JPH1151719A - 流量センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造がシンプルで、コンパクトな設計とする
ことができ、微量な流量変化にも対応することができ
る、新規な流量センサーの構造を提供する。 【解決手段】 本体ボディ１１のチャンバ２０内の流入
部２１側に配置されて一次側チャンバ２０Ａを画成する
第一ダイヤフラム３１と、前記チャンバ２０内の流出部
２３側に前記第一ダイヤフラム３１に対向して配置され
て二次側チャンバ２０Ｂを画成する第二ダイヤフラム３
２と、前記一次側チャンバ２０Ａと前記二次側チャンバ
２０Ｂを接続するバイパス流路３５と、前記バイパス流
路３５内に介装され前記第一ダイヤフラム３１および第
二ダイヤフラム３２の間に当接配置されてその圧力変動
を検出するひずみゲージ５０とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は液体または気体の
流量センサーに関し、特にはダイヤフラムを使用した流
量センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明者は、先に、例えば半導体の製造
工程で使用される超純水および薬液等のための流量セン
サーとして、特開平６−３２３８８４号公報記載のもの
を提案した。この流量センサーは、シャフト両端に一次
側ダイヤフラムと二次側ダイヤフラムとを対向配置し、
前記両ダイヤフラムの内面及びシャフトの外周面に沿っ
て連通した流路を形成して両ダイヤフラムの内面に流体
の圧力が加わるようにするとともに、前記シャフト外周
流路をオリフィスとし、前記一次側ダイヤフラムの背面
に一次側ダイヤフラムの背圧を検出するロードセルを配
置したことを特徴とするものである。

【０００３】上記先例は、被測定流体の流路中に流量検
知のための可動部材（例えば羽根車や浮子等）を有さな
いので微細ゴミ（パーティクル）が発生するおそれがな
く超純水や薬液の測定に最適に使用でき、しかも流量の
変化を直接電気的信号として得ることができるのでその
後の制御が容易であるなどの大きな利点を有する。しか
しながら、対向配置した二つのダイヤフラムをシャフト
によって連結すること、あるいは該シャフトの外周流路
をオリフィスとすることなどにおいて、製造上の煩雑さ
があり、また極めて微量な、例えば１分間に１００ｃｃ
以下の流量の変化を検知するには必ずしも十分ではない
という不満があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上のよう
な状況に鑑みて、構造がシンプルで、コンパクトな設計
とすることができ、微量な流量変化にも対応することが
できる、新規な流量センサーの構造を提供しようとする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
本体ボディと、前記本体ボディ内部に形成されたチャン
バと、前記チャンバの一側に開口する流入口を有する被
測定流体の流入部と、前記チャンバの他側に開口する流
出口を有する被測定流体の流出部と、前記チャンバ内の
流入部側に配置されて一次側チャンバを画成する第一ダ
イヤフラムと、前記チャンバ内の流出部側に前記第一ダ
イヤフラムに対向して配置されて二次側チャンバを画成
する第二ダイヤフラムと、前記一次側チャンバに開口す
るバイパス入口から前記二次側チャンバに開口するバイ
パス出口に至るバイパス流路と、前記バイパス流路内に
介装されその前後に差圧を生じさせるオリフィスと、前
記第一ダイヤフラムおよび第二ダイヤフラムの間に当接
配置されて該第一ダイヤフラムおよび第二ダイヤフラム
が受ける流体の圧力変動によって生ずる変位を検出する
ひずみゲージとからなる流量センサーに係る。

【０００６】この発明の流量センサーあっては、本体ボ
ディ内部に形成されたチャンバが、該チャンバの被測定
流体の流入部側に配置された第一ダイヤフラムと流出部
側に前記第一ダイヤフラムと対向配置された第二ダイヤ
フラムによって、それぞれ一次側チャンバと二次側チャ
ンバに画成される。そして、前記一次側チャンバと二次
側チャンバとはオリフィスが介装されたバイパス流路に
よって接続されていて、流入部から一次側チャンバに流
入した被測定流体は、バイパス流路から二次側チャンバ
を経て流出部から流れていく。

【０００７】このとき、バイパス流路にはオリフィスが
介装されているので、オリフィスの前後で流量に応じた
差圧が発生し、一次側および二次側に発生する圧力差が
一次側チャンバに設けられた第一ダイヤフラムと二次側
チャンバに設けられた第二ダイヤフラムに加わる荷重の
差となり、一方向の力が生ずる。第一ダイヤフラムおよ
び第二ダイヤフラムの間には、被測定流体と隔離されて
ひずみゲージが当接配置されている。このひずみゲージ
が前記第一および第二ダイヤフラムから発生する荷重
（ｋｇ／ｃｍ² ）を受け、荷重の大きさを電気信号（ｍ
Ａ）に変換して流量（ｃｃ／ｍｉｎ．）の計測が行われ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下添付の図面に従ってこの発明
を詳細に説明する。図１はこの発明の一実施例を示す流
量センサーの全体縦断面図、図２は図１の２−２線で半
割した状態の断面図、図３は流量変化に伴う荷重と電流
との変化関係を示すグラフである。

【０００９】図１および図２に図示したように、この発
明の流量センサー１０は、実施例では前記した超純水や
薬液等の微量な流量の測定に使用されるもので、本体ボ
ディ１１と、チャンバ２０と、被測定流体の流入部２１
と、被測定流体の流出部２３と、第一ダイヤフラム３１
と、第二ダイヤフラム３２と、バイパス流路３５と、オ
リフィス４０と、ひずみゲージ５０の各部を含む。

【００１０】本体ボディ１１は、実施例ではその用途と
の関係から耐蝕性に優れるポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ樹脂）等のフッ素樹脂から形成されている
が、一般的なプラスチックあるいは金属によって形成す
ることもできる。本体ボディ１１は、図のように、半割
形状のボディ部材１１Ａならび１１Ｂおよびそれらの中
間部材１２の組合体よりなり、図示しない取付ボルトに
よって一体に締付合着される。図２の符号１９は取付孔
である。

【００１１】チャンバ２０は、前記ボディ１１を構成す
るボディ部材１１Ａならびに１１Ｂおよび中間部材１２
によって中央凹所として形成され、図のように、後述す
るダイヤフラム３１，３２によって、一次側チャンバ２
０Ａ、二次側チャンバ２０Ｂ、および中間チャンバ２０
Ｃに区画される。

【００１２】チャンバ２０には、その一側（一次側チャ
ンバ２０Ａ）に開口する流入口２２を有する被測定流体
の流入部２１と、他側（二次側チャンバ２０Ｂ）に開口
する流出口２４を有する被測定流体の流出部２３が形成
されている。

【００１３】第一ダイヤフラム３１は、前記チャンバ２
０内の流入部２１側に配置されて一次側チャンバ２０Ａ
を画成している。また第二ダイヤフラム３２は、前記チ
ャンバ２０内の流出部２３側に前記第一ダイヤフラム３
１に対向して配置されて二次側チャンバ２０Ｂを画成し
ている。

【００１４】第一ダイヤフラム３１および第二ダイヤフ
ラム３２は、この実施例では耐蝕性に優れるポリテトラ
フルオロエチレン（ＰＴＦＥ樹脂）等のフッ素樹脂より
形成されている。第一ダイヤフラム３１および第二ダイ
ヤフラム３２の中央部分は厚肉に形成され、それらの厚
肉曲面部３１ｃ，３２ｃを互いに対向するように配置す
ることが、ひずみゲージ５０の検出精度を高める点で好
ましい。なお、符号３３は薄肉の可動部で、符号３４は
押えブロック１２によって固定される外周縁部を表わ
す。

【００１５】バイパス流路３５は、図示のように、一次
側チャンバ２０Ａに開口するバイパス入口３６から前記
二次側チャンバ２０Ｂに開口するバイパス出口３７に至
る流路で、該バイパス流路３５の途中にオリフィス
（部）４０が介装される。オリフィス４０は、図のよう
に、単独部材として交換自在に配置してもよいが、必要
によりボディ本体１１（１１Ａ，１１Ｂ，１２）と一体
に形成してもよい。オリフィス４０は所定径の孔部４１
を有していて、前記バイパス流路３５内に介装されるこ
とによって、その前後に差圧を生じさせる。

【００１６】ひずみゲージ５０はいわゆるロードセルと
いわれるもので、前記第一ダイヤフラム３１および第二
ダイヤフラム３２の間に当接配置される。図のように、
第一ダイヤフラム３１および第二ダイヤフラム３２の間
に画成される中間チャンバ２０Ｃは、被測定流体と接触
しない空間であって、ひずみゲージ５０は図２のように
バイパス流路３５と干渉しない位置においてボディ本体
１１に固定される。

【００１７】第一ダイヤフラム３１および第二ダイヤフ
ラム３２の間に当接配置されたひずみゲージ５０は、前
記の作用の項で説明したように、オリフィス４０によっ
て生ずる流体の圧力差を第一ダイヤフラム３１と第二ダ
イヤフラム３２に加わる荷重差ΔＰ（ｋｇ／ｃｍ² ）の
変動として検出して、該荷重差の大きさの変動を電気信
号Ｉ（ｍＡ）に変換して流量（ｃｃ／ｍｉｎ．）の計測
を行うものである。

【００１８】図３は、この流体の流量変化に伴う荷重と
電流との変化関係の一例を示すグラフである。ここでは
流体の微量な流量変化を検知するために、オリフィス４
０の径が０．５ｍｍに設定されており、図のように、流
体の流量３０〜９０ｃｃ／ｍｉｎ．に対応する第一ダイ
ヤフラム３１および第二ダイヤフラム３２の荷重差ΔＰ
は０．１２〜０．９３ｋｇ／ｃｍ² で、この間の電圧Ｉ
は１２〜２０ｍＡと変化する。このようなグラフによっ
て、流量の変化を、第一ダイヤフラム３１および第二ダ
イヤフラム３２の荷重差を検知するひずみゲージ５０に
よって電気信号として検出するのである。

【００１９】図２において符号５１はひずみゲージ５０
のリード線で、電圧計等の表示装置、コンピューター等
の演算処理装置あるいは各種制御装置等に接続される。
なお、ひずみゲージ５０には温度補正用ゲージを取り付
けることによって、幅広い温度範囲に使用が可能であ
る。符号５２はひずみゲージ５０の取付部である。

【００２０】

【発明の効果】以上図示し説明したように、この発明の
流量センサーによれば、第一ダイヤフラムと第二ダイヤ
フラムによって一次側チャンバと二次側チャンバを画成
し、この一次側チャンバと二次側チャンバとをバイパス
流路によって接続し、該バイパス流路にオリフィスを介
装したものであるから、流量の検出のための差圧の発生
機構をシンプルな構造で、かつコンパクトな設計とする
ことができ、製造、使用等において大きな有利性をも
つ。

【００２１】特に、バイパス流路中にオリフィス（部）
を介装したので、該オリフィスの径を任意に設定するこ
とができ、実施例のように、微量な流量の検出のための
極小な径とすることができる。また、このオリフィスを
独立部材とした場合には、オリフィス径に応じて、交換
自在とすることが可能である。

【００２２】そのほか、この発明構造によれば、ダイヤ
フラムによって、圧力差を検知するものであるから、故
障が少なく、微細ゴミ（パーティクル）の発生のおそれ
がなく、不純物を嫌う薬液、超純水等の測定に最適であ
る。しかも、流量変化によるダイヤフラムの差圧変化を
直接ひずみゲージで検出するので、極めて応答が早い。
このようにこの発明の流量センサーは、薬液、超純水等
の流量センサーとして極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す流量センサーの全体
縦断面図である。

【図２】図１の２−２線で半割した状態の断面図であ
る。

【図３】流量変化に伴う荷重と電流との変化関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１０ 流量センサー １１ 本体ボディ ２０ チャンバ ２０Ａ 一次側チャンバ ２０Ｂ 二次側チャンバ ２１ 流入部 ２３ 流出部 ３１ 第一ダイヤフラム ３２ 第二ダイヤフラム ３５ バイパス流路 ４０ オリフィス ５０ ひずみゲージ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体ボディと、 前記本体ボディ内部に形成されたチャンバと、 前記チャンバの一側に開口する流入口を有する被測定流
   体の流入部と、 前記チャンバの他側に開口する流出口を有する被測定流
   体の流出部と、 前記チャンバ内の流入部側に配置されて一次側チャンバ
   を画成する第一ダイヤフラムと、 前記チャンバ内の流出部側に前記第一ダイヤフラムに対
   向して配置されて二次側チャンバを画成する第二ダイヤ
   フラムと、 前記一次側チャンバに開口するバイパス入口から前記二
   次側チャンバに開口するバイパス出口に至るバイパス流
   路と、 前記バイパス流路内に介装されその前後に差圧を生じさ
   せるオリフィスと、 前記第一ダイヤフラムおよび第二ダイヤフラムの間に当
   接配置されて該第一ダイヤフラムおよび第二ダイヤフラ
   ムが受ける流体の圧力変動によって生ずる変位を検出す
   るひずみゲージとからなることを特徴とする流量センサ
   ー。