特開 2024-121919 気体流量計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024121919

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】気体流量計

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/00 20220101AFI20240902BHJP

   G01F 1/69 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

G01F1/00 T

G01F1/00 Y

G01F1/69 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023029155

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】呉 哲庸

(72)【発明者】

【氏名】川口 泰範

【テーマコード（参考）】

2F030

2F035

【Ｆターム（参考）】

2F030CB02

2F030CC11

2F030CD17

2F030CE04

2F030CE09

2F030CE17

2F035EA00

(57)【要約】

【課題】シャットオフバルブや表示部等の機能要素を気体流量計に設ける場合に、気体流量計が気体の流れ方向に大型化するのを回避して気体流量計の設置自由度を向上させる。
【解決手段】気体流量計１は、配管２０に配置され、流れ方向と交差する所定方向に駆動されることにより流路を開閉する弁４０と、配管２０を流通する気体の流量に応じた測定信号を生成する流量測定素子３０と、流量測定素子３０により生成された測定信号に基づいて気体の流量を決定する流量決定部５２と、配管２０と弁４０との側方に設けられ、流量決定部５２により決定された流量に関する情報を表示する表示部６１とを備えている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体の流れ方向の両端に接続口が形成され、気体の流路を形成する配管と、
前記配管に配置され、前記流れ方向と交差する所定方向に駆動体により駆動されることにより前記流路を開閉する弁と、
前記配管を流通する気体の流量に応じた測定信号を生成する流量測定素子と、
前記流量測定素子により生成された測定信号に基づいて気体の流量を決定する流量決定部と、
前記配管と前記弁との側方に設けられ、前記流量決定部により決定された流量に関する情報を表示する表示部と、
前記流量決定部により決定された流量または外部入力に基づいて前記駆動体を制御する弁制御部と、を備える気体流量計。

【請求項2】

請求項１に記載の気体流量計において、
前記配管及び前記弁と、前記表示部とが並ぶ方向に沿って見たとき、前記表示部の一部と前記配管とが重複するように配置されている、気体流量計。

【請求項3】

請求項２に記載の気体流量計において、
前記表示部の前記所定方向の寸法は、前記配管の前記所定方向の寸法よりも長く設定され、
前記配管及び前記弁と、前記表示部とが並ぶ方向に沿って見たとき、前記表示部の上下方向中間部と前記配管とが重複するように配置されている、気体流量計。

【請求項4】

請求項１に記載の気体流量計において、
ユーザによって操作される操作部をさらに備え、
前記操作部と前記表示部とは、前記所定方向に並ぶように設けられている、気体流量計。

【請求項5】

請求項１に記載の気体流量計において、
前記配管及び前記弁と、前記表示部とが並ぶ方向と同方向に前記流量測定素子と、前記表示部とが並んでいる、気体流量計。

【請求項6】

請求項１に記載の気体流量計において、
前記弁が開であって、気体のリーク状態において、前記流量測定素子により生成する測定信号に基づく流量をリーク流量として決定するリーク量決定部をさらに備え、
前記弁制御部は、前記弁が開である時に前記リーク量決定部によって決定された瞬間流量値が所定の間、リーク判定閾値を下回った場合に、前記弁を閉にするように前記駆動体を制御する、気体流量計。

【請求項7】

請求項１に記載の気体流量計において、
前記弁はパイロット式である、気体流量計。

【請求項8】

請求項７に記載の気体流量計において、
前記駆動体はキープソレノイドを有している、気体流量計。

【請求項9】

請求項８に記載の気体流量計において、
前記キープソレノイドが組み込まれたソレノイドモジュールを備えており、
前記ソレノイドモジュールは、前記配管を挟んで前記弁と反対側に設けられている、気体流量計。

【請求項10】

請求項９に記載の気体流量計において、
前記ソレノイドモジュールには、前記キープソレノイドによって操作されるパイロット弁が組み込まれている、気体流量計。

【請求項11】

請求項１０に記載の気体流量計において、
前記駆動体はパイロット弁を外部から操作可能な操作レバーを有している、気体流量計。

【請求項12】

請求項９に記載の気体流量計において、
前記配管、前記流量測定素子及び前記表示部を有する本体部をさらに備え、
前記ソレノイドモジュールは、前記本体部に対して着脱自在に取り付けられている、気体流量計。

【請求項13】

請求項１に記載の気体流量計において、
前記配管内における前記弁よりも前記流れ方向下流に配置される整流板をさらに備え、
前記流量測定素子は、前記配管における前記整流板よりも前記流れ方向下流に配置され、前記整流板を通過した気体の流量に応じた測定信号を生成する、気体流量計。

【請求項14】

請求項１に記載の気体流量計において、
前記流量測定素子は、直列に接続され、温度に応じた抵抗値を示す複数の測温抵抗体を含み、
前記気体流量計は、
前記複数の測温抵抗体と直列に接続され、抵抗値の基準となる基準抵抗体と、
前記複数の測温抵抗体の両端及び前記基準抵抗体の両端の各々に接続される各差動回路と、をさらに備え、
前記流量決定部は、前記各差動回路を介して得られる、前記複数の測温抵抗体により生成された測定信号と、前記基準抵抗体により生成された基準信号とに基づいて気体の流量を決定する、気体流量計。

【請求項15】

請求項１に記載の気体流量計において、
前記流量測定素子は、２つの超音波素子を含み、
前記気体流量計は、前記配管を通過する気体の圧力に応じた圧力信号を生成する圧力測定素子をさらに備え、
前記流量決定部は、前記２つの超音波素子により生成された測定信号と、前記圧力測定素子により生成された圧力信号とに基づいて気体の質量流量を決定する、気体流量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、気体の流量を測定可能な気体流量計に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば各種製品を製造する製造現場では空圧機器が使用されている。一般的に、空圧機器には圧縮空気が供給される配管が接続されており、この配管には、圧縮空気の供給源が接続されている。

【0003】

特許文献１には、空圧機器の不使用期間中に測定した流量をリーク量として取得し、取得したリーク量に基づいて空圧機器の使用期間中及び不使用期間中のリーク積算量をそれぞれ算出可能に構成された気体流量計が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１０９３５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、世界的にカーボンニュートラルに向けた取り組みが活発化しており、エネルギー消費量を把握して削減し、その結果を確認することの要求が高まっている。製造現場で使用される圧縮空気は、製造現場における全エネルギー消費量の大きな割合を占めており、この圧縮空気のリークを削減することで、エネルギー消費量の削減が可能になる。

【0006】

そこで、気体流量計にシャットオフバルブを設けておき、外部からの信号入力または流量閾値による制御によって空圧機器の不使用期間中にシャットオフバルブを閉に切り替えることでリーク量を削減することが考えられる。また、気体流量計では、測定した流量を表示する表示部を設ける必要がある。

【0007】

つまり、シャットオフバルブや表示部等の機能要素を気体流量計に設ける必要があるが、複数の機能要素を流量測定素子等と一体的に設けようとすると、気体の流れ方向に大型化してしまうおそれがある。気体流量計が気体の流れ方向に大型化すると、気体流量計の設置が制限される場面が生じることがあるので、気体の流れ方向の大型化はできるだけ回避したい。

【0008】

本開示は、かかる点に鑑みたものであり、その目的とするところは、シャットオフバルブや表示部等の機能要素を気体流量計に設ける場合に、気体流量計が気体の流れ方向に大型化するのを回避して気体流量計の設置自由度を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本態様に係る気体流量計は、気体の流れ方向の両端に接続口が形成され、気体の流路を形成する配管と、前記配管に配置され、前記流れ方向と交差する所定方向に駆動体により駆動されることにより前記流路を開閉する弁と、前記配管を流通する気体の流量に応じた測定信号を生成する流量測定素子と、前記流量測定素子により生成された測定信号に基づいて気体の流量を決定する流量決定部と、前記配管と前記弁との側方に設けられ、前記流量決定部により決定された流量に関する情報を表示する表示部と、前記流量決定部により決定された流量または外部入力に基づいて前記駆動体を制御する弁制御部とを備えている。また、例えば、前記配管内における前記弁よりも前記流れ方向下流に配置される整流板をそなえていてもよく、この場合、前記流量測定素子は、前記整流板よりも下流に設けることができる。

【0010】

この構成によれば、配管の流路を流れる気体が整流板によって整流されてから流量測定素子に到達するので、流量測定素子による測定精度が向上する。一方、弁を駆動体によって駆動して流路を閉じることで、例えば気体のリーク量を削減することができ、エネルギー消費量の削減が可能になる。この弁が気体の流れ方向と交差する方向に駆動されるものなので、弁を設けることによって気体流量計が気体の流れ方向に大型化することはない。また、流量測定素子により生成された測定信号に基づいて決定された流量に関する情報は表示部に表示されることになるが、この表示部は、配管と弁との側方に設けられているので、表示部を設けることによって気体流量計が気体の流れ方向に大型化することはない。

【0011】

要するに、シャットオフバルブとなる弁及び流量に関する情報を表示する表示部を設けて機能を充実させる場合に、気体流量計が気体の流れ方向に大型化してしまうのを回避できる。

【0012】

前記配管及び前記弁と、前記表示部とが並ぶ方向に沿って見たとき、前記表示部の一部と前記配管とが重複するように配置されていてもよい。

【0013】

前記表示部の前記所定方向の寸法を前記配管の前記所定方向の寸法よりも長く設定することで、表示部の表示面積を広く確保することができる。この場合、前記配管及び前記弁と、前記表示部とが並ぶ方向に沿って見たとき、前記表示部の上下方向中間部と前記配管とが重複するように配置されていてもよい。

【0014】

気体流量計は、ユーザによって操作される操作部をさらに備えていてもよい。この場合、前記操作部と前記表示部とは、前記所定方向に並ぶように設けることができる。これにより、気体の流れ方向の大型化を回避できる。

【0015】

前記配管及び前記弁と、前記表示部とが並ぶ方向と同方向に前記流量測定素子と、前記表示部とが並んでいてもよい。

【0016】

気体流量計は、前記弁が開であって、気体のリーク状態において、前記流量測定素子により生成する測定信号に基づく流量をリーク流量として決定するリーク量決定部をさらに備えていてもよい。前記弁制御部は、前記弁が開である時に前記リーク量決定部によって決定された瞬間流量値が所定の間、リーク判定閾値を下回った場合に、前記弁を閉にするように前記駆動体を制御することができる。

【0017】

前記弁はパイロット式であってもよい。この弁を駆動するための前記駆動体はキープソレノイドを有していてもよい。キープソレノイドを用いることで、弁を駆動するときにのみ電流を供給すればよいので、消費電力を少なくすることができる。

【0018】

前記気体流量計は、前記キープソレノイドが組み込まれたソレノイドモジュールを備えていてもよい。前記ソレノイドモジュールは、前記配管を挟んで前記弁と反対側に設けることができ、これにより、気体の流れ方向の大型化を回避できる。

【0019】

また、前記ソレノイドモジュールには、前記キープソレノイドによって操作されるパイロット弁が組み込まれていてもよい。また、前記駆動体はパイロット弁を外部から操作可能な操作レバーを有していてもよい。これにより、キープソレノイドによらず、ユーザが任意のタイミングでパイロット弁を操作することが可能になる。

【0020】

気体流量計は、前記配管、前記整流板、前記流量測定素子及び前記表示部を有する本体部をさらに備えていてもよい。この場合、前記ソレノイドモジュールは、前記本体部に対して着脱自在に取り付けることができる。これにより、例えばキープソレノイドが故障した場合に、ソレノイドモジュールのみを交換して修理することができる。

【発明の効果】

【0021】

以上説明したように、気体の流れ方向と交差する方向に駆動される弁を設けてリーク量を削減可能にするとともに、配管と弁との側方に表示部を設けて流量に関する情報を表示可能にする場合に、気体流量計の気体の流れ方向の大型化を回避して設置自由度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態に係る気体流量計を単独で運用する場合を示す図である。

【図2】気体流量計を電力モニタと接続して運用する場合を示す図である。

【図3】気体流量計を電力モニタ及びパーソナルコンピュータと接続して運用する場合を示す図である。

【図4】気体流量計の正面図である。

【図5】弁が開いている気体流量計の縦断面図である。

【図6】弁が閉じている気体流量計の縦断面図である。

【図7】気体流量計のブロック図である。

【図8】ソレノイドモジュールの斜視図である。

【図9】ＦＩＧ．９Ａはパイロット弁が閉じているソレノイドモジュールの断面図であり、ＦＩＧ．９Ｂはパイロット弁が開いているソレノイドモジュールの断面図である。

【図10】整流板及び流量測定素子の取付構造を示す斜視図である。

【図11】温湿度計の配設構造を示す断面図である。

【図12】リーク防止量の演算処理手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0024】

図１は、本発明の実施形態に係る気体流量計１の使用状態を示す図である。気体流量計１は、各種製品を製造する製造装置（図示せず）で使用される気体の流量を測定する機器である。製造装置には、圧縮空気（気体の一例）を使用するエアブロー装置、エアシリンダー装置、吸着搬送装置、着座装置等が設けられており、これらは流体機器の一種である空圧機器と呼ぶことができ、１台の製造装置に一または複数の空圧機器が設けられることがある。１台の製造装置に１台の気体流量計１が設置され、１台の製造装置で使用される圧縮空気の流量を測定する。空圧機器が一つだけ設けられている製造装置の場合は、当該一の空圧機器で使用される圧縮空気の流量が気体流量計１によって測定され、また、空圧機器が複数設けられている製造装置の場合は、当該複数の空圧機器で使用される圧縮空気の合計の流量が気体流量計１によって測定されることになる。１台の気体流量計１によって複数の製造装置で使用される圧縮空気の流量を測定してもよく、気体流量計１の使用形態は特に限定されるものではない。

【0025】

圧縮空気は、コンプレッサ及びドライヤを用いて得られるものであり、コンプレッサ及びドライヤを作動させるのに電力が必要であることから、圧縮空気を消費するということは電力を消費するのと同様に、エネルギーを消費することになる。

【0026】

気体流量計１は、製造装置の空圧機器に接続されるエア供給管１００に接続されて使用される。図１では気体流量計１を単体で運用する場合を示している。気体流量計１を単体で運用する場合、電源供給部１０１と気体流量計１とを接続線１０２によって接続する。気体流量計１を作動させるための電力が電源供給部１０１から供給される。また、電源供給部１０１からは制御信号が出力される。電源供給部１０１から出力された制御信号は、接続線１０２を介して気体流量計１に入力される。この場合、測定された流量は、逐次、気体流量計１内に記憶される。尚、測定された流量を外部に送信してもよい。

【0027】

また、図２に示すように、気体流量計１は、電力モニタ１１０と接続して運用することもできる。すなわち、製造装置では、圧縮空気以外にも電力が消費される場合があり、電力モニタ１１０は、製造装置で消費された電力量を検出する機器である。気体流量計１と電力モニタ１１０とは、通信線１１１によって接続される。電力モニタ１１０で検出された電力量に関する情報は、通信線１１１を介して気体流量計１に送信される。電力モニタ１１０を作動させるための電力は、通信線１１１を介して気体流量計１から送られる。この場合、測定された流量、電力モニタ１１０で検出された電力量は、逐次、気体流量計１内に記憶される。尚、測定された流量、電力モニタ１１０で検出された電力量を外部に送信してもよい。

【0028】

また、図３に示すように、気体流量計１は、電力モニタ１１０及びパーソナルコンピュータ１２０（以下、ＰＣ１２０という）と接続して運用することもできる。この場合、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）モジュール１２１を、気体流量計１と、電力モニタ１１０及びＰＣ１２０との間に介在させて複数の通信線１２２により、気体流量計１と、電力モニタ１１０及びＰＣ１２０とを通信可能に接続する。この場合、測定された流量、電力モニタ１１０で検出された電力量は、逐次、ＰＣ１２０に記憶させることが可能である。

【0029】

図４は、気体流量計１を正面から見た図である。図５は、弁４０が開いているときの気体流量計１の縦断面図であり、図６は、弁４０が閉じているときの気体流量計１の縦断面図である。また、図７は、気体流量計１のブロック図である。

【0030】

図４に示すように、気体流量計１は、上下方向に長い筐体１０を備えている。この実施形態の説明では、図４及び図５の左側を気体流量計１の左側といい、図４及び図５の右側を気体流量計１の右側というものとする。また、気体流量計１の正面を前面、気体流量計１の背面を後面といい、気体流量計１の前後方向をこのように定義する。この方向の定義は、実施形態の説明を容易にするためのものであり、気体流量計１の使用時の方向を限定するものではない。

【0031】

圧縮空気は、矢印Ａ方向（図４の左側から右側へ向かう方向）に流れている。図５に示すように、気体流量計１は、圧縮空気の流路を形成する配管２０と、配管２０における圧縮空気の流量に応じた測定信号を生成する流量測定素子３０と、配管２０を通過する圧縮空気の圧力に応じた圧力信号を生成する圧力測定素子３１と、配管２０を通過する圧縮空気の温度及び湿度を測定する温湿度計３２とを備えている。

【0032】

配管２０は、筐体１０の上下方向中間部において左右方向に延びている。従って、配管２０の管軸線は左右方向に延びることになり、気体流量計１が設置されている状態では、配管２０の管軸線が水平になっていることがある。一方、配管２０の径方向は管軸線と直交することになり、例えば上下方向、前後方向が配管２０の径方向となる。配管２０の左端（上流端）には第１接続口２０Ａが形成され、配管２０の右端（下流端）には第２接続口２０Ｂが形成されている。第１接続口２０Ａは、筐体１０の左側面から外部に開放されていて、上流側のエア供給管１００と接続されている。第２接続口２０Ｂは、筐体１０の右側面から外部に開放されていて、下流側のエア供給管１００と接続されている。

【0033】

流量測定素子３０は、熱式の流量測定素子で構成されている。流量測定素子３０は、気体の流れ方向に延びる一対の板状の測温抵抗体３０ａを、気体の流れ方向に直交する方向に並べた構成となっている。一対の測温抵抗体３０ａは互いに平行である。このような熱式の流量測定素子３０は従来から周知であるため、詳細な説明は省略する。

【0034】

この実施形態では、配管２０が金属製であり、熱伝導率が高くなっている。測温抵抗体３０ａが配管２０の熱の影響を受ないようにするため、測温抵抗体３０ａは、配管２０を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料（断熱材）で構成されたホルダ３０ｃ（図５に示す）によって保持されている。

【0035】

また、熱式の流量測定素子３０の代わりに、超音波式の流量測定素子を用いてもよい。この超音波式の流量測定素子も従来から周知であるため、詳細な説明は省略する。超音波式の流量測定素子を用いる場合、圧縮空気の質量流量を測定するため、配管２０における圧縮空気の圧力を測定する圧力測定素子３１を設ける必要がある。

【0036】

気体流量計１は、配管２０に配置され、当該配管２０における圧縮空気の流路を開閉する弁（主弁）４０も備えている。すなわち、配管２０の流れ方向中間部の下側には、弁収容空間Ｓが形成されている。弁収容空間Ｓは、配管２０における弁収容空間Ｓよりも上流側の空間２０ａと連通している。弁収容空間Ｓの上部には、隔壁部２２が設けられている。隔壁部２２は、弁収容空間Ｓと、配管２０における弁収容空間Ｓよりも下流側の空間２０ｂとを区画する部分である。隔壁部２２の下部には、弁収容空間Ｓと下流側の空間２０ｂとを連通可能にする連通孔２２ａが形成されている。

【0037】

配管２０及び弁４０は、上下方向に並んでいる。一方、後述する表示部６１は配管２０及び弁４０の前に位置付けれているので、配管２０及び弁４０と、表示部６１とが並ぶ方向は気体流量計１の前後方向となる。気体流量計１を前後方向に沿って見たとき、表示部６１の一部と配管２０とが重複するように配置されている。具体的には、表示部６１の上下方向の寸法は、配管２０の上下方向の寸法よりも長く設定されており、表示部６１の表示面積を十分に広く確保可能にしている。気体流量計１を前後方向に沿って見たとき、表示部６１の上下方向中間部と配管２０とが互いに重複し、表示部６１の上部は配管２０の上部よりも上方に配置され、表示部６１の下部は配管２０の下部よりも下方に配置されることになる。

【0038】

弁４０は、例えば円板状に形成されており、弁収容空間Ｓ内で上下方向に移動可能に配設されている。配管２０の圧縮空気の流れ方向は左右方向であることから、弁４０の移動方向は流れ方向と交差する方向になる。弁４０が上へ移動した状態で連通孔２２ａの周縁部に対して下から当接して当該連通孔２２ａを閉塞し、この位置で弁４０が閉になる。一方、弁４０が下へ移動した状態で連通孔２２ａの周縁部から下へ離れて当該連通孔２２ａが開放され、この位置で弁４０が開になる。

【0039】

弁４０は、上下方向に延びる支軸４０ａを有している。支軸４０ａは、配管２０の下側に設けられた支持部材４０ｂによって上下方向にのみ移動可能に支持されている。支軸４０ａの下部には、ピストン４０ｃが設けられている。ピストン４０ｃは、支持部材４０ｂの内部に形成された作動室Ｓ１に収容されている。

【0040】

弁４０は、ソレノイドモジュール４１からなる駆動体によって配管２０の圧縮空気の流れ方向と交差する上下方向（所定方向）に駆動される。この実施形態では、弁４０の動作機構として、パイロット式にするとともに、キープソレノイド４３を用いている。

【0041】

図８及び図９に示すように、ソレノイドモジュール４１は、パイロット弁４２及びキープソレノイド４３を備えるとともに、パイロット弁４２及びキープソレノイド４３が収容されるケース４４も備えている。図５に示すように、ソレノイドモジュール４１は、配管２０の上方、即ち、配管２０を挟んで弁４０と反対側に設けられている。配管２０の一次圧及び二次圧は、空気通路Ｓ２、Ｓ３を介してソレノイドモジュール４１のパイロット弁４２に導かれるようになっており、パイロット弁４２の動作によって生じる作動圧は、図示しない空気通路を介して作動室Ｓ１に導かれてピストン４０ｃに作用するようになっている。

【0042】

図９に示すように、ソレノイドモジュール４１のキープソレノイド４３は、プランジャー４３ａ及びコイル４３ｂを有しており、プランジャー４３ａを動かすときだけコイル４３ｂに電流を流し、プランジャー４３ａを所望位置に動かした後は、コイル４３ｂに電流を流さなくても、プランジャー４３ａの位置を維持することが可能に構成されている。

【0043】

ケース４４には、キープソレノイド４３の駆動力をパイロット弁４２に伝達するためのリンク４５が収容されている。すなわち、キープソレノイド４３のプランジャー４３ａの進退方向は、気体流量計１の前後方向と一致しており、また、パイロット弁４２の動作方向も気体流量計１の前後方向と一致している。ケース４４内におけるプランジャー４３ａの先端部に対応する部分には、リンク４５が配置されている。リンク４５は、プランジャー４３ａの進退方向と交差する方向、即ち左右方向に延びる姿勢となっており、当該リンク４５の左右方向中間部は、上下方向に延びる軸４５ａによって支持されている。

【0044】

リンク４５は軸４５ａ周りに揺動可能になっている。リンク４５における軸４５ａよりもキープソレノイド４３側の部分が、プランジャー４３ａの先端部に当接し、リンク４５における軸４５ａよりもパイロット弁４２側の部分が、パイロット弁４２の入力部４２ａに当接するようになっている。したがって、キープソレノイド４３のプランジャー４３ａの進退方向の力はリンク４５を介してパイロット弁４２に入力されてパイロット弁４２を操作することが可能になっている。このように、キープソレノイド４３とパイロット弁４２とを平行に配置し、リンク４５を介して力を伝達するようにしたので、ソレノイドモジュール４１の小型化が可能になる。

【0045】

また、図８に示すように、ソレノイドモジュール４１は、パイロット弁４２を外部から操作可能な操作レバー４６を有している。操作レバー４６は、ケース４４の外部に配置されており、ユーザによる操作が可能になっている。操作レバー４６の基端部は、上下方向に延びる支軸４６ａ周りに回動可能にケース４４に対して支持されている。操作レバー４６の回動力がキープソレノイド４３を介することなく、パイロット弁４２に伝達され、これにより、パイロット弁４２を操作レバー４６の回動操作によって閉じたり、開いたりすることができる。操作レバー４６の回動力は、リンク４５に直接伝達されてリンク４５を動作させ、リンク４５の動作によってパイロット弁４２が操作される。尚、操作レバー４６の回動力がパイロット弁４２に直接伝達されるように構成されていてもよい。

【0046】

また、操作レバー４６は、リンク４５ではなく、キープソレノイド４３のプランジャー４３ａの先端を操作することもできる。例えば、操作レバー４６を回動させると、操作レバー４６と内部で連結されたプランジャー制動部材（プランジャー４３ａの先端とリンク４５の間に配置されている）がプランジャー４３ａの先端側に接近する。プランジャー４３ａの先端が飛び出そうとしても、プランジャー制動部材に先に当たって止まるため、リンク４５に接触できなくなり、その結果、リンク４５はパイロット弁に伝達できないので、パイロット弁は弁閉動作ができなくなり、結果、弁開状態が維持される。

【0047】

このキープソレノイド４３によってパイロット弁４２を開閉動作させることにより、作動室Ｓ１に所望の圧力を供給し、弁４０を上下方向に移動させることができるようになっている。キープソレノイド４３の動作監視用としてリンク４５に接点を設けてもよい。これにより、リンク４５の動作を介してキープソレノイド４３の動作を取得することができ、キープソレノイド４３が正常に動作しているか否かを判定する判定情報として用いることができる。

【0048】

配管２０は、交換可能な整流板２１を備えている。整流板２１は、配管２０内における弁４０よりも流れ方向下流に配置されており、弁４０の上方に位置付けられている。整流板２１は配管２０内を通過する気体を整流するための部材であり、その具体的な構成は特に限定されるものではないが、例えば、配管２０内において流れ方向と直交する方向に延びるように配置される板状部２１ａと、取付基部２１ｂとを備えた構成とすることができる。図１０に示すように、配管２０には、板状部２１ａを挿通するための整流板挿通孔２０ｅが形成されている。板状部２１ａが整流板挿通孔２０ｅに挿通された状態で、取付基部２１ｂが配管２０に対して締結部材（図示せず）によって締結される。板状部２１ａには、当該板状部２１ａを厚み方向（気体の流れ方向）に貫通する複数の貫通孔２１ｃが形成されている。気体が貫通孔２１ｃを通過することによって整流される。これにより、流量の検出精度が向上する。

【0049】

流量測定素子３０及び整流板２１は、表示部６１の後方に位置付けられている。すなわち、流量測定素子３０及び整流板２１と、表示部６１とは、前後方向に並ぶように設けられている。また、圧力測定素子３１及び温湿度計３２も表示部６１の後方に位置付けられている。

【0050】

図５に示すように、流量測定素子３０の両測温抵抗体３０ａは、配管２０内において偏流が均等になる位置、すなわち、配管２０における整流板２１よりも流れ方向下流に配置されている。従って、流量測定素子３０は、整流板２１を通過した気体の流量に応じた測定信号を生成する部材である。また、測温抵抗体３０ａが配管２０内に生じたドレンの影響を受けないように、配管２０内において上側部分に配置されている。

【0051】

図１０に示すように、配管２０には、流量測定素子３０を挿通するための素子挿通孔２０ｄが形成されている。流量測定素子３０が素子挿通孔２０ｄに挿通された状態で、流量測定素子３０の取付基部３０ｂが配管２０に対して締結部材（図示せず）によって締結される。

【0052】

また、メンテナンスなどの時に安全面を考慮して下流側に接続される配管内の圧を抜くために、一般的に装置の根元に残圧開放弁（リリーフバルブ）が設けられている。この残圧開放弁の上流側に弁４０があれば特に問題は無いが、残圧開放弁の下流側に弁４０がある場合、残圧開放弁を開いても、気体流量計１内の圧が抜けない。このことに対応するために、気体流量計１には、残圧開放用のチェック弁（図示せず）を設けることができる。チェック弁は、一次側と二次側とを連通させる連通路に配置されており、一次圧が抜けて二次圧が一次圧よりも高くなると、二次側からの圧縮空気の圧力によって閉から開に切り替わり、二次側から一次側へ圧縮空気の流通が可能になる。したがって、弁４０を閉じていても、上流側の圧力が低下に応じて弁４０よりも下流側の圧力も追従させて低下させることが可能となる。

【0053】

図７に示すように、気体流量計１は、制御ユニット５０を備えている。制御ユニット５０は、制御部５１と、流量決定部５２と、演算部５３と、記憶部５４と、圧力決定部５５とを備えている。また、制御ユニット５０には、図示しないがリアルタイムクロックや電池等が内蔵されており、日時と紐付けて各種測定データ等を記憶部５４に記憶することができるようになっている。これにより、常時データを読み出さなくても、後述するように、蓄積データに基づいて各種グラフ表示や数値表示、換算表示等を行うことができる。

【0054】

制御部５１、流量決定部５２、演算部５３及び圧力決定部５５は、記憶部５４等に予め記憶されたプログラムに従って動作するマイクロコンピュータや入出力インターフェース、通信モジュール等によって構成されている。制御部５１、流量決定部５２及び演算部５３の全てが同じマイクロコンピュータ等によって構成されていてもよいし、異なるマイクロコンピュータ等によって構成されていてもよい。

【0055】

気体流量計１は、操作部６０と表示部６１を備えている。操作部６０は、ユーザによって操作される複数の操作ボタン等を含んでおり、図４に示すように筐体１０の前面の下側部分に位置している。操作部６０のユーザによる操作は、制御部５１で受け付けられる。

【0056】

表示部６１は、例えば有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイ等で構成されており、制御部５１によって制御される。表示部６１は縦長形状とされており、上下方向の寸法が左右方向の寸法よりも長く設定されている。前後方向に沿って見たとき、表示部６１の左端部よりも配管２０の左端部が外方へ突出しており、また、表示部６１の右端部よりも配管２０の右端部が外方へ突出している。

【0057】

表示部６１には、後述する流量決定部５２により決定された流量に関する情報等が表示される。表示部６１は、筐体１０の前面において操作部６０の上方に配設されており、従って、操作部６０と表示部６１とは、上下方向に並ぶように設けられることになる。また、配管２０と弁４０との前方（側方）に表示部６１が設けられている。表示部６１の形状は特に限定されるものではない。また、表示部６１の上方に操作部６０が設けられていてもよい。また、表示部６１がタッチ操作パネルを有していてもよい。尚、図３に示す運用形態の場合、表示部６１の表示内容をＰＣ１２０のモニタに表示させることもできる。

【0058】

図５に示すように、気体流量計１の本体部１Ａは、配管２０、整流板２１、流量測定素子３０及び表示部６１を有する部分である。ソレノイドモジュール４１は、気体流量計１の上部に配置され、本体部１Ａに対して着脱自在に取り付けられている。例えばネジやビス等の締結部材によってソレノイドモジュール４１を本体部１Ａに締結しておくことにより、ソレノイドモジュール４１の故障時に当該ソレノイドモジュール４１を新品に交換することができる。交換時、ソレノイドモジュール４１が本体部１Ａの上部に位置しているので作業性は良好である。尚、ソレノイドモジュール４１側にパイロット弁４２が組み込まれ、本体部１Ａに弁４０が組み込まれているので、本体部１Ａ側の空気通路Ｓ２と、ソレノイドモジュール４１側の空気通路Ｓ３とを接続する必要があるが、本実施形態では、空気通路Ｓ２、Ｓ３同士の接続部分にＯリング等のシール材Ｂが設けられており、気密性が確保されている。

【0059】

図７に示すように、制御部５１は弁制御部５１ａを有している。弁制御部５１ａは、流量決定部５２により決定された流量または外部入力に基づいて、ソレノイドモジュール４１のキープソレノイド４３を制御する。キープソレノイド４３を制御することで、弁４０を開から閉、閉から開にすることができるので、弁制御部５１ａは、弁４０を制御する部分であると言うこともできる。弁制御部５１ａが弁４０を制御するので、弁４０が開であるか、閉であるかを示す開閉情報は、弁制御部５１ａが取得できる。弁４０の開閉情報に基づいて、弁４０が閉である期間を取得できる。例えば弁４０が開から閉に切り替わったタイミングから開に切り替わったタイミングまでの時間を弁制御部５１ａが計測することで、弁４０が閉である期間を取得できる。尚、弁４０が開であるか、閉であるかを接点によって検出し、これを開閉情報として弁制御部５１ａが取得してもよい。

【0060】

流量決定部５２は、流量測定素子３０により生成する測定信号を受信し、当該測定信号に基づいて気体の流量を取得し、決定する部分である。熱式の流量測定素子３０の場合、測温抵抗体３０ａからの放散熱量に係る測定信号を生成し、この放散熱量に係る測定信号を流量決定部５２が受信すると、放熱熱量と流量との関係式を用いて配管２０における圧縮空気の流量を演算することができる。例えば、ヒータが間欠的に駆動して、ヒータ側の測温抵抗体３０ａと気体側の測温抵抗体３０ａとが温度に依存する抵抗値を示すことで、各々の測温抵抗体３０ａに流れる電流と抵抗値とに応じた測定信号を生成する。流量測定素子が超音波式の場合は、例えば２つの超音波素子を設けておき、これら２つの超音波素子間での伝搬時間差を流量決定部５２が取得し、取得した伝搬時間差を用いて配管２０における圧縮空気の流量を演算し、決定することができる。

【0061】

ここで、熱式の流量測定素子３０として複数の測温抵抗体３０ａを用いる場合、各々の測温抵抗体３０ａに電流を供給するための定電流回路を個別に設けると、各々の定電流回路の温特や規制電流値のバラつきにより測定誤差を生じるおそれがある。そこで、複数の測温抵抗体３０ａを抵抗値の基準となる高精度抵抗器とともに直列に接続するとともに、各測温抵抗体３０ａ及び高精度抵抗器の各々には、両端に生じる電圧を測定するための差動回路が接続される。高精度抵抗器は、温特が小さなものが選択される。また、高精度抵抗器は、複数の測温抵抗体３０ａと同程度の抵抗値を有するものであってもよい。複数の測温抵抗体３０ａを高精度抵抗器とともに直列に接続されるので、高精度抵抗器の両端に生じる電圧を基準信号として差動回路で測定することで、複数の測温抵抗体３０ａに流れる電流を測定信号として高精度に測定することができる。また、複数の測温抵抗体３０ａの各々の両端に生じる電圧を各々の差動回路で測定して、高精度抵抗器の両端に生じる電圧との比を求めることで、つまり、測定信号と基準信号との比を求めることで、複数の測温抵抗体３０ａの各々の抵抗値を測定することができる。各測温抵抗体３０ａ及び高精度抵抗器の各々に接続される各々の差動回路は、差動アンプと差動ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）とを有する。各測温抵抗体３０ａや高精度抵抗器の各々の両端が、各差動アンプの差動入力に接続される。また、各差動アンプの差動出力が各差動ＡＤＣの差動入力と接続される。各差動ＡＤＣは、各測温抵抗体３０ａや高精度抵抗器の各々の両端に生じる電圧に相当する測定信号や基準信号のデジタル値を生成する。

【0062】

流量決定部５２は、リーク量決定部５２ａを備えている。リーク量決定部５２ａは、弁４０が開であって、圧縮空気のリーク状態において、流量測定素子３０により生成する測定信号に基づく流量をリーク流量として取得し、決定する部分である。具体的には、リーク量決定部５２ａは、弁４０が開から閉にされるときの瞬間流量値を瞬間リーク流量として決定する。

【0063】

演算部５３は、リーク量決定部５２ａがリーク流量を決定すると、弁４０が閉である期間と、リーク量決定部５２ａにより決定したリーク流量とに基づいて、リーク防止量を演算する。演算部５３がリーク防止量を演算する際、瞬間リーク流量を、弁４０が閉である期間分だけ積算すればよい。弁４０が閉である期間は、上述したように弁制御部５１ａによって取得でき、弁制御部５１ａによって取得した期間を演算部５３が使用すればよい。尚、演算部５３が、弁４０が閉である期間を計測し、取得してもよい。

【0064】

また、演算部５３は、弁４０が閉である期間以外の期間についても、流量測定素子３０により生成する測定信号に基づく流量を積算して積算流体量を取得できる。したがって、流量測定素子３０により生成する測定信号に基づく流量を積算する期間は、弁４０が閉である期間に限られるものではなく、任意の期間（所定期間）とすることができる。

【0065】

温湿度計３２を構成している湿度計としては、例えば容量式や抵抗式のものを用いることができる。温湿度計３２は、図１１にも示しており、筐体１０に収容される基板１１に実装されている。基板１１は、表示部６１の後方、配管２０の後方に配置され、上下方向に延びている。基板１１には、上記マイクロコンピュータ等も実装されている。

【0066】

配管２０には、温湿度計３２の検出面に達するまで前後方向に延びる２つの空気通路２０ｃが設けられている。空気通路２０ｃは、配管２０によって形成される流路において偏流による圧力差が生じる部分と連通しており、配管２０を通過する圧縮空気は、空気通路２０ｃによって温湿度計３２まで導かれる。温湿度計３２の検出面の前方には透湿シートからなる第１カバー部材３３及び第２カバー部材３４が設けられている。第１カバー部材３３は、第２カバー部材３４に比べて粗い透湿フィルタで構成されている。第１カバー部材３３及び第２カバー部材３４を設けることで、圧縮空気に含まれているドレンやオイルミストが温湿度計３２の検出面に付着するのを抑制でき、測定精度の悪化が回避できる。第１カバー部材３３及び第２カバー部材３４のうち、一方を省略してもよい。尚、温湿度計３２は、配管２０内に配設してもよく、この場合、整流板２１よりも下流側、即ち整流された気体が流通している部分に配設することが可能である。

【0067】

圧力決定部５５は、圧力測定素子３１により生成する測定信号を受信し、当該測定信号に基づく圧力を取得する部分である。圧力測定素子３１としては、例えばひずみゲージや静電容量式のもの等で構成されており、圧縮空気の圧力を電気信号に変換して出力するように構成されている。この場合、圧力決定部５５は圧力測定素子３１から出力される電気信号に基づいて圧力を取得することができる。この実施形態では、圧力測定素子３１が、整流板２１よりも下流側の圧力を検出するように配置されている。これにより、配管２０の下流部近傍の圧力を安定して測定可能になる。

【0068】

以下、図１２に示すフローチャートに基づいて、リーク防止量の演算処理手順の一例を説明する。この例では、演算部５３は、弁４０が開である場合、瞬間リーク流量を、弁４０が開である期間分だけ積算することによって開状態にあるときのリーク量とすることが可能になっている。

【0069】

スタート後のステップＳＡ１では、圧縮空気の流通が可能な状態、即ち弁４０が開である状態となっていることを確認する。弁４０が開になっている場合にはステップＳＡ２に進む。ステップＳＡ２では、弁制御部５１ａが弁４０を開から閉にする要求（弁閉要求）を受け付ける。弁閉要求は、演算部５３が所定のタイミングになった時点で弁制御部５１ａに対して出してもよいし、外部の制御機器またはユーザが弁制御部５１ａに対して出してもよい。

【0070】

ステップＳＡ３では、リーク量決定部５２ａが流量測定素子３０により生成する測定信号に基づく流量を瞬間流量として取得し、記憶部５４等に一時的に記憶する。ステップＳＡ３の段階では弁４０が閉になっていない。

【0071】

瞬間流量の取得後、ステップＳＡ４では、弁制御部５１ａが弁４０を開から閉にする制御（弁閉制御）を実行する。これによって弁４０が閉に切り替わるのであるが、ステップＳＡ５では、上記開閉情報に基づいて、弁４０が閉に切り替わったか否かを弁制御部５１ａが判定する。弁４０が閉に切り替わっていない場合には、何らかの不具合が発生している可能性があるので、ステップＳＡ６に進んで弁制御部５１ａがエラーを出力し、終了する。一方、弁４０が閉に切り替わった場合にはステップＳＡ７に進み、リーク量決定部５２ａは、ステップＳＡ３で取得した瞬間流量を瞬間リーク流量として記憶部５４等に一時的に記憶する。

【0072】

ステップＳＡ８では、ステップＳＡ７でリーク量決定部５２ａが取得した瞬間リーク流量を演算部５３が得る。そして、演算部５３は、瞬間リーク流量を、弁４０が閉である期間分だけ積算してリーク量を得る。ステップＳＡ９では、弁制御部５１ａが弁４０を閉から開にする要求（弁開要求）を受け付ける。弁開要求は、演算部５３が所定のタイミングになった時点で弁制御部５１ａに対して出してもよいし、外部の制御機器またはユーザが弁制御部５１ａに対して出してもよい。

【0073】

ステップＳＡ１０では、リーク量決定部５２ａが流量測定素子３０により生成する測定信号に基づく流量を瞬間リーク流量として取得し、記憶部５４等に一時的に記憶する。ステップＳＡ１０の段階では弁４０が開になっていない。

【0074】

瞬間リーク流量の取得後、ステップＳＡ１１では、弁制御部５１ａが弁４０を閉から開にする制御（弁開制御）を実行する。これによって弁４０が開に切り替わるのであるが、ステップＳＡ１２では、上記開閉情報に基づいて、弁４０が開に切り替わったか否かを制御部５１が判定する。弁４０が開に切り替わっていない場合には、何らかの不具合が発生している可能性があるので、ステップＳＡ１３に進んで制御部５１がエラーを出力し、終了する。一方、弁４０が開に切り替わった場合にはステップＳＡ１４に進み、リーク量決定部５２ａは、ステップＳＡ１０で取得した瞬間リーク流量を瞬間リーク防止流量として記憶部５４等に一時的に記憶する。

【0075】

ステップＳＡ１５では、ステップＳＡ１４でリーク量決定部５２ａが取得した瞬間リーク防止流量を演算部５３が得る。そして、演算部５３は、瞬間リーク防止流量を、弁４０が閉である期間分だけ積算してリーク防止量を得る。得られたリーク防止量は、表示部６１に表示させることができる。尚、リーク防止量・リーク流量は、弁４０が開いている間・閉まっている間に積算して記憶することも可能である。

【0076】

（自動シャットオフ機能）
次に、弁４０の弁制御部５１ａによる開閉制御について説明する。弁制御部５１ａは、弁４０が開である時にリーク量決定部５２ａによって取得された瞬間流量値が所定の間、リーク判定閾値を下回った場合に、ソレノイドモジュール４１を制御し、弁４０を閉にしてリークを自動的に防止する。このとき、リーク量決定部５２ａは、空圧機器の停止時に流量測定素子３０により生成する測定信号に基づく流量を所定期間取得して平均化した流量をリーク流量として取得し、取得したリーク流量よりも高い値をリーク判定閾値として自動設定する。尚、自動設定は、任意のタイミングで実行できる。このように、リーク判定閾値を自動で設定するので、ＰＣ１２０（図３に示す）等の外部機器による設定は不要である。

【0077】

また、空圧機器の動作停止時のリーク流量は徐々に増加することが想定される。リーク流量が徐々に増加すると、予め定めたリーク判定閾値を超えたときに弁４０を閉にできなくなる。このような状況を検知するために、弁４０が一定期間動作していないことを判定し、弁４０が一定期間動作していない場合には、そのことをユーザに報知する。

【0078】

空気圧機器のリーク量が徐々に増加することに気づけるようにリーク量が増加したことを警報として出力や通信で外部に通知し、設定したリーク量増加警報値とバルブを閉める直接流量値と比較することでリークが増加したことを検知できるようにしてもよい。

【0079】

（実施形態の作用効果）
以上説明したように、本実施形態に係る気体流量計１によれば、配管２０の流路を流れる気体が整流板２１によって整流されてから流量測定素子３０に到達するので、流量測定素子３０による測定精度が向上する。一方、弁４０をソレノイドモジュール４１によって駆動して配管２０の流路を閉じることで、例えば気体のリーク量を削減することができ、エネルギー消費量の削減が可能になる。

【0080】

リーク量を削減するための弁４０が気体の流れ方向と交差する方向に駆動されるものなので、弁４０を設けることによって気体流量計１が気体の流れ方向に大型化することはない。また、流量測定素子３０により生成された測定信号に基づいて決定された流量に関する情報は表示部６１に表示されることになるが、この表示部６１は、配管２０と弁４０との前方に設けられているので、表示部６１を設けることによって気体流量計１が気体の流れ方向に大型化することはない。要するに、シャットオフバルブとなる弁４０及び流量に関する情報を表示する表示部６１を設けて気体流量計１の機能を充実させる場合に、気体流量計１が気体の流れ方向に大型化してしまうのを回避できる。

【0081】

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

【産業上の利用可能性】

【0082】

以上説明したように、本開示に係る気体流量計は、例えば圧縮空気の流量を測定する場合に利用できる。

【符号の説明】

【0083】

１ 気体流量計
１Ａ 本体部
２０ 配管
２１ 整流板
３０ 流量測定素子
４０ 弁
４１ ソレノイドモジュール（駆動体）
４２ パイロット弁
４３ キープソレノイド
４６ 操作レバー
５１ａ 弁制御部
５２ 流量決定部
５２ａ リーク量決定部
６０ 操作部
６１ 表示部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】