JP6640706B2 - 熱式流量計およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の内燃機関への吸入空気の流量を測定する熱式流量計とその製造方法に関する。

主通路を流れる被計測気体の質量流量を計測する装置として熱式流量計がある。熱式流量計の例として、特許文献１に記載されている技術がある。特許文献1の図1に示されるように、吸気配管に熱式流量計を部分的に挿入して設置される。

熱式流量計の出力信号をコントロールユニット（ECU）に伝達するためのコネクタフランジ部（305）の形状は、特許文献１に記載されているように開口方向が吸気配管挿入方向に対して、並行方向に開口する構造や、特許文献２に記載されているように吸気配管挿入方向に対して垂直方向、かつ空気流れ方向に対しても垂直方向に開口した形状など、さまざまな形状がある。これは、コネクタ配線の引き出し方は車載全体の部品搭載レイアウトに依存し、そのため、前記コネクタフランジ部の開口方向は、車載メーカ毎あるいは適用エンジン毎に要求が異なるのが一般的だからである。

前記要求に対して、例えば特許文献3に記載の技術がある。特許文献3によれば、熱式流量計の流量特性に大きく影響を与える主筐体(ハウジング)と、外部の信号伝達として必要となるコネクタフランジ部を、別々に成型製造する製造方法が提案されている。この製造方法によれば、コネクタフランジ部開口方向によらず、主筐体(ハウジング)の金型は１つの金型で製造できるため、熱式流量計の流量特性を同一仕様に近づけることが可能となる。

特開2014-1993号公報 特開2015-17847号公報 特開2013-104759号公報

特許文献3では、1次樹脂部と2次樹脂部の接合部は、熱式流量計が吸気ダクトに設置される設置面に対して、吸気外部方向の領域におかれている。この場合では、1次成型品においてコネクタフランジ部の樹脂の反り変形と、主筐体(ハウジング)の反り変形を同時に改善することが困難であり、主筐体(ハウジング)の反り変形が発生したり、フランジ取り付け面がばらついたりすることにより、流量特性の検出精度が低下することが懸念される。

これを回避する方法として、1次樹脂部で構成される領域を主筐体(ハウジング)のみとし、2次樹脂部で構成される領域をコネクタフランジ部で分ければ、上記課題は解決される。しかしながら、上記構造においては、1次樹脂部と2次樹脂部の接合部が、吸気ダクト取り付け面に対して、吸気側に位置することになる。この場合の課題として、振動による樹脂部の接合強度不足が考えられる。コネクタフランジ側は吸気ダクトにねじ等で固定されているため、車両の振動やエンジン脈動による振動は小さいが、主筐体(ハウジング)は吸気側に突出した片持ち構造のため、フランジ部と比べて振動量が大きくなる。このため、主筐体(ハウジング)の振動により、1次樹脂部と2次樹脂部の接合部に大きな応力が加わるため、樹脂接合部近傍の強度を確保しなければならないといった課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、流量特性の検出精度が低下することを抑制するために、1次樹脂部と2次樹脂部の接合部が、吸気ダクト取り付け面に対して、吸気側に位置する構成とする場合であっても、接合部近傍の主筐体(ハウジング)強度を確保できる構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の熱式流量計は、副通路溝を有する第一の樹脂体と、前記第一の樹脂体を機械的に接合され、コネクタ及びフランジを有する第二の樹脂体と、を備え、前記副通路溝と協働でセンサ素子が配置される副通路を形成するカバーを有し、前記第一の樹脂体と前記第二の樹脂体の機械的接合箇所は、前記フランジよりも前記コネクタの反対側に形成されており、前記第一の樹脂体と前記カバーとの接合箇所は、前記機械的接合箇所よりも前記フランジの反対側にあり、前記第二の樹脂体と前記カバーとの接合箇所は、前記機械的結合箇所よりも前記フランジ側にある。

本発明によれば、主筐体(ハウジング)の反り変形が発生したり、フランジ取り付け面がばらついたりすることにより、流量特性の検出精度が低下することを抑制するために、1次樹脂部と2次樹脂部の接合部が、吸気ダクト取り付け面に対して、吸気側に位置する構成とする場合であっても、接合部近傍の主筐体(ハウジング)強度を確保できるため、信頼性の高い熱式流量計を提供することが可能となる。

内燃機関制御システムに本発明に係る熱式流量計を使用した一実施例を示す図である。 内燃機関の吸気ダクトに挿入・固定される熱式流量計の一実施例を示す図である。 一般的な熱式流量計の外観を示す図である。 本発明に係る熱式流量計の回路パッケージの一実施例を示す図である。 本発明に係る熱式流量計の１次成型品の一実施例を示す図である。 本発明に係る熱式流量計の2次成型品の一実施例を示す図である。 本発明に係る熱式流量計の一実施例を示す図である。 本発明に係る熱式流量計の１次成型品の一実施例を示す図である。 本発明に係る熱式流量計の2次成型品の一実施例を示す図である。 本発明に係る熱式流量計の製造方法の一実施例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

本発明の実施例１を、図4a〜図4dを用いて説明する。

図4aに示されるように、回路パッケージ330は、空気流量を検出するための検出素子320と、検出素子320の信号を処理する駆動回路と、リードフレーム325を備える。空気流量検出素子320は、回路パッケージを構成する樹脂から、流量を検出する部分を含む領域が部分的に露出するようになっている。回路パッケージ330は、リードフレーム325上に、空気流量を検出するための検出素子320や駆動回路チップを実装し、パッケージ樹脂で封止（モールド）して製造される。

なお、本実施例の説明として、空気流量を検出するための検出素子320が搭載されている支持部材は回路パッケージ330としているが、プリント基板やセラミック基板等一般的に使用されている回路基板でも同様に使用が可能である。

次に、図4bに示されるように、空気流量を検出するための検出素子320が搭載されている前記回路パッケージ330を支持する第一の樹脂体である主筐体303を一次成形工程（第一樹脂モールド工程）で形成する。主筐体303には、バイパス通路360を構成する役割も有している。

一次成形工程では、熱式流量形と外部媒体との電気的接続のためのコネクタターミナル305と、回路パッケージ330をインサート成型して製造される例を示している。なお、一次成形工程で主筐体を形成した後、接着剤等で流量検出部を支持する支持部材（回路パッケージ330、プリント基板、セラミック基板等）を保持しても良い。

主筐体303には吸気ダクトを流れる空気流の一部を取りこんで検出素子320に導入するための、バイパス通路360の一部が形成されている。バイパス通路360としては、取り込み口に対して4辺方向が通路方向に沿って形成されていないとバイパス通路としての機能が成り立たない。そのため、一次成形工程では、主筐体303には、バイパス通路360を形成するための溝（或いは孔）を形成する。これにより、金型成型方法から考えると少なくとも1辺方向は金型が開閉可動するために開放にしなければならない要求を満たす。

側面図のように、一次成形工程で製造される主筐体303は、コネクタフランジ部を有していないため、全体構造として、吸気ダクト挿入方向に細長く伸びた形状となる。そのため、一次成形工程でコネクタフランジ部まで形成する図3と比較して、主筐体303の全体構造が単純形状となる。すなわち、フランジ広がり方向への樹脂流動がなくなるため、樹脂の流れを一様としやすい。本実施形状では、成形時の樹脂流動方向が一様に揃いやすく、成形時の主筐体303の反り等を制御しやすくすることができる。

その後、図4cに示されるように、2次成型工程（第二樹脂モールド工程）で、第二樹脂体であるコネクタフランジ部301が製造される。その際に、主筐体303は、コネクタフランジ部301にインサートされることで機械的に接合されている。

なお、第一の樹脂体である主筐体303と、第二の樹脂体であるコネクタフランジ部301との機械的結合の例としてインサートを例に挙げたが、スナップフィットにより固定しても良い。

主筐体303のレーザ溶着部306aと、コネクタフランジ部301のレーザ溶着部306bが、樹脂界面302をはさみ込むようにしてそれぞれの領域で配置されている。これにより、主筐体303とカバー370をレーザ溶着し、コネクタフランジ部301とカバー370をレーザ溶着することが可能となる。

なお、レーザ溶着を例に挙げているが、接着剤による接着でもよい。この場合、レーザ溶着部は、接着剤充填溝に置き換わる。その他の接合方法についても同様である。

その後、図4dに示されるように、主筐体303の表面あるいは、表面および裏面にカバー370を取り付け、図4eに示されるように、カバー370と主筐体303、およびカバー370とコネクタフランジ部301をレーザ溶着により接合する。

主筐体303に形成した溝（あるいは孔）のみではバイパス通路構造は成り立たず、一般的にはカバーと主筐体303を組み付けることでバイパス通路が完成するため、カバー370との協働によりバイパス通路360を構成する。

ここで、バイパス通路360を構成する役割を有するカバー370を、さらに、主筐体330とコネクタフランジ部301との接合に兼ねることにより、部材追加および工程追加なく、安価に製造することができる。

主筐体303にバイパス通路360を構成する孔を設けた場合には、バイパス通路360を構成するためのカバー370は、表面側と裏面側の両方に設ける必要がある。しかし、主筐体303にバイパス通路360を構成する溝を形成した場合は、溝の開口側を塞ぐのみでよいので、カバー370は、開口側に設ければバイパス360を構成できる。

本実施例によれば、主筐体303とコネクタフランジ部301との機械的結合部の他に、溶着或いは接着で第一の樹脂体である主筐体303及び第二の樹脂体であるコネクタフランジ部301と接合したカバー370で、この機械的結合部を橋渡しするような構造としていることで、全体としての流量計の強度が補強され、実車搭載における振動環境においても破断防止を抑制した、高信頼性な熱式流量計を提供することが可能である。

本発明の実施例２について説明する。なお、実施例１と同様の構造については説明を省略する。

実施例２では、コネクタフランジ部301とカバー370との接合、及び、主筐体303とカバー370との接合をレーザ溶着に限定した場合の例を示す。レーザ溶着の一般的な製造方法および課題について説明する。まず、レーザ溶着を行う際には、溶着対象物をガラス等のレーザ透過可能な平板で挟み込み、ある一定の荷重で加圧した状態でレーザを照射し、溶着を実施する。これにより、カバー樹脂が溶融する際に荷重で沈み込ませることで、溶着した樹脂部に空洞ができず接合強度の高い溶着面を形成できる。またレーザ照射は溶着部全体を一斉照射するのではなく、走査式で照射するのが一般的である。また、レーザ溶着面としては、表面部に段差がなく、同一平面であることが望ましい。表面に段差が無い方が、均一な溶着界面が形成され、より接合強度が高い溶着面を形成することができる。

本実施例においては、主筐体303およびコネクタフランジ部301に設けられたレーザ溶着部306aと306bの表面高さが同一平面にあることがレーザ溶着の観点では望ましい。ただし、異なる領域における2つの溶着表面に段差がある場合においては、レーザ溶着後は、溶着領域が沈み込むため、溶着表面が高い領域からレーザ照射すれば、高い領域が溶着により沈みこむことで、低い溶着面とカバーが安定して接触することができる。

言い換えると、溶着表面に段差がある場合は、特にレーザ照射走査時に溶着表面が低い溶着部からレーザ照射すると、カバーと溶着面に隙間が発生する可能性があり、溶着面の接合強度が低下する恐れがある。また、表面段差部が隣接して配置される場合は、レーザ照射により同時に隣接する表面段差の異なる溶着面が溶着されるため、前記段差が溶着沈み込みでは吸収されず隙間が発生する可能性がある。

しかしながら、本実施例に示す製造方法においては、コネクタフランジ部301を形成する2次成型工程では、2次金型に主筐体303を設置し、樹脂を流しこむことで形成される。ここで、主筐体303を金型ではさみ込む際に、主筐体303を破損させないよう、ある任意の隙間を金型と主筐体303との間に持たせる場合がある。その場合、2次成型中に上記クリアランス内で主筐体303の位置がずれてしまう場合があり、これによって、2次成型品において、前記レーザ溶着部306aと306bの表面高さが完全な同一平面とならず、306aと306bの溶着表面高さどちらか一方が高くなる場合が起こりうる。

上記課題に対して、本実施例では、図4cに示すように、筐体（ハウジング）303側のレーザ溶着部306aとコネクタフランジ部301側のレーザ溶着部306bが、樹脂界面302をはさみ込むようにしてそれぞれの領域で配置されており、かつ、それぞれの溶着部が独立した配置としている。このような配置することにより、異なる表面高さの溶着面306aと306bとが隣接させないことにより、直接的な溶着面段差部が発生しない構造としている。さらに、前記溶着面306a高さ、あるいは、溶着面306b高さのどちらか一方が予め高く設定されており、前記２つの表面の段差はレーザ溶着によって沈み込む深さ量よりも小さくしておくことで、生産時にレーザ溶着表面が必ず高くなっている方から、レーザ照射し溶着させることで、前記、溶着面の接合強度低下を防止することができ、安定した量産生産が可能となる。

なお、一般的にレーザ溶着による沈み込み量は0.1mm以下であるため、予め設定しておく溶着面段差は、それ以下に設定することが望ましい。

また、主筐体303の樹脂材料のヤング率に対して、カバー370の樹脂材料のヤング率を高くした方が、より接合部近傍の筐体の剛性を高くすることができ、より信頼性を高めることができる。

なお、本実施例の説明では、1次成型工程で主筐体303を形成し、2次成型工程でコネクタフランジ部301を形成する実施例を示したが、成型の順序が異なっても同様の効果が得られることは明白である。

なお、本実施例における接合方法はレーザ溶着を例に挙げているが、接着剤を用いた方法でも、同様の効果を得ることができる。ただしレーザ溶着方法の方が、カバー370と主筐体303と樹脂がお互いに溶け合って接合界面が形成されるため、通常の接着剤を使用した場合よりも接合強度および接合部近傍の筐体の剛性を高くすることができ、より信頼性を高めることが期待できる。

次に実施例３について以下に説明する。

図5aでは、前記同様に空気流量を検出するための検出素子320が搭載されている前記回路パッケージ330、および熱式流量形と外部媒体との電気的接続のためのコネクタターミナル305をインサート成型して製造される1次成型工程で主筐体303を形成する。

図5bでは、前記同様に、2次成型工程でコネクタフランジ部301が製造される。ここで図5bでは、主筐体303側のレーザ溶着部306aとコネクタフランジ部301側のレーザ溶着部306bが隣接して配置され、組み合わさって一つのレーザ溶着部を構成している。このような構造にすることで、レーザ溶着の際に、最も接合力が低い樹脂界面部302の樹脂を溶融させカバーと接合させることができるので、さらに接合部の強度を向上することが可能となる。

ここで、課題となるので、前記に記述した隣接表面間の段差であるため、この表面段差を発生させないことが重要である。

その製造方法について、図6(a)に示す。図6(a)は２次成型時の成型金型の構成を断面方向から示した図であり、下金型410と上金型420があり、１次成型品の主筐体303が金型にセットされている状態を示している。前記の記述のように、基本的にはインサート品を金型で潰すことがないように、微少な隙間を設けることが一般的である。さらに、上金型420は、可動方式入れ駒430が配置されており、この入れ駒430が図面方向の上下方向に可動し、レーザ溶着面306aと接触させる。可動方式としては、ばね435等を用いた荷重制御方式が一般的である。荷重制御にすることにより、形状上、脆弱な306aを破損させることなく、安定して、溶着表面と入れ駒部を密着させることができる。ここで上金型全面を可動方式としていないのは、樹脂成型流入時には、非常に大きな圧力で樹脂を金型内部に注入するため、可動領域が多いと、樹脂内部圧力により上金型全体の固定が困難になる恐れがある。そのため、可動方式部はできる限り領域が小さいことが望ましい。上記製造方法により、２次成型品は図6（b）のようにそれぞれの溶着表面に段差が無い状態で成型することが可能である。

125・・・吸気ダクトへの取り付け面
301・・・コネクタフランジ部
302・・・主筐体とコネクタフランジ部との接合界面
303・・・主筐体
305・・・コネクタターミナル
306a・・・主筐体303側のレーザ溶着部
306b・・・コネクタフランジ部301側のレーザ溶着部
320・・・検出素子
330・・・回路パッケージ
360・・・バイパス通路
370・・・カバー

Claims (15)

1. 副通路溝を有する第一の樹脂体と、
   前記第一の樹脂体を機械的に接合され、コネクタ及びフランジを有する第二の樹脂体と、を備え、
   前記副通路溝と協働でセンサ素子が配置される副通路を形成するカバーを有し、
   前記第一の樹脂体と前記第二の樹脂体の機械的接合箇所は、前記フランジよりも前記コネクタの反対側に形成されており、
   前記第一の樹脂体と前記カバーとの接合箇所は、前記機械的接合箇所よりも前記フランジの反対側にあり、
   前記第二の樹脂体と前記カバーとの接合箇所は、前記機械的接合箇所よりも前記フランジ側にある熱式流量計。
2. 前記第一の樹脂体は、前記第二の樹脂体にインサートされることにより機械的に接合している請求項１に記載の熱式流量計。
3. 前記第二の樹脂体は、前記第一の樹脂体にインサートされることにより機械的に接合している請求項１に記載の熱式流量計。
4. 前記第一の樹脂体と前記第二の樹脂体は、スナップフィット構造により機械的に接合している請求項１に記載の熱式流量計。
5. 前記第一の樹脂体と前記第二の樹脂体との境界には、前記第一の樹脂体を構成する樹脂と、前記第二の樹脂体を構成する樹脂と、前記カバーを構成する樹脂と、が溶融してお互いに溶け合っている領域がある請求項１乃至３の何れか一項に記載の熱式流量計。
6. 前記副通路溝と協働でセンサ素子が配置される副通路を形成する第二のカバーを有し、
   前記第一の樹脂体と前記第二のカバーとの接合箇所は、前記機械的接合箇所よりも前記フランジの反対側にあり、
   前記第二の樹脂体と前記第二のカバーとの接合箇所は、前記機械的接合箇所よりも前記フランジ側にある請求項１乃至４の何れか一項に記載の熱式流量計。
7. 前記第一の樹脂体と前記第二のカバーの接合箇所、及び、前記第二の樹脂体と前記第二のカバーの接合箇所は、接着或いは溶着された状態にある請求項６に記載の熱式流量計。
8. 前記第一の樹脂体と前記カバーの接合箇所、及び、前記第二の樹脂体と前記カバーの接合箇所は、接着或いは溶着された状態にある請求項１乃至４の何れか一項に記載の熱式流量計。
9. 前記カバーの方が、前記第一の樹脂体と前記第二の樹脂体よりもヤング率が高いことを特徴する請求項１乃至６の何れかに記載の熱式流量計。
10. 副通路溝を備える第一の樹脂体を形成する第一樹脂モールド工程と、
    コネクタおよびフランジを備える第二の樹脂体を形成する第二樹脂モールド工程と、を備え、
    前記第二樹脂モールド工程の際に、前記フランジよりもコネクタの反対側で前記第一の樹脂体の一部を包含することで前記第一の樹脂体と前記第二の樹脂体とを機械的に接合させ、
    前記第一樹脂モールド工程、及び前記第二樹脂モールド工程では、前記副通路溝との協働で副通路を形成するカバーをレーザ溶着するための溶着部が、それぞれ第一樹脂モールド工程で形成される第一の樹脂体、第二樹脂モールド工程で形成される第二の樹脂体に形成されており、
    前記第一樹脂モールド工程で形成された第一の樹脂体、及び、前記第二樹脂モールド工程で形成される第二の樹脂体を、前記カバーとレーザ溶着するレーザ溶着工程と、を備える熱式流量計の製造方法。
11. 副通路溝を備える第一の樹脂体を形成する第一樹脂モールド工程と、
    コネクタおよびフランジを備える第二の樹脂体を形成する第二樹脂モールド工程と、
    前記フランジよりもコネクタの反対側で前記第一の樹脂体の一部を包含することで前記第一の樹脂体と前記第二の樹脂体とをスナップフィットにより機械的に接合させるスナップフィット工程と、を備え、
    前記第一樹脂モールド工程、及び前記第二樹脂モールド工程では、前記副通路溝との協働で副通路を形成するカバーをレーザ溶着するための溶着部が、それぞれ第一樹脂モールド工程で形成される第一の樹脂体、第二樹脂モールド工程で形成される第二の樹脂体に形成されており、
    前記第一樹脂モールド工程で形成された第一の樹脂体、及び、前記第二樹脂モールド工程で形成される第二の樹脂体を、前記カバーとレーザ溶着するレーザ溶着工程と、を備える熱式流量計の製造方法。
12. 前記レーザ溶着工程では、前記カバーを形成された側とは反対側にも、前記カバーと同様のレーザ溶着がされる第二のカバーをレーザ溶着する請求項１０または１１に記載の熱式流量計の製造方法。
13. 前記第一の樹脂体に形成される溶着部と、前記第二の樹脂体に形成される溶着部とは、その高さにレーザ溶着によって沈み込む深さ量よりも小さい差を設けている請求項１０または１１に記載の熱式流量計の製造方法。
14. 前記第一の樹脂体に形成される溶着部と、前記第二の樹脂体に形成される溶着部とは、隣接して形成されている請求項１０または１１に記載の熱式流量計の製造方法。
15. 前記第二樹脂モールド工程は、前記隣接して形成されている溶着部の界面部を可動式の金型機構を用いて形成している請求項１４に記載の熱式流量計の製造方法。

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