JP6534830B2

JP6534830B2 - マスフローコントローラ

Info

Publication number: JP6534830B2
Application number: JP2015038384A
Authority: JP
Inventors: 孝久中峯; 中村　剛; 中村　　剛; 恒久清水; 久佳松本
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2019-06-26
Anticipated expiration: 2035-02-27
Also published as: JP2016162064A

Description

本発明は、流体の流量測定・制御に使用されるマスフローコントローラに関する。

特許文献１には、流路が形成されたボディに流量センサを取り付ける構造が開示されている。特許文献１では、ボディと流量センサのセンサベースとの間にシール部材およびスペーサを介装させて、ボルトによりセンサベースをボディに固定している。

特開平２−２８４７７２号公報

しかし、上記の流量センサでは、センサベースの下面全体が平坦面であるため、ボルトによりセンサベースの４隅を締め付けると、センサベースの４隅の角がスペーサに当接した状態で締め付けることになるため、センサベースの４隅の角がスペーサに食い込むように変形することで、締め付けにより発生した応力がセンサベースの４隅で吸収されてしまう。これにより、センサベースのシール部材に当接する部分に応力が伝達されず流量センサとボディとの間のシール性が著しく低下する。なお、締め付け時のセンサベースの傾き、及び過剰締め付けを防止するため、センサベースの下面全体とボディ上面が締め付け完了時に当接するよう構成することが望ましい。従って、あらかじめセンサベースとボディを大きく離間させて、センサベース４隅の角をボディへの当接を防止することはできない。

そこで本発明は、流量センサとボディとの間のシール性を大幅に向上させるマスフローコントローラを提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明の一態様であるマスフローコントローラは、流体通路が形成されたボディと、前記ボディに固定され、前記流体通路内の流量を計測する流量センサと、を備え、前記流量センサは、流体が流れる細管を支持するセンサベースと、前記センサベースを前記ボディに固定するための締結手段と、を備え、前記センサベースは、基部と、前記基部を挟むように位置する一対の端部とを有し、前記基部は、前記基部と前記ボディとの間に位置するシール部材を押圧するためのシール部材押圧部を有し、各端部と前記ボディとの間に、各端部の変形を吸収する逃げ空間が形成されている。

また、前記逃げ空間は、各端部に面取部、凹部、または切欠きを設けることにより、形成されても良い。

また、前記逃げ空間は、前記ボディに凹部を設けることにより、形成されても良い。

また、本発明の一態様であるマスフローコントローラは、流体が流れる流体通路が形成されたボディと、前記ボディに固定され、前記流体通路内を流れる流体の流量を計測する流量センサと、を備え、前記流量センサは、流体が流れる細管を支持するセンサベースと、前記センサベースと前記ボディとの間に配置されるスペーサと、前記センサベースと前記スペーサとを前記ボディに固定するための締結手段と、を備え、前記センサベースは、基部と、前記基部を挟むように位置する一対の端部とを有し、前記基部は、前記基部と前記ボディとの間に位置するシール部材を押圧するためのシール部材押圧部を有し、各端部と前記ボディまたは前記スペーサとの間、または、前記ボディと前記スペーサとの間に、各端部の変形を吸収する逃げ空間が形成されている。

また、前記逃げ空間は、各端部に面取部または凹部を設けることにより、形成されても良い。

また、前記逃げ空間は、前記スペーサに面取部、凹部、または切欠きを設けることにより、形成されても良い。

本発明によれば、流量センサとボディとの間のシール性を大幅に向上させるマスフローコントローラを提供することができる。

本発明の実施形態に係るマスフローコントローラの全体構成図を示す。ボディの一部と流量センサの断面図を示す。センサベース本体の（ａ）上面図、（ｂ）下面図、（ｃ）（ａ）のＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線に沿った断面図、（ｄ）側面図を示す。図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図を示す。変形例におけるセンサベース本体の側面図を示す。変形例における図４の断面図に対応する図である。変形例におけるボディの一部と流量センサの断面図示す。スペーサの（ａ）上面図および（ｂ）側面図を示す。変形例における図４の断面図に対応する図である。切欠きが形成されたスペーサの上面図。

本発明の一実施形態によるマスフローコントローラについて、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において上下は、図１の上下を言うものとする。

図１は、マスフローコントローラ１（以下、ＭＦＣ１とする。）の全体構成図を示している。図２は、ボディ１０の一部と流量センサ２０の断面図を示している。

ＭＦＣ１は、ボディ１０と、流量センサ２０と、制御部３と、流量制御機構４とを主に備える。

ボディ１０は、ステンレス等の鋼材により構成され、外形が直方体形状をなし、その両端面には継手１１が取り付けられている。ボディ１０には、流入路１０ａと、バイパス流路１０ｂと、センサ流入路１０ｃと、センサ流出路１０ｄと、合流路１０ｅと、弁室１０ｆと、流出路１０ｇとが形成されている。

バイパス流路１０ｂへは、流入路１０ａを通過した流体が流入する。センサ流入路１０ｃは、バイパス流路１０ｂから分岐し流量センサ２０へ流体を流す。センサ流出路１０ｄは、流量センサ２０を通過した流体を流出させる。合流路１０ｅでは、バイパス流路１０ｂを通過した流体とセンサ流出路１０ｄを通過した流体とが合流する。

また、バイパス流路１０ｂおよびセンサ流入路１０ｃは、所定の流量比（例えば、１：２〜１：１０００）で流体が流れるように構成されている。バイパス流路１０ｂ内には、複数枚のバイパスシート１２が設けられている。弁室１０ｆ内には、流量制御機構４の流量制御弁４Ａが配置されている。

また、図２に示すように、ボディ１０のセンサ設置面１０Ｈには、センサ流入路１０ｃおよびセンサ流出路１０ｄに対応して一対のザグリ部１０ｉが形成されている。

流量センサ２０は、サーマル式流量センサであり、センサベース本体２１と、細管２２と、一対の発熱コイル２３と、一対のセンサフランジ２４と、センサカバー２５と、一対のガスケット２６と、締結手段である４本のボルト２７（図１、２では一本のみ図示）とを備える。なお、センサベース本体２１と、一対のセンサフランジ２４とでセンサベースを構成し、センサフランジ２４は、シール部材押圧部に相当する。

図３は、センサベース本体２１の（ａ）上面図、（ｂ）下面図、（ｃ）（ａ）のＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線に沿った断面図、（ｄ）側面図を示している。

センサベース本体２１は、ステンレス等の鋼材により構成され、外形が直方体形状をなしている。センサベース本体２１は、ボディ１０のセンサ設置面１０Ｈに当接する当接面２１Ａと、当接面２１Ａに対して反対側に位置しセンサカバー２５が取り付けられるカバー取付面２１Ｂとを有する。

また、センサベース本体２１には、その４隅付近にボルト挿入孔２１ｃが形成され、２つのボルト挿入孔２１ｃに挟まれるように、フランジ挿入孔２１ｄが形成されている。フランジ挿入孔２１ｄは、大径部２１ｄ１と小径部２１ｄ２とを有する。また、センサベース本体２１には、一対のスリット２１ｅが、各フランジ挿入孔２１ｄおよびその一方の側に位置するボルト挿入孔２１ａを貫通し、センサベース本体２１の端面に開口するように形成されている。また、センサベース本体２１の各フランジ挿入孔２１ｄの近傍には、ピン挿入孔２１ｆが形成されている。なお、センサベース本体２１のフランジ挿入孔２１ｄが形成されている部分が基部２１Ｋに相当し、ボルト挿入孔２１ｃが形成されている部分が端部２１Ｌに相当する。

また、センサベース本体２１の当接面２１Ａ側の４隅には、面取部２１Ｇが形成されている。各面取部２１Ｇは、例えば、グラインダにより角部を削ることにより形成される。各面取部２１Ｇは、当接面２１Ａよりもカバー取付面２１Ｂ側に位置する逃げ面２１Ｈにより構成される。よって、各面取り部２１Ｇにより、センサベース本体２１の４隅の角部とボディ１０との間に、逃げ空間２１ｉが形成される。

図１に示すように、細管２２は、逆Ｕ字状をなすようにしてセンサベース本体２１に取り付けられている。

一対の発熱コイル２３は、細管２２に対し巻回されている。

図２に示すように、各センサフランジ２４は、ステンレス等の鋼材により構成され、略円筒状をなし、細管２２の各端部に設けられている。細管２２の各端部が、センサフランジ２４の貫通孔２４ａに挿入され溶接等によって、細管２２と各センサフランジ２４とが連結される。

連結された細管２２およびセンサフランジ２４において、細管２２をセンサベース本体２１のスリット２１ｅおよびボルト挿入孔２１ｃを介してフランジ挿入孔２１ｄに挿入し、センサフランジ２４を大径部２１ｄ１内に配置するにより、細管２２およびセンサフランジ２４がセンサベース本体２１に対し組み合わせられる。

センサカバー２５は、下側が開口する箱状をなし、図２に示すように、スプリングピン２５Ａがピン挿入孔２１ｆ、２５ｂに挿入されることによりセンサベース本体２１に連結され、内部に細管２１および発熱コイル２３を収容する。

一対のガスケット２６は、ステンレス等の鋼材により構成され、円環状をなしている。また、各ガスケット２６は、ザグリ部１０ｉに配置され、ボディ１０およびセンサフランジ２４の間に位置している。ガスケット２６の厚さは、初期状態ではザグリ部１０ｉの深さよりも大きく構成されている。各ガスケット２６は、センサ流入路１０ｃから細管２２へ流入または細管２２からセンサ流出路１０ｄへ流出する流体がボディ１０と流量センサ２０との間からリークするのを抑制している。

図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図を示している。

図４に示すように、各ボルト２７は、センサベース本体２１のボルト挿入孔２１ｃに挿入され、ボディ１０に対し螺合されている。これにより、流量センサ２０はボディ１０に対し固定される。各ボルト２７を締め付けることにより、ガスケット２６が、ボディ１０とシール部材押圧部であるセンサフランジ２４とにより狭圧されて圧縮変形し、センサベース本体２１の当接面２１Ａがセンサ設置面１０Ｈに当接する。一方、面取部２１Ｇの逃げ面２１Ｈは、センサ設置面１０Ｈに当接しない。このため、センサベース本体２１は湾曲しない。

制御部３は、流量センサ２０により計測された流体の流量に基づき、バイパス流路１０ｂを流れる流体が所定の流量となるように流量制御機構４へ弁駆動信号を出力する。

流量制御機構４は、制御部３からの弁駆動信号に基づき流量制御弁４Ａを駆動する

以上のように、本実施形態のマスフローコントローラ１によれば、各面取部２１Ｇにより、センサベース本体２１の４隅の角部とボディ１０との間に、逃げ空間２１ｉが形成されている。よって、逃げ空間２１ｉにより、センサベース本体２１の４隅の角部の変形が吸収され、センサベース本体２１は湾曲しない。従って、センサベースのセンサフランジ２４が浮くことがないので、前述の各ボルト２７がセンサベース本体２１と、ボディ１０を締め付けた際に発生する応力がガスケット２６に伝達される。結果、ボディ１０と流量センサ２０との間のシール性能を大幅に向上させることができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、図５に示すように、センサベース本体２１の４隅に、面取部２１Ｇ（図３（ｄ））でなく、凹部２１ｊを形成して、逃げ空間２１ｉを形成しても良い。また、図６に示すように、ボディ１０に対し、センサベース本体２１の４隅に対向する部分に凹部１０jを形成して、逃げ空間２１ｉを形成しても良い。かかる構成であっても、逃げ空間２１ｉにより、センサベース本体２１は湾曲せず、センサベースのセンサフランジ２４が浮くことがないので、ボディ１０と流量センサ２０との間のシール性能を大幅に向上させることができる。

また、図７に示すように、ボディ１０とセンサベース本体２１との間にスペーサ５を介する構成であっても良い。なお、図７においては、ボディ１０にザグリ部１０ｉは形成されておらず、ガスケット２６はボディ１０のセンサ設置面１０Ｈ上であって、スペーサ５のガスケット挿入孔５ｂ内に配置されている。また、センサベース本体２１に面取部２１Ｇは形成されていない。

図８は、スペーサ５の（ａ）上面図および（ｂ）側面図を示している。

図８（ａ）に示すように、スペーサ５は、ステンレス等の鋼材により構成され、外形が直方体形状をなしている。スペーサ５には、センサベース本体２１のボルト挿入孔２１ｃおよびフランジ挿入孔２１ｄに対応する位置に、ボルト挿入孔５ａおよびガスケット挿入孔５ｂが形成されている。

また、スペーサ５の４隅には、面取部５Ｃが形成されている。各面取部５Ｃは、例えば、グラインダにより角部を削ることにより形成される。この各面取り部５Ｃにより、図９に示すように、センサベース本体２１の４隅の角部とスペーサ５との間に、逃げ空間２１ｉが形成される。なお、スペーサ５に面取部５Ｃを形成せずに、センサベース本体２１に面取部２１Ｇまたは凹部２１ｊを形成するようにしても、センサベース本体２１の４隅の角部とスペーサ５との間に、逃げ空間２１ｉが形成される。かかる構成であっても、逃げ空間２１ｉにより、センサベース本体２１は湾曲せず、センサベースのセンサフランジ２４が浮くことがないので、ボディ１０と流量センサ２０との間のシール性能を大幅に向上させることができる。

また、スペーサ５の４隅に、面取部５Ｃでなく、凹部を形成して、逃げ空間２１ｉを形成しても良い。また、図８（ｂ）に示したスペーサ５を上下逆にして、ボディ１０とセンサベース本体２１との間に設置して、スペーサ５とボディ１０との間に逃げ空間を形成しても良い。

また、図１０に示すように、スペーサ５の４隅に切欠き５ｄを形成して、センサベース本体２１とボディ１０との間に逃げ空間を形成するようにしても良い。また、スペーサ５に面取部５Ｃ等を形成せずに、ボディ１０に図６に示したような凹部１０ｊを形成して、スペーサ５とボディ１０との間に逃げ空間を形成しても良い。

また、ボディ１０、センサベース本体２１、センサフランジ２４、ガスケット２６などの材料として、ステンレス鋼を例示しているが、制御する流体や使用する場所等に応じて使用可能な材料（金属、非金属の他に樹脂材等も含む）や形状を選択すれば良い。また、締結手段として、ボルト２７を用いたが、他の締結手段により、センサベースをボディ１０に固定しても良い。

１：マスフローコントローラ、５：スペーサ、５Ｃ：面取部、５ｄ：切欠き、１０：ボディ、１０ｊ：凹部、２０：流量センサ、２１：センサベース本体、２１ｃ：ボルト挿入孔、２１Ｇ：面取部、２１ｉ：逃げ空間、２１ｊ：凹部、２１Ｋ：基部、２１Ｌ：端部、２２：細管、２４：センサフランジ、２６：ガスケット、２７：ボルト

Claims

流体通路が形成されたボディと、
前記ボディに固定され、前記流体通路内の流量を計測する流量センサと、を備え、
前記流量センサは、
流体が流れる細管を支持するセンサベースと、
前記センサベースを前記ボディに固定するための締結手段と、を備え、
前記センサベースは、
基部と、前記基部を挟むように位置する一対の端部とを有し、
前記基部は、前記基部と前記ボディとの間に位置するシール部材を押圧するためのシール部材押圧部を有し、
各端部と前記ボディとの間に、各端部の変形を吸収する逃げ空間が形成されているマスフローコントローラ。
前記逃げ空間は、各端部に面取部、凹部、切欠きを設けることにより、形成される、請求項１に記載のマスフローコントローラ。
前記逃げ空間は、前記ボディに凹部を設けることにより、形成される、請求項１に記載のマスフローコントローラ。
流体が流れる流体通路が形成されたボディと、
前記ボディに固定され、前記流体通路内を流れる流体の流量を計測する流量センサと、を備え、
前記流量センサは、
流体が流れる細管を支持するセンサベースと、
前記センサベースと前記ボディとの間に配置されるスペーサと、
前記センサベースと前記スペーサとを前記ボディに固定するための締結手段と、を備え、
前記センサベースは、
基部と、前記基部を挟むように位置する一対の端部とを有し、
前記基部は、前記基部と前記ボディとの間に位置するシール部材を押圧するためのシール部材押圧部を有し、
各端部と前記ボディまたは前記スペーサとの間、または、前記ボディと前記スペーサとの間に、各端部の変形を吸収する逃げ空間が形成されているマスフローコントローラ。
前記逃げ空間は、各端部に面取部または凹部を設けることにより、形成される、請求項４に記載のマスフローコントローラ。
前記逃げ空間は、前記スペーサに面取部、凹部、または切欠きを設けることにより、形成される請求項４に記載のマスフローコントローラ。
前記逃げ空間は、前記ボディに凹部を設けることにより、形成される、請求項４に記載のマスフローコントローラ。