JP4476287B2

JP4476287B2 - 流量計

Info

Publication number: JP4476287B2
Application number: JP2006514589A
Authority: JP
Inventors: 広行稲垣; 勇藁品
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: EP1754959B1; DE602005012090D1; US7698938B2; EP1754959A4; JPWO2005121718A1; EP1754959A1; WO2005121718A1; US20080034886A1

Description

この発明は、例えば、チップマウンタにおいて微少部品の吸着確認を行うといった用途に使用される流量計に関するものである。

従来、微少チップ等の吸着状態を確認するために吸着ノズルの流量変化を検出するようにした装置があり、このような流量変化を検出するために流量計が用いられている。このような流量計として、例えば特許文献１に示されるように、流路部分の両端に入口ポートと出口ポートを設け、かつ、これら入口ポートと出口ポートの流路と直角に流路を設け、この流路と流量センサが位置する流路とが直角となるよう流量計内の流路を形成することにより、小形化を図りながら、計測対象となる流体の再現性のある流速分布を形成し、安定した計測結果が得られるようにしたものがあった。

特開２００４−３８８７号公報

上記従来の流量計では、上述した流路の形状を有することにより、小形でかつ安定した計測結果が得られるといった効果を有するものである。しかしながら、このような流量計が取り付けられる装置では、取り付けスペースの問題や重量的な観点から、更なる小形化、軽量化への要請が強く、従って、流量計として更なる小形、軽量化の実現が要望されていた。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、安定した計測結果を得ると共に、小形、軽量化を実現することのできる流量計を得ることを目的とする。

この発明に係る流量計は、流量計本体の流体の流路入口と流体の流量を検出するセンサが位置するセンサ流路との間の流路に屈曲部を設け、当該屈曲部を構成する壁部に前記流体が衝突することで再現性のある一定の流速分布を形成した流量計において、前記流量計は、本体と、前記本体の上面に設けられたセンサを保持する回路基板とを有し、前記本体は、本体上面から鉛直方向下方に向かって設けられた第１及び第２の孔と、本体下面から鉛直方向上方に向かって設けられた第３及び第４の孔とを有し、前記第１〜第４の孔は互いに略平行に設けられ、前記第１及び第２の孔の先端の最小距離と、前記第３及び第４の孔の先端の最大距離をほぼ同一に設定し、前記第１の孔の内側と前記第３の孔の外側及び前記第２の孔の内側と前記第４の孔の外側をそれぞれ連通させることにより屈曲部を設けたものである。

また、この発明に係る流量計は、第１及び第２の孔と直線状のセンサ流路との交差部分の流路壁に曲面部を設けたものである。

この発明の流量計は、マニホールドとセンサ流路との間の流路に屈曲部を設け、この屈曲部の壁部に流体が衝突することで再現性のある一定の流速分布を形成するようにしたので、安定した流量計測結果を得ることができる。これは、マニホールドの流路内部で形成された流速分布を持つ流れが、屈曲部の壁部に当たることにより変化し、流路内の流速分布が再編成され、これを繰り返すことにより、マニホールドなど流量計入口前の流路で形成された流速分布が変わり、屈曲部による流速分布が形成されるからである。
また、この発明に係る流量計は、本体と、前記本体の上面に設けられたセンサを保持する回路基板とを有し、前記本体は、本体上面から鉛直方向下方に向かって設けられた第１及び第２の孔と、本体下面から鉛直方向上方に向かって設けられた第３及び第４の孔とを有し、第１〜第４の孔は互いに略平行に設けられ、前記第１及び第２の孔の先端の最小距離と、前記第３及び第４の孔の先端の最大距離をほぼ同一に設定し、前記第１の孔の内側と前記第３の孔の外側及び前記第２の孔の内側と前記第４の孔の外側をそれぞれ連通させたので、本体を２つの金型を用い、射出成形することで、第１の孔と第３の孔、及び第２の孔と第４の孔をそれぞれ連通させることでき、屈曲部を有する流量計を容易に作成することができる。

また、この発明に係る流量計は、第１及び第２の孔と直線状のセンサ流路との交差部分の流路壁に曲面部を設けたので、第１の孔からセンサ流路へと流体がスムーズに流れるため、センサ流路の直線部分を短くすることができる。

この発明の実施の形態１による流量計の断面図である。この発明の実施の形態１による流量計の本体の上面図である。この発明の実施の形態１による流量計の本体の下面図である。この発明の実施の形態１による流量計の外観図である。この発明の実施の形態１による流量計の他の例の断面図である。この発明の実施の形態１による流量計の他の例の本体の上面図である。この発明の実施の形態１による流量計を作成する際に用いる金型の断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による流量計の断面図である。
図２は、この発明の実施の形態１による流量計のカバー２、回路基板３及びパッキン６を取り除いた状態の本体を上面からみた図である。
図３は、この発明の実施の形態１による流量計のパッキン７を取り除いた状態の本体を下面からみた図である。
図４は、この発明の実施の形態１による流量計の外観図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。

これらの図において、流量計は、本体１、カバー２、回路基板３、センサ４、リード線５、パッキン６，７を備えている。本体１及びカバー２は、それぞれ、例えば、ＰＢＴ樹脂（ポリブチレンテレフタレート）といった樹脂からなり、これら本体１とカバー２とは超音波溶着等で一体に固定されている。回路基板３は、センサ４による流量検出を行うための回路を備えた基板であり、その下面側にはセンサ４が取り付けられ、後述するセンサ流路の壁部の一部を構成するよう取り付けられている。この回路基板３は、本体１に設けられたねじ穴８（図２参照）に対して図示しないねじにより本体１に対して一体に固定されるよう構成されている。

センサ４は、例えば、ヒータエレメントを挟むように測温抵抗エレメントが配置されたフローセンサであり、センサ流路内に若干突出するよう設けられている。リード線５は、センサ４で検出された流量データを取り出すための信号線である。パッキン６は回路基板３と本体１との間の流体の漏れを防止するためのパッキンであり、パッキン７は、本体１とマニホールド９との間の流体の漏れ防止のためのパッキンである。

本体１にはセンサ４によって流量検出を行うための流路が形成されており、この流路は、センサ４が位置する流路部分であるセンサ流路１０１と、センサ流路１０１の上流側及び下流側に位置する上流側流路１０２及び下流側流路１０３から構成されている。

センサ流路１０１は、本体１と回路基板３とで区画される断面矩形で直線状の流路であり、その流れ方向及び流れに垂直な方向の中心部にセンサ４が位置するようになっている。また、上流側流路１０２及び下流側流路１０３は、その流路が、センサ流路１０１に対して略直角に屈曲するよう形成されており、これら上流側流路１０２及び下流側流路１０３には、更に、マニホールド９との間に屈曲部１０２ａ，１０３ａを有している。また、上流側流路１０２及び下流側流路１０３は、センサ４の位置を中心として対称となるよう設けられている。

屈曲部１０２ａ，１０３ａは、マニホールド９の入口ポート９ａ及び出口ポート９ｂとの当接面に位置し、入口ポート９ａ及び出口ポート９ｂにおける流体の流れ方向と略直角となるよう形成された第１の流路１０２ａ−１，１０３ａ−１と、第１の流路１０２ａ−１，１０３ａ−１の流れ方向と略直角になるよう設けられた第２の流路１０２ａ−２，１０３ａ−２と、第２の流路１０２ａ−２，１０３ａ−２の流れ方向と略直角になるよう設けられた第３の流路１０２ａ−３，１０３ａ−３と、第３の流路１０２ａ−３，１０３ａ−３の流れ方向と略直角になるよう設けられた第４の流路１０２ａ−４，１０３ａ−４とを含んで構成されている。即ち、第１の流路１０２ａ−１，１０３ａ−１〜第３の流路１０２ａ−３，１０３ａ−３によって、断面コ字状の屈曲部が形成されている。

また、第４の流路１０２ａ−４，１０３ａ−４の流れ方向と、入口ポート９ａ及び出口ポート９ｂの流れ方向は、平行でかつその中心軸の位置が異なるよう形成されている。但し、この位置関係は特に限定されるものではなく、どのような位置関係であってもよい。

また、屈曲部１０２ａ，１０３ａの開口端の形状（マニホールド９との接合部の形状）は、図３及び図４（ｃ）に示すように、マニホールド９の入口ポート９ａ及び出口ポート９ｂ側が略三角形状となるよう形成されている。尚、図３において、破線は入口ポート９ａ及び出口ポート９ｂの位置を示している。

また、本体１及びカバー２は、２箇所のねじ穴１０が形成され、ねじ１１によってマニホールド９に取り付けられるよう構成されている（図２〜図４参照）。ここで、屈曲部１０２ａ，１０３ａ開口端の入口ポート９ａ及び出口ポート９ｂ側が略三角形状となっているため、これらのねじ穴１０を、入口ポート９ａと出口ポート９ｂとを結ぶ直線上からずらして形成することにより、これらの間隔を小さくすることができ、従って、この点においても流量計として小形化に寄与することができる。

また、センサ流路１０１の流れ方向に垂直な高さ寸法ａは、上流側流路１０２及び下流側流路１０３の間隙ｂよりも小さく設定されている。これは、特許文献１に記載されているように、センサ４が位置する流路部分の流体の流れに対する垂直な高さ寸法を、流体の粘性により整流される高さ寸法とすることにより、センサ４付近での流体の流れを整流、かつ、層流化することができるからである。このような形状により、センサ４による安定した計測結果を得ることができる。

このように構成された流量計は、例えばチップマウンタに適用した場合、マニホールド９の入口ポート９ａ側は図示しない吸着ノズルに接続され、出口ポート９ｂ側は図示しない真空ポンプに接続される。このような状態で、真空ポンプを作動させると、流体である空気は、図１中の矢印に示すように入口ポート９ａから上流側流路１０２に吸引され、センサ流路１０１、下流側流路１０３を経て真空ポンプに吸引される。

その際、センサ流路１０１を流れる空気の流量がセンサ４によって検出され、その検出値はリード線５を介して図示しないコントローラに送られ、そこで流速値、つまり流量が演算される。チップマウンタ等の場合、吸着ノズルに何も吸引されていない状態では流量が最大となり、吸着ノズルにチップが吸引されている状態では流量がほぼ０となることから、吸着ノズルでチップを吸引しているか否かを判断することができる。

ここで、本実施の形態では上流側流路１０２では、入口ポート９ａからの流路が略直角に４回屈曲されている。即ち、入口ポート９ａから流入した空気は屈曲部１０２ａの壁部に４度当たってその流れ方向が変化する。このように、空気の流れ方向が複数回変化する（複数回壁部に当たる）ことにより、再現性のある一定の流速分布を形成することが実験的に確かめられている。これは次のような理由からであると考えられる。

マニホールド９の流路内部で形成された流速分布を持つ流れが、屈曲部１０２ａ，１０３ａの壁部に当たることにより変化し、流路内の流速分布が再編成される。そして、これが、第１の流路１０２ａ−１，１０３ａ−１〜第４の流路１０２ａ−４，１０３ａ−４で繰り返されることにより、マニホールド９で形成された流速分布が変わり、屈曲部１０２ａ，１０３ａによる流速分布が形成される。

その結果、センサ流路１０１に流入する流体の再現性のある一定の流速分布を形成し、安定した流量測定結果を得ることができるものである。

以上のように実施の形態１によれば、センサ流路１０１の上流側に位置する上流側流路１０２の開口端をマニホールド９の入口ポート９ａに当接させ、かつ、上流側流路１０２は、入口ポート９ａの当接面を含む第１の流路１０２ａ−１から第４の流路１０２ａ−４からなる屈曲部１０２ａを有するようにしたので、小形化を実現すると共に、安定した流量計測結果を得ることができる。

即ち、マニホールド９と流量計との接続部分そのものが整流部となるよう構成したので、小形化と整流といった相反する機能を両立させることができる。また、流量計をマニホールド９に直付けできるため、流量計を外部の流路に接続するための接続部分も不要となり、特に、従来と比べて、横方向（流れ方向に平行な方向）の寸法を小さくすることができ、従って、この点からも、小形、軽量化を実現することができる。また、流路は、樹脂を射出成形するといった工程のみで形成でき、特別な加工も必要なく、しかも接続継手等も不要なことから、製造が容易で安価な流量計を実現することができる。

また、本実施の形態では、流体の整流効果を得るために流路にフィルタ等の手段を設けるのではなく、屈曲部１０２ａ，１０３ａによってこれを実現している。このため、たとえ流体に異物が混入していた場合でも、その異物は屈曲部１０２ａ，１０３ａ（の隅部）に溜められ、流路そのものをふさいでしまうことがない。従って、フィルタ等の手段を用いた場合のように、フィルタに異物が蓄積して流路をふさいでしまい流量計としての特性が変化してしまうといった現象を回避することができ、長期間の使用であっても安定した特性を維持することができる。

尚、上記実施の形態１では、センサ流路１０１の形状として流れ方向に直線状の流路としたが、センサ４が位置する部分の流路の断面積が小さくなるようにセンサ流路１０１を形成してもよい。以下、このような例を説明する。

図５及び図６は、それぞれセンサ４が位置する部分の流路を絞るようにした場合の断面図及び本体部分を上面から見た図である。
図５に示すように、センサ流路１０１の底壁のセンサ４が位置する部分に、流路内に突出する弧状面１２を形成する。また、図６に示すように、センサ流路１０１の側壁のセンサ４が位置する部分に流路内に突出する弧状面１３をそれぞれの側壁に形成する。

このように構成することにより、センサ流路１０１に導かれた流体は、弧状面１２，１３によって絞られた流路部分で更に整流され、センサ４による流量計測を更に安定した状態で行うことができる。

尚、図５及び図６の例では、弧状面１２と弧状面１３の両方を形成するようにしているが、それらのうち、いずれか一つの弧状面の形成のみであっても整流の度合いは減少するが整流効果は期待できる。

本体１を２つの金型を用いて作成する例を説明する。図７に第１の金型１１０及び第２の金型１１１の断面図を示す。図７に示すように第１の金型１１０と第２の金型１１１の窪みがある面を向かい合わせに配置する。すると第１及び第２の金型１１０，１１１により第１の空洞１１２及び第２の空洞１１３が形成される。第１及び第２の空洞１１２，１１３は図７に示す断面においては分離しているが、端部において、第１及び第２の空洞１１２，１１３は連通している。図示しない何れかの金型に設けられた樹脂注入孔より樹脂を注入し、樹脂が固まった後、第１の金型１１０をＨ方向に、第２の金型１１１をＧ方向に移動させることにより、空洞１１２，１１３と同一形状の樹脂で作成された図４（ｂ）に示すような本体１を作成することができる。

この時に、第１〜第４の突起１１５〜１１８をそれぞれ平行に設け、また第１の金型１１０の内部の第１の突起１１５と第２の突起１１６の対向する内側の面の距離と、第２の金型１１１の内部の第３の突起１１７と第４の突起１１８の外側の面の距離を略同一にしておくと、第１の突起１１５と第３の突起１１７及び第２の突起１１６と第４の突起１１８が接触面１２０，１２１で接することになり、作成された樹脂の本体１において、第１の突起１１５で形成された第１の孔と、第３の突起１１７で形成された第３の孔が連通し、また、第２の突起１１６で形成された第２の孔と、第４の突起１１８で形成された第４の孔が連通する。射出形成した後、回路基板３を本体１の上面にはめ込むだけで、簡単に屈曲部を有する流路を形成することができる。

図１に示す本体１の中央の略Ｔ字状の部分１３１の最大幅ｃと、本体１の側面を形成する側部の突起１３２の対向する幅ｄを等しく設定する、即ち、第１〜第４の孔を互いに略平行に設け、第１及び第２の孔の先端の最小距離と、第３及び第４の孔の先端の最大距離をほぼ同一に設定すると、上述したように屈曲部を簡易に形成することができ、第１〜第４の孔を連通させるための他の工程等を省略することができるのである。
また、本体１の中央の略Ｔ字状の部分１３１の角に曲面部１３０を設ける、即ち、第１及び第２の孔と本体１の上面に形成される直線状のセンサ流路１０１との交差部分の管壁に曲面部１３０を設けると、曲面部１３０を設けない場合に比べ、乱れた流れをより短い直線部分でもって流量を計測するに適した流れにすることができ、流量計をよりコンパクトに作成することができる。

また、上記実施の形態１では、マニホールド９の流体流れ方向がセンサ流路１０１の流れ方向と直角となっている例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、マニホールド９が流量計に対して斜め方向に設けられているといった、異なる方向での設置であっても同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態１では、流量計としてチップマウンタにおける吸着確認を行う場合を説明した。このような用途に適用することによって、より高い効果が得られるものであるが、このような使用態様に限定されるものではなく、例えば、流体の連続的な流量（流速）変化を検出することも可能である。また、流体としても空気だけでなく、気体であれば種々のものに適用可能である。

また、上記実施の形態１では、上流側流路１０２及び下流側流路１０３はセンサ４に対して対称となるよう設けられているため、例えば、マニホールド９の出口ポート９ｂから流体が流入し、入口ポート９ａに流出するような流体の流れに対しても同様に流量の計測を行うことができる。

また、上記実施の形態１では、図面との整合上、マニホールド９が下側に位置するとして説明したが、このような位置関係に限定されるものではなく、流量計を設置する際の上下左右の位置関係はどのようなものであってもよい。

また、上記実施の形態１では、流量計本体の流体の流路入口がマニホールド９に当接する例を説明したが、これに限定されるものではなく、流量計に流体を供給するものであればどのような構成であってもよい。

また、上記実施の形態１では、屈曲部１０２ａ，１０３ａは、入口ポート９ａ及び出口ポート９ｂとの当接面を含むよう形成したが、上流側流路１０２及び下流側流路１０３の部分に形成するのであれば、その形成位置はどこであってもよい。

Claims

流量計本体の流体の流路入口と流体の流量を検出するセンサが位置するセンサ流路との間の流路に屈曲部を設け、当該屈曲部を構成する壁部に前記流体が衝突することで再現性のある一定の流速分布を形成した流量計において、
前記流量計は、本体と、前記本体の上面に設けられたセンサを保持する回路基板とを有し、
前記本体は、本体上面から鉛直方向下方に向かって設けられた第１及び第２の孔と、本体下面から鉛直方向上方に向かって設けられた第３及び第４の孔とを有し、
前記第１〜第４の孔は互いに略平行に設けられ、前記第１及び第２の孔の先端の最小距離と、前記第３及び第４の孔の先端の最大距離をほぼ同一に設定し、前記第１の孔の内側と前記第３の孔の外側及び前記第２の孔の内側と前記第４の孔の外側をそれぞれ連通させることにより屈曲部を設けたことを特徴とする流量計。
第１及び第２の孔と直線状のセンサ流路との交差部分の流路壁に曲面部を設けたことを特徴とする請求項１記載の流量計。