(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に電極を有した電気浸透材と、
オリフィスが形成されたメンブレン及び前記メンブレンに形成された複数の歪みゲージを有するセンサチップと、
折り曲げられて互いに相対向した接片及び前記接片に設けられた電気的接点を有するとともに、開口が形成された可撓性の配線シートと、を備え、
前記開口が前記メンブレンによって閉塞されるよう前記センサチップが前記配線シートの一面上に実装され、
前記電気浸透材が前記接片の間に挟まれ、前記電気的接点が前記電気浸透材の電極に接触して、前記接片が前記電気浸透材の両面に接合され、
前記配線シートの前記一面上に、前記センサチップの前記歪みゲージ及び前記電気接点に電気的に接続される配線が形成されていることを特徴とする流体機器。
【請求項２】
内部空間を有するとともに、前記内部空間に通じたインレット及びアウトレットを有するハウジングを更に備え、
前記センサチップ及び前記電気浸透材が前記内部空間内に組み付けられ、前記内部空間が前記電気浸透材及び前記メンブレンによって前記インレットから前記アウトレットにかけて複数の領域に区画されていることを特徴とする請求項１に記載の流体機器。
【請求項３】
前記センサチップと前記電気浸透材が、前記配線シートの前記一面に沿った面上に並置した状態で、前記内部空間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の流体機器。
【請求項４】
前記メンブレンと前記電気浸透材が、前記配線シートを介して対向した状態で、前記内部空間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の流体機器。
【請求項５】
前記ハウジングが複数の分割体を組み合わせてなり、
前記配線シートが前記分割体の間に挟まれていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の流体機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体機器に関し、特にセンサとしての機能と電気浸透流ポンプとしての機能を併せ持つ流体機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気浸透流現象を用いた電気浸透流ポンプは機械的可動部を持たずに液体を送液するものであるので、長寿命という利点をもつ。例えば、特許文献１に記載された電気浸透流ポンプにおいては、電気浸透材（２８）の両面に電極（３０，３２）が形成され、電気浸透材が筒状のハウジング（２４）に装着され、ハウジング内の空間が電気浸透材によって二つに区画されている。そして、両方の電極間に電圧が印加されると、電気浸透流現象により液体が電気浸透材を透過し、これにより液体の流れが生じる。
【特許文献１】特開２００６−２２８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、電気浸透材がハウジングの内側の空間に配置されるため、電気浸透材の両面の電極までの配線を考慮しなければならない。特許文献１においては、配線がハウジング自体に埋め込まれるように形成されているが、電極と配線の接触部分については明らかにされていないうえ、何ら工夫がされていないと考えられる。そのため、電気浸透材をハウジングに組み付ける際には、電極が配線に接触するよう電気浸透材の位置決めを正確にしなければならず、ポンプを簡単に製造することができない。また、配線をハウジングに埋め込むようにするのは非常に困難であり、その配線の設計が難しかった。
【０００４】
また、ハウジングの内側に流量センサを組み付けようという試みがなされているが、いまだ実現されていない。それは、流量センサをハウジングの内側に組み付けると、そのセンサに対する配線をハウジングのどこかに設けなればならず、その配線の設計が難しかったためである。
そこで、本発明は、電気浸透材をハウジングに組み付ける際に電極の位置合わせを行わずに済むようにするとともに、配線の設計を簡単にできるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、請求項１に係る発明によれば、
両面に電極を有した電気浸透材と、
オリフィスが形成されたメンブレン及び前記メンブレンに形成された複数の歪みゲージを有するセンサチップと、
折り曲げられて互いに相対向した接片及び前記接片に設けられた電気的接点を有するとともに、開口が形成された可撓性の配線シートと、を備え、
前記開口が前記メンブレンによって閉塞されるよう前記センサチップが前記配線シートの一面上に実装され、
前記電気浸透材が前記接片の間に挟まれ、前記電気的接点が前記電気浸透材の電極に接触して、前記接片が前記電気浸透材の両面に接合され、
前記配線シートの前記一面上に、前記センサチップの前記歪みゲージ及び前記電気接点に電気的に接続される配線が形成されていることを特徴とする流体機器が提供される。
【０００６】
請求項２に係る発明によれば、
内部空間を有するとともに、前記内部空間に通じたインレット及びアウトレットを有するハウジングを更に備え、
前記センサチップ及び前記電気浸透材が前記内部空間内に組み付けられ、前記内部空間が前記電気浸透材及び前記メンブレンによって前記インレットから前記アウトレットにかけて複数の領域に区画されていることを特徴とする請求項１に記載の流体機器が提供される。
【０００７】
請求項３に係る発明によれば、
前記センサチップと前記電気浸透材が、前記配線シートの前記一面に沿った面上に並置した状態で、前記内部空間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の流体機器が提供される。
【０００８】
請求項４に係る発明によれば
前記メンブレンと前記電気浸透材が、前記配線シートを介して対向した状態で、前記内部空間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の流体機器が提供される。
【０００９】
請求項５に係る発明によれば、
前記ハウジングが複数の分割体を組み合わせてなり、
前記配線シートが前記分割体の間に挟まれていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の流体機器が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、折り曲げられた接片の間に電気浸透材が挟まれ、接片が前記電気浸透材の両面に接合されているから、電気浸透材の両面の電極と電気的接点との接触が確実にされており、電気浸透材や配線シートをハウジングに簡単に組み付けることができる。
また、接片が電気浸透材の両面に接合され、センサチップが配線シートにフリップチップ実装されているから、電気浸透材及びセンサチップに対する配線設計は配線シートの配線パターニングにより容易となっている。
また、センサチップ及び電気浸透材が配線シートに組み付けられてユニット化されているから、これらのユニットを簡単にハウジングに組み込むことができる。また、これらのユニットは様々なハウジングに適用することができ、汎用性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
図１は、流体機器１の上面、正面及び右側面を示した斜視図である。図２は、流体機器１を分解した状態で上面、正面及び右側面を示した斜視図である。図３は、流体機器１を分解した状態で下面、正面及び右側面を示した斜視図である。図４は、流体機器１の縦断面図である。
【００１３】
この流体機器１は、電気浸透流式のポンプと、センサとを一体化したものである。以下、各部の構成について具体的に説明する。
【００１４】
〔ハウジング〕
この流体機器１においては、下ホルダ１０、中ホルダ２０及び上ホルダ３０が組み合わせられることによってハウジング２が組み立てられている。つまり、下ホルダ１０、中ホルダ２０及び上ホルダ３０は、ハウジング２の分割体である。
【００１５】
下ホルダ１０の上面に上流室１１が凹設され、下ホルダ１０の下面にインレットのポート１２が凸設されている。ポート１２は管状に形成され、ポート１２の中空部分が反対側の上流室１１に通じている。また、下ホルダ１０の下面には、円形状の凹部１３が形成され、凹部１３の底にアウトレット孔１４が形成され、そのアウトレット孔１４は反対側の下ホルダ１０の上面まで貫通している。
【００１６】
中ホルダ２０には収納孔２１が形成され、この収納孔２１は中ホルダ２０の上面から下面に貫通している。また、中ホルダ２０の下面であってその前側の縁から収納孔２１にかけて、配線収納用凹部２２が形成され、その配線収納用凹部２２の底に更にセンサ収納用凹部２３が形成されている。センサ収納用凹部２３の底には孔２４が形成され、その孔２４は反対側の中ホルダ２０の上面まで貫通している。
【００１７】
上ホルダ３０の下面には、下流室３１及び流路３２が凹設され、下流室３１と流路３２が連なっている。
【００１８】
下ホルダ１０の上面と中ホルダ２０の下面が接合され、中ホルダ２０の上面と上ホルダ３０の下面が接合されている。それら接合は接着剤によるものでもよいし、ネジによるものでもよいし、爪によるものでもよい。接着剤による接合であると、下ホルダ１０の上面と中ホルダ２０の下面の間の隙間や、中ホルダ２０の上面と上ホルダ３０の下面の間の隙間が接着剤によって埋められ、その止水性が向上する。
【００１９】
下ホルダ１０と中ホルダ２０が接合された状態では、収納孔２１が上流室１１に重なり、孔２４がアウトレット孔１４に重なる。中ホルダ２０と上ホルダ３０が接合された状態では、下流室３１が収納孔２１に重なり、流路３２の一部が中ホルダ２０の上面に覆われて、流路３２の突端部が孔２４に重なる。
【００２０】
〔自給機能の構成〕
上記したようにこの流体機器１は、電気浸透流ポンプとセンサを一体化したものである。電気浸透流ポンプの動作原理ではハウジング２内に液体を自給することができない。そこで、この流体機器１は、ハウジング２内に液体を自給できる機能を有している。自給機能を担うのが、液体吸収材４０及び親水性膜４３である。
【００２１】
液体吸収材４０は、下ホルダ１０の上流室１１及びポート１２の中空部分に充填されている。液体吸収材４０は、セラミック多孔質材料、繊維材料、不織布、スポンジその他の液体を吸収する材料からなる。液体吸収材４０は、板状のフランジ４１と、フランジ４１の下面に立設された柱状部４２とを有する。フランジ４１が上流室１１に収容され、柱状部４２がポート１２の中空部分に挿入されている。柱状部４２の先端部はポート１２の先端開口から突出している。
【００２２】
液体吸収材４０のフランジ４１の上面には、親水性膜４３が重ねられている。親水性膜４３は、液体になじみやすい膜であって、弾性力を有する。
【００２３】
〔電気浸透流ポンプ〕
電気浸透流ポンプとして送液する機能を担うのが、電気浸透材５０である。
【００２４】
電気浸透材５０は、親水性膜４３に重ねられている。電気浸透材５０は、誘電体の多孔質材、繊維材又は粒子充填材を薄板状又は膜状に形成したものである。例えば、多孔質シリカ、シリカ繊維材料又は多孔質セラミックを電気浸透材５０に用いることができる。
【００２５】
電気浸透材５０の両面には、貴金属（例えば、白金）その他の金属の電極５１，５２が成膜されている。電極５１，５２はスパッタ法、蒸着法その他の気相成長法により成膜されたものである。電極５１，５２が気相成長法により成膜されたものであるから、電極５１，５２に多数の微小孔が形成されており、液体がこれら微小孔を通じて電極５１，５２を透過する。そのため、電気浸透材５０に液体が浸透する。なお、電極５１，５２が網目状に形成されたものでもよく、その網目を通じて液体が電極５１，５２を浸透する。
【００２６】
電気浸透材５０と液体吸収材４０のフランジ４１との間に親水性膜４３が挟まれている。そのため、親水性膜４３が電極５１及びフランジ４１の上面に圧接され、これらとの密接が向上している。
【００２７】
電気浸透材５０は中ホルダ２０の収納孔２１に嵌め込まれている。電気浸透材５０の縁と収納孔２１の壁面との間の隙間にはシール材が充填されている。シール材は、弾性力及び絶縁性を有するものである。そのシール材は、例えば、フッ素系エラストマー（例えば、信越化学工業（株）製「ＳＩＦＥＬ」）又はシリコーン系のゲル（例えば、（株）ジェルテック製「アルファゲル（αＧＥＬ）」）である。
【００２８】
電気浸透材５０は電気浸透流現象により送液する機能を有する。その原理について説明する。
電気浸透材５０の内部のフューズドシリカキャピラリー内に電解質溶液が満たされると、残存シラノール基(SiOH)のイオン化(SiO-)若しくは固体表面へのイオン種の吸着又はそれらのイオン化・吸着の両方によってキャピラリー内壁面は過剰の負電荷を帯びる。そのため、陽イオンは電荷のバランスをとるために内壁面の近くに引き寄せられて電気二重層を形成し、内壁面に非常に近いところではゼータ電位(zeta potential,ζ)と呼ばれる電位差が生じる。この状態でキャピラリーの軸方向に電極５１と電極５２の間に電圧が印加されると、拡散二重層を形成していた陽イオンは陰極側に移動し、またこの陽イオンの移動によってキャピラリー内の全溶液も陰極側に移動する。これが電気浸透流(Electro Osmotic Flow)である。例えば、米国特許第６６１９９２５号明細書には、電気浸透流現象について詳細に記述されている。電気浸透材５０による送液の原理は、汎用の機械的に稼動するポンプとは全く異なる原理である。電気浸透材の性能を示す流量と圧力の一般式が特開２００６−２２８０７号公報又は「電子材料2005年11月号（第44巻第11号）」に掲載されている。電気浸透材５０による送液のメリットとしては、(1)小型、(2)無脈動、(3)高圧、(4)双方向送出可能、(5)低コストが挙げられる。
【００２９】
〔センサ〕
流体機器１に搭載されるセンサは、電気浸透材５０によって流れる液体の流量を電気信号に変換する流量センサである。そのセンサの機能を主に担うのが、センサチップ７０である。図５は、センサチップ７０等を示した斜視図である。
【００３０】
図５に示すように、このセンサチップ７０は、シリコンからなる枠部７１と、枠部７１の内側を閉塞するとともに張られた状態に設けられたメンブレン７２と、メンブレン７２にパターニングされた抵抗型の歪みゲージ７３〜７６と、を有する。
【００３１】
枠部７１とメンブレン７２は、シリコンといった半導体からなる。半導体ウェハの一方の面の中央部に凹部を形成することによって、凹部の底がメンブレン７２となり、凹部を囲む部分が枠部７１となる。メンブレン７２の中心部にオリフィス７７が貫通している。
【００３２】
歪みゲージ７３〜７６は、オリフィス７７の周囲に配置されている。図６に示すように、これら歪みゲージ７３〜７６によってホイートストンブリッジ回路７８が構成されている。
【００３３】
このホイートストンブリッジ回路７８においては、出力電圧Ｖoutは次式により求められる。
Ｖout ＝｛Ｒ3／（Ｒ3＋Ｒ4）−Ｒ6／（Ｒ5＋Ｒ6）｝・Ｖin    …（１）
ここで、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6はそれぞれ歪みゲージ７３〜７６の抵抗、Ｖinは入力電圧である。
【００３４】
このセンサチップ７０においては、液体がメンブレン７２に当たってオリフィス７７を通過するに際して、メンブレン７２の前後に発生する差圧が流量に換算される。その換算には、ハーゲン・ポアズイユの式（式（２））を用いる。式（２）において、φは流量、ｐ1はメンブレン７２の上流側の圧力、ｐ2はメンブレン７２の下流側の圧力、Ａはオリフィス７７の面積、Ｌはオリフィス７７の半径とメンブレン７２の厚さの和、ηは粘度、ＣRは係数である。
【数１】
0005104434.tif 000002
【００３５】
ホイートストンブリッジ回路７８は差圧を電圧として出力するものであるので、その出力電圧を流体の流量として扱うことができる。流量センサの原理については、米国特許６２５３６０５号明細書、Proc. MEMS 99, Orland/USA, 17.-21. Januar 99, pp. 118-123、特開昭６３−２３６９２３号公報等に詳細に記載されている。
【００３６】
〔配線及び実装部分〕
図２及び図５に示すように、電気浸透材５０及びセンサチップ７０は、配線シート６０に実装されている。ここで、図５は、電気浸透材５０及び配線シート６０等をユニット化したものを示した斜視図である。
【００３７】
図７は配線シート６０を示した斜視図であり、図８は配線シート６０の後端部を拡大して示した斜視図である。図７〜図８に示すように、この配線シート６０は、ポリイミドの基材に配線６１〜６６をパターニングして、これら配線６１〜６６の端部を除いてこれら配線６１〜６６の上から感光性樹脂の絶縁膜（図９、図１０に図示の絶縁膜６０ｈ）を基材にコーティングしたものである。配線シート６０は、可撓性を有する。配線シート６０は、矩形枠状の本体部６０ａと、本体部６０ａの後縁に連なって設けられるとともに本体部６０ａに対して直角に折り曲げられた折り片６０ｂと、折り片６０ｂの下縁に連なって設けられるとともに折り片６０ｂに対して直角に折り曲げられた接片６０ｃと、折り片６０ｂの上縁に連なって設けられるとともに折り片６０ｂに対して直角に折り曲げられた接片６０ｄとを有する。接片６０ｃと接片６０ｄは互いに平行となって相対向している。
【００３８】
配線６３〜６６は本体部６０ａにパターニングされ、配線６１は本体部６０ａ、折り片６０ｂ及び接片６０ｃにパターニングされ、配線６２は本体部６０ａ、折り片６０ｂ及び接片６０ｄにパターニングされている。また、配線６１は、折り片６０ｂに形成されたスルーホール６０ｅを通じて折り片６０ｂの前面側から後面側に配索され、更に接片６０ｃの上面側に形成されている。配線６２は、折り片６０ｂに形成されたスルーホール６０ｅを通じて折り片６０ｂの前面側から後面側に配索され、更に接片６０ｄの下面側に形成されている。
【００３９】
配線６１〜６６の一端部の端子６１ａ〜６６ａが本体部６０ａの前縁に沿って配列されている。配線６３〜６６の他方の端部６３ｂ〜６６ｂは、本体部６０ａの中央部に形成された開口６０ｇの周辺に位置している。また、配線６１の他方の端部６１ｂには、バンプ６１ｃが形成され、配線６２の他方の端部６２ｂにも、バンプ６２ｃが形成されている。これらバンプ６１ｃ，６２ｃは向き合っている。バンプ６１ｃ、６２ｃは、例えば金からなるスタッドバンプである。
【００４０】
図９は、配線シート６０と電気浸透材５０の接続部の縦断面を示した図面である。
図９に示すように、配線シート６０の接片６０ｃと６０ｄの間には、電極５１、電気浸透材５０及び電極５２が挟まれている。そして、電気浸透材５が接片６０ｃ，６０ｄにＮＣＰ（Non Conductive Paste）実装され、配線６１〜６２の端部６１ｂ〜６２ｂは、電極５１，５２に対する電気的な接点となる。即ち、バンプ６１ｃが電極５１に接触した状態で、接片６０ｃと電極５１との間の隙間に絶縁性接着剤（非導電性接着剤）５３が介在している。絶縁性接着剤５３によって接片６０ｃと電極５１が接着されている。また、バンプ６１ｃは、絶縁性接着剤５３に埋め込まれた状態となっている。同様に、バンプ６２ｃが電極５２に接触した状態で、接片６０ｄと電極５２が絶縁性接着剤５４によって接着されている。絶縁性接着剤５３，５４は、例えば新日鐵化学製のESAREX NEX151又はNEX181である。なお、絶縁性接着剤５３，５４及びバンプ６１ｃ，６２ｃを用いずに、異方性導電性接着剤を用いて接片６０ｃと電極５１を接着し、接片６０ｄと電極５２を接着してもよい。電気浸透材５０が接片６０ｃ，６０ｄに異方性導電性接着剤によってＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）実装されている場合には、接合部をポリパラキシレンやポリイミドなどの有機膜を蒸着法によってコーティングすると、異方性導電性接着剤内部の導電性粒子を確実に絶縁することができる。
【００４１】
センサチップ７０は、フリップチップ実装法によって配線シート６０の本体部６０ａに実装されている。本体部６０ａに形成された開口６０ｇはセンサチップ７０よりも小さく、センサチップ７０が開口６０ｇの周囲において本体部６０ａに搭載されている。開口６０ｇがセンサチップ７０のメンブレン７２によって閉塞され、オリフィス７７の位置が開口６０ｇの中心に合わせられている。
【００４２】
センサチップ７０の実装部分について図１０を用いて詳細に説明する。図１０は、配線シート６０とセンサチップ７０の接続部の縦断面を示した断面図である。
【００４３】
図１０に示すように、センサチップ７０がスタッドバンプ８１及び絶縁性接着剤８２によって配線シート６０の本体部６０ａにフリップチップ実装されている。具体的には、以下のようになっている。
【００４４】
即ち、センサチップ７０の下面には、パッド７９が形成されている。パッド７９は、ホイートストンブリッジ回路７８の入力、出力の何れかのパッドである。一方、配線６３の端部６３ｂに、Ａｕのスタッドバンプ８１が設けられている。スタッドバンプ８１がパッド７９に接触している。配線６４〜６６の端部６４ｂ〜６６ｂの端部についても、配線６３の端部６３ｂと同様に、スタッドバンプを介してセンサチップ７０の下面のパッドに接触している。
【００４５】
開口６０ｇの周囲には絶縁性接着剤８２が形成されている。絶縁性接着剤８２は、開口６０ｇを囲繞するよう設けられている。絶縁性接着剤８２がセンサチップ７０の下面と本体部６０ａの間に挟持され、絶縁線接着剤８２によってセンサチップ７０と本体部６０ａが接着されている。また、絶縁性接着剤８２は配線６３の端部６３ｂを被覆し、スタッドバンプ８１が絶縁性接着剤８２に埋め込まれている。絶縁性接着剤８２は熱硬化性樹脂であり、スタッドバンプ８１がパッド７９と配線６３の端部６３ｂとの間に挟まれて熱圧着されるのと同時に、その熱によって絶縁性接着剤８２が収縮硬化する。
【００４６】
なお、センサチップ７０がＮＣＰ実装により本体部６０ａに実装されているが、ＡＣＰ実装により本体部６０ａに実装されてもよい。つまり、絶縁性接着剤８２及びスタッドバンプ８１を用いずに、異方性導電性接着剤を用いて本体部６０ａとセンサチップ７０の下面を接着してもよい。ＡＣＰ実装の場合、接合部をポリパラキシレンやポリイミドなどの有機膜を蒸着法によってコーティングすると、異方性導電性接着剤内部の導電性粒子を確実に絶縁することができる。
【００４７】
以上のように、折り曲げられた接片６０ｃ，６０ｄの間に電気浸透材５０が挟まれ、接片６０ｃ，６０ｄが電気浸透材５０の両面に接合されているから、電気浸透材５０の両面の電極５１，５２と配線６１，６２の端部６１ｂ，６２ｂとの接触が確実にされており、電気浸透材５０や配線シートを６０ハウジング２に簡単に組み付けることができる。
【００４８】
また、接片６０ｃ，６０ｄが電気浸透材５０の両面に接合され、センサチップ７０が配線シート６０にフリップチップ実装されているから、電気浸透材５０及びセンサチップ７０に対する配線設計は配線シート６０の配線６１〜６６のパターニングにより容易となっている。
【００４９】
また、センサチップ７０及び電気浸透材５０が配線シート６０に組み付けられてユニット化されているから、これらのユニットを簡単にハウジング２に組み込むことができる。また、これらのユニットはハウジング２以外のハウジングにも組み付けることができ、汎用性がある。
【００５０】
〔アセンブリ〕
電気浸透材５０、配線シート６０及びセンサチップ７０をユニット化したものは、以下のようにしてハウジング２に組み込まれている。
【００５１】
電気浸透材５０が中ホルダ２０の収納孔２１に嵌め込まれ、電気浸透材５０の縁部分と収納孔２１の縁部分の間の隙間がシール材によって埋められている。
【００５２】
センサチップ７０はセンサ収納用凹部２３に嵌め込まれている。センサチップ７０がセンサ収納用凹部２３に嵌め込まれた状態では、オリフィス７７が孔２４の中心に位置する。センサチップ７０の縁部分とセンサ収納用凹部２３の縁部分の隙間に止水材を介在させてもよい。
【００５３】
センサチップ７０がセンサ収納用凹部２３に嵌め込まれた状態では、配線シート６０の本体部６０ａが配線収納用凹部２２の底に敷設されている。ここで、センサ収納用凹部２３の周囲に止水材が配置され、その止水材が本体部６０ａと中ホルダ２０の下面との間に挟まれ、センサ収納用凹部２３がその止水材によって囲繞されてもよい。
【００５４】
下ホルダ１０が中ホルダ２０に接合された状態では、電極５１が親水性膜４３に接触し、親水性膜４３が液体吸収材４０のフランジ４１と電気浸透材５０の間に挟み込まれている。また、配線シート６０の本体部６０ａが配線収納用凹部２２の底と下ホルダ１０の上面との間に挟持され、オリフィス７７がアウトレット孔１４の中心に位置している。ここで、センサ収納用凹部２３の周囲に止水材が配置され、その止水材が本体部６０ａと下ホルダ１０の上面との間に挟まれ、センサ収納用凹部２３がその止水材によって囲繞されてもよい。また、上流室１１の周囲に止水材が配置され、その止水材が下ホルダ１０の上面と中ホルダ２０の下面との間に挟まれ、収納孔２１及び上流室１１がその止水材に囲繞されてもよい。下ホルダ１０の上面と中ホルダ２０の下面が接着されている場合には、その接着剤が止水材として機能してもよい。
【００５５】
中ホルダ２０が上ホルダ３０に接合された状態では、収納孔２１が下流室３１に重なり、孔２４が流路３２の突端部に重なり。また、下流室３１及び流路３２の縁に沿って止水材を配置し、その止水材が上ホルダ３０の下面と中ホルダ２０の上面との間に挟まれ、下流室３１及び流路３２全体がその止水材によって囲繞されてもよい。中ホルダ２０の上面と上ホルダ３０の下面が接着されている場合には、その接着剤が止水材として機能してもよい。
【００５６】
配線シート６０の本体部６０ａが中ホルダ２０と下ホルダ１０の間に挟まれた状態では、配線シート６０の後端部がハウジング２の外周面から突出した状態となっており、端子６１ａ〜６６ａが露出している。配線シート６０を中ホルダ２０と上ホルダ３０との間に挟むだけで、ハウジング２内の電気浸透材５０やセンサチップ７０への配線が確立するので、ハウジング２に配線を埋め込む場合よりも容易に配線をすることができる。
【００５７】
電気浸透材５０がハウジング２に組み込まれた状態では、ハウジング２内の内部空間（ポート１２の中空から上流室１１、収納孔２１、下流室３１、流路３２、孔２４、センサ収納用凹部２３を経由してアウトレット孔１４までの空間）が電気浸透材５０によって二つに区画される。また、センサチップ７０がハウジング２に組み込まれた状態では、ハウジング２内の内部空間がメンブレン７２によって二つに区画される。ハウジング２内の内部空間は、全体として、電気浸透材５０及びメンブレン７２によって三つに区画されている。つまり、ハウジング２内の内部空間は、ポート１２の中空及び上流室１１の領域（以下、第一領域という）と、下流室３１、流路３２、孔２４及びセンサ収納用凹部２３の領域（以下、第二領域という）と、アウトレット孔１４の領域（以下、第三領域という）とに区画されている。そのうち、第一領域が、液体吸収材４０及び親水性膜４３によって充填されている。
電気浸透材５０及びセンサチップ７０がハウジング２に組み込まれた状態では、センサチップ７０が実装された面の延長上に電気浸透材５０がセンサチップ７０に対して並列されている。
【００５８】
このようにメンブレン７２と電気浸透材５０によって区画されることによって、液漏れを防止することができるとともに、歪みゲージ７３〜７６による流量の検出精度を高くすることができる。
【００５９】
〔動作〕
流体機器１の動作について説明する。
柱状部４２の先端に液体が触れると、液体が柱状部４２に吸収される。更に、柱状部４２に吸収された液体は、柱状部４２やフランジ４１の毛管現象によってフランジ４１まで浸透する。フランジ４１から滲み出る液体は親水性膜４３に吸収される。親水性膜４３が電極５１に接触しているから、親水性膜４３に吸収された液体が電極５１に接触し、更に電極５１の微小孔を通じて電気浸透材５０に接触する。
【００６０】
配線６１，６２を通じて電極５１と電極５２との間に電圧が印加されると、液体が電極５１から電極５２に向かって電気浸透材５０を電気浸透する。これにより、液体の流れが生じる。下流室３１へ浸透した液体は流路３２、孔２４、センサ収納用凹部２３、オリフィス７７、アウトレット孔１４を通って外部に送出される。
【００６１】
液体が流れている際に、メンブレン７２の前後に差圧が生じ、その差圧がホイートストンブリッジ回路７８によって電気信号に変換される。差圧と液体の流量には相関関係があるので、ホイートストンブリッジ回路７８の出力電圧は、流れている液体の流量を表す。ホイートストンブリッジ回路７８に対する入力電圧の印加は配線６３〜６６の何れか２本を通じて行われ、他の２本を通じて出力電圧が出力される。
【００６２】
一方、電極５１，５２に印加する電圧が反転されると、液体が電極５２から電極５１に向かって電気浸透材５０を電気浸透する。これにより、液体が逆流する。
【００６３】
＜第２の実施の形態＞
第２実施形態について説明する。図１１は、流体機器１０１の上面、正面及び右側面を示した斜視図である。図１２は、流体機器１０１を分解した状態で上面、正面及び右側面を示した斜視図である。図１３は、流体機器１０１の縦断面図である。図１４は、流体機器１０１の配線シート１６０及びセンサチップ１７０を示した斜視図である。図１５は、センサチップ１７０及び電気浸透材１５０を取り外した状態の配線シート１６０を示した斜視図である。図１６は、配線シート１６０の折り曲げ部を示した斜視図である。図面において、第１実施形態の流体機器１の各構成要素に付す符号と、流体機器１の各構成要素に対応する流体機器１０１の各構成要素に付す符号とは、下二桁又は下三桁を共通させる。
【００６４】
ハウジング１０２は、下ホルダ１１０、中ホルダ１２０及び上ホルダ１３０を有し、これらを組み合わせたものである。
【００６５】
上述の第１実施形態においては、下ホルダ１０の下面に凹部１３及びアウトレット孔１４が形成された構成としたが、第２実施形態においては、上ホルダ１３０の上面に凹部１３３及びアウトレット孔１３４が形成されている。そのため、この下ホルダ１０には上流室１１１及びポート１１２が形成されているが、アウトレット孔が形成されていない。
【００６６】
中ホルダ１２０には、第１実施形態における中ホルダ２０と同様に、収納孔１２１が形成されている。一方、第１実施形態における中ホルダ２０の配線収納用凹部２２、センサ収納用凹部２３及び孔２４に相当するものが、この中ホルダ１２０には形成されていない。
【００６７】
上ホルダ１３０には、第１実施形態における上ホルダ３０と同様に、下流室３１が形成されている。一方、第１実施形態の上ホルダ３０の流路３２に相当するものが、この上ホルダ１３０には形成されていない。そして、上ホルダ１３０の上面に形成されたアウトレット孔１３４が下流室１３１に通じている。
【００６８】
下ホルダ１１０、中ホルダ１２０及び上ホルダ１３０が組み合わせられ、これらが接合された状態では、収納孔１２１が上流室１１１に重なり、下流室１３１が収納孔１２１に重なる。そのため、このハウジング１０２には、ポート１１２の中空から上流室１１１、収納孔１２１及び下流室１３１を経由してアウトレット孔１３４までの内部空間が形成される。
【００６９】
液体吸収材１４０、親水性膜１４３、電気浸透材１５０及びセンサチップ１７０は、第１実施形態におけるそれと同様に構成されたものである。また、ハウジング１０２に対する液体吸収材１４０、親水性膜１４３及び電気浸透材１５０の組み付けは、第１実施形態のそれと同様である。
【００７０】
可撓性の配線シート１６０には、配線１６１〜１６６がパターニングされている。また、この配線シート１６０は、折り曲げ方を除いて、第１実施形態の配線シート６０と同一の形状を呈している。つまり、可撓性の配線シート１６０は、矩形枠状の本体部１６０ａと、本体部１６０ａに連なって設けられるとともに本体部１６０ａに対して直角に折り曲げられた折り片１６０ｂと、折り片１６０ｂの下縁に連なって設けられるとともに折り片１６０ｂに対して直角に折り曲げられ接片１６０ｃと、折り片１６０ｂの上縁に連なって設けられるとともに折り片１６０ｂに対して直角に折り曲げられた接片１６０ｄとを有する。
【００７１】
電気浸透材５０が接片１６０ｃ，１６０ｄの間に挟まれ、バンプ１６１ｃが電極１５１に接触し、バンプ１６２ｃが電極１５２に接触している。そして、電気浸透材１５０は接片１６０ｃ，１６０ｄにＮＣＰ実装されている。この実装部分は、第１実施形態と同様である。
【００７２】
センサチップ１７０は、フリップチップ実装法によって配線シート１６０の本体部１６０ａに実装されている。この実装部分は、第１実施形態と同様である。
【００７３】
電気浸透材１５０が中ホルダ１２０の収納孔１２１に組み付けられ且つ、センサチップ１７０が下流室１３１に嵌められた状態で、配線シート１６０の本体部１６０ａが上ホルダ１３０の下面と中ホルダ１２０の上面の間に挟持されている。そして、電気浸透材１５０とメンブレン１７２とが相対向している。そのため、ハウジング１０２の内部空間が、電気浸透材１５０とメンブレン１７２によって三つの領域に区画されている。また、電気浸透材１５０とメンブレン１７２が対向することで、電気浸透材１５０による液体の流れによる圧力がメンブレン１７２に直接作用するから、歪みゲージ１７３〜１７６による流量検出の時定数がより小さくなっている。
【００７４】
この流体機器１０１においても、配線１６１，１６２を通じて電極１５１と電極１５２との間に電圧が印加されると、液体吸収材１４０に吸収された液体が電極１５１から電極１５２に向かって又はその逆に電気浸透材１５０を電気浸透する。流体が流れている際には、歪みゲージ１７３〜１７６からなるホイートストンブリッジ回路に対して、配線１６３〜１６６の何れか２本を通じて入力電圧が入力、他の２本を通じて出力電圧が出力される。
【００７５】
なお、以上に説明したことを除いて、第２実施形態の流体機器１０１と第１実施形態の流体機器１とは互いに対応する部分が同様に設けられている。
【００７６】
＜流体機器の応用例＞
次に、流体機器１の用途について説明する。
流体機器１は、図１７に示すような燃料電池システム９００に用いることができる。この燃料電池システム９００は電子機器に備え付けられ、燃料電池システム９００により電気エネルギーが電子機器本体１０００に供給され、電子機器本体１０００が動作する。
【００７７】
この燃料電池システム９００は、燃料電池９０７と、燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水を液体の状態で貯留した燃料カートリッジ９０１と、燃料カートリッジ９０１から燃料電池９０７の燃料極に向けて水と燃料を送液する流体機器１と、流体機器１から燃料電池９０７までの間の過程において燃料と水を気化させる気化器９０２と、気化器９０２から送られた燃料と水から水素ガス等を生成する複合型マイクロ反応装置９０３と、燃料電池９０７により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ９０８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０８に接続される２次電池９０９と、それらを制御する制御装置９１０と、を備える。複合型マイクロ反応装置９０３は、改質器９０４と、ＣＯ除去器９０５と、燃焼器９０６とを有する。なお、第１実施形態の流体機器１に代えて、第２実施形態の流体機器１０１を用いてもよい。
【００７８】
流体機器１の電気浸透材５０が制御装置９１０によって制御されて駆動されることによって燃料と水の混合液が燃料カートリッジ９０１から気化器９０２へ送られ、気化器９０２で気化した燃料と水は複合型マイクロ反応装置９０３の改質器９０４に流れ込む。改質器９０４においては燃料と水が触媒により改質反応を起こし、水素ガスが生成されるとともに僅かながら一酸化炭素ガスも生成される（燃料がメタノールの場合には、下記化学式（３）、（４）を参照。）。改質器９０４で生成された水素ガス等はＣＯ除去器９０５に送られ、更に外部の空気がＣＯ除去器９０５に送られる。ＣＯ除去器９０５においては、一酸化炭素ガスが一酸化炭素除去触媒により優先的に酸化する選択酸化反応が起こり、一酸化炭素ガスが除去される（下記化学式（５）を参照）。ＣＯ除去器９０５を経た水素ガス等は燃料電池９０７の燃料極に供給され、燃料電池９０７の酸素極には空気が供給され、燃料電池９０７における電気化学反応により電気エネルギーが生成される。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2・・・（３）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ・・・（４）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2・・・（５）
【００７９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ９０８は燃料電池９０７により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体１０００に供給する機能の他に、燃料電池９０７により生成された電気エネルギーを２次電池９０９に充電し、燃料電池９０７や複合型マイクロ反応装置９０３等が動作していない時に、２次電池９０９に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体１０００に供給する機能も果たせるようになっている。制御装置９１０は気化器９０２、複合型マイクロ反応装置９０３、燃料電池９０７を運転するために必要な図示しないポンプやバルブ類、ヒータ類のほか、電気浸透材５０及びＤＣ／ＤＣコンバータ９０８等を制御する。その制御に際しては、センサチップ７０のホイートストンブリッジ回路７８によって検出された流量が制御装置９１０にフィードバックされる。
【００８０】
ここで、燃料電池９０７の燃料極に供給された水素ガスは全てが反応しない方が高効率であり、残留した水素ガスは燃焼器９０６に供給される。燃焼器９０６には水素ガスの他に空気が供給され、燃焼器９０６内において水素ガスが触媒により酸化され、燃焼熱が発生する。燃焼器９０６で発生した熱によって改質器９０４が加熱される。
【００８１】
なお、図１７では、燃料電池９０７は水素の電気化学反応により発電するものであるが、液体燃料の電気化学反応により発電するものでもよい。つまり、いわゆるダイレクト燃料式燃料電池（例えば、ダイレクトメタノール式燃料電池）を燃料電池９０７に用いてもよい。この場合、気化器９０２及び複合型マイクロ反応装置９０３が無く、流体機器１によって送液される燃料は、反応せずに、燃料電池９０７の燃料極に送られる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１実施形態に係る流体機器を示した斜視図である。
【図２】上記流体機器を分解した状態で示した分解斜視図である。
【図３】上記流体機器を分解した状態で示した分解斜視図である。
【図４】上記流体機器の縦断面を示した断面図である。
【図５】上記流体機器に組み込まれる電気浸透材、配線シート及びセンサチップを示した斜視図である。
【図６】ホイートストンブリッジ回路を示した回路図である。
【図７】配線シートを示した斜視図である。
【図８】配線シートの折り曲げ部を示した拡大斜視図である。
【図９】配線シートと電気浸透材との接続部の縦断面を示した拡大断面図である。
【図１０】配線シートとセンサシートとの接続部の縦断面を示した拡大断面図である。
【図１１】第２実施形態に係る流体機器を示した斜視図である。
【図１２】第２実施形態に係る流体機器を分解した状態で示した分解斜視図である。
【図１３】第２実施形態に係る流体機器の縦断面を示した断面図である。
【図１４】第２実施形態に係る配線シート及びセンサチップを示した斜視図である。
【図１５】第２実施形態に係る配線シートを示した斜視図である。
【図１６】第２実施形態に係る配線シートの折り曲げ部を示した拡大斜視図である。
【図１７】燃料電池システムを示したブロック図である。
【符号の説明】
【００８３】
１、１０１  流体機器
２、１０２  ハウジング
１０、１１０  下ホルダ
１２、１１２  ポート
１４  アウトレット孔
２０、１２０  中ホルダ
３０、１３０  上ホルダ
１３４  アウトレット孔
５０、１５０  電気浸透材
５１、５２、１５１、１５２  電極
６０、１６０  配線シート
６０ｃ、６０ｄ、１６０ｃ、１６０ｄ  接片
６０ｇ、１６０ｇ  開口
６１〜６６、１６１〜１６６  配線
６１ｂ、６２ｂ、１６１ｂ、１６２ｂ  端部（電気的接点）
６１ｃ、６２ｃ、１６１ｃ、１６２ｃ  バンプ
７０、１７０  センサチップ
７２、１７２  メンブレン
７３〜７６、１７３〜１７６  歪みゲージ
７７、１７７  オリフィス
【図１】
0005104434.tif 000003
【図２】
0005104434.tif 000004
【図３】
0005104434.tif 000005
【図４】
0005104434.tif 000006
【図５】
0005104434.tif 000007
【図６】
0005104434.tif 000008
【図７】
0005104434.tif 000009
【図８】
0005104434.tif 000010
【図９】
0005104434.tif 000011
【図１０】
0005104434.tif 000012
【図１１】
0005104434.tif 000013
【図１２】
0005104434.tif 000014
【図１３】
0005104434.tif 000015
【図１４】
0005104434.tif 000016
【図１５】
0005104434.tif 000017
【図１６】
0005104434.tif 000018
【図１７】
0005104434.tif 000019