(57)【要約】【課題】  流体流量制御において、流量切換時の立下げ応答時間の短縮を図り、立下げ応答特性を高めることを可能にした圧力式流量制御装置を提供する。【解決手段】  流体入口２と流体出口３と間を連通する流体通路４を設けた本体５と、本体５に固定されて流体通路４を開閉する圧力制御用コントロール弁ＣＶと、圧力制御用コントロール弁ＣＶの下流側の流体通路４に介在させたオリフィスＯＬと、本体５に固定されて圧力制御用コントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬとの間の流体通路４の内圧を検出する圧力センサＰ１と、を備え、流体通路４は、圧力制御用コントロール弁ＣＶと圧力センサＰ１の圧力検知面Ｐ１ａ上の圧力検知室４ｂとを接続する第１通路部４ａと、第１通路部４ａと離間して圧力検知室４ｂとオリフィスＯＬとを接続する第２通路部４ｃとを備えることにより、圧力検知室４ｂを経由するように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口と流体出口との間を連通する流体通路を設けた本体と、
該本体に固定されて前記流体通路を開閉する圧力制御用コントロール弁と、
前記圧力制御用コントロール弁の下流側の前記流体通路に介在させたオリフィスと、
前記本体に固定されて前記圧力制御用コントロール弁と前記オリフィスとの間の前記流体通路の内圧を検出する圧力センサと、を備え、
前記流体通路は、前記圧力制御用コントロール弁と前記圧力センサの圧力検知面上の圧力検知室とを接続する第１通路部と、該第１通路部と離間して前記圧力検知室と前記オリフィスとを接続する第２通路部とを備えることにより、前記圧力検知室を経由するように構成されていることを特徴とする圧力式流量制御装置。
【請求項２】
前記圧力制御用コントロール弁の下方に前記圧力センサが配設され、前記第１通路部は、前記圧力制御用コントロール弁から前記圧力検知室に垂下するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項３】
前記圧力制御用コントロール弁が金属製ダイヤフラム弁体を備え、前記第１通路部は、前記圧力制御用コントロール弁の前記金属製ダイヤフラム弁体の中心部から垂下するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項４】
前記第１通路部が、前記圧力検知室の端部に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項５】
前記第２通路部が、前記圧力検知室の端部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項６】
前記第２通路部が、前記圧力検知室の前記第１通路部とは反対側の端部に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項７】
流体入口と流体出口間を連通する流体通路を設けた本体と、
該本体に固定されて前記流体通路を開閉する圧力制御用コントロール弁と、
前記圧力制御用コントロール弁の下流側の前記流体通路に介在させたオリフィスと、
前記本体に固定されて前記圧力制御用コントロール弁と前記オリフィスとの間の前記流体通路の内圧を検出する圧力センサと、を備え、
前記圧力制御用コントロール弁の下方に前記圧力センサが配設され、
前記流体通路は、前記圧力制御用コントロール弁から前記圧力センサの圧力検知面上の圧力検知室に垂下する第１通路部と、該第１通路部と前記オリフィスとを接続する第３通路部とを備えることを特徴とする圧力式流量制御装置。
【請求項８】
前記圧力センサは、前記本体の底面に形成された凹部にリングガスケットを介して挿着され、前記圧力検知室は、前記凹部の内底面と前記リングガスケットと前記圧力センサの圧力検知面とで囲まれており、前記リングガスケットは、両側のシール面が内周面側に偏って形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の圧力式流量制御装置。
【請求項９】
前記リングガスケットは、両側のシール面、内周面、外周面、前記内周面と両側のシール面との間の内側テーパー面、及び、前記外周面と両側のシール面との間の外側テーパー面を備え、前記内側テーパー面が前記外側テーパー面より小さいことを特徴する請求項８に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項１０】
流体入口と流体出口間を連通する流体通路を設けた本体と、該本体に固定されて前記流体通路を開閉する圧力制御用コントロール弁と、前記本体に固定されて該圧力制御用コントロール弁の下流側の前記流体通路の内圧を検出する圧力センサと、前記圧力センサの下流側の前記流体通路に介在させたオリフィスと、を備え、
前記圧力センサは、前記本体底面に形成された凹部にリングガスケットを介して挿着され、前記圧力検知室は、前記凹部の内底面と前記リングガスケットと前記圧力センサの圧力検知面とで囲まれており、前記リングガスケットは、両側のシール面が内周面側に偏って形成されていることを特徴とする圧力式流量制御装置。
【請求項１１】
前記圧力検知室の前記凹部の内底面と前記圧力検知面との距離が０．１３〜０．３０ｍｍとなる、請求項８〜１０の何れかに記載の圧力式流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力式流量制御装置の改良に関するものであり、特に、立下げ時の応答性を高めることにより、半導体製造装置用等の原料ガス供給装置の作動性能を大幅に高めた圧力式流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従前から、半導体製造装置用等の原料ガス供給装置に於いては、供給ガスの流量制御に熱式流量制御装置や圧力式流量制御装置が広く利用されている。特に、図６に示すように、圧力式流量制御装置ＦＣＳは、圧力制御用コントロール弁ＣＶ、温度検出器Ｔ、圧力センサＰ、オリフィスＯＬ、温度補正・流量演算回路ＣＤａと比較回路ＣＤｂと入出力回路ＣＤｃと出力回路ＣＤｄ等から成る演算制御部ＣＤ等から構成されており、一次側供給圧が大きく変動しても安定した流量制御が行えるという優れた流量特性を具備している。
【０００３】
即ち、図６の圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、圧力センサＰ及び温度検出器Ｔからの検出値が温度補正・流量演算回路ＣＤａへ入力され、ここで検出圧力の温度補正と流量演算が行われ、流量演算値Ｑｔが比較回路ＣＤｂへ入力される。また、設定流量に対応する入力信号ＱSが端子Ｉｎから入力され、入出力回路ＣＤｃを介して比較回路ＣＤｂへ入力され、ここで温度補正・流量演算回路ＣＤａからの流量演算値Ｑｔと比較される。比較の結果、設定流量入力信号Ｑｓが流量演算値Ｑｔより小さい場合には、コントロール弁ＣＶの駆動部へ制御信号Ｐｄが出力される。これによりコントロール弁ＣＶが閉鎖方向へ駆動され、設定流量入力信号Ｑｓと演算流量値Ｑｔとの差（Ｑｓ−Ｑｔ）が零となるまで閉弁方向へ駆動される。
【０００４】
圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、オリフィスＯＬの下流側圧力Ｐ2と上流側圧力Ｐ1との間にＰ1／Ｐ2≧約２の所謂臨界膨張条件が保持されていると、オリフィスＯＬを流通するガス流量ＱがＱ＝ＫＰ1（但しＫは定数）となり、また、臨界膨張条件が満たされていないと、オリフィスＯＬを流通するガス流量ＱがＱ＝ＫＰ2m（Ｐ1−Ｐ2）n（但しＫ、ｍ、ｎは定数）となる。
【０００５】
従って、圧力Ｐ1を制御することにより流量Ｑを高精度で制御することができ、しかも、コントロール弁ＣＶの上流側ガスＧｏの圧力が大きく変化しても、制御流量値が殆ど変化しないという優れた特性を発揮することができる。
【０００６】
ガス流量ＱをＱ＝ＫＰ1（但しＫは定数）として演算する方式の圧力式流量制御装置は、ＦＣＳ−Ｎ型と呼ばれることがあり、また、ガス流量ＱをＱ＝ＫＰ2m（Ｐ1−Ｐ2）n（但しＫ、ｍ、ｎは定数）として演算する方式の圧力式流量制御装置は、ＦＣＳ−ＷＲ型と呼ばれることがある。
【０００７】
更に、この種の圧力式流量制御装置には、この他に、複数のオリフィスＯＬを並列状に連結し、切換弁によって少なくとも一つのオリフィスにガスを流通させるようにしたオリフィス機構、例えば、二個のオリフィスを並列状に接続し、一つのオリフィスの入口側に切換弁を設けてそれを開又は閉とすることにより流量制御範囲を変更できるようにしたオリフィス機構を上記ＦＣＳ−Ｎ型のオリフィスとして用いたＦＣＳ−ＳＮ型や、同じオリフィス機構を上記ＦＣＳ−ＷＲ型のオリフィスとして用いたＦＣＳ−ＳＷＲ型と呼ばれているものもある。
【０００８】
尚、上記ＦＣＳ−Ｎ型、ＦＣＳ−ＳＮ型、ＦＣＳ−ＷＲ型及びＦＣＳ−ＳＷＲ型の各圧力式流量制御装置そのものの構成や作動原理等は既に公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する(特開平８−３３８５４６号、特開２００３−１９５９４８号等)。
【０００９】
また、圧力式流量制御装置ＦＣＳには、図７に示すように、(a)の如き構成の臨界条件下のガス流体を対象とする圧力式流量制御装置ＦＣＳ（以下、ＦＣＳ-Ｎ型と呼ぶ。特開平８−３３８５４６号等）、（b）の臨界条件下と非臨界条件下の両ガス流体を対象とするＦＣＳ-ＷＲ型（特開２００３−１９５９４８号等）、(c)の臨界条件下のガス流体を対象とする流量切換型のＦＣＳ-Ｓ型（特開２００６−３３０８５１号等）、及び(d)の臨界条件下と非臨界条件下の両ガス流体を対象とする流量切換型のＦＣＳ-ＳＷＲ型（国際公開ＷＯ２００９／１４１９４７号等）が存在する。
【００１０】
尚、図７において、Ｐ1，Ｐ2は圧力センサ、ＣＶはコントロール弁、ＯＬはオリフィス、ＯＬ1は小口径オリフィス、ＯＬ2は大口径オリフィス、ＯＲＶはオリフィス切換弁である。
【００１１】
図８は、従来の圧力式流量制御装置（ＦＣＳ−ＷＲ型）を示す断面図であり、５Ａは本体、２は流体入口、ＣＶは圧力制御用コントロール弁、Ｐ１、Ｐ２は圧力センサ、ＯＬはオリフィス、３は流体出口である。
【００１２】
しかし、この種の圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、微小な穴径のオリフィスＯＬを使用しているためガスの置換性が悪く、圧力式流量制御装置ＦＣＳの圧力制御用コントロール弁ＣＶを閉鎖して出力側を開放した場合に、コントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬ間の空間部のガスの排出に多くの時間が掛かり、所謂ガスの立下げ応答性が極めて悪いと云う問題がある。
【００１３】
図９は、従来の圧力式流量制御装置ＦＣＳ-Ｎ型の連続ステップ時の立下げ応答特性の一例を示すものであり、オリフィスＯＬの下流側の空気圧作動弁（図示省略）を開放して一定流量のガスを圧力式流量制御装置を介して供給中に、ガス供給量をステップ状に立下げした場合、大流量用の圧力式流量制御装置の場合（線Ａ）に比較して小流量用の圧力式流量制御装置の場合（線Ｂ）には、所定の流量にまで立下げるのに１．５秒以上の時間を必要とするのが現状である。
【００１４】
より具体的には、ＦＣＳ-Ｎ型及びＦＣＳ-ＷＲ型の場合、オリフィスＯＬの下流側圧力が１００Ｔｏｒｒで、流量を１００％から１％及び１００％から４％に立下げするには、夫々約１秒以上を必要とするが、半導体製造装置（例えば、エッチャー）の方からは、１秒以下の時間内で流量を１００％から１％に立下げることが求められている。
【００１５】
また、ＦＣＳ-Ｓ型及びＦＣＳ-ＳＷＲ型の場合、オリフィスＯＬ1の下流側圧力が１００Ｔｏｒｒで、流量を１００％から１０％及び１００％から０．１６％に立下げるには、夫々約１．２秒以上を必要とするが、半導体製造装置（例えば、エッチャー）の方からは、１.２秒以下の時間内で流量を１００％から１０％に立下げることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平８−３３８５４６号公報
【特許文献２】特開平１０−５５２１８号公報
【特許文献３】特開２００３−１９５９４８号公報
【特許文献４】特開２００６−３３０８５１号公報
【特許文献５】国際公開第ＷＯ２００９／１４１９４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本願発明は、従来の圧力式流量制御装置に於ける上述のような問題を改善すべく、流量制御に於ける立下げ応答性の向上、即ち、流量制御に於ける立ち下がり時間をいっそう短縮し得る圧力式流量制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の実施形態に係る圧力式流量制御装置は、流体入口と流体出口との間を連通する流体通路を設けた本体と、該本体に固定されて前記流体通路を開閉する圧力制御用コントロール弁と、前記圧力制御用コントロール弁の下流側の前記流体通路に介在させたオリフィスと、前記本体に固定されて該圧力制御用コントロール弁と前記オリフィスとの間の前記流体通路の内圧を検出する圧力センサと、を備え、前記流体通路は、前記圧力制御用コントロール弁と前記圧力センサの圧力検知面上の圧力検知室とを接続する第１通路部と、該第１通路部と離間して前記圧力検知室と前記オリフィスとを接続する第２通路部とを備えることにより、前記圧力検知室を経由するように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
前記圧力制御用コントロール弁の下方に前記圧力センサが配設され、前記第１通路部は、前記圧力制御用コントロール弁から前記圧力検知室に垂下するように構成されていることが好ましい。
【００２０】
前記圧力制御用コントロール弁が金属製ダイヤフラム弁体を備え、前記第１通路部は、前記圧力制御用コントロール弁の前記金属製ダイヤフラム弁体の中心部から垂下するように構成されていることが好ましい。
【００２１】
前記第１通路部が、前記圧力検知室の端部に接続されていることが好ましい。
【００２２】
前記第２通路部が、前記圧力検知室の端部に接続されていることが好ましい。
【００２３】
前記第２通路部が、前記圧力検知室の前記第１通路部とは反対側の端部に接続されていることが好ましい。
【００２４】
また、本発明の実施形態に係る圧力式流量制御装置は、流体入口と流体出口間を連通する流体通路を設けた本体と、該本体に固定されて前記流体通路を開閉する圧力制御用コントロール弁と、前記圧力制御用コントロール弁の下流側の前記流体通路に介在させたオリフィスと、前記本体に固定されて前記圧力制御用コントロール弁と前記オリフィスとの間の前記流体通路の内圧を検出する圧力センサと、を備え、前記圧力制御用コントロール弁の下方に前記圧力センサが配設され、前記流体通路は、前記圧力制御用コントロール弁から前記圧力センサの圧力検知面上の圧力検知室に垂下する第１通路部と、該第１通路部と前記オリフィスとを接続する第３通路部とを備えることを特徴とする。
【００２５】
前記圧力センサは、前記本体の底面に形成された凹部にリングガスケットを介して挿着され、前記圧力検知室は、前記凹部の内底面と前記リングガスケットと前記圧力センサの圧力検知面とで囲まれており、前記リングガスケットは、両側のシール面が内周面側に偏って形成されていることが好ましい。
【００２６】
前記リングガスケットは、両側のシール面、内周面、外周面、前記内周面と両側のシール面との間の内側テーパー面、及び、前記外周面と両側のシール面との間の外側テーパー面を備え、前記内側テーパー面が前記外側テーパー面より小さく形成されていることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の実施形態に係る圧力式流量制御装置は、流体入口と流体出口間を連通する流体通路を設けた本体と、該本体に固定されて前記流体通路を開閉する圧力制御用コントロール弁と、前記本体に固定されて該圧力制御用コントロール弁の下流側の前記流体通路の内圧を検出する圧力センサと、前記圧力センサの下流側の前記流体通路に介在させたオリフィスと、を備え、前記圧力センサは、前記本体底面に形成された凹部にリングガスケットを介して挿着され、前記圧力検知室は、前記凹部の内底面と前記リングガスケットと前記圧力センサの圧力検知面とで囲まれており、前記リングガスケットは、両側のシール面が内周面側に偏って形成されていることが好ましい。
【００２８】
前記凹部の内底面と前記圧力検知面との距離が０．１３〜０．３０ｍｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本願発明の実施形態によれば、流体通路が圧力検知室を経由する構成としたことにより、圧力制御用コントロール弁とオリフィスとの間の流体通路の内容積を、従来に比して小さくすることができ、その結果、立下がり特性を向上させることができる。
【００３０】
また、圧力センサを圧力制御用コントロール弁の下方に配設し、両者をつなぐ流体通路（第１流路部）を前記圧力制御用コントロール弁から前記圧力検知室に垂下させることで、両者最短距離でつなぎ、圧力制御用コントロール弁とオリフィスとの間の流体通路の内容積を小さくすることができる。
【００３１】
また、第１流路部及び第２流路部は、圧力検出室の端部に設けることで、流体通路として利用する圧力検知室を効率的に利用し、圧力制御用コントロール弁とオリフィスとの間の流体通路の内容積縮小に寄与し得る。
【００３２】
また、圧力検知室の高さ寸法を規定するリングガスケットを、シール面を内周面側に偏らせた断面形状とすることで、シール能力確保のために必要とされるシール面の面積を保持しつつ、内周面を平坦面に近づけて、内周面で囲まれる空間容積を縮小し、圧力制御用コントロール弁とオリフィスとの間の流体通路の内容積縮小に寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る圧力式流量制御装置の第1実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の一点鎖線円で囲んだ部分の拡大図である。
【図３】図１の圧力式流量制御装置に装着されているリングガスケットの拡大断面図である。
【図４】本発明に係る圧力式流量制御装置と従来の圧力式流量制御装置の圧力降下時間（立下がり時間）を示すグラフである。
【図５】本発明に係る圧力式流量制御装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図６】従来の圧力式流量制御装置を示す基本構成図である。
【図７】従来の各種形式の圧力式流量清書御装置を示す概略構成図である。
【図８】従来の圧力式流量制御装置を示す要部断面図である。
【図９】従来の圧力式流量制御装置（ＦＣＳ−Ｎ型）の連続ステップ時の立下がり応答特性の一例を示すグラフである。
【図１０】従来の圧力式流量制御装置に装着されているリングガスケットの拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明に係る圧力式流量制御装置の実施形態について、以下に図１〜図５を参照して説明する。
【００３５】
図１は本発明に係る圧力式流量制御装置の第１実施形態の断面図を示し、図２は図１の一点鎖線の円で囲んだ部分の拡大図を示している。圧力式流量制御装置１は、流体入口２と流体出口３との間を連通する流体通路４を設けた本体５と、本体５に固定されて流体通路４を開閉する圧力制御用コントロール弁ＣＶと、圧力制御用コントロール弁ＣＶの下流側の流体通路４に介在させたオリフィスＯＬと、本体５に固定されて圧力制御用コントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬとの間の流体通路４の内圧を検出する圧力センサＰ１と、を備え、流体通路４は、圧力制御用コントロール弁ＣＶと圧力センサＰ１の圧力検知面Ｐ１ａ（図２）上の圧力検知室４ｂとを接続する第１通路部４ａと、第１通路部４ａと離間して圧力検知室４ｂとオリフィスＯＬとを接続する第２通路部４ｃとを備えることにより、流体通路４が圧力検知室を経由するように構成されている。
【００３６】
図１に示された第１実施形態の圧力式流量制御装置１は、前述の所謂ＦＣＳ−ＷＲ型であり、オリフィスＯＬの下流側の流体通路４の内圧を検出する第２圧力センサＰ２が装着されている。なお、図１において、１０はプリント配線板に電子部品が実装された制御板、１１はケーシング、１２は接続用コネクタである。
【００３７】
本体５は、入口側ブロック５ａ、本体ブロック５ｂ、及び、出口側ブロック５ｃをボルトで連結して一体化されている。入口側ブロック５ａに流体入口２が形成されている。入口側ブロック５ａと本体ブロック５ｂとの間の流体通路４の連結箇所には、金属製ガスケット１３が介在されている。また、本体ブロック５ｂと出口側ブロック５ｃとの間の流体通路４の連結箇所には、オリフィスＯＬ（微小孔であるため図面上は明確に現れていない。）が中心部に形成されたオリフィスプレート７を挟持している金属製ガスケット１４、１５が介在されている。出口側ブロック５ｃに流体出口３が形成されている。
【００３８】
圧力制御用コントロール弁ＣＶは、公知の金属製ダイヤフラム弁体ＣＶａとピエゾ駆動素子ＣＶｂを用いた開閉弁であり、ピエゾ駆動素子ＣＶｂへの通電によりこれが伸長し、円筒体ＣＶｃを弾性体ＣＶｄの弾力に抗して上方へ押し上げることにより弁体押えＣＶｅが上方へ移動し、ダイヤフラム弁体ＣＶａが自己弾性力により湾曲形状に復元して弁座５ｅから離座し、弁が開放される。また、弁開度は、ピエゾ駆動素子ＣＶｂへの印加電圧を変動することにより調節される。
【００３９】
圧力センサＰ１は、半導体ひずみゲージが表面に形成されたダイヤフラムを備え、その表面が圧力検知面(受圧面)となり、そこにかかる圧力によって変形して発生するピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を電気信号に変換することで、圧力を検出する。
【００４０】
圧力センサＰ１は、本体ブロック５ｂの底面に形成された凹部５ｄにリングガスケット１６を介して挿入され、押え螺子１７によって固定されている。このように圧力センサＰ１を凹部５ｄに挿着することにより、凹部５ｄの内底面とリングガスケット１６と圧力センサＰ１の受圧面である圧力検知面Ｐ１ａとによって囲まれた圧力検知室４ｂが形成されている。
【００４１】
圧力制御用コントロール弁ＣＶの金属製ダイヤフラム弁体ＣＶａが接離する弁座５ｅは、ダイヤフラム弁体ＣＶａの中央部の位置に形成される。図示例においては、圧力制御用コントロール弁ＣＶのダイヤフラム弁体ＣＶａの外周縁部と弁座５ｅとの間隙４ｅを通してガスを流入させ、弁座５ｅの中央からガスを流出させる構造としている。これは、図８に示した従来の圧力制御用コントロール弁の流体の流れ方向とは逆向きになっており、このような構造とすることにより、ダイヤフラム弁体ＣＶａを閉じた状態で圧力制御用コントロール弁ＣＶとオリフィスＯＬとの間の流体通路４の内容積を従来構造よりも減少させることができる。
【００４２】
圧力センサＰ１は、圧力制御用コントロール弁ＣＶの下方に配設されており、第１通路部４ａは、圧力制御用コントロール弁ＣＶから圧力検知室４ｂに垂下するように構成されている。それによって、第１通路部４ａは最短距離で圧力制御用コントロール弁ＣＶと圧力検知室４ｂとをつなぐことができるので、第１通路部４ａの内容積が縮小され得る。
【００４３】
また、第１通路部４ａはその内容積を出来るだけ小さくするためには、できるだけ小さい孔径とすることが好ましく、例えば、直径０．５〜１．０ｍｍとすることができる。また、第１通路部４ａはその内容積を出来るだけ小さくするためには、第１通路部４ａの長さはできるだけ短い方が好ましく、圧力センサＰ１をダイヤフラム弁体ＣＶａにできるだけ近づけて配置することで、短くすることができる。
【００４４】
第１通路部４ａと第２通路部４ｃは、圧力検知室４ｂの両端部に接続されている。そうすることにより、圧力検知室４ｂを流体通路４として最大限利用することで、流体通路４の内容積を小さくすることができる。すなわち、圧力検知室４ｂの空間容積は不可避であるため、これを流体通路として利用することで、流体通路４の内容積を減少させ得る。
【００４５】
圧力検知室４ｂの内容積もできるだけ小さくすることが望まれるが、圧力センサＰ１の受圧面を構成するダイヤフラムはステンレス等で形成されており、高温になると膨張し、凹部５ｄの内底面側に膨らんで盛り上がるので、圧力センサＰ１のダイヤフラムの熱膨張を圧力検知室４ｂが許容し得る程度の深さ寸法とする必要がある。例えば、ある種の圧力センサのダイヤフラムは、１００℃で０．１３ｍｍ程度膨れ上がり、圧力検知室４ｂの深さ寸法、即ち凹部５ｄの内底面と圧力検知面Ｐ１ａ（非変形時）との距離は、例えば、０．１３〜０．３０ｍｍとされる。リングガスケット１６は、ステンレス等で形成され、鏡面仕上げ、真空炉での固溶化熱処理等が施され、高精度に仕上げられる。
【００４６】
リングガスケット１６は、ガスケットとしてのシール性を担保するためシール面が一定以上の面圧を確保する必要があるが、シール面の面積を大きくすると圧力センサＰ１の固定に必要なトルクも大きくなる。圧力検知室Ｐ１ａの内容積を少しでも小さくしつつ、所要面積のシール面を保ち、しかも、材料費が増えないようにするために、図３に示すように、両側のシール面１６ａ、１６ｂが内周面１６ｃの側に偏って形成されている。
【００４７】
図示例では、リングガスケット１６は、内周面１６ｃと両側のシール面１６ａ、１６ｂとの間の内側テーパー面１６ｄ、１６ｅが、外周面１６ｆと両側のシール面１６ａ、１６ｂとの間の外側テーパー面１６ｇ、１６ｈより小さくなっている。内側テーパー面１６ｄ、１６ｅは無くして、内周面１６ｃと両側のシール面１６ａ、１６ｂとを直角にしてもよい。
【００４８】
このようにシール面１６ａ、１６ｂを内周面１６ｃの側に偏った断面形状とすることで、従来のリングガスケット（図１０参照）に比べて、圧力検知室４ｂの内容積を小さくすることができる。
【００４９】
図４は、図１に示した構造の圧力式流量制御装置と、図８に示した従来タイプの圧力式流量制御装置とで、流体出口の真空チャンバに接続し、窒素ガスを所定流量で制御している途中で圧力制御用コントロール弁を閉じ、流量が１００％から１％になるまでの立下がり時間を其々の内容積から算出し、比較した棒グラフである。図４のグラフにおいて、横軸は、流量レンジであり、右へいくほど制御流量が大きいタイプのものであり、縦軸は立下がり時間である。この棒グラフから、本発明の実施形態による圧力式流量制御装置は、従来の圧力式流量制御装置に比較して、大幅に立下がり時間を短縮し得ることが分かる。また、本発明の実施形態による圧力式流量制御装置では、殆どの流量レンジにおいて、立下がり時間を１秒以下に短縮することが可能になると考えられる。
【００５０】
図５は、本発明に係る圧力式流量制御装置の第２実施形態を示す断面図である。図１の実施形態と同様の構成部分には同符号を付して重複説明を省略する。
【００５１】
第２実施形態の圧力式流量制御装置１は、上記第１実施形態の第２通路部４ｃに代えて、第１通路部４ａに接続された第３通路部４ｆを備えている点が上記第１実施形態と相違し、その他の構成は、上記第１実施形態と同様である。第２実施形態においても、圧力制御用コントロール弁ＣＶと圧力センサＰ１の配置、及び、第１通路部４ａの配置構成を第１実施形態と同様にしたことにより、立下がり時間に関与する流体通路４の内容積を小さくすることができる。
【００５２】
本発明は、上記実施形態に限定解釈されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  圧力式流量制御装置
２  流体入口
３  流体出口
４  流体通路
４ａ  第１通路部
４ｂ  圧力検知室
４ｃ  第２通路部
４ｆ  第３通路部
５  本体
５ｄ  凹部
ＣＶ  圧力制御用コントロール弁
ＣＶａ  金属製ダイヤフラム弁体
ＯＬ  オリフィス
Ｐ１  圧力センサ
Ｐ１ａ  圧力検知面
１６  リングガスケット
【図１】
2018136986.tif 000003
【図２】
2018136986.tif 000004
【図３】
2018136986.tif 000005
【図４】
2018136986.tif 000006
【図５】
2018136986.tif 000007
【図６】
2018136986.tif 000008
【図７】
2018136986.tif 000009
【図８】
2018136986.tif 000010
【図９】
2018136986.tif 000011
【図１０】
2018136986.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月25日(2018.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口と流体出口との間を連通する流体通路を設けた本体と、
該本体に固定されて前記流体通路を開閉する圧力制御用コントロール弁と、
前記圧力制御用コントロール弁の下流側の前記流体通路に介在させたオリフィスと、
前記本体に固定されて前記圧力制御用コントロール弁と前記オリフィスとの間の前記流体通路の内圧を検出する圧力センサと、を備え、
前記圧力センサは、前記本体の底面に形成された凹部にリングガスケットを介して挿着され、前記圧力センサの圧力検知面上に形成された圧力検知室は、前記凹部の内底面と前記リングガスケットと前記圧力センサの圧力検知面とで囲まれており、
前記圧力センサは、前記リングガスケットの内側に挿入される突出部を有し、前記突出部の表面に設けられた前記圧力検知面が前記リングガスケットの内側に配置されている、圧力式流量制御装置。
【請求項２】
前記圧力センサの前記突出部の外周面と、前記リングガスケットの内周面との間に隙間が設けられている、請求項１に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項３】
前記流体通路は、前記圧力制御用コントロール弁と前記圧力検知室とを接続する第１通路部と、前記第１通路部と離間して前記圧力検知室と前記オリフィスとを接続する第２通路部とを備え、前記圧力検知室を経由するように構成されている、請求項１または２に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項４】
前記圧力制御用コントロール弁の下方に前記圧力センサが配設され、前記第１通路部は、前記圧力制御用コントロール弁から前記圧力検知室に垂下するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項５】
前記圧力制御用コントロール弁が金属製ダイヤフラム弁体を備え、前記第１通路部は、前記圧力制御用コントロール弁の前記金属製ダイヤフラム弁体の中心部から垂下するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項６】
前記第１通路部が、前記圧力検知室の端部に接続されていることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の圧力式流量制御装置。
【請求項７】
前記第２通路部が、前記圧力検知室の端部に接続されていることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の圧力式流量制御装置。
【請求項８】
前記第２通路部が、前記圧力検知室の前記第１通路部とは反対側の端部に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の圧力式流量制御装置。
【請求項９】
前記リングガスケットは、両側のシール面が内周面側に偏って形成されている、請求項１から８のいずれかに記載の圧力式流量制御装置。
【請求項１０】
前記リングガスケットは、両側のシール面、内周面、外周面、前記内周面と両側のシール面との間の内側テーパー面、及び、前記外周面と両側のシール面との間の外側テーパー面を備え、前記内側テーパー面が前記外側テーパー面より小さいことを特徴する請求項１から９のいずれかに記載の圧力式流量制御装置。
【請求項１１】
前記圧力検知室において、前記凹部の内底面と前記圧力検知面との距離が０．１３〜０．３０ｍｍである、請求項１から１０の何れかに記載の圧力式流量制御装置。
【請求項１２】
前記第１通路部と前記第２通路部とは、前記圧力検知室の対向する端部に接続されており、前記圧力検知室は、前記本体の底面に形成された前記凹部の平面状をなす内底面と、前記リングガスケットの内周面と、前記圧力センサの圧力検知面とによって囲まれた層状の空間を含み、前記層状の空間を経由して前記第１通路部から前記第２通路部に流体が流れるように構成されている、請求項３に記載の圧力式流量制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
従前から、半導体製造装置用等の原料ガス供給装置に於いては、供給ガスの流量制御に熱式流量制御装置や圧力式流量制御装置が広く利用されている。特に、図６に示すように、圧力式流量制御装置ＦＣＳ（登録商標）は、圧力制御用コントロール弁ＣＶ、温度検出器Ｔ、圧力センサＰ、オリフィスＯＬ、温度補正・流量演算回路ＣＤａと比較回路ＣＤｂと入出力回路ＣＤｃと出力回路ＣＤｄ等から成る演算制御部ＣＤ等から構成されており、一次側供給圧が大きく変動しても安定した流量制御が行えるという優れた流量特性を具備している。
【手続補正３】
【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】
【図１】本発明に係る圧力式流量制御装置の第1実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の一点鎖線円で囲んだ部分の拡大図である。
【図３】図１の圧力式流量制御装置に装着されているリングガスケットの拡大断面図である。
【図４】本発明に係る圧力式流量制御装置と従来の圧力式流量制御装置の圧力降下時間（立下がり時間）を示すグラフである。
【図５】本発明に係る圧力式流量制御装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図６】従来の圧力式流量制御装置を示す基本構成図である。
【図７】従来の各種形式の圧力式流量制御装置を示す概略構成図である。
【図８】従来の圧力式流量制御装置を示す要部断面図である。
【図９】従来の圧力式流量制御装置（ＦＣＳ−Ｎ型）の連続ステップ時の立下がり応答特性の一例を示すグラフである。
【図１０】従来の圧力式流量制御装置に装着されているリングガスケットの拡大断面図である。