JP2022145484A - 流動検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流路の振動によるノイズを低減し、微小流量でも流路内の流動状態を精度よく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変位する外壁１１を有する流路１０と、外壁１１の変位に伴い圧力を受ける受圧部３０を有する圧力検出部２と、圧力検出部２に対し流路１０の上流側及び下流側の少なくとも一方に設けられた流路固定部３と、を備え、流路固定部３は、圧力検出部２から離隔した位置で流路１０を固定する内側固定部６０と、内側固定部６０よりもさらに圧力検出部２から離隔した位置で流路１０を固定する外側固定部７０と、を備える。
【選択図】図２

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、管の変形を検出することにより、管内の圧力変化を電気信号に変換して検知する管内圧力変化検知変換器が開示されている。この変換器は、測定素子にパイモルフ構造を有する圧電素子を使用し、この圧電素子が圧電体と圧電体との間に中間層を設けた構造であり、圧電素子を保持材によって管表面上に押し当てるように構成されている。保持材は、管の周方向に沿う圧電素子の両端部が、管の外周面に弾発的に当たるような弾性を有している。

特開平２－２０３２３０号公報

ところで、微小流量の流動状態を検知する場合、管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、管に圧電素子を押し付けてその変位を測定するセンサにおいては、信号レベルが小さくなり、外力や風などで流路が振動するとその変位による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、管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、流路の振動によるノイズを低減し、微小流量でも流路内の流動状態を精度よく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変位する外壁を有する流路と、前記外壁の変位に伴い圧力を受ける受圧部を有する圧力検出部と、前記圧力検出部に対し前記流路の上流側及び下流側の少なくとも一方に設けられた流路固定部と、を備え、前記流路固定部は、前記圧力検出部から離隔した位置で前記流路を固定する内側固定部と、前記内側固定部よりもさらに前記圧力検出部から離隔した位置で前記流路を固定する外側固定部と、を備える。

本態様に係る流動検知装置によれば、流路が振動した場合に、圧力検出部に対し流路の上流側及び下流側の少なくとも一方において流路を固定する流路固定部が、圧力検出部への流路の振動の伝播を抑制する。この流路固定部は、圧力検出部から離れて配置された外側固定部と、圧力検出部の近くに配置された内側固定部と、を有し、外側固定部で大きな振動を取り除き、内側固定部で残った小さな振動を取り除く。すなわち、流路を１か所で固定しても流路の振動は伝搬される場合があるため、本態様に係る流路固定部は、流路を外側固定部と内側固定部の少なくとも２か所で固定する。このように流路を少なくとも２か所で固定することで、流路の振動によるノイズが低減され、微小流量でも流路内の流動状態を精度よく検知できるようになる。

（２）（１）の態様の流動検知装置において、前記内側固定部は、前記圧力検出部の前記受圧部に前記外壁を押し付けるように前記流路を固定していてもよい。

この場合には、圧力検出部の受圧部に対し、流路の外壁が押し付けられるため、外壁の変位を受圧部が感度良く検知できるようになる。

（３）（２）の態様の流動検知装置において、前記内側固定部における前記流路の中心線は、前記圧力検出部における前記流路の中心線よりも前記受圧部側に位置していてもよい。

この場合には、内側固定部によって流路が受圧部側に引っ張られ、流路の張力によって受圧部に外壁を押し付けることができる。これにより、外壁の変位を受圧部が感度良く検知できるようになる。

（４）（１）から（３）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記内側固定部は、前記外側固定部よりも前記外壁を押圧する力が大きくてもよい。

この場合には、外側固定部によって流路を緩く固定し、外側固定部で大まかな流路の振動を取り除くと共に、内側固定部において残った小さな振動を取り除き、内側固定部で圧力検出部の近傍で強く流路を固定することができる。このように、外側固定部において流路を緩く固定することで、振動によって流路が強く当たる外側固定部における流路内の流動への影響を抑制できる。また、内側固定部において流路を強く固定することで、圧力検出部の近傍において流路の振動を確実に抑制し、流体の圧力変化に伴う流路の変位を高精度に検知できるようになる。

（５）（１）から（４）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記流路固定部は、前記外壁を押圧する弾性体を備えてもよい。

この場合には、流路固定部において流路を弾性的に支持できるため、流路を強く固定せずに済み、流路の損傷や詰まりを抑制できる。また、弾性体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。

（６）（５）の態様の流動検知装置において、前記内側固定部が備える前記弾性体は、前記外側固定部が備える前記弾性体よりも硬度が高くてもよい。

この場合には、弾性部材の硬度の選定によって、内側固定部において外壁を押圧する力を外側固定部よりも簡単に大きくすることができる。これにより、外側固定部によって流路を緩く固定し、外側固定部で大まかな流路の振動を取り除くと共に、内側固定部において残った小さな振動を取り除き、圧力検出部の近傍で強く流路を固定することができる。

（７）（１）から（６）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記圧力検出部から前記内側固定部までの第１距離と、前記内側固定部から前記外側固定部までの第２距離は、互いに異なっていてもよい。

この場合には、圧力検出部から内側固定部までの第１距離と、内側固定部から外側固定部までの第２距離とが不一致であるため、流路の定常波のような振動を抑制し易くなる。

（８）（１）から（７）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記圧力検出部と前記内側固定部との間に形成される第１隙間は、前記内側固定部と前記外側固定部との間に形成される第２隙間よりも狭くてもよい。

この場合には、圧力検出部の近傍で強く流路を固定する内側固定部に対し、その手前側で流路の振動を取り除く外側固定部が遠くに配置されるため、圧力検出部に流路の振動が伝播され難くなる。

（９）（１）から（８）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記外壁に接触する前記流路固定部の接触面は、円弧またはＶ字状に形成されていてもよい。

この場合には、流路固定部が流路の外壁を安定して固定できるため、流路の振動の抑制効果が高くなる。

（１０）（１）から（９）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記流路、前記圧力検出部、及び前記流路固定部を挟んで配置されたアッパープレート及びボトムプレートを備えてもよい。

この場合には、アッパープレート及びボトムプレートによって、流路、圧力検出部、及び流路固定部の固定作業及び位置決めが容易になる。

（１１）（１０）の態様の流動検知装置において、前記アッパープレートは、少なくとも前記圧力検出部の前記受圧部と前記流路を挟んで対向する部分に、窓部を備えてもよい。

この場合には、圧力検出部の受圧部に流路を挟んで対向するアッパープレートに窓部を設けることで、受圧部と流路の位置関係や、受圧部上の流路内の気泡有無の確認が可能となる。つまり、流路の位置ずれや流路内の気泡による圧力誤検出なのか、圧力検出部自体の故障なのかを判断することができる。

（１２）（１０）または（１１）の態様の流動検知装置において、前記アッパープレートは、透明部材から形成されていてもよい。

この場合には、アッパープレートが透明部材になるため、流路を確認できる範囲が広くなり、受圧部の上流側及び下流側における流路内の気泡有無の確認も可能となる。

（１３）（１１）の態様の流動検知装置において、前記アッパープレートには、平面視で前記圧力検出部の前記受圧部の中心を通る基準線が設けられていてもよい。

この場合には、圧力検出部の受圧部を中心とした基準線を透明なアッパープレートに設けることで、流路の位置ずれによる余分な負荷がないかどうかを確認することができる。

（１４）（１０）から（１３）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記アッパープレート及び前記ボトムプレートは、少なくとも互いの対向面側が円弧状に形成されていてもよい。

この場合には、アッパープレート及びボトムプレートの互いの対向面側が流路と同様のチューブ状になるため、少なくとも対向面側のデッドスペースが小さくなり、装置全体を小型化することができる。

（１５）（１０）から（１４）のいずれかの態様の流動検知装置において、前記アッパープレート及び前記ボトムプレートの少なくとも一方は、前記流路固定部と一体的に形成されていてもよい。

この場合には、アッパープレート及びボトムプレートの少なくとも一方に、流路固定部の機能を持たせることで、部品数の削減と小型化が可能となる。

上記本開示の一態様によれば、流路に対する外力や振動によるノイズを低減し、微小流量でも流路内の流動状態を精度よく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平面図である。 第１実施形態に係る流動検知装置の正面図である。 図２に示す矢視ＩＩＩ－ＩＩＩ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。 図２に示す矢視ＶＩ－ＶＩ断面図である。 図２に示す矢視ＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。 第１実施形態に係る流路固定部による流路の振動抑制作用を説明するための模式図である。 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正面図である。 第３実施形態に係る流動検知装置の圧力検出部と内側固定部と外側固定部７０との位置関係を示す模式図である。 第４実施形態に係る流動検知装置の平面図である。 図１２に示す矢視ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面図である。 図１３に示す矢視ＸＩＶ－ＸＩＶ断面図である。 図１３に示す矢視ＸＶ－ＸＶ断面図である。 第５実施形態に係る流動検知装置の縦断面図である。 図１６に示す矢視ＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ断面図である。 第６実施形態に係る流動検知装置の縦断面図である。 図１８に示す矢視ＸＩＸ－ＸＩＸ断面図である。

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の平面図である。図２は、第１実施形態に係る流動検知装置１の正面図である。
流動検知装置１は、図１及び図２に示すように、流路１０内の圧力を検出する圧力検出部２と、圧力検出部２の上流側及び下流側の少なくとも一方（本実施形態では両方）で流路１０を固定する流路固定部３と、を備えている。なお、以下の説明では、図１及び図２において紙面左側を流路１０の上流側、紙面右側を流路１０の下流側とする。圧力検出部２及び流路固定部３は、ボトムプレート４に取り付けられている。

図３は、図２に示す矢視ＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。
流路１０は、内部を流れる流体の圧力変化によって変位する外壁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、必要に応じて外壁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、外壁１１は、流体の脈動に応じて波打つように膨縮（変位）する。

圧力検出部２は、流路保持部２０と、受圧部３０と、を備えている。
流路保持部２０は、外壁１１の周囲を取り囲む筒状部２１と、受圧部３０に対して筒状部２１を固定する固定部２２と、を備えている。筒状部２１には、流路１０の長手方向に延びるスリット２３が形成されている。すなわち、筒状部２１は、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。

筒状部２１のスリット２３を挟んだ一方側には、係合爪２４が設けられている。係合爪２４には、摘み部２４ａが形成されている。筒状部２１のスリット２３を挟んだ他方側には、係合爪２４が係合可能な係合突起２５が形成されている。係合突起２５に対する係合爪２４の係合を解除すると、筒状部２１のスリット２３を広げることができ、当該スリット２３を通して流路保持部２０内に流路１０を挿入することができる。

筒状部２１には、スリット２３と周方向で異なる位置に連通孔２６が形成されている。連通孔２６は、固定部２２を貫通し、筒状部２１の内側と受圧部３０の受圧室３０Ａと連通させている。筒状部２１の内壁面の連通孔２６と反対側には、第１弾性体２７が設けられている。第１弾性体２７は、例えば、ポリウレタンフォームであり、外壁１１の膨縮に応じて弾性変形する。

筒状部２１の内壁面の連通孔２６の開口周縁部には、気密性のある第２弾性体２８が設けられている。第２弾性体２８は、外壁１１に密着し、連通孔２６の周囲を気密に囲っている。第２弾性体２８としては、ゲル体を例示できる。固定部２２は、平板状に形成され、その下面が接続部材２９を介して受圧部３０のセンサ基板３１に気密に接続されている。接続部材２９は、例えば、両面テープや接着剤などである。

受圧部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、流路保持部２０の連通孔２６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において固定部２２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、受圧室３０Ａと差圧室３０Ｂとに区画されている。受圧室３０Ａと差圧室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。流路保持部２０の連通孔２６及びセンサ基板３１の貫通孔３１ａは、受圧室３０Ａに連通している。差圧室３０Ｂは、カンチレバー３２を挟んで受圧室３０Ａと連通する気密室となっている。

この構成によれば、流路１０の外壁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、第１弾性体２７及び第２弾性体２８が圧縮され、連通孔２６に連通する受圧室３０Ａの圧力が高くなる。そうすると、カンチレバー３２が受圧室３０Ａと差圧室３０Ｂと差圧を撓み変形によって検出し、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４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、受圧室３０Ａと差圧室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の受圧室３０Ａと差圧室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３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、差圧室３０Ｂに配置されている。

図５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５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５１と、差動増幅回路５２と、を備えている。ホイートストンブリッジ回路５１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、受圧室３０Ａと差圧室３０Ｂと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５２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５２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３に示すデジタル処理部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。

図１及び図２に戻り、流路固定部３は、圧力検出部２から離隔した位置で流路１０を固定する内側固定部６０と、内側固定部６０よりもさらに圧力検出部２から離隔した位置で流路１０を固定する外側固定部７０と、を備えている。なお、流路固定部３は、内側固定部６０及び外側固定部７０の他に、さらに複数か所で流路１０を固定する固定部を備えていても構わない。すなわち、流路固定部３は、外側固定部７０と内側固定部６０の少なくとも２か所で流路１０を固定していればよい。また、本実施形態の流路固定部３は、圧力検出部２の上流側及び下流側の両方に設けられているが、流路１０の振動の伝播の方向が予め分かっていれば、圧力検出部２の上流側及び下流側のうち片方のみに設けられていてもよい。

図６は、図２に示す矢視ＶＩ－ＶＩ断面図である。
図６に示すように、外側固定部７０は、ボトムプレート４に固定された第１外側挟持片７１と、第１外側挟持片７１との間で流路１０を挟み込む第２外側挟持片７２と、を備えている。

第１外側挟持片７１は、流路１０の外壁１１に接触する第１接触面７１ａを有する。第１接触面７１ａは、流路１０の長手方向から視てＶ字状に形成されている。第１接触面７１ａは、外壁１１の周面に対し少なくとも２か所で接触している。

第２外側挟持片７２は、流路１０を挟んで第１接触面７１ａと対向する位置に、流路１０の外壁１１に接触する第２接触面７２ａを有する。第２接触面７２ａは、流路１０の長手方向から視て円弧状に形成されている。第２接触面７２ａは、外壁１１の周面に沿って密着している。

第１外側挟持片７１及び第２外側挟持片７２の少なくとも一方は、外壁１１の膨縮を妨げないように弾性体から形成されている。弾性体としては、ウレタンフォーム等を例示できる。なお、外側固定部７０は、第１接触面７１ａもしくは第２接触面７２ａを形成する部分のみが弾性体であり、当該弾性体が剛体に支持されている構成であっても構わない。

図７は、図２に示す矢視ＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。
図７に示すように、内側固定部６０は、ボトムプレート４に固定された第１内側挟持片６１と、第１内側挟持片６１との間で流路１０を挟み込む第２内側挟持片６２と、を備えている。

第１内側挟持片６１は、流路１０の外壁１１に接触する第１接触面６１ａを有する。第１接触面６１ａは、流路１０の長手方向から視て円弧状に形成されている。第１接触面６１ａは、外壁１１の周面に沿って密着している。

第２内側挟持片６２は、流路１０を挟んで第１接触面６１ａと対向する位置に、流路１０の外壁１１に接触する第２接触面６２ａを有する。第２接触面６２ａは、流路１０の長手方向から視て円弧状に形成されている。第２接触面６２ａは、外壁１１の周面に沿って密着している。

第１内側挟持片６１及び第２内側挟持片６２の少なくとも一方は、外壁１１の膨縮を妨げないように弾性体から形成されている。弾性体としては、ウレタンフォーム等を例示できる。なお、内側固定部６０は、第１接触面６１ａもしくは第２接触面６２ａを形成する部分のみが弾性体であり、当該弾性体が剛体に支持されている構成であっても構わない。

内側固定部６０は、外側固定部７０よりも外壁１１に対する接触面積が多く、外側固定部７０よりも外壁１１を押圧する力が大きい。なお、内側固定部６０の外壁１１に対する接触面積が、外側固定部７０と同じ（あるいは接触面形状が同じ）であっても、内側固定部６０が備える弾性体が、外側固定部７０が備える弾性体よりも硬度が高ければ、外側固定部７０よりも内側固定部６０の外壁１１を押圧する力を大きくすることができる。もちろん、内側固定部６０は、外側固定部７０よりも外壁１１に対する接触面積が多く、且つ、外側固定部７０が備える弾性体よりも硬度が高い弾性体を備えていても構わない。

次に、内側固定部６０と外側固定部７０との位置関係について説明する。図１に示すように、圧力検出部２から内側固定部６０までの第１距離Ｄ１と、内側固定部６０から外側固定部７０までの第２距離Ｄ２は、互いに異なっている。なお、第１距離Ｄ１は、圧力検出部２の流路保持部２０における流路１０の長手方向の中心位置と、内側固定部６０における流路１０の長手方向の中心位置とを、基準に規定している。また、第２距離Ｄ２は、内側固定部６０における流路１０の長手方向の中心位置と、外側固定部７０における流路１０の長手方向の中心位置とを、基準に規定している。本実施形態では、第１距離Ｄ１は、第２距離Ｄ２よりも長くなっている。

また、圧力検出部２と内側固定部６０との間に形成される第１隙間Ｓ１は、内側固定部６０と外側固定部７０との間に形成される第２隙間Ｓ２よりも広い。なお、第１隙間Ｓ１とは、圧力検出部２の流路保持部２０から内側固定部６０までの、流路１０が固定されておらず遊んでいる空間の長さを規定している。また、第２隙間Ｓ２は、内側固定部６０から外側固定部７０までの、流路１０が固定されておらず遊んでいる空間の長さを規定している。

また、図２に示すように、内側固定部６０における流路１０の中心線Ｏ１は、圧力検出部２における流路１０の中心線Ｏよりも受圧部３０側（下側）に位置している。つまり、内側固定部６０は、圧力検出部２の受圧部３０に外壁１１を押し付けるように流路１０を固定している。なお、外側固定部７０における流路１０の中心線Ｏ２は、圧力検出部２における流路１０の中心線Ｏよりも受圧部３０側（下側）且つ内側固定部６０における流路１０の中心線Ｏ１よりも上側に位置しているが、圧力検出部２における流路１０の中心線Ｏよりも上側に位置してもよく、また、内側固定部６０における流路１０の中心線Ｏ１よりも下側に位置していても構わない。

続いて、上記構成の流路固定部３による流路１０の振動抑制作用について説明する。

図８は、第１実施形態に係る流路固定部３による流路１０の振動抑制作用を説明するための模式図である。
図８に示すように、流路固定部３は、圧力検出部２から離れて配置された外側固定部７０と、圧力検出部２の近くに配置された内側固定部６０と、を有している。流路１０が振動した場合、外側固定部７０は、圧力検出部２から離れた位置で大きな振動を取り除き、内側固定部６０は、圧力検出部２の近くで残った小さな振動を取り除く。すなわち、流路１０を１か所（例えば、外側固定部７０のみ）で固定しても流路１０の振動は、図８において点線で示すように伝搬される場合があるため、流路固定部３は、外側固定部７０と内側固定部６０の少なくとも２か所で流路１０を固定する。このように流路１０を少なくとも２か所で固定することで、流路１０の振動によるノイズが低減され、微小流量でも流路１０内の流動状態を精度よく検知できるようになる。

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、外壁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。

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変位（膨縮）する外壁１１を有する流路１０と、外壁１１の変位に伴い圧力を受ける受圧部３０を有する圧力検出部２と、圧力検出部２に対し流路１０の上流側及び下流側の少なくとも一方に設けられた流路固定部３と、を備え、流路固定部３は、圧力検出部２から離隔した位置で流路１０を固定する内側固定部６０と、内側固定部６０よりもさらに圧力検出部２から離隔した位置で流路１０を固定する外側固定部７０と、を備える。この構成によれば、流路１０の振動によるノイズが低減され、微小流量でも流路１０内の流動状態を精度よく検知できるようになる。

また、本実施形態の流動検知装置１において、内側固定部６０は、図２に示すように、圧力検出部２の受圧部３０に外壁１１を押し付けるように流路１０を固定している。この構成によれば、圧力検出部２の受圧部３０に対し、流路１０の外壁１１が強く押し付けられるため、外壁１１の変位を受圧部３０が感度良く検知できるようになる。

また、本実施形態の流動検知装置１において、内側固定部６０における流路１０の中心線Ｏ１は、圧力検出部２における流路１０の中心線Ｏよりも受圧部３０側に位置している。この構成によれば、内側固定部６０によって流路１０が受圧部３０側に引っ張られ、流路１０の張力によって受圧部３０に外壁１１を押し付けることができる。これにより、外壁１１の変位を受圧部３０が感度良く検知できるようになる。

また、本実施形態の流動検知装置１において、内側固定部６０は、外側固定部７０よりも外壁１１を押圧する力が大きくなっている。この構成によれば、外側固定部７０によって流路１０を緩く固定し、外側固定部７０で大まかな流路１０の振動を取り除くと共に、内側固定部６０において残った小さな振動を取り除き、内側固定部６０で圧力検出部２の近傍で強く流路１０を固定することができる。このように、外側固定部７０において流路１０を緩く固定することで、振動によって流路１０が強く当たる外側固定部７０における流路１０内の流動への影響を抑制できる。また、内側固定部６０において流路１０を強く固定することで、圧力検出部２の近傍において流路１０の振動を確実に抑制し、流体の圧力変化に伴う流路１０の変位を高精度に検知できるようになる。

また、本実施形態の流動検知装置１において、流路固定部３は、外壁１１を押圧する弾性体を備える。この構成によれば、流路固定部３において流路１０を弾性的に支持できるため、流路１０を強く固定せずに済み、流路１０の損傷や詰まりを抑制できる。また、弾性体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、内側固定部６０が備える弾性体は、外側固定部７０が備える弾性体よりも硬度が高い。この構成によれば、弾性部材の硬度の選定によって、内側固定部６０において外壁１１を押圧する力を外側固定部７０よりも簡単に大きくすることができる。これにより、外側固定部７０によって流路１０を緩く固定し、外側固定部７０で大まかな流路１０の振動を取り除くと共に、内側固定部６０において残った小さな振動を取り除き、圧力検出部２の近傍で強く流路１０を固定することができる。

また、本実施形態の流動検知装置１において、圧力検出部２から内側固定部６０までの第１距離Ｄ１と、内側固定部６０から外側固定部７０までの第２距離Ｄ２は、互いに異なっている。この構成によれば、圧力検出部２から内側固定部６０までの第１距離Ｄ１と、内側固定部６０から外側固定部７０までの第２距離Ｄ２とが不一致であるため、流路１０の定常波のような振動を抑制し易くなる。

また、本実施形態の流動検知装置１において、圧力検出部２と内側固定部６０との間に形成される第１隙間Ｓ１は、内側固定部６０と外側固定部７０との間に形成される第２隙間Ｓ２よりも広い。この構成によれば、圧力検出部２の近傍において作業スペースを確保し易くなり、例えば、流路保持部２０への流路１０の挿入が容易になる。

また、本実施形態の流動検知装置１において、外壁１１に接触する流路固定部３の接触面は、図６及び図７に示すように、円弧またはＶ字状に形成されている。この構成によれば、流路固定部３が流路１０の外壁１１を安定して固定できるため、流路１０の振動の抑制効果が高くなる。

（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の正面図である。
図１０に示すように、第２実施形態の流動検知装置１においては、内側固定部６０の第２内側挟持片６２と、外側固定部７０の第２外側挟持片７２とが、アッパープレート５に取り付けられている。

アッパープレート５は、ボトムプレート４と略同じ大きさを有している。このように、アッパープレート５に、内側固定部６０の第２内側挟持片６２と、外側固定部７０の第２外側挟持片７２とを取り付けることで、内側固定部６０及び外側固定部７０における流路１０の固定作業が同時に行えるようになる。

なお、図１０に示す例では、圧力検出部２の流路保持部２０が下半分になっており、アッパープレート５には、流路１０を下半分の流路保持部２０に押圧する押圧片８０が取り付けられている。この構成によれば、圧力検出部２における流路１０の固定作業も同時に行えるようになる。

このように、第２実施形態の流動検知装置１によれば、流路１０、圧力検出部２、及び流路固定部３を挟んで配置されたアッパープレート５及びボトムプレート４を備えている。この構成によれば、アッパープレート５及びボトムプレート４によって、流路１０、圧力検出部２、及び流路固定部３の固定作業及び位置決めが容易になる。

また、第２実施形態の流動検知装置１においては、圧力検出部２と内側固定部６０との間に形成される第１隙間Ｓ１は、内側固定部６０と外側固定部７０との間に形成される第２隙間Ｓ２よりも狭くなっている。この構成によれば、圧力検出部２の近傍で強く流路１０を固定する内側固定部６０に対し、その手前側で流路１０の振動を取り除く外側固定部７０が遠くに配置されるため、圧力検出部２に流路１０の振動が伝播され難くなる。

（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の圧力検出部２と内側固定部６０と外側固定部７０との位置関係を示す模式図である。
図１１に示すように、第３実施形態の流動検知装置１においては、圧力検出部２から内側固定部６０までの第１距離Ｄ１が、内側固定部６０から外側固定部７０までの第２距離Ｄ２と同じになっている。

この構成によれば、仮に、図１１に示すように、外側固定部７０及び内側固定部６０を節とする定常波のような流路１０の振動が生じた場合であっても、圧力検出部２においては同じ様に振動の節となるため、流路固定部３によって流路１０の振動の伝播を完全に防止できなくても、圧力検出部２におけるノイズを低減することができる。

（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の平面図である。図１３は、図１２に示す矢視ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面図である。図１４は、図１３に示す矢視ＸＩＶ－ＸＩＶ断面図である。図１５は、図１３に示す矢視ＸＶ－ＸＶ断面図である。
図１２に示すように、第４実施形態の流動検知装置１においては、アッパープレート５が窓部９０を備えている。

窓部９０は、アッパープレート５において、圧力検出部２の受圧部３０と流路１０を挟んで対向する部分に形成されている。窓部９０は、アッパープレート５を厚み方向で貫通する矩形の貫通孔によって形成されている。なお、窓部９０は、アッパープレート５の圧力検出部２の受圧部３０と流路１０を挟んで対向する部分に限らず、例えば、内側固定部６０と外側固定部７０の間にも形成し、その間における流路１０の撓み等を確認できるようにする構成であってもよい。なお、後述するようにアッパープレート５が透明部材である場合、窓部９０は、貫通孔として形成しなくても構わない。また、アッパープレート５が非透明部材である場合、窓部９０は、貫通孔として形成してもよいし、当該貫通孔に透明部材を嵌めた構成であってもよい。

第４実施形態のアッパープレート５は、透明部材から形成されている。アッパープレート５は、例えば、アクリル樹脂等の透明性の高い樹脂材若しくはガラス等の透明部材から形成されている。アッパープレート５には、図１２に示す平面視で、圧力検出部２の受圧部３０の中心を通る基準線９１が設けられている。基準線９１は、例えばマーカーペン等で点線を引くことで形成されている。なお、基準線９１は、流路１０の配置の基準となる線であれば、その線種や形成方法は問わない。

図１３に示すように、アッパープレート５には、内側固定部６０の第２内側挟持片６２と、外側固定部７０の第２外側挟持片７２とが取り付けられている。また、ボトムプレート４には、内側固定部６０の第１内側挟持片６１と、外側固定部７０の第１外側挟持片７１とが取り付けられている。なお、図１４に示すように、ボトムプレート４は、非透明部材から形成されている。

図１３に示すように、第４実施形態のボトムプレート４の上面には、圧力検出部２の一部を収容する収容溝４ａが形成されている。図１５に示すように、収容溝４ａには、受圧部３０のキャビティ筐体３５が収容されている。また、収容溝４ａの開口周縁部には、受圧部３０のセンサ基板３１が載置されて固定されている。

また、第４実施形態では、窓部９０から流路１０を確認するために、上述した流路保持部２０（図３参照）を備えておらず、センサ基板３１の貫通孔３１ａを覆う第３弾性体３８に、流路１０の外壁１１が直接押し当てられている。第３弾性体３８は、外壁１１の変位に応じて弾性変形する弾性を有する。第３弾性体３８は、外壁１１よりも軟質な材料且つ貫通孔３１ａを密閉できるシール性を有するゲル体等から形成することが好ましい。

このように、上述した第４実施形態によれば、アッパープレート５は、図１２に示すように、少なくとも圧力検出部２の受圧部３０と、流路１０を挟んで対向する部分に、窓部９０を備える。この構成によれば、アッパープレート５に窓部９０を設けることで、受圧部３０と流路１０の位置関係や、受圧部３０上の流路１０内の気泡有無の確認が可能となる。つまり、流路１０の位置ずれや流路１０内の気泡による圧力誤検出なのか、圧力検出部２自体の故障なのかを判断することができる。

また、第４実施形態においては、アッパープレート５は、透明部材から形成されている。この構成によれば、アッパープレート５が透明部材になるため、流路１０を確認できる範囲が広くなり、受圧部３０の上流側及び下流側における流路１０内の気泡有無の確認も可能となる。

また、第４実施形態においては、アッパープレート５には、平面視で圧力検出部２の受圧部３０の中心を通る基準線９１が設けられている。この構成によれば、圧力検出部２の受圧部３０を中心とした基準線９１に基づいて、流路１０の位置ずれによる余分な負荷がないかどうかを確認することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５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１６は、第５実施形態に係る流動検知装置１の縦断面図である。図１７は、図１６に示す矢視ＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ断面図である。
図１７に示すように、第５実施形態の流動検知装置１においては、アッパープレート５及びボトムプレート４が円弧状に形成されている。なお、図１６に示すように、第５実施形態においても、アッパープレート５に窓部９０が設けられている。

図１７に示すように、アッパープレート５及びボトムプレート４の互いの対向面側は、円弧状に形成されており、それに対応するように内側固定部６０（外側固定部７０も同様）の外形も円筒状に形成されている。ちなみに、第５実施形態では、圧力検出部２のセンサ基板３１が、ボトムプレート４の円弧両端の平面部４ｂに載置されて固定されている。

なお、アッパープレート５及びボトムプレート４の非対向面（外面）側は、図示しない設置面に設置し易いようにブロック状であっても構わない。但し、流動検知装置１の小型化により、アッパープレート５及びボトムプレート４が架設等されて、設置面に対して浮いて設置されている場合は、図１７に示すように、アッパープレート５及びボトムプレート４の非対向面（外面）側も円弧状に形成してもよい。

このように、上述した第５実施形態によれば、アッパープレート５及びボトムプレート４は、少なくとも互いの対向面側が円弧状に形成されていている。この構成によれば、アッパープレート５及びボトムプレート４の互いの対向面側が流路１０と同様のチューブ状になるため、少なくとも対向面側のデッドスペースが小さくなり、装置全体を小型化することができる。さらに、アッパープレート５及びボトムプレート４の互いの非対向面側も円弧状にすることで、装置全体のデッドスペースが小さくなり、装置全体をより小型化することができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６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１８は、第６実施形態に係る流動検知装置１の縦断面図である。図１９は、図１８に示す矢視ＸＩＸ－ＸＩＸ断面図である。
図１８に示すように、第６実施形態の流動検知装置１においては、アッパープレート５及びボトムプレート４の少なくとも一方が、流路固定部３と一体的に形成されている。なお、第６実施形態においても、アッパープレート５に窓部９０が設けられている。

図１８に示すように、ボトムプレート４は、内側固定部６０の第１内側挟持片６１と一体で形成されている。ボトムプレート４は、第１内側挟持片６１と同じく硬度が高い材料から形成されている。また、アッパープレート５は、内側固定部６０の第２内側挟持片６２と同じ機能を有しており、第２内側挟持片６２と同じく硬度が高い材料から形成されている。なお、図１８に示す例では、アッパープレート５の下面で流路１０を直接固定しているが、アッパープレート５の下面に凸部を設け、その凸部で流路１０を固定しても構わない。

ボトムプレート４の上面には、内側固定部６０よりも硬度が低い外側固定部７０の第１外側挟持片７１（弾性体）が取り付けられている。アッパープレート５の下面における第１外側挟持片７１との対向部分には、上方に窪む挟持片取付部５ａが形成されている。挟持片取付部５ａには、内側固定部６０よりも硬度が低い外側固定部７０の第２外側挟持片７２（弾性体）が嵌合等により取り付けられている。これにより、アッパープレート５とボトムプレート４との隙間において、第２外側挟持片７２の厚み分を削減することができ、第１内側挟持片６１との対向部分において、流路１０をアッパープレート５の下面で直接固定することができる。

このように、上述した第６実施形態によれば、アッパープレート５及びボトムプレート４の少なくとも一方は、流路固定部３と一体的に形成されていている。この構成によれば、アッパープレート５及びボトムプレート４の少なくとも一方に、流路固定部３の機能を持たせることで、部品数の削減と小型化が可能となる。なお、内側固定部６０だけでなく、外側固定部７０も、例えば二色成形等することで、アッパープレート５及びボトムプレート４の少なくとも一方に、一体的に形成しても構わない。

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５１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、受圧部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。
さらに、圧力検出部２の受圧部３０は、カンチレバー３２を備える差圧センサに限らず、外壁１１に押し当てられる歪ゲージや圧電素子などのセンサであっても構わない。
さらに、流路固定部３は、内側固定部６０及び外側固定部７０を少なくとも含む３つ以上の固定部を備えていても構わない。また、内側固定部６０と外側固定部７０とが分離していれば、互いに当接している状態であっても構わない。
また、圧力検出部２に対し、上流側の流路固定部３と、下流側の流路固定部３の構成が対称でなくても構わない。例えば、第１距離Ｄ１が、上流側の流路固定部３と下流側の流路固定部３とで異なっていてもよい。また、例えば、第２距離Ｄ２が、上流側の流路固定部３と下流側の流路固定部３とで異なっていてもよい。

１…流動検知装置
２…圧力検出部
３…流路固定部
４…ボトムプレート
５…アッパープレート
１０…流路
１１…外壁
３０…受圧部
６０…内側固定部
６１…第１内側挟持片
６１ａ…第１接触面
６２…第２内側挟持片
６２ａ…第２接触面
７０…外側固定部
７１…第１外側挟持片
７１ａ…第１接触面
７２…第２外側挟持片
７２ａ…第２接触面
９０…窓部
９１…基準線
Ｄ１…第１距離
Ｄ２…第２距離
Ｏ…中心線
Ｏ１…中心線
Ｏ２…中心線
Ｓ１…第１隙間
Ｓ２…第２隙間

Claims (15)

1. 内部を流れる流体の圧力変化によって変位する外壁を有する流路と、
   前記外壁の変位に伴い圧力を受ける受圧部を有する圧力検出部と、
   前記圧力検出部に対し前記流路の上流側及び下流側の少なくとも一方に設けられた流路固定部と、を備え、
   前記流路固定部は、
   前記圧力検出部から離隔した位置で前記流路を固定する内側固定部と、
   前記内側固定部よりもさらに前記圧力検出部から離隔した位置で前記流路を固定する外側固定部と、を備える、ことを特徴とする流動検知装置。
2. 前記内側固定部は、前記圧力検出部の前記受圧部に前記外壁を押し付けるように前記流路を固定している、ことを特徴としている請求項１に記載の流動検知装置。
3. 前記内側固定部における前記流路の中心線は、前記圧力検出部における前記流路の中心線よりも前記受圧部側に位置している、ことを特徴とする請求項２に記載の流動検知装置。
4. 前記内側固定部は、前記外側固定部よりも前記外壁を押圧する力が大きい、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. 前記流路固定部は、前記外壁を押圧する弾性体を備える、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. 前記内側固定部が備える前記弾性体は、前記外側固定部が備える前記弾性体よりも硬度が高い、ことを特徴とする請求項５に記載の流動検知装置。
7. 前記圧力検出部から前記内側固定部までの第１距離と、前記内側固定部から前記外側固定部までの第２距離は、互いに異なる、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. 前記圧力検出部と前記内側固定部との間に形成される第１隙間は、前記内側固定部と前記外側固定部との間に形成される第２隙間よりも狭い、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. 前記外壁に接触する前記流路固定部の接触面は、円弧またはＶ字状に形成されている、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の流動検知装置。
10. 前記流路、前記圧力検出部、及び前記流路固定部を挟んで配置されたアッパープレート及びボトムプレートを備える、ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の流動検知装置。
11. 前記アッパープレートは、少なくとも前記圧力検出部の前記受圧部と前記流路を挟んで対向する部分に、窓部を備える、ことを特徴とする請求項１０に記載の流動検知装置。
12. 前記アッパープレートは、透明部材から形成されている、ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の流動検知装置。
13. 前記アッパープレートには、平面視で前記圧力検出部の前記受圧部の中心を通る基準線が設けられている、ことを特徴とする請求項１１に記載の流動検知装置。
14. 前記アッパープレート及び前記ボトムプレートは、少なくとも互いの対向面側が円弧状に形成されている、ことを特徴とする請求項１０～１３のいずれか一項に記載の流動検知装置。
15. 前記アッパープレート及び前記ボトムプレートの少なくとも一方は、前記流路固定部と一体的に形成されている、請求項１０～１４のいずれか一項に記載の流動検知装置。

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