JPH1130538A - 流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 流体に対する耐圧性の向上、断熱性や耐水性
の向上を図る。 【解決手段】 底部１３の外側が管内を流れる流体に接
するように前記管に取り付けられるキャップ部材１、キ
ャップ部材の底部内側に配置した流量センサ１５、温度
補償用サーミスタ１７および配線基板３、キャップ部材
を閉塞する下側ケース部材５、下側ケース部材のキャッ
プ部材とは反対側に設けた回路基板７、下側ケース部材
の回路基板が設けられた部分を閉塞する上側ケース部材
９、ならびに、配線基板と回路基板とを接続するリード
線５９を備える。下側ケース部材は、配線基板方向に延
びて配線基板を支持し、かつ配線基板と下側ケース部材
との間に密封された空間を形成する筒状部２３を有し、
その内側に前記流量センサおよび温度補償用サーミスタ
が位置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管内を流れる流体
の流量を計測する流量計に関し、特に、流量検出用のセ
ンサとして薄膜または厚膜製のものを用い、これを密封
して防水耐湿構造とするのに適したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜または厚膜製の流量センサを用い、
防水耐湿構造とするのに適した流量計に関する技術とし
ては、例えば特開平９−７９８８０号に開示されている
流量センサ装置が知られている。この装置は、図９に示
すように、底部の外側が管内を流れる流体に接するよう
に前記管に取り付けられるキャップ部材９０と、キャッ
プ部材９０の底部内側に配置した流量センサ９１および
流体の温度を測定するためのサーミスタ９２と、キャッ
プ部材９０を密封して閉塞する蓋９３と、流量センサ９
１およびサーミスタ９２を外部に接続するためのプリン
ト基板９４と、流量センサ９１およびサーミスタ９２を
外部に接続するために蓋９３に貫通させて設けた端子９
５と、端子９５とプリント基板９４とを接続するととも
にプリント基板９４を支持するコネクタ９６とを備え、
蓋９３を取り付けると同時に端子９５がコネクタ９６に
接続するようにして、防水耐湿構造とするのを容易にし
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術によれば、流体の圧力によりキャップ部材の底部
が変形しやすいという問題がある。つまり、計測感度を
上げるためにはキャップ部材の厚さは薄い方が好ましい
が、そうすると、キャップ部材の強度が流体の圧力に耐
えられなくなる。また、断熱性および耐水・耐湿性の点
においても問題がある。

【０００４】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、流量計において、キャップ部材の底部が薄
くても、流体に対する十分な耐圧性が得られるように
し、さらには、断熱性や耐水性をより向上させることに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の流量計は、底部の外側が管内を流れる流体に接
するように前記管に取り付けられるキャップ部材、前記
キャップ部材の底部内側に配置した、流量センサ、温度
補償用サーミスタおよび配線基板、前記キャップ部材を
閉塞する下側ケース部材、この下側ケース部材の前記キ
ャップ部材とは反対側に設けた回路基板、前記下側ケー
ス部材の前記回路基板が設けられた部分を閉塞する上側
ケース部材、ならびに、前記配線基板と前記回路基板と
を接続するリード線を備える。

【０００６】前記流量センサは、前記キャップ部材底部
を介して前記流体により熱が奪われることによる温度変
化に応じて抵抗値が変化することにより前記流量に応じ
た流量出力を生成するための流量検出用抵抗を有する、
傍熱型または自己発熱型で薄膜または厚膜製のものであ
る。

【０００７】前記温度補償用サーミスタは前記流体の温
度に応じた前記流量出力の変動を補償するように前記流
量検出用抵抗に直列または並列に接続された、薄膜また
は厚膜製のものである。

【０００８】前記下側ケース部材は、前記配線基板方向
に延びて前記配線基板を支持し、かつ前記配線基板と前
記下側ケース部材との間に密封された空間を形成する筒
状部を有し、その内側に前記流量センサおよび温度補償
用サーミスタは位置する。

【０００９】前記配線基板は、前記流量センサおよび温
度補償用サーミスタを前記回路基板に接続するための配
線を有し、かつその配線および配線基板は前記筒状部の
外側まで伸びている。

【００１０】前記リード線は、前記配線基板の配線と前
記筒状部の外側において接続し、かつ前記筒状部の外側
および前記下側ケース部材に設けられた貫通穴を経て前
記回路基板に接続している。

【００１１】前記回路基板は、前記流量検出用抵抗およ
び温度補償用サーミスタを含むブリッジ回路を形成して
前記流量に応じた流量出力を行う回路を有する。

【００１２】これによれば、前記筒状部により、配線基
板を介してキャップ部材底部全体が支持されるため、キ
ャップ部材底部の変形防止が図られる。また、前記流量
センサ等を設けた密封空間と、前記リード線やそれと前
記配線基板との接続部とが、前記筒状部により隔てられ
るため、防水性をより向上させることができる。また、
回路基板を内蔵しているため、外気温が高温になって
も、制御回路への悪影響がなく、また、外部装置との配
線数も少なくて済む。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態におい
ては、前記筒状部の内側において前記キャップ部材の底
部に設けた前記流体の温度を測定するための温度測定用
サーミスタを有する。この温度測定用サーミスタは前記
流量センサおよび温度補償用サーミスタと同様にして前
記回路基板に接続されている。これにより、従来は別個
に取り付けていた温度測定用サーミスタの取付けの便宜
が図られる。

【００１４】また、前記回路基板と下側ケースとの間を
密封された空間としても良く、その場合、断熱性の向上
や防水・防湿性の向上が図られる。

【００１５】前記筒状部の外側の、前記キャップ部材、
配線基板および下側ケース部材とで囲まれた部分に、防
水・防湿用の樹脂を充填し、かつこの樹脂部分を前記貫
通穴を介して前記下側ケース部材の上面にまで及ばせ、
したがって前記リード線をこの樹脂部分を経て前記回路
基板に接続するようにしても良く、その場合、防水・防
湿性のさらなる向上が図られる。

【００１６】また、前記回路基板の上面は、前記下側ケ
ース部材へかけて、熱伝導性および絶縁性が良好な樹脂
で覆うようにしても良く、その場合、回路基板の発熱の
防止および絶縁が図られる。以下、本発明の実施形態
を、実施例を通じてより具体的に説明する。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る流量計を示
す一部を破断した側面図である。同図に示すように、こ
の流量計は、底部の外側が所定の管内を流れる流体に接
するように前記管に取り付けられるステンレス製のキャ
ップ部材１、キャップ部材１の底部内側に配置した、流
量センサ１５、温度補償用サーミスタ１７および温度測
定用サーミスタ２５、キャップ部材１を閉塞する下側ケ
ース部材５、下側ケース部材５のキャップ部材１とは反
対側に設けた回路基板７、下側ケース部材５の回路基板
７が設けられた部分を閉塞する上側ケース部材９、なら
びに、配線基板３と回路基板７とを接続するリード線１
１を備える。

【００１８】流量センサ１５および温度補償用サーミス
タ１７は、キャップ部材１との間の良好な熱伝導性が確
保されるように、半田等により固定してある。温度測定
用サーミスタ２５は、ビード型のものであり、シリコン
により、底部１３の凹部１６内に埋めてある。

【００１９】図２は流量計の回路の一部を示す。同図に
示すように、流量センサ１５は、キャップ部材１底部を
介して流体により熱が奪われることによる温度変化に応
じて抵抗値が変化することにより流量に応じた流量出力
を生成するための流量検出用抵抗１９を有する。流量セ
ンサ１５としては、ここでは、抵抗２１によって熱を付
与する傍熱型で薄膜製のものを用いている。温度補償用
サーミスタ１７は流体の温度に応じた流量出力の変動を
補償するように流量検出用抵抗１９に直列または並列に
接続された、薄膜製のものである。

【００２０】流量センサ１５は、図８に示すように、基
板８１上に厚さ５μｍの積層膜８０を設けたものであ
り、積層膜８０は、下から、感温膜（サーミスタ）８２
（流量検出用抵抗１９）、感温膜８２に接続した電極８
３、絶縁膜８４、発熱体８５（抵抗２１）、発熱体８５
に接続した電極８６、および絶縁膜８７を、この順に積
層したものである。

【００２１】下側ケース部材５は、配線基板３方向に延
び、配線基板３を支持するとともに、配線基板３と下側
ケース部材５との間に密封された空間２２を形成する筒
状部２３を有し、流量センサ１５および温度補償用サー
ミスタ１７は筒状部２３が配線基板３と結合する部分の
内側に位置する。筒状部２３は、配線基板３に対してシ
リコン樹脂や熱硬化型の接着剤により結合させることが
でき、これにより、防水耐湿構造による空間２２が容易
に形成されている。

【００２２】下側ケース部材５のキャップ部材１への固
定は、エポキシ樹脂等の接着剤２６により行われてい
る。その接着の際の接着剤２６のはみ出しを防止するた
め、下側ケース部材５には、凸部２８を設けてある。ま
た、ケース部材５がキャップ部材１から抜けるのを防止
するために、ケース部材５は、キャップ部材１に圧入さ
れた楔形部分３０を有し、かつキャップ部材５の端部１
２はケース部材５の方へ折り曲げられている。なお、凸
部２８の代わりに、キャップ部材１側に液溜りを設け
て、接着剤のはみ出しを防止することもできる。

【００２３】配線基板３は、底部１３に対し、エポキシ
樹脂を用いた接着等により固定してある。その固定の
際、配線基板３の周辺ではエポキシ樹脂２４をキャップ
部材１の底部１３から側壁５９へかけて盛り上がるよう
に付与してキャップ部材１の強度を補い、流体の圧力に
対する耐圧性を向上させるようにするのが好ましい。

【００２４】図３は配線基板３の平面図である。この図
に示すように、配線基板３には、貫通穴２７、２９、３
１が設けられており、これらの穴の部分に、底部１３に
固定された流量センサ１５、温度補償用サーミスタ１７
および温度測定用サーミスタ２５が位置する。配線基板
３はまた、流量センサ１５、温度補償用サーミスタ１７
および温度測定用サーミスタ２５を回路基板７に接続す
るための配線３３を有し、各配線３３の端部は、配線基
板３が筒状部２３と結合する部分３４より外側に位置す
る端子３５となっている。流量センサ１５、温度補償用
サーミスタ１７および温度測定用サーミスタ２５は、各
配線３３に対し、ワイヤボンディング等により接続され
ている。

【００２５】リード線１１の一方は、筒状部２３の外側
の各端子３５を介して配線基板３と接続し、他方は、筒
状部２３の外側および下側ケース部材５に設けられた貫
通穴３７を経て回路基板７に接続している。回路基板７
は、図２に示すように、流量検出用抵抗１９および温度
補償用サーミスタ１７を含むブリッジ回路を形成して流
量に応じた流量出力を行う回路を有する。図２には示さ
れていない温度測定用サーミスタ２５は、回路基板７を
経て、そのまま外部に接続される。リード線１１として
は、防水性を考慮し、被覆のないものを用いている。被
覆があると、被覆と導線との間を伝って水分が伝達しや
すくなるからである。

【００２６】筒状部２３の外側には、キャップ部材１、
配線基板３および下側ケース部材５とで囲まれた部分が
形成されており、その部分には防水・防湿用の樹脂４１
が充填され、かつこの樹脂４１部分は貫通穴３７を介し
て下側ケース部材５の上面にまで及んでいる。したがっ
て、リード線１１はこの樹脂４１部分を経て回路基板７
に接続している。樹脂４１としては、防水・防湿性に優
れ、かつステンレスとの接合性が良い、ウレタン樹脂が
好ましい。

【００２７】回路基板７の上面は、下側ケース部材５の
内壁へかけて、熱伝導性および絶縁性が良好な樹脂、例
えばシリコン樹脂４３で覆われている。また回路基板７
は、下側ケース部材５に対し、有機接着剤４５により固
定されている。これにより、回路基板７と下側ケース５
との間には密封された空間３９が形成されている。な
お、下側ケース部材５に対する回路基板７の固定は、下
側ケース部材５に設けたツメによって行ったり、ネジ止
めにより行ってもよい。

【００２８】上側ケース部材９は、下側ケース部材５に
対し、有機接着剤による接着、超音波溶着、ワンタッチ
式の固定、タップネジ等により固定することができる。
上側ケース部材９と下側ケース部材５との間の回路基板
７上には空間４７が形成されている。

【００２９】図４に示すように、このような構成を有す
る流量計４９は、管５１に対し、底部１３が管５１内を
流れる流体５３と、その流れの方向に平行に接するよう
に取り付けられる。取り付けは、下側ケース部材５およ
びキャップ部材１に設けられた貫通穴５５（図１）を介
し、これら部材を管５１にネジ５２によりネジ止めする
ことにより行うことができる。

【００３０】この状態において、図２の回路に所定の電
圧Ｖを印加すると、抵抗２１は発熱するが、その熱はキ
ャップ部材の底部１３を介して流体５３により奪われる
ため、流量センサ１５の温度は、流体５３の流量に応じ
た温度となり、その温度に応じた電圧がブリッジ回路５
７から出力される。ただしそのときの流量センサ１５の
温度は、流体５３の流量のほか、流体５３の温度によっ
ても変動する。温度補償用サーミスタ１７はこのような
流体５３の温度による変動を補償し、ブリッジ回路５７
の出力が、流体５３の流量にのみ依存するように作用す
る。ブリッジ回路５７の出力は、増幅され、流量出力と
して、回路基板７の回路から出力される。

【００３１】このとき、空間２２は、外部に対する断熱
作用を果たすため、外部の温度の影響に左右されないよ
り正確な流量出力が得られる。また、この断熱効果は、
空間３９および４７によって、さらに高められている。

【００３２】また、キャップ部材１は、感度向上のため
に薄い例えば厚さが０．２ｍｍのステンレス板で構成さ
れるが、その底部１３は、配線基板３およびこれを支持
する下側ケース部材５の筒部２３により支持されている
ため、流体５３の圧力により変形することはない。ま
た、キャップ部材１の側壁５９部分も、内側に樹脂４１
が充填されているため、変形することはない。さらに、
配線基板３の周辺のエポキシ樹脂２４により、底部１３
および側壁５９の耐圧性が高められている。

【００３３】また、何らかの原因で水分が空間４７内に
侵入したとしても、樹脂４１および４３が存在するた
め、その水分が空間２２にまで至って流量検出精度等に
悪影響を及ぼすことはない。また、この防水・防湿効果
は、リード線１１を被覆のないものとしたことによりさ
らに向上している。つまり、被覆がないため、被覆とリ
ード線１１との間を伝わって水分が空間２２の方まで侵
入することはない。

【００３４】なお、上述において、流量センサ１５、温
度補償用サーミスタ１７および温度測定用サーミスタ２
５はすべて１つの空間２２により断熱されているが、各
素子毎に別個の空間により断熱するようにしてもよい。
つまり、空間２２を壁により仕切ったり、小さな筒状部
を各素子毎に設けたりしても良い。

【００３５】次に、空間２２の効果を確認するために行
った実験について説明する。この実験は次のように行っ
た。

【００３６】つまり、まず、キャップ部材１に流量セン
サ１５、温度補償用サーミスタ１７、配線基板３および
下側ケース５を取り付けてあるが、下側ケース５より上
の樹脂４１、回路基板７、上側ケース９等は設けていな
い状態のものを４種類用意した。そのうちの第１のもの
は、図５（ａ）のように、空間２２上方の下側ケース５
の部分に貫通穴６１を設けたものである。第２のものは
図５（ｂ）のように、空間２２については、上述の実施
例と同様に特に何も加工を施していないものである。第
３のものは、図５（ｃ）のように、空間２２の上から１
／３までの部分にエポキシ樹脂６３を配置したものであ
る。そして第４のものは、図５（ｄ）のように、空間２
２の上から１／２までの部分にエポキシ樹脂６３を配置
したものである。

【００３７】次に、これら４種類のものそれぞれについ
て、管５１に対して図４のような取付けを行い、管５１
内に３０℃の水を流すとともに流量センサ１５の抵抗２
１に一定の電流を流した状態を継続させ、かつその状態
でしばらく経過してから、その状態においてさらにドラ
イヤによる熱風（６０〜７０℃）６５の上方からの吹付
けを開始し、図示しないセンサにより流量センサ１５お
よび温度補償用サーミスタ１７の温度変化を測定した。

【００３８】図６はこのときの流量センサ１５の温度変
化を示し、図７はこのときの温度補償用サーミスタ１７
の温度変化を示す。これらの図において、○印は図５
（ａ）の状態のもの、つまりケース５が無いのと同等の
状態のもの、△印は図５（ｂ）の状態のもの、▲印は図
５（ｃ）の状態のもの、そして□印は図５（ｄ）の状態
のものについての温度変化を示す。

【００３９】図６および図７に示されるように、流量セ
ンサ１５および温度補償用サーミスタ１７のいずれの場
合においても、図５（ａ）のケース無しの状態では温度
変化が大きく、他の状態では温度変化が小さいことがわ
かる。つまり、ケース無しの状態では、外気の影響を大
きく受ける。一方、図５（ｂ）〜（ｃ）のように、空間
２２の容積の大小によっては、温度変化に差のないこと
がわかる。つまり、空間２２の天井は低くて良く、天井
が流量センサ１５や温度補償用サーミスタ１７に接触し
なければ外気の影響はほとんど受けない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、キ
ャップ部材の底部が薄くても、流体に対する十分な耐圧
性が得られるため、感度と耐圧性の両立を図ることがで
きる。また、断熱性や耐水・耐湿性をより向上させるこ
とができる。また、外気温が高温になっても、制御回路
への悪影響がない。また、外部装置との配線数も少なく
て済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る流量計を示す一部を
破断した側面図である。

【図２】 図１の流量計の回路の一部を示す回路図であ
る。

【図３】 図１の流量計の配線基板の平面図である。

【図４】 図１の流量計を管に取り付けた様子を示す図
である。

【図５】 空間２２の効果を示す実験に使用した４種の
状態のものの断面図である。

【図６】 空間２２の効果を示す実験において得られた
流量センサ１５の温度変化を示すグラフである。

【図７】 空間２２の効果を示す実験において得られた
温度補償用サーミスタ１７の温度変化を示すグラフであ
る。

【図８】 図１の流量計で使用しうる流量センサの構造
図である。

【図９】 従来例に係る流量センサ装置を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１：キャップ部材、３：配線基板、５：下側ケース部
材、７：回路基板、９：上側ケース部材、１１：リード
線またはリードフレーム、１２：端部、１３：底部、１
５：流量センサ、１６：凹部、１７：温度補償用サーミ
スタ、１９：流量検出用抵抗、２１：抵抗、２２：密封
空間、２３：筒状部、２４：エポキシ樹脂、２５：温度
測定用サーミスタ、２６：接着剤、２７，２９，３１：
貫通穴、２８：凸部、３０：楔形部分、３３：配線、３
４：結合する部分、３５：端子、３７：貫通穴、４１：
樹脂、４３：シリコン樹脂、４５：有機接着剤、３９：
密封された空間、４７：空間、４９：流量計、５１：
管、５３：流体、５５：貫通穴、５９：側壁、６１：貫
通穴、６５：熱風。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薮崎 素弘 埼玉県上尾市原市1333−２三井金属鉱業株 式会社総合研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底部の外側が管内を流れる流体に接する
   ように前記管に取り付けられるキャップ部材、前記キャ
   ップ部材の底部内側に配置した、流量センサ、温度補償
   用サーミスタおよび配線基板、前記キャップ部材を閉塞
   する下側ケース部材、この下側ケース部材の前記キャッ
   プ部材とは反対側に設けた回路基板、前記下側ケース部
   材の前記回路基板が設けられた部分を閉塞する上側ケー
   ス部材、ならびに、前記配線基板と前記回路基板とを接
   続するリード線を備え、 前記流量センサは、前記キャップ部材底部を介して前記
   流体により熱が奪われることによる温度変化に応じて抵
   抗値が変化することにより前記流量に応じた流量出力を
   生成するための流量検出用抵抗を有する、傍熱型または
   自己発熱型で薄膜または厚膜製のものであり、 前記温度補償用サーミスタは前記流体の温度に応じた前
   記流量出力の変動を補償するように前記流量検出用抵抗
   に直列または並列に接続された、薄膜または厚膜製のも
   のであり、 前記下側ケース部材は、前記配線基板方向に延びて前記
   配線基板を支持し、かつ前記配線基板と前記下側ケース
   部材との間に密封された空間を形成する筒状部を有し、
   その内側に前記流量センサおよび温度補償用サーミスタ
   は位置し、 前記配線基板は、前記流量センサおよび温度補償用サー
   ミスタを前記回路基板に接続するための配線を有し、か
   つその配線および配線基板は前記筒状部の外側まで伸び
   ており、 前記リード線は、前記配線基板の配線と前記筒状部の外
   側において接続し、かつ前記筒状部の外側および前記下
   側ケース部材に設けられた貫通穴を経て前記回路基板に
   接続しており、 前記回路基板は、前記流量検出用抵抗および温度補償用
   サーミスタを含むブリッジ回路を形成して前記流量に応
   じた流量出力を行う回路を有することを特徴とする流量
   計。
2. 【請求項２】 前記筒状部の内側において前記キャップ
   部材の底部に設けた前記流体の温度を測定するための温
   度測定用サーミスタを有し、この温度測定用サーミスタ
   は前記流量センサおよび温度補償用サーミスタと同様に
   して前記回路基板に接続されていることを特徴とする請
   求項１に記載の流量計。
3. 【請求項３】 前記回路基板と下側ケースとの間には密
   封された空間が形成されていることを特徴とする請求項
   １または２に記載の流量計。
4. 【請求項４】 前記筒状部の外側には、前記キャップ部
   材、配線基板および下側ケース部材とで囲まれた部分が
   形成されており、その部分には防水・防湿用の樹脂が充
   填され、かつこの樹脂部分は前記貫通穴を介して前記下
   側ケース部材の上面にまで及んでおり、したがって、前
   記リード線はこの樹脂部分を経て前記回路基板に接続し
   ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
   記載の流量計。
5. 【請求項５】 前記回路基板の上面は、それを保持して
   いる前記下側ケース部材へかけて、熱伝導性および絶縁
   性が良好な樹脂で覆われていることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれか１項に記載の流量計。