JP5035957B2 - 気体流量計およびその取り付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、気体の導入路および排出路を形成したマニホールド体に装着して用いられる小型の流量計に係り、例えばチップマウンタにおける微小部品の吸着確認に用いるに好適な気体流量計およびその取り付け方法に関する。

チップマウンタにおける吸着ノズルによる微小部品の吸着確認の手法として、従来一般的な圧力センサに代えて流量センサを用い、上記吸着ノズルにおける微小流量の変化を検出することが試みられている。この種の用途に用いられる流量計として、相対向して設けられた流体導入口と流体排出口との間にコの字状に屈曲した流路を形成することで、小型化を図りながら流速分布の安定化を図ったものが提唱されている（例えば特許文献１を参照）。

またこのような小型の流量計を複数個、気体の導入路および排出路を形成したブロック状のマニホールド体に並べて装着して用いることも提唱されている（例えば特許文献２を参照）。
特開２００４−３８８７号公報 特開平１１−１７３８８４号公報

しかしながら前述したチップマウンタは、専ら、小型の圧力センサを用いることを前提として設計されていることが多い。この為、圧力センサの設置スペースに流量計を組み込む上での取り付け高さの制約が非常に厳しいと言う課題がある。ちなみに従来一般的には、流量計の上下面を貫通して設けた取り付け穴に挿通したねじを用いて該流量計をマニホールド体に固定している。或いは流量計本体の上面を覆う取り付け部材を用いて流量計をマニホールド体に押さえ込むことも考えられている。しかしこのような取り付け法を採用した場合、ねじの頭部や取り付け部材が流量計の上面から突出するので、その実質的な取り付け高さが高くなる等の問題がある。

またこの種の流量計においては、或る程度の流路長を確保して流速分布の安定化を図ることが必要であり、流量計自体の高さを低くするにも限界がある。また複数の気体の導入路および排出路を形成したブロック状のマニホールド体に複数の流量計を並べて装着して用いるような場合、マニホールド体に形成される複数の気体の導入路および排出路との干渉を防ぎながら、如何にして各流量計をマニホールド体に装着するかと言う点でも課題が残る。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、気体の導入路および排出路を形成したマニホールド体に装着して用いるに好適な簡易な構造の気体流量計とその取り付け方法を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係る気体流量計は、気体の導入路および排出路を形成したマニホールド体に装着して用いられて上記導入路と排出路とを結ぶ流路を形成すると共に、上記流路に設けた質量流量センサの出力から前記マニホールド体を介して通流する気体の流量を計測するものであって、
前記マニホールド体の導入路および排出路にそれぞれ連結される流体導入口および流体排出口を下面に備えると共に、これらの流体導入口と流体排出口とを結ぶ流路をその内部に形成した略直方体形状の流量計本体の相対向する両端部に、その下面に連なって上記各端部からそれぞれ突出する鍔部を設けたことを特徴としている。好ましくは前記鍔部は、前記流量計本体における前記流体導入口および流体排出口の並び方向の両端部に、その幅方向に設けた横溝の下面側の突出縁部として形成される。

また本発明に係る気体流量計の取り付け方法は、下面に流体導入口および流体排出口を備えると共に、これらの流体導入口と流体排出口とを結ぶ流路をその内部に形成した略直方体形状の流量計本体と、この流量計本体の上記流路に設けた質量流量センサとを備えた気体流量計を、気体の導入路および排出路を形成したマニホールド体に装着して用いるに際して、前記流量計本体の相対向する両端部にその下面に連なって上記各端部からそれぞれ突出する鍔部をそれぞれ設け、この鍔部の上面に係合させた固定部材の前記流量計本体から離して位置付けられる端部を前記マニホールド体にねじ止めして前記気体流量計をマニホールド体に装着することを特徴としている。好ましくは前記固定部材として、前記流量計本体の端部の幅よりも長尺の棒状体からなり、その端部にねじ穴を穿いたものを用いる。

上記構成の気体流量計によれば、略直方体形状の流量計本体の相対向する両端下部にそれぞれ鍔部が突出形成されているので、マニホールド体に平行に組み付けられる固定部材にて上記鍔部を前記マニホールド体との間に挟み込むだけで、その取り付け高さを増やすことなく流量計本体をマニホールド体上に確実に装着することができる。また上記鍔部を前記流量計本体の相対向する両端部にそれぞれその幅方向に設けられた横溝の下面側の突出縁部として形成するようにすれば、流量計本体そのものの外観寸法を小さくすることができるので、限られた設置スペースへの組み込みの容易化を図ることができる。

また長尺の棒状体からなる固定部材を前記流量計本体の鍔部上面に係合させ、コの固定部材の端部をマニホールド体にねじ止め固定するだけで、該固定部材とマニホールド体との間に鍔部を挟み込むことができるので、マニホールド体への気体流量計の取り付けを簡易に行うことができる。特に複数の気体流量計を並べてマニホールド体に設置するような場合であっても、複数の気体流量計並び幅に見合う長尺の固定部材を用いることで、これらの気体流量計を一括して簡易に装着することが可能となる等の効果が奏せられる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る気体流量計と、この気体流量計のマニホールド体への取り付け方法について説明する。
この気体流量計は、気体の導入路および排出路をなす透孔を形成した、例えばアルミニウム製の厚板からなるブロック状のマニホールド体に装着して用いられる小型のものであって、基本的には上記導入路と排出路とを結ぶ流路を形成する流量計本体と、この流量計本体の上記流路に組み込まれて前記マニホールド体を介して通流する気体の流量を計測する為の質量流量センサとを備えて構成される。

図１はこの実施形態に係る気体流量計の概略構成を示す外観斜視図であり、図２はその内部構造とマニホールド体への組み付け構造を示す断面図である。流量計本体１０は略直方体形状をなす樹脂モールド製のものであって、マニホールド体３０の導入路３１および排出路３２にそれぞれ連結される流体導入口１１および流体排出口１２をその下面に備えると共に、後述するようにその内部に上記流体導入口１１と流体排出口１２とを結ぶ流路を形成したものである。またこの流量計本体１０の上面には、後述する長方形状の回路基板２０を装着する所定深さの凹状の基板装着部１３が設けられる。

上述した流体導入口１１および流体排出口１２は、流量計本体１０の長手方向に所定の距離を隔てて並べて設けられたものであって、その開口縁部にはＯリングが装着されている。また流量計本体１０における上記基板装着部１３の底部の略中央部には、該基板装着部１３に装着される回路基板２０に沿って前記流体導入口１１および流体排出口１２が並ぶ向きに計測流路部を形成する開口凹部１４が形成されている。この開口凹部１４は、前記基板装着部１３に装着される回路基板２０によりその周縁部が閉塞されることで、前記流体導入口１１と流体排出口１２とを結ぶ流路の一部を形成する。

更に前記流量計本体１０には、上記開口凹部１４の両端部と前記流体導入口１１および流体排出口１２とをそれぞれ結ぶ連通路１５,１６が形成されている。これらの連通路１５,１６は、前述した回路基板２０によりその周縁部が閉塞される開口凹部１４を介して相互に連結されて、前記流体導入口１１と流体排出口１２とを結ぶ気体の通流路を形成する。

尚、これらの連通路１５,１６は、図２に示すように流量計本体１０の上面側（開口凹部１４の両端部）および下面側から、その軸心位置をずらして流量計本体１０の高さ方向にその途中位置まで穿たれた２つの縦穴部と、これらの縦穴部の底部間を横方向に連通する結合部とからなり、鈎型に屈曲した流路を形成している。このような屈曲構造をなす連通路１５,１６は、流体導入口１１から流入する気体を、その壁面に衝突させながら導くことでその流速分布を安定化する作用を呈する。

一方、前記基板装着部１３に装着される回路基板２０は、その下面側の略中央部に質量流量センサ２１を搭載すると共に、その上面側に上記質量流量センサ２１の駆動回路２２およびこの駆動回路２２の外部接続部品（コネクタ）２３を搭載したものである。ちなみに前記質量流量センサ２１は、特に図示ないが、例えば半導体チップに形成した肉薄ダイヤフラム上に発熱抵抗素子を設けると共に、気体の通流方向に上記発熱抵抗素子を挟んで一対の温度センサを設けたものからなる。この質量流量センサ２１は、上記発熱抵抗素子により加熱される肉薄ダイヤフラム近傍の雰囲気ガスの温度分布が、該肉薄ダイヤフラムに沿って通流する気体の流量によって変化することから、その温度変化を前記温度センサにより検出することで上記気体の流速、ひいてはその質量流量を検出する役割を担う。また前記駆動回路２２は、質量流量センサ２１における上述した発熱抵抗素子および温度センサをそれぞれ駆動する抵抗ブリッジ回路等を構築する複数の抵抗器やトランジスタ、更には温度センサの出力から流量を算出するマイクロプロセッサ等からなる。

このような質量流量センサ２１とその駆動回路２２を搭載した回路基板２０は、その下面側を前記開口凹部１４に向けて前記基板装着部１３に装着される。この結果、前記開口凹部１４が形成する計測流路に面して前記回路基板２０に搭載された質量流量センサ２１が位置付けられる。この際、接着剤により前記開口凹部１４の周縁部と前記回路基板２０の下面との間を接着することで前記開口凹部１４の周縁部が前記回路基板２０にて閉塞される。

さて基本的には上述した構造の流量計本体１０と回路基板２０とを備えて構成される本発明に係る気体流量計が特徴とするところは、前記流量計本体１０の長手方向における相対向する両端部の下部に、その下面に連なって上記各端部からそれぞれ突出する一対の鍔部１８を備えている点にある。特にこれらの鍔部１８は、前記流量計本体１０における前記流体導入口１１および流体排出口１２の並び方向の両端部、つまり流量計本体１０の短辺側の端部における中腹部に、その幅方向に設けた横溝１９の下面側の突出縁部として形成されている。尚、鍔部１８を含む前記流量計本体１０の下面の前記流体導入口および流体排出口の並び方向の長さ、つまり長手方向の長さは、該流量計本体１０の上面の長さ以下に設定されている。好ましくは後述する固定部材４０を上記鍔部１８に係合させたときの該固定部材１８を含む長手方向の長さが、前記流量計本体１０の上面の長手方向の長さより以下となるように、上記鍔部１８を含む下面の長さが設定される。

これらの鍔部１８は、前記マニホールド体３０に平行に組み付けられる棒状の固定部材４０によりその上面が押さえ込まれて前記マニホールド体３０との間に挟持され、これによって流量計本体１０をマニホールド体３０上に強固に装着する役割を担う。尚、棒状の固定部材４０は、その両端部にそれぞれねじ孔４１を設けたものであって、前記流量計本体１０の前記鍔部１８を設けた端部の幅に上記ねじ止め固定部分の長さを加えた長尺のものからなる。この固定部材４０は、前記ねじ孔４１を挿通してマニホールド体３０に螺着されるねじ４２により流量計本体１０の側部から離れた位置にて前記マニホールド体３０に固定され、この固定部材４０により前記鍔部１８が押さえ込まれることにより流量計本体１０がマニホールド体３０に固定される。

尚、固定部材４０に、前記鍔部１８に係合する段差部４３が設けておく場合には、その段差の高さは前記鍔部１８の厚みよりの若干低く設定される。この際、固定部材４０の長手方向における段差部４３の開口幅を前記流量計本体１０の短辺側の端面の幅と同程度に設定しておけば、この段差部４３に鍔部１８を嵌合することで流量計本体１０の横ずれを防止することができる。このような構造の固定部材４０をマニホールド体３０に固定したとき、該固定部材４０により前記流量計本体１０がマニホールド体３０の上面に密着固定されるものとなっている。

またマニホールド体３０への流量計（流量計本体１０）の取り付けは、流量計本体１０の下面に設けた流体導入口１１および流体排出口１２を、マニホールド体３０における導入路３１および排出路３２の各開口部に位置合わせして行うことは勿論のことである。またこのようにしてマニホールド体３０の上面に流量計（流量計本体１０）を固定したとき、前述したように流体導入口１１および流体排出口１２の各開口縁部に装着されたＯリングによって該流量計本体１０の下面と前記マニホールド体３０の上面との接合部が気密にシールされ、流体導入口１１と導入路３１とが隙間なく連結されると共に、流体排出口１２と排出路３２とが隙間なく連結される。

ところでマニホールド体３０に複数の気体流量計を並べて装着する（連装する）場合には、例えば図３に示すように複数の気体流量計（流量計本体１０）の並び幅よりも長尺の固定部材４５を用い、上記複数の気体流量計（流量計本体１０）を一括してマニホールド体３０に装着するようにすれば良い。尚、ここでは６個の気体流量計を横並びに連装した例を示しているが、その数は特に限られるものではない。この場合、気体流量計の連装数に応じた長さの固定部材を用いるようにすれば十分である。

かくして上述した構成の気体流量計およびその取り付け方法によれば、流量計本体１０両端部の下部に、その下面に連なって上記各端部からそれぞれ突出させて設けた鍔部１８を固定部材４０にて押さえ込むことによって該気体流量計をマニホールド体４０に固定するので、気体流量計の取り付け高さに制約がある場合でも流量計本体１０の高さの範囲内でその取り付けを簡易に行うことができる。従ってその取り付け高さを確保するべく、例えば流量計本体１０自体の高さを低くする必要がないので該流量計本体１０に形成する流路長を十分に確保することができ、その計測精度を犠牲にすることがない。

また上述した取り付け構造を採用しているので、気体流量計（流量計本体１０）を個々にマニホールド体３０にねじ止めする必要がなく、また固定部材４０をねじ止めする為のマニホールド体４０におけるねじ孔を個々の気体流量計（流量計本体１０）の装着位置から離れた位置に設けることが可能となる。この結果、マニホールド体４０の表裏面を貫通して前述した導入路３１および排出路３２を形成することに代えて、例えば図２および図４にそれぞれ示すようにマニホールド体４０の板面に沿って導入路３１および排出路３２を設ける場合であっても、ねじ孔の存在が導入路３１および排出路３２の形成を妨げることがない。換言すれば固定部材４０を固定する為のねじ孔４６を、図４に示すように導入路３１および排出路３２を避けた位置に形成することができる。故に複数の気体流量計をマニホールド体４０に連装した組み立て構造体における気体の通流方向を、マニホールド体４０の板面に沿った向きにすることができるので、実質的にその取り付けスペースのコンパクト化を図り得る等の効果が奏せられる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態においては流量計本体１０の端部に横溝（凹部）１９を設けることで鍔部１８を形成したが、図５に示すように単に流量計本体１０の端部からフランジ状に突出する鍔部１８を設けるようにしても良い。またこの鍔部１８を上下に貫通する丸穴を設けておき、この丸穴を挿通させて気体流量計をマニホールド体４０にねじ止め固定し得るようにしておくことも可能である。更には気体流量計を使用する際の実質的な高さを低くする上で、前述した回路基板２０に設ける外部接続部品（コネクタ）２３の向きを横向きにしておき、流量計本体１０の長手方向の端部から接続ケーブル（図示せず）を引き出すように構成することも有用である。このような構成を採用すれば、複数の気体流量計の連装を妨げることもない等の効果が奏せられる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係る気体流量計の概略構成を示す外観斜視図。 図１に示す気体流量計の内部構造とマニホールド体への組み付け構造を示す断面図。 マニホールド体に複数の気体流量計を並べて連装した状態を示す外観斜視図。 複数の気体流量計が連装されるマニホールド体に設ける導入路および排出路と気体流量計の取り付け位置との関係を示す図。 本発明に係る気体流量計の別の実施形態を示す図。

符号の説明

１０ 流量計本体
１１ 流体導入口
１２ 流体排出口
１３ 基板装着部
１４ 開口凹部（計測流路）
１５,１６ 連通路
１８ 鍔部
１９ 横溝
２０ 回路基板
３０ マニホールド体
４０,４５ 固定部材

Claims (4)

1. 気体の導入路および排出路を形成したマニホールド体に装着して用いられて上記導入路と排出路とを結ぶ流路を形成すると共に、上記流路に設けた質量流量センサの出力から前記マニホールド体を介して通流する気体の流量を計測する気体流量計であって、
   前記マニホールド体の導入路および排出路にそれぞれ連結される流体導入口および流体排出口を下面に備えると共に、これらの流体導入口と流体排出口とを結ぶ流路をその内部に形成した略直方体形状の流量計本体の前記流体導入口および前記流体排出口の並び方向の相対向する両端部に、その下面に連なって上記各端部からそれぞれ突出し、その幅方向に設けた横溝の下面側の突出縁部として形成される鍔部を設けたことを特徴とする気体流量計。
2. 前記鍔部を含む前記流量計本体の下面の前記流体導入口および流体排出口の並び方向の長さは、該流量計の上面の長さ以下である請求項１に記載の気体流量計。
3. 下面に流体導入口および流体排出口を備えると共に、これらの流体導入口と流体排出口とを結ぶ流路をその内部に形成した略直方体形状の流量計本体と、この流量計本体の上記流路に設けた質量流量センサとを備えた気体流量計を、気体の導入路および排出路を形成したマニホールド体に装着して用いるに際して、
   前記流量計本体の前記流体導入口および前記流体排出口の並び方向の相対向する両端部に、その下面に連なって上記各端部からそれぞれ突出し、その幅方向に設けた横溝の下面側の突出縁部として形成される鍔部をそれぞれ設け、この鍔部の上面に係合させた固定部材の前記流量計本体から離して位置付けられる端部を前記マニホールド体にねじ止めして前記気体流量計をマニホールド体に装着することを特徴とする気体流量計の取り付け方法。
4. 前記固定部材は、前記流量計本体の端部の幅よりも長尺の棒状体からなり、その端部にねじ穴を穿いたものである請求項３に記載の気体流量計の取り付け方法。

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