JP3299566B2 - 液体用マスフローコントローラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体を対象としたマス
フローコントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、気体の質量流量を制御するため
の従来のマスフローコントローラ５１０を示している。
このマスフローコントローラ５１０は、流入口５１２と
流出口５１４との間に形成されたバイパス５１６と、バ
イパス５１６から分流し且つそれに合流するセンサ流路
５１８と、流入口５１２又は流出口５１４の近傍に設け
られた流量調節手段５２０とを有する。センサ流路５１
８は、バイパス５１６と平行に延び、その途中に熱セン
サ５２２が設けられている。流量調節手段５２０は、バ
イパス５１６の下流側に設けられた弁座５２４及び弁頭
５２６を有してなる。弁頭５２６は、ピエゾ素子等のア
クチュエータ５２８により作動される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、液体につ
いて、このようなマスフローコントローラを適用しよう
とするのであるが、上記のマスフローコントローラで
は、通常取付けられる立姿勢において、バイパス５１６
は水平方向に延びるため、液体に混在する気泡がバイパ
ス５１６内に貯留して、次のような問題を生じる。 (1) 気泡がバイパス５１６内に貯留すると、その気泡が
排出されにくい。 (2) 気泡がバイパス５１６内に貯留すると、液体が実際
に流れる流路断面積がその分減少する。そのため、バイ
パス５１６内を通過する液体の質量流量と、センサ流路
５１８内を通過する液体の質量流路の比が狂い、マスフ
ローコントローラを流れる液体の質量流量を正確に測定
することができない。従って、液体の質量流量の制御を
正確に行うことができない。 (3) 気泡がバイパス５１６内に貯留すると、センサ流路
５１８の分流口の流速、及び、センサ流路５１８の合流
口の流速が異なってくる。従って、上記の問題と同様
に、マスフローコントローラを流れる液体の質量流量を
正確に測定することができず、その制御を正確に行うこ
とができない。

【０００４】なお、上記マスフローコントローラ５１０
では、バイパス５１６が鉛直方向に向くように取付ける
こともできるが、その場合には次のような問題を生じ
る。 (1) センサ流路５１８はバイパス５１６と平行であるの
で、熱センサ５２２が配設される空間内では熱対流が生
じ、センサ流路５１８内を流れる液体の質量流量を正確
に測定することができない。 (2) アクチュエータ５２８が横向きに突出するので、マ
スフローコントローラ５１０の取付スペースが大とな
る。

【０００５】本発明の目的は、液体の質量流量を制御す
ることのできるマスフローコントローラを対象とし、液
体に気泡が混在する場合であっても、その質量流量を正
確に測定してその流量を正確に制御することのできるマ
スフローコントローラを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、流入口と流出
口との間に形成されたバイパスと、該バイパスから分離
し且つそれに合流するセンサ流路と、前記流入口又は前
記流出口に設けられた流量調節手段とを有するマスフロ
ーコントローラにおいて、前記バイパスは鉛直方向に延
び、前記センサ流路は全体として前記バイパスの側面に
位置付けられており、水平方向に延び熱センサが設けら
れたセンサ部分と、前記バイパスの上流側から分離して
斜め上方に延び、前記センサ部分の一方の端部に連結さ
れる流路と、前記センサ部分の他方の端部から斜め上方
に延び、前記バイパスの下流側に合流する流路とからな
ることを特徴とする液体用マスフローコントローラによ
り前記課題を解決した。

【０００７】

【作用】液体に気泡が混在することは前述の通りであ
る。本発明のマスフローコントローラは、液体の気泡が
混在する場合であっても、通常取付けられる立姿勢にお
いては、バイパス内において気泡が貯留することなく、
その気泡は鉛直方向に流れ出る。従って、バイパス内を
流れる液体の質量流量とセンサ流路内を流れる液体の質
量流量の比は常に一定に保たれる。これにより、センサ
流路の分流口及び合流口における流速も一定に保たれる
ことになり、液体の質量流量の測定、ひいては、液体の
質量流量の制御を正確に行なうことができる。

【０００８】熱センサは、センサ流路の上流側において
液体に一定の熱量を付与し、センサ流路の下流側におい
て液体の温度上昇を測定することにより、センサ流路に
おける液体の質量流量を測定する。従って、温度上昇を
正確に測定するには熱センサが設けられた空間内の熱対
流を防止しなければならない。

【０００９】本発明ではさらに、バイパスが鉛直方向に
位置付けられたときにも、センサ流路は水平方向に延び
るセンサ部分を有する。このセンサ部分に熱センサを設
けることにより、熱センサが設けられる空間内において
熱対流が防止される。

【００１０】

【実施例】図１乃至図３を参照して本発明によるマスフ
ローコントローラの第１実施例を説明する。図１は、マ
スフローコントローラの断面図を示している。

【００１１】マスフローコントローラ１０は、流入口１
２及び流出口１４を具えたベース本体１６を有してな
る。１８は流入口側継手フランジ、２０は流出口側継手
フランジである。ベース本体１６と流入口側継手フラン
ジ１８との間、ベース本体１６と流出口側継手フランジ
２０との間には、シール材２２，２４及びリテーナ２
６，２８が設けられている。

【００１２】ベース本体１６には、バイパス３０が設け
られている。バイパス３０は、ベース本体１６に２段に
穿設されたバイパス流路３２と、このバイパス流路３２
内に配設されたプラグ３４を有してなる。プラグ３４
は、円筒面、テーパ面及び円筒面が形成された第１プラ
グ３６と、この第１プラグ３６の一部を囲繞する環状の
第２プラグ３８からなる。第２プラグ３８は、バイパス
流路３２に圧入され、第１プラグ３６は、バイパス流路
３２及び第２プラグ３８のそれぞれに圧入されている。
第２プラグ３８は、環状凹所４０及び連通孔４２を有す
る。

【００１３】バイパス３０の上部では、ベース本体１６
に内部シール４４及び弁座４６が取付けられ、その上部
に弁頭４８が配設されている。内部シール４４はその下
面が逆摺り鉢状である。５０は液体の通路である。弁頭
４８は、弁座４６との間に介在するばね５２により上方
に付勢されている。弁頭４８はキャップ５４で覆われ、
その上部にはダイアフラム部分５６を介してアクチュエ
ータ５８が配設されている。アクチュエータ５８は、本
実施例では、ピエゾ素子である。ピエゾ素子５８が通電
されると、弁頭４８はダイアフラム部分５６を介して下
方に付勢される。ピエゾ素子５８の通電・非通電によ
り、弁座４６と弁頭４８との間の隙間が制御される。バ
イパス３０の下流側に流れ出る液体は、弁座４６に形成
された孔５０、弁座４６と弁頭４８の隙間、弁座４６に
形成された他の孔６０を通じて、流出口１４に向って流
れる。

【００１４】図２に示されるように、マスフローコント
ローラ１０は、センサ流路６２を有する。センサ流路６
２は、全体としてバイパス３０の側面に位置付けられて
おり、水平方向に延び熱センサ７４が設けられたセンサ
部分７２と、バイパス３０の上流側から分離して斜め上
方に延び、センサ部分７２の一方の端部に連結される流
路と、センサ部分７２の他方の端部から斜め上方に延
び、バイパス３０の下流側に合流する流路とからなる。
センサ流路６２は、バイパス流路３２において、第１プ
ラグ３６の円筒面に対応する位置に上流側分流口６４
と、第２プラグ３８の環状凹所４０に対応する位置に下
流側合流口６６を有する。分流口６４と合流口６６は同
じ位相で設けられている。センサ流路６２は、熱センサ
ケース６８内に延びている。センサ流路６２は、図３に
示されるように、熱センサケース６８内の空間７０にお
いて、センサ部分７２を有する。熱センサ７４は、この
センサ部分７２に設けられている。

【００１５】次に動作を説明する。マスフローコントロ
ーラ１０は、図１に示す立姿勢で固定される。バイパス
３０は鉛直方向に延びる。液体は流入口１２からバイパ
ス３０に流れ込む。液体の一部はバイパス流路３２を流
れる。液体の一部は、分流口６４及び合流口６６を介し
てセンサ流路６２を流れる。バイパス流路３２とセンサ
流路６２との質量流量は、プラグ３４により一定に保た
れる。センサ流路６２に流入した液体は、熱センサ７４
により上流側において一定の熱量を付与される。そし
て、下流側において液体の温度上昇が測定される。熱セ
ンサ７４はセンサ部分７２に設けられているので、熱対
流による測定誤差が最小限に抑えられる。測定された液
体の質量流量に基づき、アクチュエータ５８の作動によ
って液体の質量流量が制御される。液体に混在する気泡
は、上流側から下流側に向って液体とともに流出口１４
から排出される。

【００１６】図４は、本発明によるマスフローコントロ
ーラの第２実施例を示している。本実施例のマスフロー
コントローラ１１０は、流出口１１４の部位に特徴があ
る。流出口１１４は、キャップ１５４に設けられてい
る。１１５は継手である。このように、できる限り上方
に流出口１１４を設けることにより、マスフローコント
ローラ１１０内に貯留する気泡を排出しやすくすること
ができる。

【００１７】次に、図５は、本発明によるマスフローコ
ントローラの第３実施例を示している。本実施例のマス
フローコントローラ２１０は、図１乃至図３のマスフロ
ーコントローラにおけるプラグの変更例を示したもので
ある。

【００１８】次に、図６は、本発明によるマスフローコ
ントローラの第４実施例を示している。本実施例のマス
フローコントローラ３１０は、図４のマスフローコント
ローラにおけるプラグの変更例を示したものである。

【００１９】図５及び図６のプラグ２３４，３３４は、
積層状のバイパスディスク２３６，３３６とナット２３
８，３３８とを有してなる。センサ流路の分流口はバイ
パスディスク２３６，３３６の上流側に、センサ流路の
合流口はナット２３８，３３８の下流側に形成される。
ナット２３８，３３８は、周方向に均等に形成された孔
２４０，３４０を有する。液体は、バイパスディスク２
３６，３３６の内部から外部に滲み出て、バイパスディ
スク２３６，３３６とベース本体２１６，３１６との間
を流れ、孔２４０，３４０を通じてナット２３８，３３
８の内部に流れ込む。その他の構成は、第１実施例又は
第２実施例と同じである。

【００２０】図７は、本発明によるマスフローコントロ
ーラの第５実施例を示している。本実施例のマスフロー
コントローラ４１０は、ベース本体４１６の下方に流入
口４１２を、その上方に排出口４１４を有する。４３０
はバイパス、４３６はバイパスディスク、４３８はナッ
トである。排出口４１４はバイパス４３０の上方に形成
され、これらの間に、弁座４４６、弁頭４４８及びアク
チュエータ４５８が横向きに設けられている。センサ流
路（図示せず）は、第１乃至第４実施例と同じように、
水平方向に延びるセンサ部分（図示せず）を有し、この
センサ部分に熱センサが設けられている。本実施例のマ
スフローコントローラ４１０では、流入口４１２と排出
口４１４との間において、下流側が必ず水平方向又は上
方向に向うので、マスフローコントローラ４１０内に気
泡が存在することを皆無にすることができる。なお、図
示されたマスフローコントローラでは、排出口４１４側
の継手４１５がベース本体４１６の側面に設けられてい
るが、これを上面に設けることができることはいうまで
もない。

【００２１】

【発明の効果】本発明のマスフローコントローラは、通
常の立姿勢では、バイパスが鉛直方向に延びる。従っ
て、液体に気泡が混在する場合であっても、気泡はバイ
パスから容易に排出される。バイパスから気泡を常時排
出することで、バイパス内を流れる液体の流路断面積を
一定に保つことができるとともに、センサ流路の分流口
及び合流口における液体の流速を一定に保つことができ
る。その結果、センサ流路を流れる液体の質量流量を正
確に測定することができ、測定結果を流量調節手段にフ
ィードバックすることにより、マスフローコントローラ
内を流れる液体の質量流量を正確に制御することができ
る。

【００２２】本発明では、さらに、センサ流路中の質量
流量測定部分、すなわち、熱センサが設けられているセ
ンサ部分が水平方向に延びることになるので、この熱セ
ンサが配設される空間内における熱対流を防止して、マ
スフローコントローラ内を流れる液体の質量流量を正確
に測定して、その質量流量を正確に制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液体用マスフローコントローラの
第１実施例の断面図である。

【図２】図１のベース本体の後半分の断面図である。

【図３】図２の３−３線断面図である。

【図４】本発明による液体用マスフローコントローラの
第２実施例の断面図である。

【図５】本発明による液体用マスフローコントローラの
第３実施例の断面図である。

【図６】本発明による液体用マスフローコントローラの
第４実施例の断面図である。

【図７】本発明による液体用マスフローコントローラの
第４実施例の断面図である。

【図８】従来の液体用マスフローコントローラの断面図
である。

【符号の説明】

１０，１１０，２１０，３１０，４１０ マスフローコ
ントローラ １２，１１２ ４１２ 流入口 １４，１１４，４１４ 流出口 １６，２１６，３１６，４１６ ベース本体 ３０，１３０，４３０ バイパス ３２ バイパス流路 ３４，２３４，３３４ プラグ ４６，４４６ 弁座 ４８，４４８ 弁頭 ５８，４５８ アクチュエータ ６２ センサ流路 ６４ 分流口 ６６ 合流口 ７０ 熱センサが配設される空間 ７２ センサ部分 ７４ 熱センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入口と流出口との間に形成されたバイ
   パスと、該バイパスから分離し且つそれに合流するセン
   サ流路と、前記流入口又は前記流出口に設けられた流量
   調節手段とを有するマスフローコントローラにおいて、 前記バイパスは鉛直方向に延び、前記センサ流路は全体として前記バイパスの側面に位置
   付けられており、水平方向に延び熱センサが設けられた
   センサ部分と、前記バイパスの上流側から分離して斜め
   上方に延び、前記センサ部分の一方の端部に連結される
   流路と、前記センサ部分の他方の端部から斜め上方に延
   び、前記バイパスの下流側に合流する流路とからなる こ
   とを特徴とする、 液体用マスフローコントローラ。