(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに形成された上流側流路と下流側流路をつなぐ主流路と、前記上流側流路から分岐して前記下流側流路へ開口する流量測定流路を有し、前記主流路に横断面が円形の流量調整部材を具えたマスフローコントローラの分流構造において、
前記流量調整部材の軸方向に貫通溝が形成され、
前記流量調整部材の軸に直角な断面において、前記溝の形状が渦巻き状であることを特徴とする、
マスフローコントローラの分流構造。
【請求項２】
前記流量調整部材の軸に直角な断面において、複数の同心円の半円部分を構成し、該半円部分の一方端は隣合う外側の半円部分と連結され、他端は隣合う内側の半円部分と連結された形状の溝が、前記流量調整部材の軸に直角な断面に左右対称に２本形成されている、請求項１のマスフローコントローラの分流構造。
【請求項３】
前記溝が前記流量調整部材の一方の端部から他方の端部にかけてテーパ状である、請求項１又は２のマスフローコントローラの分流構造。
【請求項４】
前記溝の溝幅が前記流量調整部材の一方の端部から他方の端部にかけて減少している、請求項１又は２のマスフローコントローラの分流構造。
【請求項５】
ベースに形成された上流側流路と下流側流路をつなぐ主流路と、前記上流側流路から分岐して前記下流側流路へ開口する流量測定流路を有し、前記主流路に横断面が円形の流量調整部材を具えたマスフローコントローラの分流構造において、
前記流量調整部材の前記下流側流路に面する端面にその直径方向に少なくとも１本の溝が形成され、
前記溝の軸方向深さが前記流量調整部材の端面の中心において最も浅く、径方向に次第に深くなっていることを特徴とする、
マスフローコントローラの分流構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス等の流体の流量を測定するために使用されるマスフローコントローラの分流構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来のマスフローコントローラの断面図を示す。
このマスフローコントローラは、流体流量を測定するための流体の分流構造部１７と、分流構造部１７で測定された流量に基づいて流量を調整する流量調整部１８で構成されている。
分流構造部１７は、流体を供給する上流側流路１２２と流体を排出する下流側流路１２４をつなぐ主流路１２が形成されたベース１１と、主流路１２から分岐し、一対のセンサ１６，１６を具えた流量測定流路１４からなる。
流量調整部１８は、弁体及び弁座を具えた流量調整弁１８０からなる。
【０００３】
なお、流量測定流路１４に流体が流入する入口１４２と、流量測定流路１４から流体が下流側流路１２４に戻る出口１４４の間の主流路１２内部に、流量測定流路１４へ流入する流体の流量を調整するための流量調整部材９０が設けられ、この流量調整部材９０は、スプリングＳによって主流路１２に形成された位置決め用の段部１２６に押付けられて固定されている。
【０００４】
上流側流路１２２から流体が供給されると、その一部が主流路１２から分岐する流量測定流路１４に流入して一対のセンサ１６，１６によって流量が測定され、測定結果である出力信号が制御回路（図示せず。）に送られる。
そして、流量調整部１８の流量調整弁１８０が制御回路からの信号を受けて、マスフローコントローラ内を流れる流体質量を調節する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成のマスフローコントローラにおいては、主流路１２から流量測定流路１４への流体の分流によって、乱流状態が生じないようにする必要がある。
そのため、従来は、流量調整部材９０としてテーパ状のプラグを主流路に組込む等、様々な構成の流量調整部材９０によって、層流状態を維持できるようにしていた。
しかし、そのために精密加工を要したり、数種の部品からなる流量調整部材９０は、製造工程が多くなり加工コストが嵩む問題がある。
また、流量調整部材９０自体が大型化するため、主流路１２の内径が小さい微小流量のマスフローコントローラには使用できないという問題も有している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ベースに形成された上流側流路と下流側流路をつなぐ主流路と、前記上流側流路から分岐して前記下流側流路へ開口する流量測定流路を有し、前記主流路に横断面が円形の流量調整部材を具えたマスフローコントローラの分流構造において、前記流量調整部材の軸方向に貫通溝が形成され、前記流量調整部材の軸に直角な断面において、前記溝の形状が渦巻き状である構成によって、前記の課題を解決した。
【０００７】
請求項５の、ベースに形成された上流側流路と下流側流路をつなぐ主流路と、前記上流側流路から分岐して前記下流側流路へ開口する流量測定流路を有し、前記主流路に横断面が円形の流量調整部材を具えたマスフローコントローラの分流構造において、前記流量調整部材の前記下流側流路に面する端面にその直径方向に少なくとも１本の溝が形成され、前記溝の軸方向深さが前記流量調整部材の端面の中心において最も浅く、径方向に次第に深くなっているマスフローコントローラの分流構造は、流量調整部材の溝を簡単に形成することができるので、微小流量のマスフローコントローラに好適である。
【０００８】
【作用】
上記の構成の流量調整部材は、単一の部品から形成されるので、加工工程が簡単になり、製造コストが低減される。
また、流量調整部材自体の大きさを小型化できるので、主流路の内径が小さい微小流量のマスフローコントローラへの適用が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態のマスフローコントローラの分流構造１０を示し、図１（ａ）は要部拡大縦断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のマスフローコントローラの分流構造１０に使用される流量調整部材２０の斜視図である。
なお、このマスフローコントローラにおいて、流量調整部等の構成は従来のマスフローコントローラと同一であるので、分流構造１０以外の部分の図示及び説明は省略する。
【００１０】
図１（ｂ）に示す流量調整部材２０は、調整する流体の性質に応じて、ステンレス等の耐腐食性の素材からなる円柱形状の部材で形成され、円柱の直径は、この流量調整部材２０が使用されるマスフローコントローラの主流路１２の内径よりも僅かに小さい。
円柱形状の部材には、軸方向に貫通する溝２２が形成され、この溝２２は軸に直角となる断面において渦巻き状となっている。
【００１１】
流量調整部材２０は、その端面が上流側流路１２２から供給される流体の流れに対して直角となるように、図１（ａ）に示すマスフローコントローラの主流路１２内に配置される。
なお、図１（ａ）の断面図では、流量調整部材２０に形成された渦巻き状の溝２２の図示を省略した。
【００１２】
マスフローコントローラに配置された流量調整部材２０において、上流側流路１２２から供給される流体に対向する側を上流側としてＡで示し、軸方向他端を下流側としてＢで示す（図１（ａ），図１（ｂ）参照）。
上記のような流量調整部材２０を具えたマスフローコントローラにおいて、上流側流路１２２から供給された流体の大部分は、流量調整部材２０を貫通するように形成された渦巻き状の溝２２を通過して下流側Ｂに流れるが、流体が流量調整部材２０を通過する際に流量が絞られるため、流体の一部が流量測定流路１４に分流され、センサ１６，１６によって質量流量が測定される。
【００１３】
次に、図２は、本発明の第２実施形態のマスフローコントローラの分流構造１２に使用される流量調整部材３０の正面図である。
なお、第２実施形態のマスフローコントローラの分流構造１２は、流量調整部材３０以外の構成は図１（ａ）のものと同一であるので、マスフローコントローラの分流構造１２自体の図示及び説明は省略し、流量調整部材３０の説明のみすることにする。
【００１４】
この流量調整部材３０も図２のものと同様に、ステンレス等からなる円柱形状の部材に、軸方向に貫通する溝３２が形成されて構成されているが、軸方向に直角となる断面において、径の大きさの異なる複数の同心円の半円部分を構成し、それぞれの半円同士がその端部で連結された形状の溝３２が、断面に対して左右対称に２本形成されている。
【００１５】
この流量調整部材３０は、第１実施形態の流量調整部材２０と同様に、端面が上流側流路１２２から供給される流体の流れに対して直角となるように、図１（ａ）に示すものと同一のマスフローコントローラに配置される。
マスフローコントローラに配置された状態の流量調整部材３０の働きは、第１実施形態のものと同様であるので、説明を省略する。
【００１６】
図１（ｂ）及び図２に示す流量調整部材２０，３０として、具体的数値の例を挙げると、ステンレスからなる直径１５ｍｍ、軸方向の長さ１９ｍｍの円柱形状の部材に幅０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍの溝を形成する。
溝幅、及び流量調整部材２０，３０の断面積に対する溝面積の割合を変化させることによって、流量測定流路１４に分岐させる流体の流量を調整することができる。すなわち、溝幅を大きくするか、渦巻きの巻数を多くすれば、流量調整部材２０，３０を通過する流体流量が増加するので、相対的に流量測定流路１４に分岐される流体流量が減少する。
【００１７】
また、流量測定流路１４に分岐される流体の流量調整は、流量調整部材２０，３０に形成する溝２２，３２を、軸方向上流側Ａから下流側Ｂへ向けてテーパ状としたり、溝２２，３２の幅を変化させることによっても可能である。
図３は、図１（ｂ）に示した渦巻き状の溝が形成された流量調整部材２０において、上記の一例である流量調整部材４０，４０’について示し、流量調整部材の軸方向上流側Ａから下流側Ｂへ向けて溝の断面積が減少するように、図３（ａ）は溝４２をテーパ状としたもの、図３（ｂ）は溝４２’の幅を減少させたものである。
このような流量調整部材４０，４０’によって、上流側流路１２２から供給された流体は、流量調整部材４０，４０’の溝４２，４２’によって流量が絞られることになり、その分、流量測定流路１４に分岐される流体流量が増加する。
【００１８】
さらに、図１（ｂ）及び図２の流量調整部材２０，３０において、流量調整部材２０，３０の外表面を切り欠いて、切欠部が流量測定流路１４の入口１４２に面するように配置することもある。かくして、流量測定流路１４に分流される流体の流量が調整される。
この場合、流量調整部材２０，３０の上流側Ａの外表面全体を切欠いて、径の異なる外表面を持つように形成してもよい。
図４に上記の場合の一例を示し、図４（ａ）は切欠５８を外表面の一部に設けた流量調整部材５０の正面図、図４（ｂ）は径の異なる外表面５４，５６を有する流量調整部材５０’をマスフローコントローラに配置した状態の要部拡大縦断面図である。
また、切欠が流量調整部材の上流側Ａ端面につながっていなくてもよく、図４（ｃ）にこの場合の流量制御部材５０’’の軸方向断面図を示す。
なお、図４（ｂ）、及び図４（ｃ）の断面図では、流量調整部材５０’，５０’’に形成された渦巻き状の溝の図示を省略した。
【００１９】
上記の流量調整部材２０，３０，４０，４０’，５０，５０’及び５０’’の渦巻き状の溝は、ワイヤー放電加工等の方法によって所望の幅、及び形状に形成することができる。
【００２０】
次に、図５は、本発明の第３実施形態のマスフローコントローラの分流構造１４を示し、図５（ａ）は要部拡大縦断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）に使用される流量調整部材６０の斜視図である。
この実施形態のマスフローコントローラは微小流量用のものであり、主流路１２は、流量調整部材６０がはめ込まれている部分に存在し、幅が０．１ｍｍ程度でほぼリング状になる。
なお、図５（ａ）の要部拡大縦断面図は、説明の便宜上、図面に対して右側が上流側Ａ、左側が下流側Ｂとなるように図示した。
【００２１】
この実施形態で使用される流量調整部材６０は、第１実施形態乃至第３実施形態のものと同様に、さらされる流体によって腐食されることがないように、ステンレス等の耐腐食性の素材で形成された円柱形状の部材からなるが、円柱形状の部材の直径は、主流路１２の内径に応じて、主流路１２に嵌め込むことができる程度に形成されている。典型的数値は、上記のとおり、約０．１ｍｍの隙間が生じるようにされている。
流量調整部材６０の下流側Ｂの端面には、端面の直径方向に１本の溝６２が形成されている。
【００２２】
この流量調整部材６０の場合は、上流側流路１２２から供給された流体は、主流路１２となる、流量調整部材６０との間の僅かな隙間を通って下流側流路１２４へ流れる（図５（ａ）参照）。
【００２３】
なお、図５（ａ）に示す流量調整部材６０は、図５（ｂ）の流量調整部材６０のａ−ａ線における縦断面図であるが、これは図５（ａ）中に流量調整部材６０の端面に形成された溝６２を図示するためであって、図５（ａ）の断面図において、溝６２の位置が限定されることはない。
【００２４】
上記のように、この実施形態のマスフローコントローラにおいて、上流側流路１２２から供給された流体は流量調整部材６０の外表面を流過する構成であるので、流量調整部材６０の下流側端面Ｂでは、流量調整部材６０の外表面を通ってきた流体が主流路１２に形成された段部１２６に衝突してしまい下流側流路１２４へは流れない。
しかし、本発明では、流量調整部材６０の下流側端面Ｂに溝６２が形成されているため、図５（ａ）の矢印で示すように流量調整部材６０の外表面を通ってきた流体は、この溝６２に導かれて容易に下流側流路１２４へと流れる。
【００２５】
流量調整部材６０の下流側端面Ｂに形成された溝６２の軸方向深さ、及び溝６２の数の異なる流量調整部材を使用して、主流路１２と流量調整部材６０の隙間を通る流体の流量をどの程度下流側Ｂに流すかを調整することができる。
図６は、上記の一例を示す流量調整部材７０，８０の斜視図であり、図６（ａ）は、溝を軸方向により深く形成したもの、図６（ｂ）は溝の数を多く形成したものである。
図６に示す流量調整部材７０，８０は、図５（ｂ）の流量調整部材６０と同様に図５（ａ）に示すマスフローコントローラの主流路１２に嵌め込んで使用される。
【００２６】
図５（ｂ）及び図６（ａ）に示す流量調整部材６０，７０に形成された溝６２，７２は、下流側端面Ｂから上流側Ａにかけて径方向の深さが一定となっているが、図６（ｂ）の流量調整部材８０に形成された溝８２は、下流側端面Ｂから上流側Ａにかけて、端面の中心において最も浅く径方向に次第に増加するようになっている。
【００２７】
なお、図５（ｂ）及び図６に示した流量調整部材６０，７０，８０において、下流側端面Ｂの溝６２，７２，８２は、前述のものと同様に、ワイヤー放電加工等の方法で形成することができる。
図４（ａ）乃至（ｃ）で示した切欠、又は段差を設ける実施形態は、本発明の図５、６の微少流量用の実施形態にも適用可能であるが、図示と説明は省略する。
【００２８】
【発明の効果】
上記の構成のマスフローコントローラの分流構造では、単一の部品からなる流量調整部材を主流路にはめ込むだけで、流体を主流路から流量測定流路へ分岐させることができる。
そのため、流量調整部材の製造工程が簡単になり、製造コストを低減することができる。
また、請求項５のように、下流側の端面のみに溝が形成された流量調整部材は、溝の加工が容易で、流量調整部材自体を小型化することができるので、主流路の内径が小さい微量流量用のマスフローコントローラに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のマスフローコントローラの分流構造を示し、図１（ａ）は要部断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のマスフローコントローラの分流構造に使用される流量調整部材の斜視図。
【図２】  本発明の第２実施形態のマスフローコントローラの分流構造に使用される流量調整部材の正面図。
【図３】  図１（ｂ）の流量調整部材の溝を、軸方向上流側から下流側へかけて溝の周方向断面積が減少するように形成した流量調整部材の斜視図であり、図３（ａ）はテーパ状の溝を形成した場合、図３（ｂ）は溝幅を減少させた場合である。
【図４】  図１（ｂ）の流量調整部材の外表面に切欠を設けた流量調整部材を示し、図４（ａ）は、図１（ｂ）の流量調整部材の上流側の外表面にを切欠を形成した流量調整部材であり、図４（ｂ）は、図１（ｂ）の上流側の外表面全体を切欠いて、径の異なる外表面を持つように形成した流量調整部材をマスフローコントローラに配置した状態の要部拡大断面図、図４（ｃ）は切欠が流量調整部材の端面につながっていない場合の軸方向断面図。
【図５】  本発明の第３実施形態のマスフローコントローラの分流構造を示し、図５（ａ）は要部拡大斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）に使用される流量調整部材の斜視図。
【図６】  図５（ｂ）の流量調整部材の溝形状を変化させた流量調整部材の斜視図で、図６（ａ）は溝を軸方向に深く形成したもの、図６（ｂ）は溝数を多く形成したものである。
【図７】  従来のマスフローコントローラの断面図。
【符号の説明】
１０，１２，１４：マスフローコントローラの分流構造
１１：ベース
１２：主流路
１２２：上流側流路
１２４：下流側流路
１４：流量測定流路
２０，３０，４０，４０’，５０，５０’，５０’’，６０，７０，８０：流量調整部材
２２，３２，４２，４２’，５２，６２，７２，８２：貫通溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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