JP2003270017A - 熱式流量計の封止構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】腐食性ガスを熱式流量計内部に透過させないこ
と。 【解決手段】熱式流量計は発熱抵抗体と感温抵抗体が設
置される副通路を有したボディあるいは、副通路と一体
成形されたハウジングにベースを接着し、前記ハウジン
グ内部に前記発熱抵抗体と感温抵抗体を制御する電子回
路を設置し、前記ハウジングをカバーで覆う構造である
が、前記電気回路を保持すべき前記ベースと前記ハウジ
ングとを接着する際に、シリコーン接着剤等の弾性接着
剤とナイロン，エポキシ，ポリウレタン等のガス透過性
の低い接着剤、あるいはシール部材を組み合わせて接着
することによるガス透過遮蔽層を形成することにより達
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱式流量計の接着
剤による封止構造に係わり、特に内燃機関の吸入空気流
量の検出に好適な空気流量測定装置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱式流量計の封止構造には、特開
平１１−１２５５５１号に開示されたように、電子回路
を設置するモジュール内部において、樹脂部材中にイン
サートされた金属部品との微細な隙間発生部にざぐりを
設け、前記ざぐり部にシリコーン接着剤等の封止部材を
塗布し、前記樹脂とインサートされた金属部材との隙間
を埋める構造が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術における
気密構造は、電子回路の部品や電気的信号を伝達するワ
イヤを保護するシリコーンゲルが、電子回路を設置して
いるモジュール内部から外部への流出防止が目的であ
り、主に樹脂部材とインサートされた金属部材との隙間
を封止する接着部材にはシリコーン接着剤が用いられて
いる。

【０００４】しかしながら、シリコーン接着剤は一般的
にガス透過性が高く、液体の洩れ防止とはなっても、気
体に対する遮蔽性がないため、腐食性ガスが蔓延するよ
うな環境においては、前記シリコーン接着剤を透過して
腐食性ガスがモジュール内部に浸入し、電子回路を腐食
させる危険が存在する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成する本発
明による熱式流量計の封止構造を説明する。熱式流量計
は発熱抵抗体と感温抵抗体が設置される副通路を有した
ボディあるいは、副通路と一体成形されたハウジングに
ベースを接着し、前記ハウジング内部に前記発熱抵抗体
と感温抵抗体を制御する電子回路を設置し、前記ハウジ
ングをカバーで覆う構造であるが、前記電気回路を保持
すべき前記ベースと前記ハウジングとを接着する際に、
シリコーン接着剤等の弾性接着剤とナイロン，エポキ
シ，ポリウレタン等のガス透過性の低い接着剤、あるい
はシール部材を組み合わせて接着することによるガス透
過遮蔽層を形成することにより達成される。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１〜図６によ
り説明する。

【０００７】本発明の説明を具体的に行う前に本発明
が、最も効果的に使用されるであろう熱式流量計につい
て図６を用いて説明する。

【０００８】発熱抵抗体１及び感温抵抗体２を用いた熱
式流量計の発熱抵抗体１は、例えば被測定流体が空気の
場合、空気温度を計測する感温抵抗体２と常に一定の温
度差に保たれるようにフィードバック制御される電子回
路３により定温度制御され、常時加熱されている。発熱
抵抗体１は空気流の中に設置されるため該空気流に放熱
する発熱抵抗体１の表面部分が放熱面、つまり熱伝達面
となる。この熱伝達で該空気流に奪われた熱量を電気的
信号に変換し空気流量を計測するものである。４は発熱
抵抗体１よりの信号を電気的に変換し空気流量信号にす
る電子回路３を保持し、かつ、全吸入空気流量が流入す
る空気通路を形成するボディ４である。ボディ４は、吸
入空気の大部分が流入する一方の空気通路としての主通
路５と、一部の空気が流れ込む他方の空気通路としての
副通路６とに分けられた両通路を有し、発熱抵抗体１と
感温抵抗体２とから成る抵抗体素子が副通路６中に配置
される構成である。

【０００９】特に自動車用の内燃機関に用いられる場
合、空気流量計が計測した信号と他センサの信号を基に
マイクロコンピュータが内燃機関のシリンダ内へのイン
ジェクタ噴射量を決定し内燃機関の燃焼制御を行ってい
る訳だが、空気流量計の信号をベースに内燃機関の燃焼
制御を行っているため、発熱抵抗体１と感温抵抗体２を
用いた熱式流量計は直接質量流量を測定できる利点と、
その信頼性より多くの内燃機関の制御システムに採用さ
れている。

【００１０】図１は本発明で提示している熱式流量計の
封止構造である。

【００１１】熱式流量計は発熱抵抗体１と感温抵抗体２
を備え、発熱抵抗体１と感温抵抗体２の電気的信号を基
に電気的に定温度制御する電子回路３と接続している構
造である。前記定温度制御する電子回路３はセラミッ
ク、あるいは多層のセラミック焼成板により形成され、
層間あるいは表面に電子回路が形成されたハイブリッド
ＩＣ基板７である場合が多いため、前記ハイブリッドＩ
Ｃ基板７に形成される回路導体は銀、あるいは銀合金で
形成されている場合が多い。しかしながら、前記ハイブ
リッドＩＣ基板７に形成される回路導体は銀、あるいは
銀合金で形成されているがため、硫黄ガス等の腐食ガス
に晒された場合、腐食反応性が高く前記回路導体は腐食
してしまう危険がある。従って腐食性ガスに対する信頼
性を確保するためには、これら腐食性ガスがハウジング
内部に浸入しない封止構造が重要となる。

【００１２】一般的な熱式流量計の構造はハイブリッド
ＩＣ基板７とハウジング８を保持するベース９の接着に
はシリコーン接着剤が多く用いられている。これは線膨
張係数が大きく異なる金属より成るベース９と樹脂より
成形されるハウジング８との接着には弾性系ゴム接着剤
であるシリコーン接着剤が信頼性の観点より選定された
背景があるが、シリコーン接着剤はガス透過性が高く腐
食ガスの環境に晒された場合、他の高分子部材に比較し
てガス透過性が非常に高く、例えば腐食性ガスが充満し
た環境に晒された場合、シリコーン接着剤の接着部１
０、あるいは充填部から腐食性ガスが透過してハウジン
グ８内部に達し、やがてハウジング８内部のハイブリッ
ドＩＣ基板７上に形成された銀、あるいは銀合金の導体
部を腐食に至らしめる危険性がある。

【００１３】従って、ベース９とハウジング８の接着に
はガス透過性の高いシリコーン接着剤を使用しなければ
良いのではあるが、熱式流量計が使用される環境は−４
０℃から１３０℃までの過酷な温度環境で使用されるこ
とを想定しており、このような過酷な環境で使用される
場合、接着信頼性を維持できるのはシリコーン接着剤し
かないのが現状である。本発明では、ハウジング８内部
のハイブリッドＩＣ基板７の銀、あるいは銀合金より形
成される導体を、腐食性ガスの透過による腐食から守る
ため、シリコーン接着剤の接着部１０、あるいは充填部
分からのガス透過を防止しかつ、接着信頼性の高い接着
剤による封止構造を提案するものである。

【００１４】具体的に図１により異なる性質を有する接
着剤による組み合わせ封止構造を説明する。

【００１５】ベース９とハウジング８は、まずシリコー
ン接着剤等の弾性系ゴム接着剤を用いて接着固定する。
更にハウジング８内部の電子回路３を囲むハウジング８
内壁部とベース９との界面にガス透過性の低い接着剤を
塗布し硬化させることでガス透過遮蔽層１１を形成する
組み合わせ接着封止構造が特徴となる。更にハウジング
８の開口部をカバー１４で覆い接着剤で封止する構造と
なる。この際に重要となる本発明による封止構造の特徴
は、ガス透過性の低い接着剤、あるいはコート部剤の端
部はハウジング８内壁に確実に塗布、あるいはコートさ
せることであり、この接触面で接着強度を発揮する塗布
とすることかつ、もう一端はベース９との接触面を確実
に塗布、あるいはコートして接着面を形成することによ
り、ガス透過遮蔽層１１を形成することが可能となる。

【００１６】前記、ガス透過性が低い接着剤１０である
が、ポリアミド（ナイロン）やポリエステルであれば、
あらかじめ、ハウジングの寸法に合わせた中抜きシート
を形成しておくことにより、ホットメルト１２接着剤と
してもガス透過遮蔽層を形成することも可能であり、ホ
ットメルト１２は生産性が良く自動化対応も容易とな
る。

【００１７】視点を変えた方策としては、銀を配合した
接着剤をガス透過遮蔽層として使用する方策もある。腐
食ガスが亜硫酸ガスや硫化水素ガス等の硫黄を含む腐食
性ガスの場合、シリコーン接着剤を透過しても、この銀
が配合された接着層により透過してきた腐食性ガスが、
接着剤に配合されている銀と化学反応し、腐食性ガスが
銀配合接着剤中に硫化物となって滞留し、ハウジング８
内部に腐食性ガスが流入することを防止できる手法もあ
る。

【００１８】一般的にシリコーン等の弾性ゴム系接着剤
は接着信頼性が高いがしかし、ガス透過性が高いと言う
特徴がある。逆にガス透過性の低い接着剤群は接着信頼
性が低い欠点がある。本発明では双方の接着剤の利点と
利点を組み合わせることにより、シリコーン接着剤等の
弾性系ゴム接着剤が有する接着信頼性と、ガス透過性が
低いナイロン系や、ポリウレタン系，エポキシ系の接着
剤が有するガス遮蔽性を組み合わせることにより、接着
信頼性とガス透過遮蔽層を同時形成し密閉化構造の信頼
性を高める好適な封止構造となる。

【００１９】接着信頼性を発揮する弾性系ゴム接着剤に
はシリコーン接着剤が代表となる。シリコーン接着剤の
接着信頼性の高さは周知であり、ここで説明するまでも
ない。しかし、ガス透過係数は、酸素（Ｏ₂ ）を対象ガ
スとしたデータによると、 シリコーン：６０×１０^-9(cm³gas(ＲＴＰ)，cm／ｓ・c
m²・cmＨｇ) 天然ゴム：２.４×１０^-9(cm³gas(ＲＴＰ)，cm／ｓ・cm
²・cmＨｇ) ポリエチレン：０.８×１０^-9(cm³gas(ＲＴＰ)，cm／ｓ
・cm²・cmＨｇ) ポリ塩化ビニル：０.０１４×１０^-9(cm³gas(ＲＴＰ)，
cm／ｓ・cm²・cmＨｇ) ポリアミド：０.００４×１０^-9(cm³gas(ＲＴＰ)，cm／
ｓ・cm²・cmＨｇ) ポリエステル：０.００１９×１０^-9(cm³gas(ＲＴＰ)，
cm／ｓ・cm²・cmＨｇ) とシリコーンのガス透過性が他高分子部材に比較して大
きいことが判る。シリコーン接着剤のガス透過性が大き
いことは、シリコーンポリマーの特徴であり、物理的特
性である。これを改善することは不可能に近く、将来に
渡る課題となりうるべき命題である。

【００２０】ガス透過性が悪い接着剤，シール剤として
は、ポリ塩化ビニル，ポリエチレン等のビニル重合系が
あり、ポリエステル，ポリアミド（ナイロン），ポリイ
ミド等の重縮合，重付加系がある。エポキシやポリウレ
タン，アクリル等の熱硬化樹脂系や、フッ素樹脂，変性
シリコーン等のゴム系も有力である。これらガス透過性
の低い接着剤、あるいはコート剤のガス透過性は、腐食
性ガスとしての対象を亜硫酸ガス，硫化水素ガス，２硫
化炭素ガス，Ｓ８を含むＳｘガス，塩素ガス，炭化水素
ガス，窒素酸化物ガス及び、前記提示した各腐食性ガス
の混合ガス等の腐食性ガスにした場合、２０×１０^-9(c
m³gas(ＲＴＰ)，cm／ｓ・cm²・cmＨｇ）の以下の物性値
を有する樹脂部材が好適となる。

【００２１】更に、エポキシとナイロンや、ポリウレタ
ンとエポキシ等の複数の樹脂をブレンドした混合系も有
力である。

【００２２】図２には、図１に示した本発明の別形態の
実施例である。

【００２３】ハウジング８とベース９をシリコーン等の
弾性ゴム系接着剤１０で接着した後、ハウジング８の外
周にガス透過性の低い接着剤、あるいはコートを施す方
策である。ベース９にガス透過性の低い接着剤あるいは
コート部材を塗布する際の基準となる溝を設けることに
よっても作業ばらつきの少ない塗布膜を形成することが
可能となる。この場合、ベース９寸法はガス透過性が低
い接着剤を塗布するための寸法的余裕が必要となり、全
体寸法が大きくなる欠点がある。

【００２４】図３も図１に示した本発明の別形態の実施
例である。

【００２５】ハウジング８にはシリコーン接着剤等の弾
性接着剤１０とガス透過性の低い接着剤の双方が接触し
ない様にするための仕切り１３があらかじめ形成されて
おり、このハウジング８構造であれば、双方の接着剤の
塗布，硬化を同時に行うことが出来、生産性に優れた構
造となる。一般的に、違う種類の接着剤における硬化前
状態はペースト状、あるいはグリース状であることが多
く、加熱することにより硬化物となる。この際違う種類
の接着剤と接触している場合多くの接着剤は硬化阻害を
起こし、硬化しない場合が多い。そこで、図１，図２に
示す実施例の場合、一旦、シリコーン接着剤１０でベー
ス９とハウジング８を接着硬化させた後、更にガス透過
の低い接着剤やシール材を塗布し硬化する工程を踏む必
要があるが、図３に示す実施例の場合、双方が接触しな
いように設けた仕切り１３により同時塗布，同時硬化で
きるため生産性が向上する利点がある。この仕切り１３
はハウジング８に設けることが絶対条件ではなく、ベー
ス９に仕切りを形成しても同様の効果を得ることができ
る。

【００２６】図４は、最も量産に向いている組み合わせ
例である。

【００２７】ベース９とハウジング８の接着部に、まず
ポリアミド（ナイロン）やポリエステル等のホットメル
トシート１２を設置する。加熱することでホットメルト
シート１２はベース９表面の接着部にガス透過の低いガ
ス透過遮蔽層１１を形成することができる。更に、ハウ
ジング８の接着部にシリコーン接着剤、あるいはエポキ
シ接着剤等を塗布し、ベース９に接着する構造である。
この構造はポリアミド（ナイロン）等で形成したガス透
過遮蔽層１１表面に接着できるシリコーン接着剤や、エ
ポキシ接着剤を用いることが重要である。近年シリコー
ン接着剤には、従来不可能であったポリアミド（ナイロ
ン）との接着が可能となる接着剤も市場に上場されてお
り、今後も更に優れたシリコーン接着剤が上場される可
能性が高い。

【００２８】図５も図１に示す本発明の別形態の実施例
である。

【００２９】図５に示す実施例は接着剤の組み合わせで
はなく、熱式流量計の接着剤充填部を含めた外周全体
に、ガス透過性の低い樹脂部材をコートした構造であ
る。コートする樹脂部材は、フッ素樹脂，ナイロン，ポ
リウレタン，アクリル，変性シリコーン等が有望であ
り、これらコートする樹脂部材を熱式流量計全周にスプ
レーした後、加熱硬化する方策が有効である。またエポ
キシやエポキシウレタン，ポリエステル，ポリアミド
（ナイロン）等の微細粉体樹脂を表面に吹き付ける粉体
塗装する方策も有効である。特に粉体塗装の場合は焼成
温度が比較的高いため、ハウジング部材を形成する高分
子樹脂材との間で化学的結合による接着となり、塗装面
と被塗装体であるハウジングとの密着信頼性が高いガス
透過遮蔽層を形成することができ得る効果がある。

【００３０】

【発明の効果】本発明によると、接着信頼性に優れたシ
リコーン接着剤等の弾性系ゴム接着剤とガス透過性の低
い接着剤、あるいはコート部材を組み合わせた接着剤に
よる封止構造によりガス透過遮蔽層を形成した、気密信
頼性の高い熱式流量計を提供し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱式流量計の封止構造。

【図２】図１に示した封止構造の別の実施例。

【図３】図１に示した封止構造の別の実施例。

【図４】図１に示した封止構造の別の実施例。

【図５】図１に示した封止構造の別の実施例。

【図６】熱式流量計の断面構造図。

【符号の説明】

１…発熱抵抗体、２…感温抵抗体、３…電子回路、４…
ボディ、５…主通路、６…副通路、７…ハイブリッドＩ
Ｃ基板、８…ハウジング、９…ベース、１０…弾性ゴム
系接着剤接着部、１１…ガス透過遮蔽層、１２…ホット
メルトシール、１３…仕切り、１４…カバー。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気通路を構成する通路内に設
   置される発熱抵抗体と感温抵抗体と、前記発熱抵抗体及
   び感温抵抗体と電気的に接続された定温度制御電子回路
   とを有して成る熱式流量計において、 前記電子回路を保持するベースと回路部を覆うハウジン
   グとの接着部、あるいは前記ハウジングと、これを密閉
   するためのカバーとの接着部に接着信頼性の高い弾性ゴ
   ム系接着剤とガス透過性の低い接着剤、あるいはシール
   部材を組み合わせ、ガス透過遮蔽層を形成し、前記ベー
   スと回路部を覆うハウジングの接着封止構造としたこと
   を特徴とする熱式流量計。
2. 【請求項２】請求項１において、ガス透過性の低い接着
   剤、あるいはシール部材のガス透過性が亜硫酸ガス，硫
   化水素ガス，２硫化炭素ガス，Ｓ８を含むＳｘガス，塩
   素ガス，炭化水素ガス，窒素酸化物ガス及び、前記提示
   した各腐食性ガスの混合ガスに対し２０×１０^-9（cm³g
   as(ＲＴＰ），cm／ｓ・cm²・cmＨｇ）以下のガス透過率
   であることを特徴とする熱式流量計。
3. 【請求項３】請求項１において、ガス透過性の低い接着
   剤はポリ塩化ビニル，ポリビニルアルコール等のビニル
   重合系，ポリエステル，ポリアミド（ナイロン），ポリ
   イミド等の重縮合，重付加系，エポキシ，ポリウレタ
   ン，アクリル等の熱硬化性樹脂系，フッ素系樹脂，変性
   シリコーン樹脂等のゴム系、更には、エポキシナイロ
   ン，フッ素基含有シリコーン等の混合系であることを特
   徴とした熱式流量計。
4. 【請求項４】請求項１において、ガス透過性を低くする
   接着剤として、ナイロンやポリエステル，エポキシの場
   合、ホットメルトによる接着層を形成したことを特徴と
   する熱式流量計。
5. 【請求項５】請求項１において、特にガス透過性の悪い
   接着剤として、銀を配合したエポキシ等の接着剤とした
   ことを特徴とする熱式流量計。
6. 【請求項６】内燃機関の吸気通路を構成する通路内に設
   置される発熱抵抗体と感温抵抗体と、前記発熱抵抗体及
   び感温抵抗体と電気的に接続された電子回路とを有して
   成る熱式流量計において、前記電子回路を保持するベー
   スと前記電子回路を覆うハウジングを含む前記熱式空気
   流量計外周を、ガス透過性の低い部材でコートしたこと
   を特徴とする熱式流量計。
7. 【請求項７】請求項６において、熱式流量計の外周をコ
   ートする部材を、ポリアミド（ナイロン），ポリエステ
   ル，エポキシウレタン等の粉体塗装により、ガス透過性
   の低い表面コートを形成したことを特徴とする熱式流量
   計。
8. 【請求項８】発熱抵抗体と、 前記発熱抵抗体の制御回路と、 前記制御回路を内装するケースとを備え、 内燃機関の吸気通路中に設置される熱式流量計におい
   て、 前記ケースの繋ぎ目を、第１の接着剤と、前記第１の接
   着剤よりもガス透過性の低い第２の接着剤とを用いて接
   着したことを特徴とする熱式流量計。
9. 【請求項９】発熱抵抗体と、 前記発熱抵抗体の制御回路と、 前記制御回路を内装するケースとを備え、 内燃機関の吸気通路中に設置される熱式流量計におい
   て、 前記ケースの繋ぎ目を接着する接着剤と、 前記接着剤よりもガス透過性の低い、前記接着材をコー
   トするコート材とを備えたことを特徴とする熱式流量
   計。