(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１１２を有し、表面に絶縁層を介して流量測定用のセンサデバイスを形成した金属製のセンサチップ１１０と、センサチップ１１０の裏面と一体化し、流路１３８，１３９を形成する金属製の流路形成部材３０とを備えたフローセンサ１であって、センサチップ１１０の凹み部１１２の周囲に溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有する土手状の溶接部１１５を形成し、これによって幾何学的には容積はゼロであるが、現実にはわずかな隙間ができたデッドスペースＤＳをなくす。【選択図】  図３
2005114502.tif 000002
【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センサ部を形成し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被測定流体の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であって、
前記流路形成部材と前記センサチップの凹み部の周囲とが一定の幅で当接するようになっており、当該当接部が溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅の溶接部を形成していることを特徴とするフローセンサ。
【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センサ部を形成し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被測定流体の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であって、
前記センサチップの凹み部の周囲に溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有する土手状の溶接部が形成されていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項３】
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センサ部を形成し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被測定流体の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周囲に対応する位置に溶接ビームの深さとほぼ同等の幅を有する土手状の溶接部を形成したことを特徴とするフローセンサ。
【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ための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７は、図９に示すように、一方の面（裏面）７１１側が被測定流体の流路７０１に面する基板７１０と、基板７１０を挟んで対向するように配設された流路形成部材７２０及びプレート７３０を備えた構造を有している。そして、基板７１０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７１２に電気絶縁膜を形成し、その上に流体の流速（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（図７では図示せず）。このように、基板７１０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７は、薄肉状に形成した基板７１０の表面７１１にプレート７３０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７１０とプレート７３０の機械的及び熱的接触が一定とならずフローセンサの温度分布が不安定であった。また、流体の圧力変化に伴い基板７１０のダイヤフラム部が面方向に弾性変形すると共に、基板７１０とプレート７３０の接触状態が変化し、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７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１０に示す構造のフローセンサ８を考案した。
【０００７】
かかるフローセンサ８は、流路形成部材８３０とともに被測定流体の流路を形成するセンサチップ８１０とを備えている。そして、センサチップ８１０は、薄肉部８１１と、当該薄肉部８１１を囲む厚肉の固定部８１２とを一体形成したもので、薄肉部８１１の流路側とは反対側の面に流速検出手段８２５を備えている。また、センサチップ８１０はステンレスによって形成されている。ステンレスは導電性材料であるため、センサチップ８１０の一方の面に酸化膜８２０が形成されている。
【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８１０の流速又は流量特性の変化が小さくなるので、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８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８１０と同じくステンレスからなる流路形成部材８３０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際に生じる不都合な点をセンサチップ８１０及び流路形成部材８３０の構成と共に以下に説明する。
【００１１】
ステンレス製のセンサチップ８１０をパッケージングするためには、同じステンレス製の流路形成部材８３０にレーザー溶接等の方法を用い、シーム溶接して接合する。センサチップ８１０の外形は、半導体製造プロセスで一般的に行なわれているダイシングにより切り離すため、図１１（ａ）のように平面視で細長矩形状になるのが一般的である。また、センサチップ８１０の裏面には、エッチングや機械加工又は放電加工などによって凹み部８１２を形成することで、板厚を極めて薄くしたダイヤフラム構造とし、感度や応答性を高めている（図１１（ｂ）参照）。
【００１２】
一方、センサチップ８１０の接合される流路形成部材８３０の部分的形状を図１２（ａ），（ｂ）に示す。流路形成部材８３０は機械加工で作るため、部材本体の上面に平面視細長矩形状の突起部８３１を加工し、当該突起部８３１の上面に流路８３８，８３９を穿設する。ここで、プロセス流体の流れる流路８３８，８３９はドリル加工による丸穴になる。また、センサチップ裏面の流路を形成する凹み部８１２は流路形成部材８３０の断面丸穴である流路８３８，８３９に合わせて、流入部分及び流出部分に丸みをつける（図１１（ａ）参照）。なお、センサデバイスが流量を検出する領域は、凹み部８１２のうち、互いに平行に対向した壁部８１２ａ，８１２ｂで挟まれた領域となっている。従って、これらを一体化するとセンサチップ裏面に掘り込んだ流路は凹み部８１２の最外部がセンサチップ裏面側から見ていわゆる陸上競技のトラック外周部のような長円形になる。
【００１３】
かかるセンサチップ８１０を流路形成部材８３０に溶接するとき、流路形成部材８３０の突起部８３１にセンサチップ８１０を当接させる。ここで、センサチップ８１０と流路形成部材８３０の突起部８３１との当接部外縁は平面視で矩形状をなす。従って、両者の当接部外縁に向かってレーザービームを照射すると、図１３（ａ）の細かいハッチングで示すような溶け込み部ＷＤが形成される。
【００１４】
ここで、同図から分かるように、センサチップ裏面側から見てセンサチップ８１０の外縁部は平面視矩形状をなす一方、凹み部８１２の周縁は平面視長円形をなしているので、両者の縁部はセンサチップ８１０の四隅部において離間する。そのため、両者の当接面においてこの四隅部において接合されていない領域（以下、これを「デッドスペースＤＳ」と呼ぶ。）が生じる（図１３（ａ）の粗いハッチング部分参照）。デッドスペースＤＳは幾何学的には容積はゼロであるが、現実にはわずかな隙間ができるため、溶接後にこの部分の洗浄を行うことは困難である。また、この部分ではプロセス流体の滞留が起こりやすいため、パージ特性が悪くなる。よって、このようなデッドスペースＤＳのできたフローセンサ８は、半導体産業用質量流量計などの高い清浄度を要求される流路測定製品として使用することが難しいという問題点がある。
【００１５】
また、センサチップ表面の絶縁膜上に形成されたセンサデバイスに熱歪みを生じさせないためには、例えば厚さ０．６ｍｍのセンサチップの場合、レーザーによる溶け込みをセンサチップの厚さの半分程度の０．３ｍｍに抑える必要があることが経験上分かっている。そのため、デッドスペースＤＳを小さくしようとして図１４（ａ），（ｂ）に示すように溶接の溶け込みを深くすると、入熱量が増え、溶接歪みが増大したりセンサパターンを損傷したりする。また、センサチップ８１０と流路形成部材８３０との構造上の違いから特にかかるデッドスペースＤＳを完全に無くすことはこの方法では不可能である。
【００１６】
本発明の目的は、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ことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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センサ部を形成し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被測定流体の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であって、流路形成部材と、センサチップの凹み部の周囲とが一定の幅で当接するようになっており、当該当接部が溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅の溶接部を形成していることを特徴としている。
【００１８】
流路形成部材が、センサチップ裏面の凹み部の周囲全周にわたって当該凹み部の周囲と一定の幅で当接するようになって、当該当接部がセンサチップと流路形成部材との間の溶接部を形成している。そして、溶接部の幅が溶接ビームの深さとほぼ同等の幅となっている。これによって、溶接されていない当接部であるデッドスペースをなくすことができる。その結果、洗浄が容易になり、高い清浄度を要求される製品にも使用することができる。また、溶接時には、溶け込みの外側、内側ともに還元ガス雰囲気にすることにより、さらに清浄度の高い接合を行うことができる。
【００１９】
また、溶接の溶け込み量が最小限で済むので、熱歪を小さくすることができ、センサデバイスの損傷を小さくすることができる。
【００２０】
また、本発明の請求項２に記載のフローセンサは、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センサ部を形成し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被測定流体の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であって、センサチップの凹み部の周囲に溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有する土手状の溶接部が形成されていることを特徴としている。
【００２１】
センサチップ裏面の凹み部の周囲に全周にわたって土手状の溶接部を形成し、これを流路形成部材に当接させてこの重ね合わせ部を溶接している。これによって、凹み部周囲近傍の全周にわたって溶け込むので、溶接されていない当接部であるデッドスペースをなくすことができる。その結果、洗浄が容易になり、高い清浄度を要求される製品にも使用することができる。また、溶接時には、溶け込みの外側、内側ともに還元ガス雰囲気にすることにより、さらに清浄度の高い接合を行うことができる。
【００２２】
また、溶接の溶け込み量が最小限で済むので、熱歪を小さくすることができ、センサデバイスの損傷を小さくすることができる。
【００２３】
また、本発明の請求項３に記載のフローセンサは、裏面に流路形成用の凹み部を有し、表面に流量測定用のセンサ部を形成し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被測定流体の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であって、流路形成部材の、センサチップの凹み部の周囲に対応する位置に溶接ビームの深さとほぼ同等の幅を有する土手状の溶接部が形成されていることを特徴としている。
【００２４】
請求項２に記載のフローセンサのようにセンサチップの凹み部の外周周囲に土手状の溶接部を形成する代わりに、流路形成部材の、センサチップの凹み部の周囲に対応する位置に溶接ビームの深さとほぼ同等の幅を有する土手状の溶接部を形成し、これにセンサチップを当接させてこの重ね合わせ部を溶接している。これによっても、凹み部周囲の全周にわたって溶け込むので、溶接されていない当接部であるデッドスペースをなくすことができる。その結果、洗浄が容易になり、高い清浄度を要求される製品にも使用することができる。
【発明の効果】
【００２５】
上述した構成を有することで、センサチップにデッドスペースを生じさせることなく、必要最小限の熱量でセンサチップを流路形成部材に溶接することができる。そのため、センサデバイスへの入熱を最小限に抑えることができ、センサデバイスの出力特性を安定化させることができる。
【００２６】
また、センサチップと流路形成部材との当接部にデッドスペースが生じないので、従来のようにデッドスペースに溶接カスやパージ用の窒素ガスなどの残留物が残ることがなくなり、それらがその後のフローセンサ使用中に不純物として被測定流体中に混入するおそれもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施形態にかかるフローセンサについて説明する。
【００２８】
本発明の第１の実施形態にかかるフローセンサ１は、図１乃至図３に示すように、裏面に流路形成用の凹み部１１２を有し、表面に酸化膜（絶縁層）１２０を介して流量測定用のセンサデバイス１２５が形成されたステンレス製のセンサチップ１１０と、センサチップ１１０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１３０とを備えている。
【００２９】
そして、かかるフローセンサ１は、図１１に示したセンサチップ８１０と同一構造のセンサチップ１１０を同図に示した流路形成部材８３０と異なる形状の流路形成部材１３０に溶接することを特徴としている。
【００３０】
以下、センサチップ１１０と流路形成部材１３０の構造について説明する。センサチップ１１０は、特にＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレスでできており、本実施形態の場合、図１（ａ），（ｂ）に示すように、板厚が０．６ｍｍ程度の薄くて細長い矩形の板状に形成され、センサチップ１１０の裏面側中央部には、凹み部１１２が形成されている。凹み部１１２は平面視において半円状の両端部１１２ａ，１１２ｂと当該両端部をつなぐ２本の直線部１１２ｃ，１１２ｄとからなるいわゆる陸上競技のトラック外周部に近似した長円形状（以下、単に「長円形状」とする）を有している。そして、半円状の両端部はセンサチップ１１０を後述する流路形成部材１３０に位置決めしたとき、流路形成部材１３０の２つの流路１３８，１３９が凹み部両端に位置するような寸法でセンサチップ１１０に形成されている。すなわち、凹み部１１２の長手方向の長さは流路形成部材１３０の２つの流路１３８，１３９の穿設された間隔に対応している。また、凹み部１１２の平行する直線部１１２ｃ，１１２ｄの間隔、すなわち凹み部１１２の幅は２つの流路１３８，１３９の直径に僅かに大きい程度の寸法となっている（図３（ａ）参照）。
【００３１】
そして、凹み部１１２によってセンサチップ１１０に薄肉部１１３が形成されている。薄肉部１１３は、肉厚が５０μｍから１５０μｍ程度で、ダイヤフラム構造のセンサ部をなしている。なお、薄肉部１１３の流れの方向と垂直方向の長さは（幅）は強度の点で１ｍｍから３ｍｍ程度が好ましい。
【００３２】
センサチップ１１０の凹み部１１２及びその周囲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される。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は、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。露光された部分を残すか除去するかによって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、残っているレジストを剥離、除去して洗浄すると、薄肉部１１３（凹み部１１２）が形成される。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ことができる。
【００３３】
一方、センサチップ１１０の薄肉部１１３の被測定流体と接しない反対側面は鏡面研磨され、酸化膜（電気絶縁膜）１２０が全面にわたって形成されている。また、酸化膜１２０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からなるセンサデバイス（センサ部）１２５が周知の薄膜成型技術によって形成されている。これは、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、流速検出手段と周囲温度検出手段が電極パットに配線用金属薄膜を介してそれぞれ電気的に接続されている。さらに各電極パットは、センサチップ１１０と流路形成部材１３０を溶接後にセンサチップ１１０の上方にスペーサを介して設けたプリント配線板の電極端子に図示を省略したボンディングワイヤを介して接続される（図１０におけるスペーサ８４０、プリント基板８５０参照）。
【００３４】
酸化膜１２０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ている。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）等により形成することができる。窒化シリコン膜は、スパッタリングやＣＶＤ等によって形成することができる。
【００３５】
酸化膜１２０に形成された流速検出手段と周囲温度検出手段は、図８に示すように、１つの発熱体ＨＴを用いた構成を有し、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ことができる。この定温度差回路は、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ＨＴの中点電圧を反転入力とするとともに抵抗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。
【００３６】
この状態で流体を所定の方向に流すと、発熱体ＨＴは流体によって熱が奪われて発熱体ＨＴの抵抗値が下がり、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、流体によって奪われた熱を補償するように発熱体ＨＴの発熱量が増加する。その結果、発熱体ＨＴ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８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ＨＴの端子間電圧を電圧出力として出力するものである。
【００３７】
このように発熱体ＨＴの温度が周囲温度センサＴＳで計測される周囲温度より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可能としている。
【００３８】
一方、図２に示す流路形成部材１３０は、センサチップ１１０と同様にステンレス製の細長い金属板からなり、表面中央に外形がセンサチップ１１０の平面視矩形状の外形と合致した平面視矩形状の第１の凸部１３１を有している。そして、第１の凸部上面には平面視でセンサチップ１１０の凹み部１１２の長円よりも全長、幅、及び端部半円状部の曲率半径が一定量だけ大きい長円状の第２の凸部１３２が形成されている。また、第２の凸部１３２の上面には２つの流路１３８，１３９が所定間隔隔てて形成されている。これによって、流路形成部材１３０の第２の凸部１３２にセンサチップ１１０を載置したとき、センサチップ１１０の凹み部周囲と流路形成部材１３０の第２の凸部１３２とが図３（ａ）のハッチングで示す領域において当接するようになる。以下、この領域を「当接領域Ａ」とする。当接領域Ａは第１の長円Ａ１とこれより大きい第２の長円Ａ２とで挟まれるいわゆる陸上競技のトラック形状に近似した（以下、「トラック状」とする）一定の幅を備えた領域である。そして、センサチップ１１０が流路形成部材１３０に当接するようになった当接領域Ａの幅はレーザービーム溶接による溶け込み深さとほぼ合致する幅となっている。
【００３９】
以下、センサチップ１１０と流路形成部材１３０との接合の仕方について説明する。ます、流路形成部材１３０の第２の凸部１３２にセンサチップ１１０を上述したトラック状の当接領域Ａが両者間に形成されるように位置決めする。そして、この状態で当接領域の外縁部全周にわたって図３の矢印ＬＢ１で示す方向からレーザービームを照射する。これによって、センサチップ１１０と流路形成部材１３０とは当接領域Ａにおいて溶融して両者が接合され、センサチップ１１０と流路形成部材１３０との間に閉塞された流路を形成する。なお、溶接時には、溶け込みの外側、内側ともに還元ガス雰囲気にすることが好ましい。これによって、清浄度の高い接合部を得ることができる。
【００４０】
このようにして溶接した溶接の溶け込み深さの状態を図３（ａ）のハッチング及び図３（ｂ）の黒三角印として示す。同図から示すように、当接領域Ａの幅（図３（ａ）の太線ハッチング部の幅）がレーザービーム溶接による溶け込み深さ（図３（ｂ）の黒三角で表す溶け込み深さ）とほぼ合致して、結果的に当接領域Ａが溶け込み領域ＷＤと一致していることが分かる。
【００４１】
続いて、以上のように製造されたフローセンサ１の作用について説明する。上述したように流路形成部材１３０の第２の凸部１３２とセンサチップ１１０の間にはトラック状に形成されかつ幅がレーザービーム溶接による溶け込み深さとほぼ合致した溶接の溶け込み部ＷＤ（実質的に当接領域Ａと同一であって図３（ａ）における細かいハッチング領域）が全周にわたって形成される。なお、本実施形態にかかるフローセンサ１の場合、溶け込み深さが厚さ０．６ｍｍのセンサチップ１１０の半分程度（０．３ｍｍ程度）の深さとなっている。そして、この領域近傍には不純物が入り込んで残留する図１３に示したようないわゆるデッドスペースＤＳが生じていない（図３（ａ）において図１３（ａ）に対応する粗いハッチング領域無し）。すなわち、フローセンサ１には幾何学的には容積はゼロであるが現実にはわずかな隙間ができたデッドスペースＤＳが生じていない。デッドスペースＤＳをなくすことができると洗浄が容易になり、高い清浄度を要求される製品にも使用可能となる。すなわち、プロセス流体の滞留が生じにくくなるので、パージ特性が改善し、半導体産業に用いられる質量流量計などの高い清浄度を要求される製品に好適に使用できるようになる。
【００４２】
このようにデッドスペースＤＳを無くすことに加えて、溶接の溶け込み量を小さくすることができるので、熱歪を抑えてセンサデバイスの損傷を回避することが可能となる。また、デッドスペースＤＳの外側に溶接による固着部が生じるような従来の構造を有していないので、従来のように被測定流体からセンサチップ１１０のダイヤフラム部に圧力がかかり、これに応じてセンサチップ１１０と流路形成部材１３０との溶接接合部を支点としてその内側のデッドスペースＤＳの隙間が大きくなったり小さくなったりする不都合が生じない。そのため、このようなセンサチップの変形現象に伴ってセンサチップと流路形成部材との接触面積が変化することでセンサチップ１１０から流路形成部材１３０に熱が伝達しなくなるという不都合も生じない。その結果、これに起因するフローセンサ全体の熱伝達系のくずれが生じることもない。これによって、センサデバイスの感度を常に良好に保つことができ、フローセンサの出力特性を高レベルに維持することができる。
【００４３】
続いて、本発明の第２の実施形態にかかるフローセンサについて説明する。なお、本発明の第１の実施形態にかかるフローセンサと同等の構成については対応する符号を図面に付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
本発明の第２の実施形態にかかるフローセンサ２は、図４に示すように、裏面に流路形成用の凹み部２１２を有し、表面に酸化膜（絶縁膜）２２０を介して流量測定用のセンサデバイス２２５が形成されたステンレス製のセンサチップ２１０と、センサチップ２１０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２３０とを備えている。
【００４５】
そして、かかるフローセンサ２は、図１２に示した流路形成部材８３０と同一構造の流路形成部材２３０に図１に示したセンサチップ１１０と異なる形状のセンサチップ２１０を溶接することを特徴としている。
【００４６】
以下、センサチップ２１０と流路形成部材２３０の構造について説明する。センサチップ２１０は、第１の実施形態にかかるセンサチップ１１０と基本的構成は共通するが、センサチップ２１０の凹み部２１２の周囲には、図４（ａ）に示すように、溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有する土手状の溶接部２１５がいわゆるトラック状に形成されている。土手状の溶接部２１５の幅はセンサチップ２１０の厚さの半分程度であり、本実施形態の場合、０．３ｍｍ程度であって上述したように溶接の溶け込み量とほぼ等しくなっている。
【００４７】
一方、図４（ｂ）に部分的に示す流路形成部材２３０は、センサチップ２１０と同様にステンレス製の細長い金属板からなり、表面中央に外形がセンサチップ２１０の平面視矩形状の外形とほぼ一致するように突設した平面視矩形状の凸部２３１と、凸部２３１に穿設された２つの流路２３８，２３９を有している。
【００４８】
そして、流路形成部材２３０の流路２３８，２３９の凸部側開口部周囲をセンサチップ２１０の溶接部２１５が囲うようにセンサチップ２１０を流路形成部材２３０の凸部２３１に位置決めする。これによって、センサチップ２１０はその溶接部２１５においてのみ流路形成部材２３０に当接する。そして、この当接領域は第１の実施形態と同様に全周にわたって溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有するトラック状の当接領域Ａとなる。次いで、当接領域Ａの外周縁部全周に図４（ｃ）に矢印ＬＢ２で示すようにレーザービームを照射することで、溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有するトラック状の溶接領域ＷＤを形成させ、センサチップ２１０を流路形成部材２３０に接合する。これによって、センサチップ２１０の一方の面にセンサデバイスが形成され、他方の面すなわちセンサチップ２１０と流路形成部材２３０とで形成された流路に被測定流体を流すことが可能なフローセンサ２を得ることができる。
【００４９】
以上のように溶接されたフローセンサ２は第１の実施形態と同様に流路形成部材２３０とセンサチップ２１０との間に不純物が入り込んで残留するいわゆるデッドスペースＤＳが生じていない。このようにデッドスペースＤＳを無くすこととに加えて溶接の溶け込み量を小さくすることができるので、熱歪を抑えてセンサデバイスの損傷を回避することができる。また、デッドスペースＤＳをほぼゼロにできると洗浄が容易になり、高い清浄度を要求される製品にも使用可能となる。
【００５０】
また、従来のような被測定流体から受けるセンサチップ２２５の変形現象が生じないので、これに起因するフローセンサ全体の熱伝達系のくずれが生じることもない。これによって、センサデバイス２２５の感度を常に良好に保つことができ、フローセンサ２の出力特性を高レベルに維持することができる。
【００５１】
続いて、本発明の第３の実施形態にかかるフローセンサについて説明する。なお、上述した実施形態にかかるフローセンサと同等の構成については対応する符号を図面に付して詳細な説明を省略する。
【００５２】
本発明の第３の実施形態にかかるフローセンサ３は、図５に示すように、裏面に流路形成用の凹み部３１２を有し、表面に酸化膜（絶縁膜）３２０を介して流量測定用のセンサデバイス３２５が形成されたステンレス製のセンサチップ３１０と、センサチップ３１０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３３０とを備えている。
【００５３】
そして、かかるフローセンサ３は、第１の実施形態にかかる流路形成部材１３０と同一構造の流路形成部材３３０に第２の実施形態にかかるセンサチップ２１０と同一形状のセンサチップ３１０を溶接することを特徴としている。
【００５４】
以下、センサチップ３１０と流路形成部材３３０の構造について説明する。センサチップ３１０は、第２の実施形態にかかるセンサチップ２１０と同様に、センサチップ３１０の凹み部３１２の周囲に、図５（ａ）に示すような溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有する土手状の溶接部３１５がトラック状に形成されている。なお、土手状の溶接部３１５の幅はセンサチップ３１０の厚さの半分程度であり、本実施形態の場合、０．３ｍｍ程度であって上述したように溶接の溶け込み量とほぼ等しくなっている。
【００５５】
一方、図５（ｂ）に部分的に示す流路形成部材３３０は、第１の実施形態にかかる流路形成部材１３０と同様に、ステンレス製の細長い金属板からなり、表面中央に外形がセンサチップ３１０の平面視矩形状の外形と合致した平面視矩形状の第１の凸部３３１を有している。そして、第１の凸部上面には平面視でセンサチップ３１０の凹み部３１２の長円よりも長さ、幅、及び曲率半径が一定量だけ大きい長円状の第２の凸部３３２が形成されている。また、第２の凸部３３２の上面には上述した２つの流路３３８，３３９が所定間隔で穿設されている。これによって、流路形成部材３３０の第２の凸部３３２にセンサチップ３１０を載置したとき、センサチップ３１０の溶接部３１５と流路形成部材３３０の第２の凸部３３２とが図５（ａ）のトラック状をなす当接領域Ａで当接するようになる。なお、このトラック状領域の幅は上述の実施形態と同様にレーザービーム溶接による溶け込み深さとほぼ合致する幅となっている。
【００５６】
フローセンサ３１０と流路形成部材３３０を接合するときは、まず流路形成部材３３０の第２の凸部３３２にセンサチップ３１０の溶接部３１５が合致するようにセンサチップ３１０を流路形成部材３３０に位置決めする。これによって、両者は第１の実施形態と同様に全周にわたって溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有するトラック状の当接領域Ａで接触する。次いで、当接領域Ａの外周縁部全周に図５（ｃ）に矢印ＬＢ３で示すようにレーザービームを照射することで、溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有するトラック状の溶接領域ＷＤを形成させ、センサチップ３１０を流路形成部材３３０に接合する。これによって、センサチップ３１０の一方の面にセンサデバイス３２５が形成され、他方の面すなわちセンサチップ３１０と流路形成部材３３０とで形成された流路に被測定流体を流すことが可能なフローセンサ３を得ることができる。
【００５７】
以上のように溶接されたフローセンサ３は第１の実施形態と同様に流路形成部材３３０とセンサチップ３１０との間に不純物が入り込んで残留するいわゆるデッドスペースＤＳが生じていない。このようにデッドスペースＤＳを無くすことに加えて溶接の溶け込み量を小さくすることができるので、熱歪を抑えてセンサデバイス３２５の損傷を回避することができる。また、デッドスペースＤＳをほぼゼロにできると洗浄が容易になり、高い清浄度を要求される製品にも使用可能となる。
【００５８】
また、従来のような被測定流体から受けるセンサチップ３２５の変形現象が生じないので、これに起因するフローセンサ全体の熱伝達系のくずれが生じることもない。これによって、センサデバイス３２５の感度を常に良好に保つことができ、フローセンサ３の出力特性を高レベルに維持することができる。
【００５９】
これに加えて、レーザー溶接する周面が流路形成部材３３０における第２の凸部３３２の高さとセンサチップ３１０における溶接部３１５の高さとを合わせた幅（図５（ｃ）における高さＨ１参照）を有する領域として形成されているので、上述の実施形態にかかるフローセンサ１，２よりもレーザー溶接する周面領域が広くなり、レーザー溶接作業がやり易くなるという付加的なメリットが生じる。
【００６０】
続いて、本発明の第４の実施形態にかかるフローセンサについて説明する。なお、上述した実施形態にかかるフローセンサと同等の構成については対応する符号を図面に付して詳細な説明を省略する。
【００６１】
本発明の第４の実施形態にかかるフローセンサは、図６に示すように、裏面に流路形成用の凹み部４１２を有し、表面に酸化膜（絶縁膜）４２０を介して流量測定用のセンサデバイス４２５が形成されたステンレス製のセンサチップ４１０と、センサチップ４１０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４３０とを備えている。
【００６２】
そして、かかるフローセンサ４は、第３の実施形態にかかる流路形成部材３３０と異なる構造の流路形成部材４３０に第１の実施形態にかかるセンサチップ１１０と同一構造のセンサチップ４１０を溶接することを特徴としている。
【００６３】
センサチップ４１０は、板厚が０．６ｍｍ程度の薄くて細長い矩形の板状に形成され、センサチップ４１０の裏面側中央部には、凹み部４１２が形成されている。凹み部４１２の平面視における形状は長円形状を有している。
【００６４】
一方、図６（ｂ）に部分的に示す流路形成部材４３０は、上述の実施形態にかかる流路形成部材と同様に、ステンレス製の細長い金属板からなり、表面中央に外形がセンサチップ４１０の平面視矩形状の外形と合致した平面視矩形状の凸部４３１が形成されている。また、凸部上面には平面視でセンサチップ４１０の凹み部４１２よりも長さ、幅、及び曲率半径が一定量だけ大きい土手状の溶接凸部４３５が形成されている点で上述の実施形態にかかる流路形成部材と構成が異なる。また、溶接凸部４３５の内側には２つの流路４３８，４３９が所定間隔で穿設されている。これによって、流路形成部材４３０の溶接凸部４３５にセンサチップ４１０を載置したとき、センサチップ４１０の凹み部周囲と流路形成部材４３０の溶接凸部４３５とが図６（ｂ）のトラック状の当接領域Ａで当接するようになる。そして、この当接領域Ａの溶接幅は上述の実施形態と同様にレーザービーム溶接による溶け込み深さとほぼ合致する幅となっている。
【００６５】
センサチップ４１０を流路形成部材４３０に接合させるにあたって、流路形成部材４３０の溶接凸部４３５にセンサチップ４１０の凹み部周囲が当接するようにセンサチップ４１０を流路形成部材４４０に位置決めする。これによって、両者は第１の実施形態と同様に全周にわたって溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有するトラック状の当接領域Ａで接触する。次いで、当接領域Ａの外周縁部全周に図６（ｃ）に矢印ＬＢ４で示すようにレーザービームを照射することで、溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有するトラック状の溶接領域ＷＤを形成させ、センサチップ４１０を流路形成部材４３０に接合する。これによって、センサチップ４１０の一方の面にセンサデバイス４２５が形成され、他方の面すなわちセンサチップ４１０と流路形成部材４３０とで形成された流路に被測定流体を流すことが可能なフローセンサ４を得ることができる。
【００６６】
以上のように溶接されたフローセンサ４は第１の実施形態と同様に流路形成部材４３０とセンサチップ４１０との間に不純物が入り込んで残留するいわゆるデッドスペースＤＳが生じていない。このようにデッドスペースＤＳを無くすことに加えて、溶接の溶け込み量を小さくすることができるので、熱歪を抑えてセンサデバイス４２５の損傷を回避することができる。また、デッドスペースＤＳをほぼゼロにできると洗浄が容易になり、高い清浄度を要求される製品にも使用可能となる。
【００６７】
また、従来のような被測定流体から受けるセンサチップ４１０の変形現象が生じないので、これに起因するフローセンサ全体の熱伝達系のくずれが生じることもない。これによって、センサデバイス４２５の感度を常に良好に保つことができ、フローセンサ４の出力特性を高レベルに維持することができる。
【００６８】
続いて、本発明の第５の実施形態にかかるフローセンサについて説明する。なお、本発明の第５の実施形態にかかるフローセンサと同等の構成については対応する符号を図面に付して詳細な説明を省略する。
【００６９】
本発明の第５の実施形態にかかるフローセンサ５は、図７に示すように、裏面に流路形成用の凹み部５１２を有し、表面に酸化膜（絶縁層）５２０を介して流量測定用の検出部５２５が形成されたステンレス製のセンサチップ５１０と、センサチップ５１０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５３０とを備えている。
【００７０】
そして、かかるフローセンサ５は、第４の実施形態にかかる流路形成部材４３０と同一構造の流路形成部材５３０に第２の実施形態にかかるセンサチップ２１０と同一構造のセンサチップ５１０を溶接することを特徴としている。
【００７１】
センサチップ５１０には、第２の実施形態にかかるセンサチップと同様に凹み部５１２の周囲に、図７（ａ）に示すような溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有する土手状の溶接部５１５がトラック状に形成されている。土手状の溶接部５１５の幅はセンサチップ５１０の厚さの半分程度であり、本実施形態の場合、０．３ｍｍ程度であって上述したように溶接の溶け込み量とほぼ等しくなっている。
【００７２】
一方、図７（ｂ）に部分的に示す流路形成部材５３０は、第４の実施形態にかかる流路形成部材４３０と同様に、ステンレス製の細長い金属板からなり、表面中央に外形がセンサチップ５１０の平面視矩形状の外形と合致した平面視矩形状の凸部５３１を有している。そして、凸部上面には平面視でセンサチップ５１０の土手状の溶接部５１５と長さ、幅、及び曲率半径が一致する土手状の溶接部５３５がトラック状に形成されている。また、溶接部５３５で囲まれる領域には２つの流路５３８，５３９が所定間隔で穿設されている。これによって、流路形成部材５３０にセンサチップ５１０を適所に位置決めすると、センサチップ５１０の溶接部５１５と流路形成部材５３０の溶接部５３５とが図７（ａ）のトラック状をなす当接領域Ａで接触するようになる。そして、この幅は上述の実施形態と同様にレーザービーム溶接による溶け込み深さとほぼ合致する幅となっている。
【００７３】
センサチップ５１０を流路形成部材５３０に接合するにあたって、まず流路形成部材５３０の溶接部５３５にセンサチップ５１０の溶接部５１５が合致するようにセンサチップ５１０を流路形成部材５３０に位置決めする。これによって、両者は第１の実施形態と同様に全周にわたって溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有するトラック状の当接領域Ａで接触する。次いで、当接領域Ａの外周縁部全周に図７（ｃ）に矢印ＬＢ５で示すようにレーザービームを照射することで、溶接ビームの溶け込み深さとほぼ同等の幅を有するトラック状の溶接領域ＷＤを形成させ、センサチップ５１０を流路形成部材５３０に接合する。これによって、センサチップ５１０の一方の面にセンサデバイス５２５が形成され、他方の面すなわちセンサチップ５１０と流路形成部材５３０とで形成された流路に被測定流体を流すことが可能なフローセンサ５を得ることができる。
【００７４】
以上のように溶接されたフローセンサ５は第１乃至第４実施形態と同様に流路形成部材５３０とセンサチップ５１０との間に不純物が入り込んで残留するいわゆるデッドスペースＤＳが生じていない。このようにデッドスペースＤＳを無くすことに加えて溶接の溶け込み量を小さくすることができるので、熱歪を抑えてセンサデバイス５２５の損傷を回避することができる。また、デッドスペースＤＳをほぼゼロにできると洗浄が容易になり、高い清浄度を要求される製品にも使用可能となる。
【００７５】
また、従来のような被測定流体から受けるセンサチップ５１０の変形現象が生じないので、これに起因するフローセンサ全体の熱伝達系のくずれが生じることもない。これによって、センサデバイス５２５の感度を常に良好に保つことができ、フローセンサ５の出力特性を高レベルに維持することができる。
【００７６】
これに加えて、レーザー溶接する周面が流路形成部材５３０における溶接部５３５の高さとセンサチップ５１０における溶接部５１５の高さとを合わせた幅（図７（ｃ）における高さＨ２参照）を有する領域として形成されているので、上述の第１、第２、及び第４実施形態にかかるフローセンサ１，２，４よりもレーザー溶接する周面領域が広くなり、レーザー溶接作業がやり易くなるという付加的なメリットが生じる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
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部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】
【００７８】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるフローセンサのセンサチップを凹み部側から見た平面図（図１（ａ））及び長手方向中心線に沿った断面図（図１（ｂ））である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるフローセンサの流路形成部材を部分的に示した平面図（図２（ａ））、及び図２（ａ）の長手方向中心線に沿った一部断面図（図２（ｂ））である。
【図３】図１に示したセンサチップを図２に示した流路形成部材に溶接した場合の溶け込み深さをセンサチップの上方から透過的に示した図（図３（ａ））、及び図３（ａ）の長手方向中心線に沿って示した断面図（図３（ｂ））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を示した図であり、センサチップを凹み部側から見た平面図（図４（ａ））、流路形成部材を部分的に示した平面図（図４（ｂ））、及びセンサチップを流路形成部材に溶接した状態を長手方向中心線に沿って示した断面図（図４（ｃ））である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかるフローセンサを示した図であり、センサチップを凹み部側から見た平面図（図５（ａ））、流路形成部材を部分的に示した平面図（図５（ｂ））、及びセンサチップを流路形成部材に溶接した状態を長手方向中心線に沿って示した断面図（図５（ｃ））である。
【図６】本発明の第４の実施形態にかかるフローセンサを示した図であり、センサチップを凹み部側から見た平面図（図６（ａ））、流路形成部材を部分的に示した平面図（図６（ｂ））、及びセンサチップを流路形成部材に溶接した状態を長手方向中心線に沿って示した断面図（図６（ｃ））である。
【図７】本発明の第５の実施形態にかかるフローセンサを示した図であり、センサチップを凹み部側から見た平面図（図７（ａ））、流路形成部材を部分的に示した平面図（図７（ｂ））、及びセンサチップを流路形成部材に溶接した状態を長手方向中心線に沿って示した断面図（図７（ｃ））である。
【図８】本発明の第１乃至第５の実施形態にかかるフローセンサのセンサデバイスを示した回路図である。
【図９】従来のフローセンサの構造を示した断面図である。
【図１０】図９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１１】図１０に示したフローセンサのセンサチップをその凹み部側から見た平面図（図１１（ａ））、及び長手方向中心線に沿った断面図（図１１（ｂ））である。
【図１２】図１０に示したフローセンサの流路形成部材の部分的平面図（図１２（ａ））、及び部分的断面図（図１２（ｂ））である。
【図１３】図１１に示したセンサチップを図１２に示した流路形成部材に溶接した場合の溶け込み深さをセンサチップの上方から透過的に示した平面図（図１３（ａ））、及び長手方向中心線に沿って示した断面図（図１３（ｂ））である。
【図１４】図１３の溶け込み深さよりも深く溶け込んだ状態をセンサチップの上方から示した平面図（図１４（ａ））、及び長手方向中心線に沿って示した断面図（図１４（ｂ））である。
【符号の説明】
【００７９】
１〜５    フローセンサ
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０    センサチップ
１１２，２１２，３１２，４１２，５１２    凹み部
１２０，２２０，３２０，４２０，５２０    酸化膜
１２５，２２５，３２５，４２５，５２５    センサデバイス
１３０，２３０，３３０，４３０，５３０    流路形成部材
１３１，２３１，３３１，４３１，５３１    凸部
１３２，３３２    凸部
１３８，１３９，２３８，２３９，３３８，３３９，４３８，４３９，５３８，５３９    流路
２１５，３１５，５１５    溶接部
４３５，５３５    溶接部
【図１】
2005114502.tif 000003
【図２】
2005114502.tif 000004
【図３】
2005114502.tif 000005
【図４】
2005114502.tif 000006
【図５】
2005114502.tif 000007
【図６】
2005114502.tif 000008
【図７】
2005114502.tif 000009
【図８】
2005114502.tif 000010
【図９】
2005114502.tif 000011
【図１０】
2005114502.tif 000012
【図１１】
2005114502.tif 000013
【図１２】
2005114502.tif 000014
【図１３】
2005114502.tif 000015
【図１４】
2005114502.tif 000016