特許 7410707 流動検知装置およびポンプシステム

(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】

(24)【登録日】2023-12-26

(45)【発行日】2024-01-10

(54)【発明の名称】流動検知装置およびポンプシステム

(51)【国際特許分類】

   G01P 13/00 20060101AFI20231227BHJP

   G01L 13/00 20060101ALI20231227BHJP

   F04C 5/00 20060101ALI20231227BHJP

   F04B 53/16 20060101ALI20231227BHJP

【ＦＩ】

G01P13/00 C

G01L13/00 C

F04C5/00 341A

F04B53/16 E

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019231977

(22)【出願日】2019-12-23

(65)【公開番号】P2021099290

(43)【公開日】2021-07-01

【審査請求日】2022-10-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000002325

【氏名又は名称】セイコーインスツル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】篠原 陽子

(72)【発明者】

【氏名】大海 学

(72)【発明者】

【氏名】内山 武

(72)【発明者】

【氏名】野邉 彩子

(72)【発明者】

【氏名】須田 正之

【審査官】岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－６３９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３４８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２５７６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｐ１３／００ －１３／０４

Ｇ０１Ｆ １／００ － ９／０２

Ｇ０１Ｌ ７／００ －２３／３２

Ｇ０１Ｌ２７／００ －２７／０２

Ｆ０４Ｂ２３／００ －２３／１４

Ｆ０４Ｂ５３／００ －５３／２２

Ｆ０４Ｃ ２／３５６－ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体が通過する外周に曲面を有する流路の流動を検知する流動検知装置であって、
第一空気室と、
前記第一空気室と連通孔を介して連通する第二空気室と、
前記流路の外周曲面に直接接触し、前記第二空気室の側壁の一部を形成する可撓体と、
前記第一空気室と前記第二空気室との圧力差を検出するセンサと、
を備え、
前記第二空気室は、前記第一空気室と連通する前記連通孔を除いて気密である、
流動検知装置。

【請求項2】

前記流路の前記外周曲面と前記第二空気室とは、前記可撓体によって分離されている、
請求項１に記載の流動検知装置。

【請求項3】

前記流路の前記外周曲面の一部は、前記第二空気室の側壁の一部を形成する、
請求項１に記載の流動検知装置。

【請求項4】

前記センサは、前記圧力差によって撓み変形するカンチレバーを有する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流動検知装置。

【請求項5】

前記第一空気室は、前記第二空気室よりも広い、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の流動検知装置。

【請求項6】

前記第一空気室は、大気圧空間である、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の流動検知装置。

【請求項7】

流体が通過する流路の流動を検知する流動検知装置であって、
第一空気室と、
前記第一空気室と連通孔を介して連通する第二空気室と、
前記流路の外周面に接触し、前記第二空気室の側壁の一部を形成する可撓体と、
前記第一空気室と前記第二空気室との圧力差を検出するセンサと、
を備え、
前記第二空気室は、前記第一空気室と連通する前記連通孔を除いて気密であり、
前記第一空気室は、前記第二空気室よりも広い、
流動検知装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の流動検知装置と、
前記流路に前記流体を吐出するポンプと、を備える、
ポンプシステム。

【請求項9】

前記ポンプは、脈動ポンプである、
請求項８に記載のポンプシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体が通過する流路の流動を検知する流動検知装置および流動検知装置を含むポンプシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

管状部材によって形成される流路を通過する流体の流量を測定する流量計が用いられている。特許文献１には、流体に非接触で流量異常を迅速に検知することができる流量異常検知装置が記載されている。特許文献１に記載された流量異常検知装置は、外側から測定した管状部材の形状変化に基づいて流体の流量異常を検知することで、流体に非接触で流量異常を迅速に検知することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１３２３６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しがしながら、特許文献１に記載された流量異常検知装置は、流路を溝部底面に設けられた測定部に押し当て、流路の外形形状変化を測定しており、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を妨げる場合があった。

【0005】

上記事情を踏まえ、本発明は、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を妨げずに流体の
流動を検知する流動検知装置およびポンプシステム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】

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様に係る流動検知装置は、流体が通過する外周に曲面を有する流路の流動を検知する流動検知装置であって、第一空気室と、前記第一空気室と連通孔を介して連通する第二空気室と、前記流路の外周曲面に直接接触し、前記第二空気室の側壁の一部を形成する可撓体と、前記第一空気室と前記第二空気室との圧力差を検出するセンサと、を備え、前記第二空気室は、前記第一空気室と連通する前記連通孔を除いて気密である。

【0007】

本発明の第二の態様に係るポンプシステムは、上記流動検知装置と、前記流路に前記流体を吐出するポンプと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明の流動検知装置およびポンプシステムは、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を妨げずに流体の流動を検知できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第一実施形態に係る流動検知装置を備えたポンプシステムの全体構成図である。

【図2】同流動検知装置の斜視図である。

【図3】図２に示すＡ－Ａ線に沿う同流動検知装置の断面図である。

【図4】同流動検知装置のセンサの構成例を示す図である。

【図5】同センサのアナログ回路部の一例を示すブロック図である。

【図6】同アナログ回路部の出力信号の一例を示す図である。

【図7】同センサの動作の一例を示す図であり、カンチレバーの動作の一例を模式的に示す断面図である。

【図8】流体の圧力が上昇した際の流動検知装置の断面図である。

【図9】ポンプが動作していないときのデジタル処理部の出力波形である。

【図10】初期状態から流路に詰まりが発生した異常状態に第二流路が変化したときのデジタル処理部の出力波形である。

【図11】第二流路に詰まりが発生した異常状態におけるデジタル処理部の出力波形である。

【図12】同流動検知装置の変形例である流動検知装置の断面図である。

【図13】第二実施形態に係る流動検知装置の断面図である。

【図14】同流動検知装置の変形例である流動検知装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態について、図１から図１１を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る流動検知装置１００を備えたポンプシステム２００の全体構成図である。

【0011】

［ポンプシステム２００］
ポンプシステム２００は、ポンプ８０と、第一流路８１と、第二流路８２と、給水タンク８３と、排水タンク８４と、流動検知装置１００と、を備えている。

【0012】

ポンプ８０は、給水タンク８３から第一流路８１を経由して液体（流体）を吸い込み、第二流路８２に吐出する。第二流路８２に吐出された液体は、排水タンク８４に排出される。本実施形態において、ポンプ８０は、例えばチューブ式ローラポンプや容積式ポンプのように、吐出する液体に一定周期の脈動が発生する脈動ポンプである。ここで、流動検知とは、流量変化や圧力変化など、流体の流れの有無やその変化を検知することをいう。

【0013】

［流動検知装置１００］
図２は、流動検知装置１００の斜視図である。図３は、図２に示すＡ－Ａ線に沿う流動検知装置１００の断面図である。流動検知装置１００は、第二流路８２に取り付けられ、液体（流体）が通過する第二流路（流路）８２の流動を検知する。流動検知装置１００は、センサ基板１と、キャビティ筐体２と、センサ３と、可撓体４と、検出部６と、を有する。

【0014】

なお、本実施形態では、センサ基板１の厚み方向をＺ軸方向とし、センサ基板１のセンサ３が実装されている主面Ｆ１（表面、第１の主面）側を上方、その反対側の主面Ｆ２（裏面、第２の主面）側を下方という。また、後述するカンチレバー３０の平面視で長手方向をＸ軸方向、カンチレバー３０の平面視で長手方向（Ｘ軸方向）に直交する短手方向をＹ軸方向として説明する。

【0015】

センサ基板１は、例えばプリント回路基板である。センサ基板１の主面Ｆ１側には、センサ３と、検出部６とが実装（配置）されている。センサ基板１は、センサ基板１を厚み方向に貫通する貫通孔１０を有する。

【0016】

キャビティ筐体２は、内部にキャビティ２０を有する有底箱状に形成された筐体である。キャビティ筐体２は、センサ基板１によりキャビティ筐体２の開口面（キャビティ２０の開口面）を覆うように、センサ基板１の主面Ｆ１側に配置されている。センサ３は、キャビティ２０内に配置されている。

【0017】

キャビティ２０は、センサ３によって、第一空気室２１と第二空気室２２とに区画される。第一空気室２１と第二空気室２２とは、センサ３に設けられた連通孔３１を介して連通している。センサ基板１の貫通孔１０は、図３に示すように、第二空気室２２に連通している。

【0018】

第一空気室２１は、図３に示すように、センサ３の上方側に形成された空間である。第一空気室２１は、センサ３の連通孔３１を除いて気密に形成されている。第一空気室２１は、第二空気室２２よりも広い。

【0019】

第二空気室２２は、図３に示すように、センサ３の下方側に形成された空間である。センサ基板１の貫通孔１０は、後述する可撓体４によって塞がれている。そのため、第二空気室２２は、センサ３の連通孔３１を除いて気密に形成されている。第二空気室２２の容積をより小さくすることで、後述する流動の検出精度が高くなる。

【0020】

図４は、本実施形態によるセンサ３の構成例を示す図である。
センサ３は、例えばＳＯＩ基板など半導体基板３Ｂ上に形成されている。センサ３は、センサ基板１の主面Ｆ１側に配置されている。センサ３は、カンチレバー３０と、第一空気室２１と第二空気室２２とを連通する連通孔３１（ギャップＧ１およびギャップＧ２）と、を備えている。

【0021】

カンチレバー３０は、基端部３ｂが片持ち支持されており、基端部３ｂが半導体基板に接続され、先端部３ａが自由端とされた片持ち梁構造である。カンチレバー３０は第一空気室２１と第二空気室２２との間に配置されている。カンチレバー３０は、基端部３ｂから先端部３ａに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ２０の第一空気室２１と第二空気室２２との圧力差に応じて撓み変形する。カンチレバー３０は、レバー本体３２と、レバー本体３２を片持ち状態で支持するレバー支持部３４と、を有する。

【0022】

ギャップＧ１は、半導体基板３Ｂとレバー本体３２の外周縁との間に形成された、半導体基板３Ｂを厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）の溝である。ギャップＧ１は、空気を第一空気室２１と第二空気室２２とに流通させる連通孔として機能する。

【0023】

ギャップＧ２は、レバー本体３２の基端部３ｂにおいて形成された、レバー本体３２を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）の溝である。ギャップＧ２は、レバー本体３２の基端部３ｂにおいてセンサ３の短手方向（Ｙ軸方向）の中央部に配置されている。これにより、レバー本体３２は基端部３ｂを中心として撓み変形し易い構造とされている。

【0024】

レバー支持部３４は、例えばギャップＧ２を挟んで短手方向（Ｙ軸方向）に並ぶように二個配置され、レバー本体３２と半導体基板３Ｂとを接続するとともにレバー本体３２を片持ち状態で支持している。したがって、カンチレバー３０は、レバー支持部３４を中心に撓み変形する。なお、２つのレバー支持部３４の短手方向（Ｙ軸方向）に沿った支持幅は、同等とされている。したがって、カンチレバー３０が撓み変形した際、一方のレバー支持部３４に作用する単位面積当たりの応力と、他方のレバー支持部３４に作用する単位面積当たりの応力とは同等とされている。

【0025】

カンチレバー３０には、ピエゾ抵抗（抵抗素子）であるドープ層３６（不純物半導体層）が全面に亘って形成されている。このドープ層３６は、例えばリン等のドープ材（不純物）がイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。

【0026】

ドープ層３６のうち、カンチレバー３０が形成された部分（レバー支持部３４に形成されている部分を含む）は、上述した抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）として機能する。抵抗Ｒ１は、レバー支持部３４の撓み量に応じて抵抗値が変化する。また、図示を省略するが、ドープ層３６の上面には、ドープ層３６よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ（金）等）からなる電極が形成されている。この電極は、抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）の第１端および第２端として機能する。

【0027】

可撓体４は、ゲルやシリコン樹脂や両面テープ等の可撓性を有する材質で薄膜状に形成されている。可撓体４は、図３に示すように、センサ基板１の主面Ｆ２側に配置されている。可撓体４は、貫通孔１０を塞いでおり、第二空気室２２の側壁の一部を形成する。また、可撓体４は、第二流路８２の外周面８２ｅに接触している。本実施形態においては、第二流路８２の外周面８２ｅと第二空気室２２とは、可撓体４によって完全に分離されている。貫通孔１０と第二流路８２とは、可撓体４を挟んで両側に配置されることが望ましい。

【0028】

可撓体４は、可撓性を有しているため、第二流路８２の外形が流体の圧力変化により膨張または収縮した場合であっても、可撓体４が貫通孔１０を塞いた状態が維持される。そのため、第二空気室２２は、第二流路８２の外形が膨張または収縮した場合であっても、センサ３の連通孔３１を除いて気密である。また、第一空気室２１は、センサ３の連通孔３１を除いて気密に形成されているため、キャビティ２０（第一空気室２１および第二空気室２２）は、外気と遮断されている。

【0029】

検出部６は、カンチレバー３０の撓み変形に応じた圧力変動を検出する。ここで、検出部６は、例えば、圧力伝達媒体（例えば、液体などの流体）の圧力（測定対象圧力）の変化を検出する検出回路である。検出部６は、第一空気室２１と第二空気室２２との差圧に応じた差圧検出値（圧力変動値）を検出する。検出部６は、アナログ回路部６０と、デジタル処理部６５と、を備えている。

【0030】

アナログ回路部６０は、例えば、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）である。アナログ回路部６０は、カンチレバー３０の撓み変形に応じた変位を検出するアナログ処理を行う回路であり、例えば、センサ基板１の主面Ｆ１側に実装（配置）されている。また、アナログ回路部６０は、キャビティ筐体２の内部、すなわち、キャビティ２０内に配置されている。

【0031】

図５は、アナログ回路部６０の一例を示すブロック図である。
アナログ回路部６０は、ホイートストンブリッジ回路６１と、差動増幅回路６２と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）６３と、を備えている。

【0032】

ホイートストンブリッジ回路６１は、センサ３が有する抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）と、抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ４とを備えている。

【0033】

抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）は、第１端が電圧Ｖｃｃの供給線に、第２端がノードＮ１に接続されており、キャビティ２０内外の差圧に応じて抵抗が変化する。抵抗Ｒ１は、例えば、ピエゾ抵抗（ドープ層３６）である。また、抵抗Ｒ２は、第１端がノードＮ１に、第２端が電源ＧＮＤに接続されている。

【0034】

抵抗Ｒ３は、第１端が電圧Ｖｃｃの供給線に、第２端がノードＮ２に接続され、抵抗Ｒ４は、第１端がノードＮ２に、第２端が電源ＧＮＤに接続されている。抵抗Ｒ１は、センサ３内に構成されており、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４は、センサ３の外部に備えられた外付け抵抗である。また、抵抗Ｒ２（参照抵抗Ｒｒｅｆ１）は、例えば、抵抗Ｒ１と温度特性が同一になるように形成された抵抗であり、センサ３内に構成されてもよいし、センサ３の近傍の外部に備えられてもよい。なお、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との温度特性を一致させることにより、アナログ回路部６０は、温度変動による検出結果への影響を低減することができる。

【0035】

差動増幅回路６２は、例えば、計測アンプ（インスツルメンテーションアンプ）であり、ノードＮ１とノードＮ２との電位差を増幅して出力信号として出力する。差動増幅回路６２は、反転入力端子（－端子）がノードＮ１に接続され、非反転入力端子（＋端子）がノードＮ２に接続されている。

【0036】

ＡＤＣ６３は、差動増幅回路６２の出力信号（アナログ信号）を、デジタル変換して、デジタル変換された出力信号データ（出力波形データ）を出力する。

【0037】

デジタル処理部６５は、例えば、マイクロコントローラなどのデジタル処理回路であり、アナログ回路部６０が検出した差圧に対応した出力波形データを、圧力変動情報に変換する。デジタル処理部６５は、例えば、センサ基板１の主面Ｆ１側に実装（配置）されており、キャビティ筐体２の外部に配置されている。

【0038】

［流動検知装置１００の動作］
次に、流動検知装置１００の動作について説明する。第二流路８２を通過する流体の圧力が変化した場合のカンチレバー３０の動作とアナログ回路部６０の出力特性について説明する。なお、以下の説明において、外圧Ｐｏｕｔは、第二空気室２２の圧力である。また、内圧Ｐｉｎは、第一空気室２１の圧力である。

【0039】

図６は、アナログ回路部６０の出力信号の一例を示す図である。図６（ａ）は、外圧Ｐｏｕｔおよび内圧Ｐｉｎの経時変化を示しており、図６（ｂ）は、アナログ回路部６０（差動増幅回路６２）の出力信号の経時変化を示している。

【0040】

図７は、センサ３の動作の一例を示す図であり、カンチレバー３０の動作の一例を模式的に示す断面図である。図７（ａ）は、初期状態のカンチレバー３０の断面図を示し、図７（ｂ）は、外圧Ｐｏｕｔが内圧Ｐｉｎより高い状態のカンチレバー３０の断面図を示している。また、図７（ｃ）は、キャビティ２０の第一空気室２１と第二空気室２２の圧力が同じに戻った状態のカンチレバー３０の断面図を示している。

【0041】

初期状態の期間Ａにおいて、図６（ａ）に示すように、外圧Ｐｏｕｔと内圧Ｐｉｎとが等しい。図７（ａ）に示すように、カンチレバー３０は、差圧ΔＰがゼロであるため、撓み変形しない。

【0042】

図８は、流体の圧力が上昇した際の流動検知装置１００の断面図である。
第二流路８２の流体の圧力が上昇した場合、第二流路８２の外形が膨張する。可撓体４は、第二流路８２の外形の膨張に伴って、第二空気室２２側に移動する。その結果、第二空気室２２の外圧Ｐｏｕｔが上昇する。

【0043】

時刻ｔ１以降の期間Ｂにおいて、図６（ａ）に示すように、例えば、外圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇すると、内圧Ｐｉｎは急激に変化できず、差圧ΔＰが生じる。図７（ｂ）に示すように、カンチレバー３０は、第一空気室２１に向けて撓み変形する。すると、カンチレバー３０の撓み変形に応じて抵抗Ｒ１（ドープ層３６）に応力が加わり、電気抵抗値が変化するので、図６（ｂ）に示すように、アナログ回路部６０の出力信号が増大する。

【0044】

外圧Ｐｏｕｔの上昇以降（時刻ｔ１以降）において、ギャップＧ１を介してキャビティ２０の第一空気室２１から第二空気室２２へと空気が徐々に流動する。このため、図６（ａ）に示すように、内圧Ｐｉｎは、時間の経過とともに、外圧Ｐｏｕｔに遅れながら、かつ外圧Ｐｏｕｔの変動よりも緩やかな応答で上昇する。その結果、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔに徐々に近づくので、カンチレバー３０の撓みが徐々に小さくなり、時刻ｔ２以降において、図６（ｂ）に示すように、上述の出力信号が、徐々に低下する（期間Ｃ）。

【0045】

時刻ｔ３以降の期間Ｄにおいて、図６（ａ）に示すように、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔと同じになると、図７（ｃ）に示すように、カンチレバー３０の撓み変形が解消され、初期状態に復帰する。さらに、図６（ｂ）に示すように、アナログ回路部６０の出力信号も期間Ａの初期状態と同値に戻る。このような仕組みにより、アナログ回路部６０の出力信号には、差圧ΔＰに応じた電圧ΔＶが出力される。

【0046】

なお、アナログ回路部６０の出力信号は、初期状態における基準電圧と、抵抗Ｒ１（ドープ層３６）の抵抗変化に基づいて増幅された信号との加算となる。初期状態における基準電圧は、カンチレバー３０に加わる差圧ΔＰがゼロの場合における、図５に図示したホイートストンブリッジ回路６１のノードＮ１とノードＮ２との電圧差を差動増幅回路６２で増幅した電圧値となる。

【0047】

なお、カンチレバー３０はＳＯＩ基板のシリコン活性層を利用して半導体プロセス技術により形成可能であるため、センサ３は非常に薄型化（例えば数十から数百ｎｍ厚）しやすい。したがって、センサ３は、微小な圧力変動の検出を精度よく行うことができる。

【0048】

さらに、センサ３では、外圧Ｐｏｕｔが非常に緩やかに変化する場合、ギャップＧ１による空気の流動制限機能が作用せず、内圧Ｐｉｎは外圧Ｐｏｕｔに対して時間遅れせず、ほぼ同じ圧力値となり、差圧ΔＰが発生しない。センサ３では、これを逆に利用し、外圧Ｐｏｕｔが非常に遅い変化速度の場合（例えば、気象変化のような気圧変化の場合）、外圧Ｐｏｕｔの変化を無視することが可能となる。よって、センサ３は、気象変化のような気圧変化をノイズとして除去することが可能になる。

【0049】

デジタル処理部６５は、アナログ回路部６０が検出した差圧に対応した上述した出力波形データを、圧力変動情報に変換して出力する。

【0050】

図９は、ポンプが動作していないときのデジタル処理部６５の出力波形である。多少のノイズがあるが、出力波形の変動はない。

【0051】

図１０は、初期状態から流路に詰まりが発生した異常状態に第二流路８２が変化したときのデジタル処理部６５の出力波形である。初期状態においては、出力波形は所定の振幅で脈動している。ポンプ８０が吐出する流体の脈動をセンサ３が検出できていることを示している。出力波形が所定の振幅で脈動していることを確認することで、ポンプ８０が正常に動作していることを確認できる。

【0052】

図１１は、第二流路８２に詰まりが発生した異常状態におけるデジタル処理部６５の出力波形である。異常状態においては、出力波形は初期状態の振幅より大きな振幅で脈動している。流動検知装置１００は、例えばベースラインが所定の閾値を超過もしくは低下した場合に、異常状態となったと検出する。

【0053】

図１１に示す出力波形は、ポンプ８０が吐出する流体が、流動検知装置１００よりも下流で詰まっていることをセンサ３が検出できていることを示している。流体が第二流路８２において流動検知装置１００よりも下流で詰まっている場合、ポンプ８０は流体を押し出そうするが、詰まり箇所より下流には流体は流れず、図１１に示すように、流動検知装置１００付近において、ポンプ８０の能力すべてが圧力変化に変換され、大きな脈動を発生させる。仮に、流体が第二流路８２において流動検知装置１００よりも上流で詰まっている場合、ポンプが発生させる圧力変化は詰まり箇所で遮断されるため、詰まり箇所より下流にある流動検知装置１００付近において流体が脈動しない。その結果、センサ３は流体の脈動を検出せず、図９のような出力波形を出力する。複数の流動検知装置１００を第二流路８２に設置すれば、デジタル処理部６５の出力波形を確認することで、第二流路８２の詰まりが発生した場所を特定しやすくなる。ここで「詰まり」とは流路の流量異常をいい、異物や泡の混入により流量に異常が発生した場合も含む。

【0054】

なお、ポンプ８０の上流の第一流路８１において流体が詰まっている場合、第二流路８２に流体は流れないが、上記同様にポンプ８０が圧力変化を発生させる。その結果、センサ３は流体の脈動を検出し、図１１のような出力波形を出力する。

【0055】

本実施形態の流動検知装置１００によれば、流体に非接触で、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を妨げずに流体の流動を検出できる。第二流路８２には可撓体４のみが接触しているため、流体の圧力変化に伴う第二流路８２の形状変化を妨げない。また、第二流路８２の外形が流体の圧力変化により膨張または収縮した場合であっても、可撓体４が貫通孔１０を塞いた状態が維持される。そのため、キャビティ２０（第一空気室２１および第二空気室２２）は外気と遮断された状態が維持される。その結果、流動検知装置１００は、第二流路８２の外周面８２ｅの外形の変化をキャビティ２０内の気圧変化に変換でき、高感度に流体の流動を検出できる。

【0056】

以上、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の実施形態および以下で示す変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。

【0057】

（変形例１）
例えば、上記実施形態において、第一空気室２１はセンサ３の連通孔３１を除いて気密に形成されていたが、第一空気室の態様はこれに限定されない。図１２は、流動検知装置１００の変形例である流動検知装置１００Ｂの断面図である。流動検知装置１００Ｂは、キャビティ筐体２を有しておらず、第一空気室２１はキャビティ筐体２に覆われていない。すなわち、第一空気室２１は大気圧空間である。流動検知装置１００Ｂは、流動検知装置１００と比較すると検出精度は落ちるが、流体の流動を検出できる。

【0058】

（変形例２）
例えば、上記実施形態においてポンプ８０は脈動ポンプであったが、ポンプ８０の態様はこれに限定されない。ポンプ８０は、シリンジポンプ等の吐出する流体に脈動が発生しないポンプであってもよい。流動検知装置１００は、第二流路８２の外周面８２ｅの外形の変化をキャビティ２０内の気圧変化に変換でき、流体の流動を検出できる。

【0059】

（第二実施形態）
本発明の第二実施形態について、図１３から図１４を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0060】

図１３は、第二実施形態に係る流動検知装置１００Ｃの断面図である。
流動検知装置１００Ｃは、センサ基板１と、キャビティ筐体２と、センサ３と、可撓体４Ｃと、検出部６と、クランプ７、を有する。

【0061】

クランプ７は、第二流路８２を固定するクランプ部材である。クランプ７は、第二流路８２に外力が加わった場合でも、第二流路８２を固定できる。クランプ７は、ベース７０と、ベース７０に取り付けられた固定部７１と、を有している。

【0062】

ベース７０は、板状の部材であり、センサ基板１の主面Ｆ２に接触可能な底面７０ａを有している。ベース７０は、厚み方向に貫通する貫通孔７０ｂを有している。センサ基板１の主面Ｆ２と底面７０ａとは両面テープ（図示せず）で固定されている。

【0063】

固定部７１は、ベルト状に形成されており、第二流路８２を取り外し可能に固定できる。固定部７１の両端部には、互いに係合する係合部７１ａが形成されている。固定部７１は、流体の圧力変化に伴う第二流路８２の形状変化を妨げない程度に第二流路８２を固定する。

【0064】

センサ基板１は、センサ基板１の主面Ｆ２が上側を向いて配置される。そのため、キャビティ筐体２やセンサ３は、第一実施形態と比較して、上下逆になっている。

【0065】

可撓体４Ｃは、ゲルやシリコン樹脂や両面テープ等の可撓性を有する材質で薄膜状に形成されている。可撓体４Ｃは、固定部７１の内周面７１ｉと第二流路８２の外周面８２ｅとの間に配置されている。可撓体４Ｃは、固定部７１の内周面７１ｉと第二流路８２の外周面８２ｅとに接触している。本実施形態においては、可撓体４Ｃは貫通孔４ｈが設けられている。貫通孔４ｈは、貫通孔７０ｂを経由して貫通孔１０に連通している。そのため、可撓体４Ｃおよび第二流路８２の外周面８２ｅの一部は、第二空気室２２の側壁の一部を形成する。

【0066】

可撓体４Ｃは、可撓性を有しているため、第二流路８２の外形が流体の圧力変化により膨張または収縮した場合であっても、可撓体４が固定部７１の内周面７１ｉと第二流路８２の外周面８２ｅとの間を塞いた状態が維持される。そのため、第二空気室２２は、第二流路８２の外形が膨張または収縮した場合であっても、センサ３の連通孔３１を除いて気密である。

【0067】

本実施形態の流動検知装置１００Ｃによれば、第一実施形態の流動検知装置１００と同様、流体に非接触で、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を妨げずに流体の流動を検出できる。流動検知装置１００Ｃは、第二流路８２を固定できるため、流動検知装置１００と比較して、第二流路８２の外周面８２ｅの外形の変化をキャビティ２０内の気圧変化により正確に変換でき、より高精度に流体の流動を検出できる。

【0068】

以上、本発明の第二実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の実施形態および変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。

【0069】

（変形例３）
例えば、上記実施形態において、クランプ７はベルト状の固定部７１を有する部材であったが、クランプ７の形状はこれに限定されない。図１４は、クランプ７の変形例であるクランプ７Ｄを有する流動検知装置１００Ｄの断面図である。クランプ７Ｄは、いわゆるフラットケーブルクランプである。クランプ７の形状は、第二流路８２を固定できればどのような形状であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本発明は、流体が通過する流路の流動を検知する装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0071】

２００ ポンプシステム
１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 流動検知装置
１ センサ基板
１０ 貫通孔
２ キャビティ筐体
２０ キャビティ
２１ 第一空気室
２２ 第二空気室
３ センサ
３０ カンチレバー
３１ 連通孔
３２ レバー本体
３４ レバー支持部
４，４Ｃ 可撓体
４ｈ 貫通孔
６ 検出部
７，７Ｄ クランプ
８２ 第二流路（流路）
８２ｅ 外周面

【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】