JP2012093174A

JP2012093174A - フローセンサ

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Publication number: JP2012093174A
Application number: JP2010239717A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ike; 信一池
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-05-17
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: JP5638344B2

Abstract

【課題】所定の腐食性物質に対して耐食性の高いフローセンサを提供する。
【解決手段】フローセンサ１０は、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂと、第１基板２０ａの一方の面（図１において上面）に設けられ、流体の速度を検出するための検出部２１と、を備え、第１基板２０ａの一方の面（図１において上面）と第２基板２０ｂの他方の面（図１において下面）とが接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明に係るいくつかの態様は、流体の速度を検出するための検出部が形成された基板を備えるフローセンサに関する。

従来、この種のフローセンサとして、基板上に配置されたヒータと一対の熱感知素子とを含む検出部を備えた流量センサにおいて、当該検出部の上に配置された保護層を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この流量センサは、基板上に形成されたダイアフラム（薄膜ブリッジ構造）の上に検出部が配置され、蒸着等の方法によりフッ素ポリマー薄膜を基板上に堆積させて保護層を形成することで、検出部が液体に曝されることに起因する腐食を最小にする。

特表２００９−５２９６９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の流量センサでは、ダイアフラムの裏面側に保護層を蒸着することができなかった。また、基板に形成されたスルーホールの底面の全てに保護層を蒸着することもできなかった。その結果、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃等を含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）等、腐食性物質が存在する環境（状況）の下で使用することが困難であった。

本発明のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、所定の腐食性物質に対して耐食性の高いフローセンサを提供することを目的の１つとする。

本発明に係るフローセンサは、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する第１及び第２の基板と、第１の基板の一方の面に設けられ、流体の速度を検出するための検出部と、を備え、第１の基板の一方の面と第２に基板の他方の面とが接合されている。

かかる構成によれば、検出部が第１の基板の一方の面に設けられ、第１の基板の一方の面と第２の基板の他方の面とが接合されている。これにより、検出部は、第１の基板と第２の基板との間に配置されるので、外部に対して露出する（曝される）ことがない。また、第１の基板の一方の面と第２に基板の他方の面とが接合されているので、第１の基板と第２の基板との間から所定の腐食性物質が浸食（侵入）するのを防止することが可能となる。これにより、第１及び第２の基板自体が耐食性を有することと相俟って、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃等を含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）等の所定の腐食性物質に対するフローセンサの耐食性を高めることができる。

好ましくは、第１の基板の他方の面に第１の凹部を有し、第２の基板の一方の面における第１の凹部に対向する位置に第２の凹部を有し、検出部は第１の凹部と第２の凹部との間に配置される。

かかる構成によれば、第１の基板が他方の面に第１の凹部を有し、第２の基板が一方の面における前記第１の凹部に対向する位置に第２の凹部を有し、検出部が第１の凹部と第２の凹部との間に配置される。これにより、第１の基板及び第２の基板の他の部分と比較して、検出部を覆う第１の凹部及び第２の凹部の厚さが薄くなる。これにより、第１の凹部及び第２の凹部を所定の厚さに設定することで、検出部の所望の検出感度を維持しつつ、流体に含まれるゴミや塵等のダストが検出部を覆う第１の凹部及び第２の凹部に衝突したときに、検出部を保護し得る機械的強度を備えることができる。また、検出部を覆う第１の凹部及び第２の凹部が、第１の基板及び第２の基板の他の部分と比較して熱容量の小さいダイアフラムを形成することできる。

好ましくは、前述の検出部は、流体を加熱するヒータと、ヒータによって生ずる流体の温度差を測定するように構成された測温ユニットとを含む。

かかる構成によれば、検出部が、流体を加熱するヒータと、ヒータによって生ずる流体の温度差を測定するように構成された測温ユニットとを含む。これにより、流体の温度差から当該流体の速度（流速）を検出する熱式のフローセンサを容易に実現（構成）することができる。

好ましくは、前述の測温ユニットは、ヒータに対して上流側と下流側とにそれぞれ配置される複数の温度センサを有する。

かかる構成によれば、測温ユニットが、ヒータに対して上流側と下流側とにそれぞれ配置される複数の温度センサを有する。これにより、ヒータに対して上流の流体の温度と下流の流体の温度とをそれぞれ測定することができ、ヒータによって生ずる流体の温度差を容易に測定することができる。

好ましくは、第１及び第２の基板の材料は、それぞれガラス又はサファイアである。

かかる構成によれば、第１及び第２の基板の材料が、それぞれガラス又はサファイアである。ここで、ガラス及びサファイアは、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃等を含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）等の腐食性物質に対して耐食性を有するとともに、高い機械的強度を有する材料である。これにより、所定の腐食性物質に対して耐食性の高いフローセンサを容易に実現することができる。また、検出部を覆う第１の凹部及び第２の凹部の機械的強度を高めることができる。

好ましくは、第１の基板の他方の面及び第２の基板の一方の面のうちの少なくとも一方の面側に、流体が流通する流路を形成するように設けられた流路形成部材を更に備え、流路形成部材は、前述の所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。

かかる構成によれば、第１の基板の他方の面及び第２の基板の一方の面のうちの少なくとも一方の面側に、流体が流通する流路を形成するように設けられた流路形成部材は、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。これにより、流体に対して露出している部分が全て耐食性を有するので、流体が所定の腐食性物質を含む場合に好適に用いることができる。

本発明に係るフローセンサの一例を説明する側方断面図である。図１に示した上部流路形成部材の下面図である。図１に示した下部流路形成部材の上面図である。図１に示した基板の上面図である。図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図である。図１１に示したフローセンサの設置例を説明する側方断面図である。本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図である。図１３に示したフローセンサの設置例を説明する側方断面図である。本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図である。本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図である。

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。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。

図１乃至図１０は、本発明に係るフローセンサの一例を示すためのものである。図１は、本発明に係るフローセンサの一例を説明する側方断面図である。図１に示すように、フローセンサ１０は、第１基板２０ａと第２基板２０ｂとを含む基板２０と、基板２０の上に設置された上部流路形成部材３０と、基板２０の下に設置された下部流路形成部材４０と、を備える。なお、本実施形態における上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０は、本発明のフローセンサにおける「流路形成部材」の一例に相当する。

図２は、図１に示した上部流路形成部材の下面図である。図２に示すように、上部流路形成部材３０の下面には、矩形状の凹部３１が設けられている。凹部３１は、基板２０における対向する面、すなわち図１に示した第２基板２０ｂの上面との間に第１流路３１ａを形成する。凹部３１には、外部に通じる流入口３２及び流出口３３が設けられている。図１に示したように、流入口３２及び流出口３３は、凹部３１の底面から上部流路形成部材３０の上面に貫通しており、流入口３２から流入した流体が第１流路３１ａを通って流出口３３から流出するようになっている。また、後述する基板２０の電極部２６，２７に対応する位置に切欠部３４，３５が形成されており、上部流路形成部材３０を基板２０の上に設置したときに、電極部２６，２７が露出するようになっている。

図３は、図１に示した下部流路形成部材の上面図である。図３に示すように、下部流路形成部材４０の上面には、矩形状の凹部４１が設けられている。凹部４１は、基板２０における対向する面、すなわち図１に示した第１基板２０ａの下面との間に第２流路４１ａを形成する。

上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０の材料としては、例えば、ステンレス、シリコン（Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）に二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）をコーティングしたもの、アルミナセラミックス、ガラス、サファイア等が挙げられる。また、上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０の材料は、所定の腐食性物質、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃等を含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）等に対して耐食性を有するものが好ましい。具体的には、腐食性物質がＣｌ₂、ＢＣｌ₃等の塩素（Ｃｌ）を含む場合、シリコン（Ｓｉ）は、この腐食性物質に対して耐食性を有さない（耐食性が低い）ため、上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０の材料として用いるのは適切ではない。一方、腐食性物質が塩素（Ｃｌ）を含まないＳＯｘ、ＮＯｘ等である場合、シリコン（Ｓｉ）はこの腐食性物質に対して耐食性を有する（耐食性が高い）ので、上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０の材料として好適に用いることができる。なお、上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０は、同一材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。

図４は、図１に示した基板を説明する上面図である。図４に示すように、基板２０は、基板２０の中央部に設けられ、流体の速度を検出するための検出部２１を有する。検出部２１は、流体を加熱するヒータ（抵抗素子）２２と、ヒータ２２によって生ずる流体の温度差を測定するように構成された一組の抵抗素子２３，２４と、を含んで構成される。これにより、流体の温度差から当該流体の速度（流速）を検出する熱式のフローセンサ１０を容易に実現（構成）することができる。なお、本実施形態における抵抗素子２３，２４は、本発明のフローセンサにおける「測温ユニット」の一例に相当する。

抵抗素子２３，２４は、基板２０においてヒータ２２を挟んでヒータ２２の左側と右側との両側に、それぞれ設けられる。また、基板２０は、周囲温度センサ（抵抗素子）３５と、平面視において基板２０の上辺側と下辺側とに設けられ、複数の電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃを有する一組の電極部２６，２７と、をさらに有する。電極部２６，２７の各電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃと、ヒータ２２、抵抗素子２３，２４、及び周囲温度センサ２５とは、基板２０に形成された配線によって電気的に接続されている。

このような構成を備えるフローセンサ１０は、例えば図１中にブロック矢印で示すように、測定対象である流体、例えばガスの流通する方向に沿って、抵抗素子２３，２２及び２４が順に並ぶように配置される。この場合、抵抗素子２３は、ヒータ２２よりも上流側（図１において左側）に設けられた上流側温度センサとして機能し、抵抗素子２４は、ヒータ２２よりも下流側（図１において右側）に設けられた下流側温度センサとして機能する。このように、ヒータ２２に対して上流側に抵抗素子２３を配置し、下流側に抵抗素子２３を配置することにより、ヒータ２２に対して上流の流体の温度と下流の流体の温度とをそれぞれ測定することができ、ヒータ２２によって生ずる後述する流体の温度差を、容易に測定することができる。

基板２０において検出部２１が設けられる部分は、後述するように、熱容量が小さいダイアフラムを成す。周囲温度センサ２５は、フローセンサ１０が設置された管路（図示省略）を流通するガスの温度を測定する。ヒータ２２は、例示的に、基板２０の中心に配置されており、周囲温度センサ２５が計測したガスの温度よりも一定温度高くなるように、加熱される。上流側温度センサ２３は、ヒータ２２よりも上流側の温度を検出するのに用いられ、下流側温度センサ２４は、ヒータ２２よりも下流側の温度を検出するのに用いられる。

ここで、管路内のガスが静止している場合、ヒータ２１で加えられた熱は、上流方向及び下流方向へ対称的に拡散する。従って、上流側温度センサ２３及び下流側温度センサ２４の温度は等しくなり、上流側温度センサ２３及び下流側温度センサ２４の電気抵抗は等しくなる。これに対し、管路内のガスが上流から下流に流れている場合、ヒータ２２で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。従って、上流側温度センサ２３の温度よりも、下流側温度センサ２４の温度が高くなる。

このような温度差は、上流側温度センサ２３の電気抵抗と下流側温度センサ２４の電気抵抗との間に差を生じさせる。下流側温度センサ２４の電気抵抗と上流側温度センサ２３の電気抵抗との差は、管路内のガスの速度や流量と相関関係がある。そのため、下流側温度センサ２４の電気抵抗と上流側温度センサ２３の電気抵抗との差を基に、管路を流通する流体の速度（流速）や流量を算出することができる。抵抗素子２２、２３及び２４の電気抵抗の情報は、図４に示す電極部２６，２７を通じて電気信号として取り出すことができる。

また、図４に示すように、基板２０には、検出部２１を挟んで検出部２１の左側と右側の両側に形成された一組の貫通孔２８，２９が設けられている。図１に示したように、貫通孔２８，２９は、基板２０の上面から下面まで貫通しており、貫通孔２８は検出部２１に対して上流側（図１において左側）に配置されて上流側貫通孔として機能し、貫通孔２９は検出部２１に対して下流側（図１において右側）に配置されて下流側貫通孔として機能する。これにより、図１に示すように、流体が第１流路３１ａを流通する場合、当該流体は上流側貫通孔２８を通って第２流路４１ａを流通し、下流側貫通孔２９を通って再び第１流路３１ａに戻ることが可能となる。

この場合、図１中に矢印で示すように、流入口３２から流入した流体が、上部流路形成部材３０によって形成された第１流路３１ａを流通するとともに、上流側貫通孔２８を通って下部流路形成部材４０によって形成された第２流路４１ａを流通する。また、第１流路３１ａを流通した流体は流出口３２から流出し、第２流路３１ａを流通した流体は、下流側貫通孔２９を通って流出口３２から流出する。このように、上部流路形成部材３０が、第２基板２０ｂの一方の面（図１において上面）との間に流体が流通する第１流路３１ａを形成し、下部流路形成部材４０が、第１基板２０ａの他方の面（図１において下面）との間に流体が流通する第２流路４１ａを形成することにより、基板２０の一方の面（図１において上面）側と他方の面（図１において下面）側の両側に、流体を流すことができる。また、このとき、基板２０の検出部２１が第１流路３１ａと第２流路４１ａとの間に宙吊りの状態で配置される。

次に、図５乃至図１０を参照して基板２０の製造方法の一例を説明する。

図５乃至図１０は、図１に示した基板の製造方法の一例を説明する側方断面図である。なお、図５乃至８と図１０は、図４に示したＩ−Ｉ線矢視方向断面図であり、図９は図４に示したＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。最初に、図５に示すように、図１に示した第１基板２０ａの元となる部材として、板状のウエハＡを用意する。ウエハＡは、例えば、２５０μｍ程度の厚さを有している。

次に、図６に示すように、ウエハＡの下面の中央部に、ドリル等を用いた機械加工により座ぐりのような凹みを形成する。次に、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等の方法により、凹みを形成した部分の反対の面（上面）に、白金等の金属を付着させ、検出部２１を構成する各要素を形成（パターニング）する。また、同様の方法により、検出部２１を挟んだ両側（右側と左側）に、電極部２６，２７を構成する各電極を形成（パターニング）するとともに、検出部と電極部２６，２７とを接続する配線を形成（パターニング）する。

次に、図１に示した第２基板２０ａの元となる部材として、図５に示したウエハＡと同様の板状のウエハＢを用意し、図７に示すように、ウエハＢの上面の中央部に、ドリル等を用いた機械加工により座ぐりのような凹みを形成する。また、後述するウエハＡとウエハＢとの接合の際に、ウエハＢにおいてウエハＡの電極部２６，２７に対応する位置に、それぞれ貫通孔を形成する。同様に、ウエハＡとウエハＢとの接合の際に、ウエハＢにおいてウエハＡの検出部２１及び配線に対応する位置に、それぞれ座ぐりのような所定の深さの凹みを形成する。これにより、ウエハＡとウエハＢとの接合時に、ウエハＡに設けられた検出部２１及び配線によって段差が生じて接合不良となるのを防止することができる。

次に、図８に示すように、図６に示したウエハＡの上面に、図７に示したウエハＢを下面を載置し、ウエハＡの上面とウエハＢの下面とを接合する。これにより、ウエハＡの上面に設けられた検出部２１は、ウエハＡ及びウエハＢによって被覆される。

接合方法としては、例えば、拡散接合、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを用いたイオンビームを接合する両面に照射して活性化してから接合する表面活性化接合（常温接合）、金や銀等のろう材を接合する両面に付けてから接合するろう付け、陽極接合等が挙げられる。また、接合方法は、接合する部材の種類によって適切な接合方法を使い分ける。具体的には、ウエハＡ及びウエハＢの材料がガラスの場合には、陽極接合は用いることができず、表面活性化接合等を用いる。一方、ウエハＡ及びウエハＢの材料がシリコン（Ｓｉ）の場合には、陽極接合を好適に用いることができる。

なお、本明細書における「接合」という用語は、物と物とをつなぎ合わせる広義の接合を意味し、ろう付け等を含む概念である。また、「接合」という用語は、接着剤を用いる方法を除外する意味であることが好ましい。

次に、図９に示すように、検出部２１を挟んだ両側（右側と左側）に、ドリル等を用いた機械加工によりウエハＢの上面からウエハＡの下面まで貫通した貫通孔２８，２９を形成する。

最後に、図１０に示すように、ウエハＡの凹みを形成した部分とウエハＢの凹みを形成した部分に、図１０中にブロック矢印で示すエッチングを施して当該部分の厚さをそれぞれ制御する。これにより、第１基板２０ａと第２基板２０ｂとを含む基板２０が製造される。

この基板２０では、検出部２１が第１基板２０ａの一方の面（図１０において上面）に設けられ、第１基板２０ａの一方の面（図１０において上面）と第２基板２０ｂの他方の面（図１０において下面）とが接合されている。これにより、検出部２１は、第１基板２０ａと第２基板２０ｂとの間に配置されるので、外部に対して露出する（曝される）ことがない。また、第１基板２０ａの一方の面（図１０において上面）と第２基板２０ｂの他方の面（図１０において下面）とが接合されているので、第１基板２０ａと第２基板２０ｂとの間から所定の腐食性物質が浸食（侵入）するのを防止することが可能となる。

また、エッチングを施した結果、第１基板２０ａの他方の面（図１０において下面）に第１凹部２０１ａが形成され、第２基板２０ｂの一方の面（図１０において上面）における第１凹部２０１ａに対向する位置に、第２凹部２０１ｂが形成されている。検出部２１は第１凹部２０１ａと第２凹部２０１ｂとの間に配置される。これにより、第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂの他の部分と比較して、検出部２１を被覆する第１凹部２０１ａ及び第２凹部２０１ｂの厚さが薄くなる。

第１凹部２０１ａ及び第２凹部２０１ｂは、熱容量が小さいダイアフラム２０１を成しており、ダイアフラム２０１は、例えば、１０〜１００μｍ程度の厚さを有している。

第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂの材料としては、前述の上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０と同様の材料が挙げられ、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。特に、第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂの材料としては、それぞれガラス又はサファイアが好ましい。なお、第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂは、同一材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。

図１１は、本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図であり、図１２は、図１１に示したフローセンサの設置例を説明する側方断面図である。本発明に係るフローセンサは、図１乃至図１０に示した例に限定されない。例えば、図１１に示すように、フローセンサ１０Ａは、図１に示した基板２０を上下逆さまに配置し、第１基板２０ａの上に上部流路形成部材３０が設置され、第２基板２０ｂの下に下部流路形成部材４０が設置されている。また、下部流路形成部材４０には、外部と第２流路４１ａを連通する流入口４２及び流出口４３が設けられている。

この場合、フローセンサ１０Ａは、図１２に示すように、流体が所定方向（図１２において左側から右側方向）に流通する本体Ａに、Ｏ（オー）リングＸを介して組み付けられ、設置される。これにより、流体が第２流路４１ａを流通する場合、当該流体は図１１に示す上流側貫通孔２８を通って第１流路３１ａを流通し、図１１に示す下流側貫通孔２９を通って再び第２流路４１ａに戻ることが可能となる。

図１３は、本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図であり、図１４は、図１３に示したフローセンサの設置例を説明する側方断面図である。また、流路形成部材は、第１基板２０ａの他方の面及び第２基板２０ｂの一方の面のうちの少なくとも一方の面側に、流路を形成するように設けられていればよく、流路形成部材自体が流路を形成する場合に限定されない。例えば、図１３に示すように、フローセンサ１０Ｂは、図１に示した基板２０を上下逆さまに配置し、第１基板２０ａの上に上部流路形成部材３０が設置されている。

この場合、フローセンサ１０Ｂは、図１４に示すように、流体が所定方向（図１４において左側から右側方向）に流れ、上面の一部が開口した本体Ｂに、当該開口を覆うように設置される。これにより、本体Ｂと図１３に示した第２基板２０ｂの一方の面（図１４において下面）との間に、第２流路４１ａが形成される。

図１５は、本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図である。また、流体は、上流側貫通孔２８及び下流側貫通孔２９を通る場合に限定されない。例えば、図１５に示すように、フローセンサ１０Ｃは、第１流路３１ａを形成する図２に示した凹部３１の一端（図１５において左端）に流入口３２が設けられ、凹部３１の他端（図１５において右端）に流出口３３が設けられている。また、第２流路３１ａを形成する図３に示した凹部４１の一端（図１５において左端）に流入口４２が設けられ、凹部４１の他端（図１５において右端）に流出口４３が設けられている。

この場合、フローセンサ１０Ｃは、図１５中にブロック矢印で示す流体の流通する方向に対し、流入口３２及び流入口４２を向けて配置される。これにより、流体が、流入口３２及び流出口３３を通って第１流路３１ａを流通するとともに、流入口４２及び流出口４３を通って第２流路４１ａを流通する。よって、基板２０には、上流側貫通孔２８及び下流側貫通孔２９が無くてもよい。

図１６は、本発明に係るフローセンサの他の例を説明する側方断面図である。また、流路形成部材は、第１基板２０ａの他方の面及び第２基板２０ｂの一方の面のうち少なくとも一方の面側に流路を形成するように設けられていればよく、第１基板２０ａの他方の面側及び第２基板２０ｂの一方の面側の両側に流路を形成する場合に限定されない。例えば、図１６に示すように、フローセンサ１０Ｄは、下部流路形成部材４０にキャビティ４１ｂが形成されている。上流側貫通孔２８及び下流側貫通孔２９は、第１流路３１ａとキャビティ４１ｂとを連通し、上流側貫通孔２８及び下流側貫通孔２９は、図１に示した場合と比較して、その直径が小さく設定されている。

この場合、流体が所定速度で第１流路３１ａを流通している状態では、当該流体はキャビティ４１ｂを流通することはない。すなわち、流体が所定速度で第１流路３１ａを流通し始めた初期状態では、上流側貫通孔２８を通ってキャビティ４１ｂに流体が流れ、下流側貫通孔２９を通って第１空間３１ａに戻る場合がある。しかしながら、キャビティ４１ｂに流体が満たされた（充填された）状態では、キャビティ４１ｂ内の流体は流動しないか、又は第１流路３１ａを流通する流体と比較して非常に遅い速度で流動する。よって、キャビティ４１は流路ではなく、上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０は、第２基板２０ｂの一方の面（図１６において上面）側に第１流路３１ａのみを形成する。

なお、本明細書における「流通」という用語は、所定期間にわたり流体が流れ通ることを意味し、過渡的（一時的）に流体が流れ通る場合を除外する意味である。

このように、本実施形態におけるフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄによれば、検出部２１が第１基板２０ａの一方の面（図１、図１０、図１５及び図１６において上面、図１１及び図１３において下面）に設けられ、第１基板２０ａの一方の面（図１、図１０、図１５及び図１６において上面、図１１及び図１３において下面）と第２基板２０ｂの他方の面（図１、図１０、図１５及び図１６において下面、図１１及び図１３において上面）とが接合されている。これにより、検出部２１は、第１基板２０ａと第２基板２０ｂとの間に配置されるので、外部に対して露出する（曝される）ことがない。また、第１基板２０ａの一方の面（図１、図１０、図１５及び図１６において上面、図１１及び図１３において下面）と第２基板２０ｂの他方の面（図１、図１０、図１５及び図１６において下面、図１１及び図１３において上面）とが接合されているので、第１基板２０ａと第２基板２０ｂとの間から所定の腐食性物質が浸食（侵入）するのを防止することが可能となる。これにより、第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂ自体が耐食性を有することと相俟って、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃等を含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）等の所定の腐食性物質に対するフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの耐食性を高めることができる。

また、本実施形態におけるフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄによれば、第１基板２０ａが他方の面（図１０において下面）に第１凹部２０１ａを有し、第２基板２０ｂが一方の面（図１０において上面）における第１凹部２０１ａに対向する位置に第２凹部２０１ｂを有し、検出部２１が第１凹部２０１ａと第２凹部２０１ｂとの間に配置される。これにより、第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂの他の部分と比較して、検出部２１を被覆する第１凹部２０１ａ及び第２凹部２０１ｂの厚さが薄くなる。これにより、第１凹部２０１ａと第２凹部２０１ｂを所定の厚さに設定することで、検出部２１の所望の検出感度を維持しつつ、流体に含まれるゴミや塵等のダストが第１凹部２０１ａ又は第２凹部２０１ｂに衝突したときに、検出部２１を保護し得る機械的強度を備えることができる。また、熱式のフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄにおいて、検出部２１を被覆する第１凹部２０１ａ及び第２凹部２０１ｂが、第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂの他の部分と比較して熱容量の小さいダイアフラム２０１を形成することできる。

また、本実施形態におけるフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄによれば、検出部２１が、流体を加熱するヒータ２２と、ヒータによって生ずる流体の温度差を測定するように構成された測温ユニットとを含む。これにより、流体の温度差から当該流体の速度（流速）を検出する熱式のフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを容易に実現（構成）することができる。

また、本実施形態におけるフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄによれば、測温ユニットが、ヒータ２２に対して上流側と下流側とにそれぞれ配置される上流側温度センサ２３及び下流側温度センサ２４を有する。これにより、ヒータ２２に対して上流の流体の温度と下流の流体の温度とをそれぞれ測定することができ、ヒータ２２によって生ずる流体の温度差を容易に測定することができる。

また、本実施形態におけるフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄによれば、第１基板２０ａ及び第２基板２０ｂの材料が、それぞれガラス又はサファイアである。ここで、ガラス及びサファイアは、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃等を含有するガス（気体）や、硫酸や硝酸を含む薬液（液体）等の腐食性物質に対して耐食性を有するとともに、高い機械的強度を有する材料である。これにより、所定の腐食性物質に対して耐食性の高いフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを容易に実現することができる。また、検出部２１を被覆する第１凹部２０１ａ及び第２凹部２０１ｂの機械的強度を高めることができる。

また、本実施形態におけるフローセンサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄによれば、第１基板２０ａの他方の面（図１、図１０、図１５及び図１６において下面、図１１及び図１３において上面）及び第２基板２０ｂの一方の面（図１、図１０、図１５及び図１６において上面、図１１及び図１３において下面）のうちの少なくとも一方の面側に、流体が流通する流路を形成するように設けられた上部流路形成部材３０及び下部流路形成部材４０は、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。これにより、流体に対して露出している部分が全て耐食性を有するので、流体が所定の腐食性物質を含む場合に好適に用いることができる。

なお、前述の実施形態の構成は、組み合わせたり或いは一部の構成部分を入れ替えたりしたりしてもよい。また、本発明の構成は前述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…フローセンサ
２０…基板
２０ａ…第１基板
２０ｂ…第２基板
２１…検出部
２２…ヒータ（抵抗素子）
２３…上流側温度センサ（抵抗素子）
２４…下流側温度センサ（抵抗素子）
２８…上流側貫通孔
２９…下流側貫通孔
３０…上部流路形成部材
３１ａ…第１流路
４０…下部流路形成部材
４１ａ…第２流路
２０１ａ…第１凹部
２０１ｂ…第２凹部

Claims

所定の腐食性物質に対して耐食性を有する第１及び第２の基板と、
前記第１の基板の一方の面に設けられ、流体の速度を検出するための検出部と、を備え、
前記第１の基板の一方の面と前記第２に基板の他方の面とが接合されている
ことを特徴とするフローセンサ。
前記第１の基板の他方の面に第１の凹部を有し、
前記第２の基板の一方の面における前記第１の凹部に対向する位置に第２の凹部を有し、
前記検出部は前記第１の凹部と前記第２の凹部との間に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のフローセンサ。
前記検出部は、前記流体を加熱するヒータと、前記ヒータによって生ずる前記流体の温度差を測定するように構成された測温ユニットを含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフローセンサ。
前記測温ユニットは、前記ヒータに対して上流側と下流側とにそれぞれ配置される複数の温度センサを有する
ことを特徴とする請求項３に記載のフローセンサ。
前記第１及び第２の基板の材料は、それぞれガラス又はサファイアである
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のフローセンサ。
前記第１の基板の他方の面及び前記第２の基板の一方の面のうちの少なくとも一方の面側に、前記流体が流通する流路を形成するように設けられた流路形成部材を更に備え、
前記流路形成部材は、前記所定の腐食性物質に対して耐食性を有する
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のフローセンサ。