(57)【要約】【課題】ハウジング、圧力検出要素、制流部、及びエラストマーシールを持つ流れセンサパッケージを提供する。【解決手段】ハウジング（１２）は、ベース（３６）、カバー（３８）、入口ポート（１４）、出口ポート（１６）、及び第１及び第２のチャンネル（２０、２１）を有する。第１及び第２のチャンネルは、入口ポートと出口ポートとの間で平行である。圧力検出要素（３０）が第１チャンネルに設けられ、制流部（２８）が第２チャンネルに設けられている。エラストマーシール（３２、４０）は、圧力検出要素と係合し、液体であってもよい流体が第１チャンネルを通って流れないようにする。エラストマーシール（３２）は、圧力検出要素からハウジングの外に延びるリード（１８ａ）までの導電路を有する。【選択図】図１
2004506213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れセンサパッケージにおいて、
入口、出口、及びこれらの入口及び出口と連通した第１及び第２のチャンネルを持つハウジング、
前記第１チャンネル内の検出要素、
前記第２チャンネル内の制流部、及び
流体が検出要素を通って流れないように前記検出要素と係合するシールを含む、流れセンサパッケージ。
【請求項２】
請求項１に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記ハウジングはベース及びカバーを含む、流れセンサパッケージ。
【請求項３】
請求項２に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記シールは一対のエラストマーシールを含み、前記検出要素はエラストマーの前記シール間に捕捉されており、該エラストマーシールは、前記ベースと前記カバーとの間で漏れが生じないように配置されている、流れセンサパッケージ。
【請求項４】
請求項１に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記シールは一対のエラストマーシールを含み、前記検出要素は前記エラストマーシール間に捕捉されている、流れセンサパッケージ。
【請求項５】
請求項１に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記シールは、前記検出要素からリードまでの導電路を有し、前記リードは前記ハウジングの外側に延びる、流れセンサパッケージ。
【請求項６】
請求項１に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記流体は液体又は気体である、流れセンサパッケージ。
【請求項７】
請求項１に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記入口、前記出口、及び前記第２チャンネルは、前記流体が前記入口と前記出口との間で前記ハウジングを通って流れることができるように構成されており、前記検出要素は、制流部前後の圧力変化を検出するように構成されている、流れセンサパッケージ。
【請求項８】
請求項７に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記シールは、前記検出要素からリードまでの導電路を有し、前記リードは前記ハウジングの外側に延びる、流れセンサパッケージ。
【請求項９】
請求項１に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記入口、前記出口、及び前記第２チャンネルは、前記流体が前記入口と前記出口との間で前記ハウジングを通って双方向に流れることができるように構成されており、前記検出要素は、制流部前後の圧力変化を検出するように構成されている、流れセンサパッケージ。
【請求項１０】
請求項９に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記シールは、前記検出要素からリードまでの導電路を有し、前記リードは前記ハウジングの外側に延びる、流れセンサパッケージ。
【請求項１１】
流れセンサパッケージにおいて、
入口、出口、及びこれらの入口及び出口と連通した第１及び第２のチャンネルを持つハウジング、
前記第１チャンネル内の検出要素、
液体が前記入口、前記第２チャンネル、及び前記出口を通って流れることができるようにする前記第２チャンネル内の制流部、及び
流体が検出要素を通って流れないように前記検出要素と係合するシールを含み、前記検出要素は前記制流部前後の圧力変化を検出する、流れセンサパッケージ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記ハウジングはベース及びカバーを含む、流れセンサパッケージ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記シールは一対のエラストマーシールを含み、前記検出要素は前記エラストマーシール間に捕捉されており、前記エラストマーシールは、液体が前記ベースと前記カバーとの間で漏れように配置されている、流れセンサパッケージ。
【請求項１４】
請求項１１に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記シールは一対のエラストマーシールを含み、前記検出要素は前記エラストマーシール間に設けられている、流れセンサパッケージ。
【請求項１５】
請求項１１に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記入口、前記出口、及び前記第２チャンネルは、液体が前記入口と前記出口との間で前記ハウジングを通って流れることができるように構成されている、流れセンサパッケージ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記シールは、前記検出要素からリードまでの導電路を有し、前記リードは前記ハウジングの外側に延びる、流れセンサパッケージ。
【請求項１７】
請求項１１に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記入口、前記出口、及び前記第２チャンネルは、前記流体が前記入口と前記出口との間で前記ハウジングを通って双方向に流れることができるように構成されている、流れセンサパッケージ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記シールは、前記検出要素からリードまでの導電路を有し、前記リードは前記ハウジングの外側に延びる、流れセンサパッケージ。
【請求項１９】
請求項１１に記載の流れセンサパッケージにおいて、前記シールは、前記検出要素からリードまでの導電路を有し、前記リードは前記ハウジングの外側に延びる、流れセンサパッケージ。
【請求項２０】
導流装置を通る流量を決定するための方法において、
ハウジング内に圧力変化を発生する工程、
前記ハウジングに連通状態で取り付けられた検出要素を使用して圧力変化を検出する工程、
シールを使用して前記検出要素を前記ハウジング内にシールする工程、及び
信号を前記検出要素から前記シールを通して前記ハウジングの外部に送出する工程を含む、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記シール工程は、前記ハウジングのベースとカバーとの間の漏れをシールする工程を含む、方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法において、前記シール工程は、検出要素を間に捕捉する一対のエラストマーシール間に検出要素をシールする工程を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体として、液体又は気体に適した電子式ソリッドステート流れセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
代表的な流れセンサは、液体に適していないソリッドステート検出要素を使用する。更に、これらの装置は、検出要素を取り付けるため、及び流れセンサ要素を通過する流体から要素を保護するため、複雑なパッケージング方法を必要とする。
【０００３】
液体又は気体のいずれかの圧力の検出に圧力ゲージを使用できるように、圧力ゲージをパッケージする方法が周知である。この圧力ゲージのパッケージは、ソリッドステート圧力検出要素及びエラストマーシールを含む。圧力ゲージは、流体の圧力の何らかの変化を検出する。ソリッドステート圧力検出要素から、圧力ゲージのハウジングから出た電気リードまで信号を伝送するように、エラストマーシールの一方が導電性である。この種の圧力ゲージは、１９９３年２月２日にディーンＪ．モーラーに付与された米国特許第５，１８４，１０７号に示されている。しかしながら、この圧力ゲージは流れセンサではなく、従って、流体チャンネル内にない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、圧力検出要素及び制流部を低価格で製造性が高い流れセンサパッケージに一体化する。このパッケージング構成により、圧力検出要素を気体又は流体の流れに露呈するが、他の保護装置を必要としないで圧力検出要素を気体又は流体から保護する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の以下の概要は、本発明に独特の新規な特徴の幾つかの理解を促すために提供され、完全に説明しようとするものではない。本発明の様々な特徴は、明細書全体、特許請求の範囲、図面、及び要約書全体を読むことによって完全に理解できる。
【０００６】
本発明の一つの特徴によれば、流れセンサパッケージは、ハウジング、検出要素、制流部、及びエラストマーシールを含む。ハウジングは、入口ポート、出口ポート、及び入口ポートと出口ポートとの間の第１及び第２のチャンネルを有する。検出要素は第１チャンネル内に設けられている。制流部は第２チャンネルに設けられている。エラストマーシールは、気体又は流体が第１チャンネルを通って流れないように検出要素と係合している。
【０００７】
本発明の別の特徴によれば、流れセンサパッケージは、ハウジング、検出要素、制流部、及びエラストマーシールを含む。ハウジングは、入口ポート、出口ポート、及び入口ポートと出口ポートとの間の第１及び第２のチャンネルを有する。検出要素は第１チャンネル内に設けられている。制流部は第２チャンネル内に設けられており、入口ポート、第２チャンネル、及び出口ポートを通して液体を流すことができる。検出要素は、制流部前後の圧力降下を検出する。エラストマーシールは、液体が第１チャンネルを通って流れないように検出要素と係合する。
【０００８】
本発明の別の特徴によれば、導流装置（ｆｌｏｗ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を通る流量を決定するための方法は、ハウジング内で圧力降下を発生する工程、好ましくはハウジング内に取り付けられた検出要素を使用して圧力降下を検出する工程、シールを使用して検出要素をハウジング内にシールする工程、及び信号を検出要素からシールを通してハウジングの外部に伝達する工程を含む。
【０００９】
本発明の新規な特徴は、本発明の以下の詳細な説明を検討したとき、当業者に明らかになるであろう。又は、本発明を実施することによって学ぶことができる。しかしながら、本発明の詳細な説明及びここに提供する特定の例は、本発明の特定の実施例を示すけれども、単に例示の目的で提供されたものであるということは理解されるべきである。本発明の範囲内での様々な変形及び変更は、本発明の詳細な説明及び特許請求の範囲から当業者に明らかになるであろう。
【００１０】
別々の図面に亘って同じ又は機能的に同様の要素に同じ参照番号が付してあり、本明細書に組み込まれて本明細書の部分を形成する添付図面は、本発明を更に詳細に図示し、本発明の詳細な説明とともに本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１のａに示すように、流れセンサパッケージ１０はプラスチック等の適当な材料から製造できるハウジング１２を含み、このハウジングには、入口ポート１４、出口ポート１６、リード１８ａ、及び第１及び第２チャンネル２０、２１、及び第３及び第４チャンネル２２、２３が設けられている。好ましい実施例では、第１及び第２チャンネル２０、２１は互いに平行であり、第３及び第４チャンネル２２、２３を介して入口ポート１４及び出口ポート１６と連通している。入口ポート１４は、液体等の流体を受け入れるようになっており、出口ポート１６は液体を流れセンサパッケージ１０から排出できるようになっている。リード１８ａは、マイクロプロセッサやメーター等の、しかしこれらに限定されない計測装置２６に連結されている。
【００１２】
第２チャンネル２１は、制流部２８を有する。この制流部２８はベンチュリ形体（図３に示す）であってもよい。この形体は速度を大幅に上昇するが、圧力を低下でき、これを調節できる。別の態様では、制流部２８は、制流部２８を組み込むのでなく、第２チャンネル２１を第１チャンネル２０及び第３及び第４チャンネル２２、２３に関して狭幅にすることによって提供できる。第１チャンネル２０は、圧力検出要素３０を有する。この要素は、例えば、歪みセンサ（例えば容量性）、応力センサ、又は１９９３年２月２日にディーンＪ．モーラーに付与された米国特許第５，１８４，１０７号に記載されているような導電性エラストマーシールを備えた圧電抵抗（ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）圧力トランスジューサーであってもよい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。しかしながら、用途に応じてこの他の種類のシールに代えてもよいということは当業者には理解されよう。以下に更に詳細に論じるように、圧力検出要素３０は、制流部２８が発生する圧力変化を検出するようになっており、米国特許第５，１８４，１０７号に詳細に示されているように、リード１８ａが接続されている。同様に、本発明の教示に従って他の検出要素、例えば温度検出要素等を使用できるということは当業者には理解されよう。
【００１３】
上文中に説明したように、入口ポート１４は流体を受け入れ、出口ポート１６は流体を流れセンサパッケージ１０から排出する。しかしながら、以下に更に詳細に論じるように、及び図１のｂに示すように、流れセンサパッケージは双方向性である。いずれの場合も、流体は、第２チャンネル２１の制流部２８を通って流れることによって流れセンサパッケージ１０を通って移動する。第２チャンネル２１の制流部２８は、圧力検出要素３０の一方の面から第１チャンネル２０の他方の面まで圧力降下を生じる。圧力検出要素３０及び一対のエラストマーシール（図２と関連して以下に論じる）により、流体が第１チャンネル２０を通って流れないようにし、制流部２８が発生する圧力降下を計測する。
【００１４】
従って、圧力検出要素３０は、信号、例えば電圧をリード１８ａを通して計測装置２６に送出する。
図１のａに例示されているように、流体は、入口ポート１４を通って進入し、出口ポート１６を通って出ることによって、流れセンサパッケージ１０を通って時計廻り方向に流れる。別の態様では、上文中に説明したように、流れセンサパッケージ１０は双方向性であってもよい。従って、図１のｂに例示されているように、流体は、出口ポート１６を通って進入し、入口ポート１４を通って出ることによって、流れセンサパッケージ１０を通って反時計廻り方向に流れる。詳細には、出口ポート１６が流体を受け取り、入口ポート１４が流体を流れセンサパッケージ１０から排出する。
【００１５】
図２に示すように、流れセンサパッケージ１０の一実施例は、一般的には、ハウジング１２、第１及び第２のチャンネル２０、２１、第３及び第４チャンネル２２、２３、制流部２８、圧力検出要素３０、及び例えば上文中で言及した米国特許第５，１８４，１０７号に示されている方法でリード１８ａに対する導電路を持つエラストマーシール３２を含む。ハウジング１２は、入口ポート１４と出口ポート１６との間の第１チャンネル２０に整合ウェル３４を有する。必要ではないけれども、第３及び第４チャンネル２２、２３のため、第１及び第２チャンネル２０、２１は、入口ポート１４と出口ポート１６との間に平行に示してある。
【００１６】
ハウジング１２は、二つの部分、即ち整合ウェル３４、第３チャンネル２２、及び入口ポート１４を支持するベース３６、及び出口ポート１６及び第４チャンネル２３を支持するカバー３８によって形成されている。ハウジングは一体成形されていてもよいし、追加の構成要素を含んでもよいということは当業者には理解されよう。整合ウェル３４は、エラストマーシール３２、別のエラストマーシール４０、及び圧力検出要素３０を支持するように形成されている。圧力検出要素３０は、流れが第１チャンネル２０を通って流れないようにするため、整合ウェル３４内でエラストマーシール３２、４０間に位置決めされている。圧力検出要素３０から計測装置２６に連結するためにハウジング１２の外側に延びるリード１８ａまでの導電路を持つエラストマーシール３２は、ベース３６の整合ウェル３４に載っている。圧力検出要素３０は、導電性エラストマーシール３２に電気的に接続されるように、及びエラストマーシール４０が圧力検出要素３０に載るように配向されている。圧力検出要素３０は、１９９３年２月２日にディーンＪ．モーラーに付与された米国特許第５，１８４，１０７号に記載されているような正方形チップであってもよいが、これに限定されない。導電性エラストマーシール３２、エラストマーシール４０、及び圧力検出要素３０の間の形体は、米国特許第５，１８４，１０７号に詳細に記載されている。第１チャンネル２０は、ベース３６とカバー３８との間の界面がエラストマーシール３２、４０によってシールされている。エラストマーシールは、シリコーン、エチル−プロピレン（ＥＰＤＭ）、ニトリル、ビトン、ブタジエン、これらの組み合わせ等であってもよいが、これらに限定されない。第２チャンネル２１は、ベース３６とカバー３８との間の界面がエラストマーシール４４によってシールされている。このシールは、上文中で言及したのと同じ材料であってもよい。エラストマーシール３２、４０、４４は、流れセンサパッケージ１０からの漏出を阻止する。カバー３８は、ベース３６にスナップ止めされて流れセンサパッケージ１０を完成するように構成されている。これにより、流体は入口ポート１４を通って進入し、制流部２８を通って流れ、出口ポート１６を通って出ることができる。
【００１７】
流体は、ベース３６によって支持された入口ポート１４を通って流れセンサパッケージ１０に進入する。流体は第２チャンネル２１の制流部２８を通って流れ、これにより流体は流れセンサパッケージ１０を迂回できる。エラストマーシール４４は流体が第２チャンネル２１から漏れないようにし、これによって制流部２８が圧力検出要素３０の前後に圧力変化を発生できる。従って、流体が第１チャンネル２０を通って流れないようにする圧力検出要素３０は、圧力検出要素３０の前後の圧力変化を計測し、電気出力信号を導電性エラストマーシール３２に提供する。この導電性エラストマーシール３２はリード１８ａを通して計測装置２６に電気的に接続されており、そのため、信号は圧力センサ要素３０から計測装置２６に到達する。導電性エラストマーシール３２は、エラストマーシール４０とともに、流体が第１チャンネル２０から漏れないようにする。
【００１８】
この構成では、圧力検出要素３０はハウジング１２で制流部２８と一体化されており、エラストマーシール３２によってシールされており、低価格で製造性が高い、流体の流量を計測するための流れセンサパッケージ１０を形成する。
【００１９】
本発明の特定の変更を上文中に論じた。本発明の技術分野の当業者は、この他の変更を思いつくであろう。例えば、添付図面に示すように、入口ポート１４及び出口ポート１６の軸線は第１及び第２のチャンネル２０、２１の軸線に関して直角である。しかしながら、ハウジング１２は、入口ポート１４及び出口ポート１６の軸線が第１及び第２のチャンネル２０、２１の軸線と平行であるように構成できる。更に、例えば、チャンネル２０が図１のａ、図１のｂ、及び図２の図面の中央にある（即ち、検出要素３０が図２にチャンネル２１として示す場所にあり、流れセンサパッケージ１０の形体に適切な変更を加える）ように、チャンネル２０及び２１を逆にできるということは当業者には理解されよう。更に、検出要素３０は、例えばチャンネル２２内のチャンネル２２の途中等の任意の様々な位置に置くことができる。
【００２０】
図３を参照すると、この図には、本発明による流れセンサを組み込んだ流れシステムの変形例を示す。図３に示す実施例では、第１及び第２のチャンネル２０、２１は互いに平行でない。第１及び第２のチャンネル２０、２１は、第３及び第４のチャンネル２２、２３によって入口ポート１４及び出口ポート１６と連通している。入口ポート１４は、液体等の流体を受け入れるようになっており、出口ポート１６は、流体を流れセンサパッケージ１０から排出できる。制流部２８は、速度を大幅に上昇するが圧力を低下することもでき、これを調節できるベンチュリ形体（バイパス流れチャンネル）で示してある。リード１８ａは、マイクロプロセッサやメーター等の、しかしこれらに限定されない計測装置２６（図示せず）に連結されている。
【００２１】
本明細書中に記載した実施例及び例は、本発明を最もよく説明し実用するために提供されたものであり、これによって、当業者は本発明を制作して使用できる。しかしながら、以上の説明及び例は単なる例示の目的で提供されたものであるということは当業者には理解されよう。本発明のこの他の変形及び変更は、当業者には明らかになるであろう。このような変形及び変更は特許請求の範囲に含まれる。以上の説明は、網羅的でなく、本発明の範囲を限定しようとするものではない。以上の教示から、特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの変形及び変更が可能である。本発明の使用は、特徴が異なる構成要素が含まれると考えられる。特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲は、等価物に対し、全ての点で完全な理解を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による流れセンサを組み込んだ流れシステムのブロックダイヤグラムである。
【図２】
図１の流れセンサを追加の詳細とともに示す側断面図である。
【図３】
本発明による流れセンサを組み込んだ流れシステムの変形例のブロックダイヤグラムである。
【符号の説明】
１０　流れセンサパッケージ
１２　ハウジング
１４　入口ポート
１６　出口ポート
１８ａ　リード
２０　第１チャンネル
２１　第２チャンネル
２２　第３チャンネル
２３　第４チャンネル
２６　計測装置
２８　制流部
３０　圧力検出要素
【図１】
2004506213.tif 000003
2004506213.tif 000004
【図３】
2004506213.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004506213.tif 000006
2004506213.tif 000007
2004506213.tif 000008
2004506213.tif 000009
2004506213.tif 000010
2004506213.tif 000011
2004506213.tif 000012
2004506213.tif 000013
2004506213.tif 000014
2004506213.tif 000015
2004506213.tif 000016
2004506213.tif 000017
2004506213.tif 000018
2004506213.tif 000019
2004506213.tif 000020
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004506213.tif 000021
【国際調査報告】
2004506213.tif 000022
2004506213.tif 000023
2004506213.tif 000024