特開 2024-14020 熱式流量計および熱式流量計の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024014020

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】熱式流量計および熱式流量計の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/684 20060101AFI20240125BHJP

【ＦＩ】

G01F1/684 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022116556

(22)【出願日】2022-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】591257111

【氏名又は名称】サーパス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】今井 弘

【テーマコード（参考）】

2F035

【Ｆターム（参考）】

2F035EA05

(57)【要約】

【課題】アルカリ性液体に対する耐腐食性を高めつつ、計測流路と流入流路と流出流路とを流路部材に容易に形成する。
【解決手段】樹脂製の流路部材１１と、流路部材１１とともに液体の流量を計測するための計測流路を形成する板状部材と、板状部材に熱を伝達する加熱用抵抗体と、板状部材の温度を検出する温度検出用抵抗体と、を有するセンサ部と、を備え、流路部材１１は、第１溝部１１ｃ１が形成された平坦面１１ｃと、第１溝部１１ｃ１の軸線Ｘ２に沿った軸線方向の一端に接続される断面視が円形の流入流路１１ｈと、第１溝部１１ｃ１の軸線方向の他端に接続される断面視が円形の流出流路１１ｉと、を有し、流入流路１１ｈの平坦面１１ｃに開口する位置の内径および流出流路１１ｉの平坦面１１ｃに開口する位置の内径が第１溝部１１ｃ１の幅Ｗ１よりも大きい熱式流量計を提供する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流入口から流入する液体を流出口から流出させる樹脂製の流路部材と、
前記流路部材に取り付けられるとともに前記流路部材とともに液体の流量を計測するための計測流路を形成する板状部材と、
前記板状部材に熱を伝達する加熱用抵抗体と、前記計測流路を流通する前記液体の熱が伝達される前記板状部材の温度を検出する温度検出用抵抗体と、を有するセンサ部と、を備え、
前記流路部材は、
所定幅を有するとともに軸線に沿って直線状に延びる第１溝部が形成された平坦面と、
前記第１溝部の前記軸線に沿った軸線方向の一端に接続されるとともに前記流入口から流入する液体が導かれる断面視が円形の流入流路と、
前記第１溝部の前記軸線方向の他端に接続されるとともに前記流出口へ液体を導く断面視が円形の流出流路と、を有し、
前記流入流路の前記平坦面に開口する位置の第１内径および前記流出流路の前記平坦面に開口する位置の第２内径が前記第１溝部の幅よりも大きい熱式流量計。

【請求項2】

前記第１内径および前記第２内径は、前記第１溝部の幅の１．５倍以上である請求項１に記載の熱式流量計。

【請求項3】

前記第１溝部の幅は、０．２ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下である請求項１または請求項２に記載の熱式流量計。

【請求項4】

前記板状部材はサファイアまたはガラス状炭素により形成されている請求項１または請求項２に記載の熱式流量計。

【請求項5】

前記センサ部は、前記板状部材に蒸着されている請求項１または請求項２に記載の熱式流量計。

【請求項6】

前記平坦面には、前記第１溝部を取り囲むように環状に延びる第２溝部が形成されており、
前記第２溝部に挿入されるとともに前記板状部材と接触して前記第１溝部を取り囲む環状のシール領域を形成する環状シール部材を備える請求項１または請求項２に記載の熱式流量計。

【請求項7】

前記センサ部は、前記軸線方向において前記流入流路よりも前記流出流路に近接した位置に配置されている請求項１または請求項２に記載の熱式流量計。

【請求項8】

熱式流量計の製造方法であって、
前記熱式流量計は、
流入口から流入する液体を流出口から流出させる樹脂製の流路部材と、
前記流路部材に取り付けられるとともに前記流路部材とともに液体の流量を計測するための計測流路を形成する板状部材と、
前記板状部材に熱を伝達する加熱用抵抗体と、前記計測流路を流通する前記液体の熱が伝達される前記板状部材の温度を検出する温度検出用抵抗体と、を有するセンサ部と、を備え、
前記流路部材の平坦面を切削し、所定幅を有するとともに軸線に沿って直線状に延びる第１溝部を形成する工程と、
前記流路部材を切削し、前記第１溝部の前記軸線に沿った軸線方向の一端に接続されるとともに前記流入口から流入する液体が導かれる断面視が円形の流入流路を形成する工程と、
前記流路部材を切削し、前記第１溝部の前記軸線方向の他端に接続されるとともに前記流出口へ液体を導く断面視が円形の流出流路を形成する工程と、
前記第１溝部と前記流入流路と前記流出流路とが形成された前記流路部材の前記平坦面に前記板状部材を取り付けて前記計測流路を形成する工程と、を備え、
前記流入流路の前記平坦面に開口する位置の第１内径および前記流出流路の前記平坦面に開口する位置の第２内径が前記第１溝部の幅よりも大きい熱式流量計の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱式流量計および熱式流量計の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、流路を流れる液体の温度を制御し、温度制御部分の上流側および下流側の液体の温度差に基づいて流量を測定する熱式流量計が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ガラス基板に長方形の溝部を形成し、ガラス基板の溝部が形成された側に伝熱手段と温度検出手段が形成された他のガラス基板を貼り合わせることにより、接液部分が全てガラスで構成された流路を形成した熱式流量計が開示されている。

【0003】

特許文献１に開示される熱式流量計は、伝熱手段からガラス基板を介して被測定液体に熱を伝達し、伝熱手段の上流側と下流側に配置された温度検出手段により被測定液体の温度を検出して被測定液体の流量を求めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－１０３２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

接液部分が全てガラスで構成された流路は、ガラスの主成分である二酸化ケイ素とアルカリ性液体とが中和反応するため、アルカリ性液体に対する耐腐食性が低いという欠点がある。そのため、アルカリ性液体の流量を計測するには、アルカリ性液体に対する耐腐食性が高い樹脂材料により形成された流路を用いるのが好ましい。例えば、特許文献１に示す溝部が形成されたガラス基板に換えて、流量計測用の溝部が形成された樹脂製の流路部材を用いるのが好ましい。

【0006】

樹脂製の流路部材に形成された溝部に液体を導くため、溝部の一端に接続されるように、流入口から液体が導かれる流入流路が流路部材に形成される。また、溝部の他端に接続されるように、流出口に液体を導く流出流路が流路部材に形成される。そして、樹脂製の流路部材に形成された直線状の流路を用いて微少流量（例えば、０．０１ｍＬ／ｍｉｎ以上かつ３０ｍＬ／ｍｉｎ以下）を測定する場合、樹脂製の流路部材に形成する溝部の幅を狭く（例えば、０．２ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下）するのが好ましい。

【0007】

しかしながら、流量計測用の溝部の幅を狭くする場合、例えば、溝部の一端に接続されるように流路部材に溝部の幅と同じ直径の流入流路を切削加工により形成し、溝部の他端に接続されるように流路部材に溝部の幅と同じ直径の流出流路を切削加工により形成するためには、溝部の中心に対して流入流路および流出流路の中心を一致させる高い加工精度が必要となる。

【0008】

高い加工精度を実現できない場合、溝部の一端に流入流路が適切に接続されず、あるいは溝部の他端に流出流路が適切に接続されない可能性がある。例えば、流入流路と溝部の一端との接続部分、あるいは溝部の他端と流出流路との接続部分が、溝部の幅に比べて過度に狭くなったり段差が生じたりする可能性がある。この場合、圧力損失や液体の流れに乱れが生じ、流量計測の精度が低下してしまう。

【0009】

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、アルカリ性液体や酸性液体等の腐食性液体に対する耐腐食性を高めつつ、計測流路と計測流路の一端に接続される流入流路と、計測流路の他端に接続される流出流路とを流路部材に容易に形成し、高精度の流量計測をすることが可能な熱式流量計および熱式流量計の製造方法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】

【0010】

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の一態様に係る熱式流量計は、流入口から流入する液体を流出口から流出させる樹脂製の流路部材と、前記流路部材に取り付けられるとともに前記流路部材とともに液体の流量を計測するための計測流路を形成する板状部材と、前記板状部材に熱を伝達する加熱用抵抗体と、前記計測流路を流通する前記液体の熱が伝達される前記板状部材の温度を検出する温度検出用抵抗体と、を有するセンサ部と、を備え、前記流路部材は、所定幅を有するとともに軸線に沿って直線状に延びる第１溝部が形成された平坦面と、前記第１溝部の前記軸線に沿った軸線方向の一端に接続されるとともに前記流入口から流入する液体が導かれる断面視が円形の流入流路と、前記第１溝部の前記軸線方向の他端に接続されるとともに前記流出口へ液体を導く断面視が円形の流出流路と、を有し、前記流入流路の前記平坦面に開口する位置の第１内径および前記流出流路の前記平坦面に開口する位置の第２内径が前記第１溝部の幅よりも大きい。

【0011】

本発明の一態様に係る熱式流量計によれば、液体の流量を計測するための計測流路となる第１溝部が形成された流路部材が樹脂製であるため、腐食性液体に対する耐腐食性を高めることができる。また、第１溝部が形成された流路部材の平坦面に板状部材を取り付け、センサ部の加熱用抵抗体から板状部材を介して液体に伝達された熱を温度検出用抵抗体が検出する板状部材の温度として検出することで、液体の流量を計測することができる。

【0012】

また、流入流路の平坦面に開口する位置の第１内径および流出流路の平坦面に開口する位置の第２内径が第１溝部の幅よりも大きいため、第１溝部の中心に対して流入流路および流出流路の中心がわずかにずれたとしても、第１溝部の一端に流入流路が適切に接続され、あるいは第１溝部の他端に流出流路が適切に接続される。したがって、第１溝部と、流入流路と、流出流路とを、流路部材に容易に形成し、高精度の流量計測をすることができる。

【0013】

本発明の一態様に係る熱式流量計において、前記第１内径および前記第２内径は、前記第１溝部の幅の１．５倍以上である構成とするのが好ましい。
本構成の熱式流量計によれば、第１内径および第２内径を第１溝部の幅の１．５倍以上とすることで、第１溝部の中心に対して流入流路および流出流路の中心がわずかにずれたとしても、第１溝部の一端に流入流路が適切に接続され、第１溝部の他端に流出流路が確実に接続されるようにすることができる。

【0014】

本発明の一態様に係る熱式流量計において、前記第１溝部の幅は、０．２ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下である構成とするのが好ましい。
本構成の熱式流量計によれば、第１溝部の幅を０．２ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下とすることにより、計測流路の流路断面積を小さくして加熱用抵抗体により液体が加熱されやすいようにし、液体の流量の計測精度を高めることができる。

【0015】

本発明の一態様に係る熱式流量計において、前記板状部材はサファイアまたはガラス状炭素により形成されている構成とするのが好ましい。
本構成の熱式流量計によれば、板状部材がサファイアまたはガラス状炭素により形成されているため、アルカリ性液体や強酸（フッ酸、硫酸等）等の腐食性液体に対して十分な耐腐食性を発揮することができる。

【0016】

本発明の一態様に係る熱式流量計において、前記センサ部は、前記板状部材に蒸着されている構成とするのが好ましい。
本構成の熱式流量計によれば、センサ部が板状部材に蒸着されているため、加熱用抵抗体により板状部材を直接的に加熱することができ、温度検出用抵抗体により板状部材の温度を直接的に検出することができる。

【0017】

本発明の一態様に係る熱式流量計において、前記平坦面には、前記第１溝部を取り囲むように環状に延びる第２溝部が形成されており、前記第２溝部に挿入されるとともに前記板状部材と接触して前記第１溝部を取り囲む環状のシール領域を形成する環状シール部材を備える構成とするのが好ましい。
本構成の熱式流量計によれば、平坦面に形成される第２溝部に環状シール部材が挿入され、環状シール部材が第１溝部を取り囲む環状のシール領域を形成するため、計測流路を流通する液体がシール領域の外部に漏出することを確実に防止することができる。

【0018】

本発明の一態様に係る熱式流量計において、前記センサ部は、前記軸線方向において前記流入流路よりも前記流出流路に近接した位置に配置されている構成とするのが好ましい。
本構成の熱式流量計によれば、流入流路よりも流出流路に近接した位置にセンサ部を配置することで、流入流路から第１溝部に流入した液体の乱流等が十分に減少して速度が安定した状態で、センサ部の計測位置に液体が到達するようにすることができる。

【0019】

本発明の一態様に係る熱式流量計の製造方法において、前記熱式流量計は、流入口から流入する液体を流出口から流出させる樹脂製の流路部材と、前記流路部材に取り付けられるとともに前記流路部材とともに液体の流量を計測するための計測流路を形成する板状部材と、前記板状部材に熱を伝達する加熱用抵抗体と、前記計測流路を流通する前記液体の熱が伝達される前記板状部材の温度を検出する温度検出用抵抗体と、を有するセンサ部と、を備え、前記流路部材の平坦面を切削し、所定幅を有するとともに軸線に沿って直線状に延びる第１溝部を形成する工程と、前記流路部材を切削し、前記第１溝部の前記軸線に沿った軸線方向の一端に接続されるとともに前記流入口から流入する液体が導かれる断面視が円形の流入流路を形成する工程と、前記流路部材を切削し、前記第１溝部の前記軸線方向の他端に接続されるとともに前記流出口へ液体を導く断面視が円形の流出流路を形成する工程と、前記第１溝部と前記流入流路と前記流出流路とが形成された前記流路部材の前記平坦面に前記板状部材を取り付けて前記計測流路を形成する工程と、を備え、前記流入流路の前記平坦面に開口する位置の第１内径および前記流出流路の前記平坦面に開口する位置の第２内径が前記第１溝部の幅よりも大きい。

【0020】

本発明の一態様に係る熱式流量計の製造方法によれば、液体の流量を計測するための計測流路となる第１溝部が形成された流路部材が樹脂製であるため、アルカリ性液体に対する耐腐食性を高めることができる。また、第１溝部が形成された流路部材の平坦面に板状部材を取り付け、センサ部の加熱用抵抗体から板状部材を介して液体に伝達された熱を温度検出用抵抗体が検出する板状部材の温度として検出することで、液体の流量を計測することができる。

【0021】

また、流入流路の平坦面に開口する位置の第１内径および流出流路の平坦面に開口する位置の第２内径が第１溝部の幅よりも大きい。そのため、第１溝部の一端に断面視が円形の流入流路を切削して形成する際に、第１溝部の中心に対して流入流路の中心がわずかにずれたとしても第１溝部の一端に流入流路を適切に接続することができる。同様に、第１溝部の他端に断面視が円形の流出流路を切削して形成する際に、第１溝部の中心に対して流出流路の中心がわずかにずれたとしても第１溝部の他端に流出流路を適切に接続することができる。したがって、計測流路と、流入流路と、流出流路とを、流路部材に容易に形成し、高精度の流量計測をすることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、アルカリ性液体や酸性液体等の腐食性液体に対する耐腐食性を高めつつ、計測流路と、計測流路の一端に接続される流入流路と計測流路の他端に接続される流出流路とを流路部材に容易に形成し、高精度の流量計測をすることが可能な熱式流量計および熱式流量計の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態に係る熱式流量計の部分縦断面図である。

【図2】図１に示す熱式流量計の分解組立図である。

【図3】図１に示す熱式流量計の断面図である。

【図4】図３に示す熱式流量計の平面図である。

【図5】図４に示す流路ユニットの平面図である。

【図6】図５に示す流路部材のＡ部分の部分拡大図である。

【図7】比較例の熱式流量計の流路部材の部分拡大図である。

【図8】図４に示す熱式流量計のＢ－Ｂ矢視断面図である。

【図9】図８に示す熱式流量計のＣ－Ｃ矢視断面図である。

【図10】板状部材の温度検出面に形成されるセンサ部の平面図である。

【図11】ガラス基板に形成されたセンサ部を板状部材の温度検出面に接合した状態を示す平面図である。

【図12】流路部材の平坦面に第１溝部および第２溝部を形成した状態を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の一実施形態に係る熱式流量計１００について図面を参照して説明する。
本実施形態の熱式流量計１００は、内部流路を流通する液体を加熱し、加熱された液体の温度を検出することで液体の流量を測定する装置である。本実施形態の熱式流量計１００は、例えば、０．１ｍｌ／ｍｉｎ～３０ｍｌ／ｍｉｎの微少流量を測定するのに適している。本実施形態の熱式流量計１００が流量を計測する液体は、アルカリ性液体や酸性液体等の腐食性液体である。腐食性液体は、例えば、アンモニア水、フッ酸、塩酸などの半導体製造装置で用いられる薬液である。

【0025】

図１は、本発明の一実施形態に係る熱式流量計１００の部分縦断面図である。図２は、図１に示す熱式流量計１００の分解組立図である。図３は、図１に示す熱式流量計１００の断面図である。図１および図２に示すように、本実施形態の熱式流量計１００は、流路ユニット１０と、板状部材２０と、センサ部３０と、センサカバー４０と、制御基板５０と、アッパーケース６０と、ボトムケース７０と、ねじ８０と、位置決めピン９０と、を備える。

【0026】

アッパーケース６０は、熱式流量計１００の上部側の筐体となる部材であり、内部に制御基板５０を収容する。ボトムケース７０は、熱式流量計１００の下部側の筐体となる部材であり、流路ユニット１０に取り付けられる。図２および図３では、アッパーケース６０およびボトムケース７０の図示を省略している。

【0027】

流路ユニット１０は、外部の配管２０１に接続される流入口１１ａから流入する液体を外部の配管２０２に接続される流出口１１ｂから流出させる流路が内部に形成されたユニットである。流路ユニット１０は、流路部材１１と、Ｏリング（環状シール部材）１２と、ベース１３と、を有する。

【0028】

図２および図３に示すように、流路部材１１には、貫通穴１１ｄと、凹所１１ｅと、位置決め穴１１ｆとが形成されている。ベース１３には、雌ねじ１３ａが形成されている。センサカバー４０には、貫通穴４１と、位置決め穴４２とが形成されている。ねじ８０を貫通穴４１および貫通穴１１ｄに挿入し、凹所１１ｅに配置されるベース１３の雌ねじ１３ａに締結することにより、流路ユニット１０とセンサカバー４０とが一体となる。

【0029】

図３に示すように、流路ユニット１０とセンサカバー４０とが一体となると、流路ユニット１０とセンサカバー４０との間には、板状部材２０とセンサ部３０とが配置された状態となる。位置決めピン９０を位置決め穴１１ｆおよび位置決め穴４２の双方に挿入することにより、流路部材１１の平坦面１１ｃ上のセンサカバー４０の位置が固定される。

【0030】

図４は、図３に示す熱式流量計１００の平面図である。図５は、図４に示す流路ユニット１０の平面図である。図５に示すように、流路部材１１には、６つの貫通穴１１ｄが形成されている。ねじ８０は、センサカバー４０の６つの貫通穴４１および流路部材１１の６つの貫通穴１１ｄのそれぞれに挿入され、ベース１３の６つの雌ねじ１３ａに締結される。

【0031】

流路部材１１は、流入口１１ａから流入する液体を流出口１１ｂから流出させる部材である。流路部材１１は、耐腐食性が高い樹脂材料（例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂材料）により形成されている。図３に示すように、流路部材１１の上方には、水平方向に沿って延びる平坦面１１ｃが形成されている。流路部材１１は、平坦面１１ｃと、導入流路１１ｇと、流入流路１１ｈと、流出流路１１ｉと、導出流路１１ｊとを有する。

【0032】

平坦面１１ｃには、第１溝部１１ｃ１と、第２溝部１１ｃ２とが形成されている。第１溝部１１ｃ１は、平坦面１１ｃ上の軸線Ｘ２に沿って直線状に延びるように形成されている。第１溝部１１ｃ１の周囲の平坦面１１ｃを板状部材２０で封止することにより、液体の流量をセンサ部３０で計測するための計測流路が形成される。

【0033】

図５に示すように、第２溝部１１ｃ２は、第１溝部１１ｃ１を取り囲むように環状に延びている。図３に示すように、Ｏリング１２は、第２溝部１１ｃ２挿入されるとともに第１溝部１１ｃ１を取り囲む環状のシール領域ＳＡ（図４参照）を形成する。

【0034】

図３に示すように、導入流路１１ｇは、軸線Ｘ１に沿って水平方向に延びる断面視が円形の直線状流路であり、内径ＩＤｇを有する。流入流路１１ｈは、流入口１１ａから導入流路１１ｇを介して流入する液体が導かれる断面視が円形の直線状流路であり、内径（第１内径）ＩＤｈを有する。内径ＩＤｈは内径ＩＤｇよりも小さく、例えば、０．３ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下に設定される。内径ＩＤｈは、導入流路１１ｇに接続される一端から第１溝部１１ｃ１に接続される他端まで同一の大きさとなっている。

【0035】

流出流路１１ｉは、導出流路１１ｊを介して流出口１１ｂへ液体を導く断面視が円形の直線状流路であり、内径（第２内径）ＩＤｉを有する。内径ＩＤｉは内径ＩＤｈと同径としてもよい。内径ＩＤｉは、第１溝部１１ｃ１に接続される一端から導出流路１１ｊに接続される他端まで同一の大きさとなっている。導出流路１１ｊは、軸線Ｘ１に沿って水平方向に延びる断面視が円形の直線状流路であり、内径ＩＤｊを有する。内径ＩＤｊは内径ＩＤｉよりも大きく、例えば、０．３ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下に設定される。内径ＩＤｊは、内径ＩＤｇと同径としてもよい。

【0036】

図６は、図５に示す流路部材１１のＡ部分の部分拡大図である。図６に示すように、第１溝部１１ｃ１は、平坦面１１ｃに形成されており、軸線Ｘ２に沿って直線状に延びている。流入流路１１ｈは、第１溝部１１ｃ１の軸線Ｘ２に沿った軸線方向の一端に接続されている。流出流路１１ｉは、第１溝部１１ｃ１の軸線Ｘ２に沿った軸線方向の他端に接続されている。流入流路１１ｈの中心と流出流路１１ｉの中心は、それぞれ軸線Ｘ２上となっており、第１溝部１１ｃ１の中心と一致している。

【0037】

図６に示すように、流入流路１１ｈの平坦面１１ｃに開口する位置の内径ＩＤｈおよび流出流路１１ｉの平坦面１１ｃに開口する位置の内径ＩＤｉは、第１溝部１１ｃ１の軸線Ｘ２に直交する方向の平坦面１１ｃにおける幅Ｗ１よりも大きい。内径ＩＤｈおよび内径ＩＤｉは、第１溝部１１ｃ１の幅Ｗ１の１．５倍以上かつ３倍以下とするのが好ましい。

【0038】

内径ＩＤｈおよび内径ＩＤｉを第１溝部１１ｃ１の幅の１．５倍以上とすることで、第１溝部１１ｃ１の中心に対して流入流路１１ｈおよび流出流路１１ｉの中心がわずかにずれたとしても、第１溝部１１ｃ１の一端に流入流路１１ｈが適切に接続され、あるいは第１溝部１１ｃ１の他端に流出流路１１ｉが確実に接続されるようにすることができる。また、内径ＩＤｈおよび内径ＩＤｉを第１溝部１１ｃ１の幅の３倍以下とすることで、流入流路１１ｈおよび流出流路１１ｉの流路断面積と第１溝部１１ｃ１の流路断面積との差が過度に大きくならないようにすることができる。

【0039】

図７は、比較例の熱式流量計の流路部材１１の部分拡大図である。比較例の熱式流量計の流路部材１１は、内径ＩＤｈおよび内径ＩＤｉが第１溝部１１ｃ１の幅Ｗ１と同じ長さである点が図６の流路部材１１と異なる。図７において、実線で示す流入流路１１ｈおよび流出流路１１ｉは、流入流路１１ｈおよび流出流路１１ｉの中心を第１溝部１１ｃ１の中心と一致させた状態を示す。

【0040】

一方、図７において、点線で示す流入流路１１ｈおよび流出流路１１ｉは、流入流路１１ｈおよび流出流路１１ｉの中心が第１溝部１１ｃ１の中心から内径ＩＤｈおよび内径ＩＤｉの半分だけずれた状態を示す。図７に示すように、切削加工（穴あけ加工）の加工精度により、第１溝部１１ｃ１の中心に対して流入流路１１ｈおよび流出流路１１ｉの中心がずれてしまうと、第１溝部１１ｃ１の端部に対して流入流路１１ｈおよび流出流路１１ｉが適切に接続されない状態となってしまう。

【0041】

図６に示すように、本実施形態の流路部材１１において、第２溝部１１ｃ２の軸線Ｘ２に直交する方向の平坦面１１ｃにおける幅Ｗ２は、幅Ｗ１よりも大きい。また、第１溝部１１ｃ１と第２溝部１１ｃ２との間の平坦面１１ｃの幅Ｗ３は、Ｗ１よりも大きくかつＷ２よりも小さい。第１溝部１１ｃ１の軸線Ｘ２に直交する方向の幅Ｗ１は、０．２ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下とするのが好ましい。

【0042】

図６に示すように、第１溝部１１ｃ１の一端（流入流路１１ｈとの接続位置）から第１溝部１１ｃ１の他端（流出流路１１ｉとの接続位置）までの軸線Ｘ２に沿った軸線方向の長さはＬ１である。また、第１溝部１１ｃ１の一端から計測位置Ｐｓまでの軸線方向の距離はＬ２である。計測位置Ｐｓは、センサ部３０の軸線Ｘ２に沿った軸線方向の中心位置である。

【0043】

長さＬ２は長さＬ１の半分よりも長いのが好ましい。例えば、長さＬ２は、長さＬ１の０．６倍以上かつ０．９倍に設定するのが好ましい。このように、センサ部３０は、軸線方向において流入流路１１ｈよりも流出流路１１ｉに近接した位置に配置されているのが好ましい。流入流路１１ｈよりも流出流路１１ｉに近接した位置にセンサ部３０を配置することで、流入流路１１ｈから第１溝部１１ｃ１に流入した液体の乱流等が十分に減少して速度が安定した状態で、センサ部３０の計測位置Ｐｓに液体が到達するようにすることができる。

【0044】

図８は、図４に示す熱式流量計１００のＢ－Ｂ矢視断面図である。図８に示すように、板状部材２０は、流路部材１１に取り付けられるとともに流路部材１１の第１溝部１１ｃ１とともに液体の流量をセンサ部３０により計測するための計測流路を形成する部材である。板状部材２０は、平坦面１１ｃおよび第１溝部１１ｃ１を流通する液体と接触する接液面２１と、接液面２１から伝達される液体の温度をセンサ部３０により検出するための温度検出面２２と、を有する。

【0045】

板状部材２０は、アルカリ性液体の対する耐腐食性が高い材料であるサファイアにより形成されている。板状部材２０は、ガラス状炭素により形成してもよい。板状部材２０の接液面２１には、腐食性ガスが透過しないようにするため、気体透過係数の低い膜を形成するのが好ましい。

【0046】

板状部材２０は、各位置で一定の厚さＴ１を有するように形成されている。厚さＴ１は、例えば、０．１ｍｍ以上かつ０．４ｍｍ以下に設定するのが好ましい。板状部材２０は、センサカバー４０の接触面４３に形成される凹所４３ａに収容される。

【0047】

図９は、図８に示す熱式流量計のＣ－Ｃ矢視断面図である。図９に示すように、流路部材１１に形成される第１溝部１１ｃ１は、断面視が略半円形状となっている。第１溝部１１ｃ１を封止する板状部材２０の接液面２１から第１溝部１１ｃ１の底部までの深さＤｐ１は、第１溝部１１ｃ１の幅Ｗ１よりも大きい。深さＤｐ１は、幅Ｗ１の０．５倍から２倍（好ましくは１倍）とするのが好ましい。

【0048】

図１０は、板状部材２０の温度検出面２２に形成されるセンサ部３０の平面図である。図１０に示すように、センサ部３０は、第１溝部１１ｃ１と板状部材２０により形成される計測流路を流通する液体の流量を計測し、制御基板５０に伝達する装置である。センサ部３０は、板状部材２０に熱を伝達する加熱用抵抗体３０ａと、計測流路を流通する液体の熱が伝達される板状部材２０の温度を検出する温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅと、を有する。

【0049】

加熱用抵抗体３０ａおよび温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅは、それぞれ白金等の金属膜をガラス製の基板上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により蒸着させることにより形成される。加熱用抵抗体３０ａおよび温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅは、スパッタリング、フォトリソグラフィ等の他の方法により、板状部材２０の温度検出面２２に形成してもよい。

【0050】

センサカバー４０は、板状部材２０およびセンサ部３０を、流路ユニット１０との間に収容するための部材である。図８に示すように、センサカバー４０は、接触面４３を有する。接触面４３は、ねじ８０により流路ユニット１０とセンサカバー４０とが一体となる際に、流路部材１１の平坦面１１ｃと接触する面である。凹所４３ａは、平坦面１１ｃに形成されており、板状部材２０の厚さＴ１と同じか厚さＴ１よりもわずかに小さい深さを有する。凹所４３ｂは、凹所４３ａに形成されており、センサ部３０を収容する部分である。

【0051】

制御基板５０は、センサ部３０の加熱用抵抗体３０ａに電圧信号を伝達して加熱用抵抗体３０ａを加熱させるとともに、温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅから伝達される温度に基づいて液体の流量を算出する装置である。制御基板５０は、加熱用抵抗体３０ａを加熱するための電圧信号を、フレキシブル基板３１を介してセンサ部３０へ出力する。また、制御基板５０は、温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅの抵抗値を検出するための電圧信号を、フレキシブル基板３１を介してセンサ部３０へ出力する。

【0052】

制御基板５０は、加熱用抵抗体３０ａを加熱する加熱期間と加熱用抵抗体３０ａを加熱しない非加熱期間とを周期的に繰り返すように加熱用抵抗体３０ａに電圧信号を出力する。加熱期間は、非加熱期間よりも短くなるように設定される。すなわち、加熱期間は、加熱期間と非加熱期間を合計した１周期に対して、０．５未満の割合に設定される。加熱期間の１周期に対する割合は、０．４未満に設定してもよい。

【0053】

計測流路を流通する液体は、図１０における下から上に向けた流通方向ＦＤに沿って軸線Ｘ２に沿って流れる。そのため、加熱用抵抗体３０ａを瞬間的に加熱すると、加熱された液体が軸線Ｘ２に沿って流れて温度検出用抵抗体３０ｂの位置に到達し、その後に温度検出用抵抗体３０ｄの位置に到達する。制御基板５０は、温度により変化する温度検出用抵抗体３０ｂおよび温度検出用抵抗体３０ｄの電気抵抗値を検出することにより、温度検出用抵抗体３０ｂおよび温度検出用抵抗体３０ｄの近傍の板状部材２０の温度を測定する。

【0054】

制御基板５０は、加熱用抵抗体３０ａを瞬間的に加熱したタイミングと、その後に温度検出用抵抗体３０ｂと温度検出用抵抗体３０ｄとが加熱された液体の温度を検出するタイミングとから、計測流路を流通する液体の流通速度を算出することができる。また、制御基板５０は、算出した流通速度と第１溝部１１ｃ１の断面積から、液体の流量を算出することができる。

【0055】

加熱用抵抗体３０ａを瞬間的に加熱すると、加熱用抵抗体３０ａから温度検出面２２に伝達された熱が軸線Ｘ２に沿って液体の流通方向ＦＤの逆方向に伝達され、温度検出用抵抗体３０ｃの位置に到達し、その後に温度検出用抵抗体３０ｅの位置に到達する。制御基板５０は、温度により変化する温度検出用抵抗体３０ｃおよび温度検出用抵抗体３０ｅの電気抵抗値を検出することにより、温度検出用抵抗体３０ｃおよび温度検出用抵抗体３０ｅの温度を測定する。

【0056】

制御基板５０は、温度検出用抵抗体３０ｃの温度を、温度検出用抵抗体３０ｂの温度から減算する。加熱用抵抗体３０ａの流通方向ＦＤの上流側の温度検出用抵抗体３０ｃが検出する温度は、加熱用抵抗体３０ａが板状部材２０へ伝達した熱のうち液体に伝達されずに板状部材２０を介して温度検出用抵抗体３０ｃへ伝達された熱に相当する。加熱用抵抗体３０ａに対して、温度検出用抵抗体３０ｂと温度検出用抵抗体３０ｃは等距離に配置されている。

【0057】

そのため、温度検出用抵抗体３０ｂの温度から温度検出用抵抗体３０ｃの温度を減算することにより、温度検出用抵抗体３０ｂの位置を通過する液体の温度を測定することができる。同様に、制御基板５０は、温度検出用抵抗体３０ｅの温度を、温度検出用抵抗体３０ｄの温度から減算することにより、温度検出用抵抗体３０ｄの位置を通過する液体の温度を測定することができる。

【0058】

図１０に示すように、温度検出面２２には、加熱用抵抗体３０ａの一端に接続される配線パターン３０ｆと、加熱用抵抗体３０ａの他端に接続される配線パターン３０ｇが形成されている。また、温度検出面２２には、温度検出用抵抗体３０ｂの一端に接続される配線パターン３０ｈと、温度検出用抵抗体３０ｂの他端に接続される配線パターン３０ｉと、温度検出用抵抗体３０ｄの一端に接続される配線パターン３０ｊとが形成されている。温度検出用抵抗体３０ｄの他端は、配線パターン３０ｉに接続されている。

【0059】

また、温度検出面２２には、温度検出用抵抗体３０ｃの一端に接続される配線パターン３０ｋと、温度検出用抵抗体３０ｃの他端に接続される配線パターン３０ｌと、温度検出用抵抗体３０ｅの一端に接続される配線パターン３０ｍとが形成されている。温度検出用抵抗体３０ｅの他端は、配線パターン３０ｌに接続されている。配線パターン３０ｆ，３０ｇ，３０ｈ，３０ｉ，３０ｊ，３０ｋ、３０ｌ，３０ｍは、それぞれ白金等の金属膜をガラス製の基板上に蒸着させて形成される。

【0060】

図１０に示すセンサ部３０は、板状部材２０の温度検出面２２に、加熱用抵抗体３０ａと、温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅとを直接的に形成したものであったが、他の態様であってもよい。例えば、図１１に示すように、ガラス基板３２に形成されたセンサ部３０を板状部材２０の温度検出面２２に接合する態様としても良い。

【0061】

図１１は、ガラス基板３２に形成されたセンサ部３０Ａを板状部材２０の温度検出面２２に接合した状態を示す平面図である。図１１に示すセンサ部３０Ａは、ガラス基板３２の一面に加熱用抵抗体３０ａと、温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅとを蒸着により形成したものである。ガラス基板３２の加熱用抵抗体３０ａおよび温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅが形成された面は、板状部材２０の温度検出面２２に対して、接着剤により接合される。

【0062】

図１１に示すセンサ部３０Ａは、板状部材２０の温度検出面２２との間に接着剤が介在するため、図１０に示すセンサ部３０に比べ、熱伝導性および温度検出の応答性の点で不利である。一方、図１１に示すセンサ部３０Ａは、板状部材２０に直接的に加熱用抵抗体３０ａおよび温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅを形成しないため、製造が良いである。例えば、ガラス基板３２を板状部材２０よりも十分に厚く強度が高いものとすることにより、加熱用抵抗体３０ａおよび温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅを形成する際に破損が生じることを防止することができる。

【0063】

次に、本実施形態の熱式流量計１００の製造方法について説明する。図１２は、流路部材１１の平坦面１１ｃに第１溝部１１ｃ１および第２溝部１１ｃ２を形成した状態を示す平面図である。本実施形態の製造方法において、流路ユニット１０の流路部材１１は、以下の手順により製造される。

【0064】

始めに、流路部材１１の平坦面１１ｃを切削し、幅Ｗ１を有する直線状の第１溝部１１ｃ１と、幅Ｗ２を有する環状の第２溝部１１ｃ２を形成する。第１溝部１１ｃ１および第２溝部１１ｃ２は、エンドミルを用いたフライス加工により形成される。第１溝部１１ｃ１および第２溝部１１ｃ２が形成された流路部材１１の平坦面１１ｃは、図１２に示す状態となる。

【0065】

次に、流路部材１１を切削し、第１溝部１１ｃ１の軸線Ｘ２に沿った軸線方向の一端に接続されるように、断面視が円形の流入流路１１ｈを形成する。流入流路１１ｈは、図１２に点線で示す位置にドリル（図示略）を平坦面１１ｃに直交する方向に押し当てることにより形成される。

【0066】

次に、流路部材１１を切削し、第１溝部１１ｃ１の軸線Ｘ２に沿った軸線方向の他端に接続されるように、断面視が円形の流出流路１１ｉを形成する。流出流路１１ｉは、図１２に点線で示す位置にドリル（図示略）を平坦面１１ｃに直交する方向に押し当てることにより形成される。なお、流出流路１１ｉを流入流路１１ｈよりも先に形成してもよい。

【0067】

次に、流路部材１１を切削し、軸線Ｘ１に沿って延びる断面視が円形の導入流路１１ｇおよび導出流路１１ｊを形成する。導入流路１１ｇおよび導出流路１１ｊは、ドリル（図示略）を軸線Ｘ１に沿って流路部材１１の側面に押し当てることにより形成される。

【0068】

次に、第２溝部１１ｃ２にＯリング１２を挿入し、センサカバー４０の凹所４３ａに収容された板状部材２０を流路部材１１の平坦面１１ｃに接触するように取り付ける。板状部材２０の接液面２１が平坦面１１ｃに接触すると、接液面２１と第１溝部１１ｃ１とにより、液体が流通する計測流路が形成される。

【0069】

次に、ねじ８０を貫通穴４１および貫通穴１１ｄに挿入し、凹所１１ｅに配置されるベース１３の雌ねじ１３ａに締結することにより、流路ユニット１０とセンサカバー４０とを一体とする。また、制御基板５０が収容されたアッパーケース６０を流路部材１１の上端に取り付け、ボトムケース７０を流路部材１１の下端に取り付ける。以上により、本実施形態の熱式流量計１００が製造される。

【0070】

以上説明した本実施形態の熱式流量計１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の熱式流量計１００によれば、液体の流量を計測するための計測流路となる第１溝部１１ｃ１が形成された流路部材１１が樹脂製であるため、アルカリ性液体に対する耐腐食性を高めることができる。また、第１溝部１１ｃ１が形成された流路部材１１の平坦面１１ｃに板状部材２０を取り付け、センサ部３０の加熱用抵抗体３０ａから板状部材２０を介して液体に伝達された熱を温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅが検出する板状部材２０の温度として検出することで、液体の流量を計測することができる。

【0071】

また、流入流路１１ｈの平坦面１１ｃに開口する位置の内径ＩＤｈおよび流出流路１１ｉの平坦面１１ｃに開口する位置の内径ＩＤｉが第１溝部１１ｃ１の幅Ｗ１よりも大きいため、第１溝部１１ｃ１の中心に対して流入流路１１ｈおよび流出流路１１ｉの中心がわずかにずれたとしても、第１溝部１１ｃ１の一端に流入流路１１ｈが適切に接続され、あるいは第１溝部１１ｃ１の他端に流出流路１１ｉが適切に接続される。したがって、第１溝部１１ｃ１と、流入流路１１ｈと、流出流路１１ｉとを、流路部材１１に容易に形成し、高精度の流量計測をすることができる。

【0072】

本実施形態の熱式流量計１００によれば、内径ＩＤｈおよび内径ＩＤｉを第１溝部１１ｃ１の幅Ｗ１の１．５倍以上とすることで、第１溝部１１ｃ１の中心に対して流入流路１１ｈおよび流出流路１１ｉの中心がわずかにずれたとしても、第１溝部１１ｃ１の一端に流入流路１１ｈが適切に接続され、第１溝部１１ｃ１の他端に流出流路１１ｉが確実に接続されるようにすることができる。

【0073】

本実施形態の熱式流量計１００によれば、第１溝部１１ｃ１の幅Ｗ１を０．２ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下とすることにより、計測流路の流路断面積を小さくして加熱用抵抗体３０ａにより液体が加熱されやすいようにし、液体の流量の計測精度を高めることができる。

【0074】

本実施形態の熱式流量計１００によれば、板状部材２０がサファイアまたはガラス状炭素により形成されているため、アルカリ性液体や強酸（フッ酸、硫酸等）に対して十分な耐腐食性を発揮することができる。

【0075】

本実施形態の熱式流量計１００によれば、センサ部３０が板状部材２０に蒸着されているため、加熱用抵抗体３０ａにより板状部材２０を直接的に加熱することができ、温度検出用抵抗体３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅにより板状部材２０の温度を直接的に検出することができる。

【0076】

本実施形態の熱式流量計１００によれば、平坦面１１ｃに形成される第２溝部１１ｃ２にＯリング１２が挿入され、Ｏリング１２が第１溝部１１ｃ１を取り囲む環状のシール領域ＳＡを形成するため、計測流路を流通する液体がシール領域ＳＡの外部に漏出することを確実に防止することができる。

【符号の説明】

【0077】

１０ 流路ユニット
１１ 流路部材
１１ａ 流入口
１１ｂ 流出口
１１ｃ 平坦面
１１ｃ１ 第１溝部
１１ｃ２ 第２溝部
１１ｄ 貫通穴
１１ｅ 凹所
１１ｆ 位置決め穴
１１ｇ 導入流路
１１ｈ 流入流路
１１ｉ 流出流路
１１ｊ 導出流路
１２ Ｏリング（環状シール部材）
１３ ベース
２０ 板状部材
２１ 接液面
２２ 温度検出面
３０，３０Ａ センサ部
３０ａ 加熱用抵抗体
３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ 温度検出用抵抗体
３１ フレキシブル基板
３２ ガラス基板
４０ センサカバー
４１ 貫通穴
４２ 位置決め穴
４３ 接触面
４３ａ 凹所
４３ｂ 凹所
５０ 制御基板
６０ アッパーケース
７０ ボトムケース
８０ ねじ
９０ 位置決めピン
１００ 熱式流量計
ＩＤｈ 内径（第１内径）
ＩＤｉ 内径（第１内径）
Ｐｓ 計測位置
ＳＡ シール領域
Ｔ１ 厚さ
Ｘ１，Ｘ２ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】