(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主通路から取り込まれた被計測気体を流すための副通路と、
前記副通路内に配置され、前記被計測気体の空気流量を検出する流量検出素子と、
前記副通路を形成するためのカバーと、
前記カバーにインサートされた状態で設けられた導電性を有する導電性部材と、を備え、
前記導電性部材は、副通路側に部分的に露出した状態で配置されており、
前記カバーには、前記導電性部材が配置される領域の直上部にカバーの成型ゲートが設けられていることを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の熱式流量センサにおいて、前記導電性部材は金属材料であることを特徴とする熱式空気流量センサ。
【請求項３】
請求項2に記載の熱式流量センサにおいて、前記導電性部材の露出面において、樹脂成型ゲートが設けられている領域の露出面は、その他の面よりも前記流量検出素子側に突出した突出領域であることを特徴とした熱式空気流量センサ。
【請求項４】
請求項3に記載の熱式流量センサにおいて、前記突出領域の対向面に流量検出素子が配置されていることを特徴とする熱式空気流量センサ。
【請求項５】
ハウジングとカバーをレーザ溶着により接合することで副通路が形成される熱式流量計の製造方法において、
導電性部材を金型にセットし、該金型に樹脂を流し込むことで、該導電性部材がインサートされるカバーを形成するカバー形成工程を備え、
前記カバー形成工程では、前記導電性部材が配置される領域の直上部に設けられる成形ゲートから前記樹脂が注入される熱式流量計の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量を検出するセンサに関するものであり、特に、熱式空気流量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、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、ホットワイヤーやシリコンエレメント等が配置され、ホットワイヤーやシリコンエレメント等が気流によって冷却され、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。
【０００３】
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て、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。
【０００４】
また、熱式流量計の検出精度を向上させるという観点から、バイパス通路内の一部、特に検出素子近傍部のバイパス通路内の一部を局所的に縮流する絞り構造にすることにより、流速を安定化させ検出精度を向上させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】US2013/061684
【特許文献２】特許第5425021号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１では、バイパス通路の一部を構成するカバーに静電気散逸領域を形成するために導電性を有する樹脂材料を用いているが、導電性を有するその他の材料として、金属材料を使用することも技術的に可能である。
【０００７】
また、特許文献２では、バイパス通路内の一部を局所的に縮流する絞り構造が有効とされている。
【０００８】
金属材料を使用する場合、この絞り形状を金属材料で形成する場合は、金属板をプレス加工により変形させて形成することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、特許文献２のように前記絞り形状は特殊な形状が要求される場合があり、板厚が厚いと、所望の絞り形状が形成できない、あるいは加工ばらつきが大きくなり検出精度ばらつきが悪化するといった課題がある。また加工が難しくなるとコストも高くなってしまう。
【００１０】
以上の観点から、バイパス通路を構成するカバーの一部に金属板がバイパス通路面側に露出した状態で設置されており、かつ前記露出する面に絞り等の複雑な形状を構成しなければならない場合は、薄い板厚の金属板を使用しなければならないといった制約が発生する。
【００１１】
上記制約の中で、カバーを製造しようとすると、薄い金属板をカバー成型金型に
インサートした状態でカバー樹脂を射出成型するインサート成型法が一般的な製造方法と考えられる。この場合、静電気散逸領域となる金属板設置領域としては、金属板がカバー樹脂により金属板周辺部のみ固定されており、所望の領域が露出していれば静電気散逸領域が形成される（図6（a）参照）。
【００１２】
しかしながら、金属板は薄い板厚のものを使用しなければならないことから、金属板設置領域は、カバーとしての剛性が大幅に低下するため、熱変形や振動によって、金属板が変形する可能性がある。そのため、金属面を露出した状態でカバーとしての剛性を確保するためには、金属板の背面側にも一部樹脂部を設ける必要がある（図6(b)参照）。
【００１３】
しかしながら、この場合、成型金型に金属板を配置（インサート）して、筐体金型に樹脂を流し込む際に、金属板の表面（バイパス通路露出面）側は成型金型側に接触するが、金属板の裏面側には樹脂部を構成する必要があるため、裏側は成型金型で押さえられない。このため、樹脂の注入圧力および流動圧力により、金属板が金型内で移動したり、変形したりする可能性がある。場合によっては、金属板が金型内で浮いてしまうことによって、本来金属板が露出しなければならない領域に樹脂が回りこんでしまい、静電気散逸領域を形成するという機能が得られない可能性がある。（図7参照）
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決する本発明の熱式流量計は、主通路から取り込まれた被計測気体を流すための副通路を有しており、該副通路内の空気流量を検出する流量検出素子が配置されており、かつ、前記副通路を形成するためのカバーを有しており、前記カバーは射出成型により形成されており、かつ前記カバー内に、導電性を有する部材が副通路側に部分的に露出した状態で配置されており、かつ、導電性部材が配置される領域の直上部にカバーの成型ゲートが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、バイパス通路構造を構成するカバーの一部に導電性部材が配置されており、その導電性部材を、一部の面をカバー樹脂から露出させた状態でインサート成型によりカバーを製造する場合においても、成型時の導電性部材の移動や変形を抑制し、導電性部材の露出領域に樹脂バリ発生を低減でき、高精度な熱式流量センサを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】内燃機関制御システムに本発明に係る熱式流量計を使用した一実施例を示すシステム図である。
【図２Ａ】本発明に係る熱式流量計の外観を示す正面図。
【図２Ｂ】本発明に係る熱式流量計の外観を示す左側面図。
【図２Ｃ】本発明に係る熱式流量計の外観を示す背面図。
【図２Ｄ】本発明に係る熱式流量計の外観を示す右側面図。
【図３Ａ】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。
【図３Ｂ】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背面図。
【図４Ａ】本発明に係る熱式流量計の表カバーの正面図。
【図４Ｂ】本発明に係る熱式流量計の表カバーの背面図。
【図４Ｃ】図４BのＢ-Bを拡大して示す図。
【図４Ｄ】図4CのＢ−Ｂ線断面図。
【図５】回路パッケージの流量検出部の通路断面を示す図。
【図６】（a）(b)カバー樹脂と導体の構造関係を示す図。
【図７】カバー樹脂成型時の不具合事例を示す図。
【図８】回路パッケージの表面を示す図。
【図９Ａ】中間部材の上面図。
【図９Ｂ】中間部材の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１８】
まず、本発明の熱式流量計について図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本発明に係る熱式流量計を使用した一実施例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である例えば吸気管、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。前記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熱式流量計３００で計測され、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。なお、本実施例では、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。
【００２０】
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。前記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。前記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、運転者はスロットルバルブ１３２の開度を制御して前記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を制御することができる。
【００２１】
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、熱式流量計３００により計測され、熱式流量計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、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。
【００２２】
制御装置２００は、熱式流量計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、実際にはさらに熱式流量計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。
【００２３】
図２は、熱式流量計３００の外観を示している。図２Ａは熱式流量計３００の正面図、図２Ｂは左側面図、図２Ｃは背面図、図２Ｄは右側面図である。熱式流量計３００は、ハウジング３０２を備えている。ハウジング３０２は、吸気管に挿入されて主通路１２４（図１を参照）に配置される。ハウジング３０２の基端部には、吸気管に固定するためのフランジ３０５と、吸気管外部に露出するコネクタ（外部接続部）３０６が設けられている。
【００２４】
ハウジング３０２は、フランジ３０５を吸気管に固定することにより片持ち状に支持され、主通路１２４を流れる被計測気体の主流れ方向に垂直な方向に沿って延びるように配置される。ハウジング３０２には、主通路１２４を流れる被計測気体３０を取り込むための副通路が設けられており、その副通路３０７内に被計測気体３０の流量を検出するための流量検出部４５１が配置されている。
【００２５】
図３は熱式流量計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の状態を示している。図３Ａはハウジング３０２の正面図、図３Ｂは背面図である。
【００２６】
ハウジング３０２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４５１を備える回路パッケージ４００が一体にモールド成形されている（図３Ａ参照）。
【００２７】
そして、ハウジング３０２には、副通路３０７を構成するための副通路溝３０８が形成されている。表カバー３０３及び裏カバー３０４をハウジング３０２の表面及び裏面にかぶせることにより、副通路３０７が完成する構成になっている。
【００２８】
計測用流路３４１は、ハウジング３０２を表側から裏側まで厚さ方向に貫通して形成されており、回路パッケージ４００の流路露出部４３０が突出して配置されている。
【００２９】
流量検出部４５１は、回路パッケージ４００の流路露出部４３０の表面４３１に設けられている。流量検出部４５１では、流路露出部４３０の表面４３１の方に流れた被計測気体３０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。
【００３０】
計測用流路３４１は、回路パッケージ４００の流路露出部４３０によって、表面４３１側の空間と裏面４３２側の空間に分けられており、ハウジング３０２によって分けられてはいない。即ち、計測用流路３４１は、ハウジング３０２の表面と裏面とを貫通して形成されており、この一つの空間に回路パッケージ４００が片持ち状に突出して配置されている。このような構成とすることで、１回の樹脂モールド工程でハウジング３０２の表裏両面に副通路溝を成形でき、また両面の副通路溝を繋ぐ構造を合わせて成形することが可能となる。尚、回路パッケージ４００はハウジング３０２の固定部３５１、３５２、３５３に樹脂モールドにより埋設して固定されている。
【００３１】
空洞部３４２Ａでは、回路パッケージ４００のアウターリード(接続端子）４１２とコネクタ３０６の外部端子の内端３０６ａとが、スポット溶接あるいはレーザ溶接などにより、互いに電気的に接続されている。空洞部３４２Ｂには、導電性の中間部材５５１が設けられている。中間部材５５１は、表カバー３０３をハウジング３０２に取り付けることによって、表カバー３０３の導体５０１と回路パッケージ４００のリードフレーム４０１との間に介在されて互いに電気的に接続する。空洞部３４２は、表カバー３０３と裏カバー３０４をハウジング３０２に取り付けることによって閉塞され、空洞部３４２の周囲が表カバー３０３と裏カバー３０４とレーザ溶接されて密封される。
次に本発明の実施形態について説明する。
【００３２】
図４は本発明形態の表カバーの構成を説明する。図4Aは表カバーの表面図、図４Bは表カバーの対向面図である。図４Cは、表カバーにインサートされている金属板導体501のB-B断面箇所を示す図である。図４Dは、図４CのＢ−Ｂ線断面図である。図５は表カバー303をハウジング302に実装した場合の、検出素子面の断面図である。
【００３３】
表カバー３０３には、導体５０１が設けられている。導体５０１は、被計測気体に含まれている塵埃等の異物が帯電して流量検出部４５１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、導体５０１は、表カバー３０３にインサート成形されている。
【００３４】
導体501はカバー樹脂が形成される面と逆側面に突出した構造としており、その突出面の対向面側に樹脂成型ゲートを設置している。これにより、カバー成型時の樹脂注入圧力が、導体501がカバー金型に押し付けられる方向に力が加わるため、導体501が成型中に金型内で板厚方向に移動・変形することを抑制できる。さらに導体501を突出させた構造にすることにより、カバー金型との左右方向への位置ずれも抑制構造とすることができ、より効果的に導体501の移動や変形を抑制することができる。
【００３５】
なお、本実施例においては、導体501が単一平板形状ではなく、突出した構造における効果を説明したが、導体501が単一平板形状においても、導電性部材が配置される領域の直上部にカバーの成型ゲートが設けることにより、同様にカバー成型時の樹脂注入圧力が、導体501がカバー金型に押し付けられる方向に力が加わるため、導体501が成型中に金型内で板厚方向に移動・変形することを抑制できる。
【００３６】
また、図5に示すように導体501の突出領域を流量検出部451領域に設置することにより、流量検出部451領域の流路断面積を絞ることにより、流量検出部451領域の流量が縮流されることにより安定化し、高精度な流量検出が可能となる。
【００３７】
また、導体501は表カバー303の厚みよりも薄い構造としている。導体501厚みを薄肉化することにより、平板形状から上記突出構造に変形加工する際に高精度に、かつ安価に曲げ加工を実施することが可能になるため、安価で、かつ製品ばらつきが向上し、製品ばらつきの小さく高精度な流量検出が可能となる。
【００３８】
また、図4Dに示されるように、導体501の裏面には表カバー303の樹脂面が構成されている。これにより、図6（a）、（ｂ）を用いて説明したように、局所的な薄肉部とならないような構造にすることにより、表カバーの剛性を低下させることなく、導体５０１を設けることが可能となる。
【００３９】
また、樹脂成型ゲート303Gを前記突出領域の対向面上に設置することの利点として、ゲート近傍では樹脂の結晶化度が進むため、他の部分の結晶化度を抑制しつつ、ゲート近傍では結晶化度を上昇させ、アニール時の寸法変化の抑制が期待される。これにより、高温環境下における流量検出部451領域内のカバー変形を抑制することができ、長期信頼性を確保することができる。
【００４０】
また、本実施例における導体501の電位接続方法として、図８に示す回路パッケージ部において、部分的にリードフレームを露出させて、かつ図９に示すような導電性を持つ中間部材を使用することにより、導体501を電気的に回路パッケージのリードフレームに接続でき、導体501を任意の電位に接地することができる。これにより、バイパス通路に静電気散逸領域を設けることができるため、汚損物の電荷を取り除きことが可能となる。
【００４１】
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。
【符号の説明】
【００４２】
３００  熱式流量計
３０２  ハウジング
３０３  表カバー（カバー樹脂）
３０３G  表カバーの樹脂ゲート
４００  回路パッケージ
４０１  リードフレーム
４５１  流量検出部(センサエレメント)
５０１  導体
５５１  中間部材（弾性部材）
【図１】
0006524017.tif 000002
【図２Ａ】
0006524017.tif 000003
【図２Ｂ】
0006524017.tif 000004
【図２Ｃ】
0006524017.tif 000005
【図２Ｄ】
0006524017.tif 000006
【図３Ａ】
0006524017.tif 000007
【図３Ｂ】
0006524017.tif 000008
【図４Ａ】
0006524017.tif 000009
【図４Ｂ】
0006524017.tif 000010
【図４Ｃ】
0006524017.tif 000011
【図４Ｄ】
0006524017.tif 000012
【図５】
0006524017.tif 000013
【図６】
0006524017.tif 000014
【図７】
0006524017.tif 000015
【図８】
0006524017.tif 000016
【図９Ａ】
0006524017.tif 000017
【図９Ｂ】
0006524017.tif 000018