(57)【要約】【課題】硫黄の侵入を減少させた状態で車両内の流動中の流体の状態を検出する装置を提供する。【解決手段】装置（１０）は、ベースプレート（１２）を有し、ベースプレートは、受入れ面（２０）、周囲縁部（２２）及びベースプレートの受入れ面上に設けられたプリント回路基板（１３）を有する。装置（１０）は、周囲側壁（２３）を備えたハウジング（１５）を更に有し、周囲側壁は、ハウジング内にプリント回路基板を包囲する周辺インタフェース（２４）を構成するよう周囲縁部に隣接して受入れ面に取り付けられている。装置（１０）は更に、ハウジングをベースプレートにくっつけるようインタフェースのところに設けられた接着材料（１８）を有する。接着材料は、インタフェースを通る流体の侵入を減少させると共にベースプレート及びハウジングの熱膨張に順応するよう所定の熱膨張率及び所定の弾性率を有する。【選択図】　　　図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両内の流動中の流体の状態を検出する装置であって、受入れ面及び周囲縁部を備えていて、第１の熱膨張率を持つ第１の材料で作られたベースプレートと、プリント回路を備えていて、ベースプレートの受入れ面上に設けられた基板と、カバー及びカバーから延びる周囲側壁を備えたハウジングとを有し、側壁は、ハウジング内の基板を包囲する周辺インタフェースを構成するよう周囲縁部に隣接して受入れ面に取り付けられ、ハウジングは、第２の熱膨張率を持つ第２の材料で作られており、前記装置は、ハウジングをベースプレートにくっつけるよう周囲縁部と周囲側壁との間のインタフェースのところに設けられた接着材料を更に有し、接着材料は、インタフェースを通る流体の侵入を減少させると共に第１及び第２の材料の熱膨張に順応するよう所定の熱膨張率及び所定の弾性率を有していることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、流体質量流量装置及び流体質量流量センサ内への汚染流体の侵入を減少させる方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
内燃機関は今日、所望のエンジン作動をもたらす電子制御装置を有している。
典型的には、電子制御システムは、制御アルゴリズムを実行するプライマリ制御ユニット及び制御信号をプライマリ制御ユニットに与える種々のセンサを有している。所望のエンジン制御を達成する１つのセンサは、内燃機関内への吸気量を測定する流体質量流量センサ、例えば、空気質量流量センサである。典型的には、流体質量流量センサ内には、車両内の流体の流れを測定するプリント回路基板が設けられている。
【０００３】
流体質量流量測定値は、所望のエンジン作動を得るためには正確でなければならない。製造業者が直面する１つの課題は、汚染流体が侵入して、流体質量流量センサ内のプリント回路基板の導電性材料に接触するのを抑えることにある。例えば、車両内に用いられているゴムホースは硫黄及び硫黄化合物のガスを発生させることが判明している。硫黄は、空気によって運ばれるようになり、銅及び銀と反応する場合がある。硫黄が例えばアルミニウムと反応すると、硫化アルミニウムが生じる。硫化アルミニウムは、抵抗特性をもち、導電性ではないことが知られている。しかしながら、アルミニウムと銀は共に、プリント回路基板又は回路モジュールの厚膜基板上に用いられている材料である。かくして、多くの状況において、硫黄が侵入してプリント回路基板の例えばアルミニウムに接触すると、その結果として、硫化アルミニウムが生じることがある。かくして、かかる状況では、プリント回路基板は、硫化アルミニウムがプリント回路基板上で生じると、変性し又は短絡する場合があるので望ましくない。
【０００４】
これら状況では、生じた硫黄ガスは典型的には、２つの材料、例えば、金属とプラスチックとの間の密封体を通って流体質量流量センサ内に侵入する。これは、熱膨張が密封体の材料相互間で生じた温度変動条件をシールが受けた後に起こる場合がある。これら材料を密封するために用いられる接着剤は、劣化する場合があり、それにより、その密封特性が劣化して汚染要因物、例えば、硫黄が接着剤を通って侵入することになる。
【０００５】
【発明の概要】
かくして、本発明の目的は、汚染要因物の侵入を減少させる空気質量流量装置を提供することにある。
本発明の別な目的は、装置内への汚染流体の侵入を減少させて装置内のプリント回路基板の腐蝕を減少させる方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、車両内の流動中の流体の条件を検出する装置を提供することにある。この装置は、受入れ面及び周囲縁部を備えたベースプレートを有する。ベースプレートは、第１の熱膨張率を備えた第１の材料で作られている。この装置は、プリント回路が施された基板を更に有し、この基板は、ベースプレートの受入れ面上に設けられている。
【０００６】
この装置は、カバー及びカバーから延びる周囲側壁を備えたハウジングを更に有している。側壁はハウジング内の基板を包囲する周辺インタフェースを構成するよう周囲縁部に隣接して受入れ面に取り付けられている。ハウジングは、第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られている。この装置は、ハウジングをベースプレートにくっつけるよう周囲縁部と周囲側壁との間でインタフェースのところに設けられた接着材料を更に有している。接着材料は、インタフェースを通る流体の侵入を減少させると共に、第１及び第２の材料の熱膨張に順応するよう所定の熱膨張率及び所定の弾性率を有している。
本発明の別の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照して以下の説明及び特許請求の範囲を考慮すると明らかになろう。
【０００７】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
今、図１及び図２を参照すると、本発明に従ってダクト中を流れる流体の量を計算する流体質量流量センサ１０の分解図及び斜視図がそれぞれ示されている。
センサ１０の一用途は、内燃機関（図示せず）内に導入される空気の量を測定することにある。しかしながら、本発明の範囲は、センサ１０について他の用途及び分野にも及ぶ。例えば、このセンサを用いると、ダクト（内燃機関の吸気ダクト以外のダクト）を通って流れる流体（空気以外の流体）の量を計算することができる。かくして、センサは、車両内の流動中の流体の条件を検出する装置である。
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、流体質量流量センサ１０は主要構成要素として、ベースプレート又はエレクトロニクスカバー１２、ベースプレート１２にくっつけられた回路モジュール１４を備えた基板１３、ベースプレート１２につがい関係をなして封着されていて、ハウジングカバー１６及びセコンダリハウジングカバー１７を備えたハウジング１５、ベースプレート１２とハウジング１５を互いにくっつける接着材料１８、及びガスケット１９を有している。
【０００９】
図１〜図３に示すように、ベースプレート１２は、受入れ面２０及び周囲縁部２２を有している。ベースプレート１２は、ベースプレート１２の周囲縁部２２に隣接して受入れ面２０から延びる突条２１を有している。突条２１は、以下に詳細に説明するようにハウジング１５に設けられた対応関係をなすチャネル（図示せず）と密封関係をなして嵌合し、それにより耐候性密封体を形成している。
好ましくは、ベースプレート１２は、回路モジュール１４から出た熱を引き込むヒートシンクとして働く。かくして、ベースプレート１２は、第１の熱膨張率を備えた第１の材料で作られている。この実施形態では、第１の熱膨張率は、約５〜３０ｐｐｍ／℃である。ベースプレートは、約５〜１００×１０６　ｐｓｉｇの弾性率を更に有している。この実施形態では、ベースプレートは、ハウジング内の熱を伝達する任意適当な熱伝達材料で作られている。例えば、ベースプレートの第１の材料として、ベースプレートの第１の熱膨張率及び弾性率を備えた金属、金属合金、金属マトリックス複合材、又は任意他の適当な材料が挙げられる。
【００１０】
図１〜図３に示すように、装置は、プリント回路又は回路モジュール１４がくっつけられていて、それにより当該技術分野で知られているようにプリント回路基板として役立つ基板１３を更に有している。図示のように、基板１３は、ベースプレート１２の受入れ面２０上に設けられている。基板は、セラミック材料、セラミックマトリックス複合材、ガラス、又は当該技術分野で知られている任意他の適当な材料から成る。この実施形態では、基板の熱膨張率は、約０．１〜１５ｐｐｍ／℃であり、その弾性率は、約５〜５０×１０６　ｐｓｉｇである。
【００１１】
センサ１０は、ハウジング１５を更に有し、このハウジングにはハウジングカバー１６が取り付けられ、セコンダリハウジングカバー１７がハウジングカバー１６に取り付けられている。図示のように、ハウジング１５は、ハウジングカバー１６から互いに反対側に延びる周囲側壁２３を有し、周囲側壁には、ベースプレート１２の突条２１と密封状態で嵌合する対応関係をなしたチャネル（図示せず）が形成されている。かくして、ハウジング１５は、周囲縁部２２に隣接して受入れ面２０に取り付けられる。これにより、ベースプレート１２とハウジング１５との間には周辺インタフェース２４が形成され、基板１３がハウジング１５内に収納される。この実施形態では、ハウジング１５は、第２の熱膨張率を持つ第２の材料で作られている。第２の熱膨張率は、最高８０ｐｐｍ／℃であり、弾性率は約０．０１〜０．６×１０６　ｐｓｉｇである。ハウジングは、第２の熱膨張率を持つポリマー、ポリマーマトリックス複合材、ポリブダジエンテレフタレート（ＰＢＴ）又は任意他の適当な材料から成ったものであるのがよい。
【００１２】
図１及び図２ａに示すように、ハウジング１５は、一体形コネクタ３０を有し、このコネクタ３０は、流体質量流量センサ１０の外部に設けられたエンジン作動制御エレクトロニクスと電気的連絡状態にあるコネクタ端子（図示せず）を備えている。コネクタ端子は、ハウジング１５の中央ハウジング部分３４内の基板１２上に設けられた回路モジュール１４とも電気的連絡状態にある。ハウジング１５は、中央ハウジング部分３４に隣接して、一体的に取り付けられた流体サンプル採取部分３６を更に備えている。流体サンプル採取部分３６は、ノズル３９内へ開口した入口３８を有している。ノズル３９は、実質的にＵ字形の流れ通路４０と連通している。Ｕ字形流れ通路４０は、出口４２で終端している。
【００１３】
図２ａに示すように、複数の抵抗素子が、作動的に設けられていてハウジング１５によって支持されており、しかも電気導体、例えば一体成形リード線又は端子により回路をモジュール１４と電気的連絡状態にある。抵抗素子としては、高温ワイヤ素子４４、低温ワイヤ素子４６及び内部流体温度（ＩＡＴ）素子又は測温体４８が挙げられる。一般に、これら素子は、温度の関数として抵抗が変化する。
【００１４】
図２ａ及び図２ｂに示すように、センサ１０は、ハウジング１５をベースプレート１２にくっつけるよう周囲縁部２２と周囲側壁２３との間で周辺インタフェース２４のところに設けられた接着材料１８を更に有している。この実施形態では、接着材料１８は、所定の熱膨張率及び所定の弾性率を有している。接着材料１８は、インタフェース２４を通る流体の侵入を減少させると共に、例えば約−４０℃〜＋１２５℃の温度における第１及び第２の材料の熱膨張に順応するのに役立つ。
【００１５】
この実施形態では、接着材料１８がそのガラス転移温度（Ｔｇ）以上である場合、接着材料１８は好ましくは、熱膨張率が約１００〜２００ｐｐｍ／℃、弾性率が約８７，０００〜１５０，０００ｐｓｉｇのウレタンアクリレートである。
接着材料１８は又、接着材料１８がそのガラス転移温度以下であれば、熱膨張率が約２０〜１００ｐｐｍ／℃であり、弾性率が約８７，０００〜１５０，０００ｐｓｉｇである。当然のことながら、接着材料１８は、熱膨張率及び弾性率が上述の所定の熱膨張率及び所定の弾性率に納まっている限り、任意他の材料、例えばポリマーであっても良い。
【００１６】
回路モジュール１４は、これら素子によって消費される電力をモニターすることにより通路４０を通って流れる流体、例えば空気を検出する。回路モジュール１４は、単一の集積回路チップであってもよく、或いは別々の回路及び集積回路が取り付けられた基板であってもよい。素子の検出抵抗の変化は、出力信号に変換され、この出力信号は、電子式エンジン制御システム（図示せず）によって受け取られる。典型的には、電子式エンジン制御システムは、空燃比を制御することによりエンジン内へ注入される燃料の量を調節する。
【００１７】
この実施形態では、ＩＡＴ又は測温体４８は一般に、サーミスタ又はこれと類似した装置である。測温体４８は、内燃機関の吸気サイクル中の吸気温度の正確な読みを保証するようハウジング１５に取り付けられている。図２に示すように、測温体４８は、高温素子４４からの熱の放散により生じる流体加熱効果を最小限に抑えるために好ましくは通路４０の外部に設けられている。
【００１８】
本発明の好ましい一実施形態では、白金製巻線抵抗器で作られた素子４４，４６を有する流体流量センサ１０が提供される。一般に、これら素子は、正の温度係数を有している。かくして、素子に抵抗の変化があれば、かかる変化は同一方向における温度変化と一致することになる。即ち、温度が上がると抵抗が増大し、温度が下がると抵抗が減少することになる。
【００１９】
次に図４ａ及び図４ｂを参照すると、本発明のハウジングカバー１６の斜視図が更に示されている。図４ａは、ハウジングカバー１６を内側から見た図であり、図４ｂは、ハウジングカバー１６を外側から見た図である。ハウジングカバー１６は、突条又は隆起部６０，６２に沿ってハウジング１５に固定的に接合されている（これは、図４ｃに示されている）。隆起部６０は、ハウジングカバー１６の内面６４から突き出て、ハウジング１５の内面５２に設けられたチャネル５０と嵌合関係をなして密封を可能にする。ハウジングカバー１６の内面６４から突き出た隆起部６２は、表面５２内で流れ通路４０の周囲の周りにぐるりと設けられたチャネル５４と嵌合関係をなして密封を可能にし、かくして密閉された流れ通路４０が形成される。ハウジングカバー１４は、製造中、集積回路３２への接近を可能にする開口窓６６を更に有している（これは、図４ｃに示されている）。例えば、開口窓６６は、製造の際の校正工程中に集積回路３２への接近を可能にする。さらに、図４ｃに示すように、集積回路３２は、ハウジング１２上に設けられた種々の端子及び（又は）接合パッドへのワイヤ接合部を用いることによりワイヤボンディングが施されている。
【００２０】
図４ｂに示すように、窓６６の周囲の周りにはぐるりとチャネル６８が設けられ、補助ハウジングカバー１７をハウジングカバー１６に嵌合関係をなして封着するようになっている。さらに、側開口部７０により、流れ通路４０から出た空気が側面７２とカバー１４の両方から流出できる。傾斜部分７５が表面７２に設けられ、表面上をこれに沿って流れる空気を集めて低温ワイヤ素子４６に差し向けるようになっている。
【００２１】
補助ハウジングカバー１７を内側から見た斜視図が図５に示されている。カバー１７は、周囲突条又は隆起部８０を有し、この突条８０は、窓６６の周囲に沿ってチャネル６８内でハウジングカバー１６と嵌合関係をなして密封を可能にする。補助ハウジングカバー１７は、実質的に平らであり、かかる補助ハウジングカバーを、集積回路３２によって生じる熱を消散させるために伝熱材料、例えば金属で構成するのがよい。図１に示すように、補助ハウジングカバー１７は全体として平らな外面８４を有している。カバー１９をハウジングカバー１６上に配置した後では、カバー１６と補助ハウジングカバー１７は両方とも、センサ１０の周りを流れる空気の擾乱を最小限に抑えるよう長手方向に延びる全体として平らな表面を生じさせる。
【００２２】
上述の接着材料がプリント回路基板への汚染流体の侵入を減少させるために用いられる限り、本発明のこの実施形態においてはプリント回路基板設計又は構成を持つ任意他のセンサを具体的に構成できることは理解されるべきである。例えば、２００２年４月１９日に出願された米国特許出願第１０／１２６，８１０号明細書（発明の名称：Ｆｌｕｉｄ　Ｆｌｏｗ　Ｍｅｔｅｒ　Ｈａｖｉｎｇ　Ａｎ　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｓａｍｐｌｉｎｇ　Ｃｈａｎｎｅｌ）及び２００１年１０月１１日に出願された米国特許出願第０９／９７５，１１２号明細書（発明の名称：Ｆｌｕｉｄ　Ｆｌｏｗ　Ｍｅｔｅｒ）に記載されたセンサを使用してもよく、これら米国特許出願は共に、本願と同一の譲受人に共通譲渡されており、かかる米国特許出願の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００２３】
本発明は、上述したような空気質量流量センサの周辺インタフェースのところでの流体の侵入を減少させる空気質量流量センサの製造方法を提供する。この方法は、上述したような、受入れ面及び周囲縁部を備えたベースプレート、プリント回路付きの基板及びハウジングを準備する工程を有する。ベースプレートを任意適当な取付け具上に保持する。
【００２４】
この実施形態では、この方法は、任意適当なエポキシをベースプレートの受入れ面上に小出しする工程を有し、基板をベースプレートの受入れ面上に結合する。結合の際、好ましくは、シリコン接着剤をベースプレート上に小出しして基板をベースプレートに結合する。次に、ワイヤボンドを互いに連結して空気質量流量センサのプリント回路を構成する基板上の電路を互いに結合する。
【００２５】
この方法は次に、接着材料をベースプレートの周囲縁部に隣接して受入れ面上に塗布する工程及び周囲側壁を接着材料上に配置して周囲側壁をベースプレートの周囲縁部に結合する工程を有する。これにより、周辺インタフェースのところでハウジングとベースプレートが封着される。上述のように接着材料は、周辺インタフェースを通る流体の侵入を減少させると共にベースプレート及びハウジングの熱膨張に順応するよう所定の熱膨張率および所定の弾性率を有している。
【００２６】
組立体を約１２０℃〜１５０℃の温度で約３０分かけて加熱して接着材料及びエポキシ材料を硬化させる。これは、当該技術分野で公知の任意適当な手段、例えば、炉内での加熱により実施できる。周囲条件への冷却後、シリコンゲルを基板上のハウジング上に小出ししてハウジングの中央ハウジング部分を充填する。
シリコンゲルはパッシベーション材料として役立ち、車両のボンネットの下に取り付けられる場合のあるセンサの通常の使用中、基板を保護するのに役立つ。
【００２７】
上述のセンサの製造方法により、ハウジングとベースプレートを接着材料で封着してプリント回路基板への流体の侵入を減少させることができる。接着材料は、ハウジング及びベースプレートの材料が結合又は接着健全性を維持しながら通常の使用中熱膨張できるようにすることによってハウジング内への流体の侵入、例えば硫黄の侵入を減少させる。
【００２８】
上記説明は、本発明の好ましい実施形態に関している。当業者であれば、かかる説明及び添付の図面並びに特許請求の範囲から、特許請求の範囲に記載された本発明の真の精神及び真の範囲から逸脱することなく本発明の変形例及び改造例を想到できることは容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の流体質量流量センサの分解図である。
【図２ａ】本発明の一実施形態である図１の流体質量流量センサの斜視図である。
【図２ｂ】流体質量流量センサの２ｂ−２ｂ線矢視断面図である。
【図３】図１の流体質量流量センサのベースプレート又はエレクトロニクスカバーの外形図である。
【図４ａ】本発明の一実施形態による流体質量流量ハウジングカバーを内側から見た斜視図である。
【図４ｂ】ハウジングカバーが取り付けられたハウジングを外側から見た斜視図である。
【図４ｃ】ハウジングカバーが取り付けられたハウジングの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態のハウジングのセコンダリカバーを内側から見た斜視図である。
【符号の説明】
１０　流体質量流量センサ
１２　ベースプレート
１３　プリント回路基板
１５　ハウジング
１６　ハウジングカバー
１８　接着材料
１９　ガスケット
２０　受入れ面
２２　周囲縁部
２３　周囲側壁
２４　周辺インタフェース
【図１】
2004116512.tif 000003
【図２ａ】
2004116512.tif 000004
【図２ｂ】
2004116512.tif 000005
【図３】
2004116512.tif 000006
【図４ａ】
2004116512.tif 000007
【図４ｂ】
2004116512.tif 000008
【図４ｃ】
2004116512.tif 000009
【図５】
2004116512.tif 000010