(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、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、幅広い流量範囲で微細に流量を制御することができる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、流路の開口面積を変化させることにより流体の流量を制御する流体制御弁と、流体の流量を計測し該流量の計測値を電気信号に変換し出力する流量計測器と、該流量計測器からの前記電気信号と設定流量との偏差に基づいて、前記流体制御弁の開口面積を制御するための指令信号を、前記流体制御弁または該流体制御弁を操作する機器へ出力する制御部と、を具備することを特徴としている。【選択図】      図１
2007058352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の開口面積を変化させることにより流体の流量を制御する流体制御弁と、
流体の流量を計測し該流量の計測値を電気信号に変換し出力する流量計測器と、
該流量計測器からの前記電気信号と設定流量との偏差に基づいて、前記流体制御弁の開口面積を制御するための指令信号を、前記流体制御弁または該流体制御弁を操作する機器へ出力する制御部と、
を具備することを特徴とする流体制御装置。
【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】
流体の圧力変動を減衰させる圧力調整弁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、
上部に弁室と、弁室に各々が連通している入口流路および出口流路とを有し、弁室底部中央に入口流路が連通している開口部が設けられた本体と、底部中央に貫通孔と、側面に呼吸口が設けられ、本体と第一ダイヤフラムを挟持固定しているシリンダーおよび上部に作動流体連通口が設けられ、シリンダーと第二ダイヤフラムの周縁部を挟持固定しているボンネットが一体的に固定されており、第一ダイヤフラムは肩部と、肩部の上に位置し後記ロッドの下部に嵌合固定される取り付け部、肩部の下に位置し後記弁体が固定される接合部、肩部から径方向に延出した薄膜部、薄膜部に続く厚肉部および厚肉部の周縁部に設けられたシール部が一体的に形成され、接合部には弁室の開口部に後記ロッドの上下動に伴って出入りする弁体が固定されており、一方、第二ダイヤフラムは中央穴を有し、その周辺の厚肉部と、厚肉部から径方向に延出した薄膜部および薄膜部の周縁部に設けられたシール部が一体的に形成され、底部に第一ダイヤフラムの取り付け部が固定されているロッドの上部に位置する肩部にダイヤフラム押えにより中央穴を貫通して挟持固定されており、また、ロッドは、その下方部がシリンダー底部の貫通孔内に遊嵌状態に配置され、かつ、シリンダーの段差部とロッドの肩部下面との間に径方向への移動が防止された状態で嵌合されたスプリングで支承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】
前記流体制御弁が、
上部ボンネットと下部ボンネットに内包されたモータ部とを有する電気式駆動部と、モータ部の軸に連結されたステムにより上下動される弁体を有するダイヤフラムと、ダイヤフラムによって電気式駆動部から隔離された弁室に各々連通する入口流路及び出口流路を有する本体とを具備する流量制御部からな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】
前記流体制御弁が、
弾性体からなる管体と、内部シリンダー部を有し上部にシリンダー蓋が接合されたシリンダー本体と、シリンダー部内周面に上下動可能且つ密封状態で摺接され且つシリンダー本体下面中央に設けられた貫通孔を密封状態で貫通するように中央より垂下して設けられた連結部を有するピストンと、ピストンの連結部の下端部に固定されシリンダー本体の底面に流路軸線と直交して設けられた長円状スリット内に収納される挟圧子と、シリンダー本体の下端面に接合固定され、流路軸線上に管体を受容する第１の溝と第１の溝の両端部にさらに連結体受けを受容する第２の溝が第１の溝よりも深く設けられた本体と、一端に本体の第２の溝と嵌合する嵌合部を有し他端内部に連結体受口を有しさらに管体を受容する貫通孔を有する一対の連結体受けと、シリンダー本体周側面に設けられ、シリンダー部底面及び内周面とピストン下端面とで囲まれて形成された第１空間部と、シリンダー蓋下端面とシリンダー部内周面とピストン上面とで囲まれた第二空間部とにそれぞれ連通される一対のエアー口を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項９】
前記流体制御弁が、
上部ボンネットと下部ボンネットに内包されたモータ部とを有する電気式駆動部と、モータ部の軸に連結されたステムにより上下動される挟圧子と、弾性体からなる管体と、下部ボンネットの下端面に接合固定され、流路軸線上に管体を受容する溝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１０】
前記圧力調整弁が、
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３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１１】
前記圧力調整弁が、
内部に第一弁室、第一弁室の上部に設けられた段差部及び第一弁室と連通する入口流路を有する本体と、第二弁室とそれに連通する出口流路とを有し本体上部に接合される蓋体と、周縁部が第一弁室の上部周縁部に接合された第一ダイヤフラムと、周縁部が本体と蓋体とによって挟持された第二ダイヤフラムと、第一及び第二ダイヤフラムの中央に設けられた両環状接合部に接合され軸方向に移動自在となっているスリーブと、第一弁室の底部に固定されスリーブの下端との間に流体制御部を形成しているプラグとからなり、また本体の段差部の内周面と第一及び第二ダイヤフラムとに包囲された気室を有し、第二ダイヤフラムの受圧面積が第一ダイヤフラムの受圧面積より大きく構成され、前記気室に連通するエア供給が本体に設けられていることを特徴とする請求項３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１２】
前記流量計測器（３）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１乃至請求項８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、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、幅広い流量範囲で安定して精度良く流量を制御することができる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１９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、部品が一つのケーシング内に設けられた電気駆動による流体制御装置として、図２０に示されるような流体を移送する流体回路にインライン接続される流体制御モジュール３０６があった（例えば、特許文献２参照）。その構成は、化学的に不活性な流路を有するハウジング３０７と、流路に接続された調節可能な制御弁３０８と、流路に接続された圧力センサ３０９と、流路内に位置する絞り部３１０とを備え、制御弁３０８と圧力センサ３０９がハウジング３０７内に収容され、さらに制御弁３０８の駆動を電気的に行なう電動モータを具備するドライバ３１１と、制御弁３０８及び圧力センサ３０９に電気的に接続されるコントローラ３１２がハウジング３０７内に収容されているものであった。その効果は、流体回路内で測定された圧力差と絞り部３１０の直径とから流路内の流量を測定し、測定した流量に基いて制御弁３０８をフィードバック制御で駆動することで、流路内の流量を高精度に決定することができるものであった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６１３４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の純水流量の制御装置３０１は、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ものであるため、微細に流量を制御させるには不向きであり、流量範囲も広くないため、幅広い流量範囲で流量を制御する用途には使いにくいという問題があった。また、構成要素が多く分かれているため、半導体製造装置内などに設置する際に、各構成要素の配管接続作業、電気配線やエア配管作業をそれぞれ行なわなくてはならず、作業が複雑で時間を要するとともに、配管や配線が煩わしくミスが起こる恐れがあるという問題があった。
【０００７】
また、前記従来の流量制御モジュール３０６は、流体制御装置に流入する流体が圧力変動周期の短い脈動した流れであった場合、制御弁３０８は脈動した流体に対して流量を制御しようと作動するが、ハンチングを起こし流量制御ができなくなる問題があり、このまま続けるとドライバ３１１や制御弁３０８が破損してしまうという問題があった。また、流量を制御する流量範囲があまり広くないため、幅広い流量範囲で流量を制御する用途には使いにく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、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、幅広い流量範囲で安定して精度良く流量を制御することができる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に基づいて説明すると、流路の開口面積を変化させること流体の圧力を制御する流体制御弁４と、流体の流量を計測し該流量の計測値を電気信号に変換し出力する流量計測器３と、該流量計測器からの前記電気信号と設定流量との偏差に基づいて、前記流体制御弁の開口面積を制御するための指令信号を、前記流体制御弁または該流体制御弁を操作する機器へ出力する制御部６とを具備することを第一の特徴とする。
【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６１をさらに具備することを第二の特徴とする。
【００１１】
また、前記流体の圧力変動を減衰させる圧力調整弁８３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４、６１、８３および前記流量計測器３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−ブや接続管等のことを言う。
【００１３】
また、前記弁４、６１、８３および前記流量計測器３が、一つのベースブロック１４６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８５が、上部に弁室と、弁室に各々が連通している入口流路および出口流路とを有し、弁室底部中央に入口流路が連通している開口部が設けられた本体と、底部中央に貫通孔と、側面に呼吸口が設けられ、本体と第一ダイヤフラムを挟持固定しているシリンダーおよび上部に作動流体連通口が設けられ、シリンダーと第二ダイヤフラムの周縁部を挟持固定しているボンネットが一体的に固定されており、第一ダイヤフラムは肩部と、肩部の上に位置し後記ロッドの下部に嵌合固定される取り付け部、肩部の下に位置し後記弁体が固定される接合部、肩部から径方向に延出した薄膜部、薄膜部に続く厚肉部および厚肉部の周縁部に設けられたシール部が一体的に形成され、接合部には弁室の開口部に後記ロッドの上下動に伴って出入りする弁体が固定されており、一方、第二ダイヤフラムは中央穴を有し、その周辺の厚肉部と、厚肉部から径方向に延出した薄膜部および薄膜部の周縁部に設けられたシール部が一体的に形成され、底部に第一ダイヤフラムの取り付け部が固定されているロッドの上部に位置する肩部にダイヤフラム押えにより中央穴を貫通して挟持固定されており、また、ロッドは、その下方部がシリンダー底部の貫通孔内に遊嵌状態に配置され、かつ、シリンダーの段差部とロッドの肩部下面との間に径方向への移動が防止された状態で嵌合されたスプリングで支承されていることを特徴とすることを第六の特徴とする。
【００１５】
なお、本制御弁の基本的構成は、特願２００４−２５２７５４に開示されているものである。
【００１６】
また、前記流体制御弁５が、上部ボンネットと下部ボンネットに内包されたモータ部とを有する電気式駆動部と、モータ部の軸に連結されたステムにより上下動される弁体を有するダイヤフラムと、ダイヤフラムによって電気式駆動部から隔離された弁室に各々連通する入口流路及び出口流路を有する本体とを具備する流量制御部からなることを第七の特徴とする。
【００１７】
なお、本制御弁の基本的構成は、特願２００４−２５２８２１に開示されているものである。
【００１８】
また、前記流体制御弁１７５が、弾性体からなる管体と、内部シリンダー部を有し上部にシリンダー蓋が接合されたシリンダー本体と、シリンダー部内周面に上下動可能且つ密封状態で摺接され且つシリンダー本体下面中央に設けられた貫通孔を密封状態で貫通するように中央より垂下して設けられた連結部を有するピストンと、ピストンの連結部の下端部に固定されシリンダー本体の底面に流路軸線と直交して設けられた長円状スリット内に収納される挟圧子と、シリンダー本体の下端面に接合固定され、流路軸線上に管体を受容する第１の溝と第１の溝の両端部にさらに連結体受けを受容する第２の溝が第１の溝よりも深く設けられた本体と、一端に本体の第２の溝と嵌合する嵌合部を有し他端内部に連結体受口を有しさらに管体を受容する貫通孔を有する一対の連結体受けと、シリンダー本体周側面に設けられ、シリンダー部底面及び内周面とピストン下端面とで囲まれて形成された第１空間部と、シリンダー蓋下端面とシリンダー部内周面とピストン上面とで囲まれた第二空間部とにそれぞれ連通される一対のエアー口を具備することを第八の特徴とする。
【００１９】
なお、本制御弁の基本的構成は、特開２００２−１７４３５２に開示されているものである。
【００２０】
また、前記流体制御弁１８５が、上部ボンネットと下部ボンネットに内包されたモータ部とを有する電気式駆動部と、モータ部の軸に連結されたステムにより上下動される挟圧子と、弾性体からなる管体と、下部ボンネットの下端面に接合固定され、流路軸線上に管体を受容する溝とを具備することを第九の特徴とする。
【００２１】
なお、本制御弁の基本的構成は、特願２００４−２５２８２１に開示されているものである。
【００２２】
また、前記圧力調整弁８３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十の特徴とする。
【００２３】
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。
【００２４】
また、前記圧力調整弁１１１が、内部に第一弁室、第一弁室の上部に設けられた段差部及び第一弁室と連通する入口流路を有する本体と、第二弁室とそれに連通する出口流路とを有し本体上部に接合される蓋体と、周縁部が第一弁室の上部周縁部に接合された第一ダイヤフラムと、周縁部が本体と蓋体とによって挟持された第二ダイヤフラムと、第一及び第二ダイヤフラムの中央に設けられた両環状接合部に接合され軸方向に移動自在となっているスリーブと、第一弁室の底部に固定されスリーブの下端との間に流体制御部を形成しているプラグとからなり、また本体の段差部の内周面と第一及び第二ダイヤフラムとに包囲された気室を有し、第二ダイヤフラムの受圧面積が第一ダイヤフラムの受圧面積より大きく構成され、前記気室に連通するエア供給が本体に設けられていることを第十一の特徴とする。
【００２５】
なお、本制御弁の基本的構成は、特開２００３−２９８４８に開示されているものである。
【００２６】
さらに、前記流量計測器３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十二の特徴とする。
【００２７】
本発明において流体制御弁４は、流路の開口面積を変化させることにより流量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流量制御を行なう本発明の流体制御弁４や、図１０に示すような流体の流量制御を行う本発明の流体制御弁１３５や、図１２に示すような流体の流量制御を行なう本発明の流体制御弁１７５や、図１５に示すような流体の流量制御を行う本発明の流体制御弁１８５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、流体制御弁４、１３５、１７５、１８５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。
【００２８】
本発明において流量計測器３は、計測した流量を電気信号に変換して制御部６に出力されるものなら特に限定されないが、超音波流量計、超音波式渦流量計であることが好ましい。特に図１や図１６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１８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。
【００２９】
また、本発明は図３に示すように、流体制御装置５９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５９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、流体制御装置５９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装置５９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。
【００３０】
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、磁気駆動などの自動によるものであっても良い。自動の場合、制御回路を設けて流体制御装置５９の流体制御弁６３や流量計測器６２と開閉弁６１をリンクさせ、流体制御弁６３の状態や流量に応じて開閉弁６１を駆動させるようにしても良く、開閉弁６１を流体制御装置５９から独立して駆動させても良い。流体制御装置５９とリンクさせて駆動させる場合、流体制御装置５９内で一括制御を行なうことができるので好適である。流体制御装置５９から独立して駆動させる場合、流体制御装置５９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場合に流体制御装置５９のトラブルに影響せずに駆動を行うことができるため好適である。
【００３１】
また、開閉弁６１の設置位置は、メンテナンス等を行うためには他の弁６３および流量計測器６２より上流側に設置することが望ましい。さらに開閉弁６１を他の弁６３および流量計測器６２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、流体制御装置５９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。
【００３２】
本発明は図５に示すように、流体制御装置８１に圧力調整弁８３を設けても良い。圧力調整弁８３は流入する流体の圧力を一定圧に調整して流出させるものであれば特に限定されるものではないが、図６に示すような本発明の圧力調整弁８３の構成を有しているものが好ましい。これはコンパクトな構造であり、且つ流入した流体が圧力変動周期の早い脈動した流れであっても、圧力調整弁８３によって圧力を一定圧に安定させることができ、これにより脈動の影響で流体制御が安定して行えなくなることを防止することができるため好適である。
【００３３】
本発明の流体制御装置は、図１、図３、図５、図７に示すように、一つ以上の弁および流量計測器が、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ため好適である。このとき、一つ以上の弁および流量計測器の本体は、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。
【００３４】
本発明の流体制御装置は、図８に示すように、弁１４０、１４１、１４３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１４６に設けられてなることが好ましい。これは、一つのベースブロック１４６に設けられることにより、流体制御装置１３８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１３８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１３８の組み立てを容易にすることができるため好適である。
【００３５】
本発明の流量計測器、流体制御弁、開閉弁、圧力調整弁の設置の順番は、どのような順番に設けても良く特に限定されないが、圧力調整弁が流体制御弁及び流量計測器の上流側に位置することが好ましい。流体が圧力脈動を有する場合、初期段階にて該脈動を減衰させることが好ましいからである。また流体制御弁を流量計測器の上流側に位置することがさらに好ましい。最終段階の正規流量を計測することができるからである。
【００３６】
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。
【００３７】
また、本発明の流量計測器、流体制御弁、開閉弁、圧力調整弁の各部品の材質は、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および流量計測器の腐食の心配がなくなるため好適である。
【発明の効果】
【００３８】
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。
【００３９】
（１）流体制御装置でフィードバック制御を行なうことにより、流体の流量を応答性良く設定流量になるように安定させることができる。
【００４０】
（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。
【００４１】
（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す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。
【００４２】
（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または流量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。
【００４３】
（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。
【００４４】
（６）流体制御装置に圧力調整弁を設けることにより、脈動した流体が流れたとしても圧力調整弁によって該脈動を減衰させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について図面に示す実施例を参照して説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第一の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。図２は図１の流体制御弁の拡大図である。図３は本発明の第二の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。図４は図３の開閉弁の拡大図である。図５は本発明の第三の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。図６は図５の圧力調整弁の拡大図である。図７は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８は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９は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１０は図９の流体制御弁の拡大図である。図１１は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１２は図１１の流体制御弁の拡大図である。図１３は図１１の圧力調整弁の拡大図である。図１４は本発明の第八の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。図１５は図１４の流体制御弁の拡大図である。図１６は本発明の第九の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。図１７は本発明の第十の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。図１８は図１７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【実施例１】
【００４６】
以下、図１、図２に基づいて本発明の第一の実施例である流体制御装置について説明する。
【００４７】
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、流量計測器３、流体制御弁４、流体流出口５、制御部６から形成され、その各々の構成は以下の通りである。
【００４８】
２はＰＦＡ製の流体流入口である。流体流入口２は後記流量計測器３の入口流路７に連通している。
【００４９】
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２４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から伸びた配線は後記制御部６の演算部５４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。
【００５０】
図２に示すように、４は流路の開口面積を変化させることにより流体の流量を制御する流体制御弁（エア式ニードル弁）である。流体制御弁４は本体１４、シリンダー１５、ボンネット１６、第一ダイヤフラム１７、弁体１８、第二ダイヤフラム１９、ロッド２０、ダイヤフラム押え２１、スプリング２２で構成される。
【００５１】
１４はポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）製の本体であり、上部に円筒状の弁室２３が設けられており、その弁室２３に連通して入口流路２４及び出口流路２５が各々下部に設けられている。弁室底部中央には出口流路２５に繋がる開口部２６が、開口部２６の周辺部には入口流路２４に繋がる開口部２７が設けられている。開口部２７の横断面形状は円形であるが、流量を広範囲に亘って制御するために開口部２６を大きくした場合は、弁室底部中央に設けられた開口部２６を中心とした周辺部に略三日月状に形成されることが望ましい。本体１４の上面には第一ダイヤフラム１７のシール部が嵌合される環状溝４３が設けられている。
【００５２】
１５はポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）製のシリンダーであり、底部中央に貫通孔２８と底部内面に段差部４８を有し、側面に呼吸口２９が設けられている。シリンダー１５は、本体１と第一ダイヤフラム１７の周縁部を挟持固定し、ボンネット１６と第二ダイヤフラム１９の周縁部を挟持固定している。シリンダー１５の側面に設けられた呼吸口２９は、流体がガスとなって第一ダイヤフラム１７を透過した場合に、そのガスを排出するために設けられている。
【００５３】
１６はＰＶＣ製のボンネットであり、上部に圧縮空気を導入する作動流体連通口３０及び排気口３１が設けられている。本実施例では作動流体連通口３０はボンネット１６の上部に設けられているが、側面に設けても良い。なお、排気口３１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。また周側部の下部には第二ダイヤフラム１９のシール部４０が嵌合される環状溝４４が設けられている。以上説明した本体１４、シリンダー１５およびボンネット１６はボルト、ナット（図示しない）によって一体的に固定されている。
【００５４】
１７はＰＴＦＥ製の第一ダイヤフラムであり、肩部３２を中心に肩部３２の上の位置にロッド２０に嵌合固定される取り付け部３３が、また、下の位置には弁体１８が固定される接合部４５が一体的にかつ突出して設けられており、また肩部３２から径方向に延出した部分には薄膜部３４と、薄膜部３４に続く厚肉部３５および厚肉部３５の周縁部にシール部３６が設けられており、これらは一体的に形成されている。薄膜部３４の膜厚は厚肉部３５の厚さの１／１０程度にされている。ロッド２０と取り付け部３３の固定の方法は嵌合だけでなく螺合でも接着でもよい。接合部４５と弁体１８の固定は螺合が好ましい。第一ダイヤフラム１７の外周縁部に位置するシール部３６は軸線方向に断面Ｌ字状に形成されており、Ｏ−リング４９を介して本体１４の環状溝４３に嵌合され、シリンダー１５の底部に設けられた環状突部４１に押圧されて挟持固定されている。
【００５５】
１８はＰＴＦＥ製の弁体であり、第一ダイヤフラム１９の下部に設けられた接合部４５に螺合固定されている。弁体１８は本実施例のような形状に限らず所望の流量特性に応じて、球状弁体や円錐形状弁体でも良い。さらには摺動抵抗を極力少なくした状態で全閉を行う為には外周リブ付き弁体が好適に用いられる。
【００５６】
１９はエチレンプロピレンジエン共重合体（以下、ＥＰＤＭと記す）製の第二ダイヤフラムであり、中央穴３７を有し、その周辺の厚肉部３８、厚肉部の上部には環状突部４１、厚肉部３８から径方向に延出した薄膜部３９および薄膜部３９の周縁部に設けられたシール部４０が一体的に形成され、底部に第一ダイヤフラム１７の取り付け部３３が固定されているロッド１９の上部に位置する肩部４２にダイヤフラム押え２１により中央穴３７を貫通して挟持固定されている。本実施例では材質がＥＰＤＭ製を用いているが、フッ素系のゴムまたはＰＴＦＥ製でも良い。
【００５７】
２０はＰＶＣ製のロッドであり、上部には拡径された肩部４２が設けられている。肩部４２の中央にはダイヤフラム押え２１の接合部４７が螺合され、第二ダイヤフラム１９を挟持固定している。下方部はシリンダー１５底部の貫通孔２８内に遊嵌状態に配置され、下端部には第一ダイヤフラム１７の取り付け部３３が固定されている。また、ロッド２０の肩部４２の下面とシリンダー１５の段差部２０との間にはスプリング２２が嵌合されている。
【００５８】
２１はＰＶＣ製のダイヤフラム押えであり、下面中央にはロッド２０と螺合にて接続される接合部４７が設けられている。また、下面には第二ダイヤフラム１９の環状突部４１と嵌合される環状溝４６が設けられている。
【００５９】
２２はＳＵＳ製のスプリングであり、ロッド２０の肩部４２の下面とシリンダー１５の段差部４８との間に径方向への移動が阻止された状態で嵌合され支承されている。また、肩部４２の下面を常に上方へ付勢している。スプリング２２の全表面はフッ素系樹脂で被覆されている。尚、スプリング２２は流体制御弁の口径や使用圧力範囲によってバネ定数を変えて適宜使用でき、複数本使用してもよい。
【００６０】
図１に再び戻って、５はＰＦＡ製の流体流出口である。６は制御部である。制御部６は流量計測器３から出力された信号から流量を演算する演算部５４と、フィードバック制御を行なうコントロール部５５を有している。演算部５４には、送信側の超音波振動子１０に一定周期の超音波振動を出力する発信回路と、受信側の超音波振動子１１からの超音波振動を受信する受信回路と、各超音波振動の伝播時間を比較する比較回路と、比較回路から出力された伝播時間差から流量を演算する演算回路とを備えている。コントロール部５５には、演算部５４から出力された流量に対して設定された流量になるように後記電空変換器５６を制御し制御用空気の圧力を操作する制御回路を有している。なお、本実施例では制御部６は別の場所で集中コントロールを行なうために流体制御装置１と別体で設けられた構成であるが、流体制御装置１と一体的に設けても良い。
【００６１】
５６は圧縮空気の操作圧を調整する電空変換器である。電空変換器５６は操作圧を比例的に調整するために電気的に駆動する電磁弁から構成され、前記制御部６からの制御信号に応じて流体制御弁４を制御するための空気の操作圧を調整する。
【００６２】
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。
【００６３】
流体制御装置１の流体流入口２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６の演算部５４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５４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６内の演算部５４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５４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５４で演算された流量は電気信号に変換されてコントロール部５５に出力される。
【００６４】
次に流量計測器３を通過した流体は流体制御弁４に流入する。コントロール部５５では任意の設定流量に対して、リアルタイムに計測された流量との偏差から、偏差をゼロにするように信号を電空変換器５６に出力し、電空変換器５６はそれに応じた操作圧を有する制御用空気を流体制御弁４に供給し駆動させる。流体制御弁４から流出する流体は、流量が設定流量となるように、つまり設定流量と計測された流量の偏差がゼロに収束されるように流体制御弁４で制御される。
【００６５】
ここで、電空変換器５６から供給される操作圧に対する流体制御弁４の作動について、図２を参照しながら説明する。
【００６６】
流体制御弁４は、ボンネット１６の上部に設けられた作動流体連通口３０から供給される圧縮空気がゼロの状態、すなわち開状態のとき、流体の流量が最大となる。この時、弁体１８はシリンダー１５の段差部４８とロッド２０の肩部４２の下面との間に嵌合されたスプリング２２の付勢力により、ロッド２０の上部に接合されているダイヤフラム押え２１の上部が、ボンネット１５の底面に接する位置で静止している。
【００６７】
この状態において、作動流体連通口３０から供給される圧縮空気の圧力を高くしていくと、シール部４０がボンネット１６に嵌合されている第二ダイヤフラム１９の薄膜部３９とボンネット１６によってボンネット１６の内部は密閉されているため、圧縮空気はダイヤフラム押え２１と第二ダイヤフラム１９を下方に押し下げ、ロッド２０と第一ダイヤフラム１７を介して弁体１８が開口部２６の間に挿入されていく。ここで、作動流体連通口３０から供給される圧縮空気の圧力を一定にすると弁体１８は、スプリング２２の付勢力と第一ダイヤフラム１７の薄膜部３４の下面と弁体１８の下面が流体から受ける圧力と釣り合う位置にて静止する。したがって、開口部２６は挿入される弁体１８により開口面積が減少するため、流体の流量も減少する。
【００６８】
さらに作動流体連通口３０から供給される圧縮空気の圧力を高くしていくと、弁体１８はさらに押し下げられ、終には開口部２６と接触し全閉状態となる（図２の状態）。
【００６９】
また、圧縮空気を排出していくと、シール部４０がボンネット１６に嵌合されている第二ダイヤフラム１９の薄膜部３９とボンネット１６によって密閉されているボンネット１６の内部は圧力が下がり、スプリング２２の付勢力の方が大きくなりロッド２０を押し上げる。ロッドが上昇することにより、第一ダイヤフラム１７を介して固定されている弁体１８も上昇し、流体制御弁は開状態となる。
【００７０】
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、設定流量で一定になるように制御され、流体流出口５から流出される。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量調節が行うことができる。
【００７１】
以上の作動により、流体制御装置１に流入する流体は、流量計測器３、流体制御弁４、制御部６によって、フィードバック制御されて設定された流量に制御される。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、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るため、微小流量の流体制御に優れた効果を発揮する。
【実施例２】
【００７２】
次に、図３、図４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。
【００７３】
図３に示すように、流体制御装置５９は、流体流入口６０、開閉弁６１、流量計測器６２、流体制御弁６３、流体流出口６４、制御部６５から形成され、その各々の構成は以下の通りである。
【００７４】
図４に示すように、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
次に、本発明の第二の実施例である流体制御装置の作動について説明する。
【００８１】
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、制御部６５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、流量計測器６２、流体制御弁６３、制御部６５によって、フィードバック制御されて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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
以上の作動により、流体制御装置５９の流体流入口６０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５９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】
【００８５】
次に、図５及び図６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。
【００８６】
図５に示すように、流体制御装置８１は、流体流入口８２、圧力調整弁８３、流量計測器８４、流体制御弁８５、流体流出口８６、制御部８７から形成され、その各々の構成は以下の通りである。
【００８７】
図６に示すように、８３は流体の圧力変動を減衰させる圧力調整弁である。
【００８８】
圧力調整弁８３は、本体１２ｗ、ボンネット１３ｗ、バネ受け１４ｗ、ピストン１５ｗ、バネ１６ｗ、第一弁機構体１７ｗ、第二弁機構体１８ｗ、ベースプレート１９ｗで形成される。
【００８９】
１２ｗ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２０ｗと、上部に上面開放して設けられた第二の空隙２０ｗの径よりも大きい径を持つ第一の空隙２１ｗを有し、側面には第二の空隙２０ｗと連通している入口流路２２ｗと、入口流路２２ｗと対向する面に第一の空隙２１ｗと連通している出口流路２３ｗと、さらに、第一の空隙２１ｗと第二の空隙２０ｗとを連通し第一の空隙２１ｗの径よりも小さい径を有する連通孔２４ｗとが設けられている。第二の空隙２０ｗの上面部は弁座２５ｗとされている。また、出口流路２３ｗは流量計測器８４に連通している。
【００９０】
１３ｗはＰＶＤＦ製のボンネットであり、内部に円筒状の空隙２６ｗと下端内周面に空隙２６ｗより拡径された段差部２７ｗが設けられ、側面には空隙２６ｗ内部に圧縮空気を供給するために空隙２６ｗと外部とを連通する給気孔２８ｗおよび給気孔２８ｗ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２９ｗが設けられている。なお、排出孔２９ｗ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。
【００９１】
１４ｗはＰＶＤＦ製で平面円形状のバネ受けであり、中央部に貫通孔３０ｗを有し、略上半分がボンネット１３ｗの段差部２７ｗに嵌挿されている。バネ受け１４ｗの側面部には環状溝３１ｗが設けられ、Ｏ−リング３２ｗを装着することによりボンネット１３ｗから外部への圧縮空気の流出を防いでいる。
【００９２】
１５ｗはＰＶＤＦ製のピストンであり、上部に円盤状の鍔部３３ｗと、鍔部３３ｗ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３４ｗと、ピストン軸３４ｗの下端に設けられた雌ネジ部からなる第一接合部３５ｗを有する。ピストン軸３４ｗはバネ受け１４ｗの貫通孔３０ｗより小径に設けられており、第一接合部３５ｗは後記第一弁機構体１７ｗの第二接合部４０ｗと螺合により接合されている。
【００９３】
１６ｗはＳＵＳ製のバネであり、ピストン１５ｗの鍔部３３ｗ下端面とバネ受け１４ｗの上端面とで挟持されている。ピストン１５ｗの上下動にともなってバネ１６ｗ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。
【００９４】
１７ｗ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３６ｗを有した膜部３７ｗと肉厚部を中央部に有する第一ダイヤフラム３８ｗと、第一ダイヤフラム３８ｗの中央上面より突出して設けられた軸部３９ｗ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４０ｗ、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１８ｗの第四接合部４５ｗと螺合される第三接合部４１ｗを有する。第一ダイヤフラム３８ｗの筒状部３６ｗは、本体１２ｗとバネ受け１４ｗとの間で挟持固定されることで、第一ダイヤフラム３８ｗ下面より形成される第一の弁室４２ｗが密封して形成されている。また、第一ダイヤフラム３８ｗ上面、ボンネット１３ｗの空隙２６ｗはＯ−リング３２ｗを介して密封されており、ボンネット１３ｗの給気孔２８ｗ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。
【００９５】
１８ｗはＰＴＦＥ製の第二弁機構体であり、本体１２ｗの第二の空隙２０ｗ内部に配設され連通孔２４ｗより大径に設けられた弁体４３ｗと、弁体４３ｗ上端面から突出して設けられた軸部４４ｗと、その上端に設けられた第三接合部４１ｗ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４５ｗと、弁体４３ｗ下端面より突出して設けられたロッド４６ｗと、ロッド４６ｗ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４７ｗを有する第二ダイヤフラム４８ｗとから構成されている。第二ダイヤフラム４８ｗの筒状突部４７ｗは後記ベースプレート１９ｗの突出部５０ｗと本体１２ｗとの間で挟持されることにより、本体１２ｗの第二の空隙２０ｗと第二ダイヤフラム４８ｗとで形成される第二の弁室４９ｗを密閉している。
【００９６】
１９ｗ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１８ｗの第二ダイヤフラム４８ｗの筒状突部４７ｗを本体１２ｗとの間で挟持固定する突出部５０ｗを有し、突出部５０ｗの上端部に切欠凹部５１ｗが設けられると共に、側面に切欠凹部５１ｗに連通する呼吸孔５２ｗが設けられており、ボンネット１３ｗとの間で本体１２ｗ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１６ｗがボンネット１３ｗの空隙２６ｗ内に設けてピストン１５ｗ、第一弁機構体１７ｗ、第二弁機構体１８ｗを上方へ付勢するような構成であるが、バネ１６ｗをベースプレート１９ｗの切欠凹部５１ｗに設けてピストン１５ｗ、第一弁機構体１７ｗ、第二弁機構体１８ｗを上方へ付勢するような構成にしても良い。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。
【００９７】
ここで、電空変換器（図示せず）から供給される操作圧に対する圧力調整弁８３の作動について説明する（図６参照）。
【００９８】
第二弁機構体１８ｗの弁体４３ｗは、ピストン１５ｗの鍔部３３ｗとバネ受け１４ｗとに挟持されているバネ１６ｗの反発力と、第一弁機構体１７ｗの第一ダイヤフラム３８ｗ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３８ｗ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４３ｗ下面と第二弁機構体１８ｗの第二ダイヤフラム４８ｗ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１８ｗの弁体４３ｗ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。
【００９９】
電空変換機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３８ｗを押し下げる力が増加することにより、第二弁機構体１８ｗの弁体４３ｗと弁座２５ｗとの間で形成される流体制御部５３ｗの開口面積が増加するため、第一の弁室４２ｗ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５３ｗ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。
【０１００】
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４２ｗ内の圧力も増加する。すると、第一ダイヤフラム３８ｗ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３８ｗ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３８ｗは上方へと移動する。それにともなって、弁体４３ｗの位置も上方へ移動するため、弁座２５ｗとの間で形成される流体制御部５３ｗの開口面積が減少し、第一の弁室４２ｗ内の圧力を減少させる。最終的に、弁体４３ｗ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１６ｗの荷重が大きく変わらなければ、空隙２６ｗ内部の圧力、つまり、第一ダイヤフラム３８ｗ上面が受ける力は一定であるため、第一ダイヤフラム３８ｗ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３８ｗ下面の流体圧力、すなわち、第一の弁室４２ｗ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。
【０１０１】
上流側の流体圧力が減少した場合、瞬間的に第一の弁室４２ｗ内の圧力も減少する。すると、第一ダイヤフラム３８ｗ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３８ｗ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３８ｗは下方へと移動する。それにともなって、弁体４３ｗの位置も下方へ移動するため、弁座２５ｗとの間で形成される流体制御部５３ｗの開口面積が増加し、第一の弁室４２ｗの流体圧力を増加させる。最終的に、弁体４３ｗ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４２ｗ内の流体圧力はほぼもとの圧力と同じになっている。
【０１０２】
次に、本発明の第三の実施例である流体制御装置８１の作動について説明する。
【０１０３】
流体制御装置８１に流入する流体は、流量計測器８４、流体制御弁８５、制御部８７によって、フィードバック制御されて設定された流量に制御される。流量計測器８４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、また、流体制御弁８５は上記構成によりコンパクトで安定した流量制御が得られるため、微小流量の流体制御に優れた効果を発揮する。また、流体制御装置８１に流入する流体の上流側圧力が脈動しても圧力調整弁８３の作用により該脈動は減衰されるため、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精度良く流量を計測しかつ制御することができる。
【０１０４】
以上の作動により、流体制御装置８１の流体流入口８２に流入する流体は、圧力調整弁８３、流量計測器８４、流体制御弁８５によって、フィードバック制御されることにより設定流量になるように安定して精度良く制御される。
【実施例４】
【０１０５】
次に、図７に基づいて本発明の第四の実施例である流体制御装置について説明する。
【０１０６】
９０は流体制御装置である。流体制御装置９０は、流体流入口９１、開閉弁９２、圧力調整弁９３、流量計測器９４、流体制御弁９５、流体流出口９６、制御部９７から形成されている。第四の実施例の各々の構成および作動は実施例１乃至実施例３と同様なので説明を省略する。第四の実施例では、フィードバック制御が行なわれると共に、圧力調整弁９３により脈動した流体が流れても問題なく流量制御ができ、開閉弁９２により流体制御装置９０のメンテナンス等を容易に行なうことができ、流体の緊急遮断も行なうことができる。
【０１０７】
ここで、実施例１乃至実施例４において、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】
【０１０８】
次に、図８に基づいて本発明の第五の実施例の流体制御装置について説明する。
【０１０９】
１３８は流体制御装置である。流体制御装置１３８は、流体流入口１３９、開閉弁１４０、圧力調整弁１４１、流量計測器１４２、流体制御弁１４３、流体流出口１４４、制御部１４５、ベースブロック１４６から形成され、その各々の構成は以下の通りである。
【０１１０】
１４６は流体制御装置１３８のベースブロックである。ベースブロック１４６は、開閉弁１４０、圧力調整弁１４１、流量計測器１４２、流体制御弁１４３のそれぞれの本体が単一に形成されている。開閉弁１４０の本体としては、ベースブロック１４６の上部に弁室１４７と、弁室１４７と連通した入口流路１４８と出口流路１４９とが形成されており、入口流路１４８は流体流入口１３９に連通している。
【０１１１】
そして、開閉弁１４０に隣接して圧力調整弁１４１が配設されている。開閉弁１４０の出口流路１４９は、圧力調整弁１４１の入口流路１５２と連通している。
【０１１２】
圧力調整弁１４１の本体としては、ベースブロック１４６の下部に底部まで開放して設けられた第二の空隙１５０と、上部に上面開放して設けられた第二の空隙１５０の径よりも大きい径を持つ第一の空隙１５１を有し、第二の空隙１５０と連通している入口流路１５２と、入口流路１５２と対向する方向に第一の空隙１５１と連通している出口流路１５３、さらに、第一の空隙１５１と第二の空隙１５０とを連通し第一の空隙１５１の径よりも小さい径を有する連通孔１５４とが設けられており、出口流路１５３は流量計測器１４２の入口流路１５５に連通している。
【０１１３】
流量計測器１４２としては、入口流路１５５と、入口流路１５５から垂設された直線流路１５６と、直線流路１５６から垂設され入口流路１５５と同一方向に平行して設けられた出口流路１５７とを有し、入口、出口流路１５５、１５７の側壁の直線流路１５６の軸線と交わる位置に、超音波振動子１５８、１５９が互いに対向して配置されており、入口流路１５５は、圧力調整弁１４１の出口流路１５３に連通している。
【０１１４】
流体制御弁１４３の本体としては、ベースブロック１４６の上部に略すり鉢形状の弁室１６０を有しており、弁室１６０の底部中央には入口流路１６３に連通する開口部１６２が形成され、弁室１６０に連通する出口流路１６４を有している。また、入口流路１６３は流量計測器１４２の出口流路１５７に連通し、出口流路１６４は流体流出口１４４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。
【０１１５】
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、フィードバック制御が行なわれると共に、圧力調整弁１４１により脈動した流体が流れても問題なく流量制御ができ、開閉弁１４０により流体制御装置１３８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。
【０１１６】
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設けられてなる構成であるが、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設けられてな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もできる。
【実施例６】
【０１１７】
次に、図９及び図１０に基づいて本発明の第六の実施例である他の流体制御弁を用いた流体制御装置１３０について説明する。
【０１１８】
１３５は、後記電気式駆動部２２ｘにより弁開口面積が制御される流体制御弁である。流体制御弁１３５は、本体１９ｘ、ダイヤフラム２０ｘ、弁体２１ｘ、電気式駆動部２２ｘで形成される。
【０１１９】
１９ｘはＰＴＦＥ製の本体であり、上部に略すり鉢形状の弁室２３ｘが設けられており、弁室２３ｘに各々連通するように入口流路２４ｘおよび出口流路２５ｘが設けられ、弁室２３ｘの底面には後記弁体２１ｘの圧接によって流路を遮断する弁座２６ｘが形成され、底部中央には後記弁体２１ｘが上下動することにより流量を制御する開口部２７ｘが形成されている。入口流路２４ｘは前記流量計測器１３４の出口流路１５７ｗに連通し、出口流路２５ｘは流体流出口１３６に連通している。また、本体１９ｘの上面には後記ダイヤフラム２０ｘの環状シール部３１ｘが嵌合される環状凹部２８ｘが設けられている。
【０１２０】
２０ｘはＰＴＦＥ製のダイヤフラムであり、中央に鍔状に設けられた肉厚部２９ｘと肉厚部２９ｘの外周面から径方向に延出して設けられた円形状の薄膜部３０ｘ及び薄膜部３０ｘの外周縁部には軸線方向に断面Ｌ字状の環状シール部３１ｘが設けられており、環状シール部３１ｘは前記本体１９ｘの環状凹部２８ｘに嵌合される。肉厚部２９ｘの下方には後記弁体２１ｘに螺着される接合部３２ｘが設けられており、肉厚部２９ｘ上方には後記モータ部３７ｘの軸に連結されたステム４３ｘと螺着される取付部３３ｘが設けられている。
【０１２１】
２１ｘはＰＴＦＥ製の弁体であり、前記ダイヤフラム２０ｘの接合部３２ｘに螺着されている。また、弁体２１ｘは下方に向かって縮径するテーパ部３４ｘが設けられている。
【０１２２】
２２ｘは弁体２１ｘを上下動させる電気式駆動部である。電気式駆動部２２ｘは下部ボンネット３５ｘ、上部ボンネット３６ｘで形成され、モータ部３７ｘ及びギア等が設けられている。
【０１２３】
３５ｘはＰＶＤＦ製の下部ボンネットであり、上方に開口された凹部３８ｘが設けられ、凹部３８ｘ底部中央には貫通孔３９ｘが設けられている。下部ボンネット３５ｘの下面にはダイヤフラム２０ｘの環状シール部３１ｘが嵌合される嵌合部４０ｘが設けられ、前記本体１９ｘと下部ボンネット３５ｘにより前記ダイヤフラム２０ｘが挟持固定されている。
【０１２４】
３６ｘはＰＶＤＦ製の上部ボンネットであり、下方に開口された凹部４１ｘが設けられ、下部ボンネット３５ｘと上部ボンネット３６ｘを接合して両凹部３８ｘ、４１ｘにより格納部４２が形成され後記モータ部３７ｘが設置されている。
【０１２５】
３７ｘは格納部４２ｘに設置されたモータ部である。モータ部３７ｘはステッピングモーターを有し、モータ部３７ｘ下部にはモータの軸に連結されたステム４３ｘが設けられている。ステム４３ｘは前記下部ボンネット３５ｘの貫通孔３９ｘに位置し、ステム４３ｘの下部には前記ダイヤフラム２０ｘの取付部３３ｘと螺合される接続部４４ｘが設けられている。
【０１２６】
流体制御弁１３５の本体１９ｘと、電気式駆動部２２ｘの下部ボンネット３５ｘと上部ボンネット３６ｘは、ボルト・ナット（図示せず）によって接合されている。
【０１２７】
次に、本制御装置の作用について説明する。流量計測器１３４を通過した流体は流体制御弁１３５に流入する。制御部１３７では任意の設定流量に対して、リアルタイムに計測された流量との偏差から、偏差をゼロにするように信号を電気式駆動部２２ｘに出力し、電気式駆動部２２ｘはそれに応じて流体制御弁１３５の弁体２１ｘを駆動させる。流体制御弁１３５から流出する流体は、流量が設定流量となるように、つまり設定流量と計測された流量の偏差がゼロに収束されるように流体制御弁１３５で制御される。
【０１２８】
ここで、電気式駆動部２２ｘからの伝達による流体制御弁１３５の作動について説明する。流体制御弁１３５は、電気式駆動部２２ｘのモータ部３７ｘがステム４３ｘを上下動させると、ステム４３ｘとダイヤフラム２０ｘを介して弁体２１ｘが上下動され、開口部２７ｘと開口部２７ｘ内へ挿入される弁体２１ｘのテーパ部３４ｘとで開口面積を変化させることにより、流体制御弁１３５を流れる流体の流量を調整することができる。また、電気駆動部２２ｘを操作して弁体２１ｘを下方向へ駆動させ、弁体２１ｘを弁座２６ｘに着座させることにより弁体２１ｘは開口部２７ｘを閉止し、流体を遮断することができる。
【０１２９】
以上の作動により、流体制御装置１３０の流体流入口１３１に流入する流体は、設定流量で一定になるように制御され、流体流出口１３６から流出される。また流体制御弁１３５は上記構成によりコンパクトで安定した流量制御が得られるため、微小流量の流体制御に優れた効果を発揮する。電気式駆動部２２ｘは、電気的に駆動するモータ部３７ｘを有しており、モータ部３７ｘは細かな駆動制御が容易に行なえるため、制御部１３７からの信号に応じて応答性の良い安定した流量制御を行なうことができる。第六の実施例のその他の構成は第二の実施例と同様なので説明を省略する。
【実施例７】
【０１３０】
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、図１１乃至図１３を参照しながら、説明する。
【０１３１】
図１２に示すように、１７５は操作圧に応じて流量を制御する空気式ピンチ弁である流体制御弁である。流体制御弁１７５は管体１４ｙ、シリンダー本体１５ｙ、ピストン１６ｙ、挟圧子１７ｙ、本体１８ｙ、連結体受け１９ｙ、連結体２０ｙで形成される。
【０１３２】
１４ｙは内部を流体が流れるフッ素ゴムとシリコンゴムの複合体からなる管体である。管体１４ｙは例えばシリコンゴムが含浸されたＰＴＦＥシートを何層も積層することにより目的とする肉厚に形成されたものである。なお、本実施形態では管体１４ｙの材質はフッ素ゴムとシリコンゴムの複合体になっているがＥＰＤＭ、シリコンゴム、フッ素ゴム及びこれらの複合体などの弾性体でも良く特に限定されるものではない。
【０１３３】
１５ｙはＰＶＤＦ製のシリンダー本体である。シリンダー本体１５ｙは、円筒状空間を持つシリンダー部２１ｙを有し、上端部に円盤状のシリンダー蓋２２ｙがＯリングを介して螺合されている。シリンダー本体１５ｙの下面中央部には、後記ピストン１６ｙの連結部２９ｙが貫通する貫通孔２３ｙと、後記挟圧子１７ｙを収納する長円状スリット２４ｙが連続して設けられている。また、シリンダー本体１５ｙの周側面には、シリンダー部２１ｙの内周面及び底面と後記ピストン１６ｙの下端面とで形成される第一空間部２５ｙと、シリンダー部２１ｙの内周面とシリンダー蓋２２ｙの下端面と後記ピストン１６ｙの上端面とで形成される第二空間部２６ｙとに、それぞれ後記電空変換器６２ｙと連通するエアー口２７ｙ、２８ｙが設けられている。
【０１３４】
１６ｙはＰＶＤＦ製のピストンである。ピストン１６ｙは円盤状で周側面にＯリングが装着され、シリンダー部２１ｙの内周面に上下動可能且つ密封状態に嵌合されている。またピストン１６ｙの中央より垂下して連結部２９ｙが設けられ、前記シリンダー本体１５ｙの下面中央部に設けられた貫通孔２３ｙを密封状態で貫通しており、その先端部に後記挟圧子１７ｙが固定されている。なお、本実施形態では連結部２９ｙを貫通して設けられた固定ボルト３０ｙの先端部に螺着によって後記挟圧子１７ｙが固定されている。また、挟圧子１７ｙの固定方法は、連結部２９ｙを棒状に形成しその先端部に螺着、接着あるいは溶接などでも良く、特に限定されるものではない。
【０１３５】
１７ｙはＰＶＤＦ製の挟圧子であり、管体１４ｙを押圧する部分の断面がかまぼこ状に形成されている。また、挟圧子１７ｙは、流路軸線と直交するようにピストン１６ｙの連結部２９ｙに固定されており、バルブ開時にはシリンダー本体１５ｙの長円状スリット２４ｙ内に収納されている。
【０１３６】
１８ｙはシリンダー本体１５ｙ下端面にボルト・ナットなど（図示せず）で接合固定されるＰＶＤＦ製の本体である。本体１８ｙの流路軸線上には管体１４ｙを受容する断面矩形状の溝３１ｙが設けられている。また、溝３１ｙの両端部には後記連結体受け１９ｙの嵌合部３４ｙを受容する溝３２ｙが溝３１ｙより深く設けられ、さらに溝３２ｙ内部には後記連結体受け１９ｙの嵌合部３４ｙ先端に設けられた抜け防止用凸部３５ｙを受容する凹溝３３ｙが設けられている。
【０１３７】
１９ｙは本体１８ｙの両端に設置されたＰＶＤＦ製の連結体受けである。連結体受け１９ｙの一端部に本体１８ｙの両端に設けられた溝３２ｙに嵌合される断面矩形状の嵌合部３４ｙが形成され、さらに嵌合部３４ｙの先端底部には本体１８ｙの溝３２ｙに設けられた凹溝３３ｙに嵌合される抜け防止用凸部３５ｙが設けられている。一方、他端部には後記連結体２０ｙの六角形の鍔部４３ｙを受容する断面同形の受口３６ｙが設けられ、その外周面には雄ネジ部３７ｙが設けられている。雄ネジ部３７ｙと嵌合部３４ｙとの間に位置する外周面には嵌合部３４ｙの対角線長と略同一の直径を有する環状の鍔部３８ｙが設けられている。鍔部３８ｙはシリンダー本体１５ｙ及び本体１８ｙと接触し、連結体受け１９ｙが両本体の内部へ移動することを防止している。連結体受け１９ｙの内部では、嵌合部３４ｙに管体１４ｙの外径と略同径を有する貫通孔３９ｙが設けられ、またそれに連続して、受口３６ｙに通じる後記連結体２０ｙの挿入部４２ｙに嵌合拡径された管体１４ｙの外径と略同径の貫通孔４０ｙが設けられている。したがって、連結体受け１９ｙの内周面には段差部４１ｙが形成されている。この段差部４１ｙで管体１４ｙが連結体受け１９ｙ内に挟持固定される。
【０１３８】
２０ｙはＰＴＦＥ製の連結体である。連結体２０ｙの一端部には外径が管体１４ｙの内径よりも大きく形成され、管体１４ｙが拡径して挿入される挿入部４２ｙが設けられている。連結体２０ｙの外周中央部には両端部よりも拡径して断面六角形状の鍔部４３ｙが設けられている。連結体２０ｙは鍔部４３ｙを連結体受け１９ｙの受口３６ｙに嵌合させ、鍔部４３ｙと係合させたキャップナット４４ｙを連結体受け１９ｙの外周に設けられた雄ネジ部３７ｙに螺合させることにより回動しないように連結体受け１９ｙに嵌合固定される。ここで、本体１８ｙの両端部に設置された一方の連結体２０ｙの内部は入口流路４５ｙが形成され、前記流量計測器１７４の出口流路１７９に連通されている。また他方の連結体２０ｙの内部は出口流路４６ｙが形成され、後記流体流出口１７６となっている。
【０１３９】
次に流量計測器１７４を通過した流体は流体制御弁１７５に流入する。制御部１７７では任意の設定流量に対して、リアルタイムに計測された流量との偏差から、偏差をゼロにするように信号を電空変換器１７８に出力し、電空変換器１７８はそれに応じた操作圧を有する制御用空気を流体制御弁１７５に供給し駆動させる。流体制御弁１７５から流出する流体は、流量が設定流量となるように、つまり設定流量と計測された流量の偏差がゼロに収束されるように流体制御弁１７５で制御される。
【０１４０】
ここで、電空変換器１７８から供給される操作圧に対する流体制御弁１７５の作動について説明する。
【０１４１】
エアー口２８ｙから第二空間部２６ｙへ圧縮された空気を供給した場合、第一空間部２５ｙ内の圧縮された空気はエアー口２７ｙから排出され、該空気圧により、ピストン１６ｙが下降し始め、それに伴ってピストン１６ｙより垂下して設けられた連結部２９ｙを介して挟圧子１７ｙも下降する。エアー口２７ｙから第一空間部２５ｙへ圧縮された空気を供給した場合、第二空間部２６ｙ内の圧縮された空気はエアー口２８ｙから排出され、該空気圧により、ピストン１６ｙが上昇し始め、それに伴ってピストン１６ｙより垂下して設けられた連結部２９ｙを介して挟圧子１７ｙが上昇する。ピストン１６ｙの上下動に伴って挟圧子１７ｙも上下動されることにより、挟圧子１７ｙが管体１４ｙの開口面積を変化させ、流体制御弁１７５を流れる流体の流量を調整することができる。また、エアー口２８ｙから第二空間部２６ｙへ圧縮された空気を供給すると、ピストン１６ｙ下端面がシリンダー部２１ｙ底面に到達しピストン１６ｙ及び挟圧子１７ｙの下降は止まることで管体１４ｙを閉止し、流体を遮断することができる。
【０１４２】
以上の作動により、流体制御装置１７０の流体流入口１７１に流入する流体は、設定流量で一定になるように制御され、流体流出口１７６から流出される。また、流体制御弁１７５は、上記構成によりコンパクトで安定した流量の制御を行なうことができ、弁の摺動部分が流路と分かれて構成されているため流路内にコンタミやパーティクルを発生することを防止でき、流路が直線的で滞留する部分がないため、スラリーを輸送するラインに使用しても流量を制御する箇所にスラリーが固着しにくいので安定した流体制御を維持することができる。
【０１４３】
一方、図１３に示すように、１１１は流入する流体圧力を一定圧に調整されて流出させる圧力調整弁である。圧力調整弁１１１は、本体１１４、蓋体１１５、第一ダイヤフラム１１６、第二ダイヤフラム１１７、プラグ１１８とで形成される。
【０１４４】
１１４はＰＶＤＦ製の本体であり、略円筒状を有しており、その側面には本体１１４の内部に設けられた第一弁室１２０と連通する入口流路１１３と後記気室１１９と連通するエア供給口１２１とが設けられており、第一弁室１２０の上部周縁には後記第一ダイヤフラム１１６の環状突部１２７が接合される接合部１２２を有している。また入口流路１１３は開閉弁１７２に連通している。さらに第一弁室１２０の上部には後記第一及び第二ダイヤフラム１１６、１１７と共に後記気室１１９を形成する段差部１２３が設けられている。
【０１４５】
１１５はＰＶＤＦ製の蓋体であり、内部に第二弁室１２４を有し外周側面には第二弁室１２４と連通する出口流路１１２を有し、本体１１４の上端部に接合されている。また出口流路１１２は流量計測器１７４に連通している。下端部の第二弁室１２４の周縁部には後記第二ダイヤフラム１１７の環状突部１３０ｗが嵌合される環状溝部１２５が設けられている。
【０１４６】
１１６はＰＴＦＥ製の第一ダイヤフラムであり、ドーナツ状に形成されており、中央部には後記第二ダイヤフラム１１７側に突出して形成された環状接合部１２６が設けられており、環状接合部１２６の内周面にはスリーブ１２８が螺着されている。また、外周縁部には環状突部１２７が設けられており、環状突部１２７は本体１１４の内部に設けられた接合部１２２に接合されている。
【０１４７】
１１７はＰＴＦＥ製の第二ダイヤフラムであり、中央部には環状接合部１２９、外周縁部には環状突部１３０ｗが設けられている。環状突部１３０ｗは蓋体１１５の環状溝部１２５に嵌合され且つ、本体１１４と蓋体１１５とによって挟持されている。なお、第二ダイヤフラム１１７の受圧面積は前記第一ダイヤフラム１１６よりも十分に大きくなるように形成されている。第一及び第二ダイヤフラム１１６、１１７は、スリーブ１２８と螺着されることによって一体化している。
【０１４８】
プラグ１１８は、本体１１４の第一弁室１２０の底部に螺着等により固定されている。プラグ１１８の先端は、スリーブ１２８の下端面との間で流体制御部１３１ｗを形成しており、スリーブ１２８の上下動にともなって流体制御部１３１ｗの開口面積が変化し、第二弁室１２４内部の圧力すなわち、二次側の流体圧力を一定に保つように設計されている。
【０１４９】
１１９は本体１１４の段差部１２３及び第一、第二ダイヤフラム１１６、１１７の３者で囲まれて形成された気室である。気室１１９の内部にはエア供給口１２１から圧縮された空気が注入され、常に一定の圧力に保たれている。
【０１５０】
次に、圧力調整弁１１１の作用を説明する。
【０１５１】
流体は、まず圧力調整弁１１１の入口流路１１３に流入する。圧力調整弁１１１は、気室１１９に圧縮された空気が供給されて一定の内圧がかけられており、第一ダイヤフラム１１６が第一弁室１２０内部の圧力、すなわち一次側の流体圧力による上向きの力と、気室１１９内部の圧力による下向きの力を受けている。一方、第二ダイヤフラム１１７は第二弁室１２４内部の圧力すなわち二次側の流体圧力による下向きの力と、気室１１９内部の圧力による上向きの力を受けており、これら４つの力の釣り合いによって第一及び第二のダイヤフラム１１６、１１７と接合されているスリーブ１２８の位置が決定されている。スリーブ１２８はプラグ１１８との間に流体制御部１３１を形成しており、その面積によって二次側の流体圧力を制御している。
【０１５２】
この状態において一次側の流体圧力が上昇した場合、一時的に二次側の流体圧力及び流量も増大する。このとき流体圧力により第一ダイヤフラム１１６には上向きの力、第二のダイヤフラム１１７には下向きの力が働くが、第二ダイヤフラム１１７の受圧面積は第一ダイヤフラム１１６に比べ十分に大きく設計されているため、下向きの力の方が大きくなり、結果としてスリーブ１２８を下方へ押し下げることとなる。これによって、流体制御部１３１ｗの開口面積は減少し、二次側の流体圧力は瞬時にもとの圧力まで低下し、再び気室１１９の内圧と流体圧力による力の釣り合いが保たれる。
【０１５３】
一方、一次側の流体圧力が低下した場合、一時的に二次側の流体圧力及び流量も低下する。このとき第一及び第二のダイヤフラム１１６、１１７には、気室１１９の内圧によってそれぞれ下向き及び上向きの力が働くが、この場合でも受圧面積は第二ダイヤフラム１１７の方が大きいため、上向きの力のほうが優勢となって、スリーブ１２８の位置を上方へ押し上げることとなる。これによって、流体制御部１３１ｗの開口面積は増大し、二次側の流体圧力は瞬時に元の圧力まで上昇し、再び気室１１９の内圧と流体圧力による力の釣り合いが保たれ、元の流量も保たれる。
【０１５４】
以上の作動により、圧力調整弁１１１の一次側の流体圧力が増減しても、瞬時にスリーブ１２８の位置が変化して、常に二次側の圧力が一定に保たれる。このため、流入する流体が脈動していても、この脈動が減衰された流体が、出口流路１１２から流量計測器１７４に流入する。このため流体制御弁１７５は、流入する流体が圧力変動周期の短い脈動した流れであった場合でもハンチングを起こすことがなく、安定した流体制御を行なうことができる。また、圧力調整弁１１１は、部品点数が少なく分解や組み立てが容易である。
【０１５５】
本実施例の圧力調整弁１１１は、流路の構造が簡単であり流体が滞留しにくい構成であるため、流体にスラリーを流してもスラリーが固着しにくく、安定して流入する流体の圧力を一定に保つことができる。また、流体がスラリーの場合、定期的に純水を流して流路内を洗浄する作業が行なわれるが、圧力調整弁１１１に純水を流すことにより、管路の内壁に僅かに付着していたスラリーはきれいに洗浄される。このため、流体がスラリーでも長期間使用することが可能である。第七の実施例のその他の構成は第四の実施例と同様なので説明を省略する。
【実施例８】
【０１５６】
次に、本発明の第八の実施例である流体制御装置の作動について、図１４及び図１５を参照しながら、説明する。
【０１５７】
１８５は、後記電気式駆動部８６ｗにより弁開度が可変される流体制御弁である。流体制御弁１８５は電気式駆動部８６ｗ、本体８７ｗ、管体８８ｗ、接続部８９ｗで形成される。
【０１５８】
８７ｗはＰＴＦＥ製の本体であり、本体８７ｗの流路軸線上には後記管体８８ｗを受容する断面矩形状の溝９０ｗが設けられている。
【０１５９】
８８ｗはＰＴＦＥシートとシリコンゴムの複合体からなる管体であり、本体８７ｗ内に流路を形成している。
【０１６０】
８９ｗはＰＴＦＥ製の接続部であり、本体８７ｗの溝９０ｗと後記電気式駆動部８６ｗ下部ボンネット９５ｗの底部に係合して下部ボンネット９５ｗと本体８７ｗの各両側側面に固定される連結体受け９１ｗと、連結体受け９１ｗと係合し、管体８８ｗと接続される連結体９２ｗと、連結体９２ｗを連結体受け９１ｗの外周面に螺合することにより連結体受け９１ｗに固定しているキャップナット９３ｗとから形成されている。ここで、本体８７ｗの両端部に設置された一方の連結体９２ｗの内部は入口流路１０１が形成され、前記流量計測器１８４の出口流路１８８に連通されている。また他方の連結体９２ｗの内部は出口流路１０２が形成され、流体流出口１８６となっている。
【０１６１】
８６ｗは挟圧子９４ｗを上下動させる電気式駆動部である。電気式駆動部８６ｗは下部ボンネット９５ｗ、上部ボンネット９６ｗで形成され、モータ部９７ｗ及びギア等が設けられている。
【０１６２】
９５ｗはＰＶＤＦ製の下部ボンネットであり、上面に開口された凹部９８が設けられ、凹部９８底部中央には貫通孔９９が設けられている。また下部ボンネット９５ｗ下端面中央には貫通孔９９を中心にして長円状のスリット１００が設けられている。
【０１６３】
９６ｗはＰＶＤＦ製の上部ボンネットであり、下面に開口された凹部１０３が設けられ、下部ボンネット９５ｗと上部ボンネット９６ｗを接合して両凹部９８、１０３により格納部１０４が形成され後記モータ部９７ｗが設置されている。
【０１６４】
９７ｗは格納部１０４に設置されたモータ部である。モータ部９７ｗはステッピングモーターを有し、モータ部９７ｗ下部にはモータの軸に連結されたステム１０５が設けられている。ステム１０５は前記下部ボンネット９５ｗの貫通孔９９に位置し、ステム１０５の下部には挟圧子９４ｗが接続されていて、モータ部９７ｗの駆動によりステム１０５を上下動させ、挟圧子９４ｗが管体８８ｗを圧接しまたは管体８８ｗから離間する。
【０１６５】
９４ｗは管体８８ｗを押圧する部分が断面かまぼこ状に形成された挟圧子であり、管体８８ｗと直交するようにステム１０５に固定されており、弁全開時には下部ボンネット９５ｗ下端面に設けられた長円状のスリット１００内に収納されるようになっている。
【０１６６】
流体制御弁１８５の本体８７ｗと、電気式駆動部８６ｗの下部ボンネット９５ｗと上部ボンネット９６ｗは、ボルト・ナット（図示せず）によって接合されている。
【０１６７】
次に、流量計測器１８４を通過した流体は、流体制御弁１８５に流入する。制御部１８７では任意の設定流量に対して、リアルタイムに計測された流量との偏差から、偏差をゼロにするように信号を電気式駆動部８６ｗに出力し、電気式駆動部８６ｗはそれに応じて流体制御弁１８５の挟圧子９４ｗを駆動させる。流体制御弁１８５から流出する流体は、流量が設定流量となるように、つまり設定流量と計測された流量の偏差がゼロに収束されるように流体制御弁１８５で制御される。
【０１６８】
ここで、電気式駆動部８６ｗからの伝達による流体制御弁１８５の作動について説明する。流量制御弁１８５は、電気式駆動部８６ｗのモータ部９７ｗがステム１０５を上下動させると、ステム１０５下部に設けられた挟圧子９４ｗが上下動され、挟圧子９４ｗが管体８８ｗを変形させ、管体８８ｗの流路の開口面積を変化させることにより、流量制御弁１８５を流れる流体の流量を調整することができる。また、ステム１０５を上方へ駆動させると、ステム１０５下部に設けられた挟圧子９４ｗが上昇し、挟圧子９４ｗの上端部が下部ボンネット９５ｗの下端部に設けられた長円状のスリットの上端面に到達してステム１０５および挟圧子９４ｗの上昇は止まり全開状態となる。さらに、ステム１０５を下方へ駆動させると、挟圧子９４ｗが下降し管体８８ｗを押圧して流路を閉止し全閉状態になる。
【０１６９】
以上の作動により流体制御装置１８０の流体流入口１８１に流入する流体は、流体制御弁により制御され、流体流出口１８６から設定流量が流出される。本実施例の流体制御弁はピンチバルブの構成であるため、スラリーを輸送するラインに使用しても流体制御装置１８０の動作を妨げることなく、スラリーが各配管内に詰まることもないため、スラリーを長期間使用することが可能である。第八の実施例のその他の構成は第二の実施例と同様なので説明を省略する。
【実施例９】
【０１７０】
次に、図１６に基づいて本発明の第九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１９０について説明する。
【０１７１】
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は圧力調整弁２４２に連通し、出口流路２３９は流体制御弁２４３に連通する。第九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。
【０１７２】
次に、本発明の第九の実施例である流体制御装置１９０の作動について説明する。
【０１７３】
流体制御装置に流入した流体は、圧力調整弁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２４４内の演算部２４５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２４５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２４５で演算された流量は電気信号に変換されてコントロール部２４６に出力される。第九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１０】
【０１７４】
次に、図１７および図１８に基づいて本発明の第十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２００について説明する。
【０１７５】
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。第十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。
【０１７６】
次に、本発明の第十の実施例である流体制御装置の作動について説明する。
【０１７７】
流体制御装置に流入した流体は、圧力調整弁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２５６の演算部２５７へ出力される。演算部２５７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コントロール部２５８に出力される。第十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。
【０１７８】
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】
【０１７９】
【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】本発明の第二の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図４】図３の開閉弁の拡大図である。
【図５】本発明の第三の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図６】図５の圧力調整弁の拡大図である。
【図７】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８】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９】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１０】図９の流体制御弁の拡大図である。
【図１１】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１２】図１１の流体制御弁の拡大図である。
【図１３】図１１の圧力調整弁の拡大図である。
【図１４】本発明の第八の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図１５】図１４の流体制御弁の拡大図である。
【図１６】本発明の第九の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図１７】本発明の第十の実施例を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１９】従来の純水流量の制御装置を示す概念構成図である。
【図２０】従来の流体制御モジュールを示す部分断面図である。
【符号の説明】
【０１８０】
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
６    制御部
５９    流体制御装置
６０    流体流入口
６１    開閉弁
６２    流量計測器
６３    流体制御弁
６４    流体流出口
６５    制御部
８１    流体制御装置
８２    流体流入口
８３    圧力調整弁
８４    流量計測器
８５    流体制御弁
８６    流体流出口
８７    制御部
９０    流体制御装置
９１    流体流入口
９２    開閉弁
９３    圧力調整弁
９４    流量計測器
９５    流体制御弁
９６    流体流出口
９７    制御部
１３８    流体制御装置
１３９    流体流入口
１４０    開閉弁
１４１    圧力調整弁
１４２    流量計測器
１４３    流体制御弁
１４４    流体流出口
１４５    制御部
１４６    ベースブロック
２３４    流量計測器
２４７    流量計測器
【図１】
2007058352.tif 000003
【図２】
2007058352.tif 000004
【図３】
2007058352.tif 000005
【図４】
2007058352.tif 000006
【図５】
2007058352.tif 000007
【図６】
2007058352.tif 000008
【図７】
2007058352.tif 000009
【図８】
2007058352.tif 000010
【図９】
2007058352.tif 000011
【図１０】
2007058352.tif 000012
【図１１】
2007058352.tif 000013
【図１２】
2007058352.tif 000014
【図１３】
2007058352.tif 000015
【図１４】
2007058352.tif 000016
【図１５】
2007058352.tif 000017
【図１６】
2007058352.tif 000018
【図１７】
2007058352.tif 000019
【図１８】
2007058352.tif 000020
【図１９】
2007058352.tif 000021
【図２０】
2007058352.tif 000022