(57)【要約】【課題】工数や部品を増大させることのない構造で回路基板と検出素子の耐腐食性を向上でき、かつ吸気温測定の特性精度向上が可能な物理量検出装置を得ること。【解決手段】本発明の物理量検出装置３００は、物理量を検出する少なくとも一つの検出素子４５３、４２１、４２２と、検出素子の検出信号を処理する電子回路を有する回路基板４００と、回路基板４００を収容するハウジング３０２とを有し、回路基板４００は、被計測気体３０と接触する接触面４０１ａを有しており、検出素子は、回路基板４００の接触面に設けられており、回路基板４００と検出素子との電気的接続部分が合成樹脂材４０５、４０６で封止されていることを特徴としている。【選択図】図１４Ａ
2016031341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主通路を流れる被計測気体の物理量を検出する物理量検出装置であって、
前記物理量を検出する少なくとも一つの検出素子と、
前記検出素子の検出信号を処理する回路部を有する回路基板と、
前記回路基板を収容するハウジングと、を有し、
前記回路基板は、前記被計測気体と接触する接触面を有しており、
前記検出素子は、前記回路基板の接触面に設けられており、
前記回路基板と前記検出素子との電気的接続部分が合成樹脂材で封止されていることを特徴とする物理量検出装置。
【請求項２】
前記検出素子は、前記合成樹脂材で素子全体が覆われていることを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項３】
前記ハウジングは、前記主通路を流れる被計測気体を取り込む副通路を有しており、
前記検出素子は、前記被計測気体の温度を検出する温度検出素子であり、前記副通路の副通路入口よりも前記被計測気体の流れ方向上流側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の物理量検出装置。
【請求項４】
前記回路基板は、前記副通路の副通路入口よりも前記被計測気体の流れ方向上流側に突出する突起部を有しており、
前記温度検出素子は、前記回路基板の突起部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の物理量検出装置。
【請求項５】
前記回路基板は、前記副通路の一部を構成して前記被計測気体と接触する接触面を有しており、
前記接触面に前記温度検出素子とは異なる他の検出素子が配置され、前記他の検出素子と前記回路基板との電気的接続部分が合成樹脂材で封止されていることを特徴とする請求項４に記載の物理量検出装置。
【請求項６】
前記他の検出素子は、前記被計測気体の圧力を検出する圧力検出素子を有しており、前記合成樹脂材によって前記圧力検出素子の周囲が全周に亘って連続して覆われていることを特徴とする請求項５に記載の物理量検出装置。
【請求項７】
前記他の検出素子は、前記被計測気体の湿度を検出する湿度検出素子を有しており、前記合成樹脂材によって前記湿度検出素子の周囲が全周に亘って連続して覆われていることを特徴とする請求項５に記載の物理量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸入空気の物理量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用の吸入空気に係る流量測定装置に設けられる吸気温検出素子の実装構造に関する従来例には、検出素子と電子回路基板回路は直接つながれておらず、ハウジング上にターミナル部品を用いて実装される方法が知られている（特許文献１参照）。また、電子回路基板上への吸気温検出素子の実装構造に関する従来例には、吸気温検出素子をポリシリコンまたはシリコンナイトライドと金属で囲う方法（特許文献２参照）や接続部をシールするメタルシールを備えた方法（特許文献３参照）、アルミナ膜またはイットリア膜及び金属膜を用いて流路及び基板を保護する方法（特許文献４参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2012-163505号公報
【特許文献２】特開2006-258678号公報
【特許文献３】特開2007-212197号公報
【特許文献４】特開2013-68549号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、電子制御燃料噴射システムを用いた自動車が一般化しており、低排出ガスや低燃費、トルク向上等の更なる改善を目的として数多くのセンサが使用されている。また、センサ自身の特性精度向上の要求も高くなっており、更には、低価格化の要求も年々厳しくなっている。
【０００５】
数多くのセンサの内、吸入空気の物理量を検出するセンサは、吸入空気の物理量を検出するため吸入空気中に暴露する必要がある。一方、回路基板に実装される、マイコン、トランジスタ、コンデンサ、抵抗等の電子部品は腐食性ガス、水、オイル等から保護しなければならなく、保護する回路部とセンシング素子の間を仕切り等で分離している。
【０００６】
また、回路基板に実装される電子部品の増加に伴い消費電力が増加しており、消費電力が熱に変換されることにより回路全体の発熱が増加する。このため、回路自己発熱を極力抑える放熱設計が要求されており、特性精度向上の観点からは、他の電子部品による発熱の影響を受けない箇所へ検出素子を配置することが必須である。さらに、応答性を高めるには熱交換が頻繁に行われ熱伝達性が高い通路上への配置が必要である。
【０００７】
特許文献１では、吸気温測定素子をハウジング上に実装するためターミナル部品等の部品数が増加し、これに伴い組立工数も増加する。さらに、温度検出素子の搭載スペースをハウジングに確保しなければならず、モジュール外形が増加する課題を有す。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、工数や部品を増大させることのない構造で回路基板と検出素子の耐腐食性を向上でき、かつ吸気温測定の特性精度向上が可能な物理量検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の物理量検出装置は、主通路を流れる被計測気体の物理量を検出する物理量検出装置であって、前記物理量を検出する少なくとも一つの検出素子と、前記検出素子の検出信号を処理する電子回路を有する回路基板と、前記回路基板を収容するハウジングとを有し、前記回路基板は、前記被計測気体と接触する接触面を有しており、前記検出素子は、前記回路基板の接触面に設けられており、前記回路基板と前記検出素子との電気的接続部分が樹脂で封止されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、工数や部品を増大させることのない構造で回路基板とセンシング素子の耐腐食性を向上でき、かつ吸気温測定の特性精度向上が可能な物理量検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内燃機関制御システムに本発明に係る物理量検出装置を使用した一実施例を示すシステム図。
【図２】物理量検出装置の正面図。
【図３】物理量検出装置の背面図。
【図４】物理量検出装置の左側面図。
【図５】物理量検出装置の右側面図。
【図６】物理量検出装置の下面図。
【図７】物理量検出装置から表カバーを取り外した状態を示す正面図。
【図８】物理量検出装置から裏カバーを取り外した状態を示す背面図。
【図９】図７のＡ−Ａ線断面矢視図。
【図１０】表カバーの構成を説明する図。
【図１１】裏カバーの構成を説明する図。
【図１２】回路基板の正面図。
【図１３】回路基板の背面図。
【図１４Ａ】電気的接続部を封止した状態を説明する図。
【図１４Ｂ】電気的接続部を封止する前の状態を説明する図。
【図１４Ｃ】図１４ＡのＡ−Ａ線断面図。
【図１４Ｄ】図１４ＡのＢ−Ｂ線断面図。
【図１５】信号の入出力を説明するブロック図。
【図１６】物理量検出装置の回路構成の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する、発明を実施するための形態（以下、実施例）は、実際の製品として要望されている種々の課題を解決しており、特に車両の吸入空気の物理量を検出する検出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、種々の効果を奏している。下記実施例が解決している色々な課題の内の一つが、上述した発明が解決しようとする課題の欄に記載した内容であり、また下記実施例が奏する種々の効果のうちの１つが、発明の効果の欄に記載された効果である。下記実施例が解決している色々な課題について、さらに下記実施例により奏される種々の効果について、下記実施例の説明の中で述べる。従って、下記実施例の中で述べる、実施例が解決している課題や効果は、発明が解決しようとする課題の欄や発明の効果の欄の内容以外の内容についても記載されている。
【００１３】
以下の実施例で、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。
【００１４】
１.  内燃機関制御システムに本発明に係る物理量検出装置を使用した一実施例
図１は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本発明に係る物理量検出装置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の物理量は、本発明に係る物理量検出装置３００で検出され、その検出された物理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。
【００１５】
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、排気ガス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。
【００１６】
１.１  内燃機関制御システムの制御の概要
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、温度、湿度、圧力などの物理量が物理量検出装置３００により検出され、物理量検出装置３００から吸入空気の物理量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。排気ガス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。
【００１７】
制御装置２００は、物理量検出装置３００の出力である吸入空気の物理量と、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とに基づいて、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、実際にはさらに物理量検出装置３００で検出される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。
【００１８】
１.２  物理量検出装置の検出精度向上の重要性と物理量検出装置の搭載環境
内燃機関の主要な制御量である燃料供給量や点火時期はいずれも物理量検出装置３００の出力を主パラメータとして演算される。従って、物理量検出装置３００の検出精度の向上や、経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。
【００１９】
特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには、物理量検出装置３００により検出される吸入空気の物理量の検出精度の向上が極めて重要である。また、物理量検出装置３００が高い信頼性を維持していることも大切である。
【００２０】
物理量検出装置３００が搭載される車両は、温度や湿度の変化が大きい環境で使用される。物理量検出装置３００は、その使用環境における温度や湿度の変化への対応や、塵埃や汚染物質などへの対応も、考慮されていることが望ましい。
【００２１】
また、物理量検出装置３００は、内燃機関からの発熱の影響を受ける吸気管に装着される。このため、内燃機関の発熱が主通路１２４である吸気管を介して物理量検出装置３００に伝わる。物理量検出装置３００は、被計測気体３０と熱伝達を行うことにより被計測気体３０の流量を検出するので、外部からの熱の影響をできるだけ抑制することが重要である。
【００２２】
車に搭載される物理量検出装置３００は、以下で説明するように、単に発明が解決しようとする課題の欄に記載された課題を解決し、発明の効果の欄に記載された効果を奏するのみでなく、以下で説明するように、上述した色々な課題を十分に考慮し、製品として求められている色々な課題を解決し、色々な効果を奏している。物理量検出装置３００が解決する具体的な課題や奏する具体的な効果は、以下の実施例の記載の中で説明する。
【００２３】
２.  物理量検出装置３００の構成
２.１  物理量検出装置３００の外観構造
図２〜図６は、物理量検出装置３００の外観を示す図であり、図２は物理量検出装置３００の正面図、図３は背面図、図４は左側面図、図５は右側面図、図６は下面図である。
物理量検出装置３００は、ハウジング３０２と、表カバー３０３と、裏カバー３０４とを備えている。ハウジング３０２は、合成樹脂製材料をモールド成形することによって構成されており、物理量検出装置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３１１と、フランジ３１１から突出して外部機器との電気的な接続を行うためのコネクタを有する外部接続部３２１と、フランジ３１１から主通路１２４の中心に向かって突出するように延びる計測部３３１を有している。
【００２４】
計測部３３１には、ハウジング３０２をモールド成形する際にインサート成形により回路基板４００が一体に設けられている（図７〜図９を参照）。回路基板４００には、主通路１２４を流れる被計測気体３０の物理量を検出するための少なくとも一つの検出素子と、検出素子で検出した信号を処理するための回路部とが設けられている。検出素子は、回路基板４００の表面または裏面のうち、被計測気体３０に晒される位置、すなわち主通路１２４内あるいは第１副通路３０５、第２副通路３０６内に暴露されて被計測気体３０と接触する接触面４０１ａに設けられている。そして、回路基板４００と検出素子との電気的接続部分は、合成樹脂材によって封止されている。回路部は、表カバー３０３によって密閉された回路室Ｒｃに配置されている。
【００２５】
計測部３３１の表面と裏面には副通路溝が設けられており、表カバー３０３及び裏カバー３０４との協働により第１副通路３０５が形成されている。計測部３３１の先端部には、吸入空気などの被計測気体３０の一部を第１副通路３０５に取り込むための第１副通路入口３０５ａと、第１副通路３０５から被計測気体３０を主通路１２４に戻すための第１副通路出口３０５ｂが設けられている。第１副通路３０５の通路途中には、回路基板４００の一部が突出しており、その突出部分には検出素子である流量検出部６０２（図７を参照）が配置されて、被計測気体３０の流量を検出するようになっている。
【００２６】
第１副通路３０５よりもフランジ３１１寄りの位置には、裏カバー３０４との協働により第２副通路３０６が形成されている。計測部３３１の長さ方向中間位置には吸入空気などの被計測気体３０の一部を取り込むための第２副通路入口３０６ａと、第２副通路３０６から被計測気体３０を主通路１２４に戻すための第２副通路出口３０６ｂが設けられている。第２副通路３０６の通路途中には、センサ室Ｒｓが設けられており、回路基板４００の裏面に設けられた検出部である圧力センサ（圧力検出素子）４２１と湿度センサ（温湿度検出素子）４２２が配置されて、被計測気体３０の圧力と湿度と温度を検出するようになっている。
【００２７】
２.２  物理量検出装置３００の外観構造に基づく効果
物理量検出装置３００は、フランジ３１１から主通路１２４の中心方向に向かって延びる計測部３３１の中間部に第２副通路入口３０６ａが設けられ、計測部３３１の先端部に第１副通路入口３０５ａが設けられている。したがって、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の気体を第１副通路３０５及び第２副通路３０６にそれぞれ取り込むことができる。従って、物理量検出装置３００は、主通路１２４の内壁面から離れた部分の気体の物理量を測定することができ、熱や内壁面近傍の流速低下に関係する物理量の計測誤差を低減できる。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。
【００２８】
計測部３３１は、主通路１２４の外壁から中央に向かう軸に沿って長く伸びる形状を成しているが、厚さ幅は、図４及び図５に記載の如く、狭い形状を成している。即ち、物理量検出装置３００の計測部３３１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、物理量検出装置３００は、十分な長さの第１副通路３０５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。このため、物理量検出装置３００は、流体抵抗を小さい値に抑えられると共に高い精度で被計測気体３０の流量を計測することが可能である。
【００２９】
２.３  フランジ３１１の構造と効果
フランジ３１１には、主通路１２４と対向する下面３１２に、窪み３１３が複数個設けられており、主通路１２４との間の熱伝達面を低減し、物理量検出装置３００が熱の影響を受け難くしている。物理量検出装置３００は、主通路１２４に設けられた取り付け孔から内部に計測部３３１が挿入され、主通路１２４にフランジ３１１の下面３１２が対向する。主通路１２４は例えば吸気ボディであり、主通路１２４が高温に維持されていることが多い。逆に寒冷地での始動時には、主通路１２４が極めて低い温度であることが考えられる。このような主通路１２４の高温あるいは低温の状態が種々の物理量の計測に影響を及ぼすと、計測精度が低下する。フランジ３１１は、下面３１２に窪み３１３を有しており、主通路１２４に対向する下面３１２と主通路１２４との間に空間が成形されている。したがって、物理量検出装置３００に対する主通路１２４からの熱伝達を低減し、熱による測定精度の低下を防止できる。
【００３０】
フランジ３１１には、主通路１２４と対向する下面３１２に、窪み３１３が複数個設けられており、主通路１２４との間の熱伝達面を低減し、物理量検出装置３００が熱の影響を受け難くしている。物理量検出装置３００は、主通路１２４に設けられた取り付け孔から内部に計測部３３１が挿入され、主通路１２４にフランジ３１１の下面３１２が対向する。主通路１２４は例えば吸気ボディであり、主通路１２４が高温に維持されていることが多い。逆に寒冷地での始動時には、主通路１２４が極めて低い温度であることが考えられる。このような主通路１２４の高温あるいは低温の状態が、後述する温度検出部４５１や流量計測に影響を及ぼすと、計測精度が低下する。フランジ３１１は、下面３１２に窪み３１３を有しており、主通路１２４に対向する下面３１２と主通路１２４との間に空間が成形されている。したがって、物理量検出装置３００に対する主通路１２４からの熱伝達を低減し、熱による測定精度の低下を防止できる。
【００３１】
フランジ３１１のねじ孔３１４は、物理量検出装置３００を主通路１２４に固定するためのもので、これらのねじ孔３１４の周囲の主通路１２４に対向する面が主通路１２４から遠ざけられるように、各ねじ孔３１４の周囲の主通路１２４に対向する面と主通路１２４との間に空間が成形されている。このようにすることで、物理量検出装置３００に対する主通路１２４からの熱伝達を低減し、熱による測定精度の低下を防止できる構造をしている。
【００３２】
２.４  外部接続部３２１の構造
外部接続部３２１は、フランジ３１１の上面に設けられてフランジ３１１から被計測気体３０の流れ方向下流側に向かって突出するコネクタ３２２を有している。コネクタ３２２には、制御装置２００との間を接続する通信ケーブルを差し込むための差し込み穴３２２ａが設けられている。差し込み穴３２２ａ内には、図５に示すように、内部に４本の外部端子３２３が設けられている。外部端子３２３は、物理量検出装置３００の計測結果である物理量の情報を出力するための端子および物理量検出装置３００が動作するための直流電力を供給するための電源端子となる。
【００３３】
コネクタ３２２は、フランジ３１１から被計測気体３０の流れ方向下流側に向かって突出し、流れ方向下流側から上流側に向かって差し込む形状を有しているが、この形状に限定されるものではなく、例えばフランジ３１１の上面から垂直に突出して、計測部３３１の延出方向に沿って差し込む形状を有していてもよく、種々の変更が可能である。
【００３４】
３.  ハウジングの全体構造とその効果
３．１  ハウジング３０２の全体構造
次に、ハウジング３０２の全体構造について図７〜図９を用いて説明する。図７〜図９は、物理量検出装置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の状態を示す図であり、図７はハウジング３０２の正面図、図８はハウジング３０２の背面図、図９は図７のＡ−Ａ線断面図である。
【００３５】
ハウジング３０２は、フランジ３１１から計測部３３１が主通路１２４の中心に向かって延びる構造を成している。計測部３３１の基端側には回路基板４００がインサート成形されている。回路基板４００は、計測部３３１の表面と裏面との中間位置で計測部３３１の面に沿って平行に配置されて、ハウジング３０２に一体にモールドされており、計測部３３１の基端側を厚さ方向一方側と他方側とに区画している。
【００３６】
計測部３３１の表面側には、回路基板４００の回路部を収容する回路室Ｒｃが形成され、裏面側には、圧力センサ４２１と湿度センサ４２２を収容するセンサ室Ｒｓが形成されている。回路室Ｒｃは、表カバー３０３をハウジング３０２に取り付けることにより密閉され、外部から完全に隔離される。センサ室Ｒｓは、裏カバー３０４をハウジング３０２に取り付けることにより形成される。センサ室Ｒｓは、第２副通路３０６の通路途中位置に設けられて、計測部３３１の外部に連通する室内空間を形成する。回路基板４００の一部は、計測部３３１の回路室Ｒｃと第１副通路３０５との間を仕切る仕切壁３３５から第１副通路３０５内に突出しており、その突出した部分の計測用流路面４３０に流量検出部６０２が設けられている。
【００３７】
３．２  第１副通路溝の構造
計測部３３１の長さ方向先端側には、第１副通路３０５を成形するための副通路溝が設けられている。第１副通路３０５を形成するための副通路溝は、図７に示される表側副通路溝３３２と、図８に示される裏側副通路溝３３４を有している。表側副通路溝３３２は、図７に示すように、計測部３３１の下流側外壁３３８に開口する第１副通路出口３０５ｂから上流側外壁３３６に向かって移行するに従って漸次計測部３３１の基端側であるフランジ３１１側に湾曲し、上流側外壁３３６の近傍位置で、計測部３３１を厚さ方向に貫通する開口部３３３に連通している。開口部３３３は、上流側外壁３３６と下流側外壁３３８との間に亘って延びるように、主通路１２４の被計測気体３０の流れ方向に沿って形成されている。
【００３８】
裏側副通路溝３３４は、図８に示すように、上流側外壁３３６から下流側外壁３３８に向かって移行し、上流側外壁３３６と下流側外壁３３８との中間位置で二股に分かれて、一方は、排出通路としてそのまま一直線状に延在して下流側外壁３３８の排出口３０５ｃに開口し、他方は、下流側外壁３３８に移行するに従って漸次計測部３３１の基端側であるフランジ３１１側に湾曲し、下流側外壁３３８の近傍位置で、開口部３３３に連通している。
【００３９】
裏側副通路溝３３４は、主通路１２４から被計測気体３０が流入する入口溝を形成し、表側副通路溝３３２は、裏側副通路溝３３４から取り込んだ被計測気体３０を主通路１２４に戻す出口溝を形成する。表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４はハウジング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として取り込むことができる。主通路１２４の内壁面近傍を流れる気体は、主通路１２４の壁面温度の影響を受け、吸入空気などの主通路１２４を流れる気体の平均温度と異なる温度を有することが多い。また主通路１２４の内壁面近傍を流れる気体は、主通路１２４を流れる気体の平均流速より遅い流速を示すことが多い。実施例の物理量検出装置３００ではこのような影響を受け難いので、計測精度の低下を抑制できる。
【００４０】
図８に示すように、主通路１２４を流れる被計測気体３０の一部が第１副通路入口３０５ａから裏側副通路溝３３４内に取り込まれ、裏側副通路溝３３４内を流れる。そして、被計測気体３０に含まれている質量の大きな異物は一部の被計測気体と共に分岐からそのまま一直線状に延在する排出通路に流れ込み、下流側外壁３３８の排出口３０５ｃから主通路１２４に排出される。
【００４１】
裏側副通路溝３３４は、進むにつれて深くなる形状をしており、被計測気体３０は裏側副通路溝３３４に沿って流れるにつれ計測部３３１の表側に徐々に移動する。特に裏側副通路溝３３４は開口部３３３の手前で急激に深くなる急傾斜部３３４ａが設けられていて、質量の小さい空気の一部は急傾斜部３３４ａに沿って移動し、開口部３３３内で回路基板４００の計測用流路面４３０側を流れる。一方、質量の大きい異物は、急激な進路変更が困難なため、計測用流路面裏面４３１側を流れる。
【００４２】
図７に示すように、開口部３３３で表側に移動した被計測気体３０は、回路基板の計測用流路面４３０に沿って流れ、計測用流路面４３０に設けられた流量検出部６０２との間で熱伝達が行われ、流量の計測が行われる。開口部３３３から表側副通路溝３３２に流れてきた空気は共に表側副通路溝３３２に沿って流れ、下流側外壁３３８に開口する第１副通路出口３０５ｂから主通路１２４に排出される。
【００４３】
被計測気体３０に混入しているごみなどの質量の大きい物質は慣性力が大きいので、溝の深さが急激に深まる急傾斜部３３４ａの部分の表面に沿って溝の深い方向に急激に進路を変えることは困難である。このため質量の大きい異物は計測用流路面裏面４３１の方を移動し、異物が流量検出部６０２の近くを通るのを抑制できる。この実施例では気体以外の質量の大きい異物の多くが、計測用流路面４３０の背面である計測用流路面裏面４３１を通過するように構成しているので、油分やカーボン、ごみなどの異物による汚れの影響を低減でき、計測精度の低下を抑制できる。すなわち主通路１２４の流れの軸を横切る軸に沿って被計測気体３０の進路を急に変化させる形状を有しているので、被計測気体３０に混入する異物の影響を低減できる。
【００４４】
３．３  第２副通路の構造
第２副通路３０６は、被計測気体３０の流れ方向に沿うように、フランジ３１１と平行に第２副通路入口３０６ａと第２副通路出口３０６ｂとの間に亘って形成されている。第２副通路入口３０６ａは、上流側外壁３３６の一部を切り欠いて形成され、第２副通路出口３０６ｂは、下流側外壁３３８の一部を切り欠いて形成されている。具体的には、仕切壁３３５の上面に連続して沿う位置において、計測部３３１の裏面側から上流側外壁３３６の一部と下流側外壁３３８の一部を切り欠いて形成されている。第２副通路入口３０６ａと第２副通路出口３０６ｂは、回路基板４００の裏面と面一になる深さ位置まで切り欠かれている。第２副通路３０６は、回路基板４００の基板本体４０１の裏面に沿って被計測気体３０が通過するので、基板本体４０１を冷却するクーリングチャンネルとして機能する。基板本体４０１の裏面には、第２副通路３０６に暴露され、第２副通路３０６を通過する被計測気体３０に晒されて接触する接触面４０１ａが形成されている。回路基板４００は、ＬＳＩやマイコンなどの熱を持つものが多く、これらの熱を基板本体４０１の裏面の接触面４０１ａに伝達し、第２副通路３０６を通過する被計測気体３０によって放熱することができる。
【００４５】
第２副通路入口３０６ａから第２副通路３０６に流れ込んだ被計測気体３０の一部は、センサ室Ｒｓに流れ込み、センサ室Ｒｓ内の圧力センサ４２１によって圧力が検出され、湿度センサ４２２によって相対湿度と温度が検出される。センサ室Ｒｓは、第２副通路入口３０６ａと第２副通路出口３０６ｂとの間を結ぶ直線部分よりもフランジ３１１側に偏った位置に配置されているので、第２副通路３０６を通過する被計測気体３０の動圧の影響を小さくすることができ、センサ室Ｒｓ内における圧力センサ４２１の検出精度を向上させることができる。
【００４６】
また、本実施例では、センサ室Ｒｓ内において、比較的外形の大きい圧力センサ４２１が上流側に配置され、比較的外形の小さい湿度センサ４２２が圧力センサ４２１の下流側に配置されているので、被計測気体３０と共に流れ込んだ汚損物や水滴は、圧力センサ４２１に付着し、湿度センサ４２２への付着が抑制される。従って、汚損物や水滴に対して耐性が低い湿度センサ４２２を保護することができる。
【００４７】
圧力センサ４２１と湿度センサ４２２は、流量検出部６０２と比較して被計測気体３０の流れに影響を受けにくく、特に湿度センサ４２２は、被計測気体３０における水分の拡散レベルさえ確保できればよいので、一直線状の第２副通路３０６に隣接したセンサ室Ｒｓに設けることができる。これに対して、流量検出部６０２は、ある一定以上の流速を要し、また、塵埃や汚損物を遠ざける必要や、脈動に対する影響も考慮する必要がある。したがって、流量検出部６０２は、ループ状に周回する形状を有する第１副通路３０５に設けられている。
【００４８】
裏カバー３０４には、第２副通路３０６のセンサ室Ｒｓを区画する区画壁３５２Ａ、３５２Ｂが設けられている。区画壁３５２Ａ、３５２Ｂは、圧力センサ４２１に対する動圧の影響を小さくし、湿度センサ４２２への汚損物や水滴の付着を抑制できる。図８に示す例では、センサ室Ｒｓに２つの圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂが被計測気体３０の流れ方向に沿って一列に並んで設けられており、これらの圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂの下流に１つの湿度センサ４２２が設けられている。そして、区画壁３５２Ａ、３５２Ｂは、ハウジング３０２に裏カバー３０４を取り付けることによって、第２副通路３０６の直線部分とセンサ室Ｒｓとの間に介在するように配置される。具体的には、上流側の圧力センサ４２１Ａとセンサ室Ｒｓの上流側外壁３３６との間に区画壁３５２Ａが配置され、下流側の圧力センサ４２１Ｂとセンサ室Ｒｓの下流側外壁３３８との間に区画壁３５２Ｂが配置される。したがって、第２副通路入口３０６ａから第２副通路３０６内に流入した被計測気体３０は、区画壁３５２Ａ、３５２Ｂに沿って流れ、その一部が区画壁３５２Ａと３５２Ｂとの間からセンサ室Ｒｓ内に流れ込み、圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂと湿度センサ４２２によってそれぞれの物理量が検出される。
【００４９】
３.４  表カバー３０３と裏カバー３０４の形状と効果
図１０は表カバー３０３の外観を示す図であり、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１１は裏カバー３０４の外観を示す図であり、図１１（ａ）は正面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００５０】
図１０および図１１において、表カバー３０３や裏カバー３０４は、ハウジング３０２の表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４を覆うことにより、第１副通路３０５を作る。また、表カバー３０３は、密閉された回路室Ｒｃを作り、裏カバー３０４は、計測部３３１の裏面側の凹部を塞いでセンサ室Ｒｓを有する第２副通路３０６を作る。
【００５１】
表カバー３０３は、流量検出部６０２に対向する位置に突起部３５６を備えており、計測用流路面４３０との間に絞りを作るのに使用される。このため、成形精度が高いことが望ましい。表カバー３０３や裏カバー３０４は、金型に熱可塑性樹脂を注入する樹脂モールド工程により作られるので、高い成形精度で作ることができる。
【００５２】
表カバー３０３と裏カバー３０４には、計測部３３１から突出する複数の固定ピン３５０がそれぞれ挿入される複数の固定穴３５１が設けられている。表カバー３０３と裏カバー３０４は、計測部３３１の表面と裏面にそれぞれ取り付けられ、その際に、固定穴３５１に固定ピン３５０が挿入されて位置決めがなされる。そして、表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４の縁に沿ってレーザ溶接等により接合され、同様に、回路室Ｒｃ及びセンサ室Ｒｓの縁に沿ってレーザ溶接等により接合される。
【００５３】
３.５  回路基板４００のハウジング３０２による固定構造と効果
次に、回路基板４００のハウジング３０２への樹脂モールド工程による固定について説明する。副通路を成形する副通路溝の所定の場所、例えば本実施例では、表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４のつながりの部分である開口部３３３に、回路基板４００の流量検出部６０２が配置されるように、回路基板４００がハウジング３０２に一体にモールドされている。
【００５４】
ハウジング３０２の計測部３３１には、回路基板４００のベース部４０２の外周縁部をハウジング３０２に樹脂モールドにより埋設して固定する部分が、固定部３７２、３７３として設けられている。固定部３７２、３７３は、回路基板４００のベース部４０２の外周縁部を表側と裏側から挟み込んで固定している。
【００５５】
ハウジング３０２は、樹脂モールド工程にて製造する。この樹脂モールド工程で、回路基板４００をハウジング３０２の樹脂内に内蔵して、ハウジング３０２内に樹脂モールドにより固定する。このようにすることで、流量検出部６０２が被計測気体３０との間で熱伝達を行って流量を計測するための副通路、例えば表側副通路溝３３２や裏側副通路溝３３４の形状との関係である位置関係や方向の関係などを、極めて高い精度で維持することができ、回路基板４００毎に生じる誤差やばらつきを非常に小さい値に抑え込むことが可能となる。結果として回路基板４００の計測精度を大きく改善できる。例えば従来の接着剤を使用して固定する方式に比べて、飛躍的に計測精度を向上できる。
【００５６】
物理量検出装置３００は量産により生産されることが多く、ここに厳密に計測しながら接着剤で接着する方法には、計測精度の向上に関して限界がある。しかし、本実施例のように被計測気体３０を流す副通路を成形する樹脂モールド工程にて副通路を成形すると同時に回路基板４００を固定することで、計測精度のばらつきを大幅に低減でき、各物理量検出装置３００の計測精度を大幅に向上することが可能となる。
【００５７】
例えば図７〜図９に示す実施例でさらに説明すると、表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４と流量検出部６０２との間に関係を、規定の関係となるように高い精度で回路基板４００をハウジング３０２に固定できる。このことにより量産される物理量検出装置３００においてそれぞれ、各回路基板４００の流量検出部６０２と第１副通路３０５との位置関係や形状などの関係を、非常に高い精度で、定常的に得ることが可能となる。
【００５８】
回路基板４００の流量検出部６０２が固定配置された第１副通路３０５は、例えば表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４とが非常に高い精度で成形できるので、これらの副通路溝３３２、３３４から第１副通路３０５を成形する作業は、表カバー３０３や裏カバー３０４でハウジング３０２の両面を覆う作業である。この作業は大変シンプルで、計測精度を低下させる要因が少ない作業工程である。また表カバー３０３や裏カバー３０４は成形精度の高い樹脂モールド工程により生産される。従って回路基板４００の流量検出部６０２と規定の関係で設けられる副通路を高い精度で完成することが可能である。このような方法により、計測精度の向上に加え、高い生産性が得られる。
【００５９】
本発明に係る実施例では、回路基板４００を樹脂モールドにより固定すると共に同時に樹脂モールドで第１副通路３０５を成形するための副通路溝を成形する。このようにすることにより、副通路溝の形状、および副通路溝に極めて高い精度で流量検出部６０２を固定できる。
【００６０】
流量の計測に関係する部分、例えば流量検出部６０２や流量検出部６０２が取り付けられる計測用流路面４３０は、回路基板４００の表面に設けられる。流量検出部６０２と計測用流路面４３０は、ハウジング３０２を成形する樹脂から露出させる。すなわち、流量検出部６０２と計測用流路面４３０を、ハウジング３０２を成形する樹脂で覆わないようにして第１副通路３０５を通過する被計測気体３０に晒されるように暴露させる。回路基板４００の流量検出部６０２や計測用流路面４３０を、そのままハウジング３０２の樹脂モールド後も利用し、物理量検出装置３００の流量計測に使用する。このようにすることで計測精度が向上する。
【００６１】
本発明に係る実施例では、回路基板４００をハウジング３０２に一体成形することにより、第１副通路３０５を有するハウジング３０２に回路基板４００を固定しているので、回路基板４００をハウジング３０２に確実に固定できる。特に、回路基板４００の突出部４０３が仕切壁３３５を貫通して第１副通路３０５に突出する構成を有しているので、第１副通路３０５と回路室Ｒｃとの間のシール性が高く、第１副通路３０５から回路室Ｒｃに被計測気体３０が漏れ入るのを防ぎ、回路基板４００の回路部品や配線等が被計測気体３０と接触して腐蝕するのを防ぐことができる。
【００６２】
４.  回路基板４００の構成
４.１  回路基板４００の外観構造と効果
図１２、図１３に回路基板４００の外観を示す。なお、回路基板４００の外観上に記載した斜線部分は、樹脂モールド工程でハウジング３０２を成形する際に熱可塑性のモールド樹脂により回路基板４００が覆われて固定される固定面４３２および固定面４３４を示す。
【００６３】
図１２は、回路基板の正面図、図１３回路基板の背面図である。
回路基板４００は、基板本体４０１を有しており、基板本体４０１の表面に回路部とセンシング素子である流量検出部６０２が設けられ、基板本体４０１の裏面にセンシング素子である圧力センサ４２１と湿度センサ４２２が設けられている。基板本体４０１は、ガラスエポキシ樹脂製の材料により構成されており、従来のセラミックス製の基板よりも、ハウジング３０２を成形している熱可塑性樹脂の熱膨張係数と近似した値を有している。したがって、ハウジング３０２にインサート成形した際に熱膨張係数の差による応力を低減でき、回路基板４００の歪みを小さくすることができる。
【００６４】
基板本体４０１は、一定厚さを有する平板形状を有しており、略四角形状のベース部４０２と、ベース部４０２の一辺から突出してベース部４０２よりも一回り小さな略四角形状の突出部４０３とを有する、平面視略Ｔ字形状をなしている。ベース部４０２の表面には、回路部が設けられている。回路部は、図示していない回路配線の上に、ＬＳＩ４１４、マイコン４１５、電源レギュレータ４１６、抵抗やコンデンサなどのチップ部品４１７などの電子部品が実装されて構成されている。電源レギュレータ４１６は、マイコン４１５やＬＳＩ４１４などの他の電子部品と比較して発熱量が多いので、回路室Ｒｃにおいて比較的上流側に配置されている。ＬＳＩ４１４は、アルミワイヤや金線ワイヤなどのメタルワイヤを含むように全体が合成樹脂材４１９で封止されており、インサート成形する際の回路基板４００の取り扱い性を向上させている。
【００６５】
基板本体４０１の表面には、ＬＳＩ４１４が嵌入される凹部４０２ａが凹設されている。この凹部４０２ａは、基板本体４０１にレーザ加工を施すことによって形成できる。ガラスエポキシ樹脂製の基板本体４０１は、セラミック製の基板本体と比較して加工が容易であり、凹部４０２ａを容易に設けることができる。凹部４０２ａは、ＬＳＩ４１４の表面が基板本体４０１の表面と面一になる深さを有している。このようにＬＳＩ４１４の表面と基板本体４０１の表面の高さを一致させることによって、ＬＳＩ４１４と基板本体４０１との間をメタルワイヤで結ぶワイヤボンディングが容易になり、回路基板４００の製造が容易になる。ＬＳＩ４１４は、例えば基板本体４０１の表面に直接設けることもできる。かかる構造の場合、ＬＳＩ４１４を被覆する合成樹脂材４１９がより大きく突出することになるが、基板本体４０１に凹部４０２ａを形成する加工が不要になり、製造を簡単化できる。
【００６６】
突出部４０３は、回路基板４００をハウジング３０２にインサート成形した際に、第１副通路３０５内に配置され、突出部４０３の表面である計測用流路面４３０が被計測気体３０の流れ方向に沿って延びる。突出部４０３の計測用流路面４３０には、流量検出部６０２が設けられている。流量検出部６０２は、被計測気体３０と熱伝達を行い、被計測気体３０の状態、例えば被計測気体３０の流速を計測し、主通路１２４を流れる流量を表す電気信号を出力する。流量検出部６０２が高精度で被計測気体３０の状態を計測するには、計測用流路面４３０の近傍を流れる気体が層流であり乱れが少ないことが望ましい。このため流量検出部６０２の表面と計測用流路面４３０の面とが面一、もしくは差が所定値以下であることが望ましい。
【００６７】
計測用流路面４３０の表面には凹部４０３ａが凹設されており、流量検出部６０２が嵌入されている。この凹部４０３ａもレーザ加工を施すことによって形成できる。凹部４０３ａは、流量検出部６０２の表面が計測用流路面４３０の表面と面一になる深さを有している。流量検出部６０２とその配線部分は、合成樹脂材４１８で被覆されており、塩水の付着により電食が生ずるのを防いでいる。
【００６８】
基板本体４０１の裏面には、２つの圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂと、１つの湿度センサ４２２が設けられている。２つの圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂは、上流側と下流側に分かれて一列に配置されている。そして、圧力センサ４２１Ｂの下流側に湿度センサ４２２が配置されている。これら２つの圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂと、１つの湿度センサ４２２は、センサ室Ｒｓ内に配置されている。図８に示す例では、２つの圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂと、一つの湿度センサ４２２を有する場合について説明したが、圧力センサ４２１Ｂと湿度センサ４２２だけでもよく、また湿度センサ４２２のみを設けてもよい。
【００６９】
回路基板４００は、基板本体４０１の裏面が第２副通路３０６の通路壁面の一部を構成している。したがって、第２副通路３０６を通過する被計測気体３０によって、基板本体４０１を冷却することができる。したがって、ＬＳＩやマイコンなどの熱が基板本体４０１の裏面に伝達し、第２副通路３０６を通過する被計測気体３０によって放熱することができる。
【００７０】
４．２  センサの電気的接続部分を合成樹脂材により封止する構造及びその効果
図１４Ａは、回路基板４００の基板本体４０１の裏面を示す図であって、合成樹脂材により電気的接続部を封止した状態を示す図であり、図１４Ｂは、合成樹脂材によって電気的接続部を封止する前の状態を示す図であり、図１４Ｃは、図１４ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【００７１】
圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂと湿度センサ４２２は、図１４Ｂに示すように、センサ本体の外形が直方体形状を有しており、それぞれにおいて互いに対向する一対の側面に複数の接続端子４２１ａ、４２２ａが設けられている。圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂは、図１４Ｃに示すように、基板本体４０１の表面に形成された平面状の接続端子４０４の上に、接続端子４２１ａが重ね合わされてはんだ付けされることによって回路基板４００と電気的に接続されている。湿度センサ４２２についても、特に図示していないが、圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂと同様に、基板表面の平板状の接続端子の上に、接続端子４２２ａが重ね合わされてはんだ付けされることによって回路基板４００と電気的に接続されている。
【００７２】
これらの電気的接続部分が露出していると、被計測気体３０に含まれている塩水や不純物を含む水（以下、水等）が互いに隣り合う端子間に亘って架け渡されるように付着した場合に、電位差が生じて電気的接続部分に腐食、いわゆる電食が発生するおそれがある。特に、圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂと湿度センサ４２２は、基板本体４０１の基板面のうち被計測気体３０が接触する部分である接触面４０１ａに設けられており、被計測気体が通過する第２副通路３０６に暴露されているので、被計測気体３０に含まれている水等が付着する可能性が高い。また、圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂと湿度センサ４２２は、回路基板４００の表面に実装されるタイプのセンサであるので、互いに隣り合う接続端子４２１ａ同士、あるいは接続端子４２２ａ同士の間隔が狭く、水等が付着した場合に、端子間に亘って架け渡されるようになりやすい。
【００７３】
したがって、本実施例では、回路基板４００と圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂ及び湿度センサ４２２との間の電気的接続部分をシリコン接着剤やエポキシ接着剤などの絶縁性を有する合成樹脂材４０５によって封止している。したがって、被計測気体３０に含まれている水等が電気的接続部分に付着するのを防止して電食の発生を未然に防ぐことができる。電食の発生を未然に防ぐためには、水等が二つの電気的接続部分の間に亘って架け渡されるように付着するのを防ぐことができればよいため、二つの電気的接続部分のうちのいずれか一方を合成樹脂材によって封止する構成としてもよい。
【００７４】
そして、本実施例では、圧力センサ４２１Ａ、４２１Ｂと湿度センサ４２２の周囲が全周に亘って連続して合成樹脂材４０５で覆われており、これらの各センサ素子と基板本体４０１との間を完全に封止しており、図１４Ｃに示すような基板本体４０１との間に形成される隙間ｄ１に水等が入り込むのを防いでいる。したがって、これらの各センサ素子と回路基板４００との電気的接続部分に電食が発生するのを防ぐことができる。したがって、回路基板４００の基板面に実装されたこれらのセンサ素子を、被計測気体３０が接触する位置に暴露することが可能となる。
【００７５】
４.３  温度検出部４５１の構造
ベース部４０２の上流側の端辺で且つ突出部４０３側の角部には、温度検出部４５１が設けられている。温度検出部４５１は、主通路１２４を流れる被計測気体３０の物理量を検出するための検出部の一つを構成するものであり、回路基板４００に設けられている。温度検出部４５１は、回路部とは異なる面、すなわち基板本体４０１の裏面の接触面４０１ａに配置されており、被計測気体３０に接触する位置に暴露されている。
【００７６】
回路基板４００は、第２副通路３０６の第２副通路入口３０６ａから被計測気体３０の上流に向かって突出する突起部４５０を有している。そして、温度検出部４５１は、突起部４５０でかつ回路基板４００の裏面に設けられている。温度検出部４５１は、サーミスタからなる温度センサ（温度検出素子）４５３を有している。温度センサ４５３とその配線部分は、全体が合成樹脂材４０６で覆われている。
【００７７】
例えば図７に示すように、第２副通路入口３０６ａが設けられている計測部３３１の中央部では、ハウジング３０２を構成する計測部３３１内の上流側外壁３３６が下流側に向かって窪んでおり、前記窪み形状の上流側外壁３３６から回路基板４００の突起部４５０が上流側に向かって突出している。突起部４５０の先端は、上流側外壁３３６の最も上流側の面よりも凹んだ位置に配置されている。温度検出部４５１は、基板本体４０１の裏面、すなわち、第２副通路３０６側に面するように設けられている。
【００７８】
温度検出部４５１の下流側に、第２副通路入口３０６ａが形成されているので、第２副通路入口３０６ａから第２副通路３０６に流れ込む被計測気体３０は、温度検出部４５１に接触してから第２副通路入口３０６ａに流れ込み、温度検出部４５１に接触した際に温度が検出される。温度検出部４５１に接触した被計測気体３０は、そのまま第２副通路入口３０６ａから第２副通路３０６に流れ込み、第２副通路３０６を通過して第２副通路出口３０６ｂから主通路１２３に排出される。
【００７９】
４．４  温度検出部４５１に関係する効果
図１４Ｄは、図１４ＡのＢ−Ｂ線断面図である。
温度センサ４５３は、チップ型であり、両端に電気的な接続端子４５３ａを有している。温度センサ４５３は、図１４Ｄに示すように、基板本体４０１の表面に形成された接続端子４０７の上に、接続端子４５３ａが重ね合わされてはんだ付けされることによって基板本体４０１と電気的に接続されている。
【００８０】
これらの電気的接続部分が露出していると、被計測気体３０に含まれている水等が両端の端子４５３ａ間に亘って架け渡されるように付着した場合に、電位差が生じて電食が発生するおそれがある。特に、温度センサ４５３は、被計測気体３０が接触する基板本体４０１の接触面４０１ａに設けられており、被計測気体３０に対して暴露されているので、被計測気体３０に含まれている水等が付着する可能性が高い。また、温度センサ４５３は、表面に実装されるチップ型のセンサであるので、両端の端子４５３ａの間隔が狭く、端子間に亘って架け渡されるように水等が付着しやすい。
【００８１】
したがって、本実施例では、温度センサ４５３とその周囲をシリコン接着剤などの絶縁性の合成樹脂材４０６で覆うことにより、基板本体４０１と温度センサ４５３との間の電気的接続部分を封止している。したがって、被計測気体３０に含まれている水等が電気的接続部分に付着するのを防ぐことができ、電食の発生を防止できる。電食の発生を防止するためには、二つの電気的接続部分の間に亘って架け渡されるように水等が付着するのを防ぐことができればよいため、二つの電気的接続部分のうちのいずれか一方を合成樹脂材４０６によって封止する構成としてもよく、たとえば温度センサ４５３の一方の端子側のみを合成樹脂材４０６で封止してもよい。
【００８２】
本実施形態では、合成樹脂材４０６で温度センサ４５３全体を覆い、温度センサ４５３と基板本体４０１との間を完全に封止している。したがって、図１４Ｄに示すような温度センサ４５３と基板本体４０１との間に形成される隙間ｄ２に水等が入り込むのを防ぐことができ、電食の発生を防ぐことができる。
【００８３】
温度検出部４５１は、被計測気体３０の流れに沿う方向の上流側から第２副通路入口３０６ａに流入する気体の温度を検出する。その温度が検出された気体は、突起部４５０の先端側から基端部分に向かって流れることにより、突起部４５０の基端部分の温度を被計測気体３０の温度に近づく方向に冷却する作用を為す。主通路１２４である吸気管の温度が通常高くなり、フランジ３１１から計測部３３１内の上流側外壁あるいは回路基板４００を通って、突起部４５０の基端部分に熱が伝わり、温度検出部４５１による温度の計測精度に影響を与える恐れがある。上述のように、被計測気体３０が温度検出部４５１により計測された後、突起部４５０の基端部分に沿って流れることにより、該基端部分が冷却される。従って、フランジ３１１から計測部３１１内の上流側外壁あるいは回路基板４００を通って突起部４５０の基端部分に熱が伝わるのを抑制できる。
【００８４】
特に、突起部４５０の基端部分では、計測部３３１内の上流側外壁３３６が下流側に向かって凹む形状（図７および図８を参照）を成しているので、フランジ３１１から突起部４５０の基端部分までの上流側外壁の長さを長くでき、熱伝導距離が長くなるとともに、被計測気体３０による冷却部分の距離が長くなる。従って、フランジ３１１からもたらされる熱の影響を低減できる。突起部４５０は、回路基板４００において他部品の発熱の影響が最も小さい場所であり、かかる場所に温度センサ４５３が配置されている。
【００８５】
本実施例によれば、回路基板４００と温度センサ４５３との電気的接続部分の電食を防止できるので、回路基板４００において温度センサ４５３を実装した部分を被計測気体３０に接触する位置に暴露させることができる。これにより、回路基板４００に温度センサ４５３を配置しても、被計測気体３０の気流により熱交換が行われるため、応答性を高めて正しい吸気温度が測定できる。さらに、センサの実装を回路基板４００の基板面に集約できるため、従来のようなハウジング上の検出素子用のターミナル部品の廃止や実装工法の統一による組立工数の削減につながり、製品の低価格化を図ることができる。また、ハウジングの検出素子の搭載スペースを廃止できるため、モジュール構造を簡単化できる。
【００８６】
４.５  樹脂モールド工程による回路基板４００の固定とその効果
物理量検出装置３００は、計測用流路面４３０および計測用流路面４３０に設けられている流量検出部６０２と副通路の形状との関係が、規定された一定の関係となるように、高い精度で維持されることが重要である。
【００８７】
樹脂モールド工程において、副通路を成形すると共に同時に副通路を成形するハウジング３０２に回路基板４００を固定するので、前記副通路と計測用流路面４３０および流量検出部６０２との関係を極めて高い精度で維持できる。すなわち、樹脂モールド工程において回路基板４００をハウジング３０２に固定するので、副通路を備えたハウジング３０２を成形するための金型内に、回路基板４００を高い精度で位置決めして固定することが可能となる。この金型内に高温の熱可塑性樹脂を注入することで、副通路が高い精度で成形されると共に、回路基板４００が高い精度で固定される。したがって、回路基板４００毎に生じる誤差やばらつきを非常に小さい値に抑え込むことが可能となる。結果として回路基板４００の計測精度を大きく改善できる。この実施例では、基板本体４０１のベース部４０２の外周を、ハウジング３０２を成形するモールド樹脂の固定部３７２、３７３で覆って固定面４３２、４３４としている。
【００８８】
５.  物理量検出装置３００の回路構成
５.１  物理量検出装置３００の信号処理
図１５に物理量検出装置３００の信号の入出力関係を示す。本実施例では、1枚の回路基板４００の表面と裏面の両方にそれぞれ物理量検出センサを搭載し、基板の小型化を図っている。そのため、信号処理においても、電子回路部品を少なくするため１つのマイコン４１５で各物理量センサからの全信号を取込み、制御装置２００で読み取り可能な信号生成および補正が行われる。また、図７および図９に示すように、回路基板４００は、電気的な信号はＡＬワイヤ３２４および外部端子３２３を介して制御装置２００へ伝送される。
【００８９】
５.２  物理量検出装置３００の回路構成の全体
図１６は物理量検出装置３００の回路図である。物理量検出装置３００は、流量検出回路６０１と、温湿度検出回路７０１を有している。
流量検出回路６０１は、発熱体６０８を有する流量検出部６０２と処理部６０４とを備えている。処理部６０４は、流量検出部６０２の発熱体６０８の発熱量を制御すると共に、流量検出部６０２の出力に基づいて流量を表す信号を、端子６６２を介してマイコン４１５に出力する。前記処理を行うために、処理部６０４は、Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ(以下ＣＰＵと記す)６１２と入力回路６１４、出力回路６１６、補正値や計測値と流量との関係を表すデータを保持するメモリ６１８、一定電圧をそれぞれ必要な回路に供給する電源回路６２２を備えている。電源回路６２２には車載バッテリなどの外部電源から、端子６６４と図示していないグランド端子を介して直流電力が供給される。
【００９０】
流量検出部６０２には被計測気体３０を熱するための発熱体６０８が設けられている。電源回路６２２から、発熱体６０８の電流供給回路を構成するトランジスタ６０６のコレクタに電圧Ｖ１が供給され、ＣＰＵ６１２から出力回路６１６を介して前記トランジスタ６０６のベースに制御信号が加えられ、この制御信号に基づいて前記トランジスタ６０６から端子６２４を介して発熱体６０８に電流が供給される。発熱体６０８に供給される電流量は前記ＣＰＵ６１２から出力回路６１６を介して発熱体６０８の電流供給回路を構成するトランジスタ６０６に加えられる制御信号により制御される。処理部６０４は、発熱体６０８で熱せられることにより被計測気体３０の温度が当初の温度より所定温度、例えば１００℃、だけ高くなるように発熱体６０８の発熱量を制御する。
【００９１】
流量検出部６０２は、発熱体６０８の発熱量を制御するための発熱制御ブリッジ６４０と、流量を計測するための流量検知ブリッジ６５０と、を有している。発熱制御ブリッジ６４０の一端には、電源回路６２２から一定電圧Ｖ３が端子６２６を介して供給され、発熱制御ブリッジ６４０の他端はグランド端子６３０に接続されている。また流量検知ブリッジ６５０の一端には、電源回路６２２から一定電圧Ｖ２が端子６２５を介して供給され、流量検知ブリッジ６５０の他端はグランド端子６３０に接続されている。
【００９２】
発熱制御ブリッジ６４０は、熱せられた被計測気体３０の温度に基づいて抵抗値が変化する測温抵抗体である抵抗６４２を有しており、抵抗６４２と抵抗６４４、抵抗６４６、抵抗６４８はブリッジ回路を構成している。抵抗６４２と抵抗６４６の交点Ａおよび抵抗６４４と抵抗６４８との交点Ｂの電位差が端子６２７および端子６２８を介して入力回路６１４に入力され、ＣＰＵ６１２は交点Ａと交点Ｂ間の電位差が所定値、この実施例ではゼロボルト、になるようにトランジスタ６０６から供給される電流を制御して発熱体６０８の発熱量を制御する。図１６に記載の流量検出回路６０１は、被計測気体３０のもとの温度に対して一定温度、例えば常に１００℃、高くなるように発熱体６０８で被計測気体３０を加熱する。この加熱制御を高精度に行えるように、発熱体６０８で温められた被計測気体３０の温度が当初の温度に対して一定温度、例えば常に１００℃、高くなったときに、前記交点Ａと交点Ｂ間の電位差がゼロボルトとなるように発熱制御ブリッジ６４０を構成する各抵抗の抵抗値が設定されている。従って、流量検出回路６０１では、ＣＰＵ６１２は交点Ａと交点Ｂ間の電位差がゼロボルトとなるよう発熱体６０８への供給電流を制御する。
【００９３】
流量検知ブリッジ６５０は、抵抗６５２と抵抗６５４、抵抗６５６、抵抗６５８の４つの測温抵抗体で構成されている。これら４つの測温抵抗体は被計測気体３０の流れに沿って配置されており、抵抗６５２と抵抗６５４は発熱体６０８に対して被計測気体３０の流路における上流側に配置され、抵抗６５６と抵抗６５８は発熱体６０８に対して被計測気体３０の流路における下流側に配置されている。また計測精度を上げるために抵抗６５２と抵抗６５４は発熱体６０８までの距離が互いに略同じくなるように配置されており、抵抗６５６と抵抗６５８は発熱体６０８までの距離が互いに略同じくなるように配置されている。
【００９４】
抵抗６５２と抵抗６５６との交点Ｃと、抵抗６５４と抵抗６５８との交点Ｄとの間の電位差が端子６３２と端子６３１を介して入力回路６１４に入力される。計測精度を高めるために、例えば被計測気体３０の流れがゼロの状態で、前記交点Ｃと交点Ｄとの間の電位差がゼロとなるように流量検知ブリッジ６５０の各抵抗が設定されている。従って前記交点Ｃと交点Ｄとの間の電位差が、例えばゼロボルトの状態では、ＣＰＵ６１２は被計測気体３０の流量がゼロとの計測結果に基づき、主通路１２４の流量がゼロを意味する電気信号を端子６６２から出力する。
【００９５】
被計測気体３０が図１６の矢印方向に流れている場合、上流側に配置されている抵抗６５２や抵抗６５４は、被計測気体３０によって冷却され、被計測気体３０の下流側に配置されている抵抗６５６と抵抗６５８は、発熱体６０８により暖められた被計測気体３０により温められ、これら抵抗６５６と抵抗６５８の温度が上昇する。このため、流量検知ブリッジ６５０の交点Ｃと交点Ｄとの間に電位差が発生し、この電位差が端子６３１と端子６３２を介して、入力回路６１４に入力される。ＣＰＵ６１２は流量検知ブリッジ６５０の交点Ｃと交点Ｄとの間の電位差に基づいて、メモリ６１８に記憶されている前記電位差と主通路１２４の流量との関係を表すデータを検索し、主通路１２４の流量を求める。このようにして求められた主通路１２４の流量を表す電気信号が端子６６２を介して出力される。
【００９６】
上記メモリ６１８には、上記交点Ｃと交点Ｄとの電位差と主通路１２４の流量との関係を表すデータが記憶されており、さらに回路基板４００の生産後に、気体の実測値に基づいて求められた、ばらつきなどの測定誤差の低減のための補正データが記憶されている。
【００９７】
温湿度検出回路７０１は、温度センサ４５３と湿度センサ４２２から検出信号を入力するアンプ・Ａ／Ｄ等の入力回路と、出力回路と、補正値や温度と絶対湿度との関係を表すデータを保持するメモリと、一定電圧をそれぞれ必要な回路に供給する電源回路を備えている。流量検出回路６０１と温湿度検出回路７０１から出力された信号は、マイコン４１５に入力される。マイコン４１５は、流量計算部、温度計算部、及び絶対湿度計算部を有しており、信号に基づいて被計測気体３０の物理量である、流量、温度、絶対湿度を算出し、制御装置２００に出力する。
【００９８】
物理量検出装置３００と制御装置２００との間は通信ケーブルで接続されており、ＳＥＮＴ、ＬＩＮ、ＣＡＮなどの通信規格によりディジタル信号を用いた通信が行われている。本実施例では、マイコン４１５からＬＩＮドライバ４２０に信号が入力され、ＬＩＮドライバ４２０からＬＩＮ通信が行われる。物理量検出装置３００のＬＩＮドライバから制御装置２００に出力される情報は、単一または２線の通信ケーブルを用いてディジタル通信で重畳して出力される。
【００９９】
マイコン４１５の絶対湿度計算部は、湿度センサ４２２から出力された相対湿度の情報と温度情報に基づいて絶対湿度を計算し、その絶対湿度を誤差に基づいて補正する処理を行う。絶対湿度計算部により計算された補正後の絶対湿度は、制御装置２００で種々のエンジン運転制御に用いられる。また、制御装置２００は、総合誤差の情報を直接種々のエンジン運転制御に用いることもできる。
【０１００】
なお、上述の図１６に示す実施例では、物理量検出装置３００がＬＩＮドライバ４２０を有しており、ＬＩＮ通信を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ＬＩＮ通信を用いずに、マイコン４１５と直接通信を行ってもよい。
【０１０１】
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】
【０１０２】
３０  被計測気体
１２４  主通路
３００  物理量検出装置
３０２  ハウジング
３０３ 表カバー
３０４ 裏カバー
３０５ 第１副通路
３０５ａ 第１副通路入口
３０５ｂ 第１副通路出口
３０６ 第２副通路
３０６ａ 第２副通路入口
３０６ｂ 第２副通路出口
３１１ フランジ
３１２ 主通路１２４と対向する下面
３１３ 窪み
３１４ ねじ孔
３２１ 外部接続部
３２２ コネクタ
３２２ａ 差し込み穴
３２３ 外部端子
３３１ 計測部
３３２ 表側副通路溝
３３３ 開口部
３３４ 裏側副通路溝
３３４ａ 急傾斜部
３３６ 上流側外壁
３３８ 下流側外壁
３５０ カバー上流側突起部
３５１ カバー下流側突起部
４００  回路基板
４１５ 電子部品（マイコン）
４２１Ａ、４２１Ｂ  圧力センサ
４２２  湿度センサ
４３０  計測用流路面
４３１ 計測用流路面裏面
４３６ 熱伝達面露出部
４５０ 突出部
４５１ 温度検出部
４５３ 温度センサ
６０２ 流量検出部
【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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
2016031341.tif 000017
【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５】
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【図１６】
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