CN105393114A - 气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构 - Google Patents

气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构 Download PDF

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Abstract

本发明为了提供一种不会因气体中所含的颗粒或液滴等而堵塞气体导入口，从而可长期维持测量精度的气体传感器装置，在气体传感器装置(1)的壳体(3)内形成有膨胀室(6)和测量室(5)，膨胀室(6)经由吸气入口(8)与吸气通道(2)连通，测量室(5)经由连通部(7)与膨胀室(6)连通。由于具备气体导入口(8)和连通部(7)这双重的颈缩结构，并且在从气体导入口(8)到测量室(5)的路径上以两级方式设有容积扩大的区域，因此测量室(5)内的空气流动降低。因此，可增大气体导入口(8)的容积而制成不会因颗粒或液滴等而堵塞气体导入口的结构。

Description

气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构
技术领域
本发明涉及一种配备用以检测气体的浓度的浓度传感器元件的气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构。
背景技术
测量气体的浓度、温度等环境特性的气体传感器装置在各种技术领域中都有使用，例如在汽车用内燃机中，为了谋求低耗油量化而测量吸入空气量或吸入空气温度来控制最佳燃料喷射量。进而，为了最佳地运转内燃机，要求对温度以及以湿度为代表的浓度(以下，简记为浓度)这些环境参数进行高精度测量。这种测量温度、浓度的环境传感器元件在以氢为燃料的内燃机中也有使用。
在将环境传感器元件安装在内燃机的吸气通道内的情况下，将在主通道内流动的空气(气体)的一部分导入至壳体的副通道，从而利用被容纳在经由气体导入口与副通道连通的测量室内的浓度传感器元件来测量浓度例如湿度。如此，通过设为测量浓度的浓度传感器元件不直接暴露在空气流中的构成，而获得防尘效果或者降低因颗粒的碰撞所导致的传感器元件的破坏的效果。
若浓度传感器元件位于较副通道而言更靠近管壁的地方，则会因内燃机的温度上升而导致热量从内燃机中经由管壁传递而来，从而对浓度的测量精度产生不良影响。为了防止这种情况，已知有一种将测量室配置在较副通道而言更远离主通道的通道壁的通道中央侧的气体传感器装置(例如，参考专利文献1)。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010-151795号公报
发明内容
发明要解决的问题
由于空气流量的变动以及空气的脉动在吸气通道内会根据内燃机的运转状态而增加，因此使得导入至测量室的空气流动而导致检测精度劣化。为了防止该情况，必须减小去往测量室的气体导入口的容积。但是，若减小气体导入口的容积，则内燃机的吸气通道中所含的油、灰尘等颗粒或水滴会堆积在气体导入口的周侧面而堵塞气体导入口，因此会导致响应性明显降低，从而有测量精度受损之虞。
此外，在专利文献1中，作为测量浓度的浓度传感器元件，使用的是如下热式浓度传感器元件：利用相对于气体的浓度的热导率的差异，根据因从加热后的电阻器散发至环境中的散热量的差而产生的电阻值的变化量来测量浓度。在这种传感器元件中，导入至测量室的空气流量的变动或者空气的脉动是导致检测精度劣化的原因。
解决问题的技术手段
本发明的气体传感器元件包括：支承构件；浓度传感器元件，其具有检测部，并且被固定在支承构件上；以及壳体，其包括第1空腔部、气体导入口、第2空腔部及连通部，所述第1空腔部覆盖支承构件的至少固定有浓度传感器元件的区域，以露出检测部的方式容纳浓度传感器元件，所述气体导入口朝外部开口，所述第2空腔部设置在第1空腔部与气体导入口之间，所述连通部连通第1空腔部与第2空腔部。
此外，本发明的气体传感器装置的安装结构包括：气体传感器装置，其包括湿度传感器元件、流量传感器元件、支承构件及壳体，所述支承构件支承湿度传感器元件及流量传感器元件，所述壳体覆盖支承构件上的支承有湿度传感器元件的区域，壳体包括第1空腔部、气体导入口、第2空腔部及连通部，所述第1空腔部容纳有湿度传感器元件，所述第2空腔部设置在第1空腔部与气体导入口之间，所述连通部连通第1空腔部与第2空腔部；以及内燃机，其在吸气通道内安装有气体传感器装置，气体传感器装置的气体导入口配置在壳体上的与在吸气通道内流动的气体的流动方向大致平行的侧面，或者相对于在吸气通道内流动的气体而设置在壳体上的背面侧的侧面，流量传感器元件与第1空腔部或第2空腔部隔开配设。
发明的效果
根据本发明，设置有气体导入口和连通部这双重的颈缩结构，在从气体导入口到测量室的路径中，所流入的气体的容积扩大的区域为两级。因此，测量室内的空气流动得以降低，使得即便增大气体导入口的容积也可维持测量精度。因此，可减少因气体中所含的颗粒或液滴所导致的气体导入口的堵塞，从而可维持响应性及检测精度。
此外，由于可抑制容纳浓度传感器元件的第1空腔部的气体的流动，因此即便在使用容易受气体流动的影响的热式浓度传感器元件的情况下，也可防止检测精度劣化。
附图说明
图1为表示作为本发明的一实施方式的气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构的截面图。
图2为图1中的气体传感器装置的II-II线截面图。
图3表示图2所示的传感器组件，(a)为内部结构的平面图，(b)为截面图。
图4为用以说明一实施方式所展示的气体传感器装置的作用、效果的图，(a)为关于实施方式1的图，(b)为表示(a)的变形例的图，(c)为表示现有例的图。
图5为表示本发明的实施方式2的气体传感器装置的截面图。
图6为表示本发明的实施方式3的气体传感器装置的截面图。
图7为表示本发明的实施方式4的气体传感器装置的截面图。
图8为表示本发明的实施方式5的复合气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构的截面图。
图9为图8中的区域IX的放大图。
图10为沿图9中的X-X线的截面图。
图11为图8所示的传感器组件的放大图，(a)为外观立体图，(b)为表示内部结构的平面图。
图12为表示本发明的实施方式6的气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构的截面图。
图13为图12中的区域XIII的放大图。
图14为图13中的XIV-XIV线截面图。
图15为表示本发明的实施方式7的气体传感器装置的截面图。
图16为图15中的区域XVI的放大图。
图17为图16中的XVII-XVII线截面图。
图18表示本发明的实施方式8，为表示膨胀室和测量室的配置的示意性平面图。
图19表示本发明的实施方式9，为表示膨胀室和测量室的结构的示意性平面图。
图20表示本发明的实施方式10，为表示膨胀室和测量室的结构的示意性平面图。
具体实施方式
--实施方式1--
以下，参考图1～图4，对本发明的气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构的一实施方式进行说明。
图1为表示作为本发明的一实施方式的气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构的截面图，图2为图1中的气体传感器装置的II-II线截面图。此外，图3为图2所示的传感器组件的放大图，(a)为内部结构的平面图，(b)为截面图。
气体传感器装置1是以向内燃机的吸气通道2的内侧突出的方式加以安装。
在气体传感器装置1的壳体3的内部设置有第1空腔部即测量室5，该第1空腔部中设置有例如湿度传感器元件4作为浓度传感器元件。湿度传感器元件4例如为导热型(热式)湿度传感器元件，其利用相对于空气的湿度的热导率的差异，根据因从加热后的电阻器散发至环境中的散热量的差而产生的电阻值的变化量来测量浓度。作为湿度传感器元件4，也可使用静电电容型湿度传感器元件。
在壳体3内设置有第2空腔部即膨胀室6。测量室5与膨胀室6由连通部7连通。膨胀室6与吸气通道2由气体导入口8连通。气体导入口8设置在壳体3的底部3j。壳体3的底部3j为沿在吸气通道2中流动的气体(空气)流A的流动方向的、与气体流A大致平行地配置的侧面。作为气体导入口的导入通道8相对于气体流A的流动方向而大致垂直地从底部3j朝膨胀室6延伸。作为连通部的连通通道7以分别大致正交于膨胀室6和测量室5的方式延伸，连通膨胀室6与测量室5。气体导入口8及连通部7的垂直于空气的流动的方向的截面积可为圆形也可为矩形，或者也可为狭缝状。优选为气体导入口8的容积大于连通部7的容积，详情将在后文中加以叙述。但气体导入口8的容积并不限于此，也可实质上与连通部7的容积相同。
气体导入口8及连通部7的容积是以小于膨胀室6及测量室5各自的容积的方式形成。
通过该构成，在吸气通道2中流动的空气在从气体导入口8流入至测量室5时，其容积被气体导入口8缩小，在流入至膨胀室6时，其容积膨胀，在流入至连通部7时，其容积再次被缩小，在流入至测量室5时，其容积再次膨胀。
湿度传感器元件4内置于支承构件即传感器组件10中。传感器组件10是通过注塑成型技术利用密封树脂15将湿度传感器元件4密封而封装化而成。湿度传感器元件4的检测部11以从密封树脂15中露出的方式而被封装化。由此，在被一体化为传感器组件10的湿度传感器元件4被设置在壳体3的测量室5内的状态下，湿度传感器元件4的检测部11露出于测量室5内，从而可测量测量室5内的空气的湿度。
如图2所示，壳体3由基体3a和盖体3b构成。内置湿度传感器元件4的传感器组件10被基体3a和盖体3b覆盖。对基体3a及盖体3b进行模压成型、粘结或接合，由此形成测量室5、膨胀室6、连通部7、气体导入口8。
如图3所示，引线框架12a、12b、12c、半导体芯片14以及导线13a、13b、13c与湿度传感器元件4一起利用密封树脂15加以密封而一体化为传感器组件10。湿度传感器元件4粘结并固定在引线框架12a上。湿度传感器元件4的电极(未图示)使用引线接合法而通过导线13a与引线框架12b连接。湿度传感器元件4的接地电极通过导线13a1与引线框架12a连接。引线框架12b经由导线13b与半导体芯片14的输入电极(未图示)电连接。引线框架12c通过导线13c与半导体芯片14的输出电极连接。半导体芯片14的接地电极通过导线13c1与引线框架12a连接。半导体芯片14为通过半导体工艺制造的半导体集成芯片，配备有湿度传感器元件4的驱动电路和用以测量湿度的检测电路。半导体芯片14通过粘结而固定在引线框架12a上。半导体芯片14的电源线以及检测到的信号经由导线13c与引线框架12c连接。引线框架12c的端部作为外部连接用端子而被引出至传感器组件10的外部。通过导线13a1、13c1与湿度传感器元件4的接地电极连接的引线框架12a的端部12a1与引线框架12c的端部一起被引出至传感器组件10的外部。
在本一实施方式中，将引线框架12a作为共用接地端子，并且还用作搭载湿度传感器元件4及半导体芯片14的构件。如上所述，以湿度传感器元件4的检测部11以及引线框架12c、12a的端部露出的方式利用密封树脂15将湿度传感器元件4、引线框架12a～12c、半导体芯片14以及导线13a～13c加以密封而封装化。
对上述一实施方式所展示的气体传感器装置1的作用、效果进行说明。
图4为用以说明上述一实施方式所展示的气体传感器装置1的作用、效果的图，(a)为实施方式1的图，(b)为表示(a)的变形例的图，(c)为现有例的图。
在图4的(c)所示的现有例中，气体传感器装置1K具有如下结构：设置有从测量室5直接连结至吸气通道2的气体导入口8。在现有例中，在吸气通道2内流动的气体流A抵接至气体导入口8的通道周壁17而紊乱，该紊乱后的空气流入至测量室5内。因此，测量室5内的湿度传感器元件4的附近的空气流动变大，由此，湿度传感器元件4的测量值受到不良影响，导致测量精度降低。
此外，与气体流A一起飞来的沙或碳等颗粒P容易堆积在气体导入口8的通道周壁17上。尤其是当在污染物质较多的环境下使用或者长时间使用时，气体导入口8会因堆积在气体导入口8的通道周壁17上的颗粒P而堵塞，导致良好的湿度检测受损。进而，与气体流A一起飞来的水滴或油通过附着在壳体3上而成为液滴Lp，并借助气体流A在壳体3的外周侧面流动而到达气体导入口8。尤其是在多雨的地区或高湿环境下，除了飞来的水以外，还会发生壳体3的结露，导致水滴增大。因此，检测精度进一步受损。
在现有例中，若为了减少气体流A向测量室5的流入而减小气体导入口8的容积，则会导致耐污染性受损。相反，若为了提高耐污染性而较大地形成气体导入口8的容积，则气体流A向测量室5的流入会增加而导致检测精度劣化。
图4的(a)为表示为本发明的一实施方式的结构例。如上所述，在上述一实施方式中，在测量室5与吸气通道2之间设置有膨胀室6。此外，在吸气通道2与测量室5之间，除了膨胀室6以外，还设置有气体导入口8和连通部7这双重的颈缩结构。气体导入口8的容积形成得比连通部7的容积大。
在表示为本发明的一实施方式的结构中，气体流A抵接至气体导入口8的台阶部17而紊乱后的空气流入至膨胀室6内，由此，虽然膨胀室6内的空气会流动，但降低了对测量室5的影响。即，气体流A在流入至气体导入口8时，其容积被缩小，在流入至膨胀室6时，其容积膨胀，在流入至连通部7时，其容积再次被缩小，在流入至测量室5时，其容积再次膨胀。
也就是说，流入至测量室5内的空气的容积呈两级扩大。
如此，通过从气体导入口8在膨胀室6的内部以两级方式设置容积扩大的区域，降低了测量室5内的空气流动。由此，可使湿度传感器元件4的测量环境处于良好的状态，从而提高测量精度。
在图4的(a)所示的结构例中，可增大气体导入口8的容积，从而可减少因颗粒P或液滴Lp所导致的气体导入口8的堵塞。因而，即便在污染环境下或高湿环境下，也可长期维持检测精度。
图4的(b)中图示有可进一步提高本发明的作用、效果的变形例。
在图4的(b)所示的变形例中，在配置在壳体3的吸气通道2侧的底部3j的气体导入口8的周缘部设置有突起部19。突起部19以包围气体导入口8的开口端的方式设置成一个圆周。突起部19可与壳体3一体地形成，也可形成为独立个体，并通过粘结剂或紧固构件而固定在壳体3上。此外，突起部19也可仅设置在气体导入口8的周边的气体流A的上游侧。
除了上述内容以外，与图4的(a)相同，对相对应的构件标注相同符号，并省略其说明。
在图4的(b)所示的结构中，由于颗粒P或液滴Lp会抵接至设置在气体导入口8的开口端的周边的突起部19而被截留，因此可减少颗粒P及液滴Lp在气体导入口8的通道周壁17上的附着。因而，即便在污染环境下或高湿环境下，也可长期维持检测精度。
在吸气通道2与测量室5之间仅设置有气体导入口8的图4的(c)所示的现有的结构中，也可在气体导入口8的开口端的周边设置突起部19。但是，若在现有的结构中如此进行设置，则气体流A会因突起部19而导致空气被扰乱，容易产生旋涡。产生空气的紊乱或旋涡并传递至膨胀室6内。以往，这种空气的紊乱或旋涡会导致测量室5内的环境发生变动，成为导致噪声产生的原因。但在图4的(b)所示的结构中，与图4的(a)的结构的情况相同，由于流入至测量室5内的空气的容积呈两级扩大，因此可使湿度传感器元件4的测量环境处于良好的状态。
再者，关于流入至测量室5内的空气的更换，可将气体导入口8设置在气体流A的上游侧的位置和下游侧的位置这多个部位，该情况将作为其他实施方式在后文中加以叙述。在该情况下，气体导入口8的容积为各气体导入口的合计。此外，为了可靠地更换流入至测量室5内的空气，也可像图4的(a)、图4的(b)中虚线所示那样设置从测量室5连通至吸气通道2的排出口55。
如以上所说明，根据上述一实施方式，可取得如下效果。
(1)在吸气通道2与测量室5之间，除了膨胀室6以外，还设置有气体导入口8和连通部7这双重的颈缩结构，从而从气体导入口8在膨胀室6的内部将容积扩大的区域设为两级。因此，可降低测量室5内的空气流动，所以与在吸气通道2与测量室5之间仅设置有连通部7的现有的结构相比，可增大气体导入口8的容积。因此，可减少因气体流A中所含有的颗粒P或液滴Lp所导致的气体导入口8的堵塞，使得即便在污损环境下或高湿环境下，也可维持长时间的检测精度。
(2)由于可抑制测量室5内的气体的流动，因此即便在使用检测精度容易受气体流动的影响的热式湿度传感器元件的情况下，也可防止检测精度劣化。
(3)将气体导入口8设置在与气体流A的流动方向大致平行地配置的壳体3的底部3j。因此，气体流A是抵接至气体导入口8的通道周壁17而流入至膨胀室6，所以可减小膨胀室6的空气流动。因而，可减小从膨胀室6经由连通部7而流入至测量室5的空气的流动。
(4)气体导入口8设置在壳体3的沿吸气通道2的空气的流动的一面。由此，可减少附着在气体导入口8的周侧面或开口端周边的颗粒P及液滴Lp。
(5)如图4的(b)所示，可在壳体3的底部3j设置包围气体导入口8的开口的突起部19。当在气体导入口8的开口处设置突起部19时，颗粒P及液滴Lp会抵接至突起部19而被截留，因此可减少颗粒P及液滴Lp在气体导入口8的通道周壁17上的附着。
--实施方式2--
图5表示本发明的实施方式2的气体传感器装置。
图5的实施方式2与实施方式1的不同点在于，将连通测量室5与膨胀室6的连通部7设置在传感器组件10与盖体3b之间。
在实施方式2中，在盖体3b上，在与传感器组件10的设置有湿度传感器元件4的一面侧的顶端部相对应的部分形成有朝传感器组件10侧突出的壁部31。连通部7形成于盖体3b的壁部31与传感器组件10的一面之间。实施方式2中的其他结构与实施方式1相同，对相对应的构件标注相同符号并省略说明。
在实施方式2中，也可获得与实施方式1同样的效果。此外，关于实施方式2的结构，像与图2进行对比而明确那样，可将壳体3的长度缩短连通部7的长度程度。因而，在需要小型化的气体传感器装置中较为有效。
图5所示的结构为使盖体3b的一部分朝传感器组件10侧突出的结构，但也可设为使传感器组件10的一部分朝盖体3b侧突出的结构。
--实施方式3--
图6表示本发明的实施方式3的气体传感器装置。
图6所示的实施方式3具有如下结构：膨胀室6设置在传感器组件10与基体3a之间，连通部7设置在传感器组件10的顶端与壳体3的底部3j的内表面之间，气体导入口8设置在基体3a上的侧面(图1所示的壳体3的背面)。膨胀室6隔着传感器组件10而设置在测量室5侧的相反侧，即，在图6中是与测量室5大致相对地设置在传感器组件10的右侧。此外，如上所述，连通测量室5与膨胀室6的连通部7设置在传感器组件10的顶端与壳体3之间。因此，与实施方式1或2相比，可缩短壳体3的长度(图1的上下方向的长度)。即，可缩短从图1中的膨胀室6的上下方向的尺寸减去图6的连通部7的上下方向的尺寸所得的长度程度。
如上所述，气体导入口8在图6中是设置在壳体3的右侧壁上，即，设置在壳体3的沿吸气通道2的空气的流动的一面。由此，可减少附着在气体导入口8的周侧面或开口端周边的颗粒P及液滴Lp，此外，可减小测量室5内的空气的流动。
实施方式3中的其他结构与实施方式1相同，对相对应的构件标注相同符号并省略说明。
在实施方式3中，也可获得与实施方式1同样的效果，此外，根据实施方式3的气体传感器装置，较实施方式2而言可进一步小型化。
再者，测量室5和膨胀室6是以整体在湿度传感器元件4的检测部11的俯视方向上大致重叠的方式形成，但也可仅一部分重叠。
--实施方式4--
图7表示本发明的实施方式4的气体传感器装置。
图7所示的实施方式4与实施方式3的不同点在于，连通部7是以沿厚度方向贯穿传感器组件10的方式形成。
连通部7以贯穿传感器组件10的方式设置在设于传感器组件10的湿度传感器元件4与传感器组件10的顶端部之间，连通设置在传感器组件10的一面侧的测量室5与设置在传感器组件10的相反面侧的膨胀室6。
实施方式4中的其他结构与实施方式3相同，对相对应的构件标注相同符号并省略说明。
在实施方式4中，也可获得与实施方式1同样的效果，此外，根据实施方式4的气体传感器装置，较实施方式3而言，可将壳体3缩短连通部7的宽度(图6的上下方向的尺寸)程度，从而可进一步谋求小型化。
--实施方式5--
图8至图11涉及本发明的实施方式5的气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构。
实施方式5所展示的复合气体传感器装置20配备有设置在内燃机的吸气通道2中的多个传感器元件。在以下的说明中，以将一体地设置有湿度传感器4、流量传感器元件21及温度传感器元件22的复合气体传感器装置20安装在内燃机的吸气通道2中的结构的形式进行例示。
图8为表示本发明的实施方式5的复合气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构的截面图，图9为图8中的区域IX的放大图，图10为沿图9中的X-X线的截面图。
在图8中，复合气体传感器装置20是以突出至内燃机的吸气通道2的内部的方式加以安装。在复合气体传感器装置20的壳体3的内部搭载有湿度传感器元件4、流量传感器元件21及温度传感器元件22。作为流量传感器元件21，使用如下热式流量传感器元件：在形成于半导体基板上的薄膜部上设置发热体，根据发热体的散热量或者发热体周边的温度分布的变化来测量流量。作为温度传感器元件22，使用热敏电阻或测温电阻器等。湿度传感器元件4、流量传感器元件21及温度传感器元件22一体化于同一传感器组件10A中。
在壳体3中形成有对吸气通道2的空气进行分流的副通道25。副通道25朝在内燃机的吸气通道2中流动的气体流A开口。在壳体3中形成有将已流入至副通道25中的气体流A1朝流量传感器元件21导引的导引部26。
图11为图8所示的传感器组件10A的放大图，图11的(a)为外观立体图，图11的(b)为表示内部结构的平面图。
湿度传感器元件4和流量传感器元件21、湿度传感器元件4的检测部11、流量传感器元件21的检测部21露出的方式利用密封树脂15加以一体地封装化为传感器组件10A。温度传感器元件22埋在传感器组件10A的突出臂部10b的顶端部侧的密封树脂中。具备驱动湿度传感器元件4、流量传感器元件21及温度传感器元件22的驱动电路以及进行检测及修正的检测电路的半导体芯片14由密封树脂15密封，被一体地封装化为传感器组件10A。
湿度传感器元件4、流量传感器元件21及半导体芯片14通过粘结而固定在引线框架12d上。温度传感器元件22设置在引线框架12e的顶端部侧。湿度传感器元件4的电极(未图示)通过导线13d与半导体芯片14电连接。湿度传感器元件4的接地电极通过导线13d1与引线框架12d连接。此外，流量传感器元件21的电极(未图示)也同样地分别通过导线13c与半导体芯片14的输入电极连接。通过利用导线13e连接引线框架12e与半导体芯片14的输入电极，温度传感器元件22的电极与半导体芯片14电连接。引线框架12f通过导线13f与半导体芯片14的输出电极连接。半导体芯片14的接地电极通过导线13f1与引线框架12d连接。引线框架12d、12f的端部从传感器组件10A露出至外部。
半导体芯片14的电源以及由半导体芯片14检测到的信号经由导线13f与引线框架12d、12f连接，使得电极被引出至传感器组件10A的外部。
如图11的(b)所示，引线框架12d被设为湿度传感器元件4、流量传感器元件21及半导体芯片14的共用接地端子。此外，引线框架12d还用作搭载湿度传感器元件4、流量传感器元件21及半导体芯片14的构件。
传感器组件10A可通过如下制造方法进行制作。
(1)将湿度传感器元件4、流量传感器元件21及半导体芯片14小片接合(ダイボンディング)在引线框架12d上。
(2)像图11所示那样配置引线框架12e、12f，并使用引线接合法而利用导线13d、13c、13e、13f将湿度传感器元件4、流量传感器元件21及温度传感器元件22各自的各电极连接至半导体芯片14的电极。此外，利用导线13f1连接引线框架12d与半导体芯片14的接地电极，此外，利用导线13d1连接引线框架12d与湿度传感器4的接地电极。温度传感器元件22具有如下的结构：该温度传感器元件22搭载在引线框架12e上，并且其电极(未图示)与设置在引线框架12e上的引线连接。
(3)在上述工序(2)已结束的状态下，利用密封树脂15，以将湿度传感器元件4、流量传感器元件21的各检测部11、21a、23a露出至外部并且露出引线框架12d、12f的端部的方式进行密封，制作出传感器组件10A。
在上述传感器组件10A的制造方法中，可通过利用密封树脂15密封多个传感器元件和多个引线框架来形成传感器组件10A。无需通过粘结等将多个微小的传感器元件固定在安装构件上的作业，生产率提高，并且可实现进一步的小型化。此外，由于利用密封树脂密封各传感器元件，因此可在物理上、化学上对各传感器元件进行保护而免受外部环境的影响，并且，针对电磁性噪声或太阳光的保护也成为可能。
如图8所示，传感器组件10A是以从壳体3中引出引线框架12d、12f的端部的方式进行配置，流量传感器元件21配置在壳体3的面向副通道25的间隔壁3k与导引部26之间的副通道25内。此外，传感器组件10A是以如下方式配置：其臂部10b的顶端位于设置在壳体3的外周壁上的凹部，在该凹部内形成有温度传感器元件22的部位被暴露在气体流A中。
如图9、图10所示，壳体3由基体3a和盖体3b构成。内置湿度传感器元件4的传感器组件10A被基体3a和盖体3b覆盖。
通过对基体3a及盖体3b进行模压成型、粘结或接合，形成测量室(第1空腔部)5、膨胀室(第2空腔部)6、连通部7及气体导入口8。如图10所示，基体3a的侧面51(图10的下侧的侧壁)和盖体3b的侧面52(图10的上侧的侧壁)是以与在吸气通道2中流动的气体流A平行的方式配置。气体导入口8设置在沿吸气通道2的气流的一面即盖体3b的侧面52，在吸气通道2中流动的气体流A从设置在壳体3上的气体导入口8流入至膨胀室6。
测量室5与膨胀室6被设置在基体3a中的间隔壁隔开而相邻配置。连通测量室5与膨胀室6的连通部7设置在间隔壁的上部侧。
湿度传感器元件4设置在设于壳体3的内部的测量室5内。
因此，气体流A抵接至气体导入口8的通道周壁17而紊乱后的空气流入至膨胀室6内，由此，虽然膨胀室6内的空气会流动，但降低了对测量室5的影响。即，气体流A在流入至气体导入口8时，其容积被缩小，在流入至膨胀室6时，其容积膨胀，在流入至连通部7时，其容积再次被缩小，在流入至测量室5时，其容积再次膨胀。如此，通过从气体导入口8在膨胀室6的内部以两级方式设置容积扩大的区域，可降低测量室5内的空气流动。由此，可使湿度传感器元件4的测量环境处于良好的状态，从而提高测量精度。
由于几乎不存在测量室5内的空气流动，因此可增大气体导入口8的容积，从而可减少因颗粒P或液滴Lp所导致的气体导入口8的堵塞。因而，即便在污损环境下或高湿环境下，也可长期维持检测精度。
由于实施方式5的复合气体传感器装置20为将湿度传感器元件4、流量传感器元件21及温度传感器元件22复合而成的构成，因此，通过使半导体芯片14具备数字修正功能，可相互修正各传感器元件的信号而实现高精度化。
在实施方式5中，测量室5与膨胀室6配置在平面上相邻的位置，但也可设为其他配置。以下，展示具备其他结构的复合气体传感器装置。
--实施方式6--
图12～图14为表示本发明的实施方式6的气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构的图，图12为其截面图，图13为图12中的区域XIII的放大图，图14为图13中的XIV-XIV线截面图。
作为实施方式6示出的复合气体传感器装置20与实施方式5相比，测量室5和膨胀室6的配置以及连通测量室5与膨胀室6的连通部7的结构存在差异。
如图14所示，作为实施方式6而被例示的复合气体传感器装置20的膨胀室6设置在传感器组件10A中的测量室5侧的相反侧的大致整体与测量室5重叠的位置。此外，连通测量室5与膨胀室6的连通部7设置在传感器组件10A的顶端与壳体3的侧壁的内表面之间。因此，与实施方式1、2相比，可缩短壳体3的长度(图12的左右方向的长度)。即，可缩短图1中的膨胀室6的上下方向的尺寸减去图14的连通部7的左右方向的尺寸所得长度程度。
壳体3由基体3a和盖体3b构成。内置湿度传感器元件4的传感器组件10A被基体3a和盖体3b覆盖。
通过对基体3a及盖体3b进行模压成型、粘结或接合，形成测量室5、膨胀室6、连通部7及气体导入口8。基体3a的侧面51A和盖体3b的侧面52A是以与在吸气通道2中流动的气体流A平行的方式配置。气体导入口8设置在沿吸气通道2的气流的一面即基体3a的侧面51A，在吸气通道2中流动的气体流A从设置在壳体3上的气体导入口8流入至膨胀室6。
实施方式6中的其他构成与实施方式5相同，对相对应的构件标注相同符号并省略说明。
在实施方式6所展示的复合气体传感器装置20中，也从气体导入口8在膨胀室6的内部以两级方式设置有容积扩大的区域，从而可降低测量室5内的空气流动。因此，可增大气体导入口8的容积，从而可减少因颗粒P或液滴Lp所导致的气体导入口8的堵塞。
因此，取得与实施方式5所展示的复合气体传感器装置20同样的效果。
此外，实施方式6所展示的复合气体传感器装置20的膨胀室6设置在传感器组件10A中的设置有湿度传感器元件4的一侧的相反面侧。因此，相较于实施方式5所展示的复合气体传感器装置20而言，接触传感器组件10A而流动的空气量增加。由此，传感器组件10A容易被冷却。通过经由膨胀室6对会自发热的半导体芯片14或湿度传感器元件4进行冷却，可抑制温度变化，因此可在稳定的环境下进行由湿度传感器元件4进行的湿度的测量。
--实施方式7--
图15～图17为表示本发明的实施方式7的气体传感器装置以及气体传感器装置的安装结构的图，图15为气体传感器装置的截面图，图16为图15中的区域XVI的放大图，图17为图16中的XVII-XVII线截面图。
相对于实施方式5，实施方式7的复合气体传感器装置20的膨胀室6、测量室5及气体导入口8的配置及结构存在差异。
膨胀室6及测量室5被壳体3的侧壁隔开，沿气体流A的流动方向依序相邻配置。连通部7是将隔开膨胀室6与测量室5的侧壁的一部分开口而形成，连通膨胀室6与测量室5。气体导入口8是将膨胀室6的副通道25侧的侧壁开口而形成，连通膨胀室6与副通道25。
在气体导入口8的周围设置有从将膨胀室6与副通道25隔开的壳体3的间隔壁3k朝副通道25侧突出的突起部19。突起部19可与壳体3一体地成型，也可制作成独立构件，并与壳体3接合。
如图17所示，内置于传感器组件10A中的半导体芯片14设置在膨胀室6内。
实施方式7中的其他结构与实施方式5相同，对相对应的构件标注相同符号并省略说明。
在实施方式6所展示的复合气体传感器装置20中，也从气体导入口8在膨胀室6的内部以两级方式设置有容积扩大的区域，从而可降低测量室5内的空气流动。因此，可增大气体导入口8的容积，从而可减少因颗粒P或液滴Lp所导致的气体导入口8的堵塞。
因此，取得与实施方式5所示的复合气体传感器装置20同样的效果。
此外，在实施方式7所展示的复合气体传感器装置20中，在气体导入口8的周围形成有突起部19。由于在副通道25中流动的气体流A1中所含的颗粒P或液滴Lp抵接至突起部19而被截留，因此可减少颗粒P及液滴Lp在气体导入口8的通道周壁17上的附着。因而，即便在污损环境下或高湿环境下，也可长期维持检测精度。
进而，在实施方式7所展示的复合气体传感器装置20中，内置于传感器组件10A中的半导体芯片14被设置在膨胀室6内。半导体芯片14的周围为形成膨胀室6的空间。因此，即便在壳体3因热而膨胀、收缩的情况下，也可减轻传递至半导体芯片14的应力，从而可抑制伴随应力而来的半导体芯片14的电路特性的变动。此外，可获得在膨胀室6内流动的空气所带来的半导体芯片14的冷却效果。
--实施方式8--
图18表示本发明的实施方式8，为表示形成于壳体3中的膨胀室6和测量室5的配置的示意性平面图。在图18中，传感器组件10的图示省略。
在图18中，膨胀室6由多个膨胀室(图18中例示为3个)构成。
膨胀室6从面向气体流A的一侧朝测量室5侧按第1膨胀室6a、第2膨胀室6b、第3膨胀室6c的顺序被壳体3的间隔壁隔开而相邻配置。第1膨胀室6a通过将壳体3的间隔壁开口而成的气体导入口8与供气体流A、A1流动的吸气通道2、通道25连通。第1膨胀室6a与第2膨胀室6b通过将壳体3的间隔壁开口而成的第1连通部7a而连通，第2膨胀室6b与第3膨胀室6c通过将壳体3的间隔壁开口而成的第2连通部7b而连通。第3膨胀室6c通过将壳体3的间隔壁开口而成的第3连通部7c与测量室5连通。在测量室5内设置有湿度传感器元件4。
在实施方式8中，具备3个膨胀室6a～6c和3个连通部7a～7c，从吸气通道2或副通道25流入至测量室5的气体流A、A1的容积呈4级扩大。
每当气体流A、A1扩大时，膨胀室6内的空气的流动就会变小，因此可使测量室5内的空气的流动极小。因此，可增大气体导入口8的容积，从而可降低因颗粒P或液滴Lp所导致的气体导入口8的堵塞。因而，即便在污损环境下或高湿环境下，也可长期维持检测精度。
可将连通地设置多个上述实施方式8所展示的膨胀室6的结构应用于实施方式1、2、5、7的气体传感器装置1、20。此外，对于实施方式3、4、6所展示的以在俯视时与测量室5重叠的方式配置有膨胀室6的气体传感器装置1、20，也可设为多个膨胀室6在平面上由连通部7连通而排列的结构。此外，也能以在俯视时重叠的方式上下排列多层膨胀室6，并且利用连通部7连通各层的膨胀室6。
--实施方式9--
图19表示本发明的实施方式9，为表示形成于壳体3中的膨胀室6和测量室5的结构的示意性平面图。在图19中，传感器组件10的图示省略。
在图19所示的气体传感器装置中，测量室5和膨胀室6是利用间隔壁32将构成壳体3的基体3a或盖体3b中所形成的大致矩形状的1个空间部分割为2个而形成。间隔壁32可与基体3a或盖体3b中的一方一体地成型，或者也可形成为独立构件，并通过粘结、紧固等而固定在基体3a或盖体3b上。
在间隔壁32的长度方向的一端与壳体3的一侧面之间形成有第1连通部7a，在间隔壁32的长度方向的另一端与壳体3的另一侧面之间形成有第2连通部7b。
实施方式9的最大特征在于，沿气体流A、A1的流动方向在间隔部33的两端侧隔着间隔设置有多个(图19中例示为2个)连通吸气通道2或副通道25与膨胀室6的气体导入口8a、8b。
如此，当沿气体流A、A1的流动的方向设置多个气体导入口8a、8b时，气流的上游侧的压力将大于下游侧的压力，从而在气体导入口8a、8b处产生压力差。
因此，空气从气体导入口8a流入至膨胀室6，而膨胀室6的空气从气体导入口8b排出。这表示在膨胀室6内产生了微小的空气流动。
在实施方式9中，也从气体导入口8在膨胀室6的内部以两级方式设置有容积扩大的区域，从而可降低测量室5内的空气流动。因此，可增大气体导入口8的容积，从而可减少因颗粒P或液滴Lp所导致的气体导入口8的堵塞。
因此，取得与实施方式1～7所展示的气体传感器装置1、20同样的效果。
此外，在实施方式9中，设置有多个气体导入口8a、8b。在内燃机的驱动处于恶劣条件的环境的情况下，会大量产生液滴Lp，从而有可能因毛细管现象而堵塞气体导入口8a，但通过设置多个气体导入口8a、8b，可防止气体导入口8a、8b完全堵塞。此外，气体导入口8a、8b是沿气体流A、A1的流动的方向配置，从而产生如下微小的空气的流动：空气从气体导入口8a流入至膨胀室6，并从膨胀室6中经由气体导入口8b而排出。
因此，获得从气体导入口8a流入的颗粒P或液滴Lp从气体导入口8b排出的效果。也就是说，气体导入口8a的因附着在通道周壁17上的液滴Lp所导致的堵塞通过自净作用而恢复。
再者，在实施方式9中，2个连通部7a、7b也可设为1个。
--实施方式10--
图20表示本发明的实施方式10，为表示形成于壳体3中的膨胀室6和测量室5的结构的示意性平面图。在图20中，传感器组件10的图示省略。
与实施方式1的气体传感器装置1(参考图1)相同，实施方式10所展示的气体传感器装置在壳体3中隔着间隔壁而相邻排列有测量室5和膨胀室6，测量室5与膨胀室6由连通部7连通，膨胀室6通过气体导入口8与吸气通道2或副通道25连通。
实施方式10的最大特征在于在膨胀室6内形成有多个突起(截留部)34。突起34可一体成型地形成在构成壳体3的基体3a或盖体3b上，或者也可制作成独立构件，并通过粘结或紧固而固定在基体3a或盖体3b上。突起34呈板状或柱状地形成有多个，排列在包含连接连通部7与气体导入口8的直线区域的周边。
在内燃机中，在内燃机刚停止之后，燃烧室内的油或者增压器内的油会成为油蒸气而扩散至吸气通道2内，朝气体传感器装置1、20飞来。这些油蒸气从气体传感器装置1、20的间隙侵入而流入至测量室5内。突起34具有截留这种油蒸气的功能。
在实施方式10的气体传感器装置1、20中，也从气体导入口8在膨胀室6的内部以两级方式设置有容积扩大的区域，从而可降低测量室5内的空气流动。因此，可增大气体导入口8的容积，从而可减少因颗粒P或液滴Lp所导致的气体导入口8的堵塞。
因此，取得与实施方式1～9所展示的气体传感器装置1、20同样的效果。
此外，在实施方式10中，在膨胀室6内形成有用以截留油蒸气的多个突起34。因此，在将上述各实施方式所展示的气体传感器装置1、20应用于内燃机而对在吸气通道2内流动的气体流A中所含的成分的浓度进行测量的情况下，可截留经由吸气通道2飞来的油蒸气，从而长期维持设置在测量室5内的浓度传感器元件的测量精度。
再者，在上述各实施方式中，以在测量室5内设置有湿度传感器元件4的构成进行了例示。但可以使用氢传感器元件、氧传感器元件或CO2传感器元件等其他浓度传感器元件代替湿度传感器元件4。
也可在测量室5内配置检测不同成分的浓度的多种浓度传感器元件。湿度传感器元件等浓度传感器，尤其是利用相对于气体的浓度的热导率的差异，根据电阻值的变化量来测量浓度的导热型(热式)浓度传感器元件与温度传感器相比，空气流动所带来的测量精度的影响较大。因此，就维持测量精度方面而言，相对于热式浓度传感器元件，上述各实施方式所展示的气体传感器装置1、20获得更大的效果。但对于因颗粒P或液滴Lp所导致的气体导入口8的堵塞，由于可增大气体导入口8的容积，因此就长期维持检测精度方面而言，相对于静电电容型及热式浓度传感器，都具有效果。
作为复合气体传感器装置20，例示了除了配备有浓度传感器元件以外还配备有流量传感器元件21、温度传感器元件22的复合气体传感器装置。但作为复合气体传感器装置20，也可削减1个以上的传感器元件，或者附加振动传感器元件等其他环境传感器元件。
在上述各实施方式中，以如下结构对传感器组件10、10A进行了例示：利用密封树脂15将湿度传感器元件4、流量传感器元件21及温度传感器元件22密封而封装化。但传感器组件10、10A并不限于利用密封树脂15将各传感器元件封装化的结构，也可设为将一部分或所有传感器元件通过粘结或紧固等而固定、支承在支承构件上的结构。
本发明的气体传感器装置1、20可应用于汽车以外的内燃机，并且，除了内燃机以外，还可应用于测量各种环境下的气体的浓度的场合。
上述各实施方式仅仅是作为优选实施方式而进行了例示，可酌情组合上述实施方式1至10，此外，可在发明的宗旨的基础上酌情进行变更。总之，只要为具备如下壳体的气体传感器装置即可，该壳体包括：第1空腔部，其容纳浓度传感器元件；第2空腔部，其设置在第1空腔部与气体导入口之间；以及连通部，其连通第1空腔部与第2空腔部。
符号说明
1、20气体传感器装置
2吸气通道
3壳体
3a基体
3b盖体
4湿度传感器元件
5测量室(第1空腔部)
6膨胀室(第2空腔部)
7连通部
8气体导入口
10、10A传感器组件
15密封树脂
21流量传感器元件
22温度传感器元件
25副通道
34突起(截留部)
A、A1空气(气体)流
Lp液滴
P颗粒。

Claims (15)

1.一种气体传感器装置，其特征在于，包括：
浓度传感器元件，其对检测对象流体中的规定成分的浓度进行检测；
支承构件，其以将所述浓度传感器元件暴露于供所述检测对象流体流动的通道中的方式支承所述浓度传感器元件；
浓度传感器元件，其具有检测部，并且固定在所述支承构件上；以及
壳体，其包括第1空腔部、气体导入口、第2空腔部及连通部，所述第1空腔部覆盖所述支承构件的至少固定有所述浓度传感器元件的区域，以露出所述检测部的形态容纳所述浓度传感器元件，所述气体导入口朝外部开口，所述第2空腔部设置在所述第1空腔部与所述气体导入口之间，所述连通部连通所述第1空腔部与所述第2空腔部。
2.根据权利要求1所述的气体传感器装置，其特征在于，
所述连通部及所述气体导入口各自的容积小于所述第2空腔部的容积。
3.根据权利要求1所述的气体传感器装置，其特征在于，
所述第1空腔部和所述第2空腔部被配置在俯视时至少一部分重叠的位置。
4.根据权利要求3所述的气体传感器装置，其特征在于，
所述连通部以沿厚度方向贯穿所述支承构件的方式形成。
5.根据权利要求1所述的气体传感器装置，其特征在于，
所述壳体包括：基体，其具有隔开所述第1空腔部和所述第2空腔的间隔壁；以及盖体，其覆盖所述基体，
所述气体导入口设置在所述盖体上，所述连通部以沿厚度方向贯穿所述间隔壁的方式设置。
6.根据权利要求5所述的气体传感器装置，其特征在于，
在所述气体导入口的周围设置有突起部。
7.根据权利要求1所述的气体传感器装置，其特征在于，
在所述第2空腔部中设置有用以截留气体的截留部。
8.根据权利要求1所述的气体传感器装置，其特征在于，
还包括其他环境传感器元件，所述其他环境传感器元件用于测量与所述浓度传感器元件所测量的环境要素不同的环境要素，并且，所述浓度传感器元件及所述环境传感器元件与所述支承构件一起利用密封树脂加以封装化。
9.根据权利要求8所述的气体传感器装置，其特征在于，
所述浓度传感器元件为湿度传感器元件，所述环境传感器元件包括温度传感器元件、流量传感器元件中的多种传感器元件。
10.根据权利要求9所述的气体传感器装置，其特征在于，
所述支承构件为引线框架，所述浓度传感器元件及所述环境传感器元件搭载在所述引线框架上，与各引线端子引线接合，并且与所述引线框架引线接合。
11.一种气体传感器装置的安装结构，其特征在于，包括：
根据权利要求1至10中任一项所述的气体传感器装置；以及
内燃机，其在吸气通道内安装有所述气体传感器装置，
所述气体传感器装置的所述气体导入口设置在所述壳体上的与在所述吸气通道内流动的气体的流动方向大致平行的侧面，或者相对于在所述吸气通道内流动的气体而设置在所述壳体上的背面侧的侧面。
12.根据权利要求11所述的气体传感器装置的安装结构，其特征在于，
在所述壳体的所述气体导入口处的在所述吸气通道内流动的气体的至少上游侧设置有突起部。
13.根据权利要求11所述的气体传感器装置的安装结构，其特征在于，
所述气体导入口沿在所述吸气通道内流动的气体的流动方向在所述壳体的侧面设置有多个。
14.根据权利要求11所述的气体传感器装置的安装结构，其特征在于，
所述气体传感器装置至少包括湿度传感器元件和流量传感器元件，
所述壳体被分隔为所述第1空腔部及所述第2空腔部，并且具有导入在所述吸气流路内流动的气体的一部分的副通道，所述湿度传感器元件容纳在所述第1空腔部内，所述流量传感器元件配置在所述副通道内。
15.一种气体传感器装置的安装结构，其特征在于，包括：
气体传感器装置，其包括湿度传感器元件、流量传感器元件、支承构件及壳体，所述支承构件支承所述湿度传感器元件及所述流量传感器元件，所述壳体覆盖所述支承构件上的支承有所述湿度传感器元件的区域，所述壳体包括第1空腔部、气体导入口、第2空腔部及连通部，所述第1空腔部容纳所述湿度传感器元件，所述第2空腔部设置在所述第1空腔部与所述气体导入口之间，所述连通部连通所述第1空腔部与所述第2空腔部；以及
内燃机，其在吸气通道内安装有所述气体传感器装置，
所述气体传感器装置的所述气体导入口设置在所述壳体上的与在所述吸气通道内流动的气体的流动方向大致平行的侧面，或者相对于在所述吸气通道内流动的气体而设置在所述壳体上的背面侧的侧面，
所述流量传感器元件与所述第1空腔部或所述第2空腔部隔开而配设在所述气体导入口的外侧。
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