(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体の流量を計測するための熱線が架設されたセンサ流路と、前記センサ流路に対するバイパス流路とを備える熱式流量計において、
前記熱線が設けられた測定チップと、
前記測定チップが実装されるとともに、前記測定チップに電気的に接続される電気回路が設けられた基板と、
前記センサ流路と前記バイパス流路とを分岐させる流路ブロックとを有し、
前記流路ブロックは、複数の整流板を備え、
前記流路ブロック及び前記基板を収容するボディと前記ボディの開口部を塞ぐカバーとで形成される空間内に前記基板が前記ボディに固定された状態で前記ボディの底面に対して鉛直に配置され、かつ、前記整流板が前記ボディの底面に対して鉛直に配置され、
前記被測定流体の出入口が前記ボディの底面に配置され、
前記ボディに前記バイパス流路内へ突出したリブが設けられていること、
を特徴とする熱式流量計。
【請求項２】
請求項１の熱式流量計において、
前記流路ブロックは、前記センサ流路に流れ込む前記被測定流体の流れを整える整流部分が境界部を挟んで一対設けられた整流板を備え、
前記リブは、前記境界部と前記ボディとの間に形成された隙間に設けられていること、
を特徴とする熱式流量計。
【請求項３】
請求項２の熱式流量計において、
前記流路ブロックは、前記整流板として少なくとも第１整流板と第２整流板とを備え、
前記第１整流板の前記整流部分の面積は前記第２整流板の前記整流部分の面積よりも小さいこと、
を特徴とする熱式流量計。
【請求項４】
請求項３の熱式流量計において、
前記被測定流体の入口から前記ボディ内への前記被測定流体の流入方向について、前記第１整流板の前記整流部分の幅は前記第２整流板の前記整流部分の幅よりも小さいこと、
を特徴とする熱式流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱線を用いて流体の流量を計測する熱式流量計に関する。より詳細には、小型化を図りつつ流体の流量の計測精度の向上を図ることができる熱式流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップマウンティング時のハンドリングには真空吸着が用いられており、その吸着の確認は、圧力センサにより行われていた。しかし近年、半導体チップがどんどん小さくなってきており、圧力センサでは吸着時と非吸着時との圧力差がほとんど発生しないために吸着確認ができず、圧力センサの代わりに流量センサを用いて吸着確認が行われるようになってきている。
【０００３】
ここで、吸着確認に用いる流量センサは、チップマウンタの可動ヘッドに設置されるため小型であること、短時間で吸着確認を完了させなければならないため応答性に優れていることが必要である。このような小型かつ高速応答の流量センサの１つとして、例えば特許文献１に開示されたものがある。特許文献１の流量センサは、薄板を積層してその内部に流路を形成することにより、小型化及び応答性の高速化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６３７０５０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、特許文献１の流量センサは、小型化を図ることにより流路が小さくなるので、ボディに形成された流路内を流れる流体の流量が安定しないおそれがある。そして、流路内を流れる流体の流量が安定しないと、流量センサから出力される測定信号が不安定になり、製品間の測定信号値のバラツキが大きくなったり、使用環境による測定信号値への影響も受けやすくなる。そのため、流体の流量の計測精度が低下してしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、流路内を流れる流体の流量を安定させるために、流路内に直管部を設けたり、流路内に整流格子を設けて整流させることが考えられるが、流量センサの外形が大きくなってしまう。
また、流体の流入口と流出口とがそれぞれ９０度に屈曲したエルボ部を介して流路空間に連通されているため、流体の圧力損失が大きくなってしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、小型化を図りつつ流体の流量の計測精度の向上を図ることができる熱式流量計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】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、被測定流体の流量を計測するための熱線が架設されたセンサ流路と、前記センサ流路に対するバイパス流路とを備える熱式流量計において、前記熱線が設けられた測定チップと、前記測定チップが実装されるとともに、前記測定チップに電気的に接続される電気回路が設けられた基板と、前記センサ流路と前記バイパス流路とを分岐させる流路ブロックとを有し、前記流路ブロックは、複数の整流板を備え、前記流路ブロック及び前記基板を収容するボディと前記ボディの開口部を塞ぐカバーとで形成される空間内に前記基板が前記ボディに固定された状態で前記ボディの底面に対して鉛直に配置され、かつ、前記整流板が前記ボディの底面に対して鉛直に配置され、前記被測定流体の出入口が前記ボディの底面に配置され、前記ボディに前記バイパス流路内へ突出したリブが設けられていること、を特徴とする。
【０００９】
この態様によれば、ボディにバイパス流路内へ突出したリブが設けられているので、被測定流体の流れを補正して流れ方向を変え、必要な部分に意図的に圧力差を設けることができる。そのため、センサ流路に安定した流量の被測定流体を流すことができる。したがって、測定チップにより安定した流量を測定することができ、被測定流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。
【００１０】
また、リブを設けるだけでよく、流路内に直管部や整流格子を設ける必要がないので、熱式流量計の小型化を図ることができる。
【００１１】
上記の態様において、前記流路ブロックは、前記センサ流路に流れ込む前記被測定流体の流れを整える整流部分が境界部を挟んで一対設けられた整流板を備え、前記リブは、前記境界部と前記ボディとの間に形成された隙間に設けられていること、が好ましい。
【００１２】
この態様によれば、リブは境界部とボディとの間に形成された隙間に設けられているので、流路ブロックの入口と出口で圧力差を発生させて流路ブロックの入口からセンサ流路を介して流路ブロックの出口に被測定流体を流すことができる。そのため、より確実にセンサ流路に安定した流量の被測定流体を流すことができる。したがって、より確実に測定チップにより安定した流量を測定することができ、より確実に被測定流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。
【００１３】
上記の態様において、前記流路ブロックは、前記整流板として少なくとも第１整流板と第２整流板とを備え、前記第１整流板の前記整流部分の面積は前記第２整流板の前記整流部分の面積よりも小さいこと、が好ましい。
【００１４】
この態様によれば、バイパス流路内にて被測定流体の乱流が発生したとしても、その影響を受けることなく、測定チップにより安定した流量を測定することができる。そのため、被測定流体の流量の計測精度の向上を図ることができるとともに、バイパス流路を形成するボディの形状設計の自由度が増し、より確実に熱式流量計の小型化を図ることができる。
【００１５】
上記の態様において、前記被測定流体の入口から前記ボディ内への前記被測定流体の流入方向について、前記第１整流板の前記整流部分の幅は前記第２整流板の前記整流部分の幅よりも小さいこと、が好ましい。
【００１６】
この態様によれば、被測定流体の入口からボディ内への被測定流体の流入方向の奥行き側にて発生しうるバイパス流路内の高い圧力の影響を受けにくくなり、より確実に測定チップにより安定した流量を測定することができる。そのため、さらに、被測定流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る熱式流量計によれば、小型化を図りつつ流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】熱式流量計の分解斜視図である。
【図２】ボディの底面を示す下面図である。
【図３】流路ブロックを構成する薄板の積層順を説明するための図である。
【図４】第１スペーサを示す平面図である。
【図５】第１メッシュ板を示す平面図である。
【図６】第１メッシュ板のメッシュ部の拡大図である。
【図７】第２メッシュ板を示す平面図である。
【図８】第３メッシュ板を示す平面図である。
【図９】第２スペーサを示す平面図である。
【図１０】熱式流量計内の流路構成を示す図である。
【図１１】センサ基板の表面を示す平面図である。
【図１２】プリント基板の表面を示す平面図である。
【図１３】測定チップを示す平面図である。
【図１４】定温度差回路の構成を示す回路図である
【図１５】出力回路の構成を示す回路図である。
【図１６】カバーの概略構成を示す斜視図である。
【図１７】ボディの正面図である。
【図１８】圧力分布の解析結果である。
【図１９】圧力分布の解析結果である。
【図２０】圧力分布の解析結果である。
【図２１】圧力分布の解析結果である。
【図２２】流量と中点電位の評価結果を示す図である。
【図２３】流量と中点電位の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の熱式流量計を具体化した好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。なお、まず熱式流量計の全体説明をした後に、流路空間内における流量の安定化に関して説明する。
【００２０】
〔熱式流量計の全体説明〕
図１は、熱式流量計１０の分解斜視図である。図１に示すように、熱式流量計１０は、ボディ２０と、カバー３０と、流路ブロック４０と、センサ基板５０などを有している。そして、流路ブロック４０がボディ２０に装着された状態で、センサ基板５０がボディ２０内に固定されている。
【００２１】
ボディ２０の片側（図１では左側）に、流路ブロック４０を収容する流路空間２１が形成されている。この流路空間２１は、図中手前側が開口しており、この開口端面にセンサガスケット５１を装着するためのガスケット装着溝２２が形成されている。また、流路空間２１の開口面とは反対側の面（図１では奥側面）２１ｂには、流路ブロック４０が面２１ｂに密着しないようにする（隙間２１ｓ（図１０参照）を形成する）ための段差２４が設けられている。この段差２４により、流路ブロック４０が面２１ｂとの間に隙間２１ｓができた状態で流路空間２１内に収容されるようになっている。なお、この隙間２１ｓは、後述するように第１バイパス流路Ｂ１の一部を形成している（図１０参照）。また、詳しくは後述するように、面２１ｂにはリブ７０が設けられている。
【００２２】
そして、流路空間２１の下面に流体入口１１及び流体出口１２が開口している。つまり、流体入口１１及び流体出口１２は、図２に示すように、ボディ２０の底面に設けられている。なお、図２は、ボディ２０の底面を示す下面図である。この流体入口１１及び流体出口１２は、ボディ２０の奥行き方向の中心線Ｃからずれてボディ２０の端部（図１では奥側端部）に形成されている。そして、流体入口１１及び流体出口１２の周りにガスケット１３を装着するガスケット装着溝１４が設けられている。
【００２３】
また、図２に示すように、ボディ２０の底面には、カバー３０を組み付けるための係合穴２５ａ，２５ｂ，２５ｃが設けられている。同様に、図１に示すように、ボディ２０の上面にも、係合穴２５ｄ，２５ｅが設けられている。また、ボディ２０の両端部には、配管ブロック９０などの接続機器へ接続するための接続部２７ａ，２７ｂが設けられている。
【００２４】
流路ブロック４０は、図１に示すように、複数種の薄板を積層して構成したものである。本実施の形態では、５種類の薄板を合計９枚積層して流路ブロック４０を構成している。具体的には、図１における奥から手前に向かって（センサ基板５０に向かって）、図３に示すように、第１スペーサ４１、第１メッシュ板４２、第１スペーサ４１、第２メッシュ板４３、第１スペーサ４１、第２メッシュ板４３、第１スペーサ４１、第３メッシュ板４４、第２スペーサ４５が順に積層されて接着されたものである。なお、図３は、流路ブロック４０を構成する薄板の積層順を説明するための図である。また、第１メッシュ板４２や第２メッシュ板４３や第３メッシュ板４４は本発明の「整流板」の一例であり、第１メッシュ板４２は本発明の「第１整流板」の一例であり、第２メッシュ板４３は本発明の「第２整流板」の一例である。
【００２５】
ここで、個々の薄板について説明する。まず、第１スペーサ４１について、図４を用いて説明する。なお、図４は、第１スペーサ４１を示す平面図である。第１スペーサ４１は、図４に示すように、位置決め部４１ａと外周部４１ｂと境界部４１ｃを残すようにエッチング加工されたものである。第１スペーサ４１は、図４に示すように、略Ｔ字形をなしており、上部に位置決め部４１ａが形成されるとともに、境界部４１ｃを中心に図４にて左右対称に一対の開口部４１ｏ，４１ｏが形成されている。位置決め部４１ａは、流路空間２１内での位置決めを行う部位であり、その外周端が流路空間２１の内壁に密着するようになっている。
【００２６】
次に、第１メッシュ板４２について、図５及び図６を用いて説明する。なお、図５は、第１メッシュ板４２を示す平面図である。図６は、第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍの拡大図である。第１メッシュ板４２は、図５に示すように、略Ｔ字形をなしており、上部に位置決め部４２ａが形成されるとともに、境界部４２ｃを中心に図５にて左右対称に一対のメッシュ部４２ｍ，４２ｍが形成されている。位置決め部４２ａは、流路空間２１内での位置決めを行う部位であり、その外周端が流路空間２１の内壁に密着するようになっている。一方、メッシュ部４２ｍは、図６に示すように、メッシュを構成する孔の中心間距離がすべて等しくなるように形成されている。すなわち、各孔の中心が正三角形の各頂点となるように孔が形成されている。このメッシュ部４２ｍは、被測定流体の流れを整える整流部分である。
【００２７】
また、ボディ２０の奥行き方向について、図５に示すように第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍの幅δ１は、後述する第２メッシュ板４３のメッシュ部４３ｍの幅δ２（図７参照）や第３メッシュ板４４のメッシュ部４４ｍの幅δ３（図８参照）よりも小さい。これにより、第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍの面積は、後述する第２メッシュ板４３のメッシュ部４３ｍの面積や第３メッシュ板４４のメッシュ部４４ｍの面積よりも小さい。そして、メッシュ部４２ｍに対し図５の上下方向の位置には、部分４２ｄ，４２ｅが形成されている。部分４２ｄ，４２ｅの詳細については、後述する。
【００２８】
次に、第２メッシュ板４３について、図７を用いて説明する。なお、図７は、第２メッシュ板４３を示す平面図である。第２メッシュ板４３は、図７に示すように、略Ｔ字形をなしており、上部に位置決め部４３ａが形成されるとともに、境界部４３ｃを中心に図７にて左右対称に一対のメッシュ部４３ｍ，４３ｍが形成されている。位置決め部４３ａは、流路空間２１内での位置決めを行う部位であり、その外周端が流路空間２１の内壁に密着するようになっている。なお、メッシュ部４３ｍは、第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍと同様の構成であり、被測定流体の流れを整える整流部分である。
【００２９】
次に、第３メッシュ板４４について、図８を用いて説明する。なお、図８は、第３メッシュ板４４を示す平面図である。第３メッシュ板４４は、図８に示すように、流路空間２１の断面形状と同じ形状をなしており、境界部４４ｃを中心に図８にて左右対称に一対のメッシュ部４４ｍ，４４ｍが形成されている。なお、メッシュ部４４ｍは、第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍや第２メッシュ板４３のメッシュ部４３ｍと同様の構成であり、被測定流体の流れを整える整流部分である。
【００３０】
次に、第２スペーサ４５について、図９を用いて説明する。なお、図９は、第２スペーサ４５を示す平面図である。第２スペーサ４５は、図９に示すように、流路空間２１の断面形状と同じ形状をなしており、境界部４５ｃを中心に図９にて左右対称に一対の開口部４５ｏ，４５ｏおよび段差部４５ａ，４５ａが形成されている。
【００３１】
そして、上記した薄板４１〜４５を図３に示す左側から順番に積層して接着した流路ブロック４０を流路空間２１に装着することにより、図１０に示すように、流路空間２１及び流路ブロック４０によって第１バイパス流路Ｂ１と第２バイパス流路Ｂ２とが形成される。より詳細に言うと、流路空間２１の面２１ｂと流路ブロック４０（第１スペーサ４１の境界部４１ｃ（図４参照））との間の隙間２１ｓにより第１バイパス流路Ｂ１の一部が形成され、流路ブロック４０（第２スペーサ４５（図９参照））と測定チップ６０との間の隙間により第２バイパス流路Ｂ２の一部が形成されている。なお、図１０は、熱式流量計１０内の流路構成を示す図である。
【００３２】
また、第１スペーサ４１の開口部４１ｏ、第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍ、第２メッシュ板４３のメッシュ部４３ｍ、第３メッシュ板４４のメッシュ部４４ｍ、及び第２スペーサ４５の開口部４５ｏにより、連絡流路１５，１６が形成されている。連絡流路１５は、流体入口１１と第１バイパス流路Ｂ１と第２バイパス流路Ｂ２とセンサ流路Ｓとを連通させるものであり、連絡流路１６は、流体出口１２と第１バイパス流路Ｂ１と第２バイパス流路Ｂ２とセンサ流路Ｓとを連通させるものである。
【００３３】
そして、連絡流路１５，１６に、メッシュ部４２ｍが１層とメッシュ部４３ｍが２層とメッシュ部４４ｍが１層とで合計４層のメッシュ部が配置されている。これにより、被測定流体がメッシュ部４２ｍ，４３ｍ，４４ｍを通過するたびに、被測定流体の流れの乱れが減少していく。そのため、流れが整えられた被測定流体を、センサ流路Ｓに流し込むことができる。なお、第１メッシュ板４２と第２メッシュ板４３と第３メッシュ板４４の各々の数は、本実施例のように限定されず、変更が可能である。そのため、例えば、メッシュ部４２ｍを２層以上設けてもよい。
【００３４】
上記した流路ブロック４０に対してセンサガスケット５１を介して配置されるセンサ基板５０は、測定流量を電気信号として出力するものである。このため、センサ基板５０には、図１１に示すように、ベースとなるプリント基板５２の表面側（ボディ２０への装着面側）において図中右側半分の中央付近に測定チップ６０が実装されている。なお、図１１は、センサ基板５０の表面を示す平面図である。
【００３５】
そして、プリント基板５２の測定チップ６０が実装される部分には、図１２に示すように、溝５３が加工されている。なお、図１２は、プリント基板５２の表面を示す平面図である。そして、この溝５３の両側に、回路用電極５４，５５，５６，５７，５８，５９が設けられている。これらの電極５４〜５９は、プリント基板５２の中に形成されたパターン配線を介して、後述する定温度差回路及び出力回路と電気的に接続されている。
【００３６】
ここで、測定チップ６０について、図１３を用いて説明する。なお、図１３は、測定チップ６０を示す平面図である。測定チップ６０は、図１３に示すように、シリコンチップ６２に対して、半導体マイクロマシニングの加工技術を実施したものであり、このとき、チップ中央に溝６３が加工されるとともに、抵抗体（熱線）用電極６４，６５，６６，６７，６８，６９がチップ両端に設けられる。
【００３７】
また、このとき、上流温度検出抵抗体Ｒ１が、抵抗体用電極６５，６７から延設されるとともに溝６３の上に架設される。さらに、下流温度検出抵抗体Ｒ２が、抵抗体用電極６７，６９から延設されるとともに溝６３の上に架設される。さらにまた、発熱抵抗体Ｒｈが、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との間に、抵抗体用電極６６，６８から延設されるとともに溝６３の上に架設される。また、測定チップ６０においては、センサ流路Ｓの順方向上流側に流体温度検出抵抗体Ｒｔが、抵抗体用電極６４，６６から延設される。
【００３８】
そして、測定チップ６０の抵抗体用電極６４，６５，６６，６７，６８，６９を、センサ基板５０の回路用電極５４，５５，５６，５７，５８，５９のそれぞれと、半田リフローによる接合又は導電性接着剤などによる接合によって、測定チップ６０をセンサ基板５０に実装している。したがって、測定チップ６０がセンサ基板５０に実装されると、測定チップ６０に設けられた流体温度検出抵抗体Ｒｔ、上流温度検出抵抗体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、および発熱抵抗体Ｒｈは、測定チップ６０の抵抗体用電極６４〜６９と、センサ基板５０の回路用電極５４〜５９とを介して、センサ基板５０に設けられた図１４の定温度差回路及び図１５の出力回路に電気的に接続される。
【００３９】
ここで、図１４に示す定温度差回路は、発熱抵抗体Ｒｈを、流体温度検出抵抗体Ｒｔで検出される流体温度と一定の温度差をもつように制御するための回路である。また、図１５に示す出力回路は、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差に相当する電圧値を出力するための回路である。この出力回路では、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２とが直列に接続され、定電圧Ｖｃが印加されるようになっている。そして、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との中点電位Ｖｏｕｔが測定信号として出力されるようになっている。
【００４０】
また、測定チップ６０がセンサ基板５０に実装されると、測定チップ６０の溝６３は、センサ基板５０の溝５３と重なり合う。よって、測定チップ６０が実装されたセンサ基板５０をボディ２０に固定すると、図１０に示すように、流路空間２１において、センサ基板５０と測定チップ６０との間に、測定チップ６０の溝６３やセンサ基板５０の溝５３などからなる細長い形状のセンサ流路Ｓが形成される。そのため、センサ流路Ｓには、流体温度検出抵抗体Ｒｔ、上流温度検出抵抗体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、および発熱抵抗体Ｒｈが橋を渡すように設けられることになる。
【００４１】
このようにして測定チップ６０が実装されたセンサ基板５０は、ボディ２０内でボディ２０とネジ７１（図１参照）により固定されている。つまり、図１に示すように、ネジ７１によってセンサ基板５０をボディ２０に固定して、センサ基板５０を立てて（鉛直に）配置している。これにより、センサ基板５０の大きさに制限されることなく、熱式流量計１０の奥行き方向における小型化、つまり薄型化が図られている。具体的には、奥行き寸法が従来の流量計と比べて３割程度小さくなっている。そして、この小型化に伴って熱式流量計１０の重量も減るため、軽量化も図られている。
【００４２】
また、センサ基板５０をボディ２０に対してモールド樹脂などによって固定する必要がなくなる。そのため、センサ基板５０を固定するためのスペースを削減することができるので、熱式流量計１０の小型化を図ることができる。そして、この小型化に伴って熱式流量計１０の重量も減るので、熱式流量計１０の軽量化を図ることができる。
【００４３】
そして、センサ基板５０は、ボディ２０の奥行き方向の中心線Ｃに対して、流体入口１１及び流体出口１２と反対側（手前側）に位置している。これにより、流路ブロック４０が、流体入口１１及び流体出口１２とセンサ基板５０との間に配置される。このような配置構成にすることにより、流路ブロック４０を限られたスペースに効率的に配置することができる。このことによっても、熱式流量計１０の薄型化及び軽量化が図られている。
【００４４】
図１６は、カバー３０の概略構成を示す斜視図である。カバー３０の底面（図１６では左側）には、３つの係合突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃが形成され、カバー３０の上面（図１６では右側）には、係合突起３１ｄ，３１ｅが形成されている。これらの係合突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅは、カバー３０をボディ２０に取り付けたときに、それぞれボディ２０に形成された係合穴２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅに係合するようになっている。
【００４５】
続いて、上記した構成を有する熱式流量計１０の作用について説明する。熱式流量計１０においては、順方向の流れの場合には、配管ブロック９０から流体入口１１を介して流路空間２１内に流れ込んだ被測定流体は、流路空間２１に装着された流路ブロック４０により、センサ流路Ｓへ流れ込むものと、第１バイパス流路Ｂ１や第２バイパス流路Ｂ２へ流れ込むものとに分流される。そして、センサ流路Ｓと第１バイパス流路Ｂ１と第２バイパス流路Ｂ２とから流れ出した被測定流体は、合流して、流体出口１２を介して配管ブロック９０に流れ出す。
【００４６】
一方、逆方向の流れの場合には、配管ブロック９０から流体出口１２を介して流路空間２１内に流れ込んだ被測定流体は、流路空間２１に装着された流路ブロック４０により、
センサ流路Ｓへ流れ込むものと、第１バイパス流路Ｂ１や第２バイパス流路Ｂ２へ流れ込むものとに分流される。そして、センサ流路Ｓと第１バイパス流路Ｂ１と第２バイパス流路Ｂ２とから流れ出した被測定流体は、合流して、流体入口１１を介して配管ブロック９０に流れ出す。
【００４７】
ここで、被測定流体が順方向あるいは逆方向のいずれの方向に流れても、センサ流路Ｓへ流れ込む被測定流体は、流路ブロック４０内におけるメッシュ部４２ｍ（図５参照），メッシュ部４３ｍ（図７参照）、メッシュ部４４ｍ（図８参照）を通過した後に、センサ流路Ｓに流れ込む。したがって、非常に流れが整えられた状態の被測定流体が、センサ流路Ｓを流れる。そして、センサ流路Ｓを流れる被測定流体は、センサ流路Ｓに橋設された発熱抵抗体Ｒｈから熱を奪う。
【００４８】
そうすると、センサ基板５０に設けられた図１４に示す定温度差回路により、流体温度検出抵抗体Ｒｔと発熱抵抗体Ｒｈとが一定の温度差になるように制御される。また、センサ基板５０に設けられた図１５に示す出力回路により、直列に接続され定電圧Ｖｃが印加された上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との中点電位Ｖｏｕｔが測定信号として出力される。このとき、被測定流体が順方向の流れの場合には、上流温度検出抵抗体Ｒ１の温度（抵抗値）が低下し、下流温度検出抵抗体Ｒ２の温度（抵抗値）が増加するため、中点電位Ｖｏｕｔが増加する。一方、被測定流体が逆方向の流れの場合には、上流温度検出抵抗体Ｒ１の温度（抵抗値）が増加し、下流温度検出抵抗体Ｒ２の温度（抵抗値）が低下するため、中点電位Ｖｏｕｔは低下する。このため、被測定流体の流れ方向を検知することができる。
【００４９】
〔流路空間内における流量の安定化に関する説明〕
次に、流路空間２１内における流量の安定化に関して説明する。本実施例では、熱式流量計１０の流路空間２１内における被測定流体の流れを安定化するための工夫を施している。
【００５０】
図１７は、ボディ２０の正面図である。前記の図１０と図１７に示すように、本実施例では、ボディ２０の面２１ｂに第１バイパス流路Ｂ１（隙間２１ｓ）内へ突出したリブ７０を設けている。リブ７０は、図１７に示すように図面の上下方向に細長に形成され、図１０に示すように断面が楕円の半分の形状または半円の形状に形成されている。そして、リブ７０は、図１０に示すように流体入口１１と流体出口１２とが配列された方向（図１０の左右方向）について、流路ブロック４０の境界部４１ｃ〜４５ｃのほぼ中央の位置に設けられている。また、リブ７０の高さＨは、流路空間２１内を流れる被測定流体の圧力損失に影響しない程度の大きさとし、本実施例では一例として、第１バイパス流路Ｂ１（隙間２１ｓ）の高さｈの約４０％としている。なお、リブ７０は、ボディ２０に一体成形されている。
【００５１】
また、本実施例では、前記の図５に示すように、第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍの長手方向の幅δ１は、第２メッシュ板４３のメッシュ部４３ｍの長手方向の幅δ２（図７参照）や第３メッシュ板４４のメッシュ部４４ｍの長手方向の幅δ３（図８参照）よりも小さい。これにより、第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍの面積は、第２メッシュ板４３のメッシュ部４３ｍの面積や第３メッシュ板４４のメッシュ部４４ｍの面積よりも小さい。なお、幅δ１〜δ３は、各メッシュ板をボディ２０に装着したときのボディ２０の奥行き方向の幅、すなわち、流体入口１１からボディ２０の流路空間２１内への被測定流体の流入方向の幅である。このように、第１メッシュ板４２は、ボディ２０に装着したときのボディ２０の奥行き方向の奥側の部分４２ｄと手前側の部分４２ｅにメッシュ部４２ｍを設けておらず、当該部分４２ｄ，４２ｅでは被測定流体を遮断している。
【００５２】
このような構造を有する熱式流量計１０においては、流体入口１１より流路空間２１内に被測定流体が流れ込むと、流路ブロック４０により、センサ流路Ｓへ流れ込むものと、第１バイパス流路Ｂ１または第２バイパス流路Ｂ２へ流れ込むものとに分流される。そして、センサ流路Ｓと第１バイパス流路Ｂ１と第２バイパス流路Ｂ２から流れ出した被測定流体は、合流して、流体出口１２を介して配管ブロック９０に流れ出す。
このとき、本実施例では流路ブロック４０により形成される連絡流路１５の入口部分７２と連絡流路１６の出口部分７８との間に位置する第１バイパス流路Ｂ１（隙間２１ｓ）にリブ７０を設けているので、リブ７０を設けていない場合と比較すると被測定流体の流れ方向が変わる。
【００５３】
これにより、連絡流路１５の入口部分７２（図１０参照）とセンサ流路Ｓの入口部分７４（図１０参照）との間、センサ流路Ｓの入口部分７４と出口部分７６（図１０参照）との間、センサ流路Ｓの出口部分７６と連絡流路１６の出口部分７８（図１０参照）との間の各部において、意図的に各々大きな圧力差が発生するような圧力分布にすることができる。そして、このような圧力分布にすることにより、流体入口１１から連絡流路１５、センサ流路Ｓ、連絡流路１６を経由して流体出口１２に被測定流体がスムーズに流れ易くなる。なお、被測定流体の流量が変化しても同様な圧力分布となる。そのため、センサ流路Ｓにおける被測定流体の流量が安定し、測定チップ６０によって安定した流量を測定することができる。したがって、被測定流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。また、リブ７０を設けるだけでよく、流路空間２１内に直管部や整流格子を設ける必要がないので、熱式流量計１０の小型化を図ることができる。
【００５４】
また、第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍの幅δ１を第２メッシュ板４３のメッシュ部４３ｍの長手方向の幅δ２や第３メッシュ板４４のメッシュ部４４ｍの長手方向の幅δ３よりも小さくし、部分４２ｄ，４２ｅでは被測定流体を遮断している。
これにより、第１バイパス流路Ｂ１における被測定流体の流れの影響を受けずに、各部の圧力差に応じた流量の被測定流体をセンサ流路Ｓに流すことができる。そのため、第１バイパス流路Ｂ１が乱流の発生し易い形状であっても、センサ流路Ｓに被測定流体を安定した流量で流すことができる。したがって、より確実に測定チップ６０によって安定した流量を測定することができるので、被測定流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。また、ボディ２０の設計の自由度が増して薄型の熱式流量計１０を製作することができるので、熱式流量計１０の小型化を図ることができる。
【００５５】
さらに、流体入口１１からボディ２０の流路空間２１内への被測定流体の流入方向（ボディ２０の奥行き方向）の奥行き側にて発生しうる第１バイパス流路Ｂ１内の高い圧力の影響を受けにくくなり、センサ流路Ｓに被測定流体を安定した流量で流すことができる。そのため、より確実に測定チップ６０によって安定した流量を測定することができ、被測定流体の流量のさらなる計測精度の向上を図ることができる。
【００５６】
なお、本実施例では、部分４２ｄと部分４２ｅとを設けているが、これに限定されず、部分４２ｄまたは部分４２ｅのうちのいずれか一方のみ設けることも考えられる。
【００５７】
〔解析結果の説明〕
次に、リブ７０を設けることによるボディ２０の流路空間２１内の圧力分布の変化を確認するため流路空間２１内の圧力分布を解析したので、その解析結果について説明する。図１８〜図２１は、圧力分布の解析結果である。図１８と図１９はボディ２０の正面から見た流路空間２１における面２１ｂ付近（第１バイパス流路Ｂ１）の圧力分布の解析図であり、図１８はリブ７０を設けない場合の解析結果であり、図１９はリブ７０を設けた場合の解析結果である。また、図２０と図２１は熱式流量計１０の断面を見たときの流路空間２１の圧力分布の解析図であり、図２０はリブ７０を設けない場合の解析結果であり、図２１はリブ７０を設けた場合の解析結果である。
【００５８】
リブ７０を設けない場合は、図１８に示すように、ボディ２０の奥行き方向の奥側の圧力が高くなる一方で、連絡流路１５の入口部分７２の圧力は低くなっている。これに対し、リブ７０を設けた場合は、図１９に示すように、ボディ２０の奥行き方向の奥側の圧力がやや低くなっており、連絡流路１５の入口部分７２の圧力が高くなっている。
【００５９】
また、図２０と図２１に示すように、連絡流路１５の入口部分７２とセンサ流路Ｓの入口部分７４との間の圧力差、センサ流路Ｓの入口部分７４と出口部分７６との間の圧力差、センサ流路Ｓの出口部分７６と連絡流路１６の出口部分７８との間の圧力差は、リブ７０を設けない場合よりもリブ７０を設けた場合のほうが大きくなっている。
このように、リブ７０を設けることにより、連絡流路１５の入口部分７２の圧力が高くなり、流路空間２１内の圧力分布が変化して、流路空間２１内の各部における圧力差が大きくなることが確認できた。
【００６０】
〔評価結果の説明〕
次に、流体入口１１における被測定流体の流量に対し測定された中点電位Ｖｏｕｔ（図１５参照）の評価結果について説明する。図２２と図２３は被測定流体の流量に対する中点電位Ｖｏｕｔの測定結果を示す図であり、図２２はリブ７０を設けない場合であり、図２３はリブ７０を設けた場合である。なお、複数の熱式流量計１０について評価を行った。
【００６１】
すると、図２２に示すように、リブ７０を設けない場合には複数の熱式流量計１０間において中点電位Ｖｏｕｔのバラツキ量が大きくなった。これに対し、図２３に示すように、リブ７０を設けた場合には複数の熱式流量計１０間において中点電位Ｖｏｕｔのバラツキ量が非常に少なくなった。このように、リブ７０を設けることにより、複数の熱式流量計１０間における中点電位Ｖｏｕｔのバラツキ量を抑制できることが確認された。そのため、リブ７０を設けることにより、熱式流量計１０の製品間の計測精度のバラツキを抑制できることが分かった。
【００６２】
〔本実施例の効果〕
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る熱式流量計１０によれば、ボディ２０の面２１ｂに第１バイパス流路Ｂ１へ突出したリブ７０が設けられているので、被測定流体の流れを補正して流れ方向を変え、流路空間２１内の必要な部分に意図的に圧力差を設けることができる。そのため、センサ流路Ｓに安定した流量の被測定流体を流すことができる。したがって、測定チップ６０により安定した流量を測定することができ、被測定流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。
【００６３】
また、リブ７０を設けるだけでよく、流路空間２１内に直管部や整流格子を設ける必要がないので、熱式流量計１０の小型化を図ることができる。
さらに、リブ７０の高さＨは、流路空間２１内を流れる被測定流体の圧力損失に影響しない程度の大きさとし、本実施例では一例として、第１バイパス流路Ｂ１（隙間２１ｓ）の高さｈの約４０％としている。そのため、被測定流体の圧力損失を抑制することができる。
【００６４】
また、リブ７０を隙間２１ｓに設けることにより、流路ブロック４０の入口と出口で圧力差を発生させて流路ブロック４０の入口から連絡流路１５とセンサ流路Ｓと連絡流路１６とを介して流路ブロック４０の出口に被測定流体を流すことができる。そのため、より確実にセンサ流路Ｓに安定した流量の被測定流体を流すことができる。したがって、より確実に測定チップ６０により安定した流量を測定することができ、より確実に被測定流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。
【００６５】
また、第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍの幅δ１は、第２メッシュ板４３のメッシュ部４３ｍの幅δ２（図７参照）や第３メッシュ板４４のメッシュ部４４ｍの幅δ３（図８参照）よりも小さい。これにより、第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍの面積は、第２メッシュ板４３のメッシュ部４３ｍの面積や第３メッシュ板４４のメッシュ部４４ｍの面積よりも小さい。そのため、第１バイパス流路Ｂ１における被測定流体の流れの影響を受けずに、各部の圧力差に応じた流量の被測定流体をセンサ流路Ｓに流すことができる。そのため、より確実に測定チップ６０により安定した被測定流体の流量を測定でき被測定流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。また、ボディ２０の形状設計の自由度が増し、薄型の熱式流量計１０を製作することができるので、さらなる熱式流量計１０の小型化を図ることができる。
【００６６】
さらに、流体入口１１からボディ２０の流路空間２１内への被測定流体の流入方向の奥行き側にて発生しうる第１バイパス流路Ｂ１内の高い圧力の影響を受けにくくなり、被測定流体の流量のさらなる計測精度の向上を図ることができる。
【００６７】
また、第１メッシュ板４２のメッシュ部４２ｍの幅δ１を調整するだけでよく、流路空間２１内に直管部や整流格子を設ける必要がないので、簡易な構造とすることができ、熱式流量計１０のさらなる小型化を図ることができる。
【００６８】
また、ボディ２０とカバー３０とで形成される空間内にセンサ基板５０が鉛直に配置されている。また、被測定流体の出入口１１，１２が、ボディ２０の同一面にボディ２０の奥行き方向の中心線Ｃからずらされて配置されている。そして、センサ基板５０に実装された測定チップ６０が、被測定流体の出入口１１，１２とは中心線Ｃに対して反対側に配置されるように、センサ基板５０がボディ２０に固定されている。これらのことにより、流路ブロック４０を限られたスペースに効率的に配置することができるとともに、センサ基板５０の大きさに制限されることなく、熱式流量計１０の奥行き方向における小型化、つまり薄型化を図ることができる。また、熱式流量計１０の軽量化も図ることができる。
【００６９】
そして、熱式流量計１０では、ボディ２０に形成された流路空間２１に流路ブロック４０を装着して、第１バイパス流路Ｂ１や第２バイパス流路Ｂ２を構成することにより、被測定流体の最適なバイパス比を設定することができるため、リニアな出力特性を得ることができる。また、流路ブロック４０には、第１バイパス流路Ｂ１や第２バイパス流路Ｂ２とセンサ流路Ｓとの間に配置される多層のメッシュ部４２ｍ，４３ｍ，４４ｍが備わっている。これにより、センサ流路Ｓに流れ込む被測定流体の流れが整えられる。従って、非常に安定した出力を得ることができる。さらに、測定チップ６０に上流温度検出抵抗体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、発熱抵抗体Ｒｈ、および流体温度検出抵抗体Ｒｔを設け、電気回路により、発熱抵抗体Ｒｈと流体温度検出抵抗体Ｒｔとが一定の温度差になるように制御し、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差に基づき被測定流体の流量を計測する。これにより、双方向の流量検知ができる。
【００７０】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００７１】
１０    熱式流量計
１１    流体入口
１２    流体出口
１５    連絡流路
１６    連絡流路
２０    ボディ
２１    流路空間
２１ｂ  面
２１ｓ  隙間
３０    カバー
４０    流路ブロック
４１    第１スペーサ
４１ｃ  境界部
４１ｏ  開口部
４２    第１メッシュ板
４２ｃ  境界部
４２ｄ  部分
４２ｅ  部分
４２ｍ  メッシュ部
４３    第２メッシュ板
４３ｃ  境界部
４３ｍ  メッシュ部
４４    第３メッシュ板
４４ｃ  境界部
４４ｍ  メッシュ部
４５    第２スペーサ
４５ｃ  境界部
４５ｏ  開口部
５０    センサ基板
６０    測定チップ
７０    リブ
７２    連絡流路の入口部分
７４    センサ流路の入口部分
７６    センサ流路の出口部分
７８    連絡流路の出口部分
Ｂ１    第１バイパス流路
ｈ      第１バイパス流路の高さ
Ｈ      リブの高さ
Ｃ      中心線
Ｖｏｕｔ    中点電位
δ１〜δ３  幅
【図１】
0005364059.tif 000002
【図２】
0005364059.tif 000003
【図３】
0005364059.tif 000004
【図４】
0005364059.tif 000005
【図５】
0005364059.tif 000006
【図６】
0005364059.tif 000007
【図７】
0005364059.tif 000008
【図８】
0005364059.tif 000009
【図９】
0005364059.tif 000010
【図１０】
0005364059.tif 000011
【図１１】
0005364059.tif 000012
【図１２】
0005364059.tif 000013
【図１３】
0005364059.tif 000014
【図１４】
0005364059.tif 000015
【図１５】
0005364059.tif 000016
【図１６】
0005364059.tif 000017
【図１７】
0005364059.tif 000018
【図２２】
0005364059.tif 000019
【図２３】
0005364059.tif 000020
【図１８】
0005364059.tif 000021
【図１９】
0005364059.tif 000022
【図２０】
0005364059.tif 000023
【図２１】
0005364059.tif 000024