JP4079116B2

JP4079116B2 - 流量計

Info

Publication number: JP4079116B2
Application number: JP2004135963A
Authority: JP
Inventors: 達英森沢; 博桃実; 修牧野
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2024-04-30
Also published as: CN1693855A; EP1591760A1; CN100368780C; US7100440B2; JP2005315788A; KR100589845B1; US20050241388A1; KR20060045736A

Description

本発明は流量計に関する。

ＩＣチップを真空吸引保持して搬送するチップマウンタなどでは、真空流路の空気の流れの有無を監視して、ＩＣチップを適正に吸引保持しているか否かを判断する。このような、高速動作が要求されるチップマウンタのヘッドに小型軽量の流量計を搭載して、空気の流れの有無を監視する場合、流量の正確さよりも高速応答性が重要とされる。特許文献１および２では、フローセンサの構造を工夫することで高速応答性を向上させている。
特開平６−６６６１２号公報特開２００３−２４０６１８号公報

しかしながら、いかに高速なセンサを使用しても、流体は慣性を有しているので、流路が遮断されても流量計の中を流れ続けようとし、あるいは、流路が開放されても同じ場所に留まろうとするために、流量計内の被測定流体の流速変化が遅れて検出に遅れが生じるという問題があった。

そこで、本発明は、小型軽量で、応答が速い流量計を提供することを特徴とする。

前記課題を解決するために、本発明による流量計は、底壁と両側の側壁とで構成した上部が開放した溝部を設け、該溝部の両端に前記溝部と外部とを連通する接続部を設けた本体と、平面状をなす第１の面と前記第１の面の反対側の第２の面とを有し、前記第１の面が前記溝部の開放した上部を封止して断面形状が矩形の、被測定流体が流れる測定室を構成する着脱可能な蓋体と、前記蓋体の前記第２の面に密接する回路基板と、前記本体と係合して前記回路基板を被うカバーとからなり、前記接続部は、前記測定室よりも断面積が小さく、前記測定室と直線的に連通する流路を形成し、前記蓋体には、前記測定室に開口するセンサ孔が設けられ、前記回路基板には、前記センサ孔の中に配置され、検出面が前記蓋体の前記第１の面と前記第２の面との間に、または、前記蓋体の前記第１の面と同じ平面上に配置されて前記測定室に臨むようにフローセンサが設けられており、前記センサ孔が前記回路基板によって封止され、前記測定室の前記フローセンサの上流側および下流側に、メッシュ状の網体を、前記本体の前記底壁および両側の前記側壁の内壁面、並びに、前記蓋体の前記第１の面に設けた溝に係合させて固定したものとする。

この構成によれば、流量計の本体の溝部を蓋体で封止して断面形状が矩形の測定室を構成するので、流量計は、被測定流体が流れる外部の配管などに接続するための接続部を測定室の両端に設けながら、接続部の流路よりも断面積の広い矩形断面の、被測定流体が流れる測定室を設けることができる。測定室の断面積を大きくして測定室内の流速を極力遅くすることで、被測定流体の運動エネルギーを小さくして、流路を遮断すると流量計内の被測定流体が速やかに停止するようにできるので、流量計の応答を高速にできる。

また、本発明の流量計において、前記フローセンサの流速を測定する検出面は、前記蓋体の内面よりも外面側に、または、前記蓋体の前記第１の面と同じ平面上に配置されている。

この構成によれば、フローセンサの検出面は、流路遮断時に上流の被測定流体が慣性によって流れ続けようとする方向にないので、慣性による流速変化の遅れが小さく、流量測定の高速応答性に優れる。

また、本発明の流量計は、前記測定室の前記フローセンサの上流側および下流側に、メッシュ状の網体を、前記本体および前記蓋体に設けた溝に係合させて固定している。

この構成によれば、網体により測定室内の被測定流体の流れを整流できる。また、蓋体に溝を設けて網体の一端を係合させているので蓋体と網体との間に隙間がなく、フローセンサの上流に擾乱を生じさせることもない。これにより、精度の高い流量測定ができる。

また、本発明の流量計において、前記接続部は、硬質材料からなる継手部材を有してもよい。

この構成によれば、被測定流体の流路と接続するために継手等と係合する接続部を小型で高強度にすることができ、結果的に流量計を小型軽量にできる。

上述したように、本発明によれば、小型軽量で、応答が速い流量計を提供できる。

図１に、本発明の実施形態である流量計１の外観を、図２に、流量計１の分解した様子を示す。流量計１は、本体２とカバー３とからなるほぼ直方体の外形を有しており、その内部には、合計４枚の網体４と、蓋体５と、第１回路基板６および第２回路基板７とが収納されている。

さらに、流量計１の中心部で短方向に切断した様子を示す図３と、長方向に切断した様子を示す図４とを参照しながら流量計１の構成を詳しく説明する。

本体２は、底壁８に２つの取付穴９を有している。また、本体２は、底壁８と両側の側壁１０とで構成した上部が開放した溝部１１が設けられている。溝部１１の両端付近には、それぞれ２本ずつの長さ方向に直角な細い溝１２が設けられている。さらに、溝部１１の両端に金属製の円形のねじ穴を有する継手部材１３が溝部１１の内部と本体２の外部とを連通させるように成形時に埋め込まれて樹脂成形されている。側壁１０の上端は、外側が溝部１１の上方にさらに延伸してガイド壁１４になっている。両ガイド壁１４の上端には、係止孔１５を有する弾性片１６が突設されている。

カバー３は、側面に凹溝１７が形成され、該凹溝１７の底に前記弾性片１６の係止孔１５に係合する係止突起１８が突設されている

網体４は、溝部１１の断面よりも一回り大きく、溝１２と係合する矩形の形状を有する金属製のメッシュである。

蓋体５は、ガイド壁１４の中に配置され、第１の面が溝部１１の上部の開放部分を封止して断面形状が矩形の被測定流体が流れる測定室１９を構成する。蓋体５の中央には、測定室１９の上部に開口するセンサ孔２０が設けられている。蓋体５の両端近くの測定室１９の内面（第１の面）には本体の溝１２と連なるように細い溝２１が設けられており、溝２１は、網体４の上端に係合するようになっている。

第１回路基板６は、蓋体５の上部で該蓋体５の外面（第２の面）に密接するように配置され、蓋体５のセンサ孔２０を封止している。第１回路基板６の下面には、センサ孔２０の中に配置されるようにフローセンサ２２が設けられている。また、第１回路基板６は、上面にオス型内部コネクタ２３が設けられている。

第２回路基板７は、その下面に第１回路基板のオス型内部コネクタ２３と係合するメス型内部コネクタ２４が設けられている。第２回路基板７には、さらに外部コネクタ２５が設けられており、カバー３に設けたコネクタ穴２６を通して流量計１を外部の制御機器と電気的に接続できるようになっている。

図５に、図４のフローセンサ２２の部分を拡大した様子を示す。フローセンサ２２は、検出面２７に発熱体２８と発熱体２８の前後に測温体２９，３０とが設けられ、測温体２９，３０で被測定流体の温度を測定して発熱体２８の前後の温度差から流速を算定する熱式フローセンサチップである。フローセンサ２２の検出面２７は、蓋体５の内面よりも距離Ｄ（約０．０５ｍｍ）だけ測定室１９の外側に位置するように配置されている。また、センサ孔２０は、フローセンサ２２の、流量計１の長方向の両側に隙間Ｇ（約０．７ｍｍ）ができる大きさである。

以上の構成からなる流量計１は、被測定流体が図１に示す矢印の方向に流れるように、継手部材１３を被測定流体の流路に接続して取付穴９で固定する。被測定流体は、図４に示すように、矢印の方向から継手部材１３に流入し、２枚の網体４を通って整流され、測定室１９を通過し、さらに２枚の網体４を通って継手部材１３を通って流出する。被測定流体の流量は測定室１９を通過している間に、フローセンサ２２によって測定される。これにより、流量計１が接続された流路の遮断と開放とが検出可能になっている。

流量計１は、本体２に上部が開放した溝部１１を設け、溝部１１を蓋体５で封止することで測定室１９を構成したので、測定室１９の一端を外部に拡張するような成形のための抜き型を設ける必要がない。このため、測定室１９の前後に測定室１９よりも細い流路を有する接続部を一体に成形可能であり、接続部の構造に制約されることなく測定室１９を断面積が直方体の流量計１の中で最も大きくなるように矩形の断面形状とすることが可能となっている。これにより、測定室１９の内部での被測定流体の流速を低く抑え、被測定流体の運動エネルギーを小さくできているため、流量計１の外部で流路が遮断されたとき、測定室１９内の被測定流体は、慣性力が小さく速やかに停止する。こうして、流量計１はフローセンサ２２によって速やかに流れの停止を検出することができる。また、流量が瞬間的に増加する場合も、測定室１９内の被測定流体の流体が大きく加速する必要がないので慣性の影響が小さく短時間に定常速度に達することができ、流量計１は被測定流体の速度変化を短時間で検出できる。

また、測定室１９内での被測定流体の流れは場所によって速度が異なり、本体２の底壁８、側壁１０および蓋体５と接する位置では摩擦のためにほぼ停止し、測定室１９の中央で流速が最大となるような流速分布ができる。流速計１では、フローセンサ２２の検出面２７を蓋体５の内面よりもわずかに外側に配置している（蓋体５の内面と同じ平面上でもよい）ので、蓋体５に近く比較的流速の低い被測定流体による熱移動によって流量を計測することになる。このため、流量が瞬間的に変化しても被測定流体の慣性による検出の遅れが少なくなるので高速な応答が得られる。

また、測定室１９の両端付近に、本体２の底壁８、側壁１０および蓋体５に、溝１２および溝２１を設けて、網体４を係合させて固定しているため、測定室１９の内部における被測定流体の流れは、網体４を通過することで整流されてほぼ乱流がない安定した層流となり、流量を高精度に測定することができる。特に、蓋体５と網体４との間に隙間があると、隙間から侵入する被測定流体が不規則な擾乱となり、この擾乱がフローセンサ２２に向かって流れることになるため測定精度を低下させる原因となる。しかし、流量計１は、蓋体５に溝２１を設けて網体４を係合させているので蓋体５と網体４との間に隙間が発生しないためフローセンサ２２付近の流れを乱すことがなく測定精度が高い。

また、流速計１は、流路に接続するための接続部を、本体２を樹脂成形する際に継手部材１３を埋め込むことで一体成形している。硬質材料を精密に加工した継手部材１３を使用したことで、樹脂成形によって接続部を形成するよりも小さく、強度が高く、精密で汎用性の高い接続部の構造が得られている。これにより、流量計１は小型で軽量なものとなっている。このように、継手部材１３を埋め込み成形できるのは、前述したように、本体２に設けた溝部１１と蓋体５とで測定室１９を構成したので測定室１９の両端の接続部に測定室１９を成型するための抜き型を設ける必要がないからである。

図６に、従来の流量計と本実施形態の流量計１とを真空回路の流路中に設置し、瞬間的に流路を遮断したときの応答出力波形の例を示す。流量計１は、流量に比例した電圧を出力し、流量がゼロのときに１Ｖを出力するようになっている。流量計１をチップマウンタに使用してチップ吸引保持を確認する場合、出力電圧が１Ｖのときにチップを適正に保持していると判断する。図示するように、従来の流量計の出力波形である従来例は、空気の慣性の影響で、出力電圧が１Ｖ以下に下がりきるまでにおよそ２８ミリ秒を要しているが、本実施形態の流量計１の出力である実施例は、出力電圧が１Ｖ以下に下がるために要する時間が約３ミリ秒となっており、非常に高速に動作することが確認された。

本発明の流量計は、チップマウンタの高速実装機のみならず、半導体ウエハチャック、薄膜部品の吸着装置、空気ダクトの流量監視、燃料装置の空燃比管理およびフロー制御などにも適用できる。

本発明の実施形態の流量計の斜視図。図１の流量計の分解斜視図。図１の流量計の流れ直角方向断面図。図１の流量計の流れ方向断面図。図４のフローセンサ部分拡大図。本発明の流量計と従来の流量計との出力波形を示すグラフ。

符号の説明

１流量計
２本体
４網体
５蓋体
６第１回路基板
１１溝部
１３継手部材（接続部）
１９測定室
２０センサ孔
２１溝
２２フローセンサ
２７検出面

Claims

底壁と両側の側壁とで構成した上部が開放した溝部を設け、該溝部の両端に前記溝部と外部とを連通する接続部を設けた本体と、
平面状をなす第１の面と前記第１の面の反対側の第２の面とを有し、前記第１の面が前記溝部の開放した上部を封止して、断面形状が矩形の、被測定流体が流れる測定室を構成する着脱可能な蓋体と、
前記蓋体の前記第２の面に密接する回路基板と、
前記本体と係合して前記回路基板を被うカバーとからなり、
前記接続部は、前記測定室よりも断面積が小さく、前記測定室と直線的に連通する流路を形成し、
前記蓋体には、前記測定室に開口するセンサ孔が設けられ、
前記回路基板には、前記センサ孔の中に配置され、検出面が前記蓋体の前記第１の面と前記第２の面との間に、または、前記蓋体の前記第１の面と同じ平面上に配置されて前記測定室に臨むようにフローセンサが設けられており、
前記センサ孔が前記回路基板によって封止され、
前記測定室の前記フローセンサの上流側および下流側に、メッシュ状の網体を、前記本体の前記底壁および両側の前記側壁の内壁面、並びに、前記蓋体の前記第１の面に設けた溝に係合させて固定したことを特徴とする流量計。
前記接続部は、硬質材料からなる継手部材を有することを特徴とする請求項１に記載の流量計。