JP5949461B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、内燃機関に吸入される吸入空気の流量（以下、吸気量ともいう。）を測定するのに好適な流量測定装置に関する。

〔従来の技術〕
従来から、この種の流量測定装置としては、種々の構成のものが提案され、実用に供されているが、近年、吸気量測定用の流量センサを内蔵する筺体に、吸入空気の温度（以下、吸気温ともいう。）を測定するための温度センサを付設した流量測定装置が有用されている（例えば、特許文献１参照）。
この流量測定装置は、温度センサで測定された吸気温を示す信号を、流量センサからの吸気量を示す信号とともに、内燃機関の運転状態を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵという。）に供給することにより、内燃機関の吸気系を適正に制御するための温度補償に利用されるものである。

ところで、吸気温を正確に測定するためには、温度センサを筺体から露出させて吸入空気に晒された状態で付設しなければならない。
そして、特許文献１に記載された従来の流量測定装置では、筺体を吸入空気通路に対しＯリング等で封着する関係上、温度センサが吸入空気通路内に突出できるように、筺体には温度センサを担持する支持部材（結線用導電部材やターミナル）が通過できる比較的大きな矩形状の装入穴を設けて付設しているのが通例である。
また、この比較的大きい装入穴は、筐体の蓋体であるハウジングを樹脂モールド（筐体をインサート品として一体成形）する際に封鎖しておく必要があることから、温度センサの支持部材（結線用導電部材やターミナル）をインサート品として矩形状の樹脂モールド品をあらかじめ作製しておき、この樹脂モールド品で上述の装入穴を封鎖した後にハウジングを樹脂モールドしている。

〔従来技術の問題点〕
しかしながら、上記構成の流量測定装置は、樹脂成形工程が多く、部品点数も多いため、全体として高価なものとなっており、せめて上述の樹脂モールド品を省略することができる斬新な構造で安価な流量測定装置が待望されている。
そこで、温度センサのリード線を積極的に有効活用して上記樹脂モールド品を省略する提案がなされている（本発明者の創案によるものであって従来周知ではない）。つまり、筐体には温度センサのリード線挿通用の貫通孔を設けておき、この貫通孔にリード線を挿通した後その孔を接着剤で封止する手法である。

この手法によれば、リード線自体を温度センサの支持部材として有効活用することができ、しかも、リード線を挿通する貫通孔は適量の接着剤を充填できる程度の比較的小径にすることができるため、接着剤を充填する簡便な方法で貫通孔を完全に封鎖することができる。したがって、樹脂モールド品を省略することができる。

ところが、本発明者のその後の実験・研究によれば、冷熱サイクルの厳しい環境下においては導通不良が生じる恐れがあることが判明した。また、併せて、その原因を究明したところ、温度センサのリード線を挿通させる貫通孔付近にひび割れ（クラック）が生じ、このクラックを介して筐体内に水分が浸入することに起因していることも判明した。実験によれば、筐体には一般的にＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート樹脂）のごとき耐熱樹脂が用いられているため、接着剤としてシール性が良好で耐熱強度も強い汎用のエポキシ樹脂系のものを用いた場合、冷熱サイクルを繰り返すと、両部材の熱膨張係数の相違によって貫通孔付近にクラックが生じる事象が確認された。

特開２０１０−１８１３５４号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、安価な構成でありながら、冷熱サイクルの厳しい環境下でも筐体にクラックが生じることなく、高品質を確保することができる流量測定装置を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の発明（流量測定装置）は、筐体に付設される温度センサが、所定の通路（吸入空気通路）を流れる空気に晒される温度検出素子と、この温度検出素子の両端から伸びる一対のリード線とを有しており、一方、耐熱樹脂製の筐体が、リード線を筐体の外側から内側へ挿通可能な一対の貫通孔と、この貫通孔の各孔に筐体の内側で連なり接着剤が充填される一対の接着剤充填用孔と、この一対の接着剤充填用孔の間に位置し、筐体の内側から外側に向かって凹む形状に形成された熱応力吸収用溝とを有していて、リード線が挿通された一対の接着剤充填用孔には、接着剤が充填されていることを特徴としている。

上記構成を有する請求項１の発明によれば、筐体と接着剤との熱膨張差に基づいて熱応力が発生しても、一対の接着剤充填用孔間に形成された熱応力吸収用溝の伸縮によって熱応力を吸収することができる。よって、冷熱サイクルの厳しい環境下においても筐体にクラックが生じることがない。
また、熱応力吸収用溝を設けるだけの簡単な構造であり、しかもこの溝は、筺体の樹脂成形時に一体形成することができるため、熱応力吸収用溝を設けるための工数を特別に要しない。
したがって、安価な構成で、冷熱サイクルの厳しい環境下においても高品質を確保できる流量測定装置を提供することができる。

本発明を適用する流量測定装置の代表例を示す内燃機関用流量測定装置の基本機能の説明に供する断面図である（実施例）。 上記流量測定装置の正面図である（実施例）。 上記流量測定装置における筐体の上面図である（実施例）。 上記流量測定装置の分解斜視図である（実施例）。 図２のＶ−Ｖ線に沿う拡大断面図である（実施例）。 本発明の主要部の説明に供するもので、（ａ）は筺体のターミナル配線前の上面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿って鍔部を断面して示す筐体の要部正面図である（実施例）。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例に従って詳細に説明する。

本実施例は、本発明の流量測定装置の代表例として、内燃機関の吸気量を測定するための流量測定装置への適用例を示している。以下の説明では、まず、流量測定装置の基本的な構成および機能を概説したのち、本発明の特徴的な構成および作用効果について詳説し、最後に本発明の特徴的事項の変形例について要約列挙する。
なお、各図において、同一または均等部分には、同一符号を付し、重複説明を省略することとする。

〔実施例の構成〕
まず、本発明の流量測定装置の基本的な構成および機能について、図１〜図３に基づいて説明する。

流量測定装置１は、内燃機関に吸入される吸入空気の流量（吸気量）を測定するためのもので、吸入空気通路（以下、吸気路という。）２に配置される。流量測定装置１の筐体３には、吸気量を測定する熱式の流量センサ４が収容されており、吸入空気の温度（吸気温）を測定するための温度センサ５が付設されている。
そして、この温度センサ５で測定された吸気温を示す信号を、流量センサ４からの吸気量を示す信号とともに、内燃機関の運転状態を制御するＥＣＵ（図示せず）に供給することにより、内燃機関の吸気系を適正に制御するための温度補償に利用される。

流量測定装置１は、上記の流量センサ４および温度センサ５を含め、以下のような具体的構成を有している。

筐体３は、一般的な耐熱樹脂、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート樹脂）によって形成されており、吸気路２に気密的に装着される本体３１と、この本体３１から垂下し吸気路２内に突き出される流路形成部３２とから構成されている。また、筐体３は、図４にも示すごとく、本体３１が鍔部３１ａを有する円盤形状を呈しているのに対し、流路形成部３２が直方体の箱形形状を呈している。そして、流路形成部３２には、吸気路２を流れる吸入空気の一部を取り込んで流すバイパス流路３３が形成されており、このバイパス流路３３に流量センサ４が収容されている。

なお、バイパス流路３３は、吸気路２の上流に向かって開口する吸入空気の取込口３３ａと、吸気路２の下流に向かって開口する吸入空気の放出口３３ｂとを有し、例えば、取込口３３ａから矢印Ｘのごとく取り込んだ吸入空気を矢印Ｙのごとく周回させて放出口３３ｂから放出する。また、バイパス流路３３には、ダストを排出するためのダスト排出路３４が接続されている。このダスト排出路３４は、取込口３３ａに対向し、かつ流量センサ４の上流側に位置しているため、バイパス流路３３に侵入したダストは、流量センサ４に向かうことなく、矢印Ｚのごとくダスト排出路３４を通って吸気路２に戻る。

流量センサ４は、バイパス流路３３において、吸入空気が吸気路２における流れ（矢印Ｑ＝Ｘ）と逆向きに流れる領域に突出している。
また、図４に示すように、流量センサ４は、発生した信号に所定の処理を施す信号処理部（図示せず）、および、ターミナル６と信号処理部とを電気的接続する別のターミナル７とともに、インサート品として樹脂モールドされてセンサアッシー８を構成している。このセンサアッシー８が、筐体３の本体３１中央部に設けられたアッシー装着穴９に例えば圧入によって装填されることにより、流量センサ４がバイパス流路３３内に突出するようになっている。

温度センサ５は、吸気路２を流れる空気に晒される温度検出素子５ａと、この温度検出素子５ａの両端から伸びる一対のリード線５ｂとを有している。温度検出素子５ａには例えば周知のサーミスタが用いられている。そして、温度センサ５は、流路形成部３２からの熱的影響を受けることがないように、流路形成部３２から離間させて筐体３の本体３１、特にその鍔部３１ａに後述する取付手段５０によって吊り下げられている。
なお、この鍔部３１ａには、外周にシール部材（Ｏリング）１０を装填する環状溝３１ｂが設けられており、筐体３は、吸気路２の取付穴２ａにシール部材１０を介して気密的に装着される。

ターミナル６は、流量測定装置１の出力端子をなすもので、筐体３の本体３１の上面に膨出形成されたホルダ１１に保持された状態で、温度センサ５のリード線５ｂの先端部や、センサアッシー８から突出するターミナル７の先端部と電気的接続される。
そして、ターミナル６は、筐体３およびセンサアッシー８とともにインサート品として樹脂モールドされ、吸気量および吸気温を示す信号をＥＣＵに出力するためのコネクタ２０が構成されている（以下、筐体３、ターミナル６およびセンサアッシー８をインサート品として樹脂モールドにより形成される樹脂部分をハウジング２１と呼ぶ。ハウジング２１には、コネクタ２０の樹脂部分が含まれる。）。

次に、温度センサ５の上記取付手段５０について図４および図５をも参照しながら詳細に説明する。

筐体３の本体３１の鍔部３１ａには、その厚さ方向に直線的に貫通するように、一対の小径の貫通孔５１と大径で楕円形状の接着剤充填用孔５２とが設けられている。各貫通孔５１は、温度センサ５の各リード線５ｂを、下側（筐体３の外側）の開口５１ａから上側（筐体３の内側）の開口５１ｂへと挿通させるものであり、各接着剤充填用孔５２は、各貫通孔５１の上側（筐体３の内側）の開口５１ｂに連なっており、リード線５ｂが挿通された後に接着剤が充填される。この接着剤にはシール性が良く耐熱強度も強い汎用の接着剤、例えばエポキシ樹脂系の接着剤が用いられ、この接着剤によって、リード線５ｂを鍔部３１ａにしっかりと固定することができる。
接着剤充填用孔５２は、貫通孔５１に対する接着剤の充填を助長すると同時に、リード線５ｂの接着面積を増やし、貫通孔５１でのリード線５ｂの接着固定を補っている。

また、筐体３の流路形成部３２には、リード線５ｂを貫通孔５１に通す際にリード線５ｂをガイドするガイド部５３が膨出形成されている。このガイド部５３には、下端側にリード線５ｂを仮止めすることができる圧入把持部５３ａが設けられており，リード線５ｂを貫通孔５１に通した後にリード線５ｂを保持することができる。したがって、リード線５ｂを接着剤にて固定する以前においても、温度センサ５が抜け落ちることはない。

さらに、筺体３の鍔部３１ａには、一対の接着剤充填用孔５２の間に位置し、筐体３の内側から外側に向かって凹む形状に形成された矩形状の熱応力吸収用溝５４が設けられている。この矩形状の熱応力吸収用溝５４と楕円形状の接着剤充填用孔５２の各孔との関係は、熱応力吸収用溝５４の容積をＡとし、接着剤充填用の各孔５２の容積をＢとしたとき、Ａ＞Ｂの関係を満足するようになっている。

〔実施例の効果〕
上記構成の流量測定装置１によれば、筐体３には、筐体３の内外を連通する貫通孔５１が設けられ、この貫通孔５１に温度センサ５のリード線５ｂを直接挿通させた後にリード線５ｂを接着剤で筐体３に固定している。そして、貫通孔５１を通ったリード線５ｂの先端部が、コネクタ２０を構成するターミナル（出力端子）６に電気的接続される。

これにより、リード線５ｂ自体を温度センサ５の支持部材として有効活用することができ、例えばターミナル６を筐体３の鍔部３１ａから吸気路２に突出させる必要がなくなる。しかも、リード線５ｂを挿通する貫通孔５１は適量の接着剤を充填できる程度の小径にすることができるため、接着剤を充填する簡便な方法で貫通孔５１を完全に封鎖することができる。

また、貫通孔５１には、筐体３の内側に位置する開口５１ｂに連なって接着剤充填用孔５２が設けられていて、この接着剤充填用孔５２が貫通孔５１に対する接着剤の充填を助長すると同時に、リード線５ｂの接着面積を増やし、貫通孔５１でのリード線５ｂの接着固定を補っている。

ところで、筐体３と接着剤とは材質が全く異なっており、ＰＢＴのごとき耐熱樹脂の方がエポキシ樹脂系の接着剤に対し熱膨張係数が格段に大きい。このため、冷熱サイクルの厳しい環境下においては、筐体３と接着剤充填用孔５２内に充填された接着剤との熱膨張差に基づいて発生する熱応力によって、接着剤充填用孔５２付近にひび割れ（クラック）が生じる恐れがある。

本実施例では、一対の接着剤充填用孔５２の間に熱応力吸収用溝５４を設けているため、熱応力吸収用溝５４の伸縮によって熱応力を吸収することができる。よって、冷熱サイクルの厳しい環境下においても筐体３にクラックが生じることがない。
なお、熱応力吸収用溝５４には、ハウジング２１を筐体３に樹脂モールドする際にこのモールド樹脂が介入することがある。この場合、モールド樹脂が溝５４を完全に埋めつくすことはなく、仮に埋め尽くしたとしても、筐体３とモールド樹脂とは別部材であるため、溝５４にて熱応力を吸収できる。

ここで、接着剤充填用孔５２の各孔と熱応力吸収用溝５４との関係は、接着剤充填用孔５２に充填され固化する接着剤の量を考慮すると、孔５２の容積Ｂより溝５４の容積Ａの方が大きい（Ａ＞Ｂの関係を満足する）ことが肝要であり、その構造例を図６に示す。

図６（ａ）、（ｂ）において、矩形状の熱応力吸収用溝５４と楕円形状の接着剤充填用孔５２との寸法関係は、溝５４の長手方向の長さをＬ、深さをＨとし、孔５２の長軸方向の長さをｌ、深さをｈとすると、Ｌ＞ｌ、Ｈ＞ｈの関係を満足するようになっている。
これにより、矩形状の熱応力吸収用溝５４と楕円形状の接着剤充填用孔５２との容積関係を、Ａ＞Ｂとすることができる。

また、本発明の熱応力吸収構造によれば、熱応力吸収用溝５４を設けるだけの簡単な構造であり、しかもこの溝５４は、筺体３の樹脂成形時に一体形成することができるため、熱応力吸収用溝５４を設けるための工数を特別に要しない。
したがって、安価な構成で、冷熱サイクルの厳しい環境下においても高品質を確保できる流量測定装置１を提供することができる。

〔変形例〕
なお、温度センサ５の取付手段５０の態様は、上述した実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

その変形例を例示すると、
（１）上記実施例のように、熱応力吸収用溝５４が矩形状、接着剤充填用孔５２が楕円形状のごとく両者の形状が異なる場合には、溝５４の表面積をＣとし、孔５２の表面積をＤとしたとき、Ｃ＞Ｄの関係を満足するようにしても良い。もっとも、溝５４、孔５２の長さＬ、ｌもしくは深さＨ、ｈのいずれか一方だけで、または溝５４の短手方向、孔５２の短軸方向の長さだけで、Ａ＞Ｂ、Ｃ＞Ｄの関係を調整するようにしても良い。
（２）接着剤充填用孔５２と熱応力吸収用溝５４との両者を同一形態（矩形状同士、楕円形状同士）にしても良い。
（３）接着剤の充填量によっては、貫通孔５１と接着剤充填用孔５２とを兼用にし、１本の貫通孔（５１、５２）としても良い。
（４）熱応力吸収用溝５４は、複数に分割して設けても良い。

本発明の流量測定装置１は、上述した実施例の適用例に限定されることなく、車両の内燃機関に吸入される吸気量を測定する用途以外に様々な用途に適用することができることは勿論である。

１…流量測定装置、２…吸入空気通路（所定の通路）、３…筐体、４…流量センサ、５…温度センサ、５ａ…温度検出素子、５ｂ…リード線、３３…バイパス流路、５０…取付手段、５１…貫通孔、５２…接着剤充填用孔、５４…熱応力吸収用溝。

Claims (4)

1. 所定の通路（２）を流れる空気の一部を取り込んで流すバイパス流路（３３）およびこのバイパス流路（３３）を流れる空気の流量を測定する流量センサ（４）を具有し、耐熱樹脂により形成された筐体（３）と、
   前記筐体（３）に付設され、前記所定の通路（２）を流れる空気の温度を測定する温度センサ（５）と
   を備える流量測定装置（１）において、
   前記温度センサ（５）は、前記所定の通路（２）を流れる空気に晒される温度検出素子（５ａ）と、この温度検出素子（５ａ）の両端から伸びる一対のリード線（５ｂ）とを有しており、
   前記筐体（３）は、前記リード線（５ｂ）が前記筐体（３）の外側から内側へ挿通される一対の貫通孔（５１）と、この貫通孔（５１）の各孔に前記筐体（３）の内側で連なり接着剤が充填される一対の接着剤充填用孔（５２）と、この一対の接着剤充填用孔（５２）の間に位置し、前記筐体（３）の内側から外側に向かって凹む形状に形成された熱応力吸収用溝（５４）とを有しており、
   前記リード線（５ｂ）が挿通された前記一対の接着剤充填用孔（５２）には、接着剤が充填されていることを特徴とする流量測定装置（１）。
2. 請求項１に記載の流量測定装置（１）において、
   前記熱応力吸収用溝（５４）の容積をＡ、前記接着剤充填用孔（５２）の各孔の容積をＢとしたとき、
   Ａ＞Ｂ
   の関係を満足することを特徴とする流量測定装置（１）。
3. 請求項２に記載の流量測定装置（１）において、
   前記熱応力吸収用溝（５４）の表面積をＣ、前記接着剤充填用孔（５２）の各孔の表面積をＤとしたとき、
   Ｃ＞Ｄ
   の関係を満足することを特徴とする流量測定装置（１）。
4. 請求項２に記載の流量測定装置（１）において、
   前記熱応力吸収用溝（５４）の深さをＨ、前記接着剤充填用孔（５２）の深さをｈとしたとき、
   Ｈ＞ｈ
   の関係を満足することを特徴とする流量測定装置（１）。
   

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