JP5808537B2 - 流量測定機構及びマスフローコントローラ - Google Patents

Description

この発明は、流体抵抗の上流側及び下流側の圧力によって当該抵抗流路を流れる流体の流量を測定する、いわゆる圧力式流量測定機構及びこれを用いたマスフローコントローラに関するものである。

この種の流量測定機構は、リストリクタやノズルなどに代表される抵抗流路の上流側及び下流側の流体圧力を計測し、それら圧力値と抵抗流路の抵抗値とに基づいて、抵抗流路を流れる流体の質量流量を測定するものである。

その一例として、図１４に示すように、ブロック状をなすボディ１’に、圧力センサ２’や抵抗流路３ａ’を形成する流体抵抗部材３’等を取り付けて一体化したものがある。この流量測定機構１０’は、前記ボディ１’に測定対象となる流体が流れる内部流路１ａ’を形成し、その内部流路１ａ’の中間に抵抗流路３ａ’が介在するように、前記流体抵抗部材３’をボディ１’に埋めこんでいる。

このときの流体抵抗部材３’の配設場所は、ボディ１’における圧力センサ２’とは反対側の面であり、その面に設けた凹部１ｂ’に流体抵抗部材３’を収容するようにしている。流体抵抗部材３’を圧力センサ２’と直列させてボディ１’の同じ面に設けないのは、ボディ１’が長くなってコンパクト化を阻害するといった理由からである。

しかしながら、この構成であると、ボディ１’における圧力センサ２’の取付面からその反対側の流体抵抗部材３’の取付面に亘って内部流路１ａ’が延びることとなり、その長さが長くなりがちになる。例えば、同図に示すように、この流量測定機構１０’の前段に流量調整弁４’を取り付けてマスフローコントローラ１００’を構成した場合に、流量調整弁４’の弁体から抵抗流路３ａ’までの内部流路１ａ’の容積が大きくなる。

そのため、流量調整弁４’を閉止した後、内部流路１ａ’に溜まっていた流体が前記抵抗流路３ａ’を抜け出るまでに時間がかかり、流量の制御性（応答性）が悪くなるという不具合が生じ得る。
さらに、前記凹部１ｂ’を閉塞するための専用の蓋体やパッキンが必要となるため、構造が複雑になったり多くのシール部材が必要になったりしてコスト高を招く場合もある。

一方、特許文献１に示すように、ボディを長手方向に２分することによって内部流路を分断し、その間に流体抵抗部材を挟み込んだ構成のものも考えられてはいるが、ボディを２分しなければならないため、やはり構造の複雑化や部品点数の増大を避けることは難しい。

特表２００４−５１０２２５号公報

本発明は上記のような問題点を鑑みてなされたものであって、その主たる所期課題は、内部流路を有したボディに流体測定器や流体抵抗部材を取り付けて前記内部流路を流れる流体の流量を測定できるように構成したいわゆる流量測定機構において、コンパクト性を維持したまま、少ない部品点数で短い内部流路を実現することにある。

すなわち、本発明に係る流量測定機構は、測定対象流体が流れる内部流路を有したボディと、前記内部流路を分断するとともに分断された上流側内部流路及び下流側内部流路を連通する抵抗流路を有した流体抵抗部材と、前記流体の流量に関連する物理量を検知する流体測定器と、を具備し、前記流体測定器が検知した物理量に基づいて前記流体の流量を算出可能に構成した流量測定機構において、前記流体抵抗部材に連通路を貫通形成するとともに、前記ボディと前記流体測定器との間に前記流体抵抗部材が配設されるように構成しておき、この配設状態において前記内部流路のいずれか一方と前記流体測定器に設けられた導入口とが、前記連通路を介して連通するとともに、前記内部流路の他方と前記連通路とが前記抵抗流路を介して連通するように構成したことを特徴とするものである。

このようなものであれば、流体測定器と流体抵抗部材とがボディの同じ側に積層的に配置されるので、その間の内部流路長を可及的に短くできる。したがって、流量センシングの応答性を向上させることが可能になる。また、流体測定器が流体抵抗部材上に積層配置されることから、ボディが無用に長くなることも防止できる。さらにボディの分割や特別な専用部材等は不要であることから、構造の複雑化や部品点数の増大を招くこともない。

前記ボディに前記流体測定器を取り付けることによってこれらに挟まれて前記流体抵抗部材が保持されるように構成したものであれば、圧力センサがそのまま流体抵抗部材のボディに対する取付具としての役割を果たすため、部品の削減を図れる。

よりコンパクト化が可能で、なおかつシール等も好適に施せる具体的態様としては、側面又は底面に前記上流側内部流路及び下流側内部流路が開口する凹部を前記ボディの外表面に開口させておき、この凹部内に前記流体抵抗部材を収容して、前記流体測定器をボディに取り付けることにより、該圧力センサの取付面が凹部の開口を封止して流体抵抗部材を保持するようにしたものを挙げることができる。

前記流体測定器の具体的な実施の態様としては、前記流体測定器が、前記上流側内部流路及び前記下流側内部通路の少なくとも一方の圧力を検知する圧力センサであるとともに、該圧力センサが検知した流体圧力に基づいて前記流体の流量を算出可能に構成してあるものが挙げられる。

また、本発明の流量測定装置の別の具体的な実施の態様としては、前記流体測定器が、前記流体抵抗部材により分流され、前記導入口から導入される前記流体の一部が前記内部流路の他方へと導出される導出口を具備するセンサ流路を備えた熱式流量センサであってもよい。

この流量測定機構を利用してマスフローコントローラを形成するには、前記ボディに取り付けた流量調整弁と、前記流量測定機構による測定流量が予め定めた目標流量になるように前記流量調整弁を制御する制御回路とを設ければよい。

前記圧力センサ及び流量調整弁が前記ボディにおける特定の一面のみに取り付けられているものであれば、複数を併設したときのコンパクト化を図ることができる。

このようなものであれば、流体測定器と流体抵抗部材とがボディの同じ側に積層的に配置されるので、その間の内部流路長を可及的に短くでき、流量センシングの応答性を向上させることが可能になる。また、流体測定器が流体抵抗部材上に積層配置されることから、ボディが無用に長くなることも防止できるうえ、構造の複雑化や部品点数の増大を招くこともない。

本発明の一実施形態におけるマスフローコントローラの流体回路図 同実施形態におけるマスフローコントローラの全体斜視図。 同実施形態におけるマスフローコントローラの内部構造を示す縦断面図。 同実施形態におけるマスフローコントローラの平面図。 同実施形態における圧力センサの内部構造を示す横断面図。 同実施形態におけるマスフローコントローラの分解斜視図。 同実施形態における流量調整弁の内部構造を示す部分断面図。 同実施形態における流量調整弁の内部構造を示す部分断面図。 同実施形態における流体抵抗部材を凹部に収容した状態での内部構造を示す部分断面図。 本発明の他の実施形態におけるマスフローコントローラの内部構造を示す縦断面図。 本発明の別の実施形態におけるマスフローコントローラの流体回路図。 別の実施形態におけるマスフローコントローラの全体斜視図。 別の実施形態におけるマスフローコントローラの内部構造を示す縦断面図。 従来のマスフローコントローラの内部構造を示す縦断面図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るマスフローコントローラ１００は、例えばガスパネルに搭載されて半導体製造装置の材料供給ラインの一部を構成するものであり、図１に流体回路図、図２に全体斜視図を示すように、流量制御対象である流体を流す内部流路１ａと、前記内部流路１ａ上に設けられた流量調整弁４と、この流量調整弁４よりも下流側に設けられ、当該内部流路１ａを流れる流体の流量を測定する流量測定機構１０と、この流量測定機構１０による測定流量が予め定めた目標流量になるように前記流量調整弁４を制御する制御回路６（図１には示していない）とから構成されている。以下に各部を詳述する。

内部流路１ａは、図３に示すように、長細い直方体形状をなすボディ１に形成したものであり、その流体導入口１ｄ及び流体導出口１ｅを、このボディ１の長手方向に直交する両端面にそれぞれ開口させて、前記部品取付面１ｃと直交する方向から視たときに（以下、平面視とも言う）、流体が長手方向に沿って流れていくように構成してある。

ところで、このボディ１における長手方向と平行な１つの面は、部品取付面１ｃとして設定してあり、この部品取付面１ｃのみに、前記流量調整弁４や圧力センサ２１、２２などが取り付けられるように構成している。また、この取付面１ｃの反対側の面は、当該ボディ１をパネルなどに固定するための固定面としている。さらに、長手方向と平行な他の２面（以下、側面と言う）には何も取り付けることがないようにして、複数のボディ１の側面同士を密着乃至近接させて配置できるように構成してある。

流量調整弁４は、図３、図６、図７に示すように、弁座部材４２と弁体部材４１とからなる概略円柱状をなすものであり、前記ボディ１の部品取付面１ｃにおける長手方向一端部に鉛直に取り付けられている。また、その幅寸法は、前記部品取付面１ｃの幅寸法（長手方向と直交する方向の寸法）よりも小さいか又は同一に設定してあり、図４に示すように、この流量調整弁４をボディ１に取り付けた状態で、流量調整弁４がボディ１よりも幅方向に突出しないように構成してある。

より詳細に説明すると、前記弁座部材４２は、図６、図７等に示すように、その頂面中央部に、突出した円環状の弁座４２ａを形成した円柱状をなすものであり、前記部品取付面１ｃの一端部に開口させた有底凹部１ｆに嵌め込んである。そして、この有底凹部１ｆは前記内部流路１ａを分断する位置に設けたものであり、該有底凹部１ｆの底面中央部には、分断された内部流路１ａのうちの上流側内部流路１ａ（１）の終端が開口させてある。また、該有底凹部１ｆの底部側周面には、下流側の内部流路１ａ（２）の始端が開口させてある。

この弁座部材４２には、一端が該弁座部材４２の頂面における弁座４２ａの内側に開口するとともに他端が該弁座部材４２の底面における中央部に開口する流体導入路４２ｂと、一端が該弁座部材４２の頂面における弁座４２ａの外側に開口するとともに他端が該弁座部材４２の底面周縁部に開口する流体導出路４２ｃとが貫通させてある。

そして、有底凹部１ｆに弁座部材４２を嵌め込んだ状態において、前記流体導入路４２ｂの他端が、有底凹部１ｆの中央に開口する上流側内部流路１ａ（１）の終端にシール部材ＳＬ２を介して連通するようにしてある。また、前記流体導出路４２ｃの他端は、弁座部材４２の底面周縁部から側周面底部にかけて有底凹部１ｆの内周面との間に隙間があることから、前記下流側内部流路１ａ（２）の始端に連通するようにしてある。

一方、前記弁体部材４１は、図３、図７、図８に示すように、内部が気密状態となるように構成した筐体４１１と、この筐体４１１の内部に収容した柱状をなす積層圧電素子４１２とを具備したものである。筐体４１１は、概略円筒状をなす筒体４１１ａと、この筒体４１１ａの基端面を封止する弾性変形可能な薄肉板状のダイヤフラム部材４１１ｂと、前記筒体４１１ａの先端部に軸方向に進退可能に取り付けた初期調整ネジ４１１ｄと、初期調整ネジ４１１ｄ及び筒体４１１ａとの螺合部分を封止する軸方向に伸縮可能なベローズ部材４１１ｃとからなるものであり、積層圧電素子４１２の一端をダイヤフラム部材４１１ｂの内面に接合するとともに、積層圧電素子４１２の他端を前記初期調整ネジ４１１ｄの先端に接合している。そして、前記筒体４１１ａの基端面をボディ１の部品取付面１ｃにシール部材ＳＬ１を介して取り付けることにより、ボディ１に形成した前記有底凹部１ｆの開口を該基端面で封止するとともに、弁座４２ａにダイヤフラム部材４１１ｂを対向させ、前記圧電素子４１２の伸縮によってダイヤフラム部材４１１ｂと弁座４２ａとの離間距離が変わって、このダイヤフラム部材４１１ｂが弁体４１ａとして機能するようにしてある。

流量測定機構１０は、流体回路的に言えば、図１に示すように、内部流路１ａ上に設けた抵抗流路３ａと、該抵抗流路３ａの上流側及び下流側における内部流路１ａ内の流体圧力を計測する一対の圧力センサ２１、２２とからなり、圧力センサ２１、２２による圧力計測値と抵抗流路３ａの抵抗値とに基づいて、内部流路１ａを流れる流体の流量を測定可能に構成したものである。ここで、前記圧力センサ２１、２２が請求項での流体測定器に相当するものである。

各部を説明する。前記抵抗流路３ａは、図６、図９に示すように、複数の矩形状薄板３１〜３５を積層させた直方体状の流体抵抗部材３に形成したものである。すなわち、図６に示すように、各薄板又は一部の薄板に、積層させたときに重なり合って積層方向に貫通する連通路３ｃとなる貫通孔３ｂと、面板方向に貫通するとともに長手方向に延びる複数のスリット３ｄとを設け、前記薄板３１〜３５を積層させたときに、スリット３ｄによって抵抗流路３ａが形成されるようにしたものである。なお、スリット３ｄの形状や本数を異ならせることによって流路抵抗を調整することができる。また、本実施形態では最上面に積層させた矩形状薄板３１の中央部に設けたスリット３ｄの一部が、その一枚下にある矩形状薄板３２の貫通孔３ｂと重なり合って、前記連通路３ｃを構成するようにしてある。そして、前記最上面にある矩形状板３１の中央部のスリット３ｄに前記圧力導入口２ａ１が接し、前記上流側内部流路１ａ（２）の圧力が導入されるようにしてある。

一方、ボディ１の部品取付面１ｃにおける長手方向中央部には、図３、図６、図９に示すように、内部流路１ａを分断するように矩形状の凹部１ｈが設けてある。前記流体抵抗部材３は、この凹部１ｈに、幅方向には隙間無く、ボディ１の長手方向には、隙間を有して嵌り込むことで取り付けられる。また、この凹部１ｈの底面中央には、この凹部１ｈで分断された内部流路１ａのうちの上流側内部流路１ａ（２）の終端が開口する一方、有底凹部１ｆにおける長手方向の底面縁部には、下流側内部流路１ａ（３）の始端が開口するように構成してある。

しかして、この流体抵抗部材３が凹部１ｈに嵌まり込んだ状態では、前記連通路３ｃの底側の一端が上流側内部流路１ａ（２）の終端にシール部材ＳＬ３を介して接続され、抵抗流路３ａが下流側内部流路１ａ（３）の始端に連通する。つまり、上流側内部流路１ａ（２）は、連通路３ｃ及び抵抗流路３ａを介して、下流側内部流路１ａ（３）に接続される。

圧力センサ２１、２２は、図３、図５、図９等に示すように、扁平な形状をなす本体部２Ａと、その本体部２Ａ内に収容した図示しない圧電素子等のセンサ素子とを具備したものであり、この扁平な本体部２Ａをボディ１の部品取付面１ｃに対し、その面板部が、該部品取付面１ｃ上に垂直で、かつ、ボディ１の長手方向と平行になるように取り付けたものである。また、圧力センサ２１、２２の厚み寸法は、図４等に示すように、前記部品取付面１ｃの長手方向と直交する幅寸法よりも小さく又は同一に設定してあり、取付状態で圧力センサ２１、２２がボディ１よりも幅方向に突出しないように構成してある。

この本体部２Ａ内には、内面に感圧面２ｂ１を形成した流体充填室２ｂと、ボディ１に対する取付面２ａに設けた圧力導入口２ａ１（請求項での導入口に相当）と前記流体充填室２ｂとを連通する流体導入路２ｃとが設けてあり、前記感圧面２ｂ１が受圧して変位した量を前記センサ素子が検知し圧力信号として出力するようにしてある。流体充填室２ｂは、本体部２Ａに形成した薄い円板状をなすものであり、この流体充填室２ｂの片方の面板部を前記感圧面２ｂ１としている。この感圧面２ｂ１は、圧力センサ２１、２２をボディ１に取り付けた状態において、ボディ１の長手方向と平行で、かつ、前記部品取付面１ｃと垂直となるように設定してある。
図示しないセンサ素子は、感圧面２ｂ１を形成する壁体の裏側に接触させてある。

しかして、この実施形態では、一対の圧力センサ２１、２２のうちの上流側の圧力センサ２１を、ボディ１の部品取付面１ｃにおける長手方向中央部に取り付けるとともに、下流側の圧力センサ２２を、前記部品取付面１ｃにおける長手方向他端部に取り付けるようにしている。

具体的に説明すれば、前記上流側圧力センサ２１は、ボディ１に取り付けることによって、その取付面２ａが前記凹部１ｈの開口を環状シール部材ＳＬ４を介して気密に封止するとともに、凹部１ｈ内の流体抵抗部材３を、凹部１ｈの底面との間で押圧挟持するように構成してある。ここで、前記上流側圧力センサ２１を取り付けることにより凹部１ｈに直方体状に積層された流体抵抗部材３が押し付けられることにより、前記上流側内部流路１ａ（２）の終端に設けられた前記シール部材ＳＬ３が弾性変形し、前記流体抵抗部材３に対して反発力が加わる。このため、前記上流側圧力センサ２１との間で強く押圧挟持されることになり、積層された状態を保って前記流体抵抗部材３が固定される。

そして、この状態において、流体抵抗部材３における連通路３ｃが上流側圧力センサ２１の圧力導入口２ａ１に接続され、抵抗流路３ａよりも上流側の内部流路１ａ（２）が前記連通路３ｃを介して上流側圧力センサ２１に連通されるように構成してある。

一方、抵抗流路３ａよりも下流側の内部流路１ａ（３）は、ボディ１の長手方向に沿って延伸し流体導出口１ｅに至るとともに、その途中で分岐した分岐流路１ｉによって、下流側圧力センサ２２に圧力導入口２ａ１に接続されるようにしてある。

制御回路６は、ボディ１とは別体又は付帯させて設けたものであり、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、その他のアナログ乃至デジタル電気回路で構成されている。そして、メモリに格納したプログラムにしたがってＣＰＵやその他周辺機器が協働することによって、この制御回路６が、前記流量調整弁４を制御し、内部流路１ａの流体流量を、外部から指示した設定流量となるように調整する。しかして、その動作の概要を、本マスフローコントローラの動作説明も兼ねて以下に簡単に説明する。

この制御回路６は、各圧力センサ２１、２２からの出力信号値を受信すると、それら出力信号値から、オフセットや係数などを考慮した所定の変換式に基づいて、前記抵抗流路３ａの上流側及び下流側における流体の圧力を算出する。そしてそれら圧力と予め測定してある抵抗流路３ａでの流体抵抗値（抵抗係数）や流体粘性等に基づいて、抵抗流路３ａを流れる流体の流量を算出する。

一方、オペレータや外部の他の機器から設定流量が与えられると、この制御回路６はその設定流量と前記算出流量との偏差を算出し、その偏差に基づいて、前記算出流量が設定流量に近づくように、流量制御弁４に対して前記積層圧電素子４１２を伸縮させる指令信号を出力する。このようにして、弁座４２ａと弁体４１ａとの離間距離を変動させ、この流量調整弁４を流れる流体、つまりこの内部流路１ａを流れる流体の流量を調整する。

しかして、このように構成した本実施形態によれば、ボディ１に凹部１ｈを設けて流体抵抗部材３を収容するとともに、その凹部１ｈを圧力センサ２１を取り付けることによって、一挙にシールできることから、従来のように、流体抵抗部材３を専用の蓋等でシールする必要がなくなり、部品点数の削減や組み立ての簡単化を促進して低コスト化を図ることができる。

また、流量調整弁４と流体抵抗部材３とが、ボディ１における前記部品取付面１ｃに並んで設けられているので、その間を接続する内部流路１ａの容積を可及的に低減できる。したがって、流量の検知と流量の制御との時間ずれを低減でき、マスフローコントローラ１００の制御応答性を大幅に改善することが可能になる。

さらに、流体抵抗部材３と圧力センサ２１とを、シール部材が介在するものの、実質的に直接積層配置しているので、ボディ１が長手方向に長くなることを可及的に抑制でき、コンパクト化を促進できる。

コンパクト化という点では、以下の効果も奏し得る。すなわち、圧力センサ２１、２２を、その感圧面２ｂ１がその取付面２ａに対して垂直に起立するように構成するととともに、これら圧力センサ２１、２２を、平面視、流体の流れ方向と感圧面２ｂ１とが平行となるように、ボディ取付面１ｃに直列させて取り付けているので、感圧面２ｂ１を大面積にして高感度を維持しながらも幅方向の寸法を小さくし、平面視、細長い形状にできる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、図１０に模式的に示すように、部品点数削減というメリットを享受できるという点では、下流側の圧力センサ２２によって流体抵抗部材３を封止するようにしてもよい。

また、流体抵抗部材を収容する凹部を必ずしも設ける必要はなく、この流体抵抗部材を部品取付面から突出させて取り付け、これに圧力センサを取り付けるようにしてもよい。その際、圧力センサ側に流体抵抗部材を収容する凹部を設けることも考えられる。

さらに言えば、理論的には、流量調整弁を圧力センサより下流側に設けることも可能であるし、このマスフローコントローラの下流側圧力や上流側圧力が一定状態の場合は、圧力センサを必ずしも一対設ける必要はなく、いずれか一方のみにしても構わない。
流体抵抗部材は、音速ノズルを利用したものでもよい。

また、前記実施形態では流量測定機構１０は、流体抵抗部材３の前後における流体の差圧に基づいて流量を測定するものであったが、前記流量測定機構１０が、流体測定機器たる熱式流量センサ２３を備えたものであっても構わない。

以下に、本発明の別の実施形態に係る熱式流量センサ２３を用いたマスフローコントローラ１００について図１１の流体回路図、図１２の全体斜視図、図１３の縦断面図に基づいて説明する。図１１及び図１２に示すように、流量制御対象である流体を流す内部流路１ａに沿って、上流から熱式流量センサ２３流量調整弁４がこの順で設けてある。そして、この熱式流量センサ２３による測定流量が予め定めた目標流量となるように前記流量調整弁４を制御する制御回路６とから構成されている。

前記内部流路１ａは、前記実施形態と同様に長細い直方体形状をなすボディ１に形成したものであり、その流体導入口１ｄ及び流体導出口１３がボディ１の長手方向に直交する面に開口させてあり、前記流体が内部を概略長手方向に流れていくようにしてある。そして、前記流体導入口１ｄ及び流体導出口１ｅが設けてある面とは直交する面のうち１つを部品取付面１ｃとして、前記熱式流量センサ２３及び前記流量調整弁４がこの面に取り付けるようにしてある。以下では、流量調整弁４については前記実施形態と同じ構成のため説明を省略し、前記流量測定機構１０及び前記熱式流量センサ２３について説明する。

前記流量測定機構１０は、図１１に示すように流体回路的には、前記内部流路１ａ上に設けた抵抗流路３ａと、該抵抗流路３ａの上流側及び下流側をつなぐように設けられたセンサ流路２３ａと、前記センサ流路２３ａの外管に巻き回された２つのコイル状のセンサ部２３４、２３５と、前記センサ部から出力される値に基づいて流体の流量を算出する流量演算部２３６とから構成してある。そして、前記流量演算部２３６から出力される流量値が、目標流量値となるように後続の流量調整弁４の開度を前記制御回路６が制御するようにしてある。

前記熱式流量センサ２３は、前記ボディ１の部品取付面１ｃの凹部１ｈに設けられた概略矩形状の流体抵抗部材３を上側から押さえつけるための基礎部２Ａ１と、前記基礎部２Ａ１の上面に取り付けられ、前記センサ流路２３ａ中において特に管径が細く設定してある測定細管２３２と前記測定細管２３２の外管に巻き付けられるセンサ部２３４、２３５とを収容するセンサ収容部２Ａ２とから構成してある。

前記基礎部２Ａ１は、概略直方体形状のブロック体であり、当該基礎部２Ａ１と前記ボディ１との間に前記流体抵抗部材３を挟み込んで保持するようにしてある。そのため、当該基礎部の上面と下面とを貫通するように四隅にボルト取付穴が設けてあり、このボルト取付穴から、前記ボディ１の部品取付面１ｃ側に設けられたねじ山へとボルトを螺合させていくことにより、前記流体抵抗部材３を前記ボディ１に押さえつけて、シール部材によって略気密に固定されるようにしてある。また、前記基礎部２Ａ２の下面の中央部には、前記センサ流路請求項での導入口に相当する流体導入口２ａ１が開口してあり、前記流体抵抗部材３の連通路３ｃと連通するようにしてある。この流体導入口２ａ１から上面に向かって流体導入流路２３１が設けてあり、後述する測定細管２３２を通って、再び前記基礎部２Ａ１に設けられた流体導出流路２３３の導出口２ａ２から前記凹部１ｈの外縁へと戻るようにしてある。

前記センサ収容部２Ａ２は、前記基礎部の上面に取り付けられる上下方向に細長い直方体形状の筐体を有するものであり、その内部に概略逆Ｕ字状の測定細管２３２と測定細管２３２の外管に巻き付けられる上流側センサ部２３４と下流側センサ部２３５とを収容しているものである。なお、断面図においては、各センサ部の記載を省略している。前記測定細管２３２の両端は、基礎部２Ａ１の上面に開口している流路の開口部に対して、溶接により気密に取り付けられている。

前記流体抵抗部材３は、前記実施形態と同様に複数の薄板を積層させたものであり、各薄板のスリットの大きさや数を調節することにより、いわゆる層流素子として機能するように構成してある。すなわち、このように熱式流量センサ２３及び流体抵抗部材３を設けることにより、前記ボディ１の上流側内部流路１ａ（２）を通ってきた流体の一部は、前記流体抵抗部材３の抵抗流路３ａを通り、層流化されて下流側内部流路１ａ（３）へと流れるとともに、残りは、前記連通路３ｃを通って前記測定流路２３ａをバイパスして前記下流側内部流路１ａ（３）へと流れることになる。この際、上流側内部流路１ａ（２）から直接下流側内部流路１ａ（３）へと流れる流量と、前記センサ流路２３ａを流れる流量の比率は流量測定に適した比率となるように前記流体抵抗部材３の流路抵抗を設定してある。

流量の測定について簡単に説明すると、この実施形態では、いわゆる定電流型の熱式流量測定を行っており、前記測定流路２３ａでは、各センサ部２３４、２３５に流れる電流が一定となるように制御されている状態において、測定流路２３ａを流れる流体により熱が運ばれることにより上流側センサ部２３４、下流側センサ部２３５の抵抗値が変化して、印加される電圧が変化するのを検出することにより流体の流量が検出される。

この熱式流量センサを用いた実施形態に関する変形例としては、例えば、定温度型の熱式流量測定を行うものであってもよいし、流体の温度測定を行いセンサ流路での上流側と下流側の温度変化に基づいて、流量を測定するものであっても構わない。また、その他の流体測定方法を用いる場合でも、流体の物理量を測定する流体測定機器とボディとの間に流体抵抗部材が設けてあり、前記流体測定機器の筐体により、前記流体抵抗部材を押させつけて気密に固定するものであればよい。

その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

本発明の流量測定機構及びマスフローコントローラによれば、流体測定器と流体抵抗部材とがボディの同じ側に積層的に配置されるので、その間の内部流路長を可及的に短くでき、流量センシングの応答性を向上させることが可能になる。また、流体測定器が流体抵抗部材上に積層配置されることから、ボディが無用に長くなることも防止できるうえ、構造の複雑化や部品点数の増大を招くこともない。

１００・・・マスフローコントローラ
１０・・・流量測定機構
１・・・ボディ
１ａ・・・内部流路
１ａ（２）・・・上流側内部流路
１ａ（３）・・・下流側内部流路
１ｈ・・・凹部
１ｃ・・・外表面（部品取付面）
２１、２２・・・圧力センサ
２３・・・熱式流量センサ
２ａ１・・・圧力導入口、流体導入口（導入口）
２ａ２・・・導出口
３・・・流体抵抗部材
３ａ・・・抵抗流路
３ｃ・・・連通路
４・・・流量調整弁
６・・・制御回路

Claims (7)

1. 測定対象流体が流れる内部流路を有したボディと、前記内部流路を分断するとともに分断された上流側内部流路及び下流側内部流路を連通する抵抗流路を有した流体抵抗部材と、前記流体の流量に関連する物理量を検知する流体測定器と、を具備し、前記流体測定器が検知した物理量に基づいて前記流体の流量を算出可能に構成した流量測定機構において、
   前記流体抵抗部材に連通路を貫通形成するとともに、前記ボディと前記流体測定器との間に前記流体抵抗部材が配設されるように構成しておき、この配設状態において前記内部流路のいずれか一方と前記流体測定器に設けられた導入口とが、前記連通路を介して連通するとともに、前記内部流路の他方と前記連通路とが前記抵抗流路を介して連通するように構成してあり、
   前記ボディに前記流体測定器の取付面を取り付けることにより、前記流体測定器の取付面と前記流体抵抗部材の被押圧面とが同一平面をなし、前記流体測定器の取付面によって前記流体抵抗部材が前記ボディ側に押圧され、当該流体抵抗部材が前記流体測定器と前記ボディとの間に保持されるように構成したことを特徴とする流量測定機構。
2. 内面に前記上流側内部流路及び下流側内部流路が開口する凹部を前記ボディの外表面に開口させておき、この凹部内に前記流体抵抗部材を収容して、前記流体測定器をボディに取り付けることにより、該流体測定器の取付面が凹部の開口を封止して流体抵抗部材を保持することを特徴とする請求項１記載の流量測定機構。
3. 前記流体測定器が、前記上流側内部流路及び前記下流側内部通路の少なくとも一方の圧力を検知する圧力センサであるとともに、該圧力センサが検知した流体圧力に基づいて前記流体の流量を算出可能に構成してある請求項１記載の流量測定機構。
4. 前記流体測定器が、前記流体抵抗部材により分流され、前記導入口から導入される前記流体の一部が前記内部流路の他方へと導出される導出口を具備するセンサ流路を備えた熱式流量センサである請求項１記載の流量測定機構。
5. 請求項１記載の流量測定機構と、前記ボディに取り付けた流量調整弁と、前記流量測定機構による測定流量が予め定めた目標流量になるように前記流量調整弁を制御する制御回路とを具備したことを特徴とするマスフローコントローラ。
6. 前記流体測定器及び流量調整弁が前記ボディにおける特定の一面のみに取り付けられていることを特徴とする請求項５記載のマスフローコントローラ。
7. 測定対象流体が流れる内部流路を有したボディと、前記内部流路を分断するとともに分断された上流側内部流路及び下流側内部流路を連通する抵抗流路を有した流体抵抗部材と、前記流体の流量に関連する物理量を検知する流体測定器と、を具備し、前記流体測定器が検知した物理量に基づいて前記流体の圧力を算出可能に構成した圧力測定機構において、
   前記流体抵抗部材に連通路を貫通形成するとともに、前記ボディと前記流体測定器との間に前記流体抵抗部材が配設されるように構成しておき、この配設状態において前記内部流路のいずれか一方と前記流体測定器に設けられた導入口とが、前記連通路を介して連通するとともに、前記内部流路の他方と前記連通路とが前記抵抗流路を介して連通するように構成してあり、
   前記ボディに前記流体測定器の取付面を取り付けることにより、前記流体測定器の取付面と前記流体抵抗部材の被押圧面とが同一平面をなし、前記流体測定器の取付面によって前記流体抵抗部材が前記ボディ側に押圧され、当該流体抵抗部材が前記流体測定器と前記ボディとの間に保持されるように構成したことを特徴とする圧力測定機構。
   

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