JP3188375B2 - 層流素子 - Google Patents
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Description
ス部等に用いられる層流素子に関するものである。
851526号公報に示されるものが知られている。こ
の層流素子は、流体がディスク表面に形成した極細の溝
を流れるように構成したものである。このため、流体中
のパーティクル等が詰まりやすく、圧損による測定誤差
の原因となることがある。また、ディスクが複数枚積層
された構成を採るため、ディスク間において流体流路と
なる部分以外の表面積が大きく、ディスク間の隙間に侵
入した流体のパージを行い難く、半導体製造工程に用い
た場合には、コンタミネーションの原因となる。更に、
ディスクが腐食したり汚れたりした場合に、極細の溝の
部分は洗浄し難いという問題点がある。
示される層流素子についても、上記とほぼ同様の問題点
がある上、ディスクの加工が難しいという問題点があ
る。そこで、米国特許第5044199号公報に示され
る層流素子が提供されている。この層流素子は、流体が
重管の内表面を流れる構造である点で、流体が極細溝を
流れる前記層流素子の問題点をある程度改善する。
流素子は筒状のフロー・スプリッターの挿入度合いによ
り圧損を調整する構成であるため、圧損の調整が難し
い。また、一度設定した圧損が、機械的衝撃により容易
に変化する問題点がある。更に、構造が複雑であり、作
成に手間がかかり、コストも上昇するという問題点があ
った。
題点を解決せんとしてなされたもので、その目的は、構
造が簡単であり、作成が容易であり、しかも、適切に圧
損を調整することの容易な層流素子を提供することであ
る。また、他の目的は、パーティクルが詰まり難く、か
つ、洗浄の容易な層流素子を提供することである。
層流素子は、複数のディスクとスペーサとを交互に重ね
て構成した層流素子であって、前記ディスクは、中央部
に穴が穿設された第1の種類のディスクと、周縁部側に
複数の穴が穿設された第2の種類のディスクとからな
り、前記第1の種類のディスクと前記第2の種類のディ
スクとが、前記スペーサを介して交互に配置されている
ことを特徴とする。
のディスクとスペーサとを交互に重ねて構成した層流素
子であって、前記ディスクは、中央部に穴が穿設された
第1の種類のディスクと、周縁部に略半円状の複数の切
欠部が形成された第2の種類のディスクとからなり、前
記第1の種類のディスクと前記第2の種類のディスクと
が、前記スペーサを介して交互に配置されていることを
特徴とする。
のディスクとスペーサとを交互に重ねて構成した層流素
子であって、前記ディスクは、ディスク面の所定径の円
周上に穴が穿設された1種類のディスクであり、このデ
ィスクが前記スペーサを介して重ねられ、前記スペーサ
を介して配置されたそれぞれのディスクの前記穴が不一
致の位置に配されていることを特徴とする。
のディスクとスペーサとを交互に重ねて構成した層流素
子であって、前記ディスクは、中央部に穴が穿設された
第1の種類のディスクと、周縁部側に複数の穴が穿設さ
れた第2の種類のディスクと、周縁部側に複数の穴が穿
設されると共に中央部にも穴が穿設された第3の種類の
ディスクとからなり、前記第1の種類のディスクと前記
第2の種類のディスクとにより入口側と出口側との端面
が構成され、これら前記第1の種類のディスクと前記第
2の種類のディスクとの間に、前記スペーサを介して第
3の種類のディスクが複数交互に配置されていることを
特徴とする層流素子。
ーサが薄肉の幅狭リングにより構成されていることを特
徴とする。
ーサがスター状に延びる脚部を有する薄肉部材からな
り、各ディスクの穴を前記スペーサの脚部が塞がぬよう
に配置されていることを特徴とする。
合わせ方により、穿設された穴のパターンが不一致とな
る複数のディスクを、スペーサを介して前後のディスク
間の穴のパターンが不一致となるように重ね合わせて構
成したことを特徴とする。
うに構成されるので、流体が、第1の種類のディスクの
中央部に穿設された穴から、スペーサによる間隙を介し
て第2の種類のディスクの表面に広がり、この第2の種
類のディスクの周縁部側に穿設された複数の穴へ到りこ
の穴からスペーサによる間隙を介して更に第1の種類の
ディスクの表面に広がる経路を通るようにし、この間に
流体を層流にするように働く。
のように構成されるので、流体が、第1の種類のディス
クの中央部に穿設された穴から、スペーサによる間隙を
介して第2の種類のディスクの表面に広がり、この第2
の種類のディスクの周縁部に形成された略半円状の複数
の切欠部へ到りこの切欠部からスペーサによる間隙を介
して更に第1の種類のディスクの表面に広がる経路を通
るようにし、この間に流体を層流にするように働く。
のように構成されるので、流体が、ディスク面の所定径
の円周上に穿設された穴から、スペーサによる間隙を介
して次のディスクの表面に広がり、このディスクの面の
所定径の円周上に穿設された穴に向かい、この穴からス
ペーサによる間隙を介して更に次のディスクの表面に広
がる経路を通るようにし、この間に流体を層流にするよ
うに働く。
の種類のディスクと前記第2の種類のディスクとにより
構成された入口側と出口側との端面の間において、第3
の種類のディスクの周縁部側に穿設されている複数の穴
から中央部に穿設された穴へ向かうように、流体が流
れ、この間に流体が層流となって行く。
のように構成されるので、流体が薄肉の幅狭リングによ
り構成されているスペーサによる間隙を介して、次のデ
ィスクの表面に広がって流れ、ディスクの表面を有効に
流路に転換させる。
のように構成されるので、スター状の脚部を有するスペ
ーサにより、各ディスク間でそれぞれの穴を連通する間
隙を形成し、流体がこの間隙を介して、次のディスクの
表面に広がって流れ、ディスクの表面を有効に流路に転
換させる。
のように構成されるので、1のディスクの穴から流出し
た流体が、スペーサにより構成される間隙を介して次の
ディスクの穴に直接に入り込むことなく、当該ディスク
面上で広がり、穴へ向かう。この繰り返しにより流体が
層流となる。
係る層流素子を説明する。各図において、同一の構成要
素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。図
1には、本発明の実施例に係る層流素子の分解斜視図が
示されている。本実施例に係る層流素子は、ディスク1
と、これとは種類の異なるディスク3と、ディスク間に
介装されるスペーサ2とにより構成される。図1に示す
2枚のディスク1ー1、1−2と1枚のディスク3とこ
れらディスク間に介装される2枚のスペーサ2ー1、2
−2で基本的な1単位を構成している。ディスク1の面
中央にはやや大径の穴4が穿設され、一方、ディスク3
の面の周縁部側の所定円周上部分には、上記穴4より小
径の4個の穴6a〜6dが一定間隔で穿設されている。
スペーサ2は0.05mm〜0.3mm の薄肉の幅狭リングにより
構成されている。
ィスク3、スペーサ2−1、2−2を重ねたときの、各
穴4−1、4−2、6a〜6dの位置関係を示す断面図
である。この図2及び図1には、矢印により流体の流れ
が示されている。すなわち、流体はディスク1−1の中
央の穴4−1を通りスペーサ2−1により生じる間隙を
介してディスク3の表面に到り、ここで表面を流れて穴
6a〜6dに到る。この穴6a〜6dを通った流体はス
ペーサ2−2により生じる間隙を介してディスク1−2
の表面周縁部側に到達し、ここから中央部に穿設されて
いる穴4−2へ収束するように流れる。これを1単位と
して、必要な単位の素子間で上記の流れが繰り返され
る。
流れが層流であれば、流体素子の両端間の差圧は流体の
体積流量に比例する。そして、レイノルズ数が2000
以下では流れは層流を保つことが知られており、通常は
細いチューブを束ねて層流素子とすることが多い。これ
に対して、本実施例では、スペーサ2により生じる間隙
(0.05mm〜0.3mm )に流体を流して上記細いチューブを
束ねたものの代わりの役割を果たさせている。
流体の流量に応じてその厚さを変更する。つまり、小流
量の場合には、薄いスペーサを用い、大流量の場合は厚
手のスペーサを用いるか更にスペーサを重ねて間隙を大
きくとる。スペーサによる間隙を大きくとると、大流量
に対応できるが、乱流を生じ易くなる。したがって、ス
ペーサにより間隙を大きくとったときには、図1の単位
を多く積層して用いることにより流体流路の長さを長く
し、大きい流量の流体を層流とすることが可能である。
流量センサの構成が示されている。質量流量センサはベ
ース10にセンサ室の筐体11を載置し固定して構成さ
れる。ベースにはバイパス穴12が穿設され、その入口
側では、大径の穴の内壁にネジ13が形成されている。
バイパス穴12の中央部14では、その穴径はディスク
1等の外径に等しく形成され、出口側の径との差により
段部19を生じる。この中央部14に図1の単位を数単
位まとめた層流素子20をセットし、固定ナット15の
ネジ24により層流素子20を押し付け、段部19との
間で固定する。バイパス穴12の入口側から筐体11に
向って連絡穴22が形成され、バイパス穴12の出口側
から筐体11に向かって連絡穴23が形成されている。
ンジ16の装填用の穴に到る。フランジとベース10と
の間はOリング17によりシールされている。フランジ
16にはセンサ管18が貫通固定され、センサ管18は
センサ室19へ至る。センサ室19のセンサ管18の中
央部付近には1対の発熱抵抗体20A、20Bが巻回さ
れ、図示せぬ抵抗とブリッジ回路を構成し、ブリッジ回
路の平衡不平衡に応じて質量流量が検出される。
は、各部品であるディスク1、スペーサ2、ディスク
3、スペーサ2、ディスク1を順次にバイパス穴12に
投入し、固定ナット15により固定することで容易に構
成できる。
解斜視図が示されている。この実施例は、図1の実施例
におけるディスク3に代えてディスク7を採用したもの
である。ディスク7の周縁部には等間隔で4カ所に、略
半円状の切欠部8a〜8dが形成されている。この実施
例においては、流体はディスク1−1の中央の穴4−1
を通りスペーサ2−1により生じる間隙を介してディス
ク7の表面に到り、ここで表面を流れて周縁部の切欠部
8a〜8dに到る。この穴8a〜8dを通った流体はス
ペーサ2−2により生じる間隙を介してディスク1−2
の表面周縁部に到達し、ここから中央部の穴4−2へ収
束するように流れる。これを1単位として、必要な単位
の素子間で上記の流れが繰り返される。
分解斜視図が示されている。この実施例では、ディスク
30の間にスペーサ2を介装する。ディスク30には、
周縁部であって直径上の位置に2個の穴31a、30b
が穿設されている。このディスク30を交互に90度ず
つ回転させてずらし、その間にスペーサ2を介装する。
これを繰り返して層流素子とする。この実施例によって
も、流体はディスク30の表面を流れ層流となる。
分解斜視図が示されている。この実施例は、図1のディ
スク3に代えてディスク50を用い、またスペーサ2に
代えてスペーサ40を用いる。ディスク50には周縁部
に3個の穴が等間隔で穿設されている。スペーサ40は
芯部42からそれぞれ120度の角度をなす脚部41a
〜41cがスター状に延びる。芯部42の中心から各脚
部41の先端までの長さはディスク1、50の半径に等
しい。芯部42の大きさはディスク1の穴4を塞ぐ大き
さはない。ディスク50にスペーサ40を重ねるとき、
脚部41a〜41cが穴51a〜51cに重ならぬよう
に配置する。これを繰り返して層流素子とする。この実
施例によっても流体はスペーサにより生じる間隙により
ディスクの表面を流れ、層流となって行く。
分解斜視図が示されている。本実施例に係る層流素子
は、中央部に穴4−1が穿設された第1の種類のディス
ク1と、周縁部側に複数の穴71a、71b、71c、
・・・が穿設された第2の種類のディスク70と、周縁
部側に複数の穴61a、61b、61c、・・・が穿設
されると共に中央部にも穴61が穿設された第3の種類
のディスク60とを用いて構成される。ディスク1とデ
ィスク70とにより、層流素子の入口側と出口側との端
面が構成され、これらディスク1とディスク70との間
に、夫々スペーサ2−1、2−2、2−3を介して上記
第3の種類のディスク60−1、60−2が配置され
る。図の80により示されるディスク60−1、60−
2とスペーサ2−2との組を必要数重ねることにより所
望の厚さの層流素子を得ることができる。上記におい
て、ディスク1の穴4−1の径は、ディスク60の穴6
1の径と等しいかやや小さく形成されている。また、デ
ィスク60の周縁部側の複数の穴61a、61b、61
c、・・・、ディスク70の周縁部側の複数の穴71
a、71b、71c、・・・は、スペーサ2のリングの
内側に円弧状に複数形成された条溝である。
−1、60−2、ディスク70、スペーサ2−1〜2−
3を重ねて構成した層流素子の断面図が示されている。
この図8には、矢印により流体の流れが示されている。
すなわち、流体はディスク1の中央の穴4−1を通り直
進するが、ディスク70の表面に当たりスペーサ2−3
により生じる間隙を介してディスク70の穴71a、7
1b、71c、・・・から流れ出る。また、流体がディ
スク70の表面に当たることによってスペーサスペーサ
2−2により生じる間隙を介してディスク60−2の周
縁部側の複数の穴61a−2、61b−2、61c−
2、・・・を、また、同様に、スペーサ2−1により生
じる間隙を介してディスク60−1の周縁部側の複数の
穴61a−1、61b−1、61c−1、・・・を流
れ、層流が実現される。
厚みは、0.1mm以下とする。これにより、ディスク1
の中央の穴4−1から、ディスク60−1の周縁部側の
複数の穴61a−1、61b−1、61c−1、・・・
までの距離、ディスク60−2の周縁部側の複数の穴6
1a−2、61b−2、61c−2、・・・までの距
離、ディスク70の穴71a、71b、71c、・・・
までの距離を、スペーサ2−1〜2−3による間隙幅に
対して十分長くとることができ、良好な層流が実現され
る。
スク60−1の周縁部側の複数の穴61a−1、61b
−1、61c−1、・・・、ディスク60−2の周縁部
側の複数の穴61a−2、61b−2、61c−2、・
・・、ディスク70の穴71a、71b、71c、・・
・、更に、中央部の穴4−1、61−1、61−2のコ
ンダクタンスは、ディスク1、60−1、60−2、7
0の間のコンダクタンスより十分大きいため、層流素子
全体での圧損は、各ディスク間で生じる圧損に等しい。
このため、図7の80により示されるディスク60−
1、60−2とスペーサ2−2との組の重ね数を増加さ
せることにより、層流素子全体の流量を増加させること
ができる。
或いは位置は、必要に応じて適宜変更される。但し、デ
ィスク1を多層に重ねても流体はストレートに穴4を通
過するので、層流素子は実現できない。要は、スペーサ
により生じる間隙部分で次のディスクの表面に流体がぶ
つかるが如く流れるように構成されていれば十分という
ことである。つまり、本発明に係る層流素子は、重ね合
わせ方により、穿設された穴のパターンが不一致となる
複数のディスクを、スペーサを介して前後のディスク間
の穴のパターンが不一致となるように重ね合わせて構成
した層流素子である。勿論、この場合の重ね合わせは、
同軸に重ね合わせることを要する。
スクとスペーサとにより層流素子が構成されるので、部
品点数を少なくし、簡単な構成で、容易に層流素子を構
成できる。また、いずれの請求項の発明も、スペーサに
よる間隙により次のディスク表面に流体を流すように働
くので、面全体を使用する構造でありデッドスペースが
少ない。そして、圧損の設定もスペーサの厚みにより容
易に設定でき、また、ディスクとスペーサの枚数の調整
で必要なリニアリイティを確保できる効果を奏する。ま
た、請求項1乃至4に記載の発明に係る層流素子はディ
スク表面に細溝を有さず、このためパーティクル等が詰
まり難く、また洗浄を行い易い構造である。
視図。
図。
た質量流量センサの構成図。
視図。
視図。
視図。
視図。
図。
0 ディスク 2、2−1、2−2、40 スペーサ 4、4−1、4−2 穴 6a〜6d、30a、30b、51a〜51c、60−
1、60−2 穴 8a〜8d 切欠部 41a〜41c 脚部 42 芯部 20 層流素子 61a−1、61b−1、61c−1、・・・ 穴 61a−2、61b−2、61c−2、・・・ 穴 71a、71b、71c、・・・ 穴
Claims (7)
- 【請求項1】 複数のディスクとスペーサとを交互に重
ねて構成した層流素子であって、 前記ディスクは、中央部に穴が穿設された第1の種類の
ディスクと、周縁部側に複数の穴が穿設された第2の種
類のディスクとからなり、 前記第1の種類のディスクと前記第2の種類のディスク
とが、前記スペーサを介して交互に配置されていること
を特徴とする層流素子。 - 【請求項2】 複数のディスクとスペーサとを交互に重
ねて構成した層流素子であって、 前記ディスクは、中央部に穴が穿設された第1の種類の
ディスクと、周縁部に略半円状の複数の切欠部が形成さ
れた第2の種類のディスクとからなり、 前記第1の種類のディスクと前記第2の種類のディスク
とが、前記スペーサを介して交互に配置されていること
を特徴とする層流素子。 - 【請求項3】 複数のディスクとスペーサとを交互に重
ねて構成した層流素子であって、 前記ディスクは、ディスク面の所定径の円周上に穴が穿
設された1種類のディスクであり、 このディスクが前記スペーサを介して重ねられ、前記ス
ペーサを介して配置されたそれぞれのディスクの前記穴
が不一致の位置に配されていることを特徴とする層流素
子。 - 【請求項4】 複数のディスクとスペーサとを交互に重
ねて構成した層流素子であって、 前記ディスクは、中央部に穴が穿設された第1の種類の
ディスクと、周縁部側に複数の穴が穿設された第2の種
類のディスクと、周縁部側に複数の穴が穿設されると共
に中央部にも穴が穿設された第3の種類のディスクとか
らなり、 前記第1の種類のディスクと前記第2の種類のディスク
とにより入口側と出口側との端面が構成され、これら前
記第1の種類のディスクと前記第2の種類のディスクと
の間に、前記スペーサを介して第3の種類のディスクが
複数交互に配置されていることを特徴とする層流素子。 - 【請求項5】 スペーサが薄肉の幅狭リングにより構成
されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか
1項に記載の層流素子。 - 【請求項6】 スペーサがスター状に延びる脚部を有す
る薄肉部材からなり、 各ディスクの穴を前記スペーサの脚部が塞がぬように配
置されていることを特徴とする請求項1または請求項2
に記載の層流素子。 - 【請求項7】 重ね合わせ方により、穿設された穴のパ
ターンが不一致となる複数のディスクを、スペーサを介
して前後のディスク間の穴のパターンが不一致となるよ
うに重ね合わせて構成した層流素子。
Priority Applications (2)
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JP07757695A JP3188375B2 (ja) | 1994-12-12 | 1995-04-03 | 層流素子 |
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JP6-331459 | 1994-12-12 | ||
JP07757695A JP3188375B2 (ja) | 1994-12-12 | 1995-04-03 | 層流素子 |
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