| 【発明の名称】 |
流量検出機構 |
| 【発明者】 |
【氏名】木村 美良
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| 【要約】 |
【課題】生産コストのダウンを図ることができ、また、ホルダなどを分解せずにバイパス流量の広範囲にわたる微調整および分流比の調整を短時間で行うことが可能である流量検出機構を提供する。
【解決手段】下流側ほど狭まるテーパ孔４ｂをバイパス流路４中に形成し、このテーパ孔４ｂと平行なテーパ面１４ｂを外周面に形成したバイパスブロック１４を、前記テーパ孔４ｂに対してテーパ孔４ｂの軸芯方向に位置調整可能に内蔵することにより、前記バイパス流路４を流れる流体の流量調整を可能とし、また、導入部８の下流部にバイパスブロック１４を下流側へと付勢する付勢手段１９を設けるとともに、この付勢手段１９を導入部８の外側から操作するための操作手段２０を設けてなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バイパス流路を有するホルダ部と、前記バイパス流路の上流側と下流側とに接続したセンサ流路を有する流量センサ部と、前記ホルダ部の上流側に配置され、流体をホルダ部に導入する導入部とからなり、導入部を経てホルダ部に至った流体をセンサ流路とバイパス流路とに分流して、この流体の分流比とセンサ流路を流れる流体の流量検出情報とに基づいて導入流体の全量を検出するようにした流量検出機構であって、下流側ほど狭まるテーパ孔を前記バイパス流路中に形成し、このテーパ孔と平行なテーパ面を外周面に形成したバイパスブロックを、前記テーパ孔に対してテーパ孔の軸芯方向に位置調整可能に内蔵することにより、前記バイパス流路を流れる流体の流量調整を可能とし、また、前記導入部の下流部にバイパスブロックを下流側へと付勢する付勢手段を設けるとともに、この付勢手段を導入部の外側から操作するための操作手段を設けてなることを特徴とする流量検出機構。
【請求項２】 前記操作手段を操作するためのハンドル部周辺に目盛りが形成されている請求項１に記載の流量検出機構。
【請求項３】 前記操作手段によって前記付勢手段を段階的に操作することができ、さらに、操作手段が電磁弁などのアクチュエータによって操作される請求項１または２に記載の流量検出機構。
【請求項４】 前記バイパスブロックの前端部外周および後端部外周に、バイパスブロックの軸芯を常に前記テーパ孔の軸芯と一致させた状態でバイパスブロックを位置調整するためのガイド体が形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の流量検出機構。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の質量流量を計測するマスフローメータや、流体の質量流量を計測し流体流量を制御するマスフローコントローラに設けられる流量検出機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の流量検出機構は、流量センサ部を備えたセンサ流路とバイパス流路とに流体を分流して、この流体の分流比とセンサ流路を流れる流体の流量検出情報とに基づいて導入流体の全量を検出するもので、従来は、流体の導入口と導出口とに連通する孔をホルダに形成する一方、多数本の細管を外管に挿入した層流素子や、放射状の溝を中心部の貫通孔に連ねて形成した多数枚のエッチングプレート、あるいは有底筒状に成形した焼結金属をバイパスブロックとして、これを孔に挿入して、バイパス流路を構成し、このバイパス流路の入口側と出口側とにわたってセンサ流路を接続している。
【０００３】上記したマスフローメータは、上記構成の流量検出機構を備えてなり、このマスフローメータに流体流量の制御バルブを備えることで、マスフローコントローラが構成されるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の流量検出機構においては、バイパスブロックが固定タイプであることから、フルスケール流量の拡大に対応する上で、多数種のバイパスブロックを用意する必要があり、生産コストが上昇することとなっていた。
【０００５】加えて、バイパス流量の微調整ならびにバイパス流路とセンサ流路との分流比の調整は、定量低圧の流体を流してセンサ流路での流体流量を計測し、この計測結果に基づいて、たとえば細管の本数やエッチングプレートの枚数を増減させることで行われるが、この作業は非常に煩わしく、かつ流量検出機構の分解ならびに再組み立ての作業を要する点でも問題があった。
【０００６】上記の構成とは異なる流量検出機構として、流体の導入口と導出口とに連通する先狭まりのテーパ孔をホルダに形成するとともに、このテーパ孔内に、テーパ孔と同芯状にボルトを設け、かつこのボルトに、テーパ孔と平行なテーパ面と回転操作部とを形成したバイパスブロックを螺着して、このバイパスブロックのテーパ面とテーパ孔との間に流量調整可能なバイパス流路を形成し、このバイパス流路の入口側と出口側とにわたってセンサ流路を接続してなるものも提案されている。
【０００７】このような構成の流量検出機構によれば、フルスケール流量範囲の拡大と、バイパス流量の微調整ならびに分流比の調整を、バイパスブロックの螺進位置の調整によって行うことができるが、バイパスブロックの位置調整を行う上で、流量検出機構の分解ならびに再組み立ての煩わしい作業を要する点では、上記した流量検出機構となんら変わるものではない。
【０００８】この発明は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、生産コストのダウンを図ることができ、また、ホルダなどを分解せずにバイパス流量の広範囲にわたる微調整および分流比の調整を短時間で楽に行うことが可能である流量検出機構を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、この発明の流量検出機構は、バイパス流路を有するホルダ部と、前記バイパス流路の上流側と下流側とに接続したセンサ流路を有する流量センサ部と、前記ホルダ部の上流側に配置され、流体をホルダ部に導入する導入部とからなり、導入部を経てホルダ部に至った流体をセンサ流路とバイパス流路とに分流して、この流体の分流比とセンサ流路を流れる流体の流量検出情報とに基づいて導入流体の全量を検出するようにした流量検出機構であって、下流側ほど狭まるテーパ孔を前記バイパス流路中に形成し、このテーパ孔と平行なテーパ面を外周面に形成したバイパスブロックを、前記テーパ孔に対してテーパ孔の軸芯方向に位置調整可能に内蔵することにより、前記バイパス流路を流れる流体の流量調整を可能とし、また、前記導入部の下流部にバイパスブロックを下流側へと付勢する付勢手段を設けるとともに、この付勢手段を導入部の外側から操作するための操作手段を設けてなる（請求項１）。
【００１０】上記の構成により、生産コストのダウンを図ることができ、また、ホルダなどを分解せずにバイパス流量の広範囲にわたる微調整および分流比の調整を短時間で楽に行うことが可能である流量検出機構を提供することができる。
【００１１】また、前記操作手段を操作するためのハンドル部周辺に目盛りが形成されているとしてもよく（請求項２）、前記操作手段によって前記付勢手段を段階的に操作することができ、さらに、操作手段が電磁弁などのアクチュエータによって操作されるとしてもよい（請求項３）。
【００１２】上記の構成により、バイパス流量の微調整および分流比の調整をさらに簡単に行うことができる流量検出機構を提供することができる。
【００１３】また、前記バイパスブロックの前端部外周および後端部外周に、バイパスブロックの軸芯を常に前記テーパ孔の軸芯と一致させた状態でバイパスブロックを位置調整するためのガイド体が形成されているとした場合には（請求項４）、前記バイパスブロックがぶれたり傾いたりすることがなくなるため、精度が高く安定した流量の検出を行うことが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を、図を参照しながら説明する。図１および図２は、本発明の第一実施例に係る流量検出機構Ｄの構成を概略的に示す縦断面図および要部拡大横断面図である。１は、マスフローコントローラであり、流体流量を検出するための流量検出機構Ｄを備えたマスフローメータ２と、このマスフローメータ２の下流側に設けられた流体流量の制御バルブ３とからなる。
【００１５】前記流量検出機構Ｄは、バイパス流路４を有するホルダ部５と、前記バイパス流路４の上流側と下流側とに接続したセンサ流路６を有する流量センサ部７と、前記ホルダ部５の上流側に配置され、流体をホルダ部５に導入する導入部８とからなり、導入部８を経てホルダ部５に至った流体をセンサ流路６とバイパス流路４とに分流して、この流体の分流比とセンサ流路６を流れる流体の流量検出情報とに基づいて導入流体の全量を検出するようにしたものである。
【００１６】前記バイパス流路４は、上流側から順に、内径が均一に形成された大径孔４ａと、内径が下流側ほど狭くなるように形成されたテーパ孔４ｂと、内径が均一に形成された小径孔４ｃとからなる。
【００１７】前記ホルダ部５の内部には、前記バイパス流路４と、このバイパス流路４に連通し、かつバイパス流路４の上流側に形成された上流空間９と、前記バイパス流路４に連通し、かつバイパス流路４の下流側に形成された下流空間１０とが設けられている。
【００１８】前記上流空間９は、連通流路１１を介して前記センサ流路６の上流部に連通しており、前記下流空間１０は、連通流路１２を介して前記センサ流路６の下流部に連通している。
【００１９】前記上流空間９内には、後述するベローズ部材２２と、同じく後述する邪魔板２４とが配置されている。また、前記下流空間１０の下流部には、前記制御バルブ３への流体の導出口１３が形成されている。
【００２０】前記バイパス流路４内には、バイパス流路４を流れる流体を層流とするためのバイパスブロック１４が設けられている。このバイパスブロック１４は、上流側から順に、外径が均一に形成された大径部分１４ａと、外径が下流側ほど細くなるように形成されたテーパ部分１４ｂと、外径が均一に形成された小径部分１４ｃとからなる。
【００２１】図３（Ａ）および（Ｂ）は、前記バイパスブロック１４の構成を概略的に示す側面図および正面図である。前記バイパスブロック１４の上流端部の外周には、この外周を三等分する位置に、突起状の三つのガイド体１５、１５、１５が設けられており、また、バイパスブロック１４の下流端部の外周には、この外周を三等分する位置に、突起状の三つのガイド体１６、１６、１６が設けられている。そして、前記ガイド体１５、１５、１５がバイパス流路４の大径孔４ａ内面に当接し、前記ガイド体１６、１６、１６がバイパス流路４の小径孔４ｃ内面に当接することにより、バイパスブロック１４の軸芯を常に前記テーパ孔４ｂの軸芯と一致させた状態でバイパスブロック１４を位置調整することが可能となっている。
【００２２】前記バイパスブロック１４は、その下流側に設けられたコイルスプリング１７によって、上流側に付勢されている。
【００２３】前記流量センサ部７は、たとえば一対の感熱センサ（図示せず）を有しており、この感熱センサによって検出されたセンサ流路６での流体の瞬時流量が、ブリッジ回路（図示せず）で電気的な流量検出信号に変換されて、増幅回路（図示せず）から出力され、これが流量測定信号として、比較制御回路（図示せず）に入力される。そして、この比較制御回路からの制御信号に基づいて、前記制御バルブ３は弁開度を調整し、流体の流量を制御するように構成されている。
【００２４】前記導入部８は、上流側からの流体を前記ホルダ部５の上流空間９に送るための導入流路１８と、下流部にバイパスブロックを下流側へと付勢するための付勢手段１９と、この付勢手段１９を導入部８の外側から操作するための操作手段２０とからなる。
【００２５】導入部８の下流部に設けられる前記付勢手段１９は、ほぼ棒状の棒部材２１と、この棒部材２１を保持するベローズ部材２２とからなる。前記棒部材２１は、その軸芯が、前記バイパスブロック１４の軸芯と同一直線上に位置するように、前記バイパスブロック１４の上流側に配置されている。そして、棒部材２１の上流端部２１ａは滑らかな曲面に形成されており、また、棒部材２１の下流端部は大径の頭部分２１ｂとなっている。さらに、この頭部分２１ｂの周縁部分から上流側に向けて前記ベローズ部材２２が連設されており、このベローズ部材２２の上流端は、導入部８の下流面に連設されている。
【００２６】前記操作手段２０は、先端がテーパ状に形成されたスクリュウ２３と、このスクリュウ２３の他端に設けられたハンドル部（図示せず）とからなる。前記スクリュウ２３は、その先端の下流側が、前記棒部材２１の上流端部２１ａに当接可能となるように配置されている。また、前記ハンドル部の周辺には、ハンドル部を回動操作する際の目安となる目盛りが形成されている。
【００２７】次に、上記の構成からなる流量検出機構Ｄの動作について説明する。流量検出機構Ｄ内に導入された流体は、まず、導入部８の導入流路１８を経てホルダ部５の上流空間９内に至り、上流空間９内に設けられた邪魔板２４に当たって拡散され、一部はセンサ流路６へ、残りはバイパス流路４へと向かう。そして、センサ流路６およびバイパス流路４を経た流体は、ホルダ部５内の下流空間１０内で混合され、導出口１３から制御バルブ３へと導出される。
【００２８】なお、上述したように、バイパス流路４内にはバイパスブロック１４が配置されており、バイパス流路４内を通る流体は、バイパスブロック１４の外周面とバイパス流路４の内周面との間に形成される隙間を通ることとなる。そして、前記バイパスブロック１４をその軸芯方向に位置調整することによって、バイパス流路４を通る流体の流量を調整することが可能である。
【００２９】前記バイパスブロック１４は、常に、前記コイルスプリング１７によって上流側へ付勢され、かつ前記付勢手段１９が上流面に当接している状態となっている。なお、バイパスブロック１４は、前記ガイド体１５および１６によってガイドされながら、バイパス流路４内を移動する。そのため、バイパスブロック１４の移動は、バイパス流路４の軸芯方向にのみ行われ、かつバイパス流路４の軸芯とバイパスブロック１４の軸芯とが常に同一直線上にあるように行われる。
【００３０】前記バイパスブロック１４の位置調整は、付勢手段１９を操作手段２０で操作することによって行われる。すなわち、操作手段２０のスクリュウ２３が、付勢手段１９の棒部材２１に当接していない状態では、棒部材２１はその可動範囲において最も上流側に位置することになり、バイパスブロック１４もその可動範囲において最も上流側に位置することになる。その状態では、バイパスブロック１４の外周面とバイパス流路４の内周面との間に形成される隙間は最も大きくなり、従って、バイパス流路４を流れる流体の流量も最も大きくなる。
【００３１】そして、操作手段２０のハンドル部を回動操作して、スクリュウ２３をその先端方向へ前進させると、スクリュウ２３先端の下流側の面が、付勢手段１９の上流端部２１ａを下流側へ付勢するようになる。なお、前記上流端部２１ａは、その先端側ほど細くなるテーパ状に形成されていることから、スクリュウ２３の先端が棒部材２１の上流端部２１ａに当接する範囲において、スクリュウ２３の先端方向への移動量に比例して、棒部材２１ひいてはバイパスブロック１４が下流側へ移動することになる。そして、バイパスブロック１４が下流側に移動するほど、バイパスブロック１４の外周面とバイパス流路４の内周面との間に形成される隙間は小さくなり、従って、バイパス流路４を流れる流体の流量も小さくなっていく。
【００３２】なお、前記棒部材２１が下流側へ移動する際に、棒部材２１を保持するベローズ部材２２は下流側へ伸びることになる。また、スクリュウ２３を、その先端が上流端部２１ａに当接する位置を越えてさらに先端方向へ前進させても、スクリュウ２３の先端が上流端部２１ａに当接する範囲において、棒部材２１およびバイパスブロック１４が最も下流側へ移動した状態が維持されるだけである。
【００３３】このように操作手段２０を操作することによって、バイパスブロック１４の位置調整を行い、バイパス流路４を通る流体の流量を調整することができる。また、操作手段２０のハンドル部周辺の目盛りを、バイパス流路４を通る流体の流量に関連付けて形成することにより、ハンドル部を用いてより効率よく流量調整を行うことが可能となる。
【００３４】上記の構成からなる流量検出機構Ｄによれば、バイパスブロック１４の位置調整範囲を大きくすればする程に、あるいはテーパ径の異なるバイパスブロック１４に組み変えることで、流量検出機構Ｄのフルスケール流量範囲を拡大することができ、層流素子やエッチングプレートなどを用いる従来の流量検出機構に比較して、生産コストの大幅ダウンが達成される。
【００３５】また、バイパスブロック１４を導入部８の外部から位置調整可能であることから、バイパス流量の微調整ならびに分流比の調整を、ホルダ部５などの分解ならびに再組み立ての煩わしい作業を一切不要にして、短時間で楽に行うことができるから、生産コストのさらなるダウンも達成されるのである。
【００３６】図４は、本発明の第二実施例に係る流量検出機構Ｄ2 の構成を概略的に示す縦断面図である。なお、上記実施例に示したものと同一構造の部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。流量検出機構Ｄ2 の構成および効果は、上記第一実施例のものとほとんど同じであるが、相違点は、前記スクリュウ２３が、スクリュウ２３’となっているとともに、このスクリュウ２３’の操作を電磁弁２５によって行うようにしている点である。
【００３７】前記スクリュウ２３’は、その先端部分が、テーパ状ではなく、先端ほど細くなる段差状に形成されている。そのため、スクリュウ２３’の先端方向への前進に伴って、前記棒部材２１は、下流側へ段階的に移動することになり、前記バイパスブロック１４も、同様に下流側へ段階的に移動することになる。従って、バイパスブロック１４の外周面とバイパス流路４の内周面との間に形成される隙間も段階的に小さくなり、バイパス流路４を流れる流体の流量は段階的に小さくなる。このようなことから、前記スクリュウ２３’の先端部分の段差は、バイパス流路４を通る流体の流量に関連付けて形成することが望ましい。
【００３８】前記電磁弁２５は薄型に形成されているため、流量検出機構Ｄ2 の構成をコンパクトなものとすることができる。なお、電磁弁２５に代えて、ピエゾ弁や空圧弁などを用いてもよい。
【００３９】この実施例では、電磁弁２５を設けていることから、たとえばバイパスブロック１４を、外部から自動制御するように構成してもよい。
【００４０】図５は、本発明の第三実施例に係る流量検出機構Ｄ3 の構成を概略的に示す縦断面図である。なお、上記二つの実施例に示したものと同一構造の部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。流量検出機構Ｄ3 の構成および効果は、上記第一実施例のものとほとんど同じであるが、相違点は、前記付勢手段１９が、付勢手段２６となっている点である。
【００４１】前記付勢手段２６は、棒部材２１をベローズ部材２２によって保持するのではなく、棒部材２１をＯリング２７で保持するように構成されている。また、このＯリング２７は、導入部８の下流面から下流側に突出した筒状突起部２７’によって保持される。
【００４２】図６は、本発明の第四実施例に係る流量検出機構Ｄ4 の構成を概略的に示す縦断面図である。なお、上記三つの実施例に示したものと同一構造の部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。流量検出機構Ｄ4 の構成および効果は、上記第一実施例のものとほとんど同じであるが、相違点は、前記付勢手段１９が、付勢手段２８となっている点である。
【００４３】前記付勢手段２８は、棒部材２１をベローズ部材２２によって保持するのではなく、棒部材２１をダイヤフラム２９で保持するように構成されている。
【００４４】上記四つの実施例において、バイパスブロック１４を上流側に戻し付勢させるために、コイルスプリング１７を設けているが、前記付勢手段１９をバイパスブロック１４に直結する形態をとる場合は、コイルスプリング１７は不要である。
【００４５】また、上記四つの実施例では、流量検出機構Ｄの対象として、これをマスフローメータ２と制御バルブ３とからなるマスフローコントローラとしたが、マスフローメータ２の単体を対象として、これに流量検出機構Ｄを装備させる形態をとってもよいのである。
【００４６】上記第二実施例に示したようなスクリュウ２３’を、第一実施例、第三実施例および第四実施例に示した流量検出機構Ｄ、Ｄ3 、Ｄ4 に用いてもよい。
【００４７】上記第三実施例に示したような付勢手段２６や、上記第四実施例に示したような付勢手段２８を、第二実施例の流量検出機構Ｄ2 に用いてもよい。
【００４８】
【発明の効果】上記の構成からなる本発明によれば、生産コストのダウンを図ることができ、また、ホルダなどを分解せずにバイパス流量の広範囲にわたる微調整および分流比の調整を短時間で楽に行うことが可能である流量検出機構を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１２７９６１
【氏名又は名称】株式会社エステック
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月２７日（１９９９．１０．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４２７３
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 英夫
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２４６０１（Ｐ２００１−１２４６０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１１日（２００１．５．１１） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３０５７９５ |
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