特許 5756274 フローセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5756274

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】フローセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/684 20060101AFI20150709BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/684 B

   G01F1/684 A

【請求項の数】6

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2010-239714(P2010-239714)

(22)【出願日】2010年10月26日

(65)【公開番号】特開2012-93173(P2012-93173A)

(43)【公開日】2012年5月17日

【審査請求日】2013年8月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】池 信一

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２２１１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０８９６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５２３５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第０１／０８８４８６（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特許第３３７９７３６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００９−２７６２６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ １／６８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の速度を検出するための検出部を有する基板と、
前記基板の一方の面側に第１の空間を形成する第１の流路形成部材と、
前記基板の他方の面側に第２の空間を形成する第２の流路形成部材と、を備え、
前記基板には、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通し、前記検出部に対して上流側に形成される上流側貫通孔と、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通し、前記検出部に対して下流側に形成される下流側貫通孔と、が設けられ、
前記上流側貫通孔を介して前記第１及び第２の空間のうちの一方から他方に前記流体が流通し、前記下流側貫通孔を介して前記第１及び第２の空間のうちの他方から一方に前記流体が流通し、
前記第１及び第２の空間の両方に、前記流体が流通し、
前記基板は第１及び第２の基板を含み、前記検出部は前記第１及び第２の基板によって被覆される
ことを特徴とするフローセンサ。

【請求項2】

前記第１の流路形成部材は、前記第１の空間を形成する凹部を有し、
前記第２の流路形成部材は、前記第２の空間を形成する凹部を有する
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】

流体の速度を検出するための検出部を有する基板と、
前記基板の一方の面側に第１の空間を形成する第１の流路形成部材と、
前記基板の他方の面側に第２の空間を形成する第２の流路形成部材と、を備え、
前記第１の流路形成部材は、前記第１の空間と外部とを連通する流入口及び流出口を有し、
前記第２の流路形成部材は、前記第２の空間と外部とを連通する流入口及び流出口を有し、
前記第１及び第２の空間の両方に、前記流体が流通し、
前記基板は第１及び第２の基板を含み、前記検出部は前記第１及び第２の基板によって被覆される
ことを特徴とするフローセンサ。

【請求項4】

前記第１及び第２の空間は、前記流体が流通する方向に対して垂直な断面の面積が同一である
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のフローセンサ。

【請求項5】

前記検出部は、前記流体を加熱するヒータと、前記ヒータによって生ずる前記流体の温
度差を測定するように構成された測温ユニットを含む
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のフローセンサ。

【請求項6】

前記測温ユニットは、前記ヒータに対して上流側と下流側とにそれぞれ配置される複数
の温度センサを有する
ことを特徴とする請求項５に記載のフローセンサ。

【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が設けられた基板を備えるフローセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種のフローセンサとして、上面に加熱部および温度検出部を含む検出部が設けられた一の基板を備える熱式流量計において、他の基板に形成された溝を一の基板の下面で覆うことにより、当該溝を流路として構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】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２７６２６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、流路を流通する流体から一の基板の下面に圧力が加わるので、当該一の基板の内部に応力が発生する、という問題があった。かかる応力は、当該一の基板に設けられた検出部において検出信号のノイズとなって表れるおそれがあった。

【0005】

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、流体からの圧力による応力を低減することのできるフローセンサ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】

【0006】

本発明に係るフローセンサは、流体の速度を検出するための検出部を有する基板と、基板の一方の面側に第１の空間を形成し、基板の他方の面側に第２の空間を形成するように設けられた流路形成部材と、を備え、第１及び第２の空間のうちの少なくとも一方に、流体が流通し、基板には、第１の空間と第２の空間とを連通し、検出部に対して上流側に形成される上流側貫通孔と、第１の空間と第２の空間とを連通し、検出部に対して下流側に形成される下流側貫通孔と、が設けられている。

【0007】

かかる構成によれば、第１及び第２の空間のうちの少なくとも一方に流体が流通し、第１の空間と第２の空間とを連通し、検出部に対して上流側に形成される上流側貫通孔と、第１の空間と第２の空間とを連通し、検出部に対して下流側に形成される下流側貫通孔と、が基板に設けられている。このように、基板に設けられた上流側貫通孔及び下流側貫通孔によって、基板の一方の面側の第１の空間と基板の他方の面側の第２の空間とが連通されるので、第１の空間における圧力と第２の空間における圧力との差（差圧）が小さくなる。これにより、基板の一方の面と他方の面との両面において、流体から受ける圧力の差（差圧）が小さくなり、基板の内部に発生する応力を低減することができるとともに、応力による検出信号のノイズを低減することができる。また、基板の厚さを変更することなく、流体からの圧力による応力を低減することができるので、基板に設けられた検出部において、所望の検出感度を設定することができる。

【0008】

好ましくは、前述の上流側貫通孔を介して第１及び第２の空間のうちの一方から他方に流体が流通し、前述の下流側貫通孔を介して第１及び第２の空間のうちの他方から一方に流体が流通する。

【0009】

かかる構成によれば、上流側貫通孔を介して第１及び第２の空間のうちの一方から他方に流体が流通し、下流側貫通孔を介して第１及び第２の空間のうちの他方から一方に流体が流通する。これにより、基板の一方の面側と他方の面側との両側に流体が流通する。また、このとき、基板の検出部は、流体が流通する第１の空間と流体が流通する第２の空間との間に宙吊りの状態で配置される。これにより、基板の一方の面と他方の面とに流体から圧力を受けるので、基板の両面において、流体から受ける圧力の差（差圧）を小さくすることができる。

【0010】

また、本発明に係るフローセンサは、流体の速度を検出するための検出部を有する基板と、基板の一方の面側に第１の空間を形成し、基板の他方の面側に第２の空間を形成するように設けられた流路形成部材と、を備え、第１及び第２の空間の両方に、流体が流通する。

【0011】

かかる構成によれば、第１及び第２の空間の両方に流体が流通する。これにより、基板の一方の面側と他方の面側との両側に流体が流通する。また、このとき、基板の検出部は、流体が流通する第１の空間と流体が流通する第２の空間との間に宙吊りの状態で配置される。これにより、基板の一方の面と他方の面とに流体から圧力を受けるので、基板の両面において、流体から受ける圧力の差（差圧）が小さくなり、基板の内部に発生する応力を低減することができるとともに、応力による検出信号のノイズを低減することができる。また、基板の厚さを変更することなく、流体からの圧力による応力を低減することができるので、基板に設けられた検出部において、所望の検出感度を設定することができる。

【0012】

好ましくは、前述の第１及び第２の空間は、流体が流通する方向に対して垂直な断面の面積が同一である。

【0013】

かかる構成によれば、第１及び第２の空間は、流体が流通する方向に対して垂直な断面の面積が同一である。これにより、第１の空間を流通する流体の流量と第２の空間を流通する流体の流量とが同一になる。これにより、基板の一方の面に受ける流体からの圧力と、基板の他方の面に受ける流体からの圧力とが同一になるので、基板の両面において、流体から受ける圧力の差（差圧）を更に小さくすることができる。

【0014】

好ましくは、前述の検出部は、流体を加熱するヒータと、ヒータによって生ずる流体の温度差を測定するように構成された測温ユニットとを含む。

【0015】

かかる構成によれば、検出部が、流体を加熱するヒータと、ヒータによって生ずる流体の温度差を測定するように構成された測温ユニットとを含む。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。また、基板の一方の面側と他方の面側との両側に流体が流通する場合、基板の一方の面側と他方の面側の何れか一方に流体が流通する場合と比較して、流体の流通によってヒータの熱が拡散し易くなる（運ばれ易くなる）。これにより、流体の速度に対して測温ユニットの測定感度を高めることができる。

【0016】

好ましくは、前述の測温ユニットは、ヒータに対して上流側と下流側とにそれぞれ配置される複数の温度センサを有する。

【0017】

かかる構成によれば、測温ユニットが、ヒータに対して上流側と下流側とにそれぞれ配置される複数の温度センサを有する。これにより、ヒータに対して上流の流体の温度と下流の流体の温度とをそれぞれ測定することができ、ヒータによって生ずる流体の温度差を容易に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係るフローセンサの一例を説明する側方断面図である。

【図2】図１に示した上部流路形成部材の下面図である。

【図3】図１に示した下部流路形成部材の上面図である。

【図4】図１に示した基板の上面図である。

【図5】図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。

【図6】図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。

【図7】図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。

【図8】図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。

【図9】図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。

【図10】図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。

【図11】本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図である。

【図12】図１１に示したフローセンサの設置例を説明する側方断面図である。

【図13】本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図である。

【図14】図１３に示したフローセンサの設置例を説明する側方断面図である。

【図15】本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図である。

【図16】本発明に係るフローセンサの参考例を説明する側方断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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、同一又は類似の部分には同一又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。

【0020】

図１乃至図１０は、本発明に係るフローセンサの一例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側方断面図である。図１に示すように、フローセンサ１０は、第１基板２０ａと第２基板２０ｂとを含む基板２０と、基板２０の上に設置された上部流路形成部材３０と、基板２０の下に設置された下部流路形成部材４０と、を備える。なお、本実施形態における上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０は、本発明のフローセンサにおける「流路形成部材」の一例に相当する。

【0021】

図２は、図１に示した上部流路形成部材の下面図である。図２に示すように、上部流路形成部材３０の下面には、矩形状の凹部３１が設けられている。凹部３１は、基板２０における対向する面、すなわち図１に示した第２基板２０ｂの上面との間に図１に示す第１空間３１ａを形成する。凹部３１には、外部に通じる流入口３２と流出口３３が設けられている。図１に示したように、流入口３２及び流出口３３は、凹部３１の底面から上部流路形成部材３０の上面に貫通しており、流入口３２から流入した流体が第１空間３１ａを通って流出口３３から流出するようになっている。また、後述する基板２０の電極部２６，２７に対応する位置に切欠部３４，３５が形成されており、上部流路形成部材３０を基板２０の上に設置したときに、電極部２６，２７が露出するようになっている。

【0022】

図３は、図１に示した下部流路形成部材の上面図である。図３に示すように、下部流路形成部材４０の上面には、矩形状の凹部４１が設けられている。凹部４１は、基板２０における対向する面、すなわち図１に示した第１基板２０ａの下面との間に図１に示した第２空間４１ａを形成する。

【0023】

上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０の材料としては、例えば、ステンレス、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、ガラス、サファイア等が挙げられる。なお、上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０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。

【0024】

図４は、図１に示した基板を説明する上面図である。図４に示すように、基板２０は、基板２０の中央部に設けられ、流体の速度を検出するための検出部２１を有する。検出部２１は、流体を加熱するヒータ（抵抗素子）２２と、ヒータ２２によって生ずる流体の温度差を測定するように構成された一組の抵抗素子２３，２４と、を含んで構成される。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１０を容易に実現（構成）することができる。なお、本実施形態における抵抗素子２３，２４は、本発明のフローセンサにおける「測温ユニット」の一例に相当する。

【0025】

抵抗素子２３，２４は、基板２０においてヒータ２２を挟んでヒータ２２の左側と右側との両側に、それぞれ設けられる。また、基板２０は、周囲温度センサ（抵抗素子）３５と、平面視において基板２０の上辺側と下辺側とに設けられ、複数の電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃを有する一組の電極部２６，２７と、をさらに有する。電極部２６，２７の各電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃと、ヒータ２２、抵抗素子２３，２４、及び周囲温度センサ２５とは、基板２０に形成された配線によって電気的に接続されている。

【0026】

このような構成を備えるフローセンサ１０は、例えば図１中にブロック矢印で示すように、測定対象である流体、例えばガスの流通する方向に沿って、抵抗素子２３，２２及び２４が順に並ぶように配置される。この場合、抵抗素子２３は、ヒータ２２よりも上流側（図１において左側）に設けられた上流側温度センサとして機能し、抵抗素子２４は、ヒータ２２よりも下流側（図１において右側）に設けられた下流側温度センサとして機能する。このように、ヒータ２２に対して上流側に抵抗素子２３を配置し、下流側に抵抗素子２４を配置することにより、ヒータ２２に対して上流の流体の温度と下流の流体の温度とをそれぞれ測定することができ、ヒータ２２によって生ずる後述する流体の温度差を、容易に測定することができる。

【0027】

基板２０において検出部２１が形成される部分は、後述するように、熱容量が小さいダイアフラムを成す。周囲温度センサ２５は、フローセンサ１０が設置された管路（図示省略）を流通するガスの温度を測定する。ヒータ２２は、例示的に、基板２０の中心に配置されており、周囲温度センサ２５が計測したガスの温度よりも一定温度高くなるように、加熱される。上流側温度センサ２３は、ヒータ２２よりも上流側の温度を検出するのに用いられ、下流側温度センサ２４は、ヒータ２２よりも下流側の温度を検出するのに用いられる。

【0028】

ここで、管路内のガスが静止している場合、ヒータ２２で加えられた熱は、上流方向及び下流方向へ対称的に拡散する。従って、上流側温度センサ２３及び下流側温度センサ２４の温度は等しくなり、上流側温度センサ２３及び下流側温度センサ２４の電気抵抗は等しくなる。これに対し、管路内のガスが上流から下流に流れている場合、ヒータ２２で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。従って、上流側温度センサ２３の温度よりも、下流側温度センサ２４の温度が高くなる。

【0029】

このような温度差は、上流側温度センサ２３の電気抵抗と下流側温度センサ２４の電気抵抗との間に差を生じさせる。下流側温度センサ２４の電気抵抗と上流側温度センサ２３の電気抵抗との差は、管路内のガスの速度や流量と相関関係がある。そのため、下流側温度センサ２４の電気抵抗と上流側温度センサ２３の電気抵抗との差を基に、管路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。抵抗素子２２、２３及び２４の電気抵抗の情報は、図４に示す電極部２６，２７を通じて電気信号として取り出すことができる。

【0030】

また、図４に示すように、基板２０には、検出部２１を挟んで検出部２１の左側と右側の両側に形成された一組の貫通孔２８，２９が設けられている。図１に示したように、貫通孔２８，２９は、基板２０の上面から下面まで貫通し、第１空間３１ａと第２空間４１ａとを連通している。貫通孔２８は検出部２１に対して上流側（図１において左側）に配置されて上流側貫通孔として機能し、貫通孔２９は検出部２１に対して下流側（図１において右側）に配置されて下流側貫通孔として機能する。このように、基板２０に設けられた上流側貫通孔２８及び下流側貫通孔２９によって、基板２０の一方の面（図１において上面）側の第１空間３１ａと基板２０の他方の面（図１において下面）側の第２空間４１ａとが連通されるので、第１空間３１ａにおける圧力と第２空間４１ａにおける圧力との差（差圧）が小さくなる。

【0031】

本実施形態では、図１中に矢印で示したように、流入口３２から流入した流体が、第１空間３１ａを流通するとともに、上流側貫通孔２８を通って第２空間４１ａを流通する。また、第１空間３１ａを流通した流体は流出口３３から流出し、第２空間３１ａを流通した流体は、下流側貫通孔２９を通って流出口３３から流出する。このように、上流側貫通孔２８を介して第１空間３１ａ及び第２空間４１ａのうちの一方（図１において第１空間３１ａ）から他方（図１において第２空間４１ａ）に流体が流通し、下流側貫通孔２９を介して第１空間３１ａ及び第２空間４１ａのうちの他方（図１において第２空間４１ａ）から一方（図１において第１空間３１ａ）に流体が流通することより、基板２０の一方の面（図１において上面）側と他方の面（図１において下面）側との両側に流体が流通する。また、このとき、基板２０の検出部２１は、流体が流通する第１空間３１ａと流体が流通する第２空間４１ａとの間に宙吊りの状態で配置される。

【0032】

また、第１空間３１ａ及び第２空間４１ａは、図１中に矢印で示した流体が流通する方向に対して垂直な断面の面積が同一であることが好ましい。これにより、第１空間３１ａを流通する流体の流量と第１空間３１ａを流通する流体の流量とが同一になる。

【0033】

なお、本明細書における「同一」という用語は、同じである場合に加え、略同一である場合も含む意味である。

【0034】

次に、図５乃至図１０を参照して基板２０の製造方法の一例を説明する。

【0035】

図５乃至図１０は、図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。なお、図５乃至図８と図１０は、図４に示したＩ−Ｉ線矢視方向断面図であり、図９は図４に示したＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。最初に、図５に示すように、図１に示した第１基板２０ａの元となる部材として、板状のウエハＡを用意する。ウエハＡは、例えば、２５０μｍ程度の厚さを有している。

【0036】

次に、図６に示すように、ウエハＡの下面の中央部に、ドリル等を用いた機械加工により座ぐりのような凹みを形成する。次に、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等の方法により、凹みを形成した部分の反対の面（上面）に、白金等の金属を付着させ、検出部２１を構成する各要素を形成（パターニング）する。また、同様の方法により、検出部２１を挟んだ両側（右側と左側）に、電極部２６，２７を構成する各電極を形成（パターニング）するとともに、検出部と電極部２６，２７とを接続する配線を形成（パターニング）する。

【0037】

次に、図１に示した第２基板２０ａの元となる部材として、図５に示したウエハＡと同様の板状のウエハＢを用意し、図７に示すように、ウエハＢの上面の中央部に、ドリル等を用いた機械加工により座ぐりのような凹みを形成する。また、後述するウエハＡとウエハＢとの接合の際に、ウエハＡの電極部２６，２７に対応する位置に、それぞれ貫通孔を形成する。

【0038】

次に、図８に示すように、図６に示したウエハＡの上面に、図７に示したウエハＢを下面を載置し、ウエハＡの上面とウエハＢの下面とを接合する。これにより、ウエハＡの上面に設けられた検出部２１は、ウエハＡ及びウエハＢによって被覆される。

【0039】

接合方法としては、例えば、拡散接合、アルゴン（Ａｒ）等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）、金や銀等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、陽極接合等が挙げられる。また、接合方法は、接合する部材の種類によって適切な接合方法を使い分ける。具体的には、ウエハＡ及びウエハＢの材料がガラスの場合には、陽極接合は用いることができず、表面活性化接合等を用いる。一方、ウエハＡ及びウエハＢの材料がシリコン（Ｓｉ）の場合には、陽極接合を好適に用いることができる。

【0040】

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、ろう付け等を含む概念である。また、「接合」という用語は、接着剤を用いる方法を除外する意味であることが好ましい。

【0041】

次に、図９に示すように、検出部２１を挟んだ両側（右側と左側）に、ドリル等を用いた機械加工によりウエハＢの上面からウエハＡの下面まで貫通した貫通孔２８，２９を形成する。

【0042】

最後に、図１０に示すように、ウエハＡの凹みを形成した部分とウエハＢの凹みを形成した部分に、図１０中にブロック矢印で示すエッチングを施して当該部分の厚さをそれぞれ制御する。これにより、第１基板２０ａと第２基板２０ｂとを含む基板２０が製造される。

【0043】

この基板２０では、検出部２１が第１基板２０ａの一方の面（図１０において上面）に設けられ、第１基板２０ａの一方の面（図１０において上面）と第２基板２０ｂの他方の面（図１０において下面）とが接合されている。これにより、検出部２１は、第１基板２０ａと第２基板２０ｂとの間に配置されるので、外部に対して露出する（曝される）ことがない。

【0044】

また、エッチングを施した結果、第１基板２０ａの他方の面（図１０において下面）に第１凹部２０１ａが形成され、第２基板２０ｂの一方の面（図１０において上面）における第１凹部２０１ａに対向する位置に、第２凹部２０１ｂが形成されている。検出部２１は第１凹部２０１ａと第２凹部２０１ｂとの間に配置される。これにより、第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂの他の部分と比較して、検出部２１を被覆する第１凹部２０１ａ及び第２凹部２０１ｂの厚さが薄くなる。

【0045】

第１凹部２０１ａ及び第２凹部２０１ｂは、熱容量が小さいダイアフラム２０１を成しており、ダイアフラム２０１は、例えば、１０〜１００μｍ程度の厚さを有している。

【0046】

第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂの材料としては、前述の上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０と同様の材料が挙げられる。なお、第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂ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。

【0047】

図１１は、本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図であり、図１２は、図１１に示したフローセンサの設置例を説明する側方断面図である。本発明に係るフローセンサは、図１乃至図１０に示した例に限定されない。例えば、図１１に示すように、フローセンサ１０Ａは、図１に示した基板２０を上下逆さまに配置し、第１基板２０ａの上に上部流路形成部材３０が設置され、第２基板２０ｂの下に下部流路形成部材４０が設置されている。また、下部流路形成部材４０には、外部と第２空間４１ａを連通する流入口４２及び流出口４３が設けられている。

【0048】

この場合、フローセンサ１０Ａは、図１２に示すように、流体が所定方向（図１２において左側から右側方向）に流通する本体Ａに、Ｏ（オー）リングＸを介して組み付けられ、設置される。
このように、上流側貫通孔２８を介して第１空間３１ａ及び第２空間４１ａのうちの一方（図１２において第２空間４１ａ）から他方（図１２において第１空間３１ａ）に流体が流通し、下流側貫通孔２９を介して第１空間３１ａ及び第２空間４１ａのうちの他方（図１２において第１空間３１ａ）から一方（図１２において第２空間４１ａ）に流体が流通することより、基板２０の一方の面（図１２において下面）側と他方の面（図１２において上面）側との両側に流体が流通する。

【0049】

図１３は、本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図であり、図１４は、図１３に示したフローセンサの設置例を説明する側方断面図である。また、流路形成部材は、基板２０の一方の面側と他方の面側にそれぞれ空間を形成するように設けられていればよく、流路形成部材自体が空間を形成する場合に限定されない。例えば、図１３に示すように、フローセンサ１０Ｂは、図１に示した基板２０を上下逆さまに配置し、第１基板２０ａの上に上部流路形成部材３０が設置されている。

【0050】

この場合、フローセンサ１０Ｂは、図１４に示すように、流体が所定方向（図１４において左側から右側方向）に流通し、上面の一部が開口した本体Ｂに、当該開口を覆うように設置される。これにより、本体Ｂと図１３に示した第２基板２０ｂの一方の面（図１４において下面）との間に、第２空間４１ａが形成される。

【0051】

図１５は、本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図である。また、基板２０は、上流側貫通孔２８及び下流側貫通孔２９を有する場合に限定されない。例えば、図１５に示すように、フローセンサ１０Ｃは、基板２０の一方の面（図１５において上面）側に第１空間３１ａを形成する、図２に示した上部流路形成部材３０の凹部３１の一端（図１５において左端）に流入口３２が設けられ、凹部３１の他端（図１５において右端）に流出口３３が設けられている。また、基板２０の他方の面（図１５において下面）側に第２空間４１ａを形成する、図３に示した下部流路形成部材４０の凹部４１の一端（図１５において左端）に流入口４２が設けられ、凹部４１の他端（図１５において右端）に流出口４３が設けられている。

【0052】

この場合、フローセンサ１０Ｃは、図１５中にブロック矢印で示す流体の流通する方向に対し、流入口３２及び流入口４２を向けて配置される。これにより、基板２０に上流側貫通孔２８及び下流側貫通孔２９が無くても、流体が、流入口３２及び流出口３３を通って第１空間３１ａを流通するとともに、流入口４２及び流出口４３を通って第２空間４１ａを流通する。このように、第１空間３１ａ及び第２空間４１ａの両方に流体が流通することにより、基板２０の一方の面（図１５において上面）側と他方の面（図１５において下面）側との両側に流体が流通する。また、このとき、基板２０の検出部２１は、流体が流通する第１空間３１ａと流体が流通する第２空間４１ａとの間に宙吊りの状態で配置される。

【0053】

図１６は、本発明に係るフローセンサの参考例を説明する側方断面図である。また、流体は、基板２０の一方の面側に形成された空間及び基板２０の他方の面側に形成された空間の両方に流通する場合に限定されない。例えば、図１６に示すように、フローセンサ１０Ｄは、下部流路形成部材４０が基板２０の他方の面（図１６において下面）側にキャビティ４１ｂを形成している。上流側貫通孔２８及び下流側貫通孔２９は、図１に示した場合と比較して、その直径が小さく設定されている。

【0054】

この場合、流体が所定速度で第１空間３１ａを流通している状態では、当該流体はキャビティ４１ｂを流通することはない。すなわち、流体が所定速度で第１空間３１ａを流通し始めた初期状態では、上流側貫通孔２８を通ってキャビティ４１ｂに流体が流れ、下流側貫通孔２９を通って第１空間３１ａに戻る場合がある。しかしながら、キャビティ４１ｂに流体が満たされた（充填された）状態では、キャビティ４１ｂ内の流体は流動しないか、又は第１空間３１ａを流通する流体と比較して非常に遅い速度で流動する。よって、第１空間３１ａを流通する流体は、基板２０の他方の面（図１６において下面）側に形成されたキャビティ４１ｂを流通しない。

【0055】

なお、本明細書における「流通」という用語は、所定期間にわたり流体が流れ通ることを意味し、過渡的（一時的）に流体が流れ通る場合を除外する意味である。

【0056】

一方、上流側貫通孔２８及び下流側貫通孔２９は、第１空間３１ａとキャビティ４１ｂとを連通する。このように、基板２０に設けられた上流側貫通孔２８及び下流側貫通孔２９によって、基板２０の一方の面（図１６において上面）側の第１空間３１ａと基板２０の他方の面（図１６において下面）側のキャビティ４１ｂとが連通されるので、第１空間３１ａにおける圧力とキャビティ４１ｂにおける圧力との差（差圧）が小さくなる。

【0057】

このように、本実施形態におけるフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄによれば、第１空間３１ａ及び第２空間４１ａ（キャビティ４１ｂ）のうちの少なくとも一方に流体が流通し、第１空間３１ａと第２空間４１ａ（キャビティ４１ｂ）とを連通し、検出部２１に対して上流側に形成される上流側貫通孔２８と、第１空間３１ａと第２空間４１ａ（キャビティ４１ｂ）とを連通し、検出部２１に対して下流側に形成される下流側貫通孔２９と、が基板２０に設けられている。このように、基板２０に設けられた上流側貫通孔２８及び下流側貫通孔２９によって、基板２０の一方の面（図１、図１１、図１３、及び図１６において上面）側の第１空間３１ａと基板２０の他方の面（図１、図１１、図１３、及び図１６において下面）側の第２空間４１ａ（キャビティ４１ｂ）とが連通されるので、第１空間３１ａにおける圧力と第２空間４１ａ（キャビティ４１ｂ）における圧力との差（差圧）が小さくなる。これにより、基板２０の一方の面（図１、図１１、図１３、及び図１６において上面）と他方の面（図１、図１１、図１３、及び図１６において下面）との両面において、流体から受ける圧力の差（差圧）が小さくなり、基板２０の内部に発生する応力を低減することができるとともに、応力による検出信号のノイズを低減することができる。また、基板２０の厚さを変更することなく、流体からの圧力による応力を低減することができるので、基板２０に設けられた検出部２１において、所望の検出感度を設定することができる。

【0058】

また、本実施形態におけるフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂによれば、上流側貫通孔２８を介して第１空間３１ａ及び第２空間４１ａのうちの一方から他方に流体が流通し、下流側貫通孔２９を介して第１空間３１ａ及び第２空間４１ａのうちの他方から一方に流体が流通する。これにより、基板２０の一方の面（図１、図１１、及び図１３において上面）側と他方の面（図１、図１１、及び図１３において下面）側との両側に流体が流通する。また、このとき、基板２０の検出部２１は、流体が流通する第１空間３１ａと流体が流通する第２空間４１ａとの間に宙吊りの状態で配置される。これにより、基板２０の一方の面（図１、図１１、及び図１３において上面）と他方の面（図１、図１１、及び図１３において下面）とに流体から圧力を受けるので、基板２０の両面において、流体から受ける圧力の差（差圧）を小さくすることができる。

【0059】

また、本実施形態におけるフローセンサ１０Ｃによれば、第１空間３１ａ及び第２空間４１ａの両方に流体が流通する。これにより、基板２０の一方の面（図１５において上面）側と他方の面（図１５において下面）側との両側に流体が流通する。また、このとき、基板２０の検出部２１は、流体が流通する第１空間３１ａと流体が流通する第２空間４１ａとの間に宙吊りの状態で配置される。これにより、基板２０の一方の面（図１５において上面）と他方の面（図１５において下面）とに流体から圧力を受けるので、基板２０の両面において、流体から受ける圧力の差（差圧）が小さくなり、基板２０の内部に発生する応力を低減することができるとともに、応力による検出信号のノイズを低減することができる。また、基板２０の厚さを変更することなく、流体からの圧力による応力を低減することができるので、基板２０に設けられた検出部２１において、所望の検出感度を設定することができる。

【0060】

また、本実施形態におけるフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによれば、第１空間３１ａ及び第２空間４１ａは、流体が流通する方向に対して垂直な断面の面積が同一である。これにより、第１空間３１ａを流通する流体の流量と第２空間４１ａを流通する流体の流量とが同一になる。これにより、基板２０の一方の面（図１、図１１、図１３、及び図１５において上面）に受ける流体からの圧力と、基板２０の他方の面（図１、図１１、図１３、及び図１５において下面）に受ける流体からの圧力とが同一になるので、基板２０の両面において、流体から受ける圧力の差（差圧）を更に小さくすることができる。

【0061】

また、本実施形態におけるフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄによれば、検出部２１が、流体を加熱するヒータ２２と、ヒータ２２によって生ずる流体の温度差を測定するように構成された測温ユニットとを含む。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１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄを容易に実現（構成）することができる。また、基板２０の一方の面（図１、図１１、図１３、及び図１５において上面）側と他方の面（図１、図１１、図１３、及び図１５において下面）側の両側に流体が流通する場合、基板２０の一方の面と他方の面の何れか一方に流体が流通する場合と比較して、流体の流通によってヒータ２２の熱が拡散し易くなる（運ばれ易くなる）。これにより、流体の速度に対して測温ユニットの測定感度を高めることができる。

【0062】

また、本実施形態におけるフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄによれば、測温ユニットが、ヒータ２２に対して上流側と下流側とにそれぞれ配置される上流側温度センサ２３及び下流側温度センサ２４を有する。これにより、ヒータ２２に対して上流の流体の温度と下流の流体の温度とをそれぞれ測定することができ、ヒータ２２によって生ずる流体の温度差を容易に測定することができる。

【0063】

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】

【0064】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄ…フローセンサ
２０…基板
２１…検出部
２２…ヒータ（抵抗素子）
２３…上流側温度センサ（抵抗素子）
２４…下流側温度センサ（抵抗素子）
２８…上流側貫通孔
２９…下流側貫通孔
３０…上部流路形成部材
３１ａ…第１空間
４０…下部流路形成部材
４１ａ…第２空間
４１ｂ…キャビティ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】