JP2015017857A - Flow rate sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体の流量を検出する流量センサに関する。 The present invention relates to a flow sensor for detecting a flow rate of a fluid.
従来より、管体を流れる流体の流量を検出する流量計測装置が、例えば特許文献1で提案されている。具体的には、流量計測装置は、流量をセンシングするセンサチップと、センサチップの信号を処理する回路チップと、を有するセンサボディを備えている。
Conventionally, for example,
また、センサボディは一部が突き出した片持ち構造になっている。センサチップはこの突き出し部に固定されており、センサボディが管体に設けられたバイパス通路(流路)に固定されることで、突き出し部及びセンサチップがバイパス通路内に位置するようになっている。これにより、バイパス通路を通過する流体の流量がセンサチップによって検出される。 The sensor body has a cantilever structure with a part protruding. The sensor chip is fixed to the protruding portion, and the protruding portion and the sensor chip are positioned in the bypass passage by fixing the sensor body to the bypass passage (flow path) provided in the pipe body. Yes. Thereby, the flow rate of the fluid passing through the bypass passage is detected by the sensor chip.
しかしながら、上記従来の技術では、センサボディの突き出し部がバイパス通路の壁面から流路に突き出した構造になっているので、センサチップの位置が精度良く決まらないという問題がある。また、回路チップの動作時の熱がセンサボディを介してセンサチップに伝わると共に熱の逃げ道が無いので、センサチップが熱の影響を受けてしまう。このため、センサチップの測定精度に影響を及ぼすという問題がある。 However, the conventional technology has a problem in that the position of the sensor chip cannot be accurately determined because the protruding portion of the sensor body protrudes from the wall surface of the bypass passage into the flow path. In addition, since heat during operation of the circuit chip is transmitted to the sensor chip through the sensor body, there is no escape path for the heat, so that the sensor chip is affected by the heat. For this reason, there exists a problem of affecting the measurement precision of a sensor chip.
本発明は上記点に鑑み、流路に対するセンサチップの位置決めの精度を向上させ、かつ、センサチップに対する回路チップの熱の影響を低減することができる流量センサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a flow sensor capable of improving the accuracy of positioning of a sensor chip with respect to a flow path and reducing the influence of heat of a circuit chip on the sensor chip.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、流体の流量を検出するセンシング部(33)を有し、センシング部(33)によって検出された流量に応じた流量信号を出力するセンサチップ(22)を備え、流量信号を入力して所定の信号処理を行う回路チップ(23)を備えている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the sensor has a sensing unit (33) for detecting the flow rate of the fluid, and outputs a flow rate signal corresponding to the flow rate detected by the sensing unit (33). A chip (22) is provided, and a circuit chip (23) for inputting a flow rate signal and performing predetermined signal processing is provided.
また、回路チップ(23)を封止した本体部(26)と、センシング部(33)が露出するようにセンサチップ(22)が固定されていると共に本体部(26)から突き出した突き出し部(27)と、を有するセンサアセンブリ(21)を備えている。 In addition, the main body (26) in which the circuit chip (23) is sealed, and the sensor chip (22) is fixed so that the sensing section (33) is exposed, and the protruding portion (from the main body (26) ( 27) and a sensor assembly (21).
また、流体が通過する流路(11)を有し、センサアセンブリ(21)のうちの突き出し部(27)が流路(11)に突き出していると共にセンサチップ(22)のセンシング部(33)が流路(11)に位置するようにセンサアセンブリ(21)を保持する流路部(10)を備えている。 Moreover, it has the flow path (11) through which the fluid passes, and the protruding part (27) of the sensor assembly (21) protrudes into the flow path (11) and the sensing part (33) of the sensor chip (22). Is provided with a flow path portion (10) for holding the sensor assembly (21) such that the sensor assembly (21) is positioned in the flow path (11).
さらに、突き出し部(27)の先端部(39)を、流路(11)のうち突き出し部(27)に対向する対向部(16)に固定する固定手段(17、19、40、42)を備えていることを特徴とする。 Furthermore, fixing means (17, 19, 40, 42) for fixing the tip (39) of the protruding portion (27) to the facing portion (16) of the flow path (11) facing the protruding portion (27). It is characterized by having.
これによると、センサアセンブリ(21)の突き出し部(27)が固定手段(17、19、40、42)によって流路(11)内の所定の位置に固定されるので、流路(11)に対するセンシング部(33)の位置決めの精度を向上させることができる。また、回路チップ(23)で発生した熱がセンサアセンブリ(21)を介してセンサチップ(22)側に伝達したとしても、熱は固定手段(17、19、40、42)を介して流路(11)の対向部(16)に伝達される。したがって、センサチップ(22)に対する回路チップ(23)の熱の影響を低減することができる。 According to this, the protruding portion (27) of the sensor assembly (21) is fixed at a predetermined position in the flow path (11) by the fixing means (17, 19, 40, 42). The positioning accuracy of the sensing unit (33) can be improved. Further, even if the heat generated in the circuit chip (23) is transferred to the sensor chip (22) side through the sensor assembly (21), the heat flows through the fixing means (17, 19, 40, 42). It is transmitted to the opposing part (16) of (11). Therefore, the influence of the heat of the circuit chip (23) on the sensor chip (22) can be reduced.
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。図1及び図2に示されるように、流量センサは、流路部10と、センサ部20と、を備えて構成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the flow sensor includes a
流路部10は、流体が通過する流路11を有する部品である。本実施形態では、流路11は、外部から流体を取り込んで外部に排出する直線状の第1通路12と、第1通路12から分岐していると共に円状(螺旋状あるいはドーナツ状)の第2通路13と、を有している。
The
また、流路部10は、第2通路13を通過した流体を外部に排出するための孔部14を有している。これにより、第2通路13を通過した流体は、第1通路12若しくは孔部14を介して流路部10の外部に排出されるようになっている。流路部10は、例えば車両のインテークマニホールド等に固定される。
Moreover, the
図3及び図4に示されるように、センサ部20は、流体の流量を検出するように構成されたものであり、センサアセンブリ21と、センサチップ22と、回路チップ23と、封止材24と、リードフレーム25と、を備えている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
センサアセンブリ21は、センサ部20の母体となるものであり、本体部26及び突き出し部27を有している。本体部26はリードフレーム25の一部や回路チップ23の一部を封止した部分である。突き出し部27は本体部26から突き出していると共に凹部28を有し、この凹部28にセンサチップ22が配置された部分である。センサアセンブリ21は、例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド)やエポキシ系樹脂がモールド成形されたものである。
The
センサチップ22は、図4に示されるように表面29及び当該表面29の反対側の裏面30と、裏面30の一部が表面29側に凹んだことで薄膜化されたメンブレン31と、を有する板状の半導体チップである。また、センサチップ22は、裏面30が凹部28側に向けられると共にセンシング部33が露出するように突き出し部27の凹部28に接着剤32で固定されている。
As shown in FIG. 4, the
メンブレン31上には図示しないヒータ抵抗やヒータ抵抗とは別の抵抗体(測温抵抗)が形成されている。測温抵抗は、ヒータの発熱温度をモニタする抵抗と、ヒータ抵抗の上下流の温度を検出する抵抗がある。ヒータ抵抗の発熱温度は、モニタ抵抗により一定の発熱温度になるように制御される。また、ヒータ抵抗の上下流にそれぞれ配置された測温抵抗でブリッジ回路が構成されており、ヒータ抵抗の上下流の温度差によりブリッジ回路の出力が変化し、メンブレン31の上方に流れる流体の流量が検出されるようになっている。センサチップ22において、ブリッジ回路が形成された部位が流体の流量を検出するセンシング部33に該当する。センサチップ22は、センシング部33によって検出された流量に応じた流量信号を出力する。
On the
回路チップ23は、センサチップ22に対して駆動信号を出力することや、センサチップ22から流量信号を入力し、演算・増幅処理して外部へ出力する等の機能を有する制御回路等が形成されたものである。このような回路チップ23は、例えばシリコン基板等に対してCMOSトランジスタ等が半導体プロセスで形成された半導体チップである。回路チップ23は、ワイヤ34を介してセンサチップ22と電気的に接続されている。ワイヤ34は回路チップ23及びセンサチップ22にそれぞれ設けられた図示しないパッドに接合されている。
The
封止材24は、ワイヤ34及びワイヤ34の接続部を保護する樹脂部材である。封止材24は、センサチップ22のメンブレン31が露出するように、センサチップ22の一部、回路チップ23の一部、ワイヤ34等を封止している。封止材24は、センサアセンブリ21の本体部26のうちコの字状に囲まれた領域に配置されると共にセンシング部33側に流れ出ないようにセンサチップ22の表面29に設けられたダム部35でせき止められている。封止材24として、例えばエポキシ系樹脂が採用される。
The sealing
リードフレーム25は、回路チップ23と外部とを電気的に接続するための金属製の端子部品である。具体的に、リードフレーム25は、複数の端子部36と、アイランド部37と、を有している。
The
複数の端子部36は、一部が露出するようにセンサアセンブリ21の本体部26にインサート成形されている。また、図3に示されるように、複数の端子部36が当該端子部36の長手方向に垂直な方向に並べられている。そして、回路チップ23の各パッドと対応する各端子部36とがそれぞれワイヤ38で接続されている。これにより回路チップ23と各端子部36とが電気的に接続されている。
The plurality of
アイランド部37は、回路チップ23が実装された板状の部分である。アイランド部37は、端子部36とは反対側の一部が突き出し部27から露出するようにセンサアセンブリ21に封止されている。「アイランド部37のうちの一部」とは、突き出し部27の先端部39から突出すると共に露出した露出部40である。この露出部40は、センサアセンブリ21の突き出し部27の位置を流路部10に固定するための固定手段である。
The
上記の構成のセンサ部20が流路部10に固定されている。具体的には、図1及び図2に示されるように、流路部10は、センサ部20のセンシング部33が第2通路13に位置するようにセンサ部20を配置するための差し込み孔15を有している。この差し込み孔15にセンサ部20が差し込まれることで、センサアセンブリ21のうちの突き出し部27が第2通路13に突き出すと共にセンサチップ22のセンシング部33が第2通路13に位置するようにセンサアセンブリ21が流路部10に保持される。
The
また、流路部10は、流路11のうちセンサアセンブリ21の突き出し部27に対抗する対向部16を有している。本実施形態では、対向部16は、第2通路13の一部を構成している。すなわち、第2通路13は円状であるので、当該円の中心側の部分が対向部16であると言える。
Further, the
対向部16は、リードフレーム25の露出部40が差し込まれるスリット状の溝部17を有している。したがって、センサ部20が流路部10の差し込み孔15に差し込まれると、リードフレーム25の露出部40が対向部16の溝部17に差し込まれる。このとき、センサ部20の突き出し部27の先端部39が対向部16に接触するまで、露出部40が溝部17に差し込まれる。このようにしてセンサ部20の突き出し部27は露出部40によって流路部10の対向部16に固定されている。
The facing
以上が、本実施形態に係る流量センサの構成である。流量センサは、回路チップ23が外部からの指令に従ってセンサチップ22のヒータ抵抗に通電し、加熱する。そして、流量に応じて上述のブリッジ回路の中点電位差が変化するので、この中点電位差(流量信号)を回路チップ23で信号処理して外部に出力する。流量信号を取得した外部機器は、流量信号に基づいて流体の流量のデータを取得する。
The above is the configuration of the flow sensor according to the present embodiment. In the flow rate sensor, the
次に、上記の流量センサの構造による効果について説明する。本実施形態では、センサアセンブリ21の突き出し部27が露出部40によって流路部10の対向部16に固定される。このため、突き出し部27が流体の影響を受けずにその位置が確実に固定されるので、流路11に対するセンシング部33の位置決めの精度を向上させることができる。また、流体が第2通路13を通過する際に、センサ部20の突き出し部27が流体によって揺れないようにすることができる。
Next, the effect of the structure of the flow sensor will be described. In the present embodiment, the protruding
一方、回路チップ23が動作することで発生した熱は、リードフレーム25及びセンサアセンブリ21を介してセンサチップ22側に伝達される。しかしながら、この熱は露出部40を介して流路11の対向部16に伝達され、センサチップ22側に伝達された熱の逃げ道が確保されている。したがって、センサチップ22に対する回路チップ23の熱の影響を低減することができる。ここで、リードフレーム25を介して伝達される熱は露出部40を介して対向部16に直接伝達されるので、熱を対向部16に積極的に逃がすことができる。このため、センサアセンブリ21の放熱性を高めることができる。
On the other hand, heat generated by the operation of the
特に、本実施形態では、突き出し部27の先端部39が対向部16に接触するように露出部40が溝部17に差し込まれている。このため、突き出し部27が対向部16に確実に固定されるので、流路11に対するセンシング部33の位置決めの精度を向上させることができる。また、対向部16に対する突き出し部27の接触面積を確保できるので、センサアセンブリ21の放熱性を向上させることができる。
In particular, in the present embodiment, the exposed
なお、図1及び図2に示される流量センサの構造において、センサ部20を覆うように図示しない樹脂形成部が形成されていても良い。また、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、対向部16の溝部17及び露出部40が特許請求の範囲の「固定手段」に対応する。
In the structure of the flow sensor shown in FIGS. 1 and 2, a resin forming portion (not shown) may be formed so as to cover the
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。図5に示されるように、本実施形態では、リードフレーム25は放熱部41を有している。放熱部41は、リードフレーム25のアイランド部37のうちセンサアセンブリ21の突き出し部27に位置する部分に設けられている。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the
また、放熱部41は、センサチップ22の表面29の面方向に平行な方向であると共に、流路11に対する突き出し部27の突き出し方向に対して傾けられた方向に、突き出し部27から露出している。本実施形態では、「傾けられた方向」とは突き出し方向に垂直な方向である。さらに、放熱部41は流体の上流側と下流側の両方に位置するように、突き出し方向に垂直な両方向に突き出し部27から突出及び露出している。
Further, the
そして、図6に示されるようにセンサ部20が流路部10に固定されると、放熱部41が第2通路13に露出する。このため、第2通路13に流体が流れると、流体が放熱部41の熱を奪って流れる。したがって、センサアセンブリ21の放熱性をさらに高めることができる。なお、本実施形態では、放熱部41が突き出し方向に垂直な両方向に露出しているので、センシング部33に対する流体の流れに影響を及ぼすことはない。
As shown in FIG. 6, when the
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。図7及び図8に示されるように、本実施形態では、対向部16は、AlやCu等の金属製のフィン18を内部に有している。フィン18は、流路部10の形成時において対向部16にインサート成形されている。
(Third embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIGS. 7 and 8, in the present embodiment, the facing
具体的には、図7に示されるようにフィン18は第2通路13に露出していないが、図8に示されるようにフィン18の一部は流路部10の壁面から露出している。また、フィン18には露出部40が差し込まれる溝部17の一部も形成されている。
Specifically, the
そして、リードフレーム25の露出部40が対向部16の溝部17に差し込まれると、露出部40がフィン18に接触する。したがって、回路チップ23の熱がリードフレーム25を介してフィン18に伝わるので、回路チップ23の熱を逃がしやすくすることができる。また、フィン18のうち流路部10から露出した部分によって放熱性を高めることができる。
When the exposed
(第4実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。図9及び図10に示されるように、本実施形態では、対向部16そのものがAlやCu等の金属製のフィンとして構成されている。本実施形態では、図10に示されるようにフィン18は流路部10にインサート成形されている。また、対向部16の一部が流路部10の壁面から露出している。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIGS. 9 and 10, in the present embodiment, the facing
さらに、対向部16には露出部40が差し込まれる溝部17も形成されている。したがって、リードフレーム25の露出部40が対向部16の溝部17に差し込まれると、露出部40が金属製の対向部16に接触する。
Further, a
以上のように、対向部16そのものが金属製で形成されていることにより、回路チップ23の熱を対向部16に逃がしやすくすることができる。また、流体が対向部16に接触すると共に対向部16の熱を奪うので、放熱効果をさらに高めることができる。
As described above, since the facing
(第5実施形態)
本実施形態では、第1〜第4実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、センサ部20の突き出し部27を固定する固定手段が対向部16に設けられていることが特徴となっている。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first to fourth embodiments will be described. The present embodiment is characterized in that a fixing means for fixing the protruding
図11に示されるように、対向部16は、当該対向部16の一部が突き出し部27側に突き出した突出部19を有している。突出部19は、突き出し部27を対向部16に固定するための固定手段である。一方、突き出し部27は、先端部39のうち突出部19に対応する部分においてセンサ部20の本体部26側に凹むと共に突出部19が差し込まれる溝状の差し込み部42を有している。
As shown in FIG. 11, the facing
以上の構成によると、回路チップ23の熱がセンサアセンブリ21及び突出部19を介して対向部16に伝達されるので、熱を対向部16に積極的に逃がすことができる。したがって、固定手段が対向部16に設けられた構造においてもセンサアセンブリ21の放熱性を高めることができる。
According to the above configuration, the heat of the
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、突き出し部27の差し込み部42及び突出部19が特許請求の範囲の「固定手段」に対応する。
As for the correspondence between the description of this embodiment and the description of the claims, the
(他の実施形態)
上記各実施形態で示された流量センサの構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、流路部10の流路11は第1通路12と第2通路13とを有していたが、流路部10は直線状の第1通路12のみで構成されていても良いし、第2通路13のみで構成されていても良い。また、他の経路で構成されていても良い。流体が通過する経路がどのような経路であっても、経路のうちセンサ部20の突き出し部27に対向する部分が対向部16となる。
(Other embodiments)
The configuration of the flow sensor shown in each of the above embodiments is an example, and is not limited to the configuration shown above, and may be another configuration that can realize the present invention. For example, the
第1〜第4実施形態では、露出部40の平面形状が四角形状の場合について示されているが、これは露出部40の平面形状の一例である。したがって、他の平面形状としても良い。
In 1st-4th embodiment, although the case where the planar shape of the exposed
第2実施形態で示された放熱部41の形状は一例である。例えば、放熱部41は流体の上流側及び下流側のいずれか一方のみに設けられていても良い。また、放熱部41の平面形状についても図5及び図6で示された形状とは異なる形状としても良い。
The shape of the
第3実施形態では、フィン18は流路部10の壁面に露出するように対向部16にインサート成形されていたが、フィン18は流路部10の壁面から露出せずに対向部16の内部に封止されていても良い。第4実施形態についても同様に、フィンである対向部16が流路部10の壁面から露出せずに流路部10にインサート成形されていても良い。
In the third embodiment, the
第5実施形態に係る対向部16は、第3実施形態と同様にフィン18を有するものでも良い。また、第5実施形態に係る対向部16は、第4実施形態と同様に対向部16そのものが金属製のフィンで構成されていても良い。もちろん、第5実施形態に係る流量センサに第2実施形態で示された放熱部41を採用しても良い。
The facing
上記各実施形態では、センサ部20の突き出し部27の先端部39が対向部16に接触していたが、先端部39が対向部16に接触していなくても良い。この場合でも、露出部40が対向部16に固定される。また、突出部19が差し込み部42に固定される。
In each of the above embodiments, the
そして、流量センサは、車両に限られず、流体が通過する他の通路に固定することができる。これにより、当該流体の流量を測定することができる。 And a flow sensor is not restricted to a vehicle, It can fix to the other channel | path through which a fluid passes. Thereby, the flow rate of the fluid can be measured.
10 流路部
11 流路
16 対向部
17 溝部(固定手段)
21 センサアセンブリ
22 センサチップ
23 回路チップ
26 本体部
27 突き出し部
33 センシング部
39 先端部
40 露出部(固定手段)
10
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記流量信号を入力して所定の信号処理を行う回路チップ(23)と、
前記回路チップ(23)を封止した本体部(26)と、前記センシング部(33)が露出するように前記センサチップ(22)が固定されていると共に前記本体部(26)から突き出した突き出し部(27)と、を有するセンサアセンブリ(21)と、
前記流体が通過する流路(11)を有し、前記センサアセンブリ(21)のうちの前記突き出し部(27)が前記流路(11)に突き出していると共に前記センサチップ(22)のセンシング部(33)が前記流路(11)に位置するように前記センサアセンブリ(21)を保持する流路部(10)と、
前記突き出し部(27)の先端部(39)を、前記流路(11)のうち前記突き出し部(27)に対向する対向部(16)に固定する固定手段(17、19、40、42)と、
を備えていることを特徴とする流量センサ。 A sensor chip (22) having a sensing unit (33) for detecting the flow rate of the fluid, and outputting a flow rate signal corresponding to the flow rate detected by the sensing unit (33);
A circuit chip (23) for inputting the flow rate signal and performing predetermined signal processing;
A main body part (26) encapsulating the circuit chip (23) and a protrusion protruding from the main body part (26) while the sensor chip (22) is fixed so that the sensing part (33) is exposed. A sensor assembly (21) having a portion (27);
A flow path (11) through which the fluid passes, and the protruding portion (27) of the sensor assembly (21) protrudes into the flow path (11) and the sensing portion of the sensor chip (22); A flow path portion (10) for holding the sensor assembly (21) such that (33) is positioned in the flow path (11);
Fixing means (17, 19, 40, 42) for fixing the tip (39) of the protruding portion (27) to the facing portion (16) of the flow path (11) facing the protruding portion (27). When,
A flow sensor comprising:
前記固定手段は、前記突き出し部(27)の先端部(39)から前記リードフレーム(25)の一部が露出した露出部(40)であり、
前記対向部(16)は、前記リードフレーム(25)の露出部(40)が差し込まれる溝部(17)を有していることを特徴とする請求項1に記載の流量センサ。 The sensor assembly (21) is covered with the sensor assembly (21) and has a metal lead frame (25) on which the circuit chip (23) is mounted.
The fixing means is an exposed portion (40) in which a part of the lead frame (25) is exposed from a tip portion (39) of the protruding portion (27),
The flow sensor according to claim 1, wherein the facing portion (16) has a groove portion (17) into which the exposed portion (40) of the lead frame (25) is inserted.
前記突き出し部(27)は、前記突出部(19)が差し込まれる差し込み部(42)を有していることを特徴とする請求項1に記載の流量センサ。 The fixing means is a protruding portion (19) in which a part of the facing portion (16) protrudes from the facing portion (16) toward the protruding portion (27).
The flow rate sensor according to claim 1, wherein the protruding portion (27) has an insertion portion (42) into which the protruding portion (19) is inserted.
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