特開 2023-113205 熱式流量センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023113205

(43)【公開日】2023-08-16

(54)【発明の名称】熱式流量センサ

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/684 20060101AFI20230808BHJP

【ＦＩ】

G01F1/684 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022015388

(22)【出願日】2022-02-03

(71)【出願人】

【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】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】加藤 大揮

【テーマコード（参考）】

2F035

【Ｆターム（参考）】

2F035EA05

2F035EA08

(57)【要約】

【課題】センサチップと流路との間の隙間に充填剤を充填するにあたり、充填剤の表面がセンサチップの表面や流路の壁面と面一にかつ平坦面となるようにする。
【解決手段】流路２を有するとともにセンサチップ取付用の凹部１１を有する筐体３を備える。温度センサとヒータとを含む検出部を有し、検出部が流路２内で流路２の底壁面５ａと同一平面上に位置するように凹部１１に挿入されたセンサチップ４を備える。凹部１１の底面１１ａから開口縁１１ｂまで延びる内側壁１６とセンサチップ４との間に充填された充填剤１７を備える。凹部１１の内側壁１６は、底壁面５ａから予め定めた微小な深さだけ底面１１ａ側に離れる位置まで底面１１ａからセンサチップ４の側面に沿って延びる立ち上がり部１６ａと、立ち上がり部１６ａと底壁面５ａとの間に形成された拡張部１６ｂとを有している。拡張部１６ｂは、センサチップ４との間隔が立ち上がり部１６ａとセンサチップ４との間隔より広くなるように形成されているとともに、凹部１１の開口縁１１ｂを形成している。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定用の流体が流れる流路を有するとともに、前記流路の壁面に開口するセンサチップ取付用の凹部または貫通穴を有する筐体と、
温度センサとヒータとを含む検出部を有し、前記検出部が前記流路内で前記壁面と同一平面上に位置するように前記凹部に挿入されたセンサチップと、
前記凹部の底面から開口縁まで延びる内側壁と前記センサチップとの間に充填された充填剤とを備え、
前記内側壁は、前記壁面から予め定めた微小な深さだけ前記底面側に離れる位置まで前記底面から前記センサチップの側面に沿って延びる立ち上がり部と、
前記立ち上がり部と前記壁面との間に形成された拡張部とを有し、
前記拡張部は、前記センサチップとの間隔が前記立ち上がり部と前記センサチップとの間隔より広くなるように形成されているとともに、前記凹部の前記開口縁を形成していることを特徴とする熱式流量センサ。

【請求項2】

請求項１記載の熱式流量センサにおいて、
前記拡張部は、前記センサチップとの間隔が前記立ち上がり部から前記壁面に向かうにしたがって次第に広くなるように傾斜していることを特徴とする熱式流量センサ。

【請求項3】

請求項１または請求項２記載の熱式流量センサにおいて、
前記内側壁の表面は、前記充填剤の濡れ性が向上する表面処理が施され、
前記表面処理は、紫外線照射による処理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】

本発明は、センサチップと流路の壁面との間の隙間に充填剤が充填された熱式流量センサに関する。

【背景技術】

【0002】

被測定用の流体の流量を測定する熱式流量センサとしては、流路の内部に直接センサチップが埋め込まれた構造のものがある。この種の熱式流量センサにおいて、高精度で再現性の高い計測を実現するためには、センサチップの直上における流速分布の乱れを可及的に小さくすることが重要である。センサチップの直上における流速は、センサチップと流路の壁面との間の段差が原因で乱れることが多い。このため、センサチップの表面と流路の壁面とが同一平面上に位置し、これらの面が一つの平坦面を構成するように並ぶことが望ましい。

【0003】

流路内に直接センサチップを埋め込む構造の熱式流量センサでは、センサチップを流路に埋め込む際にセンサチップと流路の壁面との間に隙間が生じる。このような隙間は流速分布を乱す原因の一つとなる。このため、例えば特許文献１に記載されているように、センサチップの周囲に形成される隙間に充填剤を充填し、隙間となる部分にセンサチップの表面や流路の壁面と面一となる面を形成することが望ましい。充填剤は、作業者により操作される注入器によって隙間に注入されることが多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－９０８８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、充填剤の表面がセンサチップの表面や流路の壁面に対して面一にかつ平坦面となるように充填剤を隙間に充填することは難しいという問題があった。この理由は、センサチップと流路との間の狭い隙間の中で充填剤の液面の位置を目視で確認することが難しいからである。このため、センサチップの周囲の隙間を充填剤で埋める構造の従来の熱式流量センサにおいては、充填剤をセンサチップの表面付近まで充填することができない、あるいはセンサチップの表面上まで充填剤が流れる、充填剤を平坦に充填できない、充填状態の再現性が悪い、充填する作業の作業性が悪いといった課題がある。

【0006】

本発明の目的は、センサチップと流路との間の隙間に充填剤を充填するにあたり、充填剤の表面がセンサチップの表面や流路の壁面と面一にかつ平坦面となるようにすることが可能な熱式流量センサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この目的を達成するために、本発明に係る熱式流量センサは、被測定用の流体が流れる流路を有するとともに、前記流路の壁面に開口するセンサチップ取付用の凹部または貫通穴を有する筐体と、温度センサとヒータとを含む検出部を有し、前記検出部が前記流路内で前記壁面と同一平面上に位置するように前記凹部に挿入されたセンサチップと、前記凹部の底面から開口縁まで延びる内側壁と前記センサチップとの間に充填された充填剤とを備え、前記内側壁は、前記壁面から予め定めた微小な深さだけ前記底面側に離れる位置まで前記底面から前記センサチップの側面に沿って延びる立ち上がり部と、前記立ち上がり部と前記壁面との間に形成された拡張部とを有し、前記拡張部は、前記センサチップとの間隔が前記立ち上がり部と前記センサチップとの間隔より広くなるように形成されているとともに、前記凹部の前記開口縁を形成しているものである。

【0008】

本発明は、前記熱式流量センサにおいて、前記拡張部は、前記センサチップとの間隔が前記立ち上がり部から前記壁面に向かうにしたがって次第に広くなるように傾斜していてもよい。

【0009】

本発明は、前記熱式流量センサにおいて、前記内側壁の表面は、前記充填剤の濡れ性が向上する表面処理が施され、前記表面処理は、紫外線照射による処理であってもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明においては、センサチップと凹部の内壁面との間の隙間が充填剤で満たされることにより、充填剤が拡張部に流入した状態となる。このため、充填剤の充填が過不足なく行われたことを拡張部を見て判断することができる。したがって、本発明によれば、センサチップと流路との間の隙間に充填剤を充填するにあたり、充填剤の表面がセンサチップの表面や流路の壁面と面一にかつ平坦面となるようにすることが可能な熱式流量センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明に係る熱式流量センサの使用状態における平面図である。

【図2】図２は、筐体の一部の平面図である。

【図3】図３は、図１におけるIII－III線断面図である。

【図4】図４は、凹部の内側壁とセンサチップの一部を拡大して示す断面図である。

【図5】図５は、充填剤を充填する手順を説明するための断面図である。

【図6】図６は、変形例における充填剤を充填する手順を説明するための断面図である。

【図7】図７は、凹部の内側壁に紫外線を照射している状態を示す断面図である。

【図8】図８は、筐体の変形例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る熱式流量センサの一実施の形態を図１～図７を参照して詳細に説明する。
図１に示す熱式流量センサ１は、流路２を流れる被測定用の流体の流量を測定するもので、流路２を形成する筐体３と、筐体３に取付けられたセンサチップ４などを備えている。センサチップ４は、図示していない基板に支持された状態で筐体３に取付けられている。

【0013】

流路２は、筐体３に形成された溝５と、筐体３に溝５の開口部を塞ぐように取付けられた蓋体（図示せず）とによって形成されている。溝５は、平坦面からなる底壁面５ａと、底壁面５ａに対して垂直な第１の側壁面５ｂおよび第２の側壁面５ｃとによって形成されている。この実施の形態においては、底壁面５ａが本発明でいう「流路の壁面」に相当する。
流体は、図１中に矢印Ａで示すように図１において左から右に流れる。図１は、製造時の筐体３を上方から見た状態で描いてある。すなわち、図１に示す溝５は、上方に向けて開放されている。

【0014】

筐体３には、図２に示すように、センサチップ取付用の凹部１１が形成されている。凹部１１は、センサチップ４を挿入して取付けることができる大きさに形成されている。この実施の形態による凹部１１は、溝５の底壁面５ａと、流路２の上流側から見て右側に位置する第１の側壁面５ｂとに開口するように形成されている。凹部１１の深さは、図３に示すように、凹部１１に挿入されたセンサチップ４の上面が溝５の底壁面５ａと同一平面上に位置するような深さである。センサチップ４は、図１に示すように、温度センサ１２，１３とヒータ１４とを含む検出部１５を有し、検出部１５が流路２内で溝５の底壁面５ａと同一平面上に位置するように凹部１１に挿入されている。

【0015】

流体が流れる方向における凹部１１の開口幅と、流路２の上流側から見て左右方向における凹部１１の開口幅は、何れもセンサチップ４の外形より大きい。この凹部１１の内側壁１６とセンサチップ４との間の隙間には、図３に示すように充填剤１７が充填されている。ここでいう凹部１１の内側壁１６とは、図４に示すように、凹部１１の底面１１ａから開口縁１１ｂまで延びる壁である。

【0016】

凹部１１の流路２内に開口する部分の内側壁１６は、図４に示すように、凹部１１の底面１１ａからセンサチップ４の側面４ａに沿って延びる立ち上がり部１６ａと、立ち上がり部１６ａと流路２の底壁面５ａとの間に形成された拡張部１６ｂとを有している。立ち上がり部１６ａは、流路２の底壁面５ａから予め定めた微小な深さだけ凹部１１の底面１１ａ側に離れる位置まで底面１１ａから延びている。拡張部１６ｂは、センサチップ４との間隔が立ち上がり部１６ａとセンサチップ４との間隔より広くなるように形成されている。凹部１１の流路２内に開口する部分の開口縁１１ｂは、拡張部１６ｂによって形成されている。

【0017】

充填剤１７は、センサチップ４が凹部１１内に設置された状態で、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように内側壁１６とセンサチップ４との間に上方から注入用ニードル１８によって注入される。図５（Ａ）は注入開始直後の状態を示し、図５（Ｂ）は注入終了直前の状態を示す。充填剤１７は、接着性と耐腐食性とを有する接着剤を用いることができる。充填剤１７を注入する作業は、作業者が目視で注入位置を確認しながら実施する。注入用ニードル１８から流出した充填剤１７は、凹部１１の内側壁１６とセンサチップ４との間に溜められ、立ち上がり部１６ａとセンサチップ４との間を満たした後に図５（Ｂ）に示すように拡張部１６ｂとセンサチップ４との間に流入する。

【0018】

拡張部１６ｂは、立ち上がり部１６ａよりセンサチップ４との間の間隔が広くなるように形成されている。このため、作業者は、拡張部１６ｂに流入した充填剤１７を容易に視認することができる。作業者は、このように拡張部１６ｂまで充填剤１７が流入したときに充填剤１７の注入を止める。拡張部１６ｂに流入した充填剤１７の上面は、流路２の底壁面５ａやセンサチップ４の上面に殆ど段差がない状態で接続されるか、段差があったとしても無視できる微小な段差を介して接続されるようになる。

【0019】

このため、拡張部１６ｂに流入した充填剤１７が実質的に目印となり、充填剤１７の充填が過不足なく行われたことを拡張部１６ｂを見て判断することができる。したがって、この実施の形態によれば、センサチップと流路との間の隙間に充填剤を充填するにあたり、充填剤の表面がセンサチップの表面や流路の壁面と面一にかつ平坦面となるようにすることが可能な熱式流量センサを提供することができる。

【0020】

（凹部の内側壁の変形例）
凹部の流路内に開口する部分の内側壁は、図６（Ａ）～（Ｃ）に示すように形成することができる。図６（Ａ）は充填剤を注入する以前の状態を示す断面図、図６（Ｂ）は充填剤が充填された状態を示す断面図、図６（Ｃ）は、内側壁とセンサチップの一部を拡大して示す断面図である。図６において、図１～図５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

【0021】

図６（Ａ）～（Ｃ）に示す凹部１１の内側壁２１は、凹部１１の底面１１ａからセンサチップ４の側面４ａに沿って延びる立ち上がり部２１ａと、この立ち上がり部２１ａと流路２の底壁面５ａとの間に形成された傾斜面からなる拡張部２１ｂとを有している。立ち上がり部２１ａは、流路２の底壁面５ａから予め定めた微小な深さだけ凹部１１の底面１１ａ側に離れる位置まで底面１１ａから延びている。
拡張部２１ｂは、センサチップ４との間隔が立ち上がり部２１ａから流路２の底壁面５ａに向かうにしたがって次第に広くなるように傾斜している。

【0022】

このように拡張部２１ｂが傾斜していると、拡張部２１ｂとセンサチップ４との間に充填剤１７が入った状態で充填剤１７が継続して注入されることにより、上方から見える充填剤１７の幅が次第に広くなる。このため、拡張部２１ｂとセンサチップ４との間に流入した充填剤１７の量を目で見て判断することが可能になるから、充填剤１７の表面と流路２の底壁面５ａやセンサチップ４の上面との間に段差が生じることがないように充填剤１７を注入することが可能になる。

【0023】

（凹部の内側壁の表面処理について）
凹部１１の内側壁１６，２１の表面には、充填剤１７の濡れ性が向上する表面処理を施すことができる。濡れ性が向上する表面処理は、紫外線照射による処理である。この表面処理は、例えば図７に示すように、紫外線照射ライト３１を使用し、内側壁１６，２１に紫外線を照射することにより実施することができる。
内側壁２１の拡張部２１ｂに濡れ性が向上する表面処理が施されることにより、充填剤１７が傾斜面上を拡がり易くなるから、充填剤１７を流路２の底壁面５ａとセンサチップ４の上面とに面一となるように充填する作業を容易に行うことができる。

【0024】

（筐体の変形例）
図１～図７に示す筐体３は、センサチップ４を挿入して取付けるために凹部１１を有している。しかし、センサチップ４を取付けるためには、図８に示すように貫通穴４１を使用することができる。
貫通穴４１は、筐体３の一側部３ａに開口し、一側部３ａから他側部３ｂに向けて流体の流れる方向とは直交する方向に延びて流路２を横切るように形成されている。
この形態を採る場合であっても、貫通穴４１の流路２内に開口する部分の内側壁１６は、貫通穴４１の底面１１ａからセンサチップ４の側面４ａに沿って延びる立ち上がり部１６ａと、立ち上がり部１６ａと流路２の底壁面５ａとの間に形成された拡張部１６ｂとを有している。
センサチップ４を貫通穴４１に取付ける構成を採る場合であっても、拡張部１６ｂに流入した充填剤１７が実質的に目印となり、充填剤１７の充填が過不足なく行われたことを拡張部１６ｂを見て判断することができる。このため、センサチップと流路との間の隙間に充填剤を充填するにあたり、充填剤の表面がセンサチップの表面や流路の壁面と面一にかつ平坦面となるようにすることが可能な熱式流量センサを提供することができる。

【符号の説明】

【0025】

１…熱式流量センサ、２…流路、３…筐体、４…センサチップ、５ａ…底壁面、１１…凹部、１２，１３…温度センサ、１４…ヒータ、１５…検出部、１１ａ…底面、１１ｂ…開口縁、１６…内側壁、１６ａ…立ち上がり部、１６ｂ，２１ｂ…拡張部、１７…充填剤、３１…紫外線照射ライト、４１…貫通穴。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】