JPH05223836A - 自動車塗装ブースの横方向気流検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、検出感度がよく、かつ機械的
騒音に影響されない低コストの流速計測手段で、流れの
方向をも計測する。 【構成】 基板２１の一部に空間を設けて薄肉状に形成
されたダイアフラム部２３をもち、そこに発熱部と測温
抵抗部とを設けた流速検出素子１１を、一対の曲面状の
流体案内板５、６を対向させ、この曲面の頂部に配設し
た流速検出部２を、塗装ブース４２と塗装ブース４３の
境界面、またはその近傍に設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車塗装ブースに
おいて異なる塗料を使用する壁のない隣接した塗装ブー
ス間で塗料の飛沫を含んだ気体が混ざらないように空調
制御するために、隣接した塗装ブース間を行き来する気
流を計測する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に自動車塗装ブースは図１１に示す
ように構成されている。この中で４１は塗装される自動
車のボディ、４２、４３はたがいに隣接する第１および
第２の塗装ブースであり、この図においては点線によっ
てその境界４８が示されているが、実際にはその境界４
８にはなにもない。送風ファン５５により送り込まれた
空気はダンパ４４によって風量が調節され、フィルタ状
の天井４５を通って塗装ブース４２、４３の中で上から
下に向けて層流状の流れを形成する。塗料の飛沫などは
この層流状の流れに乗って隣接塗装ブースに飛散するこ
となく下方に運ばれ、網状の床４７を通って排気と共に
排出される。塗装工程において塗装ブース４２と塗装ブ
ース４３では異なる塗料が使われることがある。こうい
うときに各ブースの間で異なる塗料の飛沫を含む空気の
行き来があると隣接塗装ブースの塗料が自動車のボディ
に付着し塗装の品質を落としてしまう。そこで良質の塗
装をするために、各ブース間に流れる横方向気流４６を
検出し、ダンパ４４を操作して横方向気流４６が最小に
なるように制御する必要が生じた。

【０００３】また従来は超音波式気流速計を用いて塗装
ブース間の気流速を計測していた。図１２は超音波式気
流速計の検出部の構成を 示すもので、ここで超音波ト
ランスデューサ５２ａを送波に用い、超音波トランスデ
ューサ５２ｂを受波に用いてシングアラウンド法で計測
される周波数をｆｄ、逆に超音波トランスデューサ５２
ｂを送波に用い、超音波トランスデューサ５２ａを受波
に用いてシングアラウンド法で計測される周波数をｆｕ
とすると、流速ＶはＶ＝Ｄ・（ｆｄ−ｆｕ）／ｓｉｎ２
θで表せる。ただし、図１２に示したように、θは超音
波トランスデューサ５２ａと５２ｂを結ぶ線と流れの方
向との間の角度であり、Ｄは超音波トランスデューサ５
２ａと５２ｂの距離の流れの方向に直角方向の成分であ
る。

【０００４】さらに従来の計測方法として熱式気流速計
を用いる方法があった。ここで用いられる熱式気流速計
の検出部の構造を図１３に示した。ヒータ兼温度センサ
である検出部５３は支持棒の中に設置された気温センサ
５４が検出した気温よりも一定温度高い温度になるよう
に制御されている。気流が検出部５３から奪っていく熱
量は気流速に応じて変化し、検出部を一定温度差に保つ
のに必要な電力はそれにつれて変化する。この電力変化
から気流速を計測する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】超音波式気流速計の欠
点は、超音波トランスデューサが送信器と受信機の２個
必要であるため、また超音波トランスデューサ駆動回
路、受信回路や周波数計数回路などが含まれる検出器の
電子回路が複雑になるためコストが高いこと、また自動
車塗装ブースに多く発生する超音波成分を含む機械的騒
音によって誤動作を起こしやすいことである。

【０００６】また、熱式気流速計の欠点は、気流速の方
向が検出できないこと、また自動車塗装ブースの横方向
気流速の大きさは０．５ｍ／ｓ以下であるが、この流速
レンジにおける検出感度が不十分なことであった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】基板の一部に空間を設け
て薄肉状に形成されたダイアフラム部をもち、そこに発
熱部と測温抵抗部とを設けた流速検出素子を、一対の曲
面状の流体案内板を対向させ、この曲面の頂部に配設し
た流速検出部を、塗装ブースと塗装ブースの境界面、ま
たはその近傍に設置する。

【０００８】

【作用】流速検出手段は最少１個の流速検出部で流速を
検出することができ、その回路構成は超音波式気流速計
よりも簡単な構成でよいため低コストの流速計測手段を
実現できる。また熱式の計測であるので超音波成分を含
む機械的騒音に影響されない。さらに、基板の一部に空
間を設けて薄肉状に形成されたダイアフラム部をもち、
そこに発熱部と測温抵抗部とを設けた流速検出素子はダ
イアフラム部の熱容量が小さいため非常に高感度であ
り、また真ん中のヒータ素子の両側に配置した温度セン
サが検出する温度差から流速を計測しているので流れの
方向がわかる。

【０００９】

【実施例】以下図によってこの発明の一実施例について
説明する。すなわち図１、図２、および図３には流速検
出手段１が示されている。この流速検出手段は流速検出
部２および制御部３とから構成される。流速検出部２の
構成について説明する。図１、図２または図３におい
て、支持管４の一端は制御部３に固定され、その他端側
すなわち自由端部側には一対の流体案内板５、６が設け
られる。そして第１の流体案内板５は支持管４に固定さ
れ、また第１の流体案内板の前方には流れを乱さないよ
うに考慮してあらかじめ太さと本数および長さが決めら
れた複数のスペーサ７によって第２の流体案内板６が固
定される。したがってその一対の流体案内板はたがいに
所定の間隔をおいて平行に固定される。そして両流体案
内板のたがいに対向する面はそれぞれの周辺から中央部
に向かうにしたがってたがいに接近するように山形の曲
面８、９が形成される。これによって流速検出部２が構
成される。そして、一対の流体案内板５または６のうち
のいずれか一方の流体案内板、例えば第１の流体案内板
５の他方の流体案内板６と対向する曲面８に一つの流速
検出素子１１が設置される。

【００１０】つぎにこの流速検出手段１に用いられる流
速検出素子１１の構成について説明する。すなわち図４
において、基板２１は例えば単結晶シリコンからなる約
１．７ミリ角、厚さ約０．７ミリの基板であり、この基
板２１の中央部には空隙部２２が形成されており、この
空隙部２２の上部には基板２１から空間をもって隔離さ
れ、結果的に基板２１から熱的に絶縁されたダイアフラ
ム部２３が形成されている。そして、このダイアフラム
部２３の表面には薄膜のヒータエレメント２４とそれを
鋏むように薄膜の測温抵抗エレメント２５、２６とが配
列されている。また、空隙部２２の形成されてない基板
２１上の表面には薄膜の測温抵抗エレメント２７、およ
び電気配線取り出しのためのボンディングパッド２８が
形成されている。

【００１１】また図５は図４に示す流速検出素子１１の
Ｖ−Ｖ断面を示している。なお、図５中、符号３０は基
板２１上に形成されるヒータエレメント２４などの素子
を保護するための保護膜である。ダイアフラム部２３は
保護膜３０を含めて例えば厚さ１ミクロン程度に形成さ
れており、端部からの熱伝導による損失は極めて小さ
く、流速検出部の熱絶縁が実現されている。

【００１２】図５にはヒータエレメントおよび測温抵抗
エレメントの温度分布も示した。ここで、ヒータエレメ
ント２４を、周囲温度にある測温抵抗エレメント２７を
用いて周囲温度よりもある一定の高い温度ｔｈ（例えば
６０℃：周囲温度基準）に制御すると、測温抵抗エレメ
ント２５、２６の温度ｔ１、ｔ２は図６に示すようにほ
ぼ等しくなる。このとき、例えば図４に示す測温抵抗エ
レメント２５、ヒータエレメント２４、および測温抵抗
エレメント２６の配設方向、すなわち矢印Ａ方向に流体
が移動して流速検出素子表面と流体との間に速度勾配が
生じると、上流側の測温抵抗エレメント２５は冷却され
Δｔ１だけ温度が下がる。一方下流側の測温抵抗エレメ
ント２６は温度がΔｔ２だけ上昇する、この結果、上流
側の測温抵抗エレメント２５と下流側の測温抵抗エレメ
ント２６との間に温度差が生じる。これにより、測温抵
抗エレメント２５、２６をホイートストンブリッジ回路
に組み込みその温度差を電圧に変換することにより、流
体の流速に応じた電圧が得られ、これによって流体の流
速を検出することができる。以上は測温抵抗エレメント
２５を上流側、測温抵抗エレメント２６を下流側として
説明したが、流れが逆の方向から流速検出素子に導入さ
れたときには温度変化が上記の説明と反対になるのでこ
の流速検出素子は流れの方向を検出することができる。

【００１３】図６には上記の信号処理を実現する電子回
路の一実施例を示した。ここでヒータエレメント２４と
測温抵抗エレメント２７は抵抗Ｒ１とＲ２とともにブリ
ッジ回路を構成し、オペアンプＯＰ１は発熱して抵抗値
が大きくなったヒータエレメント２４と周囲温度にある
測温抵抗エレメント２７の両端電圧が等しくなるように
ブリッジ回路上端電圧を制御する。こうしてヒータエレ
メント２４は周囲温度よりもある一定の高い温度ｔｈ
（例えば６０℃：周囲温度基準）に制御される。また測
温抵抗エレメント２５と２６は抵抗Ｒ３とＲ４とともに
ブリッジ回路を構成し、測温抵抗エレメント２５と２６
の温度差から生ずるブリッジ回路の２ヶの中点の電位差
はオペアンプＯＰ２によって増幅されて出力となる。こ
のように本発明の流速検出手段の電子回路はオペアンプ
２個程度で構成することが可能であり、製品のコストを
低くすることができる。

【００１４】流速検出素子の流体の流れ方向Ｂに対する
特性は、方向Ａと方向Ｂとのなす角度をθ、流体の主流
の大きさをＶとすると、この流速検出素子はＶ・ｃｏｓ
θを検出する。したがって、測温抵抗エレメント２５、
ヒータエレメント２４、および測温抵抗エレメント２６
の配設方向、すなわち矢印Ａ方向は流速検出素子１１の
検出感度が最大となる方向であり、この明細書において
は、これを流速検出素子の最大検出感度の方向とする。
なお、この流速検出素子１１の特徴は、熱絶縁された非
常に薄いダイアフラム状の検出部を持つため、高感度、
応答速度が速い、かつ非常に低消費電力で動作すること
である。このようにして構成された流速検出素子１１を
搭載し電気接続をワイアボンド３１によって行なった例
えばセラミック製の取付け基体３３が図２に示すように
流体案内板５または６の山形の曲面８または９の頂部付
近に設置される。流体案内板は流れを整流して流速検出
素子に導く働きをし、その結果流速検出素子からノイズ
の少ない安定した出力が得られる。流速検出素子１１の
最大検出感度の方向を方向Ａとし、流体の流れの方向を
方向Ｂとしたとき、方向Ａと方向Ｂとのなす角をθと
し、流体の主流の速度をＶとすると、流速検出素子１１
の測温エレメント２５、２６を含むホイートストンブリ
ッジの出力ｑからｆ（ｑ）＝Ｖ・ｃｏｓθが検出され
る。つまり本発明の流速検出手段は流体の主流の速度の
Ａ方向成分の測定を可能にする。

【００１５】さて、上記流速検出手段を用いて塗装ブー
ス間の気流計測に用いる方法を述べる。図７、図８は塗
装ブース間に一個の流速検出手段を用いた方法の図であ
る。ここで流量検出部２はＬ字型に加工した支持管４に
よって回転可能な固定点５０に取付けられている。流速
検出部２の位置は塗装ブースの境界面４８の上かその近
傍であり、流速検出部２の取付け方向はその最大検出方
向が、塗装ブースと塗装ブースの境界面に直角になるよ
うに設置する。また、流体シミュレーションでの解析に
よって、天井からの気流吹き出し量の違いによる塗装ブ
ース間の横方向流れが大きく観測される場所は境界面４
８を第１の塗装ブースにある自動車ボディと第２の塗装
ブースにある自動車ボディとを結んだ空間が切断する
面、またはその近傍の領域４９であることがわかったの
でこの領域４９の中に流速検出部２が入るように設置す
る。しかし、塗装作業が終了し自動車ボディが移動する
ときにはこのように設置した流速検出手段が進路を妨げ
てしまう。そこで図７の右半分に示しているように回転
する固定点５０を支点にしてバー５１を下げると流速検
出部２と支持管４が天井方向に上がって移動する自動車
ボディを妨げないように設置することができる。また、
バー５１を下げて流速検出部２と支持管４を天井方向に
上げる動作はモーターなどを用いて自動化することもで
きる。

【００１６】実際の塗装ブースでは様々な外乱によって
横流れが発生する。横流れが最も大きく観測できる位置
について前に述べたが現実にはそれ以外のところで横流
れが発生する可能性もある。そこで複数の流速検出手段
を用いた横流れ気流の計測方法を図９、図１０に示し
た。ここでは高さの違う位置に３個の流速検出部２を設
置している。こうすることで漏れの少ない横流れ気流検
出が可能になる。しかし複数の流速検出部を設置する際
には一つの検出部の後方に発生する乱された流れの領域
に他の検出部を設置しないようにする必要がある。そこ
で複数個の流速検出部２が主流の方向から見たときにた
がいに重複しないように設置することで他の流速検出部
の影響を排除することができる。

【００１７】なお、この発明は次の態様により実施する
ことができる。 （１）上記第１の塗装ブースと第２の塗装ブースの境界
面において、第１の塗装ブースにある自動車ボディと第
２の塗装ブースにある自動車ボディとを結んだ空間が切
断する面、またはその近傍に上記流速検出部を設置す
る。 （２）複数個の上記流速検出部を上記境界面、またはそ
の近傍に設置する。 （３）複数個の上記流速検出部は主流の方向から見たと
きにたがいに重複しないように設置する。

【００１８】

【発明の効果】このように本発明の横方向気流検出方法
によれば、自動車塗装ブースでの機械的雑音に影響され
ず、非常に高感度で、しかも費用があまりかからない自
動車塗装ブース間の横方向気流計測が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流速検出手段の検出部の外観斜視図で
ある。

【図２】本発明の流速検出手段の検出部の断面図であ
る。

【図３】本発明の流速検出手段を一部断面をもって示す
構成図である。

【図４】本発明の流速検出手段に用いられる流速検出素
子の斜視図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿って切断し、これを矢印方
向に見た断面図、およびその流速検出素子のヒータエレ
メントおよび測温抵抗エレメントの温度分布を示す動作
説明図である。

【図６】本発明の流速検出手段の電子回路の一実施例で
ある。

【図７】本発明の流速検出手段の設置方法の一実施例を
示す正面配置図である。

【図８】図７の側断面図である。

【図９】本発明の流速検出手段の設置方法の他の実施例
を示す正面配置図である。

【図１０】図９の側断面図である。

【図１１】本発明を適用した自動車塗装ラインの概略図
である。

【図１２】従来技術の超音波気流速計の原理図である。

【図１３】従来技術の熱式気流速計の外観図である。な
お図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

【符号の説明】

１ 流速検出手段 ２ 流速検出部 ３ 制御部 ４ 支持管 ５ 流体案内板 ６ 流体案内板 ７ スペーサ ８ 曲面 ９ 曲面 １１ 流速検出素子 ２１ 基板 ２２ 空隙部 ２３ ダイアフラム部 ２４ ヒータエレメント ２５ 測温抵抗エレメント ２６ 測温抵抗エレメント ２７ 測温抵抗エレメント ２８ ボンディングパッド ２９ スリット ３０ 保護膜 ３１ ワイアボンド ３３ 取付け基体 ３５ リード線 ３６ パソコン ４１ 自動車ボディ ４２ 塗装ブース ４３ 塗装ブース ４４ ダンパ ４５ フィルタ状の天井 ４６ 横方向気流 ４７ 網状の床 ４８ 塗装ブースの境界面 ４９ 横方向気流が大きく観測される領域 ５０ 固定点 ５１ バー ５３ 検出部 ５５ 送風ファン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気流が一方向に流れる自動車塗装ブース
   において、基板の一部に所定の空間を設けて薄肉状に形
   成されたダイアフラム部を形成するとともに、このダイ
   アフラム部に発熱部と測温抵抗部とを設けることにより
   流速検出素子を構成し、一方、一対の流体案内板をたが
   いに所定の間隔をおいて対向させ、この流体案内板の
   中、少なくともいずれか一方の流体案内板において、他
   方の案内板と対向する面をこの他方の案内板に向かって
   突出する曲面とし、この曲面の頂部に上記流速検出素子
   を配設した流速検出部とその制御部で構成される流速検
   出手段を用い、上記流速検出素子の最大検出感度の方向
   が、たがいに隣接する第１の塗装ブースと第２の塗装ブ
   ースとの境界面に直角になるようにその境界面、または
   その近傍に設置することを特徴とする自動車塗装ブース
   の横方向気流検出方法。