JP2009008619A - 流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明の流量測定装置では、配管の内外での温度差に起因した流量検出誤差を低減する。
【解決手段】この発明の流量測定装置は、基端部に吸気配管３０の外部に突出したコネクタ１３を有するベース本体３２、このベース本体３２に設けられ装置挿入孔３１に嵌着されるフランジ１７を含むベース１１と、このベース１１に設けられたＰＢＴ樹脂で構成されたプレート１０と、このプレート１０に露出して設けられた流量検出素子２と、プレート１１の反コネクタ１３側に設けられた回路基板５と、内部に流量検出素子２が配置された計測用通路９をプレート１０と協同して形成する流体通路溝２３、及び回路基板５を囲う囲い部２０がそれぞれ形成されたハウジング６と、囲い部２０を閉じたカバー１６とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば吸気配管に形成された装置挿入孔に挿入して設置され、配管通路を通過する空気の流量を測定する流量測定装置に関するものである。

特許文献１の図１、図２には、金属製ベース５上の回路基板６を内包するハウジング部３と副通路部材４とを別部品とした流量測定装置が示されている。この樹脂製のハウジング３は、枠体部３１と、コネクタターミナル３３を埋設したコネクタ部３２と、発熱抵抗体１及び感熱抵抗体２を支持している複数個の支持ターミナル３５を固定する固定部３４と、固定フランジ３６とから構成されている。
金属製ベース５は、ハウジング３の空洞の一方側の開放面と、副通路部材４の片側を開放している副空気通路の開放面とを一緒に覆うと同時に枠体部３１及び副通路部材４に固着されている。
副通路部材４内に配置された発熱抵抗体１及び感熱抵抗体２は、金属製ベース５と離間しており、支持ターミナル３５を介して回路基板６と電気的に接続されている。

また、特許文献２の図３には、金属ベース５上にモジュールハウジング４が載置され、モジュールハウジング４と一体成形された支持ターミナル２に、発熱抵抗体７、感温抵抗体８及び吸気温度センサ９がスポットウェルディングにより固定、電気的に接続された流量測定装置が示されている。
この流量測定装置では、発熱抵抗体７、感温抵抗体８及び吸気温度センサ９は金属ベース５とバイパスモールド１０により形成された副空気通路１２内に配置されている。

特開平１１-１４４２３号公報 特開２００１−１２４６０６号公報

上記特許文献１に記載の流量測定装置は、電子回路部品の自己発熱による熱影響の他に、流量計ボディ８６自身の熱の影響を受ける。
流量計ボディ８６の持つ熱の影響とは、流量計ボディ８６の温度が高く内部を流れる空気の温度が低くなると、発熱抵抗体１及び感熱抵抗体２に流量計ボディ８６の熱が伝わり、その熱の影響を受けて流量検出誤差が大きくなることである。
自動車用内燃機関の吸気配管の場合、外気温が低い場合には、吸気配管内部の吸入空気は冷たい状態にあるが、吸気配管自体は内燃機関の熱影響を受けて暖かい状態になる場合がある。
このような自動車用内燃機関の燃料噴射システムにこの種の流量測定装置を適用した場合、吸気配管の熱が金属製ベース５、支持ターミナル３５を介して発熱抵抗体１及び感熱抵抗体２に伝わり、曳いては流量検出誤差の要因となるという問題点があった。

また、同様に、上記特許文献２に記載の流量測定装置においても、吸気配管の熱あるいは吸気配管内に設置されたモジュールハウジング４内の回路基板６の自己発熱による熱が金属ベース５、支持ターミナル２を介して発熱抵抗体７、感温抵抗体８に伝わり、曳いては流量検出誤差の要因となるという問題点があった。

また、上記特許文献１に記載の流量測定装置は、主空気通路８１を形成する流量計ボディ８６に、ハウジング３の固定フランジ３６で金属ベース５を介して固定されるが、このときの流量測定装置は、固定フランジ３６が固定で先端部が自由の、片持ち梁の構造である。
そのため、流量計ボディ８６が振動した場合、ハウジング３と金属ベース５との固着部のうち、固定フランジ３６の近傍では集中応力が発生し、この部位の固着部では、金属ベース５がハウジング３から剥離したり、回路基板６と支持ターミナル３５とを接続する導電性リード７が断線する恐れがあるという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、配管の内外での温度差に起因した流量検出誤差を低減し、また配管の振動に起因した断線の発生を低減できる等の流量測定装置を得ることを目的とする。

この発明に係る流量測定装置は、配管に形成された装置挿入孔に挿入して設置され、配管通路を通過する被計測流体の流量を測定する流量測定装置において、基端部に前記配管の外部に突出したコネクタを有するベース本体、このベース本体に設けられ前記装置挿入孔に嵌着されるフランジを含むベースと、前記ベース本体に前記被測定流体の流れ方向に沿って接合されているとともに樹脂で構成されたプレートと、このプレートに露出して設けられ前記被計測流体の流量を検出する流量検出素子と、前記プレートの前記コネクタ側に設けられ前記流量検出素子を駆動して流量検出素子の信号を処理する制御回路が内蔵された回路基板と、前記プレートに接合され前記被計測流体を導くとともに内部に前記流量検出素子が配置された計測用通路を前記プレートと協同して形成する流体通路溝、及び前記回路基板を囲う囲い部がそれぞれ形成されたハウジングと、前記囲い部を閉じたカバーとを備えたものである。

この発明による流量測定装置によれば、配管の内外での温度差に起因した流量検出誤差を低減し、また配管の振動に起因した断線の発生を低減できる等の効果がある。

以下、この発明の各実施の形態について、図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
なお、各実施の形態の説明で付される符号は、背景技術の欄で用いられた符号とは関連していない。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の流量測定装置１を示す側断面図、図２は図１の流量測定装置１の一部を切り欠いた正面図、図３は図１の要部拡大図、図４は図２の要部拡大図である。
内燃機関の吸気配管３０には装置挿入孔３１が形成されている。流量測定装置１は、この装置挿入孔３１に挿入されて吸気配管３０に設置されている。
この流量測定装置１は、ベース１１と、このベース１１に被測定流体である空気の流れ方向に沿って接合されたプレート１０と、このプレート１０に露出して設けられ空気の流量を検出する流量検出素子２と、流量検出素子２と同じ側のプレート１０の面に取り付けられ流量検出素子２を駆動して流量検出素子２の信号を処理する制御回路が内蔵された回路基板５とを備えている。
また、流量測定装置１は、プレート１０に接合され空気を導くとともに内部に流量検出素子２が配置された計測用通路９をプレート１０と協同して形成する流体通路溝２３及び回路基板５を囲う囲い部２０がそれぞれ形成されたハウジング６と、囲い部２０を閉じたカバー１６とを備えている。

上記ベース１１は、先端部が配管通路である主通路１９の内部で径方向に延出しているとともに基端部に吸気配管３０の外部に突出したコネクタ１３を有するベース本体３２と、このベース本体と一体に設けられ装置挿入孔３１に嵌着されたフランジ１７を有している。
ベース１１では、一端部がコネクタ１３の端子であるとともに他端部が回路基板５と電気的に接続された回路基板用ターミナル１２ａ、及び一端部がコネクタ１３の端子であるとともに他端部が主通路１９に露出した温度検出用ターミナル１２ｂがモールド成形で一体化されている。温度検出用ターミナル１２ｂの他端部では、空気の温度を検出する吸気温度検出素子２１が溶接により電気的に接続されている。計測用通路９の外部の主通路１９のほぼ中心に配置ある吸気温度検出素子２１は、計測用流路９の内部にある流量検出素子２の近傍に配置されている。
流量測定装置１は、フランジ１７の四隅のそれぞれの取付ネジ１８により、吸気配管３０に固定されている。フランジ１７の周側面の溝部には、装置挿入孔３１とフランジ１７との間からの空気の漏れを防止するＯリング１４が密接している。

上記プレート１０は、例えばＰＢＴ(ポリブチレンテレフタレート)樹脂で成形されている。プレート１０では、窓状の枠部３３に回路基板５が載置されている。枠部３３には、段差部を介して平面部３４が連結されている。平面部３４の枠部３３側には、流量検出素子２を収めた溝部３５が形成されている。この流量検出素子２は回路基板５とワイヤボンディングによりワイヤ８により電気的に接続されている。なお、電気的な接続手段は、溶接、半田付け等で行われてもよい。

上記流量検出素子２は、表面がプレート１０と共に計測用通路９の壁面の一部を形成しており、流量検出抵抗体３及び温度補償用抵抗体４を備えている。流量検出抵抗体３及び温度補償用抵抗体４は、シリコンあるいはセラミック等の絶縁板のワイヤ８と反対側の表面に、白金膜をパターニング（図示せず）して形成されている。
また、流量検出素子２は、流量検出抵抗体３と温度補償用抵抗体４とが基板上に複合形成されているが、流量検出抵抗体３の熱が温度補償用抵抗体４に伝導し難いような熱絶縁手段（図示せず）が施されている。

上記ハウジング６は、端部がベース１１のフランジ１７に形成された凹部２２に嵌着されている。ハウジング６の囲い部２０には、内側方向に突出して回路基板５の縁部を覆い回路基板５の高さ方向の位置を規制する一対の位置規制部７が対向して形成されている。また、囲い部２０には、全周にわたって外周溝１５が形成されており、この外周溝１５にカバー１６の周縁部が嵌着されている。

次に、上記構成の流量測定装置の製造手順について図５（Ａ）〜図９（Ｂ）に基づいて説明する。
先ず、プレート１０において、枠部３３の上面、平面部３４の溝部３５に接着剤を塗布した後に、回路基板５、流量検出素子２をそれぞれ載置し、その後回路基板５と流量検出素子２とをワイヤボンディングによりワイヤ８を用いて電気的に接続する（図５（Ａ）〜図６（Ｂ））。
この接続の後、回路基板５と流量検出素子２とにおいてマッチングのための回路調整を実施する。

この後、別工程で温度検出用ターミナル１２ｂの先端部に吸気温度検出素子２１を溶接したベース１１の要部に接着剤を塗布し、ベース１１にプレート１０を載置する。
その次に、ハウジング６の裏面に接着剤を塗布し、ハウジング６の端部をフランジ１７の凹部２２に嵌着してプレート１０にハウジング６を載置する。このとき、位置規制部７は、回路基板５の表面に接触しており、回路基板５の高さ方向の位置を規制している。
次に、プレート１０の裏面及びハウジング６の裏面の両接着剤を同時に熱硬化させて、ベース１１、プレート１０及びハウジング６を一体化した後、回路基板用ターミナル１２ａの端部と回路基板５とをワイヤボンディングによりワイヤ８を用いて電気的に接続するする（図６（Ｃ）〜図８（Ｂ））。
なお、この実施の形態では、熱硬化タイプの接着剤を使用しているが、常温硬化タイプの接着剤を使用してもよい。また、接着剤を用いず、例えば溶着等により、ベース１１、プレート１０及びハウジング６を一体化してもよい。

最後に、封止用ゲル（図示せず）を囲い部２０内に注入後、外周溝１５に接着剤を塗布後、カバー１６を載置し、囲い部２０を閉じる（図８（Ｃ）〜図９（Ｂ））。

上記実施の形態による流量測定装置１は、吸気配管３０に取り付けられており、外気温が低い場合には、吸気配管３０の内部の吸入空気は冷たい状態にあるが、吸気配管３０自体は内燃機関の熱影響を受けて暖かい状態になる場合がある。
この実施の形態の流量測定装置１によれば、流量検出素子２は、熱伝導率が金属に比べて小さいＰＢＴ樹脂により構成されたプレート１０上に載置されているので、吸気配管３０の熱がベース１１を通じて流量検出素子２に伝導し難い。また、回路基板５もプレート１０上に載置されているので、回路基板５自体から生じた熱も流量検出素子２に伝導し難い。
従って、吸気配管３０の内外での温度差による、吸気配管３０の外側のエンジンルーム内の熱の影響、及び回路基板５自体に生じた熱の影響をあまり受けることなく、主通路１９を通過する空気流量をより正確に検出することができる。

また、吸気温度検出素子２１は、計測用通路９の外部であって、吸気温度検出素子２１自体が流量検出素子２の近傍に流れる空気に乱流を生じさせるようなことがない位置に配置されており、流量測定装置１は、乱流による悪影響を受けることなく、正確に空気流量を検出することができる。

さらに、吸気温度検出素子２１は、吸気配管３０の内壁とともにプレート１０からも離間しているので、流量検出素子２１と比較してエンジンルーム内の熱の影響及び回路基板５自体の熱の影響が小さく、空気温度をより正確に検出することができる。
また、吸気温度検出素子２１は、流量検出素子２の近傍に配置されているので、流量検出素子２で検出される空気に近い空気温度を検出することができる。

さらにまた、吸気配管３０に振動が印加された場合には、フランジ１７が固定端、プレート１０及びハウジング６の先端を自由端として、所謂片持ち梁の状態となり、フランジ１７を基点とした振動が生じる。
この実施の形態では、吸気配管３０の装置挿入孔３１に嵌着されたベース１１のフランジ１７に、凹部２２が形成されており、この凹部２２に回路基板５及び流量検出素子２を囲ったハウジング６の囲い部２０が嵌着されている。
従って、回路基板用ターミナル１２ａと回路基板５とを電気的に接続するワイヤ８は、振動の基点であるフランジ１７側に設けられているので、ワイヤ８に対する振動による応力は低減され、ワイヤ８の断線は防止され、回路基板用ターミナル１２ａと回路基板５との電気的接続の信頼性が向上する。

また、図５（Ａ）〜図９（Ｂ）から分かるように、流量測定装置１では、ベース１１、プレート１０、回路基板５、ハウジング６及びカバー１６は、同一方向に載置されて組み立てられており、それぞれの相対的な位置合わせ、及び製造工程の機械化が容易となり、製品の安定化、低コスト化を図ることができる。

実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２の流量測定装置１を示す側断面図、図１１は図１０の流量測定装置１の一部を切り欠いた正面図である。
この実施の形態では、ベース１１とプレート１０とが同一のＰＢＴ樹脂で一体化されている。
他の構成は、実施の形態１と同じである。

この実施の形態２では、実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、ベース１１とプレート１０との位置合わせ工程が不要になるとともに、この一体化された構成部品を基準として、回路基板５、ハウジング６及びカバー１６の各構成部品を組み付けることができ、各構成部品間の位置精度が向上する。

実施の形態３．
図１２はこの発明の実施の形態３の流量測定装置１を示す側断面図、図１３は図１２の流量測定装置１の一部を切り欠いた正面図である。
この実施の形態では、ベース１１のベース本体３２とフランジ１７とが別部材で構成されている。積層された、ベース本体３２、プレート１０、回路基板５、ハウジング６及びカバー１６は、実施の形態１と比較してフランジ１７に対する相対位置は、径方向の外側に位置している。
他の構成は、実施の形態１と同じである。

この実施の形態３では、実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、回路基板用ターミナル１２ａと回路基板５とを電気的に接続するワイヤ８は、流量測定装置１の振動の固定端側に配置されているので、実施の形態１と比較して、ワイヤ８に対する振動による応力はより低減され、回路基板用ターミナル１２ａと回路基板５との電気的接続の信頼性がより向上する。

実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４の流量測定装置１を示す側断面図、図１５は図１４の流量測定装置１の一部を切り欠いた正面図、図１６は図１４の要部拡大図、図１７は図１５の要部拡大図である。
この実施の形態では、ハウジング６の流量検出素子２と対向する部位に貫通口２４が形成されている。この貫通口２４は、カバー１６により囲い部２０とともに覆われている。
他の構成は、実施の形態１と同じである。

実施の形態１に示す流量測定装置１では、図８（Ａ）に示した状態、即ちハウジング６をプレート１０上に載置し、接着剤を用いて接合する場合、接着剤が計測用通路９側にはみ出し、流量検出素子２の表面にまで達することが起こり得る。
これに対して、この実施の形態では、ハウジング６をプレート１０に組付けた後、貫通口２４を通じて接着剤が計測用通路９側にはみ出した不良品を簡単に見出すことができる。

なお、上記各実施の形態では、内燃機関の吸入配管３０に設置された流量測定装置１について説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、この発明は、例えば内燃機関の排気配管に設置され、内燃機関からの排気ガスの流量を測定する流量測定装置にも適用することができる。
また、プレート１０はＰＢＴ樹脂で構成されているが、勿論このものに限定されるものではなく、耐熱性、絶縁性に優れた低熱伝導率の他の樹脂を用いてもよい。

この発明の実施の形態１の流量測定装置を示す側断面図である。 図１の流量測定装置１の一部を切り欠いた正面図である。 図１の要部拡大図である。 図２の要部拡大図である。 図５（Ａ）は図１に示したプレートの側断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の正面図、図５（Ｃ）は図１に示した回路基板及び流量検出素子の側面図、図５（Ｄ）は図５（Ｃ）の正面図である。 図６（Ａ）は図１に示したプレートに回路基板及び流量検出素子が接着されてときの側断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の正面図、図６（Ｃ）は図１に示したベースの側断面図、図６（Ｄ）は図６（Ｃ）の正面図である。 図７（Ａ）は図６（Ｃ）に示したベースに図６（Ａ）に示したプレートが接着されてときの側断面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の正面図、図７（Ｃ）は図１に示したハウジングの側断面図、図７（Ｄ）は図７（Ｃ）の正面図である。 図８（Ａ）は図７（Ａ）に示したプレートに図７（Ｃ）に示したハウジングが接着されてときの側断面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の正面図、図８（Ｃ）は図１に示したカバーの側断面図、図８（Ｄ）は図８（Ｃ）の正面図である。 図９（Ａ）は図１に示した流量測定装置の側面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の正面図である。 この発明の実施の形態２の流量測定装置を示す側断面図である。 図１０の流量測定装置の一部を切り欠いた正面図である。 この発明の実施の形態３の流量測定装置を示す側断面図である。 図１２の流量測定装置の一部を切り欠いた正面図である。 この発明の実施の形態４の流量測定装置を示す側断面図である。 図１４の流量測定装置の一部を切り欠いた正面図である。 図１４の要部拡大図である。 図１５の要部拡大図である。

符号の説明

１ 流量測定装置、２ 流量検出素子、５ 回路基板、６ ハウジング、７ 位置規制部、８ ワイヤ、９ 計測用通路、１０ プレート、１１ ベース、１２ａ 回路基板用ターミナル、１２ｂ 温度検出用ターミナル、１３ コネクタ、１６ カバー、１７ フランジ、１９．主通路（配管通路）、２０ 囲い部、２１ 吸気温度検出素子、２２ 凹部、２３ 流体通路溝、２４ 貫通口、３０ 吸気配管、３１ 装置挿入孔、３２ ベース本体。

Claims (9)

1. 配管に形成された装置挿入孔に挿入して設置され、配管通路を通過する被計測流体の流量を測定する流量測定装置において、
   基端部に前記配管の外部に突出したコネクタを有するベース本体、このベース本体に設けられ前記装置挿入孔に嵌着されるフランジを含むベースと、
   前記ベース本体に前記被測定流体の流れ方向に沿って接合されているとともに樹脂で構成されたプレートと、
   このプレートに露出して設けられ前記被計測流体の流量を検出する流量検出素子と、
   前記プレートの前記コネクタ側に設けられ前記流量検出素子を駆動して流量検出素子の信号を処理する制御回路が内蔵された回路基板と、
   前記プレートに接合され前記被計測流体を導くとともに内部に前記流量検出素子が配置された計測用通路を前記プレートと協同して形成する流体通路溝、及び前記回路基板を囲う囲い部がそれぞれ形成されたハウジングと、
   前記囲い部を閉じたカバーと
   を備えたことを特徴とする流量測定装置。
2. 前記ベースは、前記ベース本体と前記フランジとが別部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
3. 前記ベースは、モールド成形により前記プレートと一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
4. 前記ハウジングの前記流量検出素子と対向する部位には貫通口が形成されており、この貫通口は、前記カバーで閉じられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の流量測定装置。
5. 前記ハウジングの前記囲い部には、内側方向に突出して前記回路基板の縁部を覆い回路基板の位置を規制する位置規制部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の流量測定装置。
6. 前記ベースは、一端部が前記コネクタの端子であるととともに他端部が前記計測用通路の外側の前記配管通路に露出した温度検出用ターミナルを有しており、この他端部には、前記被計測流体の温度を検出する温度検出素子が設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の流量測定装置。
7. 前記ベースは、一端部が前記コネクタの端子であるととともに他端部が前記回路基板と電気的に接続された回路基板用ターミナルを有しており、この回路基板用ターミナルと前記回路基板との電気的接続部は、前記フランジ側に設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の流量測定装置。
8. 前記囲い部は、前記フランジに形成された凹部に嵌着されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の流量測定装置。
9. 前記配管は、内燃機関の吸気配管であり、前記被計測流体は、空気であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の流量測定装置。

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