(57)【要約】【課題】ガラス製フローセンサにおいて、センサ固有の位置決め誤差を取り除くとともに、流路ボディに対する取付け（位置決め）作業を容易にする。【解決手段】台座１０と、流体の流量を検出するセンサチップ２０と、を備えるフローセンサ１を製造するにあたり、台座用基体１０Ａ及びセンサチップ用基板２０Ａを調製し、台座用基体１０Ａとセンサチップ用基板２０Ａとを接合して接合体２を形成し、フローセンサの円筒状部分を形成するように接合体２をセンサチップ用基板２０Ａ側から台座用基体１０Ａ側へと削り、台座用基体１０Ａの厚さ方向端部近傍部分を所定寸法だけ残し、残された台座用基体１０Ａの厚さ方向端部近傍部分を平面視非真円形状に切り出す。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台座と、流体の流量を検出するセンサチップと、を備えるフローセンサであって、
前記台座及び前記センサチップは、台座用基体とセンサチップ用基板とを接合して形成した接合体を切削することにより構成され、
前記台座の前記センサチップと反対側の端部の近傍部分は、平面視非真円形状に形成され、
前記台座の残りの部分及び前記センサチップは、平面視真円形状に形成されてなる、
フローセンサ。
【請求項２】
前記非真円形状は、多角形状である、
請求項１に記載のフローセンサ。
【請求項３】
前記非真円形状は、矩形状である、
請求項２に記載のフローセンサ。
【請求項４】
前記非真円形状は、正方形状である、
請求項３に記載のフローセンサ。
【請求項５】
前記非真円形状は、楕円形状である、
請求項１に記載のフローセンサ。
【請求項６】
前記非真円形状は、非対称形状である、
請求項１に記載のフローセンサ。
【請求項７】
前記非真円形状は、所定の流路ボディの上流側に配置される側の形状と下流側に配置される側の形状とが異なる形状である、
請求項１、２、６の何れか一項に記載のフローセンサ。
【請求項８】
前記台座用基体は、石英ガラス又は硼珪酸ガラスから構成される、
請求項１から７の何れか一項に記載のフローセンサ。
【請求項９】
前記センサチップ用基板は、石英ガラス又は硼珪酸ガラスから構成される、
請求項１から８の何れか一項に記載のフローセンサ。
【請求項１０】
台座と、流体の流量を検出するセンサチップと、を備えるフローセンサの製造方法であって、
台座用基体を調製する基体調製工程と、
センサチップ用基板を調製する基板調製工程と、
前記台座用基体と前記センサチップ用基板とを接合して接合体を形成する接合工程と、
フローセンサの円筒状部分を形成するように前記接合体を前記センサチップ用基板側から前記台座用基体側へと削り、前記台座用基体の厚さ方向端部近傍部分を所定寸法だけ残す削出工程と、
前記削出工程を経て残された前記台座用基体の厚さ方向端部近傍部分を平面視非真円形状に切り出す切出工程と、を含む、
フローセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローセンサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業炉、ボイラ、空調熱源機器等の各種産業機器においては、気体や液体等の流体が適切な流量で供給されることが求められていることから、流体の流量を正確に計測するためのフローセンサが種々開発され、実用に供されている。かかるフローセンサは、硫黄酸化物（ＳＯX）、窒素酸化物（ＮＯX）、塩素分枝（Ｃｌ2）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ3）等の腐食性ガスの流量を計測するために用いられる場合もある。そこで、現在においては、フローセンサを構成するセンサチップの基体を耐食性のあるガラスで作製し、センサチップからの電気信号を取り出すための電極を基体の裏面に設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
近年においては、さらに耐食性を向上させる目的で、フローセンサを構成する台座及びセンサチップの双方をガラスで作製して両者を接合する技術の開発が進められている。このようなガラス製フローセンサと流路ボディの間のシーリングを行う際には、台座の脆弱性を勘案して、流路ボディに形成した貫通孔と、フローセンサの台座と、の間に弾性シール部材を挟み込む方法（以下、「軸シール法」という）が採用されている。軸シール法を採用する際には、流路ボディの貫通孔を平面視円形状に形成し、フローセンサの台座の外形を円柱状に形成する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８５８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、フローセンサは、その流量検出部分が被測定流体に対して垂直になるように、流路ボディに対して精度良く位置決めされた状態で取り付けられる必要がある。しかし、ガラス製フローセンサと流路ボディとの間のシーリングを行うために軸シール法を採用すると、円柱状の台座が貫通孔の内部で回転してしまい、台座の回転方向の位置を合わせることがきわめて困難となっていた。また、従来のガラス製フローセンサにおいては、台座及びセンサチップを個別に作製した後に両者を接合していたため、台座に対するセンサチップの位置がフローセンサ毎に異なる（センサ固有の位置決め誤差が生じる）場合があった。
【０００６】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、ガラス製フローセンサにおいて、センサ固有の位置決め誤差を取り除くとともに、流路ボディに対する取付け（位置決め）作業を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の側面は、台座と、流体の流量を検出するセンサチップと、を備えるフローセンサであって、台座及びセンサチップは、台座用基体とセンサチップ用基板とを接合して形成した接合体を切削することにより構成され、台座のセンサチップと反対側の端部の近傍部分は、平面視非真円形状に形成され、台座の残りの部分及びセンサチップは、平面視真円形状に形成されてなるものである。
【０００８】
かかる構成を採用すると、台座用基体とセンサチップ用基板とを接合して形成した接合体を切削してフローセンサを製造するため、台座とセンサチップとを別個に調製して両者を接合する従来の方法において生じていたセンサ固有の位置決め誤差を取り除くことができる。また、台座のセンサチップと反対側の端部の近傍部分が平面視非真円形状（例えば多角形状、楕円形状等）に形成されるため、所定の流路ボディへのフローセンサの取付け（位置決め）作業が容易となる。なお、台座の残りの部分及びセンサチップは平面視真円形状（円筒状）に形成されるため、流路ボディとフローセンサとの間のシーリングを行う際に軸シール法を採用することができる。
【０００９】
本発明に係るフローセンサにおいて、台座の（センサチップと反対側の）端部の近傍部分の平面形状を、所定の流路ボディの上流側に配置される側の形状と下流側に配置される側の形状とが異なる形状（非対称形状）とすることができる。
【００１０】
かかる構成を採用すると、台座の端部の近傍部分が平面視非対称形状（所定の流路ボディの上流側に配置される側の形状と下流側に配置される側の形状とが異なる形状）とされるため、フローセンサの上流側と下流側を容易に識別することができる。従って、流路ボディに対するフローセンサの取付け（位置決め）作業を一層容易にすることができる。
【００１１】
本発明の第二の側面は、台座と、流体の流量を検出するセンサチップと、を備えるフローセンサの製造方法であって、台座用基体を調製する基体調製工程と、センサチップ用基板を調製する基板調製工程と、台座用基体とセンサチップ用基板とを接合して接合体を形成する接合工程と、フローセンサの円筒状部分を形成するように接合体をセンサチップ用基板側から台座用基体側へと削り、台座用基体の厚さ方向端部近傍部分を所定寸法だけ残す削出工程と、削出工程を経て残された台座用基体の厚さ方向端部近傍部分を平面視非真円形状に切り出す切出工程と、を含むものである。
【００１２】
かかる方法を採用すると、台座用基体とセンサチップ用基板とを接合して形成した接合体を切削してフローセンサを製造するため、台座とセンサチップとを別個に調製して両者を接合する従来の方法において生じていたセンサ固有の位置決め誤差を取り除くことができる。また、台座用基体の厚さ方向端部近傍部分を平面視非真円形状に切り出すことから、フローセンサの台座の一部を平面視非真円形状（例えば多角形状、楕円形状等）に形成することができる。よって、所定の流路ボディへのフローセンサの取付け（位置決め）作業が容易となる。なお、フローセンサの残りの部分は円筒状に形成されるため、流路ボディとフローセンサとの間のシーリングを行う際に軸シール法を採用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガラス製フローセンサにおいて、センサ固有の位置決め誤差を取り除くとともに、流路ボディに対する取付け（位置決め）作業を容易にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るフローセンサの斜視図である。
【図２】図１のII-II部分の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフローセンサの製造方法を説明するためのものであり、（Ａ）は削出工程前における接合体の平面図、（Ｂ）は削出工程前における接合体の断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るフローセンサの製造方法を説明するためのものであり、（Ａ）は削出工程後・切出工程前における接合体の平面図、（Ｂ）は削出工程後・切出工程前における接合体の断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るフローセンサの製造方法を説明するためのものであり、（Ａ）は切出工程後における接合体の平面図、（Ｂ）は切出工程後における接合体の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るフローセンサの平面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るフローセンサの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
まず、図１及び図２を用いて、本実施形態に係るフローセンサ１の構成について説明することとする。本フローセンサ１は、図１（斜視図）及び図２（図１のII-II部分における断面図）に示すように、ガラス製の台座１０と、台座１０上に配置されるガラス製のセンサチップ２０と、を備えている。
【００１７】
台座１０は、後述する台座用基体１０Ａを切削して構成したものであり、円筒部１１と、センサチップ２０と反対側の端部に形成されたフランジ部１２と、を有している。円筒部１１は平面視真円形状を呈する一方、フランジ部１２は平面視正方形状を呈している。台座１０の材料としては、石英ガラスのほか、テンパックス（登録商標）等の硼珪酸ガラスを使用することができる。
【００１８】
センサチップ２０は、後述するセンサチップ用基板２０Ａを切削して構成した平面視真円形状の円板状部材であり、台座１０の上面に配置されるガラス製の基体２１と、基体２１の上面に配置された電気抵抗素子２３を含む流速検出部２２と、基体２１を貫通し電気抵抗素子２３と電気的に接続された電極２４Ａ、２４Ｂと、を有している。基体２１の材料としては、石英ガラスのほか、テンパックス（登録商標）等の硼珪酸ガラスを使用することができる。
【００１９】
流速検出部２２は、基体２１の上面部を薄く加工したガラス部材によって構成されている。基体２１には、エッチング法やサンドブラスト法等により形成されたキャビティ２５が設けられており、このキャビティ２５を覆うように流速検出部２２が配置されている。また、流速検出部２２の両端にはキャビティ２５の開口２６が設けられている。
【００２０】
流速検出部２２において、耐食性のあるガラス部材の内部に設けられた電気抵抗素子２３は、平行に配置された第一測温素子３２、発熱素子３１及び第二測温素子３３を含む。発熱素子３１は、電力を与えられて発熱し、流速検出部２２表面を流れる流体を加熱する。第一測温素子３２及び第二測温素子３３は、流速検出部２２表面を流れる流体の温度に依存した電気信号を出力する。第一測温素子３２は、発熱素子３１より例えば上流側の流体の温度を検出するために用いられ、第二測温素子３３は、発熱素子３１より例えば下流側の流体の温度を検出するために用いられる。発熱素子３１、第一測温素子３２及び第二測温素子３３のそれぞれの材料としては、白金（Ｐｔ）等の導電性材料を使用することができる。
【００２１】
図２に示す電極２４Ａ、２４Ｂは、流速検出部２２内に設けられた回路を介して、第１の測温素子３２、発熱素子３１及び第２の測温素子３３と電気的に接続されている。なお、図２においては、基体２１を貫通する２つの電極２４Ａ、２４Ｂを示したが、基体２１を貫通する電極の数はこれに限定されるものではない。基体２１の裏面には、電極２４Ａに電気的に接続された電導パッド３５Ａと、電極２４Ｂに電気的に接続された電導パッド３５Ｂと、が配置されている。電極２４Ａ、２４Ｂは、基体２１にエッチング法やドリルを用いる微細加工法を用いて孔を形成し、孔を電導物質で埋めることにより形成することができる。電導パッド３５Ａ、３５Ｂの材料としては、金（Ａｕ）等を使用することができる。
【００２２】
センサチップ２０は、台座１０の上面に配置されている。本実施形態においては、後述するように、ガラス製の台座用基体１０Ａと、ガラス製のセンサチップ用基板２０Ａと、を接合して形成した接合体２を切削することによりフローセンサ１を製造することとしている。
【００２３】
台座１０（台座用基体１０Ａ）及びセンサチップ２０の基体２１（センサチップ用基板２０Ａ）を同じガラスで構成すると、台座１０の熱膨張率と、基体２１の熱膨張率と、が同一になる。このため、熱膨張率の異なる物同士の界面で生じ得る歪みが生じ難くなるので好ましい。
【００２４】
台座１０には、図２に示すように、センサチップ２０の裏面の電極２４Ａ、２４Ｂから電気信号を外部に取り出すための電導部材４５Ａ、４５Ｂを挿通させるための貫通孔１３Ａ、１３Ｂが形成されている。電極２４Ａ、２４Ｂと、電導部材４５Ａ、４５Ｂと、はそれぞれ電気的に接続されている。電導部材４５Ａ、４５Ｂとしては、リードピン等を使用することができる。
【００２５】
本実施形態に係るフローセンサ１は、流体が供給される流路に配置される。ここで、流速検出部２２表面に接する流体が静止している場合、発熱素子３１から流体に加えられた熱は、流路の上流方向と下流方向へ対称的に伝播する。したがって、第一測温素子３２及び第二測温素子３３の温度は等しくなり、第一測温素子３２及び第二測温素子３３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、第一測温素子３２が配置された側から第二測温素子３３が配置された側に向かって流体に流れている場合、発熱素子３１から流体に加えられた熱は、第二測温素子３３が配置された側に運ばれる。従って、第一測温素子３２の温度よりも第二測温素子３３の温度が高くなる。このため、第二測温素子３３の電気抵抗と第一測温素子３２の電気抵抗に差が生じる。第二測温素子３３の電気抵抗と第一測温素子３２の電気抵抗の差と、流速検出部２２表面に接する流体の流速（流量）と、の間には特定の相関関係がある。このため、第二測温素子３３の電気抵抗と第一測温素子３２の電気抵抗の差から、流速検出部２２表面に接する流体の流速（流量）を求めることができる。
【００２６】
次に、図３〜図５を用いて、本実施形態に係るフローセンサ１の製造方法について説明することとする。
【００２７】
まず、台座１０を構成する台座用基体１０Ａを調製する（基体調製工程）とともに、センサチップ２０を構成するセンサチップ用基板２０Ａを調製する（基板調製工程）。台座用基体１０Ａ及びセンサチップ用基板２０Ａは、既に述べたように、石英ガラスや硼珪酸ガラスで構成することができる。台座用基体１０Ａ及びセンサチップ用基板２０Ａの厚さは、製造するフローセンサ１の大きさに応じて適宜設定することができる。
【００２８】
次いで、センサチップ用基板２０Ａに流速検出部２２等を形成する（センサ部形成工程）とともに、台座用基体１０Ａに電導部材挿通用の貫通孔１３Ａ、１３Ｂを形成する（貫通孔形成工程）。その後、図３（Ｂ）に示すように、台座用基体１０Ａの上面と、センサチップ用基板２０Ａの下面と、を接合して接合体２を形成する（接合工程）。接合工程においては、耐食性のある接着剤を用いて、台座用基体１０Ａとセンサチップ用基板２０Ａとを接着することができる。接着剤としては、フッ素樹脂系接着剤を使用することができる。あるいは、希フッ化水素酸（ＨＦ）接合法、常温活性化接合法又は拡散接合法により、台座用基体１０Ａとセンサチップ用基板２０Ａとを接合することもできる。
【００２９】
次いで、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、接合体２をセンサチップ用基板２０Ａ側から台座用基体１０Ａ側へと削り、台座用基体１０Ａのフランジ用部分（厚さ方向端部近傍部分）を所定寸法だけ残して円筒状に形成する（削出工程）。かかる削出工程により、フローセンサ１の円筒状部分（平面視真円形状のセンサチップ２０及び台座１０の円筒部１１）が形成される。
【００３０】
続いて、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、削出工程を経て残された台座用基体１０Ａのフランジ用部分（厚さ方向端部近傍部分）を平面視正方形状に切り出す（切出工程）。かかる切出工程により、台座１０の平面視正方形状のフランジ部１２が形成される。
【００３１】
この後、貫通孔１３Ａ、１３Ｂの内部に電導部材４５Ａ、４５Ｂ（図２）を挿通して電導パッド３５Ａ、３５Ｂに接続する。以上の工程群を経て、フローセンサ１を得る。なお、以上の工程群においては、一つの接合体２から一個のフローセンサ１を切り出した例を示したが、一つの接合体２から複数個のフローセンサ１を切り出すこともできる。
【００３２】
以上説明した実施形態に係るフローセンサ１は、台座用基体１０Ａとセンサチップ用基板２０Ａとを接合して形成した接合体２を切削して製造したものであるため、台座１０とセンサチップ２０とを別個に調製して両者を接合する従来の方法において生じていたセンサ固有の位置決め誤差を取り除くことができる。また、台座１０のフランジ部１２（センサチップ２０と反対側の端部の近傍部分）が平面視正方形状に形成されるため、所定の流路ボディへのフローセンサ１の取付け（位置決め）作業が容易となる。なお、フローセンサ１の残りの部分（台座１０の円筒部１１及びセンサチップ２０）は円筒状（平面視真円形状）に形成されるため、流路ボディとフローセンサ１との間のシーリングを行う際に軸シール法を採用することができる。
【００３３】
なお、以上の実施形態においては、フローセンサ１の台座１０のフランジ部１２を平面視正方形状にした例を示したが、フランジ部１２の平面形状はこれに限られるものではなく、「非真円形状」であればよい。例えば、三角形、四角形、（正方形を除く）矩形、六角形、八角形等の各種多角形状の平面形状を呈するフランジ部１２を採用することができる。また、図６に示すように、平面視楕円形状のフランジ部１２を採用してもよい。
【００３４】
また、フローセンサ１の台座１０のフランジ部１２の平面形状は、必ずしも線対称や点対称な形状でなくてもよい。むしろ、図７に示すように、所定の流路ボディの上流側に配置される側の形状と、下流側に配置される側の形状と、が異なる形状（非対称形状）を採用するのが好ましい。このようにすると、フローセンサ１の上流側と下流側を容易に識別することができるので、流路ボディに対するフローセンサ１の取付け（位置決め）作業を一層容易にすることができる。
【００３５】
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、この実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、上記実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、上記実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３６】
１…フローセンサ
２…接合体
１０…台座
１０Ａ…台座用基体
１１…円筒部
１２…フランジ部（センサチップと反対側の端部の近傍部分）
２０…センサチップ
２０Ａ…センサチップ用基板
【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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