(57)【要約】【課題】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を提供する。【解決手段】流量制御弁１０Ａは、被制御流体Ｆｍの流入側チャンバ２０と流出側チャンバ２５との間の流路に設けられた絞り部１５と、弁座１６を有する弁本体部１１と、流入側チャンバを第１チャンバ２１と第２チャンバ２２に区画する第１ダイヤフラム３０と、流出側チャンバを第３チャンバ２６と第４チャンバ２７に区画し流体圧力を受圧し付勢手段５５によって常時付勢され弁座に対し進退動する弁体３８を備えた第２ダイヤフラム３５と、第２チャンバと第４チャンバを接続するチャンバ間接続部７０を有し、絞り部前後の圧力変動により生じた両ダイヤフラムの進退動を加圧気体６０により互いのダイヤフラムに伝達して弁体を弁座に対して進退動させる。【選択図】図１
2015146163.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チャンバに区画し、前記第１チャンバ内の流体圧力を受圧する第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第４チャンバ内の付勢手段によって該第４チャンバ側に常時付勢されているとともに前記弁座に対し進退動する弁体を備えた第２ダイヤフラムと、
前記第２チャンバと前記第４チャンバを接続するチャンバ間接続部を有し、
前記第１ダイヤフラムは前記第２チャンバ内に供給される加圧気体により前記第１チャンバ側に常時加圧され、前記第２ダイヤフラムは前記第２チャンバ内に流入後前記チャンバ間接続部を経由して前記第４チャンバ内に流入する加圧気体により前記第３チャンバ側に常時加圧されており、
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加圧気体を通じて互いのダイヤフラムに伝達され、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により前記弁体を前記弁座に対して進退動させて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】
前記付勢手段が付勢ばねである請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項３】
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４】
前記絞り制御弁体進退手段がモータである請求項３に記載の流量制御弁。
【請求項５】
前記絞り制御弁体進退手段が進退調圧気体である請求項３に記載の流量制御弁。
【請求項６】
前記絞り制御弁体進退手段がねじ部材である請求項３に記載の流量制御弁。
【請求項７】
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向する前記絞り制御弁体の先端も平板状の平板先端部として形成されている請求項３に記載の流量制御弁。
【請求項８】
請求項３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９】
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８に記載の流量制御装置。
【請求項１０】
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８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チャンバに区画し、前記第１チャンバ内の流体圧力を受圧する第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第４チャンバ内の付勢手段によって該第４チャンバ側に常時付勢されているとともに前記弁座に対し進退動する弁体を備えた第２ダイヤフラムと、前記第２チャンバと前記第４チャンバを接続するチャンバ間接続部を有し、前記第１ダイヤフラムは前記第２チャンバ内に供給される加圧気体により前記第１チャンバ側に常時加圧され、前記第２ダイヤフラムは前記第２チャンバ内に流入後前記チャンバ間接続部を経由して前記第４チャンバ内に流入する加圧気体により前記第３チャンバ側に常時加圧されており、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加圧気体を通じて互いのダイヤフラムに伝達され、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により前記弁体を前記弁座に対して進退動させて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、前記付勢手段が付勢ばねである請求項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。
【００１６】
請求項４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３に記載の流量制御弁に係る。
【００１７】
請求項５の発明は、前記絞り制御弁体進退手段が進退調圧気体である請求項３に記載の流量制御弁に係る。
【００１８】
請求項６の発明は、前記絞り制御弁体進退手段がねじ部材である請求項３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向する前記絞り制御弁体の先端も平板状の平板先端部として形成されている請求項３に記載の流量制御弁に係る。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項３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。
【００２１】
請求項９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８に記載の流量制御装置に係る。
【００２２】
請求項１０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８に記載の流量制御装置に係る。
【発明の効果】
【００２３】
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チャンバに区画し、前記第１チャンバ内の流体圧力を受圧する第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第４チャンバ内の付勢手段によって該第４チャンバ側に常時付勢されているとともに前記弁座に対し進退動する弁体を備えた第２ダイヤフラムと、前記第２チャンバと前記第４チャンバを接続するチャンバ間接続部を有し、前記第１ダイヤフラムは前記第２チャンバ内に供給される加圧気体により前記第１チャンバ側に常時加圧され、前記第２ダイヤフラムは前記第２チャンバ内に流入後前記チャンバ間接続部を経由して前記第４チャンバ内に流入する加圧気体により前記第３チャンバ側に常時加圧されており、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加圧気体を通じて互いのダイヤフラムに伝達され、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により前記弁体を前記弁座に対して進退動させて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に保つとともに、流体を一定流量に維持することができる。
【００２４】
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、前記付勢手段が付勢ばねであるため、ダイヤフラムの付勢の機構は安価かつ簡易となる。
【００２５】
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、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するとともに、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。
【００２６】
請求項４の発明に係る流量制御弁によると、請求項３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
。
【００２７】
請求項５の発明に係る流量制御弁によると、請求項３の発明において、前記絞り制御弁体進退手段が進退調圧気体であるため、絞り制御弁体の進退の応答性を高めることができる。
【００２８】
請求項６の発明に係る流量制御弁によると、請求項３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。
【００２９】
請求項７の発明に係る流量制御弁によると、請求項３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向する前記絞り制御弁体の先端も平板状の平板先端部として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。
【００３０】
請求項８の発明に係る流量制御装置によると、請求項３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。
【００３１】
請求項９の発明に係る流量制御装置によると、請求項８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。
【００３２】
請求項１０の発明に係る流量制御装置によると、請求項８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】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図２】狭小部及び可動シャフト近傍の部分拡大図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図４】図３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５】図３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６】図３の絞り制御弁体が前進した状態の縦断面図である。
【図７】第２実施例の絞り制御弁体付近の主要部拡大図である。
【図８】本発明の第３実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図９】本発明の第４実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図１０】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】
【００３４】
本発明に規定し、図示する各実施例の流量制御弁１０Ａ，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。
【００３５】
流量制御弁１０Ａ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。
【００３６】
第１実施例の流量制御弁１０Ａ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２ないし第４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。
【００３７】
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。
【００３８】
図１の縦断面図を用い、流通流量を一定化する機能を備えた第１実施例の流量制御弁１０Ａ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，１１Ｃ，１１Ｄの組み合わせにより形成される。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。図中の符号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。以降の各図中の符号Ｆｍは被制御流体である。Ｆｍを付した図は被制御流体の流通状態を示す。
【００３９】
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。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が形成される。本体ブロック１１Ａと本体ブロック１１Ｃは組み合わされ、流入側チャンバ２５が形成される。本体ブロック１１Ｂに固定ガイド部４０が取り付けられる。本体ブロック１１Ｃと本体ブロック１１Ｄの組み合わせにより可動ガイド部５０は収容される。そして、弁本体部１１にはチャンバ間接続部７０が備えられる。
【００４０】
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。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。
【００４１】
第２チャンバ２２は狭小部２４を通じて、本体ブロック１１Ｂに形成された収容部２３と接続する。固定ガイド部４０は収容部２３に収容される。固定ガイド部４０の先端部４１にガイド筒部４３が形成され、ガイド筒部４３内に可動シャフト３４が進退自在に挿通される。図示の第１ダイヤフラム３０では、第２チャンバ２２側の中央部分に保護盤部材３３が備えられる。可動シャフト３４の先端は保護盤部材３３と接続される。双方の接続は、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。保護盤部材３３には第１ダイヤフラムと本体ブロック１１Ｂの密着を防ぐ溝が設けられている。
【００４２】
本体ブロック１１Ｂには給気流入口６２と給気誘導部６３が形成される。さらに、給気誘導部６３は収容部２３に接続される。そこで、本体ブロック１１Ｂに流入した加圧気体６０は、収容部２３及び狭小部２４を通じて第２チャンバ２２内に流入可能である。この結果、第２チャンバ２２には狭小部２４を通過した加圧気体６０の圧力が加わり、第１ダイヤフラム３０は第１チャンバ２１側に押圧される（詳細は図２参照）。
【００４３】
固定ガイド部４０の先端部４１には補助ばね４５（コイルばね）が配置される。ばね４５の弾性により固定ガイド部４０の段部４２から可動シャフト３４の板部４８は離れる作用が生じる。補助ばね４５の付勢力は可動シャフト３４側に加わり、当該可動シャフト３４を通じて第１ダイヤフラム３０は第１チャンバ２１側に常時加圧される。第１ダイヤフラム３０には、狭小部２４を通過した加圧気体６０による加圧とともに補助ばね４５の付勢力も加わる。
【００４４】
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。外周部３７は、本体ブロック１１Ａと本体ブロック１１Ｃとの間に狭着されて所定位置に固定される。
【００４５】
第３チャンバ２６は本体ブロック１１Ａに形成され、絞り部１５から流出開口部１７を介して流出部１３へ至る被制御流体の流路を形成する。第４チャンバ２７は本体ブロック１１Ｃに形成され、可動ガイド部５０を収容する収容部２８，５３と一体となる。双方の間に狭小部２９が置かれる。
【００４６】
図示の実施例においては、第４チャンバ２７（収容部２８，５３）の内部に収容された可動ガイド部５０の周囲に付勢手段５５として付勢ばね５６が備えられる。また、第２ダイヤフラム３５は可動ガイド部５０の先端部５１に同ダイヤフラムの固定部３９を通じて固定される。双方の固定方法は適宜であり、実施例は双方の螺合とする機械的な接続である。従って、可動ガイド部５０及び第２ダイヤフラム３５の動作は常に一体となる。さらに、可動ガイド部５０の段部５２と本体ブロック１１Ｃの狭小部２９との間に収容された付勢ばね５６の作用により、段部５２と狭小部２９は互いに離れる。そこで、可動ガイド部５０に引っ張られ第２ダイヤフラム３５も第４チャンバ２７側に常時付勢される。可動ガイド部５０の段部５２の上面部分にも本体ブロック１１Ｄとの密着を防ぐ溝が形成されている。
【００４７】
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（前進後退動作）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。前出の付勢ばね５６の作用により、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。また、弁体３８と弁座１６との不用意な接触も回避される。特に、付勢手段５５として付勢ばね５６（コイルばね）を用いていることから、ダイヤフラムの付勢の機構は安価かつ簡便となり、その分安価にすることができる。
【００４８】
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。なお、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。また、第２ダイヤフラム３５を第４チャンバ２７側に常時付勢する付勢手段５５は付勢ばね５６以外にも、適宜の区画を設けこれに流入する付勢用の空気（図示せず）を用いることもできる。
【００４９】
さらに、図示から理解されるように、第２チャンバ２２と第４チャンバ２７を接続するチャンバ間接続部７０が設けられる。チャンバ間接続部７０は、加圧気体６０の流通順に、本体ブロック１１Ｂに形成された第１管部７１及び第１接続口７３、接続管部７５、本体ブロック１１Ｄに形成された第２接続口７４、本体ブロック１１Ｃに形成された第２管部７２から構成される。接続管部７５は樹脂製または金属製の配管である。
【００５０】
第２チャンバ２２に流入して第１ダイヤフラム３０を第１チャンバ２１側に加圧した加圧気体６０は、同第２チャンバ２２から第１管部７１、接続管部７５、及び第２管部７２を経由して、第４チャンバ２７内に流入する。そこで、第２ダイヤフラム３５は第４チャンバ２７内に流入する加圧気体６０を通じて押圧される。こうして第２ダイヤフラム３５も第３チャンバ２６側に押圧される。
【００５１】
なお、チャンバ間接続部７０の配置、形成部位等は当該流量制御弁において適宜である。たとえば、チャンバ間接続部７０を構成する管部を弁本体部１１の本体ブロック内に直接形成してもよい。加圧気体６０の移動に支障をきたさない限り、比較的自由に設計される。
【００５２】
流量制御弁１０Ａでは、本体ブロック１１Ｃには排気誘導部６４と排気流出口６５が形成される。そして、第４チャンバ２７内に流入した加圧気体６０は、排気誘導部６４、排気流出口６５を経由して流量制御弁１０Ａの外部に排気される。加圧気体６０は電空変換器（電空レギュレータ）６１から常時一定圧力で流量制御弁１０Ａ内に供給され、流量制御弁より排気される。
【００５３】
ここで、図２の部分拡大図を用い、狭小部２４及び可動シャフト３４の近傍と加圧気体６０の流路を説明する。図示から把握されるように、収容部２３の末端の狭小部２４には弁座部２４ｅが形成される。可動シャフト３４の板部４８はこの弁座部２４ｅと当接可能であり、弁体としても作用する。第１ダイヤフラム３０が第１チャンバ２１からの流体圧力を受けることにより板部４８が弁座部２４ｅから離間し、給気誘導部６３から収容部２３に流入した加圧気体６０（破線矢印）が第２チャンバ２２へと流入する。オリフィスとして機能する狭小部２４を通過する際の圧力損失により、第２チャンバ２２へ流入する気体圧力は減少する。減圧後の加圧気体は６０ｔ（破線矢印）としている。第２チャンバ２２以降のチャンバ間接続部７０及び第４チャンバ２７においては、途中にオリフィス等の圧力損失部を設けていないことから、ほぼ加圧気体６０ｔの圧力状態が維持され流通する。このため、第２チャンバ２２と第４チャンバ２７における気体圧力はともに同一である。
【００５４】
図３以降の第２ないし第４実施例の流量制御弁１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚは、前掲の図１等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に加え、各実施例に対応して所望の流量域に可変制御可能な可変制御機能部ＶＦｘ，ＶＦｙ，ＶＦｚも備える。第２ないし第４実施例の流量制御弁の定流量機能部ＣＦにおける第１ダイヤフラム３０及び第２ダイヤフラム３５の進退動に関する動作及び機構、加圧気体６０の作用は全て第１実施例の流量制御弁１０Ａと同一である。そこで、相違部分のみの説明とし、共通部分については同一符号を用い説明を省略する。
【００５５】
図３の縦断面図に示す第２実施例の流量制御弁１０Ｘの定流量機能部ＣＦにおいて、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が形成される。そして、絞り部１５に絞り開口部１８とともに同絞り開口部１８と接続する制御弁室１００が形成される。さらに、制御弁室１００と流出側チャンバ２５の第３チャンバ２６と接続する連絡流路１０８も形成される。従って、流量制御弁１０Ｘの流入部１２に流入した被制御流体は、流入側チャンバ２０の第１チャンバ２１、絞り部１５（絞り開口部１８）、制御弁室１００、流出側チャンバ２５の第３チャンバ２６、流通開口部１７（弁座１６）を経由して流出部１３から流量制御弁１０Ｘの外部に流出する。
【００５６】
これより、図４及び図５の流量制御弁１０Ｘを用い、定流量機能部ＣＦの第１ダイヤフラム３０と第２ダイヤフラム３５の進退動と弁体３８の進退動との関係を説明する。図４は、流量制御弁１０Ｘ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った状態である。図３の第１ダイヤフラム３０の状態と比較して第１ダイヤフラム３０は第１チャンバ２１側から第２チャンバ２２側に押され（後退）、可動シャフト３４の板部４８と狭小部２４との間の開口量は拡大する。
【００５７】
第２チャンバ２２及び第４チャンバ２７はチャンバ間接続部７０により接続されている。同時に、加圧気体６０（特には図２の加圧気体６０ｔ）が常時流通して、両チャンバ２２，２７に対しそれぞれ所定の圧力が加わっている。そこで、第２チャンバ２２の体積変化に伴う加圧気体６０ｔの圧力変化から、第２ダイヤフラム３５は第４チャンバ２７側から第３チャンバ２６側に押される（前進）。すると、第２ダイヤフラム３５に備えられた弁体３８は弁座１６に対して前進し、流通開口部の開口量は縮小される。
【００５８】
図５は、流量制御弁１０Ｘの一次側圧力の低下により第１ダイヤフラム３０側の被制御流体の流体圧力が低くなった状態である。図４の説明とは逆に、第１ダイヤフラム３０が第２チャンバ２２側から第１チャンバ２１側に押し戻される（前進）。このことにより、可動シャフト３４の板部４８と狭小部２４との間の開口量は縮小する。可動シャフト３４の板部４８の動きに伴い、加圧気体６０ｔの圧力変化が生じることとなり、図３の第２ダイヤフラム３５の状態と比較して第２ダイヤフラム３５は第３チャンバ２６側から第４チャンバ２７側に押される（後退）。第２ダイヤフラム３５は弁体３８とともに弁座１６から後退し、流通開口部１７の開口量は拡大される。
【００５９】
第１ダイヤフラム３０及び第２ダイヤフラム３５は絞り部１５の前後の被制御流体の圧力変動を常時受ける。そして、第１ダイヤフラム３０の進退動により調整された加圧気体６０ｔが第２ダイヤフラム３５の進退動へと伝達される。
【００６０】
このように第１ダイヤフラム３０の進退に追従して加圧気体の気体圧力６０（６０ｔ）が変化することで第２チャンバ２２及び第４チャンバ２７の内部圧力が変化することになり、第２ダイヤフラム３５の進退位置も変化する。この結果、流量制御弁の上流または下流に生じた被制御流体の圧力変動は第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１０Ｘを通過する被制御流体の流量は一定に維持される。
【００６１】
流量制御弁１０Ｘの定流量機能部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３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」、流量制御弁１０Ｘ内に供給される加圧気体６０の加圧力を「Ｐ４」とする。なお、「Ｐ４」は狭小部２４を通過した圧力損失後の圧力である。
【００６２】
また、補助ばね４５による第１ダイヤフラム３０に加わる荷重（補助ばねのばね荷重）を「ＳＰ１」、付勢手段５５である付勢ばね５６により第２ダイヤフラム３５を弁座１６から離す方向に加わる荷重（付勢ばねのばね荷重）を「ＳＰ２」とする。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。ここで言う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。
【００６３】
加圧気体６０の加圧力「Ｐ４」について、補助ばねのばね荷重「ＳＰ１」を含めると次のとおり表すことができる。この式が第１ダイヤフラム３０のバランス式である。
Ｐ４＝Ｐ１−（ＳＰ１／Ｓ１）
【００６４】
第２ダイヤフラム３５のバランス式について、第４チャンバ２７側（図示の上向き）の力（Ｆｕ）は次のとおりである。
Ｆｕ＝（Ｓ２−Ｓ３）×Ｐ２＋Ｓ３×Ｐ３＋ＳＰ２
また、第２ダイヤフラム３５の第３チャンバ２６側（図示の下向き）の力（Ｆｄ）は次のとおりである。
Ｆｄ＝Ｓ２×Ｐ４
【００６５】
第２ダイヤフラム３５において、両方の力は均衡するため（Ｆｕ＝Ｆｄ）、両式は等しくなり、次のとおり表される。
（Ｓ２−Ｓ３）×Ｐ２＋Ｓ３×Ｐ３＋ＳＰ２＝Ｓ２×Ｐ４
ここに、前出の第１ダイヤフラム３０のバランス式のＰ４が代入され、次のとおり表される。
（Ｓ２−Ｓ３）×Ｐ２＋Ｓ３×Ｐ３＋ＳＰ２＝Ｓ２×｛Ｐ１−（ＳＰ１／Ｓ１）｝
【００６６】
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。そのため、Ｓ３及びＰ３を含む項は無視され、次の式となる。
Ｓ２×Ｐ２＋ＳＰ２＝Ｓ２×｛Ｐ１−（ＳＰ１／Ｓ１）｝
【００６７】
加えて、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）ことから、Ｓ１もＳ２も全て共通の「Ｓ」に置き換えられ（Ｓ＝Ｓ１＝Ｓ２）、次の式となる。
Ｓ×Ｐ２＋ＳＰ２＝Ｓ×Ｐ１−ＳＰ１
整理すると次の式となる。
Ｓ（Ｐ１−Ｐ２）＝ＳＰ１＋ＳＰ２
【００６８】
絞り部１５の前後に生じる差圧（Ｐ１−Ｐ２）を「ΔＰ」として表すため、前記の式は次のとおりとなる。
ΔＰ＝｛（ＳＰ１＋ＳＰ２）／Ｓ｝
【００６９】
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」とすると、上記の式から理解されるように、流量制御弁１０Ｘの絞り部１５による差圧（ΔＰ）は、補助ばねのばね荷重と付勢ばねのばね荷重の和（ＳＰ１＋ＳＰ２）と、第１ダイヤフラム３０及び第２ダイヤフラム３５の有効受圧面積Ｓ（＝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、下記の式で表される。
Ｑ＝Ａ×√（ΔＰ）  …  （ｉ）
＝Ａ×√｛（ＳＰ１＋ＳＰ２）／Ｓ｝
【００７０】
従って、流量制御弁１０Ｘの定流量機能部ＣＦでは、補助ばねのばね荷重と付勢ばねのばね荷重を調整することで差圧（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、ばね荷重の調整としては、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等がある。例えば、螺合により固定される固定ガイド部４０の取り付け時の進入量を加減してもよい。
【００７１】
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、その開口量（開度）を増減する機能を有する。図３、図６、及び図７等を用い、流量制御弁１０Ｘの可変制御機能部ＶＦｘを説明する。
【００７２】
図示実施例の流量制御弁１０Ｘにおいて、本体ブロック１１Ａに制御弁室１００が形成される。この制御弁室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。そして、制御弁室１００に絞り制御弁体１２０が備えられる。
【００７３】
さらに図７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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。図示の都合上、呼吸穴１０９の末端は紙面奥側に通じる（図示せず）。
【００７６】
図３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に向けて進退動させる。図３ないし６に示す第２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。
【００７７】
本体ブロック１１Ｂ及び１１Ｃ内に挿入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。
【００７８】
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について概略例示する。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１０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。
【００７９】
絞り制御弁体１２０の進退動作について、図３、図６、及び図７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３及び図７（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。
【００８０】
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６及び図７（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。
【００８１】
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３及び図７（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。
【００８２】
流体の流量（Ｑ）と差圧（ΔＰ）の関係は、前述の式（ｉ）のとおりである。
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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り、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。
【００８５】
図８は第３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ＶＦｙの２箇所の部位を有する。流量制御弁１０Ｙにおける定流量機能部ＣＦも前述の流量制御弁１０Ａ、１０Ｘの定流量機能部と同様の構成である。同一の符号を用い説明を省略する。
【００８６】
第３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として進退調圧気体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。収容ブロック１０１は本体ブロック１１Ｂ等と接している。このため、流入口１０４及び呼吸穴１０９は本体ブロック１１Ｂ等と接しないようにするため、紙面の前側または後側に開口する。
【００８７】
進退調圧気体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１１２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、進退調圧気体１５０の流入圧力を低下させることで可能となる。
【００８８】
進退調圧気体１５０の流入圧力は電空変換器（電空レギュレータ）（図示せず）により調整される。電空変換器の制御等については、図１０にて説明する。第３実施例の流量制御弁１０Ｙは、絞り制御弁進退手段１１０として進退調圧気体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。
【００８９】
図９は第４実施例の流量制御弁１０Ｚの縦断面図である。流量制御弁１０Ｚにおいては、流量制御弁１０Ａ、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ＶＦｚの２箇所の部位を有する。流量制御弁１０Ｚにおける定流量機能部ＣＦも前述の流量制御弁１０Ａ、１０Ｘの定流量機能部と同様の構成である。同一の符号を用い説明を省略する。
【００９０】
第４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としてねじ部材（ボルト部材）１４０を備える例である。流量制御弁１０Ｚ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。
【００９１】
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。
【００９２】
これまでに図示し説明した第１実施例の流量制御弁１０Ａ、並びに第２実施例ないし第４実施例の流量制御弁１０Ｘ、１０Ｙ、及び１０Ｚ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。
【００９３】
これより図１０を用い、本発明の流量制御装置について説明する。当該流量制御装置に使用する流量制御弁は、当該流量制御弁に絞り制御弁体進退手段１１０を備え、外部信号の制御下で流路の開度を調整し流量を可変する流量制御弁である。以下、流量制御弁１０として図示し説明する。
【００９４】
図１０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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
流量制御弁１０は、前述の第２実施例または第３実施例の流量制御弁１０Ｘまたは１０Ｙのいずれを用いても良い。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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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】
【０１０１】
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】
【０１０２】
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  流量制御装置
６  流量検知部
７  演算部
８  制御部
１０Ａ，１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚ  流量制御弁
１１  弁本体部
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ  本体ブロック
１２  流入部
１３  流出部
１５  絞り部
１６  弁座
１７  流出開口部
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
２３，２８  収容部
２４，２９  狭小部
２５  流出側チャンバ
２６  第３チャンバ
２７  第４チャンバ
３０  第１ダイヤフラム
３４  可動シャフト
３５  第２ダイヤフラム
３８  弁体
４０  固定ガイド部
４５  補助ばね
５０  可動ガイド部
５３  収容部
５５  付勢手段
５６  付勢ばね
６０  加圧気体
６２  給気流入口
６５  排気流出口
７０  チャンバ間接続部
７５  接続管部
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  進退調圧気体
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
Ｆｍ  被制御流体
【図１】
2015146163.tif 000003
【図２】
2015146163.tif 000004
【図３】
2015146163.tif 000005
【図４】
2015146163.tif 000006
【図５】
2015146163.tif 000007
【図６】
2015146163.tif 000008
【図７】
2015146163.tif 000009
【図８】
2015146163.tif 000010
【図９】
2015146163.tif 000011
【図１０】
2015146163.tif 000012