(57)【要約】      （修正有）【課題】周囲の温度変化の影響を受けにくいフローセンサを提供する。【解決手段】筐体１と、筐体１内部に配置され、伸縮部材２Ａ、２Ｂを介して筐体１に固定された、筐体１と比較して熱伸縮性が低い計測配管部３と、計測配管部３内を流れる流体の流量を検出するセンサチップ８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体内部に配置され、伸縮部材を介して前記筐体に固定された、前記筐体と比較して熱伸縮性が低い計測配管部と、
前記計測配管部内を流れる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。
【請求項２】
前記計測配管部と接続される継手を更に備え、
前記継手が前記伸縮部材を介して前記筐体に固定される、
請求項１に記載のフローセンサ。
【請求項３】
前記継手が、
前記計測配管部と接続されるボディ部と、前記ボディ部の外周と勘合する固定部と、
を備え、
前記ボディ部が前記筐体の端面を貫通し、
前記ボディ部に勘合した前記固定部が、前記伸縮部材を介して前記筐体の端面に固定される、
請求項２に記載のフローセンサ。
【請求項４】
前記ボディ部の外周にねじ山が設けられており、前記固定部がナットである、請求項３に記載のフローセンサ。
【請求項５】
前記計測配管部と接続される継手と、
前記継手を保持する継手保持部と、を更に備え、
前記継手保持部が前記伸縮部材を介して前記筐体に固定される、
請求項１に記載のフローセンサ。
【請求項６】
前記継手保持部が、前記継手が貫通する端面を備え、
前記筐体が、前記計測配管部と平行になる側面を備え、
前記継手保持部の端面が、前記伸縮部材を介して、前記筐体の側面の端部に固定される、
請求項５に記載のフローセンサ。
【請求項７】
前記筐体の側面の端部に鉤状部が設けられており、
前記継手保持部の端面が、前記伸縮部材を介して、前記筐体の側面の端部の鉤状部に固定される、
請求項６に記載のフローセンサ。
【請求項８】
前記伸縮部材が、弾性接着剤を備える、請求項１から７のいずれか１項に記載のフローセンサ。
【請求項９】
前記弾性接着剤がシリコーン又はフッ素を備える、請求項８に記載のフローセンサ。
【請求項１０】
前記伸縮部材が、ガスケットを備える、請求項１から７のいずれか１項に記載のフローセンサ。
【請求項１１】
前記ガスケットがＯリングである、請求項１０に記載のフローセンサ。
【請求項１２】
前記計測配管部と接続される継手を更に備え、
前記伸縮部材が、前記継手に設けられた、前記計測配管部と接続される伸縮配管部である、
請求項１に記載のフローセンサ。
【請求項１３】
前記伸縮配管部が蛇腹である、請求項１２に記載のフローセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は計測技術に関し、特にフローセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流量を計測するフローセンサは、様々な場面で使用されている。例えば、医療現場においては、カテーテルや点滴チューブ内を流れる薬液や血液等の流体の流量を監視するために、フローセンサが用いられている。また、半導体装置製造現場においては、チューブ内を流れる溶剤等の流体の流量を監視するために、フローセンサが用いられている。フローセンサにおいては、流体が流れる配管の外表面に、熱源及び温度センサを備える半導体モジュールを配置することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５３２０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周囲の温度変化の影響を受けにくいフローセンサを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様によれば、（ａ）筐体と、（ｂ）筐体内部に配置され、伸縮部材を介して筐体に固定された、筐体と比較して熱伸縮性が低い計測配管部と、（ｃ）計測配管部内を流れる流体の流量を検出するセンサチップと、を備える、フローセンサが提供される。
【０００６】
上記のフローセンサが、計測配管部と接続される継手をさらに備え、継手が伸縮部材を介して筐体に固定されてもよい。継手が、計測配管部と接続されるボディ部と、ボディ部の外周と勘合する固定部と、を備え、ボディ部が筐体の端面を貫通し、ボディ部に勘合した固定部が、伸縮部材を介して筐体の端面に固定されてもよい。継手のボディ部の外周にねじ山が設けられており、継手の固定部がナットであってもよい。
【０００７】
あるいは、上記のフローセンサが、計測配管部と接続される継手と、継手を保持する継手保持部と、をさらに備え、継手保持部が伸縮部材を介して筐体に固定されてもよい。継手保持部が、継手が貫通する端面を備え、筐体が、計測配管部と平行になる側面を備え、継手保持部の端面が、伸縮部材を介して、筐体の側面の端部に固定されてもよい。筐体の側面の端部に鉤状部が設けられており、継手保持部の端面が、伸縮部材を介して、筐体の側面の端部の鉤状部に固定されてもよい。
【０００８】
上記のフローセンサにおいて、伸縮部材が、弾性接着剤を備えていてもよい。弾性接着剤がシリコーン又はフッ素を備えていてもよい。あるいは、伸縮部材が、ガスケットを備えていてもよい。ガスケットがＯリングであってもよい。
【０００９】
またあるいは、上記のフローセンサが、計測配管部と接続される継手をさらに備え、伸縮部材が、継手に設けられた、計測配管部と接続される伸縮配管部であってもよい。さらに、伸縮配管部が蛇腹であってもよい。
【００１０】
上記のフローセンサにおいて、筐体が樹脂からなっていてもよい。計測配管部が、ガラス、金属、又は樹脂からなっていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、周囲の温度変化の影響を受けにくいフローセンサを提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るフローセンサの模式的断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るフローセンサのセンサチップの模式的な斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た、本発明の第１の実施の形態に係るフローセンサのセンサチップの模式的断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るフローセンサの計測配管部の模式的断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るフローセンサの変形例の模式的断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るフローセンサの模式的断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るフローセンサの継手保持部の模式的な斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るフローセンサの筐体の模式的な斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るフローセンサの継手保持部と筐体の組み合わせの模式的な斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の変形例に係るフローセンサの模式的断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るフローセンサの模式的断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の変形例に係るフローセンサの模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１４】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係るフローセンサは、図１に示すように、筐体１と、筐体１内部に配置され、伸縮部材２Ａ、２Ｂを介して筐体１に固定された、筐体１と比較して熱伸縮性が低い計測配管部３と、計測配管部３内を流れる流体の流量を検出するセンサチップ８と、を備える。
【００１５】
筐体１の形状は、例えば角柱及び円柱等の柱体である。筐体１の材料は、例えば樹脂であるが、計測配管部３より熱伸縮性（熱膨張率）が高ければ限定されない。計測配管部３の端部と対向する筐体１の端面１１Ａ、１１Ｂには、貫通孔が設けられている。筐体１は、内部に配置される計測配管部３及びセンサチップ８を保護する。
【００１６】
内部を流量計測の対象となる流体が流れる計測配管部３の材料は、例えばガラス、ステンレス鋼等の金属、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂であるが、筐体１より熱伸縮性（熱膨張率）が低ければ限定されない。例えば、計測配管部３の材料が、ガラスであると、熱伝導率が良好であるため、後述するセンサチップ８による計測配管部３内の温度分布計測が容易となる。
【００１７】
筐体１の端面１１Ａの貫通孔には、筐体１内部の計測配管部３と、筐体１外部のチューブ６Ａと、を接続する継手５Ａが挿入される。継手５Ａは、外周にねじ山が設けられた雄ねじとしてのボディ部５１Ａと、ボディ部５１Ａと勘合する雌ねじとしての固定部５２Ａと、を備える。固定部５２Ａとしては、ナット等が使用可能である。
【００１８】
筐体１の端面１１Ｂの貫通孔には、筐体１内部の計測配管部３と、筐体１外部のチューブ６Ｂと、を接続する継手５Ｂが挿入される。継手５Ｂは、外周にねじ山が設けられた雄ねじとしてのボディ部５１Ｂと、ボディ部５１Ａと勘合する雌ねじとしての固定部５２Ｂと、を備える。固定部５２Ｂとしては、ナット等が使用可能である。
【００１９】
チューブ６Ａ、６Ｂは、例えばテフロンチューブ等の柔軟性のあるチューブであるが、特に限定されない。
【００２０】
例えば、チューブ６Ａを流れてきた流体は、チューブ６Ａに接続された継手５Ａのボディ部５１Ａの貫通孔を経て、継手５Ａのボディ部５１Ａに接続された計測配管部３を流れていき、計測配管部３に接続された継手５Ｂのボディ部５１Ｂの貫通孔を経て、継手５Ｂのボディ部５１Ｂに接続されたチューブ６Ｂを流れていく。
【００２１】
継手５Ａの固定部５２Ａの外径は、筐体１の端面１１Ａに設けられた貫通孔よりも大きく、継手５Ｂの固定部５２Ｂの外径は、筐体１の端面１１Ｂに設けられた貫通孔よりも大きい。そのため、計測配管部３に接続された継手５Ａ、５Ｂのボディ部５１Ａ、５１Ｂに締め付けられた固定部５２Ａ、５２Ｂは、筐体１に対する計測配管部３の移動を制限する。
【００２２】
継手５Ａの固定部５２Ａは、伸縮部材２Ａを介して、筐体１の端面１１Ａの外表面に固定される。また、継手５Ｂの固定部５２Ｂは、伸縮部材２Ｂを介して、筐体１の端面１１Ｂの外表面に固定される。
【００２３】
伸縮部材２Ａ、２Ｂは、例えば、ゴム状弾性体であり、弾性接着剤の硬化物である。弾性接着剤としては、例えば、シリコーン系接着剤又はフッ素系接着剤が使用可能である。伸縮部材２Ａは、例えば、固定部５２Ａを筐体１の端面１１Ａの近傍まで締め付け、固定部５２Ａの側面と筐体１の端面１１Ａとの隙間に、弾性接着剤を垂らすことにより形成される。伸縮部材２Ｂは、例えば、固定部５２Ｂを筐体１の端面１１Ｂの近傍まで締め付け、固定部５２Ｂの側面と筐体１の端面１１Ｂとの隙間に、弾性接着剤を垂らすことにより形成される。伸縮部材２Ａ、２Ｂのヤング率は、例えば、約２から約５ＭＰａである。
【００２４】
センサチップ８は、斜視図である図２、及びＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図である図３に示すように、キャビティ６６が設けられた基板６０、基板６０上にキャビティ６６を覆うように配置された絶縁膜６５、及び絶縁膜６５に設けられたヒータ６１を備える。また、センサチップ８は、ヒータ６１より図１に示す計測配管部３の上流側に位置する図２及び図３に示す上流側測温抵抗素子６２、ヒータ６１より下流側に位置する下流側測温抵抗素子６３、及び上流側測温抵抗素子６２より上流側に設けられた周囲温度センサ６４を備える。
【００２５】
ヒータ６１、上流側測温抵抗素子６２、下流側測温抵抗素子６３、及び周囲温度センサ６４は、図１に示す計測配管部３の外壁と熱接触している。計測配管部３の長手方向から見た断面図である図４に示すように、計測配管部３の、上流側測温抵抗素子６２、下流側測温抵抗素子６３、及び周囲温度センサ６４と接触する部分は、平坦であってもよい。
【００２６】
図３に示す絶縁膜６５のキャビティ６６を覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。周囲温度センサ６４は、図１に示す計測配管部３の温度を測定する。図２及び図３に示すヒータ６１は、キャビティ６６を覆う絶縁膜６５の中心に配置されており、計測配管部３を、周囲温度センサ６４が計測した温度よりも一定温度高くなるよう、加熱する。上流側測温抵抗素子６２はヒータ６１より上流側の温度を検出するために用いられ、下流側測温抵抗素子６３はヒータ６１より下流側の温度を検出するために用いられる。
【００２７】
ここで、図１に示す計測配管部３中の流体が静止している場合、図２及び図３に示すヒータ６１で加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に拡散する。したがって、上流側測温抵抗素子６２及び下流側測温抵抗素子６３の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子６２及び下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、図１に示す計測配管部３中の流体が上流から下流に流れている場合、図２及び図３に示すヒータ６１で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。したがって、上流側測温抵抗素子６２の温度よりも、下流側測温抵抗素子６３の温度が高くなる。そのため、上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗と、下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗に差が生じる。下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の差は、図１に示す計測配管部３中の流体の流速と相関関係がある。そのため、図２及び図３に示す下流側測温抵抗素子６３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子６２の電気抵抗の差から、図１に示す計測配管部３を流れる流体の流量が求められる。
【００２８】
図２及び図３に示す基板６０の材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。キャビティ６６は、異方性エッチング等により形成される。またヒータ６１、上流側測温抵抗素子６２、下流側測温抵抗素子６３、及び周囲温度センサ６４のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
【００２９】
以上説明した第１の実施の形態に係るフローセンサにおいては、図１に示す筐体１と比較して計測配管部３の熱伸縮性が低いため、例えば周囲の温度が上昇すると、筐体１のほうが計測配管部３よりも大きく熱膨張しうる。そのため、筐体１内部に、仮に伸縮部材２Ａ、２Ｂを介さず計測配管部３を固定すると、熱伸縮性の違いに起因して、固定部分等に応力が発生し、場合によっては変形や破損が生じ、筐体１内部に不純物が進入したり、継手の耐圧低下につながったりし得る。これに対し、第１の実施の形態に係るフローセンサによれば、伸縮部材２Ａ、２Ｂによって、筐体１と計測配管部３の熱伸縮性の違いによって生じうる応力を抑制することが可能となる。
【００３０】
なお、図１では、筐体１の外側に継手５Ａ、５Ｂの固定部５２Ａ、５２Ｂが配置される例を示したが、図５に示すように、筐体１の内側に継手５Ａ、５Ｂの固定部５２Ａ、５２Ｂが配置されてもよい。この場合、継手５Ａの固定部５２Ａは、伸縮部材２Ａを介して、筐体１の端面１１Ａの内表面に固定される。また、継手５Ｂの固定部５２Ｂは、伸縮部材２Ｂを介して、筐体１の端面１１Ｂの内表面に固定される。
【００３１】
また、図１及び図５に示す伸縮部材２Ａ、２Ｂは、例えば、Ｏリング等のガスケットであってもよい。この場合、例えば、まず、ガスケットである伸縮部材２Ａ、２Ｂを筐体１の端面１１Ａ、１１Ｂにそれぞれ接触させ、その後、伸縮部材２Ａ、２Ｂを挟み込むように、固定部５２Ａ、５２Ｂを筐体１の端面１１Ａ、１１Ｂの近傍まで締め付けてもよい。
【００３２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係るフローセンサは、図６から図８に示すように、側面１０４Ａ、１０４Ｂを備える筐体１０１と、筐体１０１内部に配置され、伸縮部材１２Ａ、１２Ｂを介して筐体１０１に固定された、筐体１０１と比較して熱伸縮性が低い計測配管部３と、計測配管部３内を流れる流体の流量を検出するセンサチップ８と、を備える。
【００３３】
第２の実施の形態に係るフローセンサは、さらに、計測配管部３と接続される継手５Ａ、５Ｂを保持する端面１１１Ａ、１１１Ｂを備える継手保持部１１０を備え、継手保持部１１０が、図６に示すように、伸縮部材１２Ａ、１２Ｂを介して筐体１０１に固定される。
【００３４】
図７に示すように、継手保持部１１０は、長方形状の底面１１２と、継手５Ａ、５Ｂが貫通する開口が設けられた端面１１１Ａ、１１１Ｂと、を備える。端面１１１Ａ、１１１Ｂは、例えば、底面１１２の両短辺に、底面１１２に対して垂直に配置されている。端面１１１Ａ、１１１Ｂは、底面１１２に対してスライド可能であってもよい。
【００３５】
図８に示すように、筐体１０１は、長方形状の上面１０３と、側面１０４Ａ、１０４Ｂと、を備える。例えば、側面１０４Ａ、１０４Ｂは、上面１０３の両長辺に、上面１０３に対して垂直に接続されている。側面１０４Ａ、１０４Ｂは、図６に示す計測配管部３と平行になる。
【００３６】
図９に示すように、継手保持部１１０と、筐体１０１とは、継手保持部１１０の底面１１２と、筐体１０１の上面１０３とが、対向するように組み合わせられる。ここで、図６に示すように、継手保持部１１０の端面１１１Ａ、１１１Ｂが、伸縮部材１２Ａ、１２Ｂを介して、筐体１０１の側面１０４Ａ、１０４Ｂの端部に固定される。
【００３７】
筐体１０１の側面１０４Ａ、１０４Ｂの端部に鉤状部１０２Ａ、１０２Ｂが設けられ、継手保持部１１０の端面１１１Ａ、１１１Ｂが、伸縮部材１２Ａ、１２Ｂを介して、筐体１０１の側面１０４Ａ、１０４Ｂの端部の鉤状部１０２Ａ、１０２Ｂに固定されてもよい。
【００３８】
第２の実施の形態に係るフローセンサのその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様である。第２の実施の形態に係るフローセンサによっても、伸縮部材１２Ａ、１２Ｂによって、筐体１と計測配管部３の熱伸縮性の違いによって生じうる応力を抑制することが可能となる。
【００３９】
なお、図６では、継手保持部１１０の対向する端面１１１Ａ、１１１Ｂの内側と、筐体１０１の側面１０４Ａ、１０４Ｂの端部の鉤状部１０２Ａ、１０２Ｂの外側とが、伸縮部材１２Ａ、１２Ｂを介して固定される例を示した。これに対し、図１０に示すように、継手保持部１１０の対向する端面１１１Ａ、１１１Ｂの外側と、筐体１０１の側面１０４Ａ、１０４Ｂの端部の鉤状部１０２Ａ、１０２Ｂの内側とが、伸縮部材１２Ａ、１２Ｂを介して固定されてもよい。
【００４０】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係るフローセンサは、図１１に示すように、筐体１と、筐体１内部に配置され、伸縮部材２００Ａ、２００Ｂを介して筐体１に固定された、筐体１と比較して熱伸縮性が低い計測配管部３と、計測配管部３内を流れる流体の流量を検出するセンサチップ８と、を備える。
【００４１】
第３の実施の形態においては、伸縮部材２００Ａ、２００Ｂが、継手５Ａ、５Ｂに設けられた、計測配管部３と接続される蛇腹等の伸縮配管部である。第３の実施の形態に係るフローセンサのその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様である。第３の実施の形態に係るフローセンサによっても、伸縮部材２００Ａ、２００Ｂによって、筐体１と計測配管部３の熱伸縮性の違いによって生じうる応力を抑制することが可能となる。
【００４２】
なお、図１１では、継手５Ａの固定部５２Ａが、筐体１の端面１１Ａの外表面に固定され、継手５Ｂの固定部５２Ｂが、筐体１の端面１１Ｂの外表面に固定される例を示した。これに対し、図１２に示すように、継手５Ａの固定部５２Ａが、筐体１の端面１１Ａの内表面に固定され、継手５Ｂの固定部５２Ｂが、筐体１の端面１１Ｂの内表面に固定されてもよい。
【００４３】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、計測配管部３の温度範囲が既知であれば、図２及び図３に示す周囲温度センサ６４は省略してもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００４４】
１、１０１    筐体
２Ａ、２Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、２００Ａ、２００Ｂ   伸縮部材
３     計測配管部
５Ａ、５Ｂ    継手
６Ａ、６Ｂ    チューブ
８     センサチップ
１１Ａ、１１Ｂ       端面
５１Ａ、５１Ｂ       ボディ部
５２Ａ、５２Ｂ       固定部
６０   基板
６１   ヒータ
６２   上流側測温抵抗素子
６３   下流側測温抵抗素子
６４   周囲温度センサ
６５   絶縁膜
６６   キャビティ
１０２Ａ、１０２Ｂ   鉤状部
１０３ 上面
１０４Ａ、１０４Ｂ   側面
１１０ 継手保持部
１１１Ａ、１１１Ｂ   端面
１１２ 底面
【図１】
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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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【図１２】
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【図２】
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【図３】
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