JP2023095442A - 環境センサ - Google Patents

Abstract

【課題】流向、流速、温度または湿度を高精度に検出可能な環境センサを提供すること。【解決手段】本環境センサ（１００）は、筐体（１１０）と、筐体（１１０）に固定された第１基板（１２０）と、流向または流速を検出する第１センサ（１）と、温度または湿度を検出する第２センサ（２）と、を有し、第１センサ（１）は、第１基板（１２０）の第１面（１２１）に実装され、第２センサ（２）は、第１基板（１２０）の第１面（１２１）および第１面（１２１）とは反対側の第２面（１２２）それぞれの領域以外の領域に実装されている。【選択図】図２

Description

本発明は、環境センサに関する。

従来、空気等の流体の流向や流速を検出するセンサを搭載した環境センサが知られている。環境センサは、空調機器における空気の流量制御や、自動車のエンジン内の空気の流量制御、さらには気象予測などにおける屋外の風向や風速の測定等において使用される。

環境センサには、気温センサと、湿度センサと、気流センサと、が形成された半導体チップを有する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２５１０９６２号公報

環境センサでは、流向、流速、温度または湿度を高精度に検出することが求められている。

本発明は、流向、流速、温度または湿度を高精度に検出可能な環境センサを提供することを目的とする。

本環境センサ（１００）は、筐体（１１０）と、筐体（１１０）に固定された第１基板（１２０）と、流向または流速を検出する第１センサ（１）と、温度または湿度を検出する第２センサ（２）と、を有し、第１センサ（１）は、第１基板（１２０）の第１面（１２１）に実装され、第２センサ（２）は、第１基板（１２０）の第１面（１２１）および第１面（１２１）とは反対側の第２面（１２２）それぞれの領域以外の領域に実装されている。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、流向、流速、温度または湿度を高精度に検出可能な環境センサを提供できる。

第１実施形態に係る環境センサの全体構成例の斜視図である。 図１における平面Ｓに沿った断面図である。 図１の環境センサを下面側から視た斜視図である。 図３の状態からカバー部材を取り外した斜視図である。 図４の状態から第２基板を取り外した斜視図である。 第１変形例に係る環境センサの断面図である。 第２変形例に係る環境センサの断面図である。 第３変形例に係る環境センサの断面図である。 第４変形例に係る環境センサの断面図である。 第５変形例に係る環境センサの断面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。

＜環境センサ１００の構成＞
図１から図５を参照して、第１実施形態に係る環境センサ１００の構成を説明する。図１から図３は、環境センサ１００の全体構成を例示する図である。図１は斜視図、図２は図１における平面Ｓに沿った断面図、環境センサ１００を下面側から視た斜視図である。なお、平面Ｓは、環境センサ１００における２つの凸部１０１それぞれを通り、ＹＺ平面に沿った平面である。

図４は、図３の状態からカバー部材１１３を取り外した環境センサ１００を例示する斜視図である。図５は、図４の状態から第２基板１４０を取り外した環境センサ１００を例示する斜視図である。

本実施形態では、一例として、流向流速センサ１の平面形状を矩形状とし、流向流速センサ１の上面の任意の１辺の方向をＸ方向、流向流速センサ１の上面のＸ方向に直交する方向をＹ方向、流向流速センサ１の上面の法線方向をＺ方向とする。

また、本実施形態では、便宜上、Ｚ方向において環境センサ１００の流路板１３１が配置されている側を上側とし、Ｚ方向において流路板１３１が配置されている側とは反対側を下側とする。また、各部位の上側の面を上面、下側の面を下面とする。但し、このことは、環境センサ１００の使用時における向きは制限するものではなく、環境センサ１００は任意の向きに配置可能である。また、平面視とは対象物をその法線方向から視ることを指し、平面視形状とは対象物をその法線方向から視た形状を指すものとする。

図１から図３に示すように、環境センサ１００は、筐体１１０と、筐体１１０に固定される第１基板１２０と、流路形成部１３０と、第２基板１４０と、流向流速センサ１と、温湿度センサ２と、を有する。

筐体１１０は、円筒状の部位である外枠１１１と、第１基板固定部１１２と、カバー部材１１３と、第２基板固定部１１４（図４参照）と、外気導入口１１５（図５参照）と、を有する。

第１基板固定部１１２の上面は、筐体１１０の上面の少なくとも一部を構成する。第１基板固定部１１２は、接着部材によって第１基板固定部１１２の下面に第１基板１２０を固定している。また、第１基板固定部１１２には、第１開口１１２ａが設けられている。

外枠１１１と第１基板固定部１１２とは、例えば一体成形により形成される。なお、環境センサ１００を外部基板上等に実装して使用する際の乱流の影響を低減する観点から、外枠１１１の高さは、ある程度高く確保されることが好ましい。

カバー部材１１３の下面は、筐体１１０の下面の少なくとも一部を構成する。カバー部材１１３は、例えば、外枠１１１とは別体として製作され、外枠１１１の下面に接着部材によって固定される。また、カバー部材１１３には、第２開口１１３ａが設けられている。第２開口１１３ａは、筐体１１０の内部と外部とを連通させる開口の一例である。

図２および図５に示すように、第２基板固定部１１４は、外枠１１１の内側面から内側に向けて突出した部分がＺ方向に沿って延伸するようにして形成された部位である。第２基板固定部１１４は、外枠１１１の周方向に沿って外枠１１１の内側面に複数設けられている。外枠１１１と第２基板固定部１１４とは、例えば一体成形により形成される。第２基板固定部１１４は、第２基板固定部１１４の下面に接着部材により第２基板１４０を固定できる。

図５に示すように、外気導入口１１５は、外枠１１１の側面に設けられ、外枠１１１の半径方向に沿って外枠１１１を貫通する貫通孔である。環境センサ１００は、外気導入口１１５を通して筐体１１０の外部から内部に空気を導入できる。

第１基板１２０の上面である第１面１２１の略中央には、流向または流速を検出する流向流速センサ１が実装されている。実装は、例えば、樹脂等の接着剤を用いてダイボンドすることを意味する。流向流速センサ１は、銅や金等の金属線であるボンディングワイヤを介して、第１基板１２０のパッドと電気的に接続している。但し、流向流速センサ１は、金属線を用いずに、貫通配線を用いて第１基板１２０のパッドと電気的に接続されてもよい。流向流速センサ１は、第１開口１１２ａを通じて筐体１１０の外部に露出している。

流向流速センサ１は、平面視において、流向流速センサ１の少なくとも一部が第１開口１１２ａの内側に配置されるように、第１基板１２０に実装されている。検出精度を高く確保する観点では、平面視において、流向流速センサ１の全部が第１開口１１２ａの内側に配置されることが好ましい。

流向流速センサ１は、流向または流速を検出する第１センサの一例である。流向流速センサ１は、例えば、Ｘ軸温度検出体と、Ｙ軸温度検出体と、発熱抵抗体と、を有し、発熱抵抗体を発熱させた状態において、Ｘ軸温度検出体およびＹ軸温度検出体による温度検出結果に基づいて、Ｘ軸温度検出体およびＹ軸温度検出体上を流れる流体の流向や流速、もしくはその両方を検出する。但し、流向流速センサ１周辺を流れる流体の流向または流速を検出可能であれば、流向流速センサ１の検出方式および構成等に特段の制限はない。流向流速センサ１は、例えば、空調機器の流量制御や、自動車のエンジン内の空気の流量制御等に用いることができる。

第１基板１２０の下面である第２面１２２には、複数の電子部品が実装可能である。この電子部品は、例えば、抵抗、コンデンサ、インダクタ等である。電子部品は、集積回路等の能動部品を含んでもよい。

第１基板１２０には、複数の外部接続端子１２７がはんだ等により実装されている。複数の外部接続端子１２７のそれぞれは、Ｚ方向に延伸する柱状部材であり、第２基板１４０およびカバー部材１１３を貫通して、外枠１１１の下面から下側に突出する。外部接続端子１２７の個数や配置は任意に決定してよいが、ここでは、Ｘ方向に配列した３つの外部接続端子１２７が、Ｙ方向において離隔して略平行に２組設けられている。

第１基板１２０の第１面１２１における第１基板固定部１１２と流向流速センサ１との段差は、樹脂等により埋められることが好ましい。換言すると、第１基板固定部１１２の内壁面と流向流速センサ１の側面と第１基板１２０の第１面１２１とが形成する空間には、樹脂が充填されることが好ましい。第１基板固定部１１２と流向流速センサ１とが形成する段差を樹脂により埋めることによって、渦巻き流等の乱流の発生を抑制できる。

流向流速センサ１の上面は、フッ素コーティング等の防湿コーティングを施すことが好ましい。この場合、流向流速センサ１の特性に影響のない薄さでコーティングすることが好ましい。

第１基板１２０の流向流速センサ１が実装されている領域の下側には、大気導入用の貫通孔１２０ｘが設けられている。貫通孔１２０ｘは、流向流速センサ１を第１基板１２０に接着する際に、接着樹脂を硬化するときの温度により流向流速センサ１の内圧が上昇し、流向流速センサ１が傾いて実装されることを防止するための孔である。貫通孔１２０ｘを設けることにより、流向流速センサ１を第１基板１２０に接着する際の流向流速センサ１の内圧の上昇を抑制できる。

筐体１１０の上面には、流路形成部１３０が固着されている。流路形成部１３０は、第１基板１２０の上面に向き合う流路形成面を備えた流路板１３１と、流路板１３１の流路形成面の外周部に設けられた複数の支柱１３２と、流路板１３１の流路形成面に設けられた絞り部１３３と、を有する。

支柱１３２のそれぞれは、流向流速センサ１を中心とする円周上に等間隔で配置されている。本実施形態では、一例として、複数の支柱１３２それぞれは円柱である。複数の支柱１３２は、例えば流路板１３１の流路形成面と一体成形されている。複数の支柱１３２の下面は、樹脂等により、外枠１１１の上面の第１基板固定部１１２の外周側に固着されている。

絞り部１３３は、流路板１３１の流路形成面の外周部が形成する流路よりも、流向流速センサ１上の流路を狭くするために設けられている。絞り部１３３は、例えば、流路板１３１の流路形成面において各々の支柱１３２の内側に設けることができる。絞り部１３３は、例えば、逆円錐台状とすることができる。

第１基板固定部１１２の上面、第１開口１１２ａおよび流向流速センサ１の上面と、流路形成部１３０と、が向き合う領域には、流路１５０が形成される。流路１５０は、３６０°の何れの方向から流体が流れ込む場合も、入口および出口が広く、その途中が絞り部１３３により狭くなるように形成されている。流路１５０の入口を広くすることにより、流路１５０に取込める流量を多く確保できるため、流向流速センサ１の出力を高めることが可能となる。

第２基板１４０は、平面視において第１基板１２０に少なくとも一部が重なるように設けられている。また、第２基板１４０は、筐体１１０内において、第１基板１２０よりも第２開口１１３ａに近い位置に配置されている。すなわち、第２基板１４０と第２開口１１３ａとの間の距離ｄ１は、第１基板１２０と第２開口１１３ａとの間の距離ｄ２よりも短い。

第２基板１４０における下面の略中央には、温度または湿度、もしくはその両方を検出する温湿度センサ２が実装されている。換言すると、温湿度センサ２は、第１基板１２０の第１面１２１および第２面１２２それぞれの領域以外の領域に設けられている。また温湿度センサ２は、第２基板１４０における第１基板１２０に向き合う面とは反対側の面に実装されている。一方、流向流速センサ１は、第１基板１２０における第２基板１４０に向き合う面とは反対側の面に実装されている。

温湿度センサ２は、温度または湿度を検出する第２センサの一例である。温湿度センサ２は、平面視において、温湿度センサ２の少なくとも一部が第２開口１１３ａの内側に配置されるように第２基板１４０に実装されている。検出精度を高く確保する観点では、温湿度センサ２の全部が第２開口１１３ａの内側に配置されることが好ましい。

温湿度センサ２は、例えば、非接触方式の放射温度センサと、電気式湿度センサと、を組み合わせて構成できる。電気式湿度センサには、例えば抵抗式および静電容量式等のものが挙げられる。但し、温度または湿度を検出可能であれば、温湿度センサ２の検出方式および構成等には特段の制限はない。温湿度センサ２は、例えば、流向流速センサ１を用いた空調機器における空気の流量制御や、自動車のエンジン内の空気の流量制御等において、空気の温度または湿度を制御機器にフィードバックする用途等において使用される。

温湿度センサ２は、銅や金等の金属線であるボンディングワイヤを介して、第２基板１４０のパッドと電気的に接続されている。但し、温湿度センサ２は、金属線を用いずに、貫通配線を用いて第２基板１４０のパッドと電気的に接続されてもよい。温湿度センサ２は、第２開口１１３ａを通じて筐体１１０の外部に露出している。第２基板１４０の上面には、第１基板１２０と同様に、複数の電子部品が実装可能である。

第２基板１４０は、はんだ等によって複数の外部接続端子１２７のそれぞれに電気的に接続している。複数の外部接続端子１２７は第１基板１２０にも電気的に接続しているため、第１基板１２０および第２基板１４０は、共通の外部接続端子１２７を有すると換言できる。

図４に示すように、第２基板１４０は、温湿度センサ２が設けられた領域の周囲に形成されたスリット１４１を有する。本実施形態では、平面視において、２つのスリット１４１がＸ方向に沿って温湿度センサ２を挟むように形成されている。２つのスリット１４１のそれぞれは、平面視においてＹ方向を長手とする略矩形状を有する貫通孔である。但し、スリット１４１の形状、個数および配置等は、温湿度センサ２が設けられた領域の周囲にスリット１４１が設けられていれば、特に制限されない。

＜環境センサ１００の作用効果＞
以上説明したように、本実施形態に係る環境センサ１００は、筐体１１０と、筐体１１０に固定された第１基板１２０と、流向または流速を検出する流向流速センサ１（第１センサ）と、温度または湿度を検出する温湿度センサ２（第２センサ）と、を有する。流向流速センサ１は、第１基板１２０の第１面１２１に実装され、温湿度センサ２は、第１基板１２０の第１面１２１および第１面１２１とは反対側の第２面１２２それぞれの領域以外の領域に実装されている。

ここで、第１基板１２０の第１面１２１に温湿度センサ２を実装すると、流路１５０を流れる流体の流れが温湿度センサ２により乱されることによって、流向流速センサ１による流向または流速の検出精度が低下する場合がある。

また、第１基板１２０の第２面１２２に温湿度センサ２を実装すると、第１基板１２０に実装された抵抗、コンデンサ、インダクタまたは集積回路等の電子部品の発熱の影響を受け、温湿度センサ２による温度または湿度の検出精度が低下する場合がある。

本実施形態では、流向流速センサ１は、第１基板１２０の第１面１２１に実装されていないため、温湿度センサ２が流路１５０を流れる流体の流れを乱すことはない。また、流向流速センサ１は、第１基板１２０の第２面１２２に実装されていないため、第１基板１２０に実装された電子部品の発熱の影響を受けない。従って、本実施形態では、流向流速センサ１または温湿度センサ２による検出精度の低下を抑え、流向、流速、温度または湿度を高精度に検出可能な環境センサ１００を提供できる。なお、本実施形態では、環境センサ１００が流路形成部１３０を有する構成を例示したが、流路形成部１３０は、環境センサ１００の必須の構成部ではない。

また、本実施形態では、環境センサ１００は、第１基板１２０とは異なる第２基板１４０を有し、温湿度センサ２は、第２基板１４０に実装されている。この構成により、流向流速センサ１または温湿度センサ２による検出精度の低下を抑え、流向、流速、温度または湿度を高精度に検出可能な環境センサ１００を提供することができる。

また、本実施形態では、筐体１１０は、筐体１１０の内部と外部とを連通させる第２開口１１３ａ（開口）を有する。第２基板１４０は、筐体１１０内において、第１基板１２０よりも第２開口１１３ａに近い位置に配置され、温湿度センサ２は、平面視において温湿度センサ２の少なくとも一部が第２開口１１３ａの内側に配置されるように、第２基板１４０に実装されている。

ここで、温湿度センサ２が第２開口１１３ａから遠い位置に配置されると、筐体１１０の内部と外部との間における温度または湿度の乖離により、温湿度センサ２による筐体１１０の外部の温度または湿度の検出精度が低下する場合がある。

本実施形態では、第２開口１１３ａの近い位置に温湿度センサ２を配置するため、温湿度センサ２は筐体１１０外部の空気を検出しやすくなる。これにより、温湿度センサ２による検出精度の低下を抑制できる。また筐体１１０外部の温度または湿度の変化を時間差なく検出できる。この結果、本実施形態では、流向、流速、温度または湿度を高精度に検出可能な環境センサ１００を提供することができる。

また、本実施形態では、第２基板１４０は、平面視において第１基板１２０に少なくとも一部が重なるように設けられ、流向流速センサ１は、第１基板１２０における第２基板１４０に向き合う面とは反対側の面に実装され、温湿度センサ２は、第２基板１４０における第１基板１２０に向き合う面とは反対側の面に実装されている。これにより、第２基板１４０における第１基板１２０に向き合う面に温湿度センサ２を配置する場合と比較して、第２開口１１３ａにより近い位置に温湿度センサ２を配置できるため、温湿度センサ２による検出精度の低下を抑えることができる。

第２基板１４０は、温湿度センサ２が実装された領域の周囲に形成されたスリット１４１を含む。スリット１４１によって、第２基板１４０に実装された電子部品や筐体１１０等の熱が温湿度センサ２に到達することを抑制できるため、温湿度センサ２による検出精度の低下を抑えることができる。

また、本実施形態では、第１基板１２０と第２基板１４０は、共通の外部接続端子１２７を有する。これにより、第１基板１２０と第２基板１４０とを接続するためのコネクタや配線が不要となるため、環境センサ１００の構成を簡略化できる。

＜変形例＞
図６から図１０を参照して、実施形態に係る環境センサの変形例について説明する。図６は、第１変形例に係る環境センサ１００ａ、図７は、第２変形例に係る環境センサ１００ｂ、図８は、第３変形例に係る環境センサ１００ｃ、図９は、第４変形例に係る環境センサ１００ｄ、図１０は、第５変形例に係る環境センサ１００ｅ、それぞれの断面図である。

図６に示すように、環境センサ１００ａは、第２基板１４０の上面、すなわち第２基板１４０における第１基板１２０と向き合う面に温湿度センサ２を有する。

図７に示すように、環境センサ１００ｂは、第１基板１２０と第２基板１４０との間に、両者の距離を規定する規定部材１６０を有する。この規定部材１６０は、例えば直方体状のスペーサ部材等である。

図８に示すように、環境センサ１００ｃは、第１基板１２０と第２基板１４０との間に、第１基板１２０と第２基板１４０とを電気的に接続するための配線部材１７０を有する。この配線部材１７０は、例えばフラットケーブル等である。

図９に示すように、環境センサ１００ｃは、第１基板１２０と第２基板１４０との間に、第１基板１２０と第２基板１４０とを電気的に接続するためのコネクタ１８０を有する。

図１０に示すように、環境センサ１００ｅでは、筐体１１０ｅは、第３開口１１１ａを有する。第３開口１１１ａは、筐体１１０ｅが第１基板１２０の面に交差する筐体１１０ｅの側面に有する開口であって、前記筐体の内部と外部とを連通させる開口の一例である。温湿度センサ２は、平面視において温湿度センサ２の少なくとも一部が第３開口１１１ａの内側に配置されるように、筐体１１０ｅに設けられている。

以上説明した、環境センサ１００ａから１００ｅによっても、上述した環境センサ１００と同様の効果を得ることができる。また、環境センサ１００ａから１００ｅによって、ユーザによる環境センサの使用用途または使用方法等に適した構成を有する環境センサを提供可能になる。なお、この場合のユーザは、環境センサを搭載する空調機器または自動車の製造業者または販売業者、或いは環境センサを搭載する空調機器または自動車の所有者等である。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形および置換を加えることができる。

１・・・流向流速センサ、２・・・温湿度センサ、１００、１００ａから１００ｅ・・・環境センサ、１０１・・・凸部、１１０、１１０ｅ・・・筐体、１１１・・・外枠、１１１ａ・・・第３開口（開口の一例）、１１２・・・第１基板固定部、１１２ａ・・・第１開口、１１３・・・カバー部材、１１３ａ・・・第２開口（開口の一例）、１１４・・・第２基板固定部、１１５・・・外気導入口、１２０・・・第１基板、１２０ｘ・・・貫通孔、１２１・・・第１面、１２２・・・第２面、１２７・・・外部接続端子、１３０・・・流路形成部、１３１・・・流路板、１３２・・・支柱、１３３・・・絞り部、１４０・・・第２基板、１４１・・・スリット、１５０・・・流路、１６０・・・規定部材、１７０・・・配線部材、１８０・・・コネクタ、Ｓ・・・平面、ｄ１、ｄ２・・・距離

Claims (7)

1. 筐体と、
   前記筐体に固定された第１基板と、
   流向または流速を検出する第１センサと、
   温度または湿度を検出する第２センサと、を有し、
   前記第１センサは、前記第１基板の第１面に実装され、
   前記第２センサは、前記第１基板の前記第１面および前記第１面とは反対側の第２面の領域以外に実装されている環境センサ。
2. 前記第１基板とは異なる第２基板をさらに有し、
   前記第２センサは、前記第２基板に実装されている、請求項１に記載の環境センサ。
3. 前記筐体は、前記筐体の内部と外部とを連通させる開口を有し、
   前記第２基板は、前記筐体内において、前記第１基板よりも前記開口に近い位置に配置され、
   前記第２センサは、平面視において前記第１センサの少なくとも一部が前記開口の内側に配置されるように、前記第２基板に実装されている、請求項２に記載の環境センサ。
4. 前記第２基板は、平面視において前記第１基板に少なくとも一部が重なるように設けられ、
   前記第１センサは、前記第１基板における前記第２基板に向き合う面とは反対側の面に実装され、
   前記第２センサは、前記第２基板における前記第１基板に向き合う面とは反対側の面に実装されている、請求項２または請求項３に記載の環境センサ。
5. 前記第２基板は、前記第２センサが実装された領域の周囲に形成されたスリットを含む、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の環境センサ。
6. 前記第１基板と前記第２基板は、共通の外部接続端子を有する、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の環境センサ。
7. 前記筐体は、前記第１基板の面に交差する前記筐体の側面に、前記筐体の内部と外部とを連通させる開口を有し、
   前記第２センサは、平面視において前記第２センサの少なくとも一部が前記開口の内側に配置されるように、前記筐体に設けられている、請求項１に記載の環境センサ。

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