JP2006125861A - Fluid detector, and fluid detecting method using the same - Google Patents

Fluid detector, and fluid detecting method using the same Download PDF

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嘉隆 田坂
Takahiro Komatsu
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid detector capable of carrying out accurate detection and measurement, and a fluid detecting method using the same. <P>SOLUTION: This fluid detector of the present invention is provided with a bimorph element 1 and a casing 4, and the bimorph element 1 is sealdely fixed in an inside of the casing 4. Pressure of a fluid is applied only onto one side of the bimorph element 1 because the fluid flows into the one side of the bimorph element 1 in the inside of the casing 4. The fluid detector of the present invention is further provided with an output part 7 for taking out fluctuation of a charge in the bimorph element 1 as a voltage, and a measuring means 12 for measuring a fluid flow rate, based on the voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、流体検出装置およびそれを用いた流体検出方法に関し、詳細には、圧電素子に生じる電荷の変動に基づいて、流体の有無の検知および流体流量の計測を正確に行うことができる流体検出装置および流体検出方法に関するものである。   The present invention relates to a fluid detection device and a fluid detection method using the fluid detection device, and more particularly, a fluid capable of accurately detecting the presence or absence of fluid and measuring the fluid flow rate based on fluctuations in electric charge generated in a piezoelectric element. The present invention relates to a detection device and a fluid detection method.

液体や気体を供給するための装置として、様々な供給装置が知られており、中でも、ベローズポンプやダイヤフラムポンプといった供給装置（以下、ポンプとする）は、送り込んだ流体が、流体搬送用の管路内において一定の周期の脈動を起こすという特徴を有している。このようなポンプの使用用途は広く、例えば、半導体の製造工程において用いられる。すなわち、半導体の製造工程には、シリコンウェハ上のマスクを酸によって除去した後に、ウェハ上に残留する酸を液剤により中和、洗浄する工程がある。この場合、中和剤や洗浄剤をウェハ上へ送り込む際の供給手段として上記のポンプを用いることができる。このようなポンプは高精度であるため、半導体のように製造精度によってその性能が決定してしまうような場合に好適である。   Various supply devices are known as devices for supplying liquids and gases. Among them, supply devices such as bellows pumps and diaphragm pumps (hereinafter referred to as pumps) are used for supplying fluid to pipes for fluid conveyance. It has the feature of causing pulsations with a constant period in the road. Such pumps are widely used, for example, in semiconductor manufacturing processes. That is, the semiconductor manufacturing process includes a process of neutralizing and cleaning the acid remaining on the wafer with a liquid agent after the mask on the silicon wafer is removed by the acid. In this case, the above-described pump can be used as a supply means for feeding the neutralizing agent or cleaning agent onto the wafer. Since such a pump is highly accurate, it is suitable for the case where the performance is determined by the manufacturing accuracy like a semiconductor.

そこで、脈動を伴って管路内を流れる流体の有無を検出する装置として、特許文献１に開示された流体検出センサがある。   Thus, there is a fluid detection sensor disclosed in Patent Document 1 as a device that detects the presence or absence of fluid flowing in a pipeline with pulsation.

この流体検出センサには、圧電素子が設けられている。管路を流れる流体の圧力（流圧）が圧電素子に加わると、圧電素子が撓む。流体検出センサは、この撓みによって圧電素子内の電荷が変動することを利用し、この変動に基づいて管路内を流れる流体の有無を検知するものである。   The fluid detection sensor is provided with a piezoelectric element. When the pressure (flow pressure) of the fluid flowing through the pipeline is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element bends. The fluid detection sensor utilizes the fact that the electric charge in the piezoelectric element fluctuates due to this bending, and detects the presence or absence of fluid flowing in the pipe line based on this fluctuation.

以下に、この流体検出センサの構成について図７に基づいて説明する。   Below, the structure of this fluid detection sensor is demonstrated based on FIG.

図７は、流体検出センサ１００の構成を示す断面図である。なお、同図には、流体検出センサ１００とともに、流体管路１０１を示している。この流体管路１０１は、例えば、上記したベローズポンプやダイヤフラムポンプにより一定の周期の脈動を伴った流体が流れている。流体検出センサ１００は、図示するように、信号検出部１０３と、収容部材１０５と、ばね材１０９とが設けられている。収容部材１０５は、図示するように、可撓性を有する材料によって構成されており、基端１０５ａが開放され、先端１０５ｂが閉塞された有底の細長筒状である。基端１０５ａは、管路１０１の外周面と内周面との肉厚部分に埋設されて支持されておいる。一方、先端１０５ｂは、管路１０１の内周面から内部に突出して、図中の矢印Ａで示す管路１０１の延在方向と直交する方向に延在し、管路１０１に支持されていない自由端となっている。圧電素子１０７は、バイモルフ型に構成されており、収容部材１０５の内部に基端１０５ａから先端１０５ｂに亘って収容されている。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the fluid detection sensor 100. In the drawing, the fluid pipe 101 is shown together with the fluid detection sensor 100. In the fluid conduit 101, for example, a fluid with a pulsation having a constant cycle flows by the above-described bellows pump or diaphragm pump. As shown in the figure, the fluid detection sensor 100 is provided with a signal detection unit 103, a housing member 105, and a spring material 109. As shown in the figure, the housing member 105 is made of a flexible material, and has a bottomed elongated cylindrical shape with a base end 105a opened and a tip end 105b closed. The proximal end 105a is embedded and supported in a thick portion between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the pipe line 101. On the other hand, the tip 105b protrudes inward from the inner peripheral surface of the pipe 101, extends in a direction perpendicular to the extending direction of the pipe 101 shown by an arrow A in the figure, and is not supported by the pipe 101. It is a free end. The piezoelectric element 107 is configured as a bimorph type, and is accommodated in the accommodating member 105 from the base end 105a to the distal end 105b.

以上のような構成を備えた流体検出センサ１００は、例えば、液剤が図中の矢印Ｂに示す方向に管路１０１内を流れる場合、その流圧が収容部材１０５に加わることにより、収容部材１０５とともに内部の圧電素子１０７が矢印Ｂ方向に撓む。これにより、上述したように、圧電素子１０７に電荷の変動が生じるため、管路内を流体が流れていることを検知することができる。   In the fluid detection sensor 100 having the above-described configuration, for example, when the liquid agent flows in the pipe 101 in the direction indicated by the arrow B in the drawing, the fluid pressure is applied to the storage member 105, thereby the storage member 105. At the same time, the internal piezoelectric element 107 bends in the direction of arrow B. As a result, as described above, fluctuations in the electric charge occur in the piezoelectric element 107, so that it is possible to detect that the fluid is flowing in the conduit.

したがって、流体検出センサ１００は、管路内の流体の有無を検知するのに用いる、管路内の流体流量に応じた信号レベルの電気信号を、管路内の流体流量の変動に応じた圧電素子の電荷の変動により発生させることが可能となる。
特開平１１−１４２１９７号公報（１９９９年５月２８日公開） Therefore, the fluid detection sensor 100 uses an electric signal having a signal level corresponding to the fluid flow rate in the pipe line, which is used to detect the presence or absence of the fluid in the pipe line, as a piezoelectric signal corresponding to the fluctuation of the fluid flow rate in the pipe line. It can be generated by fluctuations in the charge of the element.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-142197 (published on May 28, 1999)

しかしながら、特許文献１の流体検出センサ１００は、図７に示したように、圧電素子１０７が、管路１０１の内周面から、図中の矢印Ａで示す管路１０１の延在方向と直交する方向に突出した構造であり、その一端は、管路１０１に支持されていない自由端となっている。そのため、圧電素子１０７（収容部材１０５）が突出している部分を通過する液剤は、その流れの一部が収容部材１０５（圧電素子１０７）によって遮られ、脈動が乱れてしまう。例えば、この脈動が乱れた液剤（以下、これを乱流とする）は、図７の矢印Ｂで示した方向とは反対方向の流圧で表すことができる。   However, in the fluid detection sensor 100 of Patent Document 1, as shown in FIG. 7, the piezoelectric element 107 is orthogonal to the extending direction of the pipe line 101 indicated by the arrow A in the drawing from the inner peripheral surface of the pipe line 101. The one end is a free end that is not supported by the pipe line 101. Therefore, a part of the flow of the liquid agent passing through the portion where the piezoelectric element 107 (accommodating member 105) protrudes is blocked by the accommodating member 105 (piezoelectric element 107), and the pulsation is disturbed. For example, the liquid agent in which the pulsation is disturbed (hereinafter referred to as turbulent flow) can be represented by a fluid pressure in a direction opposite to the direction indicated by the arrow B in FIG.

乱流が生じることにより、圧電素子１０７に、本来の流体の流圧の方向とは異なる方向からの流圧が加わることになる。すなわち、本来は、圧電素子１０７にかかる収容部材１０５外部からの圧力は、図７の矢印Ｂで示した方向の流圧のみである。これにより、圧電素子１０７は、矢印Ｂで示した方向に流れる液剤の上流側から下流側に撓む。ところが、圧電素子１０７が突出している部分において液剤に乱流が発生するため、矢印Ｂで示した方向とは反対方向の流圧も圧電素子１０７に加わることになる。この反対方向の流圧は、矢印Ｂで示した方向に流れる液剤の下流側から上流側に圧電素子１０７を撓ませる。   Due to the turbulent flow, a flow pressure from a direction different from the direction of the original fluid flow pressure is applied to the piezoelectric element 107. In other words, the pressure from outside the housing member 105 on the piezoelectric element 107 is originally only the fluid pressure in the direction indicated by the arrow B in FIG. As a result, the piezoelectric element 107 bends from the upstream side to the downstream side of the liquid agent flowing in the direction indicated by the arrow B. However, since a turbulent flow is generated in the liquid agent at the portion where the piezoelectric element 107 protrudes, a fluid pressure in a direction opposite to the direction indicated by the arrow B is also applied to the piezoelectric element 107. The flow pressure in the opposite direction deflects the piezoelectric element 107 from the downstream side to the upstream side of the liquid agent flowing in the direction indicated by the arrow B.

したがって、特許文献１の流体検出センサ１００では、圧電素子１０７に乱流に起因する圧力が加わるため、液剤の流量を測定しようとする場合に、正確な測定を行うことができないという問題が生じる。   Therefore, in the fluid detection sensor 100 of Patent Document 1, since pressure due to turbulent flow is applied to the piezoelectric element 107, there is a problem that accurate measurement cannot be performed when attempting to measure the flow rate of the liquid agent.

そこで本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電素子における電荷の変動に基づいて流体の有無の検知および流体流量の計測を行う場合であっても、検知および計測を正確に行うことができる流体検出装置およびそれを用いた流体検出方法を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to detect the presence or absence of fluid and the measurement of fluid flow rate based on the fluctuation of electric charge in the piezoelectric element. Another object of the present invention is to provide a fluid detection device capable of accurately performing measurement and a fluid detection method using the fluid detection device.

本発明に係る流体検出装置は、上述した課題を解決するために、流体の流路が設けられた流路構造体と、平板形状の圧電素子とを備えた流体の流れを検出する流体検出装置であって、上記圧電素子は、上記流路内の流体の圧力が当該圧電素子の片面側から加わるように、上記流路構造体に配設されていることを特徴としている。具体的には、上記圧電素子として、バイモルフ素子を用いることができる。   In order to solve the above-described problem, a fluid detection device according to the present invention includes a flow channel structure provided with a fluid flow channel and a plate-like piezoelectric element, and detects a fluid flow. The piezoelectric element is arranged in the flow path structure so that the pressure of the fluid in the flow path is applied from one side of the piezoelectric element. Specifically, a bimorph element can be used as the piezoelectric element.

上記の構成とすることにより、本発明の流体検出装置は、流体の有無の検知および／または流量計測を正確に行うことが可能となる。   With the above configuration, the fluid detection device of the present invention can accurately detect the presence of fluid and / or measure the flow rate.

本発明の流体検出装置は、平板形状の圧電素子は、その両面に上記流路内の流体の圧力が加わる構造ではなく、その一方の面側から上記の圧力が加わるように、上記流路構造体に配設されている。すなわち、本発明の流体検出装置に設けられた圧電素子は、従来技術における流体検出センサのように、流路（管路）内に突出した構造ではない。従来構造では、圧電素子の突出部分において被計測体の流れが妨げられているため、乱流が発生するとともに、上記流路内の流体の圧力が、圧電素子の両面から加わる構造であったため、乱流によって本来の流体の流れの方向とは異なる方向（例えば、反対方向）の流れが生じた場合、この流れによる圧力が圧電素子に加わるようになっていた。この圧力が加わることによって、圧電素子には被計測体の流れの下流側から上流側に向かう方向への撓みが生じるため、流量計測においては誤計測を引き起こすことになり、精度を著しく低減させる。また、従来技術の圧電素子は、突出した端が自由端となっている。自由端は、流路（管路）内において非常に不安定な構造であるため、乱流等の流量測定には不要な流体の流れによっても、圧電素子の撓みを引き起こす可能性がある。したがって、この構造も、流量計測の精度を低減させる要因となっていた。これらのことから、従来技術では、流体の有無の検知、および流量計測を正確に行うことは困難であった。そこで、本発明の流体検出装置は、上記流路内の被計測体の圧力が、平板形状の圧電素子における一方の面側から加わるようなに圧電素子を配設している。すなわち、当該圧電素子の両面から上記流路内の流体の圧力が加わるような突出した構造ではなく、圧電素子における一方の面側から上記の圧力が加わるように構成していることから、従来技術に開示されているような自由端も存在しない。例えば、本発明の流体検出装置に、流体の有無を検知することができる手段や、流体流量を計測する手段を備えて、流体の有無の検知や流体流量の計測を行う際、流路内において乱流が発生した場合であっても、流量計測の精度を低減させるような圧力が圧電素子に加わることはない。   In the fluid detection device of the present invention, the flat plate-shaped piezoelectric element is not structured to apply the pressure of the fluid in the flow channel to both surfaces thereof, and the flow channel structure so that the pressure is applied from one surface side. It is arranged on the body. That is, the piezoelectric element provided in the fluid detection device of the present invention does not have a structure protruding into the flow path (pipe), unlike the fluid detection sensor in the prior art. In the conventional structure, since the flow of the measurement object is hindered at the protruding portion of the piezoelectric element, turbulent flow is generated and the pressure of the fluid in the flow path is applied from both sides of the piezoelectric element. When a flow in a direction (for example, the opposite direction) different from the original flow direction of the fluid is generated by the turbulent flow, the pressure due to this flow is applied to the piezoelectric element. When this pressure is applied, the piezoelectric element is deflected in the direction from the downstream side to the upstream side of the flow of the measurement object. This causes an erroneous measurement in the flow rate measurement and significantly reduces the accuracy. Further, the protruding end of the conventional piezoelectric element is a free end. Since the free end has a very unstable structure in the flow path (pipe), there is a possibility that the piezoelectric element bends even by a flow of fluid unnecessary for flow rate measurement such as turbulent flow. Therefore, this structure is also a factor that reduces the accuracy of flow rate measurement. For these reasons, it has been difficult for the prior art to accurately detect the presence of fluid and measure the flow rate. Therefore, in the fluid detection device of the present invention, the piezoelectric element is arranged so that the pressure of the measurement object in the flow path is applied from one surface side of the flat plate-shaped piezoelectric element. That is, it is not a protruding structure in which the pressure of the fluid in the flow path is applied from both surfaces of the piezoelectric element, but is configured such that the pressure is applied from one surface side of the piezoelectric element. There is also no free end as disclosed in. For example, the fluid detection device of the present invention is provided with a means capable of detecting the presence or absence of a fluid or a means for measuring a fluid flow rate, and when detecting the presence or absence of a fluid or measuring a fluid flow rate, Even when turbulent flow occurs, pressure that reduces the accuracy of flow rate measurement is not applied to the piezoelectric element.

以上のことから、圧電素子の電荷の変動に基づいて流体の流量を測定する本発明の流体検出装置を用いれば、より正確な流体の有無の検知および流量計測が可能となる。   From the above, if the fluid detection device of the present invention that measures the flow rate of the fluid based on the fluctuation of the electric charge of the piezoelectric element is used, it is possible to more accurately detect the presence of fluid and measure the flow rate.

このように、本発明の流体検出装置は、より正確な流体の有無の検知および流量計測ができる。したがって、上記流路の容積を適宜選択すれば、流量が少ない場合であっても流体の有無の検知および流体の流量の測定を正確に行うことができる。よって、本発明の流体検出装置は、従来の流体検出センサと比較して、様々な種類の流体に対して適用することができる。   Thus, the fluid detection device of the present invention can detect the presence or absence of fluid and measure the flow rate more accurately. Therefore, if the volume of the flow path is appropriately selected, the presence / absence of fluid and the measurement of the fluid flow rate can be accurately performed even when the flow rate is small. Therefore, the fluid detection device of the present invention can be applied to various types of fluids as compared with conventional fluid detection sensors.

なお、「流量」とは、流体における単位時間あたりの流量のことを表すものとする。   The “flow rate” represents a flow rate per unit time in the fluid.

また、「バイモルフ素子」とは、厚み方向に分極された２枚の平板形状の圧電素子から構成されたものである。   The “bimorph element” is composed of two flat plate-shaped piezoelectric elements polarized in the thickness direction.

このように、２枚の圧電素子から構成されているバイモルフ素子を用いることにより、起電力を大きくすることができる。なお、本発明はバイモルフ素子に限定されるものではなく、ユニモルフ型や積層型の圧電素子を用いることもできる。   Thus, the electromotive force can be increased by using a bimorph element composed of two piezoelectric elements. The present invention is not limited to a bimorph element, and a unimorph type or laminated type piezoelectric element can also be used.

また、本発明に係る流体検出装置は、上記圧力が加わる面側とは反対側に、流体が流れない中空部分が形成されるように、流路構造体に配設されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the fluid detection device according to the present invention is disposed in the flow path structure so that a hollow portion where no fluid flows is formed on the side opposite to the surface to which the pressure is applied.

上記圧電素子が、上記圧力が加わる側とは反対側に中空部分が形成されるように、上記流路の内部に封止固定されていることから、圧電素子は、極めて安定した構造となっている。すなわち、上記流路の内部において封止固定されていることにより、圧電素子に流路構造体の外部から不要な圧力が及ぶことはなく、圧電素子の撓みを、上記流路内の被計測体の圧力のみに限定することができる。よって、上記した効果に加え、より正確な流量計測を実現することができる。   Since the piezoelectric element is sealed and fixed inside the flow path so that a hollow portion is formed on the side opposite to the side to which the pressure is applied, the piezoelectric element has an extremely stable structure. Yes. That is, by being sealed and fixed inside the flow path, unnecessary pressure does not reach the piezoelectric element from the outside of the flow path structure, and the bending of the piezoelectric element is caused to be measured in the flow path. It can be limited to only the pressure. Therefore, in addition to the effects described above, more accurate flow rate measurement can be realized.

また、圧電素子を流路の内部に配置していれば、圧電素子自体が外部環境によって劣化することを防止することができる。すなわち、上記の構成とすることにより、圧電素子の耐久性を高めることができ、よって、本発明の流体検出装置自体の耐久性を高めることができる。   Further, if the piezoelectric element is disposed inside the flow path, the piezoelectric element itself can be prevented from being deteriorated by the external environment. That is, with the above configuration, the durability of the piezoelectric element can be increased, and thus the durability of the fluid detection device itself of the present invention can be increased.

また、本発明に係る流体検出装置は、上記圧電素子が、上記流路構造体の一部を構成していることが好ましい。   In the fluid detection device according to the present invention, the piezoelectric element preferably constitutes a part of the flow channel structure.

上記の構成とすることにより、本発明の流体検出装置は小型化を実現することができる。また、圧電素子が、当該筐体の一部分を兼ねていることから、圧電素子に欠陥等の不具合が生じた場合に修理、交換等を容易に行うことができる。   With the above configuration, the fluid detection device of the present invention can be downsized. In addition, since the piezoelectric element also serves as a part of the housing, repair, replacement, etc. can be easily performed when a defect such as a defect occurs in the piezoelectric element.

また、本発明に係る流体検出装置は、上記圧電素子における電荷の変動を、電圧、電流、起電力からなる群から選ばれる少なくとも１つとして出力する出力手段を備えていることが好ましい。   In addition, the fluid detection device according to the present invention preferably includes an output unit that outputs a change in charge in the piezoelectric element as at least one selected from the group consisting of a voltage, a current, and an electromotive force.

これにより、従来の流体検出センサに設けられている信号回路基板の構成と比較して、簡易な構成によって上記圧電素子における電荷の変動を検出することができる。したがって、流体検出装置の製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。   Thereby, compared with the structure of the signal circuit board provided in the conventional fluid detection sensor, the fluctuation | variation of the electric charge in the said piezoelectric element can be detected with a simple structure. Therefore, the manufacturing process of the fluid detection device can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

また、本発明に係る流体検出装置は、上記出力手段から出力された電圧から上記流体の流量を計測する計測手段を備えることができる。また、本発明に係る流体検出装置は、上記流体に脈動を起こす脈動発生手段を備えることができる。   In addition, the fluid detection device according to the present invention can include a measurement unit that measures the flow rate of the fluid from the voltage output from the output unit. Moreover, the fluid detection apparatus according to the present invention can include pulsation generating means for causing pulsation in the fluid.

なお、ここで、脈動とは、流量に変化がある流体の流れのことである。本発明の流体検出装置は、正確に流量を検出できるという観点から、周期的に流量が変化する流体の流れである脈動が好ましく、とりわけ、流量がゼロとなる場合と任意の一定流量とが周期的に変化する流体の流れである脈動が好ましい。   Here, the pulsation is a flow of fluid having a change in flow rate. The fluid detection device of the present invention preferably has a pulsation, which is a fluid flow whose flow rate periodically changes, from the viewpoint that the flow rate can be accurately detected. Pulsation, which is a fluid flow that varies with time, is preferred.

また、本発明に係る流体検出装置は、上記出力手段から上記流体の有無を検知する表示手段を備えることができる。   In addition, the fluid detection device according to the present invention can include a display unit that detects the presence or absence of the fluid from the output unit.

本発明に係る流体検出方法は、上述した課題を解決するために、上記流体検出装置を用いた流体検出方法であって、当該圧電素子における電荷の変動を、電圧、電流、起電力からなる群から選ばれる少なくとも１つとして出力させることによって、流路内に流体が存在することを検出することを特徴としている。また、本発明に係る流体検出方法は、出力した電圧、電流、起電力からなる群から選ばれる少なくとも１つを用いて、流体の流量を計測することが好ましい。   In order to solve the above-described problem, a fluid detection method according to the present invention is a fluid detection method using the fluid detection device, and the fluctuation of electric charges in the piezoelectric element is represented by a group consisting of voltage, current, and electromotive force. It is characterized by detecting the presence of fluid in the flow path by outputting as at least one selected from. In the fluid detection method according to the present invention, it is preferable to measure the fluid flow rate using at least one selected from the group consisting of output voltage, current, and electromotive force.

本発明の方法によれば、より正確な流体の有無の検知および、より少ない流量でも正確に流量の計測が可能となる。   According to the method of the present invention, it is possible to more accurately detect the presence or absence of a fluid and accurately measure the flow rate even with a smaller flow rate.

本発明に係る流体検出装置は、以上のように、流体の流路が設けられた流路構造体と、平板形状の圧電素子とを備えた流体の流れを検出する流体検出装置であって、上記圧電素子は、上記流路内の流体の圧力が当該圧電素子の片面側から加わるように、上記流路構造体に配設されていることを特徴としている。また、本発明に係る流体検出方法は、以上のように、上記流体検出装置を用いた流体検出方法であって、当該圧電素子における電荷の変動を、電圧、電流、起電力からなる群から選ばれる少なくとも１つとして出力させることによって、流路内に流体が存在することを検出することを特徴としている。   As described above, a fluid detection device according to the present invention is a fluid detection device that detects a flow of fluid including a flow channel structure provided with a fluid flow channel and a plate-shaped piezoelectric element, The piezoelectric element is arranged in the flow path structure so that the pressure of the fluid in the flow path is applied from one side of the piezoelectric element. Further, as described above, the fluid detection method according to the present invention is a fluid detection method using the fluid detection device, and the fluctuation of the electric charge in the piezoelectric element is selected from the group consisting of voltage, current, and electromotive force. It is characterized by detecting the presence of fluid in the flow path by outputting as at least one.

上記の構成によれば、たとえ流路内において乱流が発生した場合であっても、流量計測の精度を低減させるような圧力が圧電素子に加わることはない。   According to said structure, even if it is a case where turbulent flow generate | occur | produces in a flow path, the pressure which reduces the precision of flow volume measurement is not applied to a piezoelectric element.

したがって、本発明の流体検出装置および流体検出方法を用いれば、より正確な流体の有無の検知および、より少ない流量でも正確に流量の計測が可能となる。   Therefore, by using the fluid detection device and the fluid detection method of the present invention, it is possible to more accurately detect the presence or absence of fluid and accurately measure the flow rate even with a smaller flow rate.

本発明の実施の一形態について図１ないし図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 as follows.

なお、以下の説明では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲が、以下の実施形態および図面に限定されるものではない。   In the following description, various technically preferable limitations for carrying out the present invention are given, but the scope of the present invention is not limited to the following embodiments and drawings.

また、本実施の形態では、圧電素子にバイモルフ型の圧電素子を備えた流体検出装置について説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、ユニモルフ型や積層型の圧電素子を用いた場合であってもよい。   In the present embodiment, a fluid detection device having a bimorph type piezoelectric element as a piezoelectric element will be described. However, the present invention is not limited to this, and a unimorph type or laminated type piezoelectric element is used. It may be the case.

まず、バイモルフ型の圧電素子（以下、これをバイモルフ素子とする）について、一般的な使用用途に基づいて説明する。
（バイモルフ素子）
図１（ａ）・（ｂ）は、一般的に使用されているバイモルフ素子の構成を示す断面斜視図である。一般的なバイモルフ素子の使用用途としては、ポンプやバイモルフファンや圧電バルブがあり、バイモルフ素子に対して電圧印加と無印加とを繰り返すことによって、圧電素子を周期的に撓ませて、液体等を送り出す構成である。図１（ａ）は、バイモルフ素子１に交流電圧が印加されていない状態を示したものであり、図１（ｂ）は、バイモルフ素子１に交流電圧を印加した場合の状態を示したものである。なお、図中には説明の便宜上、バイモルフ素子１に電圧を印加するための回路を示しているが、本発明の流体検出装置には、この回路は存在しない。 First, a bimorph type piezoelectric element (hereinafter referred to as a bimorph element) will be described based on general usage applications.
(Bimorph element)
1 (a) and 1 (b) are cross-sectional perspective views showing a configuration of a commonly used bimorph element. Common applications of bimorph elements include pumps, bimorph fans, and piezoelectric valves. By repeating voltage application and non-application to the bimorph element, the piezoelectric element is periodically bent to allow liquid and the like to flow. It is the structure which sends out. FIG. 1A shows a state in which an AC voltage is not applied to the bimorph element 1, and FIG. 1B shows a state in which an AC voltage is applied to the bimorph element 1. is there. For convenience of explanation, a circuit for applying a voltage to the bimorph element 1 is shown in the figure, but this circuit does not exist in the fluid detection device of the present invention.

図１（ａ）に示すように、バイモルフ素子１は、厚み方向に分極された２枚の平板形状の圧電素子２ａ・２ｂから構成されており、内部に電極を埋め込んで貼り合わせた構造を有している。   As shown in FIG. 1A, the bimorph element 1 is composed of two plate-shaped piezoelectric elements 2a and 2b polarized in the thickness direction, and has a structure in which electrodes are embedded and bonded together. is doing.

このような構造を有するバイモルフ素子１が一般的に使用される場合における、バイモルフ素子１の駆動原理を簡単に説明すると、図１（ｂ）に示すように、圧電素子２ａ・２ｂに、電源から交流電圧を印加すると、圧電素子２ａは圧電横効果によって収縮し、反対に圧電素子２ｂは伸長する。その結果、バイモルフ素子１は全体として、図１（ｂ）に示すように屈曲する。   When the bimorph element 1 having such a structure is generally used, the driving principle of the bimorph element 1 will be briefly described. As shown in FIG. 1B, the piezoelectric elements 2a and 2b are connected to a power source. When an AC voltage is applied, the piezoelectric element 2a contracts due to the piezoelectric lateral effect, and conversely, the piezoelectric element 2b expands. As a result, the bimorph element 1 as a whole bends as shown in FIG.

このような特性を有するバイモルフ素子１は、構造が単純で製造が容易であり、消費電極が少ない等の利点があることから、従来から、ポンプやバイモルフファンや圧電バルブに用いられている。   The bimorph element 1 having such characteristics has been used for pumps, bimorph fans, and piezoelectric valves conventionally because it has a simple structure, is easy to manufacture, and has few consumption electrodes.

一般的な使用用途の一例として、ポンプについて挙げると、上記の特性を有するバイモルフ素子をポンプ内に設け、図１（ｂ）に示したように電圧印加することによってバイモルフ素子の屈曲動作（変位動作）を起こす。これにより、送り込まれた液体を外部に送り出すことができる。   As an example of a general application, a pump is provided with a bimorph element having the above characteristics, and a bending operation (displacement operation) of the bimorph element is performed by applying a voltage as shown in FIG. ). Thereby, the sent-in liquid can be sent out outside.

本実施の形態における流体検出装置には、図１に示した構造を有するバイモルフ素子１が設けられているが、その用途は、上記とは異なるものである。すなわち、本発明の流体検出装置に設けられたバイモルフ素子は、図１の構成とは異なり、バイモルフ素子１を撓ませることによって、起電力を発生させる構成としている。なお、バイモルフ素子１の具体的な機能（動作）については、後に詳述する。
（流体検出装置）
本実施の形態における流体検出装置３は、例えば、上述したような半導体製造工程において、中和剤や洗浄剤をウェハ上に提供する場合に、所定量を提供するために用いることができる。また、これに限定されるものではなく、他にも、細胞やタンパク質等のバイオ試料を液送する場合にも、その所定量のバイオ試料を液送するためも用いることができる。さらに、石油化学品、医薬品、農薬品、化成品、電子工業薬品などの化学製品、食品当の流体にも適用することができる。特に、サイクロ減圧機の歯車やペアリングなどの潤滑油の輸送に好適である。 The fluid detection device according to the present embodiment is provided with the bimorph element 1 having the structure shown in FIG. 1, but its application is different from the above. That is, the bimorph element provided in the fluid detection device of the present invention is configured to generate an electromotive force by bending the bimorph element 1, unlike the configuration of FIG. 1. A specific function (operation) of the bimorph element 1 will be described in detail later.
(Fluid detection device)
The fluid detection device 3 in the present embodiment can be used to provide a predetermined amount when, for example, a neutralizing agent or a cleaning agent is provided on a wafer in the semiconductor manufacturing process as described above. In addition, the present invention is not limited to this. In addition, when a biological sample such as a cell or a protein is fed, it can also be used for feeding a predetermined amount of the biological sample. Furthermore, it can be applied to chemical products such as petrochemicals, pharmaceuticals, agricultural chemicals, chemicals, and electronic industrial chemicals, and fluids for food. In particular, it is suitable for transportation of lubricating oil such as gears and pairing of cyclo decompressors.

なお、脈動ポンプは、自吸式で流体を輸送できることから、通常のポンプのように呼び水と呼ばれるポンプを動作させるための流体を必要としないことから、上記化学製品製造業および食品製造業において、流体の仕込みに好適に用いられ、確かに仕込みが行われていることを確認する意味で、本発明の流体検出装置は好適に用いられる。   In addition, since the pulsation pump can transport the fluid in a self-priming manner, it does not require a fluid for operating a pump called priming water like a normal pump, so in the chemical product manufacturing industry and the food manufacturing industry, The fluid detection device of the present invention is preferably used in the sense that it is suitably used for the preparation of a fluid and confirms that the preparation is surely performed.

すなわち、流体検出装置３では、中和剤や洗浄剤やバイオ試料を含む液剤等（以下、これらを流体と総称する。）が筐体４内を流れていることを、バイモルフ素子１を用いて検知するとともに、その流量も当該バイモルフ素子１を用いて計測することによって、適切な量の流体（流量）を供給することができる。   That is, in the fluid detection device 3, the bimorph element 1 is used to indicate that a liquid agent containing a neutralizing agent, a cleaning agent, a biosample, and the like (hereinafter collectively referred to as a fluid) flows in the housing 4. An appropriate amount of fluid (flow rate) can be supplied by detecting the flow rate and measuring the flow rate using the bimorph element 1.

図２は、本実施の形態における流体検出装置３の構成を示す断面図である。図２に示すように、本実施の形態の流体検出装置３は、筐体（流路構造体、流路）４と、バイモルフ素子１と、脈動発生手段６と、出力部（出力手段）７と、計測手段１２とを備えている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the fluid detection device 3 in the present embodiment. As shown in FIG. 2, the fluid detection device 3 according to the present embodiment includes a housing (flow channel structure, flow channel) 4, a bimorph element 1, a pulsation generating unit 6, and an output unit (output unit) 7. And measuring means 12.

筐体４には、バイモルフ素子１が設けられているとともに、脈動を有する流体を筐体４内部に流入させることができる。流体検出装置３が適用される条件下によって筐体４の大きさは、適宜設定することができ、例えば、流量が０〜２０ｍｌ／秒のような極僅かな流量の場合には、外形が７４ｍｍ×６８ｍｍ×２４ｍｍのものを用いることができる。また、厚みについても、適宜設定でき、例えば、上記の外形を有したものでは、１〜２ｍｍとすることができる。   The casing 4 is provided with the bimorph element 1 and can cause a fluid having pulsation to flow into the casing 4. The size of the casing 4 can be set as appropriate depending on the conditions to which the fluid detection device 3 is applied. For example, when the flow rate is extremely small such as 0 to 20 ml / second, the outer shape is 74 mm. X68 mm x 24 mm can be used. Further, the thickness can also be set as appropriate, and for example, the thickness having the above-described outer shape can be set to 1 to 2 mm.

筐体４の材質については、特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス、鉄などの金属材料、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などの高分子材料、炭素繊維、ガラスなどの無機材料、これらの複合材料等、構造材料として用いられるものが好適である。通常、流体によって腐食されないものが選定される。具体的には、有機材料であれば、金属材料、フッ素樹脂、無機材料が好ましく、水であれば、ステンレス、高分子材料が好ましく、酸性水であれば、高分子材料、無機材料が好ましく、アルカリ水であれば、金属材料、高分子材料が好ましい。   The material of the housing 4 is not particularly limited. For example, metal materials such as stainless steel and iron, polymer materials such as fluororesin and epoxy resin, inorganic materials such as carbon fiber and glass, and composites thereof Those used as structural materials such as materials are suitable. Usually, one that is not corroded by the fluid is selected. Specifically, if it is an organic material, a metal material, a fluororesin, and an inorganic material are preferable. If it is water, stainless steel and a polymer material are preferable. If it is acidic water, a polymer material and an inorganic material are preferable. If it is alkaline water, a metal material and a polymer material are preferable.

また、上記筐体４には、流入口９および流出口８が設けられている。流入口９は、上記の脈動発生手段６によって脈動を有した流体（被計測体）が筐体４内部に流入するための開口部である。流出口８は、筐体４内部から流体を流出させるための開口部である。流入口９および流出口８付近には、各々の流体の流れを制御するための制御弁１０が設けられている。制御弁１０としては、従来公知のものを用いることができ、例えば、逆止弁やボール弁等を用いることができる。   The casing 4 is provided with an inlet 9 and an outlet 8. The inflow port 9 is an opening through which the fluid (measured body) having pulsation by the pulsation generating means 6 flows into the housing 4. The outlet 8 is an opening for allowing fluid to flow out from the inside of the housing 4. In the vicinity of the inflow port 9 and the outflow port 8, a control valve 10 for controlling the flow of each fluid is provided. As the control valve 10, a conventionally known valve can be used. For example, a check valve, a ball valve, or the like can be used.

なお、この制御弁１０は、筐体４と一体的に設けられる必要はなく、例えば、筐体４の流入口９および流出口８に、従来公知の技術を用いて設けた配管１１に制御弁１０を設けるような構成とすることも可能である。   The control valve 10 does not have to be provided integrally with the housing 4. For example, the control valve 10 is provided in a pipe 11 provided at the inlet 9 and the outlet 8 of the housing 4 using a conventionally known technique. A configuration in which 10 is provided is also possible.

上記の脈動発生手段６は、流体を筐体４内部へ送り込むために設けられており、流体は、この脈動発生手段６によって一定の周期の脈動を伴って配管１１を流れながら、流入口９を通じて筐体４内部へ送り込まれる。脈動発生手段６としては、従来公知のベローズポンプやダイヤフラムポンプを用いることができる。流体の流れが周期的であると、正確に流量が計測できる傾向があるため、このような脈動発生手段６を設けることが好ましい。   The pulsation generating means 6 is provided to feed the fluid into the housing 4, and the fluid flows through the inlet 9 while flowing through the pipe 11 with pulsation of a fixed period by the pulsation generating means 6. It is sent into the housing 4. As the pulsation generating means 6, a conventionally known bellows pump or diaphragm pump can be used. If the flow of the fluid is periodic, there is a tendency that the flow rate can be accurately measured. Therefore, it is preferable to provide such pulsation generating means 6.

なお、ここで「脈動」とは、流量に変化がある流体の流れのことである。正確に流量を検出できるという観点から、周期的に流量が変化する流体の流れである脈動が好ましく、とりわけ、流量がゼロとなる場合と任意の一定流量とが周期的に変化する流体の流れである脈動が好ましい。   Here, “pulsation” refers to the flow of fluid with a change in flow rate. From the viewpoint that the flow rate can be accurately detected, a pulsation that is a flow of a fluid whose flow rate changes periodically is preferable, and in particular, when the flow rate becomes zero and an arbitrary constant flow rate changes periodically. Certain pulsations are preferred.

上記バイモルフ素子１は、脈動発生手段６によって脈動を伴って配管１１を流れながら、流入口９を通じて筐体４内部に送り込まれる流体の有無を検知するとともに、流体が流入した場合には、その流量を計測するために設けられている。   The bimorph element 1 detects the presence or absence of fluid sent into the housing 4 through the inlet 9 while flowing through the pipe 11 with pulsation by the pulsation generating means 6, and when the fluid flows in, the flow rate thereof It is provided to measure.

上記バイモルフ素子１は、構造上は、図１（ａ）に示したものと同様であり、厚み方向に分極された２枚の圧電素子２ａ・２ｂを備えている。図２に示すように、圧電素子２ａ側に流体が送り込まれていない状態（これを、初期状態とする）で、バイモルフ素子１は、通常、水平状態となっている。圧電素子２ａ・２ｂとしては、例えば、圧電セラミックス板等を用いることができる。   The bimorph element 1 is structurally the same as that shown in FIG. 1A, and includes two piezoelectric elements 2a and 2b polarized in the thickness direction. As shown in FIG. 2, the bimorph element 1 is normally in a horizontal state in a state in which no fluid is sent to the piezoelectric element 2a side (this is an initial state). As the piezoelectric elements 2a and 2b, for example, piezoelectric ceramic plates can be used.

上記バイモルフ素子１の配設位置は、図２に示すように、筐体４の内部に封止固定されている。具体的には、バイモルフ素子１は、筐体４の内部において、バイモルフ素子１の圧電素子２ｂ側に中空部（中空部分）５が設けられるように、封止固定されている。すなわち、流入口９を通じて筐体４内部に送り込まれる流体は、バイモルフ素子１の圧電素子２ａ側に流入する。一方、バイモルフ素子１の圧電素子２ｂ側は中空部５が設けられており、中空部５内に流体は送り込まれない。脈動発生手段６によって一定の周期の脈動を伴った流体がバイモルフ素子１の圧電素子２ａ側に送り込まれると、バイモルフ素子１は、図２に破線で示したように撓む構成となっている。   As shown in FIG. 2, the arrangement position of the bimorph element 1 is sealed and fixed inside the housing 4. Specifically, the bimorph element 1 is sealed and fixed inside the housing 4 so that a hollow portion (hollow portion) 5 is provided on the piezoelectric element 2 b side of the bimorph element 1. That is, the fluid sent into the housing 4 through the inlet 9 flows into the piezoelectric element 2 a side of the bimorph element 1. On the other hand, the hollow part 5 is provided on the piezoelectric element 2 b side of the bimorph element 1, and no fluid is fed into the hollow part 5. When fluid with pulsation having a constant period is sent to the piezoelectric element 2a side of the bimorph element 1 by the pulsation generating means 6, the bimorph element 1 is configured to bend as shown by a broken line in FIG.

なお、上記バイモルフ素子１の表面には、バイモルフ素子１（圧電素子２ａ・２ｂ）の劣化を防止するために、保護膜（図示せず）が設けられている。具体的には、フッ素樹脂やエポキシ樹脂等の高分子材料を採用することができる。なお、フッ素樹脂をバイモルフ素子に塗布すると、耐薬品性、耐久性に優れることから好ましい。   A protective film (not shown) is provided on the surface of the bimorph element 1 in order to prevent deterioration of the bimorph element 1 (piezoelectric elements 2a and 2b). Specifically, a polymer material such as a fluororesin or an epoxy resin can be employed. In addition, it is preferable to apply a fluororesin to the bimorph element because it is excellent in chemical resistance and durability.

上記出力部７は、リード線１０を介して圧電素子２ａ・２ｂと接続しており、圧電素子２ａ・２ｂの電荷の変動に基づいて、起電力、電圧および電流からなる群から選ばれる少なくとも１つ（以下、起電力等という場合がある。）を出力する。   The output unit 7 is connected to the piezoelectric elements 2a and 2b via the lead wire 10, and based on fluctuations in the charges of the piezoelectric elements 2a and 2b, at least one selected from the group consisting of electromotive force, voltage, and current. (Hereinafter sometimes referred to as an electromotive force).

上記出力部７は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプといった表示手段が設けられていており、出力部７において起電力等が得られた場合にＬＥＤランプを点灯させるような構成とすることができる。   The output unit 7 is provided with display means such as a light emitting diode (LED) lamp, and can be configured to light the LED lamp when an electromotive force or the like is obtained in the output unit 7. .

上記計測手段１２では、出力部７から出力された起電力等に基づいて、流量計測が行われる。   In the measurement means 12, the flow rate is measured based on the electromotive force output from the output unit 7.

次に、本実施の形態の流体検出装置３における流体の有無の検知および、流量計測の各動作について説明する。
（流体検出装置の動作）
上述したように、図２において実線で示したバイモルフ素子１は、脈動発生手段６によって脈動を伴った流体がバイモルフ素子１の圧電素子２ａ側に送り込まれると、破線で示した形状に撓む構成となっている。 Next, each operation | movement of the detection of the presence or absence of the fluid in the fluid detection apparatus 3 of this Embodiment and flow measurement is demonstrated.
(Operation of fluid detection device)
As described above, the bimorph element 1 shown by the solid line in FIG. 2 is configured to bend into the shape shown by the broken line when the fluid accompanied by the pulsation is sent to the piezoelectric element 2a side of the bimorph element 1 by the pulsation generating means 6. It has become.

バイモルフ素子１は、撓むことによって圧電素子２ａ・２ｂの電荷が変化するように構成されている。本実施の形態の流体検出装置３は、圧電素子２ａ・２ｂの電荷の変動に基づいて電圧を取り出すことによって、流体の有無を検知することができる。   The bimorph element 1 is configured such that the electric charges of the piezoelectric elements 2a and 2b are changed by bending. The fluid detection device 3 according to the present embodiment can detect the presence or absence of fluid by taking out a voltage based on fluctuations in the electric charges of the piezoelectric elements 2a and 2b.

具体的には、筐体４に設けられた流出口８側の制御弁１０を閉塞した状態、かつ、流入口９側の制御弁１０が開放した状態において、脈動発生手段６によって脈動を伴った流体が筐体４内部に流入する。これにより、図２において実線で示したバイモルフ素子１は、脈動発生手段６によって脈動を伴った流体がバイモルフ素子１の圧電素子２ａ側に送り込まれると、破線で示した形状に撓む。撓むことによって、圧電素子２ａ・２ｂの電荷が変動する。この電荷の変動を、出力部７において起電力等として取り出すことができる。   Specifically, in the state where the control valve 10 on the outflow port 8 side provided in the housing 4 is closed and the control valve 10 on the inflow port 9 side is opened, the pulsation generating means 6 causes pulsation. The fluid flows into the housing 4. Thereby, the bimorph element 1 shown by the solid line in FIG. 2 bends to the shape shown by the broken line when the pulsating fluid is sent to the piezoelectric element 2 a side of the bimorph element 1 by the pulsation generating means 6. By bending, the electric charges of the piezoelectric elements 2a and 2b vary. This fluctuation in charge can be taken out as an electromotive force or the like in the output unit 7.

ここで、本実施の形態の流体検出装置３を、筐体４内部における流体の有無の検知のみに用いることのみを目的とする場合は、この起電力等を測定するような測定器を設け、起電力等の有無から筐体４内部の流体の有無を検知することができる。また、これ以外にも、後述する実施例に挙げるような、ランプを用いることも可能である。ランプをこの起電力等によって点灯させる構成とすることによって、筐体４内部に流体が存在する場合にランプが点灯する。これにより、筐体４内部における流体の有無の検知を行うことができる。   Here, when the fluid detection device 3 of the present embodiment is intended only for use in detecting the presence or absence of fluid in the housing 4, a measuring instrument for measuring the electromotive force is provided. The presence / absence of fluid inside the housing 4 can be detected from the presence / absence of an electromotive force. In addition to this, it is also possible to use a lamp as will be described in the embodiments described later. By configuring the lamp to be lit by this electromotive force or the like, the lamp is lit when fluid is present inside the housing 4. Thereby, the presence or absence of the fluid in the housing | casing 4 can be detected.

なお、上述したように、この測定器やランプは、出力部７に備えることも可能である。   As described above, this measuring instrument and lamp can be provided in the output unit 7.

このように、本実施の形態の流体検出装置３を用いることにより、筐体４内部に送り込まれた脈動を伴った流体によって、圧電素子２ａ・２ｂの電荷が変動し、この変動を起電力等として取り出すことができる。したがって、この起電力等に基づいて、筐体４内部の流体の有無を検知することができる。   As described above, by using the fluid detection device 3 of the present embodiment, the electric charges of the piezoelectric elements 2a and 2b fluctuate due to the fluid accompanied by the pulsation fed into the housing 4, and this fluctuation is caused by an electromotive force or the like. Can be taken out as. Therefore, based on this electromotive force or the like, it is possible to detect the presence or absence of fluid inside the housing 4.

ところで、本発明の流体検出装置３は、図２に示すように、さらに、計測手段１２を備えており、流体の流量計測を行うことができる。すなわち、本発明の流体検出装置３は、後述する実施例にも示すように、流体の流量と、起電力等の量とが正比例の関係となるように構成されている。したがって、本発明の流体検出装置３を用いることによって、起電力等の量に基づいて、流体の流量計測を行うことができる。   By the way, as shown in FIG. 2, the fluid detection device 3 of the present invention further includes a measurement unit 12 and can measure the flow rate of the fluid. That is, the fluid detection device 3 of the present invention is configured such that the flow rate of fluid and the amount of electromotive force and the like are in a directly proportional relationship, as will be described in Examples described later. Therefore, by using the fluid detection device 3 of the present invention, the fluid flow rate can be measured based on the amount of electromotive force or the like.

上記計測手段１２は、上述したように、出部７によってとして取り出された圧電素子２ａ・２ｂにおける電荷の変動に基づく起電力（電圧）を取り込むことによって、流量計測を行うことができる。   As described above, the measuring unit 12 can measure the flow rate by taking in an electromotive force (voltage) based on the fluctuation of electric charges in the piezoelectric elements 2a and 2b taken out by the output unit 7.

流量計測方法については、特に限定されるものではないが、例えば、流体検出装置３の製造時に、流体の流量と、出力部７から取り出される起電力量との関係を予め設定しておき、このデータに基づいて、出力部７から得られた起電力量から流量を算出することができる。   The flow rate measurement method is not particularly limited. For example, when the fluid detection device 3 is manufactured, a relationship between the flow rate of the fluid and the amount of electromotive force taken out from the output unit 7 is set in advance. Based on the data, the flow rate can be calculated from the amount of electromotive force obtained from the output unit 7.

これ以外にも、例えば、流体が連続して流体検出装置３を流れるような場合には、流体検出装置３の使用を開始する段階（初期段階）において、一度、流量が明らかな流体を流体検出装置３（筐体４）に送り込み、圧電素子２ａ・２ｂにおける電荷の変動を、起電力（電圧）として取り出して検量データを取得し、その後、連続して流体の流量を計測するような構成としてもよい。   In addition to this, for example, when the fluid continuously flows through the fluid detection device 3, once the fluid detection device 3 starts to be used (initial stage), the fluid with a clear flow rate is detected once. The configuration is such that it is fed into the device 3 (housing 4), the fluctuation of the electric charge in the piezoelectric elements 2a and 2b is taken out as an electromotive force (voltage) to obtain calibration data, and then the fluid flow rate is continuously measured. Also good.

なお、本実施の形態の流体検出装置３に設けられたバイモルフ素子１（圧電素子２ａ・２ｂ）自体は、その構造上、図２において、実線で示した形状から、破線で示した形状に変化すると再び実線で示した形状に戻る（復元する）構成となっている。しかしながら、本発明の流体検出装置はこれに限定されるものではなく、破線で示した形状から復元しないような構成のバイモルフ素子１であってもよい。この場合、流体の有無の検知および／または流量計測を一度行うと、圧電素子２ａ・２ｂが破線で示した状態のままになるため、連続して流体の検知や流量計測を行う場合には、図２における破線で示した圧電素子２ａ・２ｂから、実線で示した状態に戻す（復元する）必要が生じる。このような構成とした場合における復元する方法としては、これに限定されるものではないが、例えば、上述したような、一般的な使用用途のバイモルフ素子と同じように、破線で示した状態にある圧電素子２ａ・２ｂに、図示しない電源から電圧を印加して屈曲させ、実線で示した状態に復元することが可能である。   Note that the bimorph element 1 (piezoelectric elements 2a and 2b) provided in the fluid detection device 3 of the present embodiment itself changes from the shape shown by the solid line to the shape shown by the broken line in FIG. Then, the configuration returns (restores) to the shape indicated by the solid line again. However, the fluid detection device of the present invention is not limited to this, and may be a bimorph element 1 configured so as not to be restored from the shape indicated by the broken line. In this case, once the detection of the presence / absence of fluid and / or the flow rate measurement is performed, the piezoelectric elements 2a and 2b remain in the state indicated by the broken lines, so when continuously detecting the fluid and measuring the flow rate, It is necessary to return (restore) the piezoelectric elements 2a and 2b indicated by the broken lines in FIG. 2 to the state indicated by the solid lines. The method for restoring in such a configuration is not limited to this, but, for example, as in the bimorph element for general use, as described above, the state indicated by the broken line is used. A certain piezoelectric element 2a or 2b can be bent by applying a voltage from a power source (not shown) to restore the state shown by the solid line.

また、流体の検知および／または流量計測が完了すると、検知や計測に用いられた筐体４内部の流体は、筐体４の流出口８から排出される。   Further, when the fluid detection and / or flow rate measurement is completed, the fluid inside the housing 4 used for the detection and measurement is discharged from the outlet 8 of the housing 4.

この排出方法としては、例えば、脈動発生手段６から脈動を伴った流体が連続して提供されるような場合には、バイモルフ素子１を用いて検知や計測を完了すると、流入口９側および流出口８側のそれぞれの制御弁を開放し、脈動発生手段６から新たに提供される流体によって、検知や計測に用いられた筐体４内部の流体を流出口８から排出することができる。   As this discharge method, for example, when fluid with pulsation is continuously provided from the pulsation generating means 6, when detection and measurement are completed using the bimorph element 1, Each control valve on the outlet 8 side is opened, and the fluid inside the casing 4 used for detection and measurement can be discharged from the outlet 8 by the fluid newly provided from the pulsation generating means 6.

また、脈動発生手段６から新たに流体が提供されないような場合には、流入口９側の制御弁１０を閉塞し、かつ、流出口８側の制御弁１０を開放して、バイモルフ素子１に電圧を印加して屈曲させることによって、流出口８から筐体４内部の流体を排出することも可能である。   In addition, when no new fluid is provided from the pulsation generating means 6, the control valve 10 on the inlet 9 side is closed and the control valve 10 on the outlet 8 side is opened so that the bimorph element 1 is closed. It is also possible to discharge the fluid inside the housing 4 from the outlet 8 by applying a voltage and bending it.

流体の流量計測を行った計測結果は、例えば、図示しない表示手段に表示することができる。   The measurement result obtained by measuring the flow rate of the fluid can be displayed on a display unit (not shown), for example.

なおまた、流量を調節することができる流量調節手段を備え、ここに計測手段から得られた計測結果を出力することによって、流量の調整を行うことも可能である。   It is also possible to adjust the flow rate by providing a flow rate adjusting means capable of adjusting the flow rate, and outputting the measurement result obtained from the measuring means.

以上のように、本実施の形態の流体検出装置３を用いれば、バイモルフ素子１における一方の面側のみから、すなわち、図２におけるバイモルフ素子１の圧電素子２ａ側のみから、筐体４内における流体の圧力が加わるようにバイモルフ素子１を配設している。すなわち、バイモルフ素子１は、従来構造のように、圧電素子の両面に流体の圧力が加わるような筐体内（管路内）において突出した構造ではなく、また、従来構造のように自由端も存在しない。したがって、流体検出装置３を用いれば、たとえ筐体４内において乱流が発生した場合であっても、流量計測の精度を低減させるような圧力がバイモルフ素子１に加えられることはない。   As described above, when the fluid detection device 3 according to the present embodiment is used, the inside of the housing 4 is only from one surface side of the bimorph element 1, that is, only from the piezoelectric element 2a side of the bimorph element 1 in FIG. The bimorph element 1 is disposed so that fluid pressure is applied. That is, the bimorph element 1 is not a structure that protrudes in a casing (inside a pipe line) in which fluid pressure is applied to both surfaces of the piezoelectric element as in the conventional structure, and there is also a free end as in the conventional structure. do not do. Therefore, if the fluid detection device 3 is used, even if a turbulent flow occurs in the housing 4, no pressure is applied to the bimorph element 1 to reduce the accuracy of flow rate measurement.

以上のことから、流体検出装置３を用いれば、バイモルフ素子１の電荷の変動に基づいて流体の有無の検知および流量計測を行うことができるとともに、従来構造と比較して、より正確に行うことが可能となる。   From the above, if the fluid detection device 3 is used, it is possible to detect the presence / absence of fluid and measure the flow rate based on fluctuations in the charge of the bimorph element 1, and to perform more accurately than the conventional structure. Is possible.

また、流体検出装置３を用いれば、バイモルフ素子１が、バイモルフ素子１の圧電素子２ｂ側に中空部５が形成されるように、筐体４内部に封止固定されていることから、バイモルフ素子１は、極めて安定した構造となっている。   In addition, if the fluid detection device 3 is used, the bimorph element 1 is sealed and fixed inside the housing 4 so that the hollow portion 5 is formed on the piezoelectric element 2b side of the bimorph element 1, so that the bimorph element 1 has a very stable structure.

すなわち、このように配設されていることによって、バイモルフ素子１に対して筐体４の外部から不要な圧力が加わることなく、上記筐体４内の流体の圧力のみに限定することができる。これにより、より正確な流体の検知および流量計測を実現することができる。   That is, by being arranged in this way, unnecessary pressure is not applied to the bimorph element 1 from the outside of the housing 4, and the pressure can be limited to only the fluid pressure in the housing 4. Thereby, more accurate fluid detection and flow rate measurement can be realized.

また、バイモルフ素子１を筐体４の内部に配置していれば、バイモルフ素子１自体が外部環境によって劣化することを防止することができる。   Further, if the bimorph element 1 is arranged inside the housing 4, the bimorph element 1 itself can be prevented from being deteriorated by the external environment.

すなわち、上記の構成とすることにより、バイモルフ素子１の耐久性を高めることができ、よって、流体検出装置３自体の耐久性を高めることができる。   That is, with the above configuration, the durability of the bimorph element 1 can be increased, and thus the durability of the fluid detection device 3 itself can be increased.

なお、本発明に係る流体検出装置は、バイモルフ素子１の配設位置を、図２に示したような構造に限定するものではない。例えば、図３に示すように、バイモルフ素子１が筐体４の一部分を兼ねている構造であってもよい。図３に示すような構造とすれば、小型化を実現することができる。また、バイモルフ素子１に欠陥等の不具合が生じた場合に修理、交換等を容易に行うことができる。   In the fluid detection device according to the present invention, the arrangement position of the bimorph element 1 is not limited to the structure shown in FIG. For example, as shown in FIG. 3, a structure in which the bimorph element 1 also serves as a part of the housing 4 may be used. If the structure as shown in FIG. 3 is used, it is possible to achieve downsizing. Further, when a defect such as a defect occurs in the bimorph element 1, it can be easily repaired or replaced.

なお、本実施の形態では、圧電素子２ａ・２ｂに生じた電荷の変動を、出力部７において起電力（電圧）として取り出す構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば以下のように構成することも可能である。   In the present embodiment, the configuration in which the fluctuation of the electric charges generated in the piezoelectric elements 2a and 2b is taken out as the electromotive force (voltage) in the output unit 7 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the following configuration is also possible.

すなわち、上記出力部７の代わりに、図４に示すように、電荷／電圧変換回路１３ａと、フィルタ回路１３ｂと、シュミットトリガ回路１３ｃと、電源回路１３ｄとを備えた信号出力部１３が設けられた構成であってもよい。   That is, instead of the output unit 7, as shown in FIG. 4, a signal output unit 13 having a charge / voltage conversion circuit 13a, a filter circuit 13b, a Schmitt trigger circuit 13c, and a power supply circuit 13d is provided. It may be a configuration.

この構成によれば、電荷／電圧変換回路１３ａが、リード線１０を介して圧電素子２ａ・２ｂと接続している。電荷／電圧変換回路１３ａでは、電源回路１３ｄから印加される交流電圧が、電荷の変化に応じた波形の電圧信号として出力される。フィルタ回路１３ｂでは、電荷／電圧変換回路１３ａから出力された電圧信号のノイズが除去される。シュミットトリガ回路１３ｃでは、フィルタ回路１３ｂによってノイズを除去された電圧信号が、矩形波状のパルス信号に波形成形される。波形成形されることによって、流体の脈動と同じ周期の矩形波状を呈するパルス信号が信号出力部１３から出力される。   According to this configuration, the charge / voltage conversion circuit 13 a is connected to the piezoelectric elements 2 a and 2 b through the lead wire 10. In the charge / voltage conversion circuit 13a, the AC voltage applied from the power supply circuit 13d is output as a voltage signal having a waveform corresponding to the change in charge. In the filter circuit 13b, noise of the voltage signal output from the charge / voltage conversion circuit 13a is removed. In the Schmitt trigger circuit 13c, the voltage signal from which noise has been removed by the filter circuit 13b is shaped into a rectangular wave pulse signal. By forming the waveform, a pulse signal having a rectangular wave shape having the same period as the pulsation of the fluid is output from the signal output unit 13.

すなわち、信号出力部１３の外部にパルス信号が出力されれば、筐体４内部に流体が存在しているということになり、信号出力部１３の外部にパルス信号が出力されなければ、筐体４内部に流体が存在していないということになる。   That is, if a pulse signal is output to the outside of the signal output unit 13, the fluid is present inside the housing 4, and if no pulse signal is output to the outside of the signal output unit 13, the housing is 4 means that no fluid is present inside.

このように、信号出力部１３の外部にパルス信号が出力されることによって、筐体４内部に流体の存在を検出したことを電気信号化して検知することができる。   Thus, by outputting a pulse signal to the outside of the signal output unit 13, it is possible to detect that the presence of fluid in the housing 4 has been detected by converting it to an electrical signal.

なお、この場合、流量を計測する計測手段１２も、パルス信号に基づいて計測されるような構成のものを用いればよい。   In this case, the measuring means 12 for measuring the flow rate may be configured to be measured based on the pulse signal.

なお、本発明に係る流体検出装置は、流体として、上述したような中和剤や洗浄剤やバイオ試料以外でも適用することができる。また、液体に限定されることはなく、気体であっても適用可能である。   In addition, the fluid detection apparatus according to the present invention can be applied to a fluid other than the neutralizing agent, the cleaning agent, and the biosample as described above. Moreover, it is not limited to a liquid, Even if it is a gas, it is applicable.

以下に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
〔実施例〕
以下の説明は、本実施の形態に係る流体検出装置について記載する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.
〔Example〕
The following description describes the fluid detection device according to the present embodiment.

本実施例では、上述した実施の形態中の図２と同じ流体検出装置３の構成を備える。なお、本実施例では、バイモルポンプ（登録商標）（日東工器（株）、ＢＰＨ−２１４Ｇ）を、図２における筐体４およびバイモルフ素子１として用いた。このバイモルポンプは、自吸力８ｋＰａ、吐出圧１７ｋＰａである。バイモルポンプのコンセントをテスター（電圧計）に接続して、発生する電圧（起電力）を測定した。   In this example, the same configuration of the fluid detection device 3 as that in FIG. 2 in the above-described embodiment is provided. In this example, a bimorph pump (registered trademark) (Nitto Kohki Co., Ltd., BPH-214G) was used as the casing 4 and the bimorph element 1 in FIG. This bimol pump has a self-priming force of 8 kPa and a discharge pressure of 17 kPa. The outlet of the bimol pump was connected to a tester (voltmeter), and the generated voltage (electromotive force) was measured.

制御弁１０には、ボール弁を用いた。配管１１には、SUS304からなる２５Ａの内径約２７ｍｍの配管を用いた。   A ball valve was used as the control valve 10. As the pipe 11, a 25A pipe having an inner diameter of about 27 mm made of SUS304 was used.

脈動発生手段６には、ダイヤフラムポンプ（最大吐出量：230 L/分、最大吐出圧：7 kg/cm2、最大ストローク数：150回/分、材質：プロピレン、日本フィーダ工業株式会社 製、ＤＬ４０）を用いた。使用する流体は、サイクロ減速機用に用いられる機械油（VG150）を用いた。   The pulsation generating means 6 includes a diaphragm pump (maximum discharge amount: 230 L / min, maximum discharge pressure: 7 kg / cm2, maximum stroke number: 150 times / min, material: propylene, manufactured by Nippon Feeder Industries, Ltd., DL40) Was used. The fluid used was a machine oil (VG150) used for a cyclo reducer.

以上のような構成を備えた流体検出装置３を用いて、流体の有無の検知について調べた。
（流体の検知）
ＬＥＤランプの点灯によって流体の有無の検知を行う構成とするため、バイモルポンプのコンセントにＬＥＤランプを接続した。 Using the fluid detection device 3 having the above-described configuration, the presence / absence of fluid was examined.
(Fluid detection)
In order to detect the presence or absence of fluid by lighting the LED lamp, the LED lamp was connected to the outlet of the bimol pump.

機械油が充填されたドラム缶と、脈動発生手段６とを配管によって接続し、脈動発生手段６から脈動を伴った機械油をバイモルポンプに送り込んだ。その結果、バイモルポンプ内に機械油が流れると、ＬＥＤランプが点灯することが確認できた。   The drum can filled with the machine oil and the pulsation generating means 6 were connected by piping, and the machine oil accompanied by the pulsation was sent from the pulsation generating means 6 to the bimol pump. As a result, it was confirmed that when the machine oil flows in the bimol pump, the LED lamp is lit.

したがって、本発明に係る流体検出装置は、流体の存在を、バイモルフ素子における電荷の変動に基づき、発生電圧として取り出すことができた。すなわち、本発明に係る流体検出装置を、流体の有無の検知に用いることができることが確認できた。   Therefore, the fluid detection device according to the present invention can extract the presence of the fluid as a generated voltage based on the fluctuation of the charge in the bimorph element. That is, it was confirmed that the fluid detection device according to the present invention can be used for detection of the presence or absence of fluid.

次に、上記の構成の流体検出装置３を用いて、流体の流量と、発生する電圧量との関係を測定した。
（流量と発生する電圧量との関係）
流体の流量と、発生する電圧量との関係を測定するためには、電圧量を測定する必要がある。電圧量の測定は、バイモルポンプのコンセントに端子台を設け、テスター（電圧計）を用いて測定した。また、バイモルポンプに送り込まれる機械油の流量を調節する必要がある。そこで、流量の調節は、制御弁１０であるボール弁によって行った。なお、流量の測定は、バイモルポンプの流出口から排出される機械油を計量することによって測定した。 Next, the relationship between the flow rate of the fluid and the amount of generated voltage was measured using the fluid detection device 3 having the above configuration.
(Relationship between flow rate and generated voltage)
In order to measure the relationship between the flow rate of the fluid and the amount of voltage generated, it is necessary to measure the amount of voltage. The voltage amount was measured using a tester (voltmeter) provided with a terminal block at the outlet of the bimol pump. Moreover, it is necessary to adjust the flow rate of the machine oil sent to the bimol pump. Therefore, the flow rate was adjusted by a ball valve as the control valve 10. The flow rate was measured by measuring the machine oil discharged from the outlet of the bimol pump.

脈動発生手段６から脈動を伴った機械油をバイモルポンプに送り込み、電圧量の測定と流量の測定を行った。その結果を、下記の表１に示す。   Machine oil with pulsation was sent from the pulsation generating means 6 to the bimol pump, and the voltage amount and the flow rate were measured. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2006125861
Figure 2006125861

また、この結果をグラフにしたものを図５に示す。なお、図５には、表１の結果を実線で表すとともに、表１の結果の近似値をとったものを破線で示している。   FIG. 5 shows a graph of the results. In FIG. 5, the result of Table 1 is represented by a solid line, and the approximate value of the result of Table 1 is represented by a broken line.

図５から、発生する電圧量に、流体の流量が正比例していることがわかった。   FIG. 5 shows that the fluid flow rate is directly proportional to the amount of voltage generated.

したがって、本発明の流体検出装置を用いれば、発生する電圧量から、流体の流量を測定することが可能であることが示された。   Therefore, it has been shown that the fluid flow rate can be measured from the amount of voltage generated by using the fluid detection device of the present invention.

以下に、本発明の流体検出装置と、図７に示した従来技術と同様に突出した構造の圧電素子を有した流体検出装置（流体検出センサ）とを用いて、流量計測の感度を比較した。
〔比較例〕
従来技術と同様に、突出した構造の圧電素子を有した流体検出装置には、上記の実施例において、バイモルポンプを用いた箇所からバイモルポンプを外し、その代わりに、配管にバイモルフ素子１（図２）を差し込んだものを用いた。それ以外の構成は、上記実施例と同じである。 In the following, the sensitivity of flow measurement was compared using the fluid detection device of the present invention and a fluid detection device (fluid detection sensor) having a piezoelectric element having a protruding structure as in the prior art shown in FIG. .
[Comparative Example]
Similar to the prior art, in the fluid detection device having the protruding piezoelectric element, in the above embodiment, the bimorph pump is removed from the place where the bimorph pump is used, and instead, the bimorph element 1 (FIG. 2) is connected to the pipe. What was inserted was used. Other configurations are the same as those in the above embodiment.

バイモルフ素子１には、発電バイモルフモジュール（日新電機（株）製）をそのまま差し込んだ。この発電バイモルフモジュールは、長さ６７ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）板の中央部の両面に圧電素子（幅１０ｍｍ弱、長さ約４０ｍｍ）を貼合したものであり、圧電素子に接続された出力口にテスターを接続して、発生する電圧を測定した。
（感度の比較）
上記した実施例および比較例の各流体検出装置を用いて、機械油の流量を０．２ｍＬ／秒〜１０ｍＬ／秒の間で適宜設定して、それぞれの装置に発生する電圧量を測定した。 A power generation bimorph module (manufactured by Nissin Electric Co., Ltd.) was directly inserted into the bimorph element 1. This power generation bimorph module is made by bonding piezoelectric elements (less than 10mm in width and about 40mm in length) to both sides of the central part of a fiber reinforced plastic (FRP) plate of 67mm in length, 10mm in width and 1.6mm in thickness. Yes, a tester was connected to the output port connected to the piezoelectric element, and the generated voltage was measured.
(Sensitivity comparison)
Using the fluid detection devices of the above-described Examples and Comparative Examples, the flow rate of the machine oil was appropriately set between 0.2 mL / second to 10 mL / second, and the amount of voltage generated in each device was measured.

その結果、上記の範囲の流量では、比較例の流体検出装置では発生電圧を確認することができなかった。   As a result, at the flow rate in the above range, the generated voltage could not be confirmed in the fluid detection device of the comparative example.

そこで、比較例の各流体検出装置については、機械油の流量の上限を８７０ｍＬ／秒まで増加させて、再度電圧を測定した。   Therefore, for each fluid detection device of the comparative example, the upper limit of the flow rate of the machine oil was increased to 870 mL / second, and the voltage was measured again.

実施例および比較例の各流体検出装置において、機械油の各流量において発生した電圧量の測定結果を下記の表２にまとめた。   Table 2 below summarizes the measurement results of the amount of voltage generated at each flow rate of machine oil in each of the fluid detection devices of Examples and Comparative Examples.

Figure 2006125861
Figure 2006125861

比較例の流体検出装置では、機械油の流量が６０ｍＬ／秒を越えた付近から初めて発生電圧を確認することができた。   In the fluid detection device of the comparative example, the generated voltage could be confirmed for the first time when the flow rate of the machine oil exceeded 60 mL / second.

図６には、実施例および比較例の各流体検出装置において発生した電圧量を、横軸に流量をとって表したグラフである。なお、実施例における測定結果を実線で示し、比較例における測定結果を破線で示している。   FIG. 6 is a graph showing the amount of voltage generated in each fluid detection device of the example and the comparative example with the horizontal axis representing the flow rate. In addition, the measurement result in an Example is shown with the continuous line, and the measurement result in a comparative example is shown with the broken line.

図６から、機械油の流量が６０ｍＬ／秒を越えた付近から初めて発生電圧を確認することができた従来の構成のものでは、流量が３００ｍＬ／秒を越えるような、非常に多い流量である場合に、電圧と流量との関係が比例関係となる。すなわち、従来の構成のものでは、非常に多い流量の場合には、適用することができるが、流量が少ない場合では適用が困難であるといえる。これは、上記したような問題点があるためだと考えられる。   From FIG. 6, in the conventional configuration in which the generated voltage can be confirmed for the first time when the flow rate of the machine oil exceeds 60 mL / second, the flow rate is very high such that the flow rate exceeds 300 mL / second. In this case, the relationship between the voltage and the flow rate is a proportional relationship. In other words, the conventional configuration can be applied when the flow rate is very large, but it can be said that the application is difficult when the flow rate is small. This is thought to be due to the problems described above.

したがって、流体流量による測定電圧の感度は、従来の構成のものと比較して、本発明の流体検出装置のほうが格段に高いことがわかった。   Therefore, it was found that the sensitivity of the measurement voltage depending on the fluid flow rate is much higher in the fluid detection device of the present invention than in the conventional configuration.

このように、本発明の流体検出装置を用いることによって、流量が少ない場合であっても、流体の有無の検知および流体の流量の測定を正確に行うことができる。   Thus, by using the fluid detection device of the present invention, it is possible to accurately detect the presence or absence of fluid and measure the fluid flow rate even when the flow rate is small.

すなわち、本発明の流体検出装置は、従来の構成のものでは対応できないような、バイオ試料や薬剤といった微量の液量を取り扱う機器に液送するような場合にも好適に用いることができる。   That is, the fluid detection device of the present invention can be suitably used even when liquid is fed to a device that handles a small amount of liquid, such as a biosample or a drug, which cannot be handled by the conventional configuration.

本発明に係る流体検出装置およびそれを用いた流体検出方法は、圧電素子における電荷の変動を、起電力等として取り出すことができるため、この起電力等に基づいて、流体の有無の検知を行うことができる。また、電圧と、流体の流量とが比例することから、起電力等を測定することにより流体の流量を計測することができる。さらに、本発明に係る流体検出装置は、従来技術のものよりも、少ない流量に対しても正確な流量計測を実施することができる。   Since the fluid detection device and the fluid detection method using the fluid detection device according to the present invention can take out the fluctuation of the electric charge in the piezoelectric element as an electromotive force or the like, the presence or absence of fluid is detected based on the electromotive force or the like. be able to. Further, since the voltage is proportional to the flow rate of the fluid, the flow rate of the fluid can be measured by measuring an electromotive force or the like. Furthermore, the fluid detection device according to the present invention can perform accurate flow rate measurement even with a smaller flow rate than that of the prior art.

したがって、半導体製造工程において、中和剤や洗浄剤をウェハ上に提供する流体検出装置や、バイオ試料や薬剤といった微量の液量を取り扱うような機器に対する液送装置に広く適用することができる。   Therefore, in a semiconductor manufacturing process, the present invention can be widely applied to a fluid detection device that provides a neutralizing agent and a cleaning agent on a wafer, and a liquid feeding device for equipment that handles a small amount of liquid such as a biosample or a drug.

（ａ）・（ｂ）はともに、一般的に用いられるバイモルフ素子の断面斜視図であり、（ａ）は、当該バイモルフ素子に交流電圧が印加されていない状態を示したものであり、（ｂ）は、バイモルフ素子に交流電圧を印加した場合の状態を示したものである。(A), (b) is a cross-sectional perspective view of a commonly used bimorph element, and (a) shows a state in which an AC voltage is not applied to the bimorph element. ) Shows a state when an AC voltage is applied to the bimorph element. 本発明の一実施形態に係る流体検出装置の構成を示した断面図であるIt is sectional drawing which showed the structure of the fluid detection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明に係る流体検出装置のバイモルフ素子の他の配置について示した断面図である。It is sectional drawing shown about other arrangement | positioning of the bimorph element of the fluid detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る流体検出装置の出力部の他の構成ついて示したブロック図である。It is the block diagram shown about the other structure of the output part of the fluid detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る流体検出装置において電圧を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the voltage in the fluid detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る流体検出装置と、従来技術の構成を備えた流体検出装置（流体検出センサ）とにおける流量と測定電圧との関係を比較して示したグラフ図である。It is the graph which compared and showed the relationship between the flow volume in the fluid detection apparatus which concerns on this invention, and the fluid detection apparatus (fluid detection sensor) provided with the structure of a prior art. 従来技術における流体検出センサの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fluid detection sensor in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

１ バイモルフ素子
２ａ、２ｂ 圧電素子
３ 流体検出装置
４ 筐体（流路構造体、流路）
５ 中空部（中空部分）
６ 脈動発生手段
７ 出力部（出力手段）
８ 流出口
９ 流入口
１０ 制御弁
１１ 配管
１２ 計測手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bimorph element 2a, 2b Piezoelectric element 3 Fluid detection apparatus 4 Case (channel structure, channel)
5 Hollow part (hollow part)
6 Pulsation generating means 7 Output section (output means)
8 Outlet 9 Inlet 10 Control valve 11 Piping 12 Measuring means

Claims (10)

流体の流路が設けられた流路構造体と、平板形状の圧電素子とを備えた流体の流れを検出する流体検出装置であって、
上記圧電素子は、上記流路内の流体の圧力が当該圧電素子の片面側から加わるように、上記流路構造体に配設されていることを特徴とする流体検出装置。 A fluid detection device for detecting a fluid flow, comprising a flow channel structure provided with a fluid flow channel and a plate-shaped piezoelectric element,
The fluid detection device according to claim 1, wherein the piezoelectric element is disposed in the flow channel structure so that a pressure of fluid in the flow channel is applied from one side of the piezoelectric element. 上記圧電素子は、上記圧力が加わる面側とは反対側に、流体が流れない中空部分が形成されるように、流路構造体に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の流体検出装置。   2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric element is disposed in the flow path structure so that a hollow portion through which no fluid flows is formed on a side opposite to the surface to which the pressure is applied. Fluid detection device. 上記圧電素子が、上記流路構造体の一部を構成していることを特徴とする請求項１に記載の流体検出装置。   The fluid detection device according to claim 1, wherein the piezoelectric element constitutes a part of the flow path structure. 上記圧電素子における電荷の変動を、電圧、電流、起電力からなる群から選ばれる少なくとも１つとして出力する出力手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の流体検出装置。   The output means which outputs the fluctuation | variation of the electric charge in the said piezoelectric element as at least one chosen from the group which consists of a voltage, an electric current, and an electromotive force is provided. Fluid detection device. 上記出力手段から上記流体の有無を検知する表示手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の流体検出装置。   5. The fluid detection device according to claim 4, further comprising display means for detecting the presence or absence of the fluid from the output means. 上記出力手段から上記流体の流量を計測する計測手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の流体検出装置。   The fluid detection device according to claim 4, further comprising a measurement unit that measures the flow rate of the fluid from the output unit. 上記流体の流れに脈動を起こす脈動発生手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の流体検出装置。   The fluid detection device according to claim 1, further comprising pulsation generating means for causing pulsation in the flow of the fluid. 上記圧電素子は、バイモルフ素子であることを特徴とする請求項１〜７に記載の流体検出装置。   The fluid detection device according to claim 1, wherein the piezoelectric element is a bimorph element. 請求項１〜８の何れか１項に記載の流体検出装置を用いた流体検出方法であって、
当該圧電素子における電荷の変動を、電圧、電流、起電力からなる群から選ばれる少なくとも１つとして出力させることによって、流路内に流体が存在することを検出することを特徴とする流体検出方法。 A fluid detection method using the fluid detection device according to any one of claims 1 to 8,
A fluid detection method for detecting the presence of fluid in a flow path by outputting a change in charge in the piezoelectric element as at least one selected from the group consisting of voltage, current, and electromotive force . 請求項６に記載の流体検出装置を用いた流体検出方法であって、
当該圧電素子における電荷の変動を、電圧、電流、起電力からなる群から選ばれる少なくとも１つとして出力させることによって、流体の流量を計測することを特徴とする流体検出方法。 A fluid detection method using the fluid detection device according to claim 6,
A fluid detection method, comprising: measuring a flow rate of a fluid by outputting a change in charge in the piezoelectric element as at least one selected from the group consisting of a voltage, a current, and an electromotive force.
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