WO2013187250A1 - 熱式流量計 - Google Patents
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Definitions
- the thermal flow meter performs heat transfer between a sub-passage for flowing the measurement gas taken in from the main passage and the measurement gas flowing through the sub-passage.
- a thermal flow meter comprising a flow rate detecting element for measuring the flow rate of the gas to be measured, the thermal flow meter comprising at least a circuit package including the flow rate detecting element, and the flow rate
- a gap is formed on the back surface of the flow rate detection element so that a diaphragm is formed in the flow rate detection region of the detection element, and the gap is a sealed space that is depressurized from atmospheric pressure.
- FIG. 9 (A) is a left view
- FIG.9 (B) is a front view
- FIG.9 (C) is a top view
- FIG. 10A is an external view of a circuit package
- FIG. 10A is a left side view
- FIG. 10B is a front view
- FIG. 10C is a rear view
- FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a circuit package on which a flow rate detection unit (flow rate detection element) is mounted, and is a schematic cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. 10. It is a typical perspective view for demonstrating the manufacturing method of the flow volume detection element shown in FIG.
- FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing another example of the circuit package shown in FIG. 11.
- FIG. 12 is a schematic perspective view showing still another example of the circuit package shown in FIG. 11.
- FIG. 12 is a schematic perspective view showing still another example of the circuit package shown in FIG. 11.
- FIG. 12 is a schematic perspective view showing still another example of the circuit package shown in FIG. 11. It is a figure which shows the state of the circuit package after a 1st resin mold process.
- the gas to be measured is introduced into the combustion chamber together with a certain gas 30 to be measured.
- the fuel injection valve 152 is provided at the intake port of the internal combustion engine, and the fuel injected into the intake port forms an air-fuel mixture together with the measured gas 30 that is the intake air, and passes through the intake valve 116. It is guided to the combustion chamber and burns to generate mechanical energy.
- the temperature of the measurement target gas 30 is easily affected by the temperature of the main passage 124 and is different from the original temperature of the gas. It will be different from the state.
- the main passage 124 is an intake body of an engine, it is often maintained at a high temperature under the influence of heat from the engine. For this reason, the gas in the vicinity of the inner wall surface of the main passage 124 is often higher than the original temperature of the main passage 124, which causes a reduction in measurement accuracy.
- the fluid resistance is large, and the flow velocity is lower than the average flow velocity of the main passage 124. For this reason, if the gas in the vicinity of the inner wall surface of the main passage 124 is taken into the sub passage as the gas to be measured 30, a decrease in the flow velocity with respect to the average flow velocity in the main passage 124 may lead to a measurement error.
- the inlet 350 is provided at the tip of the thin and long measuring unit 310 extending from the flange 312 toward the center of the main passage 124, so that the flow velocity in the vicinity of the inner wall surface is provided. Measurement errors related to the reduction can be reduced.
- the support portion is cooled by flowing along the support portion of the temperature detection unit 452. Therefore, it is possible to suppress the heat from being transmitted from the flange 312 or the heat insulating portion 315 to the portion supporting the temperature detecting portion 452 through the upstream outer wall in the measuring portion 310.
- the support portion of the temperature detection unit 452 has a shape in which the upstream outer wall in the measurement unit 310 is recessed toward the downstream side (described below with reference to FIGS. 5 and 6).
- the distance between the upstream outer wall in 310 and the temperature detector 452 can be increased. As the heat conduction distance becomes longer, the distance of the cooling portion by the measurement target gas 30 becomes longer. Accordingly, it is possible to reduce the influence of heat generated from the flange 312 or the heat insulating portion 315. As a result, the measurement accuracy is improved. Since the upstream outer wall has a shape recessed toward the downstream side (described below with reference to FIGS. 5 and 6), the circuit package 400 described below (see FIGS. 5 and 6) is fixed. Becomes easy.
- the flange 312 is provided with a plurality of recesses 314 in the lower surface of the flange 312 facing the main passage 124 to reduce the heat transfer surface between the flange 312 and the main passage 124.
- the thermal flow meter 300 is less susceptible to heat.
- the screw hole 313 of the flange 312 is for fixing the thermal type flow meter 300 to the main passage 124, and the surface of the screw hole 313 around the screw passage 313 facing the main passage 124 is separated from the main passage 124. A space is formed between the main passage 124 and a surface around the screw hole 313 facing the main passage 124.
- the measurement flow path surface 430 and the heat transfer surface exposed portion 436 are provided at the connecting portion between the front side sub passage groove 332 and the back side sub passage groove 334.
- it may be provided in the front side sub-passage groove 334 or in the back side sub-passage groove 334 instead of the connecting portion between the front side sub-passage groove 332 and the back side sub-passage groove 334.
- penetrating portions are provided on the left and right sides of the circuit package 400 having the measurement channel surface 430, and the back sides are provided on the left and right sides of the circuit package 400 having the measurement channel surface 430.
- the sub passage groove 334 and the front side sub passage groove 332 are connected.
- the measured gas 30 led to the flow path 386 from the back side sub-passage groove 334 through the penetration part of the upstream part 342 of the circuit package 400 is bent more than the flow path guided to the flow path 387. Since the sub-passage groove is formed, a substance having a large mass such as dust contained in the gas to be measured 30 gathers in the flow path 387 having a small bend. For this reason, almost no foreign substance flows into the flow path 386.
- the resin thickness in the first resin molding step for forming the circuit package 400 is desirably 2 mm or less, the bottom and top of the unevenness It is difficult to make the depth of the unevenness between 1 mm and 1 mm or more.
- the depth of the unevenness between the bottom and apex of the unevenness on the surface of the circuit package 400 is increased, the degree of adhesion between the resin that covers the circuit package 400 and the resin that forms the housing 302 increases.
- the depth of the unevenness between the bottom and the top of the unevenness is preferably 1 mm or less. That is, it is desirable to increase the degree of adhesion between the resin that covers the circuit package 400 and the resin that molds the housing 302 by providing irregularities in the range of 10 ⁇ m or more and 1 mm or less on the surface of the circuit package 400.
- the surface of the circuit package 400 is provided with a portion covered with a resin for molding the housing 302 and a portion exposed without being covered for the purpose of reducing stress due to a difference in thermal expansion coefficient.
- a plurality of portions where the surface of the circuit package 400 is exposed from the resin of the housing 302 are provided, one of which is the measurement flow path surface 430 having the heat transfer surface exposed portion 436 described above.
- a portion exposed to the flange 312 side from the fixing portion 372 is provided.
- an outer wall recess 366 is formed, and a portion upstream of the outer wall recess 366 is exposed, and this exposed portion is used as a support for supporting the temperature detector 452.
- the heat transfer surface exposed portion 436 and the sub-passage for example, the front-side sub-passage groove 332 and the back-side sub-passage for the heat-flow detecting unit 602 to perform heat transfer with the measurement target gas 30 and measure the flow rate. It becomes possible to maintain the relationship with the shape of the passage groove 334, for example, the positional relationship and the direction relationship, with extremely high accuracy. It is possible to suppress errors and variations occurring in each circuit package 400 to a very small value. As a result, the measurement accuracy of the circuit package 400 can be greatly improved. For example, the measurement accuracy can be improved by a factor of two or more compared to a conventional method of fixing using an adhesive.
- a portion related to the measurement of the flow rate for example, the measurement flow path surface 430 to which the heat transfer surface exposed portion 436 and the heat transfer surface exposed portion 436 of the flow rate detection unit 602 are attached is formed on the surface of the circuit package 400. Thereafter, the measurement channel surface 430 and the heat transfer surface exposed portion 436 are exposed from the resin for molding the housing 302. That is, the heat transfer surface exposed portion 436 and the measurement flow path surface 430 around the heat transfer surface exposed portion 436 are not covered with the resin for molding the housing 302.
- the flow passage surface 430 for measurement and the heat transfer surface exposed portion 436 formed by the resin mold of the circuit package 400 or the temperature detection portion 452 are also used as they are after the resin molding of the housing 302 to measure the flow rate of the thermal flow meter 300. Used for temperature measurement. By doing so, the measurement accuracy is improved.
- the temperature detection unit 452 provided in the circuit package 400 is a projection that extends in the upstream direction of the gas to be measured 30 to support the temperature detection unit 452.
- a tip 424 is also provided, and has a function of detecting the temperature of the measurement target gas 30. In order to detect the temperature of the gas to be measured 30 with high accuracy, it is desirable to reduce the heat transfer with the portion other than the gas to be measured 30 as much as possible.
- the protrusion 424 that supports the temperature detection unit 452 has a tip that is narrower than the base, and the temperature detection unit 452 is provided at the tip. With such a shape, the influence of heat from the base portion of the protruding portion 424 on the temperature detecting portion 452 is reduced.
- voids 674 are formed at equal intervals by etching or the like on the surface of a silicon base material 602A to be a flow rate detection unit (flow rate detection element) 602.
- the silicon substrate 602A and the glass substrate 651A are bonded by, for example, an anodic bonding method which is one of direct bonding methods.
- a silicon substrate 602A and a glass substrate 651A are overlapped, and a voltage of about 400 to 500 V, for example, is applied to these in a reduced pressure environment (preferably a vacuum environment) reduced from the atmospheric pressure. Heat while.
- a pressing trace 442 remains on the back surface of the circuit package 400 where the heat transfer surface exposed portion 436 is formed.
- a mold for example, a insert piece is applied to the diaphragm 672 corresponding to the heat transfer surface exposed portion 436, and A mold is applied to the portion of the pressing trace 442 on the opposite surface, and the flow of the first resin into the heat transfer surface exposed portion 436 is blocked by both molds.
- a plated layer (conductive layer) 537 such as silver is formed on the surface of the silicon substrate 538 to form a circuit, and the plated layer 537 and the processing unit 604 connect the wire 543 to each other. Is electrically connected.
- the processing unit 604 is connected to the silicon substrate 538 through the adhesive layer 663.
- FIG. 14 is a schematic perspective view showing still another embodiment of the circuit package shown in FIG.
- a direct bonding method such as an anodic bonding method is used.
- the substrate 539 itself on which the flow rate detection element 602 is mounted may serve as the sealing plate.
- an adhesive is applied to a region (one side region) on the back side of the flow rate detecting element.
- the adhesive may enter the gap.
- the surface accuracy of the heat transfer surface formed on the diaphragm of the flow rate detection element may vary.
- the adhesive described above tends to vary in mounting accuracy of the flow rate detecting element due to curing shrinkage during bonding.
- the gap 674 on the back surface of the flow rate detection element 602 is sealed by the sealing plate 651, the back surface of the sealing plate 651 can be attached to the metal substrate 536 via an adhesive sheet.
- variation in the mounting precision of the flow volume detection element 602 can be suppressed compared with the case where an adhesive agent is used.
- the metal substrate 536 on which the processing unit 604 is mounted is molded with the first resin 401.
- the portion excluding the surface of the metal substrate 536 on which the flow rate detection element 602 and the processing unit 604 are mounted is removed. It is good also as a structure which molds with 1st resin and mounts the flow volume detection element 602 and the process part 604 after that.
- an inclined portion 594 and an inclined portion 596 are formed at the base of the protruding portion 424. While the flow of the resin in the first resin molding step is smooth, the measurement target gas 30 measured by the temperature detection unit 452 is measured by the inclined portion 594 and the inclined portion 596 in a state where the resin is mounted on the vehicle and operating. The projection flows smoothly from the protrusion 424 toward the root, and the root of the protrusion 424 is cooled, so that the effect of heat on the temperature detection unit 452 can be reduced. After the state shown in FIG. 17, the lead 514 is disconnected for each terminal to become the connection terminal 412 and the terminal 414.
- the cut surface of the lead separated from the frame 512 is exposed from the resin surface, so that moisture or the like may enter the inside from the cut surface of the lead during use. It is important to prevent this from the viewpoint of improving durability and improving reliability.
- the lead cutting portions of the inclined portion 594 and the inclined portion 596 are covered with resin in the second resin molding step, and the cutting surface of the lead frame 512 is covered with the resin. This prevents corrosion of the cut surfaces of the lead 552 and the lead 554 and intrusion of water from the cut portion.
- the cut surface of the lead is close to an important lead portion that transmits an electrical signal of the temperature detection unit 452. Therefore, it is desirable to cover the cut surface with the second resin molding process.
- FIGS. 18 and 19 show the production process of thermal flow meter 300
- FIG. 18 shows the production process of circuit package 400
- step 1 shows a process of producing a frame that constitutes a metal substrate and terminals. This frame is made by, for example, press working.
- the processing unit 604 includes a central processing unit (hereinafter referred to as a CPU) 612, an input circuit 614, an output circuit 616, a memory 618 that holds data representing a relationship between a correction value, a measured value, and a flow rate,
- a power supply circuit 622 is provided to supply a constant voltage to each necessary circuit.
- the power supply circuit 622 is supplied with DC power from an external power source such as an in-vehicle battery via a terminal 664 and a ground terminal (not shown).
- the 20 heats the measurement gas 30 with the heating element 608 so as to be higher than the original temperature of the measurement gas 30 by a constant temperature, for example, 100 ° C. at all times.
- a constant temperature for example, 100 ° C. at all times.
- the resistance value of each resistor constituting the heat generation control bridge 640 is set so that the potential difference between B becomes zero volts. Therefore, in the flow rate detection circuit 601 shown in FIG. 20, the CPU 612 controls the current supplied to the heating element 608 so that the potential difference between the intersection A and the intersection B becomes zero volts.
- the resistor 652 and the resistor 654 arranged on the upstream side are cooled by the measured gas 30 and arranged on the downstream side of the measured gas 30.
- the resistors 656 and 658 are heated by the measurement target gas 30 heated by the heating element 608, and the temperatures of the resistors 656 and 658 are increased. Therefore, a potential difference is generated between the intersection C and the intersection D of the flow rate detection bridge 650, and this potential difference is input to the input circuit 614 via the terminal 631 and the terminal 632.
- a heating element 608 is provided at the center of the thin region 603 of the diaphragm 672, and a resistor 642 constituting a heating control bridge 640 is provided around the heating element 608.
- Resistors 644, 646, and 648 constituting the heat generation control bridge 640 are provided outside the thin region 603.
- the resistors 642, 644, 646, and 648 formed in this way constitute a heat generation control bridge 640.
- the resistor 642, the resistor 644, the resistor 646, and the resistor 648 constituting the heat generation control bridge 640 are connected to the terminals 626 and 630, respectively.
- a constant voltage V3 is supplied from the power supply circuit 622 to the terminal 626, and the terminal 630 is grounded.
- a connection point between the resistor 642 and the resistor 646 and between the resistor 646 and the resistor 648 is connected to a terminal 627 and a terminal 628.
- the terminal 627 outputs the potential at the intersection A between the resistor 642 and the resistor 646, and the terminal 627 outputs the potential at the intersection B between the resistor 644 and the resistor 648.
- FIG. 20 As shown in FIG. 20, a constant voltage V3 is supplied from the power supply circuit 622 to the terminal 626, and the terminal 630 is grounded.
- a connection point between the resistor 642 and the resistor 646 and between the resistor 646 and the resistor 648 is connected to a terminal 627 and a terminal
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Abstract
Description
図1は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本発明に係る熱式流量計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。前記燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体30の流量は本発明に係る熱式流量計300で計測され、計測された流量に基づいて燃料噴射弁152より燃料が供給され、吸入空気である被計測気体30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。
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の流量および温度が、熱式流量計300により計測され、熱式流量計300から吸入空気の流量および温度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。
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熱式流量計300の出力を主パラメータとして演算される。従って熱式流量計300の計測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。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熱式流量計300により計測される吸入空気30の流量の計測精度の向上が極めて重要である。また熱式流量計300が高い信頼性を維持していることも大切である。
2.1 熱式流量計300の外観構造
図2および図3、図4は、熱式流量計300の外観を示す図であり、図2(A)は熱式流量計300の左側面図、図2(B)は正面図、図3(A)は右側面図、図3(B)は背面図、図4(A)は平面図、図4(B)は下面図である。熱式流量計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、熱式流量計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312と、外部機器との電気的な接続を行うための外部端子306を有する外部接続部305と、流量等を計測するための計測部310を備えている。計測部310の内部には、副通路を作るための副通路溝が設けられており、さらに計測部310の内部には、主通路124を流れる被計測気体30の流量を計測するための流量検出部602(図20参照)や主通路124を流れる被計測気体30の温度を計測するための温度検出部452を備える回路パッケージ400が設けられている。
熱式流量計300の入口350が、フランジ312から主通路124の中心方向に向かって延びる計測部310の先端側に設けられているので、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副通路に取り込むことができる。このため熱式流量計300は主通路124の内壁面から離れた部分の気体の流量や温度を測定することができ、熱などの影響による計測精度の低下を抑制できる。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。
計測部310の先端側に設けられた副通路よりもフランジ312側の方に位置して、図2および図3に示すように、被計測気体30の流れの上流側に向かって開口する入口343が成形されており、入口343の内部には被計測気体30の温度を計測するための温度検出部452が配置されている。入口343が設けられている計測部310の中央部では、ハウジング302を構成する計測部310内の上流側外壁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から温度検出部452が上流側に向かって突出する形状を成している。また前記窪み形状の外壁の両側部には表カバー303と裏カバー304が設けられており、前記表カバー303と裏カバー304の上流側端部が、前記窪み形状の外壁より上流側に向かって突出した形状を成している。このため前記窪み形状の外壁とその両側の表カバー303と裏カバー304とにより、被計測気体30を取り込むための入口343が成形される。入口343から取り込まれた被計測気体30は入口343の内部に設けられた温度検出部452に接触することで、温度検出部452によって温度が計測される。さらに窪み形状を成すハウジング302の外壁から上流側に突出した温度検出部452を支える部分に沿って被計測気体30が流れ、表カバー303と裏カバー304に設けられた表側出口344および裏側出口345が主通路124に排出される。
被計測気体30の流れに沿う方向の上流側から入口343に流入する気体の温度が温度検出部452により計測され、さらにその気体が温度検出部452を支える部分である温度検出部452の根元部分に向かって流れることにより、温度検出部452を支える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312あるいは熱絶縁部315から計測部310内の上流側外壁を通って、温度検出部452を支える部分に熱が伝わり、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452により計測された後、温度検出部452の支える部分に沿って流れることにより、前記支える部分が冷却される。従ってフランジ312あるいは熱絶縁部315から計測部310内の上流側外壁を通って温度検出部452を支える部分に熱が伝わるのを抑制できる。
熱式流量計300を構成する計測部310の上流側側面と下流側側面にそれぞれ上流側突起317と下流側突起318とが設けられている。上流側突起317と下流側突起318は根元に対して先端に行くに従い細くなる形状を成しており、主通路124内を流れる吸入空気30の流体抵抗を低減できる。熱絶縁部315と入口343との間に上流側突起317が設けられている。上流側突起317は断面積が大きく、フランジ312あるいは熱絶縁部315からの熱伝導が大きいが、入口343の手前で上流側突起317が途切れており、さらに上流側突起317の温度検出部452側から温度検出部452への距離が、後述するようにハウジング302の上流側外壁の窪みにより、長くなる形状を成している。このため温度検出部452の支え部分への熱絶縁部315からの熱伝導が抑制される。
フランジ312には、その下面である主通路124と対向する部分に、窪み314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、熱式流量計300が熱の影響を受け難くしている。フランジ312のねじ孔313は熱式流量計300を主通路124に固定するためのもので、これらのねじ孔313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313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、熱式流量計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。さらにまた前記窪み314は、熱伝導の低減効果だけでなく、ハウジング302の成形時にフランジ312を構成する樹脂の収縮の影響を低減する作用をしている。
図4(A)は熱式流量計300の平面図である。外部接続部305の内部に4本の外部端子306と補正用端子307が設けられている。外部端子306は熱式流量計300の計測結果である流量と温度を出力するための端子および熱式流量計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である。補正用端子307は生産された熱式流量計300の計測を行い、それぞれの熱式流量計300に関する補正値を求めて、熱式流量計300内部のメモリに補正値を記憶するのに使用する端子であり、その後の熱式流量計300の計測動作では上述のメモリに記憶された補正値を表す補正データが使用され、この補正用端子307は使用されない。従って外部端子306が他の外部機器との接続において、補正用端子307が邪魔にならないように、補正用端子307は外部端子306とは異なる形状をしている。この実施例では外部端子306より補正用端子307が短い形状をしており、外部端子306に接続される外部機器への接続端子が外部接続部305に挿入されても、接続の障害にならないようになっている。また外部接続部305の内部には外部端子306に沿って複数個の窪み308が設けられており、これら窪み308は、フランジ312の材料である樹脂が冷えて固まる時の樹脂の収縮による応力集中を低減するためのものである。
3.1 副通路と流量検出部の構造と効果
熱式流量計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の状態を図5および図6に示す。図5(A)はハウジング302の左側面図であり、図5(B)はハウジング302の正面図であり、図6(A)はハウジング302の右側面図であり、図6(B)はハウジング302の背面図である。ハウジング302はフランジ312から計測部310が主通路124の中心方向に延びる構造を成しており、その先端側に副通路を成形するための副通路溝が設けられている。この実施例ではハウジング302の表裏両面に副通路溝が設けられており、図5(B)に表側副通路溝332を示し、図6(B)に裏側副通路溝334を示す。副通路の入口350を成形するための入口溝351と出口352を成形するための出口溝353が、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として入口350から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。実施例の熱式流量計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。
図7は、回路パッケージ400の計測用流路面430が副通路溝の内部に配置されている状態を示す部分拡大図であり、図6のA-A断面図である。なお、この図は概念図であり、図5や図6に示す詳細形状に対して、図7では細部の省略および単純化を行っており、細部に関して少し変形している。図7の左部分が裏側副通路溝334の終端部であり、右側部分が表側副通路溝332の始端部分である。図7では明確に記載していないが、計測用流路面430を有する回路パッケージ400の左右両側には、貫通部が設けられていて、計測用流路面430を有する回路パッケージ400の左右両側で裏側副通路溝334と表側副通路溝332とが繋がっている。
図8は表カバー303の外観を示す図であり、図8(A)は左側面図、図8(B)は正面図、図8(C)は平面図である。図9は裏カバー304の外観を示す図であり、図9(A)は左側面図、図9(B)は正面図、図9(C)は平面図である。図8および図9において、表カバー303や裏カバー304はハウジング302の副通路溝を塞ぐことにより、副通路を作るのに使用される。また突起部356を備え、流路に絞りを設けるために使用される。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。また、表カバー303と裏カバー304には、突起部380と突起部381が形成されており、ハウジング302の嵌合した際に、図5(B)及び図6(B)に表記した回路パッケージ400の先端側の空洞部382の隙間を埋めると同時に回路パッケージ400の先端部を覆う構成となる。
次に再び図5および図6を参照して、回路パッケージ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、例えば図5および図6に示す実施例では、表側副通路溝332と裏側副通路溝334のつながりの部分に、回路パッケージ400の表面に成形された計測用流路面430が配置されるように、回路パッケージ400がハウジング302に配置され固定されている。回路パッケージ400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、副通路溝より少しフランジ312側に、回路パッケージ400をハウジング302に埋設固定するための固定部372として設けられている。固定部372は第1樹脂モールド工程により成形された回路パッケージ400の外周を覆うようにして埋設している。
上述した図5および図6に示すハウジング302において、流量検出部602や処理部604を備える回路パッケージ400を第1樹脂モールド工程により製造し、次に、被計測気体30を流す副通路を成形する例えば表側副通路溝332や裏側副通路溝334を有するハウジング302を、第2樹脂モールド工程にて製造する。この第2樹脂モールド工程で、前記回路パッケージ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熱伝達面露出部436と副通路、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、例えば位置関係や方向の関係を、極めて高い精度で維持することが可能となる。回路パッケージ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。結果として回路パッケージ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、2倍以上、計測精度を向上できる。熱式流量計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、本実施例のように第1樹脂モールド工程により回路パッケージ400を製造し、その後被計測気体30を流す副通路を成形する第2樹脂モールド工程にて副通路を成形すると同時に回路パッケージ400と前記副通路とを固定することで、計測精度のばらつきを大幅に低減でき、各熱式流量計300の計測精度を大幅に向上することが可能となる。このことは、図5や図6に示す実施例だけでなく、図7に示す実施例においても同様である。
4.1 熱伝達面露出部436を備える計測用流路面430の成形
図10に第1樹脂モールド工程で作られる回路パッケージ400の外観を示す。なお、回路パッケージ400の外観上に記載した斜線部分は、第1樹脂モールド工程で回路パッケージ400を製造した後に、第2樹脂モールド工程でハウジング302を成形する際に、第2樹脂モールド工程で使用される樹脂により回路パッケージ400が覆われる固定面432を示す。図10(A)は回路パッケージ400の左側面図、図10(B)は回路パッケージ400の正面図、図10(C)は回路パッケージ400の背面図である。回路パッケージ400は、後述する流量検出部602や処理部604を内蔵し、熱硬化性樹脂でこれらがモールドされ、一体成形される。
回路パッケージ400に設けられた温度検出部452は、温度検出部452を支持するために被計測気体30の上流方向に延びている突出部424の先端も設けられて、被計測気体30の温度を検出する機能を備えている。高精度に被計測気体30の温度を検出するには、被計測気体30以外部分との熱の伝達をできるだけ少なくすることが望ましい。温度検出部452を支持する突出部424は、その根元より、先端部分が細い形状を成し、その先端部分に温度検出部452を設けている。このような形状により、温度検出部452への突出部424の根元部からの熱の影響が低減される。
回路パッケージ400には、内蔵する流量検出部602や処理部604を動作させるための電力の供給、および流量の計測値や温度の計測値を出力するために、接続端子412が設けられている。さらに、回路パッケージ400が正しく動作するかどうか、回路部品やその接続に異常が生じていないかの検査を行うために、端子414が設けられている。この実施例では、第1樹脂モールド工程で流量検出部602や処理部604を、熱硬化性樹脂を用いてトランスファモールドすることにより回路パッケージ400が作られる。トランスファモールド成形を行うことにより、回路パッケージ400の寸法精度を向上することができるが、トランスファモールド工程では、流量検出部602や処理部604を内蔵する密閉した金型の内部に加圧した高温の樹脂が圧入されるので、出来上がった回路パッケージ400について、流量検出部602や処理部604およびこれらの配線関係に損傷が無いかを検査することが望ましい。この実施例では、検査のための端子414を設け、生産された各回路パッケージ400についてそれぞれ検査を実施する。検査用の端子414は計測用には使用されないので、上述したように、端子414は外部端子内端361には接続されない。なお各接続端子412には、機械的弾性力を増すために、湾曲部416が設けられている。各接続端子412に機械的弾性力を持たせることで、第1樹脂モールド工程による樹脂と第2樹脂モールド工程による樹脂の熱膨張係数の相違に起因して発生する応力を吸収することができる。すなわち、各接続端子412は第1樹脂モールド工程による熱膨張の影響を受け、さらに各接続端子412に接続される外部端子内端361は第2樹脂モールド工程による樹脂の影響を受ける。これら樹脂の違いに起因する応力の発生を吸収することができる。
図10で斜線の部分は、第2樹脂モールド工程において、ハウジング302に回路パッケージ400を固定するために、第2樹脂モールド工程で使用する熱可塑性樹脂で回路パッケージ400を覆うための、固定面432を示している。図5や図6を用いて説明したとおり、計測用流路面430および計測用流路面430に設けられている熱伝達面露出部436と副通路の形状との関係が、規定された関係となるように、高い精度で維持されることが重要である。第2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に回路パッケージ400を固定するので、前記副通路と計測用流路面430および熱伝達面露出部436との関係を極めて高い精度で維持できる。すなわち、第2樹脂モールド工程において回路パッケージ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、回路パッケージ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、回路パッケージ400が高い精度で固定される。
図11は、流量検出部(流量検出素子)が搭載された回路パッケージの模式的断面図であり、図10に示すC-C線に沿った模式的矢視断面図である。被計測気体30の流量を計測する流量検出部(流量検出素子)602は、上述した如く、副通路を流れる被計測気体30との間で、熱伝達面437を介して熱伝達を行うことにより、被計測気体30の流量を測定するものであり、回路パッケージ400内に含まれるものである。
6.1 回路パッケージ400の生産工程
図18,図19は熱式流量計300の生産工程を示し、図18は回路パッケージ400の生産工程を示し、図19は熱式流量計の生産工程を示す。図18において、ステップ1は金属基板および端子を構成するフレーム枠を生産する工程を示す。このフレーム枠は例えばプレス加工によって作られる。
図19に示す工程では、図18により生産された回路パッケージ400と外部端子306とが使用され、ステップ5で第2樹脂モールド工程によりハウジング302がつくられる。このハウジング302は樹脂製の副通路溝やフランジ312や外部接続部305が作られると共に、図10に示す回路パッケージ400の斜線部分が第2樹脂モールド工程の樹脂で覆われ、回路パッケージ400がハウジング302に固定される。前記第1樹脂モールド工程による回路パッケージ400の生産(ステップ3)と第2樹脂モールド工程による熱式流量計300のハウジング302の成形との組み合わせにより、流量検出精度が大幅に改善される。ステップ6で図17に示す各外部端子内端の切り離しが行われ、接続端子と外部端子内端との接続がステップ7で行われる。
7.1 熱式流量計300の回路構成の全体
図20は熱式流量計300の流量検出回路601を示す回路図である。なお、先に実施例で説明した温度検出部452に関する計測回路も熱式流量計300に設けられているが、図20では省略している。熱式流量計300の流量検出回路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。
図21は、上述した図20の流量検出回路601の回路配置を示す回路構成図である。流量検出回路601は矩形形状の半導体チップとして作られており、図21に示す流量検出回路601の左側から右側に向って、矢印の方向に、被計測気体30が流れる。
302…ハウジング
303…表カバー
304…裏カバー
305…外部接続部
306…外部端子
307…補正用端子
310…計測部
320…端子接続部
332…表側副通路溝
334…裏側副通路溝
356…突起部
361…外部端子内端
372…固定部
400…回路パッケージ
412…接続端子
414…端子
424…突出部
430…計測用流路面
432…固定面
436…熱伝達面露出部
437…熱伝達面(流量検出領域)
452…温度検出部
594…傾斜部
596…傾斜部
601…流量検出回路
602…流量検出部(流量検出素子)
604…処理部
608…発熱体
640…発熱制御ブリッジ
650…流量検知ブリッジ
672…ダイヤフラム
674…空隙
Claims (8)
- 主通路から取り込まれた被計測気体を流すための副通路と、該副通路を流れる被計測気体との間で熱伝達を行うことにより、前記被計測気体の流量を計測するための流量検出素子を備える熱式流量計であって、
該熱式流量計は、前記流量検出素子を含む回路パッケージを少なくとも備えており、
前記流量検出素子の流量検出領域にダイヤフラムが形成されるように、前記流量検出素子の裏面には空隙が形成されており、
該空隙は、大気圧よりも減圧された密閉空間となっていることを特徴とする熱式流量計。 - 前記空隙は、前記流量検出素子と封止板とを接合することにより密閉空間となっていることを特徴とする請求項1に記載の熱式流量計。
- 前記回路パッケージは、前記流量検出素子と封止板とを接合した状態で、高分子樹脂でモールド成形されたものであり、
該高分子樹脂は、前記流量検出素子と前記封止板との接合部分の外側縁を少なくとも覆うように成形されていることを特徴とする請求項2に記載の熱式流量計。 - 記流量検出素子の側面および前記流量検出領域を除く表面が、前記高分子樹脂でオーバーモールドされていることを特徴とする請求項3に記載の熱式流量計。
- 前記封止板で接合される流量検出素子の少なくとも接合面はシリコンからなり、前記封止板はガラスからなり、前記流量検出素子と前記封止板とは、陽極接合法により接合されていることを特徴とする請求項2に記載の熱式流量計。
- 前記流量検出素子は基板に搭載されており、
前記流量検出素子が搭載された領域に対応する基板裏面の領域が露出するように、前記基板裏面が前記高分子樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項3に記載の熱式流量計。 - 前記回路パッケージは、前記流量検出素子を搭載する基板を、高分子樹脂で一体成形した回路パッケージ本体を備えており、
前記封止板が接合された流量検出素子が、前記回路パッケージ本体に搭載されていることを特徴とする請求項2に記載の熱式流量計。 - 前記回路パッケージは、前記流量検出素子を搭載する基板を備えており、
前記基板は、該基板と支持する樹脂製の支持体と一体成形されており、
該支持体と一体成形された基板に、前記封止板が接合された流量検出素子が搭載されていることを特徴とする請求項2に記載の熱式流量計。
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DE102015219509A1 (de) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | Robert Bosch Gmbh | Sensorvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Strömungseigenschaft eines strömenden fluiden Mediums |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009250726A (ja) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Denso Corp | 流量センサ |
JP2010192511A (ja) * | 2009-02-16 | 2010-09-02 | Denso Corp | センサ装置 |
Family Cites Families (11)
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JPH08122119A (ja) * | 1994-10-25 | 1996-05-17 | Mitsubishi Electric Corp | 熱式流量検出素子 |
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US20040232503A1 (en) | 2001-06-12 | 2004-11-25 | Shinya Sato | Semiconductor device and method of producing the same |
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JP5052275B2 (ja) * | 2007-09-20 | 2012-10-17 | アズビル株式会社 | フローセンサの取付構造 |
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Patent Citations (2)
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Legal Events
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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