JP2017215162A - ガス流路構造および流量センサ - Google Patents
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Abstract
Description
一方、ガス流の脈動を軽減させるための手段としてガス流路にバッファを形成した場合には、ガス流路が大きくなり、流量センサを小型のものとして構成することが困難となる、という問題がある。
可撓性隔膜によって区画された第1室および第2室と、当該第1室と当該第2室とを連通させる連通路とによって構成された、当該第1室および当該第2室の各々に順次にガスが流通される一の連続したガス流路を有することを特徴とする。
ガス導入部およびガス排出部を有する筐体を備えており、当該筐体の内部に、前記ガス導入部から前記ガス排出部に至るガス流路を形成するガス流路形成部材と、当該ガス流路に流通されるガスの流量検出手段とが配置されており、
前記ガス流路形成部材は、可撓性隔膜によって区画された第1室および第2室と、当該第1室および当該第2室の両者を連通させる連通路とによって構成された、当該第1室および当該第2室の各々に順次にガスが流通される一の連続したガス流路を形成するものであることを特徴とする。
本発明のガス流路構造は、ガスポンプによって供給されるガスの脈動軽減機能を有するものでであって、可撓性隔膜によって区画された第1室および第2室と、当該第1室と当該第2室とを連通させる連通路とによって構成された、当該第1室および当該第2室の各々に順次にガスが流通される一の連続したガス流路を有する。
また、可撓性隔膜の厚みは、例えば0.3mm以下であることが好ましい。
可撓性隔膜がこのような構成とされていることにより、可撓性隔膜を流通されるガス流の脈動(圧力変動)に追従させて弾性的に変形させることができるため、所期の脈動軽減機能を確実に得ることができる。
このガス流路構造体10は、筐体11の内部空間が可撓性隔膜15によって区画されて形成された例えば互いに同一の大きさの容積を有する第1室S1および第2室S2の2つのガス流過室を有している。図1における12はガス導入部、13はガス排出部である。第1室S1および第2室S2は、可撓性隔膜15に形成された連通孔16により連通されており、これにより、第1室S1および第2室S2の各々に順次にガスが流通される一の連続したガス流路が形成されている(図1における白抜きの矢印はガスの流通方向を示す)。連通孔16は、第1室S1内のガス流通方向下流側の位置に形成されている。
この流量センサ20は、ガス流路形成部材30および当該ガス流路形成部材30を介して供給されるガスの流量検出手段40が筐体21内に配置されて構成されている。
ケーシング本体22には、管状のガス導入用ニップル部23aおよび管状のガス排出用ニップル部24aが互いに近接した位置において同方向(下方向)に延びるよう並んで形成されており、これにより、ガス導入部23およびガス排出部24が形成されている。
カバー部材25における上壁の内面には、後述するガス流路形成部材30におけるガス流過室形成空間部に対応する所定領域を囲んで凹部を形成する突条26が形成されている。
また、シート状パッキン45の下面には、ケーシング本体22におけるガス導入用ニップル部23aおよび管状のガス排出用ニップル部24aと、中板50に形成されたガス導入用開口51およびガス排出用開口52とを気密に接続する筒状部(図示せず)が形成されている。
また、中板50には、ガス流路形成部材30によって形成されるガス導入部23からガス排出部24に至るガス流路に流れるガスの一部をセンサ素子41に供給するためのバイパス流路55が形成されている。バイパス流路55のガス入口56およびガス出口57は、互いに異なる凹部に形成されている。この例では、中板50におけるガス排出用開口52が形成された凹部と連通する凹部にバイパス流路55のガス出口57が形成されており、当該ガス出口57が形成された凹部と連通する凹部にバイパス流路55のガス入口56が形成されている。
ガス流路形成部材30の構成について具体的に説明すると、第1室形成用空間部S1´は、図7(a)に示すように、4つのガス流過室形成用空間部Sa,Sg,Sh,Siに区画されている。中板50におけるガス導入用開口51が形成された凹部に対応する第1ガス流過室形成用空間部Saは、四周が囲まれて他の3つのガス流過室形成用空間部Sg,Sh,Siとは隔離された状態とされている。他の3つのガス流路室形成用空間部Sg,Sh,Siは連通状態とされている。一方、第2室形成用空間部S2´は、図7(b)に示すように、第1室形成用空間部S1´における複数のガス流過室形成用空間部の配置パターンに対応した5つのガス流過室形成用空間部Sb〜Sfに区画されており、各々のガス流過室形成用空間部Sb〜Sfは連通状態とされている。そして、可撓性隔膜32における、第1ガス流過室形成用空間部Saを画成する部分、および、第1ガス流過室形成用空間部Saに縦方向に隣接するガス流過室形成用空間部Sgを画成する部分には、可撓性隔膜32の厚み方向に貫通して延びる連通孔36a,36bが形成されており、これにより、第1室形成用空間部S1´と第2室形成用空間部S2´とを連通させる連通路が形成されている。
可撓性隔膜32の厚みは、上述したように、例えば0.3mm以下であることが好ましい。また、区画壁35の厚みは、例えば0.6mm以下とされていることが好ましい。
図3に示す流量センサにおけるガス流路形成部材(30)が、当該ガス流路形成部材(30)の上方側開口および下方側開口が気密に閉塞されるよう、筐体内に収容されてなるガス流路構造体(以下、「ガス流路構造体A」という。)を作製した。ガス流路構造体60におけるガス流路形成部材(30)の構成を以下に示す。なお、ガス流路構造体60における筐体には、ガス導入用ニップル部を第1ガス流過室に連通するよう設け、ガス排出用ニップル部を第9ガス流過室に連通するよう設けた。
〔ガス流路形成部材(30)〕
材質:シリコーンゴム、デュロメータA硬度:30
寸法:5.7mm×11.4mm×10.2mm(縦方向×横方向×高さ方向)
2層構造、形成されるガス流過室の数:9つ
可撓性隔膜(32)の厚み:0.3mm
区画壁(35)の厚み:0.6mm
連通孔(36a,36b)の開口径:φ2mm
ガス流過室を連通させる連通用開口の開口比:19〜26%の範囲内
形成されるガス流過室(ガス流路)の総容積:約0.4cc(ガスポンプの1周期あたりのガスの引き込み量との差:0.2cc(最大))
各ガス流過室の容積:0.03〜0.06ccの範囲内
図1に示す構成に従って、筐体の内部空間が可撓性隔膜によって第1室および第2室の2つのガス流過室に区画され、可撓性隔膜に第1室と第2室を連通させる連通孔が形成されてなるガス流路構造体(以下、「ガス流路構造体B」という。)を作製した。可撓性隔膜の材質は、シリコーンゴム(デュロメータA硬度:30)であり、厚みは0.3mmである。第1室と第2室は、容積が互いに同一の大きさであって、第1室と第2室の総容積は、約0.4ccである。
上記において作製したガス流路構造体Aを用い、図8に示すようなガス流の脈動測定システムを構築した。図8において、61は流量調整用のニードルバルブ、62はガスポンプ、60はガス流路構造体A、63は圧力計、64はオシロスコープである。ガスポンプ62としては、1周期あたりのガスの引き込み量(押込み量)が約0.2ccであるダイヤフラム式モータポンプを用いた。
この脈動測定システムにおいて、常温常圧環境下にて空気を500cc/minの流量で流通させたときの、ガス流量構造体Aから排出されるガス流の脈動の程度を調べたところ、上記の脈動測定システムにおいて、ガス流路構造体Aを設けない場合におけるオシロスコープ(64)に出力された電圧波形における電圧値のPeak−Peak(最大値と最小値との差)の大きさに対して、電圧値のPeak−Peak(最大値と最小値との差)の大きさを約30〜35%程度低減することができることが確認された。
ガス流路構造体Aに代えて、ガス流路構造体Bを用いたことの他は実験例1と同様にして、ガス流量構造体Bから排出されるガス流の脈動の程度を調べたところ、ガス流路構造体Aを設けない場合における電圧値のPeak−Peak(最大値と最小値との差)の大きさに対して、電圧値のPeak−Peak(最大値と最小値との差)の大きさを約20〜60%程度低減することができることが確認された。
ガス流路構造体Aに代えて、容積が10ccであるバッファをガス流路に設けたことの他は、実験例1と同様にして、ガス流の脈動の程度を調べたところ、ガス流路構造体Aを設けない場合における電圧値のPeak−Peak(最大値と最小値との差)の大きさに対して、電圧値のPeak−Peak(最大値と最小値との差)の大きさを約30%程度低減することができることが確認された。
また、実験例2の結果から明らかなように、少なくとも2つのガス流過室を備えたガス流路構造体であれば、ガス流の脈動軽減効果が得られることが確認された。
11 筐体
12 ガス導入部
13 ガス排出部
15 可撓性隔膜
16 連通孔
20 流量センサ
21 筐体
22 ケーシング本体
23a ガス導入用ニップル部
23 ガス導入部
24a ガス排出用ニップル部
24 ガス排出部
25 カバー部材
26 突条
30 ガス流路形成部材
31 基体
32 隔膜
35 区画壁
36a 連通孔
36b 連通孔
40 流量検出手段
41 センサ素子
42 センサ基板
45 シート状パッキン
46 リブ部
50 中板
51 ガス導入用開口
52 ガス排出用開口
54 突条
55 バイパス流路
56 ガス入口
57 ガス出口
60 ガス流路構造体
61 ニードルバルブ
62 ガスポンプ
63 圧力計
64 オシロスコープ
C1〜C9 ガス流過室
S1 第1室
S1´ 第1室形成用空間部
S2 第2室
S2´ 第2室形成用空間部
Sa〜Si ガス流過室形成用空間部
Claims (5)
- ガスポンプによって供給されるガス流の脈動軽減機能を有するガス流路構造であって、
可撓性隔膜によって区画された第1室および第2室と、当該第1室と当該第2室とを連通させる連通路とによって構成された、当該第1室および当該第2室の各々に順次にガスが流通される一の連続したガス流路を有することを特徴とするガス流路構造。 - 前記第1室および前記第2室の一方または両方が、前記可撓性隔膜の面方向に並ぶ複数のガス流過室に区画されており、各々のガス流過室は、順次にガスが流通されるよう連通状態とされていることを特徴とする請求項1に記載のガス流路構造。
- ガスポンプによって供給されるガス流の脈動軽減機能を有する流量センサであって、
ガス導入部およびガス排出部を有する筐体を備えており、当該筐体の内部に、前記ガス導入部から前記ガス排出部に至るガス流路を形成するガス流路形成部材と、当該ガス流路に流通されるガスの流量検出手段とが配置されており、
前記ガス流路形成部材は、可撓性隔膜によって区画された第1室および第2室と、当該第1室および当該第2室の両者を連通させる連通路とによって構成された、当該第1室および当該第2室の各々に順次にガスが流通される一の連続したガス流路を形成するものであることを特徴とする流量センサ。 - 前記ガス流路形成部材によって形成される前記第1室および前記第2室の一方または両方が、前記可撓性隔膜の面方向に並ぶ複数のガス流過室に区画されており、各々のガス流過室は、順次にガスが流通されるよう連通状態とされていることを特徴とする請求項3に記載の流量センサ。
- 前記流量検出手段が、MEMS式フローセンサ素子を備えていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の流量センサ。
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