JP2004212356A

JP2004212356A - Flow sensor

Info

Publication number: JP2004212356A
Application number: JP2003002729A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Murakami; 修一村上; Koji Inoue; 幸二井上; Masaru Okumura; 勝奥村; Yasuhiro Sasai; 泰弘笹井
Original assignee: Osaka Prefecture; Kofloc KK
Current assignee: Osaka Prefecture; Kofloc KK
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-07-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow sensor realizing size reduction without being limited in attachment attitude or without causing convection, even for a split flow structure. <P>SOLUTION: On both surfaces of a flow base 2, grooves 16a and 16b for flow path are provided and a penetration hole 17 for connecting the grooves 16a and 16b are provided. Penetration holes 9a (9b), through one surface to the other, are provided on each. Two sheets of sensor base plates 3a and 3b, where thin film resistors 6a (6b) for heater and thin film resistors 7a (7b) for surrounding temperature detection are formed, are arranged at positions, where each of the thin film resistors 6a (6b) for heater is arranged facing the grooves 16a and 16b so that the thin film resistors 7a (7b) are arranged at position close to the penetration holes 9a (9b). The sensor base plate 3a is pasted on one surface of the flow path base 2, and the sensor base plate 3b is pasted on the other surface of the flow path base 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体の流量を測定する熱式のフローセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フローセンサには、流路の上流側と下流側にヒータを配置し、上流側と下流側で流れ無しで熱的平衡を保ち、流れにより熱的平衡が崩れると、これを検出して流量を測定するものがある。この種のフローセンサにおいて、従来、シリコン基板上にパターン形成された金属膜からなる２つのヒータを形成し、一方のヒータから他方のヒータへガスを流通させるためのガス流路を形成するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、熱線を形成した測定チップを基板に実装し、主流路とは別にセンサ流路を、測定チップと基板との間に溝で形成し、かつセンサ流路に熱線を橋設したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、流路に逆Ｕ字状の細管を用い、一方の垂直部分にセンサコイルとしての第１と第２の感熱抵抗体を巻設し、他の垂直部分にヒータコイルとして第３の感熱抵抗体を巻設するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３４０６４６号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−１６８６６９号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平１１−１６０１２０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１に記載のフローセンサでは、図１７の（ａ）に示すように、上流用ヒータ３０ａと下流用ヒータ３０ｂを水平に置いたとき、流れ無しで熱分布が平衡しており、流れが生じると、図１７の（ｂ）に示すように、熱分布が崩れて、ブリッジ回路により流量を検出できるが、図１７の（ｃ）に示すように、垂直置きにすると流れ無しの場合でも、熱分布が崩れるという問題がある。
【０００９】
また、このようなフローセンサを主流路に並設されるセンサ流路に適用したり、特許文献２に記載のフローセンサ等では、図１８の（ａ）に示すように、水平置きにし、流れ無しの場合、熱分布平衡しているが、図１８の（ｂ）に示すように、垂直置きにすると、熱分布が崩れ、センサ流路３２と主流路３１間で対流が起こる。したがって、上流側と下流側の感熱抵抗体を水平に配置したものでは、設置姿勢に制限を受けるという問題がある。また、特許文献３の技術では、姿勢による制限は不要であるが、逆Ｕ字状の細管を用いるので、計器の設置スペースが大となり、小型化に問題がある。
【００１０】
この発明は、上記問題点に着目してなされたものであって、取り付け姿勢に制限を受けることなく、分流構造としても対流を起こすことなく、かつ小型化を実現し得るフローセンサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るフローセンサは、流路ベースに形成される流路の上流側と下流側のそれぞれに少なくとも薄膜抵抗体を設けるフローセンサにおいて、前記流路を前記流路ベースの表面、表面から裏面及び裏面にわたり形成し、前記流路ベースの表面あるいは裏面のいずれか一方の流路に上流用の薄膜抵抗体を配置し、前記流路ベースの表面あるいは裏面のいずれか一方の流路に対する他方の流路に下流用の薄膜抵抗体を配置している。
【００１２】
また、請求項２に係るフローセンサは、一面と他面に流路用の溝を設けるとともに、この一面及び他面の流路用の溝を先端で連通するための第１の貫通穴を有する流路ベースと、各々に、一面から他面に貫通する第２の貫通穴を有するとともに、一面に少なくとも１つの薄膜抵抗体をそれぞれに形成してなる第１のセンサ基板、第２のセンサ基板とを備え、前記第１のセンサ基板の前記一面が前記流路ベースの一面に貼着され、前記第２のセンサ基板の前記一面が前記流路ベースの他面に貼着されている。
【００１３】
また、請求項６に係るフローセンサは、一面から他面に貫通する第１の貫通穴と、一面と他面のそれぞれに少なくとも１つの薄膜抵抗体を形成してなるセンサ基板と、各々に、一面から他面に貫通する第２の貫通穴を有するとともに、一面に流路用の溝を設けた第１の流路ベース、第２の流路ベースとを備え、前記第１の流路ベースの前記一面が前記センサ基板の一面に貼着され、前記第２の流路ベースの前記一面が前記流路ベースの他面に貼着されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施形態であるフローセンサの分解斜視図である。また、図２の（ａ）が同実施形態フローセンサの正面図、図２の（ｂ）が同フローセンサの中央部の縦断面図である。
【００１５】
この実施形態フローセンサ１は、流路ベース２と、この流路ベース２に左右（表裏）両側から装着されるセンサ基板３ａ、３ｂと、更にセンサ基板３ａ、３ｂ装着済みの流路ベース２を左右両側から一体的に収容する筐体４ａ、４ｂとから構成されている。流路ベース２、センサ基板３ａ、３ｂには、シリコン等の半導体や樹脂板などが使用され、筐体４ａ、４ｂには、樹脂板、金属板などが使用される。
【００１６】
センサ基板３ａ（３ｂ）には、図３〔図３の（ａ）は正面図、図３の（ｂ）は縦断面図〕に示すように、表面に絶縁膜１２ａ（１２ｂ）を形成している。更に、絶縁膜１２ａ（１２ｂ）上に、薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）を形成している。この薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）は流量測定用のヒータである。また、絶縁膜１２ａ（１２ｂ）上には、薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）と同様の薄膜抵抗体７ａ（７ｂ）を１つ以上、他の場所に形成している。これら薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）、７ａ（７ｂ）の上層に、保護膜１３ａ（１３ｂ）を形成している。薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）は、熱絶縁性が良いように、絶縁膜１２ａ（１２ｂ）の下側に流体の流路の一部となる溝１０ａ（１０ｂ）を設けている。特に薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）の下部の絶縁膜１２ａ（１２ｂ）は、溝１０ａ（１０ｂ）に橋設するブリッジ部２１ａ（２１ｂ）を構成している。また、流路の出入口として、溝１０ａ（１０ｂ）より下方に、貫通穴９ａ（９ｂ）を形成する。この貫通穴９ａ（９ｂ）の近傍に薄膜抵抗体７ａ（７ｂ）を形成している。この薄膜抵抗体７ａ（７ｂ）は、周囲温度測定用の抵抗体である。８Ａａ（８Ａｂ）、８Ｂａ（８Ｂｂ）、８Ｃａ（８Ｃｂ）は薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）、７ａ（７ｂ）接続用の電極パターンである。
【００１７】
流路ベース２には、図５に示すように、センサ基板貼り合わせ凹部１４ａ、１４ｂと、周囲温度測定スペース１５ａ、１５ｂと、流路溝１６ａ、１６ｂと、表面から裏面（一方の側から他方の側）へ貫通する貫通穴１７を備えている。この流路ベース２の流路は、流路１６ａ、１６ｂが長手方向に延設されており、周囲温度測定スペース１５ａ、表面の流路１６ａ、貫通穴１７、裏面の流路１６ｂ、周囲温度測定スペース１５ｂと連通している。周囲温度測定スペース１５ａ、１５ｂは、ここでは浅い円筒状をしている。この流路ベース２の両側のセンサ基板貼り合わせ凹部１４ａ（１４ｂ）に、センサ基板３ａ（３ｂ）が嵌められ、貼り付けられる。以上の各構成は、機械加工による製作、もしくはマイクロマシンニングによる製作が可能である。
【００１８】
筐体４ａ（４ｂ）には、図６に示すように、流路ベース貼り合わせ凹部１８ａ（１８ｂ）と、流路入口、出口となる貫通穴１９ａ（１９ｂ）と、リード取り出し部２０ａ（２０ｂ）とを備えており、流路ベース貼り合わせ凹部１８ａ（１８ｂ）にそれぞれ流路ベース２の両側が嵌め込まれて貼り付ける。貼り付けられた状態で、貫通穴１９ａ（１９ｂ）は、センサ基板３ａ（３ｂ）の貫通穴９ａ（９ｂ）に連通している。
【００１９】
この実施形態フローセンサでは、流路ベース２の溝１６ａ、１６ｂと基板３ａ（３ｂ）の溝１０ａ（１０ｂ）の両方で流路を形成し、その間に、薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）を形成しているので、流体と薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）間とで効率良く熱量を授受できる。
【００２０】
図４は、図３に示す基板３ａ（３ｂ）に代えて使用できる他の基板を示している。この基板３ａ（３ｂ）は、図３に示す基板３ａ（３ｂ）のような溝１０ａ（１０ｂ）を設けることなく、半導体基板の上面に絶縁膜１２ａ（１２ｂ）を形成し、その上層に薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）を形成し、更にその上層に保護膜１３ａ（１３ｂ）を形成している。そして、最後に薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）を形成する側とは逆側からエッチングしてダイヤフラム１１ａ（１１ｂ）を形成している。このような基板３ａ（３ｂ）を用いると、流路中の障害物がなくなり、流体の乱れを小さくすることができる。
【００２１】
この実施形態フローセンサでは、センサ基板３ａ（３ｂ）の溝１０ａ（１０ｂ）は、図３の（ａ）において、中心より右側に偏った位置にあり、この溝１０ａ（１０ｂ）が流路ベース２の溝１６ａ（１６ｂ）に向かい合う箇所で、センサ基板３ａ（３ｂ）がそれぞれ流路ベース２のセンサ基板貼り合わせ凹部１４ａ（１４ｂ）に嵌められ、装着されている。そのため、組み立てられた状態で、センサ基板３ａ（３ｂ）の電極８Ａａ（８Ａｂ）、８Ｂａ（８Ｂｂ）、８Ｃａ（８Ｃｂ）が、筐体４ａ（４ｂ）のリード取り出し部２０ａ（２０ｂ）の空間を介して、外部に露出している。この電極８Ａａ（８Ａｂ）、８Ｂａ（８Ｂｂ）、８Ｃａ（８Ｃｂ）をリード線あるいはコネクタにより、センサ外部の回路部に接続する。
【００２２】
次に、他の実施形態フローセンサを、図７、図８、図９を参照して説明する。図７はこの実施形態フローセンサの正面図、縦断面図を、図８はこの実施形態フローセンサの流路ベースの正面図、縦断面図を、図９はこの実施形態フローセンサのセンサ基板の正面図、縦断面図を示している。図５に示す流路ベース２は、機械加工により、センサ基板貼り合わせ凹部１４ａ（１４ｂ）、周囲温度測定スペース１５ａ（１５ｂ）等を形成したものであるが、この実施形態では、マイクロマシニングにより、加工した流路ベース２を使用している。つまり、流路ベース２は、図８に示すように、表裏両面に長手方向に流路用の溝１６ａ（１６ｂ）を設けるとともに、表面から裏面に、貫通穴１７を形成している。この実施形態フローセンサは、前記流路ベース２の両側に、図９に示すセンサ基板３ａ（３ｂ）を貼り付けている。流体の入力口、あるいは出力口となる貫通穴９ａ（９ｂ）には、近傍に薄膜抵抗体７ａ（７ｂ）が形成されている。
【００２３】
この実施形態においても、センサ基板３ａ（３ｂ）の溝１０ａ（１０ｂ）は、図９の（ａ）に示すように、中心より右側に偏った位置にあり、この溝１０ａ（１０ｂ）が流路ベース２の溝１６ａ（１６ｂ）に向かい合う箇所で、センサ基板３ａ（３ｂ）がそれぞれ流路ベース２に貼り合わせられると、センサ基板３ａ（３ｂ）の電極８Ａａ（８Ａｂ）、８Ｂａ（８Ｂｂ）、８Ｃａ（８Ｃｂ）が外部に露出する。これにより、フローセンサを外部に接続可能としている。
【００２４】
この実施形態フローセンサでは、一方の貫通穴９ａから入力した流体は、流路ベース２の溝１６ａ、更に途中からセンサ基板３ａの溝１０ａも含めて流れ、流路ベース２の貫通穴１７を経て、他方のセンサ基板３ｂの溝１０ｂ及び流路ベース２の溝１６ｂに至る。この実施形態フローセンサでは、流路ベースもマイクロマシニング加工が可能なので、低コストでフローセンサを製作できる。
【００２５】
更に、他の実施形態フローセンサを図１０、図１１、図１２を参照して説明する。図１０はこの実施形態フローセンサの正面図、縦断面図、図１１はこの実施形態フローセンサの流路ベースの正面図、縦断面図、図１２はこの実施形態フローセンサのセンサ基板の正面図、縦断面図を示している。この実施形態フローセンサは、図１０に示すように、１枚のセンサ基板３に、２枚の流路ベース２ａ、２ｂが両側から貼着されて構成されている。流路ベース２ａ、２ｂは筐体を兼ねても良いし、その外側に別途、筐体を設けても良い。
【００２６】
センサ基板３は、図１２に示すように、両表面上に絶縁膜１２ａ、１２ｂを形成している。この絶縁膜１２ａ、１２ｂ上に、薄膜抵抗体６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂを形成し、その上層に保護膜１３ａ、１３ｂを形成している。その後、エッチングにより、表裏にそれぞれ長手方向に溝１０ａ、１０ｂを形成するとともに、溝１０ａ、１０ｂより先端側に表面から裏面に貫通穴２７を形成している。
【００２７】
絶縁膜１２ａ、１２ｂ上の薄膜抵抗体６ａ、６ｂは、溝１０ａを橋絡するように設けている。薄膜抵抗体７ａ、７ｂは、同一面の溝１０ａが形成されない先端側に設けられている。この薄膜抵抗体７ａ、７ｂの位置は、図１０、図１１に示す流路ベース２ａ（２ｂ）の貫通穴１５ａ（１５ｂ）に対応する位置、つまり貫通穴１５ａ（１５ｂ）の近傍位置に配置されている。センサ基板３の表面には、更に薄膜抵抗体６ａ、７ａに接続した電極８Ａａ、８Ｂａ、８Ｃａが設けられている。また、センサ基板３の裏面には、表面と同様に、溝１０ｂ、薄膜抵抗体６ｂ、７ｂ及び電極８Ａｂ、８Ｂｂ、８Ｃｂが形成されている。これら電極８Ａａ、８Ｂａ、８Ｃａと８Ａｂ、８Ｂｂ、８Ｃｂは、それぞれ互いに他端に位置するように配置しているので、流路ベース２ａ（２ｂ）が両側から貼着されたときに、流路ベース２ａ（２ｂ）の切欠部より露出する。そのため、フローセンサを外部に接続できる。
【００２８】
２枚の流路ベース２ａ（２ｂ）は、図１１に示すように、片面にセンサ基板貼り合わせ凹部１４ａ（１４ｂ）と、周囲温度測定スペース１５ａ（１５ｂ）と、流路溝１６ａ（１６ｂ）とを備えている。この流路ベース２ａ（２ｂ）の周囲温度測定スペース１５ａ（１５ｂ）は貫通穴となっている。
【００２９】
更に、他の実施形態フローセンサを、図１３、図１４、図１５を参照して説明する。図１３はこの実施形態フローセンサの正面図、縦断面図を、図１４はこの実施形態フローセンサの流路ベースの正面図、縦断面図を、図１５はこの実施形態フローセンサのセンサ基板の正面図、縦断面図を示す図である。この実施形態フローセンサも、図１３に示すように、１枚のセンサ基板３と、このセンサ基板３を両側から挟んで貼着する２枚の流路ベース２ａ、２ｂとから構成されている。センサ基板３は、図１５に示すように、上記実施形態の図１２に示したものと同様である。この実施形態では、マイクロマシニングにより、加工した流路ベース２ａ（２ｂ）を使用している。つまり、流路ベース２ａ（２ｂ）は、図１４に示すように、表裏のいずれか一面にのみ、長手方向に流路用の溝１６ａ（１６ｂ）を設けるとともに、流路用の溝１６ａ（１６ｂ）の位置を外して、表面から裏面に貫通穴１５ａ（１５ｂ）を形成している。この実施形態フローセンサは、センサ基板３の両側に流路ベース２ａ（２ｂ）を貼り付けている。
【００３０】
この実施形態フローセンサでも、流路ベースについて、マイクロマシニング加工が可能なので、低コストでフローセンサを製作できる。
【００３１】
この発明のフローセンサでは、図１６に示すように、図１６の（ａ）の如く、水平置きし、流れ無しで熱分布平衡状態にあり、また、図１６の（ｂ）のように、それから垂直置きしても、センサ基板、流路ベースを介して熱量が移動することなく、流れ無しであれば、熱分布平衡が崩れることはない。
【００３２】
なお、上記各実施形態においては、上流側と下流側に、それぞれ第１の薄膜抵抗体６ａ（６ｂ）の他に、第２の薄膜抵抗体７ａ（７ｂ）を設けた場合について説明したが、この発明において、上流側と下流側のどの箇所に、いかなる抵抗体を何個設けるかについて限定されるものではなく、フローセンサの用途に応じて適宜選択すれば良い。
【００３３】
【発明の効果】
この発明によれば、流路を前記流路ベースの表面、表面から裏面及び裏面にわたり形成し、前記流路ベースの表面あるいは裏面のいずれか一方の流路に上流用の薄膜抵抗体を配置し、前記流路ベースの表面あるいは裏面のいずれか一方の流路に対する他方の流路に下流用の薄膜抵抗体を配置しているので、フローセンサの小型化が実現できるばかりか、水平とするか垂直とするかの姿勢の変更によって熱分布の影響を受けないので、測定姿勢の制限を受けることなく、また、副流路型センサとしても対流が生じて設定誤差が生じるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態フローセンサの構成を示す分解斜視図である。
【図２】同実施形態フローセンサを説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】同実施形態フローセンサのセンサ基板を説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図４】同実施形態フローセンサに使用可能な他のセンサ基板を説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】同実施形態フローセンサの流路ベースを説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図６】同実施形態フローセンサの筐体を説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図７】この発明の他の実施形態であるフローセンサを説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図８】同実施形態フローセンサの流路ベースを説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図９】同実施形態フローセンサのセンサ基板を説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１０】この発明の他の実施形態であるフローセンサを説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１１】同実施形態フローセンサの流路ベースを説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１２】同実施形態フローセンサのセンサ基板を説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１３】この発明の他の実施形態であるフローセンサを説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１４】同実施形態フローセンサの流路ベースを説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１５】同実施形態フローセンサのセンサ基板を説明する図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１６】この発明のフローセンサの設置姿勢を変更した場合を説明する図である。
【図１７】従来のフローセンサの設置姿勢を変更した場合の問題点を説明する図である。
【図１８】従来の他のフローセンサの設置姿勢を変更した場合の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１フローセンサ
２、２ａ、２ｂ流路ベース
３、３ａ、３ｂセンサ基板
４ａ、４ｂ筐体
６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ薄膜抵抗体
８Ａａ、８Ａｂ、８Ｂａ、８Ｂｂ、８Ｃａ、８Ｃｂ電極
９ａ、９ｂセンサ基板の貫通穴
１０ａ、１０ｂセンサ基板の溝
１４ａ、１４ｂ基板貼り合わせ溝
１５ａ、１５ｂ周囲温度測定スペース
１６ａ、１６ｂ流路ベースの流路溝
１７流路ベースの貫通穴[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal type flow sensor for measuring a flow rate of a fluid.
[0002]
[Prior art]
In the flow sensor, heaters are arranged on the upstream and downstream sides of the flow path, and thermal equilibrium is maintained without flow on the upstream and downstream sides. When thermal equilibrium is broken by flow, this is detected and the flow rate is detected. Something to measure. Conventionally, in this type of flow sensor, two heaters made of a metal film patterned on a silicon substrate are formed, and a gas flow path for flowing gas from one heater to the other heater is formed. The following is known (for example, refer to Patent Document 1).
[0003]
It is also known that a measurement chip having a hot wire is mounted on a substrate, a sensor flow channel is formed separately from the main flow channel by a groove between the measurement chip and the substrate, and a hot wire is bridged to the sensor flow channel. (For example, see Patent Document 2).
[0004]
In addition, an inverted U-shaped thin tube is used for the flow path, and first and second thermosensitive resistors as sensor coils are wound around one vertical portion, and a third thermosensitive resistor as a heater coil is wound around the other vertical portion. 2. Description of the Related Art A device for winding a body is known (for example, see Patent Document 3).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-340646 A
[Patent Document 2]
JP-A-2002-168669
[Patent Document 3]
JP-A-11-160120
[Problems to be solved by the invention]
In the flow sensor described in Patent Document 1 described above, as shown in FIG. 17A, when the upstream heater 30a and the downstream heater 30b are placed horizontally, the heat distribution is balanced without flow, When the flow occurs, the heat distribution is broken as shown in FIG. 17B, and the flow rate can be detected by the bridge circuit. However, as shown in FIG. However, there is a problem that the heat distribution is disrupted.
[0009]
In addition, such a flow sensor is applied to a sensor flow path arranged in parallel with a main flow path, and in a flow sensor or the like described in Patent Document 2, as shown in FIG. When there is no heat distribution, the heat distribution is in equilibrium. However, as shown in FIG. 18 (b), when placed vertically, the heat distribution is broken, and convection occurs between the sensor flow path 32 and the main flow path 31. Therefore, when the upstream and downstream heat sensitive resistors are arranged horizontally, there is a problem that the installation posture is restricted. Further, in the technique of Patent Document 3, although there is no need to restrict by posture, since the inverted U-shaped thin tube is used, the installation space for the instrument becomes large, and there is a problem in miniaturization.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a flow sensor capable of realizing miniaturization without being restricted by the mounting posture, without causing convection even in a branching structure. With the goal.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The flow sensor according to claim 1 of the present invention is a flow sensor in which at least a thin film resistor is provided on each of an upstream side and a downstream side of a flow path formed in a flow path base, wherein the flow path is formed on a surface of the flow path base. Formed from the front surface to the back surface and the back surface, an upstream thin-film resistor is disposed in either the front surface or the back surface of the flow path base, and the flow path of either the front surface or the back surface of the flow path base is formed. A downstream thin-film resistor is arranged in the other flow path with respect to the path.
[0012]
In addition, the flow sensor according to claim 2 has a flow channel groove on one surface and the other surface, and has a first through hole for communicating the flow channel groove on one surface and the other surface at the tip. A first sensor substrate and a second sensor substrate each having a flow path base and a second through hole penetrating from one surface to the other surface and having at least one thin film resistor formed on one surface. Wherein the one surface of the first sensor substrate is adhered to one surface of the flow channel base, and the one surface of the second sensor substrate is adhered to another surface of the flow channel base.
[0013]
Further, a flow sensor according to claim 6, a first through-hole penetrating from one surface to the other surface, a sensor substrate having at least one thin film resistor formed on each of the one surface and the other surface, A first channel base having a second through-hole penetrating from one surface to the other surface and a channel groove provided on one surface, and a first channel base; Is attached to one surface of the sensor substrate, and the one surface of the second channel base is attached to the other surface of the channel base.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. FIG. 1 is an exploded perspective view of a flow sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a front view of the flow sensor of the embodiment, and FIG. 2B is a longitudinal sectional view of a central portion of the flow sensor.
[0015]
The flow sensor 1 of this embodiment includes a flow path base 2, sensor substrates 3a and 3b mounted on the flow path base 2 from both left and right (front and back) sides, and a flow path base 2 having the sensor substrates 3a and 3b mounted thereon. And housings 4a and 4b integrally housed from both left and right sides. A semiconductor such as silicon or a resin plate is used for the flow path base 2 and the sensor substrates 3a and 3b, and a resin plate and a metal plate are used for the housings 4a and 4b.
[0016]
As shown in FIG. 3 (FIG. 3A is a front view, FIG. 3B is a longitudinal sectional view), an insulating film 12a (12b) is formed on the sensor substrate 3a (3b). I have. Further, the thin film resistor 6a (6b) is formed on the insulating film 12a (12b). This thin film resistor 6a (6b) is a heater for measuring the flow rate. On the insulating film 12a (12b), one or more thin-film resistors 7a (7b) similar to the thin-film resistors 6a (6b) are formed at other locations. A protective film 13a (13b) is formed on the thin film resistors 6a (6b) and 7a (7b). The thin film resistor 6a (6b) is provided with a groove 10a (10b) that is a part of a fluid flow path below the insulating film 12a (12b) so as to have good thermal insulation. In particular, the insulating film 12a (12b) under the thin film resistor 6a (6b) forms a bridge portion 21a (21b) that bridges the groove 10a (10b). Further, through holes 9a (9b) are formed below the grooves 10a (10b) as entrances and exits of the flow path. A thin film resistor 7a (7b) is formed near the through hole 9a (9b). This thin film resistor 7a (7b) is a resistor for measuring the ambient temperature. 8Aa (8Ab), 8Ba (8Bb) and 8Ca (8Cb) are electrode patterns for connecting the thin film resistors 6a (6b) and 7a (7b).
[0017]
As shown in FIG. 5, the flow path base 2 includes sensor substrate bonding concave portions 14a and 14b, ambient temperature measurement spaces 15a and 15b, flow channel grooves 16a and 16b, and a surface to a back surface (from one side to the other side). Side). In the flow path of the flow path base 2, the flow paths 16a and 16b are extended in the longitudinal direction, and the ambient temperature measurement space 15a, the flow path 16a on the front surface, the through hole 17, the flow path 16b on the back surface, the ambient temperature measurement It communicates with the space 15b. The ambient temperature measurement spaces 15a and 15b have a shallow cylindrical shape here. The sensor substrates 3a (3b) are fitted into and adhered to the sensor substrate bonding concave portions 14a (14b) on both sides of the flow path base 2. Each of the above configurations can be manufactured by machining or micromachining.
[0018]
As shown in FIG. 6, the housing 4a (4b) has a flow path base bonding recess 18a (18b), a through hole 19a (19b) serving as a flow path inlet / outlet, and a lead take-out part 20a (20b). And both sides of the flow path base 2 are fitted into the flow path base bonding recesses 18a (18b) and bonded. In the attached state, the through holes 19a (19b) communicate with the through holes 9a (9b) of the sensor substrate 3a (3b).
[0019]
In the flow sensor of this embodiment, a flow path is formed by both the grooves 16a and 16b of the flow path base 2 and the grooves 10a (10b) of the substrate 3a (3b), and a thin film resistor 6a (6b) is formed therebetween. Therefore, heat can be efficiently transferred between the fluid and the thin film resistor 6a (6b).
[0020]
FIG. 4 shows another substrate that can be used in place of the substrate 3a (3b) shown in FIG. This substrate 3a (3b) has an insulating film 12a (12b) formed on the upper surface of a semiconductor substrate without providing a groove 10a (10b) like the substrate 3a (3b) shown in FIG. The body 6a (6b) is formed, and a protective film 13a (13b) is further formed thereon. Finally, the diaphragm 11a (11b) is formed by etching from the side opposite to the side on which the thin film resistor 6a (6b) is formed. When such a substrate 3a (3b) is used, obstacles in the flow path are eliminated, and turbulence of the fluid can be reduced.
[0021]
In the flow sensor of this embodiment, the groove 10a (10b) of the sensor substrate 3a (3b) is located at a position deviated rightward from the center in FIG. 3A, and the groove 10a (10b) is The sensor substrates 3a (3b) are fitted and mounted in the sensor substrate bonding concave portions 14a (14b) of the flow path base 2 at locations facing the grooves 16a (16b). Therefore, in the assembled state, the electrodes 8Aa (8Ab), 8Ba (8Bb), and 8Ca (8Cb) of the sensor substrate 3a (3b) pass through the space of the lead extraction portion 20a (20b) of the housing 4a (4b). And is exposed to the outside. The electrodes 8Aa (8Ab), 8Ba (8Bb), and 8Ca (8Cb) are connected to a circuit outside the sensor by a lead wire or a connector.
[0022]
Next, another embodiment of the flow sensor will be described with reference to FIGS. 7, 8, and 9. FIG. 7 is a front view and a longitudinal sectional view of the flow sensor of this embodiment, FIG. 8 is a front view and a longitudinal sectional view of a flow path base of the flow sensor of this embodiment, and FIG. It shows a front view and a longitudinal sectional view. The flow path base 2 shown in FIG. 5 is one in which a sensor substrate bonding concave portion 14a (14b), an ambient temperature measurement space 15a (15b), and the like are formed by machining, but in this embodiment, by micromachining. The processed channel base 2 is used. That is, as shown in FIG. 8, the flow path base 2 is provided with flow path grooves 16a (16b) on both the front and back surfaces in the longitudinal direction, and has a through hole 17 from the front surface to the back surface. In the flow sensor of this embodiment, sensor substrates 3a (3b) shown in FIG. 9 are attached to both sides of the flow path base 2. A thin film resistor 7a (7b) is formed in the vicinity of the through hole 9a (9b) serving as a fluid input port or fluid output port.
[0023]
Also in this embodiment, the groove 10a (10b) of the sensor substrate 3a (3b) is located at a position deviated rightward from the center as shown in FIG. 9A, and the groove 10a (10b) When the sensor substrate 3a (3b) is bonded to the flow path base 2 at a location facing the groove 16a (16b) of the base 2, the electrodes 8Aa (8Ab), 8Ba (8Bb), and 8Ca of the sensor substrate 3a (3b) are bonded. (8Cb) is exposed to the outside. Thereby, the flow sensor can be connected to the outside.
[0024]
In the flow sensor of this embodiment, the fluid input from one through hole 9a flows along the groove 16a of the flow path base 2 and further along the groove 10a of the sensor substrate 3a, and passes through the through hole 17 of the flow path base 2. To the groove 10b of the other sensor substrate 3b and the groove 16b of the flow path base 2. In the flow sensor of this embodiment, the flow base can also be micro-machined, so that the flow sensor can be manufactured at low cost.
[0025]
Further, another embodiment of the flow sensor will be described with reference to FIGS. 10, 11, and 12. FIG. FIG. 10 is a front view and a longitudinal sectional view of the flow sensor of this embodiment. FIG. 11 is a front view and a longitudinal sectional view of a flow path base of the flow sensor of this embodiment. FIG. 12 is a front view of a sensor substrate of the flow sensor of this embodiment. FIG. As shown in FIG. 10, the flow sensor according to this embodiment is configured such that two flow path bases 2a and 2b are adhered to one sensor substrate 3 from both sides. The flow path bases 2a and 2b may also serve as a housing, or a separate housing may be provided outside thereof.
[0026]
As shown in FIG. 12, the sensor substrate 3 has insulating films 12a and 12b formed on both surfaces. Thin film resistors 6a, 6b, 7a, 7b are formed on the insulating films 12a, 12b, and protective films 13a, 13b are formed thereon. Thereafter, the grooves 10a and 10b are formed in the longitudinal direction on the front and back sides by etching, and the through holes 27 are formed from the front surface to the back surface on the tip side from the grooves 10a and 10b.
[0027]
The thin film resistors 6a and 6b on the insulating films 12a and 12b are provided so as to bridge the groove 10a. The thin film resistors 7a and 7b are provided on the front end side where the grooves 10a on the same surface are not formed. The positions of the thin film resistors 7a and 7b are arranged at positions corresponding to the through holes 15a (15b) of the flow path base 2a (2b) shown in FIGS. 10 and 11, that is, at positions near the through holes 15a (15b). ing. On the surface of the sensor substrate 3, electrodes 8Aa, 8Ba, 8Ca connected to the thin film resistors 6a, 7a are further provided. On the back surface of the sensor substrate 3, similarly to the front surface, a groove 10b, thin film resistors 6b, 7b, and electrodes 8Ab, 8Bb, 8Cb are formed. Since these electrodes 8Aa, 8Ba, 8Ca and 8Ab, 8Bb, 8Cb are respectively located at the other ends, when the flow path base 2a (2b) is adhered from both sides, the flow path base It is exposed from the notch 2a (2b). Therefore, the flow sensor can be connected to the outside.
[0028]
As shown in FIG. 11, the two flow path bases 2a (2b) have, on one side, a sensor substrate bonding recess 14a (14b), an ambient temperature measurement space 15a (15b), and a flow path groove 16a (16b). It has. The ambient temperature measurement space 15a (15b) of the flow path base 2a (2b) is a through hole.
[0029]
Further, another embodiment of the flow sensor will be described with reference to FIGS. 13, 14, and 15. FIG. 13 is a front view and a longitudinal sectional view of the flow sensor according to the embodiment, FIG. 14 is a front view and a longitudinal sectional view of the flow path base of the flow sensor according to the embodiment, and FIG. It is a figure which shows a front view and a longitudinal cross-sectional view. As shown in FIG. 13, the flow sensor of this embodiment also includes one sensor substrate 3 and two flow path bases 2a and 2b that stick the sensor substrate 3 from both sides. As shown in FIG. 15, the sensor substrate 3 is the same as that shown in FIG. 12 of the above embodiment. In this embodiment, the channel base 2a (2b) processed by micromachining is used. That is, as shown in FIG. 14, the channel base 2a (2b) is provided with the channel groove 16a (16b) in the longitudinal direction on only one of the front and back surfaces, and the channel groove 16a (16b). The through hole 15a (15b) is formed from the front surface to the rear surface except for the position of ()). In the flow sensor of this embodiment, the flow path bases 2a (2b) are attached to both sides of the sensor substrate 3.
[0030]
Also in this embodiment, the flow sensor can be micro-machined on the flow path base, so that the flow sensor can be manufactured at low cost.
[0031]
In the flow sensor of the present invention, as shown in FIG. 16, as shown in FIG. 16 (a), it is placed horizontally, in a heat distribution equilibrium state without flow, and as shown in FIG. 16 (b), Even if it is placed vertically, the heat distribution does not move through the sensor substrate and the flow path base, and if there is no flow, the heat distribution equilibrium does not collapse.
[0032]
In each of the above embodiments, the case where the second thin film resistor 7a (7b) is provided on the upstream side and the downstream side in addition to the first thin film resistor 6a (6b), respectively. In the present invention, there is no limitation on the number of resistors and the number of resistors provided at any positions on the upstream side and the downstream side, and may be appropriately selected according to the use of the flow sensor.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, a flow path is formed from the front surface of the flow channel base, the front surface to the rear surface and the rear surface, and the upstream thin film resistor is arranged in one of the flow channels of the front surface or the rear surface of the flow channel base. Since the downstream thin film resistor is arranged in the other flow path with respect to either the front surface or the back surface of the flow path base, not only can the size of the flow sensor be reduced, but also the flow sensor can be made horizontal. Since the influence of the heat distribution is not affected by the change of the posture to be vertical, the measurement posture is not restricted, and the setting error due to the convection of the sub-channel type sensor can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a flow sensor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating the flow sensor according to the embodiment, wherein FIG. 2A is a front view thereof, and FIG.
FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating a sensor substrate of the flow sensor according to the embodiment, wherein FIG. 3A is a front view and FIG. 3B is a longitudinal sectional view.
4A and 4B are diagrams illustrating another sensor substrate that can be used in the flow sensor of the embodiment, wherein FIG. 4A is a front view and FIG. 4B is a longitudinal sectional view.
5A and 5B are diagrams illustrating a flow path base of the flow sensor according to the embodiment, wherein FIG. 5A is a front view thereof, and FIG. 5B is a longitudinal sectional view.
FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating a housing of the flow sensor according to the embodiment, wherein FIG. 6A is a front view and FIG. 6B is a longitudinal sectional view.
FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating a flow sensor according to another embodiment of the present invention, wherein FIG. 7A is a front view and FIG. 7B is a longitudinal sectional view.
8A and 8B are diagrams illustrating a flow channel base of the flow sensor according to the embodiment, wherein FIG. 8A is a front view and FIG. 8B is a longitudinal sectional view.
9A and 9B are diagrams illustrating a sensor substrate of the flow sensor according to the same embodiment, wherein FIG. 9A is a front view and FIG. 9B is a longitudinal sectional view.
10A and 10B are diagrams illustrating a flow sensor according to another embodiment of the present invention, wherein FIG. 10A is a front view and FIG. 10B is a longitudinal sectional view.
FIGS. 11A and 11B are diagrams illustrating a flow path base of the flow sensor according to the embodiment, wherein FIG. 11A is a front view and FIG. 11B is a longitudinal sectional view.
FIGS. 12A and 12B are diagrams illustrating a sensor substrate of the flow sensor according to the embodiment, wherein FIG. 12A is a front view and FIG. 12B is a longitudinal sectional view.
13A and 13B are diagrams illustrating a flow sensor according to another embodiment of the present invention, wherein FIG. 13A is a front view and FIG. 13B is a longitudinal sectional view.
14A and 14B are diagrams illustrating a flow path base of the flow sensor according to the embodiment, wherein FIG. 14A is a front view thereof, and FIG. 14B is a longitudinal sectional view.
FIGS. 15A and 15B are diagrams illustrating a sensor substrate of the flow sensor of the embodiment, wherein FIG. 15A is a front view and FIG. 15B is a longitudinal sectional view.
FIG. 16 is a diagram illustrating a case where the installation posture of the flow sensor of the present invention is changed.
FIG. 17 is a diagram illustrating a problem when the installation posture of a conventional flow sensor is changed.
FIG. 18 is a diagram illustrating a problem when the installation posture of another conventional flow sensor is changed.
[Explanation of symbols]
1 Flow sensor 2, 2a, 2b Flow path base 3, 3a, 3b Sensor substrate 4a, 4b Housing 6a, 6b, 7a, 7b Thin film resistor 8Aa, 8Ab, 8Ba, 8Bb, 8Ca, 8Cb Electrode 9a, 9b Sensor substrate Through holes 10a, 10b of sensor substrate Grooves 14a, 14b Substrate bonding grooves 15a, 15b Ambient temperature measuring spaces 16a, 16b Flow path groove 17 of flow path base Through hole of flow path base

Claims

In a flow sensor provided with at least a thin film resistor on each of the upstream side and the downstream side of the flow path formed in the flow path base,
The flow path is formed from the front surface, the front surface to the back surface and the back surface of the flow channel base, and an upstream thin-film resistor is disposed in one of the flow channels of the front surface or the rear surface of the flow channel base, A flow sensor, wherein a downstream thin-film resistor is arranged in one of the flow paths on the front surface or the rear surface of the other.

A flow channel base having a first through hole for providing a flow channel groove on one surface and the other surface, and communicating the flow channel groove on the one surface and the other surface at a tip end,
Each has a first sensor substrate and a second sensor substrate, each having a second through hole penetrating from one surface to the other surface, and having at least one thin film resistor formed on one surface thereof,
A flow wherein the one surface of the first sensor substrate is adhered to one surface of the flow channel base, and the one surface of the second sensor substrate is adhered to another surface of the flow channel base. Sensors.

A second thin-film resistor is formed on at least one of the first sensor substrate and the second sensor substrate, and the second thin-film resistor is attached when the first and second sensor substrates are attached. 3. The flow sensor according to claim 2, wherein the flow sensor is arranged so as to be located near the second through hole.

The said 1st, 2nd sensor board | substrate formed the groove | channel along the groove | channel of the said flow path base, The said 1st thin film resistor was bridged and provided on this groove | channel. The flow sensor according to claim 2 or claim 3.

4. The flow sensor according to claim 2, wherein the first and second sensor substrates have a diaphragm, and the first thin film resistor is formed on the diaphragm.

A first through hole penetrating from one surface to the other surface, a sensor substrate having at least one thin-film resistor formed on each of the one surface and the other surface,
Each has a first flow path base having a second through hole penetrating from one surface to the other surface, and a groove for a flow path provided on one surface, and a second flow path base.
The one surface of the first channel base is attached to one surface of the sensor substrate, and the one surface of the second channel base is attached to the other surface of the channel base. Flow sensor.

A second thin film resistor is formed on one of the one surface and the other surface of the sensor substrate, and the second thin film resistor is attached to the second thin film resistor when the first and second flow path bases are attached. 7. The flow sensor according to claim 6, wherein the flow sensor is arranged at a position near the through hole.

8. The sensor substrate according to claim 6, wherein a groove is formed along the groove of the flow path base, and the first thin-film resistor is provided on the groove so as to bridge the groove. Flow sensor.