流量検出装置
【課題】部品点数が削減された流量検出装置を提供する。
【解決手段】管内の流体の流量を検出する流量検出装置であって、圧電材料から成る、弁体に設けられたセンサチップと、センサチップに駆動信号を供給し、センサチップの検出信号を処理する処理手段と、を有し、センサチップは、流体に晒されるセンサ面に、駆動信号を受けて表面弾性波を発生し、表面弾性波を検出信号に変換する弾性波部と、弾性波部によって発生された表面弾性波を、弾性波部に反射する反射部と、駆動信号を受信するとともに、検出信号を送信する内部通信部と、を有し、処理手段は、駆動信号を生成する生成部と、駆動信号を送信するとともに、検出信号を受信する外部通信部と、駆動信号と検出信号とに基づいて、流体の圧力、温度、弁体の開度、及び、流体の流量を算出する算出部と、を有する。
【解決手段】管内の流体の流量を検出する流量検出装置であって、圧電材料から成る、弁体に設けられたセンサチップと、センサチップに駆動信号を供給し、センサチップの検出信号を処理する処理手段と、を有し、センサチップは、流体に晒されるセンサ面に、駆動信号を受けて表面弾性波を発生し、表面弾性波を検出信号に変換する弾性波部と、弾性波部によって発生された表面弾性波を、弾性波部に反射する反射部と、駆動信号を受信するとともに、検出信号を送信する内部通信部と、を有し、処理手段は、駆動信号を生成する生成部と、駆動信号を送信するとともに、検出信号を受信する外部通信部と、駆動信号と検出信号とに基づいて、流体の圧力、温度、弁体の開度、及び、流体の流量を算出する算出部と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管の内部を流れる流体の流量を検出する流量検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、スロットル装置に取り付けられるセンサモジュールユニットが提案されている。このセンサモジュールユニットは、スロットル装置に取り付けられるユニット本体と、該ユニット本体に設けられた複数のセンサ室と、を有する。複数のセンサ室には、スロットル装置のスロットル弁の開度を検知するポジションセンサを収容保持するポジションセンサ室と、吸気管を通じた吸気圧力を検知するための吸気圧センサを収容保持する圧力センサ室と、吸気管を通じて吸引される空気の温度を検知する温度センサを収容保持する温度センサ室と、が含まれている。センサモジュールユニットは、吸気流量を制御する（検出する）上において必要な各種データを、上記した３つのセンサによって検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７０６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したように、特許文献１に示されるセンサモジュールユニットは、３つの物理量を検出するために、３つのセンサを用いている。そのため、部品点数が多い、という問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、部品点数が削減された流量検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、管の内部を流れる流体の流量を検出する流量検出装置であって、圧電材料から成る、管内の弁体に設けられたセンサチップと、センサチップに駆動信号を供給し、且つ、センサチップの検出信号を処理する、管の外部に設けられた処理手段と、を有し、センサチップは、弁体への固定面とは異なり、流体に晒されるセンサ面に、駆動信号を受けて表面弾性波を発生し、且つ、センサ面を伝播する表面弾性波を検出信号に変換する弾性波部と、弾性波部によって発生された表面弾性波を、弾性波部に反射する反射部と、駆動信号を受信するとともに、検出信号を送信する内部通信部と、を有し、処理手段は、駆動信号を生成する生成部と、駆動信号を送信するとともに、検出信号を受信する外部通信部と、駆動信号と検出信号とに基づいて、流体の圧力、温度、弁体の開度、及び、流体の流量を算出する算出部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このように本発明によれば、センサチップと、処理手段とが、流体の温度、圧力、及び、弁体の開度を検出するセンサとしての機能を果たしており、３つの物理量を２つの部材によって検出している。したがって、上記した３つの物理量を検出するために、３つの部材を用いる構成と比べて、部品点数が削減される。
【０００８】
また、本発明では、管内の弁体にセンサチップが設けられ、センサ面で発生した表面弾性波が、内部通信部を介して外部通信部に検出信号として送信され、この検出信号とセンサチップの駆動信号とに基づいて、流体の温度と圧力とが算出部で算出される。これによれば、温度計を差し込むための孔や、圧力センサを差し込むための孔を管に形成しなくともよいので、コストが削減される。また、管内を流れている流体が、外部へ漏れることが抑止される。更に言えば、流量検出装置の構造が簡素化される。
【０００９】
なお、流体の温度及び圧力は、表面弾性波の周波数変化によって検出され、弁体の開度は、駆動信号と検出信号の送受信時間、若しくは、検出信号の信号強度の変化量によって検出される。これらの理由は、説明の都合上、請求項２，７，９〜１１の作用効果で具体的に記載した。
【００１０】
請求項２に記載のように、弾性波部は、第１弾性波部と、第２弾性波部と、を有し、反射部は、第１反射部と、第２反射部と、を有し、内部通信部は、第１内部通信部と、第２内部通信部と、を有し、センサチップには、厚さが局所的に薄くなった薄肉部が形成され、第１弾性波部と第１反射部とが、薄肉部を介して、センサ面側で所定距離離れて形成され、第２弾性波部と第２反射部とが、薄肉部を避けて、センサ面側で所定距離離れて形成され、第１弾性波部が、第１内部通信部と電気的に接続され、第２弾性波部が、第２内部通信部と電気的に接続された構成が好適である。
【００１１】
このように、センサチップに薄肉部が形成され、薄肉部が流体の圧力によって歪み易くなっている。そのため、第１弾性波部と第１反射部との間（薄肉部）を伝播する第１表面弾性波の周波数が、流体の圧力によって変動し易くなっている。これに対して、第２弾性波部と第２反射部との間には、薄肉部が形成されていないので、両者の間を伝播する第２表面弾性波の周波数が、流体の圧力によって変動し難くなっている。これにより、算出部にて、第１表面弾性波の周波数（第１内部通信部が外部通信部に送信した検出信号の周波数）と、第２表面弾性波の周波数（第２内部通信部が外部通信部に送信した検出信号の周波数）との差異を算出することで、流体の圧力を検出することが可能となっている。
【００１２】
また、センサチップは圧電材料によって形成されており、圧電材料は温度が上昇すると伸びる性質を有する。上記したように、第２弾性波部と第２反射部との間には、薄肉部が形成されていないので、両者の間のセンサ面は、流体の圧力に依存し難く、流体の温度に依存するようになっている。これにより、算出部にて、外部通信部が第２内部通信部に送信した駆動信号の周波数と、第２内部通信部が外部通信部に送信した検出信号の周波数（第２表面弾性波の周波数）との差異を算出することで、流体の温度を検出することが可能となっている。
【００１３】
請求項３に記載のように、第１弾性波部と第１反射部との間の距離と、第２弾性波部と第２反射部との間の距離とが異なる構成が良い。これによれば、第１表面弾性波を含む検出信号が、第１内部通信部から外部通信部に伝播されるタイミングと、第２表面弾性波を含む検出信号が、第２内部通信部から外部通信部に伝播するタイミングとが異なるので、これら２つの検出信号が外部通信部で混線することが抑制される。
【００１４】
請求項４に記載のように、センサチップには、センサ面を２つに分かつ溝が形成されており、溝によって分かれたセンサ面の一方の領域に、第１弾性波部と、第１反射部と、第１内部通信部とが形成され、他方の領域に、第２弾性波部と、第２反射部と、第２内部通信部とが形成された構成が良い。これによれば、第１表面弾性波が第２反射部に伝播すること、及び、第２表面弾性波が第１反射部に伝播することが抑制される。
【００１５】
流体の圧力を演算する構成としては、請求項５に記載のように、算出部が、センサ面における第１弾性波部と第１反射部との間を伝播する第１表面弾性波の周波数と、第２弾性波部と第２反射部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数との差異と、第１表面弾性波の圧力特性との関係が記憶された第１記憶部と、該第１記憶部から、第１表面弾性波の周波数と第２表面弾性波の周波数との差異に対応する、第１表面弾性波の圧力特性を取り出して、流体の圧力を演算する第１演算部と、を有する構成を採用することができる。
【００１６】
流体の温度を演算する構成としては、請求項６に記載のように、算出部が、センサ面における第２弾性波部と第２反射部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数と、駆動信号の周波数との差異と、第２表面弾性波の温度特性との関係が記憶された第２記憶部と、該第２記憶部から、第２表面弾性波の周波数と駆動信号の周波数との差異に対応する、第２表面弾性波の温度特性を取り出して、流体の温度を演算する第２演算部と、を有する構成を採用することができる。
【００１７】
請求項７に記載のように、反射部は、第３反射部を有し、該第３反射部は、第２弾性波部と第２反射部との間に形成された構成が良い。
【００１８】
これによれば、第２弾性波部との距離が異なる反射部それぞれから、第２弾性波部に表面弾性波が反射される。この結果、第２弾性波部にて、第２弾性波部と反射部との間を伝播する複数の表面弾性波を検出することができるので、流体の温度や圧力の検出精度が向上される。
【００１９】
ところで、生成部から駆動信号が送信され、算出部にて検出信号が受信されるまでの送受信時間は、生成部と外部通信部、内部通信部と弾性波部、及び、外部通信部と算出部との距離が無視できるとすると、外部通信部と内部通信部（センサチップ）との相対距離と、弾性波部と反射部との距離に依存する。そして、外部通信部と内部通信部との送受信時間は、外部通信部と内部通信部との相対距離に依存する。
【００２０】
これに対して、本発明では、第２弾性波部と第２反射部との距離と、第２弾性波部と第３反射部との距離が異なっている。したがって、生成部から送信された信号が第２反射部にて反射され、算出部にて受信される時間Ｔ１と、生成部から送信された信号が第３反射部にて反射され、算出部にて受信される時間Ｔ２とは、第２反射部と第３反射部との距離Ｌ１分だけ異なることとなる。これにより、第３反射部と第２弾性波部との距離Ｌ２が、距離Ｌ１に等しい場合、時間Ｔ１とＴ２とは、距離Ｌ２分だけ異なることとなる。以上により、時間Ｔ２からＴ１−Ｔ２引いた値２Ｔ２−Ｔ１は、外部通信部と内部通信部（センサチップ）との相対距離Ｌ３のみに依存する。これは、上記した外部通信部と内部通信部との送受信時間に相当する。相対距離Ｌ３は、弁体の開度を調整するべく、弁体が回転した場合に変動する。したがって、上記した計算によって算出された、外部通信部と内部通信部との送受信時間に基づいて、相対距離Ｌ３を求めることで、弁体の開度を検出することができる。なお、距離Ｌ１が距離Ｌ２と等しくない場合、Ｔ２−（Ｌ１／Ｌ２）（Ｔ１−Ｔ２）という計算にて得られた値が、外部通信部と内部通信部との送受信時間に相当する。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明の作用効果と同等なので、その記載を省略する。
【００２２】
弁体の開度を演算する構成としては、請求項９に記載のように、算出部は、外部通信部と内部通信部との送受信時間と、弁体の開度との関係が記憶された第３記憶部と、該第３記憶部から、送受信時間に対応する、弁体の開度を取り出して、弁体の開度を演算する第３演算部と、を有する構成を採用することができる。
【００２３】
流量を調整するために、弁体が開度を調整した場合、弁体に設けられたセンサチップと処理手段との相対距離が変動する。この結果、外部通信部と内部通信部との送受信時間が変動する。そのため、この送受信時間に基づいて、弁体の開度を検出することができる。
【００２４】
また、弁体の開度を演算する構成としては、請求項１０に記載のように、算出部が、生成部から駆動信号が送信され、算出部にて検出信号が受信されるまでの送受信時間と、弁体の開度との関係が記憶された第３記憶部と、該第３記憶部から、送受信時間に対応する、弁体の開度を取り出して、弁体の開度を演算する第３演算部と、を有する構成を採用することができる。
【００２５】
上記したように、弁体が開度を調整した場合、センサチップと処理手段との相対距離が変動する。この結果、生成部から駆動信号が送信され、算出部にて検出信号が受信されるまでの送受信時間が変動する。そのため、この送受信時間に基づいて、弁体の開度を検出することができる。
【００２６】
また、弁体の開度を演算する構成としては、請求項１１に記載のように、算出部が、検出信号の信号強度と、弁体の開度との関係が記憶された第４記憶部と、該第４記憶部から、検出信号の信号強度に対応する、弁体の開度を取り出して、弁体の開度を演算する第４演算部と、を有する構成を採用することもできる。
【００２７】
上記したように、弁体が開度を調整した場合、センサチップと処理手段（外部通信部）との相対距離が変動する。この結果、外部通信部の受信面積が変動し、外部通信部にて受信される検出信号の信号強度が変動する。そのため、この信号強度の変化量に基づいて、弁体の開度を検出することができる。
【００２８】
請求項１２に記載のように、弾性波部は、第４弾性波部を有し、反射部は、第４反射部を有し、内部通信部は、第４内部通信部を有し、センサチップに感湿膜が形成され、第４弾性波部と第４反射部とが、感湿膜を介して、センサ面側で所定距離離れて形成され、第４弾性波部が、第４内部通信部と電気的に接続された構成が良い。
【００２９】
例えば、管内を空気が通り、その空気がガソリン等の燃料と混合されて、その混合された気体がエンジンに供給される場合、エンジンの燃焼を制御するに当たり、空気に含まれる水分量（湿度）を予め知っておくことが望ましい。
【００３０】
これに対して、請求項１２に記載の発明では、センサチップに感湿膜が形成されている。感湿膜に水分が吸湿されると、感湿膜が重くなり、感湿膜を伝播する表面弾性波の周波数が変化する。このように、本発明では、感湿膜を伝播する表面弾性波の周波数変化を検出することで、流体に含まれる湿度を検出することができるので、エンジン制御に必要な水分量を予め知っておくことができる。
【００３１】
請求項１３に記載のように、弾性波部は、第５弾性波部を有し、反射部は、第５反射部を有し、内部通信部は、第５内部通信部を有し、センサチップに流体成分吸着膜が形成され、第５弾性波部と第５反射部とが、流体成分吸着膜を介して、センサ面側で所定距離離れて形成され、第５弾性波部が、第５内部通信部と電気的に接続された構成が良い。
【００３２】
例えば、排気ガスを再利用する車両において、管内を排気ガスが流動し、その排気ガスがエンジンに供給される場合、エンジンの燃焼を制御するに当たり、排気ガスに含まれる成分を予め知っておくことが望ましい。
【００３３】
これに対して、請求項１３に記載の発明では、センサチップに流体成分吸着膜が形成されている。流体成分吸着膜に流体の成分が吸着されると、流体成分吸着膜が重くなり、流体成分吸着膜を伝播する表面弾性波の周波数が変化する。このように、本発明では、流体成分吸着膜を伝播する表面弾性波の周波数変化を検出することで、流体に含まれる排気ガスの成分を検出することができるので、排気ガスに含まれる成分を予め知っておくことができる。
【００３４】
請求項１４〜２５に記載の発明は、請求項１〜１３いずれかに記載の発明の作用効果と同等なので、その記載を省略する。
【００３５】
請求項２６に記載のように、弁体によって、管が上流側と下流側とに分断され、弁体が一方向に回転することで、管の上流側と下流側とが連通されるようになっており、弁体が一方向に回転した状態において、弁体における管の上流側の部位に、センサチップが設けられ、管の下流側における、センサチップ側の外壁に、外部通信部が設けられた構成が良い。
【００３６】
これによれば、弁体によって管が上流と下流とに分断された状態（弁体の開度が全閉の状態）から、弁体が一方向に回転して、弁体の開度が大きくなるにつれて、センサチップが外部通信部から遠ざかる。この結果、弁体の開度が大きくなり始める時の、上記した送受信時間、及び、検出信号の信号強度の変化量が大きくなる。これにより、弁体の開度が大きくなり始める時の、弁体の開度の検出精度が向上される。
【００３７】
請求項２７に記載のように、処理手段は、管の下流側における、センサチップ側の外壁に設置された第１処理手段と、管の上流側における、センサチップ側の外壁とは反対側の外壁に設置された第２処理手段と、を有する構成が良い。
【００３８】
これによれば、弁体の開度が全開の状態から、弁体が他方向に回転することで、弁体の開度が小さくなるにつれて、センサチップが第２処理手段の外部通信部から遠ざかる。この結果、弁体の開度が小さくなり始める時の、上記した送受信時間、及び、信号強度の変化量が大きくなる。これにより、弁体の開度が小さくなり始める時の、弁体の開度の検出精度が向上される。
【００３９】
請求項２８に記載のように、管の外壁に、複数の処理手段が設置された構成が良い。これによれば、上記した送受信時間、及び、信号強度の変化量を複数検出することができるので、弁体の開度の検出精度が向上される。
【００４０】
請求項２９に記載のように、管を流れる流体の流動方向と鉛直方向とが交差し、弁体によって管が上流側と下流側とに分断された状態から、弁体が軸心を中心として一方向に回転することで、管の上流側と下流側とが連通されるようになっており、弁体によって管が上流側と下流側とに分断された状態において、弁体における軸心よりも鉛直上方に位置する部位に、センサチップが設けられた構成が良い。これによれば、流体に含まれる水分によって、管の内壁面に結露が生じた場合に、この結露がセンサチップに付着することが抑制される。これにより、結露によって、表面弾性波の周波数が変動することが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施形態に係る流量検出装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図３】回路基板の概略構成を示すブロック図である。
【図４】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図５】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図６】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図７】第２実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図８】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図９】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図１０】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図１１】外部アンテナの配置を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明にかかる流量検出装置が、エンジンに空気を供給するための吸気管に設置された場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る流量検出装置の概略構成を示す断面図である。図２は、第１実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。図３は、回路基板の概略構成を示すブロック図である。なお、図１では、空気の流動方向を白抜き矢印、鉛直方向を黒塗り矢印で示す。流動方向と鉛直方向とは交差している。
【００４３】
図１に示すように、流量検出装置１００は、要部として、センサチップ１０と、処理手段５０と、を有する。センサチップ１０は、吸気管８０内の弁体８１に設けられ、処理手段５０は、吸気管８０の外壁８０ａに設けられており、センサチップ１０と処理手段５０とが、互いに無線接続されている。
【００４４】
弁体８１は、吸気管８０の上流と下流との境に位置し、弁体８１の開閉度合いによって、上流から下流に流れる流体（空気）の流量が調整されるようになっている。この流量は、空気の温度や空気の圧力（流速）、及び、弁体８１の開度によって決定され、これら３つの物理量が、流量検出装置１００によって検出される。
【００４５】
なお、弁体８１は、流動方向と鉛直方向とによって規定される平面に交差する方向に、自身の中心を貫く軸心８２を回転軸として、時計回り、若しくは、反時計回りに０°〜９０°回転可能となっている。弁体８１が時計回りに回転することで、弁体８１の開度が大きくなり、反時計回りに回転することで、弁体８１の開度が小さくなる。回転角度が０°の時に、弁対８１の開度がゼロ（全閉）となり、９０°の時に、弁体８１の開度が最大（全開）となる。なお、図１では、弁体８１が全閉している状態を破線で示す。また、上記した時計回りが、特許請求の範囲に記載の一方向に相当し、反時計回りが、特許請求の範囲に記載の他方向に相当する。
【００４６】
センサチップ１０は、圧電材料から成り、上面１０ａに、弾性波部２０と、反射部３０と、内部アンテナ４０とが形成されている。そして、センサチップ１０は、上面１０ａが空気に晒されるように、下面１０ｂを弁体８１への固定面として、弁体８１に固定されている。これにより、センサチップ１０の上面１０ａに、上流から下流に流れ込む空気が当たるようになっている。なお、センサチップ１０の固定される部位は、弁体８１の開度がゼロの状態において、下流側に面する面８１ａにおける、軸心８２の鉛直上方の部位となっている。この部位は、図１に示すように、弁体８１が時計回りに回転すると、吸気管８０の上流側に位置する。したがって、弁体８１が時計回りに回転すると、センサチップ１０が上流側に位置する。上面１０ａは、特許請求の範囲に記載のセンサ面に相当する。
【００４７】
図２に示すように、上面１０ａには溝１３が形成されており、この溝１３によって、上面１０ａが第１領域１１と第２領域１２とに分けられている。これにより、第１領域１１で発生した表面弾性波が第２領域１２に伝播することが抑制され、第２領域１２で発生した表面弾性波が第１領域１１に伝播することが抑制されている。
【００４８】
また、第１領域１１側には、厚さが局所的に薄くなった薄肉部１４が形成されており、第２領域１２側の部位の厚さは一定となっている。これにより、第１領域１１側の上面１０ａは、空気の圧力（流速）によって歪み易く、第２領域１２側の上面１０ａは、空気の圧力（流速）によって歪み難くなっている。なお、圧電材料は温度が上昇すると伸びる性質を有するので、第１領域１１側、及び、第２領域１２側それぞれの上面１０ａは、温度の上昇によって伸びる。以上により、第１領域１１側の上面１０ａの形状は、空気の圧力と温度とに依存し、第２領域１２側の上面１０ａの形状は、空気の温度に依存するようになっている。
【００４９】
弾性波部２０は、櫛歯電極であり、センサチップ１０に形成された配線（図示略）を介して、内部アンテナ４０と電気的に接続されている。内部アンテナ４０を介して、処理手段５０から弾性波部２０に、交流信号である駆動信号Ｓｄｒが供給されると、対向する電極間に極性が異なる電圧が周期的に発生する。この結果、上面１０ａが振動し、上面１０ａに表面弾性波が発生する。また、弾性波部２０に表面弾性波が送信されると、対向する電極間距離が周期的に変動して、対向する電極間の静電容量が周期的に変動する。この結果、表面弾性波が、交流信号である検出信号Ｓｄｔに変換される。この検出信号Ｓｄｔが、内部アンテナ４０を介して、処理手段５０に送信される。なお、本実施形態の弾性波部２０は、第１弾性波部２１と、第２弾性波部２２と、を有し、第１弾性波部２１は第１領域１１に形成され、第２弾性波部２２は第２領域１２に形成されている。
【００５０】
反射部３０は、上面１０ａを局所的に押さえつけることで、表面弾性波を、弾性波部２０に反射するものである。反射部３０は、例えば、アルミニウムなどから形成される。本実施形態の反射部３０は、第１反射部３１と、第２反射部３２と、第３反射部３３と、を有し、第１反射部３１は第１領域１１に形成され、第２反射部３２及び第３反射部３３は第２領域１２に形成されている。第１反射部３１は、薄肉部１４を介して、距離Ｌ１＋Ｌ２だけ第１弾性波部２１と離れており、第２反射部３２は、薄肉部１４を避けて、距離Ｌ１＋Ｌ２だけ第２弾性波部２２と離れている。また、第３反射部３３は、第２弾性波部２２と第２反射部３２との間に形成され、薄肉部１４を避けて、距離Ｌ２だけ第２弾性波部２２と離れている。本実施形態では、距離Ｌ１と距離Ｌ２とが等しくなっている。
【００５１】
上記した距離関係のために、第１弾性波部２１にて発生した第１表面弾性波Ｗ１が、上面１０ａにおける第１弾性波部２１と第１反射部３１との間（薄肉部１４）を伝播した後、第１反射部３１にて反射され、反射された第１表面弾性波Ｗ１が第１弾性波部２１にて受信されるまでの時間Ｔ１、及び、第２弾性波部２２にて発生した第２表面弾性波Ｗ２が、上面１０ａにおける第２弾性波部２２と第２反射部３２との間を伝播した後、第２反射部３２にて反射され、反射された第２表面弾性波Ｗ２が第２弾性波部２２にて受信されるまでの時間Ｔ２それぞれは、距離Ｌ１＋Ｌ２に依存し、その値が等しくなる。これに対して、第２弾性波部２２にて発生し、上面１０ａにおける第２弾性波部２２と第３反射部３３との間を伝播する第３表面弾性波Ｗ３が、第３反射部３３にて反射され、反射された第３表面弾性波Ｗ３が第２弾性波部２２にて受信されるまでの時間Ｔ３は、距離Ｌ２に依存し、時間Ｔ２（Ｔ１）と距離Ｌ１分だけ異なる。上記したように、距離Ｌ１と距離Ｌ２とは等しいので、時間Ｔ２と時間Ｔ３とは、距離Ｌ２分だけ異なっている。なお、距離Ｌ１（Ｌ２）は、常温常圧時の表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３の波長の整数倍となっている。
【００５２】
内部アンテナ４０は、駆動信号Ｓｄｒを受信するとともに、検出信号Ｓｄｔを送信するものである。本実施形態の内部アンテナ４０は、第１内部アンテナ４１と、第２内部アンテナ４２と、を有し、第１内部アンテナ４１は第１領域１１に形成され、第２内部アンテナ４２は第２領域１２に形成されている。内部アンテナ４０は、特許請求の範囲に記載の内部通信部に相当する。
【００５３】
処理手段５０は、図１に示すように、回路基板５１と、コネクタケース５２と、を有し、吸気管８０の下流側における、センサチップ１０側（弁体８１の鉛直上方）の外壁８０ａに設けられている。これにより、弁体８１の開度が大きくなる（弁体８１が時計回りに回転する）につれて、処理手段５０とセンサチップ１０とが離れるようになっている。
【００５４】
図１及び図３に示すように、回路基板５１には、生成部５３と、外部アンテナ５４と、算出部５５とが形成されている。この回路基板５１は、コネクタケース５２のコネクタピン５６を介して、外部素子と電気的に接続可能と成っている。生成部５３は、センサチップ１０の駆動信号Ｓｄｒを生成するものであり、外部アンテナ５４は、駆動信号Ｓｄｒを送信するとともに、検出信号Ｓｄｔを受信するものである。また、算出部５５は、空気の圧力、温度、弁体８１の開度、及び、空気の流量を算出するものである。外部アンテナ５４は、特許請求の範囲に記載の外部通信部に相当する。
【００５５】
生成部５３にて生成された駆動信号Ｓｄｒは、算出部５５と外部アンテナ５４とに供給される。外部アンテナ５４に供給された駆動信号Ｓｄｒは、外部アンテナ５４にて電波信号に変換され、この電波信号に変換された駆動信号Ｓｄｒが内部アンテナ４０に供給される。内部アンテナ４０に供給された駆動信号Ｓｄｒは、内部アンテナ４０にて電波信号から電気信号に変換され、変換された駆動信号Ｓｄｒが、弾性波部２０に供給される。この結果、駆動信号Ｓｄｒの周波数に依存する表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３が上面１０ａで発生し、この表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３が、弾性波部２０から遠ざかるように、上面１０ａを伝播する。この伝播した表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３の一部は、反射部３０にて反射され、この反射された表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３の一部、すなわち、上面１０ａの状態に依存する表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３（検出信号Ｓｄｔ）の一部が、弾性波部２０にて電気信号に変換される。この電気信号に変換された検出信号Ｓｄｔが、内部アンテナ４０にて電波信号に変換され、この電波信号に変換された検出信号Ｓｄｔが、外部アンテナ５４に伝達される。外部アンテナ５４に伝達された検出信号Ｓｄｔは、外部アンテナ５４にて電波信号から電気信号に変換され、変換された検出信号Ｓｄｔが、算出部５５に伝達される。算出部５５は、先ず、駆動信号Ｓｄｒと検出信号Ｓｄｔとに基づいて、空気の圧力、温度、及び、弁体８１の開度を算出し、その後、算出された空気の圧力、温度、及び、弁体８１の開度に基づいて、空気の流量を算出する。
【００５６】
図３に示すように、本実施形態に係る算出部５５は、３つの記憶部５７ａ〜５７ｃと、演算部５８と、を有する。第１記憶部５７ａには、第１表面弾性波Ｗ１の周波数ｆ１と、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２との差異ｆ１−ｆ２と、第１表面弾性波Ｗ１の圧力特性Ｐ１との関係が記憶されており、第２記憶部５７ｂには、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２と、駆動信号Ｓｄｒの周波数ｆｄｒとの差異ｆｄｒ−ｆ２と、第２表面弾性波Ｗ２の温度特性Ｔ２との関係が記憶されている。また、第３記憶部５７ｃには、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０との送受信時間Ｔｔｒ１と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。
【００５７】
上記したように、センサチップ１０の第１領域１１には薄肉部１４が形成されているので、第１領域１１側の上面１０ａは、空気の圧力によって歪み易くなっている。そのため、第１領域１１側の上面１０ａを伝播する第１表面弾性波Ｗ１の周波数ｆ１が、流体の圧力によって変動し易くなっている。これに対して、第２領域１２には薄肉部１４が形成されていないので、第２領域１２側の上面１０ａは、空気の圧力によって歪み難くなっている。そのため、第２領域１２側の上面１０ａを伝播する第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２、及び、第３表面弾性波Ｗ３の周波数ｆ３は、空気の圧力によって変動し難くなっている。これにより、第１表面弾性波Ｗ１の周波数ｆ１と、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２との差異ｆ１−ｆ２を算出することで、空気の圧力を検出することが可能となっている。演算部５８は、差異ｆ１−ｆ２を算出した後に、この差異ｆ１−ｆ２に対応する圧力特性Ｐ１を第１記憶部５７ａから取り出して、空気の圧力を演算する。なお、第３表面弾性波Ｗ３は、第２表面弾性波Ｗ２と同様に第２領域１２を伝播するので、その周波数ｆ３は、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２と同等であることが期待される。したがって、演算部５８は、差異ｆ１−ｆ３を算出した後に、この差異ｆ１−ｆ３に対応する圧力特性Ｐ１を第１記憶部５７ａから取り出して、空気の圧力を演算しても良い。
【００５８】
また、上記したように、第２領域１２には薄肉部１４が形成されておらず、圧電材料は温度が上昇すると伸びる性質を有するので、第２領域１２側の上面１０ａの形状は、空気の温度に依存するようになっている。これにより、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２と、駆動信号Ｓｄｒの周波数ｆｄｒとの差異ｆｄｒ−ｆ２を算出することで、空気の温度を検出することが可能となっている。演算部５８は、差異ｆｄｒ−ｆ２に対応する温度特性Ｔ２を第２記憶部５７ｂから取り出して、空気の温度を演算する。なお、上記したように、第３表面弾性波Ｗ３の周波数ｆ３は、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２と同等であることが期待されるので、演算部５８は、差異ｆｄｒ−ｆ３を算出した後に、この差異ｆｄｒ−ｆ３に対応する温度特性Ｔ２を第２記憶部５７ｂから取り出して、空気の温度を演算しても良い。
【００５９】
流量を調整するために、弁体８１が開度を調整した場合、弁体８１に設けられたセンサチップ１０と処理手段５０との相対距離Ｌ３が変動する。この結果、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０との送受信時間Ｔｔｒ１が変動する。これにより、この送受信時間Ｔｔｒ１に基づいて、弁体８１の開度を検出することができる。演算部５８は、駆動信号Ｓｄｒの送信時間と検出信号Ｓｄｔの受信時間とに基づいて、送受信時間Ｔｔｒ１を算出した後、送受信時間Ｔｔｒ１に対応する弁体８１の開度を第３記憶部５７ｃから取り出して、弁体８１の開度を演算する。
【００６０】
最後に、演算部５８は、算出された空気の圧力、温度、及び、弁体８１の開度に基づいて、空気の流量を算出する。本実施形態に係る演算部５８は、特許請求の範囲に記載の第１演算部〜第３演算部の機能を含んでいる。
【００６１】
なお、上記した送受信時間Ｔｔｒ１は、センサチップ１０と処理手段５０との相対距離Ｌ３に依存し、以下に示す計算を行うことで、算出される。
【００６２】
本実施形態では、第２弾性波部２２と第２反射部３２との距離がＬ１＋Ｌ２となっている。したがって、生成部５３と外部アンテナ５４、内部アンテナ４０と弾性波部２０、及び、外部アンテナ５４と算出部５５との距離が無視できるとすると、生成部５３から送信された信号が第２反射部３２にて反射され、算出部５５にて受信される時間Ｔ３は、距離Ｌ３＋（Ｌ１＋Ｌ２）に依存する。これに対して、第２弾性波部２２と第３反射部３３との距離はＬ２となっているので、生成部５３から送信された信号が第３反射部３３にて反射され、算出部５５にて受信される時間Ｔ４は、距離Ｌ３＋Ｌ２に依存する。したがって、時間Ｔ３とＴ４とは、距離Ｌ１分だけ異なることとなる。本実施形態では、距離Ｌ１と距離Ｌ２とが等しくなっているので、時間Ｔ３とＴ４とは、距離Ｌ２分だけ異なることとなる。以上により、距離Ｌ３＋Ｌ２に依存する時間Ｔ４から、距離Ｌ２に依存するＴ３−Ｔ４を引いた値、２Ｔ４−Ｔ３は、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０（センサチップ１０）との相対距離Ｌ３のみに依存することとなる。この値が、上記した送受信時間Ｔｔｒ１に相当する。なお、距離Ｌ１が距離Ｌ２と等しくない場合、Ｔ４−（Ｌ１／Ｌ２）（Ｔ３−Ｔ４）という計算にて得られた値が、送受信時間Ｔｔｒ１に相当する。
【００６３】
次に、本実施形態に係る流量検出装置１００の作用効果を説明する。上記したように、センサチップ１０と、処理手段５０とが、空気の温度、圧力、及び、弁体の開度を検出するセンサとしての機能を果たしており、３つの物理量を２つの部材によって検出している。したがって、上記した３つの物理量を検出するために、３つの部材を用いる構成と比べて、部品点数が削減される。
【００６４】
また、本実施形態では、吸気管８０内の弁体８１にセンサチップ１０が設けられ、上面１０ａで発生した表面弾性波が、内部アンテナ４０を介して外部アンテナ５４に検出信号Ｓｄｔとして送信され、この検出信号Ｓｄｔとセンサチップ１０の駆動信号Ｓｄｒとに基づいて、空気の温度と圧力とが算出部５５で算出される。これによれば、温度計を差し込むための孔や、圧力センサを差し込むための孔を吸気管８０に形成しなくともよいので、コストが削減される。また、吸気管８０内を流れている空気が、外部へ漏れることが抑止される。更に言えば、流量検出装置１００の構造が簡素化される。
【００６５】
上面１０ａには溝１３が形成されており、この溝１３によって、上面１０ａが第１領域１１と第２領域１２とに分けられている。これにより、第１表面弾性波Ｗ１が第２弾性波部２２に伝播することが抑制され、第２表面弾性波Ｗ２及び第３表面弾性波Ｗ３が第１弾性波部２１に伝播することが抑制される。
【００６６】
第３反射部３３が、第２弾性波部２２と第２反射部３２との間に形成されている。これによれば、第２弾性波部２２との距離が異なる反射部３２，３３それぞれから、第２弾性波部２２に表面弾性波Ｗ２、Ｗ３が反射される。この結果、第２弾性波部２２にて、複数の表面弾性波Ｗ２、Ｗ３（複数の検出信号Ｓｄｔ）を検出することができるので、流体の温度や圧力の検出精度が向上される。
【００６７】
センサチップ１０は、弁体８１の面８１ａにおける、軸心８２の鉛直上方の部位に設けられており、処理手段５０（外部アンテナ５４）は、吸気管８０の下流側における、センサチップ１０側（弁体８１の鉛直上方）の外壁８０ａに設けられている。これにより、弁体８１の開度が大きくなる（弁体８１が時計回りに回転する）につれて、処理手段５０とセンサチップ１０とが離れるようになっている。これにより、送受信時間Ｔｔｒ１の変化量が大きくなるので、弁体８１の開度が大きくなり始める時の検出精度が向上される。また、上記したように、センサチップ１０は、弁体８１の面８１ａにおける、軸心８２の鉛直上方の部位に設けられている。したがって、空気に含まれる水分によって、吸気管８０の内壁面に結露が生じた場合に、この結露がセンサチップ１０に付着することが抑制される。これにより、結露によって、表面弾性波の周波数が変動することが抑制される。
【００６８】
第１実施形態では、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０との送受信時間Ｔｔｒ１に基づいて、弁体８１の開度を検出する例を示した。しかしながら、生成部５３から駆動信号Ｓｄｒが送信され、算出部５５にて検出信号Ｓｄｔが受信されるまでの送受信時間Ｔｔｒ２に基づいて、弁体８１の開度を検出しても良い。この送受信時間Ｔｔｒ２は、生成部５３と外部アンテナ５４、内部アンテナ４０と弾性波部２０、及び、外部アンテナ５４と算出部５５との距離が無視できるとすると、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０（センサチップ１０）との相対距離Ｌ３と、弾性波部２０と反射部３０との距離に依存する。上記したように、弁体８１の開度は、相対距離Ｌ３に依存するが、弾性波部２０と反射部３０との距離は一定なので、送受信時間Ｔｔｒ２に基づいて弁体８１の開度を検出することもできる。この場合、第３記憶部５７ｃには、送受信時間Ｔｔｒ２と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。そして、第３記憶部５７ｃが、特許請求の範囲に記載の第４記憶部に相当し、演算部５８が、特許請求の範囲に記載の第４演算部の機能を含んでいる。なお、この方法によって、弁体８１の開度を検出する場合、第３反射部３３を除去することができる。
【００６９】
また、詳しい構成は省略するが、弁体８１が開度を調整して、相対距離Ｌ３が変動すると、駆動信号Ｓｄｒと検出信号Ｓｄｔとの位相差が変動するので、この位相差に基づいて、弁体８１の開度を検出しても良い。
【００７０】
更に言えば、弁体８１が開度を調整して、相対距離Ｌ３が変動すると、外部アンテナ５４の受信面積が変動するので、外部アンテナ５４にて受信される検出信号Ｓｄｔの信号強度が変動する。したがって、上記した送受信時間ではなく、検出信号Ｓｄｔの信号強度に基づいて、弁体８１の開度を検出しても良い。この場合、第３記憶部５７ｃには、検出信号Ｓｄｔの信号強度と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。そして、第３記憶部５７ｃが、特許請求の範囲に記載の第５記憶部に相当し、演算部５８が、特許請求の範囲に記載の第５演算部の機能を含んでいる。なお、この方法によって、弁体８１の開度を検出する場合、第３反射部３３を除去することができる。
【００７１】
第１実施形態では、センサチップ１０の上面１０ａに、第１弾性波部２１と第２弾性波部２２とが形成され、第１内部アンテナ４１と第２内部アンテナ４２とが形成された例を示した。しかしながら、図４に示す構成を採用することで、第１実施形態に係る流量検出装置１００の作用効果を実現しつつ、第２弾性波部２２と第２内部アンテナ４２とを省略することができる。これにより、部品点数を削減することができる。
【００７２】
なお、図４では、第１弾性波部２１を介して、第１反射部３１と第２反射部３２とが、上面１０ａで所定距離離れて形成され、第１弾性波部２１と第２反射部３２との間に、第３反射部３３が形成されている。また、第１弾性波部２１と第１反射部３１との距離、第１弾性波部２１と第２反射部３２との距離、及び、第１弾性波部２１と第３反射部３３との距離がそれぞれ異なっている。これにより、第１表面弾性波Ｗ１を含む検出信号Ｓｄｔが第１内部アンテナ４１から外部アンテナ５４に伝播されるタイミング、第２表面弾性波Ｗ２を含む検出信号Ｓｄｔが第１内部アンテナ４１から外部アンテナ５４に伝播するタイミング、及び、第３表面弾性波Ｗ３を含む検出信号Ｓｄｔが第１内部アンテナ４１から外部アンテナ５４に伝播するタイミングそれぞれが異なっている。したがって、上記した３つの検出信号Ｓｄｔが外部アンテナ５４で混線することが抑制される。
【００７３】
第１実施形態では、上面１０ａが、溝１３によって領域１１，１２に分割された例を示した。しかしながら、図５及び図６に示すように、上面１０ａが、溝１３，１５によって３つの領域１１，１２，１６に分割された構成を採用することもできる。
【００７４】
図５では、第１領域１１に、薄肉部１４と、第１弾性波部２１と、第１反射部３１と、第１内部アンテナ４１とが形成され、第２領域１２に、第２弾性波部２２と、第２反射部３２と、第２内部アンテナ４２とが形成され、第３領域１６に、第３弾性波部２３と、第３反射部３３と、第３内部アンテナ４３とが形成されている。
【００７５】
図６では、第１領域１１に、薄肉部１４と、第１弾性波部２１と、第１反射部３１と、第１内部アンテナ４１とが形成され、第２領域１２に、第２弾性波部２２と、第２反射部３２と、第３反射部３３と、第２内部アンテナ４２とが形成され、第３領域１６に、感湿膜７０と、第３弾性波部２３と、第４反射部３４と、第３内部アンテナ４３とが形成されている。
【００７６】
上記したように、吸気管８０内を通る空気は、エンジンに供給される。この吸気管８０内を通る空気は、ガソリン等の燃料と混合されて、その混合された気体がエンジンに供給される。この場合、エンジンの燃焼を制御するに当たり、空気に含まれる水分量（湿度）を予め知っておくことが望ましい。それというのも、水分量が多いと、エンジンが燃焼し難くなり、水分量が少ないと、エンジンが燃焼し易くなるからである。
【００７７】
これに対して、図６に示す構成では、センサチップ１０に感湿膜７０が形成されている。感湿膜７０に水分が吸湿されると、感湿膜７０が重くなり、感湿膜７０を伝播する表面弾性波の周波数が変化する。したがって、感湿膜７０を伝播する表面弾性波の周波数変化を検出することで、流体に含まれる湿度を検出することができる。これにより、エンジン制御に必要な水分量を予め知っておくことができる。
【００７８】
なお、図６では、感湿膜７０がセンサチップ１０に形成された例を示した。しかしながら、排気ガスを再利用する車両において、吸気管８０内を排気ガスが流動し、その排気ガスがエンジンに供給される場合、エンジンの燃焼を制御するに当たり、排気ガスに含まれる成分を予め知っておくことが望ましい。したがって、この場合、感湿膜７０の代わりに、流体成分吸着膜をセンサチップ１０に形成しておくと良い。流体成分吸着膜に流体の成分が吸着されると、流体成分吸着膜が重くなり、流体成分吸着膜を伝播する表面弾性波の周波数が変化する。したがって、流体成分吸着膜を伝播する表面弾性波の周波数変化を検出することで、流体に含まれる排気ガスの成分を検出することができる。これにより、排気ガスに含まれる成分を予め知っておくことができる。図４〜図６は、センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。なお、上記した感湿膜７０や流体成分吸着膜を伝播する表面弾性波の周波数変化の算出は、算出部５５にて行われる。
【００７９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図７に基づいて説明する。図７は、第２実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。図７は、第１実施形態で示した図２に対応している。
【００８０】
第２実施形態に係る流量検出装置１００は、第１実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００８１】
第１実施形態では、反射部３０が上面１０ａに形成された例を示した。これに対し、本実施形態では、反射部３０の代わりに、受信用弾性波部２０ｂが上面１０ａに形成された点を特徴とする。
【００８２】
弾性波部２０は、駆動信号Ｓｄｒを受けて表面弾性波を発生する送信用弾性波部２０ａと、上面１０ａを伝播する表面弾性波を検出信号Ｓｄｔに変換する受信用弾性波部２０ｂと、を有する。本実施形態の送信用弾性波部２０ａは、第１送信用弾性波部２１ａと、第２送信用弾性波部２２ａと、を有し、受信用弾性波部２０ｂは、第１受信用弾性波部２１ｂと、第２受信用弾性波部２２ｂと、を有する。第１弾性波部２１ａ，２１ｂは第１領域１１に形成され、第２弾性波部２２ａ，２２ｂは第２領域１２に形成されている。
【００８３】
内部アンテナ４０は、駆動信号Ｓｄｒを受信する受信用内部アンテナ４０ａと、検出信号Ｓｄｔを送信する送信用内部アンテナ４０ｂと、を有する。本実施形態の受信用内部アンテナ４０ａは、第１受信用内部アンテナ４１ａと、第２受信用内部アンテナ４２ａと、を有し、送信用内部アンテナ４０ｂは、第１送信用内部アンテナ４１ｂと、第２送信用内部アンテナ４２ｂと、を有する。第１内部アンテナ４１ａ，４１ｂは第１領域１１に形成され、第２内部アンテナ４２ａ，４２ｂは第２領域１２に形成されている。
【００８４】
送信用弾性波部２０ａは、センサチップ１０に形成された配線（図示略）を介して、受信用内部アンテナ４０ａと電気的に接続され、受信用弾性波部２０ｂは、センサチップ１０に形成された配線（図示略）を介して、送信用内部アンテナ４０ｂと電気的に接続されている。受信用内部アンテナ４０ａを介して、処理手段５０から送信用弾性波部２０ａに、駆動信号Ｓｄｒが供給されると、上面１０ａに表面弾性波が発生し、この表面弾性波が受信用弾性波部２０ｂに伝達される。この結果、受信用弾性波部２０ｂにて表面弾性波が検出信号Ｓｄｔに変換され、この検出信号Ｓｄｔが、送信用内部アンテナ４０ｂを介して、処理手段５０に送信される。処理手段５０の算出部５５は、先ず、駆動信号Ｓｄｒと検出信号Ｓｄｔとに基づいて、空気の圧力、温度、及び、弁体８１の開度を算出し、その後、算出された空気の圧力、温度、及び、弁体８１の開度に基づいて、空気の流量を算出する。
【００８５】
以上の構成により、本実施形態に係る流量検出装置１００は、第１実施形態に係る流量検出装置１００と同等の効果を奏する。すなわち、空気の温度、圧力、及び、弁体の開度を、センサチップ１０と処理手段５０の２つの部材によって検出しているので、上記した３つの物理量を検出するために、３つの部材を用いる構成と比べて、部品点数が削減される。
【００８６】
なお、第２実施形態に係る流量検出装置１００の他の作用効果は、第１実施形態の流量検出装置１００の作用効果と重複するので、その記載を省略する。
【００８７】
ところで、第１実施形態では、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０との送受信時間Ｔｔｒ１に基づいて、弁体８１の開度を検出する例を示した。これに対して、第２実施形態では、生成部５３から駆動信号Ｓｄｒが送信され、算出部５５にて検出信号Ｓｄｔが受信されるまでの送受信時間Ｔｔｒ２に基づいて、弁体８１の開度を検出する。第２実施形態の第３記憶部５７ｃには、送受信時間Ｔｔｒ２と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。なお、第２実施形態においても、駆動信号Ｓｄｒと検出信号Ｓｄｔとの位相差に基づいて、弁体８１の開度を検出しても良い。又は、検出信号Ｓｄｔの信号強度に基づいて、弁体８１の開度を検出しても良い。この場合、第３記憶部５７ｃには、検出信号Ｓｄｔの信号強度と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。
【００８８】
第２実施形態では、センサチップ１０の上面１０ａに、第１弾性波部２１ａ，２１ｂと第２弾性波部２２ａ，２２ｂとが形成され、第１内部アンテナ４１ａ，４１ｂと第２内部アンテナ４２ａ，４２ｂとが形成された例を示した。しかしながら、図８に示す構成を採用することで、第２実施形態に係る流量検出装置１００の作用効果を実現しつつ、第２送信用弾性波部２２ａと第２受信用内部アンテナ４２ａとを省略することができる。これにより、部品点数を削減することができる。図８では、第１送信用弾性波部２１ａを介して、第１受信用弾性波部２１ｂと第２受信用弾性波部２２ｂとが、上面１０ａで所定距離離れて形成されている。そして、第１送信用弾性波部２１ａと第１受信用弾性波部２１ｂとの距離と、第１送信用弾性波部２１ａと第２受信用弾性波部２２ｂとの距離とが異なっている。これにより、第１表面弾性波Ｗ１を含む検出信号Ｓｄｔが外部アンテナ５４に伝播されるタイミングと、第２表面弾性波Ｗ２を含む検出信号Ｓｄｔが外部アンテナ５４に伝播するタイミングとが異なり、２つの検出信号Ｓｄｔが外部アンテナ５４で混線することが抑制される。図８に示す構成は、第１実施形態で示した図４に示す構成に対応している。
【００８９】
第２実施形態では、図７に示すように、上面１０ａが、溝１３によって領域１１，１２に分割された例を示した。しかしながら、図９及び図１０に示すように、上面１０ａが、溝１３，１５によって３つの領域１１，１２，１６に分割された構成を採用することもできる。
【００９０】
図９では、第１領域１１に、薄肉部１４と、第１弾性波部２１ａ，２１ｂと、第１内部アンテナ４１ａ，４１ｂとが形成され、第２領域１２に、第２弾性波部２２ａ，２２ｂと、第２内部アンテナ４２ａ，４２ｂとが形成され、第３領域１６に、第３弾性波部２３ａ，２３ｂと、第３内部アンテナ４３ａ，４３ｂとが形成されている。そして、第１送信用弾性波部２１ａと第１受信用弾性波部２１ｂとの距離と、第２送信用弾性波部２２ａと第２受信用弾性波部２２ｂとの距離とが相等しく、これらの距離が、第３送信用弾性波部２３ａと第３受信用弾性波部２３ｂとの距離と異なっている。この構成は、第１実施形態で示した図５に示す構成に対応しており、図５に示す構成は、第１実施形態で説明した図２に示す構成と同等の構成となっている。したがって、図９に示す構成の場合、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０との送受信時間Ｔｔｒ１に基づいて、弁体８１の開度を演算することができる。この場合、第３記憶部５７ｃには、送受信時間Ｔｔｒ１と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。
【００９１】
図１０では、第１領域１１に、薄肉部１４と、第１弾性波部２１ａ，２１ｂと、第１内部アンテナ４１ａ，４１ｂとが形成され、第２領域１２に、第２弾性波部２２ａ，２２ｂと、第２内部アンテナ４２ａ，４２ｂとが形成され、第３領域１６に、感湿膜７０と、第３弾性波部２３ａ，２３ｂと、第３内部アンテナ４３ａ，４３ｂとが形成されている。この構成は、第１実施形態で示した図６に示す構成に対応している。したがって、図１０に示す構成の場合、エンジン制御に必要な水分量を予め知っておくことができる。なお、排気ガスを再利用する車両において、吸気管８０内を排気ガスが流動し、その排気ガスがエンジンに供給される場合、感湿膜７０の代わりに、流体成分吸着膜をセンサチップ１０に形成することで、流体に含まれる排気ガスの成分を検出することができる。これにより、排気ガスに含まれる成分を予め知っておくことができる。図８〜図１０は、センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【００９２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００９３】
第１実施形態では、センサチップ１０は、上面１０ａが空気に晒されるように、下面１０ｂを弁体８１への固定面として、弁体８１に固定された例を示した。しかしながら、一面が開口されたセンサパッケージに、その開口部から上面１０ａが露出されるようにセンサチップ１０が搭載され、センサチップ１０が搭載されたセンサパッケージを、弁体８１に固定しても良い。
【００９４】
第１実施形態では、吸気管８０に１つの処理手段５０が設けられた例を示した。しかしながら、吸気管８０に、複数の処理手段５０を設けても良い。これによれば、上記した送受信時間Ｔｔｒ１（Ｔｔｒ２）、位相差、及び、検出信号Ｓｄｔの信号強度の変化量を複数検出することができるので、弁体８１の開度の検出精度が向上される。
【００９５】
第１実施形態では、処理手段５０は、吸気管８０の下流側における、センサチップ１０側（弁体８１の鉛直上方）の外壁８０ａに設けられている例を示した。しかしながら、図１１に示すように、もう一つの処理手段５０が、吸気管８０の上流側における、弁体８１の鉛直下方の外壁８０ａに設けても良い。これによれば、弁体８１の開度が全開の状態から、弁体８１が反時計回りに回転して、弁体８１の開度が小さくなるにつれて、センサチップ１０が、新たに設けられた処理手段５０から遠ざかる。この結果、弁体８１の開度が小さくなり始める時の、上記した送受信時間Ｔｔｒ１（Ｔｔｒ２）、及び、信号強度の変化量が大きくなる。これにより、弁体８１の開度が小さくなり始める時の、弁体８１の開度の検出精度が向上される。図１１は、外部アンテナの配置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０・・・センサチップ
２０・・・弾性波部
３０・・・反射部
４０・・・内部アンテナ
５０・・・処理部
５３・・・生成部
５４・・・外部アンテナ
５５・・・算出部
１００・・・流量検出装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管の内部を流れる流体の流量を検出する流量検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、スロットル装置に取り付けられるセンサモジュールユニットが提案されている。このセンサモジュールユニットは、スロットル装置に取り付けられるユニット本体と、該ユニット本体に設けられた複数のセンサ室と、を有する。複数のセンサ室には、スロットル装置のスロットル弁の開度を検知するポジションセンサを収容保持するポジションセンサ室と、吸気管を通じた吸気圧力を検知するための吸気圧センサを収容保持する圧力センサ室と、吸気管を通じて吸引される空気の温度を検知する温度センサを収容保持する温度センサ室と、が含まれている。センサモジュールユニットは、吸気流量を制御する（検出する）上において必要な各種データを、上記した３つのセンサによって検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７０６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したように、特許文献１に示されるセンサモジュールユニットは、３つの物理量を検出するために、３つのセンサを用いている。そのため、部品点数が多い、という問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、部品点数が削減された流量検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、管の内部を流れる流体の流量を検出する流量検出装置であって、圧電材料から成る、管内の弁体に設けられたセンサチップと、センサチップに駆動信号を供給し、且つ、センサチップの検出信号を処理する、管の外部に設けられた処理手段と、を有し、センサチップは、弁体への固定面とは異なり、流体に晒されるセンサ面に、駆動信号を受けて表面弾性波を発生し、且つ、センサ面を伝播する表面弾性波を検出信号に変換する弾性波部と、弾性波部によって発生された表面弾性波を、弾性波部に反射する反射部と、駆動信号を受信するとともに、検出信号を送信する内部通信部と、を有し、処理手段は、駆動信号を生成する生成部と、駆動信号を送信するとともに、検出信号を受信する外部通信部と、駆動信号と検出信号とに基づいて、流体の圧力、温度、弁体の開度、及び、流体の流量を算出する算出部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このように本発明によれば、センサチップと、処理手段とが、流体の温度、圧力、及び、弁体の開度を検出するセンサとしての機能を果たしており、３つの物理量を２つの部材によって検出している。したがって、上記した３つの物理量を検出するために、３つの部材を用いる構成と比べて、部品点数が削減される。
【０００８】
また、本発明では、管内の弁体にセンサチップが設けられ、センサ面で発生した表面弾性波が、内部通信部を介して外部通信部に検出信号として送信され、この検出信号とセンサチップの駆動信号とに基づいて、流体の温度と圧力とが算出部で算出される。これによれば、温度計を差し込むための孔や、圧力センサを差し込むための孔を管に形成しなくともよいので、コストが削減される。また、管内を流れている流体が、外部へ漏れることが抑止される。更に言えば、流量検出装置の構造が簡素化される。
【０００９】
なお、流体の温度及び圧力は、表面弾性波の周波数変化によって検出され、弁体の開度は、駆動信号と検出信号の送受信時間、若しくは、検出信号の信号強度の変化量によって検出される。これらの理由は、説明の都合上、請求項２，７，９〜１１の作用効果で具体的に記載した。
【００１０】
請求項２に記載のように、弾性波部は、第１弾性波部と、第２弾性波部と、を有し、反射部は、第１反射部と、第２反射部と、を有し、内部通信部は、第１内部通信部と、第２内部通信部と、を有し、センサチップには、厚さが局所的に薄くなった薄肉部が形成され、第１弾性波部と第１反射部とが、薄肉部を介して、センサ面側で所定距離離れて形成され、第２弾性波部と第２反射部とが、薄肉部を避けて、センサ面側で所定距離離れて形成され、第１弾性波部が、第１内部通信部と電気的に接続され、第２弾性波部が、第２内部通信部と電気的に接続された構成が好適である。
【００１１】
このように、センサチップに薄肉部が形成され、薄肉部が流体の圧力によって歪み易くなっている。そのため、第１弾性波部と第１反射部との間（薄肉部）を伝播する第１表面弾性波の周波数が、流体の圧力によって変動し易くなっている。これに対して、第２弾性波部と第２反射部との間には、薄肉部が形成されていないので、両者の間を伝播する第２表面弾性波の周波数が、流体の圧力によって変動し難くなっている。これにより、算出部にて、第１表面弾性波の周波数（第１内部通信部が外部通信部に送信した検出信号の周波数）と、第２表面弾性波の周波数（第２内部通信部が外部通信部に送信した検出信号の周波数）との差異を算出することで、流体の圧力を検出することが可能となっている。
【００１２】
また、センサチップは圧電材料によって形成されており、圧電材料は温度が上昇すると伸びる性質を有する。上記したように、第２弾性波部と第２反射部との間には、薄肉部が形成されていないので、両者の間のセンサ面は、流体の圧力に依存し難く、流体の温度に依存するようになっている。これにより、算出部にて、外部通信部が第２内部通信部に送信した駆動信号の周波数と、第２内部通信部が外部通信部に送信した検出信号の周波数（第２表面弾性波の周波数）との差異を算出することで、流体の温度を検出することが可能となっている。
【００１３】
請求項３に記載のように、第１弾性波部と第１反射部との間の距離と、第２弾性波部と第２反射部との間の距離とが異なる構成が良い。これによれば、第１表面弾性波を含む検出信号が、第１内部通信部から外部通信部に伝播されるタイミングと、第２表面弾性波を含む検出信号が、第２内部通信部から外部通信部に伝播するタイミングとが異なるので、これら２つの検出信号が外部通信部で混線することが抑制される。
【００１４】
請求項４に記載のように、センサチップには、センサ面を２つに分かつ溝が形成されており、溝によって分かれたセンサ面の一方の領域に、第１弾性波部と、第１反射部と、第１内部通信部とが形成され、他方の領域に、第２弾性波部と、第２反射部と、第２内部通信部とが形成された構成が良い。これによれば、第１表面弾性波が第２反射部に伝播すること、及び、第２表面弾性波が第１反射部に伝播することが抑制される。
【００１５】
流体の圧力を演算する構成としては、請求項５に記載のように、算出部が、センサ面における第１弾性波部と第１反射部との間を伝播する第１表面弾性波の周波数と、第２弾性波部と第２反射部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数との差異と、第１表面弾性波の圧力特性との関係が記憶された第１記憶部と、該第１記憶部から、第１表面弾性波の周波数と第２表面弾性波の周波数との差異に対応する、第１表面弾性波の圧力特性を取り出して、流体の圧力を演算する第１演算部と、を有する構成を採用することができる。
【００１６】
流体の温度を演算する構成としては、請求項６に記載のように、算出部が、センサ面における第２弾性波部と第２反射部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数と、駆動信号の周波数との差異と、第２表面弾性波の温度特性との関係が記憶された第２記憶部と、該第２記憶部から、第２表面弾性波の周波数と駆動信号の周波数との差異に対応する、第２表面弾性波の温度特性を取り出して、流体の温度を演算する第２演算部と、を有する構成を採用することができる。
【００１７】
請求項７に記載のように、反射部は、第３反射部を有し、該第３反射部は、第２弾性波部と第２反射部との間に形成された構成が良い。
【００１８】
これによれば、第２弾性波部との距離が異なる反射部それぞれから、第２弾性波部に表面弾性波が反射される。この結果、第２弾性波部にて、第２弾性波部と反射部との間を伝播する複数の表面弾性波を検出することができるので、流体の温度や圧力の検出精度が向上される。
【００１９】
ところで、生成部から駆動信号が送信され、算出部にて検出信号が受信されるまでの送受信時間は、生成部と外部通信部、内部通信部と弾性波部、及び、外部通信部と算出部との距離が無視できるとすると、外部通信部と内部通信部（センサチップ）との相対距離と、弾性波部と反射部との距離に依存する。そして、外部通信部と内部通信部との送受信時間は、外部通信部と内部通信部との相対距離に依存する。
【００２０】
これに対して、本発明では、第２弾性波部と第２反射部との距離と、第２弾性波部と第３反射部との距離が異なっている。したがって、生成部から送信された信号が第２反射部にて反射され、算出部にて受信される時間Ｔ１と、生成部から送信された信号が第３反射部にて反射され、算出部にて受信される時間Ｔ２とは、第２反射部と第３反射部との距離Ｌ１分だけ異なることとなる。これにより、第３反射部と第２弾性波部との距離Ｌ２が、距離Ｌ１に等しい場合、時間Ｔ１とＴ２とは、距離Ｌ２分だけ異なることとなる。以上により、時間Ｔ２からＴ１−Ｔ２引いた値２Ｔ２−Ｔ１は、外部通信部と内部通信部（センサチップ）との相対距離Ｌ３のみに依存する。これは、上記した外部通信部と内部通信部との送受信時間に相当する。相対距離Ｌ３は、弁体の開度を調整するべく、弁体が回転した場合に変動する。したがって、上記した計算によって算出された、外部通信部と内部通信部との送受信時間に基づいて、相対距離Ｌ３を求めることで、弁体の開度を検出することができる。なお、距離Ｌ１が距離Ｌ２と等しくない場合、Ｔ２−（Ｌ１／Ｌ２）（Ｔ１−Ｔ２）という計算にて得られた値が、外部通信部と内部通信部との送受信時間に相当する。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明の作用効果と同等なので、その記載を省略する。
【００２２】
弁体の開度を演算する構成としては、請求項９に記載のように、算出部は、外部通信部と内部通信部との送受信時間と、弁体の開度との関係が記憶された第３記憶部と、該第３記憶部から、送受信時間に対応する、弁体の開度を取り出して、弁体の開度を演算する第３演算部と、を有する構成を採用することができる。
【００２３】
流量を調整するために、弁体が開度を調整した場合、弁体に設けられたセンサチップと処理手段との相対距離が変動する。この結果、外部通信部と内部通信部との送受信時間が変動する。そのため、この送受信時間に基づいて、弁体の開度を検出することができる。
【００２４】
また、弁体の開度を演算する構成としては、請求項１０に記載のように、算出部が、生成部から駆動信号が送信され、算出部にて検出信号が受信されるまでの送受信時間と、弁体の開度との関係が記憶された第３記憶部と、該第３記憶部から、送受信時間に対応する、弁体の開度を取り出して、弁体の開度を演算する第３演算部と、を有する構成を採用することができる。
【００２５】
上記したように、弁体が開度を調整した場合、センサチップと処理手段との相対距離が変動する。この結果、生成部から駆動信号が送信され、算出部にて検出信号が受信されるまでの送受信時間が変動する。そのため、この送受信時間に基づいて、弁体の開度を検出することができる。
【００２６】
また、弁体の開度を演算する構成としては、請求項１１に記載のように、算出部が、検出信号の信号強度と、弁体の開度との関係が記憶された第４記憶部と、該第４記憶部から、検出信号の信号強度に対応する、弁体の開度を取り出して、弁体の開度を演算する第４演算部と、を有する構成を採用することもできる。
【００２７】
上記したように、弁体が開度を調整した場合、センサチップと処理手段（外部通信部）との相対距離が変動する。この結果、外部通信部の受信面積が変動し、外部通信部にて受信される検出信号の信号強度が変動する。そのため、この信号強度の変化量に基づいて、弁体の開度を検出することができる。
【００２８】
請求項１２に記載のように、弾性波部は、第４弾性波部を有し、反射部は、第４反射部を有し、内部通信部は、第４内部通信部を有し、センサチップに感湿膜が形成され、第４弾性波部と第４反射部とが、感湿膜を介して、センサ面側で所定距離離れて形成され、第４弾性波部が、第４内部通信部と電気的に接続された構成が良い。
【００２９】
例えば、管内を空気が通り、その空気がガソリン等の燃料と混合されて、その混合された気体がエンジンに供給される場合、エンジンの燃焼を制御するに当たり、空気に含まれる水分量（湿度）を予め知っておくことが望ましい。
【００３０】
これに対して、請求項１２に記載の発明では、センサチップに感湿膜が形成されている。感湿膜に水分が吸湿されると、感湿膜が重くなり、感湿膜を伝播する表面弾性波の周波数が変化する。このように、本発明では、感湿膜を伝播する表面弾性波の周波数変化を検出することで、流体に含まれる湿度を検出することができるので、エンジン制御に必要な水分量を予め知っておくことができる。
【００３１】
請求項１３に記載のように、弾性波部は、第５弾性波部を有し、反射部は、第５反射部を有し、内部通信部は、第５内部通信部を有し、センサチップに流体成分吸着膜が形成され、第５弾性波部と第５反射部とが、流体成分吸着膜を介して、センサ面側で所定距離離れて形成され、第５弾性波部が、第５内部通信部と電気的に接続された構成が良い。
【００３２】
例えば、排気ガスを再利用する車両において、管内を排気ガスが流動し、その排気ガスがエンジンに供給される場合、エンジンの燃焼を制御するに当たり、排気ガスに含まれる成分を予め知っておくことが望ましい。
【００３３】
これに対して、請求項１３に記載の発明では、センサチップに流体成分吸着膜が形成されている。流体成分吸着膜に流体の成分が吸着されると、流体成分吸着膜が重くなり、流体成分吸着膜を伝播する表面弾性波の周波数が変化する。このように、本発明では、流体成分吸着膜を伝播する表面弾性波の周波数変化を検出することで、流体に含まれる排気ガスの成分を検出することができるので、排気ガスに含まれる成分を予め知っておくことができる。
【００３４】
請求項１４〜２５に記載の発明は、請求項１〜１３いずれかに記載の発明の作用効果と同等なので、その記載を省略する。
【００３５】
請求項２６に記載のように、弁体によって、管が上流側と下流側とに分断され、弁体が一方向に回転することで、管の上流側と下流側とが連通されるようになっており、弁体が一方向に回転した状態において、弁体における管の上流側の部位に、センサチップが設けられ、管の下流側における、センサチップ側の外壁に、外部通信部が設けられた構成が良い。
【００３６】
これによれば、弁体によって管が上流と下流とに分断された状態（弁体の開度が全閉の状態）から、弁体が一方向に回転して、弁体の開度が大きくなるにつれて、センサチップが外部通信部から遠ざかる。この結果、弁体の開度が大きくなり始める時の、上記した送受信時間、及び、検出信号の信号強度の変化量が大きくなる。これにより、弁体の開度が大きくなり始める時の、弁体の開度の検出精度が向上される。
【００３７】
請求項２７に記載のように、処理手段は、管の下流側における、センサチップ側の外壁に設置された第１処理手段と、管の上流側における、センサチップ側の外壁とは反対側の外壁に設置された第２処理手段と、を有する構成が良い。
【００３８】
これによれば、弁体の開度が全開の状態から、弁体が他方向に回転することで、弁体の開度が小さくなるにつれて、センサチップが第２処理手段の外部通信部から遠ざかる。この結果、弁体の開度が小さくなり始める時の、上記した送受信時間、及び、信号強度の変化量が大きくなる。これにより、弁体の開度が小さくなり始める時の、弁体の開度の検出精度が向上される。
【００３９】
請求項２８に記載のように、管の外壁に、複数の処理手段が設置された構成が良い。これによれば、上記した送受信時間、及び、信号強度の変化量を複数検出することができるので、弁体の開度の検出精度が向上される。
【００４０】
請求項２９に記載のように、管を流れる流体の流動方向と鉛直方向とが交差し、弁体によって管が上流側と下流側とに分断された状態から、弁体が軸心を中心として一方向に回転することで、管の上流側と下流側とが連通されるようになっており、弁体によって管が上流側と下流側とに分断された状態において、弁体における軸心よりも鉛直上方に位置する部位に、センサチップが設けられた構成が良い。これによれば、流体に含まれる水分によって、管の内壁面に結露が生じた場合に、この結露がセンサチップに付着することが抑制される。これにより、結露によって、表面弾性波の周波数が変動することが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施形態に係る流量検出装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図３】回路基板の概略構成を示すブロック図である。
【図４】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図５】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図６】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図７】第２実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図８】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図９】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図１０】センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【図１１】外部アンテナの配置を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明にかかる流量検出装置が、エンジンに空気を供給するための吸気管に設置された場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る流量検出装置の概略構成を示す断面図である。図２は、第１実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。図３は、回路基板の概略構成を示すブロック図である。なお、図１では、空気の流動方向を白抜き矢印、鉛直方向を黒塗り矢印で示す。流動方向と鉛直方向とは交差している。
【００４３】
図１に示すように、流量検出装置１００は、要部として、センサチップ１０と、処理手段５０と、を有する。センサチップ１０は、吸気管８０内の弁体８１に設けられ、処理手段５０は、吸気管８０の外壁８０ａに設けられており、センサチップ１０と処理手段５０とが、互いに無線接続されている。
【００４４】
弁体８１は、吸気管８０の上流と下流との境に位置し、弁体８１の開閉度合いによって、上流から下流に流れる流体（空気）の流量が調整されるようになっている。この流量は、空気の温度や空気の圧力（流速）、及び、弁体８１の開度によって決定され、これら３つの物理量が、流量検出装置１００によって検出される。
【００４５】
なお、弁体８１は、流動方向と鉛直方向とによって規定される平面に交差する方向に、自身の中心を貫く軸心８２を回転軸として、時計回り、若しくは、反時計回りに０°〜９０°回転可能となっている。弁体８１が時計回りに回転することで、弁体８１の開度が大きくなり、反時計回りに回転することで、弁体８１の開度が小さくなる。回転角度が０°の時に、弁対８１の開度がゼロ（全閉）となり、９０°の時に、弁体８１の開度が最大（全開）となる。なお、図１では、弁体８１が全閉している状態を破線で示す。また、上記した時計回りが、特許請求の範囲に記載の一方向に相当し、反時計回りが、特許請求の範囲に記載の他方向に相当する。
【００４６】
センサチップ１０は、圧電材料から成り、上面１０ａに、弾性波部２０と、反射部３０と、内部アンテナ４０とが形成されている。そして、センサチップ１０は、上面１０ａが空気に晒されるように、下面１０ｂを弁体８１への固定面として、弁体８１に固定されている。これにより、センサチップ１０の上面１０ａに、上流から下流に流れ込む空気が当たるようになっている。なお、センサチップ１０の固定される部位は、弁体８１の開度がゼロの状態において、下流側に面する面８１ａにおける、軸心８２の鉛直上方の部位となっている。この部位は、図１に示すように、弁体８１が時計回りに回転すると、吸気管８０の上流側に位置する。したがって、弁体８１が時計回りに回転すると、センサチップ１０が上流側に位置する。上面１０ａは、特許請求の範囲に記載のセンサ面に相当する。
【００４７】
図２に示すように、上面１０ａには溝１３が形成されており、この溝１３によって、上面１０ａが第１領域１１と第２領域１２とに分けられている。これにより、第１領域１１で発生した表面弾性波が第２領域１２に伝播することが抑制され、第２領域１２で発生した表面弾性波が第１領域１１に伝播することが抑制されている。
【００４８】
また、第１領域１１側には、厚さが局所的に薄くなった薄肉部１４が形成されており、第２領域１２側の部位の厚さは一定となっている。これにより、第１領域１１側の上面１０ａは、空気の圧力（流速）によって歪み易く、第２領域１２側の上面１０ａは、空気の圧力（流速）によって歪み難くなっている。なお、圧電材料は温度が上昇すると伸びる性質を有するので、第１領域１１側、及び、第２領域１２側それぞれの上面１０ａは、温度の上昇によって伸びる。以上により、第１領域１１側の上面１０ａの形状は、空気の圧力と温度とに依存し、第２領域１２側の上面１０ａの形状は、空気の温度に依存するようになっている。
【００４９】
弾性波部２０は、櫛歯電極であり、センサチップ１０に形成された配線（図示略）を介して、内部アンテナ４０と電気的に接続されている。内部アンテナ４０を介して、処理手段５０から弾性波部２０に、交流信号である駆動信号Ｓｄｒが供給されると、対向する電極間に極性が異なる電圧が周期的に発生する。この結果、上面１０ａが振動し、上面１０ａに表面弾性波が発生する。また、弾性波部２０に表面弾性波が送信されると、対向する電極間距離が周期的に変動して、対向する電極間の静電容量が周期的に変動する。この結果、表面弾性波が、交流信号である検出信号Ｓｄｔに変換される。この検出信号Ｓｄｔが、内部アンテナ４０を介して、処理手段５０に送信される。なお、本実施形態の弾性波部２０は、第１弾性波部２１と、第２弾性波部２２と、を有し、第１弾性波部２１は第１領域１１に形成され、第２弾性波部２２は第２領域１２に形成されている。
【００５０】
反射部３０は、上面１０ａを局所的に押さえつけることで、表面弾性波を、弾性波部２０に反射するものである。反射部３０は、例えば、アルミニウムなどから形成される。本実施形態の反射部３０は、第１反射部３１と、第２反射部３２と、第３反射部３３と、を有し、第１反射部３１は第１領域１１に形成され、第２反射部３２及び第３反射部３３は第２領域１２に形成されている。第１反射部３１は、薄肉部１４を介して、距離Ｌ１＋Ｌ２だけ第１弾性波部２１と離れており、第２反射部３２は、薄肉部１４を避けて、距離Ｌ１＋Ｌ２だけ第２弾性波部２２と離れている。また、第３反射部３３は、第２弾性波部２２と第２反射部３２との間に形成され、薄肉部１４を避けて、距離Ｌ２だけ第２弾性波部２２と離れている。本実施形態では、距離Ｌ１と距離Ｌ２とが等しくなっている。
【００５１】
上記した距離関係のために、第１弾性波部２１にて発生した第１表面弾性波Ｗ１が、上面１０ａにおける第１弾性波部２１と第１反射部３１との間（薄肉部１４）を伝播した後、第１反射部３１にて反射され、反射された第１表面弾性波Ｗ１が第１弾性波部２１にて受信されるまでの時間Ｔ１、及び、第２弾性波部２２にて発生した第２表面弾性波Ｗ２が、上面１０ａにおける第２弾性波部２２と第２反射部３２との間を伝播した後、第２反射部３２にて反射され、反射された第２表面弾性波Ｗ２が第２弾性波部２２にて受信されるまでの時間Ｔ２それぞれは、距離Ｌ１＋Ｌ２に依存し、その値が等しくなる。これに対して、第２弾性波部２２にて発生し、上面１０ａにおける第２弾性波部２２と第３反射部３３との間を伝播する第３表面弾性波Ｗ３が、第３反射部３３にて反射され、反射された第３表面弾性波Ｗ３が第２弾性波部２２にて受信されるまでの時間Ｔ３は、距離Ｌ２に依存し、時間Ｔ２（Ｔ１）と距離Ｌ１分だけ異なる。上記したように、距離Ｌ１と距離Ｌ２とは等しいので、時間Ｔ２と時間Ｔ３とは、距離Ｌ２分だけ異なっている。なお、距離Ｌ１（Ｌ２）は、常温常圧時の表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３の波長の整数倍となっている。
【００５２】
内部アンテナ４０は、駆動信号Ｓｄｒを受信するとともに、検出信号Ｓｄｔを送信するものである。本実施形態の内部アンテナ４０は、第１内部アンテナ４１と、第２内部アンテナ４２と、を有し、第１内部アンテナ４１は第１領域１１に形成され、第２内部アンテナ４２は第２領域１２に形成されている。内部アンテナ４０は、特許請求の範囲に記載の内部通信部に相当する。
【００５３】
処理手段５０は、図１に示すように、回路基板５１と、コネクタケース５２と、を有し、吸気管８０の下流側における、センサチップ１０側（弁体８１の鉛直上方）の外壁８０ａに設けられている。これにより、弁体８１の開度が大きくなる（弁体８１が時計回りに回転する）につれて、処理手段５０とセンサチップ１０とが離れるようになっている。
【００５４】
図１及び図３に示すように、回路基板５１には、生成部５３と、外部アンテナ５４と、算出部５５とが形成されている。この回路基板５１は、コネクタケース５２のコネクタピン５６を介して、外部素子と電気的に接続可能と成っている。生成部５３は、センサチップ１０の駆動信号Ｓｄｒを生成するものであり、外部アンテナ５４は、駆動信号Ｓｄｒを送信するとともに、検出信号Ｓｄｔを受信するものである。また、算出部５５は、空気の圧力、温度、弁体８１の開度、及び、空気の流量を算出するものである。外部アンテナ５４は、特許請求の範囲に記載の外部通信部に相当する。
【００５５】
生成部５３にて生成された駆動信号Ｓｄｒは、算出部５５と外部アンテナ５４とに供給される。外部アンテナ５４に供給された駆動信号Ｓｄｒは、外部アンテナ５４にて電波信号に変換され、この電波信号に変換された駆動信号Ｓｄｒが内部アンテナ４０に供給される。内部アンテナ４０に供給された駆動信号Ｓｄｒは、内部アンテナ４０にて電波信号から電気信号に変換され、変換された駆動信号Ｓｄｒが、弾性波部２０に供給される。この結果、駆動信号Ｓｄｒの周波数に依存する表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３が上面１０ａで発生し、この表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３が、弾性波部２０から遠ざかるように、上面１０ａを伝播する。この伝播した表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３の一部は、反射部３０にて反射され、この反射された表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３の一部、すなわち、上面１０ａの状態に依存する表面弾性波Ｗ１〜Ｗ３（検出信号Ｓｄｔ）の一部が、弾性波部２０にて電気信号に変換される。この電気信号に変換された検出信号Ｓｄｔが、内部アンテナ４０にて電波信号に変換され、この電波信号に変換された検出信号Ｓｄｔが、外部アンテナ５４に伝達される。外部アンテナ５４に伝達された検出信号Ｓｄｔは、外部アンテナ５４にて電波信号から電気信号に変換され、変換された検出信号Ｓｄｔが、算出部５５に伝達される。算出部５５は、先ず、駆動信号Ｓｄｒと検出信号Ｓｄｔとに基づいて、空気の圧力、温度、及び、弁体８１の開度を算出し、その後、算出された空気の圧力、温度、及び、弁体８１の開度に基づいて、空気の流量を算出する。
【００５６】
図３に示すように、本実施形態に係る算出部５５は、３つの記憶部５７ａ〜５７ｃと、演算部５８と、を有する。第１記憶部５７ａには、第１表面弾性波Ｗ１の周波数ｆ１と、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２との差異ｆ１−ｆ２と、第１表面弾性波Ｗ１の圧力特性Ｐ１との関係が記憶されており、第２記憶部５７ｂには、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２と、駆動信号Ｓｄｒの周波数ｆｄｒとの差異ｆｄｒ−ｆ２と、第２表面弾性波Ｗ２の温度特性Ｔ２との関係が記憶されている。また、第３記憶部５７ｃには、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０との送受信時間Ｔｔｒ１と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。
【００５７】
上記したように、センサチップ１０の第１領域１１には薄肉部１４が形成されているので、第１領域１１側の上面１０ａは、空気の圧力によって歪み易くなっている。そのため、第１領域１１側の上面１０ａを伝播する第１表面弾性波Ｗ１の周波数ｆ１が、流体の圧力によって変動し易くなっている。これに対して、第２領域１２には薄肉部１４が形成されていないので、第２領域１２側の上面１０ａは、空気の圧力によって歪み難くなっている。そのため、第２領域１２側の上面１０ａを伝播する第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２、及び、第３表面弾性波Ｗ３の周波数ｆ３は、空気の圧力によって変動し難くなっている。これにより、第１表面弾性波Ｗ１の周波数ｆ１と、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２との差異ｆ１−ｆ２を算出することで、空気の圧力を検出することが可能となっている。演算部５８は、差異ｆ１−ｆ２を算出した後に、この差異ｆ１−ｆ２に対応する圧力特性Ｐ１を第１記憶部５７ａから取り出して、空気の圧力を演算する。なお、第３表面弾性波Ｗ３は、第２表面弾性波Ｗ２と同様に第２領域１２を伝播するので、その周波数ｆ３は、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２と同等であることが期待される。したがって、演算部５８は、差異ｆ１−ｆ３を算出した後に、この差異ｆ１−ｆ３に対応する圧力特性Ｐ１を第１記憶部５７ａから取り出して、空気の圧力を演算しても良い。
【００５８】
また、上記したように、第２領域１２には薄肉部１４が形成されておらず、圧電材料は温度が上昇すると伸びる性質を有するので、第２領域１２側の上面１０ａの形状は、空気の温度に依存するようになっている。これにより、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２と、駆動信号Ｓｄｒの周波数ｆｄｒとの差異ｆｄｒ−ｆ２を算出することで、空気の温度を検出することが可能となっている。演算部５８は、差異ｆｄｒ−ｆ２に対応する温度特性Ｔ２を第２記憶部５７ｂから取り出して、空気の温度を演算する。なお、上記したように、第３表面弾性波Ｗ３の周波数ｆ３は、第２表面弾性波Ｗ２の周波数ｆ２と同等であることが期待されるので、演算部５８は、差異ｆｄｒ−ｆ３を算出した後に、この差異ｆｄｒ−ｆ３に対応する温度特性Ｔ２を第２記憶部５７ｂから取り出して、空気の温度を演算しても良い。
【００５９】
流量を調整するために、弁体８１が開度を調整した場合、弁体８１に設けられたセンサチップ１０と処理手段５０との相対距離Ｌ３が変動する。この結果、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０との送受信時間Ｔｔｒ１が変動する。これにより、この送受信時間Ｔｔｒ１に基づいて、弁体８１の開度を検出することができる。演算部５８は、駆動信号Ｓｄｒの送信時間と検出信号Ｓｄｔの受信時間とに基づいて、送受信時間Ｔｔｒ１を算出した後、送受信時間Ｔｔｒ１に対応する弁体８１の開度を第３記憶部５７ｃから取り出して、弁体８１の開度を演算する。
【００６０】
最後に、演算部５８は、算出された空気の圧力、温度、及び、弁体８１の開度に基づいて、空気の流量を算出する。本実施形態に係る演算部５８は、特許請求の範囲に記載の第１演算部〜第３演算部の機能を含んでいる。
【００６１】
なお、上記した送受信時間Ｔｔｒ１は、センサチップ１０と処理手段５０との相対距離Ｌ３に依存し、以下に示す計算を行うことで、算出される。
【００６２】
本実施形態では、第２弾性波部２２と第２反射部３２との距離がＬ１＋Ｌ２となっている。したがって、生成部５３と外部アンテナ５４、内部アンテナ４０と弾性波部２０、及び、外部アンテナ５４と算出部５５との距離が無視できるとすると、生成部５３から送信された信号が第２反射部３２にて反射され、算出部５５にて受信される時間Ｔ３は、距離Ｌ３＋（Ｌ１＋Ｌ２）に依存する。これに対して、第２弾性波部２２と第３反射部３３との距離はＬ２となっているので、生成部５３から送信された信号が第３反射部３３にて反射され、算出部５５にて受信される時間Ｔ４は、距離Ｌ３＋Ｌ２に依存する。したがって、時間Ｔ３とＴ４とは、距離Ｌ１分だけ異なることとなる。本実施形態では、距離Ｌ１と距離Ｌ２とが等しくなっているので、時間Ｔ３とＴ４とは、距離Ｌ２分だけ異なることとなる。以上により、距離Ｌ３＋Ｌ２に依存する時間Ｔ４から、距離Ｌ２に依存するＴ３−Ｔ４を引いた値、２Ｔ４−Ｔ３は、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０（センサチップ１０）との相対距離Ｌ３のみに依存することとなる。この値が、上記した送受信時間Ｔｔｒ１に相当する。なお、距離Ｌ１が距離Ｌ２と等しくない場合、Ｔ４−（Ｌ１／Ｌ２）（Ｔ３−Ｔ４）という計算にて得られた値が、送受信時間Ｔｔｒ１に相当する。
【００６３】
次に、本実施形態に係る流量検出装置１００の作用効果を説明する。上記したように、センサチップ１０と、処理手段５０とが、空気の温度、圧力、及び、弁体の開度を検出するセンサとしての機能を果たしており、３つの物理量を２つの部材によって検出している。したがって、上記した３つの物理量を検出するために、３つの部材を用いる構成と比べて、部品点数が削減される。
【００６４】
また、本実施形態では、吸気管８０内の弁体８１にセンサチップ１０が設けられ、上面１０ａで発生した表面弾性波が、内部アンテナ４０を介して外部アンテナ５４に検出信号Ｓｄｔとして送信され、この検出信号Ｓｄｔとセンサチップ１０の駆動信号Ｓｄｒとに基づいて、空気の温度と圧力とが算出部５５で算出される。これによれば、温度計を差し込むための孔や、圧力センサを差し込むための孔を吸気管８０に形成しなくともよいので、コストが削減される。また、吸気管８０内を流れている空気が、外部へ漏れることが抑止される。更に言えば、流量検出装置１００の構造が簡素化される。
【００６５】
上面１０ａには溝１３が形成されており、この溝１３によって、上面１０ａが第１領域１１と第２領域１２とに分けられている。これにより、第１表面弾性波Ｗ１が第２弾性波部２２に伝播することが抑制され、第２表面弾性波Ｗ２及び第３表面弾性波Ｗ３が第１弾性波部２１に伝播することが抑制される。
【００６６】
第３反射部３３が、第２弾性波部２２と第２反射部３２との間に形成されている。これによれば、第２弾性波部２２との距離が異なる反射部３２，３３それぞれから、第２弾性波部２２に表面弾性波Ｗ２、Ｗ３が反射される。この結果、第２弾性波部２２にて、複数の表面弾性波Ｗ２、Ｗ３（複数の検出信号Ｓｄｔ）を検出することができるので、流体の温度や圧力の検出精度が向上される。
【００６７】
センサチップ１０は、弁体８１の面８１ａにおける、軸心８２の鉛直上方の部位に設けられており、処理手段５０（外部アンテナ５４）は、吸気管８０の下流側における、センサチップ１０側（弁体８１の鉛直上方）の外壁８０ａに設けられている。これにより、弁体８１の開度が大きくなる（弁体８１が時計回りに回転する）につれて、処理手段５０とセンサチップ１０とが離れるようになっている。これにより、送受信時間Ｔｔｒ１の変化量が大きくなるので、弁体８１の開度が大きくなり始める時の検出精度が向上される。また、上記したように、センサチップ１０は、弁体８１の面８１ａにおける、軸心８２の鉛直上方の部位に設けられている。したがって、空気に含まれる水分によって、吸気管８０の内壁面に結露が生じた場合に、この結露がセンサチップ１０に付着することが抑制される。これにより、結露によって、表面弾性波の周波数が変動することが抑制される。
【００６８】
第１実施形態では、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０との送受信時間Ｔｔｒ１に基づいて、弁体８１の開度を検出する例を示した。しかしながら、生成部５３から駆動信号Ｓｄｒが送信され、算出部５５にて検出信号Ｓｄｔが受信されるまでの送受信時間Ｔｔｒ２に基づいて、弁体８１の開度を検出しても良い。この送受信時間Ｔｔｒ２は、生成部５３と外部アンテナ５４、内部アンテナ４０と弾性波部２０、及び、外部アンテナ５４と算出部５５との距離が無視できるとすると、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０（センサチップ１０）との相対距離Ｌ３と、弾性波部２０と反射部３０との距離に依存する。上記したように、弁体８１の開度は、相対距離Ｌ３に依存するが、弾性波部２０と反射部３０との距離は一定なので、送受信時間Ｔｔｒ２に基づいて弁体８１の開度を検出することもできる。この場合、第３記憶部５７ｃには、送受信時間Ｔｔｒ２と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。そして、第３記憶部５７ｃが、特許請求の範囲に記載の第４記憶部に相当し、演算部５８が、特許請求の範囲に記載の第４演算部の機能を含んでいる。なお、この方法によって、弁体８１の開度を検出する場合、第３反射部３３を除去することができる。
【００６９】
また、詳しい構成は省略するが、弁体８１が開度を調整して、相対距離Ｌ３が変動すると、駆動信号Ｓｄｒと検出信号Ｓｄｔとの位相差が変動するので、この位相差に基づいて、弁体８１の開度を検出しても良い。
【００７０】
更に言えば、弁体８１が開度を調整して、相対距離Ｌ３が変動すると、外部アンテナ５４の受信面積が変動するので、外部アンテナ５４にて受信される検出信号Ｓｄｔの信号強度が変動する。したがって、上記した送受信時間ではなく、検出信号Ｓｄｔの信号強度に基づいて、弁体８１の開度を検出しても良い。この場合、第３記憶部５７ｃには、検出信号Ｓｄｔの信号強度と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。そして、第３記憶部５７ｃが、特許請求の範囲に記載の第５記憶部に相当し、演算部５８が、特許請求の範囲に記載の第５演算部の機能を含んでいる。なお、この方法によって、弁体８１の開度を検出する場合、第３反射部３３を除去することができる。
【００７１】
第１実施形態では、センサチップ１０の上面１０ａに、第１弾性波部２１と第２弾性波部２２とが形成され、第１内部アンテナ４１と第２内部アンテナ４２とが形成された例を示した。しかしながら、図４に示す構成を採用することで、第１実施形態に係る流量検出装置１００の作用効果を実現しつつ、第２弾性波部２２と第２内部アンテナ４２とを省略することができる。これにより、部品点数を削減することができる。
【００７２】
なお、図４では、第１弾性波部２１を介して、第１反射部３１と第２反射部３２とが、上面１０ａで所定距離離れて形成され、第１弾性波部２１と第２反射部３２との間に、第３反射部３３が形成されている。また、第１弾性波部２１と第１反射部３１との距離、第１弾性波部２１と第２反射部３２との距離、及び、第１弾性波部２１と第３反射部３３との距離がそれぞれ異なっている。これにより、第１表面弾性波Ｗ１を含む検出信号Ｓｄｔが第１内部アンテナ４１から外部アンテナ５４に伝播されるタイミング、第２表面弾性波Ｗ２を含む検出信号Ｓｄｔが第１内部アンテナ４１から外部アンテナ５４に伝播するタイミング、及び、第３表面弾性波Ｗ３を含む検出信号Ｓｄｔが第１内部アンテナ４１から外部アンテナ５４に伝播するタイミングそれぞれが異なっている。したがって、上記した３つの検出信号Ｓｄｔが外部アンテナ５４で混線することが抑制される。
【００７３】
第１実施形態では、上面１０ａが、溝１３によって領域１１，１２に分割された例を示した。しかしながら、図５及び図６に示すように、上面１０ａが、溝１３，１５によって３つの領域１１，１２，１６に分割された構成を採用することもできる。
【００７４】
図５では、第１領域１１に、薄肉部１４と、第１弾性波部２１と、第１反射部３１と、第１内部アンテナ４１とが形成され、第２領域１２に、第２弾性波部２２と、第２反射部３２と、第２内部アンテナ４２とが形成され、第３領域１６に、第３弾性波部２３と、第３反射部３３と、第３内部アンテナ４３とが形成されている。
【００７５】
図６では、第１領域１１に、薄肉部１４と、第１弾性波部２１と、第１反射部３１と、第１内部アンテナ４１とが形成され、第２領域１２に、第２弾性波部２２と、第２反射部３２と、第３反射部３３と、第２内部アンテナ４２とが形成され、第３領域１６に、感湿膜７０と、第３弾性波部２３と、第４反射部３４と、第３内部アンテナ４３とが形成されている。
【００７６】
上記したように、吸気管８０内を通る空気は、エンジンに供給される。この吸気管８０内を通る空気は、ガソリン等の燃料と混合されて、その混合された気体がエンジンに供給される。この場合、エンジンの燃焼を制御するに当たり、空気に含まれる水分量（湿度）を予め知っておくことが望ましい。それというのも、水分量が多いと、エンジンが燃焼し難くなり、水分量が少ないと、エンジンが燃焼し易くなるからである。
【００７７】
これに対して、図６に示す構成では、センサチップ１０に感湿膜７０が形成されている。感湿膜７０に水分が吸湿されると、感湿膜７０が重くなり、感湿膜７０を伝播する表面弾性波の周波数が変化する。したがって、感湿膜７０を伝播する表面弾性波の周波数変化を検出することで、流体に含まれる湿度を検出することができる。これにより、エンジン制御に必要な水分量を予め知っておくことができる。
【００７８】
なお、図６では、感湿膜７０がセンサチップ１０に形成された例を示した。しかしながら、排気ガスを再利用する車両において、吸気管８０内を排気ガスが流動し、その排気ガスがエンジンに供給される場合、エンジンの燃焼を制御するに当たり、排気ガスに含まれる成分を予め知っておくことが望ましい。したがって、この場合、感湿膜７０の代わりに、流体成分吸着膜をセンサチップ１０に形成しておくと良い。流体成分吸着膜に流体の成分が吸着されると、流体成分吸着膜が重くなり、流体成分吸着膜を伝播する表面弾性波の周波数が変化する。したがって、流体成分吸着膜を伝播する表面弾性波の周波数変化を検出することで、流体に含まれる排気ガスの成分を検出することができる。これにより、排気ガスに含まれる成分を予め知っておくことができる。図４〜図６は、センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。なお、上記した感湿膜７０や流体成分吸着膜を伝播する表面弾性波の周波数変化の算出は、算出部５５にて行われる。
【００７９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図７に基づいて説明する。図７は、第２実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。図７は、第１実施形態で示した図２に対応している。
【００８０】
第２実施形態に係る流量検出装置１００は、第１実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００８１】
第１実施形態では、反射部３０が上面１０ａに形成された例を示した。これに対し、本実施形態では、反射部３０の代わりに、受信用弾性波部２０ｂが上面１０ａに形成された点を特徴とする。
【００８２】
弾性波部２０は、駆動信号Ｓｄｒを受けて表面弾性波を発生する送信用弾性波部２０ａと、上面１０ａを伝播する表面弾性波を検出信号Ｓｄｔに変換する受信用弾性波部２０ｂと、を有する。本実施形態の送信用弾性波部２０ａは、第１送信用弾性波部２１ａと、第２送信用弾性波部２２ａと、を有し、受信用弾性波部２０ｂは、第１受信用弾性波部２１ｂと、第２受信用弾性波部２２ｂと、を有する。第１弾性波部２１ａ，２１ｂは第１領域１１に形成され、第２弾性波部２２ａ，２２ｂは第２領域１２に形成されている。
【００８３】
内部アンテナ４０は、駆動信号Ｓｄｒを受信する受信用内部アンテナ４０ａと、検出信号Ｓｄｔを送信する送信用内部アンテナ４０ｂと、を有する。本実施形態の受信用内部アンテナ４０ａは、第１受信用内部アンテナ４１ａと、第２受信用内部アンテナ４２ａと、を有し、送信用内部アンテナ４０ｂは、第１送信用内部アンテナ４１ｂと、第２送信用内部アンテナ４２ｂと、を有する。第１内部アンテナ４１ａ，４１ｂは第１領域１１に形成され、第２内部アンテナ４２ａ，４２ｂは第２領域１２に形成されている。
【００８４】
送信用弾性波部２０ａは、センサチップ１０に形成された配線（図示略）を介して、受信用内部アンテナ４０ａと電気的に接続され、受信用弾性波部２０ｂは、センサチップ１０に形成された配線（図示略）を介して、送信用内部アンテナ４０ｂと電気的に接続されている。受信用内部アンテナ４０ａを介して、処理手段５０から送信用弾性波部２０ａに、駆動信号Ｓｄｒが供給されると、上面１０ａに表面弾性波が発生し、この表面弾性波が受信用弾性波部２０ｂに伝達される。この結果、受信用弾性波部２０ｂにて表面弾性波が検出信号Ｓｄｔに変換され、この検出信号Ｓｄｔが、送信用内部アンテナ４０ｂを介して、処理手段５０に送信される。処理手段５０の算出部５５は、先ず、駆動信号Ｓｄｒと検出信号Ｓｄｔとに基づいて、空気の圧力、温度、及び、弁体８１の開度を算出し、その後、算出された空気の圧力、温度、及び、弁体８１の開度に基づいて、空気の流量を算出する。
【００８５】
以上の構成により、本実施形態に係る流量検出装置１００は、第１実施形態に係る流量検出装置１００と同等の効果を奏する。すなわち、空気の温度、圧力、及び、弁体の開度を、センサチップ１０と処理手段５０の２つの部材によって検出しているので、上記した３つの物理量を検出するために、３つの部材を用いる構成と比べて、部品点数が削減される。
【００８６】
なお、第２実施形態に係る流量検出装置１００の他の作用効果は、第１実施形態の流量検出装置１００の作用効果と重複するので、その記載を省略する。
【００８７】
ところで、第１実施形態では、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０との送受信時間Ｔｔｒ１に基づいて、弁体８１の開度を検出する例を示した。これに対して、第２実施形態では、生成部５３から駆動信号Ｓｄｒが送信され、算出部５５にて検出信号Ｓｄｔが受信されるまでの送受信時間Ｔｔｒ２に基づいて、弁体８１の開度を検出する。第２実施形態の第３記憶部５７ｃには、送受信時間Ｔｔｒ２と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。なお、第２実施形態においても、駆動信号Ｓｄｒと検出信号Ｓｄｔとの位相差に基づいて、弁体８１の開度を検出しても良い。又は、検出信号Ｓｄｔの信号強度に基づいて、弁体８１の開度を検出しても良い。この場合、第３記憶部５７ｃには、検出信号Ｓｄｔの信号強度と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。
【００８８】
第２実施形態では、センサチップ１０の上面１０ａに、第１弾性波部２１ａ，２１ｂと第２弾性波部２２ａ，２２ｂとが形成され、第１内部アンテナ４１ａ，４１ｂと第２内部アンテナ４２ａ，４２ｂとが形成された例を示した。しかしながら、図８に示す構成を採用することで、第２実施形態に係る流量検出装置１００の作用効果を実現しつつ、第２送信用弾性波部２２ａと第２受信用内部アンテナ４２ａとを省略することができる。これにより、部品点数を削減することができる。図８では、第１送信用弾性波部２１ａを介して、第１受信用弾性波部２１ｂと第２受信用弾性波部２２ｂとが、上面１０ａで所定距離離れて形成されている。そして、第１送信用弾性波部２１ａと第１受信用弾性波部２１ｂとの距離と、第１送信用弾性波部２１ａと第２受信用弾性波部２２ｂとの距離とが異なっている。これにより、第１表面弾性波Ｗ１を含む検出信号Ｓｄｔが外部アンテナ５４に伝播されるタイミングと、第２表面弾性波Ｗ２を含む検出信号Ｓｄｔが外部アンテナ５４に伝播するタイミングとが異なり、２つの検出信号Ｓｄｔが外部アンテナ５４で混線することが抑制される。図８に示す構成は、第１実施形態で示した図４に示す構成に対応している。
【００８９】
第２実施形態では、図７に示すように、上面１０ａが、溝１３によって領域１１，１２に分割された例を示した。しかしながら、図９及び図１０に示すように、上面１０ａが、溝１３，１５によって３つの領域１１，１２，１６に分割された構成を採用することもできる。
【００９０】
図９では、第１領域１１に、薄肉部１４と、第１弾性波部２１ａ，２１ｂと、第１内部アンテナ４１ａ，４１ｂとが形成され、第２領域１２に、第２弾性波部２２ａ，２２ｂと、第２内部アンテナ４２ａ，４２ｂとが形成され、第３領域１６に、第３弾性波部２３ａ，２３ｂと、第３内部アンテナ４３ａ，４３ｂとが形成されている。そして、第１送信用弾性波部２１ａと第１受信用弾性波部２１ｂとの距離と、第２送信用弾性波部２２ａと第２受信用弾性波部２２ｂとの距離とが相等しく、これらの距離が、第３送信用弾性波部２３ａと第３受信用弾性波部２３ｂとの距離と異なっている。この構成は、第１実施形態で示した図５に示す構成に対応しており、図５に示す構成は、第１実施形態で説明した図２に示す構成と同等の構成となっている。したがって、図９に示す構成の場合、外部アンテナ５４と内部アンテナ４０との送受信時間Ｔｔｒ１に基づいて、弁体８１の開度を演算することができる。この場合、第３記憶部５７ｃには、送受信時間Ｔｔｒ１と、弁体８１の開度との関係が記憶されている。
【００９１】
図１０では、第１領域１１に、薄肉部１４と、第１弾性波部２１ａ，２１ｂと、第１内部アンテナ４１ａ，４１ｂとが形成され、第２領域１２に、第２弾性波部２２ａ，２２ｂと、第２内部アンテナ４２ａ，４２ｂとが形成され、第３領域１６に、感湿膜７０と、第３弾性波部２３ａ，２３ｂと、第３内部アンテナ４３ａ，４３ｂとが形成されている。この構成は、第１実施形態で示した図６に示す構成に対応している。したがって、図１０に示す構成の場合、エンジン制御に必要な水分量を予め知っておくことができる。なお、排気ガスを再利用する車両において、吸気管８０内を排気ガスが流動し、その排気ガスがエンジンに供給される場合、感湿膜７０の代わりに、流体成分吸着膜をセンサチップ１０に形成することで、流体に含まれる排気ガスの成分を検出することができる。これにより、排気ガスに含まれる成分を予め知っておくことができる。図８〜図１０は、センサチップの変形例を示す斜視図であり、（ａ）は上面側、（ｂ）は下面側を示す。
【００９２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００９３】
第１実施形態では、センサチップ１０は、上面１０ａが空気に晒されるように、下面１０ｂを弁体８１への固定面として、弁体８１に固定された例を示した。しかしながら、一面が開口されたセンサパッケージに、その開口部から上面１０ａが露出されるようにセンサチップ１０が搭載され、センサチップ１０が搭載されたセンサパッケージを、弁体８１に固定しても良い。
【００９４】
第１実施形態では、吸気管８０に１つの処理手段５０が設けられた例を示した。しかしながら、吸気管８０に、複数の処理手段５０を設けても良い。これによれば、上記した送受信時間Ｔｔｒ１（Ｔｔｒ２）、位相差、及び、検出信号Ｓｄｔの信号強度の変化量を複数検出することができるので、弁体８１の開度の検出精度が向上される。
【００９５】
第１実施形態では、処理手段５０は、吸気管８０の下流側における、センサチップ１０側（弁体８１の鉛直上方）の外壁８０ａに設けられている例を示した。しかしながら、図１１に示すように、もう一つの処理手段５０が、吸気管８０の上流側における、弁体８１の鉛直下方の外壁８０ａに設けても良い。これによれば、弁体８１の開度が全開の状態から、弁体８１が反時計回りに回転して、弁体８１の開度が小さくなるにつれて、センサチップ１０が、新たに設けられた処理手段５０から遠ざかる。この結果、弁体８１の開度が小さくなり始める時の、上記した送受信時間Ｔｔｒ１（Ｔｔｒ２）、及び、信号強度の変化量が大きくなる。これにより、弁体８１の開度が小さくなり始める時の、弁体８１の開度の検出精度が向上される。図１１は、外部アンテナの配置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０・・・センサチップ
２０・・・弾性波部
３０・・・反射部
４０・・・内部アンテナ
５０・・・処理部
５３・・・生成部
５４・・・外部アンテナ
５５・・・算出部
１００・・・流量検出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の内部を流れる流体の流量を検出する流量検出装置であって、
圧電材料から成る、前記管内の弁体に設けられたセンサチップと、
前記センサチップに駆動信号を供給し、且つ、前記センサチップの検出信号を処理する、前記管の外部に設けられた処理手段と、を有し、
前記センサチップは、
前記弁体への固定面とは異なり、前記流体に晒されるセンサ面に、前記駆動信号を受けて表面弾性波を発生し、且つ、前記センサ面を伝播する表面弾性波を前記検出信号に変換する弾性波部と、
前記弾性波部によって発生された表面弾性波を、前記弾性波部に反射する反射部と、
前記駆動信号を受信するとともに、前記検出信号を送信する内部通信部と、を有し、
前記処理手段は、
前記駆動信号を生成する生成部と、
前記駆動信号を送信するとともに、前記検出信号を受信する外部通信部と、
前記駆動信号と前記検出信号とに基づいて、前記流体の圧力、温度、前記弁体の開度、及び、前記流体の流量を算出する算出部と、を有することを特徴とする流量検出装置。
【請求項２】
前記弾性波部は、第１弾性波部と、第２弾性波部と、を有し、
前記反射部は、第１反射部と、第２反射部と、を有し、
前記内部通信部は、第１内部通信部と、第２内部通信部と、を有し、
前記センサチップには、厚さが局所的に薄くなった薄肉部が形成され、
前記第１弾性波部と前記第１反射部とが、前記薄肉部を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第２弾性波部と前記第２反射部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第１弾性波部が、前記第１内部通信部と電気的に接続され、
前記第２弾性波部が、前記第２内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の流量検出装置。
【請求項３】
前記第１弾性波部と前記第１反射部との間の距離と、
前記第２弾性波部と前記第２反射部との間の距離とが異なることを特徴とする請求項２に記載の流量検出装置。
【請求項４】
前記センサチップには、前記センサ面を２つに分かつ溝が形成されており、
前記溝によって分かれた前記センサ面の一方の領域に、前記第１弾性波部と、前記第１反射部と、前記第１内部通信部とが形成され、他方の領域に、前記第２弾性波部と、前記第２反射部と、前記第２内部通信部とが形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の流量検出装置。
【請求項５】
前記算出部は、
前記センサ面における前記第１弾性波部と前記第１反射部との間を伝播する第１表面弾性波の周波数と、前記第２弾性波部と前記第２反射部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数との差異と、前記第１表面弾性波の圧力特性との関係が記憶された第１記憶部と、
該第１記憶部から、前記第１表面弾性波の周波数と前記第２表面弾性波の周波数との差異に対応する、前記第１表面弾性波の圧力特性を取り出して、前記流体の圧力を演算する第１演算部と、を有することを特徴とする請求項２〜４いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項６】
前記算出部は、
前記センサ面における前記第２弾性波部と前記第２反射部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数と、前記駆動信号の周波数との差異と、前記第２表面弾性波の温度特性との関係が記憶された第２記憶部と、
該第２記憶部から、前記第２表面弾性波の周波数と前記駆動信号の周波数との差異に対応する、前記第２表面弾性波の温度特性を取り出して、前記流体の温度を演算する第２演算部と、を有することを特徴とする請求項２〜５いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項７】
前記反射部は、第３反射部を有し、
該第３反射部は、前記第２弾性波部と前記第２反射部との間に形成されていることを特徴とする請求項２〜６いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項８】
前記弾性波部は、第３弾性波部を有し、
前記反射部は、第３反射部を有し、
前記内部通信部は、第３内部通信部を有し、
前記第３弾性波部と前記第３反射部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第３弾性波部が、前記第３内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２〜６いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項９】
前記算出部は、
前記外部通信部と内部通信部との送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第３記憶部と、
該第３記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第３演算部と、を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の流量検出装置。
【請求項１０】
前記算出部は、
前記生成部から前記駆動信号が送信され、前記算出部にて前記検出信号が受信されるまでの送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第４記憶部と、
該第４記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第４演算部と、を有することを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項１１】
前記算出部は、
前記検出信号の信号強度と、前記弁体の開度との関係が記憶された第５記憶部と、
該第５記憶部から、前記検出信号の信号強度に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第５演算部と、を有することを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項１２】
前記弾性波部は、第４弾性波部を有し、
前記反射部は、第４反射部を有し、
前記内部通信部は、第４内部通信部を有し、
前記センサチップに感湿膜が形成され、
前記第４弾性波部と前記第４反射部とが、前記感湿膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第４弾性波部が、前記第４内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項１３】
前記弾性波部は、第５弾性波部を有し、
前記反射部は、第５反射部を有し、
前記内部通信部は、第５内部通信部を有し、
前記センサチップに流体成分吸着膜が形成され、
前記第５弾性波部と前記第５反射部とが、前記流体成分吸着膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第５弾性波部が、前記第５内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項１４】
管の内部を流れる流体の流量を検出する流量検出装置であって、
圧電材料から成る、前記管内の弁体に設けられたセンサチップと、
前記センサチップに駆動信号を供給し、且つ、前記センサチップの検出信号を処理する、前記管の外部に設けられた処理手段と、を有し、
前記センサチップは、
前記弁体への固定面とは異なり、前記流体に晒されるセンサ面に、前記駆動信号を受けて表面弾性波を発生する送信用弾性波部と、
前記センサ面を伝播する表面弾性波を前記検出信号に変換する受信用弾性波部と、
前記駆動信号を受信する受信用内部通信部と、
前記検出信号を送信する送信用内部通信部と、を有し、
前記処理手段は、
前記駆動信号を生成する生成部と、
前記駆動信号を送信するとともに、前記検出信号を受信する外部通信部と、
前記駆動信号と前記検出信号とに基づいて、前記流体の圧力、温度、前記弁体の開度、及び、前記流体の流量を算出する算出部と、を有することを特徴とする流量検出装置。
【請求項１５】
前記送信用弾性波部は、第１送信用弾性波部と、第２送信用弾性波部と、を有し、
前記受信用弾性波部は、第１受信用弾性波部と、第２受信用弾性波部と、を有し、
前記受信用内部通信部は、第１受信用内部通信部と、第２受信用内部通信部と、を有し、
前記送信用内部通信部は、第１送信用内部通信部と、第２送信用内部通信部と、を有し、
前記センサチップには、厚さが局所的に薄くなった薄肉部が形成され、
前記第１送信用弾性波部と前記第１受信用弾性波部とが、前記薄肉部を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第２送信用弾性波部と前記第２受信用弾性波部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第１送信用弾性波部が、前記第１受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第１受信用弾性波部が、前記第１送信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第２送信用弾性波部が、前記第２受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第２受信用弾性波部が、前記第２送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の流量検出装置。
【請求項１６】
前記第１送信用弾性波部と前記第１受信用弾性波部との間の距離と、
前記第２送信用弾性波部と前記第２受信用弾性波部との間の距離とが異なることを特徴とする請求項１５に記載の流量検出装置。
【請求項１７】
前記センサチップには、前記センサ面を２つに分かつ溝が形成されており、
前記溝によって分かたれた前記センサ面の一方の領域に、前記第１送信用弾性波部と、前記第１受信用弾性波部と、前記第１送信用内部通信部と、前記第１受信用内部通信部とが形成され、他方の領域に、前記第２送信用弾性波部と、前記第２受信用弾性波部と、前記第２送信用内部通信部と、前記第２受信用内部通信部とが形成されていることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の流量検出装置。
【請求項１８】
前記算出部は、
前記センサ面における前記第１送信用弾性波部と前記第１受信用弾性波部との間を伝播する第１表面弾性波の周波数と、前記第２送信用弾性波部と前記第２受信用弾性波部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数との差異と、前記第１表面弾性波の圧力特性との関係が記憶された第１記憶部と、
該第１記憶部から、前記第１表面弾性波の周波数と前記第２表面弾性波の周波数との差異に対応する、前記第１表面弾性波の圧力特性を取り出して、前記流体の圧力を演算する第１演算部と、を有することを特徴とする請求項１５〜１７いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項１９】
前記算出部は、
前記センサ面における前記第２送信用弾性波部と前記第２受信用弾性波部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数と、前記駆動信号の周波数との差異と、前記第２表面弾性波の温度特性との関係が記憶された第２記憶部と、
該第２記憶部から、前記第２表面弾性波の周波数と前記駆動信号の周波数との差異に対応する、前記第２表面弾性波の温度特性を取り出して、前記流体の温度を演算する第２演算部と、を有することを特徴とする請求項１５〜１８いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２０】
前記送信用弾性波部は、第３送信用弾性波部を有し、
前記受信用弾性波部は、第３受信用弾性波部を有し、
前記受信用内部通信部は、第３受信用内部通信部を有し、
前記送信用内部通信部は、第３送信用内部通信部を有し、
前記第３送信用弾性波部と前記第３受信用弾性波部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第３送信用弾性波部が、前記第３受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第３受信用弾性波部が、前記第３送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１５〜１９いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２１】
前記算出部は、
前記外部通信部と内部通信部との送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第３記憶部と、
該第３記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第３演算部と、を有することを特徴とする請求項２０に記載の流量検出装置。
【請求項２２】
前記算出部は、
前記生成部から前記駆動信号が送信され、前記算出部にて前記検出信号が受信されるまでの送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第４記憶部と、
該第４記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第４演算部と、を有することを特徴とする請求項１４〜２０いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２３】
前記算出部は、
前記検出信号の信号強度と、前記弁体の開度との関係が記憶された第５記憶部と、
該第５記憶部から、前記検出信号の信号強度に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第５演算部と、を有することを特徴とする請求項１４〜２０いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２４】
前記送信用弾性波部は、第４送信用弾性波部を有し、
前記受信用弾性波部は、第４受信用弾性波部を有し、
前記受信用内部通信部は、第４受信用内部通信部を有し、
前記送信用内部通信部は、第４送信用内部通信部を有し、
前記センサチップに感湿膜が形成され、
前記第４送信用弾性波部と前記第４受信用弾性波部とが、前記感湿膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第４送信用弾性波部が、前記第４受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第４受信用弾性波部が、前記第４送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１４〜２３いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２５】
前記送信用弾性波部は、第５送信用弾性波部を有し、
前記受信用弾性波部は、第５受信用弾性波部を有し、
前記受信用内部通信部は、第５受信用内部通信部を有し、
前記送信用内部通信部は、第５送信用内部通信部を有し、
前記センサチップに流体成分吸着膜が形成され、
前記第５送信用弾性波部と前記第５受信用弾性波部とが、前記流体成分吸着膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第５送信用弾性波部が、前記第５受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第５受信用弾性波部が、前記第５送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１４〜２４いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２６】
前記弁体によって、前記管が上流側と下流側とに分断され、前記弁体が一方向に回転することで、前記管の上流側と下流側とが連通されるようになっており、
前記弁体が一方向に回転した状態において、前記弁体における前記管の上流側の部位に、前記センサチップが設けられ、
前記管の下流側における、前記センサチップ側の外壁に、前記処理手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜２５いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２７】
前記処理手段は、前記管の下流側における、前記センサチップ側の外壁に設置された第１処理手段と、前記管の上流側における、前記センサチップ側の外壁とは反対側の外壁に設置された第２処理手段と、を有することを特徴とする請求項２６に記載の流量検出装置。
【請求項２８】
前記管の外壁に、複数の処理手段が設置されていることを特徴とする請求項１〜２７いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２９】
前記管を流れる流体の流動方向と鉛直方向とが交差し、前記弁体によって前記管が上流側と下流側とに分断された状態から、前記弁体が軸心を中心として一方向に回転することで、前記管の上流側と下流側とが連通されるようになっており、
前記弁体によって前記管が上流側と下流側とに分断された状態において、前記弁体における前記軸心よりも鉛直上方に位置する部位に、前記センサチップが設けられていることを特徴とする請求項１〜２８いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項１】
管の内部を流れる流体の流量を検出する流量検出装置であって、
圧電材料から成る、前記管内の弁体に設けられたセンサチップと、
前記センサチップに駆動信号を供給し、且つ、前記センサチップの検出信号を処理する、前記管の外部に設けられた処理手段と、を有し、
前記センサチップは、
前記弁体への固定面とは異なり、前記流体に晒されるセンサ面に、前記駆動信号を受けて表面弾性波を発生し、且つ、前記センサ面を伝播する表面弾性波を前記検出信号に変換する弾性波部と、
前記弾性波部によって発生された表面弾性波を、前記弾性波部に反射する反射部と、
前記駆動信号を受信するとともに、前記検出信号を送信する内部通信部と、を有し、
前記処理手段は、
前記駆動信号を生成する生成部と、
前記駆動信号を送信するとともに、前記検出信号を受信する外部通信部と、
前記駆動信号と前記検出信号とに基づいて、前記流体の圧力、温度、前記弁体の開度、及び、前記流体の流量を算出する算出部と、を有することを特徴とする流量検出装置。
【請求項２】
前記弾性波部は、第１弾性波部と、第２弾性波部と、を有し、
前記反射部は、第１反射部と、第２反射部と、を有し、
前記内部通信部は、第１内部通信部と、第２内部通信部と、を有し、
前記センサチップには、厚さが局所的に薄くなった薄肉部が形成され、
前記第１弾性波部と前記第１反射部とが、前記薄肉部を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第２弾性波部と前記第２反射部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第１弾性波部が、前記第１内部通信部と電気的に接続され、
前記第２弾性波部が、前記第２内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の流量検出装置。
【請求項３】
前記第１弾性波部と前記第１反射部との間の距離と、
前記第２弾性波部と前記第２反射部との間の距離とが異なることを特徴とする請求項２に記載の流量検出装置。
【請求項４】
前記センサチップには、前記センサ面を２つに分かつ溝が形成されており、
前記溝によって分かれた前記センサ面の一方の領域に、前記第１弾性波部と、前記第１反射部と、前記第１内部通信部とが形成され、他方の領域に、前記第２弾性波部と、前記第２反射部と、前記第２内部通信部とが形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の流量検出装置。
【請求項５】
前記算出部は、
前記センサ面における前記第１弾性波部と前記第１反射部との間を伝播する第１表面弾性波の周波数と、前記第２弾性波部と前記第２反射部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数との差異と、前記第１表面弾性波の圧力特性との関係が記憶された第１記憶部と、
該第１記憶部から、前記第１表面弾性波の周波数と前記第２表面弾性波の周波数との差異に対応する、前記第１表面弾性波の圧力特性を取り出して、前記流体の圧力を演算する第１演算部と、を有することを特徴とする請求項２〜４いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項６】
前記算出部は、
前記センサ面における前記第２弾性波部と前記第２反射部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数と、前記駆動信号の周波数との差異と、前記第２表面弾性波の温度特性との関係が記憶された第２記憶部と、
該第２記憶部から、前記第２表面弾性波の周波数と前記駆動信号の周波数との差異に対応する、前記第２表面弾性波の温度特性を取り出して、前記流体の温度を演算する第２演算部と、を有することを特徴とする請求項２〜５いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項７】
前記反射部は、第３反射部を有し、
該第３反射部は、前記第２弾性波部と前記第２反射部との間に形成されていることを特徴とする請求項２〜６いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項８】
前記弾性波部は、第３弾性波部を有し、
前記反射部は、第３反射部を有し、
前記内部通信部は、第３内部通信部を有し、
前記第３弾性波部と前記第３反射部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第３弾性波部が、前記第３内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２〜６いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項９】
前記算出部は、
前記外部通信部と内部通信部との送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第３記憶部と、
該第３記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第３演算部と、を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の流量検出装置。
【請求項１０】
前記算出部は、
前記生成部から前記駆動信号が送信され、前記算出部にて前記検出信号が受信されるまでの送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第４記憶部と、
該第４記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第４演算部と、を有することを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項１１】
前記算出部は、
前記検出信号の信号強度と、前記弁体の開度との関係が記憶された第５記憶部と、
該第５記憶部から、前記検出信号の信号強度に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第５演算部と、を有することを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項１２】
前記弾性波部は、第４弾性波部を有し、
前記反射部は、第４反射部を有し、
前記内部通信部は、第４内部通信部を有し、
前記センサチップに感湿膜が形成され、
前記第４弾性波部と前記第４反射部とが、前記感湿膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第４弾性波部が、前記第４内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項１３】
前記弾性波部は、第５弾性波部を有し、
前記反射部は、第５反射部を有し、
前記内部通信部は、第５内部通信部を有し、
前記センサチップに流体成分吸着膜が形成され、
前記第５弾性波部と前記第５反射部とが、前記流体成分吸着膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第５弾性波部が、前記第５内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項１４】
管の内部を流れる流体の流量を検出する流量検出装置であって、
圧電材料から成る、前記管内の弁体に設けられたセンサチップと、
前記センサチップに駆動信号を供給し、且つ、前記センサチップの検出信号を処理する、前記管の外部に設けられた処理手段と、を有し、
前記センサチップは、
前記弁体への固定面とは異なり、前記流体に晒されるセンサ面に、前記駆動信号を受けて表面弾性波を発生する送信用弾性波部と、
前記センサ面を伝播する表面弾性波を前記検出信号に変換する受信用弾性波部と、
前記駆動信号を受信する受信用内部通信部と、
前記検出信号を送信する送信用内部通信部と、を有し、
前記処理手段は、
前記駆動信号を生成する生成部と、
前記駆動信号を送信するとともに、前記検出信号を受信する外部通信部と、
前記駆動信号と前記検出信号とに基づいて、前記流体の圧力、温度、前記弁体の開度、及び、前記流体の流量を算出する算出部と、を有することを特徴とする流量検出装置。
【請求項１５】
前記送信用弾性波部は、第１送信用弾性波部と、第２送信用弾性波部と、を有し、
前記受信用弾性波部は、第１受信用弾性波部と、第２受信用弾性波部と、を有し、
前記受信用内部通信部は、第１受信用内部通信部と、第２受信用内部通信部と、を有し、
前記送信用内部通信部は、第１送信用内部通信部と、第２送信用内部通信部と、を有し、
前記センサチップには、厚さが局所的に薄くなった薄肉部が形成され、
前記第１送信用弾性波部と前記第１受信用弾性波部とが、前記薄肉部を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第２送信用弾性波部と前記第２受信用弾性波部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第１送信用弾性波部が、前記第１受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第１受信用弾性波部が、前記第１送信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第２送信用弾性波部が、前記第２受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第２受信用弾性波部が、前記第２送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の流量検出装置。
【請求項１６】
前記第１送信用弾性波部と前記第１受信用弾性波部との間の距離と、
前記第２送信用弾性波部と前記第２受信用弾性波部との間の距離とが異なることを特徴とする請求項１５に記載の流量検出装置。
【請求項１７】
前記センサチップには、前記センサ面を２つに分かつ溝が形成されており、
前記溝によって分かたれた前記センサ面の一方の領域に、前記第１送信用弾性波部と、前記第１受信用弾性波部と、前記第１送信用内部通信部と、前記第１受信用内部通信部とが形成され、他方の領域に、前記第２送信用弾性波部と、前記第２受信用弾性波部と、前記第２送信用内部通信部と、前記第２受信用内部通信部とが形成されていることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の流量検出装置。
【請求項１８】
前記算出部は、
前記センサ面における前記第１送信用弾性波部と前記第１受信用弾性波部との間を伝播する第１表面弾性波の周波数と、前記第２送信用弾性波部と前記第２受信用弾性波部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数との差異と、前記第１表面弾性波の圧力特性との関係が記憶された第１記憶部と、
該第１記憶部から、前記第１表面弾性波の周波数と前記第２表面弾性波の周波数との差異に対応する、前記第１表面弾性波の圧力特性を取り出して、前記流体の圧力を演算する第１演算部と、を有することを特徴とする請求項１５〜１７いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項１９】
前記算出部は、
前記センサ面における前記第２送信用弾性波部と前記第２受信用弾性波部との間を伝播する第２表面弾性波の周波数と、前記駆動信号の周波数との差異と、前記第２表面弾性波の温度特性との関係が記憶された第２記憶部と、
該第２記憶部から、前記第２表面弾性波の周波数と前記駆動信号の周波数との差異に対応する、前記第２表面弾性波の温度特性を取り出して、前記流体の温度を演算する第２演算部と、を有することを特徴とする請求項１５〜１８いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２０】
前記送信用弾性波部は、第３送信用弾性波部を有し、
前記受信用弾性波部は、第３受信用弾性波部を有し、
前記受信用内部通信部は、第３受信用内部通信部を有し、
前記送信用内部通信部は、第３送信用内部通信部を有し、
前記第３送信用弾性波部と前記第３受信用弾性波部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第３送信用弾性波部が、前記第３受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第３受信用弾性波部が、前記第３送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１５〜１９いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２１】
前記算出部は、
前記外部通信部と内部通信部との送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第３記憶部と、
該第３記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第３演算部と、を有することを特徴とする請求項２０に記載の流量検出装置。
【請求項２２】
前記算出部は、
前記生成部から前記駆動信号が送信され、前記算出部にて前記検出信号が受信されるまでの送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第４記憶部と、
該第４記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第４演算部と、を有することを特徴とする請求項１４〜２０いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２３】
前記算出部は、
前記検出信号の信号強度と、前記弁体の開度との関係が記憶された第５記憶部と、
該第５記憶部から、前記検出信号の信号強度に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第５演算部と、を有することを特徴とする請求項１４〜２０いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２４】
前記送信用弾性波部は、第４送信用弾性波部を有し、
前記受信用弾性波部は、第４受信用弾性波部を有し、
前記受信用内部通信部は、第４受信用内部通信部を有し、
前記送信用内部通信部は、第４送信用内部通信部を有し、
前記センサチップに感湿膜が形成され、
前記第４送信用弾性波部と前記第４受信用弾性波部とが、前記感湿膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第４送信用弾性波部が、前記第４受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第４受信用弾性波部が、前記第４送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１４〜２３いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２５】
前記送信用弾性波部は、第５送信用弾性波部を有し、
前記受信用弾性波部は、第５受信用弾性波部を有し、
前記受信用内部通信部は、第５受信用内部通信部を有し、
前記送信用内部通信部は、第５送信用内部通信部を有し、
前記センサチップに流体成分吸着膜が形成され、
前記第５送信用弾性波部と前記第５受信用弾性波部とが、前記流体成分吸着膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第５送信用弾性波部が、前記第５受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第５受信用弾性波部が、前記第５送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１４〜２４いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２６】
前記弁体によって、前記管が上流側と下流側とに分断され、前記弁体が一方向に回転することで、前記管の上流側と下流側とが連通されるようになっており、
前記弁体が一方向に回転した状態において、前記弁体における前記管の上流側の部位に、前記センサチップが設けられ、
前記管の下流側における、前記センサチップ側の外壁に、前記処理手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜２５いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２７】
前記処理手段は、前記管の下流側における、前記センサチップ側の外壁に設置された第１処理手段と、前記管の上流側における、前記センサチップ側の外壁とは反対側の外壁に設置された第２処理手段と、を有することを特徴とする請求項２６に記載の流量検出装置。
【請求項２８】
前記管の外壁に、複数の処理手段が設置されていることを特徴とする請求項１〜２７いずれか１項に記載の流量検出装置。
【請求項２９】
前記管を流れる流体の流動方向と鉛直方向とが交差し、前記弁体によって前記管が上流側と下流側とに分断された状態から、前記弁体が軸心を中心として一方向に回転することで、前記管の上流側と下流側とが連通されるようになっており、
前記弁体によって前記管が上流側と下流側とに分断された状態において、前記弁体における前記軸心よりも鉛直上方に位置する部位に、前記センサチップが設けられていることを特徴とする請求項１〜２８いずれか１項に記載の流量検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−４２４３０（Ｐ２０１２−４２４３０Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８６４１１（Ｐ２０１０−１８６４１１）
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]