JP7121858B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は被測定気体の流量を計測する流量測定装置に関する。

流量測定装置の例として特許文献１の技術が開示されている。

WO2019/049513

流量測定装置では、副通路内で流量測定素子の計測面が配置される流路（以下、Ｄ１と称す）と、計測面が配置されない流路（以下、Ｄ２と称す）に分流する構造となる。特許文献１は、Ｄ１の寸法ばらつきを低減することについては検討されているが、Ｄ２の寸法ばらつきを低減することについては開示がされていない。流量測定装置の計測精度は、Ｄ１の寸法のほかにＤ１とＤ２の分流比の影響を受けることを本発明者らの鋭意検討の結果見出した。特許文献１には、分流比のばらつきを低減することについて検討の余地が残されている。

本発明の目的は、精度の良い流量測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の流量測定装置は、ハウジングに実装され、一部が副通路内に配置される回路基板と、回路基板に実装され、一部が副通路内に配置される支持体と、支持体に実装され、計測面が前記副通路内に配置される流量測定素子と、流量測定素子の計測面が回路基板の副通路内に配置されている部分の一面側を向くように、流量計測素子は前記支持体の一面側に配置されており、支持体の一面と回路基板の一面により形成される第１の空隙と、回路基板の一面とは反対側の面とハウジングとで形成される第２の空隙と、支持体の一面とは反対側の面とカバーとで形成される第３の空隙と、を備える。

本発明によれば、精度の良い流量測定装置を提供することが可能となる。

本発明に係る第１実施例における流量測定装置の平面図である。 本発明に係る第１実施例における流量測定装置のカバー取付け前の平面図である。 本発明に係る第１実施例における回路基板とセンサアセンブリの平面図である。 本発明に係る第１実施例におけるセンサアセンブリの平面図である。 本発明に係る第１実施例における図２のA-A断面概略図である。 本発明に係る第１実施例における図２のB-B断面概略図である。 本発明に係る第２実施例における回路基板とセンサアセンブリの平面図である。 本発明に係る第２実施例における図２のB-B断面概略図である。 本発明に係る第３実施例における図２のB-B断面概略図である。 本発明に係る第４実施例における図２のB-B断面概略図である。 本発明に係る第５実施例における図２のB-B断面概略図である。

以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。

流量測定装置の第１実施例について図１～図６を用いて説明する。

図１と図２に示すように、本実施例における流量測定装置１は、副通路１２の一部を構成するハウジング１１と、カバー３１と、ハウジング１１に実装される回路基板１５と、回路基板１５に実装されるセンサアセンブリ１０とを備える。カバー３１とハウジング１１は例えば接着剤１７によって固定される。ハウジング１１は副通路１２を構成するための副通路溝が形成されており、カバー３１との協働により被測定媒体である空気３０の一部を取り込む副通路１２を形成する。なお、カバー３１に副通路溝を構成し、ハウジング１１に副通路溝を構成しない形状でもよいし、カバー３１とハウジング１１の双方に副通路溝を形状でもよい。

図３に示すように、回路基板１５にセンサアセンブリ１０を実装した回路基板アセンブリを構成している。気体流量を計測する流量検出素子４を有するセンサアセンブリ１０が回路基板１５に実装されている。センサアセンブリ１０は、たとえばはんだ付けにより回路基板１５に電気的に接続される。また、回路基板１５には、センサアセンブリ１０のほかに、圧力センサ６、湿度センサ７などが実装されていてもよい。圧力センサ６や湿度センサ７の搭載・非搭載をニーズに応じて選択することで、様々な構成の流量測定装置を提供することができる。

センサアセンブリ１０は、少なくとも流量検出素子４の検出部が副通路１２内に位置する。回路基板１５は、その一部が副通路１２内に位置するように形成されている。流量検出素子４の計測部が回路基板１５の副通路１２内に位置する部分と対向するように、センサアセンブリ１０は回路基板１５に実装されている。

図４に示すように、センサアセンブリ１０は、流量検出素子４の計測部が少なくとも露出するように樹脂で封止した樹脂パッケージである。流量検出素子４はＭＥＭＳプロセスで形成された半導体素子であり、発熱体が形成される薄肉部（検出部）を備える。センサアセンブリ１０は流量検出素子４やＬＳＩ３やリードフレーム５を樹脂で封止する樹脂パッケージであり、流量検出素子４の流量検出部を一部露出させた構造となっている。センサアセンブリ１０は、凹部１４を備える形状であり、凹部の底部に流量検出素子４の計測面が位置している。そして、凹部は端部から流量測定素子に向かって、計測面方向で徐々に絞る絞り形状を有している。流量測定素子を封止する樹脂で絞り形状を形成することで、絞りと計測部との位置関係を精度よく構成することが出来るため、計測精度が向上するため好ましい。また、計測面と垂直な方向で絞る場合と比べて、計測面と並行な方向で絞ることにより、汚損物を含んだ空気が計測面にガイドされる量が低減されるため、耐汚損性にも優れる。なお、ＬＳＩと流量検出素子４を一体化した構成や、ＬＳＩを回路基板１５に固定する構成としてもよい。また、センサアセンブリ１０は、金属端子を樹脂で封止した樹脂成型体（センサ支持体）に流量測定素子４を実装した構造であってもよい。センサアセンブリ１０は、流量検出素子４と流量検出素子を支持する部材を少なくとも備えている支持体である。

図５、図６に示すように、回路基板１５の副通路１２内に位置する部分の一面とセンサアセンブリ１０の流量測定素子４の計測部側の一面とで第１の空隙３２が形成されており、回路基板１５の副通路１２内に位置する部分の他面とハウジング１１とで第２の空隙３３が形成されており、センサアセンブリ１０の他面とカバー３１とで第３の空隙３４が形成されている。

回路基板１５にセンサアセンブリ１０を実装して第１の空隙３２がまず形成される。その後、センサアセンブリ１０が実装された回路基板１５をハウジング１１に実装して第２の空隙３３が形成される。最後にカバー３１をハウジング１１に実装することで、第３の空隙３４が形成される。なお、ハウジング１１に回路基板１５を実装して第２の空隙３３を形成した後に、回路基板１５にセンサアセンブリ１０を実装して第１の空隙３２を形成してもよい。すなわち、本実施例では、第１の空隙３２と第２の空隙３３の両方を形成した後に、第３の空隙３４が形成されている。

副通路１２を流れる流体は回路基板１５により、計測面がある流路Ｄ１と計測面がない流路Ｄ２に分流される。第１の空隙はＤ１に相当し、第２の空隙はＤ２に相当する。

第１の空隙３２の厚さ方向の寸法ばらつきは、センサアセンブリ１０と、センサアセンブリ１０を回路基板に固定するはんだ等の固定部材の厚さばらつきの影響を受ける。

第２の空隙３３の厚さ方向の寸法ばらつきは、ハウジング１１と、回路基板をハウジングに固定するための接着剤１７の厚さばらつきの影響を受ける。

第３の空隙３４の厚さ方向の寸法ばらつきは、ハウジング１１と、回路基板をハウジングに固定するための接着剤１７と、回路基板１５と、センサアセンブリ１０と、センサアセンブリ１０を回路基板に固定するはんだ等の固定部材と、カバー３１とハウジング１１を接着する接着剤１７の厚さばらつきの影響を受ける。

流量測定素子４が回路基板１５に対向するようにセンサアセンブリ１０を回路基板１５に実装させることで、回路基板１５の厚さばらつきが第１の空隙３２の厚さ方向のばらつきに影響しないようにしている。ハウジング１１と回路基板の他面とを接着することで、回路基板１５の厚さばらつき並びにセンサアセンブリ１０の厚さばらつきが第２の空隙３３の厚さ方向のばらつきに影響しないようにしている。

そして、第１の空隙３２と第２の空隙３３の双方を形成してから第３の空隙３４を形成する（言い換えると、第３の空隙３３は、第１の空隙３２と第２の空隙３３よりも積み上げ方向上側に位置する。すなわち、第１の空隙３２は、第２の空隙３３と第３の空隙３４の間に位置している）ことで、積み上げ公差ばらつきを第３の空隙３４に集約することが可能となる。センサアセンブリ１０とカバー３１との間に形成される第３の空隙３４は、接着剤等で充填されていてもよい。第３の空隙３４を埋めることにより、空気が第３の空隙に流入することを抑制できるため、第３の空隙を設けることによる流体への影響を抑制することが可能となる。

本実施例では、第１の空隙と第２の空隙に加えて第３の空隙を形成し、第３の空隙に各部材の寸法ばらつきを集約させる構成とすることで、Ｄ１とＤ２の寸法ばらつきを低減させることが可能となり、Ｄ１寸法並びにＤ１とＤ２の分流比を精度よく構成することが出来るため、精度の良い流量測定装置を提供することが可能となる。

さらなる好例として、第３の空隙３４は、第１の空隙３２と第２の空隙３３よりも小さい構造とする。第３の空隙に流入する空気量を小さくすることで、第３の空隙を設けることによる流体の流れへの影響を抑制することが可能となる。第１の空隙３２は第２の空隙３３よりも小さいとより好ましい。流体に含まれる汚損物が第２の空隙３３側に多く流入することで、流量測定素子４に飛来する汚損物の量を低減できるため、耐汚損性が向上する。

本実施例の第２実施例について図７と図８を用いて説明する。第１の実施例と同様の構成については説明を省略する。図７では、回路基板１５の端部のうちセンサアセンブリ１０に隠れて見えない部分については破線で示している。

本実施例は、回路基板１５の副通路１２内に位置する部分の幅（副通路１２を流れる流体の流れ方向における距離）が、センサアセンブリ１０の副通路１２内に位置する部分の幅（副通路１２を流れる流体の流れ方向における距離）よりも小さくなるように形成されている。そして、回路基板１５の副通路１２内に位置する部分の上流側端部１８よりもセンサアセンブリ１０の副通路１２内に位置する部分の上流側端部１９が上流側に位置している。

本実施例では、Ｄ１（第１の空隙３２）とＤ２（第２の空隙３３）に分流する前に第３の空隙への開口を形成する構成とすることで、Ｄ１よりも大きい断面積の流路と第３の空隙３４との分流関係となり、第３の空隙の分流抵抗が大きくなることで第３の空隙へ流入する空気流をより抑制できるため、第３の空隙を形成することによる流体への影響をより抑制することが出来る。

さらなる好例として、回路基板１５の副通路１２内に位置する部分の下流側端部２０よりもセンサアセンブリ１０の副通路内に位置する部分の下流側端部２１の方が下流側に位置する構成とすることで、逆流に対しても同様の効果を得ることが出来る。

本発明の第３実施例について図９を用いて説明する。先の実施例と同様の構成については説明を省略する。

本実施例は、カバー３１に凹部３５を形成し、凹部３５内に流量測定素子４が構成されるようにしている。言い換えると、センサアセンブリ１０の上流端部１９が凹部３５に収容されている。

本実施例によれば、第３の空隙３４の副通路１２への開口がオフセットして設けられるため、第３の空隙３４へ副通路を流れる流体が流入することをさらに抑制することが可能となり、第３の空隙を形成することによる流体への影響をより抑制することが可能となる。

さらなる好例として、センサアセンブリ１０の下流側端部２１が凹部３５に収容されている構成とすることで、逆流に対しても同様の効果を得ることが出来る。

本発明の第４実施例について図１０を用いて説明する。先の実施例と同様の構成については説明を省略する。

本実施例は、カバー３１に、センサアセンブリ１０の上流端部１９よりも上流側に突起形状３６が形成されている。突起形状３６は、上流側に傾斜を備える形状である。そして、突起形状３６の頂点よりもカバー３１側にオフセットされた位置にセンサアセンブリ１０の上流側端部１９が位置している。本実施例によれば、傾斜形状により第３の空隙３４の副通路１２への開口とは反対側に流体をガイドするため、第３の空隙３４へ流体が流入することをさらに抑制することが可能となり、第３の空隙を形成することによる流体への影響をより抑制することが可能となる。

さらなる好例として、センサアセンブリ１０の下流側端部２１よりも下流側に傾斜を有する突起形状３６をカバー１０に形成し、センサアセンブリ１０の下流側端部２１を突起形状３６の頂点よりもカバー３１側にオフセットして配置することで、逆流に対しても同様の効果を得ることが出来る。

本発明の第５実施例について図１１を用いて説明する。先の実施例と同様の構成については説明を省略する。

本実施例は、第１の空隙３２よりも第２の空隙３３を大きくし、第１の空隙３２よりも第３の空隙３４を大きくしている。第３の空隙３４へ流れを積極的に取り入れる構成とすることで、汚損物を第３の空隙３４へ積極的に流すようにし、耐汚損性を向上させることが可能となる。

１…流量測定装置
３…ＬＳＩ
４…流量検出素子
５…リードフレーム
６…圧力センサ
７…湿度センサ
１０…センサアセンブリ
１１…ハウジング
１２…副通路
１３…絞り形状
１４…凹部
１５…回路基板
１７…接着剤
１８…上流側端部
１９…上流側端部
２０…下流側端部
２１…下流側端部
３０…流体
３１…カバー
３２…第1の空隙
３３…第２の空隙
３４…第３の空隙
３５…凹部
３６…突出部

Claims (12)

1. ハウジングと、カバーと、前記ハウジングと前記カバーとの協働で形成される副通路と、を備える流量測定装置において、
   前記ハウジングに実装され、一部が前記副通路内に配置される回路基板と、
   前記回路基板に実装され、一部が前記副通路内に配置される支持体と、
   前記支持体に実装され、計測面が前記副通路内に配置される流量測定素子と、
   前記流量測定素子の計測面が前記回路基板の副通路内に配置されている部分の一面側を向くように、前記流量測定素子は前記支持体の一面側に配置されており、
   前記支持体の一面と前記回路基板の一面により形成される第１の空隙と、
   前記回路基板の前記一面とは反対側の面と前記ハウジングとで形成される第２の空隙と、
   前記支持体の前記一面とは反対側の面と前記カバーとで形成される第３の空隙と、を備える流量測定装置。
2. 前記第１の空隙は、前記第２の空隙と前記第３の空隙の間に設けられる請求項１に記載の流量測定装置。
3. 前記第１の空隙の厚さ方向の幅は、前記第２の空隙の厚さ方向の幅よりも小さく、
   前記第１の空隙の厚さ方向の幅は、前記第３の空隙の厚さ方向の幅よりも大きい請求項２に記載の流量測定装置。
4. 前記支持体の前記副通路内に配置される部分の幅であって前記副通路内を流れる流体の流れ方向における幅は、前記回路基板の前記副通路内に配置される部分の幅であって前記副通路内を流れる流体の流れ方向における幅よりも大きくなるように形成されており、
   前記支持体の前記副通路内に配置される部分の上流側端部は、前記回路基板の前記副通路内に配置される部分の上流側端部よりも上流側に位置する請求項３に記載の流量測定装置。
5. 前記支持体の前記副通路内に配置される部分の下流側端部は、前記回路基板の前記副通路内に配置される部分の下流側端部よりも下流側に位置する請求項４に記載の流量測定装置。
6. 前記カバーに凹部が形成されており、
   前記凹部内に流量測定素子が位置する請求項５に記載の流量測定装置。
7. 前記カバーに凹部が形成されており、
   前記凹部内に前記支持体の上流側端部が位置する請求項５に記載の流量測定装置。
8. 前記凹部内に前記支持体の下流側端部が位置する請求項７に記載の流量測定装置。
9. 前記カバーに傾斜を有する突起部が形成されており、
   前記流量測定素子の計測面は、前記突起形状の頂点よりもカバー側にオフセットした位置に配置されている請求項３に記載の流量測定装置。
10. 前記第１の空隙の厚さ方向の幅は、前記第２の空隙の厚さ方向の幅よりも小さく、
    前記第１の空隙の厚さ方向の幅は、前記第３の空隙の厚さ方向の幅よりも小さい請求項２に記載の流量測定装置。
11. 前記支持体は、前記流量測定素子を樹脂で封止した樹脂パッケージであり、
    前記流量測定素子の計測面方向で絞るように形成した絞り形状を備える請求項１乃至１０の何れか一項に記載の流量測定装置。
12. 前記第３の空隙に接着剤が設けられている請求項1乃至９の何れか一項に記載の流量測定装置。

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