JP6651323B2 - 流量調整装置 - Google Patents

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Description

本発明は、流体の流量を計測する流量調整装置に関する。
従来、流体回路に流通される流体の流量を制御する流量制御モジュールが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に開示される流量制御モジュールは、ハウジング本体の内部に形成される流路を流通する流体の流量を制御弁で制御するとともに圧力センサが検出する流体の圧力に基づいて流体の流量を計測するものである。
特開2001−242940号公報
しかしながら、特許文献1に開示される流量制御モジュールは、流路が内部に形成されるハウジング本体が一体の部材により形成されているため、流量を計測するセンサ部が装置内の他の部分(例えば、制御弁を動作させるドライバ)から伝達される熱により計測誤差が発生する可能性がある。
また、内部に形成される流体の流路が、流入口から流出口に至るまで直線状に形成されているため、流路の長さ以上の設置面積が必要となる。そのため、流量制御モジュールを設置面に設置する際の設置面積が大きくなってしまう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、流量調整機構から流量計測機構への熱伝達を抑制し、かつ設置面に設置する際の設置面積を小さくした流量調整装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の第1態様にかかる流量調整装置は、設置面に取り付けられる流量計測機構と、該流量計測機構に分離可能に取り付けられる流量調整機構とを備え、前記流量計測機構は、第1流路を流通する流体の流量を計測する流量計測部と、該流量計測部を内部に収容するとともに前記設置面に取り付け可能な第1ケーシング部とを有し、前記流量調整機構は、前記設置面に交差する軸線に沿って弁体部を移動させる駆動部と、該駆動部による前記弁体部の移動を制御する制御部と、前記弁体部を収容する弁室と、前記弁体部が挿入される弁孔と連通する前記軸線に沿って延びる第2流路と、外部流路に接続される第3流路とが形成された弁本体と、前記駆動部および前記制御部を内部に収容するとともに前記設置面に対して前記弁本体の上部に取り付けられた第2ケーシング部とを有し、前記流量調整機構が、前記設置面に対して前記第1流路よりも上方に配置される前記第1ケーシング部の上面と前記弁本体の下面との間に外部と連通した隙間を設けた状態で前記流量計測機構に取り付けられており、前記流量計測部が、前記軸線に沿って延びる前記第2流路と前記第1流路とを連結する連結部を有する。
本発明の第1態様にかかる流量調整装置によれば、流量計測機構が有する第1ケーシング部と流量調整機構が有する弁本体との間に設けられる隙間が外部と連通している。そのため、流量調整機構が有する駆動部が弁体部を移動させる際に発生する熱が弁本体から第1ケーシング部に伝達されることが抑制される。これにより、流量調整機構から流量計測機構への熱伝達によって流量計測部に計測誤差が発生することが抑制される。
また、本発明の第1態様にかかる流量調整装置によれば、弁本体に形成される第2流路と、流量計測部に形成される第1流路とが連結部によって連結される構造となっている。この第2流路は流量計測機構が設置される設置面に交差する軸線に沿って形成されているため、流入口から流出口に至るまでの流路は直線状とはならず蛇行した形状となる。そのため、設置面に設置された流量調整装置の流入口から流出口に至るまでの距離が流路長よりも短くなる。これにより、流量調整装置を設置面に設置する際の設置面積(フットプリント)を小さくすることができる。
このように、本発明の第1態様にかかる流量調整装置によれば、流量調整機構から流量計測機構への熱伝達を抑制し、かつ設置面に設置する際の設置面積を小さくすることができる。
本発明の第態様にかかる流量調整装置設置面に取り付けられる流量計測機構と、該流量計測機構に分離可能に取り付けられる流量調整機構とを備え、前記流量計測機構は、第1流路を流通する流体の流量を計測する流量計測部と、該流量計測部を内部に収容するとともに前記設置面に取り付け可能な第1ケーシング部とを有し、前記流量調整機構は、前記設置面に交差する軸線に沿って弁体部を移動させる駆動部と、該駆動部による前記弁体部の移動を制御する制御部と、前記弁体部を収容する弁室と、前記弁体部が挿入される弁孔と連通する第2流路と、外部流路に接続される第3流路とが形成された弁本体と、前記駆動部および前記制御部を内部に収容するとともに前記弁本体に取り付けられた第2ケーシング部とを有し、前記流量調整機構が、前記第1ケーシング部と前記弁本体との間に外部と連通した隙間を設けた状態で前記流量計測機構に取り付けられており、前記流量計測部が、前記軸線に沿って延びる前記第2流路と前記第1流路とを連結する連結部を有し、前記弁本体には、前記第2流路が内部に形成されるとともに前記設置面に向けて突出する突出部が形成されており、前記第1ケーシング部には、前記突出部が挿入される挿入穴が形成されており、前記連結部は、前記挿入穴に挿入された前記突出部に形成される前記第2流路と前記第1流路とを連結する構成であ
このようにすることで、弁本体に形成される突出部を第1ケーシング部の挿入穴に挿入することにより、第2流路と第1流路とを連結することができる。
上記構成にかかる流量調整装置において、前記連結部には、前記突出部の先端が挿入される凹所が形成されており、前記突出部の外周面には、前記凹所の内周面に接触する円環状の第1シール部材と前記挿入穴の内周面に接触する円環状の第2シール部材とが取り付けられていてもよい。
このようにすることで、凹所の内周面と突出部の外周面との間に配置される第1シール部材と、挿入穴の内周面と突出部の外周面との間に配置される第2シール部材とにより、二重に流体の流出を抑制することができる。
本発明の第1態様または第2態様にかかる流量調整装置において、前記流量計測部は、前記第1流路の上流側で加熱された流体の温度を下流側で計測することにより流体の流量を測定するものであってもよい。
このようにすることで、第1流路の上流側で加熱された流体の温度を下流側で計測して流量を測定する熱式流量計測を行う流量計測部を用いた場合であっても、流量調整機構から流量計測機構への熱伝達を抑制して計測誤差を抑制することができる。
本発明の第1態様または第2態様にかかる流量調整装置において、前記制御部は板状に形成されるとともに前記軸線と平行に配置される制御基板であり、前記流量計測部が配置される前記設置面における領域と、前記制御基板が配置される前記設置面における領域とが重複しているものであってもよい。
このようにすることで、弁体部が移動する軸線と平行に制御基板を配置するとともに制御基板を設置面における流量計測部と重複する領域に配置し、制御基板を内部に収容しても設置面積が拡大しないように抑制することができる。
本発明によれば、流量調整機構から流量計測機構への熱伝達を抑制し、かつ設置面に設置する際の設置面積を小さくした流量調整装置を提供することができる。
流量調整装置の一実施形態を示す正面図である。 図1に示す流量調整装置の平面図である。 図2に示す流量調整装置のA−A矢視部分縦断面図である。 流量計測機構と流量調整機構とを分離した状態を示す部分縦断面図である。 図4に示す流量計測機構の縦断面図である。 図5に示す流量計測機構の平面図である。
以下、本発明の一実施形態の流量調整装置100について図面を参照して説明する。
図1に示す本実施形態の流量調整装置100は、流入口103から流入して流出口104から流出する流体(例えば、純水、半導体製造装置に用いられる薬液等の液体)の流量を調整する装置である。
図1の正面図に示すように、本実施形態の流量調整装置100は、設置面Sに取り付けられる流量計測機構101と、流量計測機構101に分離可能に取り付けられる流量調整機構102とを備える。
次に、流量計測機構101について説明する。
図2の平面図に示すように、流量計測機構101は、4本の締結ボルト80を設置面Sに設けられた締結穴(図示略)に締結することにより、設置面Sに取り付けられている。
図3および図4は、図2に示す流量調整装置100のA−A矢視部分縦断面図である。図3は流量計測機構101に流量調整機構102が取り付けられた状態を示し、図4は流量計測機構101と流量調整機構102とを分離した状態を示す。
図3および図4に示すように、流量計測機構101は、第1流路100aを流通する流体の流量を計測する熱式流量計(流量計測部)10と、熱式流量計10を内部に収容する下部ケーシング(第1ケーシング部)20とを有する。下部ケーシング20は、設置面Sに取り付け可能であるとともに熱式流量計10を内部に収容する本体部20aと、本体部20aの下方に配置されるとともに熱式流量計10が上面に取り付けられる底部20bとを有する。
下部ケーシング20は、本体部20aと底部20bのそれぞれに形成される挿入穴に締結ボルト81を挿入し、流量調整機構102の上部ケーシング60に形成される締結穴61に締結することにより、流量調整機構102に取り付けられる。
図3は図2に示す流量調整装置100のA−A矢視部分断面を示すものであるが、図3に示す締結穴61は図2に示す流量調整装置100のB−B矢視断面を示すものである。また、図3には、締結穴61が1箇所にのみ図示されているが、図2平面図に示す流量調整機構102の四隅に四ヶ所の締結穴61が設けられているものとする。
図5に示すように、熱式流量計10は、本体部20aと底部20bとの間に配置される連結部11と、本体部20aと底部20bとの間に配置される接続部12と、連結部11および接続部12に挿入される測定管13と、測定管13に貼り付けられるセンサ基板14と、測定管13一端を連結部11に固定するナット15と、測定管13の他端を接続部12に固定するナット16とを備える。
熱式流量計10は、センサ基板14に形成される加熱用抵抗線(図示略)に電流を通電させて測定管13の上流側を流通する流体を加熱し、センサ基板14に形成される温度検出用抵抗線(図示略)により加熱された流体の温度を検出することにより、流体の流量を計測する。
図5に示すように、連結部11は、軸線Xに沿った延びる第2流路100bと第1流路100aとを連結する部材である。連結部11が下部ケーシング20の本体部20aの内周面と接触する面には、凹所11aが形成されている。本体部20aの凹所11aと対向する位置には、挿入穴21が形成されている。挿入穴21と凹所11aには、流量計測機構101に流量調整機構102が取り付けられた際に、弁本体50に形成される突出部53の先端が挿入される。
図5に示すように、熱式流量計10を内部に収容する本体部20aには、貫通穴22が形成されている。貫通穴22は、本体部20aの他の部分よりも流量調整機構102側へ突出するように円筒状に形成されている。貫通穴22が円筒状に形成されているのは、流量調整機構102に取り付けられた際に、貫通穴22の上端が弁本体50に接触した状態とし、貫通穴22の内部が外部空間と連通しないようにするためである。貫通穴22は、熱式流量計10の信号線(図示略)と制御基板40の信号線とを接続するケーブル18を通すために設けられている。
ケーブル18の先端にはコネクタ17が取り付けられており、コネクタ17を制御基板40のコネクタ41に接続することにより、熱式流量計10の信号線と制御基板40の信号線とが電気的に接続される。
図4に示すように、コネクタ17を貫通穴22の上方へ引き出すことが可能となっているため、流量調整機構102を流量計測機構101に取り付ける前に、流量計測機構101のコネクタ17を流量調整機構102のコネクタ41に容易に接続することができる。
また、図4に示すように、流量調整機構102の制御基板40は、下端が弁本体50を貫通するように配置され、下端にコネクタ41が取り付けられている。図3に示すように、制御基板40の下端は、流量調整機構102が流量計測機構101に取り付けられた状態で、貫通穴22に挿入された状態となる。そのため、流量計測機構101のコネクタ17と流量調整機構102のコネクタ41とを接続するためのケーブル18の長さを短くし、ノイズの発生を抑制することができる。
また、図4に示すコネクタ41の上方には、制御基板40が配置された上方の空間とコネクタ41が配置された下方の空間との間を熱的に遮断する充填材42が配置されている。充填材42を配置することにより、貫通穴22を介して流量計測機構101から流量調整機構102に流体の熱等が伝達される不具合を抑制することができる。充填材42の材料としては、例えばウレタンを用いることができる。
図5に示すように、下部ケーシング20の流量調整機構102と対向する側の面には、円筒状に延びる一対の突起部23,24が形成されている。一対の突起部23,24は、流量調整機構102の弁本体50に形成される一対の位置決め穴54,55へ挿入可能となっている。流量調整機構102を流量計測機構101へ取り付ける際に、一対の突起部23,24を一対の位置決め穴54,55へ挿入することにより、流量調整機構102が流量計測機構101に対して位置決めされる。
次に、流量調整機構102について説明する。
図3に示すように、流量調整機構102は、設置面Sに交差する軸線Xに沿って弁体部31を移動させる電動駆動機構(駆動部)30と、電動駆動機構30による弁体部31の移動を制御する制御基板(制御部)40と、弁本体50と、電動駆動機構30および制御基板40を内部に収容する上部ケーシング(第2ケーシング部)60とを有する。
電動駆動機構30は、例えば、ステッピングモータにより駆動軸を軸線X回りに回転させ減速機により駆動軸の回転を減速しつつ軸線Xに沿った方向に動力を変換して弁体部31を移動させる機構である。
制御基板40は、ケーブル90(図1参照)を介して外部制御装置(図示略)から電源供給を受けるとともに各種の制御信号を受信する。また、制御基板40は、熱式流量計10が計測する流体の流量を受信するとともに受信した流量が目標流量(例えば、外部制御装置から受信した制御信号に含まれる目標流量)と一致するように電動駆動機構30による弁体部31の移動を制御する。
図3に示すように板状に形成される制御基板40は、軸線Xと平行に配置されている。また、熱式流量計10が配置される設置面Sにおける領域と、制御基板40が配置される設置面Sにおける領域とが重複している。そのため、これらの領域を重複させない場合に比べ、流量調整装置100の設置面Sにおける設置面積を小さくすることができる。
弁本体50は、弁体部31を収容する弁室51と、弁体部31の先端が挿入される弁孔52と連通する第2流路100bと流出口104と連結した外部流路に接続される第3流路100cとが形成された部材である。弁本体50は、フッ素樹脂材料により形成される単一の部材である。
弁本体50の第2流路100bは、流量計測機構101の第1流路100aと連通しており、流入口103から第1流路100aへ導かれた流体が下端側から流入する。第2流路100bの下端側へ流入した流体は、下方から上方へ導かれて弁孔52から弁室51へ流入する。すり鉢状に形成される弁室51の下端から流入した流体は、弁室51の上端近傍に形成された流出孔51aから第3流路100cへ流入し、流出口104から排出される。
このように、本実施形態の流量調整装置100は、弁室51の下端から流入した流体が弁室51の上端近傍に形成された流出孔51aから弁室51の外部へ流出するため、弁室51の上端近傍に置換されない流体が滞留することが抑制され、流体の置換性が良好である。
図4に示すように、弁本体50には、第2流路100bが内部に形成されるとともに設置面Sに向けて突出する突出部53が形成されている。突出部53の外周面には、連結部11の凹所11aの内周面に接触する円環状のOリング70(第1シール部材)と下部ケーシング20の挿入穴21の内周面に接触するOリング71(第2シール部材)とが取り付けられている。
上部ケーシング60は、弁本体50に取り付けられる本体部60aと、本体部60aに取り付けられて電動駆動機構30と制御基板40が収容される閉空間を形成する蓋部60bとを有する。弁本体50に本体部60aを取り付け、更に本体部60aに蓋部60bを取り付けることにより、電動駆動機構30と制御基板40が内部に収容された流量調整機構102として一体化される。
次に、流量計測機構101に流量調整機構102を取り付けた際に、これらの間に形成される隙間CLについて説明する。
図4に示すように、流量計測機構101と流量調整機構102とは、分離可能となっている。図4に示す分離した状態では、流量計測機構101が有する第1流路100aと流量調整機構102が有する第2流路100bとが連結されていない。
流量計測機構101と流量調整機構102とは、下部ケーシング20の底部20b側から複数の締結ボルト81を挿入し、上部ケーシング60に形成される締結穴61に締結することにより、一体に連結された状態となる。流量計測機構101と流量調整機構102とを連結する際には、弁本体50に形成される突出部53が流量計測機構101の挿入穴21および凹所11aに挿入され、下部ケーシング20に形成される一対の突起部23,24が弁本体50の一対の位置決め穴54,55に位置決めされる。
図1および図3に示すように、流量調整機構102は、下部ケーシング20と弁本体50との間に外部に連通した隙間CLを設けた状態で流量計測機構101に取り付けられている。この隙間CLは、流量調整機構102から流量計測機構101への熱伝達を抑制するために設けられる空間である。
流量調整機構102と流量計測機構101との間に外部と連通した隙間CLを設けることにより、流量調整機構102と流量計測機構101との接触面積が小さくなる。また、隙間CLに外部から空気が導かれて流通することにより、流量調整機構102の熱を空気に伝達して外部へ放出することができる。これらにより、流量調整機構102から流量計測機構101への熱伝達量を小さくすることができる。そのため、流量計測機構101の熱式流量計10に熱が伝達されて流体の流量の計測誤差が発生することが抑制される。
図6に示す下部ケーシング20の本体部20aの上面において、弁本体50の下面と接触する部分は、突起部23,24の上面と、接触部20c,20d,20e,20fである。本体部20aの上面のその他の部分は、弁本体50の下面と接触せずに隙間CLを形成する部分である。
図6に示すように、本体部20aの上面の大部分が隙間CLを形成する部分となっており、本体部20aの上面の一部のみが弁本体50の下面と接触しているため、流量調整機構102から流量計測機構101への熱伝達量を小さくすることができる。
なお、図6に示すように、制御基板40の下端とコネクタ41は、流量調整機構102が流量計測機構101に取り付けられた状態で、貫通穴22に挿入された状態となる。
以上説明した本実施形態の流量調整装置100が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の流量調整装置100によれば、流量計測機構101が有する下部ケーシング20と流量調整機構102が有する弁本体50との間に設けられる隙間CLが外部と連通している。そのため、流量調整機構102が有する電動駆動機構30が弁体部31を移動させる際に発生する熱が弁本体50から下部ケーシング20に伝達されることが抑制される。これにより、流量調整機構102から流量計測機構101への熱伝達によって熱式流量計10に計測誤差が発生することが抑制される。
また、本実施形態の流量調整装置100によれば、弁本体50に形成される第2流路100bと、熱式流量計10に形成される第1流路100aとが連結部11によって連結される構造となっている。この第2流路100bは流量計測機構101が設置される設置面Sに交差する軸線Xに沿って形成されているため、流入口103から流出口104に至るまでの流路は直線状とはならず蛇行した形状となる。そのため、設置面Sに設置された流量調整装置100の流入口103から流出口104に至るまでの距離が流路長よりも短くなる。これにより、流量調整装置100を設置面Sに設置する際の設置面積(フットプリント)を小さくすることができる。
このように、本実施形態の流量調整装置100によれば、流量調整機構102から流量計測機構101への熱伝達を抑制し、かつ設置面Sに設置する際の設置面積を小さくすることができる。
本実施形態の流量調整装置100において、弁本体50には、第2流路102bが内部に形成されるとともに設置面Sに向けて突出する突出部53が形成されており、下部ケーシング20には、突出部53が挿入される挿入穴21が形成されており、連結部11は、挿入穴21に挿入された突出部53に形成される第2流路100bと第1流路100aとを連結する。
このようにすることで、弁本体50に形成される突出部53を下部ケーシング20の挿入穴21に挿入することにより、第2流路100bと第1流路100aとを連結することができる。
本実施形態の流量調整装置100において、連結部11には、突出部53の先端が挿入される凹所11aが形成されており、突出部53の外周面には、凹所11aの内周面に接触するOリング70と挿入穴21の内周面に接触するOリング71とが取り付けられている。
このようにすることで、凹所11aの内周面と突出部53の外周面との間に配置されるOリング70と、挿入穴21の内周面と突出部53の外周面との間に配置されるOリング71とにより、二重に流体の流出を抑制することができる。
本実施形態の流量調整装置100において、熱式流量計10は、第1流路100aの上流側で加熱された流体の温度を下流側で計測することにより流体の流量を測定するものである。
このようにすることで、第1流路100aの上流側で加熱された流体の温度を下流側で計測して流量を測定する熱式流量計測を行う熱式流量計10を用いた場合であっても、流量調整機構102から流量計測機構101への熱伝達を抑制して計測誤差を抑制することができる。
本実施形態の流量調整装置100において、制御基板40は板状に形成されるとともに軸線Xと平行に配置され、熱式流量計10が配置される設置面Sにおける領域と、制御基板40が配置される設置面Sにおける領域とが重複している。
このようにすることで、弁体部31が移動する軸線Xと平行に制御基板40を配置するとともに制御基板40を設置面Sにおける熱式流量計10と重複する領域に配置し、制御基板40を内部に収容しても設置面積が拡大しないように抑制することができる。
10 熱式流量計(流量計測部)
11 連結部
11a 凹所
20 下部ケーシング(第1ケーシング部)
21 挿入穴
30 電動駆動機構(駆動部)
31 弁体部
40 制御基板(制御部)
50 弁本体
51 弁室
52 弁孔
53 突出部
60 上部ケーシング(第2ケーシング部)
70 Oリング(第1シール部材)
71 Oリング(第2シール部材)
100 流量調整装置
100a 第1流路
100b 第2流路
100c 第3流路
101 流量計測機構
102 流量調整機構
CL 隙間
S 設置面
X 軸線

Claims (5)

  1. 設置面に取り付けられる流量計測機構と、
    該流量計測機構に分離可能に取り付けられる流量調整機構とを備え、
    前記流量計測機構は、
    第1流路を流通する流体の流量を計測する流量計測部と、
    該流量計測部を内部に収容するとともに前記設置面に取り付け可能な第1ケーシング部とを有し、
    前記流量調整機構は、
    前記設置面に交差する軸線に沿って弁体部を移動させる駆動部と、
    該駆動部による前記弁体部の移動を制御する制御部と、
    前記弁体部を収容する弁室と、前記弁体部が挿入される弁孔と連通するとともに前記軸線に沿って延びる第2流路と、外部流路に接続される第3流路とが形成された弁本体と、
    前記駆動部および前記制御部を内部に収容するとともに前記設置面に対して前記弁本体の上部に取り付けられた第2ケーシング部とを有し、
    前記流量調整機構が、前記設置面に対して前記第1流路よりも上方に配置される前記第1ケーシング部の上面と前記弁本体の下面との間に外部と連通した隙間を設けた状態で前記流量計測機構に取り付けられており、
    前記流量計測部が、前記軸線に沿って延びる前記第2流路と前記第1流路とを連結する連結部を有する流量調整装置。
  2. 設置面に取り付けられる流量計測機構と、
    該流量計測機構に分離可能に取り付けられる流量調整機構とを備え、
    前記流量計測機構は、
    第1流路を流通する流体の流量を計測する流量計測部と、
    該流量計測部を内部に収容するとともに前記設置面に取り付け可能な第1ケーシング部とを有し、
    前記流量調整機構は、
    前記設置面に交差する軸線に沿って弁体部を移動させる駆動部と、
    該駆動部による前記弁体部の移動を制御する制御部と、
    前記弁体部を収容する弁室と、前記弁体部が挿入される弁孔と連通する第2流路と、外部流路に接続される第3流路とが形成された弁本体と、
    前記駆動部および前記制御部を内部に収容するとともに前記弁本体に取り付けられた第2ケーシング部とを有し、
    前記流量調整機構が、前記第1ケーシング部と前記弁本体との間に外部と連通した隙間を設けた状態で前記流量計測機構に取り付けられており、
    前記流量計測部が、前記軸線に沿って延びる前記第2流路と前記第1流路とを連結する連結部を有し、
    前記弁本体には、前記第2流路が内部に形成されるとともに前記設置面に向けて突出する突出部が形成されており、
    前記第1ケーシング部には、前記突出部が挿入される挿入穴が形成されており、
    前記連結部は、前記挿入穴に挿入された前記突出部に形成される前記第2流路と前記第1流路とを連結する流量調整装置。
  3. 前記連結部には、前記突出部の先端が挿入される凹所が形成されており、
    前記突出部の外周面には、前記凹所の内周面に接触する円環状の第1シール部材と前記挿入穴の内周面に接触する円環状の第2シール部材とが取り付けられている請求項2に記載の流量調整装置。
  4. 前記流量計測部は、前記第1流路の上流側で加熱された流体の温度を下流側で計測することにより流体の流量を測定する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の流量調整装置。
  5. 前記制御部は板状に形成されるとともに前記軸線と平行に配置される制御基板であり、
    前記流量計測部が配置される前記設置面における領域と、前記制御基板が配置される前記設置面における領域とが重複している請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の流量調整装置。
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