JP7470012B2 - 流量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量制御装置に関する。

流量制御装置は、様々な分野において、流体の流量を制御するために用いられている。このような流量制御装置には、マスフローコントローラが知られている。マスフローコントローラでは、酸素濃縮器などの装置の小型化により、マスフローコントローラはコンパクトな構成であることが求められることがある。このようなマスフローコントローラは、流量調整弁および流量センサを直列に接続する流路の両端の開口が最短距離で背向するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１－１９４８３３号公報

しかしながら、上述のような従来のマスフローコントローラは、弁およびセンサが直線状に配置され、また流路の配管がマスフローコントローラの両端で互いに背向して開口するため、このような構造が許容される場所に配置する必要がある。このため、マスフローコントローラが小型であっても、流体の流量の制御を要する装置における所望の位置に配置することが困難なことがある。

本発明の一態様は、より小型化することが可能で、かつデザインの自由度がより高い流量制御装置を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る流量制御装置は、流量を制御するための機器と、前記機器を連結するとともに前記機器に流体を流通させるための流路と、を有する流量制御装置であって、前記機器は、前記流路を流れる流体の流量を調整するための流量調整弁と、前記流路を流れる流体の流量を検出するための流量センサと、を含み、前記流路の両端は、互いに背向しない方向に向けて開口している。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る流量制御装置は、流量を制御するための機器と、前記機器を連結するとともに前記機器に流体を流通させるための流路と、を有する流量制御装置であって、前記機器は、前記流路を流れる流体の流量を調整するための流量調整弁と、前記流路を流れる流体の流量を検出するための流量センサと、を含み、前記流路は、屈曲可能な連結管を含む。

本発明の一態様によれば、より小型化することが可能で、かつデザインの自由度がより高い流量制御装置を実現することができる。

本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第一の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第二の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第三の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第四の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第五の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第六の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第七の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第八の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第九の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第十の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第十一の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る流量制御装置の構成の第十二の例を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態の流量制御装置の構成を模式的に示す図である。 図１３の流量制御装置をＡ－Ａ線で切断した断面を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態における連結ユニットの構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態における連結ユニットにおける流路の構造を説明するための図である。 本発明の一実施形態における連結ねじの構成を模式的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る流量制御装置の構成を模式的に示す部分断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。本実施形態の流量制御装置は、流量を制御するための機器と、当該機器を連結するとともに当該機器に流体を流通させるための流路とを有する。

上記機器は、流路を流れる流体の流量を調整するための流量調整弁と、流路を流れる流体の流量を検出するための流量センサとを含む。流量調整弁は、流量の制御において求められる精度に応じて、流体の流量を調整可能な公知の弁から適宜に選択され得る。たとえば、流量調整弁は、流体の流量を十分に精密に制御する観点から、比例調整弁であってよい。

流量センサは、制御すべき流量の精度および種類に応じて、流体の流量を検出可能な公知のセンサから適宜に選択され得る。たとえば、流量センサは、流体の質量流量を検出する質量流量センサであってもよいし、あるいは流体の体積流量を検出する体積流量センサであってもよい。

上記機器は、本実施形態の効果が得られる範囲において、上記以外の他の構成をさらに有していてもよい。当該他の構成の例には、流路を流れる流体の圧力を調整するための圧力調整弁が含まれる。

圧力調整弁は、流量調整弁および流量センサよりも上流側に配置されていれば、これらの機器の作動に適した圧力に流体の圧力を調整することが可能である。このように、圧力調整弁は、より下流側の状況に応じた流体の圧力を実現し、機器の作動の正確性および安定性を高める観点から好ましい。また、圧力調整弁は、流量制御装置で流量が制御された流体の使用に適した圧力に流体の圧力を調整することが可能である。

なお、以下の実施形態では、圧力調整弁を備える形態についても説明するが、本発明の一態様に係る流量制御装置は、圧力調整弁を備えていなくてもよい。別に用意された圧力調整弁で圧力を調整した流体を当該流体制御装置に流入させてもよい。

上記機器の連結の順序は、所期の流量を検出可能な範囲で適宜に決めることができる。たとえば、流量センサが質量流量センサである場合では、機器の使用条件が満たされる範囲において、機器の連結順序は限定されない。流量の検出および制御の精度を高める観点から、上記機器の連結順序は、上流側から、圧力調整弁、流量調整弁および流量センサであることが好ましい。また、流量センサが体積流量センサである場合には、流量センサは圧力調整弁よりも下流側に接続されていることが、流量の検出の精度を高める観点から好ましい。

さらに、流量制御装置が有していてよい他の構成の例には、流量センサの検出値に応じて流量調整弁の開度を制御するための制御基板、前述した機器および流路を覆うカバー、および、前述した機器および流路を載置するための台座、が含まれる。

上記流路は、流路に流す流体に応じて適宜に形成すればよく、流量制御装置において利用可能な管、孔、その他の空隙によって形成され得る。本実施形態において、流体は、液体であってもよいし、気体であってもよい。本実施形態において、流路の両端は、互いに背向しない方向（背中合わせではない方向）に向けて開口している。ここで、「流路の両端」とは、流量制御装置に固有の流路の開口端を意味する。

当該流路は、当該流路の両端の間に、流路の一端における流体の流れ方向とは異なる方向へ流路の他端において流体が流れるように流路を曲げている屈曲部を含んでいてよい。当該屈曲部を含む流路は、両端の開口の間のいずれかの位置において、流路の入口における流入方向と流路の出口における流出方向とが異なる位置となるように曲がった形状となる。よって、両端の開口が互いに背向しない向きに開口する上記流路が形成される。

ここで、「屈曲部」とは、前述した機器への流体の導入のための曲げと異なる角度で、あるいは当該曲げとは異なる向きへ曲がっている部分である。屈曲部は、上記流路中に一つであってもよいし、それ以上あってもよい。また、屈曲部によって流路が曲がる方向は限定されない。

たとえば、屈曲部は、流路が水平方向に曲がる部分であってもよいし、鉛直方向に曲がる部分であってもよいし、斜め上に向けて曲がる部分であってもよい。また、屈曲部は、直角に流路が曲がる部分であってもよいし、鋭角に流路が曲がる部分であってもよいし、鈍角に流路が曲がる部分であってもよい。さらに、流路は屈曲部で構成されてもよい。たとえば、流路は弧状であってよく、この場合、流路全体が屈曲部とも言える。

屈曲部は、少なくとも上記の機器のうちのいずれか二つの間に位置してよい。このような屈曲部は、その上流側および下流側に配置されている二つの機器の連結方向を曲げるように流路を曲げる。よって、流量制御装置において上記機器を所望の位置に配置するのに好適である。

屈曲部は、屈曲部を含む流路が形成された部品によって流量制御装置内に導入されてもよい。すなわち、流量制御装置は、流路中に介在して流路の一部を構成する連結ユニットをさらに有してよく、当該連結ユニットは屈曲部を含んでもよい。連結ユニットについては、後により詳しく説明する。

〔屈曲している流路を有する形態〕
本実施形態の流量制御装置の装置構成の具体例を図１～図９に示す。図１～図３は、それぞれ、本実施形態の流量制御装置における構成の第一の例から第三の例を模式的に示す図である。第一の例から第三の例は、いずれも、流路は、二か所の屈曲部Ｂを含む略Ｕ字形の形状を有しており、流路の両端は、いずれも同じ方向に開口している。第一の例から第三の例は、いずれも、機器間に屈曲部Ｂを有する。

第一の例の流量制御装置は、図１に示されるように、流路１０、流量調整ユニット２０および流量センサユニット３０を有している。流量調整ユニット２０は、流量調整弁を含むユニットであり、流量センサユニット３０は、流量センサを含むユニットである。なお、本明細書において、「ユニット」とは、流量制御装置を構成する単位構成であることを意味する。たとえば、流量調整ユニット２０であれば、流量調整弁と、それに流体を流通させる流路と、流量調整弁を他の構成と連結するための構造とを含む。流量調整弁が単独で他の構成と接続可能であれば、流量調整ユニット２０は流量調整弁のみから構成され得る。流量調整ユニット２０は、流路１０における屈曲部Ｂよりも上流側に配置されており、流量センサユニット３０は、屈曲部Ｂよりも下流側に配置されている。

第二の例の流量制御装置は、図２に示されるように、流路１０、圧力調整ユニット４０、流量調整ユニット２０および流量センサユニット３０を有している。圧力調整ユニット４０は、圧力調整弁を含むユニットである。圧力調整ユニット４０および流量調整ユニット２０は、流路１０における屈曲部Ｂよりも上流側に配置されており、流量センサユニット３０は、屈曲部Ｂよりも下流側に配置されている。

第三の例の流量制御装置は、図３に示されるように、流路１０、圧力調整ユニット４０、流量センサユニット３０および流量調整ユニット２０を有している。圧力調整ユニット４０および流量センサユニット３０は、流路１０における屈曲部Ｂよりも上流側に配置されており、流量調整ユニット２０は、屈曲部Ｂよりも下流側に配置されている。

第一の例から第三の例は、いずれも流路の両端が同じ方向に向けて開口していることから、例えば、縦横の差が小さい矩形の空間に配置される流量制御装置に好適である。

図４～図６は、それぞれ、本実施形態の流量制御装置における構成の第四の例から第六の例を模式的に示す図である。第四の例から第六の例は、いずれも、流路は、一か所の屈曲部Ｂを含む略Ｌ字形の形状を有しており、流路の両端は、互いに、当該両端を通過する流体の流れる方向が交差する方向に開口している。第四の例から第六の例は、いずれも、流量センサユニット３０内に屈曲部Ｂを有する。

第四の例の流量制御装置は、図４に示されるように、流路１０、流量調整ユニット２０および流量センサユニット３０を有している。流量調整ユニット２０および流量センサユニット３０は、上流側からこの順で流路１０によって連結されている。流量センサユニット３０は、流量調整ユニット２０に対して、流体の流れる方向が互いに交差する方向となるように配置されている。流路１０は、流量センサユニット３０の側方から流量センサユニット３０に接続し、流量センサユニット３０の端から下流側に延在している。流量センサユニット３０内の流路における流体の流れる方向が交差する部分が屈曲部Ｂである。

第五の例の流量制御装置は、図５に示されるように、流路１０、圧力調整ユニット４０、流量調整ユニット２０および流量センサユニット３０を有している。圧力調整ユニット４０、流量調整ユニット２０および流量センサユニット３０は、上流側からこの順で流路１０によって連結されている。流量センサユニット３０は、圧力調整ユニット４０および流量調整ユニット２０の連結方向に対して、流量センサユニット３０における流体の流れる方向が交差する方向となるように配置されている。流路１０は、流量センサユニット３０の側方から流量センサユニット３０に接続し、流量センサユニット３０の端から下流側に延在している。流量センサユニット３０内の流路における流体の流れる方向が交差する部分が屈曲部Ｂである。

第六の例の流量制御装置は、図６に示されるように、流路１０、圧力調整ユニット４０、流量センサユニット３０および流量調整ユニット２０を有している。圧力調整ユニット４０、流量センサユニット３０および流量調整ユニット２０は、上流側からこの順で流路１０によって連結されている。流量センサユニット３０は、圧力調整ユニット４０に対して、流量センサユニット３０における流体の流れる方向が交差する方向となる向きで配置されており、流量調整ユニット２０は、流量センサユニット３０にその下流側で連結している。流路１０は、流量センサユニット３０の側方から流量センサユニット３０に接続し、流量センサユニット３０の端から流量調整ユニット２０へ延在している。流量センサユニット３０内の流路における流体の流れる方向が交差する部分が屈曲部Ｂである。

第四の例から第六の例は、いずれも流路が略Ｌ字形であることから、例えば、屈曲した形状の空間に配置される流量制御装置に好適である。

図７～図９は、それぞれ、本実施形態の流量制御装置における構成の第七の例から第九の例を模式的に示す図である。第七の例から第九の例は、いずれも、流路は、一か所の屈曲部Ｂを含む略Ｌ字形の形状を有しており、流路の両端は、互いに、流体の流れる方向が交差する方向となる向きで開口している。第七の例から第九の例は、いずれも、流量調整ユニット２０内に屈曲部Ｂを有する。

第七の例の流量制御装置は、図７に示されるように、流路１０、流量センサユニット３０および流量調整ユニット２０を有している。流量センサユニット３０および流量調整ユニット２０は、上流側からこの順で流路１０によって連結されている。流量調整ユニット２０と流量センサユニット３０とは、流体が流れる方向が互いに交差する方向となる向きで配置されており、流路１０は、流量調整ユニット２０の側方から流量調整ユニット２０に接続し、流量調整ユニット２０の端から下流側に延在している。流量調整ユニット２０内の流路における流体の流れる方向が交差する部分が屈曲部Ｂである。

第八の例の流量制御装置は、図８に示されるように、流路１０、圧力調整ユニット４０、流量調整ユニット２０および流量センサユニット３０を有している。圧力調整ユニット４０、流量調整ユニット２０および流量センサユニット３０は、上流側からこの順で流路１０によって連結されている。流量調整ユニット２０は、圧力調整ユニット４０に対して交差する方向となる向きで配置されており、流量調整ユニット２０の下流側には流量センサユニット３０が連結している。流路１０は、流量調整ユニット２０の側方から流量調整ユニット２０に接続し、流量調整ユニット２０の端から流量センサユニット３０へ延在している。流量調整ユニット２０内の流路における流体の流れる方向が交差する部分が屈曲部Ｂである。

第九の例の流量制御装置は、図９に示されるように、流路１０、圧力調整ユニット４０、流量センサユニット３０および流量調整ユニット２０を有している。圧力調整ユニット４０、流量センサユニット３０および流量調整ユニット２０は、上流側からこの順で流路１０によって連結されている。流量調整ユニット２０は、圧力調整ユニット４０および流量センサユニット３０の連結方向に対して、流体の流れる方向が互いに交差する方向となるように配置されている。流路１０は、流量調整ユニット２０の側方から流量調整ユニット２０に接続し、流量調整ユニット２０の端から下流側へ延在している。流量調整ユニット２０内の流路における流体の流れる方向が交差する部分が屈曲部Ｂである。

通常、平面視したとき、流体が流れる方向における機器の長さは、流量調整ユニット２０および圧力調整ユニット４０のそれらに対して流量センサユニット３０のそれの方が長い。よって、第七の例および第九の例は、いずれも流路が略Ｌ字形であるが、機器は略一直線状に配置される。したがって、第七の例および第九の例は、いずれも、例えば、従来のように細長な矩形の空間であるが流路の接続方向に制約がある場合の流量制御装置として好適である。

また、第八の例は、第四の例から第六の例と同様に、例えば、屈曲した形状の空間に配置される流量制御装置に好適である。なお、本実施形態では、第四の例から第九の例における流量センサユニット３０または流量調整ユニット２０に代えて、圧力調整ユニット４０に屈曲部Ｂが形成されてもよい。

〔屈曲可能な流路を有する形態〕
本実施形態において、流路は、屈曲可能な連結管を含んでもよい。当該連結管は、前述の機器の少なくともいずれか一つに接続される管であり、可撓性を有する。連結管は、前述の機器のいずれか一つに接続されてもよいし、当該機器のうちのいずれか二つの間に位置してもよい。流路が連結管を含むと、機器に対してそれよりも上流側または下流側の流路が屈曲し得る。このように流路が連結管を含むことにより、流路の両端が互いに背向しない方向に向けて開口している流量制御装置を構成することが可能であり、また機器が一直線状に配列していない流量制御装置を構成することが可能である。

連結管の例には、ウレタンチューブ、シリコーンチューブおよびナイロンチューブなどの可撓性を有する樹脂製のチューブ、ならびに、ステンレス鋼などの金属製のパイプ、が含まれる。

図１０～図１２は、それぞれ、本実施形態の流量制御装置における構成の第十の例から第十二の例を模式的に示す図である。第十の例から第十二の例は、いずれも、流路は、二つの機器を連結する屈曲可能な連結管を含み、連結管は前述した屈曲部を形成している。

第十の例の流量制御装置は、図１０に示されるように、流路１０、流量調整ユニット２０および流量センサユニット３０を有している。流量調整ユニット２０および流量センサユニット３０は、可撓性を有する屈曲可能な連結管１５によって連結されている。

第十一の例の流量制御装置は、図１１に示されるように、流路１０、圧力調整ユニット４０、流量調整ユニット２０および流量センサユニット３０を有している。圧力調整ユニット４０と流量調整ユニット２０、および、流量調整ユニット２０と流量センサユニット３０は、いずれも連結管１５で連結されている。

第十二の例の流量制御装置は、図１２に示されるように、流路１０、圧力調整ユニット４０、流量センサユニット３０および流量調整ユニット２０を有している。圧力調整ユニット４０と流量センサユニット３０、および、流量センサユニット３０と流量調整ユニット２０は、いずれも連結管１５で連結されている。

第十の例から第十二の例は、いずれも機器が互いに連結管によって連結されており、機器の向きを自在に設定可能である。よって、これらの例は、例えば、比較的複雑な形状の空間に配置される流量制御装置に好適である。あるいは、これらの例は、例えば、流量制御装置の配置場所が確定していない装置への適用に好適である。

以上のように、本実施形態の流量制御装置は、連結される機器の配置を様々に変更することが可能であり、それに応じて流量制御装置の平面形状を変更することが可能である。したがって、流量制御装置が配置される場所に収容可能な形状に流量制御装置を構成することが可能である。このように、本実施形態の流量制御装置は、機器の様々な配置によって省スペース化を実現することができる。したがって、本実施形態の流量制御装置は、小型の機器を用いれば小型の流量制御装置を構成することができ、より小型化することが可能で、かつデザインの自由度がより高い流量制御装置を実現することができる。

〔より具体的な構成の説明〕
以下、本実施形態の流量制御装置の構成をより具体的に説明する。

［構成の概要］
図１３は、本発明の一実施形態に係る流量制御装置の構成を模式的に示す図である。図１４は、図１３の流量制御装置をＡ－Ａ線で切断した断面を模式的に示す図である。図１３に示されるように、流量制御装置１は、流量調整ユニット２、流量センサユニット３、圧力調整ユニット４、連結ユニット５、制御基板６およびカバー７を有している。

なお、流量制御装置１の長手方向をＸ方向、短手方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向とする。Ｘ方向は、圧力調整ユニット４と流量調整ユニット２との連結方向と同じである。Ｙ方向は、圧力調整ユニット４または流量調整ユニット２と流量センサユニット３とが配列する方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向の両方に直交する方向である。

流量制御装置１は、図２に示される構造を有しており、流体の流れる方向において、上流側から、圧力調整ユニット４、流量調整ユニット２、連結ユニット５および流量センサユニット３の順で連結されている。Ｘ方向における一端側から、圧力調整ユニット４、流量調整ユニット２および連結ユニット５がこの順で配置されている。Ｙ方向における一端側から圧力調整ユニット４および流量調整ユニット２、流量センサユニット３ならびに制御基板６がこの順で配置されている。連結ユニット５は、流量調整ユニット２および流量センサユニット３のＸ方向の他端側に配置されている。制御基板６は、Ｙ方向における他端側に、流量センサユニット３に隣接して配置されている。カバー７は、上記のユニット、センサおよび制御基板６を一体的に覆う部品である。

圧力調整ユニット４は、圧力調整弁を有している。圧力調整弁は、流体の圧力を所期の圧力に調整する弁であり、例えば、十分に高い圧力を有する流体の圧力を特定の圧力に下げる減圧弁である。また、圧力調整ユニット４は、Ｘ方向において対向する一対の側部に開口し、Ｘ方向に沿って延在し、圧力調整ユニット４の外部と圧力調整弁とを連結する流路を有している。開口部４３は、圧力調整ユニットの流路における側部での開口部の一つである。

流量調整ユニット２は、流量調整弁を有している。流量調整弁は、流量センサユニット３における流量の検出値に応じた制御基板６からの信号に応じて、流路の開度を制御する弁であり、例えば、当該信号に応じて流路の開度を連続的に変更可能な比例調整弁である。また、流量調整ユニット２は、Ｘ方向において対向する一対の側部に開口し、Ｘ方向に沿って延在し、流量調整ユニット２の外部と流量調整弁とを連結する流路を有している。また、流量調整ユニット２の流路の上流側における開口部は、圧力調整ユニット４の流路の下流側における開口部に対向し、連結している。

連結ユニット５は、流量調整ユニット２の流路に連結する流路を有する。また、連結ユニット５は、流量調整ユニット２および圧力調整ユニット４に対して、連結ユニット５側から挿入されるねじによって一体に固定可能に構成されている。さらに、連結ユニット５は、流量センサユニット３に対して、流路を連結するとともに流量センサユニット３が連結ユニット５に固定されるように構成されている。連結ユニット５については後に説明する。

流量センサユニット３は、流量センサを有している。流量センサは、流路における流体の流量を検出する機器であり、例えば流体の質量流量を検出する質量流量センサである。流量センサユニット３は、流体センサに流体を流通させる流路を有し、当該流路の両端部にはそれぞれ雌ねじが形成されており、これに対応する雄ねじが螺合可能である。開口部３１は、流量センサユニット３の流路における下流側の開口部である。流量センサユニット３は、連結ねじ５７によって連結ユニット５へ、流体が流通可能に固定されている。

制御基板６は、外部により入力される流量設定値に応じた信号と、流量センサユニット３における流量センサの検出値とに応じて、流量調整弁の開度を制御する信号を生成し、発信する。

カバー７は、略直方体の外形を有している。カバー７は、その一側面に切り欠き部を有しており、当該切り欠き部に、圧力調整ユニット４における上流側の流路の開口部４３および流量センサユニット３の下流側の開口部３１が位置している。これらの開口部は、流量制御装置１における流体の流路の両端として外部に向けて開口している。

［連結ユニット］
図１５は、本発明の一実施形態における連結ユニットの構成を模式的に示す図である。図１６は、本発明の一実施形態における連結ユニットにおける流路の構造を説明するための図である。連結ユニット５は、図１５および図１６に示されるように、連結部５１と支持部５２とを有しており、平面視したときに略Ｌ字形の形状を有している。支持部５２は、Ｙ方向における連結部５１の他端部であってＺ方向における連結部５１の下部から延出する略四角柱形状の部分であり、略Ｌ字形における長辺の部分に相当する。

連結部５１は、Ｙ方向を長手方向とする矩形の板状の部分であり、Ｚ方向に起立している。連結部５１は、略Ｌ字形における短辺の部分に相当する。連結部５１は、第一連結口５３、第二連結孔５４、第三連結孔５５および貫通孔５９を有している。

第一連結口５３は、連結部５１のＸ方向における一端側であってＹ方向における一端部に開口する穴であり、流量調整ユニット２の下流側に開口する流路と接続可能に形成されている。第二連結孔５４は、連結部５１のＹ方向における一端面に開口し、Ｙ方向に沿って延在する孔である。第三連結孔５５は、連結部５１のＹ方向における他端部であってＺ方向における上部に、Ｘ方向に沿って延在する孔である。貫通孔５９は、連結部５１においてＸ方向に沿って延在する孔であり、連結ユニット５、流量調整ユニット２および圧力調整ユニット４を連結するねじが挿入される。

第二連結孔５４は、第一連結口５３に繋がるとともに第三連結孔５５の内周壁に開口している。第二連結孔５４における開口部から第一連結口５３との接続部までの流路は、当該開口部から挿入されたピン５６によって密閉されている（図１３参照）。第三連結孔５５には、連結ねじ５７が挿通される。

［連結ねじ］
図１７は、本発明の一実施形態における連結ねじの構成を模式的に示す図である。図１７に示されるように、連結ねじ５７は、その軸方向に沿って、略円柱状の径大部５７１とそれに連なるネジ部５７２とを有する。

径大部５７１は、図１７および図１４に示されるように、円板部５７３、溝部５７４、第一フランジ部５７５、第二フランジ部５７６、第三フランジ部５７７、第一連通孔５７８および第二連通孔５７９を有する。ねじ部５７２は、径大部５７１よりも小径の略円筒状の部分である。ねじ部５７２の外周面の先端部に、流量センサユニット３の流路端部の雌ねじに螺合するねじが形成されている。

径大部５７１において、円板部５７３は、径大部５７１の一端に配置される円板状の部分である。溝部５７４は、円板部５７３の表面に形成された直線状の溝である。第一フランジ部５７５、第二フランジ部５７６および第三フランジ部５７７は、いずれも、径大部５７１の外周面から突出する突条である。連結ねじ５７の軸方向における第一フランジ部５７５の位置は、円板部５７３と第一フランジ部５７５との間にＯリング５８が配置可能な位置である。同様に、連結ねじ５７の軸方向における第二フランジ部５７６および第三フランジ部５７７の位置は、これらのフランジ部の間にＯリング５８が配置可能な位置である。

連結ねじ５７の軸方向における第一フランジ部５７５と第二フランジ部５７６との間には、第一連通孔５７８が開口している。第一連通孔５７８は、径大部５７１における第一フランジ部５７５と第二フランジ部５７６との間の部分を、連結ねじ５７の軸方向に直交する方向に延在する貫通孔である。第二連通孔５７９は、ねじ部５７２の先端面に開口し、連結ねじ５７の軸方向に沿って当該先端面から第一連通孔５７８まで延在する孔である。

流量制御装置１は、前述した主要な構成以外にも、凹部、貫通孔、ボスなどの各ユニットを互いに連結するための構造を適宜に有している。

［組み立て方法］
圧力調整ユニット４、流量調整ユニット２および連結ユニット５を、この順で、かつ流路を互いに接続させつつ連結する。流路の連結部分は、管接続の公知の構成で構成されており、Ｏリングなどのシール部材が適宜に配置されており、流路は、気密に接続される。圧力調整ユニット４、流量調整ユニット２および連結ユニット５は、貫通孔５９から挿入されたねじによって、互いに連結した状態で固定される。

一方で、連結ねじ５７における円板部５７３と第一フランジ部５７５との間、および、第二フランジ部５７６と第三フランジ部５７７との間、のそれぞれに、Ｏリング５８を嵌め込む。連結ユニット５の支持部５２に流量センサユニット３が載置されている状態で、連結ユニット５の第三連結孔５５に連結ねじ５７を挿入する。溝部５７４にマイナスドライバを押し当てて連結ねじ５７を回転させることにより、ねじ部５７２と流量センサユニット３の流路端部とが螺合する。こうして、連結ユニット５と流量センサユニット３とが、互いの流路が連結した状態で互いに固定される。

ねじ部５７２が流量センサユニット３の流路の開口部に螺合した状態において、Ｏリング５８は、第三連結孔５５の内周面に密着する。また、連結ねじ５７の径大部５７１における第一フランジ部５７５と第二フランジ部５７６との間の部分は、第三連結孔５５の内周面に対して隙間を有しており、また第二連結孔５４の開口部に対向している。当該隙間は、Ｏリング５８によって気密に区切られる。さらに、ねじ部５７２と流量センサユニット３との螺合によって第二連通孔５７９は、流量センサユニット３の流路と気密に連結される。このようにして、連結ユニット５には、流量調整ユニット２の流路と流量センサユニット３の流路とを連結する、外部に対して気密な流路が形成される。

圧力調整ユニット４、流量調整ユニット２、連結ユニット５および流量センサユニット３が上記のようにして一体に固定された後に、制御基板６およびカバー７が適宜に配置される。

［流量の制御］
制御基板６は、流量調整ユニット２における流量調整弁の開度を制御するための制御信号を発信する。制御基板６には、流量センサユニット３における流量センサの検出値の信号が供給され、制御基板６は、当該信号に応じた流量調整弁の開度に対応する信号を流量調整弁に発信する。よって、開口部４３を介して流量制御装置１に供給された流体の流量は、流量制御装置１によって所望の質量流量に制御され、所望の流量で開口部３１から排出される。流体は、流量制御装置で制御された質量流量で後段にて利用される。

［有利な効果］
流量制御装置１は、各ユニットおよびセンサが一列に連結されて構成される場合に比べて、Ｘ方向における長さをより短くすることが可能である。また、流量センサユニット３の横方向の寸法は、通常、圧力調整ユニットおよび流量調整ユニットのそれに比べて長い。よって、圧力調整ユニットおよび流量調整ユニットを連結して流量センサユニット３に併設することにより、長手方向（Ｘ方向）の長さがより短い大きさの空間に設置することが可能である。このように、流量制御装置１は、より小型化することが可能で、かつデザインの自由度がより高い流量制御装置を実現することができる。よって、流量制御装置１は、小型であり、また所望の位置に配置することができる。

〔連結に関する他の実施形態〕
本発明の実施形態では、連結ユニットと流量センサとの連結は、流量センサの流路端部の構造に応じて適宜に設定することが可能である。図１８は、本発明の他の実施形態に係る流量制御装置の構成を模式的に示す部分断面図である。図１８は、本実施形態の流量制御装置を、図１３に示すＡ－Ａ線のような線で切断したときの断面を含む。

本実施形態の流量制御装置１１は、図１８に示されるように、圧力調整ユニット４、流量調整ユニット２、連結ユニット１５０および流量センサユニット１３０を有する。圧力調整ユニット４および流量調整ユニット２は、前述した流量制御装置１のそれと同じである。

連結ユニット１５０は、第三連結孔５５に代えて第三連結口１５５を有し、支持部５２を有さない以外は、前述した連結ユニット５と同様の構成を有している。連結ユニット１５０は、ＹＺ方向に延在する矩形の板状の部品であり、Ｘ方向における一端側の表面であってＹ方向における他端部に開口する第三連結口１５５を有している。なお、貫通孔１５９は、開口部にテーパを有する以外は前述の貫通孔５９と同様に構成されている。

第三連結口１５５は、有底の穴であり、その内周面には第二連結孔１５４が開口している。第二連結孔１５４は、外部、第一連結口および第三連結口１５５を連通する孔であり、不図示のピンによって外部の開口部から第一連結口までの流路が密閉されている。第三連結口１５５の開口端縁には、Ｏリング１５８が嵌合可能な凹条が周設されている。

流量センサユニット１３０は、流量センサ１３１と流量センサ１３１を固定するための固定ブロック１３２とを有している。流量センサユニット１３０は、その流路の他端部が、タケノコ継手１３３となっている以外は、流量センサユニット３と同様に構成されている。タケノコ継手１３３は、その外径が先端に向けて漸次減少するテーパ形状を有する。

第三連結口１５５の開口における凹条にＯリング１５８を装着し、タケノコ継手１３３を第三連結口１５５に挿入する。タケノコ継手１３３の外周面がＯリング１５８に密着する。こうして、連結ユニット１５０と流量センサユニット１３０とが、互いの流路が連結した状態で互いに固定される。

第三連結口１５５は、タケノコ継手１３３およびＯリング１５８によって外部に対して気密に塞がれる。一方で、第三連結口１５５の底部とタケノコ継手１３３外周面の先端部との間には隙間が形成されている。よって、第二連結孔１５４は、第三連結口１５５を介してタケノコ継手１３３と、流体の流通が可能に連結される。このようにして、連結ユニット１５０には、流量調整ユニット２の流路と流量センサユニット１３０の流路とを連結する、外部に対して気密な流路が形成される。

流量制御装置１１は、流量センサユニット１３０における流路の開口端の構造に応じた構成を連結ユニット１５０が有することにより、流量制御装置１と同様に、小型であり、また所望の位置に配置することができる。

〔用途〕
本実施形態に係るいずれの流量制御装置も、その設置場所の空間形状に制約がある場合に有効である。たとえば、本実施形態の流量制御装置は、流量制御装置を搭載する装置（親機）が携帯の用途などのために小型であることから、従来の細長かつ十分な高さがある形状の空間が存在しない場合に有効である。あるいは、本実施形態の流量制御装置は、そのような空間の両端に流体の流路を接続できない場合にも有効である。あるいは、本実施形態の流量制御装置は、親機の改造に伴い流量制御装置を追加で設置するために十分な広さおよび形状の設置空間を親機に形成できない場合にも有効である。

本実施形態に係る流量制御装置は、液体および気体のいずれの流量の制御にも適用することが可能である。また、本実施形態に係る流量制御装置は、流体の流量の制御について要求される精度の制御が可能な範囲において、いかなる流体の流量の制御にも適用することが可能である。たとえば、本実施形態に係る流量制御装置は、在宅酸素療法などの医療における濃縮酸素の供給装置に適用され得る。その他にも本実施形態に係る流量制御装置は、半導体製造、化学品製造およびファクトリーオートメーションなどの工業分野にも適用され得る。本実施形態の流量制御装置における流体の流量の制御値は、当該流量制御装置あるいはその親機の用途に応じて適宜に決めることが可能である。

〔変形例〕
本発明は、上述した各実施形態に限定されず、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

たとえば、圧力調整ユニットまたは流量調整ユニットの表面に開口し上記圧力調整弁または流量調整弁に連通する貫通孔を複数形成し、そのうちの任意の二つ以外を前述したようにピンで密閉してもよい。このような構成によって、流量調整ユニットおよび圧力調整ユニットに屈曲部を形成することが可能である。また、流量センサに上記のような互いに交差する複数の貫通孔を有するブロックを接続することにより、同様に流量センサユニットにも屈曲部を形成することが可能である。さらに前述の連結ユニットに代えて上記のようなブロックを用いることにより、上記ユニット間に流路を９０°曲げる屈曲部を導入することが可能である。

また、上記ユニットに、可撓性を有する管によって連結することによって、ユニットの配置を自在に調整可能な流量制御装置を構成することが可能である。

〔まとめ〕
本発明の実施形態に係る流量制御装置（１、１１）は、流量を制御するための機器と、機器を連結するとともに機器に流体を流通させるための流路（１０）とを有する。そして、上記の機器は、流路を流れる流体の流量を調整するための流量調整弁と、流路を流れる流体の流量を検出するための流量センサとを含み、流路の両端は、互いに背向しない方向に向けて開口している。このため、当該流量制御装置は、両端に流体の対向する流路を有する細長い空間以外の空間に設置することが可能である。したがって、当該流量制御装置は、小型化することが可能であり、かつデザインの自由度をより高めることができる。

本発明の実施形態に係る流量制御装置において、流路は、両端の間に、流路の一端における流体の流れ方向とは異なる方向へ流路の他端において流体が流れるように流路を曲げている屈曲部（Ｂ）を含んでもよい。流路が屈曲部を含むことは、流量制御装置における機器の配置の自由度を高める観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態に係る流量制御装置において、屈曲部は、少なくとも機器のうちのいずれか二つの間に位置してもよい。屈曲部が機器間に位置することは、流量制御装置における機器の配置の自由度を高める観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態に係る流量制御装置は、流路中に介在して流路の一部を構成する連結ユニット（５、１５０）をさらに有し、当該連結ユニットが屈曲部を含んでもよい。流量制御装置が屈曲部を含む連結ユニットをさらに有することは、流量制御装置における機器の配置の自由度を高める観点からより一層効果的である。

あるいは、本発明の実施形態に係る流量制御装置は、流量を制御するための機器と、機器を連結するとともに機器に流体を流通させるための流路とを有する。そして、機器は、流路を流れる流体の流量を調整するための流量調整弁と、流路を流れる流体の流量を検出するための流量センサとを含み、流路は、屈曲可能な連結管（１５）を含む。このため、当該流量制御装置は、設置されるべき空間の形状に応じて機器の配置を適宜に設定する可能である。したがって、当該流量制御装置は、小型化することが可能であり、かつデザインの自由度をより高めることができる。

本発明の実施形態に係る流量制御装置において、機器は、流路を流れる流体の圧力を調整するための圧力調整弁をさらに含んでもよい。機器が圧力調整弁をさらに含むことは、流体の流量の精度を高める観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態に係る流量制御装置において、連結管は、少なくとも機器のうちのいずれか二つの間に位置してもよい。連結管が機器間に位置することは、流量制御装置における機器の配置の自由度を高める観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態に係る流量制御装置において、流量センサは、流体の質量流量を検出してもよい。流量センサが質量流量センサであることは、流体の流量の精度を高める観点からより一層効果的である。

１、１１ 流量制御装置
２、２０ 流量調整ユニット
３、３０、１３０ 流量センサユニット
４ 圧力調整ユニット
５、１５０ 連結ユニット
６ 制御基板
７ カバー
１０ 流路
１５ 連結管
３１、４３ 開口部
４０ 圧力調整ユニット
５１ 連結部
５２ 支持部
５３ 第一連結口
５４、１５４ 第二連結孔
５５ 第三連結孔
５６ ピン
５８、１５８ Ｏリング
５９、１５９ 貫通孔
１３１ 流量センサ
１３２ 固定ブロック
１３３ タケノコ継手
１５５ 第三連結口
５７１ 径大部
５７２ ネジ部
５７３ 円板部
５７４ 溝部
５７５ 第一フランジ部
５７６ 第二フランジ部
５７７ 第三フランジ部
５７８ 第一連通孔
５７９ 第二連通孔
Ｂ 屈曲部

Claims (2)

1. 流量を制御するための機器と、前記機器を連結するとともに前記機器に流体を流通させるための流路と、を有する流量制御装置であって、
   前記機器は、前記流路を流れる流体の流量を調整するための流量調整弁と、前記流路を流れる流体の流量を検出するための流量センサと、前記流路を流れる流体の圧力を調整するための圧力調整弁と、を含み、
   前記流路の両端は、互いに背向しない方向に向けて開口しており、
   前記流路は、前記両端の間に、前記流路の一端における流体の流れ方向とは異なる方向へ前記流路の他端において流体が流れるように前記流路を曲げている屈曲部を含み、
   前記流路中に介在して前記流路の一部を構成する連結ユニットをさらに有し、
   前記連結ユニットは、前記屈曲部を含み、
   流体の流れる方向において、上流側から、前記圧力調整弁、前記流量調整弁、前記連結ユニットおよび前記流量センサの順で連結されており、
   第一方向における一端側から、前記圧力調整弁、前記流量調整弁および前記連結ユニットがこの順で配置され、前記第一方向に対して直交する第二方向における一端側から、前記圧力調整弁および前記流量調整弁、前記流量センサがこの順で配置され、前記連結ユニットは、前記流量調整弁および前記流量センサの前記第一方向の他端側に配置され、
   前記連結ユニットは、前記流量センサに対して前記流路を連結するとともに、前記流量センサが前記連結ユニットに固定されている、流量制御装置。
2. 前記流量センサは、前記流体の質量流量を検出する、請求項１に記載の流量制御装置。

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