定する。カバー３０３の凹部３０８が形成された部分の厚さは、樹脂材にも依存するが、例えば０．５ｍｍ-０．８ｍｍ程度とする。

　実施形態８では、レーザ光Ｌが照射されるカバー３０３の領域の厚さが凹部３０８の深さの分、薄くなるので、その部分における透過率を、その周囲よりも大きくすることができる。
　側壁３９２の高さＨ1と高さ制御用凸部４５０の高さＨ2との関係、および側壁３９２の幅Ａと、側壁３９２と高さ制御用凸部４５０との距離Ｂとの関係は実施形態１と同様である。

　なお、上記一実施の形態では、凹部３０８をカバー３０３の内面、換言すれば、ハウジング３０２に対面する側に設けた構造として例示した。しかし、凹部３０８をカバー３０３の外面、換言すれば、レーザ光Ｌの照射面側に設けたり、カバー３０３の内面および外面の両面に設けるようにしたりしてもよい。
　実施形態８における他の構成は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
　実施形態８においても、実施形態１と同様の効果を奏する。

［レーザ溶着部の外観検査］
　カバー３０３とハウジング３０２の各側壁３９１～３９６とが確実にレーザ溶着されているか否かを外観検査により確認する方法について説明する。
　ハウジング３０２の各側壁３９１～３９６の上面と表・裏カバー３０３、３０４とをレーザ溶着した後、溶着した部分をカメラで撮像し、画像処理により、各側壁３９１～３９６の上面とカバー３０３とが溶着されているか否かを判断する。表・裏カバー３０３、３０４は光透過性樹脂により形成され、ハウジング３０２は光吸収性樹脂により形成されているので、レーザ溶着が正常に行われた部分の輝度は低くなる。側壁３９２の上面とカバー３０３との間に隙間が有れば、その部分の輝度は高くなる。レーザ溶着が正常に行われた場合、レーザ溶着部３９０の全長に亘るコントラストはほぼ一様である。しかし、レーザ溶着不良個所があると、レーザ溶着部３９０の全長において、コントラストが一様でなくなるので、溶着不良個所を検出することができる。

　この外観検査に必要な表・裏カバー３０３、３０４の透過率を検討した結果、例えば、ＰＢＴ樹脂を用いた場合、表・裏カバー３０３、３０４の透過率は、４５０～１１００ｎｍの波長域での平均の透過率が３２～３３％以上であればよいことが判った。種々の誤差を考慮しても、平均の透過率が３５％以上であれば十分である。

　平均の透過率に対応する他の指標として、ＪＩＳＺ８７２９に規格化されている物体の色を数値化するＬ＊ａ＊ｂ＊表色系によることもできる。
　カバー３０３の樹脂材を、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系にしたがって、明度Ｌ＊、彩度Ｃ＊＝[(ａ＊)²+(ｂ＊)²]^1/2 を測定して判断する。表・裏カバー３０３、３０４におけるレーザ溶着する部分の色彩が、明度Ｌ＊＜７５および彩度Ｃ＊＜１０であれば、４５０～１１００ｎｍの波長域での平均の透過率が３５％以上と同等であることが確認された。
　実施形態１～８において、表・裏カバー３０３、３０４として、上記の透過率、明度Ｌ＊および彩度Ｃ＊の樹脂材を用いれば、画像処理による外観検査を行うことができる。

　結晶性樹脂は、通常、透過率が低いので、表・裏カバー３０３、３０４の樹脂材の透過率を改善するために、透明な非結晶性の熱可塑性樹脂をアロイ材として用いると有効である。色はナチュラル色としておくこと必要がある。透明な非結晶性の熱可塑性樹脂を用いることにより、特に、図１８に示す構造を採用することにより、レーザ溶着部３９０における溶着状態を外観検査できるのみならず、高さ制御用凸部４５０と表・裏カバー３０３、３０４の密着も外観検査可能となる。
　しかし、高さ制御用凸部４５０と表・裏カバー３０３、３０４との密着力が小さい場合、外観検査に必要なコントラスト（他の箇所との白黒の差）が得にくくなる場合もある。
　以下に、レーザ溶着部におけるコントラストを大きくする実施形態を示す。

--実施形態９--
　図１９は、本発明の実施形態９であり、レーザ照射によるハウジングと表カバーとの溶着後の断面図である。
　図１９に示す実施形態９では、カバー３０３のレーザ光Ｌの照射面側に微細凹凸４６０が形成されている点で、実施形態８と相違する。
　微細凹凸４６０は、側壁３９２と高さ制御用凸部４５０とを収容する凹部３０８とほぼ同じ位置かつほぼ同じ面積には形成されていない。つまり、カバー３０３における側壁３９２の上面から高さ制御用凸部４５０の上面までの領域には、微細凹凸４６０は形成されていない。カバー３０３の微細凹凸４６０が形成されている部分では、レーザ光Ｌが反射するので、微細凹凸４６０が形成されていない領域とのコントラストを大きくすることができる。
　実施形態９における他の構成は、実施形態８と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
　実施形態９においても、実施形態８と同様の効果を奏する。

--実施形態１０--
　図２０は、本発明の実施形態１０であり、ハウジングと表カバーとのレーザ溶着後の断面図である。
　図２０に示す実施形態１０では、カバー３０３の内面、換言すれば、ハウジング３０２との対面側にも微細凹凸４６１が形成されている点で、実施形態９と相違する。
　微細凹凸４６１は、凹部３０８の外側のみでなく、凹部３０８の底面にも形成されている。
　但し、凹部３０８内では、レーザ溶着に支障が生じないように、側壁３９２の上面および高さ制御用凸部４５０の上面に対応する部分には微細凹凸４６１は形成されていない。実施形態１０によれば、側壁３９２の上面および高さ制御用凸部４５０の上面と、それらの周囲とのコントラスト差をさらに向上することができる。

　なお、レーザ溶着前に、レーザ溶着側のカバー３０３の凹部３０８の底面に微細凹凸４６１を形成すると、カバー３０３の透過率が低下する。また、レーザ光Ｌは、微細凹凸４６１で散乱する。しかし、凹部３０８内において、側壁３９２と高さ制御用凸部４５０とは離間しており、レーザ照射時に散乱する部分と溶着部との間は隙間のみであるため、レーザ光Ｌの散乱による影響は少なく、光損失は問題とはならない。また、溶着により、カバー３０３の樹脂材とハウジング３０２の樹脂材とは溶融し、相溶する。このため、溶着後における屈折率差がなくなり、レーザ溶着部３９０に相当する部分のカバー３０３の透過率は、溶着前と大差はない。

　実施形態１０における他の構成は、実施形態９と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。実施形態１０においても、実施形態１と同様の効果を奏する。

--実施形態１１--
　図２１は、本発明の実施形態１１であり、表カバーのレーザ溶着部３９０以外の部分に設けられた微細な凹凸を説明するための平面図である。
　図２１は、図１９に示す微細凹凸４６０を、凹部３０８に対応する領域を除くカバー３０３の表面の全面に形成したものである。このようにすることで、外観検査時におけるコントラスト差を増加するだけでなく、搬送時などに発生する傷なども目立ち難くすることができる。

　図２０に示すように、カバー３０３の表面に微細凹凸４６０を形成すると共に、カバー３０３の内面に微細凹凸４６１を形成してもよい。

　微細凹凸４６０、４６１は、金型にシボを成形し、射出成形する際に形成しても良いし、別途、カバー３０３にブラスト処理などをかけて形成しても良い。微細凹凸４６０、４６１は、表面粗さＲａ０．６－３．０μｍ程度であることが望ましい。

--実施形態１２--
　図２２は、本発明の実施形態１２であり、ハウジングと表カバーとのレーザ溶着後の断面図である。
　図２２に示す実施形態１２は、カバー３０３の表面における微細凹凸４６０が形成されていない領域内で、高さ制御用凸部４５０の上面に対応する部分に凹部３０９を設けた点で実施形態１１と相違する。
　高さ制御用凸部４５０の上面に対応する部分に凹部３０９を設けることにより、この部分のカバー３０３の厚さが薄くなり、この部分における透過率がレーザ溶着部３９０の部分よりも大きくなる。これにより、高さ制御用凸部４５０とレーザ密着部とのコントラストが大きくなる。

　一括で画像検査する場合、レーザ溶着部３９０と、高さ制御用凸部４５０とカバー３０３との密着部のコントラストを小さくする方が良い場合もある。また、使用する樹脂によっては、高さ制御用凸部４５０とカバー３０３との密着部のみ、周囲とのコントラストを大きくしたい場合もある。そのような場合、図２２に示したように、高さ制御用凸部４５０とカバー３０３との密着部に相当する部分のレーザ照射側に凹部３０９を設けると良い。
　実施形態１２における他の構成は、実施形態１０と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
　実施形態１２においても、実施形態１と同様の効果を奏する。

＜樹脂材料＞
　次に、ハウジング３０２および表・裏カバー３０３、３０４の樹脂材料に関して説明する。
　流量センサ３００では、長期的な使用で、ハウジング３０２や表・裏カバー３０３、３０４の変形が発生し、通路の特性が変化し、流量検出のばらつきが大きくなる。表・裏カバー３０３、３０４とハウジング３０２とは溶着されているため、変形に関しては、剛性の大きいハウジング３０２の影響が大きい。このため、ハウジング３０２に含有させるアロイ材の耐熱性を、表・裏カバー３０３、３０４より高くする必要がある。
　つまり、下記の条件を満たすことが望ましい。
　ハウジング３０２に含有するアロイ材のガラス転移温度≧表・裏カバー３０３、３０４に含有するアロイ材のガラス転移温度

　弾性率についても同様であり、下記の条件を満たすことが望ましい。
　ハウジング３０２を構成する熱可塑性樹脂の弾性率＞表・裏カバー３０３、３０４を構成する熱可塑性樹脂の弾性率

　表・裏カバー３０３、３０４においても、ハウジング３０２に比べ影響は小さいが、長期的な使用により、特性が変動する。特に、流量検出部４３６に対向して配置される表カバー３０３は、裏カバー３０４よりも特性変動に影響する割合が大きい。ここでは、結晶化度が高い高分子材料は、剛性、強度、耐熱性が高いことに着目し、表カバー３０３と裏カバー３０４とは、結晶化度に関して下記の条件を満足するようにした。
　表カバー３０３の結晶化度＞裏カバー３０４の結晶化度
　上記において、結晶化度とは、高分子が規則正しく配列する結晶状態と、高分子が糸玉状になったり絡まったりして存在する非晶状態とに分かれている状態において、結晶部分の割合を結晶化度と呼び、（結晶化度）＝（結晶領域部分）÷（結晶領域部分と非晶領域部分との和）と定義される。

　また、表カバー３０３と裏カバー３０４とは、ガラス転移温度に関して下記の条件を満足することが望ましい。
　表カバー３０３に含まれるアロイ材のガラス転移温度＞裏カバー３０４に含まれるアロイ材のガラス転移温度

　高分子材料に、無機物、例えばガラスファイバー、ガラスフレーク、特殊形状のガラスなどを添加すると成形時および経年変化における寸法安定性を向上することができる。無機物の添加量は、通常、２０％～５０％程度である。しかし、ガラス材等の無機物の添加量が増加すると、レーザ光Ｌの透過性が悪化する。従って、寸法安定性とレーザの透過性を考慮して、表・裏カバー３０３、３０４に添加する無機物の添加量は、２０～３０％程度とするとよい。

　通常、ハウジング３０２の樹脂材には、レーザ溶着のためにカーボンブラックなど着色材を混入する。このため、ハウジング３０２の樹脂材については、変色、透過率、色彩に関して考慮する必要がない。しかし、ハウジング３０２は、表・裏カバー３０３、３０４よりも長期使用における変形が少ないことが必要である。
　そこで、ハウジング３０２と表・裏カバー３０３、３０４とは無機物の添加割合に関し、下記の条件を満足することが望ましい。
　ハウジング３０２を構成する熱可塑性樹脂への無機物の添加割合≧カバー３０３、３０４を構成する熱可塑性樹脂への無機物の添加割合

　長期使用による変形の抑制の観点では、結晶性の熱可塑性樹脂は、成形時の金型温度が低いほど、結晶化度が低く、かつ、透過率が高い。そのため、表・裏カバー３０３、３０４の樹脂材には、透過率や色彩の条件を満たすような低い金型温度とすると良い。一方、結晶化度が高いほど寸法安定性は向上するため、ハウジング３０２の樹脂材は結晶化度が高いことが望ましい。
　従って、ハウジング３０２と表・裏カバー３０３、３０４とは結晶化度に関して、下記の条件を満足することが望ましい。
　ハウジング３０２を構成する熱可塑性樹脂の結晶化度＞カバー３０３、３０４を構成する熱可塑性樹脂の結晶化度

　表・裏カバー３０３、３０４やハウジング３０２を形成する結晶性樹脂には、各種添加剤、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定材、界面活性剤、滑材、結晶化核材、難燃剤などを添加しても良い。但し、表・裏カバー３０３、３０４には、可能な限り透過率の低下に影響する材料は含有しないことが望ましい。一方で、ハウジング３０２には、レーザ光Ｌを吸収する着色剤、例えば、カーボンブラックなどを含有しておくことが望ましい。

　表・裏カバー３０３、３０４とハウジング３０２とをレーザ溶着するうえで、表・裏カバー３０３、３０４の樹脂材およびハウジング３０２の樹脂材には、離型材成分を含まないことが望ましい。

　表・裏カバー３０３、３０４を構成する結晶性樹脂に添加する非結晶性樹脂としてのアロイ材としては、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリルスチレン（ＡＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリメチルメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などがある。

　ハウジング３０２を構成する樹脂に添加する非結晶性樹脂としてのアロイ材としては、表・裏カバー３０３、３０４に添加するアロイ材の他、よりガラス転移温度が大きい変性ポリフェニレンエーテル（ｍＰＰＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）などを挙げることができる。

　表・裏カバー３０３、３０４に添加する非結晶性樹脂としてのアロイ材は、少なくとも１種類を加えることが望ましいが、１種類のみならず、それに加えて、それ以外の結晶性を含むアロイ材を含有させても良い。また、ハウジング３０２についても同様である。

　以上説明した通り、上記各実施形態では、ハウジング３０２の表裏面に、流量検出部４３６への副通路を構成するための側壁３９１～３９６を形成し、各側壁３９１～３９６の上面と表・裏カバー３０３、３０４とをレーザ溶着により溶着した。また、ハウジング３０２または表・裏カバー３０３、３０４の一方に、溶着時におけるハウジングまたはカバーの沈み込みを抑制するための高さ制御用凸部４５０を設けた。
　このため、本発明の各実施形態によれば、接着剤による接合の場合の接着剤の硬化時間や、接着剤の使用コストを削減し、接合の効率化および低コスト化を図ることができ、また、これと共に、カバー３０３の沈み込みを抑制し、流量検出のばらつきを小さくすることができる。

　なお、上記下記実施形態では、表・裏カバー３０３、３０４とハウジング３０２とをレーザにより溶着する場合として例示した。しかし、本発明は、レーザ溶着だけでなく、熱溶着、振動溶着、超音波溶着等他の溶着の場合にも適用することが可能である。

　また、本発明は、熱式の流量センサ３００以外の製品の用途にも使用でき、熱可塑性樹脂全般のレーザ溶着に適用することができる。熱可塑性樹脂としては、上記に示した以外に、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロプレン（ＰＰ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることができる。
　また、上記した熱可塑性樹脂は、アロイ材としての非結晶性の熱可塑性樹脂としても用いることができる。アロイ材と共に、ガラスファイバーなどの無機物等の特殊な添加剤を含んだ熱可塑性樹脂も対象となる。また、主材料として、熱可塑性樹脂のみならず、透過率が比較的高いエポキシ系やアクリル系などの熱硬化樹脂を用いることができる。

　上記実施形態１～１２の一部を、本発明の趣旨の範囲内で変形して適用することが可能である。また、上記実施形態１～１２の一部を相互に組み合わせてもよい。
　要は、ハウジングに設けられた側壁の上面にカバーを溶着した流量センサにおいて、少なくともハウジング内に収容された流量検出部の周囲における側壁の近傍に、溶着時におけるカバーの沈み込みを抑制するための高さ制御用凸部を、ハウジングまたはカバーの一方に設けたものであればよい。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１３年第２３５８６７号（２０１３年１１月１４日出願）

３００　　流量センサ
３０１　　筐体
３０２　　ハウジング
３０３　　表カバー（カバー）
３０４　　裏カバー
３０６、３０７　　副通路溝
３０８、３０９　　凹部
３１０　　計測部
３１１　　基底部
３２２　　保護部
３５０　　入口
３５１　　入口溝
３５２　　出口
３５３　　出口溝
３５６　　絞り部
３７２　　スリット
３７６　　固定部
３８０、３８１　　突起部
３８２　　空洞部
３９０　　レーザ溶着部
３９１　　表側副通路外側壁
３９２　　表側副通路内側壁（側壁）
３９３　　表側上部側壁
３９４　　裏側副通路外側壁
３９５　　裏側副通路内側壁
３９６　　裏側上部側壁
３９７　　潜り込み境界面
３９８　　樹脂ばり
４００　　回路パッケージ
４３０　　計測用流路面
４３６　　流量検出部
４５０、４５０ａ　　高さ制御用凸部
４５２　　温度検出部
４６０、４６１　　微細凹凸
６０２　　流量検出素子
 

Claims (20)

1. 　樹脂材料により形成され、基底部と側壁とを有し、少なくとも一面側が開口されたハウジングと、
   　樹脂材料により形成され、前記ハウジングの前記一面側を覆い、前記ハウジングの前記側壁の上面に溶着され、前記ハウジングの前記基底部と前記側壁とにより、主通路から取り込まれる被計測気体が流れる副通路を形成するカバーと、
   　前記副通路内に配置された流量検出部とを備え、
   　少なくとも前記流量検出部の周囲における前記側壁の近傍に、溶着時における前記カバーの沈み込みを抑制するための高さ制御用凸部を、前記ハウジングまたは前記カバーの一方に設けた、流量センサ。
2. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
   　前記流量検出部は、プレートと、前記プレート上に搭載された流量検出素子とを備える回路パッケージとして構成されており、
   　前記高さ制御用凸部は、前記回路パッケージの少なくとも一端部と、前記側壁における前記回路パッケージの前記一端部に対向する部分との間に設けられている、流量センサ。
3. 　請求項２に記載の流量センサにおいて、
   　前記回路パッケージは、インサート成形により前記ハウジングと一体に形成され、
   　前記高さ制御用凸部は、前記回路パッケージの前記一端部の周囲における複数個所に形成されている、流量センサ。
4. 　請求項３に記載の流量センサにおいて、
   　前記高さ制御用凸部は、少なくとも前記回路パッケージの前記一端部の周囲の３箇所に設けられている、流量センサ。
5. 　請求項２に記載の流量センサにおいて、
   　前記副通路は、前記回路パッケージの周囲における前記基底部が切り欠かれて形成された空洞部を有し、
   　前記高さ制御用凸部は、前記空洞部の周囲の一部に沿って連続状に設けられている、流量センサ。
6. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
   　前記カバーは、前記ハウジングの前記一面側を覆う表カバーと、前記ハウジングの他面側を覆う裏カバーとを備え、
   　前記高さ制御用凸部は、前記表カバーまたは前記ハウジングの一方と、前記裏カバーまたは前記ハウジングの一方とに設けられている、流量センサ。
7. 　請求項６に記載の流量センサにおいて、
   　前記流量検出部には、被計測気体と接触する計測用流路面が前記表カバーと対面する側に設けられており、前記表カバーを構成する樹脂材料中に、前記裏カバーを構成する樹脂材料に含まれるアロイ材のガラス転移温度よりもガラス転移点が高いアロイ材が含まれている、流量センサ。
8. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
   　前記流量検出部は、プレートと、前記プレート上に搭載された流量検出素子とを備える回路パッケージとして構成されており、
   　前記副通路は、前記回路パッケージの周囲における前記基底部が切り欠かれて形成された空洞部を有し、
   　前記側壁は、被計測気体を取り込む入口または被計測気体を排気する出口と、前記空洞部との間に湾曲部を有し、
   　前記高さ制御用凸部は、さらに、前記側壁の前記湾曲部に設けられている、流量センサ。
9. 　請求項８に記載の流量センサにおいて、
   　前記高さ制御用凸部は、前記側壁の前記湾曲部に沿って連続して設けられている、流量センサ。
10. 　請求項８に記載の流量センサにおいて、
    　前記側壁の前記湾曲部に複数の前記高さ制御用凸部が設けられており、
    　前記側壁の前記湾曲部に設けられた複数の前記高さ制御用凸部のうち、少なくとも１つは、前記側壁の前記湾曲部に設けられた他の前記高さ制御用凸部または前記空洞部の周囲に設けられた前記高さ制御用凸部とは異なる高さに形成されている、流量センサ。
11. 　請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の流量センサにおいて、
    　前記高さ制御用凸部は、前記カバーと前記側壁とを溶着するときに形成された樹脂ばりとの間に隙間を有するように設けられている、流量センサ。
12. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
    　前記高さ制御用凸部は、前記ハウジングと前記カバーとの潜り込み境界面よりも低い位置に設定されている、流量センサ。
13. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
    　前記高さ制御用凸部は、前記ハウジングに設けられており、
    　前記カバーには、前記側壁と前記高さ制御用凸部とが収容された凹部が形成されている、流量センサ。
14. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
    　前記カバーの溶着部の周囲に、前記カバーの前記溶着部よりも表面粗さが大きい凹凸が形成されている、流量センサ。
15. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
    　前記カバーにおける、少なくとも前記側壁との溶着部に対向する部分および前記高さ制御用凸部に対向する部分は、４５０ｎｍ～１１００ｎｍの波長光に対する平均透過率が３５％以上である、流量センサ。
16. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
    　前記カバーにおける、少なくとも前記側壁との溶着部に対向する部分および前記高さ制御用凸部に対向する部分は、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、明度Ｌ＊が７５以下、彩度Ｃ＊が１０以下である、流量センサ。
17. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
    　前記カバーが結晶性樹脂により形成され、かつ、非結晶性のアロイ材を含有する、流量センサ。
18. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
    　前記カバーおよび前記ハウジングがアロイ材を含む樹脂材料により形成され、前記ハウジングに含まれる前記アロイ材のガラス転移温度が前記カバーに含まれるアロイ材のガラス転移温度よりも高い、流量センサ。
19. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
    　前記カバーの樹脂材料中に、前記ハウジングの樹脂材料中に含まれるガラス材の含有量以下のガラス材が含まれている、流量センサ。
20. 　請求項１に記載の流量センサにおいて、
    　前記ハウジングを構成する樹脂材料の結晶化度は、前記カバーを構成する樹脂材料の結晶化度よりも大きい、流量センサ。
     
     

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