(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性シート上に櫛型パターン部分を有する二つの抵抗体配線パターンを形成してなり、更に、前記絶縁性シートは、内部に流体が流れる測定管路における上流側および下流側に適宜の間隔をおいて前記二つの抵抗体配線パターンの櫛型パターン部分を位置させるべく前記測定管路の外周に巻き付け可能なように変形する薄膜よりなり、前記二つの櫛型パターン部分の各櫛歯部分をそれぞれ前記測定管路の周方向に沿うように構成したことを特徴とする熱式センサ。
【請求項２】
前記絶縁性シートは、平面視ほぼ平行四辺形の部分と、この平行四辺形の部分の上辺を下辺とする平面視矩形部分と、前記平行四辺形の部分の下辺を上辺とする平面視矩形部分とを有し、前記二つの抵抗体配線パターンの櫛形パターン部分は平行四辺形の部分の上下位置に中間部分を介して設けてある請求項１に記載の熱式センサ。
【請求項３】
前記二つの抵抗体配線パターンを被覆する絶縁膜を前記絶縁性シート上に設けてある請求項１または２に記載の熱式センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の熱式センサを、測定管路の外周に巻き付けることにより前記各抵抗体配線パターンの櫛型パターン部分を前記測定管路における上流側および下流側に位置させ、前記二つの櫛型パターン部分の各櫛歯部分をそれぞれ前記測定管路の周方向に沿うように巻き込んだ状態で測定管路に固定するようにしたことを特徴とする熱式センサの設置方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の熱式センサを、測定管路の外周に巻き付け、前記各抵抗体配線パターンの櫛型パターン部分を前記測定管路における上流側および下流側に位置させ、前記二つの櫛型パターン部分の各櫛歯部分をそれぞれ前記測定管路の周方向に沿うように巻き込んだ状態で測定管路に固定してなることを特徴とするマスフローメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱式センサおよびその設置方法ならびにマスフローメータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように、例えばマスフローメータに用いられる従来の熱式センサ５０は、内部にガスや液体等の流体が流れる内径が０．２ｍｍ〜０．７ｍｍのキャピラリ５１の外周にポリイミド樹脂などの絶縁膜５２を介して抵抗温度係数の大きいＮｉ−Ｆｅ等の線材５３を上流側および下流側に適宜の間隔をおいて巻設される。そして、上流側の巻線５４ａと下流側の巻線５４ｂによってキャピラリ５１を加熱した状態で、キャピラリ５１の内部に例えばガスが流れることによって、上流側の巻線５４ａは、ガス流によって熱を奪われ、下流側の巻線５４ｂは、ガス流によって運ばれる熱によって温められる。この熱バランスによってガス流量を測定できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｎｉ−Ｆｅ等の線材５３は、径が十数μｍ（例えば１５μｍ程度）と細い線のため切れ易く、熱式センサ５０のキャピラリ５１への設置にあたり巻線５４ａ，巻線５４ｂのテンション管理も微妙な管理を要する。更に、Ｎｉ−Ｆｅ等の線材５３自体の抵抗値や抵抗温度係数のバラツキ等もあり、生産には熟練とノウハウが必要であった。
【０００４】
この発明は、キャピラリへの設置のための熟練が不要で、かつ、巻線に関連したノウハウを不要にできるとともに、巻線に用いるＮｉ−Ｆｅ等の線材の抵抗値や抵抗温度係数のバラツキ等を軽減できる熱式センサおよびその設置方法ならびにマスフローメータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願の請求項１に係る熱式センサは、絶縁性シート上に櫛型パターン部分を有する二つの抵抗体配線パターンを形成してなり、更に、前記絶縁性シートは、内部に流体が流れる測定管路における上流側および下流側に適宜の間隔をおいて前記二つの抵抗体配線パターンの櫛型パターン部分を位置させるべく前記測定管路の外周に巻き付け可能なように変形する薄膜よりなり、前記二つの櫛型パターン部分の各櫛歯部分をそれぞれ前記測定管路の周方向に沿うように構成した。ここで、前記絶縁性シートは、平面視ほぼ平行四辺形の部分と、この平行四辺形の部分の上辺を下辺とする平面視矩形部分と、前記平行四辺形の部分の下辺を上辺とする平面視矩形部分とを有し、前記二つの抵抗体配線パターンの櫛形パターン部分は平行四辺形の部分の上下位置に中間部分を介して設けてあってもよい（請求項２）。さらに、前記二つの抵抗体配線パターンを被覆する絶縁膜を前記絶縁性シート上に設けてあってもよい（請求項３）。
【０００６】
また、本願の請求項４に係る熱式センサの設置方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の熱式センサを、測定管路の外周に巻き付けることにより前記各抵抗体配線パターンの櫛型パターン部分を前記測定管路における上流側および下流側に位置させ、前記二つの櫛型パターン部分の各櫛歯部分をそれぞれ前記測定管路の周方向に沿うように巻き込んだ状態で測定管路に固定するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
更に、本願の請求項５に係るマスフローメータは、請求項１〜３のいずれかに記載の熱式センサを、測定管路の外周に巻き付け、前記各抵抗体配線パターンの櫛型パターン部分を前記測定管路における上流側および下流側に位置させ、前記二つの櫛型パターン部分の各櫛歯部分をそれぞれ前記測定管路の周方向に沿うように巻き込んだ状態で測定管路に固定してなることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態について説明する。なお、この発明はそれによって限定されるものではない。
【０００９】
図１、図２は、この発明の第１の実施形態を示す。図１は、内部に流体が流れる測定管路と、この測定管路の外周に設置する前の熱式センサを示し、図２は、測定管路の外周に設置された熱式センサを示す。
【００１０】
図１、図２において、１は、熱式センサで、一枚の平面視矩形の絶縁性シート２上に二つの抵抗体配線パターン３，４を形成してなる。これら配線パターン３，４は、絶縁性シート２の一方の面２ａに形成されている。２ｂは、絶縁性シート２の他方の面である。５は、内部にガスや液体等の流体が例えばＡ方向に流れる測定管路としてのキャピラリである。このキャピラリ５は、例えばステンレス製であり、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍの内径を有する。キャピラリ５は、図３に示すように、マスフローメータ２０のセンサ固定ベース２７および本体ブロック２１に垂直かつ逆Ｕ字状に立設されている。
【００１１】
更に、前記絶縁性シート２は、キャピラリ５の外周に巻き付け可能なように自在に変形するポリイミドの薄膜よりなる。このポリイミド薄膜２の膜厚は、３μｍ〜５０μｍの範囲が適当で、この実施形態では７．５μｍである。ポリイミド薄膜２の膜厚の下限を前記３μｍに設定したのは、これより薄い場合は絶縁不良となる不都合があるからで、また、ポリイミド薄膜２の膜厚の上限を前記５０μｍに設定したのは、これより厚い場合は熱伝導性及び巻き付けの点で不具合の可能性があるからである。
【００１２】
また、前記配線パターン３，４は、ヒータとしての機能を有し、キャピラリ５における上流側領域Ｂおよび下流側領域Ｃに適宜の間隔Ｄをおいて位置されるものである。配線パターン３は、両矢印Ｅで示す方向に沿って櫛型に形成されている捲き込み部１０と、Ｅ方向に沿って左右一対の引出し線１１，１１で構成される。一方、配線パターン４も、両矢印Ｅで示す方向に沿って櫛型に形成されている捲き込み部１０’と、Ｅ方向に沿って左右一対の引出し線１１’，１１’で構成される。
【００１３】
そして、二つの抵抗体配線パターン３，４を被覆するポリイミドの被覆絶縁膜１２がポリイミド薄膜２の一方の面２ａ上に設けられている。すなわち、二つの抵抗体配線パターン３，４は、ポリイミド被覆絶縁膜１２によって被覆されている。このポリイミド被覆絶縁膜１２は、ポリイミド薄膜２の前記膜厚よりも薄い膜厚を有する。そして、抵抗体配線パターン３，４を構成する各抵抗体１８は、Ｔｉ（チタン）膜上にＮｉ（ニッケル）膜が積層された二層構造よりなる。例えば、スパッタあるいは真空蒸着等の公知の金属膜形成手段を用いてシート状のポリイミド薄膜２に抵抗体１８，１８を形成してある。抵抗体１８の厚みは、例えば０．３μｍである。前記ポリイミド被覆絶縁膜１２は、前記抵抗体１８を空気と遮断することで経時変化による抵抗体１８の抵抗変動を小さくする機能を有する。
【００１４】
而して、シート状の熱式センサ１を、キャピラリ５の外周に巻き付けることにより前記抵抗体配線パターン３および４をキャピラリ５における上流側領域Ｂおよび下流側領域Ｃに位置させることができる。また、図２に示すように、キャピラリ５の外周に熱式センサ１を巻き込んだ状態で、ポリイミド被覆絶縁膜１２とポリイミド薄膜２の他方の面２ｂを適宜の手段で固定することにより熱式センサ１をキャピラリ５の外周に固定設置できる。
【００１５】
このように、スパッタあるいは真空蒸着等の公知の金属膜形成手段を用いてシート状のポリイミド薄膜２に抵抗体１８，１８を形成し、このポリイミド薄膜２をキャピラリ５の外周に巻き付けることで、従来熟練と手間のかかっていた線材５３の巻線５４ａ，５４ｂを廃止できる。また、抵抗体１８，１８に抵抗体配線パターン３，４を採用するとともに、抵抗体１８，１８の抵抗値については抵抗体配線パターン３および４の形成の中でレーザ等で調整できるので、抵抗体１８，１８の抵抗値の調整が簡単にできるとともに、抵抗温度係数のバラツキ等も軽減できる。
【００１６】
図３は、前記熱式センサ１を、キャピラリ５の外周に巻き付け、各抵抗体配線パターン３，４をキャピラリ５における上流側領域Ｂおよび下流側領域Ｃに位置させてなるマスフローメータの一例を示す。
【００１７】
図３において、２１は、マスフローメータ２０の本体ブロックで、その一端側には流体入口２２が形成され、他端側には流体出口２３が形成されるとともに、内部に流体入口２２と流体出口２３とを結ぶようにして流体流路２４が形成してあり、この流体流路２４には定流量特性を有するバイパス素子２５が設けてあって、バイパス部６に構成されている。２７は、本体ブロック２１の上部に設けられるセンサ固定ベースである。このセンサ固定ベース２７には、本体ブロック２１内の流路２４と連通路２８を介して連通する孔２９を備えたスリーブ３０が着脱自在に設けてある。３１はシール部材である。そして、キャピラリ５は、センサ固定ベース２７および本体ブロック２１に垂直かつ逆Ｕ字状に立設されている。また、３６はセンサ固定ベース２７の上面に抵抗溶接などによって設けられるハーメチック端子で、抵抗体配線パターン３，４は、ハーメチック端子３６のリードピンを介して図外のブリッジ回路に接続される。３７は、熱式センサ１やハーメチック端子３６などを収納しこれらをカバーするためのセンサケースである。なお、本体ブロック２１、スリーブ３０などは、ステンレス、ニッケル、コバールなどの耐腐食性に優れた金属よりなる。
【００１８】
なお、この実施形態では抵抗体配線パターン３，４をスパッタあるいは真空蒸着等の公知の金属膜形成手段を用いて作成したが、公知のエッチングを用いて作成してもよい。この場合でも、抵抗体１８，１８や抵抗温度係数のバラツキ等を軽減できる。
【００１９】
また、熱式センサ１の、キャピラリ５の外周に巻き付けをポリイミド薄膜２の一方の面２ａの側から行ったが、ポリイミド薄膜２の他方の面２ｂ側から行ってもよい。
【００２０】
図４、図５は、上記第１の実施形態とは形状が異なる絶縁性シート２’を用いたこの発明の第２の実施形態を示す。なお、図４、図５において、図１〜図３で用いた符号と同一のものは、同一または相当物である。
【００２１】
図４、図５において、熱式センサ１’は、一枚の絶縁性シートとしてのポリイミド薄膜２’上に二つの抵抗体配線パターン３，４を形成してなる。そして、前記ポリイミド薄膜２’は、平面視で細長の形状をしている。具体的には、ポリイミド薄膜２’は、図５において斜めに配置された細い幅ｇの平面視ほぼ平行四辺形の部分４０と、この平行四辺形の部分４０の上辺Ｍを下辺とする平面視矩形部分４１と、前記平行四辺形の部分４０の下辺Ｎを上辺とする平面視矩形部分４２とを有する。ポリイミド薄膜２’の膜厚は、上記実施形態のポリイミド薄膜２と同一であり、例えば６μｍである。
【００２２】
そして、ポリイミド薄膜２’は、一方の面２ａにおける平行四辺形の部分４０に二つの抵抗体配線パターン３，４を有する。この二つの抵抗体配線パターン３，４は、適宜の間隔Ｄ’を有する中間部分４４を介して平行四辺形の部分４０の上下位置に設けられている。
【００２３】
配線パターン３，４は、ヒータとしての機能を有し、キャピラリ５における上流側領域Ｂおよび下流側領域Ｃに適宜の間隔をおいて位置されるものである。配線パターン３は、両矢印Ｅ’で示す方向に沿って櫛型に形成されている捲き込み部１０と、両矢印Ｈで示す方向に沿って形成された左右一対の引出し線１１，１１で構成される。一方、配線パターン４も、両矢印Ｅ’で示す方向に沿って櫛型に形成されている捲き込み部１０’と、両矢印Ｈで示す方向に沿って形成された左右一対の引出し線１１’，１１’で構成される。
【００２４】
而して、キャピラリ５の外周に対する熱式センサ１’の巻き付けをポリイミド薄膜２’の一方の面２ａの側から行う。この場合、ポリイミド薄膜２’の前記中間部分４４をキャピラリ５の外周に当て、二つの抵抗体配線パターン３，４の側がポリイミド被覆絶縁膜１２を介してキャピラリ５の外周に接するようにポリイミド薄膜２’の前記矩形部分４１と矩形部分４２をキャピラリ５の外周のまわりに捲き込んで行く。これにより、抵抗体配線パターン３および４をキャピラリ５における上流側領域Ｂおよび下流側領域Ｃに位置させることができる。また、熱式センサ１’のキャピラリ５の外周への固定は、熱収縮チューブを用いて行うこともできる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明では、絶縁性シート上に櫛型パターン部分を有する二つの抵抗体配線パターンを形成して熱式センサを構成し、更に、前記絶縁性シートを、内部に流体が流れる測定管路における上流側および下流側に適宜の間隔をおいて前記二つの抵抗体配線パターンの櫛型パターン部分を位置させるべく前記測定管路の外周に巻き付け可能なように変形する薄膜より構成し、前記二つの櫛型パターン部分の各櫛歯部分をそれぞれ前記測定管路の周方向に沿うように構成したので、熱式センサを容易に製作できるとともに、熱式センサのキャピラリへの設置のための熟練が不要で、かつ、従来用いた巻線に関連したノウハウを不要にできる。
【００２６】
また、抵抗体配線パターンを採用したことにより、抵抗値、抵抗温度係数のバラツキ等も軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１の実施形態に係る熱式センサを測定管路の外周に設置する前の状態を示す図である。
【図２】  上記実施形態において、熱式センサを測定管路の外周に設置した状態を示す図である。
【図３】  上記実施形態の熱式センサを組み込んであるマスフローメータを示す構成説明図である。
【図４】  この発明の第２の実施形態に係る熱式センサを測定管路の外周に設置した状態を示す図である。
【図５】  上記第２の実施形態において、熱式センサの測定管路の外周への設置前の状態を示す図である。
【図６】  従来例を示す正面図である。
【符号の説明】
１…熱式センサ、２…ポリイミド薄膜（絶縁性シート）、３，４…抵抗体配線パターン、５…キャピラリ（測定管路）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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