WO2019171837A1

WO2019171837A1 - 物理量測定装置

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Publication number: WO2019171837A1
Application number: PCT/JP2019/003291
Authority: WO
Inventors: 石塚　典男; 余語　孝之
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2019-09-12
Also published as: US11112287B2; DE112019000135T5; JP6838227B2; US20200363247A1; CN111247398B; JP2019158429A; DE112019000135B4; CN111247398A

Abstract

プリント基板を用いた物理量測定装置において、プリント基板の配線の破断を抑制する。　主通路に固定するためのフランジ１１０と、フランジ１１０から主通路内方向へ突出するように設けられるハウジング１０１と、このハウジング１０１に固定され、物理量を測定する測定素子が実装されるプリント基板１４０と、を備える。プリント基板１４０の配線は、表面の一方向に沿って形成された複数の凹凸を有し、その凹凸の形成方向がハウジング１０１の主通路内方向への突出方向に沿うように配置されている。

Description

物理量測定装置

　本開示は、内燃機関の吸入空気の物理量測定装置に関する。

　従来から内燃機関の吸入空気の物理量測定装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された物理量測定装置は、基板本体の外表面に絶縁膜が形成された回路基板と、その回路基板がインサート成形されたハウジングとを有する（同文献、請求項１等を参照）。

　前記回路基板は、前記ハウジングに固定される固定部と、前記ハウジングを成形するための金型が押し当てられる押当部と、回路導体が配置される導体配置部と、前記固定部および前記押当部の少なくとも一方と前記導体配置部との間に形成される境界部とを有する。

　前記絶縁膜は、前記固定部に配置された第１の領域と、前記押当部に配置された第２の領域と、前記導体配置部に配置された第３の領域と、前記境界部に配置された第４の領域とを有し、前記第１の領域及び前記第２の領域と前記第４の領域との間で膜厚が異なる。

特開２０１７－１５０９２９号公報

　前記従来の物理量測定装置によれば、絶縁膜の損傷に起因した回路基板の回路導体の腐食を低減できるという優れた効果を発揮することができる。このような物理量測定装置は、物理量を測定する対象である吸入空気が流れる主通路の壁面から、主通路内へ突出させて設置される。

　すなわち、前記従来の物理量測定装置は、一端が吸入空気の主通路の壁部に支持され、他端が自由端である片持ち状態となる。そのため、物理量測定装置は、たとえば内燃機関の回転等の影響を受けて振動してハウジングがたわむことで、回路基板に応力が作用する。したがって、物理量測定装置の回路基板としてプリント基板を用いる場合、回路基板に作用する応力による配線の破断を抑制する対策が重要になる。

　本開示は、プリント基板の配線の破断を抑制することが可能な物理量測定装置を提供する。

　本開示の一態様は、主通路を流れる気体の物理量を測定する物理量測定装置であって、前記主通路に固定するためのフランジと、前記フランジから前記主通路内方向へ突出するように設けられるハウジングと、前記ハウジングに固定され、前記物理量を測定する測定素子が実装されるプリント基板と、を備え、前記プリント基板の配線は、表面の一方向に沿って形成された複数の凹凸を有し、該凹凸の形成方向が前記ハウジングの前記主通路内方向への突出方向に沿うように配置されていること特徴とする物理量測定装置である。

　本開示の上記一態様によれば、プリント基板の配線の破断を抑制することが可能な物理量測定装置を提供することができる。

内燃機関の制御システムの一例を示す模式図。図１に示す制御システムの物理量測定装置の正面図。図２に示す物理量測定装置の右側面図。図２に示す物理量測定装置の表カバーを取り外した状態を示す正面図。図２に示す物理量測定装置の裏カバーを取り外した状態を示す背面図。図４に示す物理量測定装置のプリント基板を切断した模式的な拡大斜視図。図４に示す物理量測定装置のプリント基板を切断した模式的な拡大斜視図。図６Ａおよび図６Ｂに示すプリント基板の凹凸の形成方向とハウジングの突出方向との間の角度と、凹凸に作用する応力との関係の一例を示すグラフ。変形例に係る物理量測定装置の図４に相当する正面図。図４に示す物理量測定装置のプリント基板の変形例を示す平面図。

　以下、図面を参照して本開示に係る物理量測定装置の一実施形態を説明する。

　図１は、本開示の一実施形態に係る物理量測定装置１００を備えた内燃機関２１０の制御システム２００の一例を示す模式図である。この制御システム２００では、エンジンシリンダ２１１とエンジンピストン２１２を備える内燃機関２１０の動作に基づいて、物理量測定装置１００の被測定気体Ｇである吸入空気ＩＧがエアクリーナ２０１から吸入され、たとえば吸気管である主通路２０２、スロットルボディ２０３、吸気マニホールド２０４を介してエンジンシリンダ２１１の燃焼室に導かれる。

　前記燃焼室に導かれる吸入空気ＩＧの物理量は、物理量測定装置１００で測定され、その測定された物理量に基づいて燃料噴射弁２０５により燃料が供給され、吸入空気ＩＧとともに混合気の状態で燃焼室に導かれる。なお、燃料噴射弁２０５は、たとえば、内燃機関２１０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ＩＧと混合されて混合気となり、吸気弁２１３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。

　物理量測定装置１００は、図１に示す内燃機関２１０の吸気ポートに燃料を噴射する方式だけでなく、各燃焼室に燃料を直接噴射する方式にも同様に使用できる。両方式とも物理量測定装置１００の使用方法を含めた制御パラメータの測定方法および燃料供給量や点火時期を含めた内燃機関の制御方法の基本概念は、おおむね共通している。図１では、両方式の代表例として、吸気ポートに燃料を噴射する方式を示す。

　燃焼室に導かれた燃料および空気は、これらが混合された混合状態であり、点火プラグ２１４の火花着火によって爆発的に燃焼し、機械エネルギを発生する。燃焼後の気体は、排気弁２１５から排気管に導かれ、排気ＥＧとして排気管から車外に排出される。前記燃焼室に導かれる吸入空気ＩＧの流量は、アクセルペダルの操作に基づいてその開度が変化するスロットルバルブ２０６によって制御される。前記燃焼室に導かれる吸入空気ＩＧの流量に基づいて燃料供給量が制御され、運転者はスロットルバルブ２０６の開度を制御して前記燃焼室に導かれる吸入空気ＩＧの流量を制御することにより、内燃機関２１０が発生する機械エネルギを制御することができる。

　エアクリーナ２０１から取り込まれた吸入空気ＩＧである被測定気体Ｇは、主通路２０２を流れ、物理量測定装置１００によって、たとえば、流量、温度、湿度、圧力などの被測定気体Ｇの物理量が測定される。物理量測定装置１００は、たとえば、主通路２０２の壁部に開口された挿入口から主通路２０２の内部へ挿入されることで、主通路２０２の壁部から主通路２０２内へ突出させて設けられている。すなわち、物理量測定装置１００は、一端が主通路２０２の壁部に固定された固定端とされ、他端が主通路２０２内に配置された自由端とされ、主通路２０２の壁部に片持ち支持されている。

　物理量測定装置１００によって測定された吸入空気ＩＧの物理量を表す電気信号は、物理量測定装置１００から出力されて制御装置２２０に入力される。また、スロットルバルブ２０６の開度を測定するスロットル角度センサ２０７の出力が制御装置２２０に入力される。さらに、内燃機関２１０のエンジンピストン２１２や吸気弁２１３や排気弁２１５の位置や状態、さらに内燃機関２１０の回転速度を測定するために、回転角度センサ２１６の出力が、制御装置２２０に入力される。排気ＥＧの状態から燃料量と空気量との混合比の状態を測定するために、酸素センサ２１７の出力が制御装置２２０に入力される。

　制御装置２２０は、物理量測定装置１００の出力である吸入空気ＩＧの物理量と、回転角度センサ２１６の出力である内燃機関２１０の回転速度とに基づいて、燃料噴射量や点火時期を演算する。これら演算結果に基づいて、燃料噴射弁２０５から供給される燃料量や点火プラグ２１４により点火される点火時期が制御される。燃料供給量や点火時期は、実際には、さらに物理量測定装置１００で測定される吸気温度や、スロットル角度の変化状態、エンジン回転速度の変化状態、酸素センサ２１７で測定された空燃比の状態に基づいて制御されている。制御装置２２０は、さらに内燃機関２１０のアイドル運転状態において、スロットルバルブ２０６をバイパスする空気量をアイドルエアコントロールバルブ２０８により制御し、アイドル運転状態での内燃機関２１０の回転速度を制御する。

　内燃機関２１０の主要な制御量である燃料供給量や点火時期は、いずれも物理量測定装置１００の出力を主パラメータとして演算される。したがって、物理量測定装置１００の測定精度の向上や、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。物理量測定装置１００の信頼性を向上させる観点から、物理量測定装置１００が高い耐久性を有していることも重要である。

　図２は、図１に示す物理量測定装置１００の正面図である。図３は、図２に示す物理量測定装置１００の右側面図である。図４は、図２に示す物理量測定装置１００の表カバー１０２を取り外した状態を示す正面図である。図５は、図２に示す物理量測定装置１００の裏カバー１０３を取り外した状態を示す背面図である。

　詳細については後述するが、本実施形態の物理量測定装置１００は、主通路２０２を流れる被測定気体Ｇの物理量を測定する装置であって、次の構成を備えることを主な特徴としている。物理量測定装置１００は、主通路２０２の壁部から主通路２０２内へ突出させて配置されるハウジング１０１と、このハウジング１０１にインサート成形され、物理量を測定する測定素子が実装されたプリント基板１４０と、を備える。測定素子は、制御回路を一体に形成している構成でも、別体に形成している構成でもよい。プリント基板１４０は、表面の一方向に沿って形成された複数の凹凸Ｆ（図６Ａ、図６Ｂ参照）を有している。物理量測定装置１００において、プリント基板１４０は、凹凸Ｆの形成方向がハウジング１０１の主通路２０２内への突出方向に沿うように配置されている。以下、本実施形態の物理量測定装置１００の各構成について詳細に説明する。

　物理量測定装置１００は、図２および図３に示すように、ハウジング１０１と、表カバー１０２と、裏カバー１０３とを備えている。

　ハウジング１０１は、たとえば、金型を用いて樹脂材を成形するモールド成形によって形成されている。ハウジング１０１は、物理量測定装置１００を主通路２０２である吸気ボディの壁部に固定するためのフランジ１１０と、フランジ１１０から突出して外部機器との電気的な接続を行うためのコネクタを有する外部接続部１２０と、フランジ１１０から主通路２０２の中心に向かって突出して主通路２０２を流れる被測定気体Ｇの主流れ方向に対して直交する方向に延びる測定部１３０と、を有している。

　ハウジング１０１は、たとえば、ボルト等の締結部材によってフランジ１１０が主通路２０２の壁部に固定され、測定部１３０が主通路２０２の壁部に設けられた開口部に挿入されることで、主通路２０２の壁部から主通路２０２内へ突出させて配置される。ハウジング１０１の主通路２０２内への突出方向は、たとえば、主通路２０２の壁部から主通路２０２の中心に向かう方向であり、主通路２０２の径方向である。また、ハウジング１０１の突出方向は、たとえば、主通路２０２を流れる被測定気体Ｇの主流れ方向に交差する方向であり、被測定気体Ｇの主流れ方向に直交する方向である。

　ハウジング１０１の外部接続部１２０は、図３に示すように、フランジ１１０の上面に設けられてフランジ１１０から被測定気体Ｇの主流れ方向の下流側に向かって突出するコネクタ１２１を有している。コネクタ１２１には、制御装置２２０との間を接続する通信ケーブルを差し込むための差し込み穴１２１ａが設けられている。差し込み穴１２１ａ内には、たとえば、４本の外部端子１２２が設けられている。外部端子１２２は、物理量測定装置１００の計測結果である物理量の情報を出力するための端子および物理量測定装置１００が動作するための直流電力を供給するための電源端子となる。

　図４に示すように、ハウジング１０１は、インサート成形によって測定部１３０に回路基板であるプリント基板１４０が一体にモールドされている。プリント基板１４０は、ハウジング１０１を成形する金型内にプリント基板１４０を予め配置してハウジング１０１を成形するインサート成形によって、ハウジング１０１と一体に成形される。プリント基板１４０には、主通路２０２を流れる被測定気体Ｇの物理量を測定するための少なくとも一つの測定部と、測定部で測定した信号を処理するための回路部が設けられている。測定部は、被測定気体Ｇに晒される位置に配置され、回路部は、表カバー１０２によって密閉された回路室に配置される。なお、本実施形態では、プリント基板１４０を固定する手法としてインサート成型を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、プリント基板１４０を接着剤等でハウジング１０１に固定してもよい。

　ハウジング１０１の測定部１３０は、図２および図４に示すように、被測定気体Ｇの主流れ方向およびハウジング１０１の突出方向に直交する方向から見て、被測定気体Ｇの主流れ方向を短手方向とし、ハウジング１０１の突出方向を長手方向とする、おおむね長方形の外形を有している。また、ハウジング１０１の測定部１３０は、図３に示すように、被測定気体Ｇの主流れ方向に平行で、かつハウジング１０１の突出方向に直交する方向から見て、ハウジング１０１の突出方向を長手方向とする、細長い長方形の外形を有している。

　図３において、被測定気体Ｇの主流れ方向およびハウジング１０１の突出方向に直交する方向は、測定部１３０の厚さ方向である。すなわち、ハウジング１０１の測定部１３０は、被測定気体Ｇの主流れ方向を短手方向、ハウジング１０１の突出方向を長手方向とする長方形の板状の外形を有し、厚さ方向の表面と裏面に、それぞれ薄い長方形板状の表カバー１０２と裏カバー１０３とが配置されている。

　測定部１３０の表面と裏面には、副通路溝が設けられている。測定部１３０の副通路溝は、表カバー１０２および裏カバー１０３とともに、図４および図５に示す第１副通路１３１を形成する。測定部１３０の先端部には、吸入空気ＩＧなどの被測定気体Ｇの一部を第１副通路１３１に取り込むための第１副通路入口１３１ａと、第１副通路１３１から被測定気体Ｇを主通路２０２に戻すための第１副通路出口１３１ｂが設けられている。第１副通路１３１の通路途中には、プリント基板１４０の一部が突出している。そのプリント基板１４０の突出部分には、流量測定部１４１が配置されている。流量測定部１４１は、被測定気体Ｇの物理量である流量を測定する測定素子である。

　第１副通路１３１よりもフランジ１１０に近い測定部１３０の中間部には、吸入空気ＩＧなどの被測定気体Ｇの一部をセンサ室に取り入れるための第２副通路１３２が設けられている。第２副通路１３２は、測定部１３０と裏カバー１０３とにより形成される。第２副通路１３２は、被測定気体Ｇを取り込むための第２副通路入口１３２ａと、第２副通路１３２から被測定気体Ｇを主通路２０２に戻すための第２副通路出口１３２ｂを有している。第２副通路１３２は、測定部１３０の背面側すなわち裏面側に形成されたセンサ室Ｒｓに連通している。センサ室Ｒｓには、プリント基板１４０の裏面に設けられた圧力センサ１４２Ａ、１４２Ｂと湿度センサ１４３が配置されている。

　測定部１３０の突出方向すなわち長手方向の先端側には、第１副通路１３１を成形するための副通路溝が設けられている。第１副通路１３１を形成するための副通路溝は、図４に示す表側副通路溝１３１Ｆと、図５に示す裏側副通路溝１３１Ｒを有している。表側副通路溝１３１Ｆは、図４に示すように、測定部１３０の下流側外壁１３３に開口する第１副通路出口１３１ｂから上流側外壁１３４に向かって移行するにしたがって、漸次、測定部１３０の基端側であるフランジ１１０側に湾曲し、上流側外壁１３４の近傍位置で、測定部１３０を厚さ方向に貫通する開口部１３５に連通している。開口部１３５は、上流側外壁１３４と下流側外壁１３３との間に亘って延びるように、主通路１２４の被測定気体Ｇの流れ方向に沿って形成されている。

　裏側副通路溝１３１Ｒは、図５に示すように、上流側外壁１３４から下流側外壁１３３に向かって移行し、上流側外壁１３４と下流側外壁１３３との中間位置で二股に分かれている。二股に分かれた裏側副通路溝１３１Ｒの一方は、排出通路としてそのまま一直線状に延在して下流側外壁１３３の排出口１３１ｃに開口している。二股に分かれた裏側副通路溝１３１Ｒの他方は、下流側外壁１３３に移行するにしたがって、漸次、測定部１３０の基端側であるフランジ１１０側に湾曲し、下流側外壁１３３の近傍位置で、開口部１３５に連通している。

　裏側副通路溝１３１Ｒは、主通路２０２から被測定気体Ｇが流入する入口溝を形成し、表側副通路溝１３１Ｆは、裏側副通路溝１３１Ｒから取り込んだ被測定気体Ｇを主通路２０２に戻す出口溝を形成する。すなわち、主通路２０２を流れる被測定気体Ｇの一部は、図５に示すように、第１副通路入口１３１ａから裏側副通路溝１３１Ｒ内に取り込まれ、裏側副通路溝１３１Ｒ内を流れる。そして、被測定気体Ｇに含まれている質量の大きな異物は一部の被測定気体Ｇとともに分岐からそのまま一直線状に延在する排出通路に流れ込み、下流側外壁１３３の排出口１３１ｃから主通路２０２に排出される。

　裏側副通路溝１３１Ｒは、進むにつれて深くなる形状をしており、被測定気体Ｇは裏側副通路溝１３１Ｒに沿って流れるにつれ測定部１３０の表側に徐々に移動する。特に裏側副通路溝１３１Ｒは開口部１３５の手前で急激に深くなる急傾斜部１３１ｄが設けられていて、質量の小さい空気の一部は急傾斜部１３１ｄに沿って移動し、開口部１３５内でプリント基板１４０の測定面１４０ａ側を流れる。一方、質量の大きい異物は、急激な進路変更が困難なため、測定面１４０ａの裏面１４０ｂ側を流れる。

　図４に示すように、開口部１３５で表側に移動した被測定気体Ｇは、プリント基板１４０の測定面１４０ａに沿って流れ、測定面１４０ａに設けられた流量測定部１４１との間で熱伝達が行われ、流量の測定が行われる。開口部１３５から表側副通路溝１３１Ｆに流れてきた空気は共に表側副通路溝１３１Ｆに沿って流れ、下流側外壁１３３に開口する第１副通路出口１３１ｂから主通路２０２に排出される。

　第２副通路１３２は、主通路１２４を流れる被測定気体Ｇの主流れ方向に沿うように、フランジ１１０と平行に第２副通路入口１３２ａと第２副通路出口１３２ｂとの間に亘って一直線状に形成されている。第２副通路入口１３２ａは、上流側外壁１３４の一部を切り欠いて形成され、第２副通路出口１３２ｂは、下流側外壁１３３の一部を切り欠いて形成されている。第２副通路入口１３２ａと第２副通路出口１３２ｂは、プリント基板１４０の裏面１４０ｂと面一になる深さ位置まで切り欠かれている。

　第２副通路１３２は、プリント基板１４０の裏面１４０ｂに沿って被測定気体Ｇが通過するので、プリント基板１４０を冷却するクーリングチャンネルとして機能する。第２副通路１３２よりも測定部１３０の基端側にセンサ室Ｒｓが設けられている。第２副通路入口１３２ａから第２副通路１３２に流れ込んだ被測定気体Ｇの一部は、センサ室Ｒｓに流れ込み、センサ室Ｒｓ内の圧力センサ１４２Ａ，１４２Ｂと、湿度センサ１４３によってそれぞれ圧力と相対湿度が測定される。すなわち、圧力センサ１４２Ａ，１４２Ｂと、湿度センサ１４３は、それぞれ、被測定気体Ｇの物理量である圧力と相対湿度を測定する測定素子である。

　プリント基板１４０は、たとえば、表側副通路溝１３１Ｆと裏側副通路溝１３１Ｒのつながりの部分である開口部１３５に、プリント基板１４０の流量測定部１４１が配置されるように、ハウジング１０１に一体にモールドされている。ハウジング１０１の測定部１３０には、プリント基板１４０の周縁部をハウジング１０１に樹脂モールドにより埋設して固定する部分が、固定部１３６、１３７として設けられている。固定部１３６、１３７は、プリント基板１４０の周縁部を表側と裏側から挟み込むように包含して固定している。また、プリント基板１４０の一部は、測定部１３０の回路室Ｒｃと第１副通路１３１との間を仕切る仕切壁１３８によっても、固定部１３６、１３７と同様に固定されている。

　プリント基板１４０は、被測定気体Ｇの上流側の端縁の中央部に温度測定部１４４を有している。温度測定部１４４は、主通路２０２を流れる被測定気体Ｇの物理量を測定するための測定素子の一つであり、プリント基板１４０に実装されている。プリント基板１４０は、第２副通路１３２の第２副通路入口１３２ａから被測定気体Ｇの上流に向かって突出する突出部１４５を有しており、温度測定部１４４は、突出部４５０でかつ回路基板４００の裏面に設けられたチップ型の温度センサ１４６を有している。温度センサ１４６とその配線部分は、合成樹脂材で被覆されており、塩水の付着により電食が生ずるのを防いでいる。

　第２副通路入口１３２ａは、温度測定部１４４の下流側に形成されている。そのため、第２副通路入口１３２ａから第２副通路１３２に流れ込む被測定気体Ｇは、温度測定部１４４に接触してから第２副通路入口１３２ａに流れ込み、温度測定部１４４に接触した際に温度が測定される。温度測定部１４４に接触した被測定気体Ｇは、そのまま第２副通路入口１３２ａから第２副通路１３２に流れ込み、第２副通路１３２を通過して第２副通路出口１３２ｂから主通路２０２に排出される。

　図６Ａおよび図６Ｂは、プリント基板１４０の一部を切断した模式的な拡大斜視図である。なお、図６Ａおよび図６Ｂでは、プリント基板１４０の表面に形成されたソルダーレジストの図示を省略している。図６Ａは、プリント基板１４０の下地材が凹凸Ｆを有しない例を示し、図６Ｂは、プリント基板１４０の下地材が凹凸Ｆを有している例を示している。プリント基板１４０には、たとえば、銅配線などの配線Ｗが所定の配線パターンで形成されている。プリント基板１４０は、表面の一方向に沿って形成された複数の凹凸Ｆを有している。

　このようなプリント基板１４０の配線Ｗ上の凹凸Ｆは、たとえば、配線Ｗの表面仕上げとレジストとの密着性向上を目的とする研磨によって形成される。すなわち、プリント基板１４０の表面の一方向に沿う複数の凹凸Ｆは、たとえば、バフ研磨加工手法により、プリント基板１４０の配線Ｗに一方向に形成される研磨痕である。バフ研磨加工手法では、円筒状の研磨輪を用いてプリント基板１４０を研磨する。この際に、研磨輪の回転方向が、プリント基板１４０のハウジング１０１に配置される際の突出方向と同一または突出方向に沿う方向となるように、プリント基板１４０をバフ研磨加工装置にセットする。なお、配線Ｗに形成された凹凸Ｆは、このような研磨痕に限定されず、たとえば、配線Ｗの圧延痕であってもよい。また、図６Ｂに示すように、配線Ｗと下地材との密着性を向上させるために、プリント基板１４０下地材に凹凸を形成する場合があり、この凹凸が配線Ｗの凹凸Ｆとなる場合もある。

　本実施形態の物理量測定装置１００において、プリント基板１４０は、凹凸Ｆの形成方向がハウジング１０１の主通路２０２内への突出方向に沿うように配置されている。言い換えると、プリント基板１４０は、凹凸Ｆの形成方向が挿入方向に沿うようにハウジング１０１に固定されている。すなわち、凹凸Ｆの形成方向は、たとえば、ハウジング１０１の突出方向に対して平行である。または、凹凸Ｆの形成方向とハウジング１０１の突出方向との間の角度は、４５［°］未満である。なお、物理量測定装置１００の耐久性向上と信頼性向上の観点から、凹凸Ｆの形成方向とハウジング１０１の突出方向との間の角度は、１０［°］以下であることが好ましい。

　なお、ハウジング１０１の主通路２０２内への突出方向は、前述のように、たとえば、主通路２０２の壁部から主通路２０２の中心に向かう方向であり、主通路２０２の径方向である。言い換えると、フランジ１１０から首下（主通路へ挿入される側）方向である。また、ハウジング１０１の主通路２０２内への突出方向は、たとえば、主通路２０２を流れる被測定気体Ｇの主流れ方向に交差する方向であり、被測定気体Ｇの主流れ方向に直交する方向である。また、図１から図５に示すように、主通路２０２に挿入されるハウジング１０１の測定部１３０が長方形の板状の形状を有する場合、ハウジング１０１の主通路２０２内への突出方向は、測定部１３０の長手方向である。

　以下、本実施形態の物理量測定装置１００の作用について説明する。

　本実施形態の物理量測定装置１００は、前述のように、プリント基板１４０に実装された物理量の測定素子である流量測定部１４１、圧力センサ１４２Ａ，１４２Ｂ、湿度センサ１４３、および温度測定部１４４によって、主通路２０２を流れる吸入空気ＩＧである被測定気体Ｇの物理量を測定することができる。そして、物理量測定装置１００は、測定した吸入空気ＩＧの物理量を表す電気信号を、外部接続部１２０に接続された通信ケーブルを介して制御装置２２０に出力することができる。

　ここで、本実施形態の物理量測定装置１００は、前述のように、一端が主通路２０２の壁部に固定された固定端とされ、他端が主通路２０２内に配置された自由端とされ、主通路２０２の壁部に片持ち支持されている。そのため、物理量測定装置１００のハウジング１０１は、たとえば、前述のように、ボルト等の締結部材によってフランジ１１０が主通路２０２の壁部に固定され、測定部１３０が主通路２０２の壁部に設けられた開口部に挿入されることで、主通路２０２の壁部から主通路２０２内へ突出させて配置される。

　このような状態で、たとえば内燃機関２１０の回転によって主通路２０２が振動すると、主通路２０２の壁部から主通路２０２内へ突出させて配置されたハウジング１０１は、そのハウジング１０１の突出方向に交差する方向に振動が加えられる。より具体的には、図２から図５に示すように、おおむね長方形板状の形状を有するハウジング１０１の測定部１３０には、その測定部１３０の厚さ方向、すなわち、ハウジング１０１の突出方向および被測定気体Ｇの主流れ方向におおむね直交する方向に振動が加えられる。

　これにより、物理量測定装置１００のハウジング１０１には、たとえば重力加速度の３０倍（３０Ｇ）程度の振動が発生する。また、共振が発生した場合には、たとえば応答倍率が１００倍程度になり、最大で３０００Ｇ程度の振動が発生するおそれがある。ハウジング１０１にこのような振動が発生すると、ハウジング１０１にインサート成形されたプリント基板１４０に対して繰り返し高い応力が作用する。前述のように、ハウジング１０１の測定部１３０が厚さ方向に振動する場合には、プリント基板１４０に対して、図２、図４および図５に示す応力方向Ｓに高い応力が作用する。この応力方向Ｓは、たとえば、ハウジング１０１の主通路２０２内への突出方向におおむね平行である。

　そのため、プリント基板１４０の表面に沿う一方向に形成された複数の凹凸Ｆの形成方向が、たとえば応力方向Ｓに直交する場合や、応力方向Ｓに対して４５［°］以上の角度を有して交差する場合、凹凸Ｆに応力が集中し、配線Ｗが破断したり、プリント基板１４０の耐久性が低下したりするおそれがある。

　これに対し、本実施形態の物理量測定装置１００は、前述のように、主通路２０２を流れる被測定気体Ｇの物理量を測定する装置であって、主通路２０２の壁部から主通路２０２内へ突出させて配置されるハウジング１０１と、このハウジング１０１にインサート成形され物理量を測定する測定素子が実装されたプリント基板１４０と、を備えている。そして、プリント基板１０４は、表面の一方向に沿って形成された複数の凹凸Ｆを有し、その凹凸Ｆの形成方向がハウジング１０１の主通路２０２内への突出方向に沿うように配置されている。

　この構成により、本実施形態の物理量測定装置１００は、プリント基板１４０の凹凸Ｆに対する応力集中が抑制され、配線Ｗの破断を抑制することができ、ハウジング１０１の振動発生時にプリント基板１４０の耐久性を向上させることができる。したがって、本実施形態によれば、物理量測定装置１００の信頼性を向上させることができる。

　図７は、プリント基板１４０の凹凸Ｆの形成方向とハウジング１０１の突出方向（すなわち応力方向Ｓ）との間の角度［°］と、凹凸Ｆに作用する応力［ＭＰａ］との関係の一例を示すグラフである。この例において、凹凸Ｆの形成方向とハウジング１０１の突出方向との間の角度が－９０［°］と９０［°］の場合、すなわち、凹凸Ｆの形成方向とハウジング１０１の突出方向とが直交する場合に、凹凸Ｆに作用する応力が最大値の約６３［ＭＰａ］となっている。

　一方、凹凸Ｆの形成方向が、ハウジング１０１の突出方向に沿う場合、すなわち、凹凸Ｆの形成方向とハウジング１０１の突出方向との間の角度が４５［°］未満である場合、凹凸Ｆに作用する応力を３０％以上低下させ、約４４［ＭＰａ］未満にすることができる。また、凹凸Ｆの形成方向とハウジング１０１の突出方向との間の角度が１０［°］以下である場合、凹凸Ｆに作用する応力を６３％以上低下させ、約２３［ＭＰａ］以下にすることができる。特に、凹凸Ｆの形成方向とハウジング１０１の突出方向との間の角度が０［°］である場合、すなわち、凹凸Ｆの形成方向とハウジング１０１の突出方向とが平行である場合、凹凸Ｆに作用する応力を最小値の約２２［ＭＰａ］にすることができる。

　以上説明したように、本実施形態によれば、プリント基板１４０を用いた物理量測定装置１００において、プリント基板１４０の配線Ｗの破断を抑制することができる。以上、図面を用いて本開示の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。以下、前述の実施形態の変形例について説明する。

　図８は、前述の実施形態に係る物理量測定装置１００の図４に相当する変形例に係る物理量測定装置１００’の正面図である。この物理量測定装置１００’は、前述の実施形態に係る物理量測定装置１００と同様に、主通路２０２を流れる被測定気体Ｇの物理量を測定する装置である。

　物理量測定装置１００’は、前述の実施形態に係る物理量測定装置１００と同様に、主通路２０２の壁部から主通路２０２内へ突出させて配置されるハウジング１０１’と、そのハウジング１０１’に、物理量を測定する測定素子（流量センサ１４１’、圧力センサ１４２’、温度センサ１４６’および温湿度センサ１４８）が実装可能なプリント基板１４０’と、を備えている。プリント基板１４０’は、ハウジング１０１’に接着材等により固定されている。また、前述の実施形態と同様に、プリント基板１４０’は、ハウジング１０１’にインサート固定されていてもよい。測定素子は、樹脂パッケージ１４７をプリント基板１４０’に固定することにより、プリント基板１４０’に実装されている。

　本変形例では、樹脂パッケージ１４７が、プリント基板１０１’に実装されている。樹脂パッケージ１４７は、流量センサ１４１’と制御回路がリードフレーム上に実装され、流量センサ１４１’の流量測定部（薄肉部）が少なくとも露出するように樹脂により封止して形成される。樹脂パッケージ１４７のリード端子を、はんだ付けや溶接等によって、プリント基板１４０’に電気的かつ機械的に接続している。測定素子を樹脂パッケージ１４７によって保護し、物理量測定装置１００’の耐久性および信頼性を向上させることができる。なお、流量センサ１４１’と制御回路を同一の半導体素子に一体化した構成であってもよい。すなわち、測定素子は、制御回路が一体に形成されていてもよい。

　プリント基板１４０’は、表面の一方向に沿って形成された複数の凹凸Ｆを有し、その凹凸Ｆの形成方向がハウジング１０１’のフランジ１１０’から主通路２０２内方向への突出方向（言い換えれば挿入方向）に沿うように配置されている。したがって、本変形例に係る物理量測定装置１００’によれば、前述の実施形態に係る物理量測定装置１００と同様の効果を奏することができる。

　図９は、図４に示す物理量測定装置１００のプリント基板１４０の変形例を示す平面図である。流量測定部１４１’を含む測定素子は、プリント基板１４０’に取り付けられた支持体１５０を介してプリント基板１４０’に実装されていてもよい。この構成により、流量測定部１４１’を含む測定素子を直接、プリント基板１４０’に実装する場合と比較して、測定素子に作用する応力を低減し、物理量測定装置１００の耐久性および信頼性を向上させることができる。なお、プリント基板１４０’に部品を実装するとは、たとえば、プリント基板１４０’に部品を取り付けること、およびプリント基板１４０’の配線に部品を電気的に接続することを含む。支持体１５０の例として、金属製のリードフレームなどの金属部材や、ＬＴＣＣ基板、プリント基板等、電気配線が形成可能なものが挙げられる。支持体１５０には、ハウジング１０１’との位置決め用の穴、若しくは突起が形成され、ハウジング１０１’に形成される位置決め用の突起、若しくは穴により位置決めされる構成としてもよい。

１００　　物理量測定装置
１００’　物理量測定装置
１０１　　ハウジング
１０１’　ハウジング
１４０　　プリント基板
１４０’　プリント基板
１４１　　流量測定部（測定素子）
１４１’　流量センサ（物理量測定部）
１４２Ａ　圧力センサ（測定素子）
１４２Ｂ　圧力センサ（測定素子）
１４２’　圧力センサ（測定素子）
１４３　　湿度センサ（測定素子）
１４４　　温度測定部（測定素子）
１４６’　温度センサ（測定素子）
１４７　　樹脂パッケージ
１４８　　温湿度センサ（測定素子）
１５０　　支持体
２０２　　主通路
Ｆ　　　　凹凸
Ｇ　　　　被測定気体
Ｗ　　　　配線

Claims

　主通路を流れる気体の物理量を測定する物理量測定装置であって、
　前記主通路に固定するためのフランジと、
　前記フランジから前記主通路内方向へ突出するように設けられるハウジングと、
　前記ハウジングに固定され前記物理量を測定する測定素子が実装されるプリント基板と、を備え、
　前記プリント基板の配線は、表面の一方向に沿って形成された複数の凹凸を有し、該凹凸の形成方向が前記ハウジングの前記主通路内方向への突出方向に沿うように配置されていることを特徴とする物理量測定装置。
　前記凹凸の形成方向と前記ハウジングの前記突出方向との間の角度は、１０［°］以下であることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
　前記凹凸は、円筒状の研磨輪を用いて形成された研磨痕であることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
　前記凹凸は、前記プリント基板の配線の圧延痕であること特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
　前記測定素子の物理量測定部を露出させた状態で前記測定素子を封止する樹脂パッケージを備え、
　前記樹脂パッケージを前記プリント基板に固定することにより、前記測定素子が前記プリント基板に実装されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の物理量測定装置。
　前記測定素子は、前記プリント基板に取り付けられた支持体を介して前記プリント基板に実装されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の物理量測定装置。
　前記支持体は、金属部材であり、前記測定素子は、制御回路が一体に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の物理量測定装置。
　前記支持体には、位置決め用の穴、若しくは突起が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の物理量測定装置。