(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オリフィスの上流側絶対圧力Ｐ1 と下流側絶対圧力Ｐ2 との比Ｐ2 ／Ｐ1 を約０．７以下に保持した状態で流体の流量制御を行なう圧力式流量制御装置に於いて、金属薄板に微小な孔を穿設して形成され、上流側と下流側の気体の圧力比Ｐ2 ／Ｐ1 が前記約０．７以下で前記孔の径が一定の場合には、気体の種類に拘わらず前記孔を通過する気体の流量が上流側圧力Ｐ1 に正比例する流量特性を具備したオリフィス（５）と、オリフィス（５）の上流側に設けたコントロール弁（２）と、オリフィス（５）の下流側に設けたオリフィス対応弁（９）と、コントロール弁（２）とオリフィス（５）間に設けた一次圧力検出器（３）と、オリフィス（５）の下流側に設けた二次圧力検出器（１１）と、一次圧力検出器（３）の検出圧力Ｐ１から流量ＱC をＱC ＝ＫＰ1 （但しＫは定数）として演算すると共に、流量指令信号ＱS と前記演算した流量信号ＱC との差を制御信号Ｑｙとして前記コントロール弁（２）の駆動部（１４）へ出力する流量演算装置（６）と、一次圧力検出器（３）の検出圧力Ｐ1 と二次圧力検出器（１１）の検出圧力Ｐ2 との比Ｐ2 ／Ｐ1 を演算すると共に当該比Ｐ２  ／Ｐ1 が約０．７を超える報信号を発信する圧力比較演算装置（１０）とから構成され、前記制御信号Ｑｙによるコントロール弁（２）の開閉によりオリフィス上流側圧力Ｐ1 を調節し、オリフィス下流側流量を制御することを特徴とする圧力式流量制御装置。
【請求項２】
圧力比較演算装置（１０）からの警報信号の発信によりコントロール弁（２）及び又はオリフィス対応弁（９）を手動制御又は別制御に切換える構成とした請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項３】
圧力比較演算装置（１０）に、一次圧力検出器（３）の検出圧力Ｐ1
と二次圧力検出器（１１）の検出圧力Ｐ２の比Ｐ2 ／Ｐ1 がほぼ１．０になると警報と発信する警報発信機構を設け、コントロール弁（２）及び又はオリフィス対応弁（９）へ閉弁信号を発信する構成とした請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項４】
オリフィス（５）を、断面形状がラッパ吹奏部の形状を呈し、上流側に対向する最大直径部と中間に位置する最小直径部と下流側に対向する中間直径部とを備えた構成とした請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項５】
オリフィス（５）を交換自在に取付けする構成とした請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項６】
コントロール弁（５）の弁本体（１２）とオリフィス対応弁（９）の弁本体（９ａ）を一体化してブロック化すると共に、当該ブロック化した弁本体に一次圧力検出器の取付孔、二次圧力検出器の取付孔及びオリフィスの取付孔を夫々形成するようにした請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気体等の流量制御装置の改良に関するものであり、主として半導体製造設備や化学品製造設備等に於いて利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造設備等のガス流量制御装置としては、従前から所謂マスフローコントローラーが多く利用されている。
しかし、このマスフローコントローラーには▲１▼熱式流量センサの場合、応答速度が比較的遅いこと、▲２▼低流量域に於ける制御精度が悪いうえ製品毎に精度のバラツキがあること、▲３▼作動上トラブルが多くて安定性に欠けること、▲４▼製品価格が高いうえ、交換用部品も高価であってランニングコストが高くつくこと等の様々な不都合が存在する。
【０００３】
一方、上述の如きマスフローコントローラーの問題点を避けるものとして、図１７に示す如き構成の差圧式流量制御装置が多く用いられている。
即ち、当該差圧式流量制御装置は、オリフィス３０の上・下流側の流体差圧ΔＰを圧力検出器３１、３２の検出値から求め、検出流量ＱC ＝Ｋ（ΔＰ）1/2 及び検出流量ＱC と設定流量ＱS との差Ｑｙ＝ＱC −ＱS をＣＰＵで演算すると共に、前記流量差Ｑｙを制御信号として流量制御弁３３へ出力し、前記流量偏差Ｑｙを零にする方向に流量制御弁３３を開・閉制御するものである。
【０００４】
しかし、当該差圧式流量制御装置には、▲１▼検出流量Ｑｃのレンジ範囲が圧力検出器３１、３２のレンジ範囲の１／２乗となるため、検出流量Ｑｃの検出精度が低下すること、▲２▼流量測定精度を高めるためには、オリフィス上・下流側に比較的長い直管路を設けて流体の流れを層流にする必要があり、必然的に装置が大型化すること等の問題が残されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、前記マスフローコントローラーや差圧式流量制御装置に於ける上述の如き問題、即ち▲１▼装置としての総合的な検出精度が低いこと、及び▲２▼装置の小型化が困難なこと等の問題の解決を直接の目的とするものであり、一次側の圧力検出器の検出圧力を基準にし、当該検出圧力値に正比例する形で検出流量を演算することにより、高精度な流量制御が行え、しかも小型で且つ安価に製造できるようにした圧力式流量制御装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
而して、ノズルを通る気体流の特徴の一つとして、ノズル前後の気体の圧力比Ｐ２  ／Ｐ１  が気体の臨界圧力比（空気や窒素等の場合は約０．５〜０．６）以下になると、ノズルを通る気体の流速が音速となってノズル下流側の圧力変動が上流側に伝播しないため、ノズル上流側の状態に相応した安定した質量流量を得ることができると云う事象がある。
但し、ノズルの場合には、気体のもつ粘性のためにノズル断面積と音速の積が直接に実際の気体流量を表すことにはならず、気体の流量演算を行うにはノズルの形態によって定まる流出係数を求めなければならないことは勿論である。
【０００７】
そのため、本願発明者等は、各種のノズル形態と流体（ガス）について、その流出係数を求める試験を繰り返し行って来たが、その試験過程に於いて、前記気体の圧力比Ｐ２  ／Ｐ１  が一定値以下の場合には下流側の圧力変動が上流側に伝播しないと云う特性に着目し、気体流通路をノズルに代えて微小オリフィスとした場合の、オリフィス形態と気体流量及びオリフィス上流側の気体圧力Ｐ１  と気体流量の関係について、各種の測定試験を行った。その結果、気体圧力比Ｐ２  ／Ｐ１  が一定値以下である場合には、板状の微小オリフィスを流通する気体流量は、微小オリフィスの径が一定の場合には気体の種類に拘わらず、オリフィス上流側の気体圧力Ｐ１  に正比例して変化することを見出した。
【０００８】
即ち、微小オリフィスを流通する気体流量Ｑｃはオリフィス上流側の圧力Ｐ１  に正比例することになり、オリフィス上流側圧力Ｐ１  を自動制御することにより、オリフィスを流通する流量のフィードバック制御を行なうことができる。
また、オリフィスを流通する気体流量は、オリフィス上流側の流速分布やオリフィス下流側の圧力変動の影響を受けないため、オリフィス上流側に直管路を必要とせず、装置の大幅な小形化が計れて流量制御装置の製造コストの引下げが可能となる。
更に、流量と圧力の関係が一次関数となるため、圧力検出器のレンジと流量のレンジとが同一となり、従前の差圧式流量形の場合に比較して測定精度が著しく向上することになる。
【０００９】
ところで、従来から、ディスクタッチ型の流量制御弁等の製作に於いても、気体圧力比Ｐ２  ／Ｐ１  が一定値以下の場合のバルブを通過する気体流量Ｑｃを、Ｑｃ＝ＫＳＰ１  （但し、Ｓは最小流路面積、Ｐ１  は一次側圧力、Ｋは常数）として演算することが経験的に行なわれている。
しかし、当該流量制御弁に於ける実際の気体流量Ｑは、Ｑｃ＝ＫＳＰ１  で演算した流量の±２０％位いの値となり、前記Ｑｃ＝ＫＳＰ１  の関係を気体流量の精密な測定に応用することは困難な状態にある。
【００１０】
本願発明は、上述の如き本願発明者等の知見に基づいて創作されたものであり、オリフィスの上流側絶対圧力Ｐ１と下流側絶対圧力Ｐ2 との比Ｐ2 ／Ｐ1 を約０．７以下に保持した状態で流体の流量制御を行なう圧力式流量制御装置に於いて、金属薄板に微小な孔を穿設して形成され、上流側と下流側の気体の圧力比Ｐ2 ／Ｐ1 が前記約０．７以下で前記孔の径が一定の場合には、気体の種類に拘わらず前記孔を通過する気体の流量が上流側圧力Ｐ１に正比例する流量特性を具備したオリフィス５と、オリフィス５の上流側に設けたコントロール弁２と、オリフィス５の下流側に設けたオリフィス対応弁９と、コントロール弁２とオリフィス５間に設けた一次圧力検出器３と、オリフィス５の下流側に設けた二次圧力検出器１１と、一次圧力検出器３の検出圧力Ｐ1 から流量ＱC をＱC ＝ＫＰ1 但しＫは定数として演算すると共に、流量指令信号ＱS と前記演算した流量信号ＱC との差を制御信号Ｑｙとして前記コントロール弁２の駆動部１４へ出力する流量演算装置６と、一次圧力検出器３の検出圧力Ｐ1 と二次圧力検出器１１の検出圧力Ｐ2 との比Ｐ2 ／Ｐ1 を演算すると共に当該比Ｐ2 ／Ｐ1 が約０．７を超えると警報信号を発信する圧力比較演算装置１０とから構成され、前記制御信号Ｑｙによるコントロール弁２の開閉によりオリフィス上流側圧力Ｐ1 を調節し、オリフィス下流側流量を制御することを発明の基本構成とするものである。
【００１１】
【作用】
圧力検出器３によりオリフィス５の上流側の流体一次圧力Ｐ１  が検出され、演算制御装置６へ入力される。
演算制御装置６ではＱｃ＝ＫＰ１  の演算式を用いて流量Ｑｃが演算されると共に、流量指令値ＱｓとＱｃの比較が行なわれ、両者の差Ｑｃ−Ｑｓに相当する制御信号Ｑｙがコントロール弁２の駆動部１４へ入力される。
即ち、コントロール弁２は、前記制御信号Ｑｙによって前記両者の差Ｑｃ−Ｑｓが零になる方向に開閉制御され、これによってオリフィス下流側の流量Ｑｃが設定流量（流量指令値）Ｑｓに常時保持される。
また、オリフィス５の下流側の流体二次圧力Ｐ２  が上昇してＰ２  ／Ｐ１  の値が設定値Ｐｓ（約０．７）を越えると、当該流量制御装置による流量制御が解除される。即ち、警報が発信されると共に、前記制御信号Ｑｙによるコントロール弁２の自動制御が解除され、操作員が手動操作又は別制御によってコントロール弁２及び又はオリフィス対応弁９の開度を調整することにより、手動による流量制御が行なわれる。
更に、流体二次圧力Ｐ２  が上昇してＰ２  ／Ｐ１  の値がほぼ１．０に近づくと、警報が発信されると共にコントロール弁２及び又はオリフィス対応弁９へ閉弁信号が発信される。これにより、二次側流体の逆流が防止される。
【００１２】
【発明の実施の態様】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図１は本発明に係る流量制御装置のブロック構成図であり、当該流量制御装置１はコントロール弁２、一次圧力検出器３、温度検出器４、オリフィス５、流量演算装置６、増幅器７ａ・７ｂ、Ａ／Ｄ変換８ａ・８ｂ、オリフィス対応弁９、圧力比較演算装置１０、Ａ／Ｄ交換器８ａ′・８ｂ′、増幅器７ａ′・７ｂ′、二次圧力検出器１１、ガス取出し用継手２７等から形成されている。
【００１３】
前記コントロール弁２には、後述する如き所謂ダイレクトタッチ型のメタルダイヤフラム弁が使用されており、また、その駆動部には、圧電素子形駆動装置が使用されている。尚、コントロール弁２の駆動部としてはこの他に、磁歪素子形駆動装置やソレノイド型駆動装置、モータ型駆動装置、空気圧形駆動装置、熱膨張型駆動装置等の使用が可能である。
【００１４】
前記一次圧力検出器３及び二次圧力検出器１１には半導体歪形圧力センサーが使用されているが、圧力検出器３・１１としてはこの他に、金属箔歪形圧力センサーや静電容量形圧力センサー、磁気抵抗形圧力センサー等の使用も可能である。
また、前記温度検出器４には、熱電対形温度センサーが使用されているが、測温抵抗形温度センサー等の使用も可能である。
【００１５】
前記オリフィス５には、板状の金属薄板製ガスケットに放電加工によって所謂ラッパ形を呈する孔部を設けたオリフィスが使用されているが、オリフィス５としてはこの他に、極細パイプやエッチングにより金属膜に孔を形成したオリフィスを使用することができる。
尚、本実施態様に於いては、図２に示すようにオリフィス５を断面形状がラッパ吹奏部の形状を呈し、上流側に対向する最大直径部と中間に位置する最小直径部と下流側に対向する中間直径部とを備えた構成としており、具体的には厚さ約７ｍｍのステンレス鋼板５ａに、最小直径部の内径Ｄ１  が約０．２ｍｍ、全孔長Ｂが約１．２ｍｍ、最小直径部からの孔長Ｌ１  が約１．０ｍｍ、最大直径部の内径Ｄ２  が約０．６ｍｍφ、拡径勾配φが約３度の小孔を穿設したオリフィス５を使用している。
【００１６】
前記流量演算装置６は所謂制御回路基板から形成されており、温度補正回路６ａ、演算回路６ｂ、比較回路６ｃ、増幅回路６ｄ等が具備されている。
また、前記圧力比較演算装置１０も流量演算装置６と同様に制御回路基板から形成されており、Ｐ２  ／Ｐ１  の演算やこれと設定値Ｐｓとの比較等が行なわれる。尚、上記流量演算装置６と圧力比較演算装置１０の制御回路基板は後述する図３に示す如くケース体内に収納される。
【００１７】
次に、本発明に係る流量制御装置１の作動について説明する。
図１を参照して、コントロール弁２の出口側、即ちオリフィス５の上流側の気体圧力Ｐ１  が圧力検出器３によって検出され、増幅器７ａ及びＡ／Ｄ変換器８ａを経て、ディジタル化された信号が演算回路６ｂへ入力される。
同様に、オリフィス上流側の気体温度Ｔ１  が温度検出器４で検出され、増幅器７ｂ及びＡ／Ｄ変換器８ｂを経てディジタル化された信号が温度補正回路６ａへ入力される。
【００１８】
前記流量演算回路６では、圧力信号Ｐ１  を用いて流量Ｑ′＝ＫＰ１  が演算されると共に、前記温度補正回路６ａからの補正信号を用いて前記流量Ｑ′の温度補正が行なわれ、演算流量信号Ｑｃが比較回路６ｃへ入力される。
また、比較回路６ｃへは流量指令信号Ｑｓが入力されており、ここで前記演算流量信号Ｑｃとの比較が行なわれると共に、両者の差信号Ｑｙ＝Ｑｃ−Ｑｓが、制御信号としてコントロール弁２の駆動部１４へ出力される。
即ち、演算流量信号Ｑｃが流量指令信号Ｑｓより大きい場合には、コントロール弁２を閉鎖する方向に、また、前記ＱｃがＱｓより小さい場合にはコントロール弁２を開放する方向に弁駆動部１４が作動され、Ｑｃ＝Ｑｓとなるようにコントロール弁２の開度が自動制御される。
【００１９】
一方、前記オリフィス５の上流側の気体圧力Ｐ１  と下流側の圧力Ｐ２  との間に、Ｐ２  ／Ｐ１  が約０．７より小さいこと、即ちオリフィス５の上流側絶対圧力Ｐ１  が下流側絶対圧力Ｐ２  の約１．４倍より大きいと云う条件が、常に成立していなければならない。
そのため、図１に示す如く、オリフィス５の上流側気体圧力Ｐ１  と下流側気体圧力Ｐ２  とが圧力比較演算装置１０へ入力されており、設定値Ｐｓ（約０．７）を選定することにより、Ｐ２  ／Ｐ１  ＞０．７の状態になった場合（即ち、逆流は生じないものの高精度な流量制御ができなくなった場合）には、警報信号ＡＬ１  が発信されると共に、当該警報信号ＡＬ１  によって流量演算回路６からコントロール弁２へ加えられている制御信号Ｑｙが遮断される。その結果、コントロール弁２及びオリフィス対応弁９は夫々手動制御の状態に切替えられたことになり、操作員が手動操作によって流量制御を行ないつつ、流体の供給を行なうことになる。尚、手動操作によらず、他の系統からの操作信号によって遠隔自動制御をするようにしてもよいことは勿論である。
【００２０】
また、圧力Ｐ２  と圧力Ｐ１  の比Ｐ２  ／Ｐ１  がほぼ１．０に近づいて逆流を生ずる状態になった場合には、警報信号ＡＬ２  が発信されると共にオリフィス対応弁９及び又はコントロール弁２が自動的に閉鎖される。
【００２１】
図３及び図４は、本発明の第１実施態様に係る装置の流量演算制御装置６及び圧力比較演算装置１０を除いた部分の一例を示す縦断面図と横断面図であり、また、図５及び図６は圧電素子型駆動部の縦断面図と横断面図である。尚、図３乃至図５に於いて、２はコントロール弁、３は一次圧力検出器、５はオリフィス、９はオリフィス対応弁、２７はガス取出し用継手、１１は二次圧力検出器、１２は弁本体、１３はダイヤフラム、１４は駆動部である。
【００２２】
前記コントロール弁２は、流体入口１２ａ、弁座１２ｂ、弁室１２ｃ、圧力検出器取付孔１２ｄ、流体出口１２ｅ等を備えたステンレス鋼製の弁本体１２と、ステンレス鋼やニッケル、コバルト合金製のダイヤフラム１３と、ダイヤフラム１３を下方へ押圧する圧電素子型駆動部１４等から形成されている。
また、前記ダイヤフラム１３は皿バネ１５の弾性によって常時下方へ押圧されており、弁座１２ｂへ接当した状態となっている。
更に、圧電素子１４ａへの入力によりこれが伸長すると、圧電素子支持材１９を介してダイヤフラム押え１６が上方へ引き上げられる。その結果、ダイヤフラム１３が上方へ弾性復帰し、弁座１２ｂから離間することにより、弁が開状態となる。
【００２３】
尚、本実施態様では図５に示すように変位量１６μｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１８ｍｍのピエゾ素子ユニット１４ａを３個直列状に組み合せることにより、圧電素子駆動部１４を形成しており、図５及び図６に於いて、１６はダイヤフラム押え、１７はベース体、１８はボール、１９は圧電素子支持材（スーパーインバー材）、２０はストローク調整ねじである。
また、前記圧電素子支持材１９の熱膨張率は圧電素子（ピエゾ素子）の熱膨張率にほぼ近いスーパーインバー材等により形成されている。
【００２４】
図７は一次圧力検出器３の取付部の詳細を示すものであり、本実施例では弁本体１２の下面側に設けた取付孔１２ｄ内へ半導体歪ゲージから成る一次圧力検出器３が、押えナット２１によりメタルＯリング２２を介して気密状に取付けされている。
尚、図７に於いて、２３はスリーブ、２４はベアリングであり、また前記メタルＯリング２２に代えてメタルＣリングやメタルガスケットを用いることができる。
【００２５】
また、別図として記載されてはいないが、二次圧力検出器１１には一次圧力検出器３と同種のものが使用されており、図３に示す如くオリフィス対応弁９の弁本体９ａに設けた取付孔内へ、一次圧力検出器３と同様の機構によって取付け固定されている。
【００２６】
更に、本実施態様では、前記圧力一次圧力検出器３の検出器取付孔１２ｄを弁本体１２の弁室１２ｃより僅かに下流側寄りの底面に形成するようにしているが、図８に示す如く弁本体１２の下面側に弁室１２ｃと対向状に取付孔１２ｄを穿設するようにしてもよい。
【００２７】
前記オリフィス５は図３に示す如く、前記一次圧力検出器３より下流側に設けられており、本実施例では、メタルダイヤフラム型のオリフィス対応弁９の弁本体９ａに形成した流体入口９ｂ内に配設され、取付ねじ２５を締込むことによりベアリング２４ａを介して固定されている。尚、図３及び図４に於いて、９ｃはオリフィス対応弁９の流体出口である。
【００２８】
図９は、オリフィス５の取付位置をコントロール弁２の弁本体１２側に設けた例を示すものであり、取付構造そのものは、前記オリフィス対応弁９の弁本体９ａ側に設けるようにした図３の場合と、全く同一である。
【００２９】
図１０はオリフィス５の更に他の取付例を示すものであり、オリフィス５そのものを交換自在に取付けしたものである。
即ち、弁本体１２のオリフィス取付孔１２ｆ内にリング状の当り面を形成すると共に、オリフィス挿入孔１２ｇを流体通路と垂直方向に形成し、プレート状のオリフィス５を挿入孔１２ｇを通して上方より取付孔１２ｆ内へ挿入すると共に、締付押え体２６を締込むことにより、ベアリング２４ｂを介してオリフィス５を固定するように形成されている。
また、流量範囲に応じてオリフィス５を取り替える場合には、前記押え体２６をゆるめ、オリフィス５を差し替えたあと、再度押え体２６を締込みする。
【００３０】
図１１は本発明の他の実施態様を示すものであり、図３に示した第１実施態様に於けるコントロール弁２の弁本体１２とオリフィス対応弁９の弁本体９ａとを一体化してブロック化し、これに各圧力検出器３・１１の取付孔やオリフィス５の取付孔を形成するようにしたものである。
即ち、当該圧力式流量制御装置を形成するコントロール弁２やオリフィス対応弁９等は、全てブロック化された一基の本体ブロックＺに夫々設けられており、且つ当該本体ブロックＺは三つのブロック片Ｚ１  、Ｚ２  、Ｚ３  から組立形成されている。
【００３１】
尚、図１１に於いて２７はガス取出し用継手、２８はガス供給用継手、２９は流動演算装置６及び圧力比較演算装置１０等を形成する制御基盤、Ｚは本体ブロック、Ｚ１  〜Ｚ３  はブロック片であり、コントロール弁２やオリフィス対応弁９、一次圧力検出器３、二次圧力検出器１１等は全て前記第１実施態様に於いて使用しているものと同一である。
また、本実施態様では、コントロール弁２の弁本体やオリフィス対応弁９の弁本体をブロック化し、これにオリフィス取付孔や圧力検出器取付孔を夫々一体的に形成する構成としているため、所謂流量調整装置１の内部に於ける流体通路空間の容積を大幅に少なくすることができ、ガスの置換性等が向上する。
【００３２】
図１２及び図１３は、図１４の試験装置により測定した本発明に係るオリフィス等を用いた場合の下流側（二次側）圧力変動による流量特性を示すものであり、図１３は図１２の拡大部分図である。
即ち、曲線Ａは図２にした本発明のオリフィスにＮ２  ガスを規定方向に流した場合の流量、また、曲線Ｂは図２のオリフィスにＮ２  ガスを図２とは逆方向に流した場合の流量、図Ｃはオリフィスを０．２ｍｍφの丸穴とした場合の流量を夫々示すものであり、上流側（一次側）圧力は２．０ｋｇｆ／ｃｍ２  Ｇの一定値に保持されている。
【００３３】
尚、図１２及び図１３に於ける流量（ｃｃ／ｍｉｎ）は、０℃・７６０ｍｍＨｇに換算した値である。
また、図１４に於いてＧＮ２  は窒素ガス源、ＲＧは減圧弁、ＰＡ  はアナログ出力付き圧力計、ＰＢ  は精密圧力計、ＶＡ  は下流側圧力調整器、５はオリフィス、Ｓは石鹸膜流量計である。
【００３４】
図１２及び図１３の曲線Ａからも明らかなように、本発明に係るオリフィス５（図２に示したオリフィス）に於いてガスを規定方向に流した場合には、Ｐ２  ／Ｐ１  が約０．７未満（即ちＰ１  ／Ｐ２  が約１．４以上）の範囲に於いて、二次側ガス流量は二次側圧力Ｐ２  の変動に拘わらず常に一定値となることが判る。
【００３５】
図１５及び図１６は本発明に係る圧力式流量制御装置の気体を窒素ガスとした場合の流量制御特性を示すものであり、図１５はオリフィスの下流側を約１０ｔｏｒｒの真空とした場合、また、図１６はオリフィスの下流側を大気圧とした場合を夫々示すものである。
図１５及び図１６からも明らかなように、上流側圧力Ｐ１  と下流側圧力Ｐ２  との比Ｐ２  ／Ｐ１  が約０．７以下の範囲に於いては、流量ＱｃとＰ１  とはリニアな関係に保持されている。尚、図１５及び図１６に於いて曲線Ａ、Ｂ、Ｃは夫々丸穴のオリフィス内径を０．３７ｍｍφ、０．２０ｍｍφ、０．０７ｍｍφとした場合を示すものである。
【００３６】
表１は、本発明に係る圧力式流量制御装置と従前の差圧式流量制御装置の精度等を、圧力検出器の測定範囲と精度を同一と仮定して比較したものである。
【００３７】
【表１】
0003580645.tif 000002
この表からも明らかなように、本件発明は差圧式流量制御装置に比較して、流量測定精度や測定可能範囲の点で優れていると共に、装置をより小形化できることが判る。
【００３８】
また、表２は、従前の標準的なマスフローコントローラと本願発明の特性等を比較したものである。この表からも明らかなように、本願発明は低流量域に於ける測定精度及び製造コスト等の点で、マスフローコントローラに優るものであることが判る。
【００３９】
【表２】
0003580645.tif 000003
【００４０】
【発明の効果】
本発明では上述の通り、オリフィスの上流側絶対圧力Ｐ１  とオリフィスの下流側絶対圧力Ｐ２  との比Ｐ２  ／Ｐ１  を約０．７以下に保持することにより、前記圧力Ｐ１  とオリフィス下流側流量との間に一次函数関係を成立させ、これに基づいて前記上流側圧力Ｐ１  を調整することにより、下流側流量Ｑｃを設定値に自動制御する構成としている。  その結果、従前のマスフローコントローラに比較して、低流量域に於ける測定精度を高めることができると共に、故障も少なくすることができ、しかも、製造コストの大幅な引下げを図り得る等の優れた効用が得られる。
【００４１】
また、本願発明では、従前の差圧式流量制御装置に比較してより高い流量検出精度が得られると共に、装置の小形化並びに製造コストの引下げを図ることができる。
【００４２】
更に、本発明では、オリフィス上流側の圧力Ｐ１  を制御することにより、オリフィス下流側流量を圧力Ｐ１  の一次関数の型で得る構成としているため、所謂流量のフィードバック制御が容易となり、制御装置の安定性の向上や製造コストの引下げが可能となる。
【００４３】
加えて、本発明では、圧力比較演算装置を設けると共にオリフィス下流側圧力Ｐ２  を測定し、前記Ｐ２  とＰ１  の比Ｐ２  ／Ｐ１  が所定の設定値を越えるとオリフィス対応弁及び又はコントロール弁を手動操作に切替え、手動による流量調整によりガス供給を行なうと共に、Ｐ２  ／Ｐ１  がほぼ１．０に近づいて逆流を生じる危険状態になると、オリフィス対応弁を自動的に閉鎖する構成としている。
その結果、流量制御装置は、オリフィス一次側圧力Ｐ１  と二次側圧力Ｐ２  とが所定の圧力関係下にある場合には自動操作により作動することになり、より高精度な流量制御が可能となる。
また、手動操作によってもガス供給が行なえるため、流量制御装置の作動範囲が拡大されると共に、ガスの逆流を自動的に防止することができ、設備の安全性がより高められることになる。
【００４４】
一方、半導体製造用等の特殊材料ガスの中には、配管材料の触媒作用により比較的低温でも容易に分解するものがある。従って、配管材料の内面には、触媒作用を防止するための処理（例えば酸化クロム不働態処理やフッ化不働態処理等を施す必要があるが、本発明に係る流量制御装置に於いては、内部構造がシンプルであり、内面の全面に上記処理等を簡単に施すことができるため、実用上極めて有利である。
【００４５】
また、本発明に係る圧力式流量制御装置では、ブロック本体にコントロール弁やオリフィス対応弁、圧力検出器、オリフィス等を夫々一体的に取付け形成する構成としているため、流量調整装置の流体通路空間の容積を大幅に少なくすることができるうえ、流体通路内に流体の滞留部が形成されることも殆んど無い。
その結果、ガスの所謂置換性が大幅に向上すると共に、目詰まり等による故障やガス純度の低下がほぼ皆無となる。
本発明は上述の通り、優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧力式流量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】オリフィスの一例を示す縦断面図である。
【図３】圧力式流量制御装置の縦断面図である。
【図４】圧力式流量制御装置の横断面図である。
【図５】コントロール弁の圧電素子形駆動部の縦断面図である。
【図６】図５のイ−イ視断面図である。
【図７】圧力式流量制御装置の圧力検出器の取付部を示す部分縦断面図である。
【図８】圧力式流量制御装置の他の実施例を示す縦断面図である。
【図９】オリフィスをコントロール弁の弁本体に設けた場合の他の例を示す部分縦断面図である。
【図１０】オリフィスをコントロール弁の弁本体に設けた場合の更に他の例を示す部分縦断面図である。
【図１１】本発明の他の実施態様に係る圧力式流量制御装置の断面概要図である。
【図１２】本発明に係るオリフィスを用いた場合の下流側圧力と流量の関係を示す特性図である（上流側圧力一定の場合）。
【図１３】図１２の部分拡大図である。
【図１４】図１２及び図１３の特性試験装置の概要説明図である。
【図１５】本発明に係る圧力式流量制御装置の流量制御特性を示すものである（オリフィスの下流側圧力が真空の場合）。
【図１６】本発明に係る圧力式流量制御装置の流量制御特性を示すものである（オリフィスの下流側圧力が大気圧の場合）。
【図１７】従前の差圧式流量制御装置のブロック線図である。
【符号の説明】
１は流量制御装置、２はコントロール弁、３は一次圧力検出器、４は温度検出器、５はオリフィス、６は流量演算装置、７ａ・７ｂ、７ａ′・７ｂ′は増幅器、８ａ・８ｂ、８ａ′・８ｂ′はＡ／Ｄ変換器、９はオリフィス対応弁、９ａは弁本体、９ｂは流体入口、９ｃは流体出口、１０は圧力比較演算装置、１１は二次圧力検出器、１２は弁本体、１２ａは流体入口、１２ｂは弁座、１２ｃは弁室、１２ｄは圧力検出器取付孔、１２ｅは流体出口、１２ｆはオリフィス取付孔、１２ｇはオリフィス挿入孔、１３はダイヤフラム、１４は駆動部、１４ａは圧電素子、１５は皿バネ、１６はダイヤフラム押え、１７はベース本体、１８はボール、１９は圧電素子支持材、２０はストローク調整ねじ、２１は押えナット、２２はメタルＯリング、２３はスリーブ、２４ａ・２４ｂはベアリング、２５は取付ねじ、２６は締付押え体、２７はガス取出し用継手。２８はガス供給用継手、２９は制御基板、Ｚは本体ブロック、Ｚ１  ・Ｚ２  ・Ｚ３  はブロック片。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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