JP2001133302A - 流量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型の装置によって流路内に流体が流れてい
るか否かあるいはその量を検出し得るようにする。 【解決手段】 流量検出装置は流路内に配置されるシリ
コンダイヤフラム１７を有し、シリコンダイヤフラム１
７は流体貫通孔１９が形成されるとともにピエゾ抵抗体
が設けられたセンサ部１８を有している。流路内を流れ
る流体が流体貫通孔１９を流れるとシリコンダイヤフラ
ム１７のセンサ部１８の歪みに応じてピエゾ抵抗体の抵
抗値が変化し、抵抗値の変化から流路内の流体の流量が
検出される。シリコンダイヤフラム１７は上流側のジョ
イント部１３と下流側のジョイント部１５とを有するハ
ウジング内にガラス台座２１を介して取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流路内に流体が流れ
ているか否かあるいは流路内を流れる流体の流量を検出
する流量検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気圧シリンダなどの空気圧機器を作動
させる場合には、コンプレッサなどの空気圧源からの圧
縮空気を空気圧配管を介して空気圧機器に供給するよう
にしている。空気圧機器に対する圧縮空気の供給と供給
停止とを行うために空気圧配管に切換弁を設けたり、流
量調整を行うために流量調整弁を設けており、切換弁や
流量調整弁の作動によって流路内を流れる空気の流量や
流速を検出するために、流量検出装置が使用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来では流路内を流れ
る空気などの流体の流量を検出するには、流路の途中に
設けた絞りの前後の差圧を利用して流量を求めるように
した絞り流量計などが用いられているが、高い精度で流
速や流量を検出することができないのみならず、検出装
置が大型となってしまうという問題点がある。

【０００４】本発明の目的は、小型の装置によって流路
内に流体が流れているか否かあるいはその量を検出し得
るようにすることにある。

【０００５】本発明の他の目的は、簡単な構造で超小型
の流量検出装置を得るようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の流量検出装置
は、流体貫通孔が形成されるとともにピエゾ抵抗体が設
けられたセンサ部を有するシリコンダイヤフラムを流体
が流れる流路内に配置し、前記シリコンダイヤフラムの
歪みに応じた前記ピエゾ抵抗体の抵抗値の変化によって
前記流路内の流体の流量を検出するようにしたことを特
徴とする。

【０００７】本発明の流量検出装置は、上流側のジョイ
ント部と下流側のジョイント部とを有するハウジング内
にガラス台座を介して前記シリコンダイヤフラムを取り
付けるようにしたことを特徴とする。また、本発明の流
量検出装置は、前記ハウジングに前記シリコンダイヤフ
ラムの過度の歪みを防止する受け筒体を設けたことを特
徴とする。

【０００８】本発明の流量検出装置は、流体を案内する
筒状のノズル本体と、流体貫通孔が形成されるとともに
ピエゾ抵抗体が設けられたセンサ部を有し、前記ノズル
本体の先端に取り付けられるシリコンダイヤフラムと、
前記流体貫通孔に連通する連通孔を有する吸着ノズルと
を有し、前記シリコンダイヤフラムの歪みに応じた前記
ピエゾ抵抗体の抵抗値の変化によって前記流体貫通孔を
流れる流体の流量を検出するようにしたことを特徴とす
る。前記吸着ノズルをシリコン製とするようにしても良
い。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１０】図１は本発明の一実施の形態である流量検
出装置の外観を示す斜視図であり、図２は図１の断面図
である。

【００１１】この流量検出装置１０は空気圧源からの圧
縮空気を空気圧機器に供給するための空気圧流路の上流
側の空気圧配管１１と下流側の空気圧配管１２との間に
組み込まれ、この中を流れる空気の流量を検出したり、
流体が流れているか否かを検出するために使用されてお
り、上流側の配管１１が接続されるジョイント部１３を
有する第１のセンサハウジング１４と、下流側の配管１
２が接続されるジョイント部１５を有する第２のセンサ
ハウジング１６とを有している。そして、これらのセン
サハウジング１４，１６を接合することによって流量検
出装置１０のハウジングが構成され、ハウジングの内部
には配管１１と配管１２とを連通させる連通空間が形成
され、流体は図１および図２において矢印で示す方向に
流れるようになっている。

【００１２】ハウジング内にはシリコンダイヤフラム１
７が配置されるようになっており、このシリコンダイヤ
フラム１７は四辺形のシリコンチップからなり、このシ
リコンチップの一部をエッチング処理により肉薄部を形
成し、その肉薄部によりセンサ部１８が形成されてれ
る。このセンサ部１８の表面の一部に不純物を拡散させ
ることによりピエゾ抵抗体が形成され、このセンサ部１
８には流体貫通孔１９がエッチングにより形成されてい
る。したがって、ハウジング内にシリコンダイヤフラム
１７を組み込むことにより、シリコンダイヤフラム１７
は流路内に配置されて、上流側の配管１１から下流側の
配管１２に向けて、流体貫通孔１９を介して流れること
になる。この流体貫通孔１９の内径はジョイント部１
３，１５の流路の内径よりも小さく設定されている。

【００１３】シリコンダイヤフラム１７は貫通孔を有す
るガラス台座２１により第１のセンサハウジング１４内
に固定されており、シリコンダイヤフラム１７はガラス
台座２１に対して陽極接合によって固定され、ガラス台
座２１は第１のセンサハウジング１４に対して接着剤に
より固定されている。

【００１４】図３はシリコンダイヤフラム１７の表面を
示す平面図であり、センサ部１８には中央部の流体貫通
孔１９を避けて４つのピエゾ抵抗体２２が形成され、こ
れらのピエゾ抵抗体２２は図示しない配線によりホイー
ストンブリッジを形成するように接続されている。第１
のセンサハウジング１４と第２のセンサハウジング１６
の接合部には、図２に示すように、複数本のリード線２
３が取り付けられており、リード線２３とピエゾ抵抗体
２２の接続電極との間には、ワイヤボンディングの技術
により金線などからなるワイヤ２４が接続されている。

【００１５】配管１１，１２の内部の流路に流体を流す
と、その流速つまり流量によってシリコンダイヤフラム
１７のセンサ部１８が弾性変形して歪みが発生する。こ
の歪み量は流体の流量に応じて変化することになり、ピ
エゾ抵抗体２２の抵抗値も変化する。この抵抗値の変化
に応じた電流値を検出することによって、流路内を流れ
る流体の流量を検出することができる。また、流体が流
れているか否かをも抵抗値の変化に応じた電流値を検出
することによって検出することができる。

【００１６】ピエゾ抵抗体２２からの出力電流を増幅す
る増幅回路をシリコンダイヤフラム１７に形成するよう
にても良く、外部に設けられた増幅回路にリード線２３
からの出力信号を送るようにしても良い。

【００１７】このように、空気圧源と空気圧機器との間
に図１〜図３に示す流量検出装置を組み込むことにより
流路内を流れる圧縮空気の流量を検出したり、流体が流
れているか否かを検出することができる。

【００１８】図４は本発明の他の実施の形態である流量
検出装置を示す図であり、この場合にはそれぞれのセン
サハウジング１４，１６には、それぞれシリコンダイヤ
フラム１７のセンサ部１８が所定量以上変形しないよう
に、ストッパつまり受け筒体２５，２６が一体に設けら
れている。したがって、センサ部１８がその強度不足に
より大きく撓んだ場合にはセンサ部１８が受け筒体に接
触してシリコンダイヤフラム１７の破損が防止される。
それぞれの受け筒体の先端部はピエゾ抵抗体２２を避け
た位置となっており、先端部はセンサ部１８に傷を付け
ないように丸くなっている。センサ部１８の表裏両面に
はそれぞれの受け筒体２５，２６の先端部に対応させ
て、補強用の突部を設けるようにしてもよい。

【００１９】図５は本発明の他の実施の形態である流量
検出装置の外観を示す斜視図であり、図６は図５の断面
図である。

【００２０】この流量検出装置１０はジョイント部１
３，１５の構造を除いて図４に示すものとほぼ同様の構
造となっている。それぞれのジョイント部１３，１５は
ブロック状となっており、ジョイント部１３，１５の外
側面に開口部２７，２８が形成され、それぞれの開口部
にはシール用のＯリングを組み込むための環状の溝２９
が形成されている。したがって、この場合にはそれぞれ
の開口部内に空気圧配管を挿入したり、連通孔が形成さ
れた他のジョイント部に開口部を押しつけることにより
流路を連通させることができる。

【００２１】図７（Ａ）は本発明の他の実施の形態であ
る流量検出装置の外観を示す平面図であり、図７（Ｂ）
は同図（Ａ）の正面図であり、図８は図７に示す流量検
出装置が組み込まれるケースを示す分解断面図である。

【００２２】図７に示すように、この流量検出装置は実
装基板３１に図５に示した流量検出装置を取り付けるこ
とにより形成されており、この実装基板３１には増幅回
路などの信号処理部３２が組み付けられるようになって
いる。

【００２３】図７に示す流量検出装置１０を組み込むた
めのケースは、図８に示すように、上流側の配管１１が
接続されるジョイント部３３と、下流側の配管１２が接
続されるジョイント部３４とを有する箱形のケース体３
５を有し、このケース体３５の開口部はカバー３６によ
り覆われるようになっている。ケース体３５内には図７
に示した実装基板３１が係合するスリット３７が形成さ
れており、スリット３７に実装基板３１を係合させて流
量検出装置をケース体３５内に組み込むことにより、そ
れぞれのジョイント部３３，３４に形成された流路３３
ａ，３４ａの開口部には流量検出装置の開口部２７，２
８が接続されることになる。それぞれの開口部の間には
Ｏリング３８が配置されるようになっており、ピエゾ抵
抗体からの信号を外部に出力するためにリード線３９が
流量検出装置１０に接続されている。

【００２４】図９は本発明の他の実施の形態である流量
検出装置を示す断面図であり、この流量検出装置はＩＣ
やＬＳＩなどの電子部品を真空吸着するための吸着具に
組み付けられている。

【００２５】樹脂などからなる筒状のノズル本体４１の
先端部には、図２および図３に示したものと同様のシリ
コンダイヤフラム１７が固定され、このシリコンダイヤ
フラム１７の先端にはガラス台座４２を介して吸着ノズ
ル４３が固定されている。シリコンダイヤフラム１７に
は、その表面にピエゾ抵抗体を形成した後にフレキシブ
ルつまり可撓性を有するプリントシート４４が接合され
るようになっており、このプリントシート４４に固定さ
れたガラスや樹脂からなる筒体４５をノズル本体４１内
に嵌合することにより、シリコンダイヤフラム１７はノ
ズル本体４１に固定される。なお、符号４６は配線用の
コンタクトであり、予めノズル本体４１に取り付けてお
くことにより、筒体４５をノズル本体４１内に挿入する
ことによってセンサ部１８の接続電極にコンタクト４６
を接続することができる。

【００２６】吸着ノズル４３はシリコンチップをエッチ
ング処理することにより形成されており、ガラス台座４
２に対しては陽極接合により固定され、シリコンダイヤ
フラム１７も陽極接合によりガラス台座４２に接合され
る。

【００２７】このように、吸着ノズル４３の近傍にシリ
コンダイヤフラム１７を設けることにより、流路内にお
ける流体の流通抵抗に起因した流量検出遅れを低減させ
ることができる。電子部品を吸着して搬送するときに
は、吸着ノズル４３が電子部品に接触することになる
が、吸着ノズル４３とシリコンダイヤフラム１７との間
にはガラス台座４２が設けられているので、吸着ノズル
４３に加わる衝撃はガラス台座４２により吸収されて、
シリコンダイヤフラム１７に衝撃力が加わることを防止
できる。

【００２８】図１０（Ａ），（Ｂ）は吸着ノズル４３を
示す図であり、中央部には矩形の連通孔４７が形成され
ており、これに連通させて先端側には角錐形状の凹部４
８が形成されている。

【００２９】図１０（Ｃ），（Ｄ）は他のタイプの吸着
ノズル４３を示す図であり、この吸着ノズル４３には十
字形状の連通孔４７ａが形成されている。この十字形状
の連通孔４７ａは吸着ノズル４３の先端部に蒸着膜を設
けることによって形成されている。

【００３０】図１１および図１２は、図９と同様に電子
部品を真空吸着するための吸着具に適用するための流量
検出装置を示す図であり、図１１（Ａ）は断面図であ
り、同図（Ｂ）は平面図であり、同図（Ｃ）は底面図で
あり、図１２は分解断面図である。

【００３１】この流量検出装置１０は基部５１とシリコ
ンダイヤフラム１７と吸着ノズル４３とを有しており、
基部５１は板状のシリコンチップからなり、図１１
（Ｂ）に示すように４つの連通孔５２が形成され、基板
４１の表面にはパイレックスガラスからなる突起部５３
が陽極接合されている。シリコンダイヤフラム１７はシ
リコンチップの表面にSiN などを蒸着し、その表面にピ
エゾ抵抗体を成膜することにより膜状のセンサ部１８が
形成される。その後、背面側に異方性エッチングによっ
て凹部を形成してセンサ部１８を残す。これにより、こ
の凹部と突起部５３との間に流路が形成されることにな
る。センサ部１８に形成される流体貫通孔１９は中心部
に１つ設けるようにしても良く、複数個設けるようにし
ても良い。

【００３２】図１１に示すように、シリコンダイヤフラ
ム１７のセンサ部１８を膜状に形成すると、その厚みを
調整することによって広い範囲について流量検出を行う
ことができるとともに、過流量が流れても破壊しないよ
うな厚みのシリコンダイヤフラム１７とすることかでき
る。

【００３３】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。

【００３４】たとえば、本発明の流量検出装置は圧縮空
気や負圧の流れを検出するためのみならず、油圧などの
液体の流量を検出するために使用するようにしても良
い。また、シリコンダイヤフラムはステンレス製のダイ
ヤフラム基板に薄膜抵抗を蒸着することにより形成する
ようにしても良い。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、流路内に流体が流れて
いるか否かあるいは流れている流体の流量をシリコンダ
イヤフラムによって高精度に検出することができる。シ
リコンダイヤフラムに形成したピエゾ抵抗体の抵抗値の
変化によって流体の流れを検出するようにしたので、流
量検出装置を小型化することができる。吸着ノズルにシ
リコンダイヤフラムを取り付けることによって、吸着ノ
ズル内の流れを迅速に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である流量流量検出装置
の外観を示す斜視図である。

【図２】図１の断面図である。

【図３】図２に示されたシリコンダイヤフラムの表面を
示す平面図である。

【図４】本発明の他の実施の形態である流量検出装置を
示す断面図である。

【図５】本発明の他の実施の形態である流量検出装置の
外観を示す斜視図である。

【図６】図５の断面図である。

【図７】（Ａ）は本発明の他の実施の形態である流量検
出装置を示す平面図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）の正面
図である。

【図８】図７に示す流量検出装置が組み込まれるケース
を示す分解断面図である。

【図９】本発明の他の実施の形態である流量検出装置を
示す断面図である。

【図１０】（Ａ）は図９に示したシリコンダイヤフラム
を示す断面図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）の底面図であ
り、（Ｃ）は他のタイプのシリコンダイヤフラムを示す
断面図であり、（Ｄ）は同図（Ｃ）の底面図である。

【図１１】（Ａ）は本発明の他の実施の形態である流量
検出装置を示す断面図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）の平
面図であり、（Ｃ）は同図（Ａ）の底面図である。

【図１２】図１１（Ａ）の分解断面図である。

【符号の説明】

１０ 流量検出装置 １１，１２ 配管 １３ ジョイント部 １４ センサハウジング １５ ジョイント部 １６ センサハウジング １７ シリコンダイヤフラム １８ センサ部 １９ 流体貫通孔 ２１ ガラス台座 ２２ ピエゾ抵抗体 ２３ リード線 ２４ ワイヤ ２５，２６ 受け筒体 ２７，２８ 開口部 ３１ 実装基板 ３３，３４ ジョイント部 ３５ ケース体 ４１ ノズル本体 ４２ ガラス台座 ４３ 吸着ノズル ４４ プリントシート ４５ 筒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 正樹 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社コガネイ内 Ｆターム(参考） 2F030 CA10 CC01 CC11 CH05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体貫通孔が形成されるとともにピエゾ
   抵抗体が設けられたセンサ部を有するシリコンダイヤフ
   ラムを流体が流れる流路内に配置し、前記シリコンダイ
   ヤフラムの歪みに応じた前記ピエゾ抵抗体の抵抗値の変
   化によって前記流路内の流体の流量を検出するようにし
   たことを特徴とする流量検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の流量検出装置において、
   上流側のジョイント部と下流側のジョイント部とを有す
   るハウジング内にガラス台座を介して前記シリコンダイ
   ヤフラムを取り付けるようにしたことを特徴とする流量
   検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の流量検出装置に
   おいて、前記ハウジングに前記シリコンダイヤフラムの
   過度の歪みを防止する受け筒体を設けたことを特徴とす
   る流量検出装置。
4. 【請求項４】 流体を案内する筒状のノズル本体と、 流体貫通孔が形成されるとともにピエゾ抵抗体が設けら
   れたセンサ部を有し、前記ノズル本体の先端に取り付け
   られるシリコンダイヤフラムと、 前記流体貫通孔に連通する連通孔を有する吸着ノズルと
   を有し、 前記シリコンダイヤフラムの歪みに応じた前記ピエゾ抵
   抗体の抵抗値の変化によって前記流体貫通孔を流れる流
   体の流量を検出するようにしたことを特徴とする流量検
   出装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の流量検出装置において、
   前記吸着ノズルはシリコン製であることを特徴とする流
   量検出装置。