(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、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あり、フィードバック制御を用いずに簡単な構成で流体を一定に安定して制御できると共に流量を幅広い流量範囲で微細に制御することができ、脈動した流体が流れても問題なく流量制御することができる手動式または開ループ制御式流体制御装置を提供することにある。【解決手段】  本発明に係る流体制御装置は、手動式または開ループ制御式流体制御装置であり、制御用流体の圧力操作により流体の圧力を制御する流体制御弁と、開口面積が調節可能な絞り弁とを具備することを特徴としている。【選択図】      図１
2007058343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御用流体の圧力操作により流体の圧力を制御する流体制御弁と、
開口面積が調節可能な絞り弁とを具備することを特徴とする手動式または開ループ制御式流体制御装置。
【請求項２】
前記流体の流れを開放又は遮断するための開閉弁をさらに具備す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】
前記流体の流量を計測する流量計測器をさらに具備す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】
前記弁および前記流量計測器が、独立した接続手段を用いずに直接接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記弁および前記流量計測器が、一つのベースブロックに配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記流体制御弁が、
下部中央に底部まで開放して設けられた第二の空隙と第二の空隙に連通する入口流路と上部に上面が開放して設けられ第二の空隙の径よりも大きい径を持つ第一の空隙と第一の空隙に連通する出口流路と第一の空隙と第二の空隙とを連通し第一の空隙の径よりも小さい径を有する連通孔とを有し、第二の空隙の上面が弁座とされた本体と、側面あるいは上面に設けられた給気孔と排出孔とに連通した円筒状の空隙を内部に有し、下端内周面に段差部が設けられたボンネットと、ボンネットの段差部に嵌挿され中央部に貫通孔を有するバネ受けと、下端部にバネ受けの貫通孔より小径の第一接合部を有し上部に鍔部が設けられボンネットの空隙内部に上下動可能に嵌挿されたピストンと、ピストンの鍔部下端面とバネ受けの上端面で挟持支承されているバネと、周縁部が本体とバネ受けとの間で挟持固定され、本体の第一の空隙に蓋する形で第一の弁室を形成する中央部が肉厚とされた第一ダイヤフラムと、上面中央にピストンの第一接合部にバネ受けの貫通孔を貫通して接合固定される第二接合部と、下面中央に本体の連通孔と貫通して設けられた第三接合部とを有する第一弁機構体と、本体の第二の空隙内部に位置し本体の連通孔より大径に設けられた弁体と、弁体上端面に突出して設けられ第一弁機構体の第三接合部と接合固定される第四接合部と、弁体下端面より突出して設けられたロッドと、ロッド下端面より径方向に延出して設けられた第二ダイヤフラムとを有する第二弁機構体と、本体の下方に位置し第二弁機構体の第二ダイヤフラム周縁部を本体との間で挟持固定する突出部を上部中央に有し、突出部の上端部に切欠凹部が設けられると共に切欠凹部に連通する呼吸孔が設けられているベースプレートとを具備し、ピストンの上下動に伴って第二弁機構体の弁体と本体の弁座とによって形成される流体制御部の開口面積が変化するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記絞り弁が、
上部に設けられた弁室の底面に弁座面が形成され、弁座面の中心に設けられた連通口に連通する第一流路と弁室に連通する第二流路を有する本体と、ステムの軸方向の進退移動により連通口に挿入可能で接液面の中心から垂下突設された第一弁体と弁座面に接離可能にされ第一弁体から径方向へ隔離した位置に形成された円環状凸条の第二弁体と第二弁体から径方向へ連続して形成された薄膜部とが一体的に設けられた隔膜と、上部にハンドルが固着され下部内周面に雌ネジ部と外周面に雌ネジ部のピッチより大きいピッチを有する雄ネジ部を有する第一ステムと、内周面に第一ステムの雄ネジ部と螺合する雌ネジ部を有する第一ステム支持体と、上部外周面に第一ステムの雌ネジ部に螺合される雄ネジ部を有し下端部に隔膜が接続される第二ステムと、第一ステム支持体の下方に位置し第二ステムを上下移動自在かつ回動不能に支承する隔膜押さえと、第一ステムと隔膜押さえを固定するボンネットとを具備することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項８】
前記流量計測器が、超音波流量計または超音波式渦流量計であることを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれか１項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するものである。さらに詳しくは、主として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あり、フィードバック制御を用いずに簡単な構成で流体を一定に安定して制御できると共に流体の遮断が容易であり、脈動した流体が流れても問題なく流量制御することができる手動式または開ループ制御式流体制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程の一工程として、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が用いられている。これら湿式エッチングの洗浄水の濃度は高い精度をもって管理する必要があるとされている。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、そのために、純水や薬液の流量を高い精度をもって管理する流体制御装置が適用されている。
【０００３】
流体制御装置として種々提案されているが、図１５に示される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３０１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３０２と、流量調整弁３０２に供給される操作圧を調整するための操作圧調整弁３０３と、流量調整弁３０２から出力される純水流量を計測するための流量計測器３０４と、流量計測器３０４を通った純水の流れを許容又は遮断するための開閉弁３０５とを備え、操作圧調整弁３０３により調整される操作圧と、流量調整弁３０２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３０２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３０１であって、流量計測器３０４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３０３から流量調整弁３０２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３０２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３０２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、手動式または開ループ制御式流体制御装置として、図１６に示されるような作動のための設定圧力を切り替えることができる、消火作業の際に有効な減圧弁４０１があった（例えば、特許文献２参照）。その構成は、減圧弁本体に、各々異なる作動圧力に設定した複数個のパイロット弁を埋設し、これらパイロット弁の流入側を減圧弁本体の一次側圧力を受け入れ主弁の開閉を制御する主弁用シリンダ室に導通させると共に、流出側を減圧弁本体の二次側流路に導通させ、所望の作動圧力に設定されているパイロット弁のみを選択的に作動可能とする手段を備えたものであった。その効果は、減圧の設定圧力を迅速確実に切り替えることが可能な減圧弁を得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】特開平１０−３９９３５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３０１は、フィードバック制御方式を採用しているため制御部を設ける必要があり、そのための設置や配線が煩雑である。該制御部は腐食に弱い部品が集まっているため、耐腐食用の対応を行なっておかないと、腐食性流体を流したときに、透過した腐食性ガスが制御部内の部品を腐食して、正確な制御が行なわれなくなる恐れがあるという問題があった。
【０００７】
また、前記従来の減圧弁４０１は、手動制御（自力制御）ではあるが、部品点数が多く弁の組み立てに時間がかかる。弁自体がコンパクトではないので流体制御装置が大きくなる。流体制御したときに流体のモニタを行なうことができない。そのため流体の状態が良好かどうかの確認ができない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、半導体製造装置内などへの設置、配管及び配線接続が容易であり、フィードバック制御を用いずに簡単な構成で流体を一定に安定して制御できると共に流量を幅広い流量範囲で微細に制御することができ、脈動した流体が流れても問題なく流量制御することができる手動式または開ループ制御式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乃至１４に基づいて説明する。
本発明の手動式または開ループ制御式流体制御装置は、制御用流体の圧力操作により流体の圧力を制御する流体制御弁と、開口面積が調節可能な絞り弁とを具備することを第一の特徴とする。なお、制御用流体とは、例えば空気、作動油等を言う。
【００１０】
また、前記流体の流れを開放又は遮断するための開閉弁をさらに具備することを第二の特徴とする。
【００１１】
また、前記流体の流量を計測する流量計測器をさらに具備することを第三の特徴とする。
【００１２】
また、前記弁および前記流量計測器が、独立した接続手段を用いずに直接接続されていることを第四の特徴とする。独立した接続手段とは、別体のチューブや接続管等のことを言う。
【００１３】
また、前記弁および前記流量計測器が、一つのベースブロックに配設されていることを第五の特徴とする。
【００１４】
また、前記流体制御弁が、下部中央に底部まで開放して設けられた第二の空隙と第二の空隙に連通する入口流路と上部に上面が開放して設けられ第二の空隙の径よりも大きい径を持つ第一の空隙と第一の空隙に連通する出口流路と第一の空隙と第二の空隙とを連通し第一の空隙の径よりも小さい径を有する連通孔とを有し、第二の空隙の上面が弁座とされた本体と、側面あるいは上面に設けられた給気孔と排出孔とに連通した円筒状の空隙を内部に有し、下端内周面に段差部が設けられたボンネットと、ボンネットの段差部に嵌挿され中央部に貫通孔を有するバネ受けと、下端部にバネ受けの貫通孔より小径の第一接合部を有し上部に鍔部が設けられボンネットの空隙内部に上下動可能に嵌挿されたピストンと、ピストンの鍔部下端面とバネ受けの上端面で挟持支承されているバネと、周縁部が本体とバネ受けとの間で挟持固定され、本体の第一の空隙に蓋する形で第一の弁室を形成する中央部が肉厚とされた第一ダイヤフラムと、上面中央にピストンの第一接合部にバネ受けの貫通孔を貫通して接合固定される第二接合部と、下面中央に本体の連通孔と貫通して設けられた第三接合部とを有する第一弁機構体と、本体の第二の空隙内部に位置し本体の連通孔より大径に設けられた弁体と、弁体上端面に突出して設けられ第一弁機構体の第三接合部と接合固定される第四接合部と、弁体下端面より突出して設けられたロッドと、ロッド下端面より径方向に延出して設けられた第二ダイヤフラムとを有する第二弁機構体と、本体の下方に位置し第二弁機構体の第二ダイヤフラム周縁部を本体との間で挟持固定する突出部を上部中央に有し、突出部の上端部に切欠凹部が設けられると共に切欠凹部に連通する呼吸孔が設けられているベースプレートとを具備し、ピストンの上下動に伴って第二弁機構体の弁体と本体の弁座とによって形成される流体制御部の開口面積が変化するように構成されていることを第六の特徴とする。
なお、本制御弁の基本的構成は、特開２００４−３８５７１に開示されているものである。
【００１５】
また、前記絞り弁が、上部に設けられた弁室の底面に弁座面が形成され、弁座面の中心に設けられた連通口に連通する第一流路と弁室に連通する第二流路を有する本体と、ステムの軸方向の進退移動により連通口に挿入可能で接液面の中心から垂下突設された第一弁体と弁座面に接離可能にされ第一弁体から径方向へ隔離した位置に形成された円環状凸条の第二弁体と第二弁体から径方向へ連続して形成された薄膜部とが一体的に設けられた隔膜と、上部にハンドルが固着され下部内周面に雌ネジ部と外周面に雌ネジ部のピッチより大きいピッチを有する雄ネジ部を有する第一ステムと、内周面に第一ステムの雄ネジ部と螺合する雌ネジ部を有する第一ステム支持体と、上部外周面に第一ステムの雌ネジ部に螺合される雄ネジ部を有し下端部に隔膜が接続される第二ステムと、第一ステム支持体の下方に位置し第二ステムを上下移動自在かつ回動不能に支承する隔膜押さえと、第一ステムと隔膜押さえを固定するボンネットとを具備することを第七の特徴とする。
なお、本制御弁の基本的構成は、特開２００５−１５５８７８に開示されているものである。
【００１６】
また、前記流量計測器が、超音波流量計または超音波式渦流量計であることを第八の特徴とする。
【００１７】
本発明において流体制御弁４は、制御用流体の圧力操作により流体の圧力制御ができるものであれば特に限定されるものではないが、図２に示すような流体の圧力制御を行なう本発明の流体制御弁４の構成を有しているものが好ましい。これは安定した流体制御を行なうことができ、脈動した流体が流れたとしても流体制御弁４によって圧力を一定圧に安定させることができ、流体制御弁４のみで流路の遮断を行うことができ、コンパクトな構成であり流体制御装置１を小さく設けることができるため好適である。
また、本発明は図１に示すように、流体制御装置８１に絞り弁８５を設けても良い。これは、特に圧力制御を行なう流体制御弁４において、絞り弁８５を設けることにより、流体制御弁４で一定圧に制御された後に絞り弁８５で一定流量に調節されて流出され、さらに絞り弁８５の開度を変化させることにより流量を変化させて幅広い流量範囲で流量を制御することができるため好適である。絞り弁８５は、流路開度を可変調節すると共に流路を絞って流量を安定させる構成であれば特に限定されるものではないが、図３に示すような本発明の絞り弁８５の構成を有しているものが好ましい。これは幅広い流量範囲で流量調節を行なうことができ、絞り弁８５の微小な開度を容易に且つ精密に調節できるので開度の微調節を短時間で行なうことができると共に、高さ方向の場所をとらずにコンパクトな構造であり流体制御装置１を小さく設けることができるため好適である。
また、図３において絞り弁８５の第一ステム１１４の外周面に設けられた雄ネジ部１１６と下部内周面に設けられた雌ネジ部１１５のピッチ差は、雄ネジ部１１６のピッチの６分の１になるように形成されているが、ピッチ差は２０分の１から５分の１の範囲に設けるのが望ましい。弁体は全閉から全開までに一定範囲のリフト量を得るので、ハンドル１１９のストロークが大きくなり過ぎて弁高が大きくならないようするためにピッチ差を２０分の１より大きくすると良く、弁を細かいオーダーで精度の良い調節を行うためにピッチ差を５分の１より小さくすると良い。
また、図４において第一弁体９８の直線部１０４の外径Ｄ１は、連通口９１の内径Ｄに対して０．９７Ｄで設定されているが、直線部１０４の外径Ｄ１は連通口９１の内径Ｄに対して０．９５Ｄ≦Ｄ１≦０．９９５Ｄの範囲内であることが望ましい。第一弁体９８と連通口９１とを摺接させないためにＤ１≦０．９９５Ｄが良く、流量調節をスムースに行うために０．９５≦Ｄ１が良い。
【００１８】
また、第一弁体９８のテーパ部１０５のテーパ角度は軸線に対して１５°で設定されているが、１２°〜２８°の範囲内であることが望ましい。弁を大きくさせずに広い流量範囲を調節するために１２°以上が良く、開度に対して流量を急激に変化させないために２８°以下が良い。また、第二弁体９９の円環状凸条の径Ｄ２は、連通口９１の内径Ｄに対して１．５Ｄで設定されているが、第二弁体９９の円環状凸条の径Ｄ２は、連通口９１の内径Ｄに対して１．１Ｄ≦Ｄ２≦２Ｄの範囲内であることが望ましい。第一弁体９８と第二弁体９９の間には環状溝部１０２を確実に設け環状溝部１０２に流体の流れを抑制させる空間部分を得るためには１．１Ｄ≦Ｄ２が良く、開度に対して第二弁体９９と弁座面８９とで形成される開口面積の増加率を抑えるためにＤ２≦２Ｄが良い。
【００１９】
本発明において流量計測器３は、計測した流量を表示す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い。特に図９や図１２に示すような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。また図１３に示すような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。
【００２０】
また、本発明は図７に示すように、流体制御装置１３１に開閉弁６１を設けても良い。これは、開閉弁６１を設けることにより、開閉弁６１を遮断することで流体制御装置１３１のメンテナンス、修理、部品交換（以下、メンテナンス等と記す）を容易に行なうことができるため好適である。また、流体制御弁１３５に開閉弁６１を備えておけば、流路を遮断してメンテナンス等のために流体制御弁１３５を分解したときに、流路内に残った流体が分解した部分から漏れ出ることを最小限に抑えることができる、さらに流路内で何らかのトラブルが発生した際に、開閉弁６１で流体の緊急遮断を行なうことができるので好適である。
【００２１】
また、開閉弁６１は流体の流れを開放又は遮断する機能を有していれば、その構成は特に限定されるものでなく、手動によるものでも良く、エア駆動、電気駆動、磁気駆動などによるものであっても良い。流体制御弁１３５にトラブルが発生した際に、開閉弁６１で流路を緊急遮断させることができる。
【００２２】
また、流量計測器３、流体制御弁４、開閉弁６１、絞り弁８５の設置の順番は、どのような順番に設けても良く特に限定されないが、開閉弁６１の設置位置は、メンテナンス等を行うためには流体制御弁４より上流側に設置することが望ましい。さらに複数の開閉弁６１を流体制御弁４より上流側と下流側の両方に設けた構成にしても良い。このとき、両方の開閉弁６１を閉止することで、流体制御弁４の上流側と下流側の流れを止めることで流体の逆流などが防止され、メンテナンス等を行うときに流体の漏れが確実に防止されるために好適である。また、絞り弁８５が流体制御弁４及び流量計測器３の下流に位置することが望ましい。
本発明の流体制御装置は、図１、図７、図９、図１０、図１２、図１３に示すように、隣り合う弁４、６１、８５および流量計測器３が、チューブや接続管等の独立した接続手段を用いずに直接接続されていることが好ましい。これは、各構成要素がチューブや接続管を用いずに直接接続されることにより、流体制御装置１をコンパクトにして設置場所のスペースを少なくすることができ、設置作業が容易になり作業時間が短縮でき、流体制御装置１内の流路を必要最小限に短くさせることができるので流体抵抗を抑えることができるため好適である。このとき、弁４、６１、８５および流量計測器３の本体は、同一のベースブロックを用いた構成でも良く、別個の部材を流路のシールおよび流路の方向転換を行なうための接続部材５７、５８を介在させて直接接続しても良い。この構成の場合、特に流量計測器３のメンテナンスが容易になるので好適である。
本発明の流体制御装置は、図１１に示すように、弁１４１、１４３、１４４および流量計測器１４２が、流路の形成された一つのベースブロック１４７に配設されていることが好ましい。これは、各構成要素が一つのベースブロック１４７に配設されることにより、流体制御装置１３９をコンパクトにして設置場所のスペースを少なくすることができ、設置作業が容易になり作業時間が短縮でき、流体制御装置１３９内の流路を必要最小限に短くさせることができるので流体抵抗を抑えることができ、さらに部品点数を少なくすることができるので流体制御装置１３９の組み立てを容易にすることができるため好適である。
【００２３】
また、本発明の流体制御装置は、流体の流量を任意の値で一定に制御させる必要のある用途であれば、いずれに使用しても良いが、半導体製造装置内へ配置されることが好適である。半導体製造工程の前工程では、フォトレジスト工程、パターン露光工程、エッチング工程や平坦化工程などが挙げられ、これらの洗浄水の濃度を、純水と薬液の流量比で管理する際に本発明の流体制御装置を用いることが好適である。
【００２４】
また、本発明の流体制御弁４、開閉弁１３３、流量計測器８３、絞り弁８５の各部品の材質は、樹脂製であれば塩化ビニル、ポリプロピレン（以下、ＰＰと記す）、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流体に用いることができ、また腐食性ガスが透過しても弁４、６１、８５および流量計測器３の腐食の心配がなくなるため好適である。
【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）フィードバック制御方式ではなく、手動式または開ループ制御方式を採用しているため制御部を設ける必要が無いか、必要があるとしても制御部の構成が、フィードバック制御方式よりも簡単である。手動式制御の場合、該制御部の設置やそのための煩雑配線が不要である。該制御部は腐食に弱い部品が集まっているため、耐腐食用の対応を行なっておかないと、腐食性流体を流したときに、透過した腐食性ガスが制御部内の部品を腐食して、正確な制御が行なわれなくなる恐れがあった。手動式制御の場合にはこのような恐れはなくなる。
（２）流体制御装置の構成要素がチューブや接続管等の独立した接続手段を用いずに直接接続されているため、流体制御装置をコンパクトにして設置場所のスペースを少なくすることができ、設置作業が容易になり作業時間が短縮でき、流体制御装置内の流路を必要最小限に短くさせることができるので流体抵抗を抑えることができる。
（３）流体制御装置が流路の形成された一つのベースブロックに配設されていることにより、流体制御装置をコンパクトにして設置場所のスペースを少なくすることができ、設置作業が容易になり作業時間が短縮でき、流体制御装置内の流路を必要最小限に短くさせることができるので流体抵抗を抑えることができ、さらに部品点数を少なくすることができるので流体制御装置の組み立てを容易にすることができる。
（４）本発明の構成の流体制御弁を用いることにより、安定した流体制御を行なうことができ、脈動した流体が流れたとしても流体制御弁によって圧力を一定圧に安定させることができ、流体制御弁のみで流路の遮断を行うことができ、コンパクトな構成であるため流体制御装置を小さく設けることができる。
（５）流体制御装置に開閉弁を設けることにより、開閉弁を閉状態にすることで流体制御装置のメンテナンス、修理、部品交換を、流体が漏れ出ることなく容易に行なうことができると共に、流路内で何らかのトラブルが発生した際に、開閉弁で流体の緊急遮断を行なうことができる。
（６）流体制御装置に絞り弁を設けることにより、流体制御弁で一定圧に制御された後に絞り弁で一定流量に調節されて流出され、さらに絞り弁の開度を変化させることにより幅広い流量範囲で流量を調節することができる。
（７）本発明の構成の絞り弁を用いることにより、広い流量範囲で流量調節を行なうことができ、さらに絞り弁の微小な開度を容易に且つ精密に調節できるので開度の微調節を短時間で行なうことができると共に、高さ方向の場所をとらずにコンパクトな構造であるため流体制御装置を小さく設けることができる。
【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。
【実施例１】
【００２７】
以下、図１乃至図３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】
図１に示すように、１は半導体製造のエッチング工程を行う半導体製造装置内に設置された流体制御装置である。流体制御装置１は、流体流入口２、流体制御弁４、絞り弁８５、流体流出口５から形成され、その各々の構成は以下の通りである。
【００２９】
２はＰＦＡ製の流体流入口である。流体流入口２は流体制御弁４の入口流路２２に連通している。
【００３０】
図２に示すように、４は操作圧に応じて流体圧力を制御する流体制御弁である。流体制御弁４は本体１２、ボンネット１３、バネ受け１４、ピストン１５、バネ１６、第一弁機構体１７、第二弁機構体１８、ベースプレート１９で形成される。
【００３１】
１２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２０と、上部に上面開放して設けられた第二の空隙２０の径よりも大きい径を持つ第一の空隙２１を有し、側面には第二の空隙２０と連通している入口流路２２と、入口流路２２と対向する面に第一の空隙２１と連通している出口流路２３と、さらに、第一の空隙２１と第二の空隙２０とを連通し第一の空隙２１の径よりも小さい径を有する連通孔２４とが設けられている。第二の空隙２０の上面部は弁座２５とされている。また、出口流路２３は後記絞り弁８５に連通している。
【００３２】
１３はＰＶＤＦ製のボンネットであり、内部に円筒状の空隙２６と下端内周面に空隙２６より拡径された段差部２７が設けられ、側面には空隙２６内部に圧縮空気を供給するために空隙２６と外部とを連通する給気孔２８および給気孔２８より導入された圧縮空気を微量に排出するための微孔の排出孔２９が設けられている。なお、排出孔２９は圧縮空気の供給において必要ない場合は設けなくてもかまわない。
【００３３】
１４はＰＶＤＦ製で平面円形状のバネ受けであり、中央部に貫通孔３０を有し、略上半分がボンネット１３の段差部２７に嵌挿されている。バネ受け１４の側面部には環状溝３１が設けられ、Ｏ−リング３２を装着することによりボンネット１３から外部への圧縮空気の流出を防いでいる。
【００３４】
１５はＰＶＤＦ製のピストンであり、上部に円盤状の鍔部３３と、鍔部３３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３４と、ピストン軸３４の下端に設けられた雌ネジ部からなる第一接合部３５を有する。ピストン軸３４はバネ受け１４の貫通孔３０より小径に設けられており、第一接合部３５は後記第一弁機構体１７の第二接合部４０と螺合により接合されている。
【００３５】
１６はＳＵＳ製のバネであり、ピストン１５の鍔部３３下端面とバネ受け１４の上端面とで挟持されている。ピストン１５の上下動にともなってバネ１６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。
【００３６】
１７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３６を有した膜部３７と肉厚部を中央部に有する第一ダイヤフラム３８と、第一ダイヤフラム３８の中央上面より突出して設けられた軸部３９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４０、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１８の第四接合部４５と螺合される第三接合部４１を有する。第一ダイヤフラム３８の筒状部３６は、本体１２とバネ受け１４との間で挟持固定されることで、第一ダイヤフラム３８下面より形成される第一の弁室４２が密封して形成されている。また、第一ダイヤフラム３８上面、ボンネット１３の空隙２６はＯ−リング３２を介して密封されており、ボンネット１３の給気孔２８より供給される圧縮空気が充満している気室を形成している。
【００３７】
１８はＰＴＦＥ製の第二弁機構体であり、本体１２の第二の空隙２０内部に配設され連通孔２４より大径に設けられた弁体４３と、弁体４３上端面から突出して設けられた軸部４４と、その上端に設けられた第三接合部４１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４５と、弁体４３下端面より突出して設けられたロッド４６と、ロッド４６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４７を有する第二ダイヤフラム４８とから構成されている。第二ダイヤフラム４８の筒状突部４７は後記ベースプレート１９の突出部５０と本体１２との間で挟持されることにより、本体１２の第二の空隙２０と第二ダイヤフラム４８とで形成される第二の弁室４９を密閉している。
【００３８】
１９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１８の第二ダイヤフラム４８の筒状突部４７を本体１２との間で挟持固定する突出部５０を有し、突出部５０の上端部に切欠凹部５１が設けられると共に、側面に切欠凹部５１に連通する呼吸孔５２が設けられており、ボンネット１３との間で本体１２を通しボルト、ナット（図示せず）にて挟持固定している。なお、本実施例ではバネ１６がボンネット１３の空隙２６内に設けてピストン１５、第一弁機構体１７、第二弁機構体１８を上方へ付勢するような構成であるが、バネ１６をベースプレート１９の切欠凹部５１に設けてピストン１５、第一弁機構体１７、第二弁機構体１８を上方へ付勢するような構成にしても良い。
【００３９】
図３に示すように、８５は開口面積が調節可能な絞り弁である。絞り弁８５は本体８８、隔膜９７、第二ステム１０６、隔膜押さえ１０８、第一ステム１１４、第一ステム支持体１２１、ボンネット１２５で形成される。
【００４０】
８８はＰＴＦＥ製の本体である。本体８８の上部に後記隔膜９７とで形成される略すり鉢形状の弁室９０を有しており、弁室９０の底面には後記第二弁体９９の圧接によって流路の全閉シールを行う弁座面８９が形成され、弁座面８９の中心に設けられた連通口９１に連通する入口流路９２と弁室９０に連通する出口流路９３を有している。弁室９０の上方には後記隔膜押さえ１０８の嵌合部１１０を受容する凹部９５が設けられていて、その底面には後記隔膜９７の環状係止部１０１が嵌合する環状凹部９４が設けられている。また本体８８の上部外周面には、後記ボンネット１２５が螺着される雄ネジ部９６が設けられている。なお、本実施例では絞り弁８５の本体８８は、流体制御弁８４の本体と同一のベースブロックに設けられている。
【００４１】
９７はＰＴＦＥ製の隔膜であり、隔膜９７の下部に接液面の中心から垂下突設された第一弁体９８と、第一弁体９８から径方向へ隔離した位置に形成された先端が断面円弧状の円環状凸条の第二弁体９９と、第二弁体９９から径方向へ連続して形成された薄膜部１００と、薄膜部１００の外周に断面矩形状の環状係止部１０１と、隔膜９７の上部に後記第二ステム１０６の下端部に接続される接続部１０３が一体的に設けられている。第一弁体９８は、下方に向かって直線部１０４とテーパ部１０５とが連続して設けられており、第一弁体９８と第二弁体９９の間には環状溝部１０２が形成されている。環状溝部１０２は、その空間部で流体の流れを抑制させるために、全閉時に環状溝部１０２と弁座面８９とで形成される空間部分の体積が、全閉時に第一弁体９８の直線部１０４と連通口９１とで形成される空間部分の体積の２倍以上に設定される。また、図４乃至図６に示すように、第一弁体９８の直線部１０４の外径Ｄ１は、連通口９１の内径Ｄに対して０．９７Ｄで設定され、第一弁体９８のテーパ部１０５のテーパ角度は軸線に対して１５°で設定され、第二弁体９９の円環状凸条の径Ｄ２は、連通口９１の内径Ｄに対して１．５Ｄで設定されている。隔膜９７は、環状係止部１０１を本体８８の環状凹部９４に嵌合された状態で本体８８と後記隔膜押さえ１０８とで挟持固定される。
【００４２】
１０６はＰＰ製の第二ステムである。第二ステム１０６の上部外周面には後記第一ステム１１４の雌ネジ部１１５に螺合される雄ネジ部１０７が設けられ、下部外周は六角形状に形成され、下端部には隔膜９７の接続部１０３が螺着により接続されている。
【００４３】
１０８はＰＰ製の隔膜押さえである。隔膜押さえ１０８の上部には外周が六角形状の挿入部１０９が、下部には外周が六角形状の嵌合部１１０がそれぞれ設けられており、中央部外周には鍔部１１１が設けられている。隔膜押さえ１０８の内周には六角形状の貫通孔１１２が設けられ、下端面から貫通孔１１２に向かって縮径するテーパ部１１３が設けられている。挿入部１０９は後記第一ステム支持体１２１の中空部１２３に回動不能に嵌合され、嵌合部１１０は本体８８の凹部９５に回動不能に嵌合される。貫通孔１１２には第二ステム１０６を挿通させ、第二ステム１０６を上下移動自在かつ回動不能に支承している。
【００４４】
１１４はＰＰ製の第一ステムである。第一ステム１１４の下部内周面には第二ステム１０６の雄ネジ部１０７が螺合するピッチが１．２５ｍｍの雌ネジ部１１５と、外周面にはピッチが１．５ｍｍの雄ネジ部１１６が設けられており、雄ネジ部１１６と雌ネジ部１１５のピッチ差は０．２５ｍｍであり、雄ネジ部１１６のピッチの６分の１になるように形成されている。第一ステム１１４の下部外周には径方向に突出して設けられたストッパー部１１７が設けられ、上部には後記把持部１２０を有するハンドル１１９が固着されている。
【００４５】
１２１はＰＰ製の第一ステム支持体である。第一ステム支持体１２１の上部内周面には第一ステム１１４の雄ネジ部１１６に螺合される雌ネジ部１２２が設けられており、下部内周には後記隔膜押さえ１０８の挿入部１０９を回動不能に嵌合する六角形状の中空部１２３が設けられており、下部外周には後記ボンネット１２５によって固定される鍔部１２４が設けられている。
【００４６】
１２５はＰＰ製のボンネットである。ボンネット１２５の上部には第一ステム支持体１２１の鍔部１２４の外径より小さい内径を有する係止部１２６が設けられ、下部内周面には本体８８の雄ネジ部９６に螺着される雌ネジ部１２７が設けられている。ボンネット１２５は、第一ステム支持体１２１の鍔部１２４と隔膜押さえ１０８の鍔部１１１を、係止部１２６と本体８８の間で挟持した状態で本体８８に螺着していることで各部品を固定することができる。
５はＰＦＡ製の流体流出口である。
【００４７】
次に、本発明の第一の実施例である流体制御装置の作動について説明する。
【００４８】
まず、制御用空気供給制御装置（図示せず）から供給される制御用空気の操作圧に対する流体制御弁４の作動について説明する（図２参照）。
制御用空気の操作圧は、制御用空気供給制御装置を手動または開ループ制御することにより制御される。なお、手動制御とは、操作者が、流体の特性を表すパラメータ（例えば、流量、圧力等）を監視しながら、流体が該パラメータ目標値（設定流量あるいは設定圧力等）になるよう、制御用空気供給制御装置等（図示せず）を操作して、制御用空気の操作圧を手動により制御することを言う。また、開ループ制御とは、入力信号（流体の特性を表すパラメータ）と出力信号（該パラメータ目標値に関連付けられた制御用空気の操作圧）との関係を予めマップ化しておき、計測装置（図示せず）からの入力信号に基づき、出力信号を制御用空気供給制御装置へ送信し、制御用空気の操作圧を自動的に制御することを言う。
【００４９】
第二弁機構体１８の弁体４３は、ピストン１５の鍔部３３とバネ受け１４とに挟持されているバネ１６の反発力と、第一弁機構体１７の第一ダイヤフラム３８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３８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４３下面と第二弁機構体１８の第二ダイヤフラム４８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１８の弁体４３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。
【００５０】
制御用空気供給制御装置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３８を押し下げる力が増加することにより、第二弁機構体１８の弁体４３と弁座２５との間で形成される流体制御部５３の開口面積が増加するため、第一の弁室４２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５３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。
【００５１】
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４２内の圧力も増加する。すると、第一ダイヤフラム３８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３８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３８は上方へと移動する。それにともなって、弁体４３の位置も上方へ移動するため、弁座２５との間で形成される流体制御部５３の開口面積が減少し、第一の弁室４２内の圧力を減少させる。最終的に、弁体４３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１６の荷重が大きく変わらなければ、空隙２６内部の圧力、つまり、第一ダイヤフラム３８上面が受ける力は一定であるため、第一ダイヤフラム３８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３８下面の流体圧力、すなわち、第一の弁室４２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。
【００５２】
上流側の流体圧力が減少した場合、瞬間的に第一の弁室４２内の圧力も減少する。すると、第一ダイヤフラム３８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３８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３８は下方へと移動する。それにともなって、弁体４３の位置も下方へ移動するため、弁座２５との間で形成される流体制御部５３の開口面積が増加し、第一の弁室４２の流体圧力を増加させる。最終的に、弁体４３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４２内の流体圧力はほぼもとの圧力と同じになっている。
【００５３】
以上の作動により、流体制御装置１に流入する流体は、流体制御弁４、操作者または制御部（図示せず）によって、手動式または開ループ式の制御がされて設定された流体圧力に制御される。一定の流体圧力になることにより流体流量も一定となり、流体は、流量が制御されて流体流出口５から流出する。また、流体制御弁４は上記構成によりコンパクトで安定した流体圧力制御が得られ、流体制御装置１に流入する流体の上流側圧力が変動しても流体制御弁４の作動により流量は自立的に一定に保たれるためポンプの脈動など瞬間的な圧力変動が発生しても安定して流量を制御することができる。
【００５４】
次に、流体制御装置１の流体流入口２に流入し、流体制御弁４を通過した流体は手動または開ループ制御により一定圧に制御された後、絞り弁８５に流入する。絞り弁８５に流入した流体は、精密に調節された開口面積によって、絞り弁８５で設定されて一定流量に調節されて流出される。
【００５５】
ここで絞り弁８５が微小な開度の調節を行なう作動について説明する。まず、本実施例の絞り弁８５が全閉状態（図５の状態）において、入口流路９２から流入してきた流体は、弁座面８９に圧接された第二弁体９９によって閉止される。
【００５６】
ハンドル１１９を弁が開放する方向に回動させると、ハンドル１１９の回動に伴なって第一ステム１１４が外周面の雄ネジ部１１６のピッチ分だけ上昇し、逆に第一ステム１１４の内周面の雌ネジ部１１５に螺合された第二ステム１０６は第一ステム１１４の雌ネジ部１１５のピッチ分だけ下降する。ただし、第二ステム１０６は回動不能の状態で隔膜押さえ１０８の貫通孔１１２に収容されており上下方向のみに移動可能であるため、第二ステム１０６は本体８８に対して第一ステム１１４外周面の雄ネジ部１１６と内周面の雌ネジ部１１５のピッチ差分、本実施例では第一ステム１１４の雄ネジ部１１６のピッチが１．５ｍｍ、第一ステム１１４の雌ネジ部１１５のピッチが１．２５ｍｍにしているので、第一ステム１１４に連動したハンドル１１９を１回転させることによって第二ステム１０６は０．２５ｍｍ（雄ネジ部１１６のピッチの６分の１）上昇する。これに伴って、第二ステム１０６と接続された隔膜９７が上昇することで最初に本体８８の弁座面８９に圧接されていた第二弁体９９が弁座面８９から離間し、第一弁体９８は隔膜の上昇に伴なって上昇し、絞り弁８５が半開状態となる（図６の状態）。流体は入口流路９２から弁室９０へと流れ込み、出口流路９３を通過して排出される。
【００５７】
次に上記絞り弁８５が半開状態（図６の状態）から、さらにハンドル１１９を開方向に回動させると第一ステム１１４の下部外周のストッパー部１１７が第一ステム支持体１２１の天井面１３０に圧接して回動は停止される。ハンドル１１９、第一ステム１１４および第二ステム１０６の回動と連動して隔膜９７が上昇し、第一弁体９８と第二弁体９９は隔膜９７の上昇に伴なって上昇し、弁は全開状態となる（図３、図４の状態）。なお、第一弁体９８は、全開状態でも連通口９１から抜けることはないので、絞り弁８５は全閉から全開まで流量調節が行われる。
【００５８】
上記作用において、絞り弁８５が全閉から全開に至るまで、開度によって第一弁体９８と連通口９１とで形成される第一流量調節部１２８の開口面積Ｓ１と、第二弁体９９と弁座面８９とで形成される第二流量調節部１２９の開口面積Ｓ２は変化するが、Ｓ１とＳ２の大小関係によって流量を調節する作用がそれぞれ異なる。以下に絞り弁８５の開度の全閉から全開に至るまでのＳ１とＳ２の関係と流量の調節の仕組みを図４乃至図６に基づいて説明する。
【００５９】
Ｓ１＞Ｓ２の場合、絞り弁８５の開度は全閉から微開の時であり、流量は第二流量調節部１２９によって、つまりＳ２の大小によって調節される。Ｓ１＞Ｓ２の範囲内では、第一流量調節部１２８は、第一弁体９８の直線部１０４と連通口９１で流量を一定に調節することができ、流体は第一流量調節部１２８によって流量を一定にされた後、第二流量調節部１２９に至る前にまず環状溝部１０２により形成される空間部分に流れ込む。流体は環状溝部１０２の底面に当たり、径方向へ広がって第二弁体９９の内周面に当たり、さらに流れの向きを変えて第二流量調節部１２９に至るため、空間部分で流体の流れが一旦停滞される。そのため流体は、空間部分で流れが抑制されて急激な流量の増加を抑えることができ、第二流量調節部１２９で十分制御可能な流れで第二流量調節部１２９に至り、第二流量調節部１２９で精度良く流量が調節されるため、絞り弁８５が微開時の微小流量の調節が可能となる。このとき、第二弁体９９の円環状凸条の径Ｄ２は、連通口９１の内径Ｄに対して１．１Ｄ≦Ｄ２≦２Ｄの範囲内で設けられているため、流量の増加を抑制するのに効果的な環状溝部１０２を第一弁体９８と第二弁体９９の間に形成することができ、環状溝部１０２により形成される空間部分で第一流量調節部１２８からの流体の流れを抑制することができる。
【００６０】
Ｓ１＝Ｓ２の場合、第一流量調節部１２８の開口面積Ｓ１と第二流量調節部１２９の開口面積Ｓ２が同一となり、この時点を境に流量を調節する部分が第二流量調節部１２９から第一流量調節部１２８へと切り替わる。つまりＳ１の大小によって流量は調節される。
【００６１】
Ｓ１＜Ｓ２の場合、絞り弁８５の開度は微開から大きくして全開に至るまでであり、第二流量調節部１２９では細かい流量調節が困難となり、第一流量調節部１２８によって、つまりＳ１の大小によって調節される。Ｓ１＜Ｓ２の範囲内では、第一流量調節部１２８は第一弁体９８のテーパ部１０５と連通口９１で流量を調節しており、第一弁体９８のテーパ部１０５は、絞り弁８５の開度に対して開口面積Ｓ１が比例して増加するように設定されているため、絞り弁８５の開度を大きくするにつれて流量は線形に比例して増加するように調節することができる。
【００６２】
このことから、本発明の絞り弁８５は、開度が微小なときには第二流量調節部１２９によって流量調節を行い、開度を大きくすると第二流量調節部１２９から第一流量調節部１２８に切り替わって流量調節を行うので、全閉から全開に至るまで開度に対して流量が良好な比例関係を得ることができ、微小な流量から大きな流量まで確実な流量の調節が可能となり、幅広い流量範囲で流量調節を行うことができる。
【００６３】
次に、絞り弁８５が全開状態からハンドル１１９を逆に閉方向に回動させた場合は、開方向に回動させた場合とは逆の作動で弁体が降下し、絞り弁８５の開度に応じて流量調節が行われる。ハンドル１１９を閉方向に回動させて全閉状態にした時には第二弁体９９と弁座面８９とが線接触によって確実な全閉シールを行うことができる。絞り弁８５が全閉状態のとき、第一弁体９８は常に連通口９１とは非接触であるため、絞り弁８５の長期的な使用により、弁体や弁座面８９が摩耗などによって変形することがなく、長期間の使用によって流量調節特性が安定できなくなることを防止できる。
【００６４】
以上の作動により、流体制御装置１の流体流入口２に流入する流体は、流体制御弁４、絞り弁８５によって、手動または開ループ制御されると共に流量の微調節が行なわれることにより設定流量になるように微細に制御される。また絞り弁８５の開度を変化させることにより、流体制御装置１を幅広い流量範囲で流量を制御することができる。さらに、絞り弁８５は微小な開度の調節を容易に行なうことができる構成であるため、開度の微調節を精密且つ短時間で行なうことができる。
【実施例２】
【００６５】
次に、図７に基づいて本発明の第二の実施例である流体制御装置について説明する。
【００６６】
１３１は流体制御装置である。流体制御装置１３１は、流体流入口１３２、開閉弁１３３、流体制御弁１３５、絞り弁１３６、流体流出口１３７から形成されている。第二の実施例では、手動または開ループ制御が行なわれると共に、絞り弁１３６により幅広い流量範囲での微細な流量制御ができ、開閉弁１３３により流体制御装置１３１のメンテナンス等を容易に行なうことができ、流体の緊急遮断を行なうことができる。
【００６７】
図８に示すように、６１は開閉弁である。開閉弁６１は本体６６、駆動部６７、ピストン６８、ダイヤフラム押さえ６９、弁体７０で形成される。
【００６８】
６６はＰＴＦＥ製の本体であり、軸線方向上端の中央に弁室７１と、弁室７１と連通した入口流路７２と出口流路７３とを有しており、入口流路７２は流体流入口６０に連通し、出口流路７３は流量計測器６２に連通している。また、本体６６の上面における弁室７１の外側には環状溝７４が設けられている。
【００６９】
６７はＰＶＤＦ製の駆動部であり、内部に円筒状のシリンダ部７５が設けられ、前記本体６６の上部にボルト・ナット（図示せず）で固定されている。駆動部６７の側面にはシリンダ部７５の上側及び下側にそれぞれ連通された一対の作動流体供給口７６、７７が設けられている。
【００７０】
６８はＰＶＤＦ製のピストンであり、駆動部６７のシリンダ部７５内に密封状態且つ軸線方向に上下動自在に嵌挿されており、底面中央にロッド部７８が垂下して設けられている。
【００７１】
６９はＰＶＤＦ製のダイヤフラム押さえであり、中央部にピストン６８のロッド部７８が貫通する貫通孔７９を有しており、本体６６と駆動部６７の間に挟持されている。
【００７２】
７０は、弁室７１に収容されているＰＴＦＥ製の弁体であり、ダイヤフラム押さえ６９の貫通孔７９を貫通し且つダイヤフラム押さえ６９の下面から突出した前記ピストン６８のロッド部７８の先端に螺着されており、ピストン６８の上下動に合わせて軸線方向に上下するようになっている。弁体７０は外周にダイヤフラム８０を有しており、ダイヤフラム８０の外周縁は本体６６の環状溝７４内に嵌挿されており、ダイヤフラム押さえ６９と本体６６との間に挟持されている。第二の実施例のその他の構成は、第一の実施例と同様なので説明を省略する。
次に、流体制御装置の作動について説明する。
流体制御装置５９の流体流入口６０に流入した流体は、まず開閉弁６１に流入する。開閉弁６１が閉状態の場合、流体は開閉弁６１で遮断され、開閉弁６１から下流には流体が流れなくなる。これにより、流体制御装置５９内の流量計測器６２、流体制御弁６３のメンテナンス等を容易に行なうことができる。また、流路内で何らかのトラブルが発生した際に、開閉弁６１を閉状態にすることで流体の緊急遮断することができ、例えば腐食性流体が漏れ出ることで半導体製造装置内の部品を腐食させるなどの二次災害を防止することができる。また開閉弁６１が開状態の場合、流体は、開閉弁６１を通過して流量計測器６２に流入し、手動式または開ループ制御式により、設定流量になるように制御されて流体流出口６４から流出される。
【００７３】
ここで、開閉弁６１の作動を説明する。作動流体供給口７７から外部より作動流体として圧縮空気が注入されると、圧縮空気の圧力でピストン６８が押し上げられるためこれと接合されているロッド部７８は上方へ引き上げられ、ロッド部７８の下端部に接合された弁体７０も上方へ引き上げられ弁は開状態となる。
【００７４】
一方、作動流体供給口７６から圧縮空気が注入されると、ピストン６８が押し下げられるのにともなって、ロッド部７８とその下端部に接合された弁体７０も下方へ押し下げられ、弁は閉状態となる。
【００７５】
以上の作動により、流体制御装置１３１の流体流入口１３２に流入する流体は、開閉弁６１を閉状態にすることにより、流体制御装置１３１のメンテナンス等を容易に行なうことができ、流体の緊急遮断を行なうことができる。第二の実施例のその他の作動は第一の実施例と同様なので説明を省略する。
【実施例３】
【００７６】
次に、図９に基づいて本発明の第三の実施例である流体制御装置について説明する。
【００７７】
８１は流体制御装置である。流体制御装置８１は、流体流入口８２、流量計測器８３、流体制御弁８４、絞り弁８５、流体流出口８６から形成され、その構成は後述の通りである。
【００７８】
３は流体の流量を計測する流量計測器である。流量計測器３は、入口流路７と、入口流路７から垂設された直線流路８と、直線流路８から垂設され入口流路７と同一方向に平行して設けられた出口流路９とを有し、入口、出口流路７、９の側壁の直線流路８の軸線と交わる位置に、超音波振動子１０、１１が互いに対向して配置されている。出口流路９は後記流体制御弁４の入口流路２２に連通している。超音波振動子１０、１１はフッ素樹脂で覆われており、該振動子１０、１１から伸びた配線は制御部（図示せず）の演算部（図示せず）に繋がっている。なお、流量計測器３の超音波振動子１０、１１以外はＰＦＡ製である。また、入口流路７と流体流入口２とは接続部材５７を介して流路の方向転換が行なわれて直接接続され、出口流路９と後記流体制御弁４の入口流路２２とは接続部材５８を介して流路の方向転換が行なわれて直接接続されて連通している。第三の実施例のその他の構成は、第一の実施例と同様なので説明を省略する。
【００７９】
次に、本発明の第三の実施例である流体制御装置の作動について説明する。
流体制御装置８１の流体流入口８２に流入した流体は、まず流量計測器３に流入し、直線流路８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超音波振動子１０から下流側に位置する超音波振動子１１に向かって超音波振動を伝播させる。超音波振動子１１で受信された超音波振動は電気信号に変換され、制御部（図示せず）の演算部（図示せず）へ出力される。超音波振動が上流側の超音波振動子１０から下流側の超音波振動子１１へ伝播して受信されると、瞬時に演算部内で送受信が切換えられて、下流側に位置する超音波振動子１１から上流側に位置する超音波振動子１０に向かって超音波振動を伝播させる。超音波振動子１０で受信された超音波振動は、電気信号に変換され、制御部内の演算部へ出力される。このとき、超音波振動は直線流路８内の流体の流れに逆らって伝播していくので、上流側から下流側へ超音波振動を伝播させるときに比べて流体中での超音波振動の伝播速度が遅れ、伝播時間が長くなる。出力された相互の電気信号は演算部内で伝播時間が各々計測され、伝播時間差から流量が演算される。演算部で演算された流量は電気信号に変換されて表示器（図示せず；手動式の場合）またはコントロール部（図示せず；開ループ制御式の場合）に出力される。
ここで、開ループ制御式の場合、制御部のコントロール部では、流体の任意の設定圧力に関連付けられた制御用空気の操作圧と流量のマップに基づき、指令信号を電空変換器（図示せず）に出力し、電空変換器はそれに応じた制御用空気の操作圧を流体制御弁４に供給し駆動させる。手動制御の場合、操作者が、表示器を監視しながら、流体が設定圧力になるよう、制御用空気供給制御装置等（図示せず）を操作して、制御用空気の操作圧を手動により制御する。第三の実施例のその他の作動は第一の実施例と同様なので説明を省略する。
【００８０】
こうして、流量計測器３である超音波流量計は、流体の流れ方向に対する伝播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る。
【実施例４】
【００８１】
次に、図１０に基づいて本発明の第四の実施例である流体制御装置８７について説明する。
【００８２】
流体制御装置８７は、本発明の第三の実施例である流体制御装置８１の流体流入口８２に開閉弁６１を装着したものである。第三の実施例の流体制御装置８１のメンテナンスを向上させるためのものである。詳細は、前述の技術開示により当業者にとり容易に理解できるはずであるので、省略する。
【００８３】
なお、実施例１乃至実施例４において、隣り合う弁および流量計測器がチューブや接続管を用いずに直接接続されているため、流体制御装置をコンパクトにして設置場所のスペースを少なくすることができる。また、設置作業が容易になり作業時間が短縮することができ、流体制御装置内の流路を必要最小限に短くさせることができるので流体抵抗を抑えることができる。
【実施例５】
【００８４】
次に、図１１に基づいて本発明の第五の実施例である流体制御装置１３９について説明する。
【００８５】
１３９は流体制御装置である。流体制御装置１３９は、流体流入口１４０、開閉弁１４１、流量計測器１４２、流体制御弁１４３、絞り弁１４４、流体流出口１４５から形成されている。
【００８６】
１４７は流体制御装置１３９のベースブロックである。ベースブロック１４７は、開閉弁１４１、流量計測器１４２、流体制御弁１４３、絞り弁１４４のそれぞれの本体が単一に形成されている。開閉弁１４１の本体としては、ベースブロック１４７の上部に弁室１４８と、弁室１４８と連通した入口流路１４９と出口流路１５０とが形成されており、入口流路１４９は流体流入口１４０に連通している。流量計測器１４２としては、入口流路１５１と、入口流路１５１から垂設された直線流路１５２と、直線流路１５２から垂設され入口流路１５１と同一方向に平行して設けられた出口流路１５３とを有し、入口、出口流路１５１、１５３の側壁の直線流路１５２の軸線と交わる位置に、超音波振動子１５４、１５５が互いに対向して配置されており、入口流路１５１は開閉弁１４１の出口流路１５０に連通している。流体制御弁１４３の本体としては、ベースブロック１４７の下部に底部まで開放して設けられた第二の空隙１５６と、上部に上面開放して設けられた第二の空隙１５６の径よりも大きい径を持つ第一の空隙１５７を有し、第二の空隙１５６と連通している入口流路１５８と、入口流路１５８と対向する方向に第一の空隙１５７と連通している出口流路１５９、さらに、第一の空隙１５７と第二の空隙１５６とを連通し第一の空隙１５７の径よりも小さい径を有する連通孔１６０とが設けられており、入口流路１５８は流量計測器１４２の出口流路１５３に連通している。絞り弁１４４の本体としては、ベースブロック１４７の上部に略すり鉢形状の弁室１６１を有しており、弁室１６１の底面には弁座面１６２が形成され、弁座面１６２の中心に設けられた連通口１６３に連通する入口流路１６４と弁室１６１に連通する出口流路１６５を有している。弁室１６１の上方には隔膜押さえ１６６を受容する凹部１６７が設けられていて、その底面には環状凹部１６８が設けられている。また、入口流路１６４は流体制御弁１４３の出口流路１５９に連通し、出口流路１６５は流体流出口１４５と連通している。第五の実施例のその他の構成は、本体が単一で形成されている以外は第四の実施例と同様なので説明を省略する。
【００８７】
本発明の第五の実施例である流体制御装置の作動は、第四の実施例と同様なので説明を省略する。第五の実施例では、手動または開ループ制御が行なわれると共に、絞り弁１４４により幅広い流量範囲での微細な流量制御ができ、開閉弁１４１により流体制御装置１３９のメンテナンス等を容易に行なうことができ、流体の緊急遮断を行なうことができる。
【００８８】
ここで第五の実施例は、第四の実施例の流体制御装置の弁および流量計測器が流路の形成された一つのベースブロックに配設されている構成であるが、第一の実施例乃至第三の実施例の流体制御装置の弁および流量計測器が流路の形成された一つのベースブロックに配設されている構成であっても良く、各実施例と同様の作動が行なわれる。このとき、流体制御装置が流路の形成された一つのベースブロックに配設されているため、流体制御装置をコンパクトにして設置場所のスペースを少なくすることができる。また、設置作業が容易になり作業時間が短縮でき、流体制御装置内の流路を必要最小限に短くさせることができるので流体抵抗を抑えることができ、さらに部品点数を少なくすることができるので流体制御装置の組み立てを容易にすることができる。
【実施例６】
【００８９】
次に、図１２に基づいて本発明の第六の実施例である流量計測器が他の超音波流量計である場合の流体制御装置について説明する。
【００９０】
２３４は流体の流量を計測する流量計測器である。流量計測器２３４は、入口流路２３５と、入口流路２３５から垂設された第一立上り流路２３６と、第一立上り流路２３６に連通し入口流路２３５軸線に略平行に設けられた直線流路２３７と、直線流路２３７から垂設された第二立上り流路２３８と、第二立上り流路２３８に連通し入口流路２３５軸線に略平行に設けられた出口流路２３９とを有し、第一、第二立上り流路２３６、２３８の側壁の直線流路２３７の軸線と交わる位置に、超音波振動子２４０、２４１が互いに対向して配置されている。超音波振動子２４０、２４１はフッ素樹脂で覆われており、該振動子２４０、２４１から伸びた配線は後記制御部２４４の演算部２４５に繋がっている。なお、流量計測器２３４の超音波振動子２４０、２４１以外はＰＦＡ製である。入口流路２３５は開閉弁２４２に連通し、出口流路２３９は流体制御弁２４３に連通する。第七の実施例のその他の構成は第四の実施例と同様であるので説明を省略する。
【００９１】
次に、本発明の第六の実施例である流体制御装置の作動について説明する。
【００９２】
流体制御装置に流入した流体は、開閉弁２４２を通過して流量計測器２３４に流入する。流量計測器２３４に流入した流体は、直線流路２３７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超音波振動子２４０から下流側に位置する超音波振動子２４１に向かって超音波振動を伝播させる。超音波振動子２４１で受信された超音波振動は電気信号に変換され、制御部２４４の演算部２４５へ出力される。超音波振動が上流側の超音波振動子２４０から下流側の超音波振動子２４１へ伝播して受信されると、瞬時に演算部２４５内で送受信が切換えられて、下流側に位置する超音波振動子２４１から上流側に位置する超音波振動子２４０に向かって超音波振動を伝播させる。超音波振動子２４０で受信された超音波振動は、電気信号に変換され、制御部（図示せず）内の演算部（図示せず）へ出力される。このとき、超音波振動は直線流路２３７内の流体の流れに逆らって伝播していくので、上流側から下流側へ超音波振動を伝播させるときに比べて流体中での超音波振動の伝播速度が遅れ、伝播時間が長くなる。出力された相互の電気信号は演算部（図示せず）内で伝播時間が各々計測され、伝播時間差から流量が演算される。演算部で演算された流量は電気信号に変換されて表示器（図示せず：手動式の場合）またはコントロール部（図示せず：開ループ制御式の場合）に出力される。第六の実施例のその他の作動は、第四の実施例と同様であるので説明を省略する。
【実施例７】
【００９３】
次に、図１３、図１４に基づいて本発明の第七の実施例である流量計測器が超音波式渦流量計である場合の流体制御装置について説明する。
【００９４】
２４７は流量計測器である。流量計測器２４７は、入口流路２４８と、入口流路２４８内に垂設されたカルマン渦を発生させる渦発生体２４９と、出口流路２５０とを備える直線流路２５１を有し、直線流路２５１の渦発生体２４９の下流側の側壁に、超音波振動子２５２、２５３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２５２、２５３はフッ素樹脂で覆われており、該振動子２５２、２５３から伸びた配線は制御部２５６の演算部に繋がっている。流量計測器２４７の超音波振動子２５２、２５３以外はＰＴＦＥ製である。入口流路２４８は開閉弁２５４に連通し、出口流路２５０は流体制御弁２５５に連通する。第七の実施例のその他の構成は第四の実施例と同様であるので説明を省略する。
【００９５】
次に、本発明の第七の実施例である流体制御装置の作動について説明する。
【００９６】
流体制御装置に流入した流体は、開閉弁２５４を通過して流量計測器２４７に流入する。流量計測器２４７に流入した流体は、直線流路２５１で流量が計測される。直線流路２５１内を流れる流体に対して超音波振動子２５２から超音波振動子２５３に向かって超音波振動を伝播させる。渦発生体２４９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２５３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。超音波振動子２５２、２５３で送受信された超音波振動は、電気信号に変換され、制御部（図示せず）の演算部（図示せず）へ出力される。演算部（図示せず）では、送信側の超音波振動子２５２から出力された超音波振動と受信側の超音波振動子２５３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２５１を流れる流体の流量が演算される。演算部２５７で演算された流量は電気信号に変換されて表示器（図示せず：手動式の場合）またはコントロール部（図示せず：開ループ制御式の場合）に出力される。第七の実施例のその他の作動は、第四の実施例と同様であるので説明を省略する。
【００９７】
以上の作動により、超音波式渦流量計は、流量が大きいほどカルマン渦は多く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。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【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の流体制御弁の拡大図である。
【図３】図１の絞り弁の拡大図である。
【図４】図３の絞り弁が開状態を示す要部拡大図である。
【図５】図３の絞り弁が閉状態を示す要部拡大図である。
【図６】図３の絞り弁が半開状態を示す要部拡大図である。
【図７】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８】図７の開閉弁の拡大図である。
【図９】本発明の第三の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図１０】本発明の第四の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図１１】本発明の第五の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図１２】本発明の第六の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図１３】本発明の第七の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１５】従来の純水流量の制御装置を示す概念構成図である。
【図１６】従来の手動式制御装置（減圧弁）を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１    流体制御装置
２    流体流入口
３    流量計測器
４    流体制御弁
５    流体流出口
６１    開閉弁
８１    流体制御装置
８２    流体流入口
８４    流体制御弁
８５    絞り弁
８６    流体流出口
８７    流体制御装置
１３１    流体制御装置
１３２    流体流入口
１３５    流体制御弁
１３６    絞り弁
１３７    流体流出口
１３９    流体制御装置
１４０    流体流入口
１４１    開閉弁
１４２    流量計測器
１４３    流体制御弁
１４４    絞り弁
１４５    流体流出口
１４７    ベースブロック
２３４    流量計測器
２４７    流量計測器
【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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