(57)【要約】【課題】  応答性及び感度をさらに向上させ、かつ腐食性流体の流量を測定するのに特に適したフローセンサを提供する。【解決手段】  裏面に流路形成用の凹み部１２を有し、表面に絶縁層２０を介して流量測定用の検出部２１が形成された金属製のセンサチップ１０と、センサチップ１０の裏面と一体化して流路を形成する金属製の流路形成部材３０とからなるフローセンサ１を製造する方法であって、流路形成部材３０の、センサチップ１０の凹み部１２の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部３２を形成し、センサチップ１０の表面において突起部３２と対応する領域に形成された絶縁膜不形成帯域を介して抵抗溶接の電流を流すことによって突起部３２を抵抗溶接する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に流路形成用の凹み部を有し、表面に絶縁層を介して流量測定用の検出部が形成された金属製のセンサチップと、前記センサチップの裏面と一体化して流路を形成する金属製の流路形成部材とを備えたフローセンサを製造する方法であって、
前記流路形成部材の、前記センサチップの凹み部の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部を形成し、
前記センサチップの表面において前記突起部と対応する領域に形成された絶縁膜不形成帯域を介して抵抗溶接の電流を流すことによって前記突起部を前記センサチップに抵抗溶接することを特徴とするフローセンサの製造方法。
【請求項２】
裏面に流路形成用の凹み部を有し、表面に絶縁層を介して流量測定用の検出部が形成された金属製のセンサチップと、前記センサチップの裏面と一体化して流路を形成する金属製の流路形成部材とを備えたフローセンサを製造する方法であって、
前記流路形成部材の、前記センサチップの凹み部の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部を形成し、
前記センサチップの側面に導電板を設けて当該導電板を介して抵抗溶接の電流を流すことによって前記突起部を前記センサチップに抵抗溶接することを特徴とするフローセンサの製造方法。
【請求項３】
前記流路形成部材の、前記センサチップの凹み部の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部が形成される代わりに、前記センサチップの凹み部の外周部全周にわたって隣接する位置に抵抗溶接用突起部が形成され、前記突起部を前記流路形成部材に抵抗溶接することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の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、流路中を流れる流体の流速又は流量を計測するフローセンサであって特に熱式のフローセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流量や流速を計測する熱式のフローセンサとしては２つのタイプのものがある。すなわち、発熱体であるヒータの発熱による流体の空間的温度分布に流体の流れを介して偏りを生じさせ、これを温度センサで検出するタイプ（傍熱タイプ）と、流体により発熱体の熱が奪われることによる電力の変化や抵抗の変化を検出し、流速又は流量を検出するタイプ（自己発熱タイプ）が知られている。そして、前者の従来型フローセンサにはシリコンの表面にセンサをパターン化し、このセンサパターンに被測定流体が直接流されるタイプがある。しかし、シリコンを利用したセンサチップは感度や応答性の点では優れているが、腐食性ガスに対して腐食しやすいという欠点がある。そのため、被測定流体がガスの場合、特に化学的にシリコンを侵さないガスしか流せなかった。
【０００３】
しかしながら、このように非腐食性の気体に対してのみ用いられるフローセンサに加えて、最近では液体や腐食性の気体にも使用可能な構造を有する傍熱型のフローセンサが用いられるようになってきた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
かかるフローセンサ１００は、図６に示すように、一方の面（裏面）１１１側が被測定流体の流路１０１に面する基板１１０と、基板１１０を挟んで対向するように配設された流路形成部材１２０及びプレート１３０を備えた構造を有している。そして、基板１１０は板厚が５０μｍ〜１５０μｍ程度のステンレス板でできており、流路側とは反対側の面１１２に電気絶縁膜を形成し、その上にここでは詳細には示さない流体の流速（流量）計測用の温度検出手段、周囲温度センサ、電極パッド及び配線用金属薄膜が形成されている。このように、基板１１０に薄い板厚のステンレス板を用いるとともにセンサ形成面の反対側を流路とすることで、被測定流体が腐食性流体の場合にも対応できるようになっている。
【０００５】
しかしながら、上述した従来型のフローセンサ１００は、薄肉状に形成した基板の表面１１１にプレート１３０をボルト締め（図示せず）で圧着しているだけであるため、基板１１０とプレート１３０の機械的及び熱的接触が不安定であり、フローセンサの温度分布が不安定となっていた。また、流体の圧力変化に伴って基板１１０のダイヤフラム部が面方向に弾性変形すると、基板１１０とプレート１３０の接触状態が変化すると共にダイヤフラム部の温度分布が変化するため、フローセンサ１００の流速又は流量特性やゼロ点がシフトし、精度、再現性、信頼性及び耐久性の点で不十分であった。
【０００６】
そこで、出願人は上述した課題を解決すべく、未だ公知ではない方策として図７に示す構造のフローセンサ２００を考案した。
【０００７】
かかるフローセンサ２００は、流路形成部材２２０と共に被測定流体の流路を形成するセンサチップ２１０とを備えている。センサチップ２１０は、薄肉部２１１と、当該薄肉部２１１を囲む厚肉の固定部２１２とを一体形成したもので、薄肉部２１１の流路側とは反対側の面に流速検出手段２６０を備えている。また、センサチップ２１０はステンレスによって形成されている。なお、ステンレスは導電性材料であるため、センサチップ２１０の一方の面に電気絶縁膜２５０が形成されている。また、流路形成部材２２０にはセンサチップ２１０を囲うようにスペーサ２７０が取り付けられ、当該スペーサ２７０の上面にはプリント配線板２８０が取り付けられている。なお、プリント配線板２８０には図示しない電極端子が備わり、センサチップの流路検出手段２６０に備わった電極パッドと図示しないボンディングワイヤによって両者が電気的に接続されている。
【０００８】
かかる構成により、流体の圧力変化によるセンサチップ２１０の流速又は流量特性の変化が小さく、フローセンサの測定精度、再現性、信頼性及び耐久性を向上させることができ、かつ部品点数を削減して製作可能としている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１２２４５４号公報（第３−６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
かかる改良型のフローセンサ２００を製造するにあたって、ステンレスからなるセンサチップ２１０と同じくステンレスからなる流路形成部材２２０とをその外周からＹＡＧレーザー溶接等により接合し、内部に気密状態の流路を形成せしめたフローセンサを製造する必要がある。しかしながら、実際にこのような接合をすると下記のような不都合な点が生じる。
【００１１】
第一に、センサチップ２１０と流路形成部材２２０の間に未溶融の部分ができ、これが隙間になる（図８の隙間Ｇ参照）。これによって、溶接時に発生した汚れが隙間Ｇに閉じ込められる。そして、実際のフローセンサ使用状態において流体が流路内を流れる際に、溶接時に発生し内部に閉じ込められた汚れが少しずつ解放されて、被測定流体内に混入し、被測定流体の清浄度を損なうおそれがある。
【００１２】
また、上述したフローセンサ２００を半導体用のマスフローメータとして使用する場合、洗浄時にパージガスとして窒素を使用してから真空引きを行う。しかしながら、上述の隙間Ｇがその形成過程に起因して僅かな間隙となっているがゆえに、十分な隙間ならば問題なく除去できる窒素ガスがかかる隙間に侵入したまま残留してしまう。残留した窒素ガスは、マスフローメータのその後の使用中に被測定流体内に不純物として徐々に漏れ出して好ましくない。従って、このような中途半端な隙間が形成できないようにしたい。
【００１３】
なお、レーザー溶接による溶け込み量を深くして溶け込みをフローセンサ内部の流路まで貫通させる対策も考えられる。しかしながら、この場合、照射エネルギーの増大に応じてセンサチップ２１０への入熱量も必要以上に大きくなり、センサチップ２１０上のセンサデバイス（流速検出手段２１２）まで過度の伝熱が生じて当該センサデバイスに悪影響を与えるおそれがある。
【００１４】
一方、溶接位置に起因する次のような不都合な点も生じる。
【００１５】
上述のタイプのフローセンサに使用されるセンサチップはセンサチップ２１０において発生した熱Ｈが流路形成部材２２０に伝わることを原理的に利用している（図９における伝熱を表す太線矢印参照）。そして、レーザー溶接が未溶融の部分、すなわち上述したセンサチップ２１０と流路形成部材２２０との間の隙間Ｇは、流体の圧力が低いときはほぼ密着しているので、センサチップで発生した熱の伝導量が大きく、特別な問題は生じない。これは、被測定流体の流れで奪われる熱量に較べてセンサチップ２１０から流路形成部材２２０までに伝わる熱量の割合が圧倒的に大きくなり、これによってフローセンサ全体の伝熱状態を巨視的な意味で定常に保っているからである。
【００１６】
一方、被測定流体の圧力が大きくなると、図１０に示すように、密着していた隙間Ｇが大きくなり、センサチップ２１０から流路形成部材２２０への熱伝導量が小さくなる。これは、図９に示す伝熱量（太い矢印）に対する図１０に示す伝熱量（細い矢印）を比較すると容易に理解できる。このため、フローセンサ全体の巨視的な意味で定常状態にあった伝熱のバランスが急激にくずれてフローセンサ２００の出力特性にも好ましくない影響を与えるおそれがある。
【００１７】
また、センサチップ２１０と流路形成部材２２０との溶接時、内部熱応力の不規則な分布によってダイヤフラム部には微小な歪みが発生する。そして、このような歪の生じたフローセンサ２００の流路に被測定流体を流すと、当該流体からダイヤフラム部に圧力がかかり、その歪みの状態が増幅されてセンサチップ全体が図１１に示すように変形するおそれもある。流量測定用のパターン（図１１では図示せず）はダイヤフラム上に絶縁膜を介して形成されているので、このような現象によってもフローセンサ２００の出力特性が変化するので好ましくない。
【００１８】
本発明の目的は、応答性及び感度を向上させ、かつ腐食性流体の流量を測定するのに特に適したフローセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した課題を解決するために、本発明にかかるフローセンサの製造方法は、裏面に流路形成用の凹み部を有し、表面に絶縁層を介して流量測定用の検出部が形成された金属製のセンサチップと、センサチップの裏面と一体化して流路を形成する金属製の流路形成部材とを備えたフローセンサを製造する方法であって、流路形成部材の、センサチップの凹み部の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部を形成し、センサチップの表面において突起部と対応する領域に形成された絶縁膜不形成帯域を介して抵抗溶接の電流を流すことによって突起部をセンサチップに抵抗溶接することを特徴としている。
【００２０】
流路形成部材の、センサチップの流路形成用凹み部の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部を設け、センサチップと流路形成部材との当接部を周面から溶接するのではなく、センサチップの表面において突起部と対応する領域に形成された絶縁膜不形成帯域を介して当該突起部を抵抗溶接している。
【００２１】
これによって、センサチップと流路形成部材との間に流路側に連通するわずかな隙間が生じることがなくなる。従って、溶接時に発生した溶接カス等の汚れがこの隙間に閉じ込められたり、パージ時に用いた窒素ガスがその後の真空引きにもかかわらずこの隙間に残留することはない。そのため、このような不純物がその後のフローセンサ使用中に被測定流体に混入することはない。
また、センサチップに被測定流体の圧力が作用することでこのような隙間が広がり、センサチップから流路形成部材にヒータの発熱が伝熱しにくくなるという不具合も生じることはない。
【００２２】
また、本発明の請求項２に記載のフローセンサの製造方法は、裏面に流路形成用の凹み部を有し、表面に絶縁層を介して流量測定用の検出部が形成された金属製のセンサチップと、センサチップの裏面と一体化して流路を形成する金属製の流路形成部材とを備えたフローセンサを製造する方法であって、流路形成部材の、センサチップの凹み部の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部を形成し、センサチップの側面に導電板を設けて当該導電板を介して抵抗溶接の電流を流すことによって突起部をセンサチップに抵抗溶接することを特徴としている。
【００２３】
流路形成部材の、センサチップの流路形成用凹み部の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部を設けると共にセンサチップの側面に導電板を設けて、センサチップと流路形成部材との当接部を周面から溶接するのではなく、当該導電板を介して抵抗溶接の電流を流すことによって突起部をセンサチップに抵抗溶接する。
【００２４】
これによって、請求項１にかかるフローセンサと同様に、センサチップと流路形成部材との間に流路側に連通するわずかな隙間が生じることがなくなる。従って、溶接時に発生した溶接カス等の汚れがこの隙間に閉じ込められたり、パージ時に用いた窒素ガスがその後の真空引きにもかかわらずこの隙間に残留することもない。そのため、このような不純物がその後のフローセンサ使用中に被測定流体に混入することもない。
また、センサチップに被測定流体の圧力が作用することでこの隙間が広がり、センサチップから流路形成部材にヒータの発熱が伝熱しにくくなるという不具合も生じることはない。
【００２５】
また、センサチップの側面に導電板を備え、当該導電板を介して抵抗溶接用の電流を流すことによって突起部をセンサチップに抵抗溶接している。これによって、抵抗溶接用電流の経路をセンサチップ表面の絶縁膜上に形成されたセンサ回路パターンから離すことができる。すなわち、抵抗溶接用電流を流路以外の熱の影響を受けない領域に流すことができ、ヒータ、測温センサ、周囲温度センサなどのセンサデバイスを溶接時における伝熱から確実に保護することができる。
【００２６】
また、本発明の請求項３に記載のフローセンサの製造方法は、請求項１又は請求項２に記載のフローセンサの製造方法において、流路形成部材の、センサチップの凹み部の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部が形成される代わりに、センサチップの凹み部の外周部全周にわたって隣接する位置に抵抗溶接用の突起部が形成されている。
【００２７】
かかる場所に抵抗溶接用の突起部が形成されていても、請求項１又は請求項２に記載のフローセンサの製造方法と同等の作用を奏することが可能である。
【発明の効果】
【００２８】
センサチップと流路形成部材を接合する際にこのような溶接方法を実施することで、従来発生していたこれらの接合部における溶け残りの隙間を無くすことができ、かかる隙間に入り込んだ溶接カスやパージ時の窒素ガスを残留させない状態での洗浄が可能になる。これと同時に被測定流体から受ける圧力に基くフローセンサの伝熱状態の好ましくない変化やダイヤフラム部の好ましくない変形を回避することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の第１の実施形態にかかるフローセンサの製造方法について説明する。
【００３０】
本発明の第１の実施形態にかかるフローセンサの製造方法は、図１及び図２に示すように、裏面に流路形成用の凹み部１２を有し、表面に絶縁層（酸化膜）２０を介してセンサデバイス（流量測定用検出部）２１（図２参照）が形成されたステンレス製のセンサチップ１０と、センサチップ１０の裏面と一体化して流路を形成するステンレス製の流路形成部材３０とからなるフローセンサ１を製造する方法である。
【００３１】
そして、この製造方法を実施するにあたって、特別な形状の流路形成部材３０をセンサチップ１０に従来とは異なる溶接箇所で溶接することを特徴としている。具体的には、流路形成部材３０の、センサチップ１０の凹み部１２の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部３２が形成されている点を特徴としている。
【００３２】
そして、センサチップ１０の表面において突起部３２と対応する領域に形成された絶縁膜不形成帯域を介して抵抗溶接の電流を流すことによって当該突起部３２をセンサチップ１０に抵抗溶接するようになっている。
【００３３】
以下、かかるフローセンサ１の製造方法を当該フローセンサ１を構成する各エレメントの構造と共に説明する。
【００３４】
まず、センサチップ１０を用意する。かかるセンサチップ１０は特にＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレスの薄板からなり、図２（ａ）に示すように、薄くて細長い矩形の板状に形成され、外周部縁部が厚肉部１１を形成している。センサチップ１０の厚肉部１１の板厚は０．５ｍｍから３ｍｍ程度である。また、センサチップ１０の中央部は、裏面側に長円形の凹み部１２が形成されることにより薄肉部１３を形成している。薄肉部１３は、肉厚が５０μｍから１５０μｍ程度で、ダイヤフラム構造のセンサ部の一部をなしている。なお、薄肉部１３の流れの方向と直交方向の長さ（幅）は強度の点で１ｍｍから３ｍｍ程度が好ましい。又、凹み部１２は長円形であるが、これに限らず円形、矩形などであっても良い。
【００３５】
薄肉部１３の表面上には酸化膜２０が形成され、その上に白金のセンサデバイス２１がパターン化されている。なお、ステンレスの上面（酸化膜形成面）であって、後述する流路形成部材３０にセンサチップ１０を位置決めした際、後述する流路形成部材３０の突起部３２に対応する位置、すなわちセンサチップ１０の上面であって当該突起部３２と最短距離の領域）には酸化膜が形成されていない。
【００３６】
センサチップの凹み部１２はフォトリソグラフィー技術とエッチング技術、エンドミルまたその複合技術によって形成する。フォトリソグラフィー技術とエッチング技術による場合、まず、ステンレス製のウエハの裏面全体にレジストをスピンコートなどによって塗布するか、ドライフィルムレジストを貼り付け、紫外線（又は、電子線）を照射してレジストにマスクパターンを転写露光する。次いで、露光されたレジストを現像液で現像し、レジストの不要部分を除去する。そして、露光された部分を残すか除去するかでネガ型レジスト又はポジ型レジストを選択する。レジストが除去された部分はウエハが露出しており、この導出している部分をウエットエッチング又はドライエッチングによって厚さが５０μｍ〜１５０μｍ程度になるまで除去する。そして、残ったレジストを剥離、除去して洗浄し、薄肉部１３（凹み部１２）を形成する。ウエットエッチングの場合は、エッチング液に浸漬又はスプレーして少しずつ溶解させる。ドライエッチングの場合は、スパッタ、プラズマ等によってイオンや電子をウエハの裏面に照射し、少しずつ削っていくことで形成する。
【００３７】
一方、薄肉部１３の被測定流体と接しない表面１３ａは鏡面研磨され、酸化膜（電気絶縁膜）２０が上述の通り所定の領域に形成されている。酸化膜２０は、例えば厚さが数千オングストロームから数μｍ程度の薄い酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜、窒化シリコン膜、アルミナ、ポリイミド膜等によって形成される。酸化シリコン膜は、例えばスパッタリング、ＣＶＤあるいはＳＯＧ（スピンオングラス）等により形成される。窒化シリコン膜は、スパッタリングやＣＶＤ等によって形成される。
【００３８】
また、酸化膜２０の表面には、複数の電極パット及び配線用金属薄膜を含む流速検出手段と周囲温度検出手段がセンサデバイス２１として周知の薄膜成型技術によって形成されている。センサデバイス２１は、例えば、白金等の材料を電気絶縁膜の表面に蒸着し、所定のパターンにエッチングすることにより形成される。また、流速検出手段と周囲温度検出手段は、配線用金属薄膜を介して電極パットにそれぞれ電気的に接続される。なお、各電極パットは、センサチップ１０と流路形成部材とを接合した後、図７に示すようにスペーサ２７０を介してセンサチップ１０の上方に設けたプリント配線板２８０の電極端子に図示しないボンディングワイヤを介して接続される。
【００３９】
流速検出手段と周囲温度検出手段は、図５に示すように、１つの発熱体を用いたフローセンサにおいて、定温度差回路を用いることによって流速を電圧信号に変換するためのものである。定温度差回路は、同図に示すように、抵抗Ｒ１，Ｒ２，発熱体（抵抗ヒータ）ＨＴ，抵抗Ｒ３及び周囲温度センサＴＳから構成されたブリッジ回路と、抵抗Ｒ１と発熱体ＲＨの中点電圧を反転入力すると共に抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の中点電圧を非反転入力とするオペアンプＯＰ１とを備え、このオペアンプＯＰ１の出力はブリッジ回路を構成する抵抗Ｒ１，Ｒ２の一端に共通に接続されている。ここで、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、周囲温度センサＴＳよりも発熱体ＨＴが常にある一定温度だけ高くなるように抵抗値が設定されている。この状態で流体を流路の所定方向に流すと、発熱体ＲＨは流体によって熱が奪われ、当該発熱体ＲＨの抵抗値が下がって、ブリッジ回路の平衡状態が失われる。しかしながら、オペアンプＯＰ１によってその反転入力・非反転入力間に生じる電圧に応じた電圧がブリッジ回路に加えられるので、発熱体ＲＨの発熱量が流体によって奪われた熱を補償するように増加する。その結果、発熱体ＲＨの抵抗値が上昇することにより、ブリッジ回路は平衡状態に戻る。したがって、平衡状態にあるブリッジ回路にはその流速に応じた電圧が加えられていることになる。図５の定温度差回路は、このときブリッジ回路に加えられている電圧のうち、発熱体ＲＨの端子間電圧を電圧出力として出力するものである。
【００４０】
このように発熱体ＲＨの温度が周囲温度センサＴＳで計測される周囲温度よりもある一定温度高くなるように定温度差回路が電流又は電圧を制御して温度差を一定に保ち、その電圧、電流あるいは電力変化を検出することにより流体の流速又は流量を計測するようになっている。
【００４１】
続いて、流路形成部材３０を用意する。流路形成部材３０は、図２（ａ）に示すように、センサチップ１０と同様にステンレス製の細長い金属板からなり、その所定位置に流路の一部をなす２つの貫通孔３５，３６が並行して穿設されている。また、流路形成部材３０には、貫通孔３５，３６の一方の（図中、上方の）開口部周囲であって、センサチップ１０の凹み部１２の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部３２が形成されている。フローセンサ製造工程においてセンサチップ１０を流路形成部材３０に当接させた場合、当該突起部３２のみで両者が接触し合う構造となっている。すなわち、センサチップ１０を流路形成部材３０に適所に位置決めさせると、流路形成部材の突起部３２がセンサチップ１０の凹み部１２の開口部周囲近傍に当接してセンサチップ１０と流路形成部材３０との間で閉塞された流路を形成するようになっている。
【００４２】
続いて、かかる構造を有したセンサチップ１０と流路形成部材３０を用いてフローセンサ１を抵抗溶接により一体化する。まず、図１及び図２に示すように、抵抗溶接用の一方のマイナス電極部を構成する台座５１０に流路形成部材３０を位置決めする。次いで、流路形成部材３０の所定位置にセンサチップ１０を位置決めする。この際、流路形成部材３０には突起部３２が上述したように形成されているので、センサチップ１０と流路形成部材３０とは当該突起部３２のみを介して接触している。
【００４３】
次いで、センサチップ１０と流路形成部材３０との接合用荷重体としての役目も兼ねたプラス電極部５２０をセンサチップ１０の上面に適所に載置する。この際、プラス電極部５２０の電極下端面から凸状部５２１が突設しており、当該凸状部５２１をセンサチップ１０上の絶縁膜が形成されていない部分（絶縁膜非形成領域）に接触させる。
【００４４】
以上のようにしてセンサチップ１０、流路形成部材３０、台座５１０、及び抵抗溶接用のプラス電極部５２０を全て所定位置に配置させた後に電源から電極間に大電流を流してセンサチップの厚肉部１１とこれと接触する流路形成部材３０の突起部３２を抵抗溶接する。
【００４５】
図２（ｂ）にはこのような抵抗溶接によって接合されたセンサチップ１０と流路形成部材３０を示している。同図から明らかなように、センサチップ１０と流路形成部材３０との外周部が溶接される溶接方法とは異なり、流路形成部材３０の突起部３２がセンサチップ１０の流路形成用凹み部１２の周囲近傍に全周にわたって溶接される。
【００４６】
従って、センサチップ１０と流路形成部材３０との間に流路側に連通するわずかな隙間が生じることがなくなる。その結果、溶接時に発生した汚れがこの隙間に閉じ込められたり、パージ時に用いた窒素ガスがその後の真空引きにもかかわらずこの隙間に残留することもなくなる。また、この隙間によってセンサチップ１０から流路形成部材３０にヒータの発熱が伝熱しにくくなることによる不具合を無くすこともできる。これによって、応答性及び感度を向上させ、かつ腐食性流体の流量を測定するのに特に適したフローセンサを製造できる。
【００４７】
続いて、本発明の第２の実施形態にかかるフローセンサの製造方法について説明する。なお、第１の実施形態にかかるフローセンサ１の製造方法と同様の内容については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４８】
本発明の第２の実施形態にかかるフローセンサ２の製造方法は、図３に示すように、第１の実施形態にかかるフローセンサ１の製造方法と同様に、裏面に流路形成用の凹み部５２を有し、表面に絶縁層を介して流量測定用の検出部（図３では図示せず）が形成された金属製のセンサチップ５０と、センサチップ５０の裏面と一体化して流路を形成する金属製の流路形成部材７０とからなるフローセンサ２を製造する方法である。
【００４９】
また、この製造方法を実施するにあたって、特別な形状のセンサチップを用いて流路形成部材７０に従来とは異なる溶接箇所で溶接する点、具体的には流路形成部材７０の、センサチップ５０の凹み部５２の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に形成された抵抗溶接用の突起部７２において溶接する点では第１の実施形態にかかるフローセンサの製造方法と共通している。
【００５０】
しかしながら、本発明の第２の実施形態にかかるフローセンサ２は、そのセンサチップ５０の側面に導電板５９を設けて当該導電板５９を介して抵抗溶接の電流を流すことにで突起部７２を抵抗溶接する点で第１の実施形態にかかるフローセンサの製造方法と相違している。
【００５１】
以下、本発明の第２の実施形態にかかるフローセンサ２の製造方法を当該フローセンサ２を構成するエレメントと合わせて説明する。なお、上述の第１の実施形態におけるフローセンサ１の構造及び製造方法と共通する点については必要な符号を図面に付すにとどめ、詳細な説明を省略する。
【００５２】
まず、センサチップ５０を用意する。かかるセンサチップ５０は、上述の通り第１の実施形態にかかるフローセンサ１のセンサチップ１０と同様の構成に加えて、その側面に抵抗溶接時の電圧印加用導電板５９を備えている。すなわち、センサチップ５０はステンレスからなる薄くて細長い矩形板状に形成され、厚肉部５１の板厚は０．５ｍｍから３ｍｍ程度の厚さを有すると共に、裏側面中央に長円状の凹み部５２を有してこの部分がダイヤフラム部としての薄肉部５３を形成している。そして、センサチップ５０の表面には酸化膜が形成され、当該酸化膜上面には白金のセンサデバイス（図示せず）がパターン化されている。なお、当該酸化膜は、第１の実施形態にかかるセンサチップ１０と異なり、センサチップ５０の表面（凹み部の形成面と反対側の面）全体にわたって酸化膜が形成されている。
【００５３】
なお、センサチップ５０の凹み部５２は第１の実施形態と同様な技術で構成されており、センサチップ５０の酸化膜上面に形成されたセンサデバイスの構成及び作用も第１の実施形態と同様の構成及び作用を有している。
【００５４】
一方、センサチップ１０に備わった当該導電板５９は、図４（ａ）に示すように、矩形形状を有した４つの導電板５９ａ〜５９ｄからなり、センサチップ５０の４つの各側面からセンサチップ外方に向かって延在している。なお、かかる導電板５９はセンサチップ５０と導電板間との導通を確保できるレーザー溶接等の適当な接合手段によって予めセンサチップ５０に接合されている。また、センサチップ５０における当該導電板５９の高さ方向の形成位置は、図３に示すように、センサチップ５０を流路形成部材７０の突起部７２に当接させたとき、導電板５９と流路形成部材７０との間に抵抗溶接時の電流の短絡を防止するスペーサ（絶縁体）６３０を介挿可能な程度の適当な間隔が生じるような位置である。
【００５５】
また、流路形成部材７０も第１の実施形態と同様な構成を有している。すなわち、センサチップ５０の凹み部５２の外周部全周にわたって隣接する位置に対応する領域に抵抗溶接用の突起部７２が形成され、フローセンサ製造時においてセンサチップ５０を流路形成部材７０に載置した場合、当該突起部７２のみで両者が接触しあう構造となっている。
【００５６】
続いて、かかる構造を有したセンサチップ５０と流路形成部材７０を用いてフローセンサ２を製造する方法について図３に基いて説明する。まず、抵抗溶接用の一方のマイナス電極部を構成する台座６１０に流路形成部材７０を位置決めする。そして、流路形成部材７０の所定位置にセンサチップ５０を位置決めする。この際、流路形成部材７０には突起部７２が上述のように形成されているので、センサチップ５０と流路形成部材７０とは当該突起部７２のみを介して接触している。すなわち、突起部７２はセンサチップの凹み部開口の周囲近傍全周にわたって当接し、センサチップ５０と流路形成部材７０との間で閉塞された流路を形成している。
【００５７】
また、センサチップ５０を流路形成部材７０の突起部７２に当接させる際に、導電板５９と流路形成部材７０との間に絶縁体からなるスペーサ６３０を介挿して抵抗溶接時の電流の短絡を防止する。
【００５８】
次いで、センサチップ５０と流路形成部材７０とを抵抗溶接する通電用荷重体６２１と接合用荷重体６２２とを組み合わせた通電荷重ユニット６２０をセンサチップ５０の上面に載置する。なお、接合用荷重体６２２は絶縁体からなり、センサチップ５０の上面に対応するようにユニット中央部に配置されている。また、接合用荷重体６２２の周縁部には連続した突起部が形成されてセンサチップ５０の上面絶縁膜の周縁を抵抗溶接時に一定荷重で押し付けるようになっている。
【００５９】
また、接合用荷重体６２２の周囲に配置した通電用荷重体６２１はその所定部分から導電体凸状部６２１ａが形成され、通電荷重ユニット６２０をセンサチップ５０に位置決めしたとき、導電体凸状部６２１ａがセンサチップ５０の導電板５９に接触するようになっている。
【００６０】
このようにして、通電荷重ユニット６２０をセンサチップ５０上に載置する。
【００６１】
以上のようにしてセンサチップ５０、流路形成部材７０、台座６１０、及び通電荷重ユニット６２０を全て所定位置に配置した後に電源を介して電極間に大電流を流す。
【００６２】
これによって、従来のようにセンサチップと流路形成部材との当接部の外周面に溶接部が形成されるのではなく、第１の実施形態にかかるフローセンサと同様にセンサチップ５０の流路形成用の凹み部５２の周囲近傍に全周にわたって溶接部が形成される。
【００６３】
その結果、センサチップ５０と流路形成部材７０との間に流路側に連通するわずかな隙間が生じることがなくなる。そして、溶接時に発生した汚れがこの隙間に閉じ込められたり、パージ時に用いた窒素ガスがその後の真空引きにもかかわらずこの隙間に残留することもなくなる。これに伴い、このような不純物がその後のフローセンサ使用時に被測定流体に混入することはない。また、センサチップ５０に被測定流体の圧力が作用することでこの隙間が広がり、センサチップ５０から流路形成部材７０にヒータの発熱が伝熱しにくくなることもない。その結果、応答性及び感度を向上させ、かつ腐食性流体の流量を測定するのに特に適したフローセンサを製造できる。
【００６４】
また、本実施形態にかかるフローセンサの製造方法は、抵抗溶接の際、プラス電極の導電体凸状部６２１ａが上述したように導電板５９に接触しているので、抵抗溶接用電流が、導電板５９からセンサチップ５０の厚肉部５１を介して流路形成部材７０の突起部７２を伝わり、これによって、当該厚肉部５１と当該突起部７２が溶着される。このような第２の実施形態にかかる特有の電流経路によって、抵抗溶接用電流がセンサチップ５０上の絶縁膜に形成されたセンサデバイスに影響を与えにくくなり、信頼性に優れたフローセンサ２を製造することが可能となる。また、本実施形態の場合、センサチップ５０の上面全体に絶縁膜を形成可能なので、センサデバイスのパターン化の自由度を高めることができる。
【００６５】
また、本発明の第２の実施形態にかかるフローセンサの製造方法において、センサチップに備えた導電板５９の代わりに、図４（ｂ）に示す導電板のように矩形の導電板で略中央部をセンサチップの周囲輪郭に対応させて打ち抜いた導電板５９’を用いても良い。しかしながら、第２の実施形態におけるセンサチップの各側面から個別に延在した矩形状の導電板５９ａ〜５９ｄの方が抵抗溶接した時点でのひずみの発生が小さくて済む。
【００６６】
また、上述の導電板５９，５９’は抵抗溶接後にセンサチップ７０から取り除いても良いし、取り付けたままとしても良い。
【００６７】
なお、上述の実施形態においては、抵抗溶接される突起部３２，７２を流路形成部材３０，７０に形成したが、必ずしもこれに限定されず、センサチップの厚肉部１１，５１であってセンサチップ１０，５０の凹み部周囲近傍に全周にわたって同様の突起部を形成しても良い。
【００６８】
このようにセンサチップ側に抵抗溶接用の突起部を設けて上述した方法でこの部分を抵抗溶接し、センサチップを流路形成部材に接合しても、上述の第１及び第２の実施形態に示した効果と同様の効果を奏することが可能となる。すなわち、センサチップと流路形成部材との間に流路側に連通するわずかな隙間が生じることがなくなり、溶接時に発生した溶接カス等の汚れがこの隙間に閉じ込められたり、パージ時に用いた窒素ガスがその後の真空引きにもかかわらずこの隙間に残留することもない。そのため、このような不純物がその後のフローセンサ使用中に被測定流体に混入することもなくなる。
【００６９】
また、センサチップ側に抵抗溶接用の突起部を設けると共に、上述の第２の実施形態のように導電板をセンサチップ側面に備えた構成のセンサチップを流路形成部材に抵抗溶接する場合であっても、抵抗溶接用電流の経路をセンサチップ表面の絶縁膜上に形成されたセンサ回路パターンから離し、かつ流路以外の熱の影響を受けない領域に流すことができ、ヒータ、測温センサ、周囲温度センサなどのセンサデバイスを溶接時における伝熱から確実に保護することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本実施形態に関するフローセンサは、流路中を流れる腐食性流体の流速又は流量を計測するのに特に適しているが、これに限定されることはなく、例えば粉塵等が多く含まれる気体の測定であってセンサデバイスを直接被測定流体に接触させることのできないような場合の流量測定にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるフローセンサの製造方法を断面で示した説明図である。
【図２】図１におけるフローセンサのセンサチップと流路形成部材との溶接前の状態を示す図（図２（ａ））、及び溶接後の状態を示す図（図２（ｂ））である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかるフローセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかるフローセンサのセンサチップに備わった導電板を示した斜視図（図４（ａ））、及びこの変形例を示した斜視図である（図４（ｂ））。
【図５】本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態にかかるフローセンサの定温度回路のセンサデバイスを示した回路図である。
【図６】従来のフローセンサの構造を示した断面図である。
【図７】図６に示すフローセンサの改良型フローセンサを示した断面図である。
【図８】図７に示すフローセンサのセンサチップと流路形成部材との溶接部を示した断面図である。
【図９】図７におけるフローセンサの正常時のヒータからの伝熱の状態を示した断面図である。
【図１０】図８に示すフローセンサが被測定流体から圧力を受けた状態を示した断面図で、ヒータからの伝熱状態を併せて示した図である。
【図１１】図８に示すフローセンサが被測定流体から圧力を受けた状態を示した状態で、センサチップのダイヤフラムが変形していることを示した図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，２    フローセンサ
１０    センサチップ
１１    厚肉部
１２    凹み部
１３    薄肉部
１３ａ    表面
２０    酸化膜
２１    センサデバイス
３０    流路形成部材
３２    突起部
３５，３６    貫通孔
５０    センサチップ
５１    厚肉部
５２    凹み部
５９    電圧印加用導電板
５９ａ〜５９ｄ    導電板
７０    流路形成部材
７２    突起部
５１０    台座
５２０    プラス電極部
６１０    台座
６２０    通電荷重ユニット
６２１    通電用荷重体
６２２    接合用荷重体
６３０    スペーサ（絶縁体）
【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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【図１０】
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【図１１】
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