(57)【要約】【課題】液体や気体の被計測流体の流れ（主に流量と流速）を計測するに当り、流体温度、粘性、引火性、化学的安定性などを考慮した各種用途に応えられる極めて安価で単純構造の熱型フローセンサを提供する。【解決手段】用途に応じて異なるヒータと温度センサとを備えた基板を有する熱型フローセンサのセンシングユニットと、熱型フローセンサを構成する用途に応じた内部形状の流路とは別々に用意する。それぞれ用途に応じてセンシングユニットと流路とを選択して組み合わせて取り付けできる流体の漏れの無い構造にする。ヒータと温度センサからの電気的端子が基板を介して流路の外部から電気的接続ができるような構造とし、ヒータと温度センサは、流体に直接接触するような構造にして応答速度と感度を増大させる。また、必要に応じて制御回路や演算回路などを有する電気回路計測ユニットを取り付けられるようにする。【選択図】図４
2010230601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れを計測する熱型フローセンサのセンシングユニットは、少なくとも、ヒータと温度センサとを備えた基板を有すること、該センシングユニットが、熱型フローセンサを構成する流路とは独立に構成されていること、被計測流体が漏れないようにシールされた構造で、該流路に取り付けできる構造であること、該流路に取り付け後は、前記ヒータと前記温度センサからの電気的端子が前記基板を介して前記流路の外部から電気的接続ができるような構造であり、前記ヒータと前記温度センサは、前記流体に直接接触するような構造であること、を特徴とするセンシングユニット。
【請求項２】
温度センサが温度差センサである請求項１記載のセンシングユニット。
【請求項３】
温度差センサが電流検出型熱電対である請求項２記載のセンシングユニット。
【請求項４】
ヒータと温度センサとを兼用して用いた請求項１から３のいずれかに記載のセンシングユニット。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のセンシングユニットを前記流路に接合して、該流路を流れる流体の流れを計測できるように構成したことを特徴とする熱型フローセンサ。
【請求項６】
流路が商用標準規格のパイプとし、被計測流体の配管に接続できるようにした請求項５記載の熱型フローセンサ。
【請求項７】
少なくとも、前記電気的端子に被計測の流体の流れを計測するに必要な電気回路を有する計測ユニットを装着した請求項５もしくは６のいずれかに記載の熱型フローセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体や液体である流体の流量、流速などの流れを計測する熱型フローセンサの部品であるセンシングユニットとこれを搭載した熱型フローセンサに関し、単純構造で安価なセンシングユニットとその熱型フローセンサを提供する。
【背景技術】
【０００２】
従来、本出願人は、これまで宙に浮いた薄膜に、白金薄膜などの抵抗体を形成してヒータとする「電熱器」（特許文献１）を発明し、現在では、フローセンサや真空センサなどのマイクロヒータとして応用されている。更に本出願人は、半導体ダイオードをヒータとする「加熱ダイオード温度測定装置とこれを用いた赤外線温度測定装置および流量測定装置ならびに流量センシング部の製作方法」（特許文献２）を発明した。そして、半導体ダイオードは温度センサとしても利用できるので、ヒータ兼温度センサとして利用することを提案した。その後、本出願人は、「温度差の検出方法、温度センサおよびこれを用いた赤外線センサ」（特許文献３）や「電流検出型熱電対等の校正方法、電流検出型熱電対、赤外線センサおよび赤外線検出装置」(特許文献４）を発明して、一対の熱電対を用いて、従来の開放電圧を計測して温度差を計測するのではなく、熱電対の熱起電力に基づく短絡電流を計測した方がサーモパイルよりも感度が大きくなることを理論的にも示し、電流検出型熱電対と名づけた。また、熱電対を温度差センサとして利用するばかりでなく、ヒータとしても利用できる熱電対ヒータも発明した（特願2007-248520）。
【０００３】
一般に、基板に形成しているが、その基板から宙に浮いた薄膜（基板から熱分離した薄膜）において、加熱された薄膜は、加熱を止めるとニュートンの冷却の法則により、周囲環境温度Tcである基板の温度（加熱される前の周囲温度）と加熱された薄膜の温度Tとの温度差（T-Tc)に比例して放熱・冷却され、最終的には基板の温度に等しくなる。このように、加熱された物体の温度が周囲媒体へ熱伝導して、周囲媒体のそのときの熱伝導率に関係して温度上昇したり、温度降下したりするときの温度センサの温度変化を計測して周囲媒体の被測定物理量、例えば、流速、真空度、不純物濃度、エンタルピ変化などを計測するために用いる熱伝導型センサでは、絶対温度センサよりも周囲環境温度Tcである基板の温度と加熱された薄膜の温度Tとの温度差が重要である。このように、温度差を計測するには温度差のみを出力する小型の温度差センサが、周囲温度の変化の影響をほとんど受けずに計測できるために、好適である。
【０００４】
本発明者は、先に、温度差センサである電流検出型熱電対を用いたガスフローセンサと不純物濃度センサを発明した（特願2007-305099）。しかし、そこでは、センサにマイクロバルブを有するために、製造のバラツキが伴い歩留まりが必ずしも良いものでなく、製造コストが嵩むものであった。フローセンサとして、もう少し単純な構造で安価なセンサが望まれていた。
【０００５】
また、従来、基板に形成した溝状流路を橋架する構造で、この基板から熱分離した薄膜橋（宙に浮いた薄膜の橋）を３個溝に沿って対称に形成し、それぞれには白金薄膜が形成してあり、中央の薄膜橋をヒータとして利用し、両側の薄膜橋を温度センサとして利用するガスフローセンサがあった（USP4478077）。これは、流路に沿ったガスの流れがないときには、中央のヒータを中心に対称にある両側の薄膜橋の温度は等しいが、ガスの流れがあると、上流側の薄膜橋では、冷たいガスが流れるので冷え、下流側では、中央のヒータ薄膜橋からの熱を受けて温度上昇する。このようにガスの流れにより、ヒータの両側の薄膜橋に温度差が生じるので、これを利用してガス流を計測する方法である。しかしながら、白金薄膜などの抵抗温度センサでは、絶対温度センサであるために抵抗そのものが、絶対温度に対応する。従って、温度差を計測するには絶対温度センサを２個用意し、これらの出力の差を求める必要があること、しかも周囲温度変化をそのまま反映することなどから、微細な温度差計測には、不向きであった。
【０００６】
従来の熱型フローセンサでは、多くの場合、白金ヒータなどの絶対温度センサを使用していたために、周囲温度補正が困難であり、それを達成するために、多くのセンサとそれによる温度制御系を必要とし、さらに特別の専用の流路を含むケーシングのために、高価なフローセンサにならざるを得なかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５５−119381広報（特許第１３９８２４１号）
【特許文献２】特開２００６−２５０７３６公報
【特許文献３】特開２００５−２２１２３８公報
【特許文献４】特開２００８−１０７３０７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の要望を満たすためになされたもので、液体や気体の被計測流体の流れ（主に流量と流速）を計測するに当り、流体温度、粘性、引火性、化学的安定性などを考慮した各種用途に応えられる極めて安価で単純構造の熱型フローセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係わるセンシングユニットは、流体の流れを計測する熱型フローセンサの１つの部品であり、少なくとも、ヒータと温度センサとを備えた基板を有すること、このセンシングユニットが、熱型フローセンサを構成する流路とは独立に構成されていること、被計測流体が漏れないようにシールされた構造で、流路に取り付けできる構造であること、流路に取り付け後は、前記ヒータと前記温度センサからの電気的端子が前記基板を介して前記流路の外部から電気的接続ができるような構造であり、前記ヒータと前記温度センサは、前記流体に直接接触するような構造であること、を特徴とするものである。
【００１０】
熱型フローセンサの流路は、必ずしも特別の専用流路を開発するのではなく、商用の標準規格の流路、例えば、規格品のステンレスパイプを流路として用いることにより安価になる。この流路となるステンレスパイプにくり抜いた孔を開けた構造の流路と、少なくとも、熱型フローセンサの基本的な構成であるヒータと温度センサ（温度差センサ）とを有する基板を備えたセンシングユニットとを別々に用意して、これらを合体させて、1台の熱型フローセンサを構成できるようにすることで、各種用途に応えられる極めて安価で単純構造の熱型フローセンサを提供するものである。
【００１１】
流体の流れを計測する熱型フローセンサの部品としてのセンシングユニットの電気的端子は、例えば、ハーメチックシールのような構造にして、流路は上述のように、規格品のステンレスパイプをくり抜いた孔を有するようにしておき、センシングユニットのヒータと温度センサとを備えた基板の部分を、流路のくり抜いた孔に差し込み、センシングユニットの周囲が流路のステンレスパイプの外形にぴったり重なり、接合されるような構造にする。このような極めて単純な構造のために、安価でありながら高精度で、各種用途に応じて流路の寸法や形状の種類が選択できるようにすると共に、センシングユニットの種類も用意して、これらの組み合わせが選択できるようにすることにより、種々の用途に応える熱型フローセンサを提供するものである。
【００１２】
本発明の請求項２に係わるセンシングユニットは、温度センサが温度差センサであるようにした場合である。このことにより、単純で周囲温度に依存しない安定で高精度な熱型フローセンサが提供できる。
【００１３】
本発明の請求項３に係わるセンシングユニットは、温度差センサが電流検出型熱電対であるようにした場合である。電流検出型熱電対は、１対の熱電対で済むので、極めて小型で高感度であり、しかも高精度な熱型フローセンサが提供できる。
【００１４】
温度差センサを熱電対とした場合、シリコン（Si）のSOI基板のｎ型高濃度SOI層を熱電対の一方の導体として用い、シリコン（Si）の熱酸化絶縁層（SiO2膜）を挟んで、ニッケル（Ni）薄膜などを他方の導体として一対の熱電対を構成し、カンチレバ、ダイアフラムや架橋構造の上に形成することができる。この場合、ヒータも同様に形成した熱電対を使用することもできるし、ダイオード、金属薄膜やSOI層の抵抗体をヒータとすることもできる。これらは、半導体の微細加工技術、MEMS技術により容易に形成できる。
【００１５】
また、熱電対材料として、ＢｉＴｅ（Ｓｂ）系などの熱電材料をスパッタリングや真空蒸着で、薄膜熱電対としてプラスチックやガラス薄膜などのダイアフラムやカンチレバ上に形成することもできる。
【００１６】
また、熱電対材料からなる熱電対の一方の導体としての金属薄膜（例えば、Ni薄膜）の上に絶縁層を介して、他方の熱電対導体としての金属薄膜（（例えば、Au薄膜）をスパッタリングなどで形成して、宙に浮いた形状にして熱容量を小さくさせて、高感度、かつ高速応答の熱電対を作成することもできる。特に液体などの質量が大きい流体の流速等の計測には、壊れがたいので好適である。電流検出型熱電対では、内部抵抗が小さい方が、出力が大きくなるので、リード線の抵抗が無視できる程度であれば、小さくなるようにした方が良い。従って、金属薄膜の熱電対も好適となる。実際には、熱電材料の性能指数Zが大きい材料の組み合わせが、このような熱電対には最適になる。
【００１７】
本発明の請求項４に係わるセンシングユニットは、ヒータと温度センサとを兼用して用いたとした場合である。温度センサとして１対の熱電対を用いた場合でも、熱電対は抵抗体であるので、電流を流せば発熱して、ヒータとして利用することができる。このように熱電対をヒータと温度センサとを兼用にして用いることにより、一度、電流を流してヒータとして動作させた後に、今度は、冷却時の温度変化を計測するために、電流検出型熱電対として、基板に対しての温度差を計測するようにすることができる。非常に、コンパクトなセンシングユニットを提供すると共に、これを搭載した熱型フローセンサが提供できる。
【００１８】
本発明の請求項５に係わる熱型フローセンサは、熱型フローセンサを構成する流路に、上述のセンシングユニットを接合して、流路を流れる流体の流れを計測できるように構成したことを特徴とするものである。
【００１９】
上述したように、例えば、熱型フローセンサを構成する流路も商用の標準規格ステンレスパイプの一部を利用し、くり抜いた孔を形成しておき、この部分に、センシングユニットの接合部もステンレスパイプの一部として、その内径と、流路のステンレスパイプの外形とが、一致するように選択しておくことで、ピッタリと接合することができる。このとき、例えば、ガスの出ない安定な接着材を用いて流路とセンシングユニットのステンレスパイプの部分同士を被測定流体が漏れないように密着して貼り付ける（取り付ける）ことができる。このとき、センシングユニットの電気的端子は、熱型フローセンサの流路の外側に顔を出すようにして、センシングユニットのヒータと温度センサへの電力の供給、ヒータと温度センサからの信号のやり取りやそれらの制御ができるようにする。
【００２０】
熱型フローセンサのセンシングユニットは、熱型フローセンサの用途により異なる所定の形状の流路に取り付けられるように、取り付け部の寸法や形状など、種々種類を揃えるようにしても良いし、流路の孔の形状を固定し、それに合うようにセンシングユニットの接合部の形状を特定しておくこともできる。
【００２１】
本発明の請求項６に係わる熱型フローセンサは、被計測流体の配管に接続できるようにした場合である。例えば、熱型フローセンサを装着する箇所の被測定流体が流入・流出する配管が、所定の外形寸法のステンレスパイプであった場合、熱型フローセンサの流路も同一形状のステンレスパイプを用意して、これに孔を開けて、流路とすると、単純な安価なジョイントを用いることにより外部配管に用意に熱型フローセンサを装着できるので便利である。
【００２２】
また、熱型フローセンサの流路の先端に、所定のジョイントを取り付けておき、これを含んだ形で熱型フローセンサとすることもできる。
【００２３】
本発明の請求項７に係わる熱型フローセンサは、少なくとも、前記電気的端子に被計測の流体の流れを計測するに必要な電気回路を有する計測ユニットを装着した場合である。
【００２４】
熱型フローセンサのセンシングユニットの基板に備えてあるヒータと温度センサには、電力供給や信号のやり取りが必要で、センシングユニットの電気的端子を通して行われる。そのためには、電気回路（電子回路も含む）が必要であり、そこには、電源や増幅器、メモリや演算回路、更には、温度や計測などの制御回路、表示回路などが要求される。このような電気回路を少なくとも一部を含むユニットを、上述の電気的端子に接続して計測や制御を行う。これをここでは、計測ユニットと呼ぶことにする。
【００２５】
この計測ユニットには、出力の表示機能を持たせたり、外部との無線送受信ができる機能を持たせたり、また、必要に応じて、所定のプログラムに沿って制御や計測をするようにしたり、外部電源を導入したり、さらに、電池を搭載できるようにすることもできる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のセンシングユニットは、熱型フローセンサの一部の部品としての役割なので、交換することもできるし、さらに種々の流体に適合する流路とは独立に用意することができるので、単純構造で、安価な熱型フローセンサを提供できるという利点がある。
【００２７】
本発明のセンシングユニットは、やはり、熱型フローセンサの一部の部品である別に用意した流路との組み合わせでできるが、この流路も商用の標準規格のパイプなどを利用することができるので、安価な熱型フローセンサを提供できるという利点がある。
【００２８】
本発明のセンシングユニットは、そこに備えたヒータと温度センサとを兼用して用いることができるので、極めてコンパクトな熱型フローセンサを提供できるという利点がある。
【００２９】
本発明の熱型フローセンサでは、センシングユニットや流路に対して、別に用意した被計測の流体の流れを計測するに必要な電気回路を有する計測ユニットを、センシングユニットの電気的端子に装着して構成するので、種々の計測目的にあった計測ユニットを用意して、種々のセンシングユニットや流路との組み合わせができる。従って、それぞれ少ない種類の部品であっても、それらの組み合わせにより、数多くの流体やそれらの測定領域に適するフローセンサの選択が可能となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット１０の基板１の一実施例を示す平面概略図である。（実施例１）
【図２】本発明の熱型フローセンサの部品の一つであるセンシングユニット１０の一実施例の構造を示す断面概略図である。（実施例１）
【図３】本発明の熱型フローセンサの一実施例を示す横断面概略図である。（実施例２）
【図４】図３に示した本発明の熱型フローセンサの一実施例の斜視概略図である。（実施例２）
【図５】本発明の熱型フローセンサの他の一実施例を示す横断面概略図である。（実施例３）
【図６】本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット１０の基板１の他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例４）
【図７】図6におけるＸ−X’線に沿う横断面概略図である。（実施例４）
【図８】本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット１０の基板１の他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例５）
【図９】図8のＸ−X’線に沿う横断面概略図である。（実施例５）
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の熱型フローセンサのセンシングユニットは、成熟した半導体集積化技術とMEMS技術を用いて、シリコン（Si）基板で形成できる。このシリコン（Si）基板を用いて製作した場合を中心に、図面を参照して、実施例に基づきその概要を説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット１０の基板１の一実施例を示す平面概略図である。基板１はＳＯＩ基板で製作した場合で、このＳＯＩ基板のｎ型のＳＯＩ層１１を利用してセンシングとなるカンチレバ１５を形成している。基板１のＳＯＩ層１１にｎ型不純物であるリンを拡散するなどして、高濃度のｎ型拡散領域２１を形成している。この領域は抵抗率が極めて小さくなるので、熱電対導体Ａ１５１として利用するのに好都合である。本実施例では、ＳＯＩ層１１を利用したカンチレバ１５を3本並べて形成し、全て温度センサ２０でありながら温度差センサ１２０としての熱電対１５０を形成した場合である。そして、中央のカンチレバ１５は、ヒータ２５として兼用に用いることができるようにしてある。これらの熱電対１５０は、高濃度のｎ型拡散領域２１を熱電対導体Ａ１５１として用い、絶縁膜であるシリコン酸化膜５０を介して、熱電対導体Ｂ１５２として、ニッケル（Ｎｉ）薄膜などの金属膜を利用している例である。カンチレバ１５の先端部にあるオーム性コンタクト１６０を用いて、熱電対導体Ａ１５１と熱電対導体Ｂ１５２とが電気的に接合して熱電対１５０を形成している。外部には、熱電対１５０の熱電対導体Ｂ用電極パッド７２ｂ、７３ｂと熱電対導体Ａ用共通電極パッド７０を経由して、電気的端子３７０（図2参照）に接続される。中央の熱電対１５０はヒータ２５としても用いることができるようにした場合であるので、特別に、基板１のＳＯＩ層１１に絶縁用溝６０を形成して、ヒータ２５として動作したときの電流の一部が両側のカンチレバ１５に形成された熱電対１５０に流れ込んでしまうなど、悪影響を及ぼさないように配慮している。ここでは、基板１の絶対温度を計測できるように、絶対温度センサ２００をｐｎ接合ダイオードで形成してある場合を示している。ｐｎ接合ダイオードを形成するには、ｎ型のＳＯＩ層１１を用いているので、ｐ型拡散領域２２を不純物熱拡散により容易に形成することができる。
【００３３】
ＳＯＩ層１１を利用したカンチレバ１５を3本並べて形成し、全て温度センサ２０を熱電対１５０とし、中央のカンチレバ１５は、ヒータ２５として用いる場合の被計測流体の流れを計測する原理は、次のようである。流れが無い時には、中央のヒータ２５からほぼ等間隔に並んだ両側のカンチレバ１５は、ヒータ２５からの流体を通した熱伝導により、等しい温度上昇をしている。しかし、一方向に流があると、上流側のカンチレバ１５は、冷やされるが、下流側のカンチレバ１５は、ヒータ２５からの熱を受けて、温度上昇する。これらの上流側と下流側との温度差は、流速に関係する（キングの法則）ので、校正曲線と両側のカンチレバ１５に搭載してある熱電対１５０により流体の流れを計測することができる。もちろん、中央のカンチレバ１５の熱電対１５０をヒータ兼温度差センサとして利用して、これ1本だけでも、後述のように、流体の流れを計測することができる。
【００３４】
上述のＳＯＩ層１１を利用してセンシングとなるカンチレバ１５を形成するには、半導体の微細加工技術を利用するＭＥＭＳ技術で容易に作製することができる。
【００３５】
上述では、温度差センサ１２０である熱電対１５０を有するカンチレバ１５を3本の並べて配置して、中央のカンチレバ１５は、ヒータ２５として動作させるようにした例であったが、例えば、中央のカンチレバ１５の1本だけのカンチレバ１５だけを形成し、そこにある熱電対１５０をヒータ２５兼温度差センサ１２０として利用することができる。このようにすることにより、さらにコンパクトなセンシングユニット１０が提供できるので、熱型フローセンサも更に、コンパクトになる。この場合、熱電対１５０をヒータ２５として動作させるには、たとえば、10℃程度の温度上昇があれば良く、１０ｍＷ程度の電力供給ですむ。その後、ヒータ２５としての役目を止めて、熱電対１５０を温度差センサ１２０として、電流検出型熱電対（ＯＰアンプの仮想短絡を利用して、熱起電力による短絡電流を計測する）として、カンチレバ１５の冷却過程による所定の時間経過後の出力を計測する。被計測流体の流れが速い時には、冷却が速まるので、出力が小さくなるが、流れが遅い時には、冷却され難いので、ＯＰアンプの出力は大きいままである。これらの出力の違いから流速または流量を、校正曲線を利用して算出する。
【００３６】
図２は、本発明の熱型フローセンサの部品の一つであるセンシングユニット１０の一実施例の構造を示す断面概略図である。ここでは、ステンレスのパイプの一部を利用したセンシングユニット支持部３６０に基板支持板３５０が取り付けられ、更にそこには図1で説明した基板1が接合され、熱的に安定になるようにしている。そこからギャップ３０１を経て、ピン３９０を利用してギャップ３９０が調整できるギャップ調整板３２０が取り付けられている。また、センシングユニット１０が流路３００（図３参照）に取り付けられたときに、電気的端子３７０が流路３００とは反対側で外側になるように配置されており、ハーメチックシールなどのシール材３８０で流体が漏れないようにセンシングユニット支持部３６０に取り付けられている。本実施例では、Ｏリング３３０を利用して、センシングユニット１０が流路３００（図３参照）に取り付けられたときに、気密性が保たれるようにした場合を示している。
【実施例２】
【００３７】
図３は、本発明の熱型フローセンサの一実施例を示す横断面概略図を示している。ここでは、上述の実施例１の図２に示した本発明の熱型フローセンサのセンシングユニット１０をパイプ状の流路３００に気密性を保つように、Oリング３３０を利用して、取り付けた場合の横断面概略図を示している。もちろん、Oリング３３０を用いずに接着剤を利用して流路３００に取り付けても差し支えない。流れ制限板３１０を利用して、基板支持板３５０やギャップ調整板３２０が動き難いように固定できるようにしている。ギャップ調整板３２０は、流れの所望の計測流量に応じて、流れ制限板３１０の厚みを予め決定しておくと良い。被計測流体は、主に流路中のギャップ３０１を通ることになる。
【００３８】
図４は、図３に示した本発明の熱型フローセンサの一実施例の斜視概略図であり、分かりやすくするために、流れ制限板３１０を取り外した場合を示している。流路３００に形成してある孔４５を通して、センシングユニット１０に備えた基板１やこれを固定している基板支持板３５０、ギャップ調整板３２０などが流路３００に挿入されて、センシングユニット１０のセンシングユニット支持部３６０の内径が丁度、パイプ状の流路３００の外形と一致するように選択してあり、ここでは、脱着可能なように、Ｏリング３３０を用いてシールしてある。センシングユニット１０と流路３００とが外れないように、金属バンド等で固定するが、ここ図では煩雑さを避けるために省略している。なお、接着剤等で互いに接合しても良い。また、外に飛び出した電気的端子３７０に、計測ユニット４００を取り付けることができるようにしている。
【実施例３】
【００３９】
図５は、本発明の熱型フローセンサの他の一実施例を示す横断面概略図を示している。ここでは、熱型フローセンサとして、上述の実施例２に示した本発明の熱型フローセンサのパイプ状流路３００の両端に、ジョイント６００を取り付けて、被計測流体が流入し、流出する配管５００のパイプと同一の外径寸法のパイプ状流路３００を採用してあり、配管３００に、直結できるようにした場合である。更に、少なくともヒータ２５や温度センサ２０と信号や電力のやり取りができるようにした電気回路を内蔵した計測ユニット４００をセンシングユニット１０の電気的端子３７０に装着した様子を示している。
【実施例４】
【００４０】
図６は本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット１０の基板１の他の一実施例を示す平面概略図である。ここでは、下地基板１２の上に、例えば、プラスチックやガラス薄膜のような電気絶縁性で、しかも熱伝導率の小さい材料の薄膜が形成されて架橋構造薄膜１６として形成してある場合で、この上にＢｉＴｅ（Ｓｂ）系などの熱電対導体Ａ１５１や熱電対導体Ｂ１５２が中心部で重なり、熱電対１５０の接合部１６５を形成している場合である。ここでは、この薄膜の温度差センサ１２０である熱電対１５０が温度センサ２０でありながら、ヒータ２５としても動作するように、温度センサ２０とヒータ２５とが兼用にしている場合である。なお、下地基板１２の一部をエッチング除去して空洞４０を形成して、宙に浮いた架橋構造となるようにしている。図７には、上述の図６におけるＸ−X’線に沿う横断面概略図を示している。
【実施例５】
【００４１】
図８は本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット１０の基板１の他の一実施例を示す平面概略図である。上述の実施例４の図６との違いは、架橋構造薄膜１６を形成せずに、基板1に直接、熱電対導体Ａ１５１と熱電対導体Ｂ１５２とを、それぞれスパッタリング堆積などで、形成して所定の形状にパターン化して、基板１の下部の一部を除去して、熱電対導体Ａ１５１と熱電対導体Ｂ１５２のみからなる架橋構造となるように空洞４０を形成した場合を示している。このような場合、熱電対導体Ａ１５１と熱電対導体Ｂ１５２の材料として、展性があり破壊され難い金属薄膜が適する。特に計測する流体が液体である場合は、このような金属薄膜を用いた熱電対１５０が好適である。ここでは、架橋構造薄膜１６を無くした場合の例にしたが、金属薄膜の熱電対であっても、特に薄い場合などは、熱と電気の絶縁性のある架橋構造薄膜１６を形成しても良いし、その方が良い場合もある。図9には、図8のＸ−X’線に沿う横断面概略図を示している。
【００４２】
上述では、基板１の下部をエッチング除去して空洞４０を形成する例を示してあるが、基板１の上に犠牲層を形成して、その上に熱電対を形成する材料を形成した後、所定の形状のパターン化を行った後、犠牲層のエッチング除去により、そこに空洞４０を形成して基板１から熱電対１５０のなどの温度センサ２０やヒータ２５の薄膜を熱分離することができる。
【００４３】
本発明の熱型フローセンサの部品としてのセンシングユニットおよび熱型フローセンサは、本実施例に限定されることはなく、本発明の主旨、作用および効果が同一でありながら、当然、種々の変形がありうる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の熱型フローセンサの部品としてのセンシングユニットおよび熱型フローセンサは、単純な構造であり、しかも、センシングユニット、流路、計測ユニットなどの部品を使用目的に合わせて選択して組み合わせるので、ニーズに合う安価な熱型フローセンサが提供できる。
【符号の説明】
【００４５】
１  基板
１０  センシングユニット
１１  ＳＯＩ層
１２  下地基板
１５  カンチレバ
１６  架橋構造薄膜
２０  温度センサ
２１  ｎ型拡散領域
２２  ｐ型拡散領域
２５  ヒータ
４０  空洞
４５  孔
５０  シリコン酸化膜
６０  絶縁用溝
７０  熱電対導体Ａ用共通電極パッド
７１ａ、７１ｂ  ヒータ用電極パッド
７２a  熱電対導体Ａ用電極パッド
７２ｂ  熱電対導体Ｂ用電極パッド
７３ｂ  熱電対導体Ｂ用電極パッド
７４a、７４ｂ  温度差センサ用電極パッド
８０  パイプ
９０  配管
１２０  温度差センサ
１５０  熱電対
１５１  熱電対導体Ａ
１５２  熱電対導体Ｂ
１６０  オーム性コンタクト
１６５  接合部
２００  絶対温度センサ
３００  流路
３０１  ギャップ
３１０  流れ制限板
３２０  ギャップ調整板
３３０  Oリング
３５０  基板支持板
３６０  センシングユニット支持部
３７０  電気的端子
３８０  シール材
３９０  ピン
４００  計測ユニット
５００  配線
６００  ジョイント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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