JP4254923B2 - 流量検出装置および流量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定のパネルに取り付けて使用するに好適な流量検出装置および流量制御装置に関する。

例えば半導体の製造工程においては各種のガスが用いられる。この種のガスの供給量を制御するべく、一般的にはガスの供給流路（ガス配管）に流量検出装置や流量制御装置を介挿し、その流量を調節することが行われる。ちなみに流量検出装置は、基本的にはガス配管に介挿される流路を形成したブロック体と、このブロック体に組み付けられて上記流路を通流するガス（流体）の流量を検出する流量センサとを備えて構成される（例えば特許文献１を参照）。また流量制御装置は更に前記ブロック体に前記ガス（流体）の流量を調節する流量調整弁を設けた構造を有し、流体の流量を所望の一定値に一致させるように動作する（例えば特許文献２を参照）。

尚、前記ブロック体が形成した流路の流体導入口側（流路の上流側）には、通常、流量センサの上流に位置して、その流路に導入されるガス（流体）の流れの乱れを防止するための整流器が設けられる。またこのような流量検出装置や流量制御装置には、例えばその筐体の前面板に、上記流量センサを用いて計測した流量値等を表示する表示器や、流量調整弁機構に対する制御パラメータ等を設定するための操作スイッチが設けられる。
特開平１１−１３２８１３号公報 特開２０００−８１９１４号公報

ところでこのような流量検出装置や流量制御装置を所定のパネルに取り付けたいと言う要求がある。
しかしながら特許文献１,２に示されるように、従来一般的な流量検出装置や流量制御装置は、所定の配管の途中に介挿して用いるべく、その流体流入口と流体流出口とが同一軸線上に揃うように互いに逆向きに設けた構造となっているので、上述したパネルへの取付には適さない。即ち、複数台の流量検出装置や流量制御装置を並べて用いようとしても、上記流体流入口および流体流出口に対する配管スペースを確保しなければならないので、これらの流量検出装置や流量制御装置、或いは他のパネル取り付け機器とを互いに近接させて取り付けることができないと言う問題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数台並べて用いる場合であっても互いに近接させて配置することができ、しかも流体流入口および流体流出口に対する配管接続作業や電気的な信号線等の接続作業を容易に行うことのできる取り扱い性に優れた流量検出装置および流量制御装置を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係る流量検出装置は、流体の流入口および流出口を備えて所定の流路を形成すると共に該流路に流れる流体の流量を検出するように流量センサを組み付けた本体と、上記流量センサを介して前記流路を通流する流体の流量を計測する電気回路を搭載した回路基板とを具備し、前記本体および回路基板を略直方体形状（立方体形状を含む）の筐体に内蔵して構成されるものであって、
前記筐体は、その１つの面を表示器および操作スイッチが設けられる前面部とし、この前面部に対向する背面部に前記流路の流入口および流出口を上下に並べて位置付けて前記本体を収容し、
更に前記筐体の内部における前記本体の前記流量センサが組み付けられた側面に前記回路基板を配置すると共に、この回路基板に接続された端子部を前記筐体の背面部における前記流路の流入口および流出口の横に並べて設けたことを特徴としている。

ちなみに前記本体は、前記流路の流入口および流出口の向きを揃えたコの字状の流路、具体的には流入口の軸線と流出口の軸線とがほぼ並行に形成されたコの字状の流路を形成したものであって、
前記端子部は、前記筐体の背面部に前記流路の流入口および流出口と並べて縦向きに配設された外部接続用多極コネクタとして実現することが好ましい。

更に本発明に係る流量制御装置は、上述した構成の流量検出装置における前記流路に、該流路を通流する流体の流量を調節する流量調整弁を設けたものとして実現される。

本発明に係る流量検出装置および流量制御装置は、その本体内部の流路をコの字状に形成し、その流体導入口および流体導出口を箱形の筐体の裏面に向きを揃えて並べて設けると共に、上記流体導入口および流体導出口に並べて電気的な信号線等の接続端子部を上記筐体の裏面に設けているので、複数の流量制御装置を並べて設ける場合であっても、これらの流量制御装置を互いに近接させて配置することができる。しかも各流量制御装置に対する配管等の接続作業を簡易に行うことを可能とする等の実用上多大なる効果が奏せられる。

以下、図面を参照して本発明に係る流量制御装置について説明する。
尚、流量検出装置については、実質的には以下に説明する流量制御装置から流量調節弁機構を除いたものとして実現すれば良いので、ここでは流量制御装置を例に、本発明に係る流量検出装置および流量制御装置の特徴的な構造について説明する。
図１はこの実施形態に係る流量制御装置の全体的な概略構成を示す分解斜視図で、１は前面を開放した概略直方体形状を呈するである。この筐体１は、例えば高さ４８ｍｍ、横幅４８ｍｍ、奥行き長が６１ｍｍの略直方体形状の強化プラスチック製のものからなる。パネル面に取り付けたときに外部に露出する上記筐体１の操作面は、筐体側の側面からやや張り出して形成されており、この張出部（フランジ部）によって筐体１パネル面に係止される。後述するようにその内部にコの字状の流路を形成し、その流体導入口２と流体導出口３とをその向きを揃えて上下に並べて設けた流路ブロック体（本体）１０は、その側部にメイン回路基板４を装着し、上記流体導入口２と流体導出口３とを後ろ側にして上記メイン回路基板４と共に前記筐体１に、その前面側から組み込まれる。尚、筐体１の背面には、上記流体導入口２および流体導出口３と端子部５とを、その外部に突出させて露出させる為の孔が設けられている。

ちなみに流路ブロック体１０は、後述するようにその流路に整流器１２、流量センサ１３、および流量調節弁機構１４をそれぞれ組み付けたものからなる。そしてこの流路ブロック体１０の側部に装着されるメイン回路基板４は、上記流量センサ１３を介して上記流路を通流する流体の流量を検出する流量検出回路、また検出した流量に応じて前記流量調節弁機構１４の作動を制御する弁制御回路等の電気回路を実装したものである。尚、流量センサとしては、例えば特開平４−２３０８０８号公報に開示された熱式の気体流速センサ（質量流量センサ）を用いる。流路断面積が不変であれば、流速と流量とは比例関係にあるので、上記流速センサをそのまま流量センサとして用いることができる。

またこのメイン回路基板４の後端部には、該メイン回路基板４を外部装置（図示せず）と電気的に接続するための多極コネクタからなる端子部５が設けられる。この端子部（多極コネクタ）５は、前記流路ブロック１０の側部にメイン回路基板４を組み付けたとき、図２に筐体１の裏面側の構成を示すように該流路ブロック体１０の後ろ側に設けられた流体導入口２と流体導出口３と並べて配置される。流量制御装置はこの端子部５を通して外部から電力供給を受けると共に、流量信号やイベント信号等の電気信号を入出力する。

尚、筐体１の前面部が略垂直になるようにパネルに取り付けられたとき、筐体１の背面部も略垂直な姿勢となる。このようなパネルへの取り付け状態において前記流体導入口２および流体導出口３は、図２に示すように流体導入口２が下側に位置付けられ、流体導出口３がその上側に位置付けられるようになっている。即ち、浮子式流量計（いわゆるパージメータ）の流体導入口および流体導出口と同じ配置を採用することによって、既設のパージメータと本流体制御装置との置き換え施工を容易にしている。

またメイン回路基板４の前端部には、該メイン回路基板４と直角にサブ回路基板６が固定される。このサブ回路基板６は、セグメント表示用の複数の発光素子や操作スイッチ用の接点部材、およびその駆動回路等を実装したものである。このサブ回路基板６上の上記接点部材に対峙する位置に導電性の弾性体からなる押圧スイッチ部材７が組み付けられ、またサブ回路基板３上の上記発光素子に対向する位置には、多数桁の数字表示用のセグメント窓を形成した前面板８が組み付けられる。

尚、図中９は上記前面板８を覆って設けられるプラスチック薄板製の化粧パネルである。前述した発光素子の選択的な発光によるセグメント窓の照明は、上記化粧パネル９を介することにより視認性良く表示される。このように構成された表示部には、流量測定値や流量設定値、更にはその動作モード等が表示される。また導電性の弾性体からなる押圧スイッチ部材７は、化粧パネル９を介して押圧操作されてその裏面側に位置付けられている接点部材間を導通（スイッチ動作）させる。前述した表示器の表示内容の切り替えや設定値の変更は、これらの押圧スイッチ部材７を操作することにより行われる。

即ち、箱形の筐体１に組み込まれて構成される流量制御装置は、筐体１の前面に表示器および操作スイッチを備えた操作部を設け、筐体１の背面板側に流体導入口２および流体導出口３と、電気接続用の端子部（多極コネクタ）５を設けた構造となっている。そしてこの流量制御装置は、筐体１の前側開口端に外側に向けて形成された所定幅のフランジ１ａを図示しないパネルの取付部として、例えばパネルに穿いた４８ｍｍ×４８ｍｍの矩形状の開口部に嵌め込まれ、上述した操作部を前面側に露出させて使用される。そして該流量制御装置に対する配管の接続や信号線の電気的接続は、パネルの裏面側においてそれぞれ行われるようになっている。

ここで流量制御装置の本体部である前述した流路ブロック体１０の構造と、この流路ブロック体１０に組み付けられる流量センサ１３等について説明する。
図３は流量制御装置の本体部の概略構成を示す分解斜視図で、図４(ａ)〜(ｃ)はそれぞれその要部断面構造を示す図である。尚、図３および図４(ａ)〜(ｃ)においては、流体流入口２および流体流出口３を下側に向けた状態で表しており、実際には前述したように上記流体流入口２および流体流出口３を後ろ側に向けて筐体１に組み込まれる。

さてこの本体部は、略コの字状の流路を形成した流路ブロック体１０と、この流路ブロック体１０に形成された流路１１の上流側（流体流入側）に組み付けられる円筒状の整流器１２と、上記流路１１の略中間位置に組み付けられる流量センサ１３と、前記流路の下流側（流体流出口側）に組み付けられる流量調整弁機構１４とを備える。また流量調整弁機構１４は、図４に示すようにソレノイド１４ａと、このソレノイド１４ａによって進退駆動される流量調整弁１４ｂとを備えたものからなる。

即ち、上記流路ブロック体１０は略直方体形状を有し、その長手方向の一端部から中心部に向けて直線状の第１の流路１１ａを形成している。そしてこの第１の流路１１ａの開口端側に整流器１２を同軸に装着した後、その開口端を蓋体１５にて閉塞する構造となっている。尚、この円筒状の整流器１２が組み込まれる部位（整流器収納部）は、図４(ａ),(ｃ)にそれぞれ示すように該整流器１２の外径よりも大きい内径を有する穴部からなり、整流器１２の外周との間に所定の空間Ａを形成するものとなっている。

また第１の流路１１ａに連なる流体制御装置の流体導入口２は、図４(ａ)に示すように前記空間との連通部（流路）を形成して前記流路ブロック体１０の下面（筐体１への組み付け時には後ろ側となる面）１０ａ側に向けて開口されている。そしてこの流体導入口２から導入される流体は、一旦、前記円筒状の整流器１２の外周面に形成された空間Ａに導入された後、この空間Ａから該整流器１２と前記蓋体１５との間に形成される後述する所定の隙間を介して整流器１２の内部へと導かれる。そして上記流体はこの整流器１２を介して整流された後、第１の流路１１ａ内へと導かれるようになっている。

一方、前記流路ブロック体１０の前面（筐体１への組み付け時には横側となる面）１０ｂには、前記第１の流路１１ａに連なる透孔１０ｃが形成されている。この透孔１０ｃは、第１の流路１１ａに位置付けて流量センサ１３を取り付けるためのものであって、予め流量センサ１３を装着したセンサブラケット１３ａが図４(ｃ)に示すように前記ブロック体１０の外側から上記透孔１０ｃを気密に閉塞して組み付けられるようになっている。このようにして第１の流路１１ａに組み付けられた流量センサ１３は、流路１１ａの軸線に対して僅かに傾斜させて配置される。これによって、前述した整流器１２により整流された流体の流れを乱すことなく、その質量流量が正確に計測される。

これに対して前記流路ブロック体１０の上面（筐体１への組み付け時には前側となる面）１０ｄには、流量センサ１３の下流側に位置して前述した流量調整弁機構１４が取り付けられるようになっている。即ち、前記ブロック体１０には、前述したようにその長手方向に形成された第１の流路１１ａの端部から該ブロック体１０の上面１０ｄに向けて略直角に折り曲げた第２の流路１１ｂが形成されており、この第２の流路１１ｂの端部は流路ブロック体１０の上面１０ｄに開口されている。

またこの第２の流路１１ｂの側部には、該第２の流路１１ｂとその軸心位置をブロック体１０の背面側にずらして、且つ該第２の流路１１ｂと平行に第３の流路１１ｃが形成されている。特にこの第３の流路１１ｃは、ブロック体１０の上面１０ｄからその下面１０ａに向けて該ブロック体１０を貫通して設けられている。そしてブロック体１０の下面１０ａに開口された第３の流路１１ｃの端部は、流量制御装置の流体導出口３として設定されている。

このような第２の流路１１ｂの開口部（流体出口部）と第３の流路１１ｃの開口部（流体入口部）とを並べて設けたブロック体１０の上面（筐体１への組み付け時には前側となる面）１０ｄに、これらの開口部を連通させる流路を形成し、且つその流路の開口面積を調整する流量調整弁１４ｂを設けた流量調整弁機構１４が取り付けられる。上記流量調整弁１４ｂは第３の流路１１ｃの開口部（流体入口部）を閉塞するように設けられており、メイン回路基板４に実装された弁制御回路（図示せず）により制御されるソレノイド１４ａによってその弁開度が調整されるようになっている。そして前述した第１の流路１１ａから第２の流路１１ｂを介して流量調整弁機構１４に導かれた流体は、流量調整弁１４ｂを介して流量調整された後、第３の流路１１ｃを介して流体導出口１７から導出されるようになっている。流体導入口１６および流体導出口１７の内側には外部接続用の雌ねじが形成されている。また図１において符号３、また図５および図６において符号２,３として示すように、ブロック体１０には前記流体導入口１６および流体導出口１７の外周部に位置して外部接続作業用の六角柱状のスパナ受けが形成されている。これらのスパナ受けは、前記流体導入口１６および流体導出口１７への配管の接続作業時に、筐体１に不本意な力が加わることを防止する為のものである。

かくしてこのようにブロック体１０の互いに異なる面、具体的にはその前面１０ｂと上面１０ｄとに流量センサ１３および流量調節弁機構１４をそれぞれ設けた流量制御装置の本体部によれば、流量センサ１３を取り付けるためのセンサブラケット１３ａの径が大きく、また流量調節弁機構１４の基台の径が大きい場合であっても、これらを干渉させることなく流量センサ１３と流量調節弁機構１４とを近接させて配置することができる。この結果、ブロック体１０の第１の流路１１ａ方向の長さを短くすることができ、そのコンパクトを図ることができる。

また第１の流路１１ａの軸心から第３の流路１１ｃの軸心を、ブロック体１０の背面側にずらして設定しているので、第１の流路１１ａと第３の流路１１ｃとが干渉することがない。従って第３の流路１１ｃを流体導入口１６側に近付けて設けることができ、その分、ブロック体１０の第１の流路１１ａの流体通流方向の長さを更に短くすることができる。この結果、前述した、いわゆる４８ｍｍ角の小型の筐体１に収納するに十分な大きさのコンパクトな本体部が実現されている。

そして上記流路ブロック体１０の側部に前述したメイン回路基板４を固定し、更にこのメイン回路基板４に電気接続用の多極コネクタ（端子部）５を取り付けると共に、サブ基板６を介して表示器や操作スイッチを設けた前面板８を取り付けているので、流量制御装置の本体部をコンパクトにまとめることができる。この結果、この本体部を前述した筐体１に、その前面側から挿入し、筐体１の裏面側から本体部をねじ止めするだけで、その組み立てを簡単に行うことができる等の効果が奏せられる。

かくして上述した如く構成された流量制御装置によれば、特に流体導入口２および流体導出口３が筐体１の裏面に設けられているので、複数の流量制御装置をパネルに並べて設置する場合であっても、これらの流量制御装置の間に配管用の領域を確保する必要がなく、従って流量制御装置を互いに近接させて配置することができる。そして流体導入口２および流体導出口３が筐体１の裏面に設けられており、また電気接続用の多極コネクタ（端子部）５も筐体１の裏面に設けられているので、個々の流量制御装置に対して、その筐体１の裏面側において配管および信号線等の接続作業をそれぞれ簡易に実行することができる等の効果が奏せられる。

ところでこの種の流量検出装置または流量制御装置に外部配管を接続した際、その接続部において流体の漏れがないことを確認するべく、その接続部にリーク検査液を塗布することがある。このようなリーク検査液が、その隙間から筐体１の内部に侵入した場合、これによって不具合が発生する虞があるので、専ら、リーク検査液の使用は禁止されている。しかしながらその接続作業は、その設置現場で行われることが多く、誤って、或いは不本意にリーク検査液が塗布される虞がないとは言えない。

そこでこのような不具合を解決するべく、上述した筐体１の裏面側の流体導入口２および流体導出口３を設けた部位の周囲に、例えば図５に示すように吸水シート２０を貼付しておくことが好ましい。この吸水シート２０は、例えばその表面をＰＰフィルム加工した厚みが０.３〜０.５ｍｍ程度のもので、一般的には鮮魚、精肉、野菜等の中敷きとして用いられているものである。このような吸水シート２０を、例えば図５(ａ)に示すように流体導入口２および流体導出口３の周囲を覆うように穴加工し、図５(ｂ)に示すように流体導入口２および流体導出口３の周囲に嵌め込んで筐体１の裏面に粘着テープ等を用いて貼付する。

このような吸水シート２０を筐体１の裏面に貼付した流量制御装置によれば、例えば流体導入口２および流体導出口３にそれぞれ配管を接続し、その接続部の気密性を確認（検査）するべく石鹸水等のリーク検査液を塗布或いは吹き付け場合であっても、余分な検査液が吸水シート２０にて吸水されるので、検査液が不本意に筐体１の内部に侵入することがなくなる。従って筐体１の内部に組み込まれたメイン回路基板２等を検査液から効果的に保護することが可能となる。吸水シート２０は、薄くて手で簡単に破ることのできる材質のもので形成されているので、リーク検査が終了した後には簡単に排気することができる。

また電気接続用の多極コネクタ（端子部）５として、図６に示すようにその横側から信号線を挿入し、前面側に設けたねじにて上記信号線を固定する構造のものを用いれば、例えばこの多極コネクタ（端子部）５に対して前述した流体導入口２および流体導出口３とは逆側から信号線２１を嵌め込み、筐体１の裏面側からドライバ２２を用いてねじ締め作業を行うことができるので、自然な作業姿勢でその接続作業を容易に行うことが可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば筐体１の大きさは各種の仕様に応じたものであれば十分である。またこの流量制御装置による制御対象（流体）は、空気、窒素、アルゴン、炭酸等の気体のみならず、流量センサ１３として液体用のものを用いれば水やアルコール等の液体であっても良い。また前述したように流量調節弁機構を備えていない流量検出装置についても同様に適用可能である。また実施形態においては、ブロック体１０に孔を開けて流路を形成したが、管体を組み合わせて流路を形成することも勿論可能である。

更に流路の形状については、前述したコの字形状のみならずＵ字形状であっても良く、要はパネルの正面から機器を取り付ける際、その横方向に出っ張らない形状としておけばよい。またここでは多極コネクタとしてねじ式のものを例示したが、プラグイン方式のものであっても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係る流量制御装置の全体構成を示す分解斜視図。 図１に示す流量制御装置の裏面側の構成を示す図。 流量制御装置における本体部の要部概略構成を示す分解斜視図。 図３に示す本体部の構造を説明するための断面図。 図１に示す流量制御装置の裏面側における工夫例を示す図。 筐体の裏面に露出させて設けられる多極コネクタ（端子部）の構成を示す図。

符号の説明

１ 筐体
２ 流体導入口
３ 流体導出口
４ メイン回路基板
５ 多極コネクタ（端子部）
６ サブ回路基板
７ 前面板
１０ ブロック体
１１ 第１の流路
１２ 整流器
１３ 流量センサ
１４ 流量制御弁機構
１５ 蓋体
２０ 吸水シート

Claims (3)

1. 流体の流入口および流出口を備えて所定の流路を形成すると共に該流路に流れる流体の流量を検出するように流量センサを組み付けた本体と、上記流量センサを介して前記流路を通流する流体の流量を計測する電気回路を搭載した回路基板とを具備し、前記本体および回路基板を略直方体形状の筐体に内蔵して構成される流量検出装置であって、
   前記筐体は、その１つの面を表示器および操作スイッチが設けられる前面部とし、この前面部に対向する背面部に前記流路の流入口および流出口を上下に並べて位置付けて前記本体を収容し、
   更に前記筐体の内部における前記本体の前記流量センサが組み付けられた側面に前記回路基板を配置すると共に、この回路基板に接続された端子部を前記筐体の背面部における前記流路の流入口および流出口の横に並べて設けたことを特徴とする流量検出装置。
2. 前記本体は、前記流路の流入口および流出口の向きを揃えてコの字状の流路を形成したものであって、
   前記端子部は、前記筐体の背面部に前記流路の流入口および流出口と並べて縦向きに配設された外部接続用多極コネクタからなる請求項１に記載の流量検出装置。
3. 請求項１または２に記載の流量検出装置における前記流路に、該流路を通流する流体の流量を調節する流量調整弁を設けたことを特徴とする流量制御装置。

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