JP2022141038A - 流動検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流路に対する外力や振動などの影響を減少させ、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を高精度に検知できる流動検知装置の提供。【解決手段】流動検知装置１は、内部を流れる流体の圧力変化によって膨縮する流壁１１を有する流路１０と、流壁１１の周囲の少なくとも一部を覆うと共に流壁１１の膨縮に応じて容積変動する内層部２１、及び、内層部２１を包囲する非通気性の外層部２２を有すると共に、外層部２２に内層部２１の容積変動に伴い内層部２１内の気体が出入りする窓部２３が設けられた受圧部２０と、窓部２３から出入りする気体によって撓み変形するカンチレバー３２を有する圧力検出部３０と、を備える。【選択図】図７

Description

本開示は、流動検知装置に関するものである。

下記特許文献１には、流体に非接触で流量異常を検知する流量異常検知装置が開示されている。この流量異常検知装置は、ローラポンプに接続された可撓性のチューブを、ヒンジで連結されたケース本体及び蓋部によって挟み込む。ケース本体には、歪みゲージが設けられ、当該歪みゲージをチューブの外表面に押し付けることで、チューブから受ける圧力を測定し、流量異常を検知している。

特開２０１８－１３２３６４号公報

ところで、微小流量の流動状態を検知する場合、チューブの変位は非常に小さく、例えば１μｍ以下の場合もある。上記従来技術のように、チューブに歪みゲージなどを押し付けてその変位を計測するセンサにおいては、信号レベルが小さくなり、外部からの外力や振動による変位の影響が相対的に大きくなる。そうすると、これがノイズ源となって、チューブの変位を精度よく検出できなくなる虞がある。つまり、センサそのものが高性能で高分解能であっても、外乱によりＳＮ比が劣化して測定が困難なるという問題があった。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、流路に対する外力や振動などの影響を減少させ、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を高精度に検知できる流動検知装置の提供を目的とする。

（１）本開示の一態様に係る流動検知装置は、内部を流れる流体の圧力変化によって膨縮する流壁を有する流路と、前記流壁の周囲の少なくとも一部を覆うと共に前記流壁の膨縮に応じて容積変動する内層部、及び、前記内層部を包囲する非通気性の外層部を有すると共に、前記外層部に前記内層部の容積変動に伴い前記内層部内の気体が出入りする窓部が設けられた受圧部と、前記窓部から出入りする前記気体によって撓み変形するカンチレバーを有する圧力検出部と、を備える。

本態様に係る流動検知装置によれば、内部を流れる流体の圧力変化によって流路の流壁が膨縮すると、当該流壁の周囲の少なくとも一部を覆う受圧部の内層部が容積変動し、当該内層部を覆う非通気性の外層部に設けられた窓部から気体が出入りする。そして、窓部から出入りする気体によってカンチレバーが撓み変形する。カンチレバーは、窓部から出入りする気体が微小であったとしても、そのガス圧に感度良く反応して撓み変形するため、流体の流動状態を高感度に検知することができる。
一方で、流路が外部から外力を受けたり、振動している場合、それのみでは流壁は膨縮しないため、受圧部の内層部は容積変動せず、カンチレバーは殆ど反応しない。
よって、本態様に係る流動検知装置によれば、流路に対する外力や振動などの影響を減少させ、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を高精度に検知できる。

（２）（１）の態様の流動検知装置において、前記内層部は、連通気泡を有する弾性体によって形成されていてもよい。

この場合には、内層部が流路の流壁を弾性的に支えることができる。また、流壁が膨縮した場合は、内層部がその膨縮に応じて弾性変形できる。さらに、内層部の弾性変形によって、流路の振動を減衰させることができる。

（３）（２）の態様の流動検知装置において、前記弾性体は、ポリウレタンフォームであってもよい。

この場合には、受圧部の内層部を低コストで作成できる。

（４）（１）から（３）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記内層部は、前記流壁よりも軟質であってもよい。

この場合には、例えば、流壁が膨張する場合、流体の内圧によって流壁が厚み方向において潰れきる前に、流壁より軟質の内層部が潰れはじめるため、内層部の容積変動の応答性が良くなり、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を感度良く検知することができる。

（５）（１）から（４）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記圧力検出部は、前記カンチレバーを挟んで前記窓部と連通する差圧室を形成するキャビティ筐体を備えてもよい。

この場合には、カンチレバーが外気からの影響を受け難くなるため、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を高精度に検知することができる。

（６）（１）から（５）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記受圧部を前記流壁に押さえ付ける押圧部材を備えてもよい。

この場合には、受圧部の内層部が流壁に密着するため、流壁の膨縮に伴う内層部の容積変動の応答性が良くなり、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を感度良く検知することができる。

（７）（１）から（６）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記受圧部は、前記流壁を囲う筒状部を備え、前記筒状部には、前記流路の長手方向に延びるスリットが形成されていてもよい。

この場合には、スリットを通して受圧部内に流路を挿入することができるので、流壁に対する受圧部の設置が容易になる。

（８）（１）から（７）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記流壁の周囲が、前記受圧部及び前記圧力検出部を含む複数の流動検知ユニットによって囲まれていてもよい。

この場合には、流壁の周囲を複数の流動検知ユニットによって取り囲むため、流動検知ユニットの一つ当たりの受圧部の内層部の容積が少なくて済む。そうすると、流壁の膨縮に伴う内層部の容積変動の応答性が良くなり、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を感度良く検知することができる。

（９）（８）の態様の流動検知装置において、前記複数の流動検知ユニットは、前記流路を挟んで対向配置された第１流動検知ユニット及び第２流動検知ユニットを含み、前記第１流動検知ユニット及び前記第２流動検知ユニットの前記圧力検出部から出力される信号を加算し、前記流路の振動ノイズを相殺する信号処理回路を備えてもよい。

この場合には、複数の流動検知ユニットに分けた結果、流路の振動ノイズを拾ってしまった場合であっても、流路を挟んで対向配置された第１流動検知ユニット及び第２流動検知ユニットの圧力検出部から出力される信号を加算することで、流路の振動ノイズを相殺し、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を高精度に検知できる。

上記本開示の一態様によれば、流路に対する外力や振動などの影響を減少させ、流体の圧力変化に伴う流路の形状変化を高精度に検知できる流動検知装置を提供できる。

第１実施形態に係る流動検知装置の断面構成図である。 図１に示す矢視ＩＩ－ＩＩ断面図である。 第１実施形態に係るカンチレバーの構成例を示す平面図である。 第１実施形態に係るアナログ回路部の構成例を示す回路図である。 第１実施形態に係る流動検知装置において流路が外力や振動などにより受圧部に対して上側に変位した様子を示す図である。 第１実施形態に係る流動検知装置において流路が外力や振動などにより受圧部に対して右側に変位した様子を示す図である。 第１実施形態に係る流動検知装置において流路の流壁が内部を流れる流体の圧力変化によって膨らんだ様子を示す図である。 第１実施形態に係る流動検知装置において流路の流壁が内部を流れる流体の圧力変化によって縮んだ様子を示す図である。 第１実施形態に係る流動検知装置の出力波形データの一例を示す図である。 第２実施形態に係る流動検知装置の断面構成図である。 第３実施形態に係る流動検知装置の断面構成図である。 第４実施形態に係る流動検知装置の断面構成図である。 第４実施形態に係る信号処理回路の第１例を示す構成図である。 第４実施形態に係る信号処理回路の第２例を示す構成図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る流動検知装置１の断面構成図である。図２は、図１に示す矢視ＩＩ－ＩＩ断面図である。
流動検知装置１は、図１に示すように、流路１０と、受圧部２０と、圧力検出部３０と、を備えている。

流路１０は、内部を流れる流体の圧力変化によって膨縮する流壁１１を有する。本実施形態の流路１０は、可撓性及び弾性を少なくとも有する、いわゆる送液用チューブであって、一定の内径（断面積）で長尺に形成されている。なお、流体の種類や用途等に応じて、必要に応じて流壁１１に酸化処理等の各種処理を施しても構わないし、耐熱性、透明性等の各種の特性を付加しても構わない。

流路１０は、例えば、図示しない脈動ポンプに接続されている。脈動ポンプは、給水タンク内に貯留されている流体を吸込み、既知の基準周波数で脈動させながら吐出する、いわゆるローラポンプを例示できる。流路１０は少なくとも可撓性及び弾性を有しているので、流壁１１は、流体の脈動に応じて波打つように膨縮する。

受圧部２０は、流壁１１の周囲の少なくとも一部（第１実施形態では全周）を覆うと共に流壁１１の膨縮に応じて容積変動する内層部２１と、内層部２１を覆う非通気性の外層部２２と、を有する。外層部２２には、内層部２１の容積変動に伴い内層部２１内の空気（気体）が出入りする窓部２３が設けられている。なお、本実施形態のように、圧力検出部３０にキャビティ筐体３５があり、気密空間を形成できる場合には、内層部２１内に空気ではない気体（例えば窒素ガス等）が充填されていても構わない。

内層部２１及び外層部２２は、流路１０の中心軸Ｏと同心の筒状部２０Ａを形成している。内層部２１は、連通気泡を有する弾性体によって形成されている。内層部２１を形成する弾性体としては、ポリウレタンフォームを例示できる。この内層部２１は、流体の内圧に応じて弾性変形できればよく、特に流壁１１よりも軟質であると容積変動の応答性が高まるためより好ましい。

なお、内層部２１は、流壁１１の膨縮に応じて容積変動できれば、空間（中空）であっても良いし、繊維の隙間に空気を保持できる繊維クッションなどであっても良い。また、内層部２１は、ゴムスポンジのような独立気泡のものをローラなどで圧壊することで連通気泡化したものであっても良い。

外層部２２は、窓部２３を除いて、内層部２１の外表面の全体を覆っている。具体的に、外層部２２は、図２に示すように、内層部２１の外周面及び内層部２１の長手方向における両端面を覆っている。窓部２３は、外層部２２の外周面の長手方向における中間位置に形成されている。

外層部２２は、例えば、内層部２１が軟質であるインテグラルスキンフォームやコーテッドウレタンなどのスキン層（表面層）であって、内層部２１よりも硬く通気性がほとんどない。なお、外層部２２は、非通気性を有し、受圧部２０の外形を保てれば、硬質プラスチックや金属などであっても構わない。ここで言う「非通気性」とは、完全に空気を通さないところまでは必要ではなく、圧力検出部３０が窓部２３からの圧力変動を感知できる程度のものでよい。

図１に戻り、窓部２３は、外層部２２の外周面の一部に形成されている。窓部２３からは、内層部２１の表面、すなわち連通気泡が露出している。窓部２３の周囲には、内層部２１及び外層部２２を含む筒状部２０Ａを保持する保持部材２４が設けられている。保持部材２４は、窓部２３の周囲を気密に囲うとともに、圧力検出部３０のセンサ基板３１に接続されている。

圧力検出部３０は、センサ基板３１と、カンチレバー３２と、アナログ回路部３３と、デジタル処理部３４と、キャビティ筐体３５と、を備えている。
センサ基板３１は、例えば、プリント回路基板である。センサ基板３１には、厚み方向に貫通する貫通孔３１ａが形成されている。貫通孔３１ａは、保持部材２４の内側に配置され、窓部２３と連通している。

キャビティ筐体３５は、有底筒状に形成され、センサ基板３１において保持部材２４が接続される側の面と反対側の面に、貫通孔３１ａを囲うように接続されている。カンチレバー３２は、キャビティ筐体３５の内側に配置されている。カンチレバー３２は、キャビティ筐体３５の内側において、貫通孔３１ａを囲うように接続された筒状のレバー支持部３６の開口端に取り付けられている。

キャビティ筐体３５は、カンチレバー３２を挟んで、第１空気室３０Ａと第２空気室３０Ｂとに区画されている。第１空気室３０Ａと第２空気室３０Ｂとは、カンチレバー３２に設けられた連通孔４２を介して互いに連通している。受圧部２０の窓部２３及びセンサ基板３１の貫通孔３１ａは、第２空気室３０Ｂに連通している。第１空気室３０Ａは、カンチレバー３２を挟んで第２空気室３０Ｂと連通する差圧室（気密室）となっている。

図３は、第１実施形態に係るカンチレバー３２の構成例を示す平面図である。
カンチレバー３２は、例えば、ＳＯＩ基板など半導体基板４０に形成されている。半導体基板４０には、ギャップＧ１およびギャップＧ２が設けられ、カンチレバー３２のレバー本体４１及びレバー支持部４３が形成されている。なお、ギャップＧ１およびギャップＧ２は、第１空気室３０Ａと第２空気室３０Ｂとを連通する連通孔４２となる。

レバー本体４１は、その基端部４１ｂがレバー支持部４３に接続されて片持ち支持されており、その先端部４１ａが自由端とされている。レバー本体４１は、基端部４１ｂから先端部４１ａに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ筐体３５の第１空気室３０Ａと第２空気室３０Ｂとの圧力差に応じて撓み変形する。

ギャップＧ１は、半導体基板４０とレバー本体４１の外周縁との間に形成された、半導体基板４０を厚さ方向に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）の溝である。また、ギャップＧ２は、レバー本体４１の基端部４１ｂにおいて形成された、レバー本体４１を厚さ方向に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）の溝である。ギャップＧ２は、レバー本体４１の基端部４１ｂにおいてレバー本体４１の幅方向の中央部に配置されている。

レバー支持部４３は、ギャップＧ２を挟んでレバー本体４１の幅方向に並ぶように二個配置され、レバー本体４１と半導体基板４０とを接続すると共にレバー本体４１を片持ち状態で支持している。２つのレバー支持部４３のレバー本体４１の幅方向における支持幅は、同等とされている。したがって、レバー本体４１が撓み変形した際、一方のレバー支持部４３に作用する単位面積当たりの応力と、他方のレバー支持部４３に作用する単位面積当たりの応力とは同等となっている。

半導体基板４０には、レバー本体４１を含むようにピエゾ抵抗（抵抗素子）であるドープ層４４（不純物半導体層）が形成されている。このドープ層４４は、例えばリン等のドープ材（不純物）がイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。ドープ層４４のうち、レバー本体４１が形成された部分（レバー支持部４３に形成されている部分を含む）は、抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）として機能する。

抵抗Ｒ１は、レバー支持部４３の撓み量に応じて抵抗値が変化する。また、図示を省略するが、ドープ層４４の上面には、ドープ層４４よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ（金）等）からなる電極が形成されている。この電極は、抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）の第１端および第２端として機能する。

図１に戻り、アナログ回路部３３は、レバー本体４１の撓み変形に応じた変位を検出するアナログ処理を行う回路である。このアナログ回路部３３は、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）である。アナログ回路部３３は、キャビティ筐体３５の内部、すなわち、第１空気室３０Ａに配置されている。

図４は、第１実施形態に係るアナログ回路部３３の構成例を示す回路図である。
図４に示すように、アナログ回路部３３は、ホイートストンブリッジ回路６１と、差動増幅回路６２と、を備えている。ホイートストンブリッジ回路６１は、カンチレバー３２が有する抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）と、抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ４とを備えている。

抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）は、第１端が基準電圧回路Ｖｒｅｆに、第２端がノードＮ１に接続されており、第１空気室３０Ａと第２空気室３０Ｂの差圧に応じて抵抗が変化する。抵抗Ｒ１は、例えば、ピエゾ抵抗（ドープ層４４）である。また、抵抗Ｒ２は、第１端がノードＮ１に、第２端が電源ＧＮＤに接続されている。

抵抗Ｒ３は、第１端が基準電圧回路Ｖｒｅｆに、第２端がノードＮ２に接続されている。抵抗Ｒ４は、第１端がノードＮ２に、第２端が電源ＧＮＤに接続されている。抵抗Ｒ１は、カンチレバー３２内に構成されており、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４は、カンチレバー３２の外部に備えられた外付け抵抗である。

抵抗Ｒ２（参照抵抗Ｒｒｅｆ１）は、例えば、抵抗Ｒ１と温度特性が同一になるように形成された抵抗であり、カンチレバー３２内に構成されてもよいし、カンチレバー３２の近傍の外部に備えられてもよい。なお、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との温度特性を一致させることにより、アナログ回路部３３は、温度変動による検出結果への影響を低減することができる。

差動増幅回路６２は、例えば、計測アンプ（インスツルメンテーションアンプ）であり、ノードＮ１とノードＮ２との電位差を増幅して出力信号として出力する。この電位差は、ピエゾ抵抗の抵抗値変化に応じた値、すなわちカンチレバー３２の変位に基づいた値となる。差動増幅回路６２は、反転入力端子（－端子）がノードＮ１に接続され、非反転入力端子（＋端子）がノードＮ２に接続されている。

図１に戻り、デジタル処理部３４は、例えば、マイクロコントローラなどのデジタル処理回路であり、アナログ回路部３３が検出した差圧に対応した出力波形データを、圧力変動情報に変換する。デジタル処理部３４は、例えば、センサ基板３１に実装（配置）されており、キャビティ筐体３５の外部に配置されている。

続いて、上記構成の流動検知装置１における作用について、図５～図９を参照して説明する。

図５は、第１実施形態に係る流動検知装置１において流路１０が外力や振動などにより受圧部２０に対して上側に変位した様子を示す図である。
図５に示すように、流路１０の中心軸Ｏ１が、受圧部２０の中心軸Ｏ２に対して上側に距離Ｄ１だけ変位した場合、内層部２１の上側は弾性変形して狭くなるが、内層部２１の下側は広がるため、内層部２１の全体としての断面積は変わらない。つまり、内層部２１の容積変動が発生しないため、窓部２３からは空気が出入りせず、カンチレバー３２は殆ど反応しない。

図６は、第１実施形態に係る流動検知装置１において流路１０が外力や振動などにより受圧部２０に対して右側に変位した様子を示す図である。
図６に示すように、流路１０の中心軸Ｏ１が、受圧部２０の中心軸Ｏ２に対して右側に距離Ｄ２だけ変位した場合、内層部２１の右側は弾性変形して狭くなるが、内層部２１の左側は広がるため、内層部２１の全体としての断面積は変わらない。つまり、内層部２１の容積変動が発生しないため、窓部２３からは空気が出入りせず、カンチレバー３２は殆ど反応しない。なお、流路１０が上下左右以外の斜め方向などに変位した場合も同様である。

図７は、第１実施形態に係る流動検知装置１において流路１０の流壁１１が内部を流れる流体の圧力変化によって膨らんだ様子を示す図である。
図７に示すように、流路１０の流壁１１が内部を流れる流体の圧力変化によって膨らんだ場合、内層部２１は圧縮され、その断面積が小さくなる。そうすると、内層部２１の連通気泡内の空気が窓部２３から押し出され、カンチレバー３２が撓み変形する。

すなわち、流路１０の流壁１１が膨張して受圧部２０の内層部２１が圧縮され、断面積の面積が小さくなると、窓部２３から空気が押し出され、第２空気室３０Ｂの圧力が高くなる。そうすると、カンチレバー３２が第１空気室３０Ａと第２空気室３０Ｂの差圧を検出し、流路１０の内圧の高まりに伴う流路１０の形状変化を検知できる。

図８は、第１実施形態に係る流動検知装置１において流路１０の流壁１１が内部を流れる流体の圧力変化によって縮んだ様子を示す図である。
図８に示すように、流路１０の流壁１１が内部を流れる流体の圧力変化によって縮んだ場合（図７に示す状態から元の状態に戻った場合）、内層部２１は復元変形し、その断面積が元の大きさに戻る。そうすると、窓部２３から内層部２１内に空気が取り込まれ、第１空気室３０Ａと第２空気室３０Ｂの差圧が緩和されると共に、カンチレバー３２が元の形状に復元変形する。

図９は、第１実施形態に係る流動検知装置１の出力波形データの一例を示す図である。図９において、縦軸は電圧［Ｖ］であり、横軸は時間［ｓｅｃ］である。
図９に示すように、脈動ポンプが作動した初期流動状態では、脈動ポンプによる脈流の影響で流路１０の内圧が変化し、流壁１１が脈動するため、その脈動に同期した周期的な圧力変化の出力波形データが得られる。

一方、流動検知装置１の下流側において流路１０に詰まりが発生した場合、詰まり発生直後から流路１０の内圧が上昇し、脈動の出力波形データも大きくなる。この出力波形データの大きさを見ることにより、流路１０の詰まりの有無や流動状態を推定することが可能となる。

流動検知装置１は、上述した図５及び図６に示すように、外力や振動によるノイズを排除できるためＳＮ比が向上し、流路１０内の流動状態（詰まりなど）による流体の圧力変化に伴う流路１０の形状変化を高精度で検出できる。したがって、特に微小流量の流動状態を精度良く検知することが可能になる。

以上のように、本実施形態に係る流動検知装置１は、内部を流れる流体の圧力変化によって膨縮する流壁１１を有する流路１０と、流壁１１の周囲の少なくとも一部を覆うと共に流壁１１の膨縮に応じて容積変動する内層部２１、及び、内層部２１を包囲する非通気性の外層部２２を有すると共に、外層部２２に内層部２１の容積変動に伴い内層部２１内の空気が出入りする窓部２３が設けられた受圧部２０と、窓部２３から出入りする空気によって撓み変形するカンチレバー３２を有する圧力検出部３０と、を備える。

この流動検知装置１によれば、内部を流れる流体の圧力変化によって流路１０の流壁１１が膨縮すると、当該流壁１１の周囲の少なくとも一部を覆う受圧部２０の内層部２１が容積変動し、当該内層部２１を覆う非通気性の外層部２２に設けられた窓部２３から空気が出入りする。そして、窓部２３から出入りする空気によってカンチレバー３２が撓み変形する。カンチレバー３２は、窓部２３から出入りする空気が微小であったとしても、その空気圧に感度良く反応して撓み変形するため、流体の流動状態を高感度に検知することができる。
一方で、流路１０が外部から外力を受けたり、振動している場合、それのみでは流壁１１は膨縮しないため、受圧部２０の内層部２１は容積変動せず、カンチレバー３２は殆ど反応しない。
よって、本態様に係る流動検知装置１によれば、流路１０に対する外力や振動などの影響を減少させ、流体の圧力変化に伴う流路１０の形状変化を高精度に検知できる。

また、本実施形態の流動検知装置１において、内層部２１は、連通気泡を有する弾性体によって形成されている。この構成によれば、内層部２１が流路１０の流壁１１を弾性的に支えることができる。また、流壁１１が膨縮した場合は、内層部２１がその膨縮に応じて弾性変形できる。さらに、内層部２１の弾性変形によって、流路１０の振動を減衰させることができる。

また、本実施形態の流動検知装置１において、弾性体は、ポリウレタンフォームである。この構成によれば、受圧部２０の内層部２１を低コストで作成できる。

また、本実施形態の流動検知装置１において、内層部２１は、流壁１１よりも軟質である。この構成によれば、例えば、上述した図７に示すように、流壁１１が膨張する場合、流体の内圧によって流壁１１が厚み方向において潰れきる前に、流壁１１より軟質の内層部２１が潰れはじめるため、内層部２１の容積変動の応答性が良くなり、流体の圧力変化に伴う流路１０の形状変化を感度良く検知することができる。

また、本実施形態の流動検知装置１において、圧力検出部３０は、図１に示すように、カンチレバー３２を挟んで窓部２３と連通する差圧室となる第１空気室３０Ａを形成するキャビティ筐体３５を備える。この構成によれば、カンチレバー３２が外気からの影響を受け難くなるため、流体の圧力変化に伴う流路１０の形状変化を高精度に検知することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図１０は、第２実施形態に係る流動検知装置１の断面構成図である。
図１０に示すように、第２実施形態の流動検知装置１は、受圧部２０を流壁１１に押さえ付ける押圧部材５０を備えている。押圧部材５０は、一対の押圧片５１を備えている。

押圧片５１は、固定部５１ａと、可動部５１ｂと、蝶番５１ｃと、被締結部５１ｄと、を備えている。固定部５１ａは、保持部材２４の外側において、センサ基板３１に固定されている。可動部５１ｂは、固定部５１ａの上端部に蝶番５１ｃを介して連結されている。可動部５１ｂは、受圧部２０の外周面と同一若しくは略同一の曲率の円弧形状を有している。

被締結部５１ｄは、可動部５１ｂの上端部に設けられ、他方の押圧片５１の被締結部５１ｄに対し、ボルト５２及びナット５３を介して締結されている。ボルト５２及びナット５３は、一対の押圧片５１が受圧部２０を押え付ける加圧の大きさを調整できるようになっている。

上記構成の第２実施形態によれば、受圧部２０を流壁１１に押さえ付ける押圧部材５０を備えているので、受圧部２０の内層部２１が流壁１１に密着し、流壁１１の膨縮に伴う内層部２１の容積変動の応答性が良くなり、流体の圧力変化に伴う流路１０の形状変化を感度良く検知することができる。

また、受圧部２０は、押圧部材５０によって外形の変位が抑制されるため、内層部２１において流体の圧力変化に伴う流路１０の形状変化（膨張・収縮）をダイレクトに検知し易くなる。さらに、ボルト５２及びナット５３で押圧部材５０の締め付け具合を最適化することができるので、受圧部２０の内径のばらつきを吸収できる。さらに、受圧部２０が露出していないので、受圧部２０に直接作用する外力によるノイズを回避できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図１１は、第３実施形態に係る流動検知装置１の断面構成図である。
図１１に示すように、第３実施形態の受圧部２０は、流壁１１を囲う筒状部２０Ａに、流壁１１から脱着可能な流路１０の長手方向に延びるスリット２０Ｂが形成されている。

すなわち、第３実施形態の受圧部２０の筒状部２０Ａは、筒状部２０Ａの周方向の一部が、流路１０の長手方向に沿って端から端まで割れている。なお、スリット２０Ｂの内壁面は、非通気性の外層部２２で覆われている。第３実施形態の受圧部２０は、スリット２０Ｂを除き、流壁１１の周囲の略全体を覆っている。

また、第３実施形態では、一対の押圧片５１の間に、スペーサ５４が挟み込まれている。スペーサ５４は、例えば、ボルト５２が挿通可能な孔部が形成され、スペーサ５４の厚みを変えることで、押圧部材５０による受圧部２０に対する加圧の大きさを調整し、固定できるようになっている。

上記構成の第３実施形態によれば、受圧部２０は、流壁１１を囲う筒状部２０Ａを備え、筒状部２０Ａには、流壁１１から脱着可能な流路１０の長手方向に延びるスリット２０Ｂが形成されているため、流壁１１に対する受圧部２０の設置が容易になる。すなわち、受圧部２０が割れているので、流壁１１の上から被せる形で受圧部２０を取り付けることができる。つまり、流路１０の端部から受圧部２０を取り付ける手間が解消される。

また、第３実施形態では、一対の押圧片５１の間に、スペーサ５４が挟み込まれているため、押圧部材５０による受圧部２０に対する加圧の大きさを調整し易くなる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図１２は、第４実施形態に係る流動検知装置１の断面構成図である。
図１２に示すように、第４実施形態の流動検知装置１は、受圧部２０及び圧力検出部３０を含む複数の流動検知ユニット２を備え、これら複数の流動検知ユニット２によって流壁１１の周囲を取り囲んでいる。なお、図１２に示す例では、流動検知装置１は、２つの流動検知ユニット２を備えているが、３つ以上の流動検知ユニット２を備えていても構わない。

流動検知装置１は、流路１０を挟んで対向配置された第１流動検知ユニット２Ａ及び第２流動検知ユニット２Ｂを備えている。第１流動検知ユニット２Ａ及び第２流動検知ユニット２Ｂは、半円弧状の受圧部２０と、圧力検出部３０と、上述した押圧部材５０を構成するカップリング５５と、をそれぞれ備えている。

半円弧状の受圧部２０は、流路１０を挟んで対向配置され、流壁１１の周囲の少なくとも一部（第４実施形態では略全周）を覆っている。カップリング５５は、受圧部２０の外周面と同一若しくは略同一の曲率の半円弧形状を有している。第１流動検知ユニット２Ａと第２流動検知ユニット２Ｂのカップリング５５は、スペーサ５４を挟みボルト５２及びナット５３を介して締結され、受圧部２０を押え付ける加圧の大きさを調整できるようになっている。

流動検知装置１は、第１流動検知ユニット２Ａ及び第２流動検知ユニット２Ｂのそれぞれの圧力検出部３０から出力される信号を処理する信号処理回路７０を備えている。

図１３は、第４実施形態に係る信号処理回路７０の第１例を示す構成図である。
図１３に示すように、第１流動検知ユニット２Ａのカンチレバー３２が有する抵抗Ｒ１と、第２流動検知ユニット２Ｂのカンチレバー３２が有する抵抗Ｒ４を、同じホイートストンブリッジ回路６１に組み込んでもよい。

抵抗Ｒ１は、第１端が基準電圧回路Ｖｒｅｆに、第２端がノードＮ１に接続されている。抵抗Ｒ１は、第１流動検知ユニット２Ａのカンチレバー３２の可変するピエゾ抵抗（ドープ層４４）である。また、抵抗Ｒ２は、第１端がノードＮ１に、第２端が電源ＧＮＤに接続されている。

抵抗Ｒ３は、第１端が基準電圧回路Ｖｒｅｆに、第２端がノードＮ２に接続されている。抵抗Ｒ４は、第１端がノードＮ２に、第２端が電源ＧＮＤに接続されている。抵抗Ｒ４は、第２流動検知ユニット２Ｂのカンチレバー３２の可変するピエゾ抵抗（ドープ層４４）である。

差動増幅回路６２は、ノードＮ１とノードＮ２との電位差を増幅して出力信号として出力する。この電位差は、ピエゾ抵抗の抵抗値変化に応じた値、すなわちカンチレバー３２の変位に基づいた値となる。差動増幅回路６２は、反転入力端子（－端子）がノードＮ１に接続され、非反転入力端子（＋端子）がノードＮ２に接続されている。

図１４は、第４実施形態に係る信号処理回路７０の第２例を示す構成図である。
また、図１４に示すように、第１流動検知ユニット２Ａ及び第２流動検知ユニット２Ｂの圧力検出部３０から出力される信号を加算回路７１で加算し、流路１０の振動ノイズを相殺してもよい。

図１４に示す例では、第１流動検知ユニット２Ａ及び第２流動検知ユニット２Ｂのそれぞれが、ホイートストンブリッジ回路６１と、差動増幅回路６２と、を備えている。差動増幅回路６２は、第１流動検知ユニット２Ａと第２流動検知ユニット２Ｂのセンサ感度が同じになるようにゲインを調整できるようになっている。例えば、流路１０の振動ノイズが検出された場合、その振動ノイズが最小になるようにゲインを調整しても良い。

上記構成の第４実施形態によれば、図１２に示すように、流壁１１の周囲が、受圧部２０及び圧力検出部３０を含む複数の流動検知ユニット２によって囲まれている。このように、流壁１１の周囲を複数の流動検知ユニット２によって取り囲むことで、流動検知ユニット２の一つ当たりの受圧部２０の内層部２１の容積が少なくて済む。そうすると、流壁１１の膨縮に伴う内層部２１の容積変動の応答性が良くなり、流体の圧力変化に伴う流路１０の形状変化を感度良く検知することができる。

また、複数の流動検知ユニット２は、流路１０を挟んで対向配置された第１流動検知ユニット２Ａ及び第２流動検知ユニット２Ｂを含み、図１４に示すように、第１流動検知ユニット２Ａ及び第２流動検知ユニット２Ｂの圧力検出部３０から出力される信号を加算し、流路１０の振動ノイズを相殺する信号処理回路７０を備えてもよい。この構成によれば、複数の流動検知ユニット２に分けた結果、流路１０の振動ノイズを拾ってしまった場合であっても、流路１０を挟んで対向配置された第１流動検知ユニット２Ａ及び第２流動検知ユニット２Ｂの圧力検出部３０から出力される信号を加算することで、流路１０の振動ノイズを相殺し、流体の圧力変化に伴う流路１０の形状変化を高精度に検知できる。

以上、本開示の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本開示の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本開示の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本開示は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

例えば、上記実施形態では、ホイートストンブリッジ回路６１を利用して、カンチレバー３２の抵抗値変化を検出したが、この場合に限定されるものではない。カンチレバー３２の抵抗値変化を検出できれば、検出回路をどのように構成しても構わない。
また、上記実施形態では、圧力検出部３０がキャビティ筐体３５を備える構成を例示したが、例えば流動検知装置１が外気の影響が殆ど無い空間に配置される場合には、キャビティ筐体３５が無くても構わない。

１…流動検知装置
２…流動検知ユニット
２Ａ…第１流動検知ユニット
２Ｂ…第２流動検知ユニット
１０…流路
１１…流壁
２０…受圧部
２０Ａ…筒状部
２０Ｂ…スリット
２１…内層部
２２…外層部
２３…窓部
３０…圧力検出部
３０Ａ…第１空気室（差圧室）
３０Ｂ…第２空気室
３２…カンチレバー
３５…キャビティ筐体
５０…押圧部材
７０…信号処理回路

Claims (9)

1. 内部を流れる流体の圧力変化によって膨縮する流壁を有する流路と、
   前記流壁の周囲の少なくとも一部を覆うと共に前記流壁の膨縮に応じて容積変動する内層部、及び、前記内層部を包囲する非通気性の外層部を有すると共に、前記外層部に前記内層部の容積変動に伴い前記内層部内の気体が出入りする窓部が設けられた受圧部と、
   前記窓部から出入りする前記気体によって撓み変形するカンチレバーを有する圧力検出部と、を備える、ことを特徴とする流動検知装置。
2. 前記内層部は、連通気泡を有する弾性体によって形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の流動検知装置。
3. 前記弾性体は、ポリウレタンフォームである、ことを特徴とする請求項２に記載の流動検知装置。
4. 前記内層部は、前記流壁よりも軟質である、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の流動検知装置。
5. 前記圧力検出部は、前記カンチレバーを挟んで前記窓部と連通する差圧室を形成するキャビティ筐体を備える、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の流動検知装置。
6. 前記受圧部を前記流壁に押さえ付ける押圧部材を備える、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の流動検知装置。
7. 前記受圧部は、前記流壁を囲う筒状部を備え、
   前記筒状部には、前記流路の長手方向に延びるスリットが形成されている、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の流動検知装置。
8. 前記流壁の周囲が、前記受圧部及び前記圧力検出部を含む複数の流動検知ユニットによって囲まれている、ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の流動検知装置。
9. 前記複数の流動検知ユニットは、前記流路を挟んで対向配置された第１流動検知ユニット及び第２流動検知ユニットを含み、
   前記第１流動検知ユニット及び前記第２流動検知ユニットの前記圧力検出部から出力される信号を加算し、前記流路の振動ノイズを相殺する信号処理回路を備える、ことを特徴とする請求項８に記載の流動検知装置。

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