JP2006017724A - 非対称デザインを有する熱式流量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＳＦに接触しない温度センサ及びヒーターを用いてＣＳＦの流量を測定する熱式流量センサを提供すること。
【解決手段】熱式流量センサであって、第１の面及び反対側の第２の面を有する第１の基板、第２の基板、及び第３の基板を含む。第１の基板は第２の基板に第３の基板は第２の基板に結合され、第２の基板は内部形成された溝を有し、その第２の基板、第１の基板の第２の面、及び第３の基板の第１の面によって画定された導管が形成されている。導管は流体の流れる方向を有する。ヒーターが導管の反対側の第１の基板の第１の面に配置され、第１の温度センサが、流体の流れとは反対方向にヒーターから第１の距離離間して導管の反対側の第１の基板の第１の面に配置されている。第２の温度センサが、流体の流れとは反対方向にヒーターから第２の距離離間して導管の反対側の第１の基板の第１の面に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱式流量センサに関連する。詳細には、本発明は、シャント内の脳脊髄液（ＣＳＦ）の流れを監視するために用いることができる熱式流量センサに関する。

水頭症は、脳室内のＣＳＦの異常な蓄積による症状である。適切に治療しないと、水頭症は子供や大人に重度の身体障害をもたらし、死に至ることもある。脳脊髄液が蓄積すると、脳室が膨張して脳内の圧力が上昇する。水頭症は、出生時から子供に起きる重度の変性症状である。水頭症は、遺伝因子と環境因子の複雑な相互作用によって起こると考えられている。人生の後年でも水頭症に罹ることがある。その原因は、例えば、脊椎披裂、脳出血、頭蓋骨外傷、腫瘍、及び嚢胞などである。

水頭症は、約５０００〜１０，０００人の新生児に１人の割合で起こる。水頭症の予防法や治療法は、未だ分かっていない。現在、最も効果的な治療法は耳の後ろにシャントを外科移植することである。シャントは可撓性のチューブであり、これを脳の脳室系に挿入して脳脊髄液を体の他の部位に排出することができる。しかしながら、シャントが機能障害を起こすことが良くあり、これにより患者に感染症が起き、重度の合併症（例えば、発達障害や学習障害など）が引き起こされる場合がある。

ある推定によれば、シャントが移植された患者の最大５０％が人生のある時点でシャントの機能障害を経験する。シャントの機能障害の殆どは、カテーテルの閉塞とシャント弁の誤調節である。

本発明の発明者は、ＣＳＦの流れを監視するために開発された本発明に従った小型移植用流量センサを用いてシャントの機能障害による合併症の発症を検出できると考えている。このようなセンサは、ＣＳＦに接触しない温度センサ及びヒーターを用いてＣＳＦの流量を測定する。従って、このようなセンサは、長期（例えば、１０年以上）に亘って使用するために移植することができる。

具体的には、シャント弁が子供に移植されると、移植された別のセンサでインプラントの機能障害を効果的に検出することができる。本発明に従った熱式流量センサは、水頭症の治療に著しい進展を与え、患者のシャント弁の流速を連続的に最適化できる閉ループ制御系の開発に向けたステップを可能にする。

加えて、本発明の熱式流量センサは、以前は得られなかった髄液（ＣＳＦ）の生成及び排出についての新規の情報を医師に提供できる。

ＣＳＦに接触しない温度センサ及びヒーターを用いてＣＳＦの流量を測定する熱式流量センサを提供すること。

現在の好適な例示的な実施形態に従えば、本発明は、第１の面及び反対側の第２の面を備えた第１の基板を有する熱式流量センサを含む。第２の基板が、第１の面及び反対側の第２の面を有する。第１の基板は、その第２の面が第２の基板の第１の面に当接するように第２の基板に結合されている。第３の基板が、第１の面及び反対側の第２の面を有する。第３の基板は、その第１の面が第２の基板の第２の面に当接するように第２の基板に結合されている。第２の基板は内部に形成された溝を有し、これにより、その第２の基板、第１の基板の第２の面、及び第３の基板の第１の面によって画定された導管が形成されている。導管は、流体の流れる方向を有する。ヒーターが、導管の反対側の第１の基板の第１の面に配置されている。第１の温度センサが、流体の流れる方向とは反対側の方向にヒーターから第１の距離離間して導管の反対側の第１の基板の第１の面に配置されている。第２の温度センサが、流体の流れる方向とは反対方向にヒーターから第２の所定距離離間して導管の反対側の第１の基板の第１の面に配置されている。第２の所定距離は第１の所定距離よりも長い。

ＣＳＦに接触しない温度センサ及びヒーターを用いてＣＳＦの流量を測定する小型移植用流量センサを用いてシャントの機能障害による合併症の発症を検出できる。

本発明の上記した及び別の目的、特徴、及び利点が、添付の図面を参照しながら本発明の特定の実施形態の詳細な説明を読めばよりよく理解できるであろう。全ての図面において、類似の構成要素には同一の参照番号が付されている。

図１‐図６を参照すると、本発明に従った熱式流量センサ１０が示されている。現在好適な例示的な実施形態では、熱式流量センサは、第１の基板１２、第２の基板１４、及び第３の基板１６を含む。第１の基板１２は、第１の面１８及び反対側の第２の面２０を有する。第２の基板１４は、第１の面２２及び反対側の第２の面２４を有する。第３の基板１６は、第１の面２６及び反対側の第２の面２８を有する。第１の基板１２は、その第２の面２０が第２の基板１４の第１の面２２に当接するように第２の基板１４に結合されている。第３の基板１６は、その第１の面２６が第２の基板１４の第２の面２４に当接するように第２の基板１４に結合されている。第１の基板は、第２の基板に接着されるのが好ましく、第２の基板は、第３の基板に接着するのが好ましい。第１の基板及び第３の基板は、好ましくは、例えばＰＹＲＥＸ（登録商標）やＢＯＲＯＦＬＯＡＴ（登録商標）などのホウケイ酸ガラスから形成するのが好ましい。第２の基板は、シリコンから形成するのが好ましい。

第２の基板１４は、図１に例示されているように内部に形成された溝３０を有し、これにより第２の基板１４、第１の基板の第２の面２０、及び第３の基板の第１の面２６によって画定された導管３２が形成されている。この溝は、第２のシリコン基板１４をエッチングして形成するのが好ましい。例示的な一実施形態では、溝は、３８０μｍ×３０００μｍの断面寸法を有することができる。ヒーター３４が、導管３２の反対側の第１の基板１２の第１の面１８に配置されている。第１の温度センサ３６が、導管３２と反対側の第１の基板１２の第１の面１８に配置されている。第２の温度センサ３８もまた、導管３２の反対側の第１の基板１２の第１の面１８に配置されている。このセンサは、流速３００ｍｌ／時間で約０．００５℃の温度差を検出することができる。

温度センサ及びヒーターは、ホウケイ酸ガラスから形成するのが好ましい第１の基板の第１の面または第２の面に金属を直接堆積させて（例えば、蒸着またはスパッタリング）形成するのが好ましい。これらの金属堆積方法では、真空室内でガラス表面上に薄い金属膜を堆積させることができる。当業者であれば、リソグラフ法によってどのように薄膜をパターン形成するかを容易に理解できるであろう。例示的な一実施形態では、金属の薄膜は複数の層からなる（例えば、クロム（Ｃｒ）、プラチナ（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、及び金（Ａｕ）など）。クロムまたはチタンは、ホウケイ酸ガラスによく付着するため接着層として用いるのに適している。次いで、Ｐｔの層をＣｒまたはＴｉの上に堆積させて、ヒーター及び温度センサ構造として用いることができる。ヒーター及び温度センサを形成する際に、同じ基板上の残りの電子素子のために電気経路も形成することができる。金の層は、ヒーターまたは温度センサ構造が存在しないプラチナ層の上面に堆積させて、残りの電子回路の電気経路を形成するのが好ましい。しかしながら、ヒーターまたは温度センサが存在しない領域に、金の層をＣｒまたはＴｉの接着層に直接堆積させることもできる。ヒーターは、図１２に示されているように、内部を流れる電流による抵抗熱によって作動する。温度センサは、図１２に示されているように、その周囲温度による抵抗の変化によって作動する。本発明のセンサでは、各温度センサにおける周囲温度は、特に、ヒーターによって生成される熱量、第１の基板の厚み、及び導管を流れる流体の流速によって決まる。

キャップ４０が第１の基板１２の第１の面１８に取り付けられており、これにより内部区画４２が画定されている。キャップ４０は、好ましくは、ＰＹＲＥＸ（登録商標）から形成し、第１の基板に鑞付けし、これにより密閉された内部区画４２が形成される。センサが移植用医療装置として用いられる場合、移植が生体拒絶されないように最終的なパリレン層をセンサの外面に設ける。ヒーター３４、第１の温度センサ３６、及び第２の温度センサ３８が、内部区画４２内に配置されている。他の電子素子４４もまた、内部区画４２内に配置され、ヒーター３４、第１の温度センサ３６、及び第２の温度センサ３８に電気的に接続されている。当業者であれば、ヒーター及び／またはセンサからのデータを外部制御ユニットに対してテレメトリで送受信できるように電子素子を組み立てる方法は用意に理解できるであろう。導管から第１の基板の反対側の面に温度センサ及びヒーターを配置すると、センサ及びヒーターが導管内の流体（例えば、ＣＳＦ）に直接接触しない。この構造を反転基板と呼ぶことにする。従って、本発明に従ったセンサは、生体適合性デザインであり、水頭症シャントや注入ポンプなどの長期に亘るインプラントに適している（例えば、１０年以上）。センサ及び電子素子の生体適合性パッケージングには次の利点がある。
１．体液が生体適合性ガラスとしか接触しない。
２．Ｔｉ／Ｐｔセンサ、ヒーター、及びセンサの電子素子が同じ基板に配置されるため製造コストを削減できる。
３．センサ電子素子は、フリップチップ技術によって製造できるＡＳＩＣを利用して劇的に小型化することができる。

代替の実施形態に従えば、熱式流量センサは、図４ａ‐図４ｃに例示されているように、２つの基板１２’及び１４’から構成され、それらの基板の一方または両方に溝３０’が形成されており、これにより両方の基板によって画定された導管３２’が形成されている。別の代替の実施形態では、熱式流量センサは、図５及び図６に示されているように、唯１つの基板１２’’から構成することができる。基板１２’’は、第１の上面１８’’、反対側の第２の下面２０’’、及び第１の上面１８’’と第２の下面２０’’との間に延在する少なくとも１つの側端部４６’’を有する。導管３２’’は基板１２’’内に形成されている。導管３２’’は、入口開口４８’’及び出口開口５０’’を有する。開口４８’’及び５０’’のそれぞれは、図６に示されているように、少なくとも１つの側端部４６’’に形成されている。

導管３２、３２’、及び３２’’内を流れる流体の速度を決定するために、流体が導管の入口開口から入って出口開口から出ることができる。流体は、導管から離れた反対側のヒーター３４で加熱される。言い換えれば、ヒーター及び温度センサは、導管内を流れる流体と接触しない。流体の温度は、導管から離れた反対側の本体の第１の面に配置された第１の温度センサによって検出される。流体の温度はまた、導管から離れた反対側の本体の第１の面に配置された第２の温度センサによっても検出することができる。現在好適な例示的な実施形態では、２つの温度センサは約２０００μｍ離間している。温度センサ間の距離は、測定する流速に部分的に依存する。当業者であれば、検出した温度に基づいて流体の流速を容易に決定することができる。流体は、ＣＳＦであるのが好ましく、熱式流量センサ１０は、図１１に示されているようにシャント１００内に配置されるのが好ましい。

本発明に従ったセンサのデザインでは、３００ｍｌ／時間に達する流量（流量２５ｍｌ／時間で最適な感度）に対して、及び２秒の迅速応答ステップに対して静的及び動的ＦＥＭシミュレーションによってセンサを最適化した。ＣＳＦの通常の流量は約２５ｍｌ／時間である。流量２５ｍｌ／時間では、センサ信号の温度は約１４０ｍＶ／ｍｌ／時間であり、２７０ｍｌ／時間を超える大きい流量では、センサ信号の感度は約５ｍＶ／ｍｌ／時間である。約２秒のセンサの応答時間は、ガラス基板上の従来のセンサの約１０秒に比べてかなり短い時間である。加えて、従来のセンサは、２〜３ｍｌ／時間までの流量しか検出することができない。迅速な応答ステップにより、患者の頭の位置が急に変動した場合も（例えば起床時など）、ＣＳＦの流量を測定することが可能である。

ここで図３を参照されたい。第１の基板、第２の基板、及び第３の基板のそれぞれによって、第１の基板の第１の面１８と第３の基板の第２の面２８との間に延在する少なくとも１つの側端部４６を有する複層本体構造を形成している。導管３２は、それぞれが少なくとも１つの側端部４６に形成された入口開口４８及び出口開口５０を有する。現在好適な例示的な実施形態では、入口開口４８及び出口開口５０は、第２の基板１４のみに配置されている。ダイシングソーを用いて３つの層を切断して、第２の基板の開口を露出させることができる。この実施形態は、入口開口及び出口開口が上面及び／または下面ではなく本体構造の側端部に配置されているため、ストリームライン・パッケージングと呼ぶ。

ここで図７を参照されたい。本発明の別の実施形態に従って、第１の凹部５２が、ヒーター３４と第１の温度センサ３６との間の第１の基板１２の第１の面１８に形成されている。図示されているように、第１の凹部５２はヒーター３４に直接隣接して配置されている。第２の凹部５４が、ヒーター３４と第２の温度センサ３８との間の第１の基板１２の第１の側面１８に形成されている（図８Ａを参照）。図示されているように、第２の凹部５４は、第１の凹部とは反対側にヒーター３４に直接隣接して配置されている。別法では、図８Ｂ及び図８Ｃに示されているように、凹部５２及び５４は、その両方を第１の基板１２の第２の面に形成する、または一方を第１の基板の第１の面に形成し、他方を第１の基板の第２の面に形成することができる。凹部５２及び５４は、第１の基板の厚みの約半分まで第１の基板内に延びているのが好ましい。本発明の別の変更形態に従えば、凹部５２及び５４は、第１の基板の第１の面及び第１の基板の第２の面に配置することができる。

凹部５２及び５４を用いて、矢印Ａによって示されているように、ヒーター３４によって生成された熱が第１の基板を介して導管３２内へ移動するのを案内することができる。次いで、矢印Ｂによって示されているように、流体によって吸収された熱エネルギーが、第１の基板を介して第１の温度センサ及び第２の温度センサに戻される。空気は良好な熱の導体ではないため、ヒーターによって生成された熱の殆ど全てが矢印Ａ及びＢによって示されている経路に沿って移動する。もちろん、一部の熱は第１の基板内を移動するが、当業者であれば、これを考慮して本発明に従った熱式流量センサを容易に較正することができるであろう。第１の基板の厚み、ヒーターによって生成される熱の程度、凹部の寸法、及び当業者に周知の他の因子によって、導管内を流れる流体の速度を容易に決定することができる。次いで、この情報をテレメトリによって外部制御ユニットに送信することができる（不図示）。

図４Ａ‐図５に示されている前の代替の実施形態のように、凹部５２及び５４を有する熱式流量センサは、図４Ａ‐図４Ｃに示されているように２つの基板１２’及び１４’から構成する、または図５に示されているように唯１つの基板１２’’から構成することができる。

ここで図９Ａを参照すると、本発明の更に別の実施形態に従った熱式流量センサが例示されている。この実施形態では、第１の温度センサ３６は、導管内を流れる流体の方向とは反対方向にヒーター３４から第１の所定距離離間して、導管とは反対側の第１の基板の第１の面に配置されている。第２の温度センサ３８は、流体が流れる方向とは反対方向にヒーター３４から第２の所定距離離間して、導管の反対側の第１の基板の第１の面に配置されている。図９Ａに例示されているように、第２の所定距離は第１の所定距離よりも長い。この実施形態は、流体の流れる方向にヒーターが２つの温度センサの間に位置するのではなく、両方の温度センサがヒーターの一側に位置するため非対称センサデザインと呼ぶ。

ここで図９Ｂを参照すると、図９Ａの実施形態の変更形態が例示されている。この変更形態では、第１の温度センサ及び第２の温度センサはそれぞれ、流体の流れる方向とは反対方向ではなく流体の流れる方向に、ヒーターから第１の所定距離及び第２の所定距離離間して配置されている。

ここで図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すると、図９の実施形態の別の変更形態が例示されている。この変更形態に従えば、ヒーター及び温度センサが導管内に配置されているため、導管内を流れる流体に接触する。この変更形態に従えば、第１の温度センサ及び第２の温度センサはそれぞれ、図１０Ａに示されているように図９Ａの実施形態と同様に流体の流れる方向とは反対方向に、または図１０Ｂに示されているように図９Ｂの実施形態と同様に流体の流れる方向に、ヒーターから第１の所定距離及び第２の所定距離離間して配置することができる。

図４Ａ‐図５に示されている前の代替の実施形態のように、流体の流れる方向またはその反対方向にヒーターの一側に配置された第１の温度センサ及び第２の温度センサを有する熱式流量センサは、図４Ａ‐図４Ｃに示されているように２つの基板１２’及び１４’から構成する、または図５に示されているように唯１つの基板１２’’から構成することができる。

本発明の発明者は、非対称センサデザインでは、カットオフ流速と呼ばれる一定の流速よりも低い流速を検出できないことを見出した。このカットオフ流速は、通常は約１〜２ｍｌ／時間である。０ｍｌ／時間からカットオフ流速までの流速を測定するには、図９Ａに例示されているような第２のヒーター５６を用いることができる。このヒーター５６は、流体の流れる方向に、第２のセンサ３８と第１のセンサ３６との間に配置されている。

本発明に従った熱式流量センサの現在好適な例示的な実施形態を説明してきたが、当業者であれば、本発明の開示により他の変更形態、改良形態、及び変形形態に容易に想到するであろう。１つの実施形態の要素を別の実施形態の要素と交換することも本発明の範囲に包含される。図面は正確な縮尺で描く必要はなく、単に概念を示すものであることを理解されたい。従って、このような全ての変更形態、改良形態、及び変形形態が、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内であることを理解されたい。

ここで開示した全ての発行された特許、継続中の特許出願、刊行物、学術論文、書籍、または他の参照文献は、言及することを以って本明細書の一部とする。

本発明の実施態様は以下の通りである。
（１）第１の面及び反対側の第２の面を有する第１の基板と、
第１の面及び反対側の第２の面を有する第２の基板であって、前記第１の基板の前記第２の面が前記第２の基板の前記第１の面に当接するように前記第１の基板に結合された、前記第２の基板と、
第１の面及び反対側の第２の面を有する第３の基板であって、前記第２の基板の前記第２の面が前記第３の基板の前記第１の面に当接するように前記第２の基板に結合された、前記第３の基板と、
前記第２の基板が内部に形成された溝を有し、これにより前記第２の基板、前記第１の基板の前記第２の面、及び前記第３の基板の前記第１の面によって画定された導管が形成され、前記導管が流体の流れる方向を有しており、
前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置されたヒーターと、
前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
（２）更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする実施態様（１）に記載の熱式流量センサ。
（３）前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、これにより密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする実施態様（２）に記載の熱式流量センサ。
（４）更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電子素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に接続されていることを特徴とする実施態様（３）に記載の熱式流量センサ。
（５）前記第１の基板及び前記第３の基板がホウケイ酸ガラスから形成されていることを特徴とする実施態様（１）に記載の熱式流量センサ。

（６）前記第２の基板がシリコンから形成されていることを特徴とする実施態様（５）に記載の熱式流量センサ。
（７）前記第１の基板が前記第２の基板に接着され、前記第２の基板が前記第３の基板に接着されていることを特徴とする実施態様（１）に記載の熱式流量センサ。
（８）更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする実施態様（１）に記載の熱式流量センサ。
（９）熱式流量センサであって、
第１の面及び反対側の第２の面を有する第１の基板と、
第１の面及び反対側の第２の面を有する第２の基板であって、前記第１の基板の前記第２の面が前記第２の基板の前記第１の面に当接するように前記第１の基板に結合された、前記第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方が内部に形成された溝を有し、これにより前記第１の基板及び前記第２の基板によって画定された導管が形成され、前記導管が流体の流れる方向を有しており、
前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置されたヒーターと、
前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
（１０）更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする実施態様（９）に記載の熱式流量センサ。

（１１）前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、これにより密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする実施態様（１０）に記載の熱式流量センサ。
（１２）更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電子素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に接続されていることを特徴とする実施態様（１１）に記載の熱式流量センサ。
（１３）前記第１の基板がホウケイ酸ガラスから形成されていることを特徴とする実施態様（９）に記載の熱式流量センサ。
（１４）前記第２の基板がシリコンから形成されていることを特徴とする実施態様（１３）に記載の熱式流量センサ。
（１５）前記第１の基板が前記第２の基板に接着されていることを特徴とする実施態様（９）に記載の熱式流量センサ。

（１６）更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする実施態様（９）に記載の熱式流量センサ。
（１７）熱式流量センサであって、
第１の上面、反対側の第２の下面、前記第１の上面と前記第２の下面との間に延在する少なくとも１つの側端部、それぞれが前記少なくとも１つの側端部に形成された入口開口及び出口開口を備えた内部形成された導管を有する第１の基板と、
前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置されたヒーターと、
前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
（１８）更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする実施態様（１７）に記載の熱式流量センサ。
（１９）前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、これにより密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする実施態様（１８）に記載の熱式流量センサ。
（２０）更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電気素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に結合されていることを特徴とする実施態様（１９）に記載の熱式流量センサ。

（２１）更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする実施態様（１７）に記載の熱式流量センサ。
（２２）熱式流量センサであって、
第１の面及び反対側の第２の面を有する第１の基板と、
第１の面及び反対側の第２の面を有する第２の基板であって、前記第１の基板の前記第２の面が前記第２の基板の前記第１の面に当接するように前記第１の基板に結合された、前記第２の基板と、
第１の面及び反対側の第２の面を有する第３の基板であって、前記第２の基板の前記第２の面が前記第３の基板の前記第１の面に当接するように前記第２の基板に結合された、前記第３の基板と、
前記第２の基板が内部に形成された溝を有し、これにより、前記第２の基板、前記第１の基板の前記第２の面、及び前記第３の基板の前記第１の面によって画定された導管が形成され、前記導管が流体の流れる方向を有しており、
前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置されたヒーターと、
前記流体の流れる方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
前記流体の流れる方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
（２３）更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする実施態様（２２）に記載の熱式流量センサ。
（２４）前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする実施態様（２３）に記載の熱式流量センサ。
（２５）更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電子素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に接続されていることを特徴とする実施態様（２４）に記載の熱式流量センサ。

（２６）前記第１の基板及び前記第３の基板がホウケイ酸ガラスから形成されていることを特徴とする実施態様（２２）に記載の熱式流量センサ。
（２７）前記第２の基板がシリコンから形成されていることを特徴とする実施態様（２６）に記載の熱式流量センサ。
（２８）前記第１の基板が前記第２の基板に接着され、前記第２の基板が前記第３の基板に接着されていることを特徴とする実施態様（２２）に記載の熱式流量センサ。
（２９）更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする実施態様（２２）に記載の熱式流量センサ。
（３０）熱式流量センサであって、
第１の面及び反対側の第２の面を有する第１の基板と、
第１の面及び反対側の第２の面を有する第２の基板であって、前記第１の基板の前記第２の面が前記第２の基板の前記第１の面に当接するように前記第１の基板に結合された、前記第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方が内部に形成された溝を有し、これにより前記第１の基板及び前記第２の基板によって画定された導管が形成され、前記導管が流体の流れる方向を有しており、
前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置されたヒーターと、
前記流体の流れる方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
前記流体の流れる方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。

（３１）更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする実施態様（３０）に記載の熱式流量センサ。
（３２）前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする実施態様（３１）に記載の熱式流量センサ。
（３３）更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電子素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に接続されていることを特徴とする実施態様（３２）に記載の熱式流量センサ。
（３４）前記第１の基板がホウケイ酸ガラスから形成されていることを特徴とする実施態様（３０）に記載の熱式流量センサ。
（３５）前記第２の基板がシリコンから形成されていることを特徴とする実施態様（３４）に記載の熱式流量センサ。

（３６）前記第１の基板が前記第２の基板に接着されていることを特徴とする実施態様（３０）に記載の熱式流量センサ。
（３７）更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする実施態様（３０）に記載の熱式流量センサ。
（３８）熱式流量センサであって、
第１の上面、反対側の第２の下面、前記第１の上面と前記第２の下面との間に延在する少なくとも１つの側端部、及びその少なくとも１つの側端部にそれぞれ形成された入口開口及び出口開口を有する内部に形成された導管を有する第１の基板と、
前記導管の反対側の前記第１の基板の第１の面に配置されたヒーターと、
流体の流れる方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
前記流体が流れる方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
（３９）更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする実施態様（３８）に記載の熱式流量センサ。
（４０）前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、これにより密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする実施態様（３８）に記載の熱式流量センサ。

（４１）更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電子素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に接続されていることを特徴とする実施態様（３８）に記載の熱式流量センサ。
（４２）更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする実施態様（３８）に記載の熱式流量センサ。
（４３）熱式流量センサであって、
第１の上面、反対側の第２の下面、前記第１の上面と前記第２の下面との間に延在する少なくとも１つの側端部、及びその少なくとも１つの側端部にそれぞれ形成された入口開口及び出口開口を有する内部に形成された導管を有する第１の基板と、
前記導管内に配置されたヒーターと、
流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して前記導管内に配置された第１の温度センサと、
前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して前記導管内に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
（４４）更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管内に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする実施態様（４３）に記載の熱式流量センサ。

本発明に従った熱式流量センサの斜視図である。 矢印の方向から図１の線２‐２に沿って見た模式的な熱式流量センサの断面図である。 矢印の方向から図２の線３‐３に沿って見た熱式流量センサの断面図である。 第２の基板に溝が形成された２つの基板のみを有する熱式流量センサを示す図２に類似した断面図である。 第１の基板に溝が形成された２つの基板のみを有する熱式流量センサを示す図２に類似した断面図である。 第１の基板及び第２の基板の両方に溝が形成された２つの基板のみを有する熱式流量センサを示す図２に類似した断面図である。 内部に溝が形成された唯１つの基板を有する熱式流量センサを示す図２に類似した断面図である。 矢印の方向から図５の線６‐６に沿って見た熱式流量センサの断面図である。 第１の基板、ヒーター、及び第１の基板の上面に設けられた第２の温度センサを示す拡大部分斜視図である。 第１の基板の第１の面に形成された凹部を示す熱式流量センサの部分断面図である。 第１の基板の第２の面に形成された凹部を示す熱式流量センサの部分断面図である。 第１の基板の第１の面に形成された１つの凹部及び第１の基板の第２の面に形成された他方の凹部を示す熱式流量センサの部分断面図である。 第１の基板の第１の面及び第１の基板の第２の面に形成された凹部を示す熱式流量センサの部分断面図である。 ヒーターの温度センサが上流に形成された非対称デザインを示す熱式流量センサの断面図である。 ヒーターの下流に温度センサが形成された非対称デザインを示す熱式流量センサの断面図である。 導管内においてヒーターの温度センサが上流に形成された非対称デザインを示す熱式流量センサの断面図である。 導管内においてヒーターの下流に温度センサが形成された非対称デザインを示す熱式流量センサの断面図である。 シャント内に組み込まれた熱式流量センサを示す斜視図である。 ヒーター及び温度センサを示す第１の基板の第１の面または第２の面の模式的な平面図である。

符号の説明

１０ 熱式流量センサ
１２ 第１の基板
１４ 第２の基板
１６ 第３の基板
１８ 第１の基板の第１の面
２０ 第１の基板の第２の面
２２ 第２の基板の第１の面
２４ 第２の基板の第２の面
２６ 第３の基板の第１の面
２８ 第３の基板の第２の面
３０、３０’ 溝
３２、３２’、３２’’ 導管
３４ ヒーター
３６ 第１の温度センサ
３８ 第２の温度センサ
４０ キャップ
４２ 内部区画
４４ 電子素子
４６、４６’’ 側端部
４８、４８’’ 入口開口
５０、５０’’ 出口開口
５２、５４ 凹部
１００ シャント

Claims (44)

1. 第１の面及び反対側の第２の面を有する第１の基板と、
   第１の面及び反対側の第２の面を有する第２の基板であって、前記第１の基板の前記第２の面が前記第２の基板の前記第１の面に当接するように前記第１の基板に結合された、前記第２の基板と、
   第１の面及び反対側の第２の面を有する第３の基板であって、前記第２の基板の前記第２の面が前記第３の基板の前記第１の面に当接するように前記第２の基板に結合された、前記第３の基板と、
   前記第２の基板が内部に形成された溝を有し、これにより前記第２の基板、前記第１の基板の前記第２の面、及び前記第３の基板の前記第１の面によって画定された導管が形成され、前記導管が流体の流れる方向を有しており、
   前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置されたヒーターと、
   前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
   前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
2. 更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量センサ。
3. 前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、これにより密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱式流量センサ。
4. 更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電子素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の熱式流量センサ。
5. 前記第１の基板及び前記第３の基板がホウケイ酸ガラスから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量センサ。
6. 前記第２の基板がシリコンから形成されていることを特徴とする請求項５に記載の熱式流量センサ。
7. 前記第１の基板が前記第２の基板に接着され、前記第２の基板が前記第３の基板に接着されていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量センサ。
8. 更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする請求項１に記載の熱式流量センサ。
9. 熱式流量センサであって、
   第１の面及び反対側の第２の面を有する第１の基板と、
   第１の面及び反対側の第２の面を有する第２の基板であって、前記第１の基板の前記第２の面が前記第２の基板の前記第１の面に当接するように前記第１の基板に結合された、前記第２の基板と、
   前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方が内部に形成された溝を有し、これにより前記第１の基板及び前記第２の基板によって画定された導管が形成され、前記導管が流体の流れる方向を有しており、
   前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置されたヒーターと、
   前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
   前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
10. 更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の熱式流量センサ。
11. 前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、これにより密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の熱式流量センサ。
12. 更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電子素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の熱式流量センサ。
13. 前記第１の基板がホウケイ酸ガラスから形成されていることを特徴とする請求項９に記載の熱式流量センサ。
14. 前記第２の基板がシリコンから形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の熱式流量センサ。
15. 前記第１の基板が前記第２の基板に接着されていることを特徴とする請求項９に記載の熱式流量センサ。
16. 更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする請求項９に記載の熱式流量センサ。
17. 熱式流量センサであって、
    第１の上面、反対側の第２の下面、前記第１の上面と前記第２の下面との間に延在する少なくとも１つの側端部、それぞれが前記少なくとも１つの側端部に形成された入口開口及び出口開口を備えた内部形成された導管を有する第１の基板と、
    前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置されたヒーターと、
    前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
    前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
18. 更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の熱式流量センサ。
19. 前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、これにより密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の熱式流量センサ。
20. 更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電気素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に結合されていることを特徴とする請求項１９に記載の熱式流量センサ。
21. 更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする請求項１７に記載の熱式流量センサ。
22. 熱式流量センサであって、
    第１の面及び反対側の第２の面を有する第１の基板と、
    第１の面及び反対側の第２の面を有する第２の基板であって、前記第１の基板の前記第２の面が前記第２の基板の前記第１の面に当接するように前記第１の基板に結合された、前記第２の基板と、
    第１の面及び反対側の第２の面を有する第３の基板であって、前記第２の基板の前記第２の面が前記第３の基板の前記第１の面に当接するように前記第２の基板に結合された、前記第３の基板と、
    前記第２の基板が内部に形成された溝を有し、これにより、前記第２の基板、前記第１の基板の前記第２の面、及び前記第３の基板の前記第１の面によって画定された導管が形成され、前記導管が流体の流れる方向を有しており、
    前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置されたヒーターと、
    前記流体の流れる方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
    前記流体の流れる方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
23. 更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の熱式流量センサ。
24. 前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする請求項２３に記載の熱式流量センサ。
25. 更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電子素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に接続されていることを特徴とする請求項２４に記載の熱式流量センサ。
26. 前記第１の基板及び前記第３の基板がホウケイ酸ガラスから形成されていることを特徴とする請求項２２に記載の熱式流量センサ。
27. 前記第２の基板がシリコンから形成されていることを特徴とする請求項２６に記載の熱式流量センサ。
28. 前記第１の基板が前記第２の基板に接着され、前記第２の基板が前記第３の基板に接着されていることを特徴とする請求項２２に記載の熱式流量センサ。
29. 更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする請求項２２に記載の熱式流量センサ。
30. 熱式流量センサであって、
    第１の面及び反対側の第２の面を有する第１の基板と、
    第１の面及び反対側の第２の面を有する第２の基板であって、前記第１の基板の前記第２の面が前記第２の基板の前記第１の面に当接するように前記第１の基板に結合された、前記第２の基板と、
    前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方が内部に形成された溝を有し、これにより前記第１の基板及び前記第２の基板によって画定された導管が形成され、前記導管が流体の流れる方向を有しており、
    前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置されたヒーターと、
    前記流体の流れる方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
    前記流体の流れる方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
31. 更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする請求項３０に記載の熱式流量センサ。
32. 前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする請求項３１に記載の熱式流量センサ。
33. 更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電子素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に接続されていることを特徴とする請求項３２に記載の熱式流量センサ。
34. 前記第１の基板がホウケイ酸ガラスから形成されていることを特徴とする請求項３０に記載の熱式流量センサ。
35. 前記第２の基板がシリコンから形成されていることを特徴とする請求項３４に記載の熱式流量センサ。
36. 前記第１の基板が前記第２の基板に接着されていることを特徴とする請求項３０に記載の熱式流量センサ。
37. 更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする請求項３０に記載の熱式流量センサ。
38. 熱式流量センサであって、
    第１の上面、反対側の第２の下面、前記第１の上面と前記第２の下面との間に延在する少なくとも１つの側端部、及びその少なくとも１つの側端部にそれぞれ形成された入口開口及び出口開口を有する内部に形成された導管を有する第１の基板と、
    前記導管の反対側の前記第１の基板の第１の面に配置されたヒーターと、
    流体の流れる方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第１の温度センサと、
    前記流体が流れる方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離離よりも長い第２の所定距離離間して、前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
39. 更に、前記第１の基板の前記第１の面に取り付けられて内部区画を形成するキャップを含み、前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサが前記内部区画内に配置されていることを特徴とする請求項３８に記載の熱式流量センサ。
40. 前記キャップが前記第１の基板に鑞付けされ、これにより密閉された内部区画が形成されていることを特徴とする請求項３８に記載の熱式流量センサ。
41. 更に、前記内部区画内に電子素子を含み、前記電子素子が、テレメトリによって制御ユニットに対して通信できるように前記ヒーター、前記第１の温度センサ、及び前記第２の温度センサに電気的に接続されていることを特徴とする請求項３８に記載の熱式流量センサ。
42. 更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管の反対側の前記第１の基板の前記第１の面に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする請求項３８に記載の熱式流量センサ。
43. 熱式流量センサであって、
    第１の上面、反対側の第２の下面、前記第１の上面と前記第２の下面との間に延在する少なくとも１つの側端部、及びその少なくとも１つの側端部にそれぞれ形成された入口開口及び出口開口を有する内部に形成された導管を有する第１の基板と、
    前記導管内に配置されたヒーターと、
    流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから第１の所定距離離間して前記導管内に配置された第１の温度センサと、
    前記流体の流れる方向とは反対方向に前記ヒーターから前記第１の所定距離よりも長い第２の所定距離離間して前記導管内に配置された第２の温度センサとを含むことを特徴とする熱式流量センサ。
44. 更に、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの間の前記導管内に配置された第２のヒーターを含むことを特徴とする請求項４３に記載の熱式流量センサ。
    
    

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