JPH0953967A - 流量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発熱用感温抵抗体と温度補償用感温抵抗体の熱
分離を効率よく行うことができ、かつ、小型化、低コス
ト化が可能な流量センサを提供する。 【解決手段】信号処理回路が形成された回路基板１には
窓部２が設けられ、発熱用感温抵抗体ＲHと温度補償用
感温抵抗体ＲTは、窓部２を跨ぐように、かつ２つの感
温抵抗体ＲH、ＲTで回路基板１を挟むように表裏面に実
装されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量に対応
した発熱体の放熱を利用して流体の流量を検知する流量
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の流量センサにおいて、発熱用の
感温抵抗体と温度補償用の感温抵抗体は公知の抵抗ブリ
ッジ回路を構成する抵抗素子として用いられ、適当な支
持部材に取り付けられ空気などの流体の流路に配置され
る。発熱用感温抵抗体は流体の温度より一定温度（通
常、２０℃〜２００℃）高くなるように加熱制御されて
おり、温度補償用感温抵抗体は流体そのものの温度を検
知し、流体温度の影響を補償するためのものである。

【０００３】流量の変化による発熱用感温抵抗体の放熱
量に応じた抵抗値の変化に対して、ブリッジ回路の平衡
状態を保つようにブリッジ回路への供給電圧が変化し、
ブリッジ回路に接続されたオペアンプの出力端には流量
に応じた出力電圧が出力される。

【０００４】このような流量センサにおいて、発熱用感
温抵抗体と温度補償用感温抵抗体を流体中のあまり離れ
ていない位置に配置し、かつ、温度補償を確実に行うた
めに両感温抵抗体の間の熱分離を確実に行うことが重要
である。

【０００５】そこで、本出願人は、両感温抵抗体の間の
熱分離を効率よく行うとともに、支持部材として機能す
る基板に抵抗ブリッジ回路、オペアンプ等の信号処理回
路を形成して小型化、低コスト化を図った、例えば図８
に示すような構造の流量センサを提案した（特願平６−
１９１０９７）。

【０００６】この流量センサは、図８に示すように、１
つの縦長の窓部２が形成された回路基板１、窓部２を跨
ぐように実装された発熱用感温抵抗体ＲH及び温度補償
用感温抵抗体ＲT、回路基板１上に配設されたオペアン
プ４、信号増幅用トランジスタ５、ブリッジ回路等を構
成する抵抗（チップ抵抗）６、及び信号取出しピン８を
備えて構成されている。両感温抵抗体ＲH、ＲTは回路基
板１の一方主面に、所望の熱分離を得るために所定の間
隔をおいて面実装されている。

【０００７】発熱用感温抵抗体ＲH及び温度補償用感温
抵抗体ＲTは、図９に示すように、アルミナ等の長方形
状の絶縁基板１１上に白金等の金属膜１２からなる抵抗
パターン１４が形成され、絶縁基板１１の両端側であっ
て、抵抗パターン１４の回路上での両端部に電気的に接
続された端子電極１５ａ，１５ｂが形成されて、チップ
型の感温抵抗体として構成されている。端子電極１５
ａ，１５ｂは、金、銀−パラジュウム等の電極材料から
なり、絶縁基板１１の両端側の金属膜１２上から端面及
び裏面に亘って形成されている。抵抗パターン１４は金
属膜１２をエッチング、レーザトリマー等により削除し
て溝１３を形成することにより形成される。

【０００８】通常、抵抗パターン形成領域には抵抗パタ
ーンを保護するためにガラス等の保護コートが施されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記流
量センサにおいては、図８に示すように、発熱用感温抵
抗体及び温度補償用感温抵抗体は、いずれも回路基板１
の一方主面に平面的に配置され、かつ両者の熱分離のた
めに適当な間隔をもうける必要があり、回路基板１の長
さ、窓部２の長さを短くするには制約があった。発熱用
感温抵抗体及び温度補償用感温抵抗体を回路基板１の長
手方向と平行に平面的に配置した場合は、回路基板１の
幅及び窓部２の幅をより広くしなければならなかった。
つまり、流量センサ全体をより小型化することが困難で
あった。

【００１０】そこで、本発明の目的は、発熱用感温抵抗
体と温度補償用感温抵抗体の熱分離を効率よく行うこと
ができ、かつ、小型化、低コスト化が可能な流量センサ
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、発熱用感温抵抗体と温度補
償用感温抵抗体とを流体中に配設し、前記流体の流量に
対応した前記発熱用感温抵抗体の放熱を利用して流体の
流量を検知する流量センサであって、窓部または切欠部
が形成され、信号処理回路が形成された回路基板を備
え、前記発熱用感温抵抗体が前記回路基板の一方主面
に、前記温度補償用感温抵抗体が前記回路基板の他方主
面に、それぞれ前記窓部または前記切欠部を跨ぐように
実装されていることを特徴とするものである。

【００１２】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
流量センサにおいて、前記発熱用感温抵抗体及び前記温
度補償用感温抵抗体がフリップチップ構造であることを
特徴とするものである。

【００１３】上記の構成によれば、２つの感温抵抗体は
それぞれが回路基板の窓部または切欠部を跨ぐように配
置されるとともに、回路基板を挟むように立体的に配置
されているので、各感温抵抗体と回路基板の間及び両感
温抵抗体間の熱分離を効率よく行うとともに、回路基板
すなわち流量センサ全体の小型化を図ることができる。
回路基板の小型化により、基板等の低コスト化を図るこ
ともできる。さらに、前記基板には信号処理回路が形成
されているので、信号処理回路を別途用意する必要がな
く、部品点数を減らして、小型化、低コスト化も図られ
ている。

【００１４】さらに、フリップチップ構造の感温抵抗体
を用いることにより、感温抵抗体の製造コストを低減す
ることができ、よって、流量センサの低コスト化が可能
となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施例を示す
図面に基づいて説明する。以下の図において、従来例と
同一または相当する部分、同一機能のものについては同
一符号を付す。また、信号処理回路の配線パターンは図
示省略してある。

【００１６】本発明の第１実施例に係る流量センサの構
成を図１に示す。図１（ａ）は外観斜視図、図１（ｂ）
は側面図である。

【００１７】本実施例の流量センサは、１つの窓部２が
形成された回路基板１、窓部２を跨ぐように実装された
発熱用感温抵抗体ＲH及び温度補償用感温抵抗体ＲT、回
路基板１上に配設されたオペアンプ４、信号増幅用トラ
ンジスタ５、ブリッジ回路等を構成する抵抗（チップ抵
抗）６、及び信号取出しピン８を備えて構成されてい
る。

【００１８】そして、本実施例の流量センサにおいて
は、発熱用感温抵抗体ＲHは回路基板１の一方主面（図
において上面）に、温度補償用感温抵抗体ＲTは他方主
面（図において下面）に窓部２を跨ぐように、両者が対
向して実装されている。また、両感温抵抗体ＲH、ＲTは
その長手方向が回路基板１の長手方向と平行に配置さ
れ、それぞれ抵抗パターン形成面が実装面となるよう
に、回路基板１の配線パターンのはんだ付けランド部に
端子電極をはんだ付けして実装されている。

【００１９】感温抵抗体ＲH、ＲTは、従来例の図９で示
したものと同様の構成であり、その説明を省略する。な
お、絶縁基板として、アルミナ以外にガラス、ジルコニ
ア等が用いられ、金属膜として、白金以外にニッケル、
銅またはそれらの合金等が用いられる。

【００２０】回路基板１のオペアンプ４及び信号増幅用
トランジスタ５実装部位と感温抵抗体ＲH、ＲT実装部位
（窓部２形成部位）の間には熱分離のために所定の距離
の熱分離領域Ａが設けられている。

【００２１】回路基板１としては、信号処理回路で発生
した熱の感温抵抗体ＲH、Ｒへの影響を緩和するため
に、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等
の熱絶縁性の良好な材料が用いられる。しかし、熱分離
領域Ａの設定等により、アルミナ等の無機系の材料を用
いてもよい。

【００２２】この構成においては、回路基板１には窓部
２が形成され、各感温抵抗体ＲH、ＲTは窓部２を跨ぐよ
うに、つまり熱絶縁性の良好な空気層を介して配置され
ており、各感温抵抗体ＲH、ＲTと回路基板１の熱的な結
合が弱くなり、例えば、回路基板１に配設されたトラン
ジスタ等の発熱素子からの熱影響が緩和され、また、２
つの感温抵抗体ＲH、ＲT間の熱分離が効率よく行われて
いる。

【００２３】また、感温抵抗体ＲH、ＲTは回路基板１を
挟むように立体的に配置され、両者は近接して実装され
ているので、回路基板１すなわち流量センサ全体の小型
化が図られている。回路基板１の小型化に加え、回路基
板１には信号処理回路が形成されており、流量センサの
低コスト化が図られている。

【００２４】そして、回路基板１の厚みを適宜選定する
ことにより、２つの感温抵抗体間の熱分離の程度を調整
することができる。

【００２５】なお、上記実施例では、感温抵抗体ＲH、
ＲTは抵抗パターン形成面が実装面となるように実装さ
れているが、端子電極１５ａ，１５ｂは両面に亘って形
成されているのでいずれの面を実装面としてもよい。

【００２６】次に、本発明の第２実施例に係る流量セン
サの構成を図２に示す。図２（ａ）は流量センサの外観
斜視図、図２（ｂ）は感温抵抗体の外観斜視図である。

【００２７】本実施例の流量センサにおいては、端子電
極が形成されていない感温抵抗体ＲH、ＲTが用いられて
いる。つまり、本実施例の感温抵抗体ＲH、ＲTは片面の
みに白金等の金属膜１２及び金属膜１２からなる抵抗パ
ターン１４が形成された、いわゆるフリップチップ構造
であり、端面及び裏面には金属膜、電極等は形成されて
いない。

【００２８】両感温抵抗体ＲH、ＲTはその長手方向が回
路基板１の長手方向と平行に配置され、それぞれ抵抗パ
ターン形成面が実装面となるように、両端側の金属膜１
２を回路基板１の配線パターンのはんだ付けランド部に
はんだ付けして実装されている。上記以外の構成につい
ては、第１実施例で示したものと同様の構成であり、そ
の説明を省略する。

【００２９】この構成においては、第１実施例で説明し
た効果に加え、感温抵抗体ＲH、ＲTの両面及び端面に亘
って、別途端子電極を形成する煩雑な作業（工程）が不
要となり、感温抵抗体ＲH、ＲTの製造コストを大幅に低
減することができる。したがって、流量センサのコスト
を低減することができる。

【００３０】このようなフリップチップ構造の感温抵抗
体を用いて、実装部（はんだ付け部）となる両端部の金
属膜１２の剥離等により実装強度が問題となる場合は、
図３に示すように、実装部にエポキシ系、アクリル系等
の補強剤９を塗布・硬化して感温抵抗体の実装強度を高
めるようにすればよい。なお、補強剤９は感温抵抗体の
実装部を含み回路基板１の全面に塗布するようにしても
よい。

【００３１】また、フリップチップ構造の感温抵抗体の
実装強度向上のために、実装部の金属膜をレーザトリマ
ー等で面荒らしして、その上に厚膜の端子電極を形成す
るようにしてもよい。

【００３２】上記各実施例では、感温抵抗体ＲH、ＲTを
回路基板１の長手方向と平行に配置したもので説明した
が、図４に示すように、感温抵抗体ＲH、ＲTを回路基板
１の幅方向に配置してもよい。また、回路基板１の感温
抵抗体実装部は窓形状である必要はなく、図５に示すよ
うに、感温抵抗体実装部に切欠部２ａを形成するように
してもよい。

【００３３】また、上記各実施例では、感温抵抗体Ｒ
H、ＲTは回路基板１の表裏面のほぼ同位置に対向するよ
うに実装されているが、図６に示すように、感温抵抗体
ＲH、ＲTをずらして実装してもよく、図７にしめすよう
に、回路基板１に対して斜めとなるように実装してもよ
い。このように、両感温抵抗体をずらして配置したり、
斜めに配置することにより、両者の熱分離の程度を調整
することも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る流量
センサによれば、回路基板には窓部または切欠部が形成
され、各感温抵抗体は窓部または切欠部を跨ぐように配
置されており、各感温抵抗体と回路基板との熱分離、２
つの感温抵抗体間の熱分離を効率よく行うことができ、
流量の検出精度を向上することができる。また、２つの
感温抵抗体は回路基板１を挟むように立体的に配置され
ているので、回路基板すなわち流量センサ全体の小型化
を図ることができる。回路基板の小型化に加え、回路基
板には信号処理回路が形成されており、流量センサ全体
の小型化、低コスト化を図ることができる。

【００３５】さらに、感温抵抗体をフリップチップ構造
とすることにより、感温抵抗体の製造コストを大幅に低
減することができ、よって、流量センサの低コスト化が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施例に係る流量センサ
の外観斜視図、（ｂ）は側面図である。

【図２】（ａ）は本発明の第２実施例に係る流量センサ
の外観斜視図、（ｂ）は感温抵抗体の外観斜視図であ
る。

【図３】（ａ）は図２に示す流量センサの感温抵抗体実
装部に補強剤を塗布した状態を示す外観斜視図、（ｂ）
は（ａ）の側面図である。

【図４】本発明の他の実施例に係る流量センサの外観斜
視図である。

【図５】本発明の他の実施例に係る流量センサの外観斜
視図である。

【図６】本発明の他の実施例に係る流量センサの側面図
である。

【図７】本発明の他の実施例に係る流量センサの外観斜
視図である。

【図８】従来の流量センサの外観斜視図である。

【図９】本発明及び従来の感温抵抗体の外観斜視図であ
る。

【符号の説明】

ＲH 発熱用感温抵抗体 ＲT 温度補償用感温抵抗体 １ 回路基板 ２ 窓部 ２ａ 切欠部 ４ オペアンプ ５ 信号増幅用トランジスタ ８ 信号取出しピン ９ 補強剤 １１ 絶縁基板 １２ 金属膜 １４ 抵抗パターン １５ａ、１５ｂ 端子電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱用感温抵抗体と温度補償用感温抵抗
   体とを流体中に配設し、前記流体の流量に対応した前記
   発熱用感温抵抗体の放熱を利用して流体の流量を検知す
   る流量センサであって、 窓部または切欠部が形成され、信号処理回路が形成され
   た回路基板を備え、前記発熱用感温抵抗体が前記回路基
   板の一方主面に、前記温度補償用感温抵抗体が前記回路
   基板の他方主面に、それぞれ前記窓部または前記切欠部
   を跨ぐように実装されていることを特徴とする流量セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記発熱用感温抵抗体及び前記温度補償
   用感温抵抗体がフリップチップ構造であることを特徴と
   する流量センサ。