JP2003344135A - 熱式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 双方向の流量検知ができるとともに、出力特
性をリニアにすることができ、かつ応答性を損なうこと
なく安定した出力を得ることができる熱式流量計を提供
すること。 【解決手段】 熱式流量計１において、ボディ４１に形
成された流路空間４４に対し、主流路Ｍとセンサ流路Ｓ
との間にメッシュ部５１Ｍが配置されるようにメッシュ
板５１を組み込んだ積層体５０を装着して、主流路Ｍを
構成する。そして、測定チップ１１に上流温度検出抵抗
体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、発熱抵抗体Ｒｔ、お
よび流体温度検出抵抗体Ｒｔを設け、電気回路により、
発熱抵抗体Ｒｈと流体温度検出抵抗体Ｒｔとが一定の温
度差になるように制御し、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下
流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差に基づき被測定流体の
流量を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗体（熱線）を
用いて流量を計測する熱式流量計に関する。さらに詳細
には、双方向において被測定流体の流量を精度良く計測
することができる熱式流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体チップマウンティング時の
ハンドリングには真空吸着が用いられており、その吸着
の確認は、圧力センサにより行われていた。しかし近
年、半導体チップがどんどん小さくなってきている。こ
のため、例えば０．５ｍｍ角のチップでは、直径が０．
５ｍｍあるいは０．３ｍｍの吸着オリフィス（ノズル）
が用いられている。その結果、図２０に示すように、吸
着時と非吸着時とでオリフィス内の圧力にほとんど差が
出ず、圧力センサでは吸着確認ができなくなってきた。
このようなことから、オリフィスを流れる空気の流量を
検出することにより、吸着確認を行うという提案がなさ
れている。なお、図２０は、ノズル径が０．３ｍｍで真
空圧力が−７０ｋＰａの場合の圧力センサの出力例を示
したものである。

【０００３】そこで、本出願人は、吸着確認に用いるの
に好適な熱式流量計を特願２０００−３６８８０１にて
提案した。そして、上記した条件で吸着確認を行った結
果を図２１に示す。図２１から明らかなように、この熱
式流量計を使用すれば、圧力センサでは困難であった吸
着確認を行えることがわかる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本出願
人が特願２０００−３６８８０１にて提案した熱式流量
計では、図２２に示すように、真空度が高くなるにつれ
て圧力特性が悪くなり、精度良く吸着確認を行うことが
できないおそれがあった。また、この熱式流量計の出力
特性は、図２３に示すようになり、被測定流体の流れ方
向に関係なく同じ値が出力されるため、流れ方向を検出
することができないという問題もあった。このように双
方向の流量検知ができないと、吸着確認はできるが、リ
リースの確認を行うことができなかった。吸着時とリリ
ース時とでは、流体が逆方向に流れるからである。な
お、図２２、図２３は、ともにフルスケール流量を１Ｌ
／ｍｉｎとした場合の出力である。

【０００５】ここで、流量計を使用して吸着およびリリ
ースの確認を行うためには、双方向の流量を検出するこ
とができる流量計が必要となる。そして、このような双
方向の流量検知が可能な流量計としては、例えば、特開
２００２−５７１７号公報に記載されたものがある。と
ころが、特開２００２−５７１７号公報に記載された流
量計では、図２４に示すように、出力特性がリニアでな
いという問題があった。このように出力特性がリニアで
ないと、ノズルの目詰まり管理などを行うことができな
かった。なお、出力特性をリニアにするためには、例え
ば、特開２００１−１６５７３４号公報に記載されてい
るように、演算回路を用いればよいが、別途そのための
演算回路を設ける必要がありコスト面で不利になる。

【０００６】また、特開２００２−５７１７号公報に記
載された流量計では、図２５に示すように、乱流の影響
により出力が不安定になるという問題もあった。出力が
不安定になると、吸着確認の閾値を低めに設定しなけれ
ばならない。ところが、吸着確認においては微少の流量
変化を検知しているため、閾値を低めに設定すると、正
常状態で吸着されずに正常吸着時の流量よりも小さくな
った場合であっても、正常に吸着されていると判断され
てしまう。つまり、吸着確認を精度良く行うことができ
なかった。また、常に一定の漏れ量を確保しながら半導
体チップを吸着するコレットタイプのノズルを用いた場
合には、吸着確認を行うことができなかった。なお、こ
のような出力のふらつきは、電気的なフィルタを入れる
ことにより解消することはできるが、応答性が損なわれ
てしまい好ましくない。

【０００７】そこで、本発明は上記した問題点を解決す
るためになされたものであり、双方向の流量検知ができ
るとともに、出力特性をリニアにすることができ、かつ
応答性を損なうことなく安定した出力を得ることができ
る熱式流量計を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めになされた本発明に係る熱式流量計は、流量を計測す
るための抵抗体が架設されたセンサ流路の他に、センサ
流路に対するバイパス流路を備える熱式流量計におい
て、バイパス流路は、抵抗体を用いた計測原理を行うた
めの電気回路に接続する電気回路用電極が表面に設けら
れた基板を、側面開口部を備える流体流路が形成された
ボディに対し、エッチング加工した薄板を複数枚積層し
た積層体を介して、側面開口部を塞ぐようにして密着さ
せることにより形成され、センサ流路は、抵抗体とその
抵抗体に接続する抵抗体用電極とが設けられた測定チッ
プを、抵抗体用電極と電気回路用電極とを接着して基板
に実装することにより、測定チップあるいは基板の少な
くとも一方に設けられた溝によって形成されており、測
定チップには、流れ方向上流側に設けられた上流温度検
出抵抗体と、流れ方向下流側に設けられた下流温度検出
抵抗体と、上流温度検出抵抗体と下流温度検出抵抗体と
の間に設けられ、上流温度検出抵抗体と下流温度検出抵
抗体とを加熱する発熱抵抗体と、被測定流体の温度を検
出する流体温度検出抵抗体と、が備わり、電気回路によ
り、発熱抵抗体と流体温度検出抵抗体とが一定の温度差
になるように制御され、上流温度検出抵抗体と下流温度
検出抵抗体との温度差に基づき被測定流体の流量が測定
されることを特徴とするものである。なお、本明細書に
おける「側面開口部」とは、ボディの側面（言い換える
と、入出力ポートが開口していない面）であって基板が
装着される面に開口した開口部を意味する。

【０００９】この熱式流量計では、流量計に流れ込んだ
被測定流体は、抵抗体が架設されたセンサ流路と、セン
サ流路に対するバイパス流路とに分流される。そして、
抵抗体を用いた計測原理に基づき、センサ流路を流れる
被測定流体の流量、ひいては熱式流量計の内部を流れる
被測定流体の流量が測定される。具体的には、電気回路
により、発熱抵抗体と流体温度検出抵抗体とが一定の温
度差になるように制御され、上流温度検出抵抗体と下流
温度検出抵抗体との温度差に基づき被測定流体の流量が
測定される。このため、順方向の流れの場合には出力が
増加し、逆方向の流れの場合には出力が減少する。した
がって、被測定流体の流れ方向を検知することができ
る。

【００１０】また、バイパス流路は、抵抗体を用いた計
測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極
が表面に設けられた基板を、側面開口部を備える流体流
路が形成されたボディに対し、エッチング加工した薄板
を複数枚積層した積層体を介して、側面開口部を塞ぐよ
うにして密着させることにより形成されているため、積
層体の構成（各薄板の組み合わせ）を変更してバイパス
流路の断面積を変化させることができる。そして、バイ
パス流路の断面積が変化すると、センサ流路とバイパス
流路とに分流する被測定流体の割合（バイパス比）が変
化する。したがって、積層体の構成を変更することによ
り、最適な測定レンジを設定することができるので、別
途演算回路を設けなくてもリニアな出力特性を得ること
ができる。

【００１１】バイパス比を変更する場合には、積層体
を、薄板の両端に開口部が形成されるとともに、中央に
溝が形成された溝付両端開口板を介してメッシュ板を積
層したものにすればよい。さらに、積層体に、薄板の両
端に開口部が形成された両端開口板を含めてもよい。こ
れらにより、バイパス流路の断面積を減少させることが
でき、バイパス比を変更することができる。

【００１２】そして、本発明に係る熱式流量計において
は、積層体に、薄板の両端にメッシュが形成されたメッ
シュ板が含まれていることが好ましい。また、本発明に
係る熱式流量計においては、積層体は、薄板の縁部を残
してその他の部分を開口させたスペーサを介してメッシ
ュ板を積層したものであることが望ましい。

【００１３】メッシュが形成されたメッシュ板を含めて
積層体を形成することにより、非常に流れが整えられた
被測定流体を、センサ流路に流し込むことができるから
である。なぜなら、被測定流体は、メッシュを通過する
ことにより、流れの乱れが減少するからである。したが
って、積層体には複数枚のメッシュ板を含めるのがよ
い。そして、この場合には、各メッシュ板を直接重ねる
よりも、所定の間隔をとって重ねる方がよい。より大き
な整流効果を得ることができるからである。このため、
メッシュ板は、スペーサを介して積層するのが望ましい
のである。

【００１４】このようにして、本発明に係る熱式量計で
は、センサ流路を流れる被測定流体の流れを整えること
ができるので、非常に安定した出力を得ることができ
る。また、電気的なフィルタを用いないので、応答性が
損なわれることもない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の熱式流量計を具体
化した最も好適な実施の形態について図面に基づき詳細
に説明する。本実施の形態に係る熱式流量計は、高速応
答性、高感度、リニアな出力特性、および双方向検知が
要求される流量計測、例えば半導体チップマウンティン
グ時のハンドリングにおける吸着およびリリースの確認
などに使用するのに好適なものである。

【００１６】本実施の形態に係る熱式流量計の概略構成
を図１に示す。図１は、熱式流量計１を示す断面図であ
る。図１に示すように、本実施の形態に係る熱式流量計
１は、ボディ４１とセンサ基板２１と積層体５０とを有
するものである。そして、積層体５０がボディ４１の流
路空間４４に装着された状態で、センサ基板２１がシー
ルパッキン４８を介しボディ４１にネジ固定で密着され
ている。これにより、センサ流路Ｓ、およびセンサ流路
Ｓに対するバイパス流路である主流路Ｍが形成されてい
る。

【００１７】ボディ４１は、図２および図３に示すよう
に、直方体形状のものであり、左右対称に構成されてい
る。なお、図２は、ボディ４１を示す平面図である。図
３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。このボディ４
１には、両端面に入口ポート４２と出口ポート４６とが
形成されている。そして、入口ポート４２からボディ中
央に向かって入口流路４３が形成され、同様に出口ポー
ト４６からボディ中央に向かって出口流路４５が形成さ
れている。なお、入口流路４３および出口流路４５は、
主流路Ｍの下方に形成されている。つまり、入口流路４
３および出口流路４５は主流路Ｍに対して、同一直線上
には配置されていない。

【００１８】また、ボディ４１の上部には、主流路Ｍお
よびセンサ流路Ｓを形成するための流路空間４４が形成
されている。この流路空間４４の横断面は、長方形の両
短辺を円弧状（半円）にした形状になっており、その中
央部に円弧状の凸部４４Ｃが形成されている。凸部４４
Ｃは、積層体５０（各薄板）の位置決めを行うためのも
のである。そして、流路空間４４の下面の一部が入口流
路４３および出口流路４５に連通している。すなわち、
入口流路４３と出口流路４５とがそれぞれ９０度に屈曲
したエルボ部４３Ａと４５Ａを介して流路空間４４に連
通されている。さらに、流路空間４４の外周に沿うよう
にボディ４１の上面には、シールパッキン４８を装着す
るための溝４９が形成されている。

【００１９】積層体５０は、図４に示すように、２種類
の薄板を合計１１枚積層したものである。なお、図４
は、積層体５０の構造を示す分解斜視図である。この積
層体５０は、下から順に、メッシュ板５１、スペーサ５
２，５２，５２、メッシュ板５１、スペーサ５２，５
２、メッシュ板５１、スペーサ５２，５２、およびメッ
シュ板５１が積層されて接着されたものである。これら
メッシュ板５１およびスペーサ５２は、ともに厚さが
０．５ｍｍ以下であり、エッチングにより各形状の加工
（マイクロマシニング加工）がなされたものである。そ
して、その投影形状は流路空間４４の横断面形状と同じ
になっている。これにより、積層体５０が流路空間４４
に隙間なく装着されるようになっている。

【００２０】そして、このような組み合わせの積層体５
０を流路空間４４に装着することにより、熱式流量計１
のフルスケール流量が５Ｌ／ｍｉｎとなっている。つま
り、積層体５０を構成する薄板の形状（組み合わせ）を
変更することにより、主流路Ｍの断面積が変化し被測定
流体のバイパス比が変わるので、任意の流量レンジを設
定することができるのである。なお、フルスケール流量
を変更した例（フルスケール流量１Ｌ／ｍｉｎ）につい
ては後述する。

【００２１】ここで、個々の薄板について説明する。ま
ず、メッシュ板５１について、図５、図６を用いて説明
する。なお、図５（ａ）はメッシュ板５１を示す平面図
であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図
である。図６は、メッシュ板５１のメッシュ部５１Ｍの
拡大図である。メッシュ板５１は、図５に示すように、
その両端にメッシュ部５１Ｍが形成された厚さが０．３
ｍｍの薄板である。メッシュ部５１Ｍは、直径４ｍｍの
円形状であり、図６に示すように、メッシュを構成する
孔（直径０．２ｍｍ）の中心間距離がすべて０．２７ｍ
ｍとなるように形成されている。すなわち、各孔の中心
が正三角形の各頂点となるように孔が形成されている。
なお、メッシュ部５１Ｍの厚さは、図５（ｂ）に示すよ
うに他の部分よりも薄くなっており、その厚さは、０．
０５〜０．１ｍｍとなっている。

【００２２】次に、スペーサ５２について、図７を用い
て説明する。なお、図７（ａ）は、スペーサ５２を示す
平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ−
Ａ断面図である。スペーサ５２は、図７に示すように、
外周部５２Ｂを残すようにエッチング加工されたもので
ある。これにより、スペーサ５２には、開口部６１が形
成されている。なお、スペーサ５２の厚さは、０．５ｍ
ｍである。

【００２３】ここで、図１に戻って、上記したメッシュ
板５１およびスペーサ５２を組み合わせて、図４に示す
ように積層して接着した積層体５０を流路空間４４に装
着することにより、主流路Ｍが形成されている。より詳
細に言うと、スペーサ５２の開口部６１により主流路Ｍ
が形成されている。また、メッシュ板５１に設けられた
メッシュ部５１Ｍと、スペーサ５２に設けられた開口部
６１とによって、連絡流路５，６が形成されている。連
絡流路５は、入口流路４３と主流路Ｍおよびセンサ流路
Ｓとを連通させるものであり、連絡流路６は、出口流路
４５と主流路Ｍおよびセンサ流路Ｓとを連通させるもの
である。

【００２４】そして、主流路Ｍとセンサ流路Ｓとの間
に、メッシュ部５１Ｍが３層配置されている。各メッシ
ュ部５１Ｍの間隔は、２枚のスペーサ５２の厚さ分
（１．０ｍｍ）になっている。これにより、流れが整え
られた被測定流体を、センサ流路Ｓに流し込むことがで
きるようになっている。被測定流体は、各メッシュ部５
１Ｍを通過するたびに、流れの乱れを減少させられるか
らである。さらに、エルボ部４３Ａ，４５Ａと流路空間
４４（主流路Ｍ）との連通部にもメッシュ部５１Ｍが配
置されている。

【００２５】一方、センサ基板２１は、測定流量を電気
信号として出力するものである。このためセンサ基板２
１には、図８に示すように、ベースとなるプリント基板
２２の表面側（ボディ４１への装着面側）において、そ
の中央部に溝２３が加工されている。そして、この溝２
３の両側に、電気回路用電極２４，２５，２６，２７，
２８，２９が設けられている。一方、プリント基板２２
の裏面側には、電気素子３１、３２、３３、３４などで
構成される電気回路が設けられている（図１参照）。そ
して、プリント基板２２の中で、電気回路用電極２４〜
２９が電気素子３１〜３４などで構成される電気回路と
接続されている。さらに、プリント基板２２の表面側に
は、後述するようにして、測定チップ１１が実装されて
いる。

【００２６】ここで、測定チップ１１について、図９を
用いて説明する。なお、図９は、測定チップ１１を示す
平面図である。測定チップ１１は、図９に示すように、
シリコンチップ１２に対して、半導体マイクロマシニン
グの加工技術を実施したものであり、このとき、チップ
中央に溝１３が加工されるとともに、抵抗体（熱線）用
電極１４，１５，１６，１７、１８，１９がチップ両端
に設けられる。

【００２７】また、このとき、上流温度検出抵抗体Ｒ１
が、抵抗体用電極１５，１７から延設されるとともに溝
１３の上に架設される。さらに、下流温度検出抵抗体Ｒ
２が、抵抗体用電極１７，１９から延設されるとともに
溝１３の上に架設される。さらにまた、発熱抵抗体Ｒｈ
が、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２
との間に、抵抗体用電極１６，１８から延設されるとと
もに溝１３の上に架設される。また、測定チップ１１に
おいては、センサ流路Ｓの順方向上流側に流体温度検出
抵抗体Ｒｔが、抵抗体用電極１４，１６から延設され
る。

【００２８】そして、測定チップ１１の熱線用電極１
４，１５，１６，１７，１８，１９を、センサ基板２１
の電気回路用電極２４，２５，２６，２７，２８，２９
（図８参照）のそれぞれと、半田リフロー又は導電性接
着剤などで接合することによって、測定チップ１１をセ
ンサ基板２１に実装している。したがって、測定チップ
１１がセンサ基板２１に実装されると、測定チップ１１
に設けられた流体温度検出抵抗体Ｒｔ、上流温度検出抵
抗体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、および発熱抵抗体
Ｒｈは、測定チップ１１の抵抗体用電極１４〜１９と、
センサ基板２１の電気回路用電極２４〜２９（図８参
照）とを介して、センサ基板２１の裏面側に設けられた
電気回路に接続されることになる。これにより、図１０
に示す定温度差回路と、図１１に示す出力回路とが構成
される。

【００２９】ここで、図１０に示す定温度差回路は、発
熱抵抗体Ｒｈを、流体温度検出抵抗体Ｒｔで検出される
流体温度と一定の温度差をもつように制御するための回
路である。また、図１０に示す出力回路は、上流温度検
出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差に相
当する電圧値を出力するための回路である。この出力回
路では、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体
Ｒ２とが直列に接続され、定電圧Ｖｃが印可されるよう
になっている。そして、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流
温度検出抵抗体Ｒ２との中点電位Ｖｏｕｔが測定信号と
して出力されるようになっている。

【００３０】また、測定チップ１１がセンサ基板２１に
実装されると、測定チップ１１の溝１３は、センサ基板
２１の溝２３と重なり合う。よって、図１に示すよう
に、測定チップ１１が実装されたセンサ基板２１を、ボ
ディ４１に対して、積層体５０およびシールパッキン４
８を介して密着すると、ボディ４１の流路空間４４にお
いて、センサ基板２１と測定チップ１１との間に、測定
チップ１１の溝１３やセンサ基板２１の溝２３などから
なる細長い形状のセンサ流路Ｓが形成される。そのた
め、センサ流路Ｓには、流体温度検出抵抗体Ｒｔ、上流
温度検出抵抗体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、および
発熱抵抗体Ｒｈが橋を渡すように設けられることにな
る。

【００３１】続いて、フルスケール流量を１Ｌ／ｍｉｎ
とした場合について説明する。そこで、フルスケール流
量が１Ｌ／ｍｉｎの熱式流量計の概略構成を図１２に示
す。図１２は、熱式流量計１Ａを示す断面図である。図
１２に示すように、熱式流量計１Ａは、熱式流量計１と
ほぼ同様の構成を有するものであるが、流路空間４４に
積層体５０の代わりに積層体５０Ａが装着されている点
が異なる。すなわち、熱式流量計１Ａには、主流路Ｍの
断面積を小さくするための積層体５０Ａが流路空間４４
に装着されている。このため、熱式流量計１と異なる点
を中心に説明し、熱式流量計１と同様の構成のものにつ
いては、同じ符号を付してその説明を省略する。

【００３２】そこで、積層体５０Ａについて、図１３を
用いて説明する。なお、図１３は、積層体５０Ａの構造
を示す分解斜視図である。積層体５０Ａは、図１３に示
すように、３種類の薄板を合計１１枚積層したものであ
る。すなわち、下から順に、メッシュ板５１、両端開口
板５３、溝付両端開口板５６、メッシュ板５１、溝付両
端開口板５６，５６、メッシュ板５１、溝付両端開口板
５６，５６，５６、およびメッシュ板５１が積層されて
接着されたものである。すなわち、積層体５０Ａは、積
層体５０におけるスペーサ５２の代わりに、両端開口板
５３と溝付両端開口板５６を用いたものである。

【００３３】ここで、両端開口板５３について、図１４
を用いて説明する。なお、図１４（ａ）は両端開口板５
３を示す平面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）に
おけるＡ−Ａ断面図である。両端開口板５３は、図１４
に示すように、外周部５３Ｂと中央部５３Ｄとを残すよ
うにエッチング加工されたものである。これにより、両
端開口板５３には、その両端に開口部６３が形成されて
いる。なお、両端開口板５３の厚さは、０．５ｍｍであ
る。

【００３４】また、溝付両端開口板５６について、図１
５を用いて説明する。なお、図１５（ａ）は溝付両端開
口板５６を示す平面図であり、図１５（ｂ）は図１５
（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図１５（ｃ）は図
１５（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。溝付両端開口
板５６は、図１５に示すように、外周部５６Ｂと中央部
５６Ｄとを残し、中央部５６Ｄに溝５６Ｅが形成される
ようにエッチング加工されたものである。すなわち、溝
付両端開口板５６は、両端開口板５３の中央部５３Ｄ
（図１４参照）に溝５６Ｅを設けたものである。そし
て、中央部５６Ｄには、片面に３本の溝５６Ｅが形成さ
れている。この溝５６Ｅの深さは０．３５ｍｍであり、
溝５５Ｅの幅は１．１ｍｍである。そして、隣り合う溝
の間隔は０．２ｍｍとなっている。なお、溝付両端開口
板５６の厚さは、０．５ｍｍである。

【００３５】これらメッシュ板５１、両端開口板５３、
および溝付両端開口板５６を、図１３に示すように積層
して接着した積層体５０Ａをボディ４１に形成された流
路空間４４に装着することにより、図１２に示すよう
に、両端開口板５３の中央部５３Ｄ、および溝付両端開
口板５６の中央部５６Ｄによって、主流路Ｍの断面積が
減少している。これにより、被測定流体のバイパス比が
変化しフルスケール流量が１Ｌ／ｍｉｎとなるようにさ
れている。このように、積層体の構成を変更することに
より、任意の流量レンジを設定することができるように
なっているのである。

【００３６】次に、上記した構成を有する熱式流量計
１，１Ａの作用について説明する。熱式流量計１，１Ａ
においては、順方向の流れの場合には、入口ポート４２
を介して入口流路４３へ流れ込んだ被測定流体は、流路
空間４４にて、主流路Ｍへ流れ込むものと、センサ流路
Ｓへ流れ込むものとに分流される。そして、主流路Ｍお
よびセンサ流路Ｓから流れ出した被測定流体は、合流し
て、出口流路４５を介して出口ポート４６からボディ４
１の外部に流れ出す。

【００３７】一方、逆方向の流れの場合には、出口ポー
ト４６を介して出口流路４５へ流れ込んだ被測定流体
は、流路空間４４にて、主流路Ｍへ流れ込むものと、セ
ンサ流路Ｓへ流れ込むものとに分流される。そして、主
流路Ｍおよびセンサ流路Ｓから流れ出した被測定流体
は、合流して、入口流路４３を介して入口ポート４２か
らボディ４１の外部に流れ出す。

【００３８】ここで、被測定流体が順方向あるいは逆方
向のいずれの方向に流れても、センサ流路Ｓへ流れ込む
被測定流体は、積層体５０あるいは５０Ａ内における３
層のメッシュ部５１Ｍを通過した後に、センサ流路Ｓに
流れ込む。したがって、非常に流れが整えられた状態の
被測定流体が、センサ流路Ｓを流れる。

【００３９】そして、センサ流路Ｓを流れる被測定流体
は、センサ流路Ｓに橋設された発熱抵抗体Ｒｈから熱を
奪う。そうすると、センサ基板２１の裏面側に設けられ
た電気回路（図１０に示す定温度差回路）により、流体
温度検出抵抗体Ｒｔと発熱抵抗体Ｒｈとが一定の温度差
になるように制御される。

【００４０】また、センサ基板２１の裏面側に設けられ
た電気回路（図１１に示す出力回路）により、直列に接
続され定電圧Ｖｃが印可された上流温度検出抵抗体Ｒ１
と下流温度検出抵抗体Ｒ２との中点電位Ｖｏｕｔが測定
信号として出力される。このとき、被測定流体が順方向
の流れの場合には、上流温度検出抵抗体Ｒ１の温度（抵
抗値）が低下し、下流温度検出抵抗体Ｒ２の温度（抵抗
値）が増加するため、中点電位Ｖｏｕｔが増加する。一
方、被測定流体が逆方向の流れの場合には、上流温度検
出抵抗体Ｒ１の温度（抵抗値）が増加し、下流温度検出
抵抗体Ｒ２の温度（抵抗値）が低下するため、中点電位
Ｖｏｕｔは低下する。このため、被測定流体の流れ方向
を検知することができる。

【００４１】このときの出力の一例を、図１６、図１７
に示す。図１６、図１７は、流量と出力電圧との関係を
示したものである。そして、図１６のグラフは、熱式流
量計１からの出力を示したものである。図１７のグラフ
は、熱式流量計１Ａからの出力を示したものである。

【００４２】図１６、図１７から明らかなように、被測
定流体が順方向に流れた場合には、流量が大きくなるに
つれて出力が大きくなる。逆に、被測定流体が逆方向に
流れた場合には、流量が大きくなるにつれて出力が小さ
くなる。これにより、熱式流量計１，１Ａによれば、被
測定流体の流れ方向を検出することができる。

【００４３】また、熱式流量計１，１Ａの出力特性はと
もに、従来の熱式流量計（特開２００２−５７１７号公
報記載のもの）の出力特性（図２４）に比べ、直線性が
大幅に改善されていることがわかる。すなわち、熱式流
量計１，１Ａによれば、リニアな出力特性を得ることが
できる。これは、主流路Ｍを積層体５０，５０Ａにより
構成して、各測定レンジに最適なバイパス比を設定した
からである。このように、熱式流量計１，１Ａによれ
ば、被測定流体の流量を双方向において正確に計測する
ことができる。これにより、ノズルの目詰まり管理を精
度良く行うことができる。

【００４４】また、熱式流量計１の別の出力例を図１８
に示す。図１８は、時間と出力電圧との関係を示したも
のである。図１８から明らかなように、熱式流量計１の
出力は、従来の熱式流量計（特開２００２−５７１７号
公報記載のもの）の出力（図２５）に比べ、ふらつきが
少なく安定していることがわかる。すなわち、熱式流量
計１によれば、出力の振幅幅が小さく非常に安定した出
力を得ることができるのである。そして、電気的フィル
タを用いていないので、応答性を損なうこともない。

【００４５】ここで、この振動幅の出力値に対する比率
をノイズと定義すると、従来の熱式流量計におけるノイ
ズが「±３９．５（％ＦＳ）」であるのに対し、第１の
実施の形態に係る熱式流量計１におけるノイズは「±
０．７（％ＦＳ）」である。すなわち、熱式流量計１Ａ
によれば、ノイズを約１／５０にすることができる。こ
れは、上記したようにセンサ流路Ｓを流れる被測定流体
の流れが非常に整ったものになっているからである。

【００４６】このように、熱式流量計１によれば、安定
した出力を得ることができるので、吸着確認の閾値を高
く設定することができる。これにより、精度良く吸着確
認を行うことができる。また、コレットタイプのノズル
を用いた場合であっても、吸着確認を行うことができ
る。

【００４７】なお、ここでは熱式流量計１について述べ
たが、熱式流量計１よりもフルスケール流量が小さい熱
式流量計１Ａでも同様の結果が得られたことは言うまで
もない。なぜなら、測定流量が小さくなれば、出力のふ
らつきは小さくなるからである。

【００４８】また、熱式流量計１Ａの別の出力例を図１
９に示す。図１９は、圧力を変化させたときの出力を示
したものである。図１９から明らかなように、熱式流量
計１Ａは、従来の熱式流量計（特願２０００−３６８８
０１号記載のもの）に比べ、圧力特性がよいことがわか
る。すなわち、熱式流量計１Ａによれば、圧力が変化し
ても、出力がドリフトせず常に正確な流量を計測するこ
とができるのである。なお、熱式流量計１でも同様の結
果が得られた。

【００４９】このように圧力特性がよくなったのは、次
の理由からである。すなわち、従来方式（特願２０００
−３６８８０１）では、発熱抵抗体Ｒｈと流体との熱の
授受そのものを出力としていたため、圧力変化すなわち
気体の密度が変化すると出力が変わってしまっていた。
ところが、熱式流量計１Ａでは、圧力が変化した場合、
発熱抵抗体Ｒｈと流体との熱の授受は変化するが、上流
温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２の抵抗値
が同じように変化するため、上流温度検出抵抗体Ｒ１と
下流温度検出抵抗体Ｒ２の中間電位Ｖｏｕｔは変化しな
い。したがって、圧力が変化しても出力に影響が出ない
のである。

【００５０】このように熱式流量計１，１Ａは、双方向
において流量計測が可能であり、また応答性（約２０ｍ
ｓｅｃ）を損なうことなく測定出力が非常に安定してい
る。このため、熱式流量計１，１Ａを半導体チップマウ
ンティング時のハンドリングにおける真空吸着の吸着お
よびリリースの確認に用いた場合、吸着およびリリース
を正確に判断することができる。なぜなら、吸着時と非
吸着時におけるオリフィス内の流量を瞬時に正確かつ安
定して測定することができるからである。したがって、
吸着およびリリースの確認に熱式流量計１，１Ａを利用
することにより、実際には吸着しているにも関わらず、
吸着していないと誤判断されることがなくなり吸着確認
を正確に行うことができるとともに、リリースの確認も
行うことができる。これにより、近年、小型化の進む半
導体チップ（例えば０．５ｍｍ角）のマウンティング時
におけるハンドリング作業を非常に効率よく行うことが
できる。

【００５１】以上、詳細に説明したように本実施の形態
に係る熱式流量計１，１Ａによれば、ボディ４１に形成
された流路空間４４に積層体５０，５０Ａを装着して、
主流路Ｍを構成することにより、被測定流体の最適なバ
イパス比を設定することができるため、リニアな出力特
性を得ることができる。また、積層体５０，５０Ａに
は、主流路Ｍとセンサ流路Ｓとの間に配置される３層の
メッシュ部５１Ｍが備わっている。これにより、センサ
流路Ｓに流れ込む被測定流体の流れが整えられる。した
がって、非常に安定した出力を得ることができる。さら
に、測定チップ１１に上流温度検出抵抗体Ｒ１、下流温
度検出抵抗体Ｒ２、発熱抵抗体Ｒｔ、および流体温度検
出抵抗体Ｒｔを設け、電気回路により、発熱抵抗体Ｒｈ
と流体温度検出抵抗体Ｒｔとが一定の温度差になるよう
に制御し、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗
体Ｒ２との温度差に基づき被測定流体の流量を測定す
る。これにより、双方向の流量検知ができる。

【００５２】なお、上記した実施の形態は単なる例示に
すぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であるこ
とはもちろんである。例えば、上記した実施の形態にお
いては、積層体として２種類のものを例示したが、これ
だけに限られず、各薄板５１，５２，５３，５６を任意
に組み合わせて積層体を構成することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明した通り本発明に係る熱式流量
計によれば、流量を計測するための抵抗体が架設された
センサ流路の他に、前記センサ流路に対するバイパス流
路を備える熱式流量計において、バイパス流路を、抵抗
体を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電
気回路用電極が表面に設けられた基板を、側面開口部を
備える流体流路が形成されたボディに対し、エッチング
加工した薄板を複数枚積層した積層体を介して、側面開
口部を塞ぐようにして密着させることにより形成し、セ
ンサ流路を、抵抗体とその抵抗体に接続する抵抗体用電
極とが設けられた測定チップを、抵抗体用電極と電気回
路用電極とを接着して基板に実装することにより、測定
チップあるいは基板の少なくとも一方に設けられた溝に
よって形成して、測定チップに、流れ方向上流側に設け
られた上流温度検出抵抗体と、流れ方向下流側に設けら
れた下流温度検出抵抗体と、上流温度検出抵抗体と下流
温度検出抵抗体との間に設けられ、上流温度検出抵抗体
と下流温度検出抵抗体とを加熱する発熱抵抗体と、被測
定流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体とを設け
て、電気回路により、発熱抵抗体と流体温度検出抵抗体
とが一定の温度差になるように制御し、上流温度検出抵
抗体と下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流体流量
を測定することとしたので、双方向の流量検知ができる
とともに、出力特性をリニアにすることができ、かつ応
答性を損なうことなく安定した出力を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る熱式流量計（フルスケール流
量５Ｌ／ｍｉｎ）の概略構成図である。

【図２】ボディの平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図１に示す積層体の分解斜視図である。

【図５】メッシュ板を示す図であり、（ａ）が平面図、
（ｂ）がＡ−Ａ断面図である。

【図６】図５のメッシュ部の拡大図である。

【図７】スペーサを示す図であり、（ａ）が平面図、
（ｂ）がＡ−Ａ断面図である。

【図８】センサ基板の斜視図である。

【図９】測定チップの平面図である。

【図１０】定温度差回路の回路図である。

【図１１】出力回路の回路図である。

【図１２】別の形態に係る熱式流量計（フルスケール流
量１Ｌ／ｍｉｎ）の概略構成図である。

【図１３】図１２に示す積層体の分解斜視図である。

【図１４】両端開口板を示す図であり、（ａ）が平面
図、（ｂ）がＡ−Ａ断面図である。

【図１５】溝付両端開口板を示す図であり、（ａ）が平
面図であり、（ｂ）がＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）がＢ
−Ｂ断面図である。

【図１６】実施の形態に係る熱式流量計の出力特性を示
す図である。

【図１７】別の形態に係る熱式流量計の出力特性を示す
図である。

【図１８】実施の形態に係る熱式流量計の時間に対する
出力特性を示す図である。

【図１９】別の形態に係る熱式流量計の圧力特性を説明
するための図である。

【図２０】小径のノズルを用いた場合における非吸着時
と吸着時との圧力変化を示す図である。

【図２１】小径のノズルを用いた場合における非吸着時
と吸着時との流量変化を示す図である。

【図２２】双方向検知ができない従来の熱式流量計の圧
力特性を説明するための図である。

【図２３】双方向検知ができない従来の熱式流量計の出
力特性を示す図である。

【図２４】双方向検知ができる従来の熱式流量計の出力
特性を示す図である。

【図２５】双方向検知ができる従来の熱式流量計の時間
に対する出力特性を示す図である。

【符号の説明】

１，１Ａ 熱式流量計 １１ 測定チップ １３ 測定チップの溝 １４，１５，１６，１７，１８，１９ 抵抗体用電極 ２１ センサ基板 ２３ センサ基板の溝 ２４，２５，２６，２７，２８，２９ 電気回路用電極 ３１，３２，３３，３４ 電気素子 ４１ ボディ ４４ 流路空間 ５０，５０Ａ 積層体 ５１ メッシュ板 ５１Ｍ メッシュ部 ５２ スペーサ ５３ 両端開口板 ５６ 溝付両端開口板 ５６Ｅ 溝 Ｍ 主流路（バイパス流路） Ｒ１ 上流温度検知抵抗体 Ｒ２ 下流温度検知抵抗体 Ｒｈ 発熱抵抗体 Ｒｔ 流体温度検知抵抗体 Ｓ センサ流路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流量を計測するための抵抗体が架設され
   たセンサ流路の他に、前記センサ流路に対するバイパス
   流路を備える熱式流量計において、 前記バイパス流路は、抵抗体を用いた計測原理を行うた
   めの電気回路に接続する電気回路用電極が表面に設けら
   れた基板を、側面開口部を備える流体流路が形成された
   ボディに対し、エッチング加工した薄板を複数枚積層し
   た積層体を介して、前記側面開口部を塞ぐようにして密
   着させることにより形成され、 前記センサ流路は、抵抗体とその抵抗体に接続する抵抗
   体用電極とが設けられた測定チップを、前記抵抗体用電
   極と前記電気回路用電極とを接着して前記基板に実装す
   ることにより、前記測定チップあるいは前記基板の少な
   くとも一方に設けられた溝によって形成されており、 前記測定チップには、 流れ方向上流側に設けられた上流温度検出抵抗体と、 流れ方向下流側に設けられた下流温度検出抵抗体と、 前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との
   間に設けられ、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度
   検出抵抗体とを加熱する発熱抵抗体と、 被測定流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体と、が
   備わり、 前記電気回路により、前記発熱抵抗体と前記流体温度検
   出抵抗体とが一定の温度差になるように制御され、前記
   上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との温度
   差に基づき被測定流体の流量が測定されることを特徴と
   する熱式流量計。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する熱式流量計におい
   て、 前記積層体に、前記薄板の両端にメッシュが形成された
   メッシュ板が含まれていることを特徴とする熱式流量
   計。
3. 【請求項３】 請求項２に記載する熱式流量計におい
   て、 前記積層体は、前記薄板の縁部を残してその他の部分を
   開口させたスペーサを介して前記メッシュ板を積層した
   ものであることを特徴とする熱式流量計。
4. 【請求項４】 請求項２に記載する熱式流量計におい
   て、 前記積層体は、前記薄板の両端に開口部が形成されると
   ともに、中央に溝が形成された溝付両端開口板を介して
   前記メッシュ板を積層したものであることを特徴とする
   熱式流量計。
5. 【請求項５】 請求項４に記載する熱式流量計におい
   て、 前記積層体は、前記薄板の両端に開口部が形成された両
   端開口板を含んでいることを特徴とする熱式流量計。