JP2017219401A - 熱式流量センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータにより熱が生じても、アウトガスの発生を抑える。【解決手段】配管１と、ヒータ２２を有するセンサチップ２とを接着したシリコーン系の接着剤５に対し、当該接着剤５の重量変化が飽和するまで焼成を行う焼成ステップを有する。【選択図】図２

Description

この発明は、配管と、当該配管に貼り付けられたセンサチップとを有する熱式流量センサの製造方法に関する。

従来から、ヒータを用いて、配管内を流れる流体の流量を測定する熱式流量センサが知られている（例えば特許文献１参照）。この熱式流量センサでは、薄膜であるダイヤフラム部にヒータが設けられたセンサチップを有し、このセンサチップのダイヤフラム部が配管に貼り付けられている。

国際公開第２００１／０８４０８７号

ここで、センサチップの配管への貼り付けに用いる接着剤は、ヒータから生じた熱を配管内の流体に伝え、且つ、熱式流量センサが高温高湿、振動衝撃等の外部環境に耐えられるように応力緩和の役割を果たすことが求められる。そこで、上記接着剤として、シリコーン系の接着剤が用いられることがある。このシリコーン系の接着剤は、加熱されることで硬化する接着剤である。
しかしながら、シリコーン系の接着剤を用いて通常の硬化条件で接着を行うと、その後、ヒータから生じた熱により、当該接着剤から低分子シロキサン等のアウトガスが発生するという課題がある。ここで、ヒータから生じた熱は局所的であり、接着剤の外周部は当該熱の影響を受けていないため、接着剤から発生したアウトガスは外部へは放出されない。その結果、接着剤が膨張してダイヤフラム部が変形する。そして、最終的に、熱式流量センサの出力異常を引き起こす。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ヒータから熱が生じても、アウトガスの発生を抑えることができる熱式流量センサの製造方法を提供することを目的としている。

この発明に係る熱式流量センサの製造方法は、配管と、ヒータを有するセンサチップとを接着したシリコーン系の接着剤に対し、当該接着剤の重量変化が飽和するまで焼成を行う焼成ステップを有することを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、ヒータから熱が生じても、アウトガスの発生を抑えることができる。

図１Ａはこの発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの構成例を示す下側から見た底面図であり、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ線断面図である。 この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの製造方法の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの製造方法による効果を説明する図であり、加熱時間に伴う接着剤の重量変化の一例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの構成例を示す図である。なお図１Ａではセンサチップ２，３と基板４とを接続する信号線の図示を省略し、また、図１Ｂでは、基板４の図示を省略し、配管１を一部（座繰り面１１）のみ図示している。
熱式流量センサは、ヒータ２２を用いて、配管（キャピラリ）１内を流れる流体（液体又は気体）の流量を測定するセンサである。この熱式流量センサは、図１に示すように、ガラス管から成り、流体が流れる配管１と、配管１の座繰り面１１に貼り付けられたセンサチップ２，３と、センサチップ２，３に接続され、信号の入出力を行う基板４とを備えている。

センサチップ２には、配管１に貼り付けられる窒化膜から成る薄膜であるダイヤフラム部２１に、配管１内の流体に熱を加えるヒータ２２が設けられている。なお、ヒータ２２は、合計１ｕｍ程度の厚さの窒化膜にサンドイッチされて形成される。また、センサチップ２のダイヤフラム部２１は、シリコーン系の接着剤５を用いて、配管１の座繰り面１１に貼り付けられる。

センサチップ３には、配管１内の流体の温度を測定する温度センサ３１が設けられている。また、センサチップ３は、シリコーン系の接着剤５を用いて、配管１の座繰り面１１に貼り付けられる。なお、センサチップ２とセンサチップ３との間には間隙が設けられている。

基板４には、一辺から突設された接続部４１が設けられている。この接続部４１が、シリコーン系の接着剤５を用いて、配管１の座繰り面１１に貼り付けられる。
そして、基板４は、温度センサ３１により測定された温度を示す信号を取得し、当該温度よりも一定温度高くなるようにヒータ２２を制御する。そして、基板４は、ヒータ２２におけるパワーを示す信号を取得することで、流体の流量を測定する。すなわち、熱式流量センサでは、配管１内の流体が静止している場合に周囲に対して一定温度高くなるようにヒータ２２により熱を加えた際の熱量と、配管１内の流体が上流側から下流側へ流れている場合に周囲に対して一定温度高くなるようにヒータ２２により熱を加えた際の熱量とに、差が生じる。この熱量の差は、配管１内の流体の流量と相関関係がある。よって、熱式流量センサでは、この熱量の差から配管１内を流れる流体の流量を測定できる。

次に、熱式流量センサの製造方法の一例について、図２を参照しながら説明する。なお図２ではセンサチップ２，３と基板４とを接続する信号線の図示を省略している。
熱式流量センサの製造方法では、まず、図２Ａに示すように、配管１の座繰り面１１におけるチップ貼り付け箇所に対し、シリコーン系の接着剤５を塗布する（塗布ステップ）。また同様に、配管１の座繰り面１１における基板貼り付け箇所に対し、シリコーン系の接着剤５を塗布する。
なお、上記の塗布ステップでは、配管１の座繰り面１１に接着剤５を塗布した場合を示したが、センサチップ２，３の上面に接着剤５を塗布してもよい。

次いで、図２Ｂに示すように、センサチップ２，３と配管１の対応するチップ貼り付け箇所との位置決めを行って、接着する（接着ステップ）。また同様に、基板４の接続部４１と配管１の基板貼り付け箇所との位置決めを行って、接着する。
また、図示はしていないが、配管１とセンサチップ２，３及び基板４との位置ずれを防ぐため、配管１、センサチップ２，３及び基板４に対して冶具を取付ける。

次いで、図２Ｃに示すように、センサチップ２，３及び基板４が接着された配管１を、オーブン１０に入れて焼成を行う（焼成ステップ）。この際、接着剤５の重量変化が飽和するまで焼成を行う。また、焼成温度は、下限は流量計測におけるヒータ２２の加熱温度以上の温度であり、上限は接着剤５の耐熱温度（一般的には２００度程度）である。これは、焼成温度が流量計測におけるヒータ２２の加熱温度より低いと、接着剤５の重量変化が飽和されず、流量計測時に低分子シロキサン等のアウトガスが放出されてしまうためである。なお、焼成により接着剤５の重量変化が飽和する時間は、接着剤５の構成材料及び焼成温度によって変動する。

次いで、図２Ｄに示すように、オーブン１０から、焼成された熱式流量センサを取出し、冶具を取外す（取出しステップ）。以上の工程により、熱式流量センサを製造することができる。
なお、上記のようにして製造した熱式流量センサを用いて流量計測を行う場合には、ヒータ２２の加熱温度が、接着剤５の焼成温度を超えないようにする。これは、焼成温度を超えてヒータ２２を加熱してしまうと、アウトガスの発生が飽和されず、再びアウトガスが放出されてしまうためである。

なお、熱式流量センサの製造方法は図２に示す工程に限らず、配管１と、ヒータ２２を有するセンサチップ３とを接着したシリコーン系の接着剤５に対し、当該接着剤５の重量変化が飽和するまで焼成を行う焼成ステップを有していればよく、適宜、工程の変更、追加、削除が可能である。

図３は、実施の形態１に係る熱式流量センサの製造方法による効果を説明する図であり、加熱時間に伴う接着剤５の重量変化の一例を示す図である。なお図３では、１４５度程度の加熱を３０分程度行うことで硬化が完了する接着剤５（ＴＳＥ３２８０Ｇ）を用いた場合を示している。
図３の例では、３０分程度の加熱で接着剤５の硬化が完了するところ、加熱を継続することで、接着剤５の重量が減少していることが分かる。この重量の減少は、接着剤５から発生したアウトガスが外部に放出されていることを示している。すなわち、ヒータ２２による局所的な熱ではアウトガスが接着剤５内に留まってしまうが、熱式流量センサ全体を加熱することで、アウトガスが外部に放出されるものと推測される。なお図３の例では、１４５度程度の加熱を１０時間程度行うことで、接着剤５の重量変化が飽和している。

以上のように、この実施の形態１によれば、配管１と、ヒータ２２を有するセンサチップ２とを接着したシリコーン系の接着剤５に対し、当該接着剤５の重量変化が飽和するまで焼成を行うように構成したので、熱式流量センサの製造後に、ヒータ２２から熱が生じても、アウトガスの発生を抑えることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 配管
２ センサチップ
３ センサチップ
４ 基板
５ 接着剤
１０ オーブン
１１ 座繰り面
２１ ダイヤフラム部
２２ ヒータ
３１ 温度センサ
４１ 接続部

Claims (3)

1. 配管と、ヒータを有するセンサチップとを接着したシリコーン系の接着剤に対し、当該接着剤の重量変化が飽和するまで焼成を行う焼成ステップ
   を有することを特徴とする熱式流量センサの製造方法。
2. 前記焼成ステップは、流量計測における前記ヒータの加熱温度以上の温度で前記焼成を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の熱式流量センサの製造方法。
3. 前記センサチップは、前記ヒータが設けられたダイヤフラム部を有する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱式流量センサの製造方法。

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