JP7140351B2 - センサユニット - Google Patents

Description

本発明は、センサユニットに関する。

従来、気流センサを含む複数のセンサが予め形成された基板を備えるセンサユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６－１１７６７９号公報

しかしながら、従来の技術では、センサを新たに追加しようとする場合、基板の変更が必要となるので、汎用性や拡張性（機能の拡張のしやすさ）が十分に考慮されていない。

そこで、本開示は、汎用性や拡張性に富むセンサユニットを提供する。

本開示は、
気流センサを備える第１の部品と、
第２の部品と、
第３の部品とを有し、
前記第１の部品は、前記第２の部品又は前記第３の部品と選択的に接続可能な下端部と、前記第３の部品又は前記第２の部品と選択的に接続可能な上端部とを有する、センサユニットを提供する。

本開示によれば、汎用性や拡張性に富むセンサユニットを提供できる。

第１の実施形態のセンサユニットにおける組み換え例を模式的に示す図である。 第２の実施形態のセンサユニットにおける組み換え例を模式的に示す図である。 第３の実施形態のセンサユニットにおける組み換え例を模式的に示す図である。 一実施形態のセンサユニットの具体例を示す斜視図である。 一実施形態のセンサユニットの具体例を示す分解側面図である。 上ブロックの具体例を示す断面図である。 一実施形態のセンサユニットの具体例を示す分解上方斜視図である。 一実施形態のセンサユニットの具体例を示す分解下方斜視図（その１）である。 一実施形態のセンサユニットの具体例を示す分解下方斜視図（その２）である。 一実施形態のセンサユニットにおける組み換え例を模式的に示す図である。 気流測定ブロックの構造例を模式的に示す図である。 実施形態の流体測定装置の概略断面図である。 図１２の流体測定装置の主要部の拡大図である。 図１２の流体測定装置に流れ込む気体の流路を説明する図である。 流体測定装置で用いられる気流センサの一例を示す図である。 気流測定ブロックを拡大した部分断面図である。 センシングブロックを拡大した部分断面図である。 第３の基板を取り外した状態でのセンシングブロックの斜視図である。 取り付けブロックの底面側からの斜視図である。 センサユニットの第２の具体例を示す図である。 センサユニットの第３の具体例を示す図である。 センサユニットの第４の具体例の上方斜視図である。 センサユニットの第４の具体例の下方斜視図である。 固定部に取り付けられたセンサユニットの第４の具体例の斜視図である。

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、重複した説明を省略する場合がある。

図１は、本開示に係る第１の実施形態のセンサユニットにおける組み換え例を模式的に示す図である。図１に示されるセンサユニット５０Ａは、第１の部品１６０、第２の部品１７０及び第３の部品１８０を備える。

第１の部品１６０は、少なくとも一つの気流センサ２０を備える。気流センサ２０は、空気等の気体の流れを測定し、その測定結果に応じたセンサ信号を出力する。

第２の部品１７０は、気流センサ２０とは別の少なくとも一つの他のセンサ２２を備える。センサ２２は、気流センサ２０とは別体のセンサである。センサ２２は、気流センサ２０と異種の環境センサ（例えば、温度センサなど）であるが、気流センサ２０と同種のセンサ（つまり、気流センサ）でもよい。センサ２２は、センサユニット５０Ａが設置される環境を測定するセンサであり、その具体例として、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、圧力センサ、地磁気センサ等が挙げられるが、これらに限られない。

気流センサ２０により気流を測定するだけでなく、気流以外の環境パラメータをセンサ２２により測定することで、一度に複数種の環境情報を収集することができる。

第３の部品１８０は、少なくとも一つの上述のようなセンサを備える部品でもよいし、センサを備えない部品でもよい。第３の部品１８０は、例えば、蓋又はカバーのような保護部品でもよい。

第１の部品１６０は、第２の部品１７０又は第３の部品１８０と選択的に接続可能な下端部１６１と、第３の部品１８０又は第２の部品１７０と選択的に接続可能な上端部１６２とを有する。このような下端部１６１及び上端部１６２を有することにより、センサユニット５０Ａを、図１左側の形態に変更したり、図１右側の形態に変更したりすることが可能となる。

図１左側の形態は、第２の部品１７０が下端部１６１に接続され第３の部品１８０が上端部１６２に接続されており、第２の部品１７０が第１の部品１６０の下段に配置され第３の部品１８０が第１の部品１６０の上段に配置されている。図１右側の形態は、第３の部品１８０が下端部１６１に接続され第２の部品１７０が上端部１６２に接続されており、第３の部品１８０が第１の部品１６０の下段に配置され第２の部品１７０が第１の部品１６０の上段に配置されている。つまり、センサ２２を気流センサ２０の下方に設置したり上方に設置したりする組み換えができる。

このように、センサユニット５０Ａは第１の部品１６０と第２の部品１７０と第３の部品１８０とに分離可能なので、センサユニット５０Ａが設置される環境に合わせて、センサを新たに追加したり変更したりすることが容易になる。

例えば、第１の部品１６０に第２の部品１７０を接続することで、他のセンサ２２を新たに容易に追加できるので、容易に機能を拡張することができる。また、第１の部品１６０に第３の部品１８０を接続することで、第３の部品１８０が持つ機能を新たに容易に追加できるので、容易に機能を拡張することができる。

また、例えば、第２の部品１７０を、異種のセンサ２２を備える他の第２の部品１７０に交換することで、異種のセンサ２２への交換が容易になる。また、第３の部品１８０を、他の機能を持つ第３の部品１８０に交換することで、当該他の機能への変更が容易になる。また、第１の部品１６０を、異仕様の気流センサ２０を備える他の第１の部品１６０に交換することで、異仕様の気流センサ２０への交換が容易になる。また、センサ２２が不要であれば、第１の部品１６０から第２の部品１７０を取り外せばよいので、容易に機能を削減することもできる。このように、汎用性に富むセンサユニット５０Ａを提供することが可能となる。

また、第１の部品１６０と第２の部品１７０と第３の部品１８０とのうちいずれかが故障しても、その故障した部品のみを交換すればよいので、全部品を交換する場合に比べて、故障の交換作業が容易になり、コストの抑制が可能となる。

さらに、センサユニット５０Ａの場合、第２の部品１７０と第３の部品１８０を第１の部品１６０の上下で置換可能となる。第１の部品１６０に設けられる気流センサ２０が測定対象とする気体の流れは、センサユニット自体の構造や形状によって簡単に変化してしまうので、その測定誤差は大きくなりやすい。しかし、センサユニット５０Ａの場合、第２の部品１７０と第３の部品１８０は第１の部品１６０の上下で置換可能なので、気流センサ２０の上下方向（高さ方向）の位置がその置換前後で変わりにくくなる。よって、気流センサ２０の測定誤差が、その置換前後で変動することを抑制することができる。

図１に示す実施の形態では、第２の部品１７０は、下端部１６１又は上端部１６２に選択的に接続可能な第１の端部１７２を有する。第３の部品１８０は、上端部１６２又は下端部１６１に選択的に接続可能な第２の端部１８１を有する。例えば、上端部１６２に接続される第２の端部１８１が、下端部１６１に接続される第１の端部１７２と同じ形状で形成されることで、第２の端部１８１は下端部１６１にも接続可能となり、第１の端部１７２は上端部１６２にも接続可能となる。図１の場合、第１の端部１７２は、下端部１６１に形成される凹部１６３に嵌まるように形成される凸部１７４を有し、第２の端部１８１は、上端部１６２に形成される凹部１６４に嵌まるように形成される凸部１８３を有する。

図１に示す実施の形態では、第２の部品１７０は、第１の端部１７２とは反対側の第３の端部１７１を有し、第３の部品１８０は、第２の端部１８１とは反対側の第４の端部１８２を有する。第３の端部１７１又は第４の端部１８２は、センサユニット外部の固定部に取り付け可能であることが好ましい。図１は、第３の端部１７１がセンサユニット外部の固定部１００又は固定部１０１に取り付け可能であることを例示する。気流センサ２０は、センサユニット５０Ａが取り付けられる固定部からの高さＨが或る程度ないと、気体が固定部に当たることによる気流の乱れによって、測定誤差が大きくなる。本実施の形態によれば、図１の左側の形態でも右側の形態でも、高さＨをほぼ等しくすることができるので、置換前後での測定誤差の変化を抑制することができる。なお、第４の端部１８２がセンサユニット外部の固定部に取り付け可能に形成されてもよい。

図２は、本開示に係る第２の実施形態のセンサユニットにおける組み換え例を模式的に示す図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。

図２に示されるセンサユニット５０Ｂは、第１の部品２６０、第２の部品２７０及び第３の部品２８０を備える。第１の部品２６０は、少なくとも一つの気流センサ２０を備える。第２の部品２７０は、気流センサ２０とは別の少なくとも一つの他のセンサ２２を備える。第３の部品２８０は、少なくとも一つの上述のようなセンサを備える部品でもよいし、センサを備えない部品でもよい。

第１の部品２６０は、第２の部品２７０又は第３の部品２８０と選択的に接続可能な下端部２６１と、第３の部品２８０又は第２の部品２７０と選択的に接続可能な上端部２６２とを有する。このような下端部２６１及び上端部２６２を有することにより、センサユニット５０Ｂを、図２左側の形態に変更したり、図２右側の形態に変更したりすることが可能となる。

図２に示す実施の形態では、第２の部品２７０は、下端部２６１又は上端部２６２に選択的に接続可能な第１の端部２７２を有する。第３の部品２８０は、上端部２６２又は下端部２６１に選択的に接続可能な第２の端部２８１を有する。図２の場合、第１の端部２７２は、下端部２６１に形成される凸部２６３に嵌まるように形成される凹部２７４を有し、第２の端部２８１は、上端部２６２に形成される凸部２６４に嵌まるように形成される凹部２８３を有する。また、第２の部品２７０は、第１の端部２７２とは反対側の第３の端部２７１を有し、第３の部品２８０は、第２の端部２８１とは反対側の第４の端部２８２を有する。第３の端部２７１又は第４の端部２８２は、センサユニット外部の固定部に取り付け可能であることが好ましい。図２は、第３の端部２７１がセンサユニット外部の固定部１００又は固定部１０１に取り付け可能であることを例示する。本実施の形態によれば、図２の左側の形態でも右側の形態でも、高さＨをほぼ等しくすることができるので、置換前後での測定誤差の変化を抑制することができる。なお、第４の端部２８２がセンサユニット外部の固定部に取り付け可能に形成されてもよい。

図３は、本開示に係る第２の実施形態のセンサユニットにおける組み換え例を模式的に示す図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。

図３に示されるセンサユニット５０Ｃは、第１の部品３６０、第２の部品３７０及び第３の部品３８０を備える。第１の部品３６０は、少なくとも一つの気流センサ２０を備える。第２の部品３７０は、気流センサ２０とは別の少なくとも一つの他のセンサ２２を備える。第３の部品３８０は、少なくとも一つの上述のようなセンサを備える部品でもよいし、センサを備えない部品でもよい。

第１の部品３６０は、第２の部品３７０又は第３の部品３８０と選択的に接続可能な下端部３６１と、第３の部品３８０又は第２の部品３７０と選択的に接続可能な上端部３６２とを有する。このような下端部３６１及び上端部３６２を有することにより、センサユニット５０Ｃを、図３左側の形態に変更したり、図３右側の形態に変更したりすることが可能となる。

図３に示す実施の形態では、第２の部品３７０は、第１の部品３６０の下段に配置されるとき下端部３６１に接続される第１の接続端部３７２と、第１の部品３６０の上段に配置されるとき上端部３６２に接続される第２の接続端部３７１とを有する。第３の部品３８０は、第１の部品３６０の上段に配置されるとき上端部３６２に接続される第３の接続端部３８１と、第１の部品３６０の下段に配置されるとき下端部３６１に接続される第４の接続端部３８２とを有する。

図３の場合、第１の接続端部３７２は、下端部３６１に形成される凹部３６３に嵌まるように形成される凸部３７４を有し、第２の接続端部３７１は、上端部３６２に形成される凸部３６４に嵌まるように形成される凹部３７３を有する。第２の接続端部３７１は、第１の接続端部３７２の反対側に位置する。また、図３の場合、第３の接続端部３８１は、上端部３６２に形成される凸部３６４に嵌まるように形成される凹部３８３を有し、第４の接続端部３８２は、下端部３６１に形成される凹部３６３に嵌まるように形成される凸部３８４を有する。第４の接続端部３８２は、第３の接続端部３８１の反対側に位置する。

第１の接続端部３７２又は第２の接続端部３７１は、センサユニット外部の固定部に取り付け可能であることが好ましい。図３は、第２の接続端部３７１がセンサユニット外部の固定部１０３に取り付け可能であり、第１の接続端部３７２がセンサユニット外部の固定部１０４に取り付け可能であることを例示する。本実施の形態によれば、図３の左側の形態でも右側の形態でも、高さＨをほぼ等しくすることができるので、置換前後での測定誤差の変化を抑制することができる。

図４は、一実施形態のセンサユニット５０の具体例を示す斜視図である。図５は、一実施形態のセンサユニット５０の具体例を示す分解側面図である。図４に示されるセンサユニット５０は、気流測定ブロック６０、下ブロック７０及び上ブロック８０を備える。気流測定ブロック６０は、第１の部品の一例であり、少なくとも一つの気流センサ２０を備える。下ブロック７０は、第２の部品の一例であり、気流センサ２０とは別の少なくとも一つの他のセンサ２２を備える。上ブロック８０は、第３の部品の一例であり、センサを備えない上蓋である。第１の端部７２は、下端部６１又は上端部６２に選択的に嵌まる第１の周縁部７９を有し、第２の端部８１は、上端部６２又は下端部６１に選択的に嵌まる第２の周縁部８３を有する。

本実施の形態では、第１の周縁部７９は、下端部６１に形成される周縁部６５又は上端部６２に形成される周縁部６６に選択的に嵌まるように形成されている。第２の周縁部８３は、上端部６２に形成される周縁部６６又は下端部６１に形成される周縁部６５に選択的に嵌まるように形成されている。周縁部６５には、周縁部６５からの水の浸入を遮断するＯリング６３が取り付けられており、周縁部６６には、周縁部６６からの水の浸入を遮断するＯリング６４が取り付けられている。

下ブロック７０は、分離可能なセンシングブロック７４と取り付けブロック９０を含む。センシングブロック７４は、第１のブロックの一例である。取り付けブロック９０は、第２のブロックの一例である。センシングブロック７４は、センサ２２を備える。センシングブロック７４は、下端部６１又は上端部６２に選択的に接続可能な第１の端部７２と、取り付けブロック９０の端部９２に接続可能な端部７１を有する。取り付けブロック９０は、端部７１に接続可能な端部９２と、センサユニット外部の固定部に取り付け可能な第３の端部９１とを有する。なお、上ブロック８０に、センサユニット外部の固定部に取り付け可能な第４の端部８２が設けられてもよい。

センシングブロック７４は、第１の端部７２とは反対側に設けられる端部７１を有し、取り付けブロック９０は、第３の端部９１とは反対側に設けられる端部９２を有する。端部７１と端部９２は、互いに分離可能な接続構造を有する。端部７１は、端部９２の周縁部に嵌まるように形成される周縁部７７を有する。周縁部７７には、周縁部７７からの水の浸入を遮断するＯリング７５が取り付けられている。

図６は、上ブロックの具体例を示す断面図である。少なくとも一本のスクリュ８４が、気流測定ブロック６０の上部の流路板１２にインサートされたナット６７と締結することにより、上ブロック８０は、気流測定ブロック６０と結合する。スクリュ８４による締結時に、ブロックの間からの水の浸入を防ぐために、Ｏリング６４によるシールが行われる。スクリュ８４による締結部は、防水性を向上させるため、ゴムワッシャーや樹脂ポッティングなどが施されてもよい。

図７は、一実施形態のセンサユニットの具体例を示す分解上方斜視図である。図８は、一実施形態のセンサユニットの具体例を示す分解下方斜視図（その１）である。図９は、一実施形態のセンサユニットの具体例を示す分解下方斜視図（その２）である。図１０は、一実施形態のセンサユニットにおける組み換え例を模式的に示す図である。

気流センサを使用して３６０°全方向からの気流を検知する場合、センサユニット５０の固定箇所は、気流の検知の邪魔になりにくい上下方向のどちらかとなる。センサユニット５０を床や固定台、三脚などの下側固定部に固定する場合、取り付けブロック９０の固定用ネジ穴９６，９７（図１９参照）を使用して固定することができる。しかし、そのまま上下逆さにしたセンサユニット５０を取り付けブロック９０の固定用ネジ穴９６，９７を使用して天井などの上側固定部に固定する場合、気流センサ２０を備える気流測定ブロック６０も上下逆さになってしまう。一方、図６に示されるように、気流センサ２０は、気流測定ブロック６０の外周部に開口する流路口１６と連通する空間（分流路２５）に流路口１６と異なる高さに配置されている。したがって、気流測定ブロック６０が図１１のように上下逆さになってしまうと、構造上、気流センサ２０が配置される流路内にゴミや水が溜まってしまう。上ブロック８０に固定用のネジ穴を設けてそのネジ穴を使用してセンサユニット５０を固定することもできるが、固定部から流路口１６までの距離Ｈが変わると、固定部の影響を受けて気体の流れが変化してしまう場合がある。

このような問題を解決するため、本実施の形態に係るセンサユニット５０は、各部品の接続部が同じ接続形状であることにより、気流測定ブロック６０以外のブロックを反転させて組み立てできる構造を有する。これにより、図１０に示されるように、気流測定ブロック６０の流路口１６と固定部１００又は固定部１０１との距離Ｈを変えることなく、固定方向を変更することができる。

次に、気流測定装置の一例である気流測定ブロック６０の構成についてより詳細に説明する。

実施形態では、装置を大型化させずに、気体のセンサへの流入方向の違いによる測定誤差を低減する。これを実現するために、センサに取り込まれる気流の速度が全方向でほぼ均一になるように流路の形状を工夫する。「気体」は、大気、特定成分のガス、排ガス等を含む。以下、図面を参照して、気流測定ブロック６０（気流測定装置１）の具体的な形態を説明する。

図１２は、実施形態の気流測定装置１の概略断面図である。気流測定装置１は、第１の流路板１１と、第２の流路板１２と、第１の流路板１１と第２の流路板１２で形成される流路に面して面内方向のほぼ中心部に位置する気流センサ２０と、複数の支柱１７とを有する。支柱１７によって、第１の流路板１１と第２の流路板１２は、その間に所定の空間を保って支持される。気流センサ２０は、その感知面が流路となる空間に接するように配置されている。

気流測定装置１の主要部は、ベースプレート１８の上に形成されている。気流測定装置１は、一般的に、ベースプレート１８が水平面に置かれて使用される。気流センサ２０の搭載面は、水平面と平行な面であるのが望ましい。第１の流路板１１は、ベースプレート１８と一体的に形成されていてもよいし、ベースプレート１８と別体として形成されていてもよい。

実施形態の特徴として、第１の流路板１１と第２の流路板１２の少なくとも一方は、他方と対向する面に、外側に向かって傾斜する斜面１４を有する。図１２の例では、第１の流路板１１に斜面１４が設けられている。第２の流路板１２は、斜面を有さず、第１の流路板１１と向かい合う対向面１２１は、気流センサ２０の搭載面と平行な面となっている。

第１の流路板１１の斜面１４と、第２の流路板１２の対向面１２１で、傾斜流路１５が形成される。傾斜流路１５は、周囲から気流測定装置１の中に流体を取り込み、周囲へ排出する流出入路である。

実施形態のもうひとつの特徴は、傾斜流路１５と連通する分流路２５に、分流路２５内に突出して分流路２５を部分的に狭める突起が設けられている。気流センサ２０は、傾斜流路１５が分流路２５と連通する連通部１９よりも気流測定装置１の高さ方向で高い位置に配置されている。図１２の例では、突起は、第１の流路板１１に設けられた段差またはステージ１３の周に沿って水平方向、または気流センサ２０の搭載面と平行な方向に張り出したフランジ１３１として形成されている。

ステージ１３は、たとえば円筒型の段差で、ステージ１３の上面で円周に沿ってフランジ１３１が形成されている。ステージ１３の形状に合わせて、第１の流路板１１と第２の流路板１２の平面形状を、ステージ１３と同軸の円形にしてもよい。

第２の流路板１２は、第１の流路板１１との対向面１２１の中央部に、凹部１２３を有する。ステージ１３は、その外面と第２の流路板１２との間に空間を保って、凹部１２３の内部に収容されている。

ステージ１３の基部から第１の流路板１１の外周に向かって円錐台の斜面１４が延び、斜面１４と第２の流路板の対向面１２１の間が、傾斜流路１５となっている。傾斜流路１５は、ステージ１３に向かうほど狭くなり、ステージ１３の基部で分流路２５に連通している。分流路２５は、ステージ１３と、第２の流路板１２の凹部１２３の間に形成されている。

後述するように、気流測定装置１に、斜面１４と、分流路２５内に突出する突起（たとえばフランジ１３１）を設けることで、気流センサ２０に流れ込む流体を全方向でできるだけ均等にして乱流を低減し、出力誤差を低減する。

図１３は、気流測定装置１の主要部を拡大して示す図である。図１３の（Ａ）は、気流測定装置１の概略断面図である。図１３の（Ｂ）は、図１３の（Ａ）のサークルで囲まれた領域Ａの拡大図である。斜面１４を有する傾斜流路１５は、ステージ１３の基部側の連通部１９で分流路２５と連通している。分流路２５は、ステージ１３の側面と第２の流路板１２の凹部１２３の間に延びる垂直流路２５１と、ステージ１３の上面と凹部１２３の間に延びる水平流路２５２を含む。

ステージ１３のフランジ１３１は、垂直流路２５１と水平流路２５２の間の空間に突出して、分流路２５の幅をある程度しぼっている。

基板２１に取り付けられた気流センサ２０は、気流測定装置１の高さ方向で傾斜流路１５と分流路２５の連通部１９よりも上方で、分流路２５に面して配置される。図１２及び図１３に示す例では、気流センサ２０は、その検知面が水平流路２５２と接するように第２の流路板１２の凹部１２３に配置されている。この構成により、傾斜流路１５から気流測定装置１の中に取り込まれた流体は、連通部１９から分流路２５を通って、気流センサ２０と接し、分流路２５の反対側から傾斜流路１５に流れて、気流測定装置１の外に排出される。

図１４は、気流測定装置１への気体の流れを示す図である。支柱１７の間から気流測定装置１に流れ込んだ気体は、傾斜流路１５に沿って、中心部へ向かう。傾斜流路１５は中心部に向かって狭くなっており、ステージ１３の基部で、一部は斜面１４に沿って傾斜流路１５の反対側に回り込み、その他の部分は連通部１９から分流路２５に流れ込む。

気体が支柱１７と支柱１７の間から流入するときは、流入した気体は乱流をほとんど生じさせずに、ほぼそのままの状態で気流センサ２０にて検知される。気体が支柱１７の正面から流れ込むときは、従来の構成では支柱１７で気体が剥離し、支柱１７の内側で乱流が発生して気流センサ２０の出力に誤差が生じ、風向または風速を全方向で正確に測定することが難しかった。

これに対し、実施形態の構成では、流出入路に斜面１４を設けて傾斜流路１５としている。支柱１７の正面から流れ込む気体も、支柱１７と支柱１７の間から流れ込む気体も、斜面１４に沿って移動することで、ある程度均一化される（第１段階の均一化）。

斜面１４の角度は、気流測定装置１が用いられる環境、測定したい流速または流量の範囲、気流センサ２０の感度等に応じて、全方向での流速または流量の均一化の効果が得られるように適宜設計される。一例として、水平面に対する傾斜角は２０°～６０°、より好ましくは３０～４５°である。傾斜角が小さすぎると、流入方向の違いによる乱流の影響を十分に緩和することができない。傾斜角が大きすぎると、装置のサイズが高さ方向に増大し、配置が不安定になる。

気流測定装置１に取り込まれた気体は、傾斜流路１５から分流路２５に流れ込み、ステージ１３の側面に沿って上方に流れて、支柱１７の影響等に起因する流速または流量のばらつきがさらに緩和される。また、垂直流路２５１から水平流路２５２に入る際に、フランジ１３１を回りこむことで、気流がいっそう均一化される（第２段階の均一化）。

この例では、ステージ１３の側面に沿って上昇した気体は、フランジ１３１の底面に沿っていったん外側に流れ、フランジ１３１と凹部１２３の側壁との間から、水平流路２５２に流れ込む。この過程で、気流測定装置１に取り込まれる気体の流入方向の違いによる流速のばらつきを抑制し、全方向で測定誤差を最小にすることができる。

副次的な効果として、フランジ１３１を設けることで、水滴、粉塵などが気流センサ２０の配置された水平流路２５２に侵入することを抑制できる。

なお、分流路２５内に突出する突起構成として、水平方向に延びるフランジ１３１に替えて、ステージ１３の外周で垂直方向に延びる突起壁を設けてもよい。この場合は、水平流路２５２の流出入側で流路の幅が絞られる。ステージ１３の側面に沿って上昇した流体は、突起を乗り越えて、水平流路２５２に入り込む。これにより、全方向で支柱１７の有無あるいは乱流の影響による流速ばらつきが均され、流入方向による測定誤差の低減が期待できる。

フランジ１３１を設けることで、気流センサ２０で検知される気体の流速は、実際の流速よりも若干低下する。これに対しては、あらかじめフランジ１３１を通過することによる流速の変化を測定し、キャリブレーションしておくことで、気流センサ２０の検出結果から正しい測定値を算出し、出力することができる。フランジ１３１に替えて垂直方向の突起を設けた場合も、検出される流速が実際の流速よりも若干遅くなるが、この場合もあらかじめキャリブレーションしておくことで、正しい測定値を出力することができる。

図１５は、気流測定装置１で用いられる気流センサ２０の構成例を示す。図１５の（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面模式図である。気流センサ２０は、発熱抵抗体２０１と、発熱抵抗体２０１の周囲に配置される複数の温度検出体２０２を有する。発熱抵抗体２０１と温度検出体２０２は、チップ基板２１０に形成されたダイアフラム２１１に配置されている。チップ基板２１０は、たとえばエッチング加工が容易なシリコン等の半導体基板である。ダイアフラム２１１は、絶縁性の多層膜である。多層膜の最下層に半導体の層を含んでいてもよい。

温度検出体２０２は、気流の方向と流速を検出するために、発熱抵抗体２０１の周囲に均等に配置されている。図１５（Ａ）の例では、互いに直交する位置関係で４つの温度検出体２０２が配置されている。この場合、Ｘ方向に配置される一対の温度検出体２０２で、Ｘ方向の温度分布の変化を検出し、Ｙ方向に配置される一対の温度検出体２０２で、Ｙ方向の温度分布の変化を検出してもよい。

発熱抵抗体２０１は、白金（Ｐｔ）、ニクロム（ＮｉＣｒ）、ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ₂）、ケイ化タングステン（ＷＳｉ₂）、ポリシリコン等で形成される。温度検出体２０２は、たとえば酸化バナジウムで形成されている。発熱抵抗体２０１と各温度検出体２０２は、それぞれ対応する一対の電極パッド２０４に電気的に接続されており、全体が保護膜２１３で覆われている。

電極パッド２０４は、ダイアフラム２１１の外側のチップ基板２１０に形成されて、保護膜２１３から露出している。チップ基板２１０の上には、外部のブリッジ回路に接続される温度センサ２０６が設けられている。

発熱抵抗体２０１に電流を印加して発熱させると、ダイアフラム２１１の温度が上昇する。気流センサ２０と接する空間に流体が流れていない場合は、ダイアフラム２１１の温度分布は均一であり、発熱抵抗体２０１を挟んで対向する一対の温度検出体２０２の出力が均衡している。

気流センサ２０に接して流体が流れると、下流側が上流側よりも高温になり、ダイアフラム２１１に温度分布が生じる。このため、温度検出体２０２に接続された電極パッドから取り出される電圧値が変化する。電圧変化の方向と変化率から、気流の向きと流速を算出することができる。

気流センサ２０は、接着剤等を用いて基板２１にダイボンディングされる。チップ基板２１０と基板２１は、ワイヤボンディング、貫通ビアを用いて基板２１と電気的に接続されている。基板２１は、気流センサ２０の素子面が傾斜流路１５よりも高い位置で流路（たとえば分流路２５の水平流路２５２）に面するように、気流測定装置１の中心部に配置される。

従来の流路構成では、気流センサ２０への流入方向に支柱が存在するか否かによって、乱流の影響で温度分布に誤差が生じ、気流センサ２０の出力値に誤差が生じていた。実施形態の気流測定装置１では、傾斜流路１５の斜面１４と、分流路２５に設けられたフランジ１３１によって、２段階で気流を均す。したがって、流入方向の違いによる流速のばらつきを抑え、全方向にわたって測定誤差を低減することができる。

図１６は、気流測定ブロックを拡大した部分断面図である。気流測定ブロック６０は、第２の流路板１２に設置され、気流センサ２０が実装される第１の基板２１と、第１の流路板１１に設置され、支柱１７の中を通る導体２３を介して第１の基板２１に接続される第２の基板１２２とを有する。このような第２の基板１２２を有することで、所望の機能（例えば、後述の第３の基板７３と接続するためのインターフェイス機能）を第２の基板１２２に容易に追加できるので、汎用性や拡張性が向上する。また、導体２３は少なくとも一つの支柱１７の中を通るので、導体２３が支柱１７の外に延在する構成に比べて、気流の乱れを防止することができる。

図１７は、センシングブロックを拡大した部分断面図である。センシングブロック７４は、第２の基板１２２に導電的に接続される第３の基板７３を有してもよい。少なくとも一つのセンサ２２は、第３の基板７３に実装されてもよい。第３の基板７３には、制御部の一例であるマイクロコンピュータが実装されてもよい。このマイクロコンピュータは、気流センサ２０からのセンサ信号を導体２３及び第２の基板１２２を介して取得し、センサ２２からのセンサ信号を取得する。マイクロコンピュータは、気流センサ２０からのセンサ信号に基づいて、風向又は風速を測定でき、センサ２２からのセンサ信号に基づいて、センサ２２の検出対象である環境情報を測定できる。

図１８は、第３の基板を取り外した状態でのセンシングブロックの斜視図である。少なくとも一つのセンサ２２（例えば、温度センサ、湿度センサ又は圧力センサなど）で筐体外をセンシングするために、ＰＴＦＥシートなどの多孔質シート１７７が、筐体内外の境界面１７８に貼られている。これにより、防水をしながら、温度、湿度、圧力をセンシングすることができる。

図１９は、取り付けブロックの底面側からの斜視図である。取り付けブロック９０は、例えば、センシングブロック７４と少なくとも一つのスクリュで締結される。取り付けブロック９０の第３の端部９１には、筐体内の内部ケーブルを筐体外に引き出すための引き出し穴９８と、引き出し穴９８から引き出されたケーブル９４（図４参照）をガイドするケーブルガイド９５とが設けられている。引き出し穴９８は、筐体内の内部ケーブルを介して、センシングブロック７４の第３の基板７３に接続されている。引き出し穴９８からケーブル９４を引き出した後、引き出し穴９８周辺とケーブル９４とを樹脂で埋めることで、防水性が向上する。ケーブル９４の内部には、例えば、外部電源に接続される電源ラインや、外部機器に接続される通信ラインなどが含まれる。

このように、本実施の形態では、各ブロックの接続部を同じ接続形状としているので、防水性を保ったままブロックの追加や変更が可能になる。そのため、二酸化炭素センサや雷センサなどの他のセンサ２２の追加、無線通信への変更、電源供給方式の変更など、使用する環境に応じて、各ブロックの組合せを変更することが可能となる。

次に、本実施の形態に係るセンサユニットの他の具体的な例を示す。

図２０は、センサユニットの第２の具体例を示す図である。センサユニット５１は、図４の取り付けブロック９０に代えて、取り付けブロック１９０が接続されている。取り付けブロック１９０の端部には、電源ソケット１９１が設けられている。電源ソケット１９１を天井などの上側固定部に取り付けることで、センサユニット５１を上側固定部に固定できるとともに、上側固定部から電源供給を受けることが可能となる。

図２１は、センサユニットの第３の具体例を示す図である。センサユニット５２は、下ブロック７０が３つのブロックに更に分離可能な構成を有する。下ブロック７０は、センシングブロック７４と、電源ブロック１９２と、取り付けブロック９０とを有する。電源ブロック１９２は、ＵＳＢコネクタ１９４を介して外部からの充電が可能なバッテリを内蔵する。ＵＳＢコネクタ１９４の不使用時、防水キャップ１９５を電源ブロック１９２の側面に嵌めることによって、防水性が確保される。また、センサユニット５２の電源をオン又はオフにするタッチセンサ１９３を電源ブロック１９２の側面に備えることで、防水性が確保された状態でセンサユニット５２の電源のオンオフが可能となる。センサユニット５２は、外部と有線又は無線で接続される。

図２２は、センサユニットの第４の具体例の上方斜視図である。図２３は、センサユニットの第４の具体例の下方斜視図である。図２４は、固定部に取り付けられたセンサユニットの斜視図である。センサユニット５３は、固定部１０２との境界面に防水可能な構成を備える取り付けブロック１９６を有する。取り付けブロック１９６は、固定部１０２との境界面である端部に設けられたＯリング１９７によって、センサユニット５３及びケーブル９４の防水性を確保する。図１９に示されるような固定用ネジ穴９６，９７を使用して、センサユニット５３を固定部１０２に取り付けできる。

以上、センサユニット及び気流測定装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、分流路２５内で水平方向に突出するフランジ１３１に替えて、垂直方向に突出して水平流路２５２の幅を絞る突起を設けてもよい。第１の流路板１１と第２の流路板１２の平面形状は円形に限定されず、八角形、十角形等の多角形であってもよい。支柱１７は円柱に限定されず、多角柱であってもよい。この場合、角柱の頂点を気体の流入方向に向けて配置することで流体の剥離を軽減することができる。ステージ１３は円筒形のステージが望ましいが、多角形のステージを用いた場合も突起またはフランジによる流体の均一化と測定誤差の低減効果を奏することができる。

気流測定装置は、風向と風速の少なくとも一方を測定するが、風速に流路断面を乗算することで流量を測定することもできる。実施形態の気流測定装置は、安定したコンパクトな形状で、全方向での流速ばらつきによる測定誤差を低減することができる。

気流センサの数は、一つのみに限られず、複数としてもよい。

１ 気流測定装置、１１ 第１の流路板、１２ 第２の流路板、１３ ステージ、１４ 斜面、１５ 傾斜流路、１６ 流路口、１７ 支柱、１９ 連通部、２０ 気流センサ、２１ 基板、２２ センサ、２３ 導体、２５ 分流路、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５１，５２，５３ センサユニット、６０ 気流測定ブロック、６１ 下端部、６２ 上端部、６３，６４ Ｏリング、６５ 周縁部、６６ 周縁部、６７ ナット、７０ 下ブロック、７１ 端部、７２ 第１の端部、７３ 第３の基板、７４ センシングブロック、７５ Ｏリング、７７ 周縁部、７８ 開口部、７９ 第１の周縁部、８０ 上ブロック、８１ 第２の端部、８２ 第４の端部、８３ 第２の周縁部、８４ スクリュ、９０ 取り付けブロック、９１ 第３の端部、９２ 端部、９３ 周縁部、９４ ケーブル、９８ 引き出し穴、１００～１０４ 固定部、１２１ 対向面、１２２ 第２の基板、１２３ 凹部、１３１ フランジ、１６０ 第１の部品、１７０ 第２の部品、１７７ 多孔質シート、１８０ 第３の部品、１９０ 取り付けブロック、１９１ 電源ソケット、１９２ 電源ブロック、１９３ タッチセンサ、１９４ ＵＳＢコネクタ、１９５ 防水キャップ、１９６ 取り付けブロック、１９７ Ｏリング、２５１ 垂直流路、２５２ 水平流路

Claims (10)

1. 気流センサを備える第１の部品と、
   第２の部品と、
   第３の部品とを有し、
   前記第１の部品は、前記第２の部品又は前記第３の部品と選択的に接続可能な下端部と、前記第３の部品又は前記第２の部品と選択的に接続可能な上端部とを有する、センサユニット。
2. 前記第２の部品は、前記下端部又は前記上端部に選択的に接続可能な第１の端部を有し、
   前記第３の部品は、前記上端部又は前記下端部に選択的に接続可能な第２の端部を有する、請求項１に記載のセンサユニット。
3. 前記第１の端部は、前記下端部又は前記上端部に選択的に嵌まる第１の周縁部を有し、
   前記第２の端部は、前記上端部又は前記下端部に選択的に嵌まる第２の周縁部を有する、請求項２に記載のセンサユニット。
4. 前記第２の部品は、前記第１の端部とは反対側の第３の端部を有し、
   前記第３の部品は、前記第２の端部とは反対側の第４の端部を有し、
   前記第３の端部又は前記第４の端部は、センサユニット外部の固定部に取り付け可能である、請求項２又は３に記載のセンサユニット。
5. 前記第２の部品は、分離可能な第１のブロックと第２のブロックとを含み、
   前記第１のブロックは、前記第１の端部を有し、
   前記第２のブロックは、前記固定部に取り付け可能な前記第３の端部を有する、請求項４に記載のセンサユニット。
6. 前記気流センサは、前記第１の部品の外周部に開口する流路口と連通する空間に前記流路口と異なる高さに配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載のセンサユニット。
7. 前記第１の部品は、
   第１の流路板と、
   前記第１の流路板と対向して配置される第２の流路板と、
   前記気流センサが配置される空間が前記第１の流路板と前記第２の流路板との間に形成されるように前記第１の流路板に対して前記第２の流路板を支持する少なくとも一つの支柱と、
   前記第２の流路板に設置され、前記気流センサが実装される第１の基板と、
   前記第１の流路板に設置され、前記支柱の中を通る導体を介して前記第１の基板に接続される第２の基板とを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサユニット。
8. 前記第２の部品は、前記第２の基板に導電的に接続される第３の基板を有する、請求項７に記載のセンサユニット。
9. 前記第２の部品は、少なくとも一つの他のセンサとセンサ信号を取得する制御部との少なくとも一方を備え、
   前記他のセンサ又は前記制御部は、前記第３の基板に実装される、請求項８に記載のセンサユニット。
10. 前記第２の部品は、少なくとも一つの他のセンサとセンサ信号を取得する制御部との少なくとも一方を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のセンサユニット。

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