KR102403432B1 - 열식 질량 유량 센서, 당해 열식 질량 유량 센서의 제조 방법, 및 당해 열식 질량 유량 센서를 사용하는 열식 질량 유량계 - Google Patents

Abstract

고온에 있어서의 사용에 수반하는 센서 와이어(13a 및 13b)의 피복층의 소실을 억제하는 것을 목적으로 하여, 불활성 분위기에 있는 밀폐 용기(11) 중에 봉입되는 열식 질량 유량 센서(10)에 있어서, 밀폐 용기(11)의 외벽에 형성된 관통 구멍인 배기 구멍(16a)을 통해 밀폐 용기(11)의 내부 공간과 외부를 기밀하게 연통하는 관인 배기관(16)을 더 구비한다. 배기관(16)의 배기 구멍(16a)과는 반대측의 단부가 소성 변형에 의해 밀봉되어 밀봉부(16b)를 형성한다. 이에 의해, 통상의 대기 분위기 하에 있어서 밀폐 용기(11)를 형성한 후에 밀폐 용기(11)의 내부 공간을 기밀하게 폐쇄할 수 있다. 상기 밀봉부(16b)는 용접에 의해 더욱 밀봉되어 있어도 된다. 이와 같이 하여 밀폐 용기(11)를 용이하고 또한 고정밀도로 조립할 수 있으며 또한 고온에 있어서의 사용에 수반하는 밀폐 용기(11)의 기밀성의 저하를 억제할 수 있다.

Description

열식 질량 유량 센서, 당해 열식 질량 유량 센서의 제조 방법, 및 당해 열식 질량 유량 센서를 사용하는 열식 질량 유량계

본 발명은 열식 질량 유량 센서, 당해 열식 질량 유량 센서의 제조 방법, 및 당해 열식 질량 유량 센서를 사용하는 열식 질량 유량계에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 센서 와이어의 피복층 고온 내구성이 향상된 열식 질량 유량 센서, 당해 열식 질량 유량 센서의 제조 방법, 및 당해 열식 질량 유량 센서를 사용하는 열식 질량 유량계에 관한 것이다.

질량 유량 센서는, 예를 들어 반도체의 제조 프로세스에 있어서 챔버 내에 공급되는 프로세스 가스의 질량 유량을 검출하는 것을 목적으로 널리 사용되고 있다. 당해 기술 분야에 있어서는 각종 형식의 질량 유량 센서가 알려져 있지만, 이들 중에서도, 열식 질량 유량 센서는 비교적 간단한 구조에 의해 프로세스 가스의 질량 유량을 정확하게 측정할 수 있기 때문에 널리 보급되어 있다.

열식 질량 유량 센서는, 일반적으로 프로세스 가스가 흐르는 유로와, 유로의 중간에 마련된 바이패스와, 바이패스의 상류측에 있어서 유로로부터 분기되어 바이패스의 하류측에 있어서 유로와 합류하는 센서 튜브와, 센서 튜브에 감긴 한 쌍의 센서 와이어와, 센서 와이어 및 다른 저항 소자에 의해 구성되는 브리지 회로를 포함하는 센서 회로에 의해 구성된다. 상기 바이패스는 프로세스 가스에 대하여 유체 저항을 가지고, 유로를 유동하는 프로세스 가스의 일부를 일정한 비율로 센서 튜브로 분기시키도록 구성된다. 따라서, 센서 튜브에 흐르는 프로세스 가스의 질량 유량을 측정함으로써, 유로에 흐르는 프로세스 가스의 질량 유량을 구할 수 있다.

센서 와이어에 소정의 전류를 흘리면 센서 와이어가 발열하여, 센서 튜브를 흐르는 프로세스 가스에 열이 부여된다. 이 열은 프로세스 가스의 유동에 수반하여 상류측으로부터 하류측으로 이동한다. 이 열의 이동에 의해 상류측의 센서 와이어와 하류측의 센서 와이어 사이에 온도차가 발생하고, 결과적으로 전기 저항의 차가 발생한다. 그 결과, 브리지 회로의 단말기간에 전위차가 발생한다. 이 전위차를 센서 회로에 의해 검출함으로써, 센서 튜브를 흐르는 프로세스 가스의 질량 유량을 측정할 수 있다.

상기와 같이 센서 와이어에는 소정의 전류가 흐르기 때문에, 센서 와이어끼리의 사이 및 센서 와이어와 센서 튜브 사이에 있어서 단락(전기적 접촉)이 발생하지 않도록, 적어도 센서 와이어의 표면은 절연성 피복층에 의해 덮이는 것이 일반적이다. 피복층을 구성하는 재료에는, 전기 절연체로서의 기능, 접착제로서의 기능 및 열의 전도체로서의 기능이 요구된다. 또한, 센서 와이어의 표면에 얇게 형성할 수 있고, 피복층을 형성한 후의 센서 와이어를 센서 튜브에 감아도 균열이 발생하거나 하지 않도록 가요성을 갖는 피복층이 바람직하다. 이들 관점에서, 피복층을 구성하는 재료로서는, 예를 들어 폴리아미드이미드 및 폴리이미드 등의, 우수한 내열성을 갖는 수지 등의 유기 재료가 널리 사용되고 있다.

그런데, 열식 질량 유량 센서에 있어서는, 상술한 바와 같이, 센서 튜브를 흐르는 프로세스 가스에 열을 부여하기 위해서, 센서 와이어에 소정의 전류를 흘림으로써 센서 와이어를 발열시킨다. 또한, 예를 들어 응축성 가스 등 프로세스 가스의 종류에 따라서는, 높은 온도에 있어서 유량 센서가 사용되는 경우가 있다. 이러한 높은 온도에 있어서 유량 센서가 장시간 사용되면, 예를 들어 피복층을 구성하는 재료가 대기 중의 산소와 화학 반응하여, 가스가 되어 서서히 소실될 우려가 있다.

상기와 같이 피복층이 소실되면, 예를 들어 인접하는 센서 와이어 사이에 있어서 전기적 접촉이 발생하거나, 센서 와이어와 센서 튜브 사이에 있어서 전기적 접촉이 발생하거나 할 우려가 있다. 이러한 전기적 접촉이 발생하면, 센서 와이어의 전기 저항값이 저하되어, 센서 와이어에 대한 통전에 의한 프로세스 가스의 가열이 곤란해지거나, 유량 센서로서의 감도가 저하되거나 한다. 또한, 센서 튜브와 센서 와이어 사이에 있어서 간극이 발생하여 열의 이동이 방해되어, 센서 와이어에 대한 통전에 의한 프로세스 가스의 가열이 곤란해지거나, 유량 센서로서의 감도가 저하되거나 한다.

그래서, 당해 기술 분야에 있어서는, 상술한 바와 같은 고온에 있어서의 유량 센서의 사용에 수반하는 피복층의 구성 재료의 소실을 억제하기 위한 기술이 각종 검토되고 있다. 예를 들어, 비산화성의 분위기 가스(예를 들어, 질소 및 아르곤, 기타 불활성 가스 등)를 채운 글로브 박스 중에서 금속제의 밀폐 용기의 개구부로부터 유량 센서를 삽입한 후에 당해 개구부를 용접하여 폐쇄함으로써, 상기 분위기 가스를 상기 밀폐 용기 내에 봉입하여 피복층의 표면을 덮는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조). 또한, 불활성 가스 분위기 하에서 허메틱 실 구조를 갖는 용기 내에 열형 서미스터 유량 센서 장치를 넣은 후에, 저항 용접법 또는 레이저 용접법에 의해 당해 용기에 덮개를 설치하는 것도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2를 참조).

또한, 저면에 밀봉 구멍이 마련된 패키지의 내부에 IC 칩을 실장한 전자 디바이스에 있어서, 패키지 내부를 진공 또는 불활성 가스 분위기로 한 후, 상기 밀봉 구멍에 설치된 땜납계 재료를 포함하는 밀봉재를 (예를 들어, 전자빔 및 레이저광 등을 조사하여) 가열 용융시킴으로써, 당해 패키지를 기밀 밀봉하는 것도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3을 참조).

국제 공개 제2015/041255호 일본 특허 공개 평09-079880호 공보 일본 특허 제4873310호 공보

상술한 어느 종래 기술에 의해서도, 밀폐 용기에 있어서 불활성 분위기 하(즉, 진공 하 또는 불활성 가스 분위기 하)에 열식 질량 유량 센서를 봉입함으로써 고온에 있어서의 사용에 수반하는 센서 와이어의 피복층의 소실을 억제할 수 있다.

그러나, 특허문헌 1 및 2에 기재된 방법에 있어서는, 불활성 가스 분위기 중에서 금속 용기의 개구부를 용접하여 유량 센서를 내부에 밀봉하는 작업을, 예를 들어 진공 배기 장치를 구비한 글로브 박스 등의 내에서 행할 필요가 있다. 따라서, 용접 작업의 작업성이 현저하게 나쁘고, 용접 작업의 정밀도 및/또는 효율이 현저하게 저하된다는 과제가 있다.

특허문헌 3에 기재된 방법에 있어서는, 상기와 같이 글로브 박스 등의 내에서 패키지를 조립할 필요는 없다. 그러나, 밀봉재의 가열 용융에 의해 밀봉 구멍을 밀봉하는 작업에 대해서는, 역시 글로브 박스 등의 내에서 행할 필요가 있어, 작업 효율이 나쁘다. 덧붙여, 비교적 낮은 융점을 갖는 땜납계 재료 등이 밀봉재로서 사용되므로, 유량 센서의 사용 온도에 따라서는, 밀봉재가 재용융되어 패키지의 기밀 밀봉이 파열될 우려가 있다. 이러한 문제에 대한 대책으로서, 보다 높은 융점을 갖는 밀봉재를 사용하면, 밀봉재를 용융시키기 위한 온도도 높아져, 패키지를 기밀 밀봉할 때에 유량 센서가 손상될 우려가 있다

이상과 같이, 당해 기술 분야에 있어서는, 고온에 있어서의 사용에 수반하는 센서 와이어의 피복층의 소실을 억제하는 것을 목적으로 하여, 불활성 분위기에 있는 밀폐 용기 중에 봉입되는 열식 질량 유량 센서에 있어서, 상기 밀폐 용기를 용이하고 또한 고정밀도로 조립할 수 있으며 또한 고온에 있어서의 사용에 수반하는 상기 밀폐 용기의 기밀성의 저하를 억제할 수 있는 기술에 대한 요구가 존재한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「기밀」이란, 예를 들어 「복수의 부재가 간극없이 접합되어, 이들 부재 사이에서 유체가 누출되지 않는 상태」 등을 가리킨다. 또한, 이와 같이 복수의 부재를 기밀하게 접합시키는 것이 가능한 접합 방법의 구체예로서는, 예를 들어 용접, 경납땜 접합 및 확산 접합 등을 들 수 있다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 고온에 있어서의 사용에 수반하는 센서 와이어의 피복층의 소실을 억제하는 것을 목적으로 하여, 불활성 분위기에 있는 밀폐 용기 중에 봉입되는 열식 질량 유량 센서에 있어서, 상기 밀폐 용기를 용이하고 또한 고정밀도로 조립할 수 있으며 또한 고온에 있어서의 사용에 수반하는 상기 밀폐 용기의 기밀성의 저하를 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것을 하나의 목적으로 하고 있다.

즉, 본 발명에 따른 열식 질량 유량 센서(이후, 「본 발명 센서」라고 호칭되는 경우가 있음)는, 고온에 있어서의 사용에 수반하는 센서 와이어의 피복층의 소실을 억제하는 것을 목적으로 하여, 불활성 분위기에 있는 밀폐 용기 중에 봉입되는 열식 질량 유량 센서이다. 구체적으로는, 본 발명 센서는, 밀폐 용기와, 밀폐 용기의 내부 공간을 획정하는 외벽에 형성된 유입구 및 유출구와 기밀하게 연통되고 또한 밀폐 용기의 내부 공간에 수용된 센서 튜브와, 센서 튜브에 감긴 한 쌍의 센서 와이어와, 적어도 센서 와이어의 센서 튜브에 감긴 부분을 덮는 피복층과, 외벽에 설치되어 한 쌍의 센서 와이어 각각의 양단을 밀폐 용기의 외부에 설치된 외부 전극에 전기적으로 접속하는 허메틱 커넥터를 구비한다. 또한, 밀폐 용기의 내부 공간은 불활성 분위기로 밀폐되어 있다.

또한, 본 발명 센서는, 외벽에 형성된 관통 구멍인 배기 구멍을 통해 밀폐 용기의 내부 공간과 외부를 기밀하게 연통되는 관인 배기관을 더 구비한다. 더하여, 본 발명 센서에 있어서는, 배기관의 배기 구멍과는 반대측의 단부가 소성 변형에 의해 밀봉되어 밀봉부를 형성하고 있다.

또한, 하나의 바람직한 형태에 관한 본 발명 센서에 있어서, 밀봉부가 용접에 의해 더욱 밀봉되어 있어도 된다. 또 하나의 바람직한 형태에 관한 본 발명 센서는, 밀봉부를 수용 가능한 내부 공간 및 개구부가 형성된 캡을 더 구비하고, 캡의 내부 공간에 개구부를 통해 밀봉부가 삽입된 상태에 있어서 캡과 배기관이 용접에 의해 더욱 밀봉되어 있어도 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 센서는, 이하에 나타내는 제1 공정 내지 제5 공정을 포함하는 본 발명에 따른 열식 질량 유량 센서의 제조 방법(이후, 「본 발명 방법」이라고 호칭되는 경우가 있음)에 의해 제조할 수 있다.

[제1 공정]

밀폐 용기를 구성하는 복수의 부재 중, 유입구 및 유출구가 형성된 부재인 제1 부재에, 유입구 및 유출구와 센서 튜브의 양단부가 기밀하게 연통되도록, 한 쌍의 센서 와이어가 감긴 센서 튜브를 용접한다.

[제2 공정]

밀폐 용기를 구성하는 복수의 부재 중, 허메틱 커넥터가 설치된 부재인 제2 부재에, 한 쌍의 센서 와이어 각각의 양단을 허메틱 커넥터가 대응하는 단자에 각각 전기적으로 접속한다.

[제3 공정]

밀폐 용기를 구성하는 복수의 부재 중, 배기 구멍이 형성된 부재인 제3 부재에, 배기 구멍을 통해 밀폐 용기의 내부 공간과 기밀하게 연통되도록, 배기관을 용접한다.

[제4 공정]

밀폐 용기를 구성하는 복수의 부재를 서로 용접하여 밀폐 용기를 형성한다.

[제5 공정]

배기관을 통해(예를 들어, 감압 펌프 등에 의해) 내부 공간으로부터 공기를 배출한 후, 배기관의 배기 구멍과는 반대측의 단부를 소성 변형에 의해 밀봉하여 밀봉부를 형성한다.

또한, 하나의 바람직한 형태에 관한 본 발명 방법의 제5 공정에 있어서, 예를 들어 감압 펌프 등에 의해, 배기관을 통해 내부 공간으로부터 공기를 배출한 후, 배기관을 통해 내부 공간에 불활성 가스를 봉입한 후, 배기관의 배기 구멍과는 반대측의 단부를 소성 변형에 의해 밀봉하여 밀봉부를 형성하도록 해도 된다. 이 경우, 불활성 가스에 포함되는 수분을 저감시키는 수분 저감 수단에 의해 불활성 가스에 있어서의 수분의 함유율을 낮춘 후에, 배기관을 통해 내부 공간에 불활성 가스를 봉입하게 해도 된다.

또 하나의 바람직한 형태에 관한 본 발명 방법의 제5 공정에 있어서, 밀봉부를 형성한 후, 밀봉부를 용접에 의해 더욱 밀봉하도록 해도 된다. 또한, 또 하나의 바람직한 형태에 관한 본 발명 방법의 제5 공정에 있어서, 밀봉부를 형성한 후, 밀봉부를 수용 가능한 내부 공간 및 개구부가 형성된 캡의 내부 공간에 개구부를 통해 밀봉부가 삽입된 상태에 있어서 캡과 배기관을 용접에 의해 더욱 밀봉하도록 해도 된다.

덧붙여, 본 발명 방법은, 제5 공정을 실행하기 전에, 밀폐 용기의 외표면에 특정의 검지용 가스를 국소적으로 공급하면서, 배기관을 통해(예를 들어, 감압 펌프 등에 의해) 내부 공간으로부터 배출되는 기체 중에 검지용 가스가 검출되었을 때에 검지용 가스가 공급되고 있던 개소를 기밀성이 불충분한 불량 개소로서 특정하는 기밀성 테스트 공정을 더 포함할 수도 있다.

또한, 또 하나의 바람직한 형태에 관한 본 발명 방법에 있어서, 실온보다도 높은 온도에 있어서 제5 공정을 실행하도록 해도 된다. 이 경우, 실온보다도 높으며 또한 200℃ 이하의 온도에 있어서 제5 공정을 실행하도록 해도 된다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명 센서를 사용하는 열식 질량 유량계(이후, 「본 발명 유량계」라고 호칭되는 경우가 있음)에도 관한 것이다. 본 발명 유량계는, 베이스의 설치면 및 본 발명 센서의 밀폐 용기 측면 각각과 면 접촉하는 전열 블록을 더 갖고 있어도 된다. 본 발명 유량계는, 베이스 및 전열 블록의 적어도 한쪽의 측면에 접하여 설치된 온도 조절 블록을 더 갖고 있어도 된다. 이 경우, 온도 조절 블록은 전열 재료에 의해 형성되어 있고, 또한 온도 조절 블록을 가열하는 발열체 및/또는 온도 조절 블록을 냉각시키는 냉각체를 갖는다.

상기의 경우, 열식 질량 유량 센서에 있어서의 열전도 경로에 있어서, 한 쌍의 센서 와이어에 대하여 배기 구멍이 대칭인 위치에 있도록 해도 된다. 또한, 배기관이 삽입 관통하는 관통 구멍이 전열 블록에 형성되어 있고, 또한 배기관의 외면과 관통 구멍의 내면 사이의 최단 거리가 1mm 이상이 되도록 해도 된다. 또한, 배기관의 외면과 관통 구멍의 내면 사이에 단열재가 충전되어 있도록 해도 된다.

상술한 본 발명 센서, 본 발명 방법 및 본 발명 유량계에 의하면, 고온에 있어서의 사용에 수반하는 센서 와이어의 피복층의 소실을 억제하는 것을 목적으로 하고, 불활성 분위기에 있는 밀폐 용기 중에 봉입되는 열식 질량 유량 센서에 있어서, 상기 밀폐 용기를 용이하고 또한 고정밀도로 조립할 수 있으며 또한 고온에 있어서의 사용에 수반하는 상기 밀폐 용기의 기밀성의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 제조 비용의 증대 및/또는 밀폐 용기의 가공 정밀도의 저하를 초래하지 않고, 열식 질량 유량 센서의 사용에 수반하는 센서 와이어의 피복층 열화에 기인하는 경시 변화를 억제할 수 있다.

또한, 본 발명 센서, 본 발명 방법 및 본 발명 유량계에 의하면, 밀폐 용기의 내부 공간에 포함되는 수분에 기인하여, 본 발명 센서의 사용에 수반하여, 예를 들어 센서 와이어의 피복층이 열화되거나, 본 발명 센서의 감도가 변화되거나 하는 문제를 저감시킬 수 있다.

전열 블록 및/또는 온도 조절 블록을 더 갖는 본 발명 유량계에 의하면, 본 발명 유량계 주위의 환경 온도에 무관하게 본 발명 센서의 온도(센서 튜브를 흐르는 가스의 온도에 대응)를 원하는 온도로 유지하여, 예를 들어 센서 튜브의 내부에 있어서의 가스의 응결 및 열화 등의 문제를 저감시킬 수 있다. 덧붙여, 본 발명 유량계에 의하면, 전열 블록 및/또는 온도 조절 블록과 배기관 사이에 있어서의 열전도를 저감시킴으로써, 온도 조절 블록이 구비하는 발열체 및/또는 냉각체의 작동과 정지의 전환에 수반하는 온도 조절 블록의 과도적인 온도 변화가 질량 유량의 검출 결과에 영향을 미치는 등의 문제를 저감시킬 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 다른 특징 및 부수되는 이점은, 이하의 도면을 참조하면서 기술되는 본 발명의 각 실시 형태에 따른 설명으로부터 용이하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 열식 질량 유량 센서(제1 센서)의 사시도이다.
도 2는 제1 센서의 (a) 정면도, (b) 상면도(투시도), (c) 저면도, (d) 좌측면에서 본 평면 D-D'에 의한 단면도, 및 (e) 정면으로부터 본 평면 E-E'에 의한 단면도이다.
도 3은 도 2의 (e)의 모식적인 확대도이다.
도 4는, 제1 센서가 구비하는 배기관(16)의 배기 구멍(16a)과는 반대측의 단부가 소성 변형에 의해 밀봉되어 밀봉부(16b)를 형성한 모습을 나타내는 모식적인 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태 변형예 2에 관한 제1 센서가 구비하는 배기관(16)의 배기 구멍(16a)과는 반대측의 단부가 밀봉부(16b)를 형성하고 있으며, 캡(16c)의 내부 공간에 당해 밀봉부(16b)가 삽입된 상태에 있어서 캡(16c)과 배기관(16)이 용접에 의해 더욱 밀봉되어 있는 모습을 나타내는 모식적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 열식 질량 유량 센서의 제조 방법(제1 방법)에 포함되는 각 공정의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 제5 공정에 있어서, 배기관을 통해 밀폐 용기의 내부 공간으로부터 공기를 배출한 후, 불활성 가스에 포함되는 수분을 저감시키는 수분 저감 수단에 의해 수분의 함유율을 낮춘 불활성 가스를, 배기관을 통해, 밀폐 용기의 내부 공간에 봉입하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 8은 헬륨 리크 디텍터를 사용하는 진공법 분사법(스프레이법)에 의한 제1 센서의 리크 테스트의 모습을 나타내는 모식도이다.
도 9는, 베이스 내에 마련된 유체의 유로 축선에 직교하는 방향으로부터 관찰되는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 열식 질량 유량계(제1 유량계)의 모식적인 정면도이다.
도 10은 도 9에 나타낸 화살표 A의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 측면도이다.
도 11은 도 9에 나타낸 화살표 B의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 평면도(상면도)이다.
도 12는, 베이스 내에 마련된 유체의 유로 축선에 직교하는 방향으로부터 관찰되는 본 발명의 제3 실시 양태의 변형예 1에 관한 제1 유량계의 모식적인 정면도이다.
도 13은 도 12에 나타낸 화살표 A의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 측면도이다.
도 14는 도 12에 나타낸 화살표 B의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 평면도(상면도)이다.
도 15는, 베이스 내에 마련된 유체의 유로 축선에 직교하는 방향으로부터 관찰되는 본 발명의 제3 실시 양태의 변형예 2에 관한 제1 유량계의 모식적인 정면도이다.
도 16은 도 15에 도시한 화살표 A의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 측면도이다.
도 17은 도 15에 도시한 화살표 B의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 평면도(상면도)이다.
도 18은, 본 발명의 제3 실시 양태의 변형예 3에 관한 제1 유량계가 구비하는 제1 센서의 (a) 정면도, (b) 상면도(투시도), (c) 저면도, (d) 좌측면에서 본 평면 D-D'에 의한 단면도, 및 (e) 정면으로부터 본 평면 E-E'에 의한 단면도이다.

《제1 실시 형태》

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 열식 질량 유량 센서(이후, 「제1 센서」라고 호칭되는 경우가 있음)에 대하여 설명한다.

(구성)

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 센서(10)는 센서 튜브(12)와, 센서 튜브(12)에 감긴 한 쌍의 센서 와이어(13)(13a 및 13b, 도 3에 있어서만 도시)와, 적어도 센서 와이어(13)의 센서 튜브(12)에 감긴 부분을 덮는 피복층(도시하지 않음)을 구비하는 점에 있어서, 일반적인 열식 질량 유량 센서와 동일한 구성을 갖는다.

센서 튜브(12)는, 그 안을 흐르는 피측정 유체(예를 들어, 반도체의 제조 프로세스에 있어서 챔버 내에 공급되는 프로세스 가스)에 대하여 불활성이며, 또한 피측정 유체의 질량 유량의 측정 조건(예를 들어 온도 및 압력 등)에 견딜 수 있는 재료에 의해 형성된 관형 부재이다. 본 예에 있어서는, 0.6mm의 외경 및 0.04mm의 두께를 갖는 스테인리스강(예를 들어, 일본 공업 규격의 SUS316재 등)제의 강관을 센서 튜브(12)로서 사용하였다.

센서 와이어(13)는, 통전에 의해 발열하여 센서 튜브(12) 안을 흐르는 피측정 유체를 가열할 수 있는 발열 소자 및 온도에 따라서 전기 저항값이 변화되는 저항 소자로서 기능할 수 있는 도전체에 의해 형성되는 선형 부재이다. 본 예에 있어서는, 35㎛의 직경을 갖는 철 니켈 합금(철 30％, 니켈 70％)제의 와이어를 센서 와이어(13)로서 사용하였다.

전술한 바와 같이, 피복층을 구성하는 재료에는, 전기 절연체로서의 기능, 접착제로서의 기능 및 열의 전도체로서의 기능이 요구된다. 또한, 센서 와이어(13)의 표면에 얇게 형성할 수 있고, 피복층을 형성한 후의 센서 와이어(13)를 센서 튜브(12)에 감아도 균열이 발생하거나 하지 않도록 가요성을 갖는 피복층이 바람직하다. 이들 관점에서, 피복층을 구성하는 재료로서는, 예를 들어 폴리아미드이미드 및 폴리이미드 등의, 우수한 내열성을 갖는 수지 등의 유기 재료가 사용된다.

본 예에 있어서는, 폴리이미드 전구체인 폴리이미드산의 N-메틸피롤리돈 용액(이후, 「용액 A」라고 호칭되는 경우가 있음)을 센서 와이어(13)의 표면에 도포, 건조시킨 후, 베이킹을 행하여, 막 두께 6.0㎛의 폴리이미드를 포함하는 피복층을 형성시켰다. 또한, 예를 들어 센서 튜브(12)와 센서 와이어(13) 사이의 절연 및 접착을 보다 확실하게 하는 것 등을 목적으로 하여, 센서 튜브(12)의 표면에도 피복층을 형성해도 된다. 이 경우, 예를 들어 상기 용액 A를 센서 튜브(12)의 표면에 소정의 길이에 걸쳐 도포, 건조시킨 후, 베이킹을 행함으로써, 센서 튜브(12)의 표면에도 폴리이미드를 포함하는 피복층을 형성시킬 수 있다.

센서 튜브(12), 센서 와이어(13) 및 피복층은, 고온에 있어서의 사용에 수반하는 피복층의 소실을 억제하는 것을 목적으로 하여, 불활성 분위기로 밀폐된 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 수용되어 있다. 본 예에 있어서, 밀폐 용기(11)는 구성 부재(11a, 11b 및 11c)에 의해 구성되어 있다. 구성 부재(11a, 11b 및 11c)를 구성하는 재료로서는, 예를 들어 용접 등에 의해 서로 기밀하게 접합되어 밀폐 용기(11)를 구성하는 것이 가능하며 또한 피측정 유체의 질량 유량의 측정 조건(예를 들어 온도 및 압력 등)에 견딜 수 있는 재료가 선택된다. 본 예에 있어서는, 스테인리스강(예를 들어, 일본 공업 규격의 SUS316L재 등)제의 센서 베이스, 42 알로이제의 센서 케이스 및 42 알로이제의 덮개를 각각 구성 부재(11a, 11b 및 11c)로서 채용하고, 이들을 용접에 의해 접합시킴으로써 밀폐 용기(11)를 구성하였다.

「불활성 분위기」란, 피복층을 열화시키지 않는 분위기를 가리킨다. 구체적으로는 「불활성 분위기」란, 예를 들어 산소를 비롯한 산화성 가스가 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 전혀 존재하지 않거나 또는 매우 약간밖에 존재하지 않는 상태, 희가스를 비롯한 불활성 가스에 의해 밀폐 용기(11)의 내부 공간이 충전되어 있는 상태, 및 진공 상태(극저압 상태를 포함함) 등을 가리킨다.

센서 튜브(12)는, 밀폐 용기(11)의 내부 공간을 획정하는 외벽에 형성된 유입구(12a) 및 유출구(12b)와 기밀하게 연통되어 있다. 유입구(12a) 및 유출구(12b)는 구성 부재(11a, 11b 및 11c) 중 어느 것에 형성되어 있어도 된다. 즉, 유입구(12a) 및 유출구(12b)는 센서 베이스, 센서 케이스 및 덮개 중 어느 것에 형성되어 있어도 된다. 전형적으로는, 유입구(12a) 및 유출구(12b)는 센서 베이스에 형성된다. 본 예에 있어서는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 스테인리스강제의 센서 베이스인 구성 부재(11a)에 형성된 2개의 관통 구멍의 저면측(밀폐 용기(11)의 외측)의 개구부가 유입구(12a) 및 유출구(12b)에 각각 해당한다.

한편, 센서 튜브(12)는 상술한 바와 같이 스테인리스강제의 강관을 포함하므로, 본 예에 있어서는, 센서 튜브(12)와 유입구(12a) 및 유출구(12b)는 각각 용접에 의해 접합되었다.

또한, 제1 센서(10)가 질량 유량계의 구성 요소로서 조립될 때에는, 피측정 유체의 유로(도시하지 않음)에 마련된 바이패스(도시하지 않음)의 상류와 하류를 센서 튜브(12)가 연통하도록, 유입구(12a) 및 유출구(12b)가 피측정 유체의 유로에 있어서의 바이패스의 상류측 및 하류측에 각각 접속된다.

또한, 제1 센서(10)는, 밀폐 용기(11)의 내부 공간을 획정하는 외벽에 설치되어 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b) 각각의 양단을 밀폐 용기(11)의 외부에 설치된 외부 전극(15)에 전기적으로 접속하는 허메틱 커넥터(14)를 구비한다. 이에 의해, 외부 전극(15)을 통해, 밀폐 용기(11)의 외부에 설치된 전원(도시하지 않음)으로부터 상기 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b) 각각에 통전할 수 있다. 그 결과, 제1 센서(10)가 질량 유량계의 구성 요소로서 조립될 때에는, 센서 와이어(13)에 소정의 전류를 흘려 발열시키고, 전술한 바와 같이 센서 튜브(12)의 내부를 흐르는 피측정 유체(예를 들어, 반도체의 제조 프로세스에 있어서 챔버 내에 공급되는 프로세스 가스)의 질량 유량을 측정할 수 있다. 또한, 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b) 및 다른 저항 소자에 의해 구성되는 브리지 회로를 포함하는 센서 회로를 구성하여, 전술한 바와 같이 센서 튜브(12)를 흐르는 피측정 유체의 질량 유량을 측정할 수 있다.

허메틱 커넥터(14)는 구성 부재(11a, 11b 및 11c) 중 어느 것에 형성되어 있어도 된다. 즉, 허메틱 커넥터(14)는 센서 베이스, 센서 케이스 및 덮개 중 어느 것에 형성되어 있어도 된다. 본 예에 있어서는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 42 알로이제의 센서 케이스인 구성 부재(11b)에 허메틱 커넥터(14)가 형성되어 있다. 허메틱 커넥터(14)의 상세한 구성에 대해서는, 당업자에게 주지되어 있으므로, 여기에서의 설명은 생략한다. 또한, 본 예에 있어서는, 외부 전극(15)을 구성하는 재료로서, 금 도금된 코바르(Kovar)(등록 상표)(웨스틴 하우스사제, 철/니켈/코발트 합금)를 사용하였다.

상기에 더하여, 제1 센서(10)는, 밀폐 용기(11)의 내부 공간을 획정하는 외벽에 형성된 관통 구멍인 배기 구멍(16a)을 통해 밀폐 용기(11)의 내부 공간과 외부를 기밀하게 연통하는 관인 배기관(16)을 더 구비한다. 배기 구멍(16a)은 구성 부재(11a, 11b 및 11c) 중 어느 것에 형성되어 있어도 된다. 즉, 배기 구멍(16a)은 센서 베이스, 센서 케이스 및 덮개 중 어느 것에 형성되어 있어도 된다. 본 예에 있어서는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 스테인리스강제의 센서 베이스인 구성 부재(11a)에 배기 구멍(16a)이 형성되어 있다.

배기관(16)은 피측정 유체의 질량 유량의 측정 조건(예를 들어 온도 및 압력 등)뿐만 아니라, 상세하게는 후술하는 바와 같이 밀폐 용기(11)의 내부 공간으로부터 공기를 배출할 때의 당해 관의 내부와 외부의 압력차에 견딜 수 있는 재료에 의해 형성된 관형 부재이다. 본 예에 있어서는, 2.0mm의 외경 및 0.5mm의 두께를 갖는 스테인리스강(예를 들어, 일본 공업 규격의 SUS316L재 등)제의 강관을 배기관(16)으로서 사용하였다.

또한, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 배기관(16)의 배기 구멍(16a)과는 반대측의 단부는, 소성 변형에 의해 밀봉되어 밀봉부(16b)를 형성하고 있다. 이에 의해, 밀봉부(16b)에 있어서의 배기관(16)의 내부 공간이 폐색되어, 밀폐 용기(11)의 내부 공간이 외부로부터 차단되어 있다. 즉, 밀폐 용기(11)는 기밀하게 폐쇄되어 있다. 또한, 도 4에 있어서는, 배기관(16)을 찌부러뜨림으로써 밀봉부(16b)가 형성되고, 배기관(16)의 내부 공간이 폐색되어, 밀폐 용기(11)의 내부 공간이 외부로부터 차단되어 있다. 그러나, 배기관(16)을 소성 변형시켜 밀봉부(16b)를 형성시키기 위한 구체적인 방법은 상기에 한정되지 않는다.

상기 「소성 변형」의 구체예로서는, 예를 들어 찌부러뜨림, 굽힘, 절단, 및 나사 절삭 등을 들 수 있다. 따라서, 배기관(16)은 소성 변형이 가능한 재료에 의해 형성된다. 전형적으로는, 배기관(16)은 예를 들어 상술한 스테인리스강 등의 철계 금속을 비롯한 금속에 의해 형성된다.

또한, 배기관(16)을 형성하는 재료는, 소성 변형에 의해 밀봉되어 밀봉부(16b)를 형성할 때에 과대한 하중을 필요로 하거나 의도하지 않은 파단을 발생하거나 하지 않는 성상을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 배기관(16)을 형성하는 재료는, 소정의 경도보다도 작은 경도를 갖는다. 구체적으로는 배기관(16)을 형성하는 재료는, 바람직하게는 180 이하, 보다 바람직하게는 150 이하의 비커스 경도를 갖는다. 이러한 배기관(16)은, 예를 들어 원하는 형상 및 크기를 갖는 스테인리스강제의 강관을 소정의 온도에 있어서 어닐링함으로써 얻을 수 있다.

또한, 제1 센서(10)에 있어서는, 상술한 바와 같이, 3개의 구성 부재(11a, 11b 및 11c)에 의해 밀폐 용기(11)가 구성되어 있다. 그러나, 열식 질량 유량 센서로서의 기능을 실현 가능한 구성을 달성하는 것이 가능한 한, 밀폐 용기(11)의 구성 부재의 수 및 개개의 구성 부재의 형상 등은 상기에 한정되지 않는다. 즉, 밀폐 용기(11)를 형성하는 구성 부재의 수 및 개개의 구성 부재의 형상 등은 목적으로 하는 센서의 구성에 따라서 다양하게 변경할 수 있다.

또한, 제1 센서(10)에 있어서는, 상술한 바와 같이 유입구(12a) 및 유출구(12b) 및 배기 구멍(16a)이 구성 부재(11a)에 형성되고, 허메틱 커넥터(14)가 구성 부재(11b)에 형성되어 있다. 그러나, 열식 질량 유량 센서로서의 기능을 실현 가능한 구성을 달성하는 것이 가능한 한, 유입구(12a) 및 유출구(12b), 배기 구멍(16a) 및 허메틱 커넥터(14)의 배치는 상기에 한정되지 않는다. 즉, 유입구(12a) 및 유출구(12b), 배기 구멍(16a) 및 허메틱 커넥터(14)의 모두가 하나의 구성 부재로 형성되어 있어도 되고, 또는 각각이 다른 구성 부재로 형성되어 있어도 된다.

(효과)

제1 센서(10)에 있어서는, 피복층으로 덮인 센서 와이어(13)가 감긴 센서 튜브(12)가 불활성 분위기에 있는 밀폐 용기(11) 중에 봉입되어 있다. 따라서, 고온에 있어서의 사용에 수반하는 센서 와이어(13)의 피복층의 소실을 억제할 수 있다. 또한, 상기와 같은 구성을 갖는 제1 센서(10)에 의하면, 예를 들어 글로브 박스 등의 특수한 환경 하에서가 아니라, 통상의 대기 분위기 하에 있어서 구성 부재(11a 내지 11c)를 용접함으로써, 밀폐 용기(11)를 조립할 수 있다. 따라서, 밀폐 용기(11)를 용이하고 또한 고정밀도로 조립할 수 있다.

덧붙여, 이와 같이 하여 조립된 밀폐 용기(11)의 내부 공간은, 최종적으로는, 배기 구멍(16a)에 연통되는 배기관(16)을 소성 변형에 의해 밀봉함으로써 기밀하게 폐쇄된다. 따라서, 예를 들어 글로브 박스 등의 특수한 환경 하에서가 아니라, 통상의 대기 분위기 하에 있어서 밀폐 용기(11)를 기밀하게 폐쇄할 수 있다. 또한, 예를 들어 땜납계 재료를 포함하는 밀봉재의 가열 용융에 의한 밀봉과는 달리, 고온에 있어서의 사용에 수반하는 밀폐 용기(11)의 기밀성의 저하를 억제할 수 있다.

상기한 바와 같이 제1 센서(10)에 의하면, 제조 비용의 증대 및/또는 밀폐 용기의 가공 정밀도의 저하를 초래하지 않고, 열식 질량 유량 센서의 사용에 수반하는 센서 와이어의 피복층 열화에 기인하는 경시 변화를 억제할 수 있다.

<제1 실시 형태의 변형예 1>

상술한 바와 같이, 제1 센서(10)에 있어서는, 배기관(16)의 배기 구멍(16a)과는 반대측의 단부가 소성 변형에 의해 밀봉되어 밀봉부(16b)를 형성함으로써, 불활성 분위기에 있는 밀폐 용기(11)의 내부 공간이 기밀하게 폐쇄된다. 그러나, 배기관(16)의 소성 변형만에 의한 밀봉에 의해 달성되는 밀폐 용기(11)의 기밀성으로는 불충분한 경우가 있다.

예를 들어, 진공 상태에 따라서 불활성 분위기가 달성되는 경우, 밀폐 용기(11)에는 보다 고도의 기밀성이 요구된다. 또한, 예를 들어 불활성 가스에 의해 밀폐 용기(11)의 내부 공간이 충전되어 있으며 또한 유량 측정 시에 제1 센서(10)를 현저하게 높은 온도에까지 가열할 필요가 있는 경우에도, 보다 고도의 기밀성이 요구된다.

상기와 같이 밀폐 용기(11)의 기밀성을 더욱 높일 필요가 있는 경우에 있어서는, 상기 밀봉부(16b)가 용접에 의해 더욱 밀봉되어 있어도 된다. 이 경우, 배기관(16)은 용접 가능한 재료에 의해 형성된다. 전형적으로는 배기관(16)은, 예를 들어 상술한 스테인리스강 등의 철계 금속을 비롯한 금속에 의해 형성된다.

상기에 의하면, 밀폐 용기(11)의 내부 공간은 배기관(16)의 소성 변형에 의한 밀봉에 더하여, 밀봉부(16b)의 용접에 의해 더욱 기밀하게 폐쇄된다. 그 결과, 밀폐 용기(11)의 기밀성을 더욱 높일 수 있다.

<제1 실시 형태의 변형예 2>

그런데, 상기와 같이 배기관(16)의 소성 변형에 의한 밀봉부(16b)를 용접에 의해 더욱 밀봉하는 경우, 용접에 수반하는 온도 상승에 의해, 예를 들어 소성 변형의 잔류 응력에 기인하여 밀봉부(16b)의 형상이 밀봉 전의 상태로 적어도 부분적으로 복귀되고, 밀봉부(16b)에 있어서의 밀봉이 파열되는 경우가 있다. 또한, 밀봉부(16b)가 용접되지 않은 경우, 예를 들어 유량 측정 시에 제1 센서(10)를 현저하게 높은 온도에까지 가열할 때와 동일한 문제가 발생할 우려가 있다. 즉, 예를 들어 유량 측정 시 및 용접 시 등에 있어서, 온도 상승에 의한 밀봉부(16b)의 형상 변화에 기인하는 기밀성의 저하가 염려된다.

상기와 같은 우려가 있는 경우에 있어서는, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 밀봉부(16b)를 수용 가능한 내부 공간 및 개구부가 형성된 캡(16c)을 제1 센서(10)가 더 구비하고, 또한 당해 캡(16c)의 내부 공간에 개구부를 통해 밀봉부(16b)가 삽입된 상태에 있어서 당해 캡(16c)과 배기관(16)이 용접에 의해 더욱 밀봉되어 있어도 된다.

이 경우, 상기 캡(16c)은 용접 가능한 재료에 의해 형성된다. 전형적으로는 상기 캡(16c)은, 예를 들어 스테인리스강(예를 들어, 일본 공업 규격의 SUS316L재 등) 등의 철계 금속을 비롯한 금속에 의해 형성된다. 또한, 온도 상승에 의한 밀봉부(16b)의 형상 변화에 기인하는 기밀성의 저하를 방지하는 관점에서는, 밀봉부(16b)로부터 이격된 위치에 있어서 상기 캡(16c)과 배기관(16)이 용접되어 있는 것이 바람직하다. 전형적으로는, 상기 캡(16c)의 개구부의 주연과, 그 근방의 배기관(16)의 외측면이 용접된다.

상기에 의하면, 배기관(16)의 소성 변형에 의한 밀봉부(16b)를 내포하는 캡(16c)이 배기관(16)에 용접됨으로써 더욱 밀봉된다. 이와 같이, 밀봉부(16b) 자체는 용접되지 않으므로, 용접에 수반하는 온도 상승에 의한 밀봉부(16b)의 형상 변화에 기인하는 기밀성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 높은 온도에 있어서의 유량 측정에 수반하는 온도 상승에 의해 밀봉부(16b)의 형상이 변화되어 밀봉부(16b)에 있어서의 밀봉이 파열되어도, 상기와 같이 캡(16c)과 배기관(16)의 용접에 의해 더욱 밀봉되어 있으므로, 밀폐 용기(11) 전체로서의 기밀성의 저하를 방지할 수 있다.

《제2 실시 형태》

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 열식 질량 유량 센서의 제조 방법(이후, 「제1 방법」이라고 호칭되는 경우가 있음)에 대하여 설명한다.

제1 방법에 의해 제조되는 열식 질량 유량 센서는, 상술한 제1 센서(10)를 비롯한 본 발명에 따른 열식 질량 유량 센서이다. 따라서, 제1 방법에 의해 제조되는 열식 질량 유량 센서의 구성에 대해서는, 본 발명에 따른 열식 질량 유량 센서에 관한 설명에 있어서 이미 설명했으므로, 여기에서는 설명을 반복하지 않는다.

제1 방법은, 전술한 바와 같이 제1 공정 내지 제5 공정을 포함한다. 제1 공정 내지 제5 공정의 각각에 대해서, 이하에 상세하게 설명한다. 단, 본 발명에 따른 열식 질량 유량 센서의 제조 방법은, 예를 들어 제조하고자 하는 열식 질량 유량 센서의 구성 및 당해 제조 방법이 실행되는 제조 설비의 사양 등에 따라서, 제1 공정 내지 제5 공정 이외의 공정을 더 포함할 수 있음은 물론이다.

또한, 이해를 용이하게 하는 것을 목적으로 하여, 이하의 설명에 있어서는, 도 6의 흐름도에 나타내고 있는 바와 같이 제1 공정 내지 제5 공정을 순차로 실행함으로써, 상술한 제1 센서(10)를 제1 방법에 의해 제조하는 경우를 상정한다. 따라서, 제1 센서(10)의 각 구성 요소에는, 제1 센서(10)에 관한 상기 설명과 동일한 부호를 부여하여 설명한다.

[제1 공정]

우선, 스텝 S01에 있어서, 밀폐 용기(11)를 구성하는 복수의 부재 중, 유입구(12a) 및 유출구(12b)가 형성된 부재인 제1 부재에, 유입구(12a) 및 유출구(12b)와 센서 튜브(12)의 양단부가 기밀하게 연통되도록, 한 쌍의 센서 와이어(13)(13a 및 13b)가 감긴 센서 튜브(12)를 용접시킨다.

제1 센서(10)에 있어서는, 상술한 바와 같이, 유입구(12a) 및 유출구(12b)는 구성 부재(11a)에 형성되어 있다. 따라서, 제1 센서(10)에 있어서는, 구성 부재(11a)가 제1 부재에 해당한다.

[제2 공정]

이어서, 스텝 S02에 있어서, 밀폐 용기(11)를 구성하는 복수의 부재 중, 허메틱 커넥터(14)가 설치된 부재인 제2 부재에, 한 쌍의 센서 와이어(13) 각각 (13a 및 13b)의 양단을 허메틱 커넥터(14)의 대응하는 단자(도시하지 않음)에 각각 전기적으로 접속시킨다.

제1 센서(10)에 있어서는, 상술한 바와 같이, 허메틱 커넥터(14)는 구성 부재(11b)에 형성되어 있다. 따라서, 제1 센서(10)에 있어서는, 구성 부재(11b)가 제2 부재에 해당한다. 또한, 상기한 바와 같이 제1 부재(구성 부재(11a))에 용접된 센서 튜브(12)에 감긴 한 쌍의 센서 와이어(13)의 양단을 제2 부재(구성 부재(11b))의 내측에 배치된 허메틱 커넥터(14)의 단자에 전기적으로 접속시킬 필요가 있다. 이 작업을 용이하게 하기 위해서, 구성 부재(11b)의 상측(구성 부재(11a)에 대향하는 측과는 반대측)은 개구되어 있다. 또한, 이 개구는, 상세하게는 후술하는 바와 같이, 구성 부재(11c)에 의해 폐색됨으로써 밀폐 용기(11)가 형성된다.

한 쌍의 센서 와이어(13)의 양단을 허메틱 커넥터(14)의 대응하는 단자에 접속시키기 위한 구체적인 방법은, 제1 센서(10)의 제조 조건 및 피측정 유체의 질량 유량의 측정 조건(예를 들어 온도 및 압력 등)에 당해 접속이 견딜 수 있는 한, 특별히 한정되지 않는다. 제1 방법에 있어서는, 센서 와이어(13)의 양단을 허메틱 커넥터(14)의 대응하는 단자에 용접에 의해 접속시켰다.

[제3 공정]

또한, 스텝 S03에 있어서, 밀폐 용기(11)를 구성하는 복수의 부재 중, 배기 구멍(16a)이 형성된 부재인 제3 부재에, 배기 구멍(16a)을 통해 밀폐 용기(11)의 내부 공간과 기밀하게 연통되도록, 배기관(16)을 용접시킨다.

제1 센서(10)에 있어서는, 상술한 바와 같이, 배기 구멍(16a)은 구성 부재(11a)에 형성되어 있다. 따라서, 제1 센서(10)에 있어서는, 구성 부재(11a)가 제3 부재에 해당한다. 즉, 제1 센서(10)에 있어서는, 구성 부재(11a)가 제1 부재 및 제3 부재의 양쪽에 해당한다.

단, 제1 부재 내지 제3 부재는, 밀폐 용기(11)를 구성하는 복수의 구성 부재 중 어느 것이어도 된다. 예를 들어, 밀폐 용기(11)를 구성하는 복수의 구성 부재 중 하나의 구성 부재가 제1 부재 내지 제3 부재의 모두에 해당해도 되고, 또는 밀폐 용기(11)를 구성하는 복수의 구성 부재 중 다른 구성 부재에 제1 부재 내지 제3 부재가 각각 해당해도 된다.

[제4 공정]

이어서, 스텝 S04에 있어서, 밀폐 용기(11)를 구성하는 복수의 부재를 서로 용접하여 밀폐 용기(11)를 형성한다. 즉, 제4 공정에 있어서는, 상술한 제1 부재, 제2 부재 및 제3 부재를 포함하는 복수의 부재를 서로 용접하여 밀폐 용기(11)를 형성한다. 본 예에 있어서는, 스테인리스강제의 센서 베이스인 구성 부재(11a) 및 (42) 알로이제의 센서 케이스인 구성 부재(11b)에 더하여 42 알로이제의 덮개인 구성 부재(11c)를 서로 용접하여 밀폐 용기(11)를 형성한다.

상기와 같이 각 구성 부재를 용접하여 밀폐 용기(11)를 형성하기 위한 구체적인 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 상술한 저항 용접법 또는 레이저 용접법 등의 용접법을 채용할 수 있다. 그런데, 본 예에 있어서는, 도 1 및 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 구성 부재(11b)(센서 케이스)의 구성 부재(11a)(센서 베이스)에 대향하는 부분(접합 부분)의 일부가 돌출되어 있다. 구체적으로는, 구성 부재(11a)와 구성 부재(11b)의 접합면에 대한 투영도에 있어서, 구성 부재(11b)의 외부에 설치된 외부 전극(15)이 존재하는 영역을 상기 접합 부분의 윤곽이 포함되도록, 상기 접합 부분의 일부에 돌출부(11b')가 형성되어 있다.

이것은, 본 예에 있어서는, 각 구성 부재를 용접하여 밀폐 용기(11)를 형성하기 위한 구체적인 방법으로서, 레이저 용접법을 채용하였기 때문이다. 이 레이저 용접법에 있어서는 도 1을 향해 상측(즉, 구성 부재(11b)측)으로부터 접합 부분에 레이저 광선이 조사된다. 따라서, 상기와 같은 돌출부(11b')가 형성되지 않으면, 접합 부분에 조사되어야 할 레이저 광선이 외부 전극(15)과 간섭하여, 구성 부재(11a)와 구성 부재(11b)를 충분히 접합시키는 것이 곤란해지거나 외부 전극(15)이 손상되거나 할 우려가 있다.

여기까지의 공정은 모두 통상의 대기 분위기 하에 있어서 실행하는 것이 가능하고, 예를 들어 글로브 박스 등의 특수한 환경을 필요로 하지 않는다. 따라서, 상술한 제1 공정 내지 제4 공정에 있어서 행해지는 각종 처리를 용이하고 또한 고정밀도로 실행할 수 있다. 또한, 이 단계에 있어서는, 제3 부재(구성 부재(11a))에 형성된 배기 구멍(16a) 및 배기관(16)을 통해 밀폐 용기(11)의 내부 공간과 외부가 여전히 연통되어 있으며, 밀폐 용기(11)의 내부 공간은 여전히 대기 분위기에 있다(불활성 분위기가 아님).

[제5 공정]

그래서, 스텝 S05에 있어서, 배기관(16)을 통해 감압 펌프 등(도시하지 않음)에 의해 밀폐 용기(11)의 내부 공간으로부터 공기(대기)를 배출한 후, 배기관(16)의 배기 구멍(16a)과는 반대측의 단부를 소성 변형에 의해 밀봉하여 밀봉부(16b)를 형성한다.

전술한 바와 같이, 상기 「소성 변형」의 구체예로서는, 예를 들어 찌부러뜨림, 굽힘, 절단 및 나사 절삭 등을 들 수 있다. 또한, 이러한 배기관(16)의 소성 변형은, 예를 들어 펜치, 니퍼 및 플라이어 등의 공구 및 프레스기 등의 가공 기계를 사용하여 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 밀봉부(16b)는 반드시 배기관(16)의 소성 변형 개시 시점으로부터 배기관(16)의 배기 구멍(16a)과는 반대측의 단부에 위치할 필요는 없다. 예를 들어, 배기관(16)의 양단 사이에 있는 중간부를 소성 변형시켜 밀봉하고, 당해 중간부를 절단한 결과로서, 배기관(16)의 배기 구멍(16a)과는 반대측의 단부에 밀봉부(16b)가 형성되도록 해도 된다.

또한, 제1 방법에 관한 상기 설명에 있어서는, 도 6의 흐름도에 나타내고 있는 바와 같이 제1 공정 내지 제5 공정을 순차로 실행하는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명에 따른 열식 질량 유량 센서의 제조 방법에 포함되는 각 공정의 실행 순서는 도 6의 흐름도 및 상술한 설명에 한정되지 않는다. 구체적으로는, 제3 부재(구성 부재(11a))에 형성된 배기 구멍(16a) 및 배기관(16)을 제외하고 밀폐 용기(11)의 내부 공간이 기밀하게 폐쇄된 상태가 된 후에 배기관(16)을 소성 변형에 의해 밀봉하여 밀봉부(16b)를 형성하는 제5 공정이 실행되는 한, 각 공정의 실행 순서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 6의 흐름도에 있어서 파선에 의해 둘러싸인 스텝 S01 내지 S04는, 목적으로 하는 구성을 갖는 열식 질량 유량 센서를 얻는 것이 가능한 한, 그들 스텝의 실행 순서는 특별히 한정되지 않는다.

(효과)

이상과 같이, 제1 방법에 의하면, 피복층으로 덮인 센서 와이어(13)가 감긴 센서 튜브(12)를 불활성 분위기(본 예에 있어서는 진공 상태)에 있는 밀폐 용기(11) 중에 봉입함으로써 고온에 있어서의 사용에 수반하는 센서 와이어(13)의 피복층의 소실을 억제할 수 있는 제1 센서(10)를 용이하고 또한 고정밀도로 제조할 수 있다. 구체적으로는, 제1 방법에 의하면, 예를 들어 글로브 박스 등의 특수한 환경 하에서가 아니라, 통상의 대기 분위기 하에 있어서 구성 부재(11a 내지 11c)를 용접함으로써 밀폐 용기(11)를 조립할 수 있다. 따라서, 밀폐 용기(11)를 용이하고 또한 고정밀도로 조립할 수 있다.

덧붙여, 상기와 같이 하여 조립된 밀폐 용기(11)의 내부 공간은, 최종적으로는, 배기 구멍(16a)에 연통되는 배기관(16)을 소성 변형에 의해 밀봉함으로써 기밀하게 폐쇄된다. 따라서, 예를 들어 글로브 박스 등의 특수한 환경 하에서가 아니라, 통상의 대기 분위기 하에서 밀폐 용기(11)를 기밀하게 폐쇄할 수 있다. 또한, 예를 들어 땜납계 재료를 포함하는 밀봉재의 가열 용융에 의한 밀봉과는 달리, 고온에 있어서의 사용에 수반하는 밀폐 용기(11)의 기밀성의 저하를 억제할 수 있다.

상기한 바와 같이 제1 방법에 의하면, 제조 비용의 증대 및/또는 밀폐 용기의 가공 정밀도의 저하를 초래하지 않고, 열식 질량 유량 센서의 사용에 수반하는 센서 와이어의 피복층 열화에 기인하는 경시 변화를 억제할 수 있다.

<제2 실시 형태의 변형예 1>

상술한 제1 방법에 포함되는 제5 공정에 있어서는, 배기관(16)을 통해 감압 펌프 등에 의해 밀폐 용기(11)의 내부 공간으로부터 공기(대기)를 배출한 후, 배기관(16)의 배기 구멍(16a)과는 반대측의 단부를 소성 변형에 의해 밀봉하여 밀봉부(16b)를 형성하였다. 이에 의해, 밀폐 용기(11)의 내부 공간은 불활성 분위기로 한 진공 상태가 된다. 그러나, 밀폐 용기(11)의 내부 공간이 진공 상태에 있는 경우, 밀폐 용기(11)의 내부 공간과 외부 사이의 압력차가 매우 크고, 밀봉부(16b) 및 밀폐 용기(11)의 구성 부재간의 접합부의 기밀성에 따라서는, 그 후의 제1 센서(10)의 사용 기간 중에 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 주위 분위기로부터 공기 등이 진입되어, 밀폐 용기(11)의 내부 공간이 불활성 분위기가 되지 않을 우려가 있다. 이러한 우려를 저감시키기 위해서는, 예를 들어 밀폐 용기(11)의 내부 공간이 불활성 가스에 의해 충전되어 있는 상태에 있어서 밀봉부(16b)를 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 경우에는, 상기 제5 공정에 있어서, 배기관(16)을 통해 감압 펌프 등에 의해 밀폐 용기(11)의 내부 공간으로부터 공기를 배출한 후, 배기관(16)을 통해 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 불활성 가스를 봉입한 후, 배기관(16)의 배기 구멍(16a)과는 반대측의 단부를 소성 변형에 의해 밀봉하여 밀봉부(16b)를 형성하도록 해도 된다.

상기에 의하면, 밀폐 용기(11)의 내부 공간이 불활성 가스에 의해 충전되어 있는 상태에 있어서 밀봉부(16b)가 형성된다. 그 결과, 밀폐 용기(11)의 내부 공간과 외부 사이의 압력차를 작게 할 수 있다. 따라서, 그 후의 제1 센서(10)의 사용 기간 중에 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 주위 분위기로부터 공기 등이 진입하여 밀폐 용기(11)의 내부 공간이 불활성 분위기가 되지 않을 우려를 저감시킬 수 있다.

그런데, 상기와 같이 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 충전되는 불활성 가스가 수분을 포함한 경우, 예를 들어 제1 센서(10)의 사용에 따라서 센서 와이어(13)의 피복층이 (예를 들어 가수 분해 등에 의해) 열화되거나, 제1 센서(10)의 감도가 변화되거나 하는 문제 등으로 연결될 우려가 있다. 그래서, 제5 공정에 있어서, 배기관(16)을 통해 밀폐 용기(11)의 내부 공간으로부터 공기를 배출한 후, 불활성 가스에 포함되는 수분을 저감시키는 수분 저감 수단에 의해 수분의 함유율을 낮춘 불활성 가스를, 배기관(16)을 통해, 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 봉입하도록 해도 된다.

구체적으로는, 예를 들어 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 센서(10)의 배기관(16)에, 분기점(B)을 통해, 배기용 라인(20) 및 봉입용 라인(30)이 접속된 배관계를 준비한다. 배기용 라인(20)의 분기점(B)과는 반대측의 말단에는 감압 펌프(진공 펌프)(21)가 접속되어 있고, 감압 펌프와 분기점(B) 사이에는 개폐 밸브(22)가 개재 장착되어 있다. 한편, 봉입용 라인(30)의 분기점(B)과는 반대측의 말단에는 불활성 가스(예를 들어, 질소 및 아르곤 등)의 공급원이 되는 불활성 가스원(31)(예를 들어, 봄베 등)이 접속되어 있고, 불활성 가스원(31)으로부터 분기점(B)을 향하는 순서로, 레귤레이터(32), 개폐 밸브(33), 수분 저감 수단(34) 및 개폐 밸브(35)가 개재 장착되어 있다. 또한, 수분 저감 수단(34)의 구체예로서는, 예를 들어 불활성 가스 중의 수분을 화학 흡착 또는 물리 흡착에 의해 제거·저감시킬 수 있는 케미컬 필터 및 수분 제거 필터 등의 각종 필터를 들 수 있다. 또한, 개폐 밸브(35)와 분기점(B) 사이의 봉입용 라인(30)에는 압력계(P)가 배치되어 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 배관계에 있어서, 우선, 개폐 밸브(22)를 개방하고 또한 개폐 밸브(35)를 폐쇄한 상태에서, 감압 펌프(21)를 작동시킴으로써, 배기관(16) 및 배기용 라인(20)을 통해 밀폐 용기(11)(도시하지 않음)의 내부 공간으로부터 공기를 배출한다(도면 중, 백색 화살표를 참조.). 그 후, 개폐 밸브(22)를 폐쇄하고 또한 개폐 밸브(33) 및 개폐 밸브(35)를 개방하여, 불활성 가스원(31)으로부터 봉입용 라인(30) 및 배기관(16)을 통해 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 불활성 가스를 봉입한다(도면 중, 검게 칠해진 흑색 화살표를 참조.). 이 때, 불활성 가스원(31)으로부터 밀폐 용기(11)로 흐르는 불활성 가스는 봉입용 라인(30)에 개재 장착된 수분 저감 수단(34)을 통과하므로, 불활성 가스에 포함되는 수분이 저감되어, 불활성 가스에 있어서의 수분의 함유율이 저하된다.

상기에 의하면, 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 충전하고자 하는 불활성 가스가 수분을 포함한 경우에도, 수분 저감 수단(34)에 의해 당해 수분이 저감된다. 따라서, 예를 들어 제1 센서(10)의 사용에 따라서 센서 와이어(13)의 피복층이 (예를 들어 가수 분해 등에 의해) 열화되거나, 제1 센서(10)의 감도가 변화되거나 하는 문제를 저감시킬 수 있다.

<제2 실시 형태의 변형예 2>

전술한 바와 같이, 배기관(16)의 소성 변형만에 의한 밀봉에 의해 달성되는 밀폐 용기(11)의 기밀성으로는 불충분한 경우가 있다. 그래서, 상기 제5 공정에 있어서, 밀봉부(16b)를 형성한 후, 당해 밀봉부(16b)를 용접에 의해 더욱 밀봉해도 된다.

상기에 의하면, 밀폐 용기(11)의 내부 공간은, 배기관(16)의 소성 변형에 의한 밀봉에 더하여, 밀봉부(16b)의 용접에 의해 더욱 기밀하게 폐쇄된다. 그 결과, 밀폐 용기(11)의 기밀성을 더욱 높일 수 있다.

<제2 실시 형태의 변형예 3>

그런데, 전술한 바와 같이, 예를 들어 유량 측정 시 및 용접 시 등에 있어서, 온도 상승에 의한 밀봉부(16b)의 형상 변화에 기인하는 기밀성의 저하가 염려되는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 상기 제5 공정에 있어서, 밀봉부(16b)를 형성한 후, 당해 밀봉부(16b)를 수용 가능한 내부 공간 및 개구부가 형성된 캡(16c)의 내부 공간에 개구부를 통해 당해 밀봉부(16b)가 삽입된 상태에 있어서, 상기 캡(16c)과 상기 배기관(16)을 용접에 의해 더욱 밀봉해도 된다.

상기에 의하면, 배기관(16)의 소성 변형에 의한 밀봉부(16b)를 내포하는 캡(16c)이 배기관(16)에 용접됨으로써 더욱 밀봉된다. 이와 같이, 밀봉부(16b) 자체는 용접되지 않으므로, 용접에 수반하는 온도 상승에 의한 밀봉부(16b)의 형상 변화에 기인하는 기밀성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 높은 온도에 있어서의 유량 측정에 수반하는 온도 상승에 의해 밀봉부(16b)의 형상이 변화되어 밀봉부(16b)에 있어서의 밀봉이 파열되어도, 상기와 같이 캡(16c)과 배기관(16)의 용접에 의해 더욱 밀봉되어 있으므로, 밀폐 용기(11) 전체로서의 기밀성의 저하를 방지할 수 있다.

<제2 실시 형태의 변형예 4>

그런데, 제1 방법에 의해 제조되는 제1 센서(10)에 있어서, 센서 튜브(12)에 감긴 센서 와이어(13)를 덮는 피복층이 고온에 있어서의 제1 센서(10)의 사용에 따라서 소실되는 것을 확실하게 억제하기 위해서는, 밀폐 용기(11)의 기밀성이 높은 것이 필요하다. 그래서, 제1 방법은, 밀폐 용기(11)의 기밀성을 조사하는 기밀성 테스트 공정을 더 포함할 수 있다.

상기 기밀성 테스트 공정의 구체적인 방법은 특별히 한정되지 않지만, 배기관을 구비하지 않는 종래 기술에 관한 밀폐 용기에 대해서는, 당해 밀폐 용기의 내부로부터의 특정 성분 가스의 누설의 유무를 검출하는 방법이 채용되는 것이 일반적이다. 구체적으로는, 예를 들어 수소(H₂), 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 등의 특정 성분을 포함하는 검지용 가스(트레이서 가스)를 밀폐 용기의 내부에 충전해두고, 이 밀폐 용기를 챔버 내에 소정 조건 하에서 소정 기간 방치한다. 그 후, 당해 챔버 내에 누출된 상기 특정 성분의 유무를 예를 들어 반도체식 가스 센서 등의 검출 수단에 의해 검지함으로써, 당해 밀폐 용기의 기밀성을 조사하는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 방법에 의하면, 밀폐 용기의 내부로부터의 누설의 유무는 검지할 수 있기는 하지만, 누설이 발생한 개소를 특정할 수는 없다.

누설이 발생한 개소를 특정하는 것이 가능한 기밀성 테스트의 구체적인 방법으로서는, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같은 헬륨 리크 디텍터를 사용하는 진공법 분사법(스프레이법)을 들 수 있다. 이 방법에 있어서는, 예를 들어 펌프(52)에 의해 배기관(51)을 통해 밀폐 용기(50)의 내부 공간의 기체를 배출하면서, 스프레이(54)를 사용하여 밀폐 용기(50)의 외표면에 검지용 가스(He)를 국소적으로 공급한다. 그리고, 예를 들어 질량 분석 장치(53) 등의 검출 수단에 의해 상기 배출되는 기체 중에 상기 검지용 가스가 검출되었을 때에 검지용 가스가 공급되고 있던 개소를 기밀성이 불충분한 불량 개소로서 특정한다.

단, 배기관을 구비하지 않은 종래 기술에 관한 밀폐 용기(50)에 관한 기밀성 테스트에 있어서 상기와 같은 방법을 채용하기 위해서는, 밀폐 용기(50)의 내부 공간과 연통되는 배기관(51)을 새롭게 설치할 필요가 있다. 따라서, 밀폐 용기(50)의 전수에 대하여 검사를 행할 수 없어, 표본 검사를 채용하지 않을 수 없다. 또한, 제조 비용의 대폭적인 증대를 초래한다.

그런데, 제1 센서(10)를 비롯한 본 발명에 따른 열식 질량 유량 센서는 밀폐 용기(11)의 내부 공간과 연통되는 배기관(16)을 구비하고 있다. 따라서, 상술한 제5 공정에 있어서 배기관(16)을 밀봉하기 전이면, 특별한 가공을 필요로 하지 않고, 상기와 같은 진공법 분사법에 의한 기밀성 테스트를 행할 수 있다.

그래서, 제1 방법은, 상기 제5 공정을 실행하기 전에, 밀폐 용기(11)의 외표면에 특정의 검지용 가스를 국소적으로 공급하면서, 배기관(16)을 통해 (예를 들어, 감압 펌프 등에 의해) 밀폐 용기(11)의 내부 공간으로부터 배출되는 기체 중에 상기 검지용 가스가 검출되었을 때에 상기 검지용 가스가 공급되고 있던 개소를 기밀성이 불충분한 불량 개소로서 특정하는 기밀성 테스트 공정을 더 포함할 수 있다.

상기에 의하면, 특별한 가공을 필요로 하지 않고, 상기 진공법 분사법에 의한 기밀성 테스트를 행할 수 있다. 따라서, 제조 비용의 증대를 저감시키면서, 제1 방법에 의해 제조되는 열식 질량 유량 센서의 전수에 대해서, 밀폐 용기의 기밀성 테스트를 행할 수 있다.

또한, 상술한 도 8에 나타낸 예에 있어서는, 검지용 가스(에 포함되는 특정 성분)의 검출 수단으로서 질량 분석 장치(53)를 사용했지만, 당연한 것이지만, 질량 분석 장치(53) 대신에, 예를 들어 특정 성분에 특화된 검출능을 갖는 분석관 등의 상대적으로 간이한 검출 수단을 채용할 수 있다.

<제2 실시 형태의 변형예 5>

그런데, 전술한 바와 같이 제1 센서(10)의 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 충전되는 불활성 가스가 수분을 포함한 경우뿐만 아니라, 예를 들어 밀폐 용기(11)의 내벽에 미량의 수분이 부착되어 있거나, 센서 와이어(13)의 피복층을 구성하는 수지 등의 재료가 수분을 흡착하고 있거나 한 경우에 있어서도, 예를 들어 제1 센서(10)의 사용에 수반하여 센서 와이어(13)의 피복층이 (예를 들어 가수 분해 등에 의해) 열화되거나, 제1 센서(10)의 감도가 변화되거나 하는 문제로 연결될 우려가 있다.

그래서, 제1 방법은, 실온보다도 높은 온도에 있어서 상술한 제5 공정을 실행할 수 있다. 이 경우, 실온보다도 높은 온도에 있어서, 밀폐 용기(11)의 내부 공간으로부터 배기관(16)을 통해 공기가 배출된다(예를 들어, 도 7의 백색 화살표를 참조.). 따라서, 밀폐 용기(11)의 내벽에 미량의 수분이 부착되어 있거나, 센서 와이어(13)의 피복층을 구성하는 수지 등의 재료가 수분을 흡착하고 있거나 해도, 실온에 있어서 제5 공정을 실행하는 경우와 비교하여, 밀폐 용기(11)의 내부 공간으로부터 수분이 보다 유효하게 저감된다. 그 결과, 예를 들어 제1 센서(10)의 사용에 수반하여 센서 와이어(13)의 피복층이 (예를 들어 가수 분해 등에 의해) 열화되거나, 제1 센서(10)의 감도가 변화되거나 하는 문제를 저감시킬 수 있다.

또한, 제5 공정에 있어서 밀폐 용기(11)의 내부 공간으로부터 배기관(16)을 통해 공기를 배출한 후에 배기관(16)을 통해 내부 공간에 불활성 가스를 봉입하는 경우에 있어서는, 실온보다도 높은 온도에 있어서 불활성 가스가 내부 공간에 봉입된다. 따라서, 제1 센서(10)가 실온보다도 높은 온도에 있어서 사용되는 경우, 실온에서 제5 공정을 실행하는 경우와 비교하여, 불활성 가스의 봉입 시의 온도와 제1 센서(10)의 사용 시의 온도의 차가 보다 작다. 그 결과, 제1 센서(10)의 사용 시에 있어서의 내부 공간의 압력이 대기압보다도 현저하게 높아지는 것을 방지할 수 있다.

상기에 있어서, 기본적으로는, 제5 공정을 실행할 때의 온도가 높을수록, 밀폐 용기(11)의 내부 공간으로부터 수분이 보다 유효하게 저감된다. 그러나, 제5 공정을 실행할 때의 온도를 과도하게 높이면, 예를 들어 센서 와이어(13)의 피복층을 구성하는 수지 등이 열화되거나, 밀폐 용기(11)를 구성하는 스테인리스강이 변색되거나 하는 등의 문제로 연결될 우려가 있다. 이러한 관점에서, 보다 바람직하게는, 제5 공정을 실행할 때의 온도는 실온보다도 높고 또한 200℃ 이하의 온도이다.

《제3 실시 형태》

전술한 바와 같이, 본 발명은 본 발명에 따른 열식 질량 유량 센서를 사용하는 열식 질량 유량계에도 관한 것이다. 이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 열식 질량 유량계(이후, 「제1 유량계」라고 호칭되는 경우가 있음)에 대하여 설명한다.

도 9는, 베이스 내에 마련된 유체의 유로 축선에 직교하는 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 정면도이다. 도 10은 도 9에 나타낸 화살표 A의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 측면도이다. 도 11은 도 9에 나타낸 화살표 B의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 평면도(상면도)이다.

도 9 내지 도 11에 있어서는, 제1 유량계(1)의 구성에 관한 이해를 용이하게 하는 것을 목적으로 하여, 내부에 마련된 유로(2d), 바이패스(3), 센서 튜브(12), 및 센서 와이어(13a 및 13b) 등이 파선에 의해 표시되어 있다. 단, 도 10 및 도 11에 있어서는, 센서 튜브(12) 및 센서 와이어(13a 및 13b)를 생략하였다.

도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 유량계(1)는 하나의 설치면(2a)을 가지고, 내부에 유체의 유로(2d)가 마련된 베이스(2)와, 유로(2d)의 중간에 마련된 바이패스(3)와, 제1 센서(10)와, 제1 센서(10)가 구비하는 센서 와이어(13a 및 13b) 및 다른 저항 소자(도시하지 않음)에 의해 구성된 브리지 회로를 포함하는 센서 회로(도시하지 않음)를 갖는다. 센서 튜브(12)는 바이패스(3)의 상류측에 있어서 유로(2d)로부터 분기하여 설치면(2a)의 외측을 우회한 후에 바이패스(3)의 하류측에 있어서 유로(2d)에 합류하도록 구성되어 있다.

상기한 바와 같이, 제1 유량계(1)는 열식 질량 유량 센서로서 제1 센서(10)를 채용하고 있다. 이에 의해, 제1 센서(10)에 대하여 이미 설명한바 같이, 제조 비용의 증대 및/또는 밀폐 용기의 가공 정밀도의 저하를 초래하지 않고, 열식 유량계의 사용에 수반하는 센서 와이어의 피복층 열화에 기인하는 경시 변화를 억제할 수 있다.

또한, 제1 센서(10) 및 그 각종 변형예의 구성에 대해서는, 이미 상세하게 설명했으므로, 여기에서의 설명은 생략한다. 또한, 열식 질량 유량계의 일반적인 구성에 대해서는 당업자에게 주지된 것이므로, 여기에서의 보다 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 발명에 따른 열식 질량 유량계를 구성하는 열식 질량 유량 센서는, 제1 센서(10)에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 각종 열식 질량 유량 센서를 사용할 수 있다.

<제3 실시 형태의 변형예 1>

그런데, 예를 들어 반도체의 제조 프로세스 등에 있어서는, 어떤 종류의 액체 재료의 기화 가스나 고체 재료의 승화 가스와 같이, 상온에서 응결(액체화 또는 고체화)되기 쉬운 가스(이후, 「응결성 가스」라고 칭해지는 경우가 있다.)를 프로세스 가스로서 사용하는 경우가 있다. 이러한 경우, 반도체의 제조 프로세스에 있어서 챔버 내에 공급되는 프로세스 가스가 배관 내에서 응결되어버리지 않도록, 챔버에 이르기까지의 모든 배관계를 임계 온도 이상의 온도로 가열 유지해야 한다. 이 배관계에는, 상술한 베이스(2)의 내부에 설치된 유체의 유로(2d)도 포함된다.

그러나, 상술한 바와 같이, 제1 유량계(1)에 있어서는, 내부에 유로(2d)가 마련된 베이스(2)의 설치면(2a) 상에 제1 센서(10)가 배치되어 있다. 즉, 센서 튜브(12)는 베이스(2)로부터 돌출되어 설치되어 있다. 이 때문에, 센서 튜브(12)를 포함하는 제1 센서(10)는, 제1 유량계(1) 주위의 환경 온도의 영향을 받아 냉각되기 쉽다. 그 결과, 센서 튜브(12)를 흐르는 가스의 온도를 높은 온도로 유지하는 것이 곤란해지고, 예를 들어 센서 튜브(12)의 내부에 있어서의 가스의 응결 등의 문제로 연결될 우려가 있다.

그래서, 본 발명의 제3 실시 형태의 변형예 1에 관한 제1 유량계(1)는, 베이스(2)로부터 제1 센서(10)의 밀폐 용기(11)에 열을 전도하는 부재(전열 블록)를 더 가져도 된다. 도 12는, 베이스 내에 마련된 유체의 유로 축선에 직교하는 방향으로부터 관찰되는, 본 발명의 제3 실시 형태의 변형예 1에 관한 제1 유량계의 모식적인 정면도이다. 도 13은 도 12에 나타낸 화살표 A의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 측면도이다. 도 14는 도 12에 나타낸 화살표 B의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 평면도(상면도)이다.

도 12 내지 도 14에 있어서는, 제1 유량계(1)의 구성에 관한 이해를 용이하게 하는 것을 목적으로 하여, 내부에 마련된 유로(2d), 바이패스(3), 제1 센서(10), 밀폐 용기(11), 배기관(16)(의 일부) 및 배기관(16)을 삽입 관통하기 위해 전열 블록(5)(후술함)에 형성된 관통 구멍(5a) 등이 파선에 의해 표시되어 있다. 또한, 상술한 도 9와는 달리, 도 12 내지 도 14에 있어서는, 센서 튜브(12) 및 센서 와이어(13a 및 13b)를 생략하였다. 도 12 내지 도 14의 우측 하향 사선에 의해 해칭이 실시된 부분은, 전열 블록(5)의 실시 형태를 예시하고 있다.

본 발명의 제3 실시 형태의 변형예 1에 관한 제1 유량계(1)는, 베이스(2)의 설치면(2a)에 접하여, 밀폐 용기(11)과 인접하는 위치에 설치되며 또한 전열 재료에 의해 형성된 전열 블록(5)을 더 갖는다. 전열 블록(5)의 저면과 설치면(2a)은 면 접촉되어 있고, 전열 블록(5)의 적어도 하나의 측면과 밀폐 용기(11)의 측면은 면 접촉되어 있다. 도 12 내지 도 14에 나타내는 제1 유량계(1)에 있어서는, 전열 블록(5)은 밀폐 용기(11)의 측면 및 상면(정상면), 및 베이스(2)의 설치면(2a)와 면 접촉되어 있다. 여기서, 면 접촉이란, 하나의 부품과 다른 부품이 접촉하는 위치가 평면에 의해 구성되고, 양자가 간극없이 접촉되어 있음을 말한다.

전열 블록(5)의 표면이 베이스(2)의 설치면(2a) 및 밀폐 용기(11)의 측면(및 정상면)의 양쪽과 면 접촉함으로써, 베이스의 설치면(2a)으로부터 전열 블록(5)을 통해 밀폐 용기(11)에 지체없이 열이 전도되어, 베이스(2)와 밀폐 용기(11)의 온도차가 감소한다. 이에 의해, 베이스(2)의 내부에 형성된 유로(2d)와 밀폐 용기(11)의 내부에 수용된 센서 튜브(12)의 온도차도 감소한다.

전열 블록(5)은, 가능한 한 높은 열전도율을 갖는 재료에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 전열 블록(5)은 전열 재료에 의해 형성되어 있다. 본 명세서에 있어서, 전열 재료는 높은 열전도율을 갖는 재료(즉, 열의 양도체)를 가리키고, 적어도 스테인리스강보다 높은 열전도율을 갖는다. 구체적으로는, 구리 또는 알루미늄, 또는 구리 또는 알루미늄을 포함하는 합금을 사용할 수 있다. 전열 블록(5)에 적합하게 사용할 수 있는 알루미늄을 포함하는 합금의 구체예로서는, 예를 들어 열전도성이 우수한 공업용 순 알루미늄(국제 알루미늄 합금명이 1000번대인 것) 및 강도와 가공성이 우수한 Al-Mg계 합금(국제 알루미늄 합금명이 5000번대인 것) 등을 들 수 있다.

전열 블록(5)은 베이스(2)의 설치면(2a)에 접하여, 밀폐 용기(11)와 인접하는 위치에 설치될 필요가 있다. 이에 의해, 설치면(2a)으로부터 밀폐 용기(11)를 향해 열을 효율적으로 전도할 수 있다. 도 12 내지 도 14에 도시한 바와 같이, 전열 블록(5)은 밀폐 용기(11)의 (설치면(2a)와 접촉하는 저면을 제외함) 모든 외면을 덮도록 설치하는 것이 바람직하다. 그러나, 베이스의 설치면(2a)으로부터 전열 블록(5)을 통해 밀폐 용기(11)에 지체없이 열을 전도하는 것이 가능한 한, 전열 블록(5)의 실시 형태는 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 열식 질량 유량계를 구성하는 다른 부품과의 위치 관계 등에 의해 전열 블록(5)이 밀폐 용기(11)의 모든 외면을 덮도록 설치할 수 없어 밀폐 용기(11)의 외면 일부가 노출되어 있어도, 전열 블록(5)이 밀폐 용기(11)의 외면의 다른 부분과 인접하는 위치에 설치되며 또한 당해 다른 부분 및 베이스(2)의 설치면(2a)에 접해 있으면 된다.

전열 블록(5)의 형상은 임의의 형상으로 설계할 수 있다. 또한, 전열 블록(5)은 조립의 편의 상, 복수의 부분으로 분할할 수 있도록 설치할 수 있다. 예를 들어, 도 12 내지 도 14에 예시하는 전열 블록(5)은 2개의 부분으로 이루어져 있으며, 밀폐 용기(11)를 사이에 두도록 하여 조립해서 고정시킬 수 있다. 또한, 밀폐 용기(11)의 배기관(16)이 돌출되어 있는 면을 덮도록 전열 블록(5)을 배치하는 경우에는, 도 12 내지 도 14에 예시한 바와 같이, 배기관(16)을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍(5a)을 전열 블록(5)에 형성할 수 있다.

상기에 의하면, 베이스(2)와 제1 센서(10)(의 밀폐 용기(11)) 사이의 열전도가 전열 블록(5)에 의해 촉진되므로, 제1 유량계(1) 주위의 환경 온도의 영향을 받아 제1 센서(10)가 냉각되기 어려워진다. 그 결과, 예를 들어 프로세스 가스로서 응결성 가스를 사용할 때에 프로세스 가스가 배관 내에서 응결되지 않도록 배관계를 가열 유지하는 경우에 있어서, 센서 튜브(12)를 흐르는 가스의 온도를 원하는 온도로 유지하는 것이 용이해져, 예를 들어 센서 튜브(12)의 내부에 있어서의 가스의 응결 등의 문제를 저감시킬 수 있다.

또한, 이상의 설명에 있어서는, 프로세스 가스로서 응결성 가스를 사용할 때에 프로세스 가스가 배관 내에서 응결되지 않도록 배관계를 가열 유지하는 경우에 대하여 설명했지만, 예를 들어 특정한 온도를 초과하면 열화(예를 들어, 분해 및 변질 등)할 수 있는 성질을 갖는 가스를 프로세스 가스로서 사용하는 경우에 있어서는, 프로세스 가스가 배관 내에서 열화되지 않도록 배관계를 냉각 유지할 필요가 있다. 이러한 경우에 있어서도 베이스(2)와 제1 센서(10)(의 밀폐 용기(11)) 사이의 열전도가 전열 블록(5)에 의해 촉진되므로, 제1 유량계(1) 주위의 환경 온도의 영향을 받아 제1 센서(10)가 가열되기 어려워진다. 그 결과, 센서 튜브(12)를 흐르는 가스의 온도를 원하는 온도로 유지하는 것이 용이해져, 예를 들어 센서 튜브(12)의 내부에 있어서의 가스의 열화 등의 문제를 저감시킬 수 있다.

도시하지 않지만, 제1 유량계(1)는 베이스(2)로부터 밀폐 용기(11) 및/또는 전열 블록(5)으로의 열전도를 더욱 촉진시키기 위한 부재인 전열 촉진 부재를 더 가져도 된다. 이러한 전열 촉진 부재의 구체예로서는, 예를 들어 베이스(2)의 측면 및 전열 블록(5)의 측면에 접하여 설치된 전열 시트 등을 들 수 있다. 이러한 전열 시트를 형성하는 재료로서는, 예를 들어 상술한 전열 블록(5)을 형성하는 금속 재료, 그래파이트 및 실리콘계 재료 등을 들 수 있다.

또한, 제1 유량계(1)는 베이스(2), 밀폐 용기(11) 및 전열 블록(5)의 적어도 하나로부터의 방열을 저감시키기 위한 부재인 단열재를 더 가져도 된다. 이러한 단열재의 구체예로서는, 예를 들어 베이스(2), 밀폐 용기(11) 및 전열 블록(5)의 노출면의 적어도 일부를 덮도록 배치된 단열 시트를 들 수 있다. 이러한 단열 시트를 형성하는 재료로서는, 예를 들어 유리 섬유를 바인더로 굳힌 것 등을 들 수 있다.

<제3 실시 형태의 변형예 2>

상술한 제3 실시 형태의 변형예 1에 관한 제1 유량계(1)에 있어서는, 베이스(2)와 제1 센서(10)(의 밀폐 용기(11)) 사이의 열전도를 전열 블록(5)에 의해 촉진시킴으로써, 제1 센서(10)의 온도를 원하는 온도로 유지하는 것을 쉽게 하고 있다. 즉, 전열 블록(5)은 스스로 능동적으로 열을 발생하는 것이 아니라, 베이스(2)의 열을 밀폐 용기(11)에 전달하는 수동적인 역할을 담당하고 있다.

그러나, 제1 유량계(1)는 전열 블록(5)에 더하여, 베이스(2) 및/또는 전열 블록(5)을 능동적으로 가열 또는 냉각시킴으로써 제1 센서(10)의 온도를 원하는 온도로 유지하는 수단을 갖고 있어도 된다.

도 15는, 베이스 내에 마련된 유체의 유로 축선에 직교하는 방향으로부터 관찰되는, 본 발명의 제3 실시 형태의 변형예 2에 관한 제1 유량계의 모식적인 정면도이다. 도 16은 도 15에 도시한 화살표 A의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 측면도이다. 도 17은 도 15에 도시한 화살표 B의 방향으로부터 관찰되는 제1 유량계의 모식적인 평면도(상면도)이다.

도 15 내지 도 17에 있어서는, 제1 유량계(1)의 구성에 관한 이해를 용이하게 하는 것을 목적으로 하여, 내부에 마련된 유로(2d), 바이패스(3), 배기관(16)(의 일부), 전열 블록(5), 배기관(16)을 삽입 관통하기 위해 온도 조절 블록(8)(후술함)에 형성된 관통 구멍(8a) 및 발열체(8b)(또는 냉각체(8c)) 등이 파선에 의해 표시되어 있다. 또한, 상술한 도 12 내지 도 14와는 달리, 도 15 내지 도 17에 있어서는 제1 센서(10) 및 밀폐 용기(11) 등을 생략하였다. 또한, 도 16에 있어서는, 발열체(8b)(또는 냉각체(8c))를 생략하였다. 도 15 내지 도 17의 우측 상향 사선에 의해 해칭이 실시된 부분은, 온도 조절 블록(8)의 실시 형태를 예시하고 있다.

본 발명의 제3 실시 형태의 변형예 2에 관한 제1 유량계(1)는, 상술한 전열 블록(5)에 더하여, 베이스(2) 및 전열 블록(5)의 적어도 한쪽의 측면에 접하여 설치된 온도 조절 블록(8)을 더 갖는다. 온도 조절 블록(8)은 전열 재료에 의해 형성되어 있고, 또한 온도 조절 블록(8)을 가열하는 발열체(8b) 및/또는 온도 조절 블록(8)을 냉각시키는 냉각체(8c)를 갖는다. 도 15 내지 도 17에 나타내는 제1 유량계(1)에 있어서는, 온도 조절 블록(8)이 전열 블록(5)의 측면 및 상면(정상면) 및 베이스(2)의 측면 및 저면과 면 접촉되어 있다.

그러나, 베이스(2) 및/또는 전열 블록(5)을 능동적으로 가열 또는 냉각시킴으로써 제1 센서(10)의 온도를 원하는 온도로 유지하는 것이 가능한 한, 온도 조절 블록(8)의 배치 및 형상은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 도 15 내지 도 17에 나타낸 예에 있어서는 복수의 부재로 분할할 수 있도록 온도 조절 블록(8)이 구성되어 있지만, 예를 들어 조립에 있어서의 문제 등이 수반되지 않는 범위에 있어서, 온도 조절 블록(8)을 구성하는 부재의 형상 및 개수는 적절히 정할 수 있다. 또한, 전열 블록(5)과 동일하게, 밀폐 용기(11)의 배기관(16)이 돌출되어 있는 면을 덮도록 온도 조절 블록(8)을 배치하는 경우에는, 도 15 내지 도 17에 예시한 바와 같이, 배기관(16)을 삽입 관통시키기 위한 관통 구멍(8a)을 온도 조절 블록(8)에 형성할 수 있다.

온도 조절 블록(8)도 또한 전열 블록(5)과 동일하게, 가능한 한 높은 열전도율을 갖는 재료에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 따라서, 온도 조절 블록(8)도 또한 전열 재료에 의해 형성되어 있다. 온도 조절 블록(8)에 적합하게 사용할 수 있는 전열 재료의 구체예로서는, 예를 들어 상술한 전열 블록(5)을 형성하는 금속 재료에 더하여, 실리콘 고무 및 세라믹스 등을 들 수 있다.

발열체(8b)는 열에너지를 발생하는 소자 또는 장치이며, 그 구체예로서는, 예를 들어 니크롬선을 포함하는 카트리지 히터 등을 들 수 있다. 한편, 냉각체(8c)는 열에너지를 흡수하는 소자 또는 장치이며, 그 구체예로서는, 예를 들어 펠티에 소자 등을 들 수 있다.

따라서, 베이스(2) 및/또는 전열 블록(5)을 가열하고자 하는 경우, 온도 조절 블록(8)의 구체예로서는, 예를 들어 알루미늄 합금에 의해 형성된 판상 또는 블록상의 부재에 니크롬선을 포함하는 막대 형상의 카트리지 히터 등의 발열체(8b)를 삽입한 것, 실리콘 고무에 의해 형성된 판상 또는 블록상의 부재 중에 발열체(8b)를 설치한 러버 히터, 세라믹스에 의해 형성된 판상 또는 블록상의 부재 중에 발열체(8b)를 설치한 플레이트 히터 등을 적합하게 사용할 수 있다.

한편, 베이스(2) 및/또는 전열 블록(5)을 냉각시키고자 하는 경우, 온도 조절 블록(8)의 구체예로서는, 예를 들어 알루미늄 합금에 의해 형성된 판상 또는 블록상의 부재에 펠티에 소자 등의 냉각체(8c)를 삽입 및/또는 부착시킨 것, 실리콘 고무에 의해 형성된 판상 또는 블록상의 부재 중에 냉각체(8c)를 설치한 러버 쿨러, 세라믹스에 의해 형성된 판상 또는 블록상의 부재 중에 냉각체(8c)를 설치한 플레이트 쿨러 등을 적합하게 사용할 수 있다.

상기에 의하면, 베이스(2) 및/또는 전열 블록(5)을 온도 조절 블록(8)에 의해 능동적으로 가열 또는 냉각시킬 수 있으므로, 제1 유량계(1) 주위의 환경 온도에 무관하게 제1 센서(10)의 온도를 원하는 온도로 유지하는 것이 더욱 용이해진다. 그 결과, 예를 들어 센서 튜브(12)의 내부에 있어서의 가스의 응결 및 열화 등의 문제를 저감시킬 수 있다.

도시하지 않지만, 이 제1 유량계(1)는 온도 조절 블록(8)으로부터 베이스(2) 및/또는 밀폐 용기(11) 및/또는 전열 블록(5)으로의 열전도를 더욱 촉진시키기 위한 부재인 전열 촉진 부재를 추가로 가져도 된다. 이러한 전열 촉진 부재의 구체예로서는, 예를 들어 온도 조절 블록(8) 중 어느 면과 베이스(2) 및/또는 밀폐 용기(11) 및/또는 전열 블록(5) 중 어느 면에 접하여 설치된 전열 시트 등을 들 수 있다. 이러한 전열 시트를 형성하는 재료로서는, 예를 들어 상술한 전열 블록(5)을 형성하는 금속 재료, 그래파이트 및 실리콘계 재료 등을 들 수 있다.

또한, 이 제1 유량계(1)는, 온도 조절 블록(8), 베이스(2), 밀폐 용기(11) 및 전열 블록(5)의 적어도 하나로부터의 방열을 저감시키기 위한 부재인 단열재를 더 가져도 된다. 이러한 단열재의 구체예로서는, 예를 들어 온도 조절 블록(8), 베이스(2), 밀폐 용기(11) 및 전열 블록(5)의 적어도 일부의 표면을 덮도록 배치된 단열 시트를 들 수 있다. 이러한 단열 시트를 형성하는 재료로서는, 예를 들어 유리 섬유를 바인더로 굳힌 것 등을 들 수 있다.

<제3 실시 형태의 변형예 3>

상술한 제3 실시 형태의 변형예 2에 관한 제1 유량계(1)는, 전열 블록(5)에 더하여, 발열체(8b) 및/또는 냉각체(8c)를 구비한 온도 조절 블록(8)에 의해, 베이스(2) 및/또는 전열 블록(5)을 능동적으로 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 이에 의해, 제1 유량계(1) 주위의 환경 온도에 무관하게 제1 센서(10)의 온도를 원하는 온도로 유지하는 것을 더욱 쉽게 하여, 예를 들어 센서 튜브(12)의 내부에 있어서의 가스의 응결 및 열화 등의 문제를 저감시킬 수 있다.

그런데, 상기와 같이 제1 센서(10)의 온도를 원하는 온도로 유지하는 제어에 있어서는, 제1 센서(10)의 온도와 목표 온도의 관계에 따라서, 온도 조절 블록(8)이 구비하는 발열체(8b) 및/또는 냉각체(8c)의 작동과 정지가 전환된다.

한편, 상술한 바와 같이, 제1 센서(10)는 밀폐 용기(11)의 내부 공간과 외부를 기밀하게 연통하는 관인 배기관(16)을 구비한다. 배기관(16)은 피측정 유체의 질량 유량의 측정 조건(예를 들어 온도 및 압력 등)뿐만 아니라, 밀폐 용기(11)의 내부 공간으로부터 공기를 배출할 때의 당해 관의 내부와 외부의 압력차에 견딜 수 있는 재료에 의해 형성된다. 전형적으로는, 예를 들어 스테인리스강제의 강관 등의 금속제의 관이 배기관(16)으로서 사용된다. 따라서, 배기관(16)은 밀폐 용기(11)의 내부 공간과 외부 사이에서 열을 전도하는 열전도 경로로서도 작용할 수 있다.

그 결과, 예를 들어 발열체(8b) 및/또는 냉각체(8c)의 작동과 정지의 전환에 수반하는 온도 조절 블록(8)의 과도적인 온도 변화가 배기관(16)을 통해 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 전해져, 제1 센서(10)에 의한 질량 유량의 검출 결과에 영향을 미치는 경우가 있다. 이 현상은, 예를 들어 제1 센서(10)에 있어서의 (배기관(16)의 밀폐 용기(11)의 내부 공간측의 단부에 해당함) 배기 구멍(16a)의 위치가 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b) 중 어느 한쪽에 보다 가까운 등, 제1 센서(10)에 있어서의 열전도 경로에 있어서 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b)에 대하여 배기 구멍(16a)이 비대칭인 위치에 있는 경우에 보다 현저해진다.

그래서, 본 발명의 제3 실시 형태의 변형예 3에 관한 제1 유량계(1)에 있어서는, 상기 열식 질량 유량 센서에 있어서의 열전도 경로에 있어서, 상기 한 쌍의 센서 와이어에 대하여 상기 배기 구멍이 대칭인 위치에 있다. 바꾸어 말하면, 이 제1 유량계(1)는, 배기관(16)의 밀폐 용기(11)의 내부 공간측의 단부에 해당하는 배기 구멍(16a)으로부터 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b) 각각에 대하여 동일하게 열이 전해지도록 구성된다.

구체적으로는, 예를 들어 도 18에 나타내는 예와 같이, 배기관(16) 및 배기 구멍(16a)이 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b)의 대칭축 상에 있도록 제1 센서(10)를 구성함으로써, 「열전도 경로에 있어서, 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b)에 대하여 대칭인 위치」에 배기 구멍(16a)을 배치할 수 있다. 도 2에 도시한 예에 있어서는 밀폐 용기(11)의 구성 부재(11a)의 좌측면에 배기관(16)이 배치되어 있지만, 도 18에 나타낸 예에 있어서는 밀폐 용기(11)의 구성 부재(11a)의 배면의 중심에 배기관(16)이 배치되어 있다.

단, 배기 구멍(16a)으로부터 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b) 각각에 대하여 동일하게 열이 전해지는 것이 가능한 한, 배기관(16) 및 배기 구멍(16a)의 배치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 배기관(16)을 통해 전도되는 열의 대부분 또는 모두가 배기 구멍(16a)의 주연을 통해 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b)에 전해지는 경우에는, 배기 구멍(16a)만 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b)의 대칭축 상에 있으면, 배기관(16)이 당해 대칭축 상에 없어도 된다.

상기에 의하면, 배기관(16) 및 배기 구멍(16a)을 통해 전도되는 열이 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b) 각각에 대하여 동일하게 전해진다. 그 결과, 예를 들어 발열체(8b) 및/또는 냉각체(8c)의 작동과 정지의 전환에 수반하는 온도 조절 블록(8)의 과도적인 온도 변화가 배기관(16)을 통해 밀폐 용기(11)의 내부 공간에 전해져, 제1 센서(10)에 의한 질량 유량의 검출 결과에 영향을 미치는 등의 문제가 저감된다.

<제3 실시 형태의 변형예 4>

상술한 제3 실시 형태의 변형예 3에 있어서는, 배기관(16) 및 배기 구멍(16a)을 통해 전도되는 열이 한 쌍의 센서 와이어(13a 및 13b) 각각에 대하여 동일하게 전해지도록 함으로써, 발열체(8b) 및/또는 냉각체(8c)의 작동과 정지의 전환에 수반하는 온도 조절 블록(8)의 과도적인 온도 변화가 제1 센서(10)에 의한 질량 유량의 검출 결과에 영향을 미치는 등의 문제를 저감시켰다. 그러나, 전열 블록(5) 및/또는 온도 조절 블록(8)과 배기관(16) 사이에 있어서의 열전도를 저감시킬 수 있으면, 상기 문제를 근본적으로 저감시킬 수 있을 것이다.

그래서, 본 발명의 제3 실시 형태의 변형예 4에 관한 제1 유량계(1)에 있어서는, 전열 블록(5) 및/또는 온도 조절 블록(8)과 배기관(16)을 공간적으로 이격시킴으로써, 전열 블록(5) 및/또는 온도 조절 블록(8)과 배기관(16) 사이에 있어서의 열전도를 저감시킨다. 구체적으로는, 이 제1 유량계(1)에 있어서는, 배기관(16)이 삽입 관통하는 관통 구멍(5a) 및 관통 구멍(8a)이 전열 블록(5) 및 온도 조절 블록(8)에 각각 형성되어 있다. 덧붙여, 배기관(16)의 외면과 관통 구멍(5a) 및 관통 구멍(8a)의 내면의 사이의 최단 거리가 1mm 이상이다.

상기에 의하면, 전열 블록(5) 및/또는 온도 조절 블록(8)과 배기관(16)이 공간적으로 이격되므로, 전열 블록(5) 및/또는 온도 조절 블록(8)과 배기관(16) 사이에 있어서의 열전도를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 배기관(16)을 통한 밀폐 용기(11)의 내부 공간과 외부 사이에서의 열전도를 저감시킬 수 있으므로, 상술한 문제를 근본적으로 저감시킬 수 있다.

<제3 실시 형태의 변형예 5>

본 발명의 제3 실시 형태의 변형예 5에 관한 제1 유량계(1)는, 상술한 제3 실시 형태의 변형예 4에 관한 제1 유량계(1)이며, 배기관(16)의 외면과 관통 구멍(5a) 및 관통 구멍(8a)의 내면 사이에 단열재가 충전되어 있다.

상기에 의하면, 전열 블록(5) 및/또는 온도 조절 블록(8)과 배기관(16) 사이에 있어서의 열전도를 단열재에 의해 더욱 저감시킬 수 있다. 그 결과, 배기관(16)을 통한 밀폐 용기(11)의 내부 공간과 외부 사이에서의 열전도를 더욱 저감시킬 수 있으므로, 상술한 문제를 보다 확실하게 저감시킬 수 있다.

또한, 당업자에게 주지된 바와 같이, 본 발명에 따른 열식 질량 유량계(본 발명 유량계)를, 유량 제어 밸브, 상기 유량 제어 밸브의 개방도를 증감시키는 액추에이터, 및 본 발명 유량계에 의해 검출되는 유체의 유량을 목표값에 가깝게 하도록 상기 액추에이터를 사용하여 상기 유량 제어 밸브의 개방도를 제어하는 제어 장치와 조합함으로써, 열식 질량 유량 제어 장치를 구성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술한 열식 질량 유량 센서 및 열식 질량 유량계뿐만 아니라, 본 발명 유량계를 사용하는 열식 질량 유량 제어 장치에도 관한 것이다.

이상, 본 발명을 설명하는 것을 목적으로 하여, 특정한 구성을 갖는 몇몇 실시 형태 및 변형예에 대해서, 때때로 첨부 도면을 참조하면서 설명해왔지만, 본 발명의 범위는 이들 예시적인 실시 형태 및 변형예에 한정된다고 해석되어서는 안되고, 특허 청구 범위 및 명세서에 기재된 사항의 범위 내에서, 적절히 수정을 가하는 것이 가능한 것은 물론이다.

1…열식 질량 유량계, 2…베이스, 2a…설치면, 2d…유로, 3…바이패스, 5…전열 블록, 5a…(전열 블록(5)의) 관통 구멍, 8…온도 조절 블록, 8a…(온도 조절 블록(8)의) 관통 구멍, 8b…발열체, 8c…냉각체, 10…열식 질량 유량 센서(제1 센서), 11…밀폐 용기, 11a, 11b 및 11c…구성 부재, 12…센서 튜브, 12a…유입구, 12b…유출구, 13, 13a 및 13b…센서 와이어, 14…허메틱 커넥터, 15…외부 전극, 16…배기관, 16a…배기 구멍, 16b…밀봉부, 16c…캡, 20…배기용 라인, 21…감압 펌프(진공 펌프), 22…개폐 밸브, 30…봉입용 라인, 31…불활성 가스원, 32…레귤레이터, 33…개폐 밸브, 34…수분 저감 수단, 35…개폐 밸브, B…분기점, P…압력계, 50…밀폐 용기, 51…배기관, 52…펌프, 53…질량 분석 장치, 및 54…스프레이.

Claims (17)

1. 밀폐 용기와, 상기 밀폐 용기의 내부 공간을 획정하는 외벽에 형성된 유입구 및 유출구와 기밀하게 연통되고 또한 상기 밀폐 용기의 상기 내부 공간에 수용된 센서 튜브와, 상기 센서 튜브에 감긴 한 쌍의 센서 와이어와, 적어도 상기 센서 와이어의 상기 센서 튜브에 감긴 부분을 덮는 피복층과, 상기 외벽에 설치되어 상기 한 쌍의 센서 와이어 각각의 양단을 상기 밀폐 용기의 외부에 설치된 외부 전극에 전기적으로 접속하는 허메틱 커넥터를 구비하고,
   상기 밀폐 용기의 상기 내부 공간은 불활성 분위기로 밀폐되어 있는
   열식 질량 유량 센서이며,
   상기 외벽에 형성된 관통 구멍인 배기 구멍을 통해 상기 밀폐 용기의 상기 내부 공간과 외부를 기밀하게 연통하는 관인 배기관을 더 구비하고,
   상기 배기관의 상기 배기 구멍과는 반대측의 단부가 소성 변형에 의해 밀봉되어 밀봉부를 형성하고 있으며,
   상기 밀봉부를 수용 가능한 내부 공간 및 개구부가 형성된 캡을 더 구비하고,
   상기 캡의 상기 내부 공간에 상기 개구부를 통해 상기 밀봉부가 삽입된 상태에 있어서 상기 캡과 상기 배기관이 용접에 의해 더욱 밀봉되어 있는
   열식 질량 유량 센서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 밀봉부가 용접에 의해 더욱 밀봉되어 있는
   열식 질량 유량 센서.
3. 밀폐 용기와, 상기 밀폐 용기의 내부 공간을 획정하는 외벽에 형성된 유입구 및 유출구와 기밀하게 연통되고 또한 상기 밀폐 용기의 상기 내부 공간에 수용된 센서 튜브와, 상기 센서 튜브에 감긴 한 쌍의 센서 와이어와, 적어도 상기 센서 와이어의 상기 센서 튜브에 감긴 부분을 덮는 피복층과, 상기 외벽에 설치되어 상기 한 쌍의 센서 와이어 각각의 양단을 상기 밀폐 용기의 외부에 설치된 외부 전극에 전기적으로 접속하는 허메틱 커넥터를 구비하고,
   상기 밀폐 용기의 상기 내부 공간은 불활성 분위기로 밀폐되어 있으며,
   상기 외벽에 형성된 관통 구멍인 배기 구멍을 통해 상기 밀폐 용기의 상기 내부 공간과 외부를 기밀하게 연통하는 관인 배기관을 더 구비하고,
   상기 배기관의 상기 배기 구멍과는 반대측의 단부가 소성 변형에 의해 밀봉되어 밀봉부를 형성하고 있으며,
   상기 밀봉부를 수용 가능한 내부 공간 및 개구부가 형성된 캡을 더 구비하고,
   상기 캡의 상기 내부 공간에 상기 개구부를 통해 상기 밀봉부가 삽입된 상태에 있어서 상기 캡과 상기 배기관이 용접에 의해 더욱 밀봉되어 있는
   열식 질량 유량 센서의 제조 방법이며,
   상기 밀폐 용기를 구성하는 복수의 부재 중, 상기 유입구 및 상기 유출구가 형성된 부재인 제1 부재에, 상기 유입구 및 상기 유출구와 상기 센서 튜브의 양단부가 기밀하게 연통되도록, 상기 한 쌍의 센서 와이어가 감긴 상기 센서 튜브를 용접하는 제1 공정과,
   상기 밀폐 용기를 구성하는 상기 복수의 부재 중, 상기 허메틱 커넥터가 설치된 부재인 제2 부재에, 상기 한 쌍의 센서 와이어 각각의 양단을 상기 허메틱 커넥터가 대응하는 단자에 각각 전기적으로 접속하는 제2 공정과,
   상기 밀폐 용기를 구성하는 상기 복수의 부재 중, 상기 배기 구멍이 형성된 부재인 제3 부재에, 상기 배기 구멍을 통해 상기 밀폐 용기의 상기 내부 공간과 기밀하게 연통되도록, 상기 배기관을 용접하는 제3 공정과,
   상기 밀폐 용기를 구성하는 상기 복수의 부재를 서로 용접하여 상기 밀폐 용기를 형성하는 제4 공정과,
   상기 배기관을 통해 상기 내부 공간으로부터 공기를 배출한 후, 상기 배기관의 상기 배기 구멍과는 반대측의 단부를 소성 변형에 의해 밀봉하여 상기 밀봉부를 형성하는 제5 공정
   을 포함하고,
   상기 제5 공정에 있어서, 상기 밀봉부를 형성한 후, 상기 밀봉부를 수용 가능한 내부 공간 및 개구부가 형성된 캡의 상기 내부 공간에 상기 개구부를 통해 상기 밀봉부가 삽입된 상태에 있어서 상기 캡과 상기 배기관을 용접에 의해 더욱 밀봉하는
   열식 질량 유량 센서의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제5 공정에 있어서, 상기 배기관을 통해 상기 내부 공간으로부터 공기를 배출한 후, 상기 배기관을 통해 상기 내부 공간에 불활성 가스를 봉입한 후, 상기 배기관의 상기 배기 구멍과는 반대측의 단부를 소성 변형에 의해 밀봉하여 상기 밀봉부를 형성하는
   열식 질량 유량 센서의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제5 공정에 있어서, 상기 배기관을 통해 상기 내부 공간으로부터 공기를 배출한 후, 상기 불활성 가스에 포함되는 수분을 저감시키는 수분 저감 수단에 의해 수분의 함유율을 낮춘 상기 불활성 가스를, 상기 배기관을 통해, 상기 내부 공간에 봉입하는
   열식 질량 유량 센서의 제조 방법.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제5 공정에 있어서, 상기 밀봉부를 형성한 후, 상기 밀봉부를 용접에 의해 더욱 밀봉하는
   열식 질량 유량 센서의 제조 방법.
7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제5 공정을 실행하기 전에, 상기 밀폐 용기의 외표면에 특정의 검지용 가스를 국소적으로 공급하면서, 상기 배기관을 통해 상기 내부 공간으로부터 배출되는 기체 중에 상기 검지용 가스가 검출되었을 때에 상기 검지용 가스가 공급되고 있던 개소를 기밀성이 불충분한 불량 개소로서 특정하는 기밀성 테스트 공정을 더 포함하는
   열식 질량 유량 센서의 제조 방법.
8. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   실온보다도 높은 온도에 있어서 상기 제5 공정을 실행하는
   열식 질량 유량 센서의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,
   실온보다도 높으며 또한 200℃ 이하의 온도에 있어서 상기 제5 공정을 실행하는
   열식 질량 유량 센서의 제조 방법.
10. 하나의 설치면을 가지고, 내부에 유체의 유로가 마련된 베이스와,
    상기 유로의 중간에 마련된 바이패스와,
    제1항 또는 제2항에 기재된 열식 질량 유량 센서와,
    상기 센서 와이어 및 다른 저항 소자에 의해 구성된 브리지 회로를 포함하는 센서 회로
    를 가지고,
    상기 센서 튜브는, 상기 바이패스의 상류측에 있어서 상기 유로로부터 분기하여 상기 설치면의 외측을 우회한 후에 상기 바이패스의 하류측에 있어서 상기 유로에 합류하도록 구성되어 있는
    열식 질량 유량계.
11. 제10항에 있어서,
    상기 설치면에 접하여, 상기 밀폐 용기와 인접하는 위치에 설치된, 전열 재료에 의해 형성된 전열 블록을 더 가지고,
    상기 전열 블록의 저면과 상기 설치면은 면 접촉되어 있고,
    상기 전열 블록의 적어도 하나의 측면과 상기 밀폐 용기의 측면은 면 접촉되어 있는
    열식 질량 유량계.
12. 제11항에 있어서,
    상기 베이스 및 상기 전열 블록의 적어도 한쪽의 측면에 접하여 설치된 온도 조절 블록을 더 가지고,
    상기 온도 조절 블록은 전열 재료에 의해 형성되어 있고, 또한 상기 온도 조절 블록을 가열하는 발열체 및/또는 상기 온도 조절 블록을 냉각시키는 냉각체를 갖는
    열식 질량 유량계.
13. 제12항에 있어서,
    상기 열식 질량 유량 센서에 있어서의 열전도 경로에 있어서, 상기 한 쌍의 센서 와이어에 대하여 상기 배기 구멍이 대칭인 위치에 있는
    열식 질량 유량계.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 배기관이 삽입 관통하는 관통 구멍이 상기 전열 블록 및 상기 온도 조절 블록에 형성되어 있고,
    상기 배기관의 외면과 상기 관통 구멍의 내면 사이의 최단 거리가 1mm 이상인
    열식 질량 유량계.
15. 제14항에 있어서
    상기 배기관의 외면과 상기 관통 구멍의 내면 사이에 단열재가 충전되어 있는
    열식 질량 유량계.
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