(57)【要約】      （修正有）【課題】性能を劣化させることなく、小型化するとともに耐久性を向上させ、製造技術を容易にするとともに製品調整の手間を軽減し、製造に係るコスト削減を実現できる熱式流速・流量センサの製造方法及び流速・流量センサを提供する。【解決手段】汎用の電子部品及び基板製造装置及び自動搭載機ラインを用いて、基板部分の実装箇所両面に、汎用の実装部品であるヒータ素子と測温素子とを実装して流速検出部を構成する。又、単一の基板４１の一端両側部分に、基板主要部４１ｂからそれぞれ一体的に延びる細長形状の流速検出部用支持部４２と気温計測部用支持部４３とを離間して形成するとともに、これら支持部の先端部に、それぞれ流速検出部４０と気温計測部４４とを形成することにより、流速検出部４０と気温計測部４４との間に空間を設け、かつ、板状の基板主要部４１ｂを設けた構造とする。【選択図】図４
2015068659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化する前記ヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサの製造方法において、
前記ヒータ素子及び前記測温素子は汎用の表面実装部品であり、
前記熱式流速・流量センサの板状の単一の基板に、前記流速検出部を実装する基板部分を形成し、
この基板部分に前記流速検出部用の回路パターンを形成し、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の一方の面に、前記ヒータ素子を実装し、
このヒータ素子の表面実装箇所に対向位置させて、前記測温素子を、前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の他方の面に実装し、
前記ヒータ素子と前記測温素子とを前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所両面に配置して実装することにより、この表面実装箇所における基板部分を介して前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続してなる前記流速検出部を形成し、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所を除く前記基板の周辺部に、流速検出部用支持部を前記基板と一体的に形成し、
汎用の基板製造装置を用いて製造したこと
を特徴とする熱式流速・流量センサの製造方法。
【請求項２】
供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化する前記ヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサの製造方法において、
前記ヒータ素子及び前記測温素子は汎用の表面実装部品であり、
前記熱式流速・流量センサの板状の単一の基板の一端中央部分に、この基板の主要部である基板主要部から一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部を、前記基板と一体的に形成し、
この流速検出部用支持部の先端部に、前記流速検出部を実装する基板部分を形成するとともに、この基板部分に前記流速検出部用の回路パターンを形成し、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に、前記ヒータ素子と前記測温素子とを互いに隣接して配置して実装することにより前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続してなる前記流速検出部を形成し、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から前記基板主要部へと一体的に延びる前記流速検出部用支持部とを残して、前記基板の周辺部を切断することにより、
前記表面実装箇所に形成した前記流速検出部を、前記流速検出部用支持部により前記基板主要部に支持した構造になるように、汎用の基板製造装置を用いて形成したこと
を特徴とする熱式流速・流量センサの製造方法。
【請求項３】
供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化する前記ヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサの製造方法において、
前記ヒータ素子及び前記測温素子は汎用の表面実装部品であり、
前記熱式流速・流量センサの板状の単一の基板から、この基板の主要部である基板主要部を構成する帯状外周部を、前記基板と一体的に形成し、
前記帯状外周部を構成する前記基板主要部から互いに中心方向へ一体的に延びた細長形状の一対の流速検出部用支持部と、この一対の流速検出部用支持部の先端部に支持する前記流速検出部を実装する基板部分とを、前記基板主要部と一体的に形成し、
前記流速検出部を実装する基板部分に前記流速検出部用の回路パターンを形成し、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の一方の面に、前記ヒータ素子を実装し、
このヒータ素子の表面実装箇所に対向位置させて、前記測温素子を、前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の他方の面に実装し、
前記ヒータ素子と前記測温素子とを前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所両面に配置して実装することにより、この表面実装箇所における基板部分を介して前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続してなる前記流速検出部を形成し、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から前記基板主要部へと一体的に延びる一対の前記流速検出部用支持部と、前記帯状外周部とを残して、前記基板の周辺部を切断することにより、
帯状外周部を構成する前記基板主要部を、前記流速検出部を保護するガード部とするとともに、前記流速検出部の周囲に空間を設けた構造となるように、汎用の基板製造装置を用いて形成したこと
を特徴とする熱式流速・流量センサの製造方法。
【請求項４】
供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化する前記ヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサの製造方法において、
前記ヒータ素子及び前記測温素子及び前記気温計測用素子は汎用の表面実装部品であり、
前記熱式流速・流量センサの板状の単一の基板の一端両側部分に、この基板の主要部である基板主要部からそれぞれ一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部と気温計測部用支持部とを互いに離間して前記基板と一体的に形成し、
前記流速検出部用支持部の先端部に、前記流速検出部を実装する基板部分を形成するとともに、この基板部分に前記流速検出部用の回路パターンを形成し、
前記気温計測部用支持部の先端部に、前記気温計測部を実装する基板部分を形成するとともに、この基板部分に前記気温計測部用の回路パターンを形成し、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に、前記ヒータ素子と前記測温素子とを互いに隣接して配置して実装することにより前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続してなる前記流速検出部を形成し、
前記気温計測部を実装する基板部分の表面実装箇所に、前記気温計測素子を実装してなる前記気温計測部を形成し、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から前記基板主要部へと一体的に延びる前記流速検出部用支持部と、前記気温計測部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から前記基板主要部へと一体的に延びる前記気温計測素子用支持部とを残して、前記基板の周辺部を切断することにより、
それぞれの表面実装箇所にそれぞれ形成した前記流速検出部と前記気温計測素子とを、それぞれ前記流速検出部用支持部と前記気温計測素子用支持部とにより、それぞれ前記基板主要部に支持した構造に形成するとともに、前記流速検出部及び前記気温計測素子の周囲に空間を設け、且つ、前記流速検出部及び前記気温計測素子との間に、空間を設け、かつ、板状の基板主要部を設けた構造となるように汎用の基板製造装置を用いて形成したこと
を特徴とする熱式流速・流量センサの製造方法。
【請求項５】
前記流速検出部は、前記測温素子と、この測温素子を挟んで対向位置する一対の前記ヒータ素子とを互いに隣接して配置して実装することにより前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続したこと
を特徴とする請求項４に記載の熱式流速・流量センサの製造方法。
【請求項６】
供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化する前記ヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサの製造方法において、
前記ヒータ素子及び前記測温素子及び前記気温計測用素子は汎用の表面実装部品であり、
前記熱式流速・流量センサの板状の単一の基板から、この基板の主要部である基板主要部を構成する帯状外周部を、前記基板と一体的に形成し、
前記基板の一端中央部分に、前記基板主要部から一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部を、前記基板と一体的に形成し、
この流速検出部用支持部の先端部に、前記流速検出部を実装する基板部分が前記帯状外周部の中心部分に位置するように形成するとともに、この基板部分に前記流速検出部用の回路パターンを形成し、
前記帯状外周部に前記気温計測部用の回路パターンを形成し、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に、前記ヒータ素子と前記測温素子とを互いに隣接して配置して実装することにより前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続してなる前記流速検出部を形成し、
前記帯状外周部の表面実装箇所に、前記気温計測素子を実装してなる前記気温計測部を形成し、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から前記基板主要部へと一体的に延びる前記流速検出部用支持部と、前記帯状外周部とを残して、前記基板の周辺部を切断することにより、
前記表面実装箇所に形成した前記流速検出部を、前記流速検出部用支持部により前記基板主要部に支持した構造に形成するとともに、前記帯状外周部を構成する前記基板主要部を、前記流速検出部を保護するガード部とし、且つ、前記流速検出部及び前記気温計測素子の周囲に空間を設けるとともに、前記流速検出部及び前記気温計測素子との間に、空間を設け、かつ、板状の基板主要部を設けた構造となるように汎用の基板製造装置を用いて形成したこと
を特徴とする熱式流速・流量センサの製造方法。
【請求項７】
前記熱式流速・流量センサは、汎用の自動搭載機を用いて形成したこと
を特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の熱式流速・流量センサの製造方法。
【請求項８】
供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化する前記ヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
前記熱式流速・流量センサの板状の単一の基板と、
この基板に形成された前記流速検出部を実装する基板部分と、
この基板部分に形成された前記流速検出部用の回路パターンと、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の一方の面に実装した汎用の表面実装部品であるヒータ素子と、
このヒータ素子の表面実装箇所に対向位置する前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の他方の面に実装した汎用の表面実装部品である測温素子と、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所を除く前記基板の周辺部に、前記基板と一体的に形成された流速検出部用支持部と、
前記流速検出部を構成する前記ヒータ素子と前記測温素子とを前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所両面に配置して実装することにより、この表面実装箇所における基板部分を介して前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続した構造となるように、汎用の基板製造装置を用いて形成したこと
を特徴とする熱式流速・流量センサ。
【請求項９】
供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化する前記ヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
前記熱式流速・流量センサの板状の単一の基板と、
この基板の一端中央部分に、前記基板と一体的に形成するとともに、前記基板の主要部である基板主要部から一体的に延びる細長形状に形成した流速検出部用支持部と、
この流速検出部用支持部の先端部に形成した前記流速検出部を実装する基板部分と、
この基板部分に形成した前記流速検出部用の回路パターンと、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に形成され、汎用の表面実装部品であるヒータ素子と汎用の表面実装部品である測温素子とを互いに隣接して配置して実装することにより前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続してなる前記流速検出部とからなり、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から前記基板主要部へと一体的に延びる前記流速検出部用支持部とを残して、前記基板の周辺部を切断することにより、
前記表面実装箇所に形成した前記流速検出部を、前記流速検出部用支持部により前記基板主要部に支持した構造になるように、汎用の基板製造装置を用いて形成したこと
を特徴とする熱式流速・流量センサ。
【請求項１０】
供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化する前記ヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
前記熱式流速・流量センサの板状の単一の基板と、
この基板から一体的に形成した前記基板の主要部である基板主要部を構成する帯状外周部と、
この帯状外周部を構成する前記基板主要部から互いに中心方向へ一体的に延びた細長形状の一対の流速検出部用支持部と、
この一対の流速検出部用支持部の先端部に支持するとともに、前記基板主要部と一体的に形成してなる前記流速検出部を実装する基板部分と、
この基板部分に形成した前記流速検出部用の回路パターンと、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の一方の面に実装した汎用の表面実装部品であるヒータ素子と、
このヒータ素子の表面実装箇所に対向位置する前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の他方の面に実装した汎用の表面実装部品である測温素子と、
前記ヒータ素子と前記測温素子とを前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所両面に配置して実装することにより、この表面実装箇所における基板部分を介して前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続してなる前記流速検出部とからなり、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から前記基板主要部へと一体的に延びる一対の前記流速検出部用支持部と、前記帯状外周部とを残して、前記基板の周辺部を切断することにより、
帯状外周部を構成する前記基板主要部を、前記流速検出部を保護するガード部とするとともに、前記流速検出部の周囲に空間を設けた構造となるように、汎用の基板製造装置を用いて形成したこと
を特徴とする熱式流速・流量センサ。
【請求項１１】
供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化する前記ヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
前記熱式流速・流量センサの板状の単一の基板と、
この基板の一端両側部分に、互いに離間して形成するとともに、前記基板の主要部である基板主要部からそれぞれ一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部及び気温計測部用支持部と、
この流速検出部用支持部の先端部に形成した前記流速検出部を実装する基板部分と、
この基板部分に形成した前記流速検出部用の回路パターンと、
前記気温計測部用支持部の先端部に形成した前記気温計測部を実装する基板部分と、
この基板部分に形成した前記気温計測部用の回路パターンと、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に形成され、汎用の表面実装部品であるヒータ素子と汎用の表面実装部品である測温素子とを互いに隣接して配置して実装することにより前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続してなる前記流速検出部と、
前記気温計測部を実装する基板部分の表面実装箇所に、前記気温計測素子を実装してなる前記気温計測部とからなり、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から前記基板主要部へと一体的に延びる前記流速検出部用支持部と、前記気温計測部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から前記基板主要部へと一体的に延びる前記気温計測素子用支持部とを残して、前記基板の周辺部を切断することにより、
それぞれの表面実装箇所にそれぞれ形成した前記流速検出部と前記気温計測素子とを、それぞれ前記流速検出部用支持部と前記気温計測素子用支持部とにより、それぞれ前記基板主要部に支持した構造に形成するとともに、前記流速検出部及び前記気温計測素子の周囲に空間を設け、且つ、前記流速検出部及び前記気温計測素子との間に、空間を設け、かつ、板状の基板主要部を設けた構造となるように汎用の基板製造装置を用いて形成したこと
を特徴とする熱式流速・流量センサ。
【請求項１２】
前記流速検出部は、前記測温素子と、この測温素子を挟んで対向位置する一対の前記ヒータ素子とを互いに隣接して配置して実装することにより前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続した構造に形成したこと
を特徴とする請求項１１に記載の熱式流速・流量センサ。
【請求項１３】
供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化する前記ヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
前記熱式流速・流量センサの板状の単一の基板と、
この基板から一体的に形成した前記基板の主要部である基板主要部を構成する帯状外周部と、
この基板の一端中央部分に、前記基板と一体的に形成するとともに、前記基板主要部から一体的に延びる細長形状に形成した流速検出部用支持部と、
この流速検出部用支持部の先端部に形成するとともに、前記帯状外周部の中心部分に位置するように形成してなる前記流速検出部を実装する基板部分と、
この基板部分に形成した前記流速検出部用の回路パターンと、
前記帯状外周部に形成した前記気温計測部用の回路パターンと、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に形成され、汎用の表面実装部品であるヒータ素子と汎用の表面実装部品である測温素子とを互いに隣接して配置して実装することにより前記ヒータ素子と前記測温素子とが熱的に直接接続してなる前記流速検出部と、
前記帯状外周部の表面実装箇所に実装した汎用の表面実装部品である前記気温計測素子と、
前記流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から前記基板主要部へと一体的に延びる前記流速検出部用支持部と、前記帯状外周部とを残して、前記基板の周辺部を切断することにより、
前記表面実装箇所に形成した前記流速検出部を、前記流速検出部用支持部により前記基板主要部に支持した構造に形成するとともに、前記帯状外周部を構成する前記基板主要部を、前記流速検出部を保護するガード部とし、且つ、前記流速検出部及び前記気温計測素子の周囲に空間を設けるとともに、前記流速検出部及び前記気温計測素子との間に、空間を設け、かつ、板状の基板主要部を設けた構造となるように汎用の基板製造装置を用いて形成したこと
を特徴とする熱式流速・流量センサ。
【請求項１４】
前記熱式流速・流量センサは、汎用の自動搭載機を用いて形成したこと
を特徴とする請求項８から請求項１３の何れかに記載の熱式流速・流量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は流体の流速及び流量を計測する流速・流量センサの製造方法及び流速・流量センサに関し、特に、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測素子とを実装部品を用いて製造する熱式流速・流量センサの製造方法及びその流速・流量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、熱式流速・流量センサは、電熱線等のヒータ素子を流体中に置いた時に、その流体に奪われるヒータ素子からの熱量が、流体の流速に依存して変化することを利用して流速を計測し、その結果から流体の流量を算出している。そして、流速・流量センサは流速の検出対象となる流体の温度が変化した場合に、流速検出部からの出力（熱量）に対する気温の変化の影響を補償できるように、一般には温度補償素子を備えている。
【０００３】
ここで、一般的な熱式流速・流量センサの動作原理について説明する。
まず、一定の発熱源を持つ発熱体が、流体中に存在する場合、発熱体の持つ熱が流速に応じて流体に移動する物理現象を利用している。この物理現象は、下記式（１）に示すように、Ｋｉｎｇの式として一般的に知られている。
【０００４】
Ｑ＝（ａ＋ｂｕ）（Ｔ−Ｔａ）            式（１）
ここで、Ｑは発熱体の発熱量、ｕは流速、Ｔは発熱体温度、Ｔａは周囲流体の温度、ａ及びｂは定数で、発熱体の素材や構造に依存する値である。
【０００５】
上記式（１）から、流速を計測するには、発熱量Ｑが一定の場合には、発熱体温度Ｔ及び周囲流体の温度Ｔａの温度を計測して求めなければならない。又、発熱量Ｑが不定の場合には、発熱量Ｑ、発熱体温度Ｔ、周囲流体の温度Ｔａを計測し、求めなければならない。なお、ａ及びｂは、発熱体の素材や構造に依存する値であるから、素材や構造が同一であれば、原理的には、ａ及びｂも定まる値である。
【０００６】
図１２は従来例１を示すもので、風速検出用のセンサを自己発熱させるために、この風速検出素子６３の制御回路として昇圧回路６０や定電流回路６１、電流電圧変換回路６２等が必要である。なお、風速検出素子６３は、白金抵抗体を用いた場合には、昇圧回路６０は必ずしも必要ではない。又、従来例１の風速検出素子６３の場合、ブリッジ回路を用いて電圧値に変換し、この電圧値を増幅して、コンピュータの演算処理装置の風速値変換部６４により流速値を算出している。なお、基準抵抗６５及び気温検出素子６６は、周囲流体の温度を測定している。
【０００７】
この際、ブリッジ回路には高精度で比較的高価な部品が用いられているとともに、このブリッジ回路は、出荷時や設置の際には、ブリッジ回路自体の調整作業が必要である。さらに、定電流回路６１や電流電圧変換回路６２については、それぞれの回路特性の固体差の調整やコンピュータへの記録等の作業も行う必要がある。
【０００８】
又、風速検出用の素子として適した素子は、限られた部品若しくは特注品となる。特に、白金抵抗体を用いた場合には、特性は規格化されているが、ほとんどは特注生産品でまかなわれているのが現状であり、コスト高の原因となっている。さらに、発熱体温度Ｔを検出するための測温素子と発熱源となるヒータとは、同一素子で構成されており、これも又コスト高の原因の１つとなっている。
【０００９】
そこで、発熱体温度Ｔを検出するための測温素子と発熱源となるヒータとを、同一素子で構成することによるコスト高を解決する手段として、図１３に示すように、風速検出素子７３とヒータ７１とに分離する回路構成が提案されている。７５は基準抵抗、７６は気温検出素子、７４は風速値変換（マイコン等）である。
【００１０】
この図１３の回路構成の場合には、発熱体温度Ｔを検出するための風速検出素子７３とヒータ７１とは、熱的に直接接続されている。即ち、物理的に接合されている。図１３に示す回路構成と図１２に示す回路構成とを比較すると、図１３に示す回路構成は簡略化されている。従って、簡略化された分それだけコストを削減することが出来る。
【００１１】
一方、図１４に示す従来例２のものは、発明者が、リード線付きの素子（ヒータ素子８０と測温素子８１）で流速検出部を構成した試作品で、ヒータ素子８０と測温素子８１とを分離した構造の流速・流量センサである。この試作品では、加熱用のヒータ電源８２に接続されたヒータ素子８０と、このヒータ素子８０から伝わる熱の温度を測定する測温素子８１とは、リード線８３を介して接続した構造となっている。
【００１２】
そのため、リード線８３を介してヒータ素子８０から測温素子８１へと伝導する熱の熱伝導速度が悪く、一度熱を奪われると測温素子８１の温度上昇に時間がかかる。その上、リード線８３の接続位置や接続のための半田付けの際の半田の量によっても熱伝導速度が変動する等の問題もあり、コスト削減、実用化にはほど遠いものであった。
【００１３】
そこで、発明者の試作品の問題点を解決するひとつの手段（従来例３）として、１ｍｍ以下の薄い板状の物質に、ヒータと流速検出用の測温素子を形成する方法が実用化されている。これは、板状の基板の表面に、蒸着やエッチング等の化学的処理により、素子を直接基板に形成する方法である。
【００１４】
この熱式流速・流量センサでは、シリコン基板やその他の電子基板等の単一の基板上に、流速検出部と気温計測部とが設けられており、ヒータにより流速検出部を発熱させる必要がある。そのため、流速検出部と気温計測部とを単一の基板上に設けた場合、気温計測部は、基板を伝わる流速検出部からの熱の影響を受け、正確な気温を計測することが出来ないという問題がある。
【００１５】
そこで、図１５（ａ）、（ｂ）に示す従来例４のものは、熱式風速センサの基板部材としては、熱伝導率の低いセラミック基板９０を用いるとともに、このセラミック基板９０の一端側に、風速検出用センサＲＨを、他端側に温度補償用のセンサである気温計測用センサＲＴを白金材料の印刷又は蒸着によって直接形成している。このように、風速検出用センサＲＨと気温計測用センサＲＴを同一のセラミック基板９０の両端に間隙を介して配置することにより、気温計測用センサＲＴが、セラミック基板９０を伝わる風速検出センサＲＨからの熱の影響をなるべく受けないように構成されている。なお、９１はハイブリッドＩＣである。
【００１６】
又、図１６に示す従来例５のものは、熱式流速・流量センサ１００の流量検出部が外的衝撃により損傷する可能性がある場合には、サーミスタ（流体温度検出用素子）１０２と、このサーミスタ１０２を保護するプロテクタ１０１とをユニットとして一体化を図った構造としている。このようにユニットとして一体化した構造のものは、パイプ取付の際、すでにユニットとして一体化されており、一体成型で製造されているものではない。又、流量検出部の発熱による火傷を防止するためにも、プロテクタ１０１のような保護ガードが必要であり、この保護ガードは、一般的には別部品として製造し、これを組み合わせなければならない。なお、１０３は検出用通路、１０４は回路ケース、１０５は構造体である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−２７４５５２号公報
【特許文献２】特開２００８−２４１３１８号公報
【特許文献３】特開平６−２４９８６４号公報
【特許文献４】特許第３５５３４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
図１２に示す従来例１に述べた流速検出用の素子は、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の大きさのものが用いられており、電気信号を伝達する導線が細い場合には、手作業でリード線を伸ばして固定する必要があり、一般に普及している電子部品の自動搭載機等の自動組立機（自動搭載機）を用いることが出来ない。このため、手作業による組み立て、あるいは、特注品としての自動組立機を新たに作成して、これを用いるしか方法がなく、これもコスト高の原因となっている。
【００１９】
さらに、従来例１の風速検出素子６３は、風速検出部に白金抵抗体やサーミスタ等の測温素子が用いられており、この測温素子に付属している細い銅線で支持されている構造となっているが、この銅線で支える構造は、機械的衝撃に弱く、その上、金属であるため錆や腐食による破損等のため、長期間の連続使用には不適当である。そこで、耐久性を向上させるためには、風速検出素子６３及び付属の銅線を太くするという選択肢もあるが、この場合には、応答性が悪く、性能が劣化するため、現実的ではないという問題がある。
【００２０】
又、図１３に示すように、発熱体温度Ｔを検出するための回路構成を簡略化したものは、図１２に示す回路構成のものと比較して、その回路構成は簡略化され、コスト削減出来るが、発熱体温度Ｔを検出するための風速検出素子７３とヒータ７１とを熱的に直接接続する際の物理的な接合が問題となる。即ち、風速検出素子７３とヒータ７１との物理的な接合がある程度一定にならなければ、固体差が大きくなり、流速・流量センサとしての固定調整の手間が増加する。個体差が大きい場合には、上記式（１）に示すＫｉｎｇの式からも明らかであるように、定数ａ及び定数ｂについても固体別に求めなければならない。従って、製品調整の手間が増大するとともに、検出部の互換性も悪いという問題がある。
【００２１】
又、ヒータ７１と風速検出素子７３との熱伝導面の距離が離れていると、応答性が悪くなるという問題もある。
【００２２】
又、半導体製造プロセスを用いたデバイスの製造方法であるＭＥＭＳ(Micro Electric Mechanical System：以下、ＭＥＭＳと記す）を用いて製造した流速検出用素子があり、このＭＥＭＳを利用することにより、素子の製造過程において自動化が図られているものがある。しかしながら、一般にＭＥＭＳでは、生産数量が多いほど素子の製造単価は安くなるが、特に一般的な板状の電子基板の製造方法における版代と比較すると、ＭＥＭＳの版代は非常に高価であるため、生産数量の少ない製品の場合には素子の販売単価が高くなるという問題がある。その上、上記したように版代が非常に高価であるため、素子のカスタマイズやバリエーション展開する際にはコスト的な制限があるという問題がある。
【００２３】
又、従来例２に述べたように、ヒータ素子８０と測温素子８１とを分離して、ヒータ素子８０と測温素子８１とをリード線８３を介して接続した構造のものは、リード線８３を介してのヒータ素子８０から測温素子８１へと熱が伝導する際の熱伝導速度が悪く、一度熱を奪われると測温素子８１の温度上昇に時間がかかるという問題がある。その上、リード線８３の接続位置や接続のための半田付けの際の半田の量によっても熱伝導速度が変動する等の問題もある。
【００２４】
又、従来例２に記載の素子に限らず、一般的に、流速を検出するための流速検出部の温度を上昇させる際、少ない電気エネルギーで、発熱量を確保するには、リード線をなるべく細くすることにより、リード線を伝って放散する熱量を抑える必要があるが、リード線を細くすれば、機械的衝撃に対して弱くなるという問題がある。
【００２５】
又、従来例３として述べたように、板状の基板の表面に、蒸着やエッチング等の化学的処理により、素子を直接基板に形成する方法では、蒸着やエッチング等の化学的処理を行うための設備や装置、微細加工技術、精度を高めるためのノウハウの蓄積が必要な技術分野であり、製造技術が容易ではなく、大量生産を行わない限り、コスト削減にはほど遠い技術分野であるという問題がある。
【００２６】
図１５に示す従来例４に記載のものは、ダクト内の風速を計測することを前提としており、気流が単一指向性の場合にしか用いることが出来ないという問題がある。さらに、風速検出用センサＲＨと気温計測用センサＲＴとの間に距離を設けているため、特に、微風速の場合には、風速検出用センサＲＨと気温計測用センサＲＴとが接している空気の条件が異なる事による計測精度への影響を考慮しなければならない。又、ハイブリッドＩＣ９１をセラミック基板９０の中央に配置することを前提としているため、ハイブリッドＩＣ９１による気流の乱れが計測値に及ぼす影響も考慮する必要があるという問題がある。又、ＲＨとＲＴの間隔を短くすると熱伝導の影響が無視できなくなるため、小型化するには限界があるという問題もある。
【００２７】
図１６に示す従来例５に記載のものは、熱式流速・流量センサの流速検出部が外的衝撃により損傷する可能性がある場合には、保護ガード等により流速検出部を保護するためにも、又、流速検出部の発熱による火傷を防止するためにも、保護ガードが必要であり、この保護ガードは、プローブ形状の保護ガードが用いられるが、一般的に別部品として製造して組み合わせる等するため、製造コスト、組み立てコストが発生するという問題がある。
【００２８】
以上の多くの問題点から、この発明では、熱式流速・流量センサの製造方法及びその熱式流速・流量センサにおいて、流速検出用の発熱部（ヒータ素子）及びこの発熱部からの熱の温度を計測する流速検出部の基板として、単一の板状の基板を用いることにより、汎用の基板製造装置を用いるとともに、さらに、流速検出部へ実装する電子部品は、汎用の自動搭載機を用いて汎用の表面実装部品を実装することにより、流速検出部を形成することを第１の目的とし、さらに、流速検出部の周囲及び気温計測部との間に空間を設けることにより、流速検出部の発熱部から気温計測部への熱伝導を少なくすることを第２の目的としている。又、気温計測部の周囲にも空間を設けて流速検出部の発熱部からの熱伝導をさらに少なくすることにより、流速検出部からの熱による気温計測部に与える影響を少なくすることを第３の目的としている。さらに、基板から突出した構造となっている流速検出部を保護するガード部を設けることにより、外部からの衝撃による熱式流速・流量センサの損傷防止及び流速検出部の誤接触による火傷防止を第４の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
請求項１に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサの製造方法において、
ヒータ素子及び測温素子は汎用の表面実装部品であり、熱式流速・流量センサの板状の単一の基板に、流速検出部を実装する基板部分を形成し、この基板部分に流速検出部用の回路パターンを形成し、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の一方の面に、ヒータ素子を実装し、このヒータ素子の表面実装箇所に対向位置させて、測温素子を、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の他方の面に実装し、ヒータ素子と測温素子とを流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所両面に配置して実装することにより、この表面実装箇所における基板部分を介してヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続してなる流速検出部を形成し、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所を除く基板の周辺部に、流速検出部用支持部を基板と一体的に形成し、汎用の基板製造装置を用いて製造した熱式流速・流量センサの製造方法である。
【００３０】
請求項２に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサの製造方法において、
ヒータ素子及び測温素子は汎用の表面実装部品であり、熱式流速・流量センサの板状の単一の基板の一端中央部分に、この基板の主要部である基板主要部から一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部を、基板と一体的に形成し、この流速検出部用支持部の先端部に、流速検出部を実装する基板部分を形成するとともに、この基板部分に流速検出部用の回路パターンを形成し、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に、ヒータ素子と測温素子とを互いに隣接して配置して実装することによりヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続してなる流速検出部を形成し、この流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる流速検出部用支持部とを残して、基板の周辺部を切断することにより、表面実装箇所に形成した流速検出部を、流速検出部用支持部により基板主要部に支持した構造になるように、汎用の基板製造装置を用いて形成した熱式流速・流量センサの製造方法である。
【００３１】
請求項３に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサの製造方法において、
ヒータ素子及び測温素子は、汎用の表面実装部品であり、熱式流速・流量センサの板状の単一の基板から、この基板の主要部である基板主要部を構成する帯状外周部を、基板と一体的に形成し、帯状外周部を構成する基板主要部から互いに中心方向へ一体的に延びた細長形状の一対の流速検出部用支持部と、この一対の流速検出部用支持部の先端部に支持する流速検出部を実装する基板部分とを、基板主要部と一体的に形成し、流速検出部を実装する基板部分に流速検出部用の回路パターンを形成し、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の一方の面に、ヒータ素子を実装し、このヒータ素子の表面実装箇所に対向位置させて、測温素子を、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の他方の面に実装し、ヒータ素子と測温素子とを流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所両面に配置して実装することにより、この表面実装箇所における基板部分を介してヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続してなる流速検出部を形成し、この流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる一対の流速検出部用支持部と、帯状外周部とを残して、基板の周辺部を切断することにより、帯状外周部を構成する基板主要部を、流速検出部を保護するガード部とするとともに、流速検出部の周囲に空間を設けた構造となるように、汎用の基板製造装置を用いて形成した熱式流速・流量センサの製造方法である。
【００３２】
請求項４に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサの製造方法において、
ヒータ素子及び測温素子及び気温計測用素子は汎用の表面実装部品であり、熱式流速・流量センサの板状の単一の基板の一端両側部分に、この基板の主要部である基板主要部からそれぞれ一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部と気温計測部用支持部とを互いに離間して基板と一体的に形成し、流速検出部用支持部の先端部に、流速検出部を実装する基板部分を形成するとともに、この基板部分に流速検出部用の回路パターンを形成し、気温計測部用支持部の先端部に、気温計測部を実装する基板部分を形成するとともに、この基板部分に気温計測部用の回路パターンを形成し、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に、ヒータ素子と測温素子とを互いに隣接して配置して実装することによりヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続してなる流速検出部を形成し、気温計測部を実装する基板部分の表面実装箇所に、気温計測素子を実装してなる気温計測部を形成し、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる流速検出部用支持部と、気温計測部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる気温計測素子用支持部とを残して、基板の周辺部を切断することにより、それぞれの表面実装箇所にそれぞれ形成した流速検出部と気温計測素子とを、それぞれ流速検出部用支持部と気温計測素子用支持部とにより、それぞれ基板主要部に支持した構造に形成するとともに、流速検出部及び気温計測素子の周囲に空間を設け、且つ、流速検出部及び気温計測素子との間に、空間を設け、且つ、板状の基板主要部を設けた構造となるように汎用の基板製造装置を用いて形成した熱式流速・流量センサの製造方法である。
【００３３】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、流速検出部は、測温素子と、この測温素子を挟んで対向位置する一対のヒータ素子とを互いに隣接して配置して実装することによりヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続したものである。
【００３４】
請求項６に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサの製造方法において、
ヒータ素子及び測温素子及び気温計測用素子は汎用の表面実装部品であり、熱式流速・流量センサの板状の単一の基板から、この基板の主要部である基板主要部を構成する帯状外周部を、基板と一体的に形成し、基板の一端中央部分に、基板主要部から一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部を、基板と一体的に形成し、この流速検出部用支持部の先端部に、流速検出部を実装する基板部分が帯状外周部の中心部分に位置するように形成するとともに、この基板部分に流速検出部用の回路パターンを形成し、帯状外周部に気温計測部用の回路パターンを形成し、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に、ヒータ素子と測温素子とを互いに隣接して配置して実装することによりヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続してなる流速検出部を形成し、帯状外周部の表面実装箇所に、気温計測素子を実装してなる気温計測部を形成し、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる流速検出部用支持部と、帯状外周部とを残して、基板の周辺部を切断することにより、表面実装箇所に形成した流速検出部を、流速検出部用支持部により基板主要部に支持した構造に形成するとともに、帯状外周部を構成する基板主要部を、流速検出部を保護するガード部とし、且つ、流速検出部及び気温計測素子の周囲に空間を設けるとともに、流速検出部及び気温計測素子との間に、空間を設け、且つ、板状の基板主要部を設けた構造となるように汎用の基板製造装置を用いて形成した熱式流速・流量センサの製造方法である。
【００３５】
請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６の何れかに記載の発明において、熱式流速・流量センサは、汎用の自動搭載機を用いて形成した熱式流速・流量センサの製造方法である。
【００３６】
請求項８に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
熱式流速・流量センサの板状の単一の基板と、この基板に形成された流速検出部を実装する基板部分と、この基板部分に形成された流速検出部用の回路パターンと、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の一方の面に実装した汎用の表面実装部品であるヒータ素子と、このヒータ素子の表面実装箇所に対向位置する流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の他方の面に実装した汎用の表面実装部品である測温素子と、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所を除く基板の周辺部に、基板と一体的に形成された流速検出部用支持部と、流速検出部を構成するヒータ素子と測温素子とを流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所両面に配置して実装することにより、この表面実装箇所における基板部分を介してヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続した構造となるように、汎用の基板製造装置を用いて形成した熱式流速・流量センサである。
【００３７】
請求項９に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
熱式流速・流量センサの板状の単一の基板と、この基板の一端中央部分に、基板と一体的に形成するとともに、基板の主要部である基板主要部から一体的に延びる細長形状に形成した流速検出部用支持部と、この流速検出部用支持部の先端部に形成した流速検出部を実装する基板部分と、この基板部分に形成した流速検出部用の回路パターンと、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に形成され、汎用の実装部品であるヒータ素子と汎用の実装部品である測温素子とを互いに隣接して配置して実装することによりヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続してなる流速検出部とからなり、この流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる流速検出部用支持部とを残して、基板の周辺部を切断することにより、表面実装箇所に形成した流速検出部を、流速検出部用支持部により基板主要部に支持した構造になるように、汎用の基板製造装置を用いて形成した熱式流速・流量センサである。
【００３８】
請求項１０に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
熱式流速・流量センサの板状の単一の基板と、この基板から一体的に形成した基板の主要部である基板主要部を構成する帯状外周部と、この帯状外周部を構成する基板主要部から互いに中心方向へ一体的に延びた細長形状の一対の流速検出部用支持部と、この一対の流速検出部用支持部の先端部に支持するとともに、基板主要部と一体的に形成してなる流速検出部を実装する基板部分と、この基板部分に形成した流速検出部用の回路パターンと、
流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の一方の面に実装した汎用の表面実装部品であるヒータ素子と、このヒータ素子の表面実装箇所に対向位置する流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所の他方の面に実装した汎用の表面実装部品である測温素子と、ヒータ素子と測温素子とを流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所両面に配置して実装することにより、この表面実装箇所における基板部分を介してヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続してなる流速検出部とからなり、この流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる一対の流速検出部用支持部と、帯状外周部とを残して、基板の周辺部を切断することにより、帯状外周部を構成する基板主要部を、流速検出部を保護するガード部とするとともに、流速検出部の周囲に空間を設けた構造となるように、汎用の基板製造装置を用いて形成した熱式流速・流量センサである。
【００３９】
請求項１１に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
熱式流速・流量センサの板状の単一の基板と、この基板の一端両側部分に、互いに離間して形成するとともに、基板の主要部である基板主要部からそれぞれ一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部及び気温計測部用支持部と、この流速検出部用支持部の先端部に形成した流速検出部を実装する基板部分と、この基板部分に形成した流速検出部用の回路パターンと、気温計測部用支持部の先端部に形成した気温計測部を実装する基板部分と、この基板部分に形成した気温計測部用の回路パターンと、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に形成され、汎用の表面実装部品であるヒータ素子と汎用の表面実装部品である測温素子とを互いに隣接して配置して実装することによりヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続してなる流速検出部と、気温計測部を実装する基板部分の表面実装箇所に、気温計測素子を実装してなる気温計測部とからなり、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる流速検出部用支持部と、気温計測部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる気温計測素子用支持部とを残して、基板の周辺部を切断することにより、それぞれの表面実装箇所にそれぞれ形成した流速検出部と気温計測素子とを、それぞれ流速検出部用支持部と気温計測素子用支持部とにより、それぞれ基板主要部に支持した構造に形成するとともに、流速検出部及び気温計測素子の周囲に空間を設け、且つ、流速検出部及び気温計測素子との間に、空間を設け、且つ、板状の基板主要部を設けた構造となるように汎用の基板製造装置を用いて形成した熱式流速・流量センサである。
【００４０】
請求項１２に係る発明は、請求項１１に係る発明において、流速検出部は、測温素子と、この測温素子を挟んで対向位置する一対のヒータ素子とを互いに隣接して配置して実装することによりヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続した構造に形成したものである。
【００４１】
請求項１３に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
熱式流速・流量センサの板状の単一の基板と、この基板から一体的に形成した基板の主要部である基板主要部を構成する帯状外周部と、この基板の一端中央部分に、基板と一体的に形成するとともに、基板主要部から一体的に延びる細長形状に形成した流速検出部用支持部と、この流速検出部用支持部の先端部に形成するとともに、帯状外周部の中心部分に位置するように形成してなる流速検出部を実装する基板部分と、この基板部分に形成した流速検出部用の回路パターンと、帯状外周部に形成した気温計測部用の回路パターンと、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に形成され、汎用の表面実装部品であるヒータ素子と汎用の表面実装部品である測温素子とを互いに隣接して配置して実装することによりヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続してなる流速検出部と、帯状外周部の表面実装箇所に実装した汎用の表面実装部品である気温計測素子と、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる流速検出部用支持部と、帯状外周部とを残して、基板の周辺部を切断することにより、表面実装箇所に形成した流速検出部を、流速検出部用支持部により基板主要部に支持した構造に形成するとともに、帯状外周部を構成する基板主要部を、流速検出部を保護するガード部とし、且つ、流速検出部及び気温計測素子の周囲に空間を設けるとともに、流速検出部及び気温計測素子との間に、空間を設け、且つ、板状の基板主要部を設けた構造となるように汎用の基板製造装置を用いて形成した熱式流速・流量センサである。
【００４２】
請求項１４に係る発明は、請求項８から請求項１３の何れかに記載の発明において、熱式流速・流量センサは、汎用の自動搭載機を用いて形成した熱式流速・流量センサである。
【発明の効果】
【００４３】
請求項１及び請求項８に係る発明は、上記のように構成したので、流速検出部用支持部９を基板部分１ａと同じ部材で形成した場合、従来のリード線のように細くする必要がなく、その機械的強度はより高くなるという効果がある。さらに、流速検出部５には、汎用の表面実装用の電子部品であるヒータ素子４とこのヒータからの熱の温度を計測する測温素子３とを用いて、板状の電子基板の製造方法において一般に用いられている自動実装機により各電子部品を基板に実装することが出来るので、組み立て工程の自動化が容易となり、組み立てコストが非常に安くなる。
【００４４】
又、ヒータ素子４と測温素子３とは、実装箇所の基板部分１ａを介して熱的に直接接続された構造となっているので、応答性の良い流速検出部５が得られるとともに、個体差の少ない流速検出部５が得られるので、センサとしての調整も必要とせず、コストが安くなる。又、ヒータ素子４と測温素子３とは、実装箇所の基板部分１ａを介して熱的に直接接続された構造となっているので、応答性の良い流速検出部５が得られるとともに、個体差の少ない流速検出部５が得られるので、センサとしての調整も必要とせず、コストが安くなる。
【００４５】
その上、一般的な半導体製造プロセスを用いたデバイスの製造方法であるＭＥＭＳ（Micro Electric Mechanical System ）を用いて製造した流速検出用素子では、版代が高価であるため、少数生産には不適であるとともに、カスタマイズやバリエーション展開には制限がある。しかしながら、この発明の場合には、汎用の基板製造装置を用いて板状の電子基板の製造方法により製造するとともに、一般に用いられている自動搭載機を利用できるので、版代は一般的な板状の電子基板用と変わらず、非常に安価であるため、初期コストが製造単価に与える影響はＭＥＭＳに比べて軽微である。さらに、現在は、生産数量の少ない製品でも対応出来る自動組立機もあるため、生産数量が少ない製品であっても製造単価が極端に高価となることはない。その上、初期コストを安く抑えることができるため、カスタマイズやバリエーション展開も容易である。
【００４６】
請求項２及び請求項９に係る発明は、上記のように構成したので、上記請求項１及び請求項８の場合と同様に、精度が安定している汎用の電子部品を用いることが出来るとともに、一般に用いられている自動搭載機を利用できるので、個体差の少ない低コストの熱式流速・流量センサが得られる。
【００４７】
さらに、流速検出部用支持部２２は、希望する熱伝導率に合わせてその形状（幅や長さ等）を形成することが出来るとともに、流速検出部２０は流速検出部用支持部２２により支持された構造であり、基板２１及び流速検出部用支持部２２の基板材は、実施例１の基板部分１ａと同様の熱伝導率が低い部材（ＦＲ−４基板：熱伝導率は０．４５Ｗ／ｍ／Ｋ）が用いられている。その上、流速検出部用支持部２２を細長く形成することにより、流速検出部２０から基板２１の基板主要部２１ｂへの熱伝導を抑えることが出来るとともに、さらに、取付孔２３を介して固定されている他の装置等への熱伝導をも抑えることが出来る。
【００４８】
請求項３及び請求項１０に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項２及び請求項８〜請求項９に記載の発明と同様な効果がある。
【００４９】
請求項４及び請求項１１に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項３及び請求項８〜請求項１０に記載の発明と同様な効果があるとともに、流速検出部４０から基板主要部４１ｂへの熱伝導を軽減することが出来る。さらに、流速検出部用支持部４２を細く形成することにより、より一層の熱伝導を軽減することが出来る。又、流速検出部４０と気温計測部４４との間には、空間４７が形成され、さらに、流速検出部４０及び気温計測部４４の周囲にも空間４６が形成されている。その上、気温計測部４４の気温計測部用支持部４３を細く形成することにより、気温計測部４４への熱伝導をさらに低く抑えることが出来るとともに、流速検出部４０からの熱が、気温計測部４４に与える影響を可能な限り少なくすることが出来る。
【００５０】
請求項５及び請求項１２に係る発明は、上記のように構成したので、請求項４及び請求項１１に記載の発明と同様な効果があるとともに、測温素子３の温度が低下した場合でも、測温素子３を挟み込むように配置し、個数も増やしたヒータ素子４により、より迅速に測温素子３の温度を回復させることが出来るので、熱式流速・流量センサとしての応答性を良くすることが出来る。
【００５１】
請求項６及び請求項１３に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項５及び請求項８〜請求項１２と同様な効果があるとともに、ガード部５６により、基板主要部５１ｂから流速検出部用支持部５２を介して突出した状態となっている流速検出部５０を保護することが出来る。さらに、このガード部５６により、流速検出部５０で発熱しているヒータ素子４に誤って接触することによる火傷をも防ぐ事も出来る。又、ガード部５６は基板の製造段階で数値制御機械(ＮＣＭ:Numerically Controlled Machine ：以下、ＮＣＭと記す)等により基板とともに一体的に形成することが出来ので、製造及び組み立てコストを大幅に削減することが出来る。
【００５２】
請求項７及び請求項１４に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項６及び請求項８〜請求項１３と同様な効果があるとともに、一般に広く用いられている自動搭載機をも利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の第１の実施例を示す要部模式図である。
【図２】この発明の第２の実施例を示す要部模式図である。
【図３】この発明の第３の実施例を示す要部模式図である。
【図４】この発明の第４の実施例を示す要部模式図である。
【図５】この発明の第４の実施例を示すもので、変形例を示す要部模式図である。
【図６】この発明の試作品と比較実験するための試作品Ａの平面図及び熱伝導実験の結果を示す熱分布曲線である。
【図７】この発明の試作品Ｂの平面図及び熱伝導実験の結果を示す熱分布曲線である。
【図８】この発明の試作品Ｃの平面図及び熱伝導実験の結果を示す熱分布曲線である。
【図９】この発明の試作品Ｄの平面図及び熱伝導実験の結果を示す熱分布曲線である。
【図１０】この発明の試作品Ｅの平面図及び熱伝導実験の結果を示す熱分布曲線である。
【図１１】この発明の第５の実施例を示す要部模式図である。
【図１２】従来例１を示すもので、発熱体温度Ｔを検出するための測温素子と発熱源となるヒータ素子を同一素子で構成した場合のブロック図である。
【図１３】従来例２を示すもので、発熱体温度Ｔｈを検出するための測温素子と発熱源となるヒータ素子を別々の素子で構成した場合のブロック図である。
【図１４】従来例３を示すもので、発明者が試作した流速・流量センサの要部構成図である。
【図１５】従来例４を示すもので、流速・流量センサの要部構成図である。
【図１６】従来例５を示すもので、流速・流量センサの要部構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
供給電流により熱を発生する汎用の表面実装部品であるヒータ素子と、流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサの製造方法において、ヒータ素子及び測温素子は汎用の表面実装部品であり、熱式流速・流量センサの板状の単一の基板の一端両側部分に、この基板の主要部である基板主要部からそれぞれ一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部と気温計測部用支持部とを互いに離間して基板と一体的に形成する。さらに、流速検出部用支持部の先端部に、流速検出部を実装する基板部分を形成するとともに、この基板部分に流速検出部用の回路パターンを形成する。気温計測部用支持部の先端部に、気温計測部を実装する基板部分を形成するとともに、この基板部分に気温計測部用の回路パターンを形成する。流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所に、ヒータ素子と測温素子とを互いに隣接して配置して実装することによりヒータ素子と測温素子とが熱的に直接接続してなる流速検出部を形成する。気温計測部を実装する基板部分の表面実装箇所に、気温計測素子を実装してなる気温計測部を形成する。
【００５５】
次いで、流速検出部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる流速検出部用支持部と、気温計測部を実装する基板部分の表面実装箇所と、この表面実装箇所から基板主要部へと一体的に延びる気温計測素子用支持部とを残して、基板の周辺部を切断することにより、それぞれの表面実装箇所にそれぞれ形成した流速検出部と気温計測素子とを、それぞれ流速検出部用支持部と気温計測素子用支持部とにより、それぞれ基板主要部に支持した構造に形成するとともに、流速検出部及び気温計測素子の周囲に空間を設け、且つ、流速検出部及び気温計測素子との間に、空間を設け、且つ、板状の基板主要部を設けた構造となるように汎用の基板製造装置及び汎用の自動搭載機を用いて形成する。
【実施例１】
【００５６】
実用的な熱式流速・流量センサとして求められている一般的な条件は、測定精度や応答性が良く、低消費電力で、低コストなことである。そして、一般に、基板表面に実装される表面実装部品等の電子部品の小型化、高精度化、低コスト化は進んでおり、このような電子部品は、一般に流通品として汎用されている。特に、電子部品の個体差による誤差精度が、±１％程度の電子部品は、一般流通品として入手可能である。そして、これらの電子部品を基板に実装する自動搭載機もまた一般化されており、その自動搭載機を用いて表面実装部品等の電子部品を実装する方法も自動化が確立されている。これらの汎用の電子部品や、自動搭載機を利用することが出来れば、測定精度が良く、低コストの熱式流速・流量センサを実現可能である。
【００５７】
一方で、低消費電力で、応答性が良い熱式流速・流量センサを実現可能とするためには、熱式流速・流量センサの発熱部で発熱した熱が銅線等を伝って逃げる熱量を抑えることが重要である。熱式流速・流量センサにおいて、消費電力が一番高いのが発熱部であり、この発熱部で発熱した熱が他の装置等へ逃げることは即ち、消費電力が余計に増加するだけでなく、センサ自体の応答性が悪くなることを意味するからである。
【００５８】
ここで、電子部品を実装する基板の基板材としては、一般的に熱伝導率の低い部材が用いられている。例えば、基板材として良く用いられているＦＲ−４（ＦＲＡＭＥ  ＲＥＴＡＲＤＡＮＴ  ＴＹＰＥ  ４）は、一般に普及しているプリント基板で、その強度（弾性率）は、銅線と比較すると、５５％であり、銅線の機械的強度には及ばないが、熱伝導率は銅線に対し０．１％と低い。
【００５９】
一方、一般に、物体を伝わる熱伝導は、その物体の構造の断面積及び温度差に依存する。空気の熱伝導率は、０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＦＲ−４基板の熱伝導率は、０．４５Ｗ／ｍ・Ｋである。これらの熱伝導率は、銅の熱伝導率４０３Ｗ／ｍ・Ｋに比べて低い。そこで、この発明では、熱式流速・流量センサに、ボトルネックとなるような熱伝導率が低くなる部分を構造的に設け、熱伝導を抑制する方法を用いている。
【００６０】
この発明の第１の実施例を、図１に基づいて詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施例を示す要部模式図で、板状の単一の基板１は、流速・流量センサの流速検出部を形成する基板部分１ａとこの基板部分１ａに延設する基板主要部（図示せず）とにより構成されている。なお、図１では、後述する気温計測部は省略されている。
【００６１】
板状の単一の基板１としては、この実施例に限らず後述するすべての実施例において、プリント基板として一般に広く販売されているガラスエポキシ製のＦＲ−４を用いている。なお、基板１としては、ポリアミド製の基板でも良く、あるいはＦＲ−４のようなガラスエポキシ製の基板、セラミック製の基板等のように、熱伝導率の低い部材で形成された基板が適している。又、この実施例では、流速検出部５が形成されている基板部分１ａのみが記載され、基板主要部（図示せず）は省略している。
【００６２】
２は基板部分１ａの表面に形成されている流速検出部用の回路パターンで、流速検出部５の基板部分１ａの実装箇所には、それぞれ汎用の電子部品（ヒータ素子４及び測温素子３）が実装される。なお、回路パターン２は銅の薄膜で形成されているので、熱伝導を低くするためには、回路パターン２に流れる電流量を可能な限り小さくする。そのためには、基板１の製造技術が許容する範囲で、流速検出部５の基板部分１ａの回路パターン２の幅を狭くすることが望ましい。なお、基板部分１ａの回路パターン２の幅を狭くした場合、耐環境性が悪くなるので、レジスト膜等による保護膜（図示せず）を形成し、回路パターン２を保護することが望ましい。さらに、流速検出部５を構成するヒータ素子４と測温素子３の実装箇所の周囲の基板部分１ａは、流速検出部５を支持する流速検出部用支持部９を構成している。
【００６３】
測温素子３は汎用の電子部品で、この実施例の場合には、基板部分１ａの表面に形成されている流速検出部用の回路パターンの該当箇所に、測温素子３の端子を半田で固定し実装されている。ヒータ素子４も同様に、汎用の電子部品で、基板部分１ａの裏面に形成されている流速検出部用の回路パターンの該当箇所（測温素子３が実装される実装箇所に対向位置している）に、ヒータ素子４の端子を半田で固定し実装されている。従って、ヒータ素子４と測温素子３とは、基板部分１ａの両面（表面及び裏面）で、基板部分１ａの実装箇所を介して熱的に直接接続された構造となっている。６はパットで、流速検出部５からの信号を取り出すための出力端である。
【００６４】
このように構成されているので、ヒータ素子４と測温素子３とにより構成される流速検出部５の周囲の基板部分は、流速検出部５を支持持する流速検出部用支持部９として作用している。さらに、基板部分１ａは、基板主要部（図示せず）に延設された構造となっている。
【００６５】
次に、流速・流量センサの流速検出部の製造方法及び作用動作について、図１に基づいて説明する。まず、流速検出部５の製造方法について説明する。板状の基板は、汎用の基板製造装置を用いるとともに、板状の電子機器基板の一般的な製造プロセスにおいて用いられている自動搭載機を用いて製造する。流速検出部５の回路パターン２が形成されている板状の基板部分１ａの実装箇所には、半田ペースト印刷機により半田ペーストが塗られる。次いで、自動搭載機により、測温素子３が基板部分１ａの表面にマウントされ、ヒータ素子４は基板部分１ａの裏面であって、測温素子３の実装箇所に対向位置する実装箇所に、同様にマウントされる。
【００６６】
次いで、測温素子３及びヒータ素子４は、リフロー炉又はフロー装置等により、半田付けされ固定される。ヒータ素子４と測温素子３とは、基板部分１ａの表面及び裏面の実装箇所に半田付けされるので、両素子３、４はこの実装箇所の基板部分を介して、熱的に直接接続された構造となっている。又、流速検出部５の周囲の基板部分１ａは、流速検出部５を支持する流速検出部用支持部９を構成している。又、基板部分１ａは基板主要部に一体的に延設されている。
【００６７】
ここで、従来の方法では、ヒータ素子４を加熱させる際、少ない供給電力で発熱量を確保するために、ヒータ素子４のリード線を細くするという手法が一般的であった。リード線の主成分である銅やステンレス等の金属線は熱伝導率が高いので、リード線をなるべく細くして、流速検出部５のヒータ素子４から基板主要部や他の装置等へとリード線を伝って逃げる熱量を抑制する必要があったためである。しかしながら一方で、リード線を細くすると、機械的衝撃に対して弱くなり、流速検出部５が破損し易くなるという問題があった。
【００６８】
一方、上記したように、板状の基板部分１ａの基板材は、機械的強度では銅には及ばないものの、熱伝導率は銅より低い部材（ＦＲ−４基板：熱伝導率は０．４５Ｗ／ｍ／Ｋ）が用いられている。従って、流速検出部５のヒータ素子４から基板主要部や他の装置等への放熱量という観点で、この実施例のように、流速検出部用支持部９を基板部分１ａと同じ部材で形成した場合、従来のリード線のように細くする必要がなく、その機械的強度はより高くなるという効果がある。
【００６９】
次に、流速検出部５の作用動作について説明する。まず、基板部分１ａの内部電源（図示せず）からの供給電流により、ヒータ素子４は加熱されている。熱式流速・流量センサが流体中に配置されると、その流体の流速に応じてヒータ素子４の熱は変化し、この熱は、基板部分１ａの実装箇所の基板を介して測温素子３へと熱的に直接伝導する。この伝導する熱の温度は、測温素子３により計測され、この計測値から、前記した熱式流速・流量センサの動作原理に基づいて流速が算出される。
【００７０】
このように、この発明による熱式流速・流量センサの流速検出部５には、汎用の表面実装用の電子部品であるヒータ素子４とこのヒータからの熱の温度を計測する測温素子３とを用いて、板状の電子基板の製造方法において一般に用いられている自動搭載機により各電子部品を基板に実装することが出来るので、組み立て工程の自動化が容易となり、組み立てコストが非常に安くなる。
【００７１】
又、ヒータ素子４と測温素子３とは、実装箇所の基板部分１ａを介して熱的に直接接続された構造となっているので、応答性の良い流速検出部５が得られるとともに、個体差の少ない流速検出部５が得られるので、センサとしての調整も必要とせず、コストが安くなる。
【００７２】
又、上記したように、一般的な半導体製造プロセスを用いたデバイスの製造方法であるＭＥＭＳ（Micro Electric Mechanical System ）を用いて製造した流速検出用素子では、版代が高価であるため、少数生産には不適であるとともに、カスタマイズやバリエーション展開には制限がある。
【００７３】
しかしながら、この発明の場合には、汎用の基板製造装置を用いて板状の電子基板の製造方法により製造するとともに、一般に用いられている自動搭載機を利用できるので、版代は一般的な板状の電子基板用と変わらず、非常に安価であるため、初期コストが製造単価に与える影響はＭＥＭＳに比べて軽微である。さらに、現在は、生産数量の少ない製品でも対応出来る自動組立機もあるため、生産数量が少ない製品であっても製造単価が極端に高価となることはない。その上、初期コストを安く抑えることができるため、カスタマイズやバリエーション展開も容易である。
【実施例２】
【００７４】
この発明の第２の実施例を、図２に基づいて詳細に説明する。図２は、この発明の第２の実施例を示す要部模式図である。なお、第１の実施例と同じ部分については、同一名称、同一番号を用い、その説明を省略する。又、気温計測用の気温計測素子は省略している。
【００７５】
図２に示すように、板状の基板２１の一端中央部分には、基板主要部２１ｂから一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部２２に支持された流速検出部２０が形成されている。この流速検出部２０を実装する板状の基板部分２１ａの表面には、流速検出部用の回路パターン（図示せず）が形成されており、その表面実装箇所には、測温素子３及びヒータ素子４が、それぞれ半田付けにより実装されて流速検出部２０を構成している。従って、測温素子３及びヒータ素子４は、基板部分１ａに表面実装されているとともに、両素子３、４が互いに隣接して配置し実装されていることで熱的に直接接続された構造となっている。
なお、測温素子３とヒータ素子４とを互いに隣接して配置し実装する代わりに、実施例１に記載のように、基板部分２１ａの表面及び裏面にそれぞれ実装し、基板部分２１ａの実装箇所を介して熱的に直接接続された構造となるようにしてもよい。
【００７６】
流速検出部２０を支持する流速検出部用支持部２２は、基板主要部２１ｂと測温素子３及びヒータ素子４の実装箇所、即ち、基板部分２１ａを残して、周囲の基板を、ＮＣＭ等で切断して形成される。従って、測温素子３及びヒータ素子４により構成される流速検出部２０が形成されている基板部分２１ａは、細長い構造の流速検出部用支持部２２により基板主要部２１ｂに一体的に支持された構造となっている。２３は取付孔で、熱式流速・流量センサを他の装置等に固定するためのものである。
なお、測温素子がヒータ素子を兼用した回路構成であっても、この様な回路構成の測温素子を流速検出部２０に搭載し、同様にして細長い構造の流速検出部用支持部２２で支持すれば、同様の効果を得られる。
【００７７】
このように構成されているので、上記実施例１の場合と同様に、精度が安定している汎用の電子部品を用いることが出来るとともに、一般に用いられている自動搭載機を用いて自動的に製造することが出来るので、個体差の少ない低コストの熱式流速・流量センサが得られる。
【００７８】
さらに、流速検出部用支持部２２は、希望とする熱伝導率に合わせてその形状（幅や長さ等）を形成することが出来るとともに、流速検出部２０は流速検出部用支持部２２により支持された構造であり、基板２１及び流速検出部用支持部２２の基板材は、実施例１の基板部分１ａと同様の熱伝導率が低い部材（ＦＲ−４基板：熱伝導率は０．４５Ｗ／ｍ／Ｋ）が用いられている。その上、流速検出部用支持部２２を細長く形成することにより、流速検出部２０から基板２１の基板主要部２１ｂへの熱伝導を抑えることが出来るとともに、さらに、取付孔２３を介して固定されている他の装置等への熱伝導をも抑えることが出来る。
【実施例３】
【００７９】
この発明の第３の実施例を、図３に基づいて詳細に説明する。図３は、この発明の第３の実施例を示す要部模式図である。なお、第１の実施例及び第２の実施例と同じ部分については、同一名称、同一番号を用い、その説明を省略する。又、気温計測用の気温計測素子は省略している。
【００８０】
図３に示すように、板状の基板３１の基板主要部３１ｂは、円形の帯状外周部を有する形状に形成されており、この帯状外周部から中心方向へ一体的に延びる一対の流速検出部用支持部３２が形成されている。さらに、この一対の流速検出部用支持部３２の先端部には、流速検出部３０を形成する基板部分３１ａが一体的に形成されている。従って、この基板部分３１ａは、基板主要部３１ｂの中心部分において一対の流速検出部用支持部３２により支持された構造となっている。このような構造に形成するには、実施例２の場合と同様に、ＮＣＭ等により板状の基板を切断することにより形成される。
【００８１】
なお、この実施例では、基板主要部３１ｂの形状は、円形の帯状外周部の形状に形成されているが、これに限定されることなく、基板主要部３１ｂを構成する帯状外周部は、矩形状であっても良く、あるいはその他、多角形状であっても良く、いずれも基板主要部３１ｂを構成する帯状外周部の内側部分に、あるいは中心部分に、基板部分３１ａが流速検出部用支持部３２により支持された構造であればよい。
なお、この実施例では流速検出部指示部は２本であるが、強度が得られれば１本でも良く、また性能上の問題が無ければ、３本以上でも良い。
【００８２】
基板部分３１ａの流速検出部３０の実装箇所には、流速検出部用の回路パターン（図示せず）が形成され、一方の面にヒータ素子４が半田付けにより実装され、このヒータ素子４の実装箇所に対向位置させて基板部分３１ａの他方の面に、測温素子３が半田付けにより実装されている。従って、ヒータ素子４と測温素子３とは、基板部分３１ａの両面（表面及び裏面）で、基板部分３１ａの実装箇所を介して熱的に直接接続された構造となっている。
なお、測温素子３とヒータ素子４とを、基板部分３１ａの両面（表面及び裏面）に実装する代わりに、実施例２に記載のように、基板部分３１ａの片面に両素子３、４を互いに隣接して配置し実装することで熱的に直接接続された構造となるようにしてもよい。
【００８３】
また、流速検出部３０は、帯状外周部の中心部分において、基板主要部３１ｂから一体的に延びた一対の流速検出部用支持部３２により支持された構造となっており、流速検出部３０の周辺には空間３３が形成されている。３４はスルーホールで、ヒータ素子４への電源供給用及び測温素子３の温度計測値データを出力する信号線が接続される。このように構成されているので、上記実施例１及び実施例２と同様な効果がある。
【実施例４】
【００８４】
この発明の第４の実施例を、図４〜図１０に基づいて詳細に説明する。図４は、この発明の第４の実施例を示す要部模式図である。なお、第１〜第３の実施例と同じ部分については、同一名称、同一番号を用い、その説明を省略する。
【００８５】
この実施例では、気温計測部４４に影響する流速検出部４０からの熱の伝導を下げることを目的としたもので、図４に示すように、板状の基板４１の一端両側部分には、基板主要部４１ｂからそれぞれ一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部４２と気温計測部用支持部４３が互いに離間して形成されている。流速検出部用支持部４２の先端部には、この流速検出部用支持部４２に支持された流速検出部４０を実装する基板部分４１ａが形成されており、気温計測部用支持部４３の先端部には、この気温計測部用支持部４３に支持された気温計測部４４を実装する基板部分４１ｃが、実施例２の場合と同様に、ＮＣＭ等を用いて形成されている。
【００８６】
流速検出部４０を実装する基板部分４１ａ及び気温計測部４４を実装する基板部分４１ｃの表面には、それぞれ流速検出部用の回路パターン（図示せず）及び気温計測用の回路パターン（図示せず）が形成されている。基板部分４１ａの表面実装箇所には、汎用の表面実装部品である測温素子３及び汎用の表面実装部品であるヒータ素子４が、それぞれ半田付けにより実装されて流速検出部４０を構成し、基板部分４１ｃの表面実装箇所には、汎用の表面実装部品である気温計測用素子４５が、半田付けにより実装されて気温計測部４４を構成している。
【００８７】
従って、流速検出部４０は、流速検出部用支持部４２により基板主要部４１ｂに一体的に支持された構造となり、又、気温計測部４４は、気温計測部用支持部４３により基板主要部４１ｂに一体的に支持された構造となっている。又、測温素子３及びヒータ素子４は、基板部分４１ａの表面に実装されているとともに、両素子３、４が互いに隣接して配置し実装されていることで熱的に直接接続された構造となっている。
なお、測温素子３とヒータ素子４とを互いに隣接して配置し実装する代わりに、実施例１に記載のように、基板部分４１ａの表面及び裏面にそれぞれ実装し、基板部分４１ａの実装箇所を介して熱的に直接接続された構造となるようにしてもよい。
【００８８】
さらに、流速検出部４０及び気温計測部４４の周囲には、それぞれ空間４６が設けられた構造となっているとともに、流速検出部４０と気温計測部４４との間にも空間４７が設けられ、且つ、板状の基板主要部を設けた構造となっている。なお、４８は取付孔で、熱式流速・流量センサを他の装置に取り付けるためのものである。
【００８９】
このように構成されているので、実施例１〜実施例３と同様な効果があるとともに、流速検出部４０から基板主要部４１ｃへの熱伝導を軽減することが出来る。さらに、流速検出部用支持部４２を細く形成することにより、より一層の熱伝導を軽減することが出来る。又、流速検出部４０と気温計測部４４との間には、空間４７が形成され、さらに、流速検出部４０及び気温計測部４４の周囲にも空間４６が形成されており、且つ、板状の基板主要部を設けた構造となっている。その上、気温計測部４４の気温計測部用支持部４３を細く形成することにより、気温計測部４４への熱伝導をさらに低く抑えることが出来るとともに、流速検出部４０からの熱が、気温計測部４４に与える影響を可能な限り少なくすることが出来る。
【００９０】
又、図５は、図４に示す熱式流速・流量センサの変形例を示すもので、流速検出部４０’は、測温素子３とこの測温素子３を狭持するように配置されている２つのヒータ素子４とにより構成されている。このように構成されているので、測温素子３の温度が低下した場合でも、測温素子３を挟み込むように配置し、個数も増やしたヒータ素子４により、より迅速に測温素子３の温度を回復させることが出来るので、熱式流速・流量センサとしての応答性を良くすることが出来る。又、基板の反対側の面にもヒータ素子を搭載する事で、さらに応答性等の特性を良くする事も出来る。
【００９１】
一般に、熱式流速・流量センサでは、測温素子及びヒータ素子を実装してなる流速検出部と、気温を計測するための気温計測用素子を実装した気温計測部とを同一基板上に配置した場合、流速検出部のヒータ素子からの熱伝導による気温計測部への影響が問題となる。そこで、発明者は、この影響を見るために、図６に示すように、同一基板上（基板主要部４１ｂが矩形状の帯状の外周部を有している）に流速検出部４０Ａと気温計測部４４Ａとを配置した構造の試作品Ａを作成した。
【００９２】
次いで、上記実施例４において、図４に示す構造の熱式流速・流量センサを基本構造として、流速検出用の基板部分４１ａの形状、流速検出部用支持部４２及び気温計測部用支持部４３の長さ等を種々変更した各試作品（試作品Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）を作成し、試作品Ａとの比較実験を行った。その結果を図７〜図１０に示す。
【００９３】
図６〜図１０に示す熱伝導の比較実験の結果は、熱式流速・流量センサの周囲温度が０［℃］で、熱式流速・流量センサの電源投入後１２０［ｓ］経過時の熱式流速・流量センサにおける温度分布を示している。これらの結果において、特に、気温計測部における温度が高い、即ち、周囲温度０［℃］に対する気温計測部との温度差が大きいほど、流速検出部のヒータ素子からの熱伝導による気温計測部への影響が大きいことを示している。
【００９４】
まず、図６に示す試作品Ａの場合、流速検出部４０Ａのヒータ素子からの熱伝導による気温計測部４４Ａへの影響について測定した。その結果、図６に示すように、気温＋１５［℃］以上の熱伝導の影響があり、低風速もしくは無風状態では、数分経過すると無風状態であるにも係わらず数［ｍ／ｓ］相当の計測誤差が生じ、実用上問題であった。
【００９５】
次に、図７に示す試作品Ｂの場合、図７に示す温度分布からも明かであるように、流速検出部４０Ｂのヒータ素子からの熱伝導による気温計測部４４Ｂへの影響は、ほとんどなく、実用上全く問題はないという結果が得られた。４２Ｂは流速検出部用支持部、４３Ｂは気温計測部用支持部である。
【００９６】
図８に示す試作品Ｃは、試作品Ｂに比べて、流速検出部用支持部４２Ｃと気温計測部用支持部４３Ｃとの間隔（空間４７Ｃ）を広げた構造としたものである。図８に示す温度分布からも明かであるように、流速検出部用支持部４２Ｃと気温計測部用支持部４３Ｃとの空間４７Ｃは、熱伝導には影響しないことが判明した。
【００９７】
図９に示す試作品Ｄは、試作品Ｂに比べて、基板主要部４１ｃＤの面積を縮小した構造のものである。図９に示す温度分布からも明かであるように、基板主要部４１ｃＤの面積を縮小すると、熱伝導の影響が大きくなることが判明した。なお、４０Ｄは流速検出部、４２Ｄは流速検出部用支持部、４３Ｄは気温計測部用支持部、４４Ｄは気温計測部である。
【００９８】
図１０に示す試作品Ｅは、流速検出部用支持部４２Ｅと気温計測部用支持部４３Ｅの長さを短縮すると、特に、流速検出部用支持部４２Ｅの長さを短縮すると、熱伝導の影響は大きくなることが判明した。なお、４１ｃＥは基板主要部、４０Ｅは流速検出部、４４Ｅは気温計測部である。
【００９９】
以上に実験結果から、実施例４で述べた試作品Ｂと試作品Ｃは、流速検出部４０Ｂのヒータ素子からの熱伝導による気温計測部４４Ｂへの影響はほとんどなく、実用上全く問題はないという結果が得られた。
【実施例５】
【０１００】
この発明の第５の実施例を、図１１に基づいて詳細に説明する。図１１は、この発明の第５の実施例を示す要部模式図である。なお、第１の実施例〜第４の実施例と同じ部分については、同一名称、同一番号を用い、その説明を省略する。
【０１０１】
この実施例５では、気温計測部５４に影響する流速検出部５０からの熱伝導を下げるとともに、さらに、流速検出部５０を保護することを目的としている。
【０１０２】
図１１に示すように、板状の単一の基板５１の基板主要部５１ｂから一体的に延びたアーチ型の帯状外周部５１ｄが形成されており、板状の基板５１の基板主要部５１ｂの一端中央部には、基板主要部５１ｂから一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部５２が形成されている。この流速検出部用支持部５２の先端部には、この流速検出部用支持部５２に支持された流速検出部５０を実装する基板部分５１ａが形成されている。この際、流速検出部５０の基板部分５１ａが帯状外周部５１ｄの中心部分に位置するように流速検出部用支持部５２の長さは調整されて形成される。従って、アーチ型の帯状外周部５１ｄは、基板主要部５１ｂから突出した構造となる流速検出部５０を保護するガード部５６となっている。
【０１０３】
基板部分５１ａの表面実装箇所には、ヒータ素子４と測温素子３がそれぞれ半田付けにより実装されて流速検出部５０を構成している。従って、測温素子３及びヒータ素子４は、基板部分５１ａに表面実装されているとともに、両素子３、４が互いに隣接して配置し実装されていることで熱的に直接接続された構造となっている。
なお、測温素子３とヒータ素子４とを互いに隣接して配置し実装する代わりに、実施例１に記載のように、基板部分５１ａの表面及び裏面にそれぞれ実装し、基板部分５１ａの実装箇所を介して熱的に直接接続された構造となるようにしてもよい。
【０１０４】
さらに、流速検出部５０と流速検出部用支持部５２の周囲は、基板５１の基板主要部５１ｂから延設されているアーチ型の帯状外周部５１ｄを残してくり抜いた状態にＮＣＭ等を用いて形成されている。
【０１０５】
従って、流速検出部５０及びこれを支持する流速検出部用支持部５２の周囲には、空間５７が形成されるので、流速検出部５０は、流速検出部用支持部５２に支持された状態で基板主要部５１ｂから突出した状態となっている。
【０１０６】
５４は気温計測部で、基板主要部５１ｂに延設して形成されたアーチ状の帯状外周部５１ｄに設けられている。この気温計測部５４の基板部分５１ｃの表面実装箇所には、気温計測用素子５５が半田付けにより実装されている。なお、４８は取付孔で、熱式流速・流量センサを他の装置に取り付けるためのものである。
【０１０７】
このように構成されているので、実施例１〜実施例４と同様な効果があるとともに、ガード部５６により、基板主要部５１ｂから流速検出部用支持部５２を介して突出した状態となっている流速検出部５０を保護することが出来る。さらに、このガード部５６により、流速検出部５０で発熱しているヒータ素子４に誤って接触することによる火傷をも防ぐ事も出来る。又、ガード部５６は基板の製造段階でＮＣＭ等により基板とともに一体的に形成することが出来ので、製造及び組み立てコストを大幅に削減することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
建物内の各部屋に載置して快適センサの一部として使用することが可能である。人間の生活環境の快適性評価指数として、ＰＭＶ（予測平均温冷感）やＥＴ（有効温度）、ＯＴ（作用温度）等があるが、いずれも風速の値を用いて算出される。温度センサや湿度センサは一般家庭にも普及しつつあるが、古来より夏季の快適性維持手法として扇風機等が用いられており、従って、風が快適性維持・向上に効果がある事は知られている。これは、生物の体表面に形成された空気の滞留層および境界層を、風による空気流動によって排除することにより、皮膚表面の蒸発が促進され、皮膚が冷却効果を得られるためである。
【０１０９】
しかし、エアコンデイショナや扇風機等の機器に風速センサが用いられることは無かった。本発明は、コスト面・耐久面・製作容易性等を向上した流速・流量センサを得られるため、従来は導入がされなかった住環境への導入の可能性が見込まれる。
【０１１０】
同様に、建物内の換気機能の検査や、労働環境基準の検査・監視、健康増進法に基づく分煙状況の検査・監視など、人間の居住環境および周囲環境のモニタリングへの応用が期待できる。
【０１１１】
一方、病院等の医療機関においては、患者の周囲環境が患者の治療回復に影響を与えることが知られており、旧来より温度・湿度の管理は積極的に行われてきた。また、手術中や手術直後の患者や、生体調整機能に変調をきたしている患者は、体温調整機能が低下しているために、他の状態の患者よりも環境管理に特に注意を払う必要がある。さらに、手術患者の術後の経過は、手術中および手術後の患者に与える環境ストレスを最小化する事が特に求められている。しかし、快適性の評価要素の一つである気流速度は、これまで積極的に用いられる事は無かった。病床数が減少している日本の医療環境において、患者の短期回復による早期退院が進めば、医療機関への負担および入院待ちを余儀なくされている患者にとってメリットがある。よって、医療現場への導入が期待できる。
【０１１２】
産業分野においては、清浄空気環境の風速・風量の検査等に応用することが出来る。クリーンルームや、箱状構造物内部のみを清浄空気環境にすることの可能なチャンバー等は、汚染空気の混合・混入に注意を払わねばならないが、従来は風速・風量をモニタリングできなかった。又、農業分野の特に園芸分野では、0.3〜0.7m/s.の微風を植物体もしくは植物群落に与えることが、光合成促進や病害予防に効果があることが判っている。よって、清浄空気環境のモニタリングや植物生産管理への利用が見込まれる。
【符号の説明】
【０１１３】
１、２１、３１、４１、５１            流速・流量センサを形成する板状の基板
１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ  流速検出部５、２０、３０、４０、５０の基板部分
１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ  基板主要部
３                                    ヒータ素子
４                                    測温素子
５、２０、３０、４０、５０            流速検出部
９、２２、３２、４２、５２            流速検出部用支持部
３４、４４、５４                      気温計測部
３３、４３                            気温計測部用支持部
３５、４５、５５                      気温計測用素子
３６、３７、３８、４７、５７          空間
４１ｃ、５１ｃ                        気温計測部４４、５４の基板部分
５６                                  ガード部
【図１】
2015068659.tif 000003
【図２】
2015068659.tif 000004
【図３】
2015068659.tif 000005
【図４】
2015068659.tif 000006
【図５】
2015068659.tif 000007
【図１１】
2015068659.tif 000008
【図１２】
2015068659.tif 000009
【図１３】
2015068659.tif 000010
【図１４】
2015068659.tif 000011
【図１５】
2015068659.tif 000012
【図１６】
2015068659.tif 000013
【図６】
2015068659.tif 000014
【図７】
2015068659.tif 000015
【図８】
2015068659.tif 000016
【図９】
2015068659.tif 000017
【図１０】
2015068659.tif 000018