JP2019066430A - 流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量検出素子とその収納部の嵌合隙間から流入する底流の影響による流量検出精度低下を抑制する流量測定装置を提供する。【解決手段】流量検出素子６のキャビティ２１の投影面上に位置するプレート４の収納部１５の底面に、収納部１５と流量検出素子６の嵌合隙間から流入する底流２５影響を抑制する凹部３４を設けている。【選択図】図１６

Description

本発明は、流量測定装置に関するものであり、例えば内燃機関の空気の質量流量を測定する装置に関するものである。

内燃機関の吸気配管に搭載され吸入空気の流量を測定する流量測定装置として、感熱式の流量測定装置が使用されている

一般的な感熱式の流量測定装置では、吸入空気の一部を取り込む計測用通路(以下、バイパス通路と称す)を形成し、そのバイパス通路内に流量検出素子が配置されている。
一般的に、バイパス通路は複数の部品(主にモールド部品が採用される)が嵌合することで形成され、その内の一つの部品に流量検出素子を搭載させるための凹状の収納部が備えられている。(以下、収納部を備えた支持体である部品をプレートと称し、プレートと嵌合する部品をカバーと称す)

流量検出素子は平板状であり、その一部を部分的に除去し数ミクロンの薄膜でなる薄肉で構成された流量検出部を持つ半導体素子が用いられる。(以下、流量検出部(薄膜部あるいは薄肉部とも称す)以外の領域を厚膜部あるいは厚肉部と称す)感熱式の流量測定装置は、被計測流体により流量検出部から奪われる熱量が流量依存性を持つことを利用して被計測流体の流量を測定する。
尚、流量検出部が薄膜（薄肉）であるのは、流量検出部直下の空洞部（以下、この空洞部をキャビティと称す)に空気を存在させ断熱させることで、誤差要因となるプレートとの余分な熱伝達を防止するためである。

プレートの収納部と流量検出素子は一般的に接着剤で固定される。
但し、流量検出素子における流量検出部周囲の厚膜部全域がプレートと接着した場合、キャビティ内に存在する空気が閉塞するため、温度変化が生じ、空気が膨張／収縮した際に、流量検出部へ負荷が発生してしまう。その結果、検出精度の悪化、最悪の場合流量検出部の破損が生じてしまう。
そのため、流量検出部の周囲領域にある厚膜部とプレートの収納部の両者の嵌合面に、一部隙間が生じるように流量検出素子はプレートの収納部へ固定される。

次に上述した構成の流量測定装置の問題点を説明する。
上述した構成の流量測定装置において、流量検出部周囲に存在するプレート収納部と流量検出素子との嵌合面間にある隙間(以下、嵌合隙間と称す)を通りキャビティへ被計測流体が流れ込むことで、検出精度が著しく低下する問題があることが知られている。(以下、上記の流れを底流と称す)即ち、流量測定装置は流量検出部表面を流れる被計測流体から奪われる熱量のみを考慮し、流量を算出するが、底流が発生した場合、流量検出部の裏面からも被計測流体が熱量を奪うため(想定した流れ以外からも熱量が奪われることで）、検出精度が著しく悪化してしまう。そのため、例えば特許文献１に示された従来の流量測定装置では次のような底流を防ぐ対策が講じられている。

特許文献１に記載の流量測定装置では、流量検出部とプレート収納部の嵌合面に底流防止剤と呼ばれる接着剤を塗布し、嵌合隙間を埋めている。その結果、嵌合隙間を流れる底流の流入を抑制し、底流を発生させないことで検出精度の低下を防いでいる。

特許第５１９７７１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の対策では底流の影響を抑制することが困難となりつつある。その背景として、流量検出素子において、低コスト化や配管内を飛来するダストの流量検出素子への衝突確率を低下させるため「小型化」が図られていること、また、計測流量範囲を拡大するため流量に対する分解能を向上させていること(「高感度化」と称す)が挙げられる。それぞれの影響について次に説明する。

流量検出素子が「小型化」したことで、流量検出部周囲の厚膜部とプレート収納部の嵌合する面積が低下した。そのため、従来同等の塗布量で、底流防止剤を塗布した場合、底流防止剤が厚膜部をはみ出し流量検出部まで這いあがり、底流防止剤が付着してしまう。その結果、流量検出部と底流防止剤で熱伝達が発生してしまい、検出精度が低下してしまう。
また、底流防止剤のはみ出しを防ぐには塗布量を減らす必要があるが、「小型化」により底流防止剤の塗布量は従来から大幅に減少させる必要がある。塗布量を減少させ塗布する場合において塗布バラツキの中で底流防止剤の塗布途切れが発生することがあり、途切れ箇所から底流が流入することで出力精度が低下する問題が発生する。

また、流量検出素子が「高感度化」したことで、従来ではその影響を無視することができた微細な底流でも流量検出精度に影響するようになった。前述した通り、底流防止剤は流量検出部周囲の厚膜部全域に塗布することは出来ないため、底流防止剤未塗布の箇所から流入する僅かな底流でも、出力精度に影響を与えてしまう。

このように、従来の対策手法では十分に底流の影響を抑制できない。そこで、本発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、底流の影響を抑制し検出精度の低下を防止することができる流量検出装置を提供することを目的としている。

本発明の流量検出装置は、流量検出素子の空洞部に対向する支持体の収納部の底面に、支持体の収納部と流量検出素子の嵌合隙間から流入する底流を抑制する凹部を設けたものである。

本発明の流量検出装置によれば、底流が流量検出素子と支持体の収納部との嵌合隙間から底流が流入した際も、底流の流速低下、及び、底流の流れ方向を制御することで、底流の影響を抑制し検出精度の低下を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る流量測定装置をその一部を切り欠いて示した正面図である。 流量検出素子とプレートの収納部との嵌合方法を説明するための概略斜視図である。 流量検出素子とプレートの収納部との嵌合状態を示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ線における断面を示した断面図である。 図３のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図である。 流量検出部が閉塞した際に生じる問題を説明するための流量検出素子部の正面図である。 図６のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図である。 キャビティへ流入した底流の軌跡を説明するための流量検出素子部の断面図である。 底流が発生した際の被計測流体の流量と流量測定装置の出力の関係を説明するための図である。 流量測定装置の流量検出部において生じる問題点を説明するための概略断面図である。 流量測定装置の流量検出部において生じる問題点を説明するための概略正面図である。 流量測定装置の流量検出部において生じる問題点を説明するための概略正面図である。 本発明の実施の形態１に係る流量測定装置のプレートに設けられた収納部の正面図である。 図１３のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図である。 図１３のＡ−Ａ線における断面を示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係る流量測定装置の底流抑制効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る流量測定装置の底流抑制効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る流量測定装置と対比される従来技術による流量測定装置の流量検出部近傍における流速コンター図である。 本発明の実施の形態１に係る流量測定装置の流量検出部近傍における流速コンター図である。 本発明の実施の形態２に係る流量測定装置のプレートに設けられた収納部の正面図である。 図２０のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図である。 図２０のＡ−Ａ線における断面を示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係る流測定装置の流量検出部の断面を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る流量測定装置の効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態３に係る流量測定装置のプレートに設けられた収納部の正面図である。 図２５のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図である。 図２５のＡ−Ａ線における断面を示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係る流量測定装置の底流抑制凹部で発生する巡回渦の軌跡を説明するための図である。 本発明の実施の形態３に係る流量測定装置の底流抑制凹部で発生する巡回渦の軌跡を説明するための図である。 本発明の実施の形態４に係る流量測定装置のプレートに設けられた収納部の正面図である。 図３０のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図である。 図３０のＡ−Ａ線における断面を示した断面図である。 偏流が発生した際、本発明の実施の形態１に係る流量測定装置に生じる問題を説明するための斜視図である。 図３３におけるプレートに設けられた収納部の正面を示す正面図である。 図３３のＡ−Ａ線における断面を示した概略断面図である。 本発明の実施の形態５に係る流量測定装置の流量検出素子部の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る流量測定装置の底流抑制凹部の設置範囲を限定する理由を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る流量測定装置の底流抑制凹部の設置範囲を限定する理由を説明するための図である。 底流抑制凹部とキャビティの体積と底流の流量の関係を説明するための図である。

以下、本発明の流量測定装置の好適な実施の形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明で示す流量測定装置は、吸気配管を流れる被計測流体の流量を測定するために使用され、例えば、内燃機関の吸気配管を流れる空気の流量を測定するために使用される。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る流量測定装置の一部を切り欠いた正面図である。主通路である吸気配管１に取り付けられる流量測定装置は、カバー２、ベース３、支持体であるプレート４、制御回路を構成する回路基板５、流量検出素子６の部品で構成されており、またプレート４は吸気配管１（主通路）に設けられ、カバー２とプレート４が接着剤等により組付けられることで、吸気配管１内を矢印の方向へ向かい流れる被計測流体である吸入空気７の一部を取り込むバイパス通路８が形成される。回路基板５で構成された制御回路は、流量検出素子６を駆動してその信号を処理する。
カバー２、ベース３、プレート４の材料には、例えばＰＢＴ樹脂などが用いられる。
以下の説明において「上流側」とは矢印方向へ向かい流れる吸入空気７の上流側を、「下流側」とは矢印方向へ向かい流れる吸入空気７の下流側を指すこととする。

吸気配管１には流量測定装置を取り付けるための貫通孔９が設けられており、流量測定装置は吸気配管外部から矢印１０で示す方向に挿入され、ベース３のフランジ１１部をねじ（図示省略）等により固定することで吸気配管１に取り付けられる。

回路基板５はベース３のケース部１２と接着剤等により接着することにより支持及び収納されており、また、回路基板５はベース３とワイヤボンディング１３で電気的に接続されている。回路基板５で処理された流量信号はベース３のコネクタ部１４を通じ、外部と信号を授受する。また、流量測定装置を駆動させる電圧もコネクタ部１４を通じ供給される。

図２に示すようプレート４には流量検出素子６が搭載されるための凹状の収納部（プレート収納部ともいう）１５が形成されている。図３は収納部１５に流量検出素子６が嵌合配置されて収納された状態を示している。図４は図３のＡ−Ａ線における断面を示した断面図であり、図５は図３のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図である。図４に示すよう収納部１５の一部に接着剤１７が塗布され流量検出素子６の厚膜部とプレートの収納部１５の底面が嵌合するよう両者は接着される。
流量検出素子６は回路基板５とワイヤボンディング１６により電気的に接合される。
回路基板５は流量検出素子６の温度が一定となるよう制御しており、被計測流体により流量検出素子６の熱量が奪われた際、定温度まで温めるのに必要な消費電流値から流量信号を算出している。

また、半導体式の流量検出素子６は、シリコンやポリシリコン、あるいはセラミック等からなる絶縁板で構成された基材の裏面にエッチングを施すことにより薄肉部（薄膜部）を形成し、この薄肉部に流量検出抵抗体及び温度補償抵抗体からなる流量検出部１８を形成したものである。この薄肉部以外の領域は厚膜部（厚肉部）と称される（以下同様）。
流量検出抵抗体は図５に示すよう上流側流量検出抵抗体１９と下流側流量検出抵抗体２０が基材の表面に設置される。これは、内燃機関で発生する脈動流を検知するためであり、各検出抵抗体の熱量の奪われ方から、吸入空気の流れ方向を推定し、動力部へ向かう吸入空気の正味の流入空気量を算出する。脈動流が発生した場合、吸入空気は下流側から上流側へ流れることがある)
また、流量検出部１８を薄肉とするのは、プレート収納部１５と接着した際、図４に示す流量検出部１８の下部（裏面）のキャビティ２１に空気を存在させ、誤差要因となるプレート４との熱伝達を防ぐためである。流量検出素子６は、発熱抵抗体の熱容量が小さく、プレートとの熱絶縁性に優れていることから、低消費電力、高速応答となる。なお、キャビティ２１は、基材の下部を部分的に除去して形成され、内面が下部に向かって広がった斜面を有したテーパ状に形成されている。

図６は流量検出部が閉塞した際に生じる問題を説明するための流量検出素子部の正面図である。図７は図６のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図である。
流量検出素子６とプレート収納部１５との接着において、図６のＡ部に示す流量検出部周囲の厚膜部全域がプレート収納部１５と接着した場合、図７に示すよう、温度変化が生じた際に、キャビティ２１内に閉塞された空気２２が膨張／収縮し流量検出部１８へ負荷が生じる。その結果、流量検出部１８にクラック２３が発生し、流量検出部１８の破損が生じる問題があるため、プレート収納部１５と流量検出素子６との嵌合面には一部隙間を生じさせるよう接着される。

しかし、プレート収納部１５と流量検出素子６との嵌合面に一部隙間を生じさせる上記構成の流量測定装置では、吸入空気の流量が高い領域において、両者の嵌合隙間からキャビティ２１に吸入空気が流入し底流が発生してしまい、検出精度の低下を招く問題がある。

以下、底流による検出精度低下のメカニズムを説明する。図８はキャビティ２１に流入した底流の軌跡を矢印で示している。底流は、流量検出素子６とプレート収納部１５の側面、及び底面に発生している嵌合隙間２４を通り底流はキャビティ２１へ流入する。キャビティ２１に流入した底流２５は流量検出素子６の厚膜部から薄肉部にかけての断面積変化に伴いはく離を生じるため、その流れ方向は下流側流量検出抵抗体２０へ向かい流れる。底流２５が生じることにより、下流側流量検出抵抗体２０は流量検出部表側を流れる吸入空気７の流れに加え底流２５からも熱を奪われてしまう。前述した通り流量測定装置は各々の流量検出抵抗体の吸入空気による熱の奪われ方から吸入空気の流れ方向を検出しているため、上流側流量検出抵抗体１９に対し、下流側流量検出抵抗体２０の方が多くの熱量を奪われることで、流量測定装置は脈動流が発生していると誤判定してしまい、流量信号に誤った補正を掛けてしまう。その結果、図９に示すよう出力が被計測流体の流量に対し単調増加せず、検出精度が著しく低下してしまう。図９は、底流が発生した際の被計測流体の流量と流量測定装置の出力の関係を示す特性図であって、正常時の出力２６と底流発生時の出力２７の特性を示している。

そこで、従来の対策手法として、例えば特許文献１に示される、プレート収納部１５と流量検出素子６の嵌合面に底流防止剤と呼ばれる接着剤を充填し、底流の影響を防ぐ構成が提案されている。両者の嵌合面を底流防止剤が充填していることで、底流の流入を防ぎ検出精度低下を抑制している。また、流量検出素子６の裏面を凹凸形状とすることで表面積拡大効果により、底流防止剤のはみ出しを防ぐ構成としている。

しかしながら、特許文献１に記載の対策では底流の影響を抑制することが困難となりつつある。その背景として、流量検出素子において、低コスト化や配管内を飛来するダストの流量検出素子への衝突確率低下のため「小型化」が図られていること、また、計測流量範囲を拡大するため流量に対する分解能を向上(高感度化)させていることが挙げられる。

まず、流量検出素子６の小型化が進んだことで、プレート収納部１５と流量検出素子６の嵌合面積が小さくなった。その結果、従来同等の塗布量で底流防止剤を塗布した際、図１０に示すよう底流防止剤２８が流量検出部１８まで這い上がり、流量検出部１８へ付着してしまう。破線円形部分２９に示されるように、流量検出部１８へ底流防止剤２８の付着が生じた場合、流量検出部１８と底流防止剤２８との間で熱伝達が生じるため検出精度低下に繋がることや、温度変化が生じた際、底流防止剤２８の体積変化により流量検出部１８へ負荷が生じ、流量検出部１８が破損する懸念が生じてしまう。一方、底流防止剤２８の這い上がりを防ぐためには、上述した通りプレート収納部１５と流量検出素子６との嵌合面積が(特に、薄肉部となっている流量検出部１８の周囲の厚膜部３０は)小さいので、塗布量を極めて少量にする必要がある。塗布量が少量の場合に塗布ばらつきが発生した場合、図１１に示すよう、塗布の途切れ箇所２８ａが発生することがあり、途切れ箇所２８ａから底流が侵入することで、検出精度が低下する問題が発生する。

また、前述した通り、流量検出部周囲の厚膜部３０はプレート収納部１５とその嵌合面に一部隙間を生じさせるよう接着されるが、例えば図１２のようにプレート収納部の上流側３２に底流防止剤２８が途切れなく塗られている際も、キャビティ２１への流入量は、上流側３２と比較すると、僅かな流入量であるが先端側３３からも底流は流入する。流量検出素子６の高感度化が進んだことで、僅かな流入量の底流でも検出素子から奪う熱量の影響が無視できなくなっている。

そこで、これらの問題を解決することのできる本実施の形態１におけるプレート収納部１５の形状及び効果について説明する。なお、流量検出素子の基本的構成は、図２〜図５において説明した構成と同様である。

図１３は実施の形態１におけるプレート収納部１５の正面図である。また、図１４は１３のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図であり、図１５は図１３のＡ−Ａ線における断面を示した断面図である。プレート４の収納部１５は流量検出素子６全体が収まる外形を備えており、流量検出素子６の厚膜部と収納部底面が接するように流量検出素子６は搭載される。また、プレート収納部１５と流量検出素子６の嵌合面である収納部１５の底面に更にキャビティ２１に対向して凹部３４(以下、この凹部を底流抑制凹部と称す)を備えており、この底流抑制凹部３４を流量検出部直下にあるキャビティ２１の投影面上に位置させていることを特徴としている。

次に、本実施の形態１の流量測定装置の効果を説明する。本実施の形態１によれば底流がキャビティ２１に流入した場合でも、底流抑制凹部３４で底流が通る通路の断面積が拡大することによる「底流の流速(流量)低減効果」、及び、底流抑制凹部内で発生する渦による「底流の流れ方向制御効果」により、底流が流量検出部１８から熱量を奪うことによる検出精度低下の影響を抑制することができる。以下、各効果について説明する。

まずは、底流抑制凹部３４の「流速(流量)低減効果」について説明する。前述した通り、底流２５は流量検出素子６とプレート収納部１５の側面及び底面に存在する嵌合隙間を通りキャビティ２１へ流入する。両者の嵌合隙間は小さいため、底流は縮流しその流速は高められるため、キャビティ２１には流速の高い底流が流入することとなる。底流の流速が高いと、流量検出部１８から奪う熱量は大きくなるため検出精度への影響も大きくなる。そのため、底流の流速を低下させることができれば、底流の影響を軽減することができる。
図１６は底流抑制凹部３４を設置したプレート４の収納部１５に流入した底流２５の軌跡と流速を矢印で示しており、矢印の幅が広い程流速が高いことを示している。底流抑制凹部３４を設置している場合、底流２５が通る通路の断面積が、底流抑制凹部３４が存在することで、キャビティ２１で拡大されるため、流量検出部１８よりも上流の段階で底流の流速を低減することができ、底流の影響を抑制することが可能となる。

次に、底流抑制凹部の「底流の流れ方向制御効果」について説明する。図１７は底流抑制凹部３４を設置したプレート４の収納部１５に流入した底流２５の軌跡を矢印で示している。キャビティ２１内に流入した底流２５は底流抑制凹部３４の下流側壁面３５に衝突することで、底流抑制凹部３４の底面方向へ向かう流れが形成される。上記の流れが発達することで、底流抑制凹部３４内で巡回する渦３６が形成される。その結果、底流２５は巡回する渦３６の流れに誘導され、底流抑制凹部３４の底面方向へ流れようとする。底流が流量検出部１８から遠ざかる方向へ流れるため、底流２５が流量検出部１８上を流れないことで、図１６の説明で述べた効果に加え更に底流の影響を抑制することが可能となる。

図１８は、本発明の実施の形態１に係る流量測定装置において、ＣＡＥ解析により求めたキャビティ２１へ底流が流入した際の吸入空気の流速コンター図である。
図１８、図１９において、濃い部分を示す領域程、空気の流速値が高いことを示している。また、図１８は底流抑制凹部が設けられていない形状の解析結果であり、図１９は底流抑制凹部が設けられている形状の解析結果である。
図１８ではキャビティ２１での領域１００で底流２５の流速が高く、また、その流れ方向も下流側流量検出抵抗体２０へ向かう方向へ流れるため、底流が下流側流量検出抵抗体２０上を通る流れとなっている。一方、底流抑制凹部が設置された図１９では、領域１００では前述した底流抑制凹部の流速低減効果により、流速が抑えられており、また、底流抑制凹部で発生して巡回する渦３６の効果により、底流の流れ方向が下流側流量検出抵抗体２０へ向かわないよう整流されていることが分かる。

以上のように、実施の形態１によれば、底流が発生した際も、底流抑制凹部の効果により底流の流速値低減、整流効果が作用するため、底流による出力異常を防ぐことが可能な流量測定装置を構成することができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、先の実施の形態１と比較して、更に底流による検出精度低下を防ぐことが可能な流量測定装置について説明する。

図２０は本実施の形態２における、プレート４に設けられた収納部１５の正面図である。また、図２１は図２０のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図であり、図２２は図２０のＡ−Ａ線における断面を示した断面図である。
本実施の形態２では、プレート４の収納部１５に底流防止剤２８を塗布した構成となっている。尚、それ以外の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

本実施の形態２では、底流防止剤２８により流量検出素子６とプレート４の収納部１５との嵌合隙間が底流防止剤２８により埋められているため、底流の流入を防ぐことができる。また、前述した底流防止剤２８の塗布途切れ箇所や、底流防止剤未塗布の箇所から底流が流入した場合は、実施の形態１で述べた底流抑制凹部３４の効果により底流の影響を抑制することができる。

更に、底流抑制凹部３４が設置されていることで、底流防止剤２８の塗布量が過大であった場合でも、図２４に示すよう、底流防止剤２８が底流抑制凹部３４に流れ込むため、前述した底流防止剤２８の流量検出部１８への這い上がりを抑制することができる。そのため、底流防止剤の塗布性を従来の対策品に比べ向上させることができる。

以上のように、実施の形態２によれば、底流の流入を防ぎ、更に底流防止剤の塗布が容易にすることが可能な流量測定装置を構成することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、先の実施の形態１と比較して、更に底流による検出精度低下を防ぐことが可能な流量測定装置について説明する。

図２５は本実施の形態３における、プレート４に設けられた収納部１５の正面図である。図２６は図２５のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図であり、図２７は図２５のＡ−Ａ線における断面を示した断面図である。
本実施の形態３では、凹部３４には、本実施の形態１の底流抑制凹部３４に対し、凹部３４の底面方向へ向けて徐々に絞られたテーパ３７を設けている。即ち、この凹部３４は、凹部の底面方向へ向かい、断面積が徐々に小さくなるように絞られたテーパ３７が設けられている。尚、それ以外の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。また、本実施の形態３は実施の形態２と組み合わせても良い。

本実施の形態３では、底流抑制凹部３４にテーパ３７を付けることで、底流抑制凹部３４で発生する渦の流れ方向を底流と対向する方向へ変換し、両者を合流させることで底流の流速を更に低下させることができる。

図２８は本実施の形態１の底流抑制凹部３４で発生する渦３６の軌跡を、図２９は本実施の形態３の底流抑制凹部３４で発生する渦３６の軌跡を表している。また、Ａ〜ＣはＣＡＥ解析により求めた底流抑制凹部３４における各壁面近傍の底流の流れ方向を表しており、それぞれ下記の通りである。
Ａ：下流側壁面近傍、Ｂ：底面近傍、Ｃ：上流側壁面近傍
以下、上記２つの図を使い本実施の形態３の効果を説明する。

本実施の形態１で示される底流抑制凹部３４に発生する渦３６の軌跡は、図２８のＡ部では底流抑制凹部３４の底面方向、Ｂ部は下流から上流へ向かう方向、Ｃ部では底流抑制凹部３４の上面方向と底流２５方向の２成分を持つ。この時、Ｃ部での渦３６の流れが底流と同一方向の成分を持つため、底流との合流部３８で両者の合流損失は小さい。一方、本実施の形態３で示される底流抑制凹部３４の軌跡は、Ａ〜Ｃ部にかけてテーパ３７に沿う方向に渦３６は流れる。Ｃ部での渦３６の流れ方向が底流と対向する成分を持つため、底流２５との合流部３８で合流損失が大きく発生し、底流の流速を低減させることができる。

以上のように、実施の形態３によれば、底流抑制凹部３４で発生する渦の流れ方向を制御することで、更に底流による検出精度低下を防ぐことが可能な流量測定装置を構成することができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、先の実施の形態１と比較して、更に底流による検出精度低下を防ぐことが可能な流量測定装置をについて説明する。

図３０〜図３２は本実施の形態４に係る流量測定装置における、プレート４の収納部１５の形状を示している。図３０はプレート４に設けられた収納部の正面図、図３１は図３０のＢ−Ｂ線における断面を示した断面図、図３２は図３０のＡ−Ａ線における断面を示した断面図である。
本実施の形態４では、本実施の形態１の底流抑制凹部３４に対し、凹部３４の平面形状が円形であることを特徴としている。尚、それ以外の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。また、本実施の形態４は実施の形態２〜３と組み合わせても良い。

吸気配管１の形状やバイパス通路８の形状によっては流量検出素子６へ向かう吸入空気７の流れ方向が偏流し、例えば図３３〜図３５に示すよう、プレート４の収納部１５の先端側から下流側といった流れのように、プレート４の収納部１５への吸入空気７の流入角度が変化することがある。この時、実施の形態１と同様に、図３４、図３５のように、底流抑制凹部３４に角部（破線円部分を参照）があり、吸入空気が角部から流入する場合、角部で底流の流れの乱れ３９が発生し、流れが不安定となることで、前述した効果が十分に得られない可能性がある。一方、凹部の平面形状が円形の場合、角部が無いため上記の乱れ３９は発生せず、吸入空気７の侵入角度によらず、底流抑制凹部３４の効果を発揮することができる。

以上のように、実施の形態４によれば、角部が無い底流抑制凹部３４を設置することで、更に底流による検出精度低下を防ぐことが可能な流量測定装置を構成することができる。

実施の形態５．
実施の形態５では、先の実施の形態１と比較して、更に底流による検出精度低下を防ぐことが可能な流量測定装置について説明する。

図３６に本実施の形態５における、プレート４の収納部１５と底流抑制凹部３４の断面形状を示している。本実施の形態５では、本実施の形態１の底流抑制凹部３４に対し、凹部３４の設置範囲を流量検出部１８の直下にあるキャビティ２１の投影面４０内に限定させていることを特徴としている。尚、それ以外の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。また、本実施の形態５は実施の形態２〜４と組み合わせても良い。

本発明の実施の形態５に係る流量測定装置では底流抑制凹部３４の設置範囲を流量検出部１８の直下のキャビティ投影面内に限定して設けているが、これは、キャビティ２１へ流入する底流２５の流量を減少させるためである。図３７と図３８は、図３６における底流抑制凹部３４の設置範囲を限定する理由を説明するための図であって、キャビティ投影面と底流抑制凹部３４との関係を示した要部断面図である。図３７はキャビティ投影面内よりも大きな領域に底流抑制凹部３４を設けた構成を示す要部断面図であり、図３８はキャビティ部投影面内に底流抑制凹部３４を設けた本発明の実施の形態５を示す流量検出部の要部断面図である。底流２５は流量検出素子６の厚膜部とプレート４の収納部１５との嵌合面４１で発生する圧力損失が大きい程、流れにくくなるためキャビティへの流入量は小さくなる。また、流量検出素子６とプレート４の収納部１５の壁面で発生する摩擦損失４２により底流の流速は低下する。図３７に比べ図３８の形状の方が嵌合面４１の領域が大きいため、上記の効果を十分に得ることができ底流の流入量・流速を低下させることができる。

以上のように、実施の形態５によれば、底流抑制凹部の設置範囲を流量検出部直下のキャビティ投影面上に限定することで、更に底流による検出精度低下を防ぐことが可能な流量測定装置を構成することができる。

実施の形態６．
実施の形態６では、先の実施の形態１と比較して、更に底流による出力異常を防ぐことが可能な流量測定装置について説明する。

本実施の形態６では、本実施の形態１で示した底流抑制凹部の起点が、流量検出素子の厚膜部と薄肉部を結ぶ傾斜の投影面内にあり、底流抑制凹部とキャビティとの体積の比率が０.７以上となるような底流抑制凹部を設けた流量測定装置である。

図３９は底流抑制凹部の体積を幅方向へ拡大していった際の、底流抑制凹部とキャビティの体積比率と底流の流量の関係を示した特性図である。また、底流抑制凹部の起点により領域を１０１〜１０３に分割して示しており、各々の領域は下記の通りである。
領域１０１：底流抑制凹部が流量検出部１８の投影面内
領域１０２：底流抑制凹部が流量検出素子の厚膜部と薄肉部を結ぶ傾斜の投影面内
領域１０３：底流抑制凹部が流量検出素子全域の投影面内

体積比率が大きくなる程、流量は低下する方向にあるが、領域１０１と領域１０２では程度が異なる。領域１０１では底流抑制凹部の起点が流量検出部近傍に近いため、流量検出部近傍まで底流の流速が低下しないこと、また底流抑制凹部の容積も小さいため前述した実施の形態１におけるような効果が十分に得られない。一方、領域１０２へ底流抑制凹部の起点を設置した場合、前述した実施の形態１におけるような効果を十分に得ることができる。体積比が０.７以降は底流の流速を大きく低減できており、その効果は飽和傾向になる。また、領域１０３では、底流の流量が単調増加していくが、実施の形態５で説明したメカニズムにより底流の流入量・流速が増加することによるためである。

以上から、実施の形態６によれば、底流抑制凹部の起点を流量検出素子の厚膜部と薄肉部を結ぶ傾斜の投影面に設置し、体積比率を０.７以上とすることで、更に底流による検出精度低下を防ぐことが可能な流量測定装置を構成することができる。このように、実施の形態６では、支持体の凹部の起点が流量検出素子の薄肉部と薄肉部以外を結ぶ傾斜の投影面内にあり、支持体の凹部の体積と流量検出素子の空洞部の体積との比率が０．７以上であることを特徴とする。

本発明は、その発明の範囲内において、各実施例の形態で自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることができる。

４ プレート（支持体）、６ 流量検出素子、１５ 収納部、１７ 接着剤、１８ 流量検出部、１９ 上流側流量検出抵抗体、２０ 下流側流量検出抵抗体、２１ キャビティ（空洞部）、２４ 嵌合隙間、２５ 底流、３０ 厚膜部、３４ 底流抑制凹部、３７ テーパ、４０ 投影面、４１ 嵌合面

本発明の流量検出装置は、流量検出素子の空洞部に対向する支持体の収納部の底面に、支持体の収納部と流量検出素子の嵌合隙間から流入する底流を抑制する凹部が設けられており、支持体の凹部には、凹部の底面方向へ向かい、断面積が徐々に絞られたテーパを設けたものである。

Claims (6)

1. 基材の表面に流量検出抵抗体が形成され、前記流量検出抵抗体の下部に前記基材を部分的に除去して空洞部が形成された薄肉部を有し、前記薄肉部が流量検出部となっている流量検出素子と、前記流量検出素子を搭載する凹状の収納部を有し、被計測流体が流れる通路に設けられる支持体を備えた流量測定装置において、前記流量検出素子の前記空洞部に対向する前記支持体の前記収納部の底面に、嵌合配置された前記支持体の前記収納部と前記流量検出素子との嵌合面間の隙間から流入する底流を抑制する凹部を設けたことを特徴とする流量測定装置。
2. 前記収納部と前記流量検出素子の嵌合面を充填するように、前記流量検出部の周囲に接着剤を塗布していることを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
3. 前記支持体の前記凹部には、前記凹部の底面方向へ向かい、断面積が徐々に小さくなるように絞られたテーパを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量測定装置。
4. 前記支持体の前記凹部の平面形状が円形であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流量測定装置。
5. 前記支持体の前記凹部を前記流量検出部の直下における前記空洞部の投影面内に設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の流量測定装置。
6. 前記支持体の前記凹部の起点が前記流量検出素子の前記薄肉部と前記流量検出素子の薄肉部以外とを結ぶ傾斜の投影面内にあり、前記支持体の前記凹部の体積と前記流量検出素子の前記空洞部の体積との比率が０.７以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の流量測定装置。

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