(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に流体が流れる密閉空間を構成する構造物の穴部に、前記構造物の外側から流量測定用センサを挿入して、流体の流量を測定する装置であって、
前記構造物の外側面に取り付け可能なプラスチック構造体のフランジを有し、  前記フランジの前記流量測定用センサの位置する側のフランジ面に段差を有し、
前記段差を形成する内側の面が外側の面に対して、前記流量測定用センサの位置する側に凸形状に形成してなることを特徴とする流量測定装置。
【請求項２】
流体が流れる密閉された空間を構成する構造物の穴部に、流量測定用センサを挿入して、流体の流量を測定する装置であって、
前記構造物の外側面に取り付け可能なプラスチック構造体のフランジを有し、  前記フランジの前記流量測定用センサの位置する側のフランジ面に凸形状のリブを有していることを特徴とする流量測定装置。
【請求項３】
内側に流体が流れる密閉空間を構成する構造物の穴部に、前記構造物の外側から流量測定用センサを挿入して、流体の流量を測定する装置であって、
前記構造物の外側面にネジを介して取り付け可能なプラスチック構造体のフランジを有し、
前記フランジを介して、前記流量測定用センサと反対側に流量を電気信号として外部に接続可能なコネクタを有し、
前記フランジの前記流量測定用センサの位置する側のフランジ面と反対するフランジ面において、各ネジ穴を内周とするリブを形成し、前記各ネジ穴を内周とするリブとコネクタとを接続する少なくとも１本のリブを形成してなることを特徴とする流量測定装置。
【請求項４】
内側に流体が流れる密閉空間を構成する構造物の穴部に、前記構造物の外側から流量測定用センサを挿入して、流体の流量を測定する装置であって、
前記構造物の外側面にネジを介して取り付け可能なプラスチック構造体のフランジを有し、
前記フランジを介して、前記流量測定用センサと反対側に流量を電気信号として外部に接続可能なコネクタを有し、
前記フランジの前記流量測定用センサの位置する側のフランジ面と反対するフランジ面において、各ネジ穴を内周とするリブと、前記各ネジ穴を内周とするリブとコネクタとを接続する少なくとも２本以上のリブを有し、前記２本以上のリブで囲まれた部分のフランジの肉厚が同一平面上の他フランジの肉厚よりも小さいことを特徴とする流量測定装置。
【請求項５】
内側に流体が流れる密閉空間を構成する構造物の穴部に、前記構造物の外側から流量測定用センサを挿入して、流体の流量を測定する装置であって、
前記構造物の外側面に取り付け可能なプラスチック構造体のフランジを有し、
前記フランジと、前記流量測定用センサを含む制御基板のフレームを構成するプラスチック部品とが接続される部分において、前記プラスチック部品の一部分の肉厚が薄肉化されていることを特徴とする流量測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の流量測定装置を取り付ける方法であって、流量測定装置が気密空間を有する構造物に取り付けられるフランジ面においてパッキンを用いないで気密構造を構成することを特徴とする流量測定装置の取り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内側に流体が流れる密閉空間の外側から挿入し、前記構造物との接触面に気密性を必要とする流量測定装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の吸気系における空気流量を測定する装置は、内側に流体が流れる密閉空間の外側から流量測定装置のセンサ部を挿入し、密閉空間の外部に設置された流量測定装置のコネクタ部から流量を電気信号として伝える方式が多く用いられている。なお、流量測定装置の外表面は主にプラスチックモールドに因って構成されている。
【０００３】
この流量測定装置を挿入する際には、挿入部分から気体が漏れることを防止するため、流量測定装置が密閉空間の外側に接触するプラスチック製のフランジ面に於いてパッキンなどを用いてシールしているが、フランジ面に大きなそり変形などが発生すると、パッキンを用いてシールすることも困難になる。
【０００４】
よって、シール面となるフランジの面精度の向上が大きな課題であり、流量測定装置の寸法を向上させる構造として、特願平9-347550に示すように、発熱抵抗体および感温抵抗素子を保持するターミナルピンをプラスチックで一体成形する際に、熱膨張係数の異方性がない絶縁体を用いることにより、ターミナルピンの寸法精度を向上させた例などがある。しかし、シール面であるフランジの精度を向上できる構造の発明は報告されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、流量測定装置の気密性を高めるためには、フランジ面精度を向上させる必要がある。更に、フランジ面は硬度が小さいプラスチックモールドによって形成されており、フランジ自体にシール作用があるので、フランジ面精度を設計仕様値以下に形成することにより、パッキンを用いなくても所要の性能を得ることができる。
【０００６】
そこで、本発明はパッキンレス構造とする場合にシール性を高めるため、プラスチックモールドによって形成されたフランジ面精度の向上が課題である。また、面精度がある数値以上になると、パッキンを用いてもシールが困難になるので、パッキンを用いる場合にもフランジの面精度の向上が課題となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
フランジのシール面精度を向上させるためには、表面粗さが大きくなる確率を低くする為に、シールする面積を小さくする形状設計手法が有効である。このため、本発明は、流量測定装置が気密構造を有する構造物と接するフランジ面に段差を形成し、段差の内側が、外側に対して前記構造物に接触する方向に凸形状を形成することにより、段差の内側の部分だけを前記構造物に接触させる構造とする。
【０００８】
また、流量測定装置を取り付ける際には、シール面であるフランジ外周部の対角線上に２個、あるいは４隅にネジを用いて取り付ける方法が一般的である。よって、前記凸形状の段差を有するフランジを形成することにより、段差の外側にフランジ取り付けネジ用穴を形成し、ネジで取り付ける際にも、必要とされる段差内側のシール面だけで構造物に接するので、段差内側の限定された部分だけの面精度を向上させれば良い。
【０００９】
また、面精度を向上させる為には、リブの設置による反り変形の大きさおよび方向を制御することが必要となる。よって、本発明ではフランジのシール面とは反対側に凸形状のリブを形成することにより、反り変形の方向を制御できる構造とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の一形態について説明する。まず、本発明に係る発熱抵抗式流量測定装置のプラスチックモールド部分の基本構成として、金属製ターミナル１および外部接続用金属配線２６を金型内に配置した状態で、一体成形した部品の一般例を図１に示す。なお、ここで示す部品は金属製ターミナル１および外部接続用金属配線２６を除く部分がプラスチック絶縁体により構成されている。
【００１１】
ここで、一体成形に用いるプラスチック絶縁体材料には、PBT樹脂(ポリブチレン・テレフタレート)、ABS樹脂(アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン)、PP樹脂(ポリプロピレン)、PS樹脂(ポリスチレン)などの熱可塑性高分子材料、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性高分子材料、もしくは、これら高分子材料にガラス繊維などの無機材料、炭素繊維などの有機材料、金属材料などのフィラーを充填した材料を用いることができる。
【００１２】
なお、以下では、プラスチック絶縁体として、PBT樹脂にガラス繊維を30wt％充填した材料を用いた例を示す。
【００１３】
また、回路保持用フレーム２４で囲まれる空間２に電気回路を設置し、電気回路と金属製ターミナル１および外部接続用金属配線２６の端面を電気的に接続する。この状態で、フレーム２４に設置されたパッキン溝６内にパッキンを挿入し、回路基板の表裏２面から蓋をし、気密構造とする。また、２本のターミナル１を発熱抵抗体で接続し、同様に別の２本のターミナル１を感温抵抗体で接続している。この発熱抵抗体から流体への熱放散によって、電気回路が流量に応じた電気信号を外部接続用金属配線２６に出力し、コネクタ５を介して、外部に流量を電気信号として伝える構造となっている。
【００１４】
この流量測定装置を使用する際の構造の一般的な例を図２に示す。これは、図１に示すプラスチック一体成形部品のターミナル１に副通路２７を設置した部品だけを、内部に流体が流れる気密構造物１０の外側から穴を介して、挿入した例を示している。
【００１５】
ここでは、流量測定装置のフランジ４に形成されているネジ穴３に貫通するネジを用いて気密構造物１０の外側から流量測定装置を固定している。また、流量測定装置と気密構造物１０の間には、パッキン８を用いて流体が気密構造物から漏れることを防止している。また、ターミナル１の部分を、流体の主流動部７の流動中心部分だけが流れるように副通路２７で覆い、中心部の流量を正確に測定できるようにしている。
【００１６】
以下に示す流量測定装置のプラスチックモールド部分の構成は、図１、２で示すフランジ４が気密構造物１０と接触するシール面２３の平面度を向上させ、パッキンを用いなくてもシールできる構造とする、もしくは、パッキンを使用する場合でも平面度が高いことから、パッキン形状、材質に因らず流体が外部に漏れにくい気密構造を実現するための構造を示す。なお、平面度とは図１に示すフランジ４のシール面２３における基準面を０として、シール面２３各点のＺ方向における正の変位量最大値と負の変位量最小値の絶対値を加えた値である。
【００１７】
図３は、フランジ４に段差１３を形成し、フランジ４の段差内側１１をシールする方向に高く、段差の外側１２を低く形成することにより、流量測定装置を気密構造物に挿入する際に、段差内側１１だけがシール面として接触する構造を示す。このように段差内側１１だけがシール面として接触するので、この接触部分だけの平面度を向上させることにより、シール性が向上する。
【００１８】
また、図４はフランジ４のシール部分だけに凸形状のリブ１４を形成することにより、このリブ１４部分だけの更に限定した平面度を向上させることにより、シール性を向上できる。
【００１９】
また、図５で示すフランジ部のネジ穴３の中心を結ぶ断面が、取り付ける構造物１０の方向に凸形状のそり変形を生じていれば、シール面の平面度がパッキンレスの設計基準値を満たす場合、またはフランジのシール面の平面度がパッキンレスの設計基準値を満たさずパッキンを用いてシールする場合にも、ネジを締めることにより凸形状の反りを矯正する場合がある。この矯正により、フランジ４には残留応力が発生し、長期間の使用時には、フランジ４の割れなどの問題が発生する。
【００２０】
ここで、フランジ４の反り変形は発生しないことが望ましいが、フランジ４は、回路保持用フレーム２４およびコネクタ５が接続されている形状であるため、プラスチックモールド時に樹脂が均一方向には収縮しないので、反り変形を完全に無くすことはできない。よって、フランジ４にリブを設置することにより、図５に示す凹形状の反りを発生させる。このとき、最も反りが大きくなる外周部のネジ穴３部分を取り付ける構造物１０に接触させる構造にすることにより、フランジ４の反りをネジで矯正できない構造とすることができる。このとき、シール面２３の平面度が設計基準値以下ならパッキンレス構造とすることができ、設計基準値以下でもパッキンを用いてシールできる。
【００２１】
このリブによる反り変形を制御できる構造の検討をするため、肉厚3mmの平板２１に肉厚1.5mmのリブ２２を設置した形状をプラスチックモールドした場合の反り変形形態を解析(ソフト；MOLDFLOW)により求めた。解析に用いた形状を図６に、変形形態の解析結果を図７に示す。このように、リブを設置すると、平板のリブ長さ方向(Ｘ方向)は、リブ設置面と逆方向に凹形状の変形を生じることが分かる。また、フランジ４のシール部分は、平面であることが要求され、任意形状のリブを設置することができないので、シール面と逆側の面に任意形状のリブを設置することにより、フランジの変形を制御することが必要である。
【００２２】
また、前記したように、フランジ４は、回路保持用フレーム２４およびコネクタ５が接続されている形状であり、これらも一種のリブと考えることができるので、これらの形状が原因で発生する反り変形によって、シール面と反対側の面に設置するリブ形状は任意に決めることができる。しかし、前記したようにネジ穴３の中心を結ぶ断面が、取り付ける構造物１０の方向に凹形状のそり変形を作為的に発生させるために、本発明ではネジ穴とコネクタ５を接続するためのリブだけを設置した構造を示すものである。
【００２３】
図８は、肉厚t1のフランジ４のシール面とは逆方向の面１５において、ネジ穴３を内周とする肉厚t2のリブ１７とコネクタ５を接続する２本のリブ１８によって形成された構造を示す。この形状によって、ネジ穴３の中心を結ぶフランジ４断面が、取り付ける構造物１０の方向に凹形状のそり変形を作為的に発生させており、フランジ４の外周ほど反り量は大きくなるので、前記した図３のフランジ４に段差１３を形成させ、シール面積を小さくすることにより、シール面の凹形状の反り量の最大値を小さくして用いることが望ましい。この形状を図９に示す。
【００２４】
また、肉厚3mmの平板２１に肉厚1.5mmの格子状リブ２８を設置した形状をプラスチックモールドした場合の反り変形形態を解析(ソフト；MOLDFLOW)により求めた。解析に用いた形状を図１０に、変形形態の解析結果を図１１に示す。このように、格子状リブを設置すると、平板は、中心部分から対称形状にリブ設置面と逆方向に凹形状の反りが発生する。このリブ形状を流量測定装置のフランジ４に用いると、凹形状の外周部で一様にフランジ４を気密構造物１０にシールできると考えられる。この形状を図１２に示す。この場合も図１１に示すようにフランジ４の外周ほど反り量は大きくなるので、前記した図３のフランジ４に段差１３を形成させた形状を用いることにより、シール面の凹形状の反り量の最大値を小さくして用いることが望ましい。
【００２５】
なお、図８、９、１２で示したリブ１８の肉厚および高さは、フランジ４形状および回路保持用フレーム２４およびコネクタ５の形状によって、反りによるシールの隙間が設計仕様値以下になるように任意に決めることができる。また、反りによるシールの隙間が設計仕様値以下であれば、パッキンを用いないで使用することができ、設計仕様値以上であれば、任意にパッキンを用いることができる。
【００２６】
なお、パッキンを用いる場合にも、取り付ける構造物１０の方向に凸形状のそりをネジで矯正する不良が発生しないので、残留応力による割れの問題が発生しない。
【００２７】
また、図３，４に示す段差内側１１の形状はフランジ４の変形形態に対応させて任意の形状とすることができる。具体的には、図１３、１４に示すように段差内側１１のコーナ部形状３１を変更することにより、段差内側１１の面積を更に小さすることができる。
【００２８】
以上、第一の発明として、フランジ４に設置する内側段差１１およびリブ１８の形状を示した。
【００２９】
第２の発明として、プラスチック成形品に発生するひけを防止できる形状を以下に示す。
【００３０】
一般的に、プラスチック部品のひけは、部分的に肉厚が大きく、最後に冷却される樹脂の収縮力によって、他の場所の既に冷却固化されている樹脂が変形することが原因で発生する。前記した図１２に示すフランジ４はリブ１８以外に回路保持用フレーム２４およびコネクタ５などが接続されている形状であり、フランジ４とフレーム２４およびコネクタ５の肉厚比によっては、フランジ４に凹形状のひけが発生する可能性がある。フランジ４にひけが発生すると、フランジ４シール面の表面粗さが大きくなるので、シール性が悪くなると考えられる。
【００３１】
ひけを防止できる形状を図１５に示す。これは、A-A断面に示すように、フランジ４とフレーム２４の接続部分において、フレーム２４の両側に薄肉形状部２５を形成し、薄肉形状部２５をリブ１６で補強した形状である。
【００３２】
この薄肉形状部２５を形成している場合と形成していない場合の樹脂冷却性の比較を図１６に示す。なお、これは解析(ソフト；MOLDFLOW)により、充填終了１０秒後のA-A断面およびB-B断面について、薄肉形状部分２５有無の場合についての樹脂温度分布の比較をしたものである。解析条件は、樹脂材料PBT+GF(ガラス繊維)10%、樹脂温度255℃、金型温度100℃、射出率25cm3/sとした。なお、一定の樹脂温度は等しい色で表されており、樹脂温度が高く冷却速度が遅い部分９は、赤色の領域部分である。薄肉形状２５が無い場合は、フランジ４とフレーム２４の接続部分において、樹脂温度が高く冷却速度が遅い部分９がある。これは、フランジ４とフレーム２４の接続部分の肉厚が他の部分に比較して大きいので、肉厚中央部分が冷却されにくいことが原因である。このとき、フレーム２４と比較して肉厚が薄いフランジ４が先に固化し、時間が遅れて冷却速度が遅い部分９が冷却、固化されるときに、既に固化しているフランジ４の表面が遅れて冷却される部分９の収縮力によってひけが発生すると考えられる。
【００３３】
よって、ひけを防止するためには、場所毎の樹脂冷却性を均一にすることが必要である。よって、図１６の薄肉形状部２５がある場合に示すように、冷却速度が遅い部分９の肉厚を薄肉化し、樹脂温度分布の冷却速度をほぼ均一化できる形状が有効である。尚、本実施の形態では、薄肉形状部２５を設ける箇所として、フレーム２４の両側としたが、いずれか一方でも、樹脂温度分布の冷却速度をほぼ均一化できる形状となるものであれば、本発明の範囲内である。
【００３４】
図１７は、２本のリブ１８で囲まれた部分の肉厚(t3)が他のフランジ４部分の肉厚(t3+t4)よりも小さい場合の形状を示す。ここで、金型内に射出成形された溶融樹脂は、金型と接する場所から冷却される。よってリブを設置する場合に、最も冷却速度が遅いのは、図１７の断面拡大図における２つのリブ接続部２９とフランジシール面２３とに接する円の中心部である。ここで、冷却半径３０を小さくすることにより、冷却の均一化を実現できるので、ひけを防止できる。従って、Ａ−Ａ断面において冷却半径３０を小さくすることによって、ひけを防ぐために、リブ１８で囲まれた部分の肉厚(t3)を薄肉化した形状を示している。
【００３５】
図１８は、フランジ４とフレーム２４の接続部分の冷却性を向上させるために、コネクタ５の側から肉厚を薄肉化２０した形状を示す。ここでは、A-A断面におけるコネクタ５内部のフランジ４肉厚(t5)が他場所(t5+t6)よりも小さい例を示しているが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、コネクタ５内部のフランジ４肉厚(t5)が他場所(t5+t6)以下であれば良いものとする。
【００３６】
以上、流量測定装置の形状として、フランジ４の対角線上に２個のネジ穴を有する例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、２個以上の任意個数のネジ穴を有する形状に用いることができる。また、本発明の流量測定装置は、フランジ４の表面粗さによって発生するシールの隙間が設計仕様値以下であれば、パッキンを用いないで使用することができ、設計仕様値以上であれば、任意にパッキンを用いることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る形状を用いた流量測定装置の構成によれば、フランジのシール面変形の防止により、パッキンレス構造、またはパッキンを用いる場合でも流体がシール面から漏れることがない構造を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】流量測定装置のプラスチックモールド部品構成
【図２】流量測定装置を使用する際の構造
【図３】フランジのシール面に段差がある流量測定装置の構造
【図４】フランジのシール面に凸形状のリブがある流量測定装置の構造
【図５】流量測定装置のフランジの変形を表わす図
【図６】平板にリブを設置した解析モデル形状
【図７】反り変形の解析結果(１)
【図８】フランジのシール面の反対側にリブを形成した流量測定装置の構造(１)
【図９】フランジのシール面の反対側にリブを形成した流量測定装置の構造(２)
【図１０】平板に格子リブを設置した解析モデル形状
【図１１】反り変形の解析結果(２)
【図１２】フランジのシール面の反対側にリブを形成した流量測定装置の構造(３)
【図１３】フランジのシール面に段差がある流量測定装置の構造の応用例
【図１４】フランジのシール面に凸形状のリブがある流量測定装置の構造の応用例
【図１５】フランジと回路保持用フレームの接続部に薄肉形状部分を形成した流量測定装置の構造
【図１６】充填終了１０秒後における流量測定装置の樹脂温度分布の比較
【図１７】リブで囲まれた部分のフランジ肉厚を薄肉化した流量測定装置の構造
【図１８】フランジと回路保持用フレームの接続部をコネクタ方向から薄肉化した流量測定装置の構造
【符号の説明】
１…金属製ターミナル
２…電気回路を設置する空間
３…ネジ穴
４…フランジ
５…コネクタ
６…パッキン溝
７…流体の主流動部分
８…パッキン
９…冷却速度が遅い部分
１０…気密構造物１０
１１…段差の内側
１２…段差の外側
１３…フランジシール面の段差
１４…凸形状リブ
１５…フランジをシールする逆側の面
１６…薄肉形状部分の補強用リブ
１７…ネジ穴を内周とするリブ
１８…ネジ穴を内周とするリブとコネクタを接続するリブ
１９…外部接続用金属配線の端部
２０…回路保持用フレームとフランジの接続部をコネクタ側から薄肉化した形状
２１…平板
２２…平板に設置したリブ
２３…フランジのシール面
２４…回路保持用フレーム
２５…回路保持用フレームとフランジの接続部に形成する薄肉形状部分
２６…外部接続用金属配線
２７…副通路
２８…格子状リブ
２９…リブ接続部分
３０…冷却半径
３１…コーナ部形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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