JP2009025098A - Thermal flow sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、発熱抵抗体および1対の測温抵抗体を用いて被検流体の流量検出を行うように構成された熱式流量センサに関するものである。 The present invention relates to a thermal flow sensor configured to detect a flow rate of a fluid to be detected using a heating resistor and a pair of temperature measuring resistors.
従来より、被検流体の流量を測定する流量センサの一形式として、熱式流量センサが知られている。 Conventionally, a thermal flow sensor is known as one type of flow sensor for measuring the flow rate of a fluid to be tested.
例えば「特許文献1」や「特許文献2」には、被検流体の流路に配置される発熱抵抗体と、その上流側近傍および下流側近傍において流路に配置される1対の測温抵抗体とを備えた熱式流量センサが記載されている。この熱式流量センサにおいては、発熱抵抗体および各測温抵抗体が、それぞれ被検流体の流れ方向と略直交する方向に延びるように配置されている。そして、この熱式流量センサにおいては、発熱抵抗体により流路を流れる被検流体を加熱した状態で、1対の測温抵抗体の各々により被検流体の温度を検出し、その検出温度差に基づいて、被検流体の流量検出を行うように構成されている。
For example, in “
その際、多くの熱式流量センサは、上記「特許文献1」にも記載されているように、シリコン基板上に、発熱抵抗体および1対の測温抵抗体が形成された構成となっている。一方、上記「特許文献2」に記載された熱式流量センサは、樹脂フィルム片上に、発熱抵抗体および1対の測温抵抗体が形成された構成となっている。
At that time, many thermal flow sensors have a configuration in which a heating resistor and a pair of temperature measuring resistors are formed on a silicon substrate, as described in the above-mentioned “
上記「特許文献2」に記載された熱式流量センサのように、シリコン基板の代わりに断熱性に優れた樹脂フィルム片を用いるようにすれば、発熱抵抗体および各測温抵抗体の背面に断熱用の空洞を形成しなくても流量検出の感度を十分に確保することが可能となる。そしてこれにより熱式流量センサの薄型化を図ることが可能となる。
If a resin film piece with excellent heat insulation is used instead of a silicon substrate as in the thermal flow sensor described in the above-mentioned “
しかしながら、この「特許文献2」に記載された熱式流量センサにおいては、発熱抵抗体の両端部および各測温抵抗体の両端部の各々に板片状のリード線が取り付けられており、これら各リード線を介して発熱抵抗体および各測温抵抗体を外部の流量検出用制御回路と導通させるように構成されているので、この熱式流量センサを多層基板に組み込んだ状態で用いることは困難である。
However, in the thermal flow sensor described in “
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、発熱抵抗体および1対の測温抵抗体を用いて被検流体の流量検出を行うように構成された熱式流量センサにおいて、流量検出の感度および精度を十分に確保可能とした上で、多層基板への組込みを容易に行うことができる熱式流量センサを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a thermal flow sensor configured to detect a flow rate of a fluid under test using a heating resistor and a pair of temperature measuring resistors. An object of the present invention is to provide a thermal flow sensor that can be easily incorporated into a multilayer substrate while sufficiently ensuring the sensitivity and accuracy of flow detection.
本願発明は、熱式流量センサのセンサ本体をカード状に形成した上で、このセンサ本体を複数の基板の間に形成される流路に面するように配置することにより、上記目的達成を図るようにしたものである。 The present invention achieves the above object by forming the sensor body of the thermal flow sensor in a card shape and arranging the sensor body so as to face a flow path formed between a plurality of substrates. It is what I did.
すなわち、本願発明に係る熱式流量センサは、
被検流体の流路に配置される発熱抵抗体と、この発熱抵抗体の上流側近傍および下流側近傍において上記流路に配置される1対の測温抵抗体と、を備えてなる熱式流量センサにおいて、
上記発熱抵抗体および上記各測温抵抗体が、樹脂フィルム片の片面に、導電膜の一部として、それぞれ上記被検流体の流れ方向と略直交する方向に延びるように形成されてなるカード状のセンサ本体と、
このセンサ本体と略同じサイズでかつ略同じ深さを有する凹部が、片面に形成された第1の基板と、
所定長の凹溝が片面に形成された第2の基板と、を備えてなり、
上記センサ本体が、上記第1の基板の凹部に、該センサ本体における樹脂フィルム片の上記片面側を露出させるようにして収容されており、
上記第2の基板が、該第2の基板の凹溝を上記センサ本体の発熱抵抗体および1対の測温抵抗体と略直交させるようにして、該第2の基板の上記片面において上記第1の基板の上記片面に接合されている、ことを特徴とするものである。
That is, the thermal flow sensor according to the present invention is
A thermal type comprising: a heating resistor disposed in the flow path of the fluid to be tested; and a pair of temperature measuring resistors disposed in the flow path in the vicinity of the upstream side and the downstream side of the heating resistor. In the flow sensor,
A card-like shape in which the heating resistor and the temperature measuring resistors are formed on one side of a resin film piece as a part of a conductive film so as to extend in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the fluid to be tested. The sensor body,
A first substrate in which a recess having substantially the same size and depth as the sensor body is formed on one side;
A second substrate having a predetermined length of a concave groove formed on one side thereof,
The sensor body is accommodated in the recess of the first substrate so as to expose the one surface side of the resin film piece in the sensor body,
The second substrate is configured such that the second substrate has the concave groove of the second substrate substantially orthogonal to the heating resistor and the pair of temperature measuring resistors of the sensor body, and the second substrate has the first substrate on the one surface. It is characterized by being bonded to the one surface of one substrate.
上記「センサ本体」は、カード状(すなわち薄板状)に形成されたものであれば、その具体的な形状やサイズは特に限定されるものではなく、また、その具体的な厚さについても特に限定されるものではない。 As long as the “sensor body” is formed in a card shape (that is, a thin plate shape), the specific shape and size thereof are not particularly limited, and the specific thickness is also not particularly limited. It is not limited.
上記「発熱抵抗体」および上記各「測温抵抗体」は、被検流体の流れ方向と略直交する方向に延びるように形成されていれば、その具体的な経路は特に限定されるものではなく、単にI字形の経路で延びるように形成されていてもよいし、U字形の経路で延びるように形成されていてもよいし、さらには、複数回折り返す経路で延びるように形成されていてもよい。 If the “heating resistor” and each of the “temperature measuring resistors” are formed so as to extend in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the fluid to be detected, the specific paths thereof are not particularly limited. Instead, it may be formed so as to extend only in an I-shaped path, may be formed so as to extend in a U-shaped path, or may be formed so as to extend in a path that is folded back multiple times. Also good.
上記「第1の基板」は、センサ本体と略同じサイズでかつ略同じ深さを有する凹部が片面に形成された基板であれば、その板厚や具体的な材質については特に限定されるものではない。 As long as the above “first substrate” is a substrate in which a recess having substantially the same size and depth as the sensor body is formed on one side, its thickness and specific material are particularly limited. is not.
上記「第2の基板」は、所定長の凹溝が片面に形成された基板であれば、その板厚や具体的な材質については特に限定されるものではなく、その「凹溝」の具体的な断面形状や長さについても特に限定されるものではない。 The “second substrate” is not particularly limited as long as the substrate has a predetermined length of groove on one side, and the thickness and specific material of the “second substrate” are not particularly limited. There is no particular limitation on the typical cross-sectional shape and length.
上記構成に示すように、本願発明に係る熱式流量センサは、樹脂フィルム片の片面に、発熱抵抗体および1対の測温抵抗体の各々が、導電膜の一部として、被検流体の流れ方向と略直交する方向に延びるように形成されてなるカード状のセンサ本体を備えており、このセンサ本体が、第1および第2の基板によって形成される流路に面するように配置された構成となっているので、この熱式流量センサを積層基板ユニットとして多層基板に組み込むことが可能となる。 As shown in the above configuration, in the thermal flow sensor according to the present invention, each of the heating resistor and the pair of temperature measuring resistors is formed on one side of the resin film piece as a part of the conductive film. A card-shaped sensor body formed so as to extend in a direction substantially perpendicular to the flow direction is provided, and the sensor body is disposed so as to face a flow path formed by the first and second substrates. Therefore, this thermal flow sensor can be incorporated into a multilayer substrate as a multilayer substrate unit.
その際、本願発明に係る熱式流量センサにおいては、センサ本体が、第1の基板の片面に形成された凹部に、その樹脂フィルム片の上記片面側を露出させるようにして収容されており、また、第2の基板は、その凹溝をセンサ本体の発熱抵抗体および1対の測温抵抗体と略直交させるようにして、該第2の基板の上記片面において第1の基板の上記片面に接合されているので、熱式流量センサの組付けを容易にかつ精度良く行うことができる。 In that case, in the thermal flow sensor according to the present invention, the sensor main body is accommodated in the recess formed on one side of the first substrate so as to expose the one side of the resin film piece, Further, the second substrate has the concave groove substantially orthogonal to the heating resistor of the sensor body and the pair of temperature measuring resistors, and the one surface of the first substrate is the one surface of the first substrate. As a result, the thermal flow sensor can be assembled easily and accurately.
しかも、本願発明に係る熱式流量センサにおいては、その第1の基板の凹部が、センサ本体と略同じサイズでかつ略同じ深さで形成されているので、センサ本体は、この凹部に対して、略隙間なく収容された状態で、かつ、その樹脂フィルム片の上記片面が第1の基板の上記片面と略面一となった状態で、熱式流量センサの一部として組み込まれることとなる。このため、この熱式流量センサにおいては、その流路にセンサ本体が面するように配置されているにもかかわらず、被検流体の流れが乱れないようにすることができ、これにより流量検出の精度を十分維持することができる。 Moreover, in the thermal type flow sensor according to the present invention, the concave portion of the first substrate is formed with substantially the same size and the same depth as the sensor main body. The resin film piece is incorporated as a part of the thermal flow sensor in a state in which the resin film piece is accommodated without gaps and the one side of the resin film piece is substantially flush with the one side of the first substrate. . For this reason, in this thermal type flow sensor, it is possible to prevent the flow of the test fluid from being disturbed even though the sensor main body faces the flow path, thereby detecting the flow rate. Can be sufficiently maintained.
このように本願発明によれば、発熱抵抗体および1対の測温抵抗体を用いて被検流体の流量検出を行うように構成された熱式流量センサにおいて、流量検出の感度および精度を十分に確保可能とした上で、この熱式流量センサの多層基板への組込みを容易に行うことができる。しかも、この熱式流量センサ自体の組付けについても、これを容易にかつ精度良く行うことができる。 As described above, according to the present invention, in the thermal flow sensor configured to detect the flow rate of the fluid to be detected using the heating resistor and the pair of temperature measuring resistors, the sensitivity and accuracy of the flow rate detection are sufficient. In addition, it is possible to easily incorporate this thermal flow sensor into a multilayer substrate. Moreover, the assembly of the thermal flow sensor itself can be easily and accurately performed.
なお、本願発明に係る熱式流量センサは、積層基板ユニットとして構成されているので、これを多層基板の一部として組み込んだ状態で用いるようにする代わりに、積層基板ユニットとして単独で用いるようにすることも可能である。 In addition, since the thermal type flow sensor according to the present invention is configured as a multilayer substrate unit, instead of using it as a part of the multilayer substrate, it should be used alone as a multilayer substrate unit. It is also possible to do.
本願発明に係る熱式流量センサにおいて、そのセンサ本体の発熱抵抗体および各測温抵抗体と外部の流量検出用制御回路との電気的な接続は、発熱抵抗体から延びる1対の電極パッドと各測温抵抗体から延びる各1対の電極パッドとを、第1の基板または第2の基板あるいはその両方に所定のパターン形状で形成された導電膜と導通させ、この導電膜を介して行うことが可能である。 In the thermal type flow sensor according to the present invention, the electrical connection between the heating resistor and each temperature measuring resistor of the sensor main body and the external flow rate detection control circuit is a pair of electrode pads extending from the heating resistor. Each pair of electrode pads extending from each resistance temperature detector is electrically connected to a conductive film formed in a predetermined pattern shape on the first substrate and / or the second substrate, and the conductive film is formed through the conductive film. It is possible.
その際、センサ本体における樹脂フィルム片の上記片面(すなわち発熱抵抗体および各測温抵抗体が形成されている側の面)に、発熱抵抗体から延びる1対の電極パッドと各測温抵抗体から延びる各1対の電極パッドとを形成しておくとともに、第2の基板における上記片面(すなわちセンサ本体と対向する側の面)に、各電極パッドとそれぞれ導通する導電膜を所定のパターン形状で形成しておくようにすれば、発熱抵抗体および各測温抵抗体を形成するための導電膜の一部として各電極パッドを容易に形成することができるとともに、第2の基板側の導電膜についても単一平面上に容易に形成することができる。 At that time, a pair of electrode pads extending from the heating resistor and each temperature measuring resistor on the one surface of the resin film piece in the sensor body (that is, the surface on which the heating resistor and each temperature measuring resistor are formed). A pair of electrode pads extending from the first electrode pad, and a conductive film electrically connected to each electrode pad on the one surface (that is, the surface facing the sensor body) of the second substrate. In this case, each electrode pad can be easily formed as a part of the conductive film for forming the heating resistor and each resistance temperature detector, and the second substrate side conductive material can be formed. A film can also be easily formed on a single plane.
上記構成において、第2の基板を単一の基板で構成してよいことはもちろんであるが、これを、上記凹溝の外周形状と同一の開口形状を有するスロットが形成された基板と、この基板に接合された基板とからなる構成とすれば、これら基板を積層する工程において凹溝を容易に形成することが可能となる。また、このような構成とすることにより、第2の基板を第1の基板と同じ板厚の基板を用いて構成することも容易に可能となる。 In the above configuration, the second substrate may of course be configured as a single substrate, but this may be divided into a substrate on which a slot having the same opening shape as the outer peripheral shape of the concave groove is formed. If the substrate is composed of the substrate bonded to the substrate, the groove can be easily formed in the step of laminating these substrates. In addition, with such a configuration, the second substrate can be easily configured using a substrate having the same thickness as the first substrate.
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本願発明の一実施形態に係る熱式流量センサ100を示す断面図であって、同図(a)は、この熱式流量センサ100の組付けの様子を示す図、同図(b)は、その組付けが完了した熱式流量センサ100を示す図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a
これらの図に示すように、本実施形態に係る熱式流量センサ100は、互いに積層された第1および第2の基板102、104の間に流路2が形成されるとともに、この流路2にセンサ本体10が面するように配置されてなる積層基板ユニットとして構成されている。
As shown in these drawings, in the
この熱式流量センサ100は、例えばノート型パソコン等のような小型電子機器用の燃料電池システム(図示せず)の一部として組み込まれるようになっている。その際、この燃料電池システムにおいては、メタノール、空気、水素の各流路と、これら各流路の流量を制御するため電子回路とが、多層基板に組み込まれるようにして形成されている。
The
この多層基板は、第1および第2の基板102、104を含む複数の基板(例えば10枚程度の基板)が積層されてなり、その一部を構成する積層基板ユニットとして熱式流量センサ100が組み込まれるようになっている。そして、この多層基板内に形成される流路の一部分が、熱式流量センサ100の流路2により構成されるようになっている。
The multilayer substrate is formed by laminating a plurality of substrates (for example, about 10 substrates) including the first and
この熱式流量センサ100の流路2は、上記燃料電池システムにおいて燃料カートリッジ(図示せず)からメタノールを供給するための流路であって、幅2mm、高さ1mmの矩形状断面で、所定長にわたって直線状に延びるように形成されている。そして、この流路2は、その両端部において、第1の基板102または第2の基板104に形成された貫通孔(図示せず)を介して、他の階層の基板に形成された流路に接続されるようになっている。
The
この流路2内を流れるメタノールは、分速1ミリリットル程度の流速で送液されるようになっている。そして、この熱式流量センサ100は、この流路2を流れるメタノールを被検流体として、その流量検出を行うようになっている。
Methanol flowing through the
なお、図1(a)および(b)は、熱式流量センサ100を、その流路2と直交する平面に沿った断面位置で示している。
1A and 1B show the
図2は、熱式流量センサ100のセンサ本体10を示す平面図であり、図3は、図2のIII 部詳細図である。また、図4は、このセンサ本体10を熱式流量センサ100の一部として組み込まれた状態で示す斜視図である。なお、これらの図においては、流路2を2点鎖線で示しており、メタノールの流れる向きを2点鎖線の矢印で示している。
FIG. 2 is a plan view showing the sensor
図2および4に示すように、このセンサ本体10は、流路2に配置される発熱抵抗体22と、この発熱抵抗体22の上流側近傍および下流側近傍において流路2に配置される1対の測温抵抗体24、26と、これら発熱抵抗体22および1対の測温抵抗体24、26から流れ方向上流側に離れた位置に配置される基準抵抗体28とを備えてなっている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
そして、本実施形態に係る熱式流量センサ100においては、そのセンサ本体10の発熱抵抗体22を、流路2を流れるメタノールの温度よりも5℃程度高い温度に加熱した状態で、その1対の測温抵抗体24、26の各々においてメタノールの温度を検出し、その検出温度差に基づいて、流量検出用制御回路(図示せず)において流量測定を行うようになっている。その際、基準抵抗体28により、流路2を流れるメタノールの温度を、発熱抵抗体22よりも上流側において正確に検出し、この検出温度を発熱抵抗体22を加熱する際の基準温度とするようになっている。
In the
このセンサ本体10は、矩形状の樹脂フィルム片12と、この樹脂フィルム片12の片面12aに所定の配線パターンで形成された導電膜14と、この導電膜14を部分的に被覆する保護膜16とからなるカード状センサとして構成されている。
The
樹脂フィルム片12は、長辺の長さ11mm、短辺の長さ5.5mm、厚さ0.2mmに設定されたポリイミド製フィルムであって、その長辺の方向をメタノールの流れ方向に向けた状態で用いられるようになっている。その際、流路2は、樹脂フィルム片12における手前側の長辺12b1と向こう側の長辺12b2との間の中心線よりも向こう側の長辺12b2寄りの位置に、上述した2mmの幅で形成されるようになっている。
The
導電膜14は、金属をスパッタリングすることにより形成されており、その膜厚は0.1μmに設定されている。
The
発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26は、導電膜14の一部として、それぞれメタノールの流れ方向と直交する方向に延びるように形成されている。また、基準抵抗体28も、導電膜14の一部として、メタノールの流れ方向と直交する方向に延びるように形成されている。
The
なお、樹脂フィルム片12における上流側の短辺12c1に接する位置および下流側の短辺12c2に接する位置には、それぞれ1対の目印30が、導電膜14の一部として形成されている。これら各対の目印30は、流路2を跨ぐようにして2mm間隔で形成されており、これにより流路2の位置を標示するようになっている。
A pair of
保護膜16は、流路2の幅よりもやや広い幅(3mm程度の幅)でメタノールの流れ方向に沿って帯状に延びる領域(すなわち図中網線で示す領域)に形成されており、これにより発熱抵抗体22、1対の測温抵抗体24、26および基準抵抗体28を被覆して、これらを直接メタノールと接触させないようにしている。この保護膜16は、電気絶縁性を有するとともにメタノールに対して耐性を有するフッ素系樹脂やポリイミド樹脂等をコーティングすることにより形成されており、その膜厚は1μmに設定されている。
The
図3に示すように、発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26は、いずれも、メタノールの流れ方向と直交する方向にU字形の経路で延びるように形成されている。
As shown in FIG. 3, each of the
その際、これら発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26は、いずれも流路2の幅よりも僅かに狭い範囲内において形成されている。そして、これら発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26の各々は、その1対の基端部が手前側(すなわち長辺12b1側)に位置しており、向こう側(すなわち長辺12b2側)で折り返すように形成されている。
At this time, both the
これら発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26は、いずれも幅20μmで形成されており、その往路部と復路部との中心線間隔は40μmに設定されている。また、発熱抵抗体22と各測温抵抗体24、26との流れ方向の中心間距離は、それぞれ80μmに設定されている。
The
発熱抵抗体22の各基端部には、該基端部から略扇形に拡がる電極パッド32A、32Bが、導電膜14の一部としてそれぞれ形成されている。また、上流側の測温抵抗体24の各基端部には、該基端部から略扇形に拡がる電極パッド34A、34Bが、導電膜14の一部としてそれぞれ形成されている。さらに、下流側の測温抵抗体26の各基端部には、該基端部から略扇形に拡がる電極パッド36A、36Bが、導電膜14の一部としてそれぞれ形成されている。
Electrode pads 32 </ b> A and 32 </ b> B extending from the base end portion in a substantially fan shape are formed as part of the
これら各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36Bは、メタノールの流れ方向に延びる直線に対して手前側に位置する180°の角度領域を、多少の角度間隔をおいて略6等分した拡がり角度(具体的には20〜25°程度の拡がり角度)で形成されている。
Each of these
図2に示すように、これら各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36Bの端部は、メタノールの流れ方向と直交する方向に折れ曲がるようにして、樹脂フィルム片12の手前側の長辺12b1まで延びている。その際、これら各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36Bの端部は、メタノールの流れ方向に関して、いずれも同じ幅(具体的には1mm程度の幅)で、かつ等間隔で形成されている。そしてこれにより、発熱抵抗体22から延びる1対の電極パッド32A、32Bが、メタノールの流れ方向に関して対称形状で形成され、また、上流側の測温抵抗体24から延びる1対の電極パッド34A、34Bと、下流側の測温抵抗体26から延びる1対の電極パッド36A、36Bとが、メタノールの流れ方向に関して対称形状で形成されている。
As shown in FIG. 2, the end of each
基準抵抗体28は、樹脂フィルム片12における上流側の短辺12c1の近傍に形成されている。そして、この基準抵抗体28は、発熱抵抗体22から6mm程度離れた位置に配置されている。
The
この基準抵抗体28も、発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26の各々と同様、メタノールの流れ方向と直交する方向にU字形の経路で延びるように形成されている。
The
その際、この基準抵抗体28も、流路2の幅よりも僅かに狭い範囲内において形成されている。そして、この基準抵抗体28も、その1対の基端部が手前側に位置しており、向こう側で折り返すように形成されている。また、この基準抵抗体28も、幅20μmで形成されており、その往路部と復路部との中心線間隔は40μmに設定されている。
At this time, the
この基準抵抗体28の各基端部にも、該基端部から略扇形に拡がる電極パッド38A、38Bが、導電膜14の一部としてそれぞれ形成されている。ただし、これら各電極パッド38A、38Bは、基準抵抗体28が上流側の短辺12c1近傍に配置されているので、この基準抵抗体28から下流側寄りに拡がるように形成されている。その際、電極パッド38Aは、発熱抵抗体22から延びる電極パッド32Bと略同様の形状で形成されており、また、電極パッド38Bは、測温抵抗体26から延びる電極パッド36Bと略同様の形状で形成されている。
Electrode pads 38 </ b> A and 38 </ b> B extending in a substantially fan shape from the base end are also formed as part of the
図1(b)に示すように、本実施形態に係る熱式流量センサ100においては、そのセンサ本体10が、第1の基板102と第2の基板104との間に挟まれるようにして配置されており、この状態で断面矩形状の流路2の一壁面を所定長にわたって構成するようになっている。その際、第1および第2の基板102、104は、いずれも樹脂基板として構成されている。この樹脂基板の具体的な材質としては、例えば、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン等が採用可能である。
As shown in FIG. 1B, in the
図1(a)に示すように、第1の基板102は板厚1mmに設定されており、その片面102aには、センサ本体10と略同じサイズでかつ略同じ深さを有する凹部102bが形成されている。すなわち、この凹部102bは、長辺の長さ11mm程度、短辺の長さ5.5mm程度の大きさの矩形状凹部であって、その深さが0.2mm程度に設定されている。そして、センサ本体10は、その樹脂フィルム片12の片面12a側を露出させた状態で、第1の基板102の凹部102bに収容されるようになっている。このとき、センサ本体10は、凹部102bに対して略隙間なく収容され、かつ、その樹脂フィルム片12の片面12aが第1の基板102の片面102aと略面一の状態となる。
As shown in FIG. 1A, the
一方、第2の基板104は板厚2mmに設定されており、その片面104aには、幅2mm、深さ1mmの矩形状断面で、所定長(例えば、20〜40mm程度の長さ)にわたって直線状に延びる凹溝104bが形成されている。また、この第2の基板104の片面104aには、凹溝104b近傍まで延びる導電膜106が所定の配線パターンで形成されている。
On the other hand, the 2nd board |
この導電膜106は、上記燃料電池システムの流量検出用制御回路の一部を構成するものであって、その配線パターンは、センサ本体10の各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36B、38A、38Bとそれぞれ導通するようなパターン形状に設定されている。そして、この導電膜106を介して、センサ本体10の発熱抵抗体22、各測温抵抗体24、26および基準抵抗体28が、それぞれ上記燃料電池システムの流量検出用制御回路における他の部分(例えばブリッジ回路等)と電気的に接続されるようになっている。
The
図1(a)に示すように、本実施形態に係る熱式流量センサ100の組付けは、センサ本体10を第1の基板102の凹部102bに収容した後、この第1の基板102に対して、第2の基板104を、その凹溝104bがセンサ本体10の発熱抵抗体22および1対の測温抵抗体24、26と直交する向きとなるように配置した状態で、その片面104aにおいて第1の基板102の片面102aと接合することにより行われるようになっている。
As shown in FIG. 1A, the
その際、センサ本体10の各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36B、38A、38Bと導電膜106との接触部分には、それぞれ導電性接着剤(図示せず)を塗布しておくことにより、両者の導通を確実に図るようにし、それ以外の部分においては、第1の基板102の片面102aと第2の基板104の片面104aとの間に通常の接着剤(図示せず)を塗布しておくことにより、流路2周辺の水密性(および気密性)を十分に確保するようになっている。
At that time, a conductive adhesive (not shown) is applied to the contact portions between the
なお、第1の基板102または第2の基板104における、凹部102bの両端部に位置する部分には、流路2を他の階層の基板に形成された流路と接続するための貫通孔(図示せず)が形成されている。
Note that a portion of the
図5(a)は、図2のVa-Va 線断面図である。また、同図(b)は、同図(a)のb部詳細図であり、同図(c)は、同図(b)のc部詳細図である。 FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the line Va-Va in FIG. FIG. 2B is a detailed view of a portion b of FIG. 1A, and FIG. 2C is a detailed view of a portion c of FIG.
これらの図に示すように、センサ本体10は、平滑面として形成された樹脂フィルム片12の片面12aに、発熱抵抗体22、1対の測温抵抗体24、26および基準抵抗体28が、導電膜14の一部として形成されており、そして、これらは保護膜16により被覆されているので、センサ本体10において流路2に臨む保護膜16の表面16aは略平滑なものとなる。
As shown in these drawings, the
すなわち、図5(a)のスケールでは、保護膜16の表面16aのメタノールの流れ方向に沿った断面形状は一直線状であり、そのb部を拡大した同図(b)においても、上記断面形状はまだ一直線状であり、そのc部をさらに拡大した同図(c)において、ようやく僅かな凹凸が認められるようになる。その際、同図(c)に示す保護膜16の表面16aの凹凸は、発熱抵抗体22および測温抵抗体26の各々の厚さ分の段差が保護膜16の表面16aに現れることによるものであるが、これら発熱抵抗体22および測温抵抗体26は、いずれも膜厚0.1μmの導電膜14の一部として形成されているので、上記段差も0.1μmという僅かな高さとなる。このため、発熱抵抗体22により加熱されたメタノールから気泡が発生したとしても、その気泡が凹凸部分に付着してしまうおそれはない。
That is, in the scale of FIG. 5A, the cross-sectional shape along the methanol flow direction of the
以上詳述したように、本実施形態に係る熱式流量センサ100は、矩形状の樹脂フィルム片12の片面12aに発熱抵抗体22およびおよび1対の測温抵抗体24、26の各々がメタノールの流れ方向と直交する方向に延びるように形成されてなるカード状のセンサ本体10を備えており、このセンサ本体10が、第1および第2の基板102、104によって形成される流路2に面するように配置された構成となっているので、この熱式流量センサ100を積層基板ユニットとして上記燃料電池システムの多層基板に組み込むことが可能となる。
As described above in detail, in the
その際、この熱式流量センサ100においては、センサ本体10が、第1の基板102の片面102aに形成された凹部102bに、その樹脂フィルム片12の片面12a側を露出させるようにして収容されており、また、第2の基板104は、その凹溝104bをセンサ本体10の発熱抵抗体22および1対の測温抵抗体24、26と直交させるようにして、その片面104aにおいて第1の基板102の片面102aに接合されているので、熱式流量センサ100の組付けを容易にかつ精度良く行うことができる。
At this time, in the
しかも、本実施形態に係る熱式流量センサ100においては、その第1の基板102の凹部102bが、センサ本体10と略同じサイズでかつ略同じ深さで形成されているので、センサ本体10は、この凹部102bに対して、略隙間なく収容された状態で、かつ、その樹脂フィルム片12の片面12aが第1の基板102の片面102aと略面一となった状態で、熱式流量センサ100の一部として組み込まれることとなる。このため、この熱式流量センサ100においては、その流路2にセンサ本体10が面するように配置されているにもかかわらず、メタノールの流れが乱れないようにすることができ、これにより流量検出の精度を十分維持することができる。
Moreover, in the thermal
このように本実施形態によれば、熱式流量センサ100による流量検出の感度および精度を十分に確保可能とした上で、この熱式流量センサ100の多層基板への組込みを容易に行うことができる。しかも、この熱式流量センサ100自体の組付けについても、これを容易にかつ精度良く行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the sensitivity and accuracy of flow detection by the
その際、本実施形態に係る熱式流量センサ100においては、そのセンサ本体10の樹脂フィルム片12が矩形状に形成されているので、センサ本体10の製造を容易に行うことができ、また、第1の基板102の凹部102bの形成も容易に行うことができる。
At that time, in the
しかも、本実施形態に係る熱式流量センサ100は、その第1および第2の基板102、104が、いずれも断熱性に優れた樹脂基板として構成されているので、メタノールの流路2の断熱性を極めて高いものとすることができ、これによりセンサ本体10による流量検出の精度についても極めて高いものとすることができる。
Moreover, in the
また、本実施形態に係る熱式流量センサ100においては、そのセンサ本体10の発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26が、導電膜14の一部として、それぞれメタノールの流れ方向と直交する方向に延びるように形成されており、さらに上記導電膜14の一部として、発熱抵抗体22から延びる1対の電極パッド32A、32Bと、各測温抵抗体24、26から延びる各1対の電極パッド34A、34B、36A、36Bとが形成されているが、これら各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36Bは、発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26の各々から略扇形に拡がるように形成されているので、次のような作用効果を得ることができる。
Further, in the thermal
すなわち、本実施形態に係る熱式流量センサ100においては、流量検出の感度を高めるために、そのセンサ本体10における発熱抵抗体22と各測温抵抗体24、26との流れ方向の中心間距離が80μmと非常に小さい値に設定されているが、各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36Bは、発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26の各々から略扇形に拡がるように形成されているので、これら各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36Bにおける、第2の基板104の片面104aに形成された導電膜106と導通する部分を、ある程度大きい面積で形成することができる。
That is, in the thermal
そしてこれにより、本実施形態に係る熱式流量センサ100は、そのセンサ本体10がカード状センサとして構成されているにもかかわらず、これを熱式流量センサ100として組み付ける際に、第2の基板104の導電膜106との電気的接続を容易に行うことができる。しかも、これら各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36Bは略扇形に拡がるように形成されているので、発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26以外の部分の抵抗値を十分低く抑えることができ、これにより流量検出の精度を高めることができる。
Thus, when the
また、このように各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36Bが、樹脂フィルム片12の片面12a(すなわち発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26が形成されている側の面)に形成されているとともに、第2の基板104の片面104a(すなわちセンサ本体10と対向する側の面)に、各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36Bと導通するパターン形状で導電膜106が形成されているので、発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26を形成するための導電膜14の一部として各電極パッド32A、32B、34A、34B、36A、36Bを容易に形成することができるとともに、第2の基板側104の導電膜106についても単一平面上に容易に形成することができる。
Further, in this way, each
さらに、本実施形態に係る熱式流量センサ100は、そのセンサ本体10の樹脂フィルム片12の片面12aにおける流路2に臨む部分がすべて保護膜16で被覆されているので、沸点が低く気泡が発生しやすいメタノールが被検流体であるにもかかわらず、流量検出を精度良く行うことができる。すなわち、センサ本体10においてメタノールと接触する部分は、保護膜16の表面16aであり、この表面16aの凹凸の高さは最大でも導電膜14の膜厚0.1μm分の高さに抑えられており、十分な平滑性が確保されている。したがって、保護膜16の表面16aの凹凸部分にメタノールから発生した気泡が付着してしまうといった事態が発生するのを未然に防止することができ、これにより流量検出を精度良く行うことができる。
Furthermore, in the
また、本実施形態に係る熱式流量センサ100のセンサ本体10は、その発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26が、それぞれメタノールの流れ方向と直交する方向にU字形の経路で延びるように形成されており、かつ、発熱抵抗体22から延びる1対の電極パッド32A、32Bおよび各測温抵抗体24、26から延びる各1対の電極パッド34A、34B、36A、36Bが、メタノールの流路2に対してすべて同じ側に形成されているので、第2の基板104の導電膜106を、その片面104aの一部領域に集中的に形成することができ、これにより積層基板ユニット100の構成を簡素化することができる。
Further, the
さらに、本実施形態に係る熱式流量センサ100のセンサ本体10は、その樹脂フィルム片12の片面12aにおける発熱抵抗体22および各測温抵抗体24、26からメタノールの流れ方向上流側に離れた位置に、液温を検出する基準抵抗体28が、導電膜14の一部として、メタノールの流れ方向と直交する方向に延びるように形成されているので、液温検出を行うためのセンサを、別途、メタノールの流路2に配置する必要を無くすことができる。また、このような構成とすることにより、基準抵抗体28と発熱抵抗体22および1対の測温抵抗体24、26との位置関係が常に一定に維持されることとなるので、この点においても流量検出を精度良く行うことができる。しかも、この基準抵抗体28は、発熱抵抗体22から6mm程度と十分離れた位置に配置されているので、発熱抵抗体22からの熱影響を全く受けることなく液温検出を行うことができる。
Furthermore, the sensor
また本実施形態においては、流量測定の際、発熱抵抗体22を、高温に加熱するのではなく、流路2を流れるメタノールの温度よりも5℃程度高い温度に加熱するようになっているので、メタノールの沸点が65℃とかなり低い温度であるにもかかわらず、これを沸騰させたり変質させてしまうのを未然に防止することができる。
In the present embodiment, when the flow rate is measured, the
本実施形態に係る熱式流量センサ100のセンサ本体10は、その樹脂フィルム片12の厚さが、0.2mmに設定されているので、これをカード状センサとして十分薄いものとすることができるようにした上で、これを第1の基板102の凹部102bに収容する際に、実装機を用いるようにした場合においても、そのための所要の剛性を確保することができる。もっとも、この樹脂フィルム片12の厚さをさらに薄くすることも可能であり、あるいは、剛性をより高めるために逆に厚くすることも可能である。その際、この樹脂フィルム片12の厚さは、0.1〜0.5mm程度の範囲内の値に設定することが好ましい。
In the sensor
なお、上記実施形態においては、センサ本体10が、流路2の下側に配置されるものとして説明したが、流路2の上側に配置される構成とすること(すなわち、図1(b)に示す熱式流量センサ100を上下反転させた状態で配置すること)、あるいは、流路2の側方に配置される構成とすることも可能である。
In the above embodiment, the sensor
また、上記実施形態においては、センサ本体10の矩形状の樹脂フィルム片12のサイズが、長辺の長さ11mm、短辺の長さ5.5mmに設定されているものとして説明したが、これ以外のサイズで形成されたものとすることももちろん可能である。
Moreover, in the said embodiment, although the size of the rectangular
さらに、上記実施形態においては、センサ本体10の樹脂フィルム片12が矩形状に形成されているものとして説明したが、この樹脂フィルム片12を、矩形の各コーナ部あるいは一部のコーナ部に面取りやコーナRが施された形状とすることも可能であり、また、矩形状以外の形状とすることも可能である。
Furthermore, in the said embodiment, although demonstrated that the
なお、上記実施形態においては、発熱抵抗体22、各測温抵抗体24、26および基準抵抗体28が、いずれもメタノールの流れ方向と直交する方向に延びるように形成されているものとして説明したが、メタノールの流れ方向と直交する方向から多少ずれた方向に延びるように形成されている場合においても、上記実施形態の場合と略同様の作用効果を得ることができる。
In the embodiment described above, the
また、上記実施形態においては、第1および第2の基板102、104が樹脂基板として構成されているものとして説明したが、これら第1および第2の基板102、104のうちの一方あるいは両方を、例えばアルミニウム製あるいはステンレススチール製の金属基板として構成されたものとすることも可能である。
In the above embodiment, the first and
さらに、上記実施形態においては、熱式流量センサ100が、上記燃料電池システムの多層基板に組み込まれた状態で、メタノールの流量検出を行うように構成されているものとして説明したが、この熱式流量センサ100を、上記燃料電池システムの多層基板における他の部分に組み込んで、空気あるいは水素の流量検出を行うように構成とすることも可能である。また、この熱式流量センサ100を、上記燃料電池システム以外の流体機器に組み込んで流量検出を行うように構成することも可能である。
Further, in the above embodiment, the
次に、上記実施形態の変形例について説明する。 Next, a modification of the above embodiment will be described.
図6は、本変形例に係る熱式流量センサ150を示す断面図であって、同図(a)は、この熱式流量センサ150の組付けの様子を示す断面図、同図(b)は、その組付けが完了した熱式流量センサ150を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a
これらの図に示すように、本変形例に係る熱式流量センサ150は、その基本的な構成は上記実施形態の場合と同様であり、互いに積層された第1および第2の基板102、154の間に流路2が形成されるとともに、この流路2にセンサ本体10が面するように配置されてなる積層基板ユニットとして構成されている。
As shown in these drawings, the
ただし、本変形例においては、第2の基板154が、スロット154cが形成された基板154Aと平板状の基板154Bとが積層状態で接合された構成となっている点で、上記実施形態の場合と異なっている。
However, in the present embodiment, the
これら各基板154A、154Bは、いずれも板厚1mmに設定されている。基板154Aに形成されたスロット154cは、上記実施形態の第2の基板104に形成された凹溝104bの外周形状と同一の開口形状を有している。そして、この基板154Aに基板154Bが接合されることにより、上記凹溝104bと同一形状の凹溝154bが形成されるようになっている。
Each of these
なお、第1の基板102の構成については、上記実施形態の場合と全く同様である。
The configuration of the
本変形例に係る熱式流量センサ150においても、その第1の基板102と第2の基板154との間に幅2mm、深さ1mmの矩形状断面で直線状に延びる流路2が形成されるとともに、これら第1および第2の基板102、154の間に挟まれるようにして配置されたセンサ本体10が、流路2の一壁面を所定長にわたって構成するようになっている。
Also in the
また、本変形例に係る熱式流量センサ150においても、その第2の基板154の片面154a(すなわち基板154Aの表面)に、凹溝154b近傍まで延びる導電膜106が所定の配線パターンで形成されている。この導電膜106の構成については、上記実施形態の場合と全く同様である。
Also in the
本変形例に係る熱式流量センサ150を採用した場合においても、流量検出の感度および精度を十分に確保可能とした上で、この熱式流量センサ150の多層基板への組込みを容易に行うことができる。しかも、この熱式流量センサ150自体の組付けについても、これを容易にかつ精度良く行うことができる。
Even when the
また、本変形例の構成を採用することにより、第2の基板154を構成する基板154A、154Bを第1の基板102に積層する工程において、凹溝154bを容易に形成することが可能となる。また、このような構成とすることにより、本変形例のように第2の基板154を第1の基板102と同じ板厚の基板154A、154Bを用いて構成することも容易に可能となる。
In addition, by adopting the configuration of this modification, it is possible to easily form the
なお、上記実施形態および変形例において諸元として示した数値は一例にすぎず、これらを適宜異なる値に設定してもよいことはもちろんである。 In addition, the numerical value shown as a specification in the said embodiment and modification is only an example, and of course, you may set these to a different value suitably.
2 流路
10 センサ本体
12 樹脂フィルム片
12a、102a、104a、154a 片面
12b1 手前側の長辺
12b2 向こう側の長辺
12c1 上流側の短辺
12c2 下流側の短辺
14、106 導電膜
16 保護膜
16a 表面
22 発熱抵抗体
24、26 測温抵抗体
28 基準抵抗体
30 目印
32A、32B、34A、34B、36A、36B、38A、38B 電極パッド
100、150 熱式流量センサ
102 第1の基板
102b 凹部
104、154 第2の基板
104b、154b 凹溝
154A、154B 基板
154c スロット
2 Flow
Claims (3)
上記発熱抵抗体および上記各測温抵抗体が、樹脂フィルム片の片面に、導電膜の一部として、それぞれ上記被検流体の流れ方向と略直交する方向に延びるように形成されてなるカード状のセンサ本体と、
このセンサ本体と略同じサイズでかつ略同じ深さを有する凹部が、片面に形成された第1の基板と、
所定長の凹溝が片面に形成された第2の基板と、を備えてなり、
上記センサ本体が、上記第1の基板の凹部に、該センサ本体における樹脂フィルム片の上記片面側を露出させるようにして収容されており、
上記第2の基板が、該第2の基板の凹溝を上記センサ本体の発熱抵抗体および1対の測温抵抗体と略直交させるようにして、該第2の基板の上記片面において上記第1の基板の上記片面に接合されている、ことを特徴とする熱式流量センサ。 A thermal type comprising: a heating resistor disposed in the flow path of the fluid to be tested; and a pair of temperature measuring resistors disposed in the flow path in the vicinity of the upstream side and the downstream side of the heating resistor. In the flow sensor,
A card-like shape in which the heating resistor and the temperature measuring resistors are formed on one side of a resin film piece as a part of a conductive film so as to extend in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the fluid to be tested. The sensor body,
A first substrate in which a recess having substantially the same size and depth as the sensor body is formed on one side;
A second substrate having a predetermined length of a concave groove formed on one side thereof,
The sensor body is accommodated in the recess of the first substrate so as to expose the one surface side of the resin film piece in the sensor body,
The second substrate is configured such that the second substrate has the concave groove of the second substrate substantially orthogonal to the heating resistor and the pair of temperature measuring resistors of the sensor body, and the second substrate has the first substrate on the one surface. A thermal flow sensor, wherein the thermal flow sensor is bonded to the one surface of one substrate.
上記第2の基板における上記片面に、上記各電極パッドとそれぞれ導通する導電膜が所定のパターン形状で形成されている、ことを特徴とする請求項1記載の熱式流量センサ。 A pair of electrode pads extending from the heating resistor and a pair of electrode pads extending from the temperature measuring resistors are formed on the one surface of the resin film piece in the sensor body,
2. The thermal flow sensor according to claim 1, wherein a conductive film that is electrically connected to each of the electrode pads is formed in a predetermined pattern shape on the one surface of the second substrate.
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