(57)【要約】【課題】  半導体製造装置内等への設置、配管及び配線接続が容易であり、流体に腐食性流体を使用しても腐食が生じない流体制御装置を提供する。【解決手段】超音波を流体中に発信する第一超音波振動子（１２）と、第一超音波振動子（１２）から発信した超音波を受信し、信号を流量計アンプ部（５８）に出力する第二超音波振動子（１３）とを有する流量計センサ部（４）と、操作圧により流体の流量を調節する調節弁（５）とを具備し、少なくとも流量計センサ部（４）と調節弁（５）とを、流体流入口（３）と流体流出口（６）を有する１つのケーシング（２）内に接続して設置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を流体中に発信する第一超音波振動子（１２）と、第一超音波振動子（１２）から発信した超音波を受信し信号を流量計アンプ部（５８）に出力する第二超音波振動子（１３）とを有する流量計センサ部（４）と、操作圧により流体の流量を調節する調節弁（５）とを具備し、少なくとも流量計センサ部（４）と調節弁（５）とが、流体流入口（３）と流体流出口（６）を有する１つのケーシング（２）内に接続されて設置されてなることを特徴とする流体制御装置。
【請求項２】
流量計センサ部（４）と調節弁（５）が１つのケーシング（２）に設置されてなるバルブモジュール（１）と、流量計センサ部（４）の信号によって流量を演算する流量計アンプ部（５８）と、調節弁（５）の操作圧を調整する電空変換器（６０）と、流量計アンプ部（５８）で演算された流量値に基づいて操作圧を調整しフィードバック制御するための制御部（５９）とが１つのケーシング（５７）内に設置されてなる電装モジュール（５６）とが、２つに分かれて構成されることを特徴とする請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記調節弁（５）が、上部に弁室（２３）と、弁室（２３）に各々が連通している入口流路（２４）および入口流路（２４）とを有し、弁室底部中央に出口流路（２５）が連通している開口部（２６）が設けられた本体（１４）と、底部中央に貫通孔（２８）と、側面に呼吸口（２９)が設けられ、本体（１４）と第一ダイヤフラム（１７）を挟持固定しているシリンダー（１５）および上部に作動流体連通口（３０）と側面に排気口（３１)が設けられ、シリンダー（１５）と第二ダイヤフラム（１９）の周縁部を挟持固定しているボンネット（１６）が一体的に固定されており、第一ダイヤフラム（１７）は肩部（３２）と、肩部（３２）の上に位置し後記ロッド（２０）の下部に嵌合固定される取り付け部（３３）、肩部（３２）の下に位置し後記弁体（１８）が固定される接合部（４５）、肩部（３２）から径方向に延出した薄膜部（３４）、薄膜部（３４）に続く厚肉部（３５）および厚肉部（３５）の周縁部に設けられたシール部（３６）が一体的に形成され、接合部（４５）には弁室（２３）の開口部（２６）に後記ロッド（２０）の上下動に伴って出入りする弁体（１８）が固定されており、一方、第二ダイヤフラム（１９）は中央穴（３７）を有し、その周辺の厚肉部（３８）と、厚肉部（３８）から径方向に延出した薄膜部（３９）および薄膜部（３９）の周縁部に設けられたシール部（４０）が一体的に形成され、底部に第一ダイヤフラム（１７）の取り付け部（３３）が固定されているロッド（２０）の上部に位置する肩部（４２）にダイヤフラム押え（２１）により中央穴（３７）を貫通して挟持固定されており、また、ロッド（２０）は、その下方部がシリンダー（１５）底部の貫通孔（２８）内に遊嵌状態に配置され、かつ、シリンダー（１５）の段差部（４８）とロッド（２０）の肩部（４２）下面との間に径方向への移動が防止された状態で嵌合されたスプリング（２２）で支承されているように配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記バルブモジュール（１）の流量計センサ部（４）と電装モジュール（５６）の流量計アンプ部（５８）とを接続するケーブル（６４、６５）が、コネクタ（５３、５４、６１、６２）を介して脱着可能にされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記バルブモジュール（１）のケーシング（２）にコネクタボックス（５０）が略密閉状態で設けられ、コネクタボックス（５０）に調節弁（５）の排出口（３１）と連通する吸気孔（５１）と、ケーシング（２）外と連通する排気孔（５２）が設けられていることを特徴とする請求項４記載の流体制御装置。
【請求項６】
流体流入口（３）に連通する入口流路（７）と、入口流路（７）から垂設された第一立上り流路（８）と、第一立上り流路（８）に連通し入口流路（７）軸線に略平行に設けられた直線流路（９）と、直線流路（９）から垂設された第二立上り流路（１０）と、第二立上り流路（１０）に連通し入口流路（７）軸線に略平行に設けられ調節弁（５）の入口流路（２４）に連通する出口流路（１１）とが連続して設けられ、第一、第二立上り流路（８、１０）の側壁の直線流路（９）の軸線と交わる位置に、一対の超音波振動子（１２、１３）が互いに対向して配置された流量計センサ部（４）と、一対の超音波振動子（１２、１３）がケーブル（６４、６５）を介して接続される流量計アンプ部（５８）から構成される流量計測器が、一対の超音波振動子（１２、１３）の送受信を交互に切り替えて各々の超音波振動子（１２、１３）間の超音波伝搬時間差を測定することにより直線流路（９）を流れる流体の流量を演算するように構成された超音波流量計であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項７】
流体流入口（３）に連通する入口流路（７１）と、入口流路（７１）内に垂設されたカルマン渦を発生させる渦発生体（７２）と、出口流路（７３）とを備える直線流路（７４）とが連続して設けられ、直線流路（７４）の渦発生体（７２）の下流側の側壁に、一対の超音波振動子（７５、７６）が流路軸線方向に直交する位置に互いに対向して配置された流量計センサ部（６８）と、これら超音波振動子（７５、７６）がケーブル（８６、８７）を介して接続される流量計アンプ部（８０）から構成される流量計測器が、渦発生体（７２）の下流に発生するカルマン渦の発生周波数を一方の超音波振動子（７５）が送信した信号と他方の超音波振動子（７６）が受信した信号との位相差によって流量を演算するように構成された超音波式渦流量計であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項８】
前記電装モジュール（５６）のケーシング（５７）内が略密閉され、ケーシング（５７）内に充填された気体の排出のみに使用される排出口（６７）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項９】
バルブモジュール（１）の流体流入口（３）の内部または外部に圧力制御弁（８８）が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体の制御が必要とされる流体輸送配管に使用される流体制御装置に関し、さらに詳しくは、主として半導体製造装置内等への設置、配管及び配線接続が容易であり、流体に腐食性流体を使用しても腐食が生じない流体制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造における一工程として、フッ酸等の薬液を純水で希釈した洗浄水を用いてウェハ表面をエッチングする湿式エッチング工程がある。この湿式エッチングにおける洗浄水の濃度は高精度に管理する必要がある。このため、近年では、洗浄水の濃度を、純水と薬液の流量比で管理する方法が主流となってきており、純水や薬液の流量を高精度に管理する流体制御装置が使用されている。
【０００３】
そこで、従来から流体制御装置が種々提案されており、図７に示すような純水温度を可変とした場合の流量制御を行う純水流量の制御装置１５１があった（例えば、特許文献１参照。）。その構成は、純水流量を調整するために操作圧の作用を受けて開度調節される流量調整弁１５２と、流量調整弁１５２に供給される操作圧を調整するための操作圧調整弁１５３と、流量調整弁１５２から出力される純水流量を計測するための流量計測器１５４と、流量計測器１５４を通った純水の流れを許容又は遮断するための開閉弁１５５とを備え、操作圧調整弁１５３により調整される操作圧と、流量調整弁１５２における純水の出力圧力とを均衡させることにより、流量調整弁１５２から出力される純水流量を一定に制御するようにした制御装置１５１であって、流量計測器１５４による計測値が一定となるように、その計測値に基づいて操作圧調整弁１５３から流量調整弁１５２に供給される操作圧をフィードバック制御するための制御回路を設けたことを特徴とするものであった。その効果は、純水の温度変化に伴って流量調整弁１５２における出力圧力が変化したとしても、その変化分に対応して操作圧がリアルタイムに調整されることで、流量調整弁１５２から出力される純水流量が調整されるため、純水流量を高精度に一定値に保つことができるものであった。
【０００４】
また、流体制御を行うモジュールとして、図８に示すような流体を移送する流体回路にインライン接続される流体制御モジュール１５６があった（例えば、特許文献２参照。）。その構成は、化学的に不活性な流路を有するハウジング１５７と、流路に接続された調節可能な制御弁１５８と、流路に接続された圧力センサ１５９と、流路内に位置する絞り部１６０とを備え、制御弁１５８と圧力センサ１５９がハウジング１５７内に収容され、さらに制御弁１５８の駆動を行う機械的、電気的、または空気的な構成を有するドライバ１６１と、制御弁１５８及び圧力センサ１５９に電気的に接続されるコントローラ１６２がハウジング１５７内に収容されているものであった。その効果は、流体回路内で測定された圧力差と絞り部１６０の直径とから流路内の流量を測定し、測定した流量に基いて制御弁１５８をフィードバック制御して駆動することで、流路内の流量を高精度に決定することができるものであった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６１３４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の純水流量の制御装置１５１は、構成要素が多岐に分割されているため、半導体製造装置内等に設置する際に、各構成要素の配管接続作業、電気配線やエア配管作業をそれぞれ行なわなくてはならず、作業が煩雑で時間を要するばかりでなく、配管や配線ミスが生じる恐れがあるという問題があった。また、配管接続時にチューブや継手などを介して接続されるため接続部分による圧力損失が生じてしまい、この圧力損失が流量計測に影響して流量の測定誤差が大きくなり、正確な流量による制御が困難になるという問題があった。さらに、腐食性流体を使用した場合、腐食性ガスの透過により流量計測器１５４内の部品が腐食する恐れがあった。
【０００７】
また、前記従来の流量制御モジュール１５６では、流体に腐食性流体を使用した場合、透過した腐食性ガスが流量制御モジュール１５６内に充満すると、コントローラ１６２やドライバ１６１を腐食してしまい、流量計測や流量制御の作動に影響して正確な流量制御ができなくなったり、最悪の場合は破損したりする恐れがあった。その際、モジュールの故障原因がコントローラ１６２やドライバ１６１の腐食によるものであっても、各部品が一体的に設計された流量制御モジュール１５６は、各部品ごと個別に修理や交換をするのが困難であるため、モジュール全部を交換する必要が生じ、破損修理のコストが嵩むという問題があった。また、流体制御装置に流入する流体が圧力変動周期の速い脈動した流れであった場合、制御弁１５８は脈動した流体に対して流量を制御しようと作動するが、ハンチングを起こし流量制御ができなくなるという問題もあり、この状態を継続すると終にはドライバ１６１や制御弁１５８が破損してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、半導体製造装置内等への設置、配管及び配線接続が容易であり、配線接続による圧力損失を低減し、各モジュールの配置変更を容易に行なうもので、また流体に腐食性流体を使用しても腐食が発生せず、流入する流体が脈動していても流量の制御が可能な流体制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の流体制御装置の構成を図１、図２に基づいて説明すると、
超音波を流体中に発信する第一超音波振動子１２と、この第一超音波振動子１２から発信した超音波を受信し信号を流量計アンプ部５８に出力する第二超音波振動子１３とを有する流量計センサ部４と、操作圧により流体の流量を調節する調節弁５とを具備し、少なくとも流量計センサ部４と調節弁５とが、流体流入口３と流体流出口６を有する１つのケーシング２内に接続されて設置されてなることを第一の特徴とする。
【００１０】
流量計センサ部４と調節弁５が１つのケーシング２に設置されてなるバルブモジュール１と、流量計センサ部４の信号によって流量を演算する流量計アンプ部５８と、調節弁５の操作圧を調整する電空変換器６０と、流量計アンプ部５８で演算された流量値に基づいて操作圧を調整しフィードバック制御するための制御部５９とが１つのケーシング５７内に設置してなる電装モジュール５６とが、２つに分かれて構成されることを第２の特徴とする。
【００１１】
また、上部に弁室２３と弁室２３に各々が連通している入口流路２４および出口流路２５とを有し、弁室底部中央に出口流路２５が連通している開口部２６が設けられた本体１４と、底部中央に貫通孔２８と側面に呼吸口２９が設けられ、本体１４と第一ダイヤフラム１７を挟持固定しているシリンダー１５および上部に作動流体連通口３０と側面に排気口３１が設けられ、シリンダー１５と第二ダイヤフラム１９の周縁部を挟持固定しているボンネット１６が一体的に固定されており、第一ダイヤフラム１７は肩部３２、肩部３２の上に位置し後記ロッド２０の下部に嵌合固定される取り付け部３３、肩部３２の下に位置し後記弁体１８が固定される接合部４５、肩部３２から径方向に延出した薄膜部３４、薄膜部３４に続く厚肉部３５および厚肉部３５の周縁部に設けられたシール部３６が一体的に形成され、接合部４５には弁室２３の開口部２６に後記ロッド２０の上下動に伴って出入りする弁体１８が固定されており、一方、第二ダイヤフラム１９は中央穴３７を有し、その周辺の厚肉部３８と、厚肉部３８から径方向に延出した薄膜部３９および薄膜部３９の周縁部に設けられたシール部４０が一体的に形成され、底部に第一ダイヤフラム１７の取り付け部３３が固定されているロッド２０の上部に位置する肩部４２にダイヤフラム押え２１により中央穴３７を貫通して挟持固定されており、また、ロッド２０はその下方部がシリンダー１５底部の貫通孔２８内に遊嵌状態に配置され、かつ、シリンダー１５の段差部４８とロッド２０の肩部４２下面との間に径方向への移動が防止された状態で嵌合されたスプリング２２で支承されているように配置されたことを第３の特徴とする。
【００１２】
また、バルブモジュール１の流量計センサ部４と電装モジュール５６の流量計アンプ部５８とを接続するケーブル６４、６５が、コネクタ５３、５４、６１、６２を介して脱着可能にされていることを第４の特徴とする。
【００１３】
また、バルブモジュール１のケーシング２にコネクタボックス５０が略密閉状態で設けられ、コネクタボックス５０に調節弁５の排出口３１と連通する吸気孔５１と、ケーシング２外と連通する排気孔５２が設けられていることを第５の特徴とする。
【００１４】
また、流体流入口３に連通する入口流路７と、入口流路７から垂設された第一立上り流路８と、第一立上り流路８に連通し入口流路７軸線に略平行に設けられた直線流路９と、直線流路９から垂設された第二立上り流路１０と、第二立上り流路１０に連通し入口流路７軸線に略平行に設けられ調節弁５の入口流路２４に連通する出口流路１１とが連続して設けられ、第一、第二立上り流路８、１０の側壁の直線流路９の軸線と交わる位置に、超音波振動子１２、１３が互いに対向して配置された流量計センサ部４と、一対の超音波振動子１２、１３がケーブル６４、６５を介して接続される流量計アンプ部５８から構成される流量計測器が、一対の超音波振動子１２、１３の送受信を交互に切り替えて各々の超音波振動子１２、１３間の超音波伝搬時間差を測定することにより直線流路９を流れる流体の流量を演算するように構成された超音波流量計であることを第６の特徴とする。
【００１５】
また、流体流入口３に連通する入口流路と７１、入口流路７１内に垂設されたカルマン渦を発生させる渦発生体７２と、出口流路７３とを備える直線流路７４とが連続して設けられ、直線流路７４の渦発生体７２の下流側の側壁に、一対の超音波振動子７５、７６が流路軸線方向に直交する位置に互いに対向して配置された流量計センサ部６８と、これら超音波振動子７５、７６がケーブル８６、８７を介して接続される流量計アンプ部８０から構成される流量計測器が、渦発生体７２の下流に発生するカルマン渦の発生周波数を、一方の超音波振動子が送信した信号と、他方の超音波振動子７６が受信した信号との位相差によって流量を演算するように構成された超音波式渦流量計であることを第７の特徴とする。
【００１６】
さらに、電装モジュール５６のケーシング５７内が略密閉され、ケーシング５７内に充填された気体の排出のみに使用される排出口６７を有することを第８の特徴とする。
【００１７】
前記バルブモジュール１の流体流入口３の内部または外部に圧力制御弁８８が設けられたことを第９の特徴とする。
【００１８】
本発明においては、少なくとも、流量計センサ部４と、調節弁５とが１つのケーシング２内に接続されてなる構成であれば良い。これは流量センサ部４と調節弁５が一体化されることで流体制御装置をコンパクトに設けることができ、配管接続が容易となるとともに、継手などによる接続部分が少なくて済むので接続部分による圧力損失を低減することができる。
【００１９】
調節弁５は、操作圧により流量が調節ができるものであれば特に限定されるものではないが、本発明の調節弁５の構成を有しているものが好ましく、作動流体連通口３０に作動流体を導入することで流量の調節が容易で、流体を所望の流量に広範囲に亘って調節することができる。また第一ダイヤフラム１７の薄膜部の受圧面積が第二ダイヤフラム１９の薄膜部の受圧面積よりも極めて小さいため、入口流路２４からの流体の圧力が変化しても流体の圧力の影響を受けにくくハンチングが生じにくい。また、ロッド２０の下方部がシリンダー１５底部の貫通孔に遊嵌されているため配管内の流量の増減に対する流量制御の応答性に優れている。また、摺動部がないので、摩擦による擦れやそれが原因で生じる摺動カスなども出ない。調節弁５の部品のうち腐食の可能性があるスプリング２２は全表面をフッ素系樹脂で被覆されているので腐食が防止される。
【００２０】
また、本発明においてバルブモジュール１の流量計センサ部４と電装モジュール５６の流量計アンプ部５８とはケーブル６４、６５で直接接続してもよいが、流量計センサ部４に繋がったコネクタ５３、５４および流量計アンプ部５８に繋がったコネクタ６１、６２を介して流量計センサ部４と流量計アンプ部５８をケーブル６４、６５で接続することが好ましい。このときコネクタは流量計センサ部４に繋がったコネクタ５３、５４のみ設けてもよく、流量計アンプ部５８に繋がったコネクタ６１、６２のみ設けてもよく、両方設けてもかまわない。このように、ケーブル６４、６５をコネクタを介して脱着可能接続することにより、流体制御装置の配線接続が容易にかつ短時間で行なうことができるとともに、各モジュールの配置換えも容易に行うことができる。
【００２１】
また、本発明のバルブモジュール１のケーシング２にはコネクタボックス５０を設けてもよい。調節弁５の排出口３１から排出される不活性ガスや空気がコネクタボックス５０の吸気孔５１からコネクタボックス５０内に供給され、排気孔５２から排出されることで、流体に腐食性流体を使用した場合に腐食性ガスがコネクタボックス５０内に透過したとしても、吸気孔５１から排気孔５２への気流に乗って排出され、コネクタボックス５０内部に貯留されることが無く、コネクタ５３、５４の腐食が防止される。
【００２２】
また、流量計センサ部４と流量計アンプ部５８で構成される流量計測器は、計測した流量を電気信号に変換して制御部５９に出力されるものなら特に限定されないが、超音波流量計、超音波式渦流量計であることが好ましく、特に本発明の超音波流量計、超音波式渦流量計の構成を有しているものがより好ましい。本発明の超音波流量計の場合、微小流量に対して精度良く流量測定ができるため、微小流量の流体制御に好適である。また本発明の超音波式渦流量計の場合、大流量に対して精度良く流量測定ができるため、大流量の流体制御に好適である。このように、流体の流量に応じて超音波流量計と超音波式渦流量計を使い分けることで精度の良い流体制御を行うことができる。
【００２３】
また、本発明のケーシング２、流体流入口３、超音波振動子１２、１３を除いた流量計センサ部４、調節弁５の各部品、流体流出口６、電装モジュール５６のケーシング５７の材質は、樹脂製であれば塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどいずれでも良いが、特に流体に腐食性流体を用いる場合はポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）、ポリビニリデンフルオロライド（以下、ＰＶＤＦと記す）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（以下、ＰＦＡと記す）などのフッ素樹脂であることが好ましく、フッ素樹脂製であれば腐食性ガスが透過しても各部品の腐食の心配がない。
【００２４】
また、本発明のバルブモジュール１は、流体流入口３、流量計センサ部４、調節弁５、流体流出口６が設置されているが、腐食の恐れのない材質のものであれば開閉弁、温度計など他の配管部材を設けてもかまわない。また電装モジュール５６も、流量計アンプ部５８、制御部５９、電空変換器６０が設置されているが、他の電装部品を設けてもかまわない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は以上のような構造をしており、以下の優れた効果が得られる。
（１）バルブモジュールと電装モジュールとに二分割して構成されているため、流体に腐食性流体を使用した場合に腐食性ガスが透過したとしても、腐食の恐れのある部品を有する電装モジュールは、腐食性流体が流れるバルブモジュールから隔離することができ腐食することがない。
（２）流体制御を行なう各部品が、バルブモジュールと電装モジュールとにそれぞれ設置されて二分割して構成され、コネクタを介して脱着可能に配線接続されることにより、半導体製造装置内などへの設置、配管及び配線接続が容易で短時間に行なうことができるとともに、各モジュールの配置換えも容易に行うことができる。
（３）本発明の構成の調節弁を用いることにより、コンパクトな構造でかつ流量の調節が容易で、流体を所望の流量に広範囲に亘って調節することができる。
（４）本発明構成の調節弁を用いることにより、第一ダイヤフラムの薄膜部の受圧面積が第二ダイヤフラムの薄膜部の受圧面積よりも極めて小さいため、入口流路からの流体の圧力の影響を受けにくくハンチングが生じにくい。
（５）本発明の構成の調節弁は、ロッドの下方部がシリンダー底部の貫通孔に遊嵌されているため配管内の流量の増減に対する流量制御の応答性に優れている。
（６）本発明の構成の超音波流量計を用いることにより、微小流量の流体が流れているときに正確で安定した流体制御を行なうことができる。
（７）本発明の構成の超音波式渦流量計を用いることにより、大きな流量の流体が流れているときに正確で安定した流体制御を行なうことができる。
（８）バルブモジュールの内部または外部に圧力制御弁を設けることにより、流体を一定圧に制御することができるため、流入する流体が圧力変動周期の速い脈動した流れであったとしても、安定した圧力制御を行い、流入する流体の流量を一定値となるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面に示す実施例を参照して説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第一の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。図２は図１の調節弁の要部拡大図である。図３は本発明の第二の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。図４は図３のＡ−Ａ断面図である。図５は本発明の第三の実施例を示す流体制御装置の一部縦断面図である。図６は図５の圧力制御弁の要部拡大図である。
【実施例１】
【００２７】
以下、図１、図２に基づいて本発明の第一の実施例である流体制御装置について説明する。
【００２８】
１はバルブモジュールである。バルブモジュール１は、ケーシング２、流体流入口３、流量計センサ部４、調節弁５、流体流出口６から形成され、各々の構成は以下の通りである。
【００２９】
２はＰＶＤＦ製のケーシングである。ケーシング２内には、ケーシング２の底面に流量計センサ部４、調節弁５がボルト、ナット（図示せず）にて固定されており、流体流入口３、流量計センサ部４、調節弁５、流体流出口６の順で連続して接続された状態で設置されている。また、ケーシング２には後記コネクタボックス５０が密閉状態で設けられている。なお、流量計センサ部４、調節弁５は順序を逆にしてもかまわない。
【００３０】
３はＰＴＦＥ製の流体流入口である。流体流入口３は後記流量計センサ部４の入口流路７に連通している。
【００３１】
４は流体の流量を計測する流量計センサ部である。流量計センサ部４は、流体流入口３に連通する入口流路７と、入口流路７から垂設された第一立上り流路８と、第一立上り流路８に連通し入口流路７軸線に略平行に設けられた直線流路９と、直線流路９から垂設された第二立上り流路１０と、第二立上り流路１０に連通し入口流路７軸線に略平行に設けられた出口流路１１とを有し、第一、第二立上り流路８、１０の側壁の直線流路９の軸線と交わる位置に、第一及び第二の超音波振動子１２、１３が互いに対向して配置されている。第一及び第二の超音波振動子１２、１３はフッ素樹脂で覆われており、該振動子１２、１３から伸びた配線は後記コネクタボックス５０内のコネクタ５３、５４に繋がっている。なお、流量計センサ部４の各々の超音波振動子１２、１３以外はＰＦＡ製である。
【００３２】
５は操作圧に応じて流体の流量を調節する調節弁である。調節弁５は本体１４、シリンダー１５、ボンネット１６、第一ダイヤフラム１７、弁体１８、第二ダイヤフラム１９、ロッド２０、ダイヤフラム押え2１、スプリング２２で構成される。
【００３３】
１４はポリテトラフロエラエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）製の本体であり、上部に円筒状の弁室２３が設けられており、その弁室２３に連通して入口流路２４及び出口流路２５が各々下部に設けられている。弁室底部中央には出口流路２５に繋がる開口部２６が、開口部２６の周辺部には入口流路２４に繋がる開口部２７が設けられている。開口部２７の横断面形状は円形であるが、流量を広範囲に亘って制御するために開口部２６を大きくした場合は、弁室底部中央に設けられた開口部２６を中心とした周辺部に略三日月状に形成されることが望ましい。本体１４の上面には第一ダイヤフラム１７のシール部が嵌合される環状溝４３が設けられている。
【００３４】
１５はポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）製のシリンダーであり、底部中央に貫通孔２８と底部内面に段差部４８を有し、側面に呼吸口２９が設けられている。シリンダー１５は、本体１と第一ダイヤフラム１７の周縁部を挟持固定し、ボンネット１６と第二ダイヤフラム１９の周縁部を挟持固定している。シリンダー１５の側面に設けられた呼吸口２９は、流体がガスとなって第一ダイヤフラム１７を透過した場合に、そのガスを排出するために設けられている。
【００３５】
１６はＰＶＣ製のボンネットであり、上部に空気や油などの作動流体を導入する作動流体連通口３０及び排気口３１が設けられている。本実施例では作動流体連通口３０はボンネット１６の上部に設けられているが、側面に設けても良い。また周側部の下部には第二ダイヤフラム１９のシール部４０が嵌合される環状溝４４が設けられている。以上説明した本体１４、シリンダー１５およびボンネット１６はボルト、ナット（図示しない）によって一体的に固定されている。
【００３６】
１７はＰＴＦＥ製の第一ダイヤフラムであり、肩部３２を中心に肩部３２の上の位置にロッド２０に嵌合固定される取り付け部３３が、また、下の位置には弁体１８が固定される接合部４５が一体的にかつ突出して設けられており、また肩部３２から径方向に延出した部分には薄膜部３４と、薄膜部３４に続く厚肉部３５および厚肉部３５の周縁部にシール部３６が設けられており、これらは一体的に形成されている。薄膜部３４の膜厚は厚肉部３５の厚さの１／１０程度にされている。ロッド２０と取り付け部３３の固定の方法は嵌合だけでなく螺合でも接着でもよい。接合部４５と弁体１８の固定は螺合が好ましい。第一ダイヤフラム１７の外周縁部に位置するシール部３６は軸線方向に断面Ｌ字状に形成されており、Ｏ−リング４９を介して本体１４の環状溝４３に嵌合され、シリンダー１５の底部に設けられた環状突部４１に押圧されて挟持固定されている。
【００３７】
１８はＰＴＦＥ製の弁体であり、第一ダイヤフラム１９の下部に設けられた接合部４５に螺合固定されている。弁体１８は本実施例のような形状に限らず所望の流量特性に応じて、球状弁体や円錐形状弁体でも良い。さらには摺動抵抗を極力少なくした状態で全閉を行う為には外周リブ付き弁体が好適に用いられる。
【００３８】
１９はエチレンプロピレンジエン共重合体（以下、ＥＰＤＭと記す）製の第二ダイヤフラムであり、中央穴３７を有し、その周辺の厚肉部３８、厚肉部の上部には環状突部４１、厚肉部３８から径方向に延出した薄膜部３９および薄膜部３９の周縁部に設けられたシール部４０が一体的に形成され、底部に第一ダイヤフラム１７の取り付け部３３が固定されているロッド１９の上部に位置する肩部４２にダイヤフラム押え２１により中央穴３７を貫通して挟持固定されている。本実施例では材質がＥＰＤＭ製を用いているが、フッ素系のゴムまたはＰＴＦＥ製でも良い。
【００３９】
２０はＰＶＣ製のロッドであり、上部には拡径された肩部４２が設けられている。肩部４２の中央にはダイヤフラム押え２１の接合部４７が螺合され、第二ダイヤフラム１９を挟持固定している。下方部はシリンダー１５底部の貫通孔２８内に遊嵌状態に配置され、下端部には第一ダイヤフラム１７の取り付け部３３が固定されている。また、ロッド２０の肩部４２の下面とシリンダー１５の段差部２０との間にはスプリング２２が嵌合されている。
【００４０】
２１はＰＶＣ製のダイヤフラム押えであり、下面中央にはロッド２０と螺合にて接続される接合部４７が設けられている。また、下面には第二ダイヤフラム１９の環状突部４１と嵌合される環状溝４６が設けられている。
【００４１】
２２はＳＵＳ製のスプリングであり、ロッド２０の肩部４２の下面とシリンダー１５の段差部４８との間に径方向への移動が阻止された状態で嵌合され支承されている。また、肩部４２の下面を常に上方へ付勢している。スプリング２２の全表面はフッ素系樹脂で被覆されている。尚、スプリング２２は調節弁の口径や使用圧力範囲によってバネ定数を変えて適宜使用でき、複数本使用してもよい。
【００４２】
６はＰＴＦＥ製の流体流出口である。
【００４３】
５０はケーシング２に密閉されて設けられたＰＶＤＦ製のコネクタボックスである。コネクタボックス５０は、ケーシング２内に連通する吸気孔５１と、ケーシング２外に連通する排気孔５２が設けられ、吸気孔５１はチューブを介して前記調節弁５の排出口３１と接続されている。コネクタボックス５０内には超音波振動子１２、１３から伸びた配線に繋がったコネクタ５３、５４が配置され、コネクタ５３、５４は後記電装モジュール５６の流量計アンプ部５８から伸びた配線と接続されたケーブル６４、６５のコネクタにそれぞれ脱着可能に接続されている。
【００４４】
また、ケーシング２には、調節弁５の作動流体連通口３０に伸びる配管に繋がったエアコネクタ５５が、接続部分がケーシング２外表面から突出するように固着されている。
【００４５】
５６は電装モジュールである。電装モジュール５６は、ケーシング５７、流量計アンプ部５８、制御部５９、電空変換器６０から形成され、その各々の構成は以下の通りである。
【００４６】
ケーシング５７はＰＶＤＦ製である。ケーシング５７内には流量計アンプ部５８、制御部５９および電空変換器６０が密閉状態で設置されている。また、ケーシング５７は外部から不活性ガスや空気が電空変換器６０へ供給され、電空変換器６０からケーシング５７内に圧縮空気が供給される。図中、６７は排出口である。
【００４７】
流量計アンプ部５８は前記流量計センサ部４から出力された信号から流量を演算する演算部を有している。演算部は、送信側の第一超音波振動子１２に一定周期の超音波振動を出力する発信回路と、受信側の第二超音波振動子１３からの超音波振動を受信する受信回路と、各超音波振動の伝搬時間を比較する比較回路と、比較回路から出力された伝搬時間差から流量を演算する演算回路とを備えている。
【００４８】
制御部５９は流量計アンプ部５８から出力された流量に対して、設定された流量になるようにフィードバック制御して、後記電空変換器６０の操作圧を増減制御する制御回路を有している。
【００４９】
電空変換器６０は不活性ガスや空気の操作圧を調整する。電空変換器６０は操作圧を比例的に調整するために電気的に駆動する電磁弁から構成され、前記制御部５９からの制御信号に応じて調節弁５の操作圧を調整する。
【００５０】
また、ケーシング５７には、流量計アンプ部５８から伸びた配線に繋がったコネクタ６１、６２の接続部分がケーシング５７外表面から突出するように固着されている。同様に、電空変換器６０から伸びた配管に繋がったエアコネクタ６３の接続部分もケーシング５７外表面から突出するように固着されている。
【００５１】
バルブモジュール１と電装モジュール５６は、ケーブル６４、６５のコネクタを各モジュール１、５６の各々のコネクタ５３、５４、６１、６２にそれぞれ脱着可能に接続させ、チューブ６６を各モジュール１、５６の各々のエアコネクタ５５、６３に脱着可能に接続させることで、二つに分かれて構成される。なお、本発明のケーブルは２本であるが１本にまとめてもよく、この場合コネクタも各モジュール１、５６に１個ずつ設けられる。
【００５２】
次に、本発明の第一の実施例の作動について説明する。
【００５３】
バルブモジュール１の流体流入口３から流入した流体は、まず流量計センサ部４に流入する。流量計センサ部４に流入した流体は、直線流路９で流量が計測される。流体の流れに対して上流側に位置する第一超音波振動子１２から下流側に位置する第二超音波振動子１３に向かって超音波振動を伝搬させる。第二超音波振動子１３で受信された超音波振動は電気信号に変換され、流量計アンプ部５８の演算部へ出力される。超音波振動が上流側の第一超音波振動子１２から下流側の第二超音波振動子１３へ伝搬して受信されると、瞬時に演算部内で送受信が切換えられて、下流側に位置する第二超音波振動子１３から上流側に位置する第一超音波振動子１２に向かって超音波振動を伝搬させる。第一超音波振動子１２で受信された超音波振動は、電気信号に変換され、流量計アンプ部５８の演算部へ出力される。このとき、超音波振動は直線流路９内の流体の流れに逆らって伝搬していくので、上流側から下流側へ超音波振動を伝搬させるときに比べて流体中での超音波振動の伝搬速度が遅れ、伝搬時間が長くなる。出力された相互の電気信号は流量計アンプ部５８の演算部内で伝搬時間が各々計測され、伝搬時間差から流量が演算される。流量計アンプ部５８で演算された流量は電気信号に変換されて制御部５９に出力される。
【００５４】
次に流量計センサ部４を通過した流体は調節弁５に流入する。制御部５９では予め設定された所定の流量に対して、リアルタイムに計測された流量との偏差から、偏差をゼロにするように信号を電空変換器６０に出力し、電空変換器６０はそれに応じた操作圧を調節弁５に供給し駆動させる。調節弁５から流出する流体は、流量を設定流量で一定値となるように、つまり設定流量と計測された流量の偏差がゼロに収束されるように調節弁５で制御される。
【００５５】
ここで、電空変換器６０から供給される操作圧に対する調節弁５の作動について説明する。
【００５６】
調節弁は、ボンネット１６の上部に設けられた作動流体連通口３０から供給される圧縮空気がゼロの状態、すなわち開状態であり、流体の流量が最大の場合を示している。この時、弁体１８はシリンダー１５の段差部４８とロッド２０の肩部４２の下面との間に嵌合されたスプリング２２の付勢力により、ロッド２０の上部に接合されているダイヤフラム押え２１の上部が、ボンネット１５の底面に接する位置で静止している。
【００５７】
この状態において、作動流体連通口３０から供給される圧縮空気の圧力を高くしていくと、シール部４０がボンネット１６に嵌合されている第二ダイヤフラム１９の薄膜部３９とボンネット１６によってボンネット１６の内部は密閉されているため、圧縮空気はダイヤフラム押え２１と第二ダイヤフラム１９を下方に押し下げ、ロッド２０と第一ダイヤフラム１７を介して弁体１８が開口部２６の間に挿入されていく。ここで、作動流体連通口３０から供給される圧縮空気の圧力を一定にすると弁体１８は、スプリング２２の付勢力と第一ダイヤフラム１７の薄膜部３４の下面と弁体１８の下面が流体から受ける圧力と釣り合う位置にて静止する。したがって、開口部２６は挿入される弁体１８により開口面積が減少するため、流体の流量も減少する。
【００５８】
さらに作動流体連通口３０から供給される圧縮空気の圧力を高くしていくと、弁体１８はさらに押し下げられ、終には開口部２６と接触し全閉状態となる。
【００５９】
また、圧縮空気を排出していくと、シール部４０がボンネット１６に嵌合されている第二ダイヤフラム１９の薄膜部３９とボンネット１６によって密閉されているボンネット１６の内部は圧力が下がり、スプリング２２の付勢力の方が大きくなりロッド２０を押し上げる。ロッドが上昇することにより、第一ダイヤフラム１７を介して固定されている弁体１８も上昇し、調節弁は開状態となる。
【００６０】
以上の作動により、バルブモジュール１の流体流入口３に流入する流体は、設定流量で一定になるように制御され、流体流出口６から流出される。この流量計センサ部４および流量計アンプ部５８からなる超音波流量計は、流体の流れ方向に対する伝搬時間差から流量を計測するため微小流量でも正確に流量を計測でき、また調節弁５は上記構成によりコンパクトで安定した流量調節が行えるため、微小流量の流量調節に優れた効果を発揮する。
【００６１】
次に本発明の第一の実施例で使用される流体が腐食性流体の場合において、バルブモジュール内に腐食性ガスが透過した時の作用を説明する。
【００６２】
本発明の流体制御装置は、バルブモジュール１と電装モジュール５６の二つに分かれて構成されている。バルブモジュール１内の各部品は、腐食に強いフッ素樹脂製であるため腐食されることがなく、各超音波振動子１２、１３もフッ素樹脂で覆われているので腐食を防止することができ、スプリング２２は全表面がフッ素系樹脂で被覆されているので腐食を防止することができる。なお、バルブモジュール１内で腐食の可能性がある部分はコネクタ５３、５４であるが、コネクタ５３、５４が配置されているコネクタボックス５０内部は、排出口３１から排出され吸気孔５１から供給される圧縮空気が排気孔５２から常にケーシング２外へ排出しているため、透過した腐食性ガスはその気流に乗って排出されることになり、コネクタボックス５０内に溜まることがなく、腐食を防止することができる。
【００６３】
一方、電装モジュール５６には、腐食すると流量計側や流体制御に影響を及ぼす部品が配置されているが、バルブモジュール１と分かれて構成されているため、腐食性ガスからの影響を直接受けない位置に設置することで電装モジュール５６内の部品の腐食を防止することができる。さらに、電装モジュール５６のケーシング５７内部は、電空変換器６０からケーシング５７内に供給される圧縮空気を排出口６７から常に排出させることにより、万一、電装モジュール５６が腐食性ガスの影響を受ける位置に設置されたとしても、透過した腐食性ガスは気流に乗って排出されることになり、ケーシング５７内に溜まることがなく、電装モジュール５６の各部品の腐食を防止することができる。
【００６４】
次に、本発明の第一の実施例を半導体製造装置内に設置する手順について説明する。
【００６５】
まずバルブモジュール１を半導体製造装置内の管路の所定位置に配置し、流体流入口３、流体流出口６を管路の配管と接続させ、バルブモジュール１を半導体製造装置内に固定する。そして電装モジュール５６を半導体製造装置内の管路から離れた所定の位置に設置する。次にケーブル６４、６５の一方のコネクタをバルブモジュール１のコネクタボックス５０内に入れてコネクタ５３、５４に接続し、ケーブル６４、６５のもう一方のコネクタを電装モジュール５６のコネクタ６１、６２に接続する。続いてチューブ６６の一方をバルブモジュール１のエアコネクタ５５に差し込んで接続し、チューブ６６のもう一方を電装モジュール５６のエアコネクタ６３に差し込んで接続する。以上の手順により、半導体製造装置内への設置が非常に容易に行なうことができ、配線とエア配管の接続もコネクタを接続する作業のみで済み、容易にかつ短時間で行なうことができる。また本発明の構成であれば、流体制御装置の一部が破損した場合でも交換作業が容易である。さらに、複数の流体制御装置を設置する場合、コントロールボックス内に各電装モジュールをまとめて設置することにより、本発明の流体制御装置の一括管理も可能となる。
【００６６】
以下、図３、図４に基づいて本発明に係る流体制御装置の第二の実施例について説明する。
【実施例２】
【００６７】
６８はバルブモジュール６９のケーシング７０内に設置された流量計センサ部である。流量計センサ部６８は、入口流路７１と、入口流路７１内に垂設されたカルマン渦を発生させる渦発生体７２と、出口流路７３とを備える直線流路７４を有し、直線流路７４の渦発生体７２の下流側の側壁に、超音波振動子７５、７６が流路軸線方向に直交する位置に互いに対向して配置されている。超音波振動子７５、７６はフッ素樹脂で覆われており、該振動子７５、７６から伸びた配線は密閉されたコネクタボックス７７内のコネクタ７８、７９に繋がっている。流量計センサ部６８の超音波振動子７５、７６以外はＰＴＦＥ製である。
【００６８】
８０は電装モジュール８２のケーシング８３内に配置された流量計アンプ部である。流量計アンプ部８０は、カルマン渦の発生周期（周波数）から流路を流れる流体の流速を求め、流体の流量を演算する演算部が設けられている。演算部は、送信側の超音波振動子７５に一定周期の超音波振動を出力する発信回路と、受信側の超音波振動子７６からの超音波振動を受信する受信回路と、各超音波振動の位相を比較する比較回路と、比較回路から出力されたカルマン渦検出信号を積算して流量を演算する演算回路とを有する。また、ケーシング８３には、流量計アンプ部８０から伸びた配線に繋がったコネクタ８４、８５の接続部分がケーシング８３外表面から突出するように固着されている。
【００６９】
バルブモジュール６９と電装モジュール８２は、ケーブル８６、８７のコネクタを各モジュール６９、８２の各々のコネクタ７８、７９、８４、８５にそれぞれ脱着可能に接続させることで、二つに分かれて構成される。第二の実施例におけるその他の構成要素は第一の実施例と同様であるので説明を省略する。
【００７０】
次に、本発明の第二の実施例の作動について説明する。
【００７１】
バルブモジュール６９に流入した流体は、まず流量計センサ部６８に流入する。流量計センサ部６８に流入した流体は、直線流路７４で流量が計測される。直線流路７４内を流れる流体に対して一方の超音波振動子７５から他方の超音波振動子７６に向かって超音波振動を伝搬させる。渦発生体７２の下流に発生するカルマン渦は、流体の流速に比例した周期で発生し、渦巻き方向が異なるカルマン渦が交互に発生するため、超音波振動はカルマン渦の渦巻き方向によってカルマン渦を通過する際に進行方向に加速、または減速される。そのため、超音波振動子７６で受信される超音波振動は、カルマン渦によって周波数（周期）が変動する。各々の超音波振動子７５、７６で送受信された超音波振動は、電気信号に変換され、流量計アンプ部８０の演算部へ出力される。流量計アンプ部８０の演算部では、送信側の超音波振動子７５から出力された超音波振動と受信側の超音波振動子７６から出力された超音波振動との位相差から得られたカルマン渦の周波数に基づいて直線流路７４を流れる流体の流量が演算される。流量計アンプ部８０で演算された流量は電気信号に変換されて制御部８１に出力される。なお、第二の実施例の他の部分の作動は、第一の実施例と同様であるので説明を省略する。
【００７２】
また、第二の実施例に使用した流体が腐食性流体の場合のバルブモジュール内に腐食性ガスが透過した時の作用と、第二の実施例の流体制御装置を半導体製造装置内に設置する手順については、第一の実施例と同様であるので説明を省略する。この流量計センサ部６８および流量計アンプ部８０からなる超音波式渦流量計は、流量が大きいほどカルマン渦が発生するため大流量でも正確に流量を計測でき、大流量の流体制御に優れた効果を発揮する。
【００７３】
以下、図５、図６に基づいて本発明の第三の実施例について説明する。
【実施例３】
【００７４】
８９はＰＴＦＥ製の本体であり、下部中央に底部まで開放して設けられた第二の空隙９７と、上部に上面開放して設けられた第二の空隙９７の径よりも大きい径を持つ第一の空隙９８を有し、側面には第二の空隙９７と連通している入口流路９９と、入口流路９９と対向する面に第一の空隙９８と連通している出口流路１００と、さらに、第一の空隙９８と第二の空隙９７とを連通し第一の空隙９８の径よりも小さい径を有する連通孔１０１とが設けられている。第二の空隙９７の上面部は弁座１０２とされている。また、バルブモジュール１の流体流入口３に連通している。
【００７５】
９０はＰＶＤＦ製のボンネットであり、内部に円筒状の空隙１０３と下端内周面に空隙１０３より拡径された段差部１０４が設けられ、側面には空隙１０３内部に圧縮された不活性ガスや空気を供給するために空隙１０３と外部とを連通する給気孔１０５および給気孔１０５より導入された不活性ガスや空気を微量に排出するための微孔の排出孔１０６が設けられている。
【００７６】
９１はＰＶＤＦ製で平面円形状のバネ受けであり、中央部に貫通孔１０７を有し、略上半分がボンネット１５の段差部１０４に嵌挿されている。バネ受け９１の側面部には環状溝１０８が設けられ、Ｏ−リング１０９を装着することによりボンネット９０から外部への不活性ガスや空気の流出を防いでいる。
【００７７】
９２はＰＶＤＦ製のピストンであり、上部に円盤状の鍔部１１０と、鍔部１１０の中央下部より円柱状に突出して設けられたピストン軸１１１と、ピストン軸１１１の下端に設けられた雌ネジ部からなる第一接合部１１２を有する。ピストン軸１１１はバネ受け９１の貫通孔１０７より小径に設けられており、第一接合部１１２は後記第一弁機構体９４の第二接合部１１７と螺合により接合されている。
【００７８】
９３はＳＵＳ製のバネであり、ピストン９２の鍔部１１０下端面とバネ受け９１の上端面とで挟持されている。ピストン９２の上下動にともなってバネ９３も伸縮するが、そのときの荷重の変化が少ないよう、自由長の長いものが好適に使用される。
【００７９】
９４はＰＴＦＥ製の第一弁機構体であり、外周縁部より上方に突出して設けられた筒状部１１３を有した膜部１１４と肉厚部を中央部に有する第一ダイヤフラム１１５と、第一ダイヤフラム１１５の中央上面より突出して設けられた軸部１１６の上端部に設けられた小径の雄ネジからなる第二接合部１１７、および同中央下面より突出して設けられ下端部に形成された雌ネジ部からなる後記第二弁機構体９５の第四接合部１２２と螺合される第三接合部１１８を有する。第一ダイヤフラム１１５の筒状部１１３は、本体８９とバネ受け９１との間で挟持固定されることで、第一ダイヤフラム１１５下面より形成される第一の弁室１１９が密封して形成されている。また、第一ダイヤフラム１１５上面、ボンネット９０の空隙１０３はＯ−リング１０９を介して密封されており、ボンネット９０の給気孔１０５より供給される圧縮された不活性ガスや空気が充満している気室を形成している。
【００８０】
９５はＰＴＦＥ製の第二弁機構体であり、本体８９の第二の空隙９７内部に配設され連通孔１０１より大径に設けられた弁体１２０と、弁体１２０上端面から突出して設けられた軸部１２１と、その上端に設けられた第三接合部１１８と螺合により接合固定される雄ネジ部からなる第四接合部１２２と、弁体１２０下端面より突出して設けられたロッド１２３と、ロッド１２３下端面より径方向に延出して設けられ周縁部より下方に突出して設けられた筒状突部１２４を有する第二ダイヤフラム１２５とから構成されている。第二ダイヤフラム１２５の筒状突部１２４は後記ベースプレート９６の突出部１２７と本体８９との間で挟持されることにより、本体８９の第二の空隙９７と第二ダイヤフラム１２５とで形成される第二弁室１２６を密閉している。
【００８１】
９６はＰＶＤＦ製のベースプレートであり、上部中央に第二弁機構体９５の第二ダイヤフラム１２５の筒状突部１２４を本体８９との間で挟持固定する突出部１２７を有し、突出部１２７の上端部に切欠凹部１２８が設けられると共に、側面に切欠凹部１２８に連通する呼吸孔１２９が設けられており、ボンネット９０との間で本体８９を通しボルト、ナット（図示せず）にて挟持固定している。
【００８２】
ここで、圧力制御弁８８の作動について説明する。第二弁機構体９５の弁体１２０は、ピストン９２の鍔部１１０とバネ受け９１とに挟持されているバネ９３の付勢力と、第一弁機構体９４の第一ダイヤフラム１１５下面の流体圧力により上方に付勢する力が働き、第一ダイヤフラム１１５上面の操作圧の圧力により下方に付勢する力が働いている。さらに厳密には、弁体１２０下面と第二弁機構体９５の第二ダイヤフラム１２５上面が流体圧力を受けているが、それらの受圧面積はほぼ同等とされているため力はほぼ相殺されている。したがって、第二弁機構体９５の弁体１２０は、前述の３つの力が釣り合う位置にて静止していることとなる。
【００８３】
ここで、外部から供給される操作圧力を増加させると第一ダイヤフラム１１５を押し下げる力が増加することにより、第二弁機構体９５の弁体１２０と弁座１０２との間で形成される流体制御部１２０の開口面積が増加するため、第一の弁室１１９の圧力を増加させることができる。逆に、操作圧力を減少させると流体制御部１３０の開口面積は減少し圧力も減少する。そのため、操作圧力を調整することで任意の圧力に設定することができる。
【００８４】
この状態で、上流側の流体圧力が増加した場合、瞬間的に第一の弁室１１９内の圧力も増加する。すると、第一ダイヤフラム１１５の上面が操作圧による圧縮空気から受ける力より、第一ダイヤフラム１１５の下面が流体から受ける力のほうが大きくなり、第一ダイヤフラム１１５は上方へと移動する。それにともなって、弁体１２０の位置も上方へ移動するため、弁座１０２との間で形成される流体制御部１３０の開口面積が減少し、第一の弁室１１９内の圧力を減少させる。最終的に、弁体１２０の位置が前記３つの力が釣り合う位置まで移動し静止する。このときバネ９３の荷重が大きく変わらなければ、空隙１０３内部の圧力、つまり、第一ダイヤフラム１１５上面が受ける力は一定であるため、第一ダイヤフラム１１５下面が受ける圧力はほぼ一定となる。したがって、第一ダイヤフラム１１５下面の流体圧力、すなわち、第一の弁室１１９内の圧力は、上流側の圧力が増加する前とほぼもとの圧力と同じになっている。
【００８５】
上流側の流体圧力が減少した場合、瞬間的に第一の弁室１１９内の圧力も減少する。すると、第一ダイヤフラム１１５の上面が操作圧による圧縮空気から受ける力より、第一ダイヤフラム１１５の下面が流体から受ける力のほうが小さくなり、第一ダイヤフラム１１５は下方へと移動する。それにともなって、弁体１２０の位置も下方へ移動するため、弁座１１２との間で形成される流体制御部１３０の開口面積が増加し、第一の弁室１１９の流体圧力を増加させる。最終的に、弁体１２０の位置が前記３つの力が釣り合う位置まで移動し静止する。したがって、上流側圧力が増加した場合と同様に、第一の弁室１１９内の流体圧力はほぼもとの圧力と同じになっている。
以上の作用により、圧力制御弁８８は流体を一定圧に制御することができるため、流入する流体が圧力変動周期の速い脈動した流れであったとしても、安定した圧力制御を行い、流入する流体の流量を一定値となるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第一の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図２】図1の調節弁の要部拡大図である。
【図３】本発明の第二の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の第三の実施例を示す流体制御装置の一部縦断面図である。
【図６】図５の圧力制御弁の要部拡大図である。
【図７】従来の純水流量の制御装置を示す概念構成図である。
【図８】従来の流体制御モジュールを示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１…バルブモジュール
２…ケーシング
３…流体流入口
４…流量計センサ部
５…圧力制御弁
６…流体流出口
７…入口流路
８…第一立上り流路
９…直線流路
１０…第二立上り流路
１１…出口流路
１２…第一超音波振動子
１３…第二超音波振動子
１４…本体
１５…シリンダー
１６…ボンネット
１７…第一ダイヤフラム
１８…弁体
１９…第二ダイヤフラム
２０…ロッド
２１…ダイヤフラム押え
２２…スプリング
２３…弁室
２４…入口流路
２５…出口流路
２６…開口部
２７…開口部
２８…貫通孔
２９…呼吸口
３０…作動流体連通口
３１…排出口
３２…肩部
３３…取り付け部
３４…薄膜部
３５…厚肉部
３６…シール部
３７…中央穴
３８…厚肉部
３９…薄膜部
４０…シール部
４１…環状突部
４２…肩部
４３…環状溝
４４…環状溝
４５…接合部
４６…環状溝
４７…接合部
４８…段差部
４９…Ｏ−リング
５０…コネクタボックス
５１…吸気孔
５２…排気孔
５３…コネクタ
５４…コネクタ
５５…エアコネクタ
５６…電装モジュール
５７…ケーシング
５８…流量計アンプ部
５９…制御部
６０…電空変換器
６１…コネクタ
６２…コネクタ
６３…エアコネクタ
６４…ケーブル
６５…ケーブル
６６…チューブ
６７…排出口
６８…流量計センサ部
６９…バルブモジュール
７０…ケーシング
７１…入口流路
７２…渦発生体
７３…出口流路
７４…直線流路
７５…超音波振動子
７６…超音波振動子
７７…コネクタボックス
７８…コネクタ
７９…コネクタ
８０…流量計アンプ部
８１…制御部
８２…電装モジュール
８３…ケーシング
８４…コネクタ
８５…コネクタ
８６…ケーブル
８７…ケーブル
８８…圧力制御弁
８９…本体
９０…ボンネット
９１…バネ受け
９２…ピストン
９３…バネ
９４…第一弁機構体
９５…第二弁機構体
９６…ベースプレート
９７…第二の空隙
９８…第一の空隙
９９…入口流路
１００…出口流路
１０１…連通孔
１０２…弁座
１０３…空隙
１０４…段差部
１０５…給気孔
１０６…排出孔
１０７…貫通孔
１０８…環状溝
１０９…Ｏリング
１１０…鍔部
１１１…ピストン軸
１１２…第一接合部
１１３…筒状部
１１４…膜部
１１５…第一ダイヤフラム
１１６…軸部
１１７…第二接合部
１１８…第三接合部
１１９…弁室
１２０…弁体
１２１…軸部
１２２…第四接合部
１２３…ロッド
１２４…筒状突部
１２５…第二ダイヤフラム
１２６…第二弁室
１２７…突出部
１２８…切欠凹部
１２９…呼吸孔
１３０…流体制御部
１５１…制御装置
１５２…流量調整弁
１５３…操作圧調整弁
１５４…流量計測器
１５５…開閉弁
１５６…流体制御モジュール
１５７…ハウジング
１５８…制御弁
１５９…圧力センサ
１６０…絞り部
１６１…ドライバ
１６２…コントローラ
【図１】
2006072574.tif 000003
【図２】
2006072574.tif 000004
【図３】
2006072574.tif 000005
【図４】
2006072574.tif 000006
【図５】
2006072574.tif 000007
【図６】
2006072574.tif 000008
【図７】
2006072574.tif 000009
【図８】
2006072574.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月13日(2004.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
１４はポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）製の本体であり、上部に円筒状の弁室２３が設けられており、その弁室２３に連通して入口流路２４及び出口流路２５が各々下部に設けられている。弁室底部中央には出口流路２５に繋がる開口部２６が、開口部２６の周辺部には入口流路２４に繋がる開口部２７が設けられている。開口部２７の横断面形状は円形であるが、流量を広範囲に亘って制御するために開口部２６を大きくした場合は、弁室底部中央に設けられた開口部２６を中心とした周辺部に略三日月状に形成されることが望ましい。本体１４の上面には第一ダイヤフラム１７のシール部が嵌合される環状溝４３が設けられている。