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JP2012141181A - Flow sensor - Google Patents

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Publication number
JP2012141181A
JP2012141181A JP2010292832A JP2010292832A JP2012141181A JP 2012141181 A JP2012141181 A JP 2012141181A JP 2010292832 A JP2010292832 A JP 2010292832A JP 2010292832 A JP2010292832 A JP 2010292832A JP 2012141181 A JP2012141181 A JP 2012141181A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
recess
flow path
heater
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010292832A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junji Kumasa
淳司 熊佐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Azbil Corp filed Critical Azbil Corp
Priority to JP2010292832A priority Critical patent/JP2012141181A/en
Publication of JP2012141181A publication Critical patent/JP2012141181A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

【課題】検出可能範囲の広いフローセンサを提供する。
【解決手段】フローセンサは、一方の面に第1凹部201aが形成された第1基板20aと、一方の面における第1凹部201aに対向する位置に第2凹部201bが形成された第2基板20bと、第1凹部201aと第2凹部201bとの間に配置され、流体を加熱するヒータ21とヒータ21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上流側温度センサ23および下流側温度センサ24とを含む検出部21と、を備え、第1基板20aの他方の面と第2基板20bの他方の面とは接合されており、第1基板20aの第1凹部201aが形成された部分および第2基板20bの第2凹部201bが形成された部分のうち、一方の熱伝導率が他方の熱伝導率より高い。
【選択図】図1
A flow sensor having a wide detectable range is provided.
A flow sensor includes a first substrate 20a having a first recess 201a formed on one surface and a second substrate having a second recess 201b formed at a position facing the first recess 201a on one surface. 20b and an upstream temperature sensor 23 and a downstream side that are arranged between the first recess 201a and the second recess 201b and configured to measure a temperature difference between the heater 21 that heats the fluid and the fluid generated by the heater 21 A detection unit 21 including a temperature sensor 24, and the other surface of the first substrate 20a and the other surface of the second substrate 20b are joined to form a first recess 201a of the first substrate 20a. Among the portions where the second recesses 201b of the second substrate 20b are formed, one thermal conductivity is higher than the other.
[Selection] Figure 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。   Some embodiments according to the present invention relate to a flow sensor including a substrate on which a detection unit for detecting a velocity of a fluid is formed.

従来、この種のフローセンサとして、上面に加熱部および測温部を含む検出部が設けられ、ガラスなどで形成された一の基板を備える熱式流量計において、溝が設けられ、ガラスなどで形成された他の基板を、一の基板の下面で覆うことにより、当該溝を流路として構成するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, as a flow sensor of this type, a detection unit including a heating unit and a temperature measuring unit is provided on the upper surface, and in a thermal flow meter including a single substrate formed of glass or the like, a groove is provided and glass or the like is provided. It is known that the other groove formed is covered with the lower surface of one substrate to configure the groove as a flow path (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−276264号公報JP 2009-276264 A

しかしながら、特許文献1に記載の熱式流量計では、一の基板および他の基板としてガラスを使用しており、ガラスは熱伝導率が比較的低い材料であるため、流体の速度(以下、流速という)が速くなると、流速に対する感度が飽和してしまうおそれがあった。その結果、流速が高い場合に検出することができず、検出可能範囲(レンジアビリティ)が狭い、という問題があった。   However, in the thermal type flow meter described in Patent Document 1, glass is used as one substrate and the other substrate, and glass is a material having a relatively low thermal conductivity. ), The sensitivity to the flow rate may be saturated. As a result, there is a problem that detection is not possible when the flow velocity is high, and the detectable range (range ability) is narrow.

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、検出可能範囲の広いフローセンサを提供することを目的の1つとする。   Some aspects of the present invention have been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a flow sensor having a wide detectable range.

本発明に係るフローセンサは、一方の面に第1の凹部が形成された第1の基板と、一方の面における第1の凹部に対向する位置に第2の凹部が形成された第2の基板と、第1の凹部と第2の凹部との間に配置され、流体を加熱するヒータとヒータによって生ずる前述の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検出部と、を備え、第1の基板の他方の面と前記第2に基板の他方の面とは接合されており、第1の基板の第1の凹部が形成された部分および第2の基板の第2の凹部が形成された部分のうち、一方の熱伝導率は他方の熱伝導率より高い。   The flow sensor according to the present invention includes a first substrate in which a first recess is formed on one surface, and a second substrate in which a second recess is formed at a position facing the first recess on one surface. A detection unit including a substrate, a heater that is disposed between the first recess and the second recess, and that is configured to measure a temperature difference between the fluid generated by the heater and a heater that heats the fluid. And the second surface of the first substrate and the second surface of the second substrate are joined together, and the portion of the first substrate in which the first recess is formed and the second substrate Among the portions where the second recesses are formed, one thermal conductivity is higher than the other thermal conductivity.

かかる構成によれば、検出部が第1の凹部と第2の凹部との間に配置され、第1の基板の他方の面と前記第2に基板の他方の面とが接合されている。これにより、検出部は、第1の凹部および第2の凹部によって覆われ、外部に対して露出する(曝される)ことがない。また、第1の基板と第2の基板との間から流体が浸食(侵入)するのを防止することが可能となる。さらに、第1の凹部および第2の凹部は、第1の基板および第2の基板の他の部分と比較して、厚さの薄いダイアフラムを形成することが可能となる。さらに、第1の基板の第1の凹部が形成された部分および第2の基板の第2の凹部が形成された部分のうち、一方の熱伝導率が他方の熱伝導率より高い。これにより、従来のフローセンサのように第1基板の熱伝導率と第2基板の熱伝導率とが同程度の場合と比較して、第1の凹部が形成された部分および第2の凹部が形成された部分の平均の熱伝導率を高めることができ、検出部に含まれるヒータによる熱が、検出部を覆う第1の凹部および第2の凹部を介して測温ユニットに伝導しやすくなるので、ヒータと測温ユニットとの熱的結合を高めることができる。これにより、流速が高い場合でも流速に対する感度が飽和しにくくなり、検出可能範囲(レンジアビリティ)を広げることができる。   According to such a configuration, the detection unit is disposed between the first recess and the second recess, and the other surface of the first substrate and the second surface of the substrate are joined to the second. Thereby, the detection unit is covered with the first recess and the second recess and is not exposed (exposed) to the outside. In addition, it is possible to prevent the fluid from eroding (invading) from between the first substrate and the second substrate. Furthermore, the first recess and the second recess can form a thin diaphragm as compared with the other portions of the first substrate and the second substrate. Furthermore, one of the portions of the first substrate where the first recess is formed and the portion of the second substrate where the second recess is formed has one thermal conductivity higher than the other. Thereby, compared with the case where the thermal conductivity of a 1st board | substrate and the thermal conductivity of a 2nd board | substrate are comparable as the conventional flow sensor, the part in which the 1st recessed part was formed, and a 2nd recessed part It is possible to increase the average thermal conductivity of the portion where the heat sink is formed, and heat from the heater included in the detection unit is easily conducted to the temperature measurement unit via the first concave portion and the second concave portion that cover the detection portion. Therefore, the thermal coupling between the heater and the temperature measuring unit can be enhanced. Thereby, even when the flow rate is high, the sensitivity to the flow rate is less likely to be saturated, and the detectable range (range ability) can be expanded.

好ましくは、第1の基板および第2の基板は、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。   Preferably, the first substrate and the second substrate have corrosion resistance against a predetermined corrosive substance.

かかる構成によれば、第1の基板および第2の基板が、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。これにより、例えば、SOx、NOx、Cl2、BCl3などを含有するガス(気体)や、硫酸や硝酸を含む薬液(液体)など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。 According to such a configuration, the first substrate and the second substrate have corrosion resistance against a predetermined corrosive substance. Thereby, for example, the corrosion resistance of the flow sensor against a predetermined corrosive substance such as a gas (gas) containing SOx, NOx, Cl 2 , BCl 3 , or a chemical solution (liquid) containing sulfuric acid or nitric acid can be improved. .

好ましくは、第1の基板および第2の基板のうち、一方の材料はガラスであり、他方の材料はステンレス鋼またはサファイアである。   Preferably, one of the first substrate and the second substrate is glass, and the other material is stainless steel or sapphire.

かかる構成によれば、第1の基板および第2の基板のうち、一方の材料はガラスであり、他方の材料はステンレス鋼またはサファイアである。ここで、ガラスは室温で熱伝導率が1.1[W/m・K]程度の材料であるのに対し、ステンレス鋼は室温で熱伝導率が14〜27[W/m・K]程度、サファイアは室温で熱伝導率が46[W/m・K]程度の材料である。これにより、ガラスとステンレス鋼との組み合わせの場合、平均の熱伝導率が8.4[W/m・K]程度となり、ガラスとサファイアとの組み合わせの場合、平均の熱伝導率が23.4[W/m・K]程度となるので、従来のフローセンサのようにガラス同士の組み合わせの場合と比較して、第1の凹部および第2の凹部の平均熱伝導率を高めることができる。これにより、検出可能範囲(レンジアビリティ)の広いフローセンサを容易に実現することができる。   According to such a configuration, one material of the first substrate and the second substrate is glass, and the other material is stainless steel or sapphire. Here, glass is a material having a thermal conductivity of about 1.1 [W / m · K] at room temperature, whereas stainless steel has a thermal conductivity of about 14 to 27 [W / m · K] at room temperature. Sapphire is a material having a thermal conductivity of about 46 [W / m · K] at room temperature. Thereby, in the case of the combination of glass and stainless steel, the average thermal conductivity is about 8.4 [W / m · K], and in the case of the combination of glass and sapphire, the average thermal conductivity is 23.4. Since it is about [W / m · K], the average thermal conductivity of the first concave portion and the second concave portion can be increased as compared with the case of a combination of glasses as in the conventional flow sensor. Thereby, a flow sensor with a wide detectable range (range ability) can be easily realized.

また、ガラス、ステンレス鋼、およびサファイアは、例えば、SOx、NOx、Cl2、BCl3などを含有するガス(気体)や、硫酸や硝酸を含む薬液(液体)などの腐食性物質に対して耐食性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。 Also, glass, stainless steel, and sapphire, for example, SOx, NOx, Cl2, and BCl 3 gas containing such (gas), corrosion resistance against corrosive materials such as chemical (liquid) containing sulfuric acid and nitric acid Material. Thereby, a flow sensor having high corrosion resistance with respect to a predetermined corrosive substance can be easily realized.

さらに、ガラス、ステンレス鋼、およびサファイアは、高い機械的強度を有する材料である。これにより、流体に含まれるゴミや塵などのダストが検出部を覆う第1の凹部および第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。   Furthermore, glass, stainless steel, and sapphire are materials with high mechanical strength. Accordingly, it is possible to provide mechanical strength that can protect the detection unit when dust such as dust or dust contained in the fluid collides with the first recess and the second recess covering the detection unit.

また、本発明に係るフローセンサは、一方の面に第1の凹部を有する第1の基板と、一方の面における第1の凹部に対向する位置に第2の凹部を有する第2の基板と、第1の凹部と第2の凹部との間に配置され、流体を加熱するヒータとヒータによって生ずる前述の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検出部と、を備え、第1の基板の他方の面と前記第2に基板の他方の面とは接合されており、第1の凹部の底面と第2の凹部の底面とは、所定の金属の膜で被覆されている。   Moreover, the flow sensor according to the present invention includes a first substrate having a first recess on one surface, and a second substrate having a second recess at a position facing the first recess on one surface. A detector including a heater that is disposed between the first recess and the second recess and configured to measure a temperature difference between the fluid generated by the heater and the fluid that is generated by the heater; The other surface of the first substrate and the second surface of the second substrate are joined together, and the bottom surface of the first recess and the bottom surface of the second recess are made of a predetermined metal film. It is covered.

かかる構成によれば、検出部が第1の凹部と第2の凹部との間に配置され、第1の基板の他方の面と前記第2に基板の他方の面とが接合されている。これにより、検出部は、第1の凹部および第2の凹部によって覆われ、外部に対して露出する(曝される)ことがない。また、第1の基板と第2の基板との間から流体が浸食(侵入)するのを防止することが可能となる。さらに、第1の凹部および第2の凹部は、第1の基板および第2の基板の他の部分と比較して、厚さの薄いダイアフラムを形成することが可能となる。さらに、第1の凹部の底面と第2の凹部の底面とが、所定の金属の膜で被覆されている。ここで、所定の金属は、熱伝導率が比較的高い材料であることから、所定の金属の膜で被覆されていない場合と比較して、検出部に含まれるヒータによる熱が、検出部を覆う第1の凹部および第2の凹部を介して測温ユニットに伝導しやすくなるので、ヒータと測温ユニットとの熱的結合を高めることができる。   According to such a configuration, the detection unit is disposed between the first recess and the second recess, and the other surface of the first substrate and the second surface of the substrate are joined to the second. Thereby, the detection unit is covered with the first recess and the second recess and is not exposed (exposed) to the outside. In addition, it is possible to prevent the fluid from eroding (invading) from between the first substrate and the second substrate. Furthermore, the first recess and the second recess can form a thin diaphragm as compared with the other portions of the first substrate and the second substrate. Furthermore, the bottom surface of the first recess and the bottom surface of the second recess are covered with a predetermined metal film. Here, since the predetermined metal is a material having a relatively high thermal conductivity, the heat from the heater included in the detection unit causes the detection unit to be compared with the case where the predetermined metal is not covered with the predetermined metal film. Since it becomes easy to conduct to the temperature measuring unit via the first recessed portion and the second recessed portion to be covered, the thermal coupling between the heater and the temperature measuring unit can be enhanced.

好ましくは、第1の基板の一方の面側に前述の流体が流通する第1の流路を形成し、第2の基板の一方の面側に前述の流体が流通する第2の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る。   Preferably, a first flow path through which the fluid flows is formed on one surface side of the first substrate, and a second flow path through which the fluid flows is formed on one surface side of the second substrate. A flow path forming member provided so as to be formed is further provided.

かかる構成によれば、第1の基板の一方の面側に前述の流体が流通する第1の流路が形成され、第2の基板の一方の面側に前述の流体が流通する第2の流路が形成される。これにより、第1の流路と第2の流路との両方に流体が流通するので、第1の流路と第2の流路との何れか一方を流体が流通する場合と比較して、流体の流通によってヒータによる熱分布が変化しやすくなる。これにより、流速に対して検出部の感度を高めることができる。また、このとき、検出部は、第1の流路と第2の流路との間に宙吊りの状態で配置される。これにより、第1の基板の一方の面側と第2の基板の一方の面側とに流体から圧力を受けるので、第1の基板の一方の面側と第2の基板の一方の面との両面において、流体から受ける圧力の差(差圧)が小さくなり、第1の基板および第2の基板の内部に発生する応力を低減することができるとともに、応力による検出信号のノイズを低減することができる。   According to this configuration, the first flow path through which the fluid flows is formed on one surface side of the first substrate, and the second fluid flows through the one surface side of the second substrate. A flow path is formed. Thereby, since the fluid flows through both the first flow path and the second flow path, compared with the case where the fluid flows through either one of the first flow path and the second flow path. The heat distribution by the heater is likely to change due to the fluid flow. Thereby, the sensitivity of a detection part can be raised with respect to the flow velocity. At this time, the detection unit is arranged in a suspended state between the first flow path and the second flow path. Accordingly, pressure is applied from the fluid to one surface side of the first substrate and one surface side of the second substrate, so that one surface side of the first substrate and one surface of the second substrate are The pressure difference (differential pressure) received from the fluid on both surfaces of the substrate is reduced, so that the stress generated in the first substrate and the second substrate can be reduced, and the noise of the detection signal due to the stress is reduced. be able to.

好ましくは、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。   Preferably, the flow path forming member has corrosion resistance against a predetermined corrosive substance.

かかる構成によれば、流路形成部材が、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。これにより、フローセンサにおいて流体に対して露出している部分が耐食性を有するので、例えば、SOx、NOx、Cl2、BCl3などを含有するガス(気体)や、硫酸や硝酸を含む薬液(液体)などの所定の腐食性物質を流体が含む場合に好適に用いることができる。 According to such a configuration, the flow path forming member has corrosion resistance against a predetermined corrosive substance. Thus, since the portion exposed to the fluid in the flow sensor has a corrosion resistance, for example, SOx, NOx, Cl2, BCl 3 gas containing such (gas) and, chemical solution containing sulfuric acid and nitric acid (liquid) It can be suitably used when the fluid contains a predetermined corrosive substance such as.

好ましくは、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。   Preferably, the temperature measuring unit has a plurality of temperature sensors respectively disposed upstream and downstream of the heater.

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。   According to such a configuration, the temperature measuring unit has the plurality of temperature sensors respectively disposed on the upstream side and the downstream side with respect to the heater. Thereby, the temperature of the fluid upstream of the heater and the temperature of the downstream fluid can be measured, respectively, and the temperature difference of the fluid generated by the heater can be easily measured.

本発明によれば、第1の凹部および第2の凹部は、第1の基板および第2の基板の他の部分と比較して厚さの薄いダイアフラムを形成することが可能となる。これにより、検出部の応答性を高めることができる。また、従来のフローセンサのように第1基板の熱伝導率と第2基板の熱伝導率とが同程度の場合と比較して、第1の凹部が形成された部分および第2の凹部が形成された部分の平均の熱伝導率を高めることができ、検出部に含まれるヒータによる熱が、検出部を覆う第1の凹部および第2の凹部を介して測温ユニットに伝導しやすくなるので、ヒータと測温ユニットとの熱的結合を高めることができる。これにより、流速が高い場合でも流速に対する感度が飽和しにくくなり、検出可能範囲(レンジアビリティ)を広げることができる。また、所定の金属は、熱伝導率が比較的高い材料であることから、所定の金属の膜で被覆されていない場合と比較して、検出部に含まれるヒータによる熱が、検出部を覆う第1の凹部および第2の凹部を介して測温ユニットに伝導しやすくなるので、ヒータと測温ユニットとの熱的結合を高めることができる。これによっても、流速が高い場合でも流速に対する感度が飽和しにくくなり、検出可能範囲(レンジアビリティ)を広げることができる。   According to the present invention, the first concave portion and the second concave portion can form a diaphragm having a smaller thickness than other portions of the first substrate and the second substrate. Thereby, the responsiveness of a detection part can be improved. In addition, as compared with the case where the thermal conductivity of the first substrate and the thermal conductivity of the second substrate are comparable as in the conventional flow sensor, the portion where the first recess is formed and the second recess are The average thermal conductivity of the formed portion can be increased, and heat from the heater included in the detection unit can be easily conducted to the temperature measurement unit through the first and second recesses covering the detection unit. Therefore, the thermal coupling between the heater and the temperature measuring unit can be enhanced. Thereby, even when the flow rate is high, the sensitivity to the flow rate is less likely to be saturated, and the detectable range (range ability) can be expanded. In addition, since the predetermined metal is a material having a relatively high thermal conductivity, heat from the heater included in the detection unit covers the detection unit as compared with a case where the predetermined metal is not covered with the predetermined metal film. Since it becomes easy to conduct to a temperature measuring unit via the 1st crevice and the 2nd crevice, thermal coupling with a heater and a temperature measuring unit can be raised. This also makes it difficult to saturate the sensitivity to the flow rate even when the flow rate is high, and the detection range (range ability) can be expanded.

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。It is a side sectional view explaining an example of a flow sensor concerning the present invention. 図1に示した上部流路形成部材の下面図である。FIG. 2 is a bottom view of the upper flow path forming member shown in FIG. 1. 図1に示した下部流路形成部材の上面図である。It is a top view of the lower flow path forming member shown in FIG. 図1に示した基板の上面図である。It is a top view of the board | substrate shown in FIG. 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。It is a side sectional view explaining an example of a manufacturing method of the substrate shown in FIG. 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。It is a side sectional view explaining an example of a manufacturing method of the substrate shown in FIG. 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。It is a side sectional view explaining an example of a manufacturing method of the substrate shown in FIG. 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。It is a side sectional view explaining an example of a manufacturing method of the substrate shown in FIG. 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。It is a side sectional view explaining an example of a manufacturing method of the substrate shown in FIG. 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。It is a side sectional view explaining an example of a manufacturing method of the substrate shown in FIG. 図10に示した基板における流速と出力との関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between the flow velocity and output in the board | substrate shown in FIG. 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。It is a side sectional view explaining other examples of a flow sensor concerning the present invention. 図12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。FIG. 13 is a side sectional view for explaining an installation example of the flow sensor shown in FIG. 12. 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。It is a side sectional view explaining other examples of a flow sensor concerning the present invention. 図14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。It is a sectional side view explaining the example of installation of the flow sensor shown in FIG. 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。It is a side sectional view explaining other examples of a flow sensor concerning the present invention. 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。It is a side sectional view explaining other examples of a flow sensor concerning the present invention. 図17に示した基板を説明する側方断面図である。FIG. 18 is a side sectional view for explaining the substrate shown in FIG. 17. 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。It is a side sectional view explaining other examples of a flow sensor concerning the present invention. 図19に示した基板を説明する要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view explaining the board | substrate shown in FIG.

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、同一または類似の部分には同一また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、具体的な寸法など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。   Embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings. In the following description, the upper side of the drawing is referred to as “upper”, the lower side as “lower”, the left side as “left”, and the right side as “right”.

図1乃至図11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およ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。   1 to 11 show an example of a flow sensor according to the present invention. FIG. 1 is a side sectional view for explaining an example of a flow sensor according to the present invention. As shown in FIG. 1, the flow sensor 10 includes a substrate 20 including a first substrate 20 a and a second substrate 20 b, an upper flow path forming member 30 installed on the substrate 20, and a substrate 20 below the substrate 20. The lower flow path forming member 40 is provided. The upper flow path forming member 30 and the lower flow path forming member 40 in the present embodiment correspond to an example of “flow path forming member” in the flow sensor of the present invention.

図2は、図1に示した上部流路形成部材30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2流路31aを形成する。凹部31には、外部に通じる流入口32および流出口33が設けられている。図1に示したように、流入口32および流出口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2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。   FIG. 2 is a bottom view of the upper flow path forming member 30 shown in FIG. As shown in FIG. 2, a rectangular recess 31 is provided on the lower surface of the upper flow path forming member 30. The recess 31 forms a second flow path 31a between the opposing surfaces of the substrate 20, that is, the upper surface of the second substrate 20b shown in FIG. The recess 31 is provided with an inflow port 32 and an outflow port 33 that communicate with the outside. As shown in FIG. 1, the inflow port 32 and the outflow port 33 penetrate from the bottom surface of the recess 31 to the upper surface of the upper flow path forming member 30, and the fluid flowing in from the inflow port 32 passes through the second flow path 31a. It flows out from the outlet 33 through. Further, notches 34 and 35 are formed at positions corresponding to electrode portions 26 and 27 of the substrate 20 described later, and when the upper flow path forming member 30 is installed on the substrate 20, the electrode portions 26 and 27 are formed. Is exposed.

図3は、図1に示した下部流路形成部材40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1流路41aを形成する。   FIG. 3 is a top view of the lower flow path forming member 40 shown in FIG. As shown in FIG. 3, a rectangular recess 41 is provided on the upper surface of the lower flow path forming member 40. The recess 41 forms a first flow path 41a between opposing surfaces of the substrate 20, that is, the lower surface of the first substrate 20a shown in FIG.

上部流路形成部材30および下部流路形成部材40の材料としては、例えば、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、ステンレス鋼などが挙げられる。また、上部流路形成部材30およ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などを含有するガス(気体)や、硫酸や硝酸を含む薬液(液体)など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などの塩素(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およ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などである場合、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およ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およ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。 Examples of the material of the upper flow path forming member 30 and the lower flow path forming member 40 include silicon (Si), silicon (Si) coated with silicon dioxide (SiO 2 ), alumina ceramics, glass, sapphire, and stainless steel. Etc. The material of the upper flow path forming member 30 and the lower flow path forming member 40 includes a predetermined corrosive materials, e.g., SOx, NOx, Cl2, and BCl 3 gas containing such (gas), sulfuric acid and nitric acid What has corrosion resistance with respect to a chemical | medical solution (liquid) etc. is preferable. Specifically, when the corrosive substance contains chlorine (Cl) such as Cl 2 and BCl 3 , silicon (Si) does not have corrosion resistance to the corrosive substance (low corrosion resistance), and therefore, the upper flow It is not appropriate to use as a material for the path forming member 30 and the lower flow path forming member 40. On the other hand, when the corrosive substance is SOx, NOx, or the like that does not contain chlorine (Cl), silicon (Si) has corrosion resistance (high corrosion resistance) against the corrosive substance. It can be suitably used as a material for the lower flow path forming member 40. The upper flow path forming member 30 and the lower flow path forming member 40 may be made of the same material or different materials.

図4は、図1に示した基板20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。   FIG. 4 is a top view for explaining the substrate 20 shown in FIG. As illustrated in FIG. 4, the substrate 20 includes a detection unit 21 that is provided at the center of the substrate 20 and detects the fluid velocity. The detection unit 21 includes a heater (resistance element) 22 that heats the fluid, and a pair of resistance elements 23 and 24 that are configured to measure a temperature difference of the fluid generated by the heater 22. Thereby, the thermal flow sensor 10 that detects the velocity (flow velocity) of the fluid from the temperature difference of the fluid can be easily realized (configured). The resistance elements 23 and 24 in the present embodiment correspond to an example of a “temperature measuring unit” in the flow sensor of the present invention.

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)25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、および周囲温度センサ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。   The resistance elements 23 and 24 are provided on both sides of the heater 22 on the left side and the right side of the heater 20 with the heater 22 interposed therebetween. The substrate 20 is provided with an ambient temperature sensor (resistive element) 25 and a pair of electrodes 26a, 26b, 26c, 27a, 27b, and 27c provided on the upper side and the lower side of the substrate 20 in plan view. The electrode portions 26 and 27 are further included. The electrodes 26a, 26b, 26c, 27a, 27b, and 27c of the electrode portions 26 and 27 are electrically connected to the heater 22, the resistance elements 23 and 24, and the ambient temperature sensor 25 through wiring formed on the substrate 20. Has been.

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23,22,24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。   In the flow sensor 10 having such a configuration, for example, as indicated by a block arrow in FIG. 1, the resistance elements 23, 22, and 24 are arranged in order along the flow direction of the fluid to be measured, for example, gas. Placed in. In this case, the resistance element 23 functions as an upstream temperature sensor provided upstream of the heater 22 (left side in FIG. 1), and the resistance element 24 is downstream of the heater 22 (right side in FIG. 1). It functions as a provided downstream temperature sensor. As described above, the resistance element 23 is disposed on the upstream side of the heater 22 and the resistance element 23 is disposed on the downstream side, whereby the temperature of the upstream fluid and the temperature of the downstream fluid with respect to the heater 22 are respectively set. It is possible to measure, and the temperature difference of the fluid described later generated by the heater 22 can be easily measured.

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。   As will be described later, a portion of the substrate 20 where the detection unit 21 is provided forms a diaphragm having a small heat capacity. The ambient temperature sensor 25 measures the temperature of gas flowing through a pipe line (not shown) where the flow sensor 10 is installed. The heater 22 is exemplarily disposed at the center of the substrate 20 and is heated so as to be higher than the temperature measured by the ambient temperature sensor 25. The upstream temperature sensor 23 is used to detect a temperature upstream of the heater 22, and the downstream temperature sensor 24 is used to detect a temperature downstream of the heater 22.

ここで、管路内の流れがない場合、ヒータ21で加えられた熱は、上流方向および下流方向へ対称的に分布する。従って、上流側温度センサ23およ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および下流側温度センサ24の抵抗値は等しくなる。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。   Here, when there is no flow in the pipe, the heat applied by the heater 21 is distributed symmetrically in the upstream direction and the downstream direction. Accordingly, the temperatures of the upstream temperature sensor 23 and the downstream temperature sensor 24 are equal, and the resistance values of the upstream temperature sensor 23 and the downstream temperature sensor 24 are equal. On the other hand, when the gas in the pipe line flows from upstream to downstream, the heat applied by the heater 22 is carried in the downstream direction. Therefore, the temperature of the downstream temperature sensor 24 is higher than the temperature of the upstream temperature sensor 23.

このような温度差は、上流側温度センサ23の抵抗値と下流側温度センサ24の抵抗値との間に差を生じさせる。下流側温度センサ24の抵抗値と上流側温度センサ23の抵抗値との差は、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の抵抗値と上流側温度センサ23の抵抗値との差を基に、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および24の抵抗値の情報は、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。   Such a temperature difference causes a difference between the resistance value of the upstream temperature sensor 23 and the resistance value of the downstream temperature sensor 24. The difference between the resistance value of the downstream temperature sensor 24 and the resistance value of the upstream temperature sensor 23 has a correlation with the gas velocity and flow rate in the pipe. Therefore, based on the difference between the resistance value of the downstream temperature sensor 24 and the resistance value of the upstream temperature sensor 23, the speed (flow velocity) and flow rate of the fluid flowing through the pipeline can be calculated. Information on resistance values of the resistance elements 22, 23 and 24 can be taken out as electrical signals through the electrode portions 26 and 27 shown in FIG.

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2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1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。   As shown in FIG. 4, the substrate 20 is provided with a pair of through holes 28 and 29 formed on both the left and right sides of the detection unit 21 with the detection unit 21 interposed therebetween. As shown in FIG. 1, the through holes 28 and 29 penetrate from the upper surface to the lower surface of the substrate 20, and the through hole 28 is disposed upstream from the detection unit 21 (on the left side in FIG. 1). It functions as a side through hole, and the through hole 29 is arranged on the downstream side (right side in FIG. 1) with respect to the detection unit 21 and functions as a downstream through hole. Accordingly, as shown in FIG. 1, when the fluid flows through the second flow path 31 a, the fluid flows through the first flow path 41 a through the upstream through hole 28 and through the downstream through hole 29. It becomes possible to return to the 1st flow path 31a again.

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2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1流路41aを流通する。また、第2流路31aを流通した流体は流出口32から流出し、第1流路41a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、下部流路形成部材40が、第1基板20aの一方の面(図1において下面)側に流体が流通する第1流路41aを形成し、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)側に流体が流通する第2流路31aを形成することにより、第1流路41aと第2流路31aとの両方に流体が流通するので、第1流路41aと第2流路31aとの何れか一方を流体が流通する場合と比較して、流体の流通によってヒータ22による熱分布が変化しやすくなる。また、このとき、検出部21が第1流路41aと第2流路31aとの間に宙吊りの状態で配置される。   In this case, as indicated by an arrow in FIG. 1, the fluid flowing in from the inflow port 32 flows through the second flow path 31 a formed by the upper flow path forming member 30 and passes through the upstream through hole 28. The first flow path 41a formed by the lower flow path forming member 40 is circulated. Further, the fluid that has flowed through the second flow path 31 a flows out from the outflow port 32, and the fluid that has flowed through the first flow path 41 a flows out from the outflow port 32 through the downstream side through hole 29. Thus, the lower flow path forming member 40 forms the first flow path 41a through which the fluid flows on one surface (the lower surface in FIG. 1) side of the first substrate 20a, and the upper flow path forming member 30 is By forming the second flow path 31a through which the fluid flows on the one surface (upper surface in FIG. 1) side of the two substrates 20b, the fluid flows through both the first flow path 41a and the second flow path 31a. As compared with the case where the fluid flows through either the first flow path 41a or the second flow path 31a, the heat distribution by the heater 22 is easily changed by the flow of the fluid. At this time, the detection unit 21 is arranged in a suspended state between the first flow path 41a and the second flow path 31a.

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。   Next, an example of a method for manufacturing the substrate 20 will be described with reference to FIGS.

図5乃至図10は、図1に示した基板20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、250[μm]程度の厚さを有している。   5 to 10 are side sectional views for explaining an example of a method for manufacturing the substrate 20 shown in FIG. 5 to 8 and FIG. 10 are cross-sectional views taken along the line I-I shown in FIG. 4, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG. First, as shown in FIG. 5, a plate-like wafer A is prepared as a member serving as a base of the first substrate 20 a shown in FIG. 1. The wafer A has a thickness of about 250 [μm], for example.

次に、図6に示すように、ウエハAの下面の中央部に、ドリルなど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、真空蒸着法などの方法により、凹みを形成した部分の反対の面(上面)に、白金などの金属を付着させ、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。   Next, as shown in FIG. 6, a recess like a counterbore is formed in the center of the lower surface of the wafer A by machining using a drill or the like. Next, a metal such as platinum is attached to the surface (upper surface) opposite to the portion where the recess is formed by a method such as sputtering, CVD, or vacuum deposition, thereby forming each element constituting the detection unit 21 ( Patterning). Further, by the same method, the electrodes constituting the electrode portions 26 and 27 are formed (patterned) on both sides (right side and left side) sandwiching the detection portion 21, and the detection portion and the electrode portions 26 and 27 are connected. A wiring to be formed is formed (patterned).

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、ドリルなど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およ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およ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。   Next, a plate-like wafer B similar to the wafer A shown in FIG. 5 is prepared as a base member of the second substrate 20a shown in FIG. 1, and the upper surface of the wafer B as shown in FIG. A recess like a counterbore is formed in the center by machining using a drill or the like. Further, when the wafer A and the wafer B, which will be described later, are bonded, through holes are respectively formed in the wafer B at positions corresponding to the electrode portions 26 and 27 of the wafer A. Similarly, when the wafer A and the wafer B are bonded together, a recess having a predetermined depth such as a spot facing is formed in the wafer B at a position corresponding to the detection unit 21 and the wiring of the wafer A. Thereby, when the wafer A and the wafer B are bonded to each other, it is possible to prevent a bonding step due to a step caused by the detection unit 21 and the wiring provided on the wafer A.

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およびウエハBによって被覆される。   Next, as illustrated in FIG. 8, the lower surface of the wafer B illustrated in FIG. 7 is placed on the upper surface of the wafer A illustrated in FIG. 6, and the upper surface of the wafer A and the lower surface of the wafer B are bonded. As a result, the detection unit 21 provided on the upper surface of the wafer A is covered with the wafer A and the wafer B.

接合方法としては、例えば、拡散接合、アルゴン(Ar)など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)、金や銀など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、陽極接合などが挙げられる。   As a bonding method, for example, diffusion bonding, surface activated bonding (normal temperature bonding) in which ion beams using an inert gas such as argon (Ar) are irradiated and activated and then bonded are joined, gold or silver For example, brazing, anodic bonding, and the like, which are performed after the brazing material is bonded to both surfaces.

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、ろう付けなどを含む概念である。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。   Note that the term “joining” in the present specification means a broad sense joining that joins things together, and is a concept including brazing. Moreover, it is preferable that the term “joining” means to exclude a method using an adhesive.

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、ドリルなど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。   Next, as shown in FIG. 9, through holes 28 and 29 penetrating from the upper surface of the wafer B to the lower surface of the wafer A are formed on both sides (right side and left side) sandwiching the detection unit 21 by machining using a drill or the like. Form.

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。   Finally, as shown in FIG. 10, the etching is indicated by the block arrows in FIG. 10 to control the thicknesses of the portions where the recesses of the wafer A and the recesses of the wafer B are formed. . Thereby, the substrate 20 including the first substrate 20a and the second substrate 20b is manufactured.

この基板20では、エッチングを施した結果、第1基板20aの一方の面(図10において上面)に第1凹部201aが形成され、第2基板20bの一方の面(図10において下面)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。また、検出部21は、第1凹部201aと第2凹部201bとの間に配置されている。これにより、検出部21は、第1凹部201aおよび第2凹部201bによって覆われ、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の他方の面(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との間から流体が浸食(侵入)するのを防止することが可能となる。   In this substrate 20, as a result of etching, a first recess 201a is formed on one surface (the upper surface in FIG. 10) of the first substrate 20a, and the first surface on the one surface (the lower surface in FIG. 10) of the second substrate 20b. A second recess 201b is formed at a position facing the first recess 201a. Moreover, the detection part 21 is arrange | positioned between the 1st recessed part 201a and the 2nd recessed part 201b. Thereby, the detection part 21 is covered with the 1st recessed part 201a and the 2nd recessed part 201b, and is not exposed (exposed) with respect to the exterior. Further, since the other surface (upper surface in FIG. 10) of the first substrate 20a and the other surface (lower surface in FIG. 10) of the second substrate 20b are joined, the first substrate 20a and the second substrate 20b are joined together. It is possible to prevent the fluid from eroding (invading) from the middle.

第1凹部201aおよび第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、10〜100[μm]程度の厚さを有している。このように、第1基板20aの一方の面(図10において上面)に第1凹部201aが形成され、第2基板20bの一方の面(図10において下面)における第1凹部201aに対向する位置に、第2凹部201bが形成することにより、第1凹部201aおよび第2凹部201bは、第1基板20aおよび第2基板20bの他の部分と比較して、厚さの薄いダイアフラム201を形成することが可能となる。   The 1st crevice 201a and the 2nd crevice 201b comprise diaphragm 201 with small heat capacity, and diaphragm 201 has thickness of about 10-100 [micrometers], for example. In this way, the first recess 201a is formed on one surface (upper surface in FIG. 10) of the first substrate 20a, and the position facing the first recess 201a on one surface (lower surface in FIG. 10) of the second substrate 20b. In addition, since the second recess 201b is formed, the first recess 201a and the second recess 201b form a diaphragm 201 that is thinner than the other portions of the first substrate 20a and the second substrate 20b. It becomes possible.

図11は、図10に示した基板20における流速と出力との関係を説明するグラフである。なお、図11において、横軸は流体の平均速度(平均流速)[m/s]であり、縦軸は平均流速1[m/s]の出力を「1」として正規化した出力[―](無次元)である。   FIG. 11 is a graph for explaining the relationship between the flow velocity and the output in the substrate 20 shown in FIG. In FIG. 11, the horizontal axis represents the average velocity (average flow velocity) [m / s] of the fluid, and the vertical axis represents the output [−] normalized by setting the output of the average flow velocity 1 [m / s] to “1”. (Dimensionless).

ここで、従来のフローセンサのように、第1基板および第2基板の材料として、例えばパイレックス(登録商標)ガラスを使用する場合、第1基板の熱伝導率と第2基板の熱伝導率が同程度の場合、図11において菱形でプロット(描画)するように、出力は平均流速が10[m/s]程度で飽和してしまい、従来のフローセンサでは、平均流速が10[m/s]以上の高流速範囲を検出することができなかった。   Here, when the Pyrex (registered trademark) glass is used as the material of the first substrate and the second substrate as in the conventional flow sensor, for example, the thermal conductivity of the first substrate and the thermal conductivity of the second substrate are In the case of the same level, the output is saturated when the average flow velocity is about 10 [m / s], as plotted (drawn) with diamonds in FIG. 11. In the conventional flow sensor, the average flow velocity is 10 [m / s]. The above high flow rate range could not be detected.

一方、本発明の基板20では、第1基板20aの熱伝導率は第2基板20bの熱伝導率より高くなっている。すなわち、第1基板20aの材料として、例えばパイレックス(登録商標)ガラスを使用し、第2基板20bの材料として、例えばステンレス鋼を使用する場合、図11において四角でプロット(描画)するように、出力は平均流速が20[m/s]程度まで飽和しない。また、第1基板20aの材料として、例えばパイレックス(登録商標)ガラスを使用し、第2基板20bの材料として、例えばサファイアを使用する場合、図11において三角でプロット(描画)するように、出力は平均流速が40[m/s]程度まで飽和しない。このように、第1基板20aの第1凹部201aが形成された部分の熱伝導率が第2基板20bの第2凹部201bが形成された部分の熱伝導率より高いことより、従来のフローセンサのように第1基板の熱伝導率と第2基板の熱伝導率とが同程度の場合と比較して、検出部21を覆う第1凹部201aおよび第2凹部201bの平均の熱伝導率を高めることができ、検出部21に含まれるヒータ22による熱が、検出部21を覆う第1凹部201aおよび第2凹部201bを介して上流側温度センサ23および下流側温度センサ24に伝導しやすくなるので、ヒータ22と上流側温度センサ23および下流側温度センサ24との熱的結合を高めることができる。   On the other hand, in the substrate 20 of the present invention, the thermal conductivity of the first substrate 20a is higher than the thermal conductivity of the second substrate 20b. That is, when, for example, Pyrex (registered trademark) glass is used as the material of the first substrate 20a and stainless steel is used as the material of the second substrate 20b, for example, plotting (drawing) with a square in FIG. The output does not saturate until the average flow rate is about 20 [m / s]. Further, when, for example, Pyrex (registered trademark) glass is used as the material of the first substrate 20a and sapphire is used as the material of the second substrate 20b, for example, the output is plotted in a triangle in FIG. Does not saturate until the average flow velocity is about 40 [m / s]. As described above, the thermal conductivity of the portion of the first substrate 20a where the first recess 201a is formed is higher than the thermal conductivity of the portion of the second substrate 20b where the second recess 201b is formed. Compared to the case where the thermal conductivity of the first substrate and the thermal conductivity of the second substrate are comparable, the average thermal conductivity of the first recess 201a and the second recess 201b covering the detection unit 21 is The heat by the heater 22 included in the detection unit 21 can be easily conducted to the upstream temperature sensor 23 and the downstream temperature sensor 24 through the first recess 201a and the second recess 201b covering the detection unit 21. Therefore, the thermal coupling between the heater 22, the upstream temperature sensor 23, and the downstream temperature sensor 24 can be enhanced.

なお、第1基板20aの熱伝導率が第2基板20bの熱伝導率より高い場合に限定されず、第2基板20bの熱伝導率が第1基板20aの熱伝導率より高くなっていてもよい。例えば、第1基板20aの材料として、例えばステンレス鋼を使用し、第2基板20bの材料として、例えばパイレックス(登録商標)ガラスを使用する場合、図11において四角でプロット(描画)したのと同様の結果が得られることが、実験などで分かっている。また、第1基板20aの材料として、例えばサファイアを使用し、第2基板20bの材料として、例えばパイレックス(登録商標)ガラスを使用する場合、図11において三角でプロット(描画)したのと同様の結果が得られることが、実験などで分かっている。   In addition, it is not limited to the case where the thermal conductivity of the 1st board | substrate 20a is higher than the thermal conductivity of the 2nd board | substrate 20b, Even if the thermal conductivity of the 2nd board | substrate 20b is higher than the thermal conductivity of the 1st board | substrate 20a. Good. For example, when using, for example, stainless steel as the material of the first substrate 20a and using, for example, Pyrex (registered trademark) glass as the material of the second substrate 20b, it is the same as plotted (drawn) with a square in FIG. It is known from experiments that the results can be obtained. Further, when using, for example, sapphire as the material of the first substrate 20a and using, for example, Pyrex (registered trademark) glass as the material of the second substrate 20b, the same as plotted (drawn) with triangles in FIG. Experiments have shown that results can be obtained.

また、高流速の範囲を検出するためには、第1基板20aおよび第2基板20bの全体の熱伝導率ではなく、特に、検出部21を覆う第1凹部201aおよび第2凹部201b、すなわち、ダイアフラム201の熱伝導率が問題(重要)となる。従って、第1凹部201aが形成された部分および第2凹部201bが形成された部分のうち、一方の熱伝導率が他方の熱伝導率より高くなっていればよい。この場合であっても、図11に示したのと同様の結果が得られることが実験などで分かっている。   Further, in order to detect the range of the high flow velocity, not the overall thermal conductivity of the first substrate 20a and the second substrate 20b, in particular, the first concave portion 201a and the second concave portion 201b that cover the detection unit 21, that is, The thermal conductivity of the diaphragm 201 becomes a problem (important). Therefore, it is only necessary that one of the portions where the first recess 201a is formed and the portion where the second recess 201b is formed has a higher thermal conductivity than the other. Even in this case, it has been experimentally known that the same result as that shown in FIG. 11 can be obtained.

第1基板20aおよび第2基板20bの材料としては、例えば、ガラス、インコネル、ステンレス鋼、サファイア、アルミナ、アルミニウム合金、銅などが挙げられる。これらの材料の熱伝導率は、温度300[K]において、ガラスが1.1[W/m・K]、インコネルが11.5〜14.8[W/m・K]、ステンレス鋼が14〜27[W/m・K]、サファイアが46[W/m・K]、アルミナが36[W/m・K]、アルミニウム合金が96〜222[W/m・K]、銅が398[W/m・K]である。   Examples of the material of the first substrate 20a and the second substrate 20b include glass, inconel, stainless steel, sapphire, alumina, aluminum alloy, copper, and the like. The thermal conductivity of these materials is 1.1 [W / m · K] for glass, 11.5 to 14.8 [W / m · K] for glass, and 14 for stainless steel at a temperature of 300 [K]. 27 [W / m · K], Sapphire 46 [W / m · K], Alumina 36 [W / m · K], Aluminum Alloy 96-222 [W / m · K], Copper 398 [ W / m · K].

また、第1基板20aおよび第2基板20bは、所定の腐食性物質に対して耐食性を有するもの、例えば、ガラス、インコネル、ステンレス鋼、サファイア、アルミナなどであることが好ましい。これにより、例えば、SOx、NOx、Cl2、BCl3などを含有するガス(気体)や、硫酸や硝酸を含む薬液(液体)などの所定の腐食性物質に対して、フローセンサ10の耐食性を高めることができる。また、第1基板20aと第2基板20b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。 Moreover, it is preferable that the 1st board | substrate 20a and the 2nd board | substrate 20b are what has corrosion resistance with respect to a predetermined | prescribed corrosive substance, for example, glass, inconel, stainless steel, sapphire, alumina, etc. Thus, for example, SOx, NOx, Cl2, and BCl 3 gas containing such (gas), for a given corrosive substances, such as chemical (liquid) containing sulfuric acid and nitric acid, enhances the corrosion resistance of the flow sensor 10 be able to. Further, since the first substrate 20a and the second substrate 20b are joined, it is possible to prevent a predetermined corrosive substance from eroding (invading) from between the first substrate 20a and the second substrate 20b. It becomes.

特に、第1基板20aおよび第2基板20bのうち、一方の材料はガラスであり、他方の材料はステンレス鋼またはサファイアであることが更に好ましい。ここで、ガラスは室温で熱伝導率が1.1[W/m・K]程度の材料であるのに対し、ステンレス鋼は室温で熱伝導率が14〜27[W/m・K]程度、サファイアは室温で熱伝導率が46[W/m・K]程度の材料である。これにより、ガラスとステンレス鋼との組み合わせの場合、平均の熱伝導率が8.4[W/m・K]程度となり、ガラスとサファイアとの組み合わせの場合、平均の熱伝導率が23.4[W/m・K]程度となるので、従来のフローセンサのようにガラス同士の組み合わせの場合と比較して、第1基板20aおよび第2基板20bの平均の熱伝導率を高めることができる。   In particular, it is more preferable that one of the first substrate 20a and the second substrate 20b is glass, and the other material is stainless steel or sapphire. Here, glass is a material having a thermal conductivity of about 1.1 [W / m · K] at room temperature, whereas stainless steel has a thermal conductivity of about 14 to 27 [W / m · K] at room temperature. Sapphire is a material having a thermal conductivity of about 46 [W / m · K] at room temperature. Thereby, in the case of the combination of glass and stainless steel, the average thermal conductivity is about 8.4 [W / m · K], and in the case of the combination of glass and sapphire, the average thermal conductivity is 23.4. Since it is about [W / m · K], the average thermal conductivity of the first substrate 20a and the second substrate 20b can be increased as compared with the case of combining glass as in the conventional flow sensor. .

また、ガラス、ステンレス鋼、およびサファイアは、例えば、SOx、NOx、Cl2、BCl3などを含有するガス(気体)や、硫酸や硝酸を含む薬液(液体)などの腐食性物質に対して耐食性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。 Also, glass, stainless steel, and sapphire, for example, SOx, NOx, Cl2, and BCl 3 gas containing such (gas), corrosion resistance against corrosive materials such as chemical (liquid) containing sulfuric acid and nitric acid Material. Thereby, a flow sensor having high corrosion resistance with respect to a predetermined corrosive substance can be easily realized.

さらに、ガラス、ステンレス鋼、およびサファイアは、高い機械的強度を有する材料である。これにより、流体に含まれるゴミや塵などのダストが検出部21を覆う第1凹部201aおよび第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。   Furthermore, glass, stainless steel, and sapphire are materials with high mechanical strength. Accordingly, it is possible to provide mechanical strength that can protect the detection unit 21 when dust such as dust or dust contained in the fluid collides with the first recess 201a and the second recess 201b that cover the detection unit 21.

図12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13は、図12に示したフローセンサ10A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11に示した例に限定されない。例えば、図12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31aを連通する流入口42および流出口43が設けられている。   12 is a side sectional view for explaining another example of the flow sensor according to the present invention, and FIG. 13 is a side sectional view for explaining an installation example of the flow sensor 10A shown in FIG. The flow sensor according to the present invention is not limited to the examples shown in FIGS. For example, as shown in FIG. 12, in the flow sensor 10A, the substrate 20 shown in FIG. 1 is arranged upside down, the upper flow path forming member 30 is installed on the first substrate 20a, and the second substrate 20b A lower flow path forming member 40 is installed below. The lower flow path forming member 40 is provided with an inlet 42 and an outlet 43 that communicate with the outside and the second flow path 31a.

この場合、フローセンサ10Aは、図13に示すように、流体が所定方向(図13において左側から右側方向)に流通する本体Y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31a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41aを流通し、図12に示す下流側貫通孔29を通って再び第2流路31aに戻ることが可能となる。   In this case, as shown in FIG. 13, the flow sensor 10 </ b> A is assembled and installed through an O (O) ring X in a main body Y in which a fluid flows in a predetermined direction (from left to right in FIG. 13). . Thereby, when the fluid flows through the second flow path 31a, the fluid flows through the first flow path 41a through the upstream through hole 28 shown in FIG. 11 and passes through the downstream through hole 29 shown in FIG. Thus, it is possible to return to the second flow path 31a again.

図14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15は、図14に示したフローセンサ10Bの設置例を説明する側方断面図である。流路形成部材は、第1基板20aの一方の面側および第2基板20bの一方の面側に、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14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。   14 is a side sectional view for explaining another example of the flow sensor according to the present invention, and FIG. 15 is a side sectional view for explaining an installation example of the flow sensor 10B shown in FIG. The flow path forming member only needs to be provided on one surface side of the first substrate 20a and one surface side of the second substrate 20b so as to form a flow path. It is not limited to forming. For example, as shown in FIG. 14, in the flow sensor 10B, the substrate 20 shown in FIG. 1 is arranged upside down, and the upper flow path forming member 30 is installed on the first substrate 20a.

この場合、フローセンサ10Bは、図15に示すように、流体が所定方向(図15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W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14に示した第2基板20bの一方の面(図15において下面)との間に、第2流路31aが形成される。   In this case, as shown in FIG. 15, the flow sensor 10B flows in a predetermined direction (from the left side to the right side in FIG. 15), and the flow sensor 10B is installed on the main body W with a part of the upper surface opened to cover the opening. The Thereby, the 2nd flow path 31a is formed between the main body B and one surface (lower surface in FIG. 15) of the 2nd board | substrate 20b shown in FIG.

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、流体は、上流側貫通孔28および下流側貫通孔29を通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16において左端)に流入口32が設けられ、凹部31の他端(図16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16において左端)に流入口42が設けられ、凹部41の他端(図16において右端)に流出口43が設けられている。   FIG. 16 is a side sectional view for explaining another example of the flow sensor according to the present invention. Further, the fluid is not limited to passing through the upstream side through hole 28 and the downstream side through hole 29. For example, as shown in FIG. 16, the flow sensor 10 </ b> C includes an inlet 32 at one end (left end in FIG. 16) of the recess 31 shown in FIG. 2 that forms the first flow path 31 a, and the other end of the recess 31. An outlet 33 is provided at the right end in FIG. Further, the inlet 42 is provided at one end (left end in FIG. 16) of the recess 41 shown in FIG. 3 forming the second flow path 31a, and the outlet 43 is provided at the other end (right end in FIG. 16) of the recess 41. It has been.

この場合、フローセンサ10Cは、図16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および流入口42を向けて配置される。これにより、流体が、流入口32および流出口33を通って第1流路31aを流通するとともに、流入口42および流出口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および下流側貫通孔29が無くてもよい。   In this case, the flow sensor 10C is arranged with the inlet 32 and the inlet 42 facing the direction in which the fluid flows as indicated by the block arrows in FIG. As a result, the fluid flows through the first flow path 31 a through the inlet 32 and the outlet 33, and flows through the second flow path 41 a through the inlet 42 and the outlet 43. Therefore, the substrate 20 may not have the upstream through hole 28 and the downstream through hole 29.

図17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18は図17に示した基板20Aを説明する側方断面図である。なお、図18は、図17に示したIII−III線矢視方向断面図である。基板は、検出部21を覆う第1凹部201aが形成された部分および第2凹部201bが形成された部分のうち、一方の伝導率が他方の伝導率より高い場合に限定されない。例えば、図17に示すように、フローセンサ10Dは基板20Aを備える。   17 is a side sectional view for explaining another example of the flow sensor according to the present invention, and FIG. 18 is a side sectional view for explaining the substrate 20A shown in FIG. 18 is a cross-sectional view taken along the line III-III shown in FIG. The substrate is not limited to the case where one conductivity is higher than the other conductivity among the portion where the first recess 201a covering the detection unit 21 and the portion where the second recess 201b is formed. For example, as shown in FIG. 17, the flow sensor 10D includes a substrate 20A.

図18に示すように、基板20Aは、図10に示した基板20と同様に、第1基板20aの一方の面(図18において上面)に第1凹部201aが形成され、第2基板20bの一方の面(図18において下面)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、第1基板20aの他方の面(図18において上面)と第2基板20bの他方の面(図18において下面)とが接合されている。また、第1凹部201aおよび第2凹部201bは、熱容量が小さいダイアフラム201を成している。   As shown in FIG. 18, the substrate 20A has a first recess 201a formed on one surface (the upper surface in FIG. 18) of the first substrate 20a, like the substrate 20 shown in FIG. A second recess 201b is formed at a position facing the first recess 201a on one surface (the lower surface in FIG. 18). The detection unit 21 is disposed between the first recess 201a and the second recess 201b, and the other surface (upper surface in FIG. 18) of the first substrate 20a and the other surface (lower surface in FIG. 18) of the second substrate 20b. Are joined. Moreover, the 1st recessed part 201a and the 2nd recessed part 201b comprise the diaphragm 201 with small heat capacity.

さらに、基板20Aは、第1凹部201aの底面と第2凹部201bの底面とが、所定の金属の膜Cで被覆されている。ここで、所定の金属は、熱伝導率が比較的高い材料であることから、所定の金属の膜Cで被覆されていない場合と比較して、第1凹部201aおよび第2凹部201bの平均の熱伝導率を高めることができ、検出部21に含まれるヒータ22による熱が、検出部21を覆う第1凹部201aおよび第2凹部201bを介して上流側温度センサ23および下流側温度センサ24に伝導しやすくなるので、ヒータ22と上流側温度センサ23および下流側温度センサ24との熱的結合を高めることができる。   Further, in the substrate 20A, the bottom surface of the first recess 201a and the bottom surface of the second recess 201b are covered with a predetermined metal film C. Here, since the predetermined metal is a material having a relatively high thermal conductivity, the average of the first concave portion 201a and the second concave portion 201b is compared with a case where the predetermined metal is not covered with the predetermined metal film C. The heat conductivity can be increased, and the heat from the heater 22 included in the detection unit 21 is transferred to the upstream temperature sensor 23 and the downstream temperature sensor 24 via the first recess 201a and the second recess 201b that cover the detection unit 21. Since it becomes easy to conduct, the thermal coupling between the heater 22 and the upstream temperature sensor 23 and the downstream temperature sensor 24 can be enhanced.

所定の金属としては、白金(Pt)、金(Au)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)などが挙げられる。これらの金属は、スパッタリング法、CVD法、真空蒸着法などの方法により、第1凹部201aの底面および第2凹部201bの底面に付着させ、膜Cを形成することができる。   Examples of the predetermined metal include platinum (Pt), gold (Au), aluminum (Al), copper (Cu), and nickel (Ni). These metals can be attached to the bottom surface of the first recess 201a and the bottom surface of the second recess 201b by a method such as a sputtering method, a CVD method, or a vacuum deposition method to form the film C.

なお、膜Cの材料となる所定の金属の種類、膜Cの厚さなどを変更することにより、所望の検出可能範囲(レンジアビリティ)に設定することが可能となる。   In addition, it becomes possible to set to a desired detectable range (range ability) by changing the kind of the predetermined metal used as the material of the film C, the thickness of the film C, and the like.

図19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20は図19に示した基板を説明する要部拡大断面図である。また、図1乃至18に示した基板と異なる基板として、例えば、図19に示すように、フローセンサ10Eは基板20Bを備える。   FIG. 19 is a side sectional view for explaining another example of the flow sensor according to the present invention, and FIG. 20 is an enlarged sectional view of a main part for explaining the substrate shown in FIG. Further, as a substrate different from the substrate shown in FIGS. 1 to 18, for example, as shown in FIG. 19, the flow sensor 10E includes a substrate 20B.

図20に示すように、基板20Bは、図10に示した基板20と同様に、第1基板20aの一方の面(図20において上面)に第1凹部201aが形成され、第2基板20bの一方の面(図20において下面)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、第1凹部201aおよび第2凹部201bは、熱容量が小さいダイアフラム201を成している。   As shown in FIG. 20, the substrate 20B has a first recess 201a formed on one surface (the upper surface in FIG. 20) of the first substrate 20a, like the substrate 20 shown in FIG. A second recess 201b is formed at a position facing the first recess 201a on one surface (the lower surface in FIG. 20). The detector 21 is disposed between the first recess 201a and the second recess 201b, and the first recess 201a and the second recess 201b form a diaphragm 201 having a small heat capacity.

さらに、基板20Bは、第1凹部201aの底面と第2凹部201bの底面とに、ヒータ22の位置を頂点(中心)として、アーチ状の曲面を有している。この結果、当該曲面部分、すなわち、ヒータ22と上流側温度センサ23および下流側温度センサ24とが位置する部分は、第1凹部201aの底面および第2凹部201bの底面おける他の部分よりも厚さが厚くなっている。これによっても、検出部21に含まれるヒータ22による熱が、検出部21を覆う第1凹部201aおよび第2凹部201bを介して上流側温度センサ23および下流側温度センサ24に伝導しやすくなるので、ヒータ22と上流側温度センサ23および下流側温度センサ24との熱的結合を高めることができる。   Further, the substrate 20B has an arch-shaped curved surface with the position of the heater 22 as the apex (center) on the bottom surface of the first recess 201a and the bottom surface of the second recess 201b. As a result, the curved surface portion, that is, the portion where the heater 22, the upstream temperature sensor 23, and the downstream temperature sensor 24 are positioned is thicker than the other portions on the bottom surface of the first recess 201a and the bottom surface of the second recess 201b. Is getting thicker. This also facilitates conduction of heat from the heater 22 included in the detection unit 21 to the upstream temperature sensor 23 and the downstream temperature sensor 24 via the first recess 201a and the second recess 201b covering the detection unit 21. The thermal coupling between the heater 22, the upstream temperature sensor 23, and the downstream temperature sensor 24 can be enhanced.

なお、アーチ状の曲面部分の厚さは、第1凹部201aの底面および第2凹部201bの底面おける他の部分の厚さの2倍以下とすることが好ましい。例えば、第1凹部201aの底面および第2凹部201bの底面おける他の部分の厚さが100[μm]の場合、アーチ状の曲面部分は、第1凹部201aの底面が上方向に最大50[μm]、第2凹部201bの底面が下方向に最大50[μm]とする。   In addition, it is preferable that the thickness of the arch-shaped curved portion is not more than twice the thickness of the other portion of the bottom surface of the first recess 201a and the bottom surface of the second recess 201b. For example, when the thickness of the bottom surface of the first concave portion 201a and the other portion of the bottom surface of the second concave portion 201b is 100 [μm], the bottom surface of the first concave portion 201a is up to 50 [ μm], and the bottom surface of the second recess 201b is set to 50 [μm] at the maximum in the downward direction.

このように、本実施形態におけるフローセンサ10,10A,10B,10C,10Eによれば、検出部21が、第1凹部201aと第2凹部201bとの間に配置され、第1基板20aの他方の面(図10および図18において上面)と第2基板20bの他方の面(図10および図18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凹部201aおよび第2凹部201bによって覆われ、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と第2基板20bとの間から流体が浸食(侵入)するのを防止することが可能となる。さらに、第1凹部201aおよび第2凹部201bは、第1基板20aおよび第2基板20bの他の部分と比較して、厚さの薄いダイアフラム201を形成することが可能となる。これにより、検出部21の応答性を高めることができる。さらに、第1基板20aの第1凹部201aが形成された部分および第2基板20bの第2凹部201bが形成された部分のうち、一方の熱伝導率が他方の熱伝導率より高い。これにより、従来のフローセンサのように第1基板の熱伝導率と第2基板の熱伝導率とが同程度の場合と比較して、第1凹部201aが形成された部分および第2凹部201bが形成された部分の平均の熱伝導率を高めることができ、検出部21に含まれるヒータ22による熱が、検出部21を覆う第1凹部201aおよび第2凹部201bを介して上流側温度センサ23および下流側温度センサ24に伝導しやすくなるので、ヒータ22と上流側温度センサ23および下流側温度センサ24との熱的結合を高めることができる。これにより、流速が高い場合でも流速に対する感度が飽和しにくくなり、検出可能範囲(レンジアビリティ)を広げることができる。   Thus, according to the flow sensors 10, 10A, 10B, 10C, and 10E in the present embodiment, the detection unit 21 is disposed between the first recess 201a and the second recess 201b, and the other of the first substrate 20a. This surface (upper surface in FIGS. 10 and 18) and the other surface (lower surface in FIGS. 10 and 18) of the second substrate 20b are joined. Thereby, the detection part 21 is covered with the 1st recessed part 201a and the 2nd recessed part 201b, and is not exposed (exposed) with respect to the exterior. It is also possible to prevent the fluid from eroding (invading) from between the first substrate 20a and the second substrate 20b. Furthermore, the first concave portion 201a and the second concave portion 201b can form a diaphragm 201 that is thinner than the other portions of the first substrate 20a and the second substrate 20b. Thereby, the responsiveness of the detection part 21 can be improved. Furthermore, one of the portions of the first substrate 20a where the first recess 201a is formed and the portion of the second substrate 20b where the second recess 201b is formed has one thermal conductivity higher than the other. Thereby, compared with the case where the thermal conductivity of the first substrate and the thermal conductivity of the second substrate are comparable as in the conventional flow sensor, the portion where the first recess 201a is formed and the second recess 201b. The average thermal conductivity of the portion where the heat sink is formed can be increased, and the heat from the heater 22 included in the detection unit 21 is detected by the upstream temperature sensor via the first recess 201a and the second recess 201b covering the detection unit 21. 23 and the downstream temperature sensor 24 can be easily conducted, so that the thermal coupling between the heater 22 and the upstream temperature sensor 23 and the downstream temperature sensor 24 can be enhanced. Thereby, even when the flow rate is high, the sensitivity to the flow rate is less likely to be saturated, and the detectable range (range ability) can be expanded.

また、本実施形態におけるフローセンサ10,10A,10B,10C,10Eによれば、第1基板20aおよび第2基板20bが、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。これにより、例えば、SOx、NOx、Cl2、BCl3などを含有するガス(気体)や、硫酸や硝酸を含む薬液(液体)などの所定の腐食性物質に対して、フローセンサ10,10A,10B,10C,10Eの耐食性を高めることができる。 Further, according to the flow sensors 10, 10A, 10B, 10C, and 10E in the present embodiment, the first substrate 20a and the second substrate 20b have corrosion resistance against a predetermined corrosive substance. Thus, for example, SOx, NOx, Cl2, and BCl 3 gas containing such (gas), for a given corrosive substances, such as chemical (liquid) containing sulfuric acid and nitric acid, flow sensor 10, 10A, 10B , 10C, 10E can be improved.

また、本実施形態におけるフローセンサ10,10A,10B,10C,10Eによれば、第1基板20aおよび第2基板20bのうち、一方の材料がガラスであり、他方の材料がステンレス鋼またはサファイアである。ここで、ガラスは室温で熱伝導率が1.1[W/m・K]程度の材料であるのに対し、ステンレス鋼は室温で熱伝導率が14〜27[W/m・K]程度、サファイアは室温で熱伝導率が46[W/m・K]程度の材料である。これにより、ガラスとステンレス鋼との組み合わせの場合、平均の熱伝導率が8.4[W/m・K]程度となり、ガラスとサファイアとの組み合わせの場合、平均の熱伝導率が23.4[W/m・K]程度となるので、従来のフローセンサのようにガラス同士の組み合わせの場合と比較して、第1基板20aおよび第2基板20bの平均の熱伝導率を高めることができる。これにより、検出可能範囲(レンジアビリティ)の広いフローセンサ10,10A,10B,10C,10Eを容易に実現することができる。   Further, according to the flow sensors 10, 10A, 10B, 10C, and 10E in the present embodiment, one of the first substrate 20a and the second substrate 20b is glass, and the other material is stainless steel or sapphire. is there. Here, glass is a material having a thermal conductivity of about 1.1 [W / m · K] at room temperature, whereas stainless steel has a thermal conductivity of about 14 to 27 [W / m · K] at room temperature. Sapphire is a material having a thermal conductivity of about 46 [W / m · K] at room temperature. Thereby, in the case of the combination of glass and stainless steel, the average thermal conductivity is about 8.4 [W / m · K], and in the case of the combination of glass and sapphire, the average thermal conductivity is 23.4. Since it is about [W / m · K], the average thermal conductivity of the first substrate 20a and the second substrate 20b can be increased as compared with the case of combining glass as in the conventional flow sensor. . Thereby, the flow sensors 10, 10A, 10B, 10C, and 10E having a wide detectable range (range ability) can be easily realized.

また、ガラス、ステンレス鋼、およびサファイアは、例えば、SOx、NOx、Cl2、BCl3などを含有するガス(気体)や、硫酸や硝酸を含む薬液(液体)などの腐食性物質に対して耐食性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,10Eを容易に実現することができる。 Also, glass, stainless steel, and sapphire, for example, SOx, NOx, Cl2, and BCl 3 gas containing such (gas), corrosion resistance against corrosive materials such as chemical (liquid) containing sulfuric acid and nitric acid Material. Thereby, the flow sensors 10, 10A, 10B, 10C, and 10E having high corrosion resistance against a predetermined corrosive substance can be easily realized.

さらに、ガラス、ステンレス鋼、およびサファイアは、高い機械的強度を有する材料である。これにより、流体に含まれるゴミや塵などのダストが検出部21を覆う第1凹部201aおよび第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。   Furthermore, glass, stainless steel, and sapphire are materials with high mechanical strength. Accordingly, it is possible to provide mechanical strength that can protect the detection unit 21 when dust such as dust or dust contained in the fluid collides with the first recess 201a and the second recess 201b that cover the detection unit 21.

また、本実施形態におけるフローセンサ10Dによれば、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、検出部21は、第1凹部201aおよび第2凹部201bによって覆われ、外部に対して露出する(曝される)ことがない。また、第1凹部201aおよび第2凹部201bは、第1基板20aおよび第2基板20bの他の部分と比較して、厚さの薄いダイアフラム201を形成することが可能となる。これにより、検出部21の応答性を高めることができる。さらに、第1凹部201aの底面と第2凹部201bの底面とが、所定の金属の膜Cで被覆されている。ここで、所定の金属は、熱伝導率が比較的高い材料であることから、所定の金属の膜Cで被覆されていない場合と比較して、第1凹部201aおよび第2凹部201bの平均の熱伝導率を高めることができ、検出部21に含まれるヒータ22による熱が、検出部21を覆う第1凹部201aおよび第2凹部201bを介して上流側温度センサ23および下流側温度センサ24に伝導しやすくなるので、ヒータ22と上流側温度センサ23および下流側温度センサ24との熱的結合を高めることができる。これにより、流速が高い場合でも流速に対する感度が飽和しにくくなり、検出可能範囲(レンジアビリティ)を広げることができる。   Moreover, according to the flow sensor 10D in the present embodiment, the detection unit 21 is disposed between the first recess 201a and the second recess 201b. Thereby, the detection part 21 is covered with the 1st recessed part 201a and the 2nd recessed part 201b, and is not exposed (exposed) with respect to the exterior. Further, the first concave portion 201a and the second concave portion 201b can form a diaphragm 201 having a smaller thickness than other portions of the first substrate 20a and the second substrate 20b. Thereby, the responsiveness of the detection part 21 can be improved. Furthermore, the bottom surface of the first recess 201a and the bottom surface of the second recess 201b are covered with a predetermined metal film C. Here, since the predetermined metal is a material having a relatively high thermal conductivity, the average of the first concave portion 201a and the second concave portion 201b is compared with a case where the predetermined metal is not covered with the predetermined metal film C. The heat conductivity can be increased, and the heat from the heater 22 included in the detection unit 21 is transferred to the upstream temperature sensor 23 and the downstream temperature sensor 24 via the first recess 201a and the second recess 201b that cover the detection unit 21. Since it becomes easy to conduct, the thermal coupling between the heater 22 and the upstream temperature sensor 23 and the downstream temperature sensor 24 can be enhanced. Thereby, even when the flow rate is high, the sensitivity to the flow rate is less likely to be saturated, and the detectable range (range ability) can be expanded.

また、本実施形態におけるフローセンサ10,10A,10B,10C,10D,10Eによれば、第1基板20aの一方の面(図1、図16、図17、および図19において下面、図12および図14において上面)側に流体が流通する第1流路41aが形成され、第2基板20bの一方の面(図1、図16、図17、および図19において上面、図12および図15において下面)側に流体が流通する第2流路31aが形成される。これにより、第1流路41aと第2流路31aとの両方に流体が流通するので、第1流路41aと第2流路31aとの何れか一方を流体が流通する場合と比較して、流体の流通によってヒータ22による熱分布が変化しやすくなる。これにより、流速に対して検出部の感度を高めることができる。また、このとき、検出部21が第1流路41aと第2流路31aとの間に宙吊りの状態で配置される。これにより、第1の基板の一方の面(図1、図16、図17、および図19において下面、図12および図14において上面)側と第2基板20bの一方の面(図1、図16、図17、および図19において上面、図12および図15において下面)側とに流体から圧力を受けるので、第1基板20aの一方の面(図1、図16、図17、および図19において下面、図12および図14において上面)側と第2基板20bの一方の面(図1、図16、図17、および図19において上面、図12および図15において下面)との両面において、流体から受ける圧力の差(差圧)が小さくなり、第1基板20aおよび第2基板20bの内部に発生する応力を低減することができるとともに、応力による検出信号のノイズを低減することができる。   Further, according to the flow sensors 10, 10A, 10B, 10C, 10D, and 10E in the present embodiment, one surface of the first substrate 20a (the bottom surface in FIGS. 1, 16, 17, and 19; A first flow path 41a through which a fluid flows is formed on the upper surface side in FIG. 14, and one surface of the second substrate 20b (the upper surface in FIGS. 1, 16, 17, and 19; in FIGS. 12, 15) A second flow path 31a through which fluid flows is formed on the lower surface side. Thereby, since the fluid flows through both the first flow path 41a and the second flow path 31a, compared with the case where the fluid flows through either the first flow path 41a or the second flow path 31a. The heat distribution by the heater 22 is likely to change due to the fluid flow. Thereby, the sensitivity of a detection part can be raised with respect to the flow velocity. At this time, the detection unit 21 is arranged in a suspended state between the first flow path 41a and the second flow path 31a. Thereby, one surface of the first substrate (the lower surface in FIGS. 1, 16, 17, and 19 and the upper surface in FIGS. 12 and 14) and one surface of the second substrate 20b (FIG. 1, FIG. 16, 17, and 19, pressure is applied from the fluid to the upper surface and the lower surface in FIGS. 12 and 15, so that one surface of the first substrate 20 a (FIGS. 1, 16, 17, and 19). On the lower surface, the upper surface in FIGS. 12 and 14 and the one surface of the second substrate 20b (the upper surface in FIGS. 1, 16, 17, and 19 and the lower surface in FIGS. 12 and 15), The pressure difference (differential pressure) received from the fluid is reduced, the stress generated in the first substrate 20a and the second substrate 20b can be reduced, and the noise of the detection signal due to the stress can be reduced. .

また、本実施形態におけるフローセンサ10,10A,10B,10C,10D,10Eによれば、上部流路形成部材30および下部流路形成部材40が、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する。これにより、フローセンサ10,10A,10B,10C,10D,10Eにおいて流体に対して露出している部分が耐食性を有するので、例えば、SOx、NOx、Cl2、BCl3などを含有するガス(気体)や、硫酸や硝酸を含む薬液(液体)などの所定の腐食性物質を流体が含む場合に好適に用いることができる。 Further, according to the flow sensors 10, 10A, 10B, 10C, 10D, and 10E in the present embodiment, the upper flow path forming member 30 and the lower flow path forming member 40 have corrosion resistance against a predetermined corrosive substance. Thus, since a flow sensor 10, 10A, 10B, 10C, 10D, the portion exposed to the fluid at 10E corrosion resistance, e.g., SOx, NOx, Cl2, BCl 3 gas containing such (gas) It can also be suitably used when the fluid contains a predetermined corrosive substance such as a chemical solution (liquid) containing sulfuric acid or nitric acid.

また、本実施形態におけるフローセンサ10,10A,10B,10C,10D,10E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およ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。   Further, according to the flow sensors 10, 10 </ b> A, 10 </ b> B, 10 </ b> C, 10 </ b> D, and 10 </ b> E in the present embodiment, the upstream temperature sensor 23 and the temperature measuring unit disposed on the upstream side and the downstream side with respect to the heater 22 respectively. A downstream temperature sensor 24 is provided. Thereby, the temperature of the fluid upstream and the temperature of the fluid downstream of the heater 22 can be measured, respectively, and the temperature difference of the fluid generated by the heater 22 can be easily measured.

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。   Note that the configurations of the above-described embodiments may be combined or some components may be replaced. The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

10,10A,10B,10C,10D,10E…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2流路
40…下部流路形成部材
41a…第1流路
201a…第1凹部
201b…第2凹部
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E ... Flow sensor 20 ... Substrate 20a ... First substrate 20b ... Second substrate 21 ... Detection unit 22 ... Heater (resistance element)
23 ... Upstream temperature sensor (resistive element)
24 ... downstream temperature sensor (resistive element)
28 ... Upstream side through hole 29 ... Downstream side through hole 30 ... Upper flow path forming member 31a ... Second flow path 40 ... Lower flow path forming member 41a ... First flow path 201a ... First recess 201b ... Second recess

Claims (7)

一方の面に第1の凹部が形成されたる第1の基板と、
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の凹部が形成された第2の基板と、
前記第1の凹部と前記第2の凹部との間に配置され、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とを含む検出部と、を備え、
前記第1の基板の他方の面と前記第2に基板の他方の面とは接合されており、
前記第1の基板の前記第1の凹部が形成された部分および前記第2の基板の前記第2の凹部が形成された部分のうち、一方の熱伝導率は他方の熱伝導率より高い
ことを特徴とするフローセンサ。
A first substrate having a first recess formed on one side;
A second substrate in which a second recess is formed at a position facing the first recess on one surface;
A detection unit that is disposed between the first recess and the second recess and includes a heater that heats the fluid and a temperature measurement unit configured to measure a temperature difference of the fluid generated by the heater; With
The other surface of the first substrate and the second surface of the second substrate are bonded to each other;
Of the portion of the first substrate where the first recess is formed and the portion of the second substrate where the second recess is formed, one thermal conductivity is higher than the other thermal conductivity. A flow sensor characterized by
前記第1の基板および前記第2の基板は、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に記載のフローセンサ。
The flow sensor according to claim 1, wherein the first substrate and the second substrate have corrosion resistance against a predetermined corrosive substance.
前記第1の基板および前記第2の基板のうち、一方の材料はガラスであり、他方の材料はステンレス鋼またはサファイアである
ことを特徴とする請求項1または2に記載のフローセンサ。
The flow sensor according to claim 1 or 2, wherein one of the first substrate and the second substrate is made of glass, and the other material is stainless steel or sapphire.
一方の面に第1の凹部を有する第1の基板と、
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の凹部を有する第2の基板と、
前記第1の凹部と前記第2の凹部との間に配置され、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とを含む検出部と、を備え、
前記第1の基板の他方の面と前記第2に基板の他方の面とは接合されており、
前記第1の凹部の底面と前記第2の凹部の底面とは、所定の金属の膜で被覆されている
ことを特徴とするフローセンサ。
A first substrate having a first recess on one side;
A second substrate having a second recess at a position facing the first recess on one surface;
A detection unit that is disposed between the first recess and the second recess and includes a heater that heats the fluid and a temperature measurement unit configured to measure a temperature difference of the fluid generated by the heater; With
The other surface of the first substrate and the second surface of the second substrate are bonded to each other;
The bottom surface of the first recess and the bottom surface of the second recess are covered with a predetermined metal film.
前記第1の基板の一方の面側に前記流体が流通する第1の流路を形成し、前記第2の基板の一方の面側に前記流体が流通する第2の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。
A first flow path through which the fluid flows is formed on one surface side of the first substrate, and a second flow path through which the fluid flows is formed on one surface side of the second substrate. The flow sensor according to any one of claims 1 to 4, further comprising a flow path forming member provided on the surface.
前記流路形成部材は、所定の腐食性物質に対して耐食性を有する
ことを特徴とする請求項5に記載のフローセンサ。
The flow sensor according to claim 5, wherein the flow path forming member has corrosion resistance against a predetermined corrosive substance.
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1乃至6の何れか一項に記載のフローセンサ。
The flow sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the temperature measuring unit includes a plurality of temperature sensors respectively disposed upstream and downstream of the heater.
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