特許 7616926 センサ装置

(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】

(24)【登録日】2025-01-08

(45)【発行日】2025-01-17

(54)【発明の名称】センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01P 5/12 20060101AFI20250109BHJP

   G01F 1/684 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

G01P5/12 C

G01F1/684 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021049692

(22)【出願日】2021-03-24

(65)【公開番号】P2022148130

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-12-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000105350

【氏名又は名称】ＫＯＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100121049

【弁理士】

【氏名又は名称】三輪 正義

(72)【発明者】

【氏名】矢澤 美貴

【審査官】榮永 雅夫

(56)【参考文献】

【文献】特開平７－２２９９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２３９１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－４７８３６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２９９３０７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｐ５／１２

Ｇ０１Ｆ１／６８４

Ｇ０１Ｗ１／００

Ｇ０１Ｗ１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

感温抵抗体を備えたセンサ素子と、前記センサ素子を保護するための保護カバーと、を有するセンサ装置であって、
前記センサ素子は、一方向に長く延出する形状であり、
前記保護カバーは、前記センサ素子の長手方向に対して斜め方向に延出する複数の支柱にて前記センサ素子の周囲を囲み、
複数の前記支柱が格子状に交わっており、
複数の前記支柱が交わる交差部分と前記センサ素子とが、側面視にて、１点で重なる、
ことを特徴とするセンサ装置。

【請求項2】

周囲方向の全角度に対し、側面視にて、複数の前記支柱が交わる交差部分が、前記センサ素子の中心から外れることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項3】

前記支柱の幅は、前記センサ素子の長手方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサ装置。

【請求項4】

前記支柱の外側から内側にかけての長さ寸法のほうが、前記支柱の幅よりも長いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のセンサ装置。

【請求項5】

前記支柱は、内側から外側に向けて徐々に幅寸法が小さくなる突状の断面形状で形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のセンサ装置。

【請求項6】

前記保護カバーには、前記支柱の下端に、前記センサ素子を支持する基板を収納する収納部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のセンサ装置。

【請求項7】

感温抵抗体を備えたセンサ素子と、前記センサ素子を保護するための保護カバーと、を有するセンサ装置であって、
前記センサ素子は、基板に支持されており、
前記感温抵抗体は、前記センサ素子の周囲方向全体に渡って形成され、
前記保護カバーは、前記基板から見て前記センサ素子が配置された方向に対して斜め方向に延出する複数の支柱にて前記センサ素子の周囲を囲み、
複数の前記支柱が格子状に交わっており、
複数の前記支柱が交わる交差部分と前記センサ素子とが、側面視にて、１点で重なる、ことを特徴とするセンサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば、風速を計測可能なセンサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

加熱した流量検知用抵抗素子を流体に曝し、その際の放熱作用に基づいて流体の流量を検出する熱式のセンサ装置が知られている。センサ装置は、流量検知用抵抗素子の他に温度補償用抵抗素子を備えており、流量検知用抵抗素子と温度補償用抵抗素子が、ブリッジ回路に組み込まれている。流量検知用抵抗素子が流体を受けると、流量検知用抵抗素子の温度が低下して抵抗が変化し、これにより、ブリッジ回路にて差動出力を得ることができる。この作動出力に基づいて、流体の流量を検出することができる。

【0003】

例えば、特許文献１では、流量検知用抵抗素子及び温度補償用抵抗素子を備えた各センサ素子が、夫々、リード線を介して絶縁基板から離間して支持されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－２１５１６３号公報

【文献】特開平１０－２３９１６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に示すセンサ装置では、センサ素子に対し、外部接触から保護するための保護カバーが設けられておらず、センサ素子は、外部に曝されている。

【0006】

そこで、センサ素子の周囲に保護カバーを配置する構造が考えられる。しかしながら、流体の流れる方向によっては、流体が、センサ素子に到達するまでに、保護カバーの影響により、検知精度が低下する問題があった。

【0007】

また、特許文献１に示すセンサ装置の構造は、そもそも特定の方向からの流量検知精度を向上させるものであり、センサ素子の周囲３６０度における無指向性を得ようとするものではない。

【0008】

特許文献２には、温度センサ素子にキャップを被せた温度センサが開示されているが、流量検知の用途は想定されておらず、ましてや、温度センサ素子の周囲３６０度における無指向性を考慮した構造ではない。

【0009】

そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、センサ素子を外部から保護するとともに、センサ素子の周囲３６０度における無指向性を向上させることができるセンサ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明における流量センサ装置は、感温抵抗体を備えたセンサ素子と、前記センサ素子を保護するための保護カバーと、を有するセンサ装置であって、前記センサ素子は、一方向に長く延出する形状であり、前記保護カバーは、前記センサ素子の長手方向に対して斜め方向に延出する複数の支柱にて前記センサ素子の周囲を囲み、複数の前記支柱が格子状に交わっており、複数の前記支柱が交わる交差部分と前記センサ素子とが、側面視にて、１点で重なることを特徴とする。

【0011】

また、本発明における流量センサ装置は、感温抵抗体を備えたセンサ素子と、前記センサ素子を保護するための保護カバーと、を有するセンサ装置であって、前記センサ素子は、基板に支持されており、前記感温抵抗体は、前記センサ素子の周囲方向全体に渡って形成され、前記保護カバーは、前記基板から見て前記センサ素子が配置された方向に対して斜め方向に延出する複数の支柱にて前記センサ素子の周囲を囲み、複数の前記支柱が格子状に交わっており、複数の前記支柱が交わる交差部分と前記センサ素子とが、側面視にて、１点で重なることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明のセンサ装置においては、センサ素子を外部から保護するとともに、センサ素子の周囲３６０度における無指向性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、第１の実施の形態におけるセンサ装置の斜視図である。

【図2】第１の実施の形態のセンサ装置の正面図である。

【図3】第１の実施の形態のセンサ装置の側面図である。

【図4】本実施の形態のセンサ素子の断面図である。

【図5】本実施の形態のセンサ装置の回路図である。

【図6】図２に示す保護カバーのＡ－Ａ線断面図である。

【図7】図１に示すセンサ装置の分解斜視図である。

【図8】図７の一部を拡大して示した部分拡大正面である。

【図9】第２の実施形態の保護カバーを示す斜視図である。

【図10】第３の実施形態の保護カバーを示す斜視図である。

【図11】第４の実施形態の保護カバーを示す斜視図である。

【図12】比較例１の保護カバーを示す斜視図である。

【図13】比較例２の保護カバーを示す斜視図である。

【図14】実施例１のセンサ装置を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。

【図15】実施例２のセンサ装置を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。

【図16】実施例３のセンサ装置を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。

【図17】実施例４のセンサ装置を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。

【図18】比較例１のセンサ装置を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。

【図19】比較例２のセンサ装置を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

【0015】

＜第１の実施の形態のセンサ装置の説明＞
図１は、第１の実施の形態におけるセンサ装置の側面図である。図２は、第１の実施の形態のセンサ装置の正面図である。図３は、第１の実施の形態のセンサ装置の側面図である。図４は、本実施の形態のセンサ素子の断面図である。図５は、本実施の形態のセンサ装置の回路図である。図６は、図２に示す保護カバーのＡ－Ａ線断面図である。

【0016】

（センサ装置１の概要）
図１に示されるＸ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向は、平面内にて直交する２方向を示し、図１に示すＺ１－Ｚ２方向は、Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向に互いに直交する高さ方向を指す。

【0017】

図１に示す第１の実施の形態のセンサ装置１は、感温抵抗体を備えたセンサ素子３、４と、センサ素子３、４を外部から保護する保護カバー２と、を有して構成される。

【0018】

以下、第１の実施の形態、及び後述する他の実施の形態においては、全て図１に示すセンサ装置１の姿勢を基本として、上記した平面や高さ方向を規定する。すなわち、保護カバー２がセンサ装置１の上方に位置するように、センサ装置１を直立させた状態を基本姿勢として説明する。
図１～図３に示すように、センサ素子３、４は、網目構造の保護カバー２の内側に配置されている。

【0019】

図１～図３に示すように、センサ素子３、４は、高さ方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に長く延出する形状で形成される。このように、センサ素子３、４は棒状であり、具体的には、円柱状であってもよいし多角柱状であってもよい。ここで、本実施の形態でのセンサ素子３、４は、高さ方向に長く延出する円柱状である。

【0020】

図２に示すように、各センサ素子３、４は、夫々、その両端にリード線６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂが接続されており、各リード線は、基板９（図７参照）に接続される。
センサ素子３は、流量検知用抵抗体１０を備えた第１のセンサ素子であり、センサ素子４は、温度補償用抵抗体３８を備えた第２のセンサ素子である。

【0021】

第１のセンサ素子３の内部構造について、図４を用いて説明する。図４に示すように、第１のセンサ素子３は、感温抵抗体としての流量検知用抵抗体１０と、流量検知用抵抗体１０の両側に配置された電極キャップ１１と、流量検知用抵抗体１０及び電極キャップ１１を被覆する絶縁膜１２と、を有して構成される。

【0022】

流量検知用抵抗体１０は、例えば、セラミック等の円柱基板の表面に抵抗被膜が形成されて成る。したがって、流量検知用抵抗体（感温抵抗体）１０は、周囲方向全体に渡って形成される。ここで、「周囲方向全体」とは、第１のセンサ素子３が延出する高さ方向（Ｚ１－Ｚ２方向）を軸中心にした軸周りの方向を指す。なお、図示しないが、流量検知用抵抗体１０の抵抗被膜の表面には、トリミングが施されて、抵抗調整がされている。
第１のセンサ素子３の外面は、流量検知面として機能する素子表面５ａと、素子表面５ａの上下に位置する上面５ｂ及び下面５ｃとを備える。

【0023】

図４に示すように、下面５ｃ側に位置する電極キャップ１１から第１のリード線６ａがＺ２方向に延出している。また、上面５ｂ側に位置する電極キャップ１１から第１のリード線６ｂが一旦、Ｚ１方向に延び、途中で折り曲げられて、Ｚ２方向に向け延出している。このため、図４に示すように、一対のリード線６ａ、６ｂは、Ｘ１－Ｘ２方向に所定の間隔を空けて対向し、ともにＺ２方向に向けて延出している。そして、一対のリード線６ａ、６ｂの端部が基板９に接続されている。
第２のセンサ素子４に関しても、図４と同様の構造であるが、流量検知用抵抗体１０の代わりに、感温抵抗体としての温度補償用抵抗体３８が内蔵されている。

【0024】

図５に示すように、流量検知用抵抗体１０は、温度補償用抵抗体３８とともに、ブリッジ回路を構成する。図５に示すように、流量検知用抵抗体１０と、温度補償用抵抗体３８と、抵抗器１６、１７とでブリッジ回路１８を構成している。図５に示すように、流量検知用抵抗体１０と抵抗器１６とで第１の直列回路１９を構成し、温度補償用抵抗体３８と抵抗器１７とで第２の直列回路２０を構成している。そして、第１の直列回路１９と第２の直列回路２０とが、並列に接続されてブリッジ回路１８を構成している。

【0025】

図５に示すように、第１の直列回路１９の出力部２１と、第２の直列回路２０の出力部２２とが、夫々、差動増幅器（アンプ）２３に接続されている。ブリッジ回路１８には、差動増幅器２３を含めたフィードバック回路２４が接続されている。フィードバック回路２４には、トランジスタ（図示せず）等が含まれる。

【0026】

抵抗器１６、１７は、流量検知用抵抗体１０、及び温度補償用抵抗体３８よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が小さい。流量検知用抵抗体１０は、例えば、所定の周囲温度よりも所定値だけ高くなるように制御された加熱状態で、所定の抵抗値Ｒｓ１を有し、また、温度補償用抵抗体３８は、例えば、前記の周囲温度にて、所定の抵抗値Ｒｓ２を有するように制御されている。なお、抵抗値Ｒｓ１は、抵抗値Ｒｓ２よりも小さい。流量検知用抵抗体１０と第１の直列回路１９を構成する抵抗器１６は、例えば、流量検知用抵抗体１０の抵抗値Ｒｓ１と同様の抵抗値Ｒ１を有する固定抵抗器である。また、温度補償用抵抗体３８と第２の直列回路２０を構成する抵抗器１７は、例えば、温度補償用抵抗体３８の抵抗値Ｒｓ２と同様の抵抗値Ｒ２を有する固定抵抗器である。

【0027】

流量検知用抵抗体１０は、周囲温度よりも高い温度となるように調整されており、第１のセンサ素子３が風を受けると、発熱抵抗である流量検知用抵抗体１０の温度は低下する。このため、流量検知用抵抗体１０が接続された第１の直列回路１９の出力部２１の電位が変動する。これにより、差動増幅器２３により差動出力が得られる。そして、フィードバック回路２４では、差動出力に基づいて、流量検知用抵抗体１０に駆動電圧を印加する。そして、流量検知用抵抗体１０の加熱に要する電圧の変化に基づき、基板９内に配置されたマイコン３０（図７参照）にて風速を換算し出力することができる。なお、マイコンは、各センサ素子３、４と、各リード線６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂを介して電気的に接続されている。

【0028】

また、温度補償用抵抗体３８は、流体そのものの温度を検知し、流体の温度変化の影響を補償する。このように、温度補償用抵抗体３８を備えることで、流体の温度変化が流量検知に影響するのを低減でき、流量検知を精度よく行うことができる。上記したように、温度補償用抵抗体３８は、流量検知用抵抗体１０よりも十分に抵抗が高く、且つ、温度が周囲温度付近に設定されている。このため、温度補償用抵抗体３８が風を受けても、温度補償用抵抗体３８が接続された第２の直列回路２０の出力部２２の電位は、ほとんど変化しない。したがって、出力部２２の電位を基準電位として、流量検知用抵抗体１０の抵抗変化に基づく差動出力を精度よく得ることができる。
なお、図５に示す回路構成は、一例であり、これに限定されるものではない。

【0029】

（保護カバー２）
図１に示すように、保護カバー２は、センサ素子３、４の周囲を囲む周囲部２ａと、周囲部２ａの上方（Ｚ１側）に位置する天井部２ｂと、周囲部２ａの下方（Ｚ２側）に位置する固定支持部２ｃと、を有して構成される。

【0030】

保護カバー２の周囲部２ａは、センサ素子３、４の長手方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に対して、斜め方向に延出する複数の支柱１３にてセンサ素子３、４の周囲を囲み、複数の貫通穴１５を備える。第１の実施の形態では、複数の支柱１３が、格子状に交わっている。

【0031】

各支柱１３は、固定支持部２ｃから天井部２ｂにかけて捻りを加えながら傾斜し、天井部２ｂと固定支持部２ｃとの間を連結している。各支柱１４は、傾斜する方向が約９０度異なる２パターンで構成され、各パターンの支柱１４が斜め方向から格子状に交わる。

【0032】

周囲部２ａにおいて、支柱１３以外の部分は、貫通穴１５であり、各貫通穴１５の形状（輪郭）は、菱形や矩形状である。そして、貫通穴１５を通して、保護カバー２の内側に位置するセンサ素子３、４を外側から見ることができる。図２は、図１に示すＡ矢視の正面図であり、図３は、図１に示すＢ矢視の側面図であるが、いずれもセンサ素子３、４が貫通穴１５を通して現れる。そして、図２及び図３以外の角度から見ても、センサ素子３、４は、貫通穴１５を通して現れる。これは、センサ素子３、４の長手方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に対し、保護カバー２を構成する支柱１３が斜め方向に延出しているからである。

【0033】

このため、センサ素子３、４の周囲３６０度の方向から風が作用したとき、換言すれば、Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向からなる水平面内の周囲３６０度の方向から風が作用したとき、風は、どの方向から吹いても、周囲部２ａの貫通穴１５を通り抜けて、流量検知用抵抗体１０を備えた第１のセンサ素子３に作用する。したがって、第１のセンサ素子３は、周囲３６０度からの風の作用により流量検知が可能である。以上により、第１の実施の形態のセンサ装置１では、センサ素子３、４を適切に外部から保護し、且つ、センサ素子３、４の周囲３６０度における無指向性を向上させることができる。
第１の実施の形態では、複数の支柱１３が格子状に交わっている。これにより、保護カバー２の強度を上げることができる。

【0034】

更に、以下の構成を有することが好ましい。
（１） 周囲方向の全角度に対し、側面視にて、複数の支柱１３が交わる交差部分１３ａが、第１のセンサ素子３の中心Ｃから外れること（図２、図３参照）。

【0035】

図２や図３の正面図及び側面図に示すように、交差部分１３ａは、第１のセンサ素子３の中心Ｃから上方（Ｚ１側）或いは下方（Ｚ２側）に外れている。図２や図３以外の周囲角度においても、同様である。これにより、第１のセンサ素子３に対して周囲３６０度のどの方向からでも適切に風を作用させることができ、周囲３６０度における無指向性を、より効果的に向上させることができる。

【0036】

（２） 支柱１３の幅Ｔは、第１のセンサ素子３の長手方向（Ｚ１－Ｚ２方向）の長さ寸法Ｌ１よりも短いこと（図２、後述する図８参照）。
このように、支柱１３の幅Ｔを細くすることで、第１のセンサ素子３と、支柱１３とが、側面視にて重なる面積を減らすことができ、これにより、無指向性を効果的に向上させることができる。本実施の形態では、第１のセンサ素子３に対する支柱１３の重なり面積が、どの周囲角度からの側面視であっても、７５％以下であることが好ましく、６５％以下であることがより好ましく、６０％以下であることが更に好ましく、５５％以下であることが更に好ましく、５０％以下であることが最も好ましい。

【0037】

（３） 支柱１３の外側から内側にかけての長さ寸法（厚さ寸法）Ｌ２のほうが、支柱１３の幅Ｔよりも長いこと（図６参照）。
ここで、「支柱１３の内側」とは、センサ素子３、４が配置される保護カバー２の内部側であり、「支柱１３の外側」とは、その反対側（保護カバー２の外部側）である。

【0038】

図６は、図２に示すＡ－Ａ断面図である。図６に示すように、支柱１３の長さ寸法Ｌ２は、幅寸法Ｔよりも長く形成されている。これにより、保護カバー２の外側から保護カバー２の内側に向けて吹く風が、支柱１３により遮断されにくくなり、換言すれば、支柱１３に直接当たる風向範囲を小さくできる。これにより、周囲３６０度における無指向性を効果的に向上させることができる。
なお、図６のように、幅Ｔが、支柱１３の外側から内側にかけて変化する形態では、最大幅と、支柱１３の長さ寸法（暑さ寸法）Ｌ２とを比較する。

【0039】

（４） 支柱１３は、内側から外側に向けて徐々に幅寸法が小さくなる突状の断面形状で形成されること（図６参照）。
図６のように、突部が外側を向く断面形状とすることで、風が、支柱１３の側面を外側から内側に向けてスムースに通り抜けることができ、これにより、周囲３６０度における無指向性を効果的に向上させることができる。

【0040】

周囲部２ａの上部に位置する天井部２ｂについて説明する。図１に示すように、天井部２ｂは、周囲部２ａを構成する各支柱１３を繋ぐリング部２５と、リング部２５の上方にて交差する２本のアーチ状の支持体２６とを具備した構造であるが、この構造に限定されるものではない。ただし、天井部２ｂを有することで、保護カバー２の強度を高めることができる。支持体２６を設けることで、保護カバー２の強度の向上を図ることができる。このとき、天井部２ｂの全体を覆うよりも柱状の支持体２６を配置し、支持体２６以外の箇所を、保護カバー２の内部に通じる空間にすることで、斜め上方からの気流に対し、周囲３６０度の検知精度に及ぼす影響を弱めることができると考えられる。

【0041】

固定支持部２ｃについて説明する。固定支持部２ｃを説明するにあたって、固定支持部２ｃの内側の構造が重要になるため、以下では、図７、図８を用いる。
図７は、図１に示すセンサ装置の分解斜視図である。図８は、図７の一部を拡大して示した部分拡大正面図である。

【0042】

図７に示すように、保護カバー２は、第１のパーツ２ｄと第２のパーツ２ｅとに分割でき、これらパーツ２ｄ、２ｅを組み合わせることで、センサ素子３、４の周囲を囲む保護カバー２を構成できる。各パーツ２ｄ、２ｅは同一形状であり、金型を用いて樹脂成形される。

【0043】

図７、図８に示すように、第１のパーツ２ｄには、固定支持部２ｃの内側に、凹状の収納部２７が形成されている。収納部２７は、第１の収納部２７ａ、第２の収納部２７ｂ及び第３の収納部２７ｃに分かれているが、これらは連通している。

【0044】

センサ素子３、４が接続された基板９を、固定支持部２ｃの各収納部２７ａ～２７ｃに収納できる。第２のパーツ２ｅにも第１のパーツ２ｄと同様の収納部２７が形成されており、各パーツ２ｄ、２ｅを組み合わせることで、固定支持部２ｃ内に基板９を確実に固定支持することができる。

【0045】

また、図７、図８に示すように、固定支持部２ｃの上面には、複数の細穴２９が設けられており、この細穴２９は収納部２７にまで通じている。そのため、図８に示すように、この細穴２９にセンサ素子３、４を固定するリード線６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂを通すことができる。これにより、固定支持部２ｃの内部に基板９を収納するとともに、固定支持部２ｃの上面から上方（Ｚ１側）に、各センサ素子３、４を離間して配置できる。

【0046】

図７に示すように、保護カバー２の天井部２ｂに設けられた支持体２６には、夫々、爪部２６ａと、凹部状の爪受け部２６ｂが形成されている。また、固定支持部２ｃには、夫々、嵌合凸部２８ａと、嵌合凸部２８ａとは逆側に位置する嵌合穴部２８ｂとが設けられる。これにより、各パーツ２ｄ、２ｅを組み合わせた際、天井部２ｂの爪部２６ａを爪受け部２６ｂに挿入し、更に、嵌合凸部２８ａを嵌合穴部２８ｂにはめ込むことで、各パーツ２ｄ、２ｅを接合でき、外部からの衝撃などによっても、一対のパーツ２ｄ、２ｅが外れるのを防止でき、センサ素子３、４の保護を適切に図ることができる。

【0047】

（センサ素子３、４）
センサ素子３、４について補足する。図８に示すように、第１のセンサ素子３は、第２のセンサ素子４よりも高い位置に配置されることが好ましい。すなわち、第１のセンサ素子３は、第２のセンサ素子４よりも、固定支持部２ｃの上面２ｆから離間していることが好ましい。更に、好ましくは、第１のセンサ素子３は、第２のセンサ素子４に接続されるリード線８ｂよりも高い位置に形成されることである。これにより、第１のセンサ素子３に風が作用する際、第２のセンサ素子４、更には、リード線８ｂの影響を弱めることができ、周囲３６０度における無指向性を、効果的に向上させることができる。

【0048】

また、各センサ素子３、４及び各リード線６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂが並ぶ方向を一列に配列することが好ましい。これにより、第１のセンサ素子３から見て、第２のセンサ素子４やリード線は、一方向（図７に示すようにＸ１－Ｘ２方向）にのみ配列され、第１のセンサ素子３に風が作用する際、第２のセンサ素子４及び、リード線８ｂが影響する角度範囲を極力狭めることができ、周囲３６０度における無指向性を、効果的に向上させることができる。

【0049】

また、第１のセンサ素子３は、固定支持部２ｃの上面２ｆの略中心に位置することが好ましい。換言すれば、第１のセンサ素子３は、保護カバー２の周囲部２ａから略等距離の位置に配置されることが好ましい。これにより、周囲３６０度から風が作用したときに、第１のセンサ素子３を中心に風が作用しやすくなり、周囲３６０度における無指向性を、効果的に向上させることができる。

【0050】

（基板９）
センサ素子３、４を支持する基板９について説明する。基板９は、絶縁基板であり、特に限定するものではないが、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた一般的なプリント基板であることが好ましく、例えば、ＦＲ４基板を提示することができる。

【0051】

図７、図８に示すように、基板９は、センサ素子３、４を支持するセンサ部９ａと、マイコン３０やコネクタ３６、３７などが設置される駆動基板９ｂと、センサ部９ａと駆動基板９ｂとの間を連結する連結部９ｃとを、有する。

【0052】

保護カバー２の固定支持部２ｃに形成された第１の収納部２７ａは、センサ部９ａを収納可能な大きさで形成され、第２の収納部２７ｂは、駆動基板９ｂを収納可能な大きさで形成され、第３の収納部２７ｃは、連結部９ｃを収納可能な大きさで形成される。

【0053】

図７、８に示すように、センサ部９ａには、横一列に複数の穴３１が形成されており、センサ素子３、４に接続される各リード線６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂは、各穴３１に挿入され固定される。

【0054】

図７、図８に示すように、連結部９ｃの幅寸法は、センサ部９ａ及び駆動基板９ｂの幅寸法に対して小さい。これにより、駆動基板９ｂで生じた熱が、センサ部９ａ、ひいてはセンサ素子３、４にまで及びにくくできる。これにより、良好な検知精度を維持することができる。また、連結部９ｃ寄りのセンサ部９ａにはスリット３２が形成されているが、これにより、センサ部９ａと駆動基板９ｂとの熱源を分離する。以上により、駆動基板９ｂからセンサ部９ａへの熱的影響を弱めることができ、センサ応答性を向上させることができる。

【0055】

（センサ装置の組み立て）
第１の実施の形態においては、図７に示す保護カバー２を構成する一対のパーツ２ｄ、２ｅの収納部２７にセンサ素子３、４を具備する基板９を収納して、パーツ２ｄ、２ｅを組み合わせ接合する。次に、駆動基板９ｂを覆うべく一対のケース３３、３４を保護カバー２の下端で組み合わせ、ねじ３５で留める。これにより、図１に示すセンサ装置１が完成する。

【0056】

＜第２の実施の形態のセンサ装置の説明＞
以下、第１の実施の形態以外のセンサ装置について説明する。ただし、保護カバーを除く装置本体（センサ素子３、４、基板９、及びケース３３、３４を含む）に関しては、第１の実施の形態と同様の構造であるため、以下の実施の形態に関しては、保護カバーのみ説明する。

【0057】

図９に示すように、第２の実施の形態のセンサ装置に適用される保護カバー４０は、センサ素子３、４の長手方向である高さ方向（Ｚ1－Ｚ２方向）に対して斜めに延出する複数の支柱４１を備える。保護カバー４０は、支柱４１が側部から上部にまで延出している。頂点には穴４２が空いているが、この部分を覆うように支柱４１が延びていてもよい。保護カバー４０には、側部から上部に至って複数の貫通穴４３が形成されており、貫通穴４３は略菱形である。図９に示す保護カバー４０は、第１の実施の形態に示す保護カバー２と異なって、貫通穴４３が塞がった略一定厚のキャップ部材を作製した後、キャップ部の側部にパンチングで複数の菱形状の貫通穴４３を形成する。また、第２の実施の形態の保護カバー４０は、図７のように複数のパーツに分割できず、装置本体の上方から保護カバー４０をはめ込むタイプである。

【0058】

図９に示す第２の実施の形態においても複数の支柱４１が、センサ素子３、４の長手方向である高さ方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に対して斜めに延出し、格子状に交わっている。したがって、第２の実施の形態の保護カバー４０を適用することで、センサ素子３、４を外部から保護できるとともに、周囲３６０度における無指向性を向上させることができる。

【0059】

この実施形態においても、側面視にて、複数の支柱４１が交わる交差部分が、周囲方向の全角度に対し、第１のセンサ素子３の中心Ｃ（図２、図３参照）から外れていることが好ましい。

【0060】

＜第３の実施の形態のセンサ装置の説明＞
図１０に示す第３の実施の形態に示す保護カバー５０は、図９と異なって、貫通穴５３が略円形状であるが、それ以外は図９と同様の構造である。図１０に示す保護カバー５０も複数の支柱５１が、センサ素子３、４の長手方向である高さ方向（Ｚ１－斜め方向に延出する網目構造である。したがって、第３の実施の形態の保護カバー５０を適用することで、センサ素子３、４を外部から保護できるとともに、周囲３６０度における無指向性を向上させることができる。

【0061】

この実施形態においても、側面視にて、複数の支柱５１が交わる交差部分が、周囲方向の全角度に対し、第１のセンサ素子３の中心Ｃ（図２、図３参照）から外れていることが好ましい。

【0062】

＜第４の実施の形態のセンサ装置の説明＞
図１１に示す第４の実施の形態の保護カバー６０は、上端のリング部６２と下端の固定支持部６４との間を繋ぐ複数の螺旋状の支柱６１が設けられている。これら支柱６１は、センサ素子３、４の長手方向である高さ方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に対して斜めに延出している。したがって、第４の実施の形態の保護カバー６０を適用することで、センサ素子３、４を外部から保護できるとともに、周囲３６０度における無指向性を向上させることができる。なお、保護カバー６０の強度を高めるには、図１～図３に示す網目構造が好ましい。

【0063】

＜比較例との対比＞
これに対し、図１２、図１３に示す比較例のセンサ装置に設けられる保護カバー７０、８０は、センサ素子３、４の長手方向である高さ方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に支柱７１、８１が延出している。図１２の比較例１では、複数の支柱７１、７２が縦横の格子状に交わる構造である。このうち、支柱７１が、高さ方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に延出している。また、図１３の比較例２では、貫通孔８３が千鳥抜きとなるように複数の支柱８１、８２が配置される。このうち、支柱８１が、高さ方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に延出している。

【0064】

上記に挙げた各実施の形態のセンサ装置と、比較例のセンサ装置を用いて、周囲３６０度から風を作用させたときの流量検知について実験を行った。実験では、いずれも、保護カバーを装着する装置本体に同じものを使用した。なお、第１の実施の形態～第４の実施の形態のセンサ装置１を用いた実験を、「実施例１」～「実施例４」として説明する。

【0065】

周囲３６０度は、図１に示すＸ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向からなる平面に平行な水平方向である。この水平方向は、Ｚ１－Ｚ２方向に直立した第１のセンサ素子３の径方向である。

【0066】

実験では、各センサ装置に対し、周囲３６０度から風を作用させた。風速は、インバータの運動周波数を３Ｈｚ、７Ｈｚ、１０Ｈｚ及び１４Ｈｚの４段階に制御した。運動周波数が高いほど風速が大きくなる。これら風速を、各センサ装置で測定した。

【0067】

実施例１の実験結果は図１４に示されている。図１４に示すように、風配図を模した円形グラフの外周の数値は、中心に位置するセンサ装置１に向けての風の方向を示している。

【0068】

円グラフ内の０、２、６、８、１０、１２の数値は風速値である。また、円グラフ内に太く表示された複数の曲線は、インバータの運動周波数を３Ｈｚ、７Ｈｚ、１０Ｈｚ及び１４Ｈｚに調整し、周囲３６０度からの風をセンサ装置にて測定した際に計測された風速の実測値である。図１４には、インバータの運動周波数を１４Ｈｚに調整した際に理想的な測定値としての理想値も示した。

【0069】

実施例２～４、及び比較例１、２に関しても上記と同様に周囲３６０度からの風速の測定を行った。実施例２の実験結果は、図１５に、実施例３の実験結果は図１６に、実施例４の実験結果は、図１７に、比較例１の実験結果は、図１８に、比較例２の実験結果は、図１９に示す。

【0070】

図１８に示すように、比較例１では、約３０度～約７０度方向、約１１５度～約１４０度方向、約２００度～約２４０度方向、及び約２７０度～約３２０度方向に対する風量検知精度が極端に低下することがわかった。

【0071】

また、図１９に示すように、比較例２では、約３０度～約５０度方向、約６０度～約９０度方向、約１００度～約１２０度方向、約１３０度～約１５０度方向、約１６０度～約１８０度方向、約２００度～約２２０度方向、約２３０度～約２５０度方向、約２７０度～約２９０度方向、約３１０度～約３４０度方向、及び約３５０度～約１０度方向に対する風量検知精度が極端に低下することがわかった。

【0072】

比較例１、２において、上記角度範囲で風量検知精度が低下するのは、その角度での側面視において、第１のセンサ素子３の長手方向である高さ方向（Ｚ１－Ｚ２方向）と支柱とが略一致し、風が適切に第１のセンサ素子にまで到達しないことが要因であると考えられる。

【0073】

これに対し、実施例１～実施例４では、図１４～図１７に示すように、どの角度からの風に対しても、比較例１、２に比べて、極端な風量検知精度の低下は見られず理想値に近づくことがわかった。

【0074】

実施例１～実施例４では、センサ素子３、４の周囲を囲む複数の支柱がセンサ素子の長手方向である高さ方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に対して斜め方向に延出している。このため、どの角度に対しても支柱と第１のセンサ素子３の長手方向とが、側面視にて重なることはない。したがって、周囲方向の全角度に対して、第１のセンサ素子３に風を適切に作用させることができ、周囲３６０度における無指向性を向上させることができる。

【0075】

実施例１～実施例４の中では、図１６に示す実施例３において、約０度～８０度方向、約２３０度～３５０度方向に対する風量検知精度が実施例１、２、４よりも多少下がった。また複数の支柱が格子状に交わる実施例１、２のうち、実施例１のほうが実施例２よりも、約１９０度～約１５０度方向に対する風量検知精度が優れていた。このことから、実施例１が、保護カバーの強度とともに、周囲３６０度における無指向性に優れることがわかった。なお、実施例１は、上記した（１）～（４）の条件を全て揃えている。

【0076】

＜他の実施の形態について＞
他の実施の形態としては、流量検知用抵抗体を備える第１のセンサ素子３が一方向に長く延出する形態以外であっても適用可能である。ただし、第１のセンサ素子３は、流量検知用抵抗体が、センサ素子の周囲方向全体に渡って形成されることが条件である。例えば、第１のセンサ素子には、球体のセンサ素子を提示できる。具体的には、球体からなる基体の表面全域に流量検知用抵抗体が形成された構造では、流量検知用抵抗体がセンサ素子の周囲方向全体に渡って形成されている。

【0077】

球体の第１のセンサ素子は、図８等に示すリード線６ａ、６ｂを介して基板９に接続されている。そして、保護カバー２（ここでは代表して図１等に示す保護カバー２で説明する）は、基板９から見てセンサ素子３、４が配置された方向、すなわち高さ方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に対して斜め方向に延出する複数の支柱１３にてセンサ素子３、４の周囲を囲む。これにより、センサ素子３、４を外部から適切に保護できるとともに、周囲３６０度における無指向性を向上させることができる。このとき、第１のセンサ素子３を第２のセンサ素子４より高い位置に形成することが好ましい。保護カバーには、上記した第１の実施の形態から第４の実施の形態のいずれの構造も適用できる。
上記では、センサ装置１は、風を検知するものとして説明したが、検知する流体としては、風以外にガスや、液体であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0078】

本発明では、センサ素子を外部から適切に保護できるとともに、周囲３６０度における無指向性を向上させることができ、様々なアプリケーションに適用することができる。例えば、空調設備や、風の制御系、分析用などに適用することが可能である。

【符号の説明】

【0079】

１ センサ装置
２、４０、５０、６、７０、８０ 保護カバー
２ａ 周囲部
２ｂ 天井部
２ｃ 固定支持部
２ｄ 第１のパーツ
２ｅ 第２のパーツ
２ｆ 上面
３ 第１のセンサ素子
４ 第２のセンサ素子
６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂ リード線
９ 基板
９ａ センサ部
９ｂ 駆動基板
９ｃ 連結部
１０ 流量検知用抵抗体
１１ 電極キャップ
１２ 絶縁膜
１３、４１、５１、６１、７１、７２、８１、８２ 支柱
１３ａ 交差部分
１４ 支柱
１５、４３、５３ 貫通穴
１８ ブリッジ回路
１９ 第１の直列回路
２０ 第２の直列回路
２３ 差動増幅器
２４ フィードバック回路
２５ リング部
２６ 支持体
２６ａ 爪部
２６ｂ 爪受け部
２７ 収納部
２７ａ 第１の収納部
２７ｂ 第２の収納部
２７ｃ 第３の収納部
２８ａ 嵌合凸部
２８ｂ 嵌合穴部
２９ 細穴
３０ マイコン
３１ 穴
３２ スリット
３３、３４ ケース
３４ ケース
３６、３７ コネクタ
３８ 温度補償用抵抗体
４２ 穴
Ｃ 中心
Ｌ１、Ｌ２ 長さ寸法
Ｔ 幅寸法

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】