特許 6793579 熱式流量センサの製造方法及び熱式流量センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6793579

(24)【登録日】2020年11月12日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】熱式流量センサの製造方法及び熱式流量センサ

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/684 20060101AFI20201119BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/684 A

【請求項の数】3

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2017-59273(P2017-59273)

(22)【出願日】2017年3月24日

(65)【公開番号】特開2018-162992(P2018-162992A)

(43)【公開日】2018年10月18日

【審査請求日】2019年9月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003166

【氏名又は名称】特許業務法人山王内外特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100101133

【弁理士】

【氏名又は名称】濱田 初音

(74)【代理人】

【識別番号】100199749

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 成

(74)【代理人】

【識別番号】100188880

【弁理士】

【氏名又は名称】坂元 辰哉

(74)【代理人】

【識別番号】100197767

【弁理士】

【氏名又は名称】辻岡 将昭

(74)【代理人】

【識別番号】100201743

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 和真

(72)【発明者】

【氏名】湯山 まゆみ

(72)【発明者】

【氏名】池 信一

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−２６４２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

薄膜であるダイヤフラム部を有し、配管に貼り付けられたセンサチップを備えた熱式流量センサの製造方法において、
接着剤を吐出するニードルと前記センサチップを既定距離離す移動ステップと、
前記ニードルから接着剤を吐出させて前記ダイヤフラム部に当該接着剤を塗布する接着剤塗布ステップと、
接着剤が塗布された前記センサチップを前記配管に貼り付ける貼り付けステップとを有し、
前記配管と前記センサチップとの間の接着層の厚みは、３０μｍ以下であり、
前記接着剤は、粘度が４０Ｐａ・ｓ以下である
ことを特徴とする熱式流量センサの製造方法。

【請求項2】

前記貼り付けステップにおいて、接着剤が塗布された前記センサチップ上に前記配管を載せ、当該センサチップを当該配管に貼り付ける
ことを特徴とする請求項１記載の熱式流量センサの製造方法。

【請求項3】

薄膜であるダイヤフラム部を有し、接着剤により当該ダイヤフラム部が配管に貼り付けられたセンサチップを備え、
前記配管と前記センサチップとの間の接着層の厚みは、３０μｍ以下であり、
前記接着剤は、粘度が４０Ｐａ・ｓ以下である
ことを特徴とする熱式流量センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、発熱部を有し、配管に貼り付けられたセンサチップを備えた熱式流量センサを製造する製造方法及び熱式流量センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ヒータを用いて、配管内を流れる流体の流量を測定する熱式流量センサが知られている（例えば特許文献１参照）。この熱式流量センサでは、ダイヤフラム部にヒータが設けられたセンサチップと、温度センサが設けられたセンサチップと、接着部がセンサチップ間に位置する基板とが、接着剤により配管に貼り付けられている。そして、ヒータが、温度センサにより測定された温度よりも一定温度高くなるように加熱を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００１／０８４０８７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の熱式流量センサでは、基本流量特性は性能を満たしていても流量の繰り返し測定精度が悪くなるという課題があった。

【0005】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、流量の繰り返し測定精度を改善可能とする熱式流量センサの製造方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明に係る熱式流量センサの製造方法は、接着剤を吐出するニードルとセンサチップを既定距離離す移動ステップと、ニードルから接着剤を吐出させてダイヤフラム部に当該接着剤を塗布する接着剤塗布ステップと、接着剤が塗布されたセンサチップを配管に貼り付ける貼り付けステップとを有し、配管とセンサチップとの間の接着層の厚みは、３０μｍ以下であり、接着剤は、粘度が４０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

この発明によれば、上記のように構成したので、流量の繰り返し測定精度を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１Ａ、図１Ｂは、この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの構成例を示す図であり、図１Ａは斜視図であり、図１Ｂは底面図である。

【図2】この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの製造装置の構成例を示す図である。

【図3】この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの製造方法の一例を示すフローチャートである。

【図4】この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの製造方法の一例を示す図である。

【図5】この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの効果を説明する図であって、流量の繰り返し測定精度を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの構成例を示す図である。図１では、センサチップ２，３と基板４とを接続する信号線の図示を省略している。
熱式流量センサは、ヒータ２２を用いて、配管（キャピラリ）１内を流れる流体（液体又は気体）の流量を測定するセンサである。この熱式流量センサは、図１に示すように、流体が流れる配管１と、配管１の座繰り面１１に貼り付けられたセンサチップ２，３と、センサチップ２，３に接続されて信号の入出力を行う基板４とを備えている。

【0010】

センサチップ２には、配管１に貼り付けられる薄膜であるダイヤフラム部２１に、配管１内の流体に熱を加えるヒータ２２が設けられている。また、貼り付け後の配管１とセンサチップ２との間の接着層の厚みは３０μｍ以下である。
センサチップ３には、配管１内の流体の温度を測定する温度センサ３１が設けられている。なお、センサチップ２とセンサチップ３との間には間隙が設けられている。

【0011】

図１に示す基板４は、一辺から突設された突設片４１を有する凸型形状に構成されたプリント基板である。突設片４１は、センサチップ２とセンサチップ３との間に間隙を有して位置し、配管１に貼り付けられる部位である。なお、基板４は、プリント基板に限らず、信号の入出力が可能な基板であればよく、フレキシブルプリント基板等を用いてもよい。また、基板４の形状は図１に示す形状に限らない。

【0012】

そして、例えば定温度差駆動の場合、基板４は、温度センサ３１により測定された温度を示す信号を取得し、当該温度よりも一定温度高くなるようにヒータ２２を制御する。そして、基板４は、ヒータ２２におけるパワーを示す信号を取得することで、流体の流量を測定する。すなわち、熱式流量センサでは、配管１内の流体が静止している場合に周囲に対して一定温度高くなるようにヒータ２２により熱を加えた際の熱量と、配管１内の流体が上流側から下流側へ流れている場合に周囲に対して一定温度高くなるようにヒータ２２により熱を加えた際の熱量とに、差が生じる。この熱量の差は、配管１内の流体の流量と相関関係がある。よって、熱式流量センサでは、この熱量の差から配管１内を流れる流体の流量を測定できる。

【0013】

ここで、従来の熱式流量センサでは、基本流量特性は性能を満たすが、流量の繰り返し測定精度が悪いという課題がある。これに対し、配管１とセンサチップ２との間の熱結合性を上げることで、応答感度が向上し、流量の繰り返し測定精度が向上することが判明した。そこで、実施の形態１に係る熱式流量センサでは、配管１とセンサチップ２との間の接着層の厚みを薄くし、熱容量を小さくすることで、配管１とセンサチップ２との間の熱結合性を上げる。
一方、従来の熱式流量センサでは、通常、粘度の高い接着剤（例えば６０Ｐａ・ｓ程度）を用いて、センサチップ２を配管１に貼り付けている。このような粘度の高い接着剤を用いた場合、配管１とセンサチップ２との間の接着層の厚みを５０μｍ程度にしか薄くできない。そこで、実施の形態１に係る熱式流量センサでは、より粘度の低い接着剤５を用いてダイヤフラム部２１のみに塗布することで、配管１とセンサチップ２との間の接着層を薄くする（３０μｍ以下）。

【0014】

次に、熱式流量センサを製造する製造装置６の構成例について、図２を参照しながら説明する。なお以下では、熱式流量センサの製造工程のうち、センサチップ２の配管１への貼り付けに関する工程のみを示す。また以下では、製造装置６が自動で各工程を行う場合を示すが、手動で行ってもよい。
製造装置６は、図２に示すように、移動部６１、接着剤塗布部６２及び貼り付け部６３を備えている。

【0015】

移動部６１は、ニードル６４（図４参照）を、センサチップ２から既定距離離した位置に移動させる。すなわち、ダイヤフラム部２１に接着剤５を塗布した際にダイヤフラム部２１が破れないように、ニードル６４をセンサチップ２から離した位置で保持する。なお、ニードル６４は、接着剤５を吐出する部位である。また、移動部６１は、接着剤塗布部６２により接着剤５が塗布された後、ニードル６４を引き揚げる。

【0016】

接着剤塗布部６２は、ニードル６４から接着剤５を吐出させてダイヤフラム部（発熱部）２１に当該接着剤５を塗布する。この際、接着剤塗布部６２は、接着剤５として粘度の低いもの（例えば４０Ｐａ・ｓ以下）を使用し、当該接着剤５をダイヤフラム部２１のみに塗布する。接着剤５の具体例としては、粘度が３４Ｐａ・ｓである東レダウコーニング製のシリコーン系接着剤（ＳＥ４４０２）が挙げられる。

【0017】

貼り付け部６３は、接着剤５が塗布されたセンサチップ２を配管１に貼り付ける。この際、貼り付け部６３は、接着剤５が塗布されたセンサチップ２上に配管１を載せ、一定の荷重で配管１をセンサチップ２側に押し付けることで、センサチップ２を配管１に貼り付ける。

【0018】

次に、熱式流量センサの製造方法の一例について、図３，４を参照しながら説明する。
熱式流量センサの製造方法では、図３，４に示すように、まず、移動部６１は、ニードル６４を、センサチップ２から既定距離離した位置に移動させる（ステップＳＴ１、移動ステップ）。
次いで、接着剤塗布部６２は、ニードル６４から接着剤５を吐出させてダイヤフラム部２１に当該接着剤５を塗布する（ステップＳＴ２、接着剤塗布ステップ）。その後、移動部６１は、ニードル６４を引き揚げる。
次いで、貼り付け部６３は、接着剤５が塗布されたセンサチップ２を配管１に貼り付ける（ステップＳＴ３、貼り付けステップ）。

【0019】

次に、実施の形態１に係る熱式流量センサの効果について、図５を参照しながら説明する。図５において、符号５０１は接着層の厚みが５０μｍの場合を示し、符号５０２は接着層の厚みが３０μｍの場合を示し、符号５０３は接着層の厚みが１０μｍの場合を示している。
この図５に示すように、接着層が厚い場合（５０μｍの場合）には、測定を繰り返すことで、誤差が大きくなっている。一方、接着層が薄い場合（３０μｍ及び１０μｍの場合）には、測定を繰り返しても誤差が小さい（誤差０．３％以下）。すなわち、接着層の厚みを薄くし、熱容量を小さくすることで、流量の繰り返し測定精度が向上することが分かる。

【0020】

以上のように、この実施の形態１によれば、接着剤５を吐出するニードル６４を、センサチップ２から既定距離離した位置に移動させ、ニードル６４から接着剤５を吐出させてダイヤフラム部２１に当該接着剤５を塗布し、接着剤５が塗布されたセンサチップ２を配管１に貼り付け、配管１とセンサチップ２との間の接着層の厚みを３０μｍ以下とするように構成したので、流量の繰り返し測定精度を改善できる。

【0021】

すなわち、実施の形態１に係る熱式流量センサでは、粘度の低い接着剤５を用いてダイヤフラム部２１のみに接着剤５を塗布し、センサチップ２を配管１に貼り付けている。これにより、配管１とセンサチップ２との間の接着層の厚みを３０μｍ以下とすることが可能となり、熱容量を小さくできる。その結果、配管１とセンサチップ２との間の熱結合性が上がり、応答感度が向上することで、流量の繰り返し測定精度が向上する。

【0022】

また、従来の熱式流量センサでは、粘度の高い接着剤を用いているため、センサチップ２のダイヤフラム部２１のみに接着剤を塗布できない。すなわち、粘度の高い接着剤をダイヤフラム部２１のみに塗布し上から押し付けると、ダイヤフラム部２１に圧が掛かり過ぎてしまい、ダイヤフラム部２１が破れてしまう場合がある。そのため、従来では、配管１に接着剤を塗布し、その上にセンサチップ２を載せている。又は、センサチップ２の全面に接着剤を塗布し、ダイヤフラム部２１に掛かる圧を分散させている。しかしながら、これらの場合には、センサチップ２上のダイヤフラム部２１以外の領域にも接着剤が塗布されてしまうため、熱容量が大きくなってしまう。
それに対し、実施の形態１に係る熱式流量センサでは、粘度の低い接着剤５を用いているため、センサチップ２のダイヤフラム部２１にのみ接着剤５を塗布しても、ダイヤフラム部２１に掛かる圧が低く、ダイヤフラム部２１が破れることはない。よって、熱容量を小さくできる。また、接着剤５が塗布されたセンサチップ２上に配管１を載せてセンサチップ２を配管１に貼り付けることで、センサチップ２の配管１上での位置精度が向上する。

【0023】

なお上記では、センサチップ２がダイヤフラム部２１を有し、当該ダイヤフラム部２１にヒータ２２が設けられた場合を示した。しかしながら、これに限らず、センサチップ２はダイヤフラム部２１を有していなくてもよい。例えば、セラミックにヒータ２２が直接パターニングされたセンサチップ２を用いてもよい。この場合、接着剤塗布部６２は、ニードル６４から接着剤５を吐出させて、ヒータ２２がパターニングされたセラミック部分（発熱部）に当該接着剤５を塗布する。

【0024】

また上記では、移動部６１がニードル６４を移動させる場合を示した。しかしながら、これに限らず、移動部６１は、センサチップ２を移動させてもよい。

【0025】

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

【符号の説明】

【0026】

１ 配管
２ センサチップ
３ センサチップ
４ 基板
５ 接着剤
６ 製造装置
１１ 座繰り面
２１ ダイヤフラム部
２２ ヒータ
３１ 温度センサ
４１ 突設片
６１ 移動部
６２ 接着剤塗布部
６３ 貼り付け部
６４ ニードル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】