(57)【要約】【課題】流体の清浄度をより高い状態で一定流量を維持し、しかも流体流量域の設定変更可能とする流量制御弁と、流量制御装置を提供する。【解決手段】流量制御弁１０Ａは、第２チャンバ２２に第１ダイヤフラム３０とともに進退動する第１棒状可動部４０が配置され、第４チャンバ２７に第２ダイヤフラム３５とともに進退動する第２棒状可動部５０が配置され、第１及び第２棒状可動部４０，５０と係合するとともに長手方向の中点位置で揺動可能に軸支され、一の棒状可動部４０（５０）の変動を他の棒状可動部５０（４０）に伝達するシーソー部材８０が配置されており、絞り部１５前後の圧力変動により生じた第１及び第２ダイヤフラム３０，３５の進退動はシーソー部材８０の回動を介して互いのダイヤフラム３０，３５に伝達されて、第１及び第２ダイヤフラム３０，３５の進退動を通じて弁体３８を弁座１６に対して進退動させる。【選択図】図１
2015179762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被制御流体の流入部に接続された流入側チャンバと被制御流体の流出部に接続された流出側チャンバの間の流路に設けられた絞り部と、前記流出側チャンバに形成された弁座を有する弁本体部と、
前記流入側チャンバに配置され該流入側チャンバを被制御流体と接する第１チャンバと該第１チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第２チャンバとに区画し、前記第１チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ加圧手段によって常時一定圧力で前記第１チャンバ側に加圧される第１ダイヤフラムと、
前記流出側チャンバに配置され該流出側チャンバを被制御流体と接する第３チャンバと該第３チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第４チャンバとに区画し、前記第３チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ前記弁座に対し進退動する弁体を備えた第２ダイヤフラムを有し、
前記第２チャンバに前記第１ダイヤフラムとともに進退動する第１棒状可動部が配置され、かつ、前記第４チャンバに前記第２ダイヤフラムとともに進退動する第２棒状可動部が配置され、
前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部と係合するとともに長手方向の中点位置で揺動可能に軸支され、一の棒状可動部の変動を他の棒状可動部に伝達するシーソー部材が配置されており、
前記絞り部前後の圧力変動により生じた前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの進退動は前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部と当接する前記シーソー部材の回動を介して互いのダイヤフラムに伝達されて、前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの進退動を通じて前記弁体を前記弁座に対して進退動させ被制御流体の流量を一定に保持するようにした
ことを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部が点接触により前記シーソー部材と係合している請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記シーソー部材の長手方向の両端に係合穴が形成され、前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部の前記シーソー部材と対面する端部に係合ピンが設けられ、前記係合穴に前記係合ピンが挿通されて前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部に前記シーソー部材が接続されている請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記加圧手段がばねである請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項５】
前記加圧手段が加圧気体である請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項６】
前記絞り部には絞り開口部が形成されており、前記絞り開口部に対して進退することによって前記絞り部を通過する被制御流体の流量を制御する絞り制御弁体と、前記絞り制御弁体を進退動させる絞り制御弁体進退手段が備えられる請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項７】
前記絞り制御弁体進退手段がモータである請求項６に記載の流量制御弁。
【請求項８】
前記絞り制御弁体進退手段が進退調節加圧気体である請求項６に記載の流量制御弁。
【請求項９】
前記絞り制御弁体進退手段がねじ部材である請求項６に記載の流量制御弁。
【請求項１０】
前記絞り開口部が平坦状の絞り弁座として形成され、かつ前記絞り弁座と対抗する前記絞り制御弁体の先端も平板状に形成されている請求項６に記載の流量制御弁。
【請求項１１】
請求項６に記載の流量制御弁と、被制御流体の流量検知部と、演算部とを備え、
前記流量制御弁及び前記流量検知部が、被制御流体の供給部と被制御流体の流体混合部との間の流体配管に接続していることを特徴とする流量制御装置。
【請求項１２】
前記絞り制御弁体進退手段を制御する信号を生成する制御部が設けられる請求項１１に記載の流量制御装置。
【請求項１３】
前記演算部が前記流量検知部の流量計測値に基づいてフィードバック制御を行う請求項１１に記載の流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流量制御弁及びこれを用いた流量制御装置に関し、特に所定の流体流量に一定化または可変後の流体流量を一定化する機能を備えた流量制御弁と、当該流量制御弁を備えた流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程では、シリコンウエハ（基板）表面を希釈した薬液で洗浄する処理等が行われる。これは、パーティクルや金属汚染物、酸化膜等を除去することを目的としており、複数種の薬液や純水を適当な比率で混合した処理液が使用される。処理液には、ＡＰＭ（アンモニアと過酸化水素水と純水）、ＨＰＭ（塩酸と過酸化水素水と純水）、ＤＨＦ（フッ酸と純水）、ＳＰＭ（硫酸と過酸化水素水）等が挙げられる。例えば、この洗浄処理が枚葉式の装置で実施される場合、水平に保持されて回転しているウエハの表面に処理液等が供給される。
【０００３】
枚葉式の洗浄装置では、混合された処理液がタンクに貯蔵されておりその処理液をウエハへ供給するキャビネット方式と、ウエハ直前で混合した処理液を直接供給するインラインミキシング方式がある。装置には流体の混合部があり、高濃度の薬液（原液）や純水が流通する配管が接続され、混合液の生成が行われる。ウエハを１枚ずつ処理する枚葉式の装置によるとウエハ表面に供給される混合液は少量であり、インライン方式を用いる場合、混合部への供給される薬液は微少量となる。例えば、ＤＨＦの生成では、フッ酸と純水の流量比は１：１００であり、純水の流量が２．０Ｌ／ｍｉｎに設定されていると、必要なフッ酸の流量は０．０２Ｌ／ｍｉｎとなる。このような微少量の薬液を制御する必要がある処理では、わずかな流量変化によりその洗浄効果に大きなばらつきが生じてしまう。そのため、混合部に対し薬液や純水を高精度に供給することができる定流量弁が必要となる。
【０００４】
また、半導体製造における大規模集積化、加工の微細化が進み、国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）において、２０１４年に２４ｎｍプロセスとなることが定められている。プロセスで表される数字（２４ｎｍ）は、ＭＰＵにおける最下層の最も狭い配線のピッチ（線幅＋線間隔）の半分（ハーフピッチ）として定義されている。このように配線幅が定められる中にあっては、半導体製造工程内における流体の流通経路に微細なゴミ（パーティクル）の混入は、製品の歩留まりに大きな影響を与える。パーティクルは、配線ピッチの４分の１（２０１４年のプロセスの場合、１２ｎｍ）以下とする必要があることから、流体の清浄度を維持しながら流通させる部材は大きな意味を持つ。
【０００５】
特許文献１に開示の定流量弁では、同軸上に配置された複数のダイヤフラムが被制御流体の圧力に対し一体に変動するように構成されている。流入部側に存在する弁座には、各ダイヤフラムと一体に変動する弁体がバルブの開閉動作を行う。これらにより、定流量弁内における差圧が調節されることで被制御流体の流出量を所定の流量に制御することが可能となる。また、流路構造は被制御流体を滞留させることがなく、差圧調節を簡単にできて応答性がよい。
【０００６】
しかし、微少流量域で制御を行う場合は、狭い開度で弁体を進退させる必要がある。この定流量弁では、複数のダイヤフラムが軸部で連結され、弁座が形成される流路内に前記軸部を挿通した構成である。このため、制御時の弁体の動作により、弁座と弁体が摺動するおそれがある。
【０００７】
特許文献２に開示の流量制御装置では、一次側流体に圧力変動が発生した場合に、第１圧力制御弁部によって第１圧力制御弁部の二次側が所定圧力に維持されて流量が制御される。一方、二次側流体に圧力変動が発生した場合に、第２圧力制御弁部によって第２圧力制御弁部の一次側が所定圧力に維持されて流量が制御される。従って、流量制御装置の一次側または二次側において圧力変動が発生した場合であっても、流体流量の安定化を高精度で実現することが可能である。
【０００８】
しかしながら、上記の流量制御装置では、二次側において流体の流出が停止される等により、流量制御装置内の流体圧力が上昇する場合がある。その際、第１圧力制御弁部が急激な閉動作を行うことによって、第１圧力制御弁部の弁座に対して弁体が強く衝突するおそれがある。
【０００９】
従来の定流量弁や流量制御装置にあっては、それぞれ上記のような作動により弁座と弁体等とが想定外の接触をして発塵する可能性も懸念される。そのため、微少流量を高精度で供給することが可能であり、さらに高い清浄度を維持することが可能な装置が求められている。
【００１０】
さらに、上記の要求を満たすとともに、所望の流量に設定を変更することができ、しかも当該変更後においても一定流量を維持することができれば、装置の集約も進む。特に、微少流量域における定流量化及び流量自体の制御を実現する装置があれば、これまで以上に流体供給の利便性が高まり、また、流体の清浄度をより保つことができる。そこで、流体流量の定流量化及び流量自体の制御を一括して実現する新たな装置が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４０２２４３８号公報      （対応特許：ＵＳ  ６８０５１５６Ｂ２，ＥＰ  １３２１８４１Ｂ１）
【特許文献２】特開２００７−１０２７５４号公報      （対応特許：ＵＳ  ２００７／００５６６４０Ａ１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記の点に鑑みなされたものであり、弁座と弁体等との想定外の接触を抑制して流体の清浄度をより高い状態に保つとともに、流体を一定流量に維持する流量制御弁と、これを用いた流量制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、請求項１の発明は、被制御流体の流入部に接続された流入側チャンバと被制御流体の流出部に接続された流出側チャンバの間の流路に設けられた絞り部と、前記流出側チャンバに形成された弁座を有する弁本体部と、前記流入側チャンバに配置され該流入側チャンバを被制御流体と接する第１チャンバと該第１チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第２チャンバとに区画し、前記第１チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ加圧手段によって常時一定圧力で前記第１チャンバ側に加圧される第１ダイヤフラムと、前記流出側チャンバに配置され該流出側チャンバを被制御流体と接する第３チャンバと該第３チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第４チャンバとに区画し、前記第３チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ前記弁座に対し進退動する弁体を備えた第２ダイヤフラムを有し、前記第２チャンバに前記第１ダイヤフラムとともに進退動する第１棒状可動部が配置され、かつ、前記第４チャンバに前記第２ダイヤフラムとともに進退動する第２棒状可動部が配置され、前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部と係合するとともに長手方向の中点位置で揺動可能に軸支され、一の棒状可動部の変動を他の棒状可動部に伝達するシーソー部材が配置されており、前記絞り部前後の圧力変動により生じた前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの進退動は前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部と当接する前記シーソー部材の回動を介して互いのダイヤフラムに伝達されて、前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの進退動を通じて前記弁体を前記弁座に対して進退動させ被制御流体の流量を一定に保持するようにしたことを特徴とする流量制御弁に係る。
【００１４】
請求項２の発明は、前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部が点接触により前記シーソー部材と係合している請求項１に記載の流量制御弁に係る。
【００１５】
請求項３の発明は、前記シーソー部材の長手方向の両端に係合穴が形成され、前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部の前記シーソー部材と対面する端部に係合ピンが設けられ、前記係合穴に前記係合ピンが挿通されて前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部に前記シーソー部材が接続されている請求項１に記載の流量制御弁に係る。
【００１６】
請求項４の発明は、前記加圧手段がばねである請求項１に記載の流量制御弁に係る。
【００１７】
請求項５の発明は、前記加圧手段が加圧気体である請求項１に記載の流量制御弁に係る。
【００１８】
請求項６の発明は、前記絞り部には絞り開口部が形成されており、前記絞り開口部に対して進退することによって前記絞り部を通過する被制御流体の流量を制御する絞り制御弁体と、前記絞り制御弁体を進退動させる絞り制御弁体進退手段が備えられる請求項１に記載の流量制御弁に係る。
【００１９】
請求項７の発明は、前記絞り制御弁体進退手段がモータである請求項６に記載の流量制御弁に係る。
【００２０】
請求項８の発明は、前記絞り制御弁体進退手段が進退調節加圧気体である請求項６に記載の流量制御弁に係る。
【００２１】
請求項９の発明は、前記絞り制御弁体進退手段がねじ部材である請求項６に記載の流量制御弁に係る。
【００２２】
請求項１０の発明は、前記絞り開口部が平坦状の絞り弁座として形成され、かつ前記絞り弁座と対抗する前記絞り制御弁体の先端も平板状に形成されている請求項６に記載の流量制御弁に係る。
【００２３】
請求項１１の発明は、請求項６に記載の流量制御弁と、被制御流体の流量検知部と、演算部とを備え、前記流量制御弁及び前記流量検知部が、被制御流体の供給部と被制御流体の流体混合部との間の流体配管に接続していることを特徴とする流量制御装置に係る。
【００２４】
請求項１２の発明は、前記絞り制御弁体進退手段を制御する信号を生成する制御部が設けられる請求項１１に記載の流量制御装置に係る。
【００２５】
請求項１３の発明は、前記演算部が前記流量検知部の流量計測値に基づいてフィードバック制御を行う請求項１１に記載の流量制御装置に係る。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の発明に係る流量制御弁によると、被制御流体の流入部に接続された流入側チャンバと被制御流体の流出部に接続された流出側チャンバの間の流路に設けられた絞り部と、前記流出側チャンバに形成された弁座を有する弁本体部と、前記流入側チャンバに配置され該流入側チャンバを被制御流体と接する第１チャンバと該第１チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第２チャンバとに区画し、前記第１チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ加圧手段によって常時一定圧力で前記第１チャンバ側に加圧される第１ダイヤフラムと、前記流出側チャンバに配置され該流出側チャンバを被制御流体と接する第３チャンバと該第３チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第４チャンバとに区画し、前記第３チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ前記弁座に対し進退動する弁体を備えた第２ダイヤフラムを有し、前記第２チャンバに前記第１ダイヤフラムとともに進退動する第１棒状可動部が配置され、かつ、前記第４チャンバに前記第２ダイヤフラムとともに進退動する第２棒状可動部が配置され、前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部と係合するとともに長手方向の中点位置で揺動可能に軸支され、一の棒状可動部の変動を他の棒状可動部に伝達するシーソー部材が配置されており、前記絞り部前後の圧力変動により生じた前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの進退動は前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部と当接する前記シーソー部材の回動を介して互いのダイヤフラムに伝達されて、前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの進退動を通じて前記弁体を前記弁座に対して進退動させ被制御流体の流量を一定に保持するようにしたため、弁座と弁体等との想定外の接触を抑制して流体の清浄度をより高い状態で一定流量を維持し、しかも流通する流体流量域の設定を変更可能として装置の集約を進めることができる。
【００２７】
請求項２の発明に係る流量制御弁によると、請求項１の発明において、前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部が点接触により前記シーソー部材と係合しているため、一の可動部に生じた変動を他の可動部に効率よく伝達することができる。
【００２８】
請求項３の発明に係る流量制御弁によると、請求項１の発明において、前記シーソー部材の長手方向の両端に係合穴が形成され、前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部の前記シーソー部材と対面する端部に係合ピンが設けられ、前記係合穴に前記係合ピンが挿通されて前記第１棒状可動部及び前記第２棒状可動部に前記シーソー部材が接続されているため、一の可動部に生じた変動を他の可動部に効率よく伝達することができる。また、各可動部とシーソー部材の接続状態が維持されているため、伝達もより円滑となる。
【００２９】
請求項４の発明に係る流量制御弁によると、請求項１の発明において、前記加圧手段がばねであるため、安価かつ簡易な構成で第１ダイヤフラムを付勢することができる。
【００３０】
請求項５の発明に係る流量制御弁によると、請求項１の発明において、前記加圧手段が加圧気体であるため、第１ダイヤフラムの第１チャンバ側への加圧を加圧気体の供給圧力に応じて適時変化可能となる。
【００３１】
請求項６の発明に係る流量制御弁によると、請求項１の発明において、前記絞り部には絞り開口部が形成されており、前記絞り開口部に対して進退することによって前記絞り部を通過する被制御流体の流量を制御する絞り制御弁体と、前記絞り制御弁体を進退動させる絞り制御弁体進退手段が備えられるため、流通する流体流量域の設定を変更可能として装置の集約を進めることができる。
【００３２】
請求項７の発明に係る流量制御弁によると、請求項６の発明において、前記絞り制御弁体進退手段がモータであるため、絞り制御弁体の進退量を精度良く再現することができる。
【００３３】
請求項８の発明に係る流量制御弁によると、請求項６の発明において、前記絞り制御弁体進退手段が進退調節加圧気体であるため、絞り制御弁体の進退の応答性を高めることができる。
【００３４】
請求項９の発明に係る流量制御弁によると、請求項６の発明において、前記絞り制御弁体進退手段がねじ部材であるため、開度調整に関連する部材を簡素化し、構造を簡単にすることができる。
【００３５】
請求項１０の発明に係る流量制御弁によると、請求項６の発明において、前記絞り開口部が平坦状の絞り弁座として形成され、かつ前記絞り弁座と対抗する前記絞り制御弁体の先端も平板状に形成されているため、微少流量域の流量制御に対応することができ、軸のずれから弁体の弁座側への接触を防ぐことができる。
【００３６】
請求項１１の発明に係る流量制御装置によると、請求項６に記載の流量制御弁と、被制御流体の流量検知部と、演算部とを備え、前記流量制御弁及び前記流量検知部が、被制御流体の供給部と被制御流体の流体混合部との間の流体配管に接続しているため、装置全体の小型化が進む。また、被制御流体と接触する部材数は抑制され、被制御流体の清浄度は維持されやすい。
【００３７】
請求項１２の発明に係る流量制御装置によると、請求項１１の発明において、前記絞り制御弁体進退手段を制御する信号を生成する制御部が設けられるため、絞り制御弁進退手段の円滑な制御が可能である。
【００３８】
請求項１３の発明に係る流量制御装置によると、請求項１１の発明において、前記演算部が前記流量検知部の流量計測値に基づいてフィードバック制御を行うため、流量制御弁の二次側（下流側）に生じた流量変化に直ちに応答して、被制御流体の流量の増減を行い、常時一定の流量で被制御流体を流通させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図２】第１実施例の第１ダイヤフラムが後退した状態の縦断面図である。
【図３】第１実施例の第１ダイヤフラムが前進した状態の縦断面図である。
【図４】第２実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図５】第３実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図６】第３実施例のシーソー部材の変動を表した部分縦断面図である。
【図７】第４実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図８】第４実施例の絞り制御弁体が前進した状態の縦断面図である。
【図９】第４実施例の絞り制御弁体付近の主要部拡大図である。
【図１０】第５実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図１１】第６実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図１２】本発明の流量制御装置を組み入れた基板処理装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明に規定し、図示する各実施例の流量制御弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｘ，１０Ｙ，及び１０Ｚは、主に半導体製造工場や半導体製造装置等の流体管路に配設され、流体の流通制御に用いられる。具体的に、当該流量制御弁は、シリコンウエハの洗浄等に用いる超純水や、フッ酸、過酸化水素水、アンモニア水、塩酸等の各種処理に用いる薬液の流通流量を一定化する機能を備えた弁である。さらには、その内部を流通する流体流量を所望の流量域に可変することも可能な弁である。
【００４１】
流量制御弁１０Ａ，１０Ｂ，及び１０Ｃは単一の弁内において定流量機能を発揮する弁である。そして、流量制御弁１０Ｘ，１０Ｙ，及び１０Ｚは、単一の弁内において定流量機能と可変制御機能の２種類の異なる機能を兼備する弁として位置づけられる。このような機能性のある弁であることから、設置に要する場所は少なくなる。加えて、複数の弁に別れていた機能を集約しているため、被制御流体の配管が簡素化され、被制御流体の清浄度は高められる。特に、本発明の流量制御弁はシリコンウエハの枚葉方式による洗浄に対応した被制御流体の制御に好適である。
【００４２】
第１ないし第３実施例の流量制御弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、流体流量を一定化する定流量機能を担う定流量機能部ＣＦのみを備えた構成である。これに対し、第４ないし第６実施例の流量制御弁１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚは、流体流量を一定化する定流量機能を担う定流量機能部ＣＦと所望の流量域に可変制御可能な可変制御機能部ＶＦｘ，ＶＦｙ，ＶＦｚの２箇所の部位を備えた構成である。定流量機能部ＣＦに含まれる弁本体部１１、第１ダイヤフラム３０、及び第２ダイヤフラム３５等と、可変制御機能部ＶＦｘ，ＶＦｙ，ＶＦｚの絞り制御弁体１２０等の主要部材には、前記の被制御流体による腐食、あるいは被制御流体の清浄度に影響を与えない性質が求められる。
【００４３】
各実施例の流量制御弁の主要構成部材は、いずれもＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ等のフッ素樹脂、またはステンレス鋼等の耐食性金属、もしくはこれらの組み合わせ等、その他の耐食性及び耐薬品性の高い材料によって形成される。特に、被制御流体と接触する部位の部材には前記の樹脂素材が用いられる。本願において図示し開示する各実施例の流量制御弁は、いずれもフッ素樹脂のブロックから切削により加工、形成される。
【００４４】
図１の縦断面図を用い、流通流量を一定化する機能を担う定流量機能部ＣＦを備えた第１ないし第３実施例の流量制御弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから説明する。弁本体部１１は、被制御流体の流入部１２に接続された流入側チャンバ２０と被制御流体の流出部１３に接続された流出側チャンバ２５の間の流路に設けられた絞り部１５と、流出側チャンバ２５に形成された弁座１６を有する。この弁本体部１１は、複数の本体ブロック１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを組み合わせて形成される。また、絞り部１５は、流路内の流体圧力を損失させて流入側チャンバ２０と流出側チャンバ２５の流体圧力に差圧を生じさせる。図の符号１７は流出側チャンバ２５と流出部１３とを接続する弁座１６の流出開口部である。
【００４５】
第１実施例の弁本体部１１では、本体ブロック１１Ａに流入部１２、流出部１３、絞り部１５、弁座１６がそれぞれ形成される。また、絞り部１５に絞り開口部１８が形成される。本体ブロック１１Ａと本体ブロック１１Ｂは組み合わされ、流入側チャンバ２０と流出側チャンバ２５が形成される。また、本体ブロック１１Ｂに本体ブロック１１Ｃと本体ブロック１１Ｄが組み合わされ、接続チャンバ７０が形成される。
【００４６】
流入側チャンバ２０は、第１ダイヤフラム３０により、被制御流体と接する側となる第１チャンバ２１と、第１チャンバ２１の背面側となり被制御流体と接しない側となる第２チャンバ２２に区画される。実施例の第１ダイヤフラム３０は、ダイヤフラム面となる肉薄の可動膜部３１と、可動膜部３１の外周に配置される外周部３２から構成される。第１ダイヤフラム３０は、第２チャンバ２２側に配置された第１棒状可動部４０に接続される。外周部３２は、本体ブロック１１Ａと本体ブロック１１Ｂとの間に狭着されて所定位置に固定される。図示の第１ダイヤフラム３０と第１棒状可動部４０は、機械的な接続ではなく互いに接触（当接）しているのみである。
【００４７】
第１チャンバ２１は本体ブロック１１Ａに形成される。流入部１２から絞り部１５へ至る流体の流路が第１チャンバ２１により構成される。第２チャンバ２２は本体ブロック１１Ｂに形成される。第１棒状可動部４０のピストン部４２を進退可能とするシリンダー部２３が第２チャンバ２２に形成される。図中の符号２４は第２チャンバ２２に接続された呼吸穴である。
【００４８】
第１棒状可動部４０の前端４１ａは第１ダイヤフラム３０に当接される。第１棒状可動部４０の後端４１ｂは第２チャンバ２２のシリンダー部２３を貫通して接続チャンバ７０内に突出して配置される。第１棒状可動部４０は第１ダイヤフラム３０の動きに合わせて進退動する。第１棒状可動部４０の後端４１ｂは第２チャンバ２２を構成する本体ブロック１１Ｃの保持部７１内に嵌挿されて保持される。そこで、第１棒状可動部４０の進退動は、第１ダイヤフラム３０に対する前後方向（紙面では上下方向）の動作となる。
【００４９】
流出側チャンバ２５は、第２ダイヤフラム３５により、被制御流体と接する側となる第３チャンバ２６と、第３チャンバ２６の背面側となり被制御流体と接しない側となる第４チャンバ２７に区画される。実施例の第２ダイヤフラム３５は、ダイヤフラム面となる肉薄の可動膜部３６と、可動膜部３６の外周に配置される外周部３７から構成される。第２ダイヤフラム３５は、第４チャンバ２７側に配置された第２棒状可動部５０に接続される。外周部３７は、本体ブロック１１Ａと本体ブロック１１Ｂとの間に狭着されて固定される。
【００５０】
第３チャンバ２６は本体ブロック１１Ａに形成される。被制御流体は絞り部１５から第３チャンバへ流入する。そこで、絞り部１５、流出開口部１７を介して流出部１３へ至る流体の流路が第３チャンバ２６により構成される。第４チャンバ２７は本体ブロック１１Ｂに形成される。第２棒状可動部５０のピストン部５２を進退可能とするシリンダー部２８が第４チャンバ２７に形成される。図中の符号２９は第４チャンバ２７に接続された呼吸穴である。
【００５１】
第２棒状可動部５０の前端５１ａは第２ダイヤフラム３５に接続される。第２棒状部材５０の後端５１ｂは第４チャンバ２７のシリンダー部２８を貫通して接続チャンバ７０内に突出して配置される。図示の第２ダイヤフラム３５と第２棒状可動部５０は螺合等により機械的に接続される。この第２棒状可動部５０は、第２ダイヤフラム３５の動きに連動して進退動する。第２棒状可動部５０の後端５１ｂは第４チャンバ２７を構成する本体ブロック１１Ｃの保持部７２内に嵌挿されて保持される。そこで、第２棒状可動部５０の進退動は、第２ダイヤフラム３５に対する前後方向（紙面では上下方向）の動作となる。
【００５２】
また、第２ダイヤフラム３５には弁体３８が備えられる。第２ダイヤフラム３５は第３チャンバ２６内の被制御流体の流体圧力を受圧し、弁座１６に対し弁体３８を進退動させる。弁体３８は弁座１６側に向かって突出して形成された突出部であり、実施例ではテーパ状に形成されている。弁体３８は弁座１６に対して接触して流出開口部１７を閉鎖（閉弁）することはなく、常時適度な間隙を形成する。むろん、第２ダイヤフラム３５に形成される弁体３８の形状は図示の円錐形状に限られず、円柱体等の適宜である。
【００５３】
第１ダイヤフラム３０及び第２ダイヤフラム３５による流入側チャンバ２０及び流出側チャンバ２５の区画から容易に理解できるように、流路を流通する被制御流体の接触（接液）部位は限定される。そのため、本発明の定流量弁内を流通する被制御流体は高い清浄度で維持される。
【００５４】
接続チャンバ７０は、図１に示すように、流入側チャンバ２０の第２チャンバ２２（シリンダー部２３）と、流出側チャンバ２５の第４チャンバ２７（シリンダー部２８）の双方を繋ぐ間に形成される。その接続チャンバ７０内にシーソー部材８０が配置される。シーソー部材８０は、第１棒状可動部４０及び第２棒状可動部５０と係合するとともに長手方向の中点位置で揺動可能に軸支され、一の棒状可動部４０（または５０）の変動を他の棒状可動部５０（または４０）に伝達する。第１実施例のシーソー部材８０は棒状部材８１からなり、長手方向の中点位置に揺動可能に軸支するための揺動軸部材８２が嵌挿されている。そして、揺動軸部材８２を軸中心として接続チャンバ７０内を上下方向に揺動する。そのため、一の可動部４０（または５０）に生じた変動を他の可動部５０（または４０）に効率よく伝達することができる。
【００５５】
第１棒状可動部４０及び第２棒状可動部５０の動作時に際し、第１棒状可動部４０または第２棒状可動部５０が浮き上がってしまうと、変動量が適切に伝達されなくなる。そこで、図示実施例では、第１棒状可動部４０の後端４１ｂは本体ブロック１１Ｃの保持部７１内に嵌挿されて保持され、浮き上がりや動きのぶれは抑制される。このため、図示の第１棒状可動部４０では、移動が上下方向となるように常時規制される。また、第２棒状可動部５０の後端５１ｂは本体ブロック１１Ｃの保持部７２内に嵌挿されて保持され、浮き上がりや動きのぶれは抑制される。このため、図示の第２棒状可動部５０でも、同様に移動が上下方向となるように常時規制される。
【００５６】
図示から理解されるように、第１棒状可動部４０の後端４１ｂと第２棒状可動部５０の後端５１ｂは、点接触によりシーソー部材８０と係合している。図１の第１実施例及び図４の第２実施例においては、第１棒状可動部４０の後端４１ｂに第１山状部４５が形成され、第２棒状可動部５０の後端５１ｂに第２山状部５５が形成される。そして、第１山状部４５の頂点部４５ａと、第２山状部５５の頂点部５５ａにおいてシーソー部材８０と点接触している。そのため、第１棒状可動部４０と第２棒状可動部５０のシーソー部材８０との接触部分が極めて少なくなり、シーソー部材８０の揺動時の摩擦が大幅に減少されて円滑に作動させることが可能となる。
【００５７】
上記のように、第１棒状可動部４０と第２棒状可動部５０は、それぞれ当接するシーソー部材８０の回動（揺動）を介して互いのダイヤフラムに変動を伝達する構成である。このことから、第１棒状可動部４０、第２棒状可動部５０、シーソー部材８０の棒状部材８１、及び揺動軸部材８２には摩擦抵抗を小さくする材料が好ましく選択される。また、必要によりグリスやコーティング処理等を行うことにより摩擦軽減は可能である。これにより、各棒状可動部４０，５０とシーソー部材８０との摩擦や棒状部材８１と揺動軸部材８２の摩擦は軽減され、より円滑に変動は伝達される。そこで、流量制御弁１０Ａでは、図２及び３に示すように、絞り部１５を挟みその前後となる第１チャンバ２１及び第３チャンバ２６において、被制御流体の流体圧力変動に伴い第１ダイヤフラム３０及び第２ダイヤフラム３５は進退動する。
【００５８】
例えば、図２のように、流量制御弁１０Ａの一次側圧力の上昇により第１ダイヤフラム３０側の被制御流体の流体圧力が高まると、第１棒状可動部４０は第１ダイヤフラム３０とともに後退し、その変動はシーソー部材８０の回動（揺動）を介して第２棒状可動部５０へ伝達される。これにより、第１ダイヤフラム３０から第２ダイヤフラム３５へ前進方向（弁座１６方向）の荷重が加わる。第２棒状可動部５０の降下を受けて第２ダイヤフラム３５及び弁体３８は弁座１６に対して前進し、流通開口部１７の開度は縮小される。
【００５９】
逆に図３のように、流量制御弁１０Ａの二次側圧力の上昇により第２ダイヤフラム３５側の被制御流体の流体圧力が高まると、第２ダイヤフラム３５側に第１ダイヤフラム３０からの荷重を押し戻す方向に作用が加わる。第２ダイヤフラム３５及び第２棒状可動部５０は弁体３８とともに弁座１６から後退し、流通開口部１７の開度が拡大される。そして、第２棒状可動部５０の変動がシーソー部材８０の回動（揺動）を介して第１棒状可動部４０へ伝達され、第１棒状可動部４０を通じて第１ダイヤフラム３０が前進する。
【００６０】
このように、第１，第２ダイヤフラム３０，３５は絞り部１５前後の被制御流体の圧力変動を受ける。そして、第１棒状可動部４０及び第２棒状可動部５０の変動はシーソー部材８０の回動（揺動）を介してそれぞれに伝達される。この結果、生じた変動は第２ダイヤフラム３５と弁体３８の進退動作に正確に反映され、弁体３８は弁座１６に対して進退動する。そこで、流出開口部１７の開度（開口量）は調整され、結果的に流量制御弁１０Ａを通過する被制御流体の流量は一定に維持される。
【００６１】
また、第１棒状可動部材４０及び第２棒状可動部材５０とシーソー部材８０との係合の例は、上記の例に限定されない。例えば、図５に示す第３実施例のように、第１棒状可動部材４０及び第２棒状可動部材５０とシーソー部材８０とを接続した構成とすることができる。図示から理解されるように、シーソー部材８０の長手方向の両端に係合穴８３Ａ，８３Ｂが形成され、第１棒状可動部４０及び第２棒状可動部５０のシーソー部材８０と対面する端部に係合ピン４６，５６が設けられ、係合穴８３Ａに第１棒状可動部４０側の第１係合ピン４６、係合穴８３Ｂに第２棒状可動部５０側の第２係合ピン５６が挿通されて第１棒状可動部４０及び第２棒状可動部５０にシーソー部材８０の棒状部材８１が接続される。各係合穴８３Ａ，８３Ｂは、係合ピン４６，５６に対して横長に形成される。そして、図６に示すように、シーソー部材８０の揺動時に係合ピン４６，５６が係合穴８３Ａ，８３Ｂ内を摺動可能とされる。このように、各可動部４０，５０とシーソー部材８０の接続状態が維持されているため、伝達もより円滑となる。
【００６２】
第３実施例においても第１棒状可動部４０，係合ピン４６，第２棒状可動部５０，係合ピン５６，シーソー部材８０の棒状部材８１と揺動軸部材８２を摩擦抵抗が小さい材料とし、必要によりグリスやコーティング処理等を行って摩擦軽減が可能である。これにより、各棒状可動部４０，５０の係合ピン４６，５６とシーソー部材８０や棒状部材８１と揺動軸部材８２の摩擦は軽減され、より円滑に変動は伝達される。
【００６３】
図示の流量制御弁１０Ａの定流量機能部ＣＦにおいて、第１ダイヤフラム３０は第１チャンバ２１内の被制御流体の圧力を受圧し、同時に加圧手段６０による常時一定圧力で第１チャンバ２１側に加圧される。具体的には、当該実施例の加圧手段６０はばね６１（コイルばね）であり、ばね６１は第４チャンバ２７のシリンダー部２８内に配置される。このばね６１により、第２棒状可動部５０は流出側チャンバ２５から離れる向きに付勢される。すると、図示し既述のとおり、第２棒状可動部５０及び第１棒状可動部４０として示す係合関係の順に従い、ばねの付勢に伴う動作は第１ダイヤフラム３０まで伝達される。よって、第１ダイヤフラム３０には流入側チャンバ２０側に常時一定の荷重が加わる。
【００６４】
第１実施例のように、加圧手段６０（ばね６１）を第２棒状可動部５０側に配置しているため、ばね６１の弾性によりピストン部５２は持ち上げられ、ピストン部５２と接続された第２ダイヤフラム３５も引き上げられる。そうすると、弁体３８には常時弁座１６から離れる作用が生じ、弁体３８の弁座１６への不用意な接触は回避される。また、加圧手段６０としてばね６１を採用していることにより、付勢のための機構は簡便となりその分安価にすることができる。
【００６５】
図４に示す第２実施例の流量制御弁１０Ｂでは、加圧手段６０として加圧気体（調圧気体）６２が用いられる。電空変換器６５（電空レギュレータ）から供給される加圧気体６２が流入口６３から第２チャンバ２２の流入部６６の中に流入する。また第２チャンバ２２の流入部６６内の気密を維持するためパッキン６４が配されている。そのため、流入した加圧気体６２により第２チャンバ２２の流入部６６の体積は膨張する。そのため、第１ダイヤフラム３０は第１チャンバ２１側に加圧される。第２実施例のように、加圧手段に加圧気体を用いる場合、第１ダイヤフラム３０の第１チャンバ２１側への加圧量は加圧気体の供給圧力に応じて適時変化可能となる。この例では、第１棒状可動部４０の前端４１ａは第１ダイヤフラム３０に螺合等により機械的に接続される。また、第２棒状可動部５０の前端５１ａは第２ダイヤフラム３５に当接される。
【００６６】
図５に示す第３実施例の流量制御弁１０Ｃでは、加圧手段６０（ばね６１）が第１棒状可動部４０側に配置され、第１棒状可動部４０が流入側チャンバ２０へ近づく向きに付勢される。第１棒状可動部４０と第２棒状可動部５０は係合ピン４６，５６によりシーソー部材８０を介して接続されているため、ばね６１の弾性によりピストン部５２は持ち上げられ、ピストン部５２と接続された第２ダイヤフラム３５も引き上げられる。従って、弁体３８には常時弁座１６から離れる作用が生じ、弁体３８の弁座１６への不用意な接触は回避される。
【００６７】
流量制御弁１０Ａを例に定流量機能部ＣＦにおける被制御流体の流量と流体圧力の関係について、図１を参照して説明する。以下の説明に際し、第１ダイヤフラム３０に加わる流体圧力を「Ｐ１」、第２ダイヤフラム３５に加わる流体圧力を「Ｐ２」、第２ダイヤフラム３５に加わる流出部１３側の流体圧力を「Ｐ３」、加圧手段６０により第１ダイヤフラムに加わる荷重（ばね６１のばね荷重）を「ＳＰ」、第１ダイヤフラム３０の有効受圧面積を「Ｓ１」、第２ダイヤフラム３５の有効受圧面積を「Ｓ２」、弁座１６の流通開口部１７の面積を「Ｓ３」とする。そして、被制御流体の流量を「Ｑ」、絞り部１５の開度面積により設定される流量係数を「Ａ」、絞り部１５の前後に生じる差圧（Ｐ１−Ｐ２）を「ΔＰ」として表す。なお、第１ダイヤフラム３０の有効受圧面積Ｓ１と第２ダイヤフラム３５の有効受圧面積Ｓ２は等しい（Ｓ１＝Ｓ２）とする。また、ダイヤフラムにおける有効受圧面積とは、その可動部である薄肉の膜部からなるダイヤフラム面の可動膜部が有効に圧力を受ける面積である。
【００６８】
第１ダイヤフラム３０を後退させる力（Ｆ１）、第２ダイヤフラム３５を後退させる力（Ｆ２）は、それぞれ下記の式で表される。
Ｆ１＝Ｓ１×Ｐ１
Ｆ２＝（Ｓ２−Ｓ３）×Ｐ２＋Ｓ３×Ｐ３＋ＳＰ
【００６９】
ここで、弁座１６の流通開口部１７の面積Ｓ３をごく小さくすることにより、第２ダイヤフラム３５に加わる流出部１３側の流体圧力Ｐ３は無視可能となる。これらから、バランス式（Ｆ１＝Ｆ２）は、下記のとおりである。
Ｓ１×Ｐ１＝Ｓ１×Ｐ２＋ＳＰ
Ｓ１（Ｐ１−Ｐ２）＝ＳＰ
ΔＰ＝ＳＰ／Ｓ１
【００７０】
上記の式から理解されるように、流量制御弁１０Ａの絞り部１５による差圧（ΔＰ）は、加圧手段６０の荷重（ＳＰ）及び第１ダイヤフラム３０、第２ダイヤフラム３５の有効受圧面積（Ｓ１＝Ｓ２）により決定される。そこで、流体の流量（Ｑ）は、差圧（ΔＰ）によって決定されることから、下記の式で表すことができる。
Ｑ＝Ａ×√（ΔＰ）  …  （ｉ）
＝Ａ×√（ＳＰ／Ｓ１）
【００７１】
従って、流量制御弁１０Ａの定流量機能部ＣＦでは、加圧手段６０の荷重（ＳＰ）を可変とすることで差圧（ΔＰ）を変化させて、流体の流量（Ｑ）を変更させることが可能となる。なお、加圧手段６０の加圧量を変化させる方法としては、ばね自体の交換、手動あるいはモータ駆動等によりばね荷重を変化させる方法である。
【００７２】
図７の縦断面図を用い、流体流量を一定化する機能と所望の流量域に可変制御可能な可変制御機能を備えた第４実施例の流量制御弁１０Ｘの説明をする。定流量機能部ＣＦでは、図５の流量制御弁１０Ｃと同一の符号は同一の構成をなしている。また、被制御流体は絞り部１５、制御弁室１００の順に流通し、第３チャンバ２６に接続された連絡流路１０８に流入する。そこで、連絡流路１０８、流出開口部１７を介して流出部１３へ至る流体の流路が第３チャンバ２６により構成される。
【００７３】
流量制御弁１０Ｘのもう一つの特徴である可変制御機能部ＶＦｘは、第１チャンバ２１と第３チャンバ２６を接続する間の絞り部１５において、その開度（開口量）を増減する機能を有する。図７，８及び９等を用い、流量制御弁１０Ｘの可変制御機能部ＶＦｘを説明する。
【００７４】
図示実施例の流量制御弁１０Ｘにおいては、本体ブロック１１Ａに制御弁室１００が形成される。制御弁室１００は、第１チャンバ２１に接続された絞り部１５から流入した被制御流体が第３チャンバ２６に接続された連絡流路１０８へと通過するための双方を連結する空間である。この制御弁室１００に絞り制御弁体１２０が備えられる。
【００７５】
さらに図９の絞り制御弁体１２０付近の拡大図に示すように、絞り部１５が制御弁室１００に接続される部位は絞り開口部１８であり、この絞り開口部１８が絞り制御弁体１２０に対応する絞り弁座１９である。絞り弁座１９は制御弁室１００の本体ブロック１１Ａ側の底面と同一の平面であり、平坦状に形成される。絞り制御弁体１２０は、絞り弁座１９と対向する先端部（シール部）１２１、絞り制御弁薄膜部１２３、絞り制御弁外周部１２４等を備える弁付きのダイヤフラム構造である。絞り弁座１９の平坦形状に対応するため、絞り制御弁体１２０の先端部１２１も平板状に形成され平板先端部１２２となっている。平板先端部１２２は絞り開口部１８の開口直径よりも大きな直径である。絞り制御弁外周部１２４は、本体ブロック１１Ａと収容ブロック（ハウジングブロック）１０１との間に狭着されて所定位置に固定される。
【００７６】
実施例のとおり、絞り弁座１９とともに絞り制御弁体１２０も平板先端部１２２としている理由は、特に、１５０ｍＬ／ｍｉｎ以下、さらには、５ないし２０ｍＬ／ｍｉｎ以下の微少流量域の被制御流体の流量制御に対応するためである。例えば、従来のニードル弁において微少流量域の流量制御に合わせて部材を小型化する場合、部材自身の公差、製造や組み立て時の軸のずれ等の要因から弁体が弁座側に接触しやすくなる。すると、弁座や弁体が削られて弁座の開口部の大きさが変化して通過する流体流量が変化するおそれがある。これに対し、図示実施例のとおり、弁体側と弁座側をともに平坦状とすることにより、前述の問題は回避される。むろん、微少流量域の被制御流体の流量制御までを所望せず、通常の流量制御に用いる場合には、既存のニードル弁等を利用することができる。
【００７７】
絞り制御弁体１２０は接合部１２５を介して調整ピストン部１１１の下端であるピストン接合部１１４と接合される。絞り制御弁体１２０の先端部１２１の制御を正確にする都合上、それぞれは螺合等により機械的に接続される。絞り制御弁体１２０の絞り制御弁薄膜部１２３の背後側の空間に溜まる空気は呼吸穴１０９を通じて入出する。
【００７８】
図７に戻り、同図等から把握されるように、可変制御機能部ＶＦｘには絞り制御弁進退手段１１０が備えられる。絞り制御弁進退手段１１０は絞り制御弁体１２０を絞り開口部１８に対して進退動させる。図７に示す第４実施例の流量制御弁１０Ｘの可変制御機能部ＶＦｘでは、絞り制御弁進退手段１１０はモータ１３０である。
【００７９】
本体ブロック１１Ａに組み合わされた収容ブロック１０１の収容空間部１０３の中にピストン部ばね１１２を伴った調整ピストン部１１１が挿通され、その上部側にモータ１３０が配置される。調整ピストン部１１１の上端のピストン受動部１１３はモータ１３０のモータシャフト（回転軸）１３２と回転可能に接続される。そして、各部材を収容後、収容ブロック１０１にシールブロック１０２が被せられる。調整ピストン部１１１の上端のピストン受動部１１３には、調整ピストン部１１１の回り止めのための突条部１１５が備えられる。そして、調整ピストン部１１１は収容ブロック１０１側の収容溝部１０７に挿入される。
【００８０】
モータ１３０は絞り制御弁体１２０の先端部１２１（平板先端部１２２）の進退量を精度良く再現できる限りいずれを用いてもよい。例えば、公知のステッピングモータやサーボモータが好ましく用いられる。他に、超音波モータを用いても良い。実施例は、ステーター、ローター等の駆動部１３１によりモータシャフト１３２を回転する公知のステッピングモータを概略例示する。モータシャフト１３２の回転等に関連するねじ等の部材は自明であるため図示を省略する。モータ１３０の駆動部１３１に対する回転量の制御は、配線ケーブル１３３と接続された演算部７、制御部８を通じて実行される。これらについては、後出の図１２にて説明する。なお、各種のモータにはエンコーダ等（図示せず）も備えられる。
【００８１】
絞り制御弁体１２０の進退動作について、図７、８、及び９とともに説明する。絞り開口部１８の開度（開口量）が大きい状態は、図７及び図９（ａ）と対応する。絞り制御弁体１２０の先端部１２１（平板先端部１２２）と絞り弁座１９との間に適度な距離が保たれている。
【００８２】
次に、モータ１３０の駆動部１３１においてモータシャフト１３２が所定量回転し、同モータシャフト１３２を介して調整ピストン部１１１が押し下げられる。すると、調整ピストン部１１１と連動して絞り制御弁体１２０も前進する。図８及び図９（ｂ）に示すように、先端部１２１（平板先端部１２２）は絞り弁座１９に対してより接近し、絞り開口部１８の開度（開口量）は小さくなる。そこで、流量制御弁１０Ｘの絞り部１５を通過する被制御流体の流量自体は抑制される。
【００８３】
再度、流量を増加する場合、モータ１３０の駆動部１３１においてモータシャフト１３２が所定量逆方向の回転し、同モータシャフト１３２を介して調整ピストン部１１１が押し上げられ、調整ピストン部１１１と連動して絞り制御弁体１２０は後退する。先端部１２１（平板先端部１２２）は絞り弁座１９に対して離れ、図７及び図９（ａ）に示す距離にまた戻る。このように、モータ１３０の駆動部１３１を適時作動させることにより絞り制御弁体１２０を最適な位置に進退移動可能となり、絞り開口部１８の開度は調整されて絞り部１５を通過する被制御流体の流量の増減調整は容易となる。
【００８４】
流体の流量（Ｑ）と差圧（ΔＰ）の関係は、前述のとおり式（ｉ）として示される。
Ｑ＝Ａ×√（ΔＰ）  …  （ｉ）
同式（ｉ）において、差圧（ΔＰ）を変化させて流量（Ｑ）を増減させようとする場合、流量（Ｑ）は差圧（ΔＰ）の１／２乗倍変化することになる。このため、差圧（ΔＰ）の変化量を変化させたとしても、差圧（ΔＰ）の変化に見合う分の流量（Ｑ）を変化させることは難しい。また、差圧（ΔＰ）の調整はばねの調整等を伴うため必ずしも簡単ではない。
【００８５】
しかし、式（ｉ）において、流量（Ｑ）は流量係数（Ａ）に対しては単純な比例関係である。そうすると、流量係数（Ａ）を変化させることによって、効果的に流量（Ｑ）を変化させることができる。すなわち、同式における流量係数（Ａ）の増減に相当する事項は、絞り開口部１８の開度量である。
【００８６】
従って、流量制御弁１０Ｘは定流量機能部ＣＦに加えて可変制御機能部ＶＦｘを備えていることによって、比較的容易に流量係数を変化させることができる。よって、より幅広く流量域の可変調整が可能となる。また、絞り開口部１８の開度を調節する絞り制御弁進退手段１１０にモータ１３０が使用されていることから、容易に目的とする流量域への変更が可能である。
【００８７】
図１０は第５実施例の流量制御弁１０Ｙの縦断面図である。流量制御弁１０Ｙにおいては、流量制御弁１０Ｘと同構造の流体流量を一定化する定流量機能を担う定流量機能部ＣＦと、所望の流量域に可変制御可能な可変制御機能部ＶＦｙの２箇所の部位を有する。定流量機能部ＣＦについて、第３実施例の流量制御弁１０Ｘと同一符号は同一部材を示している。そのため、説明は共通するため、省略する。
【００８８】
第５実施例の流量制御弁１０Ｙの可変制御機能部ＶＦｙは、絞り制御弁進退手段１１０としてねじ部材（ボルト部材）１４０を備える例である。流量制御弁１０Ｙにおいて、絞り制御弁体１２０はシールブロック１０２により本体ブロック１１Ａに狭着されて所定位置に固定される。そして、調整ピストン部１１１はピストン部ばね１１２とともに収容ブロック１０１内に収容されシールブロック１０２に接続され固定される。収容ブロック１０１のねじ穴部１４２にねじ部材１４０のねじ溝１４１が挿通される。符号１４３は固定ナットである。
【００８９】
調整ピストン部１１１のピストン受動部１１３は、調整ねじ１４１の回転（正回転）によりピストン部ばね１１２に抗して押し込まれる。結果、絞り制御弁体１２０は絞り開口部１８の絞り弁座１９に接近する。調整ねじ１４１を逆に回転（逆回転）すると、ピストン部ばね１１２が伸び、調整ピストン部１１１のピストン接合部１１４と接合された絞り制御弁体１２０を伴って絞り開口部１８の絞り弁座１９から離隔する。こうして、調整ねじ１４１の回転に応じて所望の絞り開口部１８の開度（開口量）を得ることができる。絞り制御弁進退手段１１０にねじ部材１４０を採用することによって、開度調整に関連する部材を簡素化し、構造を簡単にすることができる。
【００９０】
図１１は第６実施例の流量制御弁１０Ｚの縦断面図である。流量制御弁１０Ｚにおいても、流体流量を一定化する定流量機能を担う定流量機能部ＣＦと所望の流量域に可変制御可能な可変制御機能部ＶＦｚの２箇所の部位を有する。
【００９１】
第６実施例の流量制御弁１０Ｚの可変制御機能部ＶＦｚは、絞り制御弁進退手段１１０として加圧気体（調圧気体）１５０を用いる例である。調整ピストン部１１１はピストン部ばね１５１とともに収容ブロック１０１内に収容されシールブロック１０２に接続され固定される。ピストン受動部１１３は断面視Ｔ字状であり、その縁は収容ブロック１０１の内壁１０６と接している。シールブロック１０２に接続される収容ブロック１０１に流入口１０４が形成される。符号１０５は呼吸穴である。
【００９２】
加圧気体１５０が流入口１０４から収容ブロック１０１の収容空間部１０３に流入することによって、流入圧力に応じて調整ピストン部１１１はピストン部ばね１５１に抗してばねを縮める方向に作用する。そうすると、図示の例では、絞り制御弁体１２０は調整ピストン部１１１に接続されているため、常時絞り制御弁体１２０は絞り開口部１８の絞り弁座１９から離隔する動作となる。逆に、絞り制御弁体１２０をより絞り弁座１９に近接させる場合、加圧気体１５０の流入圧力を低下させることで可能となる。
【００９３】
加圧気体１５０の流入圧力は電空変換器（電空レギュレータ）１５５により調整される。電空変換器の制御等については、図１２にて説明する。第６実施例の流量制御弁１０Ｚは、絞り制御弁進退手段１１０として加圧気体１５０を用いているため、絞り制御弁体１２０の進退量の調節は速くなり、応答性を高めることができる。
【００９４】
本発明の流量制御弁は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を適宜に変更して実施することができる。
【００９５】
これより図１２を用い、既述の流量制御弁を組み込んだ流量制御装置について説明する。図１２の概略図はシリコンウエハＷを１枚ずつ処理する枚葉方式の基板処理装置である。シリコンウエハＷはスピンチャック１の回転盤に載置される。シリコンウエハＷの直上に処理液を放出する処理液ノズル２が備えられる。シリコンウエハの洗浄等の処理液は流体配管３を通じて処理液ノズル２に供給される。
【００９６】
処理液は流量制御弁にて説明済みの被制御流体であり、超純水や、フッ酸、過酸化水素水、アンモニア水、塩酸等である。各被制御流体は種類毎に供給部９Ａ，９Ｂ，９Ｃに貯蔵され、それぞれの供給部に対応した流体配管３ａ，３ｂ，３ｃを通じて流体混合部４に供給される。供給された被制御流体は流体混合部４において均一に混合され、流体配管３を通じて処理液ノズル２に供給される。そして被制御流体の供給を制御する流量制御装置５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、図示のとおり、流体配管３ａ，３ｂ，３ｃの管路中に接続される。各流量制御装置は種類毎の被制御流体の供給部に対応する。
【００９７】
流量制御装置５Ａ，５Ｂ，５Ｃには、流量制御弁１０、被制御流体の流量検知部６、演算部７が備えられる。さらに、流量制御弁内の絞り制御弁体進退手段を制御する信号を生成する制御部８も備えられる。流量制御弁１０、流量検知部６、演算部７、及び制御部８は信号線ｓにより接続されている。そこで、流量制御装置５Ａを例にすると、流量制御弁１０及び流量検知部６は、被制御流体の供給部９Ａと被制御流体の流体混合部４との間の流体配管３ａに接続されている。図示の流量制御装置のように、被制御流体の流量制御に関連する部材は流量制御弁のみとなる。このため、装置全体の小型化も可能となる。また、被制御流体と接触する部材数は抑制され、被制御流体の清浄度が維持されやすい。
【００９８】
流量制御弁１０には、図示し既述の１０Ｘまたは１０Ｚが用いられる。流量検知部６は流量制御弁１０の二次側（下流側）の流量を検知する公知の流量計である。例えば、差圧式流量計、超音波式流量計等である。演算部７はマイクロコンピュータやＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）等の公知の演算装置である。外部からの指示、または流量検知部６により検出した被制御流体の流量計測値の変化に応じて流量制御弁１０の流量制御のための信号を生成する。
【００９９】
制御部８は、絞り制御弁進退手段のステッピングモータ、サーボモータ等の駆動に必要なパルス発信器、コントローラ、ドライバ等である。絞り制御弁進退手段が加圧気体の場合、制御部８は電空変換器であり、所定圧力に調整された加圧気体が当該制御部から可変制御機能部に供給される。制御部８は、流量制御弁１０内の絞り制御弁進退手段としてモータまたは加圧気体を用いる際に不可欠である。特に、絞り制御弁進退手段であるモータの回転量の円滑な制御、または加圧気体の供給圧力の調整等の具体的な動作制御において重要である。
【０１００】
流量検知部６から流量制御弁１０に至る信号の流れの一例を挙げると、概ね次のとおりである。流体配管中の被制御流体の流量変化は流量検知部６を通じて計測され、その信号は演算部７に送信される。演算部７では、流量の変化に対応した絞り開口部１８（絞り弁座１９）の開度とするべく、絞り制御弁体１２０の最適な進退位置が算出される。併せて、モータの動作のための動作信号が生成される。そして、動作信号が演算部７から制御部８に送信される。制御部８においては、具体的にモータを駆動させるためのパルス信号が生成され、このパルス信号はモータ駆動電流に変換される。そして、モータ駆動電流は流量制御弁１０内の絞り制御弁進退手段であるモータに送信される。そこで、モータは規定量回転する。こうして、絞り制御弁体１２０は絞り開口部１８に対して最適量進退する。
【０１０１】
流量検知部６から流量制御弁１０に至る信号の流れから理解されるように、演算部７は、流量検知部６の流量計測値に基づいてフィードバック制御を実行する。従って、流量制御弁１０の二次側（下流側）に生じた流量変化に直ちに応答して、被制御流体の流量の増減を行い、常時一定の流量で被制御流体を流通させることができる。特に、流量制御弁１０は微少流量域の流体にも対応でき、被制御流体の精密制御に都合よい。なお、演算部７と制御部８を集約して演算制御ユニットとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明に開示する流量制御弁は、流通する流体の圧力変化に対して鋭敏に反応して定流量化を実現することができ、しかも、流体の清浄度をより高い状態で維持することができる。同時に、被制御流体の流体流量域を変更する機能も備える。加えて、本発明に開示の流量制御弁を備えた流量制御装置は、部材間の集約が進み小型化が可能です。従って、半導体製造分野、燃料電池、さらには医療分野等の極めて精密な流量制御、かつ高清浄度を求められる用途に好都合である。
【符号の説明】
【０１０３】
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  流量制御装置
６  流量検知部
７  演算部
８  制御部
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚ  流量制御弁
１１  弁本体部
１２  流入部
１３  流出部
１５  絞り部
１６  弁座
１８  絞り開口部
１９  絞り弁座
２０  流入側チャンバ
２１  第１チャンバ
２２  第２チャンバ
２３  シリンダー部
２５  流出側チャンバ
２６  第３チャンバ
２７  第４チャンバ
２８  シリンダー部
３０  第１ダイヤフラム
３５  第２ダイヤフラム
３８  弁体
４０  第１棒状可動部
４５  第１山状部
５０  第２棒状可動部
５５  第２山状部
６０  加圧手段
６１  ばね
７０  接続チャンバ
８０  シーソー部材
１００  制御弁室
１０１  収容ブロック
１０２  シールブロック
１０８  連絡流路
１１０  絞り制御弁進退手段
１１１  調整ピストン部
１２０  絞り制御弁体
１２１  先端部（シール部）
１２２  平板先端部
１３０  モータ
１４０  ねじ部材
１５０  加圧気体
１５５  電空変換器（電空レギュレータ）
ＣＦ  定流量機能部
ＶＦｘ，ＶＦｙ，ＶＦｚ  可変制御機能部
【図１】
2015179762.tif 000003
【図２】
2015179762.tif 000004
【図３】
2015179762.tif 000005
【図４】
2015179762.tif 000006
【図５】
2015179762.tif 000007
【図６】
2015179762.tif 000008
【図７】
2015179762.tif 000009
【図８】
2015179762.tif 000010
【図９】
2015179762.tif 000011
【図１０】
2015179762.tif 000012
【図１１】
2015179762.tif 000013
【図１２】
2015179762.tif 000014