フローセンサ、流量計、および流量制御装置
【課題】容易に製造することができるとともに、検出結果の安定性が高いフローセンサ、流量計、および流量制御装置を提供する。
【解決手段】フローセンサ１は、流体が流通する流路１１が内部に設けられた流路保持体１０と、流体の速度を検出するための検出部２０と、を備え、流路保持体１０は、それぞれが接合された複数の部材１２，１３，１４を含み、検出部２０は、前記複数の部材１２，１３，１４のうちの一の部材と他の部材との間に配置される。
【解決手段】フローセンサ１は、流体が流通する流路１１が内部に設けられた流路保持体１０と、流体の速度を検出するための検出部２０と、を備え、流路保持体１０は、それぞれが接合された複数の部材１２，１３，１４を含み、検出部２０は、前記複数の部材１２，１３，１４のうちの一の部材と他の部材との間に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係るいくつかの態様は、流体の速度を検出するための検出部を備えるフローセンサ、流量計、および流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のフローセンサとして、流体が流通する毛細管（キャピラリー）の外周面に抵抗線を巻き回して検出部を形成するものがあった。しかし、このようなフローセンサでは、毛細管に巻き回される抵抗線の張力（テンション）が適切でない場合に、抵抗線の抵抗値が所望の値からずれたり、経年劣化により所望の値から変化したりすることがあった。
【０００３】
この問題を解決するために、流体を内部に流すセンサ管と、このセンサ管に挿入固定されたセラミックチューブと、このセラミックチューブに形成された白金パターンとを備える流量センサにおいて、セラミックチューブの外周面に蒸着された白金を、レーザトリミングにより除去してらせん状の白金パターンを形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３６６７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のフローセンサでは、筒状のセラミックチューブの外周面に白金を蒸着しているが、曲面上に均一の厚さで白金を付着させるのは困難であり、付着した白金の厚さが異なると所望の抵抗値を得られないという問題があった。また、レーザトリミングにより外周面に形成された白金を除去して抵抗値を設定する工程は、複雑であるためスループット（単位時間あたりの処理量）が低く、さらに、設定される抵抗値の精度が高くないという問題があった。
【０００６】
本発明のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、容易に製造することができるとともに、検出結果の安定性が高いフローセンサ、流量計、および流量制御装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るフローセンサは、流体が流通する流路が内部に設けられた流路保持体と、流体の速度を検出するための検出部と、を備え、流路保持体は、それぞれが接合された複数の部材を含み、検出部は、複数の部材のうちの一の部材と他の部材との間に配置される。
【０００８】
かかる構成によれば、流路保持体が、それぞれが接合された複数の部材を含み、当該複数の部材のうちの一の部材と他の部材との間に検出部が配置される。ここで、一の部材と他の部材との間に検出部を配置する工程は、例えば、他の部材に検出部を設け、当該他の部材と一の部材とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部を容易に設けることができる。また、検出部は、一の部材と他の部材とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。
【０００９】
好ましくは、検出部は、前述の一の部材および前述の他の部材のうちの一方に、パターニングにより形成される。
【００１０】
かかる構成によれば、検出部が、前述の一の部材および前述の他の部材のうちの一方に、パターニングにより形成される。ここで、パターニングは、例えば、フォトリソグラフィとエッチングなどの工程により行うことができ、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、微細なパターンを形成することができ、製造精度（工作精度）が高い。よって、パターニングにより検出部を形成することにより、検出精度の高い検出部を容易に実現することができる。
【００１１】
好ましくは、検出部は、流体を加熱して流体に温度差を生じさせるように構成された加熱ユニットを含む。
【００１２】
かかる構成によれば、検出部が、流体を加熱して流体に温度差を生じさせるように構成された加熱ユニットを含む。これにより、流体の温度差から当該流体の速度（流速）を検出する熱式のフローセンサを容易に実現（構成）することができる。
【００１３】
好ましくは、流路保持体は、第１ないし第３の前述の部材を含み、加熱ユニットは、第１および第２のヒータを有し、第１のヒータは第１の部材と第２の部材との間に配置され、第２のヒータは第２の部材と第３の部材との間に配置される。
【００１４】
かかる構成によれば、第１のヒータが第１の部材と第２の部材との間に配置され、第２のヒータが第２の部材と第３の部材との間に配置される。これにより、第１のヒータは第２の部材の一方側に配置され、第２のヒータは第２の部材の他方側に配置されるので、第１のヒータおよび第２のヒータのそれぞれを、流路の上流側と下流側とに配置することが可能となる。これにより、流路における上流側の流体と下流側の流体とをそれぞれ加熱することができ、流路を流通する流体に容易に温度差を生じさせることができる。
【００１５】
好ましくは、第１のヒータおよび第２のヒータのそれぞれは、前述の流路の外周を囲むように形成された抵抗体である。
【００１６】
かかる構成によれば、
第１のヒータおよび第２のヒータのそれぞれが、前述の流路の外周を囲むように形成された抵抗体である。これにより、流路を流通する流体をむらなく（均一に）加熱することができ、流路を流通する流体に温度差を生じさせる加熱ユニットを、容易に実現（構成）することができる。
【００１７】
好ましくは、前述の複数の部材のそれぞれは、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。
【００１８】
かかる構成によれば、前述の複数の部材のそれぞれが、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。これにより、流体に対して露出している部分が耐食性を有するので、流体が、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ2、ＢＣｌ3などを含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）などの所定の腐食性物質を含む場合に好適に用いることができる。
【００１９】
本発明に係る流量計は、前述のフローセンサを備える。
【００２０】
かかる構成によれば、流体の流量を測定する流量計が前述のフローセンサを備える。これにより、従来の流量計と比較して、測定される流体の流量の安定性が高い流量計を容易に実現することができる。
【００２１】
本発明に係る流量制御装置は、前述のフローセンサを備える。
【００２２】
かかる構成によれば、流体の流量を制御する流量制御装置が前述のフローセンサを備える。これにより、従来の流量制御装置と比較して、制御される流体の流量の安定性が高い流量制御装置を容易に実現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るフローセンサによれば、一の部材と他の部材との間に検出部を配置する工程は、例えば、他の部材に検出部を設け、当該他の部材と一の部材とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部を容易に設けることができる。また、検出部は、一の部材と他の部材とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。これにより、従来のフローセンサと比較して、容易に製造することができるともに、検出部が外部から受ける影響を低減することができ、検出部の経年劣化が少なくなり、検出される流体の速度（流速）の安定性を高めることができる。
【００２４】
また、本発明に係る流量計によれば、従来の流量計と比較して、測定される流体の流量の安定性が高い流量計を容易に実現することができる。
【００２５】
また、本発明に係る流量制御装置によれば、従来の流量制御装置と比較して、制御される流体の流量の安定性が高い流量制御装置を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るフローセンサの一例を説明する斜視図である。
【図２】図１に示した第１部材の上面図である。
【図３】図１に示した第２部材の上面図である。
【図４】図１に示した第３部材の上面図である。
【図５】本発明に係る流量計および流量制御装置の一例を説明する断面図である。
【図６】図１に示した分流路の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。
【００２８】
＜フローセンサ＞
図１ないし図４は、本発明に係るフローセンサの一実施形態を示すためのものである。図１は、本発明に係るフローセンサの一例を説明する斜視図である。図１に示すように、フローセンサ１は、内部に流路１１が設けられた流路保持体１０を備える。略六面体の流路保持体１０において、対向する二面（図１において上面と下面）のそれぞれに開口が形成されている。流路１１は、一方の開口から他方の開口まで貫通しており、被測定対象である流体はこの流路１１を流通する。
【００２９】
流路保持体１０は、複数の部材、例えば、第１部材１２と、第２部材１３と、第３部材１４と、を含んで構成される。第１部材１２の下面と第２部材１３の上面とは接合されており、また、第２部材１３の下面と第３部材１４の上面とは接合されている。
【００３０】
フローセンサ１は、流体の速度を検出するための検出部２０をさらに備える。検出部２０は、流路保持体１０の内部に設けられ、流路１１を流通する流体を加熱する第１ヒータ２１および第２ヒータ２２を含んで構成される。第１ヒータ２１および第２ヒータ２２のそれぞれは、例えば、抵抗素子である。第１ヒータ２１および第２ヒータ２２は、流路１１を流通する流体に温度差を生じさせるように構成されている。これにより、流体の温度差から当該流体の速度（流速）を検出する熱式のフローセンサ１を容易に実現（構成）することができる。なお、本実施形態の第１ヒータ２１および第２ヒータ２２は、本発明のフローセンサにおける「加熱ユニット」の一例に相当する。
【００３１】
図２は、図１に示した第１部材１２の上面図である。図２に示すように、平面視において、第２部材１３は、正方形の対角部分（図２において破線で示す右上部分および左下部分）を切除したような六角形の形状を有しており、中央部には流路１１が形成されている。
【００３２】
図３は、図１に示した第２部材１３の上面図である。図３に示すように、平面視において、第２部材１３は、正方形の１つの角部分（図３において破線で示す右上部分）を切除したような五角形の形状を有しており、中央部には流路１１が形成されている。また、第２部材１３の上面には、前述した第１ヒータ２１と２つの電極パッド２３とが設けられ、第１ヒータ２１と各電極パッド２３とは、配線により接続される。２つの電極パッド２３は、第２部材１３の上面において左下部分に設けられ、図１に示すように、第１部材１２と第２部材１３とが接合されたときに、第１部材１２において除去された左下の角に対応する位置に配置される。これにより、各電極パッド２３は、フローセンサ１の外部に露出され、ボンディングワイヤなどの信号線を介して、外部の機器と接続することが可能となる。
【００３３】
図４は図１に示した第３部材１４の上面図である。図４に示すように、平面視において、第３部材１４は、正方形の形状を有しており、中央部に流路１１が形成されている。また、第３部材１４の上面には、前述した第２ヒータ２２と２つの電極パッド２４とが設けられ、第２ヒータ２２と各電極パッド２４とは、配線により接続される。２つの電極パッド２４は、第３部材１４の上面において右上部分に設けられ、図１に示すように、第２部材１３と第３部材１４とが接合されたときに、第２部材１３において除去された右上の角に対応する位置に配置される。これにより、各電極パッド２４は、フローセンサ１の外部に露出され、ボンディングワイヤなどの信号線を介して、外部の機器と接続することが可能となる。
【００３４】
このような構成を備えるフローセンサ１は、図１に示すように、第１ヒータ２１が第１部材１２と第２部材１３との間に配置され、第２ヒータ２２が第２部材１３と第３部材１４との間に配置される。これにより、第１ヒータ２１は第２部材の一方側（図１において上側）に配置され、第２ヒータ２２は第２部材１３の他方側（図１において下側）に配置されるので、流体が、例えば、図１中にブロック矢印で示す方向に流通する場合に、第１ヒータ２１を流路１１の上流側に、第２ヒータ２２を流路１１の下流側に配置することが可能となる。
【００３５】
ここで、流路１１内の流体が停止している（流れていない）場合、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２によって流路１１内の流体に加えられた熱は、上流方向および下流方向へ対称的に分布し、第１ヒータ２１の温度と第２ヒータ２２の温度とが等しくなる（温度バランスが保たれる）。
【００３６】
これに対し、流路１１内の流体が上流から下流に流れている場合、第１ヒータ２１は流体によって熱が奪われ、第２ヒータ２２は流体から熱が与えられる。従って、第１ヒータ２１と第２ヒータ２２との間に温度差が生じる（温度バランスが崩れる）。
【００３７】
このような温度差は、第１ヒータ２１の抵抗値と第２ヒータ２２の抵抗値との間に差を生じさせる。第１ヒータ２１の抵抗値と第２ヒータ２２の抵抗値との差は、流路１１を流れる流体の速度や流量と相関関係がある。そのため、第１ヒータ２１の抵抗値と第２ヒータ２２の抵抗値との差を基に、流路１１を流通する流体の速度（流速）や流量を算出することができる。第１ヒータ２１および第２ヒータ２２の抵抗値の情報は、図１に示す電極パッド２３および電極パッド２４を通じて電気信号として取り出すことができる。
【００３８】
図３および図４に示すように、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２のそれぞれは、流路１１の外周を囲むように、流路１１の同軸（同心）状に２回取り巻いて形成される。これにより、流路１１を流通する流体をむらなく（均一に）加熱することができ、流路１１を流通する流体に温度差を生じさせる加熱ユニットを、容易に実現（構成）することができる。
【００３９】
本実施形態では、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２のそれぞれが流路１１の外周を２回取り巻く例を示したが、これに限定されない。第１ヒータ２１および第２ヒータ２２の巻数は、要求される抵抗値などの仕様に基づくものであり、仕様によっては１回でも３回以上であってもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、流路１１の平面形状が円形の例を示したが、これに限定されず、例えば、矩形や楕円形であってもよい。この場合、流路１１の外周を囲むように形成される第１ヒータ２１および第２ヒータ２２も、同じ形状であることが好ましいが、これに限定されず、異なる形状であってもよい。
【００４１】
第１ヒータ２１、各電極パッド２３、およびこれらを接続する配線は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法などの方法を用いて、第２部材１３の上面に、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）などの金属を付着させ、パターニングすることにより、形成される。同様に、第２ヒータ２２、各電極パッド２４、およびこれらを接続する配線は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法などの方法を用いて、第３部材１４の上面に、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）などの金属を付着させ、パターニングすることにより、形成される。ここで、パターニングは、例えば、フォトリソグラフィとエッチングなどの工程により行うことができ、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、微細なパターンを形成することができ、製造精度（工作精度）が高い。よって、パターニングにより検出部２０を構成する第１ヒータ２１および第２ヒータ２２を形成することにより、検出精度の高い検出部２０を容易に実現することができる。
【００４２】
第１部材１２と第２部材１３との接合前に、第１部材１２の下面において、第２部材１３の上面に形成される第１ヒータ２１および配線に対応する位置に、それぞれ座ぐりのような所定の深さの凹みを形成する。これにより、第１部材１２と第２部材１３とを接合したときに、第２部材１３に設けられた第１ヒータ２１および配線によって段差が生じて接合不良となるのを防止することができる。
【００４３】
同様に、第１部材１２と第２部材１３との接合前に、第２部材１３の下面において、第３部材１４の上面に形成される第２ヒータ２２および配線に対応する位置に、それぞれ座ぐりのような所定の深さの凹みを形成する。これにより、第２部材１３と第３部材１４とを接合したときに、第３部材１４に設けられた第２ヒータ２２および配線によって段差が生じて接合不良となるのを防止することができる。
【００４４】
そして、図３に示す第２部材１３の上面に、第１部材１２の下面を載置して、第２部材１３の上面と第１部材１２の下面とを接合する。これにより、第２部材１３の上面に設けられた第１ヒータ２１は、第１部材１２と第２部材１３との間に配置される。ここで、第１部材１２と第２部材１３との間に第１ヒータ２１を配置する工程とは、前述したように、第２部材１３に第１ヒータ２１を設け、第１ヒータ２１が設けられた第２部材１３と第１部材１２とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部２０を構成する第１ヒータ２１を容易に設けることができる。また、第１ヒータ２１は、第１部材１２と第２部材１３とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。
【００４５】
同様に、図４に示す第３部材１４の上面に、第２部材１３の下面を載置して、第３部材１４の上面と第２部材１３の下面とを接合する。これにより、第３部材１４の上面に設けられた第２ヒータ２２は、第２部材１３と第３部材１４との間に配置される。ここで、第２部材１３と第３部材１４との間に第２ヒータ２２を配置する工程は、前述したように、第３部材１４に第２ヒータ２２を設け、第２ヒータ２２が設けられた第３部材１４と第２部材１３とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部２０を構成する第２ヒータ２２を容易に設けることができる。また、第２ヒータ２２は、第２部材１３と第３部材１４とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。
【００４６】
接合方法としては、例えば、拡散接合、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを用いたイオンビームを接合する両面に照射して活性化してから接合する表面活性化接合（常温接合）、金や銀などのろう材を接合する両面に付けてから接合するろう付け、陽極接合などが挙げられる。また、接着剤を用いて接合してもよい。
【００４７】
なお、本明細書における「接合」という用語は、物と物とをつなぎ合わせる広義の接合を意味し、ろう付けなどを含む概念である。
【００４８】
流路１１は、互いに接合された第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４において、ドリルなどを用いた機械加工により、第１部材１２の上面から第３部材１４の下面まで貫通した孔を空けることで、形成される。なお、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４を接合した後に限定されず、接合前に、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４のそれぞれに、ドリルなどを用いた機械加工により孔を空けて形成してもよい。
【００４９】
なお、流路１１を形成した後に、流路１１の内面に各種のフッ素樹脂をコーティングするようにしてもよい。
【００５０】
第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）をコーティングしたもの、アルミナセラミックス、サファイア、インコネル、アルミナ、アルミニウム合金、銅などが挙げられる。
【００５１】
また、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４の材料は、所定の腐食性物質、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ2、ＢＣｌ3などを含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）などに対して耐食性を有するものが好ましい。具体的には、腐食性物質がＣｌ2、ＢＣｌ3などの塩素（Ｃｌ）を含む場合、シリコン（Ｓｉ）は、この腐食性物質に対して耐食性を有さない（耐食性が低い）ため、第１基板２０および第２基板３０の材料として用いるのは適切ではない。一方、腐食性物質が塩素（Ｃｌ）を含まないＳＯｘ、ＮＯｘなどである場合、シリコン（Ｓｉ）はこの腐食性物質に対して耐食性を有する（耐食性が高い）ので、第１基板２０および第２基板３０の材料として好適に用いることができる。これにより、これにより、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ2、ＢＣｌ3などを含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）などの所定の腐食性物質に対するフローセンサ１の耐食性を高めることができる。また、流体に対して露出している部分が耐食性を有するので、流体が所定の腐食性物質を含む場合に好適に用いることができる。
【００５２】
特に、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４の材料としては、それぞれガラスまたはセラミックスが好ましい。なお、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４のそれぞれは、同一材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
【００５３】
本実施形態では、検出部２０が第１ヒータ２１および第２ヒータ２２を含み、流路保持体１０が第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４を含む例を示したが、これに限定されない。例えば、検出部２０として、抵抗素子である１つのヒータを含むようにしてもよい。この場合、流路保持体１０は２つの部材を含み、ヒータは一の部材と他の部材の間に配置される。また、検出部２０として、それぞれが抵抗素子である１つのヒータおよび２つの温度センサを含み、ヒータによって生じた流体の温度差を２つの温度センサが検出するようにしてもよい。この場合、流路保持体１０は４つの部材を含み、２つの温度センサがヒータの上流側（一方側）と下流側（他方側）とに配置されるように、例えば、第１部材と第２部材との間に上流側の温度センサが、第２部材と第３部材との間にヒータが、第３部材と第４部材との間に下流側の温度センサが、それぞれ配置される。
【００５４】
このように、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、流路保持体１０が、それぞれが接合された第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４を含み、当該第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４のうち、第１部材１２と第２部材１３との間に検出部２０を構成する第１ヒータ２１が配置され、第２部材１３と第３部材１４との間に検出部２０を構成する第２ヒータ２２が配置される。ここで、第１部材１２と第２部材１３との間に第１ヒータ２１を配置する工程とは、前述したように、第２部材１３に第１ヒータ２１を設け、第１ヒータ２１が設けられた第２部材１３と第１部材１２とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部２０を構成する第１ヒータ２１を容易に設けることができる。また、第１ヒータ２１は、第１部材１２と第２部材１３とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。
【００５５】
さらに、第２部材１３と第３部材１４との間に第２ヒータ２２を配置する工程は、前述したように、第３部材１４に第２ヒータ２２を設け、第２ヒータ２２が設けられた第３部材１４と第２部材１３とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部２０を構成する第２ヒータ２２を容易に設けることができる。また、第２ヒータ２２は、第２部材１３と第３部材１４とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。これにより、従来のフローセンサと比較して、容易に製造することができるともに、検出部２０が外部から受ける影響を低減することができ、検出部２０の経年劣化が少なくなり、検出される流体の速度（流速）の安定性を高めることができる。
【００５６】
また、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、検出部２０を構成する第１ヒータ２１が、第１部材１２と第２部材１３とのうちの一方にパターニングにより形成され、検出部２０を構成する第２ヒータ２２が、第２部材１３と第３部材１４とのうちの一方にパターニングにより形成される。ここで、パターニングは、例えば、フォトリソグラフィとエッチングなどの工程により行うことができ、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、微細なパターンを形成することができ、製造精度（工作精度）が高い。よって、パターニングにより検出部２０を構成する第１ヒータ２１および第２ヒータ２２を形成することにより、検出精度の高い検出部２０を容易に実現することができる。
【００５７】
また、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、検出部２０が、流体を加熱して流体に温度差を生じさせるように構成された加熱ユニットを含む。これにより、流体の温度差から当該流体の速度（流速）を検出する熱式のフローセンサ１を容易に実現（構成）することができる。
【００５８】
また、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、第１ヒータ２１が第１部材１２と第２部材１３との間に配置され、第２ヒータ２２が第２部材１３と第３部材１４との間に配置される。これにより、第１ヒータ２１は第２部材の一方側（図１において上側）に配置され、第２ヒータ２２は第２部材１３の他方側（図１において下側）に配置されるので、流体が、例えば、図１中にブロック矢印で示す方向に流通する場合に、第１ヒータ２１を流路１１の上流側に、第２ヒータ２２を流路１１の下流側に配置することが可能となる。これにより、流路１１における上流側の流体と下流側の流体とをそれぞれ加熱することができ、流路１１を流通する流体に容易に温度差を生じさせることができる。
【００５９】
また、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２のそれぞれが、流路１１の外周を囲むように形成された抵抗素子である。これにより、流路１１を流通する流体をむらなく（均一に）加熱することができ、流路１１を流通する流体に温度差を生じさせる加熱ユニットを、容易に実現（構成）することができる。
【００６０】
また、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４のそれぞれが、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。これにより、流体に対して露出している部分が耐食性を有するので、流体が、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ2、ＢＣｌ3などを含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）などの所定の腐食性物質を含む場合に好適に用いることができる。
【００６１】
＜流量計および流量制御装置＞
図５および図６は、本発明に係る流量計および流量制御装置の一実施形態を示すためのものである。図５は、本発明に係る流量計および流量制御装置の一例を説明する断面図である。図５に示すように、流量制御装置１００は、分流式の流量計５０と、流量計５０の排出口６４に接続された流路９１と、流路９１に接続され、流体の流量を調整する制御弁４１を備える。
【００６２】
流量計５０は、主流路６１と一対の分流孔６５ａ，６５ｂとが設けられた主流路保持体６０と、一対の分流孔６５ａ，６５ｂを介して主流路６１から分岐する分流路７１が設けられた分流管７０と、分流管７０を覆うように主流路保持体６０に設けられた流量計本体部８０と、を備える。
【００６３】
主流路保持体６０の両端部（図５において左端部と右端部）には、注入口６３および排出口６４が設けられている。注入口６３および排出口６４のそれぞれには、ガスや液体などの流体を通す配管が挿入される。主流路保持体６０の内部に設けられた主流路６１は、注入口６３から排出口６４に貫通している。また、主流路６１内には、フローエレメント６２が設置されており、一対の分流孔６５ａ，６５ｂの間に配置される。フローエレメント６２は、主流路６１と分流路７１との分流比を設定するためのものであり、例えば、微細な流路を有する薄板が積層されたものや、金属製の細管が束ねられたものである。
【００６４】
流量計本体部８０は、前述したフローセンサ１に電気的に接続される中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）８１と、ＣＰＵ８１に電気的に接続される表示装置８２および入力装置８３と、を備える。
【００６５】
ＣＰＵ８１は、主流路６１を流れる流体の流量を算出する算出回路８１ａと、制御弁４１を制御するコントローラ８１ｂと、を備える。ＣＰＵ８１は、流量計本体部８０の外部に設けられた制御弁４１に電気的に接続されている。なお、図１に示すＣＰＵ８１は模式的に描かれており、実際には、マイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、Ｉ／Ｏ回路（入出力インタフェース）などにより構成される。
【００６６】
図６は、図１に示した分流管７０の要部拡大断面図である。図６に示すように、分流管７０の一部には、前述したフローセンサ１が挿入されており、フローセンサ１の流路１１は、分流路７１の一部をなしている。フローセンサ１は、第１ヒータ２１が上流側（図６において左側）、第２ヒータ２２が下流側（図６において右側）、になるように設置されている。フローセンサ１は、例えば、Ｏ（オー）リング７２により分流路７１に組み付けられ、固定される。このように配置されたフローセンサ１は、分流路７１を流れる流体の速度（流速）を検出し、流速に応じた検出信号をＣＰＵ８１に出力する。
【００６７】
図１に示すＣＰＵ８１の算出回路８１ａは、フローセンサ１から入力された検出信号と、メモリ（図示省略）などに記憶された分流比に関する情報および主流路６１の断面積に関する情報と、に基づいて、主流路６１を流れる流体の流量を算出する。
【００６８】
表示装置８２は、例えば、液晶ディスプレイなどであり、流量計本体部８０の上部に設置される。表示装置８２には、算出回路８１ａにより算出された流体の流量がＣＰＵ８１から入力され、表示装置８２は主流路７１を流れる流体の流量を表示する。
【００６９】
入力装置８３には、主流路７１に流すべき（流れるべき）流体の流量を示す設定流量に関する情報が、ユーザ（利用者）などの操作により入力される。入力装置８３は、入力された設定流量に関する情報をＣＰＵ８１に出力する。
【００７０】
ＣＰＵ８１のコントローラ８１ｂは、入力装置８３から入力された設定流量に関する情報と、算出回路８１ａにより算出された流体の流量と、に基づいて、制御弁４１の制御量を算出（演算）する。コントローラ８１ｂは、算出された制御弁４１の制御量に基づいて、制御弁４１を駆動する制御信号を制御弁４１に出力する。
【００７１】
制御弁４１は、例えば、ソレノイド弁である。制御弁４１は、流路４３および流路４４と、流路４３および流路４４を連通する弁室４５が設けられた弁座４２と、弁室４５に収納され、流路４４を開閉する弁体４６と、弁体４６に連結された磁性体のプランジャ４７と、通電されてプランジャ４７を上下させるソレノイドコイル４８と、を備える。
【００７２】
制御弁４１は、コントローラ８１ｂから入力された制御信号に基づいて、ソレノイドコイル４８を通電し、主流路６１を流れる流体の流量を減少させ、または、増加させる。
【００７３】
本実施形態では、コントローラ８１ｂを流量計本体部８０の内部にＣＰＵ８１として設ける例を示したが、これに限定されない。例えば、制御弁４１を制御するコントローラは、流量計本体部８０および制御弁４１と別の装置（別体）として設けるようにしてもよいし、制御弁４１と一体化して設けるようにしてよい。
【００７４】
また、本実施形態では、流量制御装置１００として、流量計５０と制御弁４１とを別々に設ける例を示したが、これに限定されず、流量計５０および制御弁４１を一体化して設けるようにしてもよい。
【００７５】
このように、本実施形態における流量計５０によれば、流体の流量を測定する流量計５０が前述したフローセンサ１を備える。これにより、従来の流量計と比較して、測定される流体の流量の安定性が高い流量計５０を容易に実現することができる。
【００７６】
また、本実施形態における流量制御装置１００によれば、流体の流量を制御する流量制御装置１００が前述したフローセンサ１を備える。これにより、従来の流量制御装置と比較して、制御される流体の流量の安定性が高い流量制御装置１００を容易に実現することができる。
【００７７】
なお、前述の実施形態の構成は、組み合わせたり或いは一部の構成部分を入れ替えたりしたりしてもよい。また、本発明の構成は前述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１…フローセンサ
１０…流路保持体
１１…流路
１２…第１部材
１３…第２部材
１４…第３部材
２０…検出部
２１…第１ヒータ（抵抗素子）
２２…第２ヒータ（抵抗素子）
５０…流量計
１００…流量制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明に係るいくつかの態様は、流体の速度を検出するための検出部を備えるフローセンサ、流量計、および流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のフローセンサとして、流体が流通する毛細管（キャピラリー）の外周面に抵抗線を巻き回して検出部を形成するものがあった。しかし、このようなフローセンサでは、毛細管に巻き回される抵抗線の張力（テンション）が適切でない場合に、抵抗線の抵抗値が所望の値からずれたり、経年劣化により所望の値から変化したりすることがあった。
【０００３】
この問題を解決するために、流体を内部に流すセンサ管と、このセンサ管に挿入固定されたセラミックチューブと、このセラミックチューブに形成された白金パターンとを備える流量センサにおいて、セラミックチューブの外周面に蒸着された白金を、レーザトリミングにより除去してらせん状の白金パターンを形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３６６７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のフローセンサでは、筒状のセラミックチューブの外周面に白金を蒸着しているが、曲面上に均一の厚さで白金を付着させるのは困難であり、付着した白金の厚さが異なると所望の抵抗値を得られないという問題があった。また、レーザトリミングにより外周面に形成された白金を除去して抵抗値を設定する工程は、複雑であるためスループット（単位時間あたりの処理量）が低く、さらに、設定される抵抗値の精度が高くないという問題があった。
【０００６】
本発明のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、容易に製造することができるとともに、検出結果の安定性が高いフローセンサ、流量計、および流量制御装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るフローセンサは、流体が流通する流路が内部に設けられた流路保持体と、流体の速度を検出するための検出部と、を備え、流路保持体は、それぞれが接合された複数の部材を含み、検出部は、複数の部材のうちの一の部材と他の部材との間に配置される。
【０００８】
かかる構成によれば、流路保持体が、それぞれが接合された複数の部材を含み、当該複数の部材のうちの一の部材と他の部材との間に検出部が配置される。ここで、一の部材と他の部材との間に検出部を配置する工程は、例えば、他の部材に検出部を設け、当該他の部材と一の部材とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部を容易に設けることができる。また、検出部は、一の部材と他の部材とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。
【０００９】
好ましくは、検出部は、前述の一の部材および前述の他の部材のうちの一方に、パターニングにより形成される。
【００１０】
かかる構成によれば、検出部が、前述の一の部材および前述の他の部材のうちの一方に、パターニングにより形成される。ここで、パターニングは、例えば、フォトリソグラフィとエッチングなどの工程により行うことができ、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、微細なパターンを形成することができ、製造精度（工作精度）が高い。よって、パターニングにより検出部を形成することにより、検出精度の高い検出部を容易に実現することができる。
【００１１】
好ましくは、検出部は、流体を加熱して流体に温度差を生じさせるように構成された加熱ユニットを含む。
【００１２】
かかる構成によれば、検出部が、流体を加熱して流体に温度差を生じさせるように構成された加熱ユニットを含む。これにより、流体の温度差から当該流体の速度（流速）を検出する熱式のフローセンサを容易に実現（構成）することができる。
【００１３】
好ましくは、流路保持体は、第１ないし第３の前述の部材を含み、加熱ユニットは、第１および第２のヒータを有し、第１のヒータは第１の部材と第２の部材との間に配置され、第２のヒータは第２の部材と第３の部材との間に配置される。
【００１４】
かかる構成によれば、第１のヒータが第１の部材と第２の部材との間に配置され、第２のヒータが第２の部材と第３の部材との間に配置される。これにより、第１のヒータは第２の部材の一方側に配置され、第２のヒータは第２の部材の他方側に配置されるので、第１のヒータおよび第２のヒータのそれぞれを、流路の上流側と下流側とに配置することが可能となる。これにより、流路における上流側の流体と下流側の流体とをそれぞれ加熱することができ、流路を流通する流体に容易に温度差を生じさせることができる。
【００１５】
好ましくは、第１のヒータおよび第２のヒータのそれぞれは、前述の流路の外周を囲むように形成された抵抗体である。
【００１６】
かかる構成によれば、
第１のヒータおよび第２のヒータのそれぞれが、前述の流路の外周を囲むように形成された抵抗体である。これにより、流路を流通する流体をむらなく（均一に）加熱することができ、流路を流通する流体に温度差を生じさせる加熱ユニットを、容易に実現（構成）することができる。
【００１７】
好ましくは、前述の複数の部材のそれぞれは、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。
【００１８】
かかる構成によれば、前述の複数の部材のそれぞれが、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。これにより、流体に対して露出している部分が耐食性を有するので、流体が、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ2、ＢＣｌ3などを含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）などの所定の腐食性物質を含む場合に好適に用いることができる。
【００１９】
本発明に係る流量計は、前述のフローセンサを備える。
【００２０】
かかる構成によれば、流体の流量を測定する流量計が前述のフローセンサを備える。これにより、従来の流量計と比較して、測定される流体の流量の安定性が高い流量計を容易に実現することができる。
【００２１】
本発明に係る流量制御装置は、前述のフローセンサを備える。
【００２２】
かかる構成によれば、流体の流量を制御する流量制御装置が前述のフローセンサを備える。これにより、従来の流量制御装置と比較して、制御される流体の流量の安定性が高い流量制御装置を容易に実現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るフローセンサによれば、一の部材と他の部材との間に検出部を配置する工程は、例えば、他の部材に検出部を設け、当該他の部材と一の部材とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部を容易に設けることができる。また、検出部は、一の部材と他の部材とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。これにより、従来のフローセンサと比較して、容易に製造することができるともに、検出部が外部から受ける影響を低減することができ、検出部の経年劣化が少なくなり、検出される流体の速度（流速）の安定性を高めることができる。
【００２４】
また、本発明に係る流量計によれば、従来の流量計と比較して、測定される流体の流量の安定性が高い流量計を容易に実現することができる。
【００２５】
また、本発明に係る流量制御装置によれば、従来の流量制御装置と比較して、制御される流体の流量の安定性が高い流量制御装置を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るフローセンサの一例を説明する斜視図である。
【図２】図１に示した第１部材の上面図である。
【図３】図１に示した第２部材の上面図である。
【図４】図１に示した第３部材の上面図である。
【図５】本発明に係る流量計および流量制御装置の一例を説明する断面図である。
【図６】図１に示した分流路の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。
【００２８】
＜フローセンサ＞
図１ないし図４は、本発明に係るフローセンサの一実施形態を示すためのものである。図１は、本発明に係るフローセンサの一例を説明する斜視図である。図１に示すように、フローセンサ１は、内部に流路１１が設けられた流路保持体１０を備える。略六面体の流路保持体１０において、対向する二面（図１において上面と下面）のそれぞれに開口が形成されている。流路１１は、一方の開口から他方の開口まで貫通しており、被測定対象である流体はこの流路１１を流通する。
【００２９】
流路保持体１０は、複数の部材、例えば、第１部材１２と、第２部材１３と、第３部材１４と、を含んで構成される。第１部材１２の下面と第２部材１３の上面とは接合されており、また、第２部材１３の下面と第３部材１４の上面とは接合されている。
【００３０】
フローセンサ１は、流体の速度を検出するための検出部２０をさらに備える。検出部２０は、流路保持体１０の内部に設けられ、流路１１を流通する流体を加熱する第１ヒータ２１および第２ヒータ２２を含んで構成される。第１ヒータ２１および第２ヒータ２２のそれぞれは、例えば、抵抗素子である。第１ヒータ２１および第２ヒータ２２は、流路１１を流通する流体に温度差を生じさせるように構成されている。これにより、流体の温度差から当該流体の速度（流速）を検出する熱式のフローセンサ１を容易に実現（構成）することができる。なお、本実施形態の第１ヒータ２１および第２ヒータ２２は、本発明のフローセンサにおける「加熱ユニット」の一例に相当する。
【００３１】
図２は、図１に示した第１部材１２の上面図である。図２に示すように、平面視において、第２部材１３は、正方形の対角部分（図２において破線で示す右上部分および左下部分）を切除したような六角形の形状を有しており、中央部には流路１１が形成されている。
【００３２】
図３は、図１に示した第２部材１３の上面図である。図３に示すように、平面視において、第２部材１３は、正方形の１つの角部分（図３において破線で示す右上部分）を切除したような五角形の形状を有しており、中央部には流路１１が形成されている。また、第２部材１３の上面には、前述した第１ヒータ２１と２つの電極パッド２３とが設けられ、第１ヒータ２１と各電極パッド２３とは、配線により接続される。２つの電極パッド２３は、第２部材１３の上面において左下部分に設けられ、図１に示すように、第１部材１２と第２部材１３とが接合されたときに、第１部材１２において除去された左下の角に対応する位置に配置される。これにより、各電極パッド２３は、フローセンサ１の外部に露出され、ボンディングワイヤなどの信号線を介して、外部の機器と接続することが可能となる。
【００３３】
図４は図１に示した第３部材１４の上面図である。図４に示すように、平面視において、第３部材１４は、正方形の形状を有しており、中央部に流路１１が形成されている。また、第３部材１４の上面には、前述した第２ヒータ２２と２つの電極パッド２４とが設けられ、第２ヒータ２２と各電極パッド２４とは、配線により接続される。２つの電極パッド２４は、第３部材１４の上面において右上部分に設けられ、図１に示すように、第２部材１３と第３部材１４とが接合されたときに、第２部材１３において除去された右上の角に対応する位置に配置される。これにより、各電極パッド２４は、フローセンサ１の外部に露出され、ボンディングワイヤなどの信号線を介して、外部の機器と接続することが可能となる。
【００３４】
このような構成を備えるフローセンサ１は、図１に示すように、第１ヒータ２１が第１部材１２と第２部材１３との間に配置され、第２ヒータ２２が第２部材１３と第３部材１４との間に配置される。これにより、第１ヒータ２１は第２部材の一方側（図１において上側）に配置され、第２ヒータ２２は第２部材１３の他方側（図１において下側）に配置されるので、流体が、例えば、図１中にブロック矢印で示す方向に流通する場合に、第１ヒータ２１を流路１１の上流側に、第２ヒータ２２を流路１１の下流側に配置することが可能となる。
【００３５】
ここで、流路１１内の流体が停止している（流れていない）場合、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２によって流路１１内の流体に加えられた熱は、上流方向および下流方向へ対称的に分布し、第１ヒータ２１の温度と第２ヒータ２２の温度とが等しくなる（温度バランスが保たれる）。
【００３６】
これに対し、流路１１内の流体が上流から下流に流れている場合、第１ヒータ２１は流体によって熱が奪われ、第２ヒータ２２は流体から熱が与えられる。従って、第１ヒータ２１と第２ヒータ２２との間に温度差が生じる（温度バランスが崩れる）。
【００３７】
このような温度差は、第１ヒータ２１の抵抗値と第２ヒータ２２の抵抗値との間に差を生じさせる。第１ヒータ２１の抵抗値と第２ヒータ２２の抵抗値との差は、流路１１を流れる流体の速度や流量と相関関係がある。そのため、第１ヒータ２１の抵抗値と第２ヒータ２２の抵抗値との差を基に、流路１１を流通する流体の速度（流速）や流量を算出することができる。第１ヒータ２１および第２ヒータ２２の抵抗値の情報は、図１に示す電極パッド２３および電極パッド２４を通じて電気信号として取り出すことができる。
【００３８】
図３および図４に示すように、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２のそれぞれは、流路１１の外周を囲むように、流路１１の同軸（同心）状に２回取り巻いて形成される。これにより、流路１１を流通する流体をむらなく（均一に）加熱することができ、流路１１を流通する流体に温度差を生じさせる加熱ユニットを、容易に実現（構成）することができる。
【００３９】
本実施形態では、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２のそれぞれが流路１１の外周を２回取り巻く例を示したが、これに限定されない。第１ヒータ２１および第２ヒータ２２の巻数は、要求される抵抗値などの仕様に基づくものであり、仕様によっては１回でも３回以上であってもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、流路１１の平面形状が円形の例を示したが、これに限定されず、例えば、矩形や楕円形であってもよい。この場合、流路１１の外周を囲むように形成される第１ヒータ２１および第２ヒータ２２も、同じ形状であることが好ましいが、これに限定されず、異なる形状であってもよい。
【００４１】
第１ヒータ２１、各電極パッド２３、およびこれらを接続する配線は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法などの方法を用いて、第２部材１３の上面に、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）などの金属を付着させ、パターニングすることにより、形成される。同様に、第２ヒータ２２、各電極パッド２４、およびこれらを接続する配線は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法などの方法を用いて、第３部材１４の上面に、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）などの金属を付着させ、パターニングすることにより、形成される。ここで、パターニングは、例えば、フォトリソグラフィとエッチングなどの工程により行うことができ、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、微細なパターンを形成することができ、製造精度（工作精度）が高い。よって、パターニングにより検出部２０を構成する第１ヒータ２１および第２ヒータ２２を形成することにより、検出精度の高い検出部２０を容易に実現することができる。
【００４２】
第１部材１２と第２部材１３との接合前に、第１部材１２の下面において、第２部材１３の上面に形成される第１ヒータ２１および配線に対応する位置に、それぞれ座ぐりのような所定の深さの凹みを形成する。これにより、第１部材１２と第２部材１３とを接合したときに、第２部材１３に設けられた第１ヒータ２１および配線によって段差が生じて接合不良となるのを防止することができる。
【００４３】
同様に、第１部材１２と第２部材１３との接合前に、第２部材１３の下面において、第３部材１４の上面に形成される第２ヒータ２２および配線に対応する位置に、それぞれ座ぐりのような所定の深さの凹みを形成する。これにより、第２部材１３と第３部材１４とを接合したときに、第３部材１４に設けられた第２ヒータ２２および配線によって段差が生じて接合不良となるのを防止することができる。
【００４４】
そして、図３に示す第２部材１３の上面に、第１部材１２の下面を載置して、第２部材１３の上面と第１部材１２の下面とを接合する。これにより、第２部材１３の上面に設けられた第１ヒータ２１は、第１部材１２と第２部材１３との間に配置される。ここで、第１部材１２と第２部材１３との間に第１ヒータ２１を配置する工程とは、前述したように、第２部材１３に第１ヒータ２１を設け、第１ヒータ２１が設けられた第２部材１３と第１部材１２とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部２０を構成する第１ヒータ２１を容易に設けることができる。また、第１ヒータ２１は、第１部材１２と第２部材１３とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。
【００４５】
同様に、図４に示す第３部材１４の上面に、第２部材１３の下面を載置して、第３部材１４の上面と第２部材１３の下面とを接合する。これにより、第３部材１４の上面に設けられた第２ヒータ２２は、第２部材１３と第３部材１４との間に配置される。ここで、第２部材１３と第３部材１４との間に第２ヒータ２２を配置する工程は、前述したように、第３部材１４に第２ヒータ２２を設け、第２ヒータ２２が設けられた第３部材１４と第２部材１３とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部２０を構成する第２ヒータ２２を容易に設けることができる。また、第２ヒータ２２は、第２部材１３と第３部材１４とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。
【００４６】
接合方法としては、例えば、拡散接合、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを用いたイオンビームを接合する両面に照射して活性化してから接合する表面活性化接合（常温接合）、金や銀などのろう材を接合する両面に付けてから接合するろう付け、陽極接合などが挙げられる。また、接着剤を用いて接合してもよい。
【００４７】
なお、本明細書における「接合」という用語は、物と物とをつなぎ合わせる広義の接合を意味し、ろう付けなどを含む概念である。
【００４８】
流路１１は、互いに接合された第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４において、ドリルなどを用いた機械加工により、第１部材１２の上面から第３部材１４の下面まで貫通した孔を空けることで、形成される。なお、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４を接合した後に限定されず、接合前に、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４のそれぞれに、ドリルなどを用いた機械加工により孔を空けて形成してもよい。
【００４９】
なお、流路１１を形成した後に、流路１１の内面に各種のフッ素樹脂をコーティングするようにしてもよい。
【００５０】
第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）をコーティングしたもの、アルミナセラミックス、サファイア、インコネル、アルミナ、アルミニウム合金、銅などが挙げられる。
【００５１】
また、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４の材料は、所定の腐食性物質、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ2、ＢＣｌ3などを含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）などに対して耐食性を有するものが好ましい。具体的には、腐食性物質がＣｌ2、ＢＣｌ3などの塩素（Ｃｌ）を含む場合、シリコン（Ｓｉ）は、この腐食性物質に対して耐食性を有さない（耐食性が低い）ため、第１基板２０および第２基板３０の材料として用いるのは適切ではない。一方、腐食性物質が塩素（Ｃｌ）を含まないＳＯｘ、ＮＯｘなどである場合、シリコン（Ｓｉ）はこの腐食性物質に対して耐食性を有する（耐食性が高い）ので、第１基板２０および第２基板３０の材料として好適に用いることができる。これにより、これにより、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ2、ＢＣｌ3などを含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）などの所定の腐食性物質に対するフローセンサ１の耐食性を高めることができる。また、流体に対して露出している部分が耐食性を有するので、流体が所定の腐食性物質を含む場合に好適に用いることができる。
【００５２】
特に、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４の材料としては、それぞれガラスまたはセラミックスが好ましい。なお、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４のそれぞれは、同一材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
【００５３】
本実施形態では、検出部２０が第１ヒータ２１および第２ヒータ２２を含み、流路保持体１０が第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４を含む例を示したが、これに限定されない。例えば、検出部２０として、抵抗素子である１つのヒータを含むようにしてもよい。この場合、流路保持体１０は２つの部材を含み、ヒータは一の部材と他の部材の間に配置される。また、検出部２０として、それぞれが抵抗素子である１つのヒータおよび２つの温度センサを含み、ヒータによって生じた流体の温度差を２つの温度センサが検出するようにしてもよい。この場合、流路保持体１０は４つの部材を含み、２つの温度センサがヒータの上流側（一方側）と下流側（他方側）とに配置されるように、例えば、第１部材と第２部材との間に上流側の温度センサが、第２部材と第３部材との間にヒータが、第３部材と第４部材との間に下流側の温度センサが、それぞれ配置される。
【００５４】
このように、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、流路保持体１０が、それぞれが接合された第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４を含み、当該第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４のうち、第１部材１２と第２部材１３との間に検出部２０を構成する第１ヒータ２１が配置され、第２部材１３と第３部材１４との間に検出部２０を構成する第２ヒータ２２が配置される。ここで、第１部材１２と第２部材１３との間に第１ヒータ２１を配置する工程とは、前述したように、第２部材１３に第１ヒータ２１を設け、第１ヒータ２１が設けられた第２部材１３と第１部材１２とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部２０を構成する第１ヒータ２１を容易に設けることができる。また、第１ヒータ２１は、第１部材１２と第２部材１３とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。
【００５５】
さらに、第２部材１３と第３部材１４との間に第２ヒータ２２を配置する工程は、前述したように、第３部材１４に第２ヒータ２２を設け、第２ヒータ２２が設けられた第３部材１４と第２部材１３とを接合することで実現可能であることから、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、検出部２０を構成する第２ヒータ２２を容易に設けることができる。また、第２ヒータ２２は、第２部材１３と第３部材１４とによって覆われるので、外部に対して露出する（さらされる）ことがない。これにより、従来のフローセンサと比較して、容易に製造することができるともに、検出部２０が外部から受ける影響を低減することができ、検出部２０の経年劣化が少なくなり、検出される流体の速度（流速）の安定性を高めることができる。
【００５６】
また、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、検出部２０を構成する第１ヒータ２１が、第１部材１２と第２部材１３とのうちの一方にパターニングにより形成され、検出部２０を構成する第２ヒータ２２が、第２部材１３と第３部材１４とのうちの一方にパターニングにより形成される。ここで、パターニングは、例えば、フォトリソグラフィとエッチングなどの工程により行うことができ、従来のフローセンサのように、毛細管に抵抗線を巻き回したり、蒸着により付着した白金をレーザによりトリミングしたりする場合と比較して、微細なパターンを形成することができ、製造精度（工作精度）が高い。よって、パターニングにより検出部２０を構成する第１ヒータ２１および第２ヒータ２２を形成することにより、検出精度の高い検出部２０を容易に実現することができる。
【００５７】
また、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、検出部２０が、流体を加熱して流体に温度差を生じさせるように構成された加熱ユニットを含む。これにより、流体の温度差から当該流体の速度（流速）を検出する熱式のフローセンサ１を容易に実現（構成）することができる。
【００５８】
また、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、第１ヒータ２１が第１部材１２と第２部材１３との間に配置され、第２ヒータ２２が第２部材１３と第３部材１４との間に配置される。これにより、第１ヒータ２１は第２部材の一方側（図１において上側）に配置され、第２ヒータ２２は第２部材１３の他方側（図１において下側）に配置されるので、流体が、例えば、図１中にブロック矢印で示す方向に流通する場合に、第１ヒータ２１を流路１１の上流側に、第２ヒータ２２を流路１１の下流側に配置することが可能となる。これにより、流路１１における上流側の流体と下流側の流体とをそれぞれ加熱することができ、流路１１を流通する流体に容易に温度差を生じさせることができる。
【００５９】
また、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２のそれぞれが、流路１１の外周を囲むように形成された抵抗素子である。これにより、流路１１を流通する流体をむらなく（均一に）加熱することができ、流路１１を流通する流体に温度差を生じさせる加熱ユニットを、容易に実現（構成）することができる。
【００６０】
また、本実施形態におけるフローセンサ１によれば、第１部材１２、第２部材１３、および第３部材１４のそれぞれが、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。これにより、流体に対して露出している部分が耐食性を有するので、流体が、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ2、ＢＣｌ3などを含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）などの所定の腐食性物質を含む場合に好適に用いることができる。
【００６１】
＜流量計および流量制御装置＞
図５および図６は、本発明に係る流量計および流量制御装置の一実施形態を示すためのものである。図５は、本発明に係る流量計および流量制御装置の一例を説明する断面図である。図５に示すように、流量制御装置１００は、分流式の流量計５０と、流量計５０の排出口６４に接続された流路９１と、流路９１に接続され、流体の流量を調整する制御弁４１を備える。
【００６２】
流量計５０は、主流路６１と一対の分流孔６５ａ，６５ｂとが設けられた主流路保持体６０と、一対の分流孔６５ａ，６５ｂを介して主流路６１から分岐する分流路７１が設けられた分流管７０と、分流管７０を覆うように主流路保持体６０に設けられた流量計本体部８０と、を備える。
【００６３】
主流路保持体６０の両端部（図５において左端部と右端部）には、注入口６３および排出口６４が設けられている。注入口６３および排出口６４のそれぞれには、ガスや液体などの流体を通す配管が挿入される。主流路保持体６０の内部に設けられた主流路６１は、注入口６３から排出口６４に貫通している。また、主流路６１内には、フローエレメント６２が設置されており、一対の分流孔６５ａ，６５ｂの間に配置される。フローエレメント６２は、主流路６１と分流路７１との分流比を設定するためのものであり、例えば、微細な流路を有する薄板が積層されたものや、金属製の細管が束ねられたものである。
【００６４】
流量計本体部８０は、前述したフローセンサ１に電気的に接続される中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）８１と、ＣＰＵ８１に電気的に接続される表示装置８２および入力装置８３と、を備える。
【００６５】
ＣＰＵ８１は、主流路６１を流れる流体の流量を算出する算出回路８１ａと、制御弁４１を制御するコントローラ８１ｂと、を備える。ＣＰＵ８１は、流量計本体部８０の外部に設けられた制御弁４１に電気的に接続されている。なお、図１に示すＣＰＵ８１は模式的に描かれており、実際には、マイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、Ｉ／Ｏ回路（入出力インタフェース）などにより構成される。
【００６６】
図６は、図１に示した分流管７０の要部拡大断面図である。図６に示すように、分流管７０の一部には、前述したフローセンサ１が挿入されており、フローセンサ１の流路１１は、分流路７１の一部をなしている。フローセンサ１は、第１ヒータ２１が上流側（図６において左側）、第２ヒータ２２が下流側（図６において右側）、になるように設置されている。フローセンサ１は、例えば、Ｏ（オー）リング７２により分流路７１に組み付けられ、固定される。このように配置されたフローセンサ１は、分流路７１を流れる流体の速度（流速）を検出し、流速に応じた検出信号をＣＰＵ８１に出力する。
【００６７】
図１に示すＣＰＵ８１の算出回路８１ａは、フローセンサ１から入力された検出信号と、メモリ（図示省略）などに記憶された分流比に関する情報および主流路６１の断面積に関する情報と、に基づいて、主流路６１を流れる流体の流量を算出する。
【００６８】
表示装置８２は、例えば、液晶ディスプレイなどであり、流量計本体部８０の上部に設置される。表示装置８２には、算出回路８１ａにより算出された流体の流量がＣＰＵ８１から入力され、表示装置８２は主流路７１を流れる流体の流量を表示する。
【００６９】
入力装置８３には、主流路７１に流すべき（流れるべき）流体の流量を示す設定流量に関する情報が、ユーザ（利用者）などの操作により入力される。入力装置８３は、入力された設定流量に関する情報をＣＰＵ８１に出力する。
【００７０】
ＣＰＵ８１のコントローラ８１ｂは、入力装置８３から入力された設定流量に関する情報と、算出回路８１ａにより算出された流体の流量と、に基づいて、制御弁４１の制御量を算出（演算）する。コントローラ８１ｂは、算出された制御弁４１の制御量に基づいて、制御弁４１を駆動する制御信号を制御弁４１に出力する。
【００７１】
制御弁４１は、例えば、ソレノイド弁である。制御弁４１は、流路４３および流路４４と、流路４３および流路４４を連通する弁室４５が設けられた弁座４２と、弁室４５に収納され、流路４４を開閉する弁体４６と、弁体４６に連結された磁性体のプランジャ４７と、通電されてプランジャ４７を上下させるソレノイドコイル４８と、を備える。
【００７２】
制御弁４１は、コントローラ８１ｂから入力された制御信号に基づいて、ソレノイドコイル４８を通電し、主流路６１を流れる流体の流量を減少させ、または、増加させる。
【００７３】
本実施形態では、コントローラ８１ｂを流量計本体部８０の内部にＣＰＵ８１として設ける例を示したが、これに限定されない。例えば、制御弁４１を制御するコントローラは、流量計本体部８０および制御弁４１と別の装置（別体）として設けるようにしてもよいし、制御弁４１と一体化して設けるようにしてよい。
【００７４】
また、本実施形態では、流量制御装置１００として、流量計５０と制御弁４１とを別々に設ける例を示したが、これに限定されず、流量計５０および制御弁４１を一体化して設けるようにしてもよい。
【００７５】
このように、本実施形態における流量計５０によれば、流体の流量を測定する流量計５０が前述したフローセンサ１を備える。これにより、従来の流量計と比較して、測定される流体の流量の安定性が高い流量計５０を容易に実現することができる。
【００７６】
また、本実施形態における流量制御装置１００によれば、流体の流量を制御する流量制御装置１００が前述したフローセンサ１を備える。これにより、従来の流量制御装置と比較して、制御される流体の流量の安定性が高い流量制御装置１００を容易に実現することができる。
【００７７】
なお、前述の実施形態の構成は、組み合わせたり或いは一部の構成部分を入れ替えたりしたりしてもよい。また、本発明の構成は前述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１…フローセンサ
１０…流路保持体
１１…流路
１２…第１部材
１３…第２部材
１４…第３部材
２０…検出部
２１…第１ヒータ（抵抗素子）
２２…第２ヒータ（抵抗素子）
５０…流量計
１００…流量制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する流路が内部に設けられた流路保持体と、
前記流体の速度を検出するための検出部と、を備え、
前記保持体は、それぞれが接合された複数の部材を含み、
前記検出部は、前記複数の部材のうちの一の部材と他の部材との間に配置される
ことを特徴とするフローセンサ。
【請求項２】
前記検出部は、前記一の部材および前記他の部材のうちの一方の接合面に、パターニングにより形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のフローセンサ。
【請求項３】
前記検出部は、前記流体を加熱して前記流体に温度差を生じさせるように構成された加熱ユニットを含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載のフローセンサ。
【請求項４】
前記流路保持体は、第１ないし第３の前記部材を含み、
前記加熱ユニットは、第１および第２のヒータを有し、
前記第１のヒータは前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置され、前記第２のヒータは前記第２の部材と前記第３の部材との間に配置される
ことを特徴とする請求項３に記載のフローセンサ。
【請求項５】
前記第１のヒータおよび前記第２のヒータのそれぞれは、前記流路の外周を囲むように形成された抵抗体である
ことを特徴とする請求項４に記載のフローセンサ。
【請求項６】
前記複数の部材のそれぞれは、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のフローセンサ。
【請求項７】
流体の流量を測定する流量計であって、
請求項１ないし６のいずれかに記載のフローセンサを備える
ことを特徴とする流量計。
【請求項８】
流体の流量を制御する流量制御装置であって、
請求項１ないし６のいずれかに記載のフローセンサを備える
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項１】
流体が流通する流路が内部に設けられた流路保持体と、
前記流体の速度を検出するための検出部と、を備え、
前記保持体は、それぞれが接合された複数の部材を含み、
前記検出部は、前記複数の部材のうちの一の部材と他の部材との間に配置される
ことを特徴とするフローセンサ。
【請求項２】
前記検出部は、前記一の部材および前記他の部材のうちの一方の接合面に、パターニングにより形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のフローセンサ。
【請求項３】
前記検出部は、前記流体を加熱して前記流体に温度差を生じさせるように構成された加熱ユニットを含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載のフローセンサ。
【請求項４】
前記流路保持体は、第１ないし第３の前記部材を含み、
前記加熱ユニットは、第１および第２のヒータを有し、
前記第１のヒータは前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置され、前記第２のヒータは前記第２の部材と前記第３の部材との間に配置される
ことを特徴とする請求項３に記載のフローセンサ。
【請求項５】
前記第１のヒータおよび前記第２のヒータのそれぞれは、前記流路の外周を囲むように形成された抵抗体である
ことを特徴とする請求項４に記載のフローセンサ。
【請求項６】
前記複数の部材のそれぞれは、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のフローセンサ。
【請求項７】
流体の流量を測定する流量計であって、
請求項１ないし６のいずれかに記載のフローセンサを備える
ことを特徴とする流量計。
【請求項８】
流体の流量を制御する流量制御装置であって、
請求項１ないし６のいずれかに記載のフローセンサを備える
ことを特徴とする流量制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０２８５４（Ｐ２０１２−２０２８５４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８３３６（Ｐ２０１１−６８３３６）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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