JP3597527B2 - 熱式流量計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱線を用いて流量を計測する熱式流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱線を用いて流量を計測する熱式流量計には、例えば、図１８に示すように、半導体マイクロマシニングの加工技術で製造された測定チップをセンサー部として使用するものがある。そして、図１８の熱式流量計１０１においては、入口ポート１０２に流入させた計測対象気体を、整流機構１０３で整流させた後に、計測流路１０４を介して、出口ポート１０５から流出させており、計測対象気体の流量を計測するために、電気回路１０６に接続された測定チップ１１１を計測流路１０４に露出させている。
【０００３】
この点、測定チップ１１１は、図１９に示すように、シリコンチップ１１６において、上流温度センサー１１２、ヒータ１１３、下流温度センサー１１４、周囲温度センサー１１５（上述したセンサー１１２〜１１５は、「熱線」に相当する）などを、半導体マイクロマシニングの加工技術を設けたものである。
【０００４】
従って、図１８の熱式流量計１０１においては、計測対象気体が計測流路１０４に流れていないときは、図１９の測定チップ１１１の温度分布がヒータ１１３を中心に対称となる一方、計測対象気体が計測流路１０４に流れているときは、上流温度センサー１１２の温度が低下し、下流温度センサー１１４の温度が上昇するので、図１９の測定チップ１１１の温度分布の対称性は、計測対象気体の流量に応じて崩壊することになる。このとき、この崩壊の程度は、上流温度センサー１１２と下流温度センサー１１４の抵抗値の差になって現れるので、電気回路１０６を介して、計測対象気体の流量を計測することが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１８の熱式流量計１０１では、図１９の測定チップ１１１において、６個の電極Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６をシリコンチップ１１６に設けており、上流温度センサー１１２、ヒータ１１３、下流温度センサー１１４、周囲温度センサー１１５のそれぞれと電気回路１０６とを接続することを、６個の電極Ｄ１〜Ｄ６を使用したワイヤーボンディングにより行っていた。
【０００６】
従って、図１８の熱式流量計１０１では、測定チップ１１１が計測配管１０４の中で露出し、ボンディングワイヤーＷが計測配管１０４に介在するので、大流量の計測対象気体が計測配管１０４に流れると、その風圧などを受けてボンディングワイヤーＷが切れる恐れがあり、それを防ぐためには、カバー機構を設けるなど（例えば、特開平１０−２７７３号の「支持体１３ａ」）の対策を行う必要があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避した熱式流量計を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために成された請求項１に係る発明は、熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とが設けられた測定チップと、前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極が表面に設けられた基板と、前記基板が密着することにより主流路が形成されるボディとを備え、前記測定チップ又は前記基板に溝が設けられており、前記熱線用電極と前記電気回路用電極とを接着して前記測定チップを前記基板に実装することによって、前記主流路に対するセンサー流路を前記測定チップと前記基板との間に前記溝で形成するとともに、前記センサー流路に前記熱線を橋設させたこと、を特徴としている。
【０００９】
このような特徴を有する本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップに設けられた熱線用電極と基板の表面に設けられた電気回路用電極とが接着されることによって、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続されている。
一方、基板がボディに対して密着されると、ボディの内部において、主流路が形成される。このとき、基板又は基板に実装された測定チップに溝が設けられているので、ボディの内部において、主流路に対するセンサー流路も形成される。
従って、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることになる。この点、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路により、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定することができる。
【００１０】
すなわち、本発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と基板の電気回路用電極とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００１１】
また、本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝であって、測定チップと基板との間に形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００１２】
また、本発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００１３】
また、本発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝で形成されるものであって、溝の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載する熱式流量計であって、前記測定チップのみに前記溝を設けたこと、を特徴としている。
【００１５】
また、本発明の熱式流量計において、測定チップのみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００１６】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載する熱式流量計であって、前記基板のみに前記溝を設けたこと、を特徴としている。
【００１７】
また、本発明の熱式流量計において、基板のみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、測定チップに溝を設けることを省略できるとともに、さらに、溝加工による測定チップの強度低下を防止することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とが設けられた測定チップと、前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極ピンと、前記電気回路用電極ピンが挿設された基板と、前記電気回路用電極ピンと前記基板との間を密封する弾性体と、前記基板が密着することにより主流路が形成されるボディとを備え、前記熱線用電極と前記電気回路用電極ピンの平頭部とを接着して前記測定チップを前記基板の表面側で実装することによって、前記主流路に対するセンサー流路を前記測定チップと前記基板との間に前記弾性体の厚みで細長く形成するとともに、前記センサー流路に前記熱線を橋設させたこと、を特徴としている。
【００１９】
このような特徴を有する本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板の表面側で実装した際に、測定チップに設けられた熱線用電極と、基板に挿設された電気回路用電極ピンの平頭部とが接着されることによって、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続されている。
一方、基板がボディに対して密着されると、ボディの内部において、主流路が形成される。このとき、電気回路用電極ピンと基板との間を密封する弾性体が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在するので、ボディの内部において、主流路に対するセンサー流路も形成される。
従って、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることになる。この点、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路により、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定することができる。
【００２０】
すなわち、本発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と、基板に挿設された電気回路用電極ピンの平頭部とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００２１】
また、本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００２２】
また、本発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００２３】
また、本発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで細長く形成されるものであり、その細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００２４】
また、本発明の熱式流量計においては、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるので、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効であり、同時に、測定チップに溝を設けることを省略できるので、溝加工による測定チップの強度低下を防止することもできる。
【００２５】
また、本発明の熱式流量計においては、基板と基板に実装された測定チップとの間に弾性体が存在しており、基板が多少反ったとしても、弾性体が緩衝材として働くので、基板に実装された測定チップが破壊されることはない。
【００２６】
また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載する熱式流量計であって、前記測定チップに溝を設けたことにより、前記センサー流路の一部にしたこと、を特徴としている。
また、請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載する熱式流量計であって、前記基板に溝を設けたことにより、前記センサー流路の一部にしたこと、を特徴としている。
【００２７】
尚、本発明の熱式流量計においては、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるけれども、測定チップ又は基板に溝を設けたことにより、センサー流路の一部にしても、上述したように、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができるし、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となるし、修理が容易となるし、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００２８】
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、前記電気回路を前記基板の裏面に設けたこと、を特徴としている。
【００２９】
また、本発明の熱式流量計において、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路を基板の裏面に設ければ、熱線が設けられた測定チップは基板の表面又は表面側で基板に実装されていることから、熱線が設けられた測定チップと、熱線が設けられた測定チップと熱線を用いた計測原理を行うための電気回路とを、一つの基板に集約することができるので、省スペースやコストダウンに貢献することができる。
【００３０】
また、請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、前記センサー流路の下流側に前記熱線を設けたこと、を特徴としている。
【００３１】
また、本発明の熱式流量計において、センサー流路の下流側に熱線を設ければ、センサー流路の下流側は、センサー流路の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていく作用がより大きく発揮されるので、測定結果の乱流ノイズがより小さくなる。
【００３２】
また、請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、前記ボディに内設された底板を備え、前記底板で前記主流路の断面積を変更させたこと、を特徴としている。
【００３３】
また、本発明の熱式流量計において、ボディに内設された底板を備え、底板で主流路の断面積を変更させれば、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることから、センサー流路に橋設された熱線からの出力特性を異なるものとすることができるので、かかる出力特性に応じて、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）を調整することができる。
【００３４】
尚、電気回路で行われる熱線を用いた計測原理には、一つの熱線を用いたもの、二つの熱線を用いたもの、三つの熱線を用いたものなどがあり、多数の熱線を用いたものであってもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。図１に示すように、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、Ｏリング４８を介して、基板２１Ａがボディ４１Ａにねじ固定で密着されている。また、ボディ４１Ａには、入口ポート４２、入口流路４３、計測流路４４、出口流路４５、出口ポート４６が形成されており、計測流路４４には、底板４７がねじ固定で設けられている。
【００３６】
一方、基板２１Ａには、プリント基板２２Ａ（図４参照）の裏面において、電気素子３１、３２、３３、３４などで構成される電気回路が設けられている。また、図４に示すように、プリント基板２２Ａの表面において、溝２３が加工されるとともに、電気回路用電極２４、２５、２６、２７が溝２３の両側に設けられている。また、これらの電気回路用電極２４〜２７は、プリント基板２２Ａの中で、電気素子３１〜３４（図１参照）などで構成される電気回路と接続されている。さらに、プリント基板２２Ａの表面においては、後述するようにして、測定チップ１１が実装されている。
【００３７】
ここで、測定チップ１１について説明すると、図２の正面図や図３の側面図で示すように、測定チップ１１は、シリコンチップ１２に対して、半導体マイクロマシニングの加工技術を実施したものであり、このとき、溝１３が加工されるとともに、熱線用電極１４、１５、１６、１７が溝１３の両側に設けられる。さらに、このとき、温度センサー用熱線１８が、熱線用電極１４、１５から延設されるとともに溝１３の上に架設され、また、流速センサー用熱線１９が、熱線用電極１６、１７から延設されるとともに溝１３の上に架設される。
【００３８】
そして、測定チップ１１の熱線用電極１４、１５、１６、１７を、基板２１Ａの電気回路用電極２４、２５、２６、２７（図４参照）のそれぞれと、半田リフロー又は導電性接着剤などで接合することによって、測定チップ１１を基板２１Ａに実装している。従って、測定チップ１１が基板２１Ａに実装されると、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１の熱線用電極１４〜１７と、基板２１Ａの電気回路用電極２４〜２７（図４参照）とを介して、基板２１Ａの裏面に設けられた電気回路に接続される。
【００３９】
また、測定チップ１１が基板２１Ａに実装されると、図５に示すように、測定チップ１１の溝１３は、基板２１Ａの溝２３と重なり合う。よって、図１や図５に示すように、測定チップ１１が実装された基板２１Ａをボディ４１Ａに密着すると、ボディ４１Ａの計測流路４４において、測定チップ１１と底板４７との間に、主流路Ｍが形成される一方、基板２１Ａと測定チップ１１との間に、測定チップ１１の溝１３や基板２１Ａの溝２３などからなるセンサー流路Ｓ１が形成される。そのため、センサー流路Ｓ１には、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とが橋を渡すように設けられる。
【００４０】
従って、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１に示すように、ボディ４１Ａの入口ポート４２から計測対象気体が流れ込むと（図１のＦ）、計測対象気体は、ボディ４１Ａの計測流路４４において、主流路Ｍへ流れ込むもの（図１のＦ１）と、センサー流路Ｓ１へ流れ込むもの（図１のＦ２）とに分流した後、再び合流して、ボディ４１Ａの出口ポート４６から流れ出すことになる（図１のＦ）。
【００４１】
この点、センサー流路Ｓ１へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ２）は、センサー流路Ｓ１に橋設された温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とから熱を奪うので、基板２１Ａの裏面に設けられた電気回路が、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９などの出力を検知しながら、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とが一定の温度差になるように制御している。
【００４２】
このときの出力の一例を図６に示す。図６のグラフは、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいて、ボディ４１Ａの入口ポート４２へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ）の流量が、２（ｌ／ｍｉｎ）、４（ｌ／ｍｉｎ）、６（ｌ／ｍｉｎ）、８（ｌ／ｍｉｎ）、１０（ｌ／ｍｉｎ）、１２（ｌ／ｍｉｎ）、１６（ｌ／ｍｉｎ）、２０（ｌ／ｍｉｎ）のときの出力を、上から順に示したものである。また、図７のグラフは、従来技術の一例の熱式流量計において、計測対象気体の流量が、２（ｌ／ｍｉｎ）、４（ｌ／ｍｉｎ）、６（ｌ／ｍｉｎ）、８（ｌ／ｍｉｎ）、１０（ｌ／ｍｉｎ）、１２（ｌ／ｍｉｎ）、１６（ｌ／ｍｉｎ）、２０（ｌ／ｍｉｎ）のときの出力を、上から順に示したものである。
【００４３】
図６と図７と比較すると、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、従来技術の一例の熱式流量計と比べ、出力の振動幅が小さいことがわかる。また、この振動幅の出力値に対する比率をノイズとして示したものが図９である。図９においても、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、従来技術の一例の熱式流量計に対し、ノイズが小さいことがわかる。
【００４４】
尚、図９において、「発明方式」とは、本実施の形態の熱式流量計１Ａを意味し、「従来方式」とは、従来技術の一例の熱式流量計を意味する。この点は、後述する図８でも同じである。
【００４５】
また、図８は、図６の出力を平均化したものを「発明方式」として示したものである。すなわち、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、ボディ４１Ａの入口ポート４２へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ）の流量に応じて出力の平均値が変化し、その再現性も温度補償回路（基板２１Ａの電気回路の一部）で保障されるので、ボディ４１Ａの入口ポート４２へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ）の流量を計測することができる。
【００４６】
また、図１０は、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいて、底板４７（図１、図５参照）の高さを変更したときの出力特性を示したものである。図１０に示すように、底板４７（図１、図５参照）の高さを、２ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ、４．５ｍｍと変更していくと、出力特性も変更される。これは、図１１に示すように、底板４７（図１、図５参照）の高さを、２ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ、４．５ｍｍと変更していくと、センサー流路Ｓ１（図１、図５参照）の断面積は一定であるものの、主流路Ｍ（図１、図５参照）の断面積が変更され、これに伴い、主流路Ｍへ流れ込む計測対象気体（図１のＦ１）の流量と、センサー流路Ｓ１へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ２）の流量とが変化することが考えられる。
【００４７】
もっとも、出力特性の直線性を示す範囲が計測に適した範囲であることを考慮すれば、図１０により、例えば、底板４７（図１、図５参照）の高さを３ｍｍにすれば、計測対象気体の流量が０〜２０（ｌ／ｍｉｎ）の範囲で計測が可能となり、底板４７（図１、図５参照）の高さを４．５ｍｍにすれば、計測対象気体の流量が０〜４（ｌ／ｍｉｎ）の範囲で計測が可能となる。従って、ボディ４１Ａにねじ固定で設けられた底板４７を交換するだけで、計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）に適したボディ４１Ａにすることができる。
【００４８】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１〜図５に示すように、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１を基板２１Ａに実装した際に、測定チップ１１に設けられた熱線用電極１４〜１７と基板２１Ａの表面に設けられた電気回路用電極２４〜２７とが接着されることによって、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）に接続されている。
【００４９】
一方、基板２１Ａがボディ４１Ａに対してねじ固定で密着されると、ボディ４１Ａの計測流路４４において、主流路Ｍが形成される。このとき、基板２１Ａに溝２３が設けられるとともに、基板２１Ａに実装された測定チップ１１に溝１３が設けられているので、ボディの計測流路４４において、主流路Ｍに対するセンサー流路Ｓ１も形成される。
【００５０】
従って、ボディ４１Ａの計測流路４４を流れる計測対象気体は、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１の断面積比に応じて、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１とに分流されることになる。この点、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にあるので、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）により、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１Ａの内部を流れる計測対象気体の流量を測定することができる（図６、図８、図１０、図１１参照）。
【００５１】
すなわち、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、図１〜図５に示すように、測定チップ１１が実装された基板２１Ａをボディ４１Ａにねじ固定で密着させることにより、ボディ４１Ａの計測流路４４において、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１とを形成すると同時に、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にして、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）を介し、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１Ａの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから（図６、図８、図１０、図１１参照）、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９が設けられた測定チップ１１をセンサー部とするものであって、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１を基板２１Ａに実装した際に、測定チップ１１の熱線用電極１４〜１７と基板２１Ａの電気回路用電極２４〜２７とが半田リフローなどで接着されることによって、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）に接続されているので、測定チップ１１の温度センサー用熱線１８及び流速センサー用熱線１９と電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００５２】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいて、図１〜図５に示すように、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路Ｓ１は、基板２１Ａに設けられた溝２３及び基板２１Ａに実装された測定チップ１１に設けられた溝１３であって、測定チップ１１と基板２１Ａとの間に形成されるものであり、測定チップ１１が基板２１Ａに実装されると、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１と基板２１Ａとの間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００５３】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９などが壊れたりしても、測定チップ１１が実装された基板２１Ａごとの交換（ここでは、ねじ固定による交換）で対応できるので、修理が容易となる。
【００５４】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にして、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）を介し、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１Ａの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものである。この点、センサー流路Ｓ１は、基板２１Ａに設けられた溝２３及び基板２１Ａに実装された測定チップ１１に設けられた溝１３で形成されるものであって、溝１３、２３の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズを小さくすることができる（図６〜図８参照）。
【００５５】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路を、基板２１Ａの裏面に設けており、さらに、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９が設けられた測定チップ１１は、基板２１Ａの表面に実装されている。従って、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９が設けられた測定チップ１１と、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路とを、一つの基板２１Ａに集約しているので、省スペースやコストダウンに貢献している。
【００５６】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図２に示すように、センサー流路Ｓ１の下流側に流速センサー用熱線１９を設けて、センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体Ｆ２の助走区間Ｌを長く設けている。この点、センサー流路Ｓ１の下流側は、センサー流路Ｓ１の細長い形状により、センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体Ｆ２の流れが整えられていく作用がより大きく発揮されるので、測定結果の乱流ノイズをより小さくすることができる（図９参照）。
【００５７】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１、図５に示すように、ボディ４１Ａにねじ固定で内設された底板４７を備えており、高さの異なる底板４７で主流路Ｍの断面積を変更させれば（図１１参照）、ボディ４１の計測流路４４を流れる計測対象気体は、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１の断面積比に応じて、主流路Ｍ（図１のＦ１）とセンサー流路Ｓ１（図１のＦ２）とに分流されることから、図１０に示すように、センサー流路Ｓ１に橋設された流速センサー用熱線１９などからの出力特性を異なるものとすることができるので、図１０の出力特性に応じて、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１の内部を流れる計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）を調整することができる。
【００５８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１、図５に示すように、基板２１Ａに溝２３が設けられるとともに、測定チップ１１にも溝１３が設けられているが、基板２１Ａには溝２３を設けず、測定チップ１１のみに溝１３を設けてもよい。なぜなら、測定チップ１１のみに溝１３を設けても、ボディ４１の計測流路４４にセンサー流路Ｓ１を形成することは可能だからであり、この場合は、基板２１Ａに溝２３を設けることを省略でき、この点は、特に、基板２１Ａが、例えば、セラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００５９】
また、測定チップ１１には溝１３を設けず、基板２１Ａのみに溝２３を設けてもよい。なぜなら、基板２１Ａのみに溝２３を設けても、ボディ４１Ａの計測流路４４にセンサー流路Ｓ１を形成することは可能だからであり、この場合は、測定チップ１１に溝１３を設けることを省略できるとともに、さらに、溝加工による測定チップ１１（シリコンチップ）の強度低下を防止することができる。
【００６０】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１〜図５に示すように、測定チップ１１の熱線用電極１４、１５、１６、１７を、基板２１Ａの電気回路用電極２４、２５、２６、２７のそれぞれと、半田リフロー又は導電性接着剤などで接合することによって、測定チップ１１を基板２１Ａに実装している。しかしながら、図１２や図１３の断面図で示すようにして、測定チップ１１を基板２１Ｂに実装してもよい。
【００６１】
すなわち、図１２や図１３で示す基板２１Ｂでは、プリント基板２２Ｂに対し、弾性体であるゴム２９を介して、４本の電気回路用電極ピン２８を挿入し、これらの電気回路用電極ピン２８の平頭部を、上述した基板２１Ａの電気回路用電極２４〜２７に代えている。このとき、図１のボディ４１の計測流路４４には、上述したセンサー流路Ｓ１に代えて、ゴム２９の厚みと測定チップ１１の溝１３からなるセンサー流路Ｓ２が形成される。
【００６２】
そして、測定チップ１１が実装された基板２１Ｂ（図１２や図１３に示すもの）をボディ４１Ａにねじ固定で密着させた熱式流量計においては、図１２や図１３に示すように、センサー流路Ｓ２が、基板２１Ｂと基板２１Ｂに実装された測定チップ１１との間に存在するゴム２９の厚みと、測定チップ１１の溝１３とで形成されるものであるので、基板２１Ｂに溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板２１Ｂがセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００６３】
また、測定チップ１１が実装された基板２１Ｂ（図１２や図１３に示すもの）をボディ４１Ａにねじ固定で密着させた熱式流量計においては、図１２や図１３に示すように、基板２１Ｂと基板２１Ｂに実装された測定チップ１１との間にゴム２９が存在しており、基板２１Ｂが多少反ったとしても、ゴム２９が緩衝材として働くので、基板２１Ｂに実装された測定チップ１１（シリコンチップ）が破壊されることはない。
【００６４】
尚、図１２や図１３においては、センサー流路Ｓ２が、基板２１Ｂと基板２１Ｂに実装された測定チップ１１との間に存在するゴム２９の厚みと、測定チップ１１の溝１３とで形成されるものであったが、ゴム２９の厚みのみで形成してもよい。また、基板２１Ｂに新たに溝を設けてセンサー流路Ｓ２の一部にしてもよく、この場合は、測定チップ１１に溝１３を設けることを省略できるので、溝加工による測定チップ１１（シリコンチップ）の強度低下を防止することができる。
【００６５】
また、図１４に示す熱式流量計１Ｂのように、上述した熱式流量計１Ａに対し、ボディ４１Ａの入口流路４３において、図１６の整流板（金網）５３を挿入したり、ボディ４１Ａの計測流路４４の主流路Ｍにおいて、図１５のステンレスパイプ５２からなる整流機構５１を設ければ、図６の出力の振動幅や、図９のノイズ値が、より一層小さくなる。
【００６６】
また、図１７に示す熱式流量計１Ｃのように、上述した熱式流量計１Ａに対し、ボディ４１Ｂの入口流路４３において、フィルター５５を挿入したり、遮蔽部５４を突設させれば、ボディ４１Ｂの入口ポート４２から流れ込む計測対象流体の流入角度が大きくなっても、ボディ４１Ｂの計測流路４４に流れ込む計測対象流体の流入角度を所定範囲におさめることができるので、図６、図８、図１０などに示す出力特性への影響を防止できる。
【００６７】
尚、本実施の形態の熱式流量計１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいて、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）で行われる計測原理は、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いたものであったが、その他には、一つの熱線を用いたもの、三つの熱線を用いたものなどがあり、多数の熱線を用いたものであってもよい。また、二つの熱線を用いたものには、上述したように、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９などの出力を検知しながら、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とが一定の温度差になるように制御する方式のほかに、従来技術の欄で説明したように、２つの熱線により、温度分布の対称性の崩壊度を検出する方式などがある。これらの点については、測定チップ１１が実装された基板２１Ｂ（図１２や図１３に示すもの）をボディ４１Ａにねじ固定で密着させた熱式流量計においても、同様である。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と基板の電気回路用電極とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００６９】
また、請求項１に係る発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝であって、測定チップと基板との間に形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００７０】
また、請求項１に係る発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００７１】
また、請求項１に係る発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝で形成されるものであって、溝の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００７２】
また、請求項２に係る発明の熱式流量計のように、測定チップのみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００７３】
また、請求項３に係る発明の熱式流量計のように、基板のみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、測定チップに溝を設けることを省略できるとともに、さらに、溝加工による測定チップの強度低下を防止することができる。
【００７４】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と、基板に挿設された電気回路用電極ピンの平頭部とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００７５】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００７６】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００７７】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで細長く形成されるものであり、その細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００７８】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計においては、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるので、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効であり、同時に、測定チップに溝を設けることを省略できるので、溝加工による測定チップの強度低下を防止することもできる。
【００７９】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計においては、基板と基板に実装された測定チップとの間に弾性体が存在しており、基板が多少反ったとしても、弾性体が緩衝材として働くので、基板に実装された測定チップが破壊されることはない。
【００８０】
尚、請求項５又は請求項６に係る発明の熱式流量計のように、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるけれども、測定チップ又は基板に溝を設けたことにより、センサー流路の一部にしても、上述したように、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができるし、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となるし、修理が容易となるし、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００８１】
また、請求項７に係る発明の熱式流量計において、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路を基板の裏面に設ければ、熱線が設けられた測定チップは基板の表面又は表面側で基板に実装されていることから、熱線が設けられた測定チップと、熱線が設けられた測定チップと熱線を用いた計測原理を行うための電気回路とを、一つの基板に集約することができるので、省スペースやコストダウンに貢献することができる。
【００８２】
また、請求項８に係る発明の熱式流量計において、センサー流路の下流側に熱線を設ければ、センサー流路の下流側は、センサー流路の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていく作用がより大きく発揮されるので、測定結果の乱流ノイズがより小さくなる。
【００８３】
また、請求項９に係る発明の熱式流量計において、ボディに内設された底板を備え、底板で主流路の断面積を変更させれば、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることから、センサー流路に橋設された熱線からの出力特性を異なるものとすることができるので、かかる出力特性に応じて、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱式流量計の断面図である。
【図２】本発明の熱式流量計で使用された測定チップの正面図である。
【図３】本発明の熱式流量計で使用された測定チップの側面図である。
【図４】本発明の熱式流量計において、測定チップを基板に実装するときの斜視図である。
【図５】図１の線Ａ−Ａの断面図である。
【図６】本発明の熱式流量計の出力特性を示した図である。
【図７】従来技術の熱式流量計の出力特性を示した図である。
【図８】本発明の熱式流量計と従来技術の熱式流量計の出力特性を比較した図である。
【図９】本発明の熱式流量計と従来技術の熱式流量計の出力特性における乱流ノイズを比較した図である。
【図１０】本発明の熱式流量計において、底板の高さを変更したときの出力特性を示した図である。
【図１１】本発明の熱式流量計において、底板の高さと主流路の断面積の関係の一例を示した表である。
【図１２】本発明の熱式流量計において、測定素子が実装された基板のその他の例の断面図である。
【図１３】図１２の線Ｂ−Ｂ断面図である。
【図１４】本発明の熱式流量計のその他の例の断面図である。
【図１５】整流機構の斜視図である。
【図１６】整流板の正面図である。
【図１７】本発明の熱式流量計のその他の例の断面図である。
【図１８】従来技術の熱式流量計の断面図である。
【図１９】従来技術の熱式流量計で使用された測定素子の斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 熱式流量計
１１ 測定チップ
１３ 測定チップの溝
１４、１５、１６、１７ 熱線用電極
１８ 温度センサー用熱線
１９ 流速センサー用熱線
２１Ａ、２１Ｂ 基板
２３ 基板の溝
２４、２５、２６、２７ 電気回路用電極
３１、３２、３３、３４ 電気素子
２８ 電気回路用電極ピン
２９ ゴム
４１Ａ、４１Ｂ ボディ
４７ 底板
Ｌ 助走距離
Ｍ 主流路
Ｓ１、Ｓ２ センサー流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱線を用いて流量を計測する熱式流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱線を用いて流量を計測する熱式流量計には、例えば、図１８に示すように、半導体マイクロマシニングの加工技術で製造された測定チップをセンサー部として使用するものがある。そして、図１８の熱式流量計１０１においては、入口ポート１０２に流入させた計測対象気体を、整流機構１０３で整流させた後に、計測流路１０４を介して、出口ポート１０５から流出させており、計測対象気体の流量を計測するために、電気回路１０６に接続された測定チップ１１１を計測流路１０４に露出させている。
【０００３】
この点、測定チップ１１１は、図１９に示すように、シリコンチップ１１６において、上流温度センサー１１２、ヒータ１１３、下流温度センサー１１４、周囲温度センサー１１５（上述したセンサー１１２〜１１５は、「熱線」に相当する）などを、半導体マイクロマシニングの加工技術を設けたものである。
【０００４】
従って、図１８の熱式流量計１０１においては、計測対象気体が計測流路１０４に流れていないときは、図１９の測定チップ１１１の温度分布がヒータ１１３を中心に対称となる一方、計測対象気体が計測流路１０４に流れているときは、上流温度センサー１１２の温度が低下し、下流温度センサー１１４の温度が上昇するので、図１９の測定チップ１１１の温度分布の対称性は、計測対象気体の流量に応じて崩壊することになる。このとき、この崩壊の程度は、上流温度センサー１１２と下流温度センサー１１４の抵抗値の差になって現れるので、電気回路１０６を介して、計測対象気体の流量を計測することが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１８の熱式流量計１０１では、図１９の測定チップ１１１において、６個の電極Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６をシリコンチップ１１６に設けており、上流温度センサー１１２、ヒータ１１３、下流温度センサー１１４、周囲温度センサー１１５のそれぞれと電気回路１０６とを接続することを、６個の電極Ｄ１〜Ｄ６を使用したワイヤーボンディングにより行っていた。
【０００６】
従って、図１８の熱式流量計１０１では、測定チップ１１１が計測配管１０４の中で露出し、ボンディングワイヤーＷが計測配管１０４に介在するので、大流量の計測対象気体が計測配管１０４に流れると、その風圧などを受けてボンディングワイヤーＷが切れる恐れがあり、それを防ぐためには、カバー機構を設けるなど（例えば、特開平１０−２７７３号の「支持体１３ａ」）の対策を行う必要があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避した熱式流量計を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために成された請求項１に係る発明は、熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とが設けられた測定チップと、前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極が表面に設けられた基板と、前記基板が密着することにより主流路が形成されるボディとを備え、前記測定チップ又は前記基板に溝が設けられており、前記熱線用電極と前記電気回路用電極とを接着して前記測定チップを前記基板に実装することによって、前記主流路に対するセンサー流路を前記測定チップと前記基板との間に前記溝で形成するとともに、前記センサー流路に前記熱線を橋設させたこと、を特徴としている。
【０００９】
このような特徴を有する本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップに設けられた熱線用電極と基板の表面に設けられた電気回路用電極とが接着されることによって、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続されている。
一方、基板がボディに対して密着されると、ボディの内部において、主流路が形成される。このとき、基板又は基板に実装された測定チップに溝が設けられているので、ボディの内部において、主流路に対するセンサー流路も形成される。
従って、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることになる。この点、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路により、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定することができる。
【００１０】
すなわち、本発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と基板の電気回路用電極とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００１１】
また、本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝であって、測定チップと基板との間に形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００１２】
また、本発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００１３】
また、本発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝で形成されるものであって、溝の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載する熱式流量計であって、前記測定チップのみに前記溝を設けたこと、を特徴としている。
【００１５】
また、本発明の熱式流量計において、測定チップのみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００１６】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載する熱式流量計であって、前記基板のみに前記溝を設けたこと、を特徴としている。
【００１７】
また、本発明の熱式流量計において、基板のみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、測定チップに溝を設けることを省略できるとともに、さらに、溝加工による測定チップの強度低下を防止することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とが設けられた測定チップと、前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極ピンと、前記電気回路用電極ピンが挿設された基板と、前記電気回路用電極ピンと前記基板との間を密封する弾性体と、前記基板が密着することにより主流路が形成されるボディとを備え、前記熱線用電極と前記電気回路用電極ピンの平頭部とを接着して前記測定チップを前記基板の表面側で実装することによって、前記主流路に対するセンサー流路を前記測定チップと前記基板との間に前記弾性体の厚みで細長く形成するとともに、前記センサー流路に前記熱線を橋設させたこと、を特徴としている。
【００１９】
このような特徴を有する本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板の表面側で実装した際に、測定チップに設けられた熱線用電極と、基板に挿設された電気回路用電極ピンの平頭部とが接着されることによって、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続されている。
一方、基板がボディに対して密着されると、ボディの内部において、主流路が形成される。このとき、電気回路用電極ピンと基板との間を密封する弾性体が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在するので、ボディの内部において、主流路に対するセンサー流路も形成される。
従って、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることになる。この点、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路により、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定することができる。
【００２０】
すなわち、本発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と、基板に挿設された電気回路用電極ピンの平頭部とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００２１】
また、本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００２２】
また、本発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００２３】
また、本発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで細長く形成されるものであり、その細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００２４】
また、本発明の熱式流量計においては、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるので、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効であり、同時に、測定チップに溝を設けることを省略できるので、溝加工による測定チップの強度低下を防止することもできる。
【００２５】
また、本発明の熱式流量計においては、基板と基板に実装された測定チップとの間に弾性体が存在しており、基板が多少反ったとしても、弾性体が緩衝材として働くので、基板に実装された測定チップが破壊されることはない。
【００２６】
また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載する熱式流量計であって、前記測定チップに溝を設けたことにより、前記センサー流路の一部にしたこと、を特徴としている。
また、請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載する熱式流量計であって、前記基板に溝を設けたことにより、前記センサー流路の一部にしたこと、を特徴としている。
【００２７】
尚、本発明の熱式流量計においては、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるけれども、測定チップ又は基板に溝を設けたことにより、センサー流路の一部にしても、上述したように、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができるし、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となるし、修理が容易となるし、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００２８】
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、前記電気回路を前記基板の裏面に設けたこと、を特徴としている。
【００２９】
また、本発明の熱式流量計において、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路を基板の裏面に設ければ、熱線が設けられた測定チップは基板の表面又は表面側で基板に実装されていることから、熱線が設けられた測定チップと、熱線が設けられた測定チップと熱線を用いた計測原理を行うための電気回路とを、一つの基板に集約することができるので、省スペースやコストダウンに貢献することができる。
【００３０】
また、請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、前記センサー流路の下流側に前記熱線を設けたこと、を特徴としている。
【００３１】
また、本発明の熱式流量計において、センサー流路の下流側に熱線を設ければ、センサー流路の下流側は、センサー流路の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていく作用がより大きく発揮されるので、測定結果の乱流ノイズがより小さくなる。
【００３２】
また、請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、前記ボディに内設された底板を備え、前記底板で前記主流路の断面積を変更させたこと、を特徴としている。
【００３３】
また、本発明の熱式流量計において、ボディに内設された底板を備え、底板で主流路の断面積を変更させれば、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることから、センサー流路に橋設された熱線からの出力特性を異なるものとすることができるので、かかる出力特性に応じて、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）を調整することができる。
【００３４】
尚、電気回路で行われる熱線を用いた計測原理には、一つの熱線を用いたもの、二つの熱線を用いたもの、三つの熱線を用いたものなどがあり、多数の熱線を用いたものであってもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。図１に示すように、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、Ｏリング４８を介して、基板２１Ａがボディ４１Ａにねじ固定で密着されている。また、ボディ４１Ａには、入口ポート４２、入口流路４３、計測流路４４、出口流路４５、出口ポート４６が形成されており、計測流路４４には、底板４７がねじ固定で設けられている。
【００３６】
一方、基板２１Ａには、プリント基板２２Ａ（図４参照）の裏面において、電気素子３１、３２、３３、３４などで構成される電気回路が設けられている。また、図４に示すように、プリント基板２２Ａの表面において、溝２３が加工されるとともに、電気回路用電極２４、２５、２６、２７が溝２３の両側に設けられている。また、これらの電気回路用電極２４〜２７は、プリント基板２２Ａの中で、電気素子３１〜３４（図１参照）などで構成される電気回路と接続されている。さらに、プリント基板２２Ａの表面においては、後述するようにして、測定チップ１１が実装されている。
【００３７】
ここで、測定チップ１１について説明すると、図２の正面図や図３の側面図で示すように、測定チップ１１は、シリコンチップ１２に対して、半導体マイクロマシニングの加工技術を実施したものであり、このとき、溝１３が加工されるとともに、熱線用電極１４、１５、１６、１７が溝１３の両側に設けられる。さらに、このとき、温度センサー用熱線１８が、熱線用電極１４、１５から延設されるとともに溝１３の上に架設され、また、流速センサー用熱線１９が、熱線用電極１６、１７から延設されるとともに溝１３の上に架設される。
【００３８】
そして、測定チップ１１の熱線用電極１４、１５、１６、１７を、基板２１Ａの電気回路用電極２４、２５、２６、２７（図４参照）のそれぞれと、半田リフロー又は導電性接着剤などで接合することによって、測定チップ１１を基板２１Ａに実装している。従って、測定チップ１１が基板２１Ａに実装されると、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１の熱線用電極１４〜１７と、基板２１Ａの電気回路用電極２４〜２７（図４参照）とを介して、基板２１Ａの裏面に設けられた電気回路に接続される。
【００３９】
また、測定チップ１１が基板２１Ａに実装されると、図５に示すように、測定チップ１１の溝１３は、基板２１Ａの溝２３と重なり合う。よって、図１や図５に示すように、測定チップ１１が実装された基板２１Ａをボディ４１Ａに密着すると、ボディ４１Ａの計測流路４４において、測定チップ１１と底板４７との間に、主流路Ｍが形成される一方、基板２１Ａと測定チップ１１との間に、測定チップ１１の溝１３や基板２１Ａの溝２３などからなるセンサー流路Ｓ１が形成される。そのため、センサー流路Ｓ１には、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とが橋を渡すように設けられる。
【００４０】
従って、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１に示すように、ボディ４１Ａの入口ポート４２から計測対象気体が流れ込むと（図１のＦ）、計測対象気体は、ボディ４１Ａの計測流路４４において、主流路Ｍへ流れ込むもの（図１のＦ１）と、センサー流路Ｓ１へ流れ込むもの（図１のＦ２）とに分流した後、再び合流して、ボディ４１Ａの出口ポート４６から流れ出すことになる（図１のＦ）。
【００４１】
この点、センサー流路Ｓ１へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ２）は、センサー流路Ｓ１に橋設された温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とから熱を奪うので、基板２１Ａの裏面に設けられた電気回路が、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９などの出力を検知しながら、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とが一定の温度差になるように制御している。
【００４２】
このときの出力の一例を図６に示す。図６のグラフは、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいて、ボディ４１Ａの入口ポート４２へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ）の流量が、２（ｌ／ｍｉｎ）、４（ｌ／ｍｉｎ）、６（ｌ／ｍｉｎ）、８（ｌ／ｍｉｎ）、１０（ｌ／ｍｉｎ）、１２（ｌ／ｍｉｎ）、１６（ｌ／ｍｉｎ）、２０（ｌ／ｍｉｎ）のときの出力を、上から順に示したものである。また、図７のグラフは、従来技術の一例の熱式流量計において、計測対象気体の流量が、２（ｌ／ｍｉｎ）、４（ｌ／ｍｉｎ）、６（ｌ／ｍｉｎ）、８（ｌ／ｍｉｎ）、１０（ｌ／ｍｉｎ）、１２（ｌ／ｍｉｎ）、１６（ｌ／ｍｉｎ）、２０（ｌ／ｍｉｎ）のときの出力を、上から順に示したものである。
【００４３】
図６と図７と比較すると、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、従来技術の一例の熱式流量計と比べ、出力の振動幅が小さいことがわかる。また、この振動幅の出力値に対する比率をノイズとして示したものが図９である。図９においても、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、従来技術の一例の熱式流量計に対し、ノイズが小さいことがわかる。
【００４４】
尚、図９において、「発明方式」とは、本実施の形態の熱式流量計１Ａを意味し、「従来方式」とは、従来技術の一例の熱式流量計を意味する。この点は、後述する図８でも同じである。
【００４５】
また、図８は、図６の出力を平均化したものを「発明方式」として示したものである。すなわち、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、ボディ４１Ａの入口ポート４２へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ）の流量に応じて出力の平均値が変化し、その再現性も温度補償回路（基板２１Ａの電気回路の一部）で保障されるので、ボディ４１Ａの入口ポート４２へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ）の流量を計測することができる。
【００４６】
また、図１０は、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいて、底板４７（図１、図５参照）の高さを変更したときの出力特性を示したものである。図１０に示すように、底板４７（図１、図５参照）の高さを、２ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ、４．５ｍｍと変更していくと、出力特性も変更される。これは、図１１に示すように、底板４７（図１、図５参照）の高さを、２ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ、４．５ｍｍと変更していくと、センサー流路Ｓ１（図１、図５参照）の断面積は一定であるものの、主流路Ｍ（図１、図５参照）の断面積が変更され、これに伴い、主流路Ｍへ流れ込む計測対象気体（図１のＦ１）の流量と、センサー流路Ｓ１へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ２）の流量とが変化することが考えられる。
【００４７】
もっとも、出力特性の直線性を示す範囲が計測に適した範囲であることを考慮すれば、図１０により、例えば、底板４７（図１、図５参照）の高さを３ｍｍにすれば、計測対象気体の流量が０〜２０（ｌ／ｍｉｎ）の範囲で計測が可能となり、底板４７（図１、図５参照）の高さを４．５ｍｍにすれば、計測対象気体の流量が０〜４（ｌ／ｍｉｎ）の範囲で計測が可能となる。従って、ボディ４１Ａにねじ固定で設けられた底板４７を交換するだけで、計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）に適したボディ４１Ａにすることができる。
【００４８】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１〜図５に示すように、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１を基板２１Ａに実装した際に、測定チップ１１に設けられた熱線用電極１４〜１７と基板２１Ａの表面に設けられた電気回路用電極２４〜２７とが接着されることによって、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）に接続されている。
【００４９】
一方、基板２１Ａがボディ４１Ａに対してねじ固定で密着されると、ボディ４１Ａの計測流路４４において、主流路Ｍが形成される。このとき、基板２１Ａに溝２３が設けられるとともに、基板２１Ａに実装された測定チップ１１に溝１３が設けられているので、ボディの計測流路４４において、主流路Ｍに対するセンサー流路Ｓ１も形成される。
【００５０】
従って、ボディ４１Ａの計測流路４４を流れる計測対象気体は、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１の断面積比に応じて、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１とに分流されることになる。この点、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にあるので、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）により、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１Ａの内部を流れる計測対象気体の流量を測定することができる（図６、図８、図１０、図１１参照）。
【００５１】
すなわち、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、図１〜図５に示すように、測定チップ１１が実装された基板２１Ａをボディ４１Ａにねじ固定で密着させることにより、ボディ４１Ａの計測流路４４において、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１とを形成すると同時に、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にして、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）を介し、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１Ａの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから（図６、図８、図１０、図１１参照）、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９が設けられた測定チップ１１をセンサー部とするものであって、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１を基板２１Ａに実装した際に、測定チップ１１の熱線用電極１４〜１７と基板２１Ａの電気回路用電極２４〜２７とが半田リフローなどで接着されることによって、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）に接続されているので、測定チップ１１の温度センサー用熱線１８及び流速センサー用熱線１９と電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００５２】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいて、図１〜図５に示すように、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路Ｓ１は、基板２１Ａに設けられた溝２３及び基板２１Ａに実装された測定チップ１１に設けられた溝１３であって、測定チップ１１と基板２１Ａとの間に形成されるものであり、測定チップ１１が基板２１Ａに実装されると、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１と基板２１Ａとの間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００５３】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９などが壊れたりしても、測定チップ１１が実装された基板２１Ａごとの交換（ここでは、ねじ固定による交換）で対応できるので、修理が容易となる。
【００５４】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にして、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）を介し、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１Ａの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものである。この点、センサー流路Ｓ１は、基板２１Ａに設けられた溝２３及び基板２１Ａに実装された測定チップ１１に設けられた溝１３で形成されるものであって、溝１３、２３の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズを小さくすることができる（図６〜図８参照）。
【００５５】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路を、基板２１Ａの裏面に設けており、さらに、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９が設けられた測定チップ１１は、基板２１Ａの表面に実装されている。従って、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９が設けられた測定チップ１１と、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路とを、一つの基板２１Ａに集約しているので、省スペースやコストダウンに貢献している。
【００５６】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図２に示すように、センサー流路Ｓ１の下流側に流速センサー用熱線１９を設けて、センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体Ｆ２の助走区間Ｌを長く設けている。この点、センサー流路Ｓ１の下流側は、センサー流路Ｓ１の細長い形状により、センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体Ｆ２の流れが整えられていく作用がより大きく発揮されるので、測定結果の乱流ノイズをより小さくすることができる（図９参照）。
【００５７】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１、図５に示すように、ボディ４１Ａにねじ固定で内設された底板４７を備えており、高さの異なる底板４７で主流路Ｍの断面積を変更させれば（図１１参照）、ボディ４１の計測流路４４を流れる計測対象気体は、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１の断面積比に応じて、主流路Ｍ（図１のＦ１）とセンサー流路Ｓ１（図１のＦ２）とに分流されることから、図１０に示すように、センサー流路Ｓ１に橋設された流速センサー用熱線１９などからの出力特性を異なるものとすることができるので、図１０の出力特性に応じて、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１の内部を流れる計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）を調整することができる。
【００５８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１、図５に示すように、基板２１Ａに溝２３が設けられるとともに、測定チップ１１にも溝１３が設けられているが、基板２１Ａには溝２３を設けず、測定チップ１１のみに溝１３を設けてもよい。なぜなら、測定チップ１１のみに溝１３を設けても、ボディ４１の計測流路４４にセンサー流路Ｓ１を形成することは可能だからであり、この場合は、基板２１Ａに溝２３を設けることを省略でき、この点は、特に、基板２１Ａが、例えば、セラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００５９】
また、測定チップ１１には溝１３を設けず、基板２１Ａのみに溝２３を設けてもよい。なぜなら、基板２１Ａのみに溝２３を設けても、ボディ４１Ａの計測流路４４にセンサー流路Ｓ１を形成することは可能だからであり、この場合は、測定チップ１１に溝１３を設けることを省略できるとともに、さらに、溝加工による測定チップ１１（シリコンチップ）の強度低下を防止することができる。
【００６０】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１〜図５に示すように、測定チップ１１の熱線用電極１４、１５、１６、１７を、基板２１Ａの電気回路用電極２４、２５、２６、２７のそれぞれと、半田リフロー又は導電性接着剤などで接合することによって、測定チップ１１を基板２１Ａに実装している。しかしながら、図１２や図１３の断面図で示すようにして、測定チップ１１を基板２１Ｂに実装してもよい。
【００６１】
すなわち、図１２や図１３で示す基板２１Ｂでは、プリント基板２２Ｂに対し、弾性体であるゴム２９を介して、４本の電気回路用電極ピン２８を挿入し、これらの電気回路用電極ピン２８の平頭部を、上述した基板２１Ａの電気回路用電極２４〜２７に代えている。このとき、図１のボディ４１の計測流路４４には、上述したセンサー流路Ｓ１に代えて、ゴム２９の厚みと測定チップ１１の溝１３からなるセンサー流路Ｓ２が形成される。
【００６２】
そして、測定チップ１１が実装された基板２１Ｂ（図１２や図１３に示すもの）をボディ４１Ａにねじ固定で密着させた熱式流量計においては、図１２や図１３に示すように、センサー流路Ｓ２が、基板２１Ｂと基板２１Ｂに実装された測定チップ１１との間に存在するゴム２９の厚みと、測定チップ１１の溝１３とで形成されるものであるので、基板２１Ｂに溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板２１Ｂがセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００６３】
また、測定チップ１１が実装された基板２１Ｂ（図１２や図１３に示すもの）をボディ４１Ａにねじ固定で密着させた熱式流量計においては、図１２や図１３に示すように、基板２１Ｂと基板２１Ｂに実装された測定チップ１１との間にゴム２９が存在しており、基板２１Ｂが多少反ったとしても、ゴム２９が緩衝材として働くので、基板２１Ｂに実装された測定チップ１１（シリコンチップ）が破壊されることはない。
【００６４】
尚、図１２や図１３においては、センサー流路Ｓ２が、基板２１Ｂと基板２１Ｂに実装された測定チップ１１との間に存在するゴム２９の厚みと、測定チップ１１の溝１３とで形成されるものであったが、ゴム２９の厚みのみで形成してもよい。また、基板２１Ｂに新たに溝を設けてセンサー流路Ｓ２の一部にしてもよく、この場合は、測定チップ１１に溝１３を設けることを省略できるので、溝加工による測定チップ１１（シリコンチップ）の強度低下を防止することができる。
【００６５】
また、図１４に示す熱式流量計１Ｂのように、上述した熱式流量計１Ａに対し、ボディ４１Ａの入口流路４３において、図１６の整流板（金網）５３を挿入したり、ボディ４１Ａの計測流路４４の主流路Ｍにおいて、図１５のステンレスパイプ５２からなる整流機構５１を設ければ、図６の出力の振動幅や、図９のノイズ値が、より一層小さくなる。
【００６６】
また、図１７に示す熱式流量計１Ｃのように、上述した熱式流量計１Ａに対し、ボディ４１Ｂの入口流路４３において、フィルター５５を挿入したり、遮蔽部５４を突設させれば、ボディ４１Ｂの入口ポート４２から流れ込む計測対象流体の流入角度が大きくなっても、ボディ４１Ｂの計測流路４４に流れ込む計測対象流体の流入角度を所定範囲におさめることができるので、図６、図８、図１０などに示す出力特性への影響を防止できる。
【００６７】
尚、本実施の形態の熱式流量計１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいて、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）で行われる計測原理は、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いたものであったが、その他には、一つの熱線を用いたもの、三つの熱線を用いたものなどがあり、多数の熱線を用いたものであってもよい。また、二つの熱線を用いたものには、上述したように、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９などの出力を検知しながら、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とが一定の温度差になるように制御する方式のほかに、従来技術の欄で説明したように、２つの熱線により、温度分布の対称性の崩壊度を検出する方式などがある。これらの点については、測定チップ１１が実装された基板２１Ｂ（図１２や図１３に示すもの）をボディ４１Ａにねじ固定で密着させた熱式流量計においても、同様である。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と基板の電気回路用電極とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００６９】
また、請求項１に係る発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝であって、測定チップと基板との間に形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００７０】
また、請求項１に係る発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００７１】
また、請求項１に係る発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝で形成されるものであって、溝の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００７２】
また、請求項２に係る発明の熱式流量計のように、測定チップのみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００７３】
また、請求項３に係る発明の熱式流量計のように、基板のみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、測定チップに溝を設けることを省略できるとともに、さらに、溝加工による測定チップの強度低下を防止することができる。
【００７４】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と、基板に挿設された電気回路用電極ピンの平頭部とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００７５】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００７６】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００７７】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで細長く形成されるものであり、その細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００７８】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計においては、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるので、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効であり、同時に、測定チップに溝を設けることを省略できるので、溝加工による測定チップの強度低下を防止することもできる。
【００７９】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計においては、基板と基板に実装された測定チップとの間に弾性体が存在しており、基板が多少反ったとしても、弾性体が緩衝材として働くので、基板に実装された測定チップが破壊されることはない。
【００８０】
尚、請求項５又は請求項６に係る発明の熱式流量計のように、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるけれども、測定チップ又は基板に溝を設けたことにより、センサー流路の一部にしても、上述したように、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができるし、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となるし、修理が容易となるし、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００８１】
また、請求項７に係る発明の熱式流量計において、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路を基板の裏面に設ければ、熱線が設けられた測定チップは基板の表面又は表面側で基板に実装されていることから、熱線が設けられた測定チップと、熱線が設けられた測定チップと熱線を用いた計測原理を行うための電気回路とを、一つの基板に集約することができるので、省スペースやコストダウンに貢献することができる。
【００８２】
また、請求項８に係る発明の熱式流量計において、センサー流路の下流側に熱線を設ければ、センサー流路の下流側は、センサー流路の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていく作用がより大きく発揮されるので、測定結果の乱流ノイズがより小さくなる。
【００８３】
また、請求項９に係る発明の熱式流量計において、ボディに内設された底板を備え、底板で主流路の断面積を変更させれば、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることから、センサー流路に橋設された熱線からの出力特性を異なるものとすることができるので、かかる出力特性に応じて、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱式流量計の断面図である。
【図２】本発明の熱式流量計で使用された測定チップの正面図である。
【図３】本発明の熱式流量計で使用された測定チップの側面図である。
【図４】本発明の熱式流量計において、測定チップを基板に実装するときの斜視図である。
【図５】図１の線Ａ−Ａの断面図である。
【図６】本発明の熱式流量計の出力特性を示した図である。
【図７】従来技術の熱式流量計の出力特性を示した図である。
【図８】本発明の熱式流量計と従来技術の熱式流量計の出力特性を比較した図である。
【図９】本発明の熱式流量計と従来技術の熱式流量計の出力特性における乱流ノイズを比較した図である。
【図１０】本発明の熱式流量計において、底板の高さを変更したときの出力特性を示した図である。
【図１１】本発明の熱式流量計において、底板の高さと主流路の断面積の関係の一例を示した表である。
【図１２】本発明の熱式流量計において、測定素子が実装された基板のその他の例の断面図である。
【図１３】図１２の線Ｂ−Ｂ断面図である。
【図１４】本発明の熱式流量計のその他の例の断面図である。
【図１５】整流機構の斜視図である。
【図１６】整流板の正面図である。
【図１７】本発明の熱式流量計のその他の例の断面図である。
【図１８】従来技術の熱式流量計の断面図である。
【図１９】従来技術の熱式流量計で使用された測定素子の斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 熱式流量計
１１ 測定チップ
１３ 測定チップの溝
１４、１５、１６、１７ 熱線用電極
１８ 温度センサー用熱線
１９ 流速センサー用熱線
２１Ａ、２１Ｂ 基板
２３ 基板の溝
２４、２５、２６、２７ 電気回路用電極
３１、３２、３３、３４ 電気素子
２８ 電気回路用電極ピン
２９ ゴム
４１Ａ、４１Ｂ ボディ
４７ 底板
Ｌ 助走距離
Ｍ 主流路
Ｓ１、Ｓ２ センサー流路
Claims (9)
- 熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とが設けられた測定チップと、
前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極が表面に設けられた基板と、
前記基板が密着することにより主流路が形成されるボディとを備え、
前記測定チップ又は前記基板に溝が設けられており、前記熱線用電極と前記電気回路用電極とを接着して前記測定チップを前記基板に実装することによって、前記主流路に対するセンサー流路を前記測定チップと前記基板との間に前記溝で形成するとともに、前記センサー流路に前記熱線を橋設させたこと、を特徴とする熱式流量計。 - 請求項１に記載する熱式流量計であって、
前記測定チップのみに前記溝を設けたこと、を特徴とする熱式流量計。 - 請求項１に記載する熱式流量計であって、
前記基板のみに前記溝を設けたこと、を特徴とする熱式流量計。 - 熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とが設けられた測定チップと、
前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極ピンと、
前記電気回路用電極ピンが挿設された基板と、
前記電気回路用電極ピンと前記基板との間を密封する弾性体と、
前記基板が密着することにより主流路が形成されるボディとを備え、
前記熱線用電極と前記電気回路用電極ピンの平頭部とを接着して前記測定チップを前記基板の表面側で実装することによって、前記主流路に対するセンサー流路を前記測定チップと前記基板との間に前記弾性体の厚みで細長く形成するとともに、前記センサー流路に前記熱線を橋設させたこと、を特徴とする熱式流量計。 - 請求項４に記載する熱式流量計であって、
前記測定チップに溝を設けたことにより、前記センサー流路の一部にしたこと、を特徴とする熱式流量計。 - 請求項４又は請求項５に記載する熱式流量計であって、
前記基板に溝を設けたことにより、前記センサー流路の一部にしたこと、を特徴とする熱式流量計。 - 請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、
前記電気回路を前記基板の裏面に設けたこと、を特徴とする熱式流量計。 - 請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、
前記センサー流路の下流側に前記熱線を設けたこと、を特徴とする熱式流量計。 - 請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、
前記ボディに内設された底板を備え、
前記底板で前記主流路の断面積を変更させたこと、を特徴とする熱式流量計。
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