JP3427183B2 - マウスを用いた流量計及びマスフローコントローラの校正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管内を流れる流体
の流量を計測する流量計、及び液体や気体の流量を所定
の値に制御するマスフローコントローラの校正方法に関
し、特にパソコンにおいて広く用いられているマウスを
用いることにより安価な装置によって流量を計測し、ま
たマスフローコントローラの校正を行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】精密かつ少流量の流速測定とマスフロー
コントローラの校正には、従来大別して３つの方法があ
る。即ち、気体には主に石鹸膜流量計が用いられ、液体
にはメスシリンダーやメスピペットを用いる方法、及び
重量測定による方法がある。

【０００３】前記石鹸膜流量計は、精密に検量されたガ
ラス管内に薄い石鹸膜を張り、この石鹸膜の片側から一
定量のガスを流し、単位時間内に石鹸膜がガラス管内を
移動する距離からその容積を校正する装置である。この
ような校正方法では、石鹸膜の位置は人の目で確認する
こととなるため個人差が避けられない。また石鹸膜を用
いる関係上、大流量マスフローコントローラの校正には
不向きであり、マスフローコントローラーの流量レンジ
に合わせてガラス管を取り替えなければならない等の煩
わしさがある。

【０００４】また、メスシリンダーやメスピペットを用
いる方法では、指定体積の液体が入るまでの時間を計
り、流速を計算する。この方法は液面の位置を人の目で
読み取ることとなるため、誤差が避けられない。おおよ
その体積流量を得ることはできるが校正には不向きであ
る。

【０００５】一方、精密かつ少流量液体用のマスフロー
コントローラの校正には、重量測定方法が用いられてき
た。この方法は単位時間内に流れた目的の液体の重さを
電子天秤で計り、目的の液体の比重から換算して体積流
量を計算する方法である。この方法を用いる装置は通常
マスフローコントローラの製造者が所有し使用し、特に
出荷製品の校正に使われているものであって、一般の使
用者はこの校正方法を実施するシステムを構築するには
困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】また、管内を流れる流
体の速度を管の外部から測定する手段として、例えば特
開平１１−３０４５６１号公報に示されるように、流体
を透明な管内に導き、管内の流体に泡を導入し、管外に
配置した２個の光学センサにより泡の通過を検出するこ
とによって、流体の流速を検出し流量を計測することが
提案されている。

【０００７】この計測方法によると、大がかりな装置を
用いることなく流量を計測することができる。しかしな
がら、このような計測装置を新たに設計し製造するには
多くの資金が必要となり、また光学センサで得られた出
力を元に正確なデータ処理を行うためのデータ処理装置
や演算装置を新たに設計する必要があり、そのための経
費もかさみ、一般の研究者が気軽に使用することができ
るような流量計測装置とすることはできない。

【０００８】したがって本発明は、極めて安価な装置に
より正確に流量を自動計測することができる流量計及び
マスフローコントローラの校正方法を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、請求項１に係る発明は、発光素子と受光素
子からなる検出器を少なくとも２個備えるマウスにおい
て、各検出器の光軸を横切るように透明管を配置し、透
明管内を通る流体により各受光素子の受光量が変化した
時間差を求め、予め測定した管の内径と、前記両検出器
の光軸間の距離と、前記時間差とにより透明管内を流れ
る流体の流量を計測する手段を備えたことを特徴とする
マウスを用いた流量計としたものである。

【００１０】また、請求項２に係る発明は、前記流体は
透明な流体であり、前記各受光素子は透明管内の流体が
前記光軸を横切ることにより受光量が増加することを検
出する請求項１記載のマウスを用いた流量計とそたもの
である。

【００１１】また、請求項３に係る発明は、前記流体は
不透明な流体であり、前記各受光素子は透明管内の流体
が前記光軸を横切ることにより受光量が減少することを
検出する請求項１記載のマウスを用いた流量計としたも
のである。

【００１２】また、請求項４に係る発明は、請求項１記
載のマウスをマスフローコントローラの校正に用いるこ
とを特徴とするマスフローコントローラの校正方法とし
たものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に沿って説
明する。本発明による流量計は、研究者等が日常的に使
用しているパソコンで用いられているマウスを改造する
ことにより、マウスのデータ処理機能、マウスと接続さ
れているパソコンのマウスデータ処理機能を用いること
により安価な流量計を構成するものである。また、本発
明によるマスフローコントローラの校正方法は、そのよ
うなマウスを用いた流量計測手段をを用いてマスフロー
コントローラの校正を行うものである。以下、本発明に
よるマウスを用いた流量を計測する手段について説明す
る。

【００１４】パソコンに用いられているマウスの多くの
ものは、例えば図５に示すようなパソコン本体３１に接
続され、同様にパソコン本体３１にはキーボード３２，
ディスプレイ３３等が接続される。このパソコンの利用
者は、キーボードを操作することにより、また画面に表
示されたアイテムや機能表示部をマウス３０を操作して
画面上のカーソルを移動させ、指示入力を行うことによ
りこのパソコンを使用することができるようになってい
る。

【００１５】このようなマウス３０の内部を見ると、例
えば図６にマウス３０の裏蓋を取り除いた図から明らか
なように、その中心部にボール受け３５に支持されてそ
の内部で自由に回転することができるボール３６を備
え、このボール３６に対して常に接触して回転すること
ができるように配置された互いに直角方向に延びる第１
回転軸３７，及び第２回転軸３８を備え、各回転軸３
７，３８の端部に放射状に延びるスリットを形成した第
１回転板４０，及び第２回転板４１を固定している。

【００１６】各回転板を挟むように、各々２対の発光素
子及び受光素子を設けており、例えば第１回転軸３７の
端部に固定されている第１回転板４０に対しては、第１
発光素子４２と第１受光素子４３の組からなる第１検出
器２９、及び第２発光素子４４と第２受光素子４５の組
からなる第２検出器３９が第１回転軸３７の軸線を中心
として両側に位置して固定されている。同様に、第２回
転板４１に対しては第３発光素子４６と第３受光素子４
７の組からなる第３検出器５４、及び第４発光素子４８
と第４受光素子４９の組からなる第４検出器５５が第２
回転軸３８の軸線を中心として両側に固定されている。

【００１７】その他このマウス３０内には、受光素子で
得られたデータを処理するマイクロプロセッサ５０を回
路基板５１上に設け、利用者が指でオンオフ操作する右
側スイッチ５１及び左側スイッチ５２を備え、更に接続
コード５３のためのコード接続部５４等、種々の部材を
備えている。このような構成からなるマウスは大量生産
品であり、多くの高機能部品からなるにも関わらず極め
て安価に販売されている。

【００１８】上記のようなマウスには特に前記のような
多くの発光素子と受光素子の組が存在し、例えば図７に
示すような回路構成により、１つのスリット付きの回転
板に対して各々２つの検出器が配置されてマウスの回路
が形成されている。同図において例えば第１回転板４０
に対しては前記図６に対応して、第１受発光素子４２と
第１受光素子４３が対向し、第２発光素子４４と第２受
光素子４５が対向しており、第１受光素子４２及び第２
受光素子４５の検出信号はマイクロプロセッサ５０に入
力される。

【００１９】それにより、ボール３６の回転によって第
１回転板４０が回転するとき、回転板４０に形成した多
数のスリット３９のうちの一つが発光素子と受光素子間
に位置するとき、発光素子からの光が対向する受光素子
によって受光され、これを検出することができる。ま
た、スリットの形成されていない部分がこの位置に回転
しすると、発光素子から受光素子への光路を遮断するの
でスリットが通過したことを検出することができる。第
２回転板４１側の発光素子と受光素子の組においても同
様に作用しており、両回転板の回転状態を検出すること
により、マウスのＸ−Ｙ軸平面の移動状態を検出するこ
とができるようになっている。

【００２０】これらの受光素子の信号は全てマイクロプ
ロセッサ５０で処理され、マウスの移動に応じた信号を
出力し、パソコン本体ではその移動を画面上のカーソル
の位置データに変換してカーソルの移動処理を行い、更
にマウスから左右のスイッチ信号が入力されたときに
は、そのときの状況に応じた所定の処理を行うようにし
ている。

【００２１】本発明においては、上記のような構成をな
す従来のマウスを用いて流量測定を行うものであり、例
えば図１に示すような装置を構成する。即ち、前記図６
に示すものと同様にマウス１の裏蓋を外した状態におい
て、図示実施例においては第１回転板２に平行にガラス
等の透明管３を配置し固定している。この透明管３は、
第１発光素子４と第１受光素子５で構成される第１検出
器６の光軸、及び第２発光素子７と第２受光素子８で構
成される第２検出器９の光軸にその中心が位置するよう
に配置する。このとき、第１回転板２は、そのスリット
が前記各光軸に一致するように回転した状態で固定す
る。このとき回転板のスリットが両光軸のうちのいずれ
かを遮らざるを得ないときには、この第１回転板２を取
り除く。更に、第１回転板２の存在により透明管３を配
置するスペースが存在しない場合も、適宜この第１回転
板を取り除く。なお、このマウスには前記従来のものと
同様に第３検出器１２、第３検出器１３、ボール１４等
を備えている。

【００２２】また、透明管３を上記のように配置する
際、透明管３がガラス管等の剛性を有する管の場合で、
マウス１の側壁部１０等が邪魔になるときには、この部
分を適宜削り、透明管３を配置して固定する。なお、本
件発明者が実際に上記のような装置を構成して実験を行
った際には、透明管の内径は０．７ｍｍ、外径は１．２
３ｍｍのガラス管を使用した。

【００２３】上記構成からなるマウスを用いた流量計に
おいて、ガラス等の透明管に透明な被測定流体を流す。
このとき、図２に示すように、透明管３を流れる流体１
１は最初に透明管３の上流側に位置する第１発光素子１
と第２受光素子を結ぶ光軸を遮るように通過する。第１
発光素子４からの光は、透明管３、及び内部の流体１１
を通過し、図示するように第１受光素子５に至る。ま
た、第２発光素子７からの光は、内部が中空な透明管３
を通過し、第２受光素子８に至る。

【００２４】このとき透明管３内を通過する光は、図３
に示すように第１受光素子４からの光が最初に透明管３
の管壁を通り管内部に入るとき、その内部に透明流体１
１が存在するときには両者の屈折率の差が少ないため、
その光はほとんど発散することなく透明管３の次の管壁
に至り、以降図示するように屈折して第１受光素子５に
多くの光が受光される。

【００２５】それに対して第２受光素子８においては、
第２発光素子７からの光が最初に透明管３の管壁を通り
管内部に入るとき、その内部が中空であるので屈折率の
差が大きいため、その光の多くはその境界部分において
図示するように発散する。そのためこの透明管３を通っ
て第２受光素子８に至る光の量は少なくなる。

【００２６】このようにして、透明管３の内部に流体が
存在する場合と存在しない場合とでは受光素子での受光
量に大きな差が生じるので、最初に透明管内に透明な流
体が流れていない状態では受光素子の受光量が少なく、
透明管内部に透明流体が流れているときにはその受光量
が多くなることによって、透明管内におけるこの光軸部
分に透明流体が存在するか否かを検出することができ
る。

【００２７】そのため、図２に示す例においては、透明
管３の内径Ｄが既知であり、第１検出器６と第２検出器
９の光軸の距離Ｌが既知であるとき、第１受光素子５の
受光量が増加した時点を検出し、次いで第２受光素子８
の受光量が増加した時点を検出して、両時間の差ｔを計
測することによりこの透明管３を流れる流体の流量Ｑ
は、 Ｑ＝（Ｌ・πＤ^２）／（４・ｔ） によって
容易に検出することができる。

【００２８】上記の計測に際しては、例えば図４に示す
ように、第１受光素子５と第２受光素子８からの信号に
より受光量検出部２０、２１が受光量の変化を検出し、
信号処理装置２２がこれを所定の信号に変換し、これを
入出力部Ｉ／Ｏ２３からパソコン本体２４の入出力部Ｉ
／Ｏ２５に送信する。これらの受光量検出部２０、２
１、信号処理装置２２、入出力部Ｉ／Ｏ２３はマウス内
のマイクロプロセッサ１５内に設けられる。パソコン本
体２４には前記計算式からなる計算ソフトが組み込ま
れ、キーボード２８から予め前記管内径Ｄ、光軸間距離
Ｌの値を入力しておき、前記マウスからの受光信号によ
り時間差ｔを求めて流量計測処理部２６において流量の
計算を行う。この計算結果はＣＲＴ等の表示装置２７に
表示される。なお、前記マウスの入出力部２３とパソコ
ン本体の入出力部２５間は例えばＰＳ／２、ＲＳ２３２
Ｃ、ＵＳＢ等種々のケーブルにより接続することがで
き、また、赤外線通信、無線ＬＡＮ等によりケーブルを
用いることなく接続することもできる。

【００２９】本発明は上記のように、従来から広く用い
られ、安価に提供されているマウスを用いることにより
容易に流量を計測でき、また、この計測手段を用いて従
来から行われているマスフローコントローラの校正を行
うことができるものであるが、本発明は上記実施例の他
種々の態様で実施することができ、例えばマウスに用い
られる発光素子と受光素子の組のうち、図１における第
３検出素子１２及び第４検出素子を用いて前記と同様の
構成により流量測定装置を構成することもできる。ま
た、測定する流体は必ずしも透明な流体には限らず、不
透明な流体を用いることもでき、その際には受光素子で
の受光量が減少したときに流体が通過したこととして信
号処理を行う。また、従来と同様に流体が継続して流れ
ているときに、間欠的に気体を混入させることにより流
体が流れている途中の状態で流量を測定することができ
る。

【００３０】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、従
来から広く用いられ、安価に提供されているマウスを用
い、その機能構成部分をそのまま利用することにより、
極めて安価な装置によって正確に且つ容易に流量を計測
することができ、また一般のマスフローコントローラの
使用者が簡単にその校正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例においてマウスの裏蓋を取り去
った状態を示す平面図である。

【図２】同実施例における流量測定原理を示す平面図で
ある。

【図３】同実施例において、透明管内に透明な流体が流
れているときと流れていないときの光路を示す図であ
る。

【図４】同実施例におけるシステム構成を示す図であ
る。

【図５】従来から用いられているパソコンの全体構成を
示す斜視図である。

【図６】同パソコンのマウスの裏蓋を外した状態を示す
平面図である。

【図７】同マウスの回路構成図である。

【符号の説明】

１ マウス ２ 第１回転板 ３ 透明管 ４ 第１発光素子 ５ 第１受光素子 ６ 第１検出器 ７ 第２発光素子 ８ 第２受光素子 ９ 第２検出器 １０ 側壁部 １１ 流体 １２ 第３検出器 １３ 第４検出器 １４ ボール

フロントページの続き 特許法第30条第１項適用申請有り １ｔｈ Ａｎｎｕａ ｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＩＥＥＥ−ＥＭＢＳ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｔｏｐｉｃ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｎ ｍｅｄｉｃｉｎｅ ＆ Ｂｉｏｌｏｇｙ Ｏｃｔｏｂｅ ｒ 12−14，2000，Ｌｙｏｎ，ＦＲＡＮＣＥ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/708 G01F 1/00 G01F 25/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と受光素子からなる検出器を少
   なくとも２個備えるマウスにおいて、各検出器の光軸を
   横切るように透明管を配置し、透明管内を通る流体によ
   り各受光素子の受光量が変化した時間差を求め、予め測
   定した管の内径と、前記両検出器の光軸間の距離と、前
   記時間差とにより透明管内を流れる流体の流量を計測す
   る手段を備えたことを特徴とするマウスを用いた流量
   計。
2. 【請求項２】 前記流体は透明な流体であり、前記各受
   光素子は透明管内の流体が前記光軸を横切ることにより
   受光量が増加することを検出する請求項１記載のマウス
   を用いた流量計。
3. 【請求項３】 前記流体は不透明な流体であり、前記各
   受光素子は透明管内の流体が前記光軸を横切ることによ
   り受光量が減少することを検出する請求項１記載のマウ
   スを用いた流量計。
4. 【請求項４】 請求項１記載のマウスをマスフローコン
   トローラの校正に用いることを特徴とするマスフローコ
   ントローラの校正方法。