WO2022004098A1

WO2022004098A1 - センサーユニットおよびその取り付け構造

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Publication number: WO2022004098A1
Application number: PCT/JP2021/015446
Authority: WO
Inventors: 環次石原; 恭造斎藤
Original assignee: アルプスアルパイン株式会社
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2022-01-06
Also published as: CN115516285A; JPWO2022004098A1; JP7391220B2

Abstract

本発明に係るセンサーユニット１０は、パイプ５１内を流れる流動体の温度を測定可能であって、内部空間４１を有しかつ内部空間４１とパイプ５１内とを連通する筒状部３０を有するハウジング２０と、第１面３３ａに温度センサ３４が搭載された基板３３と、を備え、基板３３はハウジング２０の内部空間４１に配置され、筒状部３０における外部側の外部側開口３１はパイプ５１内に連結可能であり、筒状部３０における内部空間側の内部側開口３２は基板の第１面３３ａで塞がれ、温度センサ３４は筒状部３０の内部に配置され、筒状部３０の内部に温度センサ３４を覆う樹脂材３５が充填された保護部６５を有するため、温度検知部を簡易な構造として、従来よりも製造コストを抑えることができ、輸送効率が高く、落下や衝突に対して強く破損しにくい。

Description

センサーユニットおよびその取り付け構造

　本発明は、温度検知素子を備えたセンサーユニット、特に、車両のエンジンの吸気道内の吸気温度を検知するセンサーユニットおよびその取り付け構造に関する。

　特許文献１に記載のエンジン用スロットルボディ装置は、スロットルバルブにより開閉される吸気道を有するスロットルボディにねじ止めされるハウジングに、スロットルボディの側壁を貫通して吸気道に閉じた先端部を臨ませるパイプ（中空筒体）が一体に形成され、このパイプの先端内面にセンサ素子を密着させて吸気温センサが収納される。パイプの中空部には、吸気温センサの収容後に合成樹脂がポッティングされる。

　しかしながら、上記合成樹脂は、中空筒体の開口側から有底の先端部側へ流し込まれるため、中空筒体内に存在している空気が先端部側へ送られてしまう。したがって、センサ素子の周辺に気泡ができやすくなり、また、合成樹脂による充填が不均一となるおそれがある。このため、吸気温の測定の応答性が低くなり、また、製品ごとの充填状態の違いにより測定性能にばらつきが生じやすくなるという問題がある。

　そこで、特許文献２には、樹脂材を充填するときに中空の筒状体内の空気が先端部に残ることを抑えたセンサーユニットが記載されている。同文献に記載のセンサーユニットは、ハウジングと、ハウジングから延出した中空の筒状体と、筒状体の延出方向の先端部の内部に配置される温度検知素子とを備え、筒状体は、先端部の壁部を貫通する孔部を有し、筒状体の内部には樹脂材が充填されている。この構成により、温度測定の応答性を確保し、測定性能のばらつきを抑えることができる。

　しかし、特許文献２のセンサーユニットの温度検知部は、ハウジングから細長く突出した筒状体の内部先端にサーミスタが配置されている。このため、サーミスタは引き延ばされた配線によってハウジング内に配置された基板と電気的に接続される。この構造では、リード線と基板とを接続することが難しく、製造コスト増加の要因となっていた。また、温度検知部がハウジングから突出しているため、パッケージがかさばり輸送効率が低下するという問題、および細長く突出した筒状体が組立時や落下や衝突によって破損しやすいという問題があった。そして、サーミスタはケースと樹脂材を介して温度を測定することから、温度変化への応答にやや時間を要するという問題があった。

特開２００４－１２４８７４号公報特開２０１９－０２０２５１号公報

　そこで、本発明は、温度検知部を簡易な構造として、従来よりも製造コストを抑えることができ、輸送効率が高く、落下や衝突による衝撃により破損し難いセンサーユニットの提供を目的としている。

　本発明は、パイプ内を流れる流動体の温度を測定可能なセンサーユニットにおいて、内部空間を有しかつ内部空間と外部とを連通する筒状部を有するハウジングと、第１面に温度センサが搭載された基板と、を備え、前記基板は前記ハウジングの内部空間に配置され、前記筒状部における外部側の外部側開口は前記パイプ内に連結可能であり、前記筒状部における内部空間側の内部側開口は前記基板の第１面で塞がれ、前記温度センサは前記筒状部の内部に配置され、前記筒状部の内部に前記温度センサを覆う樹脂材が充填された保護部を有することを特徴とするセンサーユニットを提供する。

　温度センサを基板の第１面に搭載することにより、温度センサと基板とを電気的につなぐ配線の引き回しが不要になるから、温度センサの位置決めや組み立てが容易になる。したがって、センサーユニットの製造コストを抑制することができる。また、少ない樹脂材を用いて温度センサを封止できるから、樹脂材の硬化に要する時間を短縮するとともに、センサーユニットを軽量化することができる。軽量化により衝突の際に加わる力が小さくなり、衝撃に強く、壊れにくいセンサーユニットとなる。さらに、筒状部をハウジングから細長く突出した形状とする必要がないため、樹脂材を充填して封止する際に気泡が生じにくい。これにより、センサーユニットによる温度測定における精度および応答性が良好になる。

　前記ハウジングは、前記筒状部の前記外部側開口とは異なる位置に開口した、前記パイプに連結される排出口と、前記排出口と前記筒状部とを連通する連結路とを有し、前記筒状部は、その内部に、前記基板に接する、前記樹脂材が充填された前記保護部と、前記パイプ内に通じる外部側開口と前記保護部との間の前記樹脂材が充填されていない空間部と、を有し、前記連結路が前記空間部に連通していてもよい。
　前記外部側開口および前記排出口は、前記パイプに連結可能であり、前記外部側開口および前記排出口が前記パイプに連結された状態において、前記外部側開口は、前記排出口よりも、前記パイプ内を流れる前記流動体の上流に連通していることが好ましい。

　上記の構成により、パイプ内を流れる流動体の一部が筒状部の外部側開口から空間部内に取り込まれ、連結路を介して排出口に至る流動体の流れが形成される。また、外部側開口および排出口がパイプに連結された状態において、外部側開口が排出口よりもパイプ内における流動体の流れの上流に連通されることにより、流動体流れが円滑になる。したがって、センサーユニットにおける筒状部内の温度センサによるパイプ内の流動体の温度測定の正確性および応答性が向上する。

　前記ハウジングは、その外面の一部に前記筒状部から離れる方向へ延設された凹部を有し、前記パイプに取り付けられた状態において、前記凹部の一部によって前記排出口が形成されてもよい。前記排出口は、前記凹部の前記筒状部の反対側の端部に設けられていてもよい。
　ハウジングがパイプに取り付けられた状態において、パイプの外面で凹部を覆うことにより容易に連結路を形成できる。また、排出口を筒状部の反対側の端部に設けることにより連結路を長くできるから、センサーユニットにおける流動体の流れが円滑になる。

　前記基板の前記第１面には、前記筒状部の内部側開口の外周形状に沿って形成された第１レジスト部と、前記筒状部の内周形状に沿って形成された第２レジスト部と、が設けられ、前記第１レジスト部と前記第２レジスト部との間に、前記筒状部における内部側開口の端部が配置されることが好ましい。
　この構成により、第１レジスト部および第２レジスト部により内部側開口の端部が挟まれたラビリンス構造が形成される。したがって、筒状部内部の温度センサを樹脂材で覆って封止する際に、基板と筒状部の端部との隙間を通って筒状部の内部からハウジングの内部空間内に樹脂材が流れ込むことを抑制できる。

　前記内部側開口における前記端部に溝部が設けられ、前記基板の前記第１面の第１レジスト部と第２レジスト部との間における前記溝部に対向する位置に第３レジスト部が設けられていてもよい。
　溝部と第３レジスト部との嵌合によって複雑なラビリンス構造を形成することができるから、ハウジング内部空間への封止材の流れ込みをより効果的に防止できる。

　前記樹脂材は、前記筒状部の伸長方向への熱伝導率が０．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。
　前記筒状部の伸長方向への熱伝導率が高い樹脂材を用いることにより、温度センサを保護する樹脂材の厚みを大きくした場合でも、流動体の温度が樹脂材を介して温度センサへ伝わりやすくなる。したがって、腐食性の気体からの保護に十分な厚みの樹脂材を用いて封止しつつ、温度センサの感度低下を抑えて、流動体の温度を応答性よく測定することができる。

　本発明は、流動体が流動するパイプと、前記パイプに取り付けられ、前記流動体の温度を測定可能な本発明のセンサーユニットと、を備え、前記パイプは、前記流動体の流量を調整可能な弁と、前記弁を挟んで前記流動体の流れの上流側に位置する第１開口部と、前記弁を挟んで前記流動体の流れの下流側に位置する第２開口部と、を有し、前記第１開口部が前記外部側開口に連結され、前記第２開口部が前記排出口に連結される、センサーユニットの取り付け構造を提供する。

　パイプ内の圧力は、弁の上流側が高く下流側が低い。このため、第１開口部と第２開口部との間に弁が挟まれるように第１開口部と第２開口部とを設け、第１開口部に外部側開口を連結し、第２開口部に排出口を連結することにより、センサーユニット内に流動体の流れが形成される。これにより、測定対象であるパイプ内の流動体を筒状部の空間部に効率的に取り入れることができる。したがって、パイプ内の流動体の温度測定における正確性および応答性が向上する。

　本発明は、流動体が流動するパイプと、前記パイプに取り付けられ、前記流動体の温度を測定可能な、凹部を有するハウジングを備えた本発明のセンサーユニットとを、備え、前記パイプは、前記流動体の流量を調整可能な弁と、前記弁を挟んで前記被測定流動体の流れの上流側に位置する第１開口部と、前記弁を挟んで被測定流動体の流れの下流側に位置する第２開口部と、を有し、前記パイプにより前記凹部が覆われるように前記センサーユニットが配置された状態において、前記第１開口部が前記外部側開口に連結され、前記第２開口部が前記凹部に面している、センサーユニットの取り付け構造を提供する。
　前記第２開口部は、前記凹部の前記筒状部から離れた側の端部に対応した前記パイプの箇所に設けられており、前記排出口は、前記凹部における前記筒状部の反対側の端部に設けられていてもよい。

　本発明のセンサーユニットのハウジングの凹部をパイプで覆って連通路を形成することにより、連通路とするための管状構造をハウジング単独で形成する必要がなくなる。したがって、センサーユニットを構成するハウジングの製造が容易になる。また、排出口を筒状部の反対側の端部に設けることにより、連結路を長くして、流動体の流れを円滑にすることができる。

　本発明によれば、従来よりも工程を簡略化することにより製造コストを低く抑えることができ、輸送効率が高く、組立時や移動時における落下や衝突に対して強い、取り扱い性に優れるセンサーユニットを提供することができる。

実施形態１に係るセンサーユニットの構成を示す側面図実施形態１に係るセンサーユニットの構成を示す平面図実施形態１に係るセンサーユニットが、温度の測定対象である流動体が流れるパイプに取り付けられた状態を模式的に示す断面図実施形態１における筒状体の断面図図４の筒状体における丸を付した部分Ｂを拡大して示した断面図実施形態１における筒状体と、第１レジスト部および第２レジスト部を備えた基板とが分解された状態を模式的に示す斜視図図５に示すラビリンス構造の変形例を示す断面図図４に示すラビリンス構造の他の変形例を示す断面図実施形態２に係るセンサーユニットがパイプに取り付けられた状態を模式的に示す断面図実施形態２に係るセンサーユニットの変形例がパイプに取り付けられた状態を模式的に示す断面図従来のセンサーユニットの構成を示す側面図従来のセンサーユニットがパイプに取り付けられた状態を模式的に示す断面図

＜実施形態１＞
　本発明の実施形態について、以下、図を参照しつつ説明する。各図において、同一の部材には同じ番号を付して、適宜、説明を省略する。
　図１は本実施形態に係るセンサーユニット１０の構成を示す側面図であり、図２はセンサーユニット１０の構成を示す平面図である。各図には、基準座標としてＸ－Ｙ－Ｚ座標が示されている。Ｚ方向は、筒状部３０の伸長方向に沿っており、Ｘ－Ｙ面はＺ方向に直交する面である。以下の説明において、Ｚ方向に沿って見た状態を平面視ということがある。また、図１の上下を上下方向として説明するが、センサーユニット１０の姿勢はこれに限定されない。

　センサーユニット１０は、自動二輪車や自動車その他の車両のエンジンに用いられるスロットルボディ（不図示）に取り付けられる。スロットルボディは、不図示のスロットルバルブによって開閉される吸気道（パイプ）を有し、センサーユニット１０は吸気道内の吸気温度を電気的に検知する。センサーユニット１０は、吸気道内の温度に加えて、スロットルバルブの開閉および吸気道内の圧力を検知する手段を備えた態様で実施されるが、以下では、主に温度測定に関する構成について説明する。

　図１又は図２に示すように、センサーユニット１０は合成樹脂製のハウジング２０を備えている。ハウジング２０は、ハウジング本体部２２を有しており、ハウジング本体部２２の上部を構成する本体上部２１は、ハウジング本体部２２から側方へ延出した形状となっている。図２に示すように、本体上部２１の上面には、ねじ孔２３ａ、２３ｂが設けられ、これらを通じてねじをスロットルボディの取り付け面に結合することによって、ハウジング２０がスロットルボディに固定される。センサーユニット１０は、スロットルボディに固定された状態で、エンジンの吸気道（パイプ）内の流動体の温度を測定可能となっている。

　図３は、本実施形態のセンサーユニット１０が、弁５０によって開閉される吸気道であるパイプ５１に取り付けられた状態を模式的に示す断面図である。同図に示すように、ハウジング２０は内部空間４１を有しており、内部空間４１は筒状部３０によって外部と連通している。筒状部３０の外部側開口３１は、パイプ５１の側壁に形成された第１開口部５２と連結されており、筒状部３０の内部側開口３２は、基板３３により塞がれている。また、内部側開口３２を塞いだ状態において筒状部３０の内側となる基板３３の箇所には、温度センサ３４が配置されている。パイプ５１の流動体は筒状部３０の内部に流入し、流入した流動体の温度は温度センサ３４により測定される。

　ハウジング２０には、スロットルバルブの開度を電気的に検知するスロットルセンサ２４が設けられ、スロットルセンサ２４は、連結孔２５によって、スロットルバルブを支持するバルブ軸（不図示）に連結される。

　ハウジング２０内には、スロットルセンサ２４、温度センサ３４に共通の回路基板が取り付けられており、この基板上の回路では、スロットルセンサ２４による検知結果からスロットルバルブの開度を算出し、また、温度センサ３４による検知結果から吸気温を算出する。

　ハウジング２０には角筒形状に形成されたカプラ２６が設けられている。カプラ２６は、角筒形状部分の内側に、上記回路基板に電気的に接続された複数の端子２７が設けられている。スロットルセンサ２４、圧力センサ及び温度センサ３４による検知信号、並びに、上記回路による演算結果は、複数の端子２７によって接続された不図示の制御ユニットへ出力される。

　図１１は、従来のセンサーユニット１００の構成を示す側面図であり、図１２は、センサーユニット１００がエンジンの吸気道であるパイプ５１に取り付けられた状態を模式的に示す断面図である。これらの図に示すように、従来のセンサーユニット１００は、内部にサーミスタ１３１が配置された筒状体１３０を備えており、ハウジング２０から細長く突出する筒状体１３０をパイプ５１内に筒状体１３０を配置しパイプ５１内の流動体の温度を測定していた。

　図１１、１２に示すように、従来のセンサーユニット１００は、測定の際にパイプ５１内に挿入される、細長い筒状体１３０を備え、その内部のサーミスタ１３１が、リード線１３２を介して基板１３３に電気的に接続されている。このため、リード線１３２を介してサーミスタ１３１を基板１３３に接続する際、サーミスタ１３１を所定の位置に配置する位置決めが難しく、工程の複雑化により製造コストが高くなる一因であった。また、筒状体１３０の先端の所定位置にサーミスタ１３１が配置された状態で、樹脂材１３４によりポッティングする際に空気を巻き込み易く、ポッティングされる樹脂材１３４が空気を含むと温度測定の精度や応答性が低下するという問題があった。樹脂材１３４のポッティングは、サーミスタ１３１の近傍のみではなく、ハウジング１３５内のスロットルセンサ等の動作を妨げない箇所にも施される。このため、樹脂材１３４の硬化に長時間を要し、センサーユニット１００の重量が重くなる原因であった。さらに、ハウジング１３５から突出する筒状体１３０は、製造時や製造後における不測の衝突によって生じる破損や、輸送効率低下の原因でもあった。そして、サーミスタ１３１とパイプ５１内の流動体との間の樹脂材１３４および筒状体１３０が存在することから、温度測定における応答性が十分ではなかった。

　そこで、本実施形態のセンサーユニット１０は、サーミスタの代わりに基板に搭載（マウント）された温度センサを用いている。図１又は図２に示すように、筒状部３０がハウジング２０から突出しない構成とすることで、製造工程の簡略化によるコストの低減、輸送効率の向上、破損リスクの低減、応答性の向上などを実現した。

　図４は本実施形態における筒状部３０の断面図であって、図２のＡ－Ａ’線における断面図である。基板３３の第１面３３ａには、温度センサ３４が搭載されている。
　本実施形態のセンサーユニット１０は、基板にダイレクトに温度センサのチップを取り付ける構成により、従来のセンサーユニット１００における細長く突]出する筒状体１３０を無くしている。このため、センサーユニット１０は、製造コスト、輸送効率、破損リスクなどの点において優れている。

　基板３３は、ハウジング２０の内部空間４１に配置されている（図３参照）。筒状部３０における内部空間４１側の内部側開口３２は、基板３３の第１面３３ａで塞がれている。温度センサ３４は筒状部３０の内部に配置され、筒状部３０の内部に温度センサ３４を覆う樹脂材３５が充填されている。この構成により、温度センサ３４とパイプ５１内の流動体との間に樹脂材３５のみが存在することとなる。図４では、筒状部３０の一部分を樹脂材３５が充填された保護部６５としているが、筒状部３０の全体が樹脂材３５により充填された保護部６５としてもよい。

　温度センサ３４は、いわゆるチップ型の温度センサである。チップ型の温度センサ３４は、従来のサーミスタのようにリード線を用いることなく基板３３に実装できるため、センサーユニット１０の製造が容易になる。筒状部３０のみを封止しているので、樹脂材３５の使用量を削減でき、また、乾燥に要する時間が短くなる。これにより、従来よりも製造コストを抑えることができる（図１２参照）。

　内部空間４１と外部とを連通する筒状部３０は、図１１および図１２に示す従来のセンサーユニット１００における筒状体１３０と比較して、Ｘ－Ｙ平面に平行な面で切断した時の断面積が大きく、Ｚ方向の長さが短い。このため、筒状部３０内に樹脂材３５を流し入れたときに、樹脂材３５が気泡を巻き込みにくい。そして、筒状部３０の外部側開口３１が筒状部３０によって覆われておらず、温度センサ３４は樹脂材３５のみを介して、流動体の温度を測定する。したがって、製造工程が簡単になるとともに、センサーユニット１０の温度応答性を向上させることができる。

　樹脂材３５は、腐食性ガスから温度センサ３４を保護できる耐性を備えるとともに、高熱伝導性を備えた樹脂が好ましい。樹脂材３５として、高熱伝導性を有する樹脂を用いることにより、流動体の温度が温度センサ３４へ伝わる速度が速くなるから、センサーユニット１０の応答性が向上する。温度変化に対する応答性を良好にする観点から、筒状部３０の伸長方向（Ｚ方向）への熱伝導率は、０．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上が好ましく、１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上がより好ましく、３．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上がさらに好ましい。耐性および高熱伝導性を有する樹脂材３５として、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。

　図５は、図４の筒状部３０における丸を付した部分Ｂを拡大して示した断面図であり、樹脂材３５を筒状部３０内に保持するためのラビリンス構造を説明するものである。図４および図５に示すように、基板３３の主面のうち、筒状部３０側の第１面３３ａには、筒状部３０の内部側開口３２の外周形状に沿って形成された第１レジスト部３６と、筒状部３０の内周形状に沿って形成された第２レジスト部３７と、が設けられている。そして、第１レジスト部３６と第２レジスト部３７との間に、筒状部３０における内部側開口３２の端部３２ｅが配置される。

　筒状部３０の端部３２ｅと基板３３の第１面３３ａとは接触させて配置される。しかしながら、端部３２ｅおよび第１面３３ａの加工精度のばらつきや、筒状部３０と基板３３との組付け時の組み立てばらつきなどにより、端部３２ｅと第１面３３ａとの間に微小な隙間が発生することが考えられる。このような隙間が発生した場合、その隙間から樹脂材３５が内部空間４１に染み出し、それが原因で不具合が発生するおそれがある。上記の構成により、同図に太線で示したように、第１レジスト部３６と筒状部３０の内側面との間、筒状部３０の端部３２ｅと基板３３の第１面３３ａとの間、第２レジスト部３７と筒状部３０の外側面との間、にかけて仮に隙間ができたとしても、断面がコの字状のラビリンス構造が形成される。このラビリンス構造により、筒状部３０の内側に流し込んだ樹脂材３５を筒状部３０の内部に保持して、樹脂材３５が基板３３と筒状部３０との間からハウジング２０の内部空間４１（図３参照）に流れ出ることを防止できる。

　第１レジスト部３６は、銅で形成されたＣｕパターン３６ａにレジスト膜３６ｂが形成された構成である。基板３３に形成されるＣｕパターン３６ａの上にレジスト膜３６ｂを形成することにより、第１レジスト部３６を樹脂材３５の流出防止に十分な高さを容易に形成することができる。また、第２レジスト部３７も、Ｃｕパターン３７ａにレジスト膜３７ｂが形成された構成を備えている。

　基板３３に形成されるＣｕパターン３６ａ、Ｃｕパターン３７ａを用いることにより、ラビリンス構造を構成するのに十分な厚みを備えた第１レジスト部３６、第２レジスト部３７を形成することができる。基板３３の表面にはＣｕパターンが形成されるから、そのＣｕパターンを作るときに、第１レジスト部３６、第２レジスト部３７に対応した領域にＣｕパターン３６ａ、Ｃｕパターン３７ａを形成する。そして、Ｃｕパターン３６ａ、Ｃｕパターン３７ａの上にレジスト膜３６ｂ、レジスト膜３７ｂをさらに形成することにより、たとえば、７０μｍ程度の高さを備えた、第１レジスト部３６、第２レジスト部３７を形成することができる。

　図６は、本発明の実施形態における筒状部３０と、第１レジスト部３６および第２レジスト部３７を備えた基板３３とが分解された状態を模式的に示す斜視図である。同図に示すように、基板３３の第１面３３ａには、径が異なる環状のレジストパターンである、第１レジスト部３６と第２レジスト部３７とが設けられており、第１レジスト部３６と第２レジスト部３７との間に筒状部３０の内部側開口３２が配置される。これにより、容易に、筒状部３０と基板３３との接触面にラビリンス構造を形成することができる。したがって、製造コストを抑えて容易に筒状部３０からの樹脂材３５（ポッティング材）の漏れだしを防止することができる。なお、ハウジング２０の筒状部３０と基板３３とを密着させる手段としては、かしめ、ねじ止めなど公知の手段を用いることができる。

＜変形例＞
　図７は、図５に示したラビリンス構造の変形例を示す断面図である。同図に示すように、筒状部３０の基板３３に接触する端部３２ｅに溝部３８を形成し、基板３３の溝部３８に対向する箇所にＣｕパターン３９ａにレジスト膜３９ｂが形成された構成の第３レジスト部３９を追加で設けてもよい。溝部３８に第３レジスト部３９をはめ込むことにより、ラビリンス構造がより複雑なものとなるから、筒状部３０からの樹脂材３５の漏れだしを防止する効果がより向上する。

　図８は、図５に示したラビリンス構造の他の変形例を示す断面図である。同図に示すように、筒状部３０の端部３２ｅに、第１レジスト部３６と第２レジスト部３７との幅に相当する幅の凸部４０を第１レジスト部３６と第２レジスト部３７と同じ高さに形成してもよい。これにより、第１レジスト部３６と第２レジスト部３７との間に凸部４０を配置することで、より複雑なラビリンス構造を形成することができる。

＜実施形態２＞
　図１２は、従来のセンサーユニット１００が、弁５０によって開閉される吸気道であるパイプ５１に取り付けられた状態を模式的に示す断面図である。同図に示すように、従来のセンサーユニット１００では、パイプ５１内を流通する測定対象の流動体の温度を測定する際の応答性を向上させるために、筒状体１３０の先端部が、パイプ５１の側壁に形成された挿通孔から挿入されて、パイプ５１内に配置されていた。

　これに対して、図３に示すセンサーユニット１０は、生産性、輸送性、取り扱い性を向上させるために、筒状部３０をパイプ５１内に突出させることなく、パイプ５１内を流通する測定対象の流動体の温度を測定する。このため、温度測定における応答性を向上させるには、パイプ５１内を流通する流動体を効率よく筒状部３０内に取り込む必要がある。そこで、本実施形態では、測定対象であるパイプ５１内の流動体を筒状部３０内に効率よく取り込むための態様について説明する。

　図９は、本実施形態のセンサーユニット６０がパイプ５１に取り付けられた状態を模式的に示す断面図である。
　弁５０の前後ではパイプ５１内の圧力に差が生じ、上流側の圧力が高く下流側の圧力が低くなる。そこで、図９に示すように、センサーユニット６０に、弁５０の前後を繋ぐ、筒状部３０をその一部とするバイパスを設けることにより、パイプ５１内の流動体を矢印で示すように筒状部３０内に引きこんで、流動体の流れを形成する。パイプ５１内の流動体（計測対象）が積極的に筒状部３０内に入ってくるので、温度センサ３４をパイプ内に突出させなくても測定感度を良好にすることができる。以下、センサーユニット６０の構成について説明する。

　ハウジング２０は、筒状部３０とは異なる位置に開口した、パイプ５１内に通じる排出口６１と、排出口６１と筒状部３０と連通する連結路６２とを有し、筒状部３０は、その内部に、基板３３に接する樹脂材３５が充填された保護部６５と、パイプ５１内に通じる外部側開口３１と保護部６５との間の、樹脂材３５が充填されていない空間部６４と、を有している。そして、連結路６２は、空間部６４に連通している。

　センサーユニット６０における、外部側開口３１および排出口６１は、パイプ５１に連結可能であり、パイプ５１に連結された状態において、外部側開口３１は、排出口６１よりも、パイプ５１内における流動体の流れの上流となる位置に連結される。

　図９は、流動体が流動するパイプ５１と、流動体の温度を測定可能なセンサーユニット６０と、の取り付け構造を示している。パイプ５１は、流動体の流量を調整可能な弁５０と、弁５０を挟んで流動体の流れの上流側に位置する第１開口部５２と、弁５０を挟んで流動体の流れの下流側に位置する第２開口部５３と、を有している。そして、センサーユニット６０における、外部側開口３１が第１開口部５２に連結されており、排出口６１が第２開口部５３に連結されている。

　図９に示すように、弁５０の前後、すなわち流動体の流れの上流側に外部側開口３１を設け、下流側に排出口６１を設けることにより、パイプ５１内の流動体が空間部６４に取り込まれる。これにより、温度センサ３４がパイプ５１内から外れた位置に配置されていても、パイプ５１内に配置された場合と同等の精度および応答性で、流動体の温度を測定することができる。図９では、外部側開口３１および排出口６１がパイプ５１の第１開口部５２および第２開口部５３に直接連結された構成を示した。しかし、外部側開口３１および排出口６１が第１開口部５２および第２開口部５３に直接連結されている必要はなく、それぞれ第１開口部５２および第２開口部５３に連通していればよい。例えば、外部側開口３１および排出口６１と第１開口部５２および第２開口部５３との間がそれぞれ通路を介して連結された構成としてもよい。

　例えば、内部に気体が入っており、圧力に差がある２か所をパイプなどで繋げると、圧力が高い側から低い側に向かってパイプ内を気体が流れる。パイプ５１における弁５０の前後では圧力差が発生するから、弁５０の前後に第１開口部５２および第２開口部５３を設け、外部側開口３１および排出口６１を第１開口部５２および第２開口部５３に連通することにより、パイプ５１の流動体の一部が、センサーユニット６０における外部側開口３１、空間部６４、連結路６２および排出口６１を流れる流路７３が形成される。したがって、パイプ５１内を流通する流動体を効率よく筒状部３０内に取り込んで、温度測定における応答性を向上させることができる。

　なお、図９では、説明の便宜上、外部側開口３１、排出口６１、第１開口部５２および第２開口部５３を大きく示している。しかし、実際には、センサーユニット６０に形成される流路７３を流れる流動体の流量Ｑ'は、パイプ５１内を流れる流動体の流量Ｑに対して十分に小さいもの（０．１％以下）となるように、センサーユニット６０に形成される流路７３を設計する。したがって、流路７３の形成は、パイプ５１を流れる流動体の量を調整する弁５０の絞りに影響は与えない。

　弁５０上流の第１開口部５２の圧力をｐ１、弁５０下流の第２開口部５３の圧力をｐ２、流動体の密度をρとすると、ＱおよびＱ’はそれぞれ、ベルヌーイの公式により以下の式で表される。このため、α’・Ａ’がα・Ａの０．１％以下となるようにすれば、Ｑ’をＱの０．１％以下にすることができる。
　Ｑ’をＱの０．１％以下とすれば、センサーユニット６０を取り付けたことは、エンジンの動作に影響しない。また、例えば、１５０ｃｃの二輪車のエンジンでは、アイドリング時に毎秒１ｃｃ程度は流れるから、温度センサ３４の熱容量とこれに対する熱伝達量の観点からも時定数的に問題のない温度計測が可能となる。なお、センサーユニット６０をパイプ５１への取り付けるにあたり、エンジンの条件等に従って、最適となる条件を設定すればよい。
　Ｑ＝α・Ａ［２（ｐ１－ｐ２）／ρ］^1/2
　（α：流出係数［弁５０の開口比により変動する］、Ａ：パイプ５１の断面積）
　Ｑ’＝α’・Ａ’［２（ｐ１－ｐ２）／ρ］^1/2
　（α’：流出係数［弁５０の開口比により変動する］、Ａ’：第１開口部５２の断面積）

＜変形例＞
　図１０は、本実施形態のセンサーユニット６０の変形例であるセンサーユニット７０がパイプ５１に取り付けられた状態を模式的に示す断面図である。センサーユニット７０は、流路の壁の一部（パイプ５１側の壁）が取り払われた凹部７２を備えている点において、センサーユニット６０と異なっている。

　ハウジング７４は、その外面の一部に筒状部３０から離れる方向へ延設された凹部７２を有している。そして、センサーユニット６０がパイプ５１に取り付けられた状態において、凹部７２の一部がパイプ５１の第１開口部５２と第２開口部５３との間の壁によって塞がれ、凹部７２の塞がれていない箇所に排出口６１が形成される。本実施形態では、排出口６１は、凹部７２における筒状部３０の反対側の端部に設けられている。

　本実施形態のセンサーユニット７０は、流路７３を構成する壁の一部をパイプ５１によって構成している、すなわちパイプ５１の外側面とセンサーユニット７０の凹部７２により、空間部６４から排出口６１への流路７３を形成している。この構成にすることで、ハウジング７４に、ハウジング２０の連結路６２（図９参照）のような通路（横穴）を形成する必要がなくなる。したがって、金型を用いて製造することが容易になる。もしくは、凹部７２に蓋部材を取り付けて連結路６２のような通路を形成する必要がなくなり、部品費の増加を防ぐことができる。

　図１０に示す取り付け構造では、流動体が流動するパイプ５１と、パイプ５１に取り付けられ、流動体の温度を測定可能なセンサーユニット７０と、を備え、パイプ５１は、流動体の流量を調整可能な弁５０と、弁５０を挟んで流動体の流れの上流側に位置する第１開口部５２と、弁５０を挟んで流動体の流れの下流側に位置する第２開口部５３と、を有し、パイプ５１によって凹部７２が密に覆われるようにセンサーユニット７０が配置されている。そして、パイプ５１は、センサーユニット７０が配置された状態において、凹部７２に面する箇所に第２開口部５３を有する。本実施形態では、第２開口部５３は、凹部７２の筒状部３０から離れた側の端部に対応したパイプ５１の箇所に設けられており、排出口６１は、凹部７２における筒状部３０の反対側の端部に設けられている。

　本発明は、温度検知素子を備えたセンサーユニット、特に、車両のエンジンの吸気道内の吸気温度を検知するセンサーユニットに適用することができる。

１０、６０、７０：センサーユニット
２０　　：ハウジング
２１　　：本体上部
２２　　：ハウジング本体部
２３ａ、２３ｂ　：ねじ孔
２４　　：スロットルセンサ
２５　　：連結孔
２６　　：カプラ
２７　　：端子
３０　　：筒状部
３１　　：外部側開口
３２　　：内部側開口
３２ｅ　：端部
３３　　：基板
３３ａ　：第１面
３４　　：温度センサ
３５　　：樹脂材
３６　　：第１レジスト部
３６ａ　：Ｃｕパターン
３６ｂ　：レジスト膜
３７　　：第２レジスト部
３７ａ　：Ｃｕパターン
３７ｂ　：レジスト膜
３８　　：溝部
３９　　：第３レジスト部
３９ａ　：Ｃｕパターン
３９ｂ　：レジスト膜
４０　　：凸部
４１　　：内部空間
５０　　：弁
５１　　：パイプ
５２　　：第１開口部
５３　　：第２開口部
６１　　：排出口
６２　　：連結路
６４　　：空間部
６５　　：保護部
７２　　：凹部
７３　　：流路
７４　　：ハウジング
１００　：センサーユニット
１３０　：筒状体
１３１　：サーミスタ
１３２　：リード線
１３３　：基板
１３４　：樹脂材
１３５　：ハウジング
Ｑ、Ｑ’：流量
ｐ１、ｐ２：圧力

Claims

　パイプ内を流れる流動体の温度を測定可能なセンサーユニットにおいて、
　内部空間を有しかつ内部空間と外部とを連通する筒状部を有するハウジングと、
　第１面に温度センサが搭載された基板と、を備え、
　前記基板は前記ハウジングの内部空間に配置され、
　前記筒状部における外部側の外部側開口は前記パイプ内に連結可能であり、
　前記筒状部における内部空間側の内部側開口は前記基板の第１面で塞がれ、
　前記温度センサは前記筒状部の内部に配置され、
　前記筒状部の内部に前記温度センサを覆う樹脂材が充填された保護部を有することを特徴とするセンサーユニット。
　前記ハウジングは、
　　前記筒状部の前記外部側開口とは異なる位置に開口した、前記パイプに連結される排出口と、
　　前記排出口と前記筒状部とを連通する連結路とを有し、
　前記筒状部は、その内部に、
　　前記基板に接する、前記樹脂材が充填された前記保護部と、
　　前記外部側開口と前記保護部との間の前記樹脂材が充填されていない空間部と、を有し、
　前記連結路が前記空間部に連通されている請求項１に記載のセンサーユニット。
　前記外部側開口および前記排出口は、前記パイプに連結可能であり、
　前記外部側開口および前記排出口が前記パイプに連結された状態において、前記外部側開口は、前記排出口よりも、前記パイプ内を流れる前記流動体の上流に位置する、請求項２に記載のセンサーユニット。
　前記ハウジングは、その外面の一部に前記筒状部から離れる方向へ延設された凹部を有し、
　前記パイプに取り付けられた状態において、前記凹部の一部によって前記排出口が形成される、請求項２または３に記載のセンサーユニット。
　前記排出口は、前記凹部における前記筒状部の反対側の端部に設けられている、請求項４に記載のセンサーユニット。
　前記基板の前記第１面には、前記筒状部の内部側開口の外周形状に沿って形成された第１レジスト部と、前記筒状部の内周形状に沿って形成された第２レジスト部と、が設けられ、
　前記第１レジスト部と前記第２レジスト部との間に、前記筒状部における内部側開口の端部が配置される請求項１から請求項５のいずれか1項に記載のセンサーユニット。
　前記内部側開口における前記筒状部の前記端部に溝部が設けられ、
　前記基板の前記第１面の第１レジスト部と第２レジスト部との間における前記溝部に対向する位置に第３レジスト部が設けられている請求項６に記載のセンサーユニット。
　前記樹脂材は、前記筒状部の伸長方向への熱伝導率が０．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のセンサーユニット。
　流動体が流動するパイプと、前記パイプに取り付けられ、前記流動体の温度を測定可能な請求項２ないし８のいずれか１項に記載のセンサーユニットと、を備え、
　前記パイプは、前記流動体の流量を調整可能な弁と、前記弁を挟んで前記流動体の流れの上流側に位置する第１開口部と、前記弁を挟んで前記流動体の流れの下流側に位置する第２開口部と、を有し、
　前記第１開口部が前記外部側開口に連結され、前記第２開口部が前記排出口に連結される、センサーユニットの取り付け構造。
　流動体が流動するパイプと、前記パイプに取り付けられ、前記流動体の温度を測定可能な請求項４に記載のセンサーユニットと、を備え、
　前記パイプは、前記流動体の流量を調整可能な弁と、前記弁を挟んで前記流動体の流れの上流側に位置する第１開口部と、前記弁を挟んで前記流動体の流れの下流側に位置する第２開口部と、を有し、
　前記パイプにより前記凹部が覆われるように前記センサーユニットが配置された状態において、前記第１開口部が前記外部側開口に連結され、前記第２開口部が前記凹部に面している、センサーユニットの取り付け構造。
　前記第２開口部は、前記凹部における前記筒状部から離れた側の端部に対応した前記パイプの箇所に設けられており、
　前記排出口は、前記凹部における前記筒状部の反対側の端部に設けられている、請求項１０に記載のセンサーユニットの取り付け構造。