JP2015219157A - 流量計の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流量計の量産工程におけるスループットを改善し、流量計の製造の生産性を向上させることができる。
【解決手段】本発明の一側面に係る流量計の製造方法は、被測定流体が流通する流路の一部に設けられた開口に流量センサを備える基板を接合して構成される流量計の製造方法において、前記流路を形成する流路形成部材であって、前記開口を形成する囲み壁と、貫通溝が形成され、当該壁から前記開口の外側に向けて延出するフランジと、を有する流路形成部材を作成する工程と、前記フランジに前記基板の一部が接するように前記流量センサを前記流路に露出させる向きで前記基板を前記流路形成部材に設置する工程と、光硬化剤を硬化させるための光が前記貫通溝を通して前記フランジと接する前記基板に到達するように前記基板が設置された前記流路形成部材と前記光との相対的な向きを調整する工程と、前記貫通溝に前記光硬化剤を付着する工程と、前記貫通溝に前記光を照射する工程と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、流量計の製造方法に関する。

従来、ガスや空気等の被測定流体の流量変化を検出する流量計（フローセンサ）として、流体の導入路と導出路の各一側端が一面に並んで開口して形成された取付対象物の前記一面に取り付けられて前記導入路と導出路の開口端に連通する流入口と流出口が一面に並んで形成され、かつこれらの流入口と流出口を連通する流路に設けられた流量センサにより前記取付対象物を介して流れる流体の流量を計測する流量計が知られていた（特許文献１）。また、特許文献１に記載の流量計においては、回路基板は基板収容部に接着されていた。

特許４９７６１８７号

しかしながら、上述したような流量計の量産工程においては、回路基板と基板収容部との接着に時間がかかるため順番待ちの流量計が滞留し、スループットを悪化させていた。よって、流量計の製造の生産性が低下するおそれがあった。

そこで、本発明は、流量計の量産工程におけるスループットを改善し、流量計の製造の生産性を向上させることを目的の一つとし得る。

基板と流路形成部材とを接着・固定するさまざまな接着剤のうち、光を照射することにより硬化する接着剤である光硬化型接着剤は光を照射することにより、短時間で硬化し、適切に基板と流路形成部材とを接着・固定することができる。一方で、本願発明者は、特許文献１の図１のような構造を持つ流量計の場合、基板が塗布された接着剤を覆ってしまうため、照射した光が光硬化型接着剤に到達せず、当該接着剤を硬化させることができないおそれがあることを見出した。

上記課題を解決するために、本発明の一側面に係る流量計の製造方法は、被測定流体が流通する流路の一部に設けられた開口に流量センサを備える基板を接合して構成される流量計の製造方法において、前記流路を形成する流路形成部材であって、前記開口から外側に向けて延出し、貫通溝が形成されたフランジと、前記フランジの外端部に形成された囲み壁と、を有する流路形成部材を作成する工程と、前記フランジに前記基板の一部が接するように前記流量センサを前記流路に露出させる向きで前記基板を前記流路形成部材に設置する工程と、光硬化剤を硬化させるための光が前記貫通溝を通して前記フランジと接する前記基板に到達するように前記基板が設置された前記流路形成部材と前記光との相対的な向きを調整する工程と、前記貫通溝に前記光硬化剤を付着する工程と、前記貫通溝に前記光を照射する工程と、を含む。

本発明によれば、流路形成部材に、基板と流路形成部材とを接着・固定するための光硬化剤を付着するための貫通溝を設け、当該貫通溝に付着される当該光硬化剤に光が適切に照射されるように、当該基板が設置された当該流路形成部材と照射される光との相対的な向きを調整する。そして、当該貫通溝に当該光硬化剤を付着し、当該光硬化剤に光を照射し、当該光硬化剤が硬化することによって、基板と流路形成部材とを短時間で接着・固定することができる。以上述べたとおり、流量計の量産工程において、流量計を短時間で量産することができるため、流量計の量産工程における流量計の滞留を解消し、スループットを改善して、流量計の製造の生産性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る流量計であって、回路基板を流路形成部材に配置する前の回路基板と流路形成部材の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る流量計の図１のＩ−Ｉ方向から見た側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る流路形成部材の図１のＩ−Ｉ方向から見た側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る流路形成部材の平面図である。 本発明の一実施形態に係る流路形成部材の底面図である。 本発明の一実施形態に係る流量センサの構成例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る流量センサの図６のＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である。 本発明の一実施形態に係る流量計の製造工程を示した図である。（ａ）は、加工後の流路形成部材の状態を示した図である。（ｂ）は、加工後の流路形成部材に、回路基板を設置する前の状態を示した図である。（ｃ）は、加工後の流路形成部材に、回路基板を設置した後の状態を示した図である。（ｄ）は、回路基板を設置した流路形成部材を上下反転させた後の状態を示した図である。（ｅ）は、流路形成部材に形成された貫通溝（ただし、貫通溝は回路基板の下面により、下方向から閉塞されている）に光硬化剤を付着している状態を示した図である。（ｆ）は、光硬化剤が付着された貫通溝に光を照射している状態を示した図である。（ｇ）は、光硬化剤が硬化し、流路形成部材と回路基板とが固定・接着された後に、流路形成部材を上下反転させた状態を示した図である。 本発明の一実施形態に係る流量計の製造工程（図８（ｄ））における断面斜視図である。 本発明の一実施形態に係る流量計の製造工程（図８（ｅ））における断面斜視図である。 本発明の一実施形態に係る流量計の図１０の断面斜視図の一部を拡大した拡大図である。 本発明の他の実施形態に係る流量計の断面斜視図の一部を拡大した拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施形態を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」という。

図１〜図７は、特に、本発明の一実施形態に係る流量計１の構造を示すためのものである。図１は、本発明の一実施形態に係る流量計１であって、回路基板を流路形成部材に配置する前の回路基板と流路形成部材の斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る流量計１の図１のＩ−Ｉ方向から見た側面断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る流路形成部材の図１のＩ−Ｉ方向から見た側面断面図である。図４は、本発明の一実施形態に係る流路形成部材の平面図である。図５は、本発明の一実施形態に係る流路形成部材の底面図である。

図１に示すように、流量計１は、例示的に、流路形成部材３及び回路基板５（基板）を備えて構成される。流量計１は、略直方体形状で構成されている。

流路形成部材３は、後述する流路４０を形成する部材であり、例示的に、流路４０の一部に設けられた開口３４から外側に向けて延出し、貫通溝３９が形成されたフランジ３１、フランジ３１の外端部に形成された囲み壁３２、及び流路形成部材３の下部３３を備えて構成されている。また、流路形成部材３の材料には、金属又は樹脂等が使用可能である。なお、フランジ３１と囲み壁３２と流路形成部材３の下部３３とは、一体で構成されていてもよいし、別体として構成されていてもよい。

流路形成部材３のフランジ３１の上面には、後述する回路基板５を収容するための長方形状の基板設置部３５Ａが形成されている。基板設置部３５Ａの底面３５Ｂの中央部分に長手方向に長い長方形状の開口３４が形成されている。開口凹部３５Ｃは、後述するように、図２に示す回路基板５の下面５Ｂにより気密に封止されて、ガスや空気等の被測定流体の流路４０を形成する。また、図２に示すように、回路基板５の下面５Ｂにより、貫通溝３９についても、上方向から覆うように閉塞されている。さらに、囲み壁３２には、後述する回路基板５に設置されたコネクタ５５の側面５５Ａに設けられた開口５７に接続される接続ケーブルを引き出すための切欠（不図示）が形成されている。なお、コネクタ５５の上面５５Ｂに開口５７が設けられている場合、囲み壁３２には接続ケーブルを引き出すための切欠は不要である。

図２及び図３に示す連通路３６Ａ及び３６Ｂは、開口凹部３５Ｃに連通する上部と流入口３７Ａ及び流出口３７Ｂ側に連通する下部の軸線方向（縦方向）の軸心位置を長手方向側にずらして形成されている。また、開口凹部３５Ｃと流入口３７Ａ及び流出口３７Ｂの略中間位置において長手方向に沿って形成された流路４０により連通されている。連通路３６Ａ及び３６Ｂと流路４０とにより流量計１の被測定流体の流路が形成される。

図４に示すように、フランジ３１の底面３５Ｂには開口３４を取り込むように、貫通溝３９が形成されている。貫通溝３９の断面形状は、例えば矩形である。ただし、矩形に限定されず、曲線からなる形状であってもよく、直線と曲線とを組み合わせた形状であってもよい。また、フランジ３１には、貫通溝３９を橋架する橋げた３８が形成されている。

図５に示すように、流路形成部材３の下部３３の下面３３Ａには短辺方向の中心線Ｌに対して左右両側に被測定流体の流入口３７Ａ及び流出口３７Ｂが並んで形成されている。流入口３７Ａ及び流出口３７Ｂは、下方向から見て略正方形状をなす浅い凹部となっている。また、図２及び図３に示すように、連通路３６Ａ及び３６Ｂは、各一端が開口凹部３５Ｃの長手方向両端部に開口して連通され、各他端が流入口３７Ａ及び流出口３７Ｂの中心線Ｌ側（互いに近接する側）に開口している。また、上記した橋げた３８は、フランジ３１の下面３１Ａ及び３１Ｂに形成されている。当該橋げた３８は、容易に取り外し可能なように構成されており、たとえば、回路基板５と流路形成部材３とを接着・固定することができた後に、取り外される。

図１に戻り、回路基板５は、例示的に、破線で示す流量センサ５１、流量センサ５１を駆動するための駆動回路、制御するための制御回路、流量センサ５１の出力に基づいて被測定流体の流量を演算する演算回路等からなる回路群５３、及び回路群５３と他の部品とを電気的に接続するためのコネクタ５５を備えて構成されている。また、流量センサ５１は、図１に示す回路基板５の下面５Ｂに備えられている。さらに、回路群５３及びコネクタ５５は、図１に示す回路基板５の上面５Ａに備えられている。

図６は、本発明の一実施形態に係る流量センサ５１の構成例を示す図である。図７は、本発明の一実施形態に係る流量センサ５１の図６のＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である。図６及び図７に示すように、流量センサ５１は、キャビティ１０２が設けられた基板１０１と、基板１０１上にキャビティ１０２を覆うように配置された絶縁膜１０３と、絶縁膜１０３に設けられたヒータ１０４と、ヒータ１０４より上流側に設けられた上流側測温抵抗素子１０５と、ヒータ１０４より下流側に設けられた下流側測温抵抗素子１０６と、上流側測温抵抗素子１０５より上流側に設けられた周囲温度センサ１０７と、を有している。

絶縁膜１０３のキャビティ１０２を覆う部分は、断熱性のダイアフラムを構成している。周囲温度センサ１０７は、流路４０を流通する被測定流体の温度を測定する。ヒータ１０４は、キャビティ１０２を覆う絶縁膜１０３の略中心に配置されており、流路４０を流通する被測定流体を、周囲温度センサ１０７が計測した温度よりも一定温度高くなるように加熱する。上流側測温抵抗素子１０５はヒータ１０４より上流側の温度を検出するために用いられ、下流側測温抵抗素子１０６はヒータ１０４より下流側の温度を検出するために用いられる。

ここで、流路４０内における被測定流体の流量が零の場合、ヒータ１０４で加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に拡散する。従って、上流側測温抵抗素子１０５の温度と下流側測温抵抗素子１０６の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子１０５の電気抵抗と下流側測温抵抗素子１０６の電気抵抗は等しくなる。これに対し、流路４０内における被測定流体が上流側から下流側へと流通している場合、ヒータ１０４で加えられた熱は下流方向に運ばれる（運搬効果）。従って、上流側測温抵抗素子１０５の温度よりも下流側測温抵抗素子１０６の温度が高くなり、上流側測温抵抗素子１０５の電気抵抗と下流側測温抵抗素子１０６の電気抵抗との間に差が生じる。この電気抵抗の差は、流路４０内を流通する被測定流体の速度や流量と相関関係があることが知られている。このため、上流側測温抵抗素子１０５の電気抵抗と下流側測温抵抗素子１０６の電気抵抗との差に基づいて、流路４０内を流通する被測定流体の速度や流量を測定（算出）することができる。

なお、基板１０１の材料としては、シリコン(Ｓｉ)等が使用可能である。絶縁膜１０３の材料としては、酸化ケイ素(ＳｉＯ₂)等が使用可能である。キャビティ１０２は、異方性エッチング等により形成される。また、ヒータ１０４、上流側測温抵抗素子１０５、下流側測温抵抗素子１０６及び周囲温度センサ１０７の各々の材料としては、白金(Ｐｔ)等が使用可能であり、これらは、リソグラフィ法等により形成可能である。

図８は、本発明の一実施形態に係る流量計１の製造工程を示した図である。図８（ａ）は、加工後の流路形成部材３の状態を示した図である。図８（ｂ）は、加工後の流路形成部材３に、回路基板５を設置する前の状態を示した図である。図８（ｃ）は、加工後の流路形成部材３に、回路基板５を設置した後の状態を示した図である。図８（ｄ）は、回路基板５を設置した流路形成部材３を上下反転させた後の状態を示した図である。図８（ｅ）は、流路形成部材３に形成された貫通溝３９（ただし、貫通溝３９は回路基板５の下面５Ｂにより、下方向から閉塞されている）に光硬化剤６０を付着している状態を示した図である。図８（ｆ）は、光硬化剤６０が付着された貫通溝３９に光を照射している状態を示した図である。図８（ｇ）は、光硬化剤６０が硬化し、流路形成部材３と回路基板５とが固定・接着された後に、流路形成部材３を上下反転させた状態を示した図である。

本発明の一実施形態に係る流量計１は、以下の工程を経て生産される。まず、図８（ａ）に示すように、流路４０の一部に設けられた開口３４から外側に向けて延出し、貫通溝３９が形成されたフランジ３１、フランジ３１の外端部に形成された囲み壁３２、及び流路形成部材３の下部３３を有する流路形成部材３が作成される（図１及び図２参照）。

次に、図８（ｂ）に示すように、フランジ３１の基板設置部３５Ａの底面３５Ｂに回路基板５の一部が接するように、回路基板５の下面５Ｂに設置された、破線で示す流量センサ５１を流路４０に露出させる向きで回路基板５を流路形成部材３に設置する。当該回路基板５を流路形成部材３に設置した後の状態は、図８（ｃ）が示している。

次に、光硬化剤６０を硬化させるための光が貫通溝３９を通してフランジ３１と接する回路基板５に到達するように回路基板５が設置された流路形成部材３と光との相対的な向きを調整する。具体的には、図８（ｄ）に示すように、破線矢印で示す向きに光が照射される場合は、流路形成部材３を上下反転させ、光が貫通溝３９を通してフランジ３１と接する回路基板５に到達するように回路基板５が設置された流路形成部材３と光との相対的な向きを調整する。

図９は、本発明の一実施形態に係る流量計１の断面斜視図である。具体的には、図８（ｄ）の部分的断面斜視図である。図９に示すように、開口凹部３５Ｃは、回路基板５の下面５Ｂにより気密に封止されて、被測定流体の流路４０を形成する。また、貫通溝３９についても、回路基板５の下面５Ｂにより、フランジ３１の基板設置部３５Ａの底面３５Ｂに回路基板５の一部が接するように下方向から閉塞されている。

また、たとえば、光が照射される向きが固定されている場合、光硬化剤６０を硬化させるための光が貫通溝３９を通してフランジ３１と接する回路基板５に到達するように、流路形成部材３の向きを調整する。また、流路形成部材３が固定されている場合、光硬化剤６０を硬化させるための光が貫通溝３９を通してフランジ３１と接する回路基板５に到達するように、照射される光の向きを調整する。さらに、流路形成部材３の向き及び照射される光の向きを自在に調整可能である場合、光硬化剤６０を硬化させるための光が貫通溝３９を通してフランジ３１と接する回路基板５に到達するように、流路形成部材３の向き及び照射される光の向きの双方を適宜調整することが可能である。

なお、流路形成部材３と光との相対的な向きを調整する工程の前に、回路基板５と流路形成部材３とを仮固定部材を介して仮固定してもよい。例えば、回路基板５を流路形成部材３に設置する際に、回路基板５と流路形成部材３とを仮固定部材を介して仮固定する。これにより、回路基板５を流路形成部材３に設置した後であって、流路形成部材３を上下反転する場合に、回路基板５が流路形成部材３から脱落することを防止することができる。または囲み壁３２の内壁等に突起部を成形し、回路基板５を流路形成部材３に設置したときに突起部材により回路基板５が仮固定されるように構成してもよい。

次に、図８（ｅ）に示すように、光硬化剤６０を貫通溝３９に付着する。

図１０は、本発明の一実施形態に係る流量計の断面斜視図である。具体的には、図８（ｅ）の部分的断面斜視図であり、特に、光硬化剤６０が貫通溝３９に付着が完了した場合の図である。図１１は、本発明の一実施形態に係る流量計１の図１０の断面斜視図の一部を拡大した拡大図である。上述したように、貫通溝３９は、回路基板５の下面５Ｂにより、フランジ３１の基板設置部３５Ａの底面３５Ｂに回路基板５の一部が接するように下方向から閉塞されているため、貫通溝３９に光硬化剤６０を付着させる際、光硬化剤６０が下方向に漏れ出すことはない。なお、光硬化剤６０の付着量は、流路形成部材３と回路基板５とを十分に接着・固定できればよく、図１０及び図１１に示すように、溝の深さの約２／３程度の量であればよい。

次に、図８（ｆ）に示すように、貫通溝３９に、たとえば実線矢印で示す向きに光を照射する。光が貫通溝３９を通してフランジ３１と接する回路基板５に到達することで、光が貫通溝３９に付着した光硬化剤６０に照射され、光硬化剤６０が硬化することで、流路形成部材３と回路基板５とが接着・固定される。

次に、図８（ｇ）に示すように、回路基板５が表面に表れるように、流量計１を反転させる。

（他の実施形態）
図１２は、本発明の他の実施形態に係る流量計１の断面斜視図の一部を拡大した拡大図である。図１２は、図１１とは、貫通溝３９の形状が異なる点において相違している。

図１２に示す流量計１の貫通溝３９の断面形状は、下方向に凸形状である。なお、貫通溝３９の形状は図１１及び図１２に示す形状には限定されず、さまざまな形状を採用することができる。

以上述べたとおり、本発明によれば、流路形成部材３に、回路基板５と流路形成部材３とを接着・固定するための光硬化剤６０を付着するための貫通溝３９を設け、貫通溝３９に付着される光硬化剤６０に光が適切に照射されるように、回路基板５が設置された流路形成部材３と照射される光との相対的な向きを調整する。そして、貫通溝３９に光硬化剤６０を付着し、光硬化剤６０に光を照射し、光硬化剤６０が硬化することによって、回路基板５と流路形成部材３とを短時間で接着・固定することができる。以上述べたとおり、流量計１の量産工程において、流量計１を短時間で量産することができるため、流量計１の量産工程におけるスループットを改善し、流量計１の製造の生産性を向上させることができる。

１ 流量計
３ 流路形成部材
５ 回路基板
５Ａ 上面
５Ｂ 下面
３１ フランジ
３２ 囲み壁
３３ フランジの下部
３４ 開口
３５Ａ 基板設置部
３５Ｂ 基板設置部の底面
３５Ｃ 開口凹部
３６Ａ 連通路
３６Ｂ 連通路
３７Ａ 流入口
３７Ｂ 流出口
３８ 橋げた
３９、３９Ａ、３９Ｂ 貫通溝
４０ 流路
５１ 流量センサ
５３ 回路群
５５ コネクタ
５５Ａ 側面
５５Ｂ 上面
５７ 開口
６０ 光硬化剤
１０１ 基板
１０２ キャビティ
１０３ 絶縁膜
１０４ ヒータ
１０５ 上流側測温抵抗素子
１０６ 下流側測温抵抗素子
１０７ 周囲温度センサ

Claims (4)

1. 被測定流体が流通する流路の一部に設けられた開口に流量センサを備える基板を接合して構成される流量計の製造方法において、
   前記流路を形成する流路形成部材であって、前記開口から外側に向けて延出し、貫通溝が形成されたフランジと、前記フランジの外端部に形成された囲み壁と、を有する流路形成部材を作成する工程と、
   前記フランジに前記基板の一部が接するように前記流量センサを前記流路に露出させる向きで前記基板を前記流路形成部材に設置する工程と、
   光硬化剤を硬化させるための光が前記貫通溝を通して前記フランジと接する前記基板に到達するように前記基板が設置された前記流路形成部材と前記光との相対的な向きを調整する工程と、
   前記貫通溝に前記光硬化剤を付着する工程と、
   前記貫通溝に前記光を照射する工程と、を含む、
   流量計の製造方法。
2. 前記基板を前記流路形成部材に設置する工程は、前記基板と前記流路形成部材とを仮固定部材を介して仮固定する工程を含む、
   請求項１に記載の流量計の製造方法。
3. 前記貫通溝は、前記開口を取り囲むように前記フランジに設けられている、
   請求項１又は２に記載の流量計の製造方法。
4. 被測定流体が流通する流路の一部に設けられた開口に接合される、流量センサを備える基板と、
   前記流路を形成する流路形成部材であって、前記開口から外側に向けて延出し、貫通溝が形成されたフランジと、前記フランジの外端部に形成された囲み壁と、を有する流路形成部材と、を備え、
   前記基板は、前記フランジに前記基板の一部が接するように前記流量センサを前記流路に露出させる向きで前記流路形成部材に設置され、
   前記貫通溝を通して前記フランジと接する前記基板に到達する光により硬化された、前記貫通溝に付着された光硬化剤により、前記流路形成部材と前記基板とが固定された、
   流量計。

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