(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体のモニタを行うことができ、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、前記流体の流量を計測する流量計測器とを具備することを特徴としている。【選択図】      図１
2007058348.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、
前記流体の流量を計測する流量計測器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、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または請求項２に記載の流体制御装置。
【請求項５】
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４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、
流体の入口流路、出口流路及び、入口流路と出口流路が連通するチャンバから形成された本体部と、弁体と第一ダイヤフラム部を有する弁部材と、弁部材の下部及び上部に位置し第一ダイヤフラム部より有効受圧面積が小さい第二ダイヤフラム部及び第三ダイヤフラム部を有し、弁部材及び各ダイヤフラム部が各ダイヤフラム部の外周部が本体部に固定されることによりチャンバ内に取りつけられ、かつ各ダイヤフラム部によってチャンバを第一加圧室、第二弁室、第一弁室、及び第二加圧室に区分し、第一加圧室は第二ダイヤフラム部に対して常時内向きの一定の力を加える手段を有し、第一弁室は入口流路と連通しており、第二弁室は、弁部材の弁体に対応する弁座を有し、また弁座に対して第一ダイヤフラム部側に位置し第一ダイヤフラム部に設けられた連通孔にて第一弁室と連通している下部第二弁室と、第二ダイヤフラム部側に位置し出口流路と連通して設けられた上部第二弁室とに分かれて形成され、弁部材の上下動により弁体と弁座との間の開口面積が変化して下部第二弁室の流体圧力が制御される流体制御部を有し、第二加圧室は、第三ダイヤフラム部に対して常時内向きの一定の力を加える手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項７】
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１乃至請求項６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１２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１３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体のモニタを行うことができ、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１１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、前記流体の流量を計測する流量計測器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三の特徴とする。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。
【００１２】
また、前記流体制御弁および前記開閉弁が、一つのベースブロックに配設されていることを第四の特徴とする。
【００１３】
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五の特徴とする。
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。
【００１４】
また、前記流体制御弁が、流体の入口流路、出口流路及び、入口流路と出口流路が連通するチャンバから形成された本体部と、弁体と第一ダイヤフラム部を有する弁部材と、弁部材の下部及び上部に位置し第一ダイヤフラム部より有効受圧面積が小さい第二ダイヤフラム部及び第三ダイヤフラム部を有し、弁部材及び各ダイヤフラム部が各ダイヤフラム部の外周部が本体部に固定されることによりチャンバ内に取りつけられ、かつ各ダイヤフラム部によってチャンバを第一加圧室、第二弁室、第一弁室、及び第二加圧室に区分し、第一加圧室は第二ダイヤフラム部に対して常時内向きの一定の力を加える手段を有し、第一弁室は入口流路と連通しており、第二弁室は、弁部材の弁体に対応する弁座を有し、また弁座に対して第一ダイヤフラム部側に位置し第一ダイヤフラム部に設けられた連通孔にて第一弁室と連通している下部第二弁室と、第二ダイヤフラム部側に位置し出口流路と連通して設けられた上部第二弁室とに分かれて形成され、弁部材の上下動により弁体と弁座との間の開口面積が変化して下部第二弁室の流体圧力が制御される流体制御部を有し、第二加圧室は、第三ダイヤフラム部に対して常時内向きの一定の力を加える手段を有す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２００４−１７６８１２に開示されているものである。
【００１５】
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七の特徴とする。
【００１６】
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や、図７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１６９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、１６９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４、１６９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。
【００１７】
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１や図９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１０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。
【００１８】
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１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４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４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。
【００１９】
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４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。
【００２０】
また、流量計測器３、流体制御弁４、開閉弁６１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。
本発明の流体制御装置は、図１、図３、図６、図９、図１０に示すように、隣り合う弁４、６１、８５、１６９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、１６９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５に示すように、弁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。
【００２１】
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。
【００２２】
また、本発明の流体制御弁４、開閉弁６１、流量計測器３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】
【００２３】
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。
（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）２つの型式の制御弁のいずれかを選択することにより、制御対象を流体の圧力と流量のいずれにするのも可能となる。これにより、さまざまな流体制御の要望に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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】
【００２５】
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。
【００２６】
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、から形成され、その各々の構成は以下の通りである。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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は後記流体流出口５に連通している。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
５はＰＦＡ製の流体流出口である。
【００３９】
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。
【００４０】
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（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。
【００４１】
ここで、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。
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。
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。そして、流体制御弁４から流出する流体の流量は、流体制御弁４で調圧された圧力と、流体制御弁４以降の圧力損失との関係で決定されており、調圧された圧力が高いほど流量は大きくなり、逆に圧力が低いほど流量は小さくなる。このため流体は、流量を設定流量で一定値となるように、流体制御弁４で制御される。
【００４２】
ここで、電空変換器または制御用空気供給制御装置（図示せず）から供給される操作圧に対する流体制御弁４の作動について説明する（図２参照）。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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（または手動制御）によって、制御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。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。また、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。
【実施例２】
【００４７】
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。
【００４８】
５９は流体制御装置である。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から形成され、その各々の構成は以下の通りである。
【００４９】
図４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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
ここで、実施例１乃至実施例２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３】
【００６０】
次に、図５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。
【００６１】
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、流体流出口１４５から形成され、その各々の構成は以下の通りである。
【００６２】
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、出口流路１５９は流体流出口１４５と連通している。第三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二の実施例と同様なので説明を省略する。
【００６３】
本発明の第三の実施例である流体制御装置の作動は、第二の実施例と同様なので説明を省略する。第三の実施例では、手動または開ループ制御が行なわれると共に、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。
【００６４】
ここで第三の実施例は、第二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４】
【００６５】
次に、図６乃至図８に基づいて本発明の第四の実施例である他の流体制御弁を用いた流体制御装置について説明する。
【００６６】
図７および図８に示すように、１６９は流体制御弁である。流体制御弁１６９は本体部１７０、弁部材１８５、第一ダイヤフラム部１８６、第二ダイヤフラム部１８７、第三ダイヤフラム部１８８、第四ダイヤフラム部１８９で形成される。
【００６７】
本体部１７０は、内部に後記第一加圧室１７７、第二弁室１７８、第一弁室１７９及び第二加圧室１８０に区切られるチャンバ１７６と、流体が外部からチャンバ１７６へ流入するための入口流路１９４及びチャンバ１７６から流体流出口６４へと流出するための出口流路２０１とを有し、上から本体Ｄ１７４、本体Ｃ１７３、本体Ｂ１７２、本体Ａ１７１、本体Ｅ１７５に分かれており、これらを一体に組みつけて構成されている。
【００６８】
１７１は本体部１７０の内側に位置するＰＴＦＥ製の本体Ａであり、上部に平面円形状の段差部１９０が設けられ、段差部１９０の中央には段差部１９０より小径で、下部第一弁室１８３となる開孔部１９１が、また、開孔部１９１の下には開孔部１９１の径より大径の平面円形状の下部段差部１９２が連続して設けられている。本体Ａ１７１の上面部、すなわち段差部１９０の周縁部には環状凹溝１９３が設けられ、また、側面から本体Ａ１７１の開孔部１９１に連通する入口流路１９４が設けられている。入口流路１９４は流量計測器６２に連通している。
【００６９】
１７２は本体Ａ１７１の上面に係合固定されているＰＴＦＥ製の本体Ｂであり、上部に平面円形状の段差部１９５が設けられ、段差部１９５の中央には段差部１９５より小径の上部第二弁室１８２となる開孔部１９６が設けられている。また、開孔部１９６の下には開孔部１９６の径より小径の開口部１９７と、本体Ａ１７１の段差部１９０と同じ径の平面円形状の下部段差部１９８が連続して設けられている。開口部１９７の下端周囲は弁座１９９となっている。本体Ｂ１７２の下面部すなわち下部段差部１９８の周縁部には本体Ａ１７１の環状凹溝１９３と相対する位置に環状凹溝２００が設けられ、また、本体Ａ１７１の入口流路１９４と反対側に位置する本体Ｂ１７２の側面から開孔部１９６に連通する出口流路２０１が設けられている。出口流路２０１は流体流出口２３０に連通している。
【００７０】
１７３は本体Ｂ１７２の上部に嵌合固定されているＰＴＦＥ製の本体Ｃであり、中央に本体Ｃ１７３の上下端面を貫通し上部で拡径した平面円形状のダイヤフラム室２０２と、ダイヤフラム室２０２と外部とを連通する呼吸孔２０３、及び下端面に本体Ｂ１７２の段差部１９５に嵌合される環状突部２０４がダイヤフラム室２０２を中心として設けられている。
【００７１】
１７４は本体Ｃ１７３の上部に位置するＰＴＦＥ製の本体Ｄであり、下部に気室２０５と、中央に上面を貫通して設けられ、外部から気室２０５へと圧縮空気を導入するための給気孔２０６が設けられている。また、側面を貫通して設けられる微孔の排出孔２２９が設けられている。なお、排出孔２２９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。
【００７２】
１７５は本体Ａ１７１の底部に嵌合固定されるＰＶＤＦ製の本体Ｅであり、中央部には上面に開口した、第二加圧室１８０となる開孔部２０７が設けられ、開孔部２０７上面の周囲には、本体Ａ１７１の下部段差部１９２に嵌合固定される環状突部２０８が設けられている。また、本体Ｅ１７５の側面には、そこから開孔部２０７に連通する小径の呼吸孔２０９が設けられている。
【００７３】
以上説明した本体部１７０を構成する５つの本体Ａ１７１、本体Ｂ１７２、本体Ｃ１７３、本体Ｄ１７４、本体Ｅ１７５はボルト・ナット（図示せず）で挟持固定されている。
【００７４】
１８５はＰＴＦＥ製の弁部材であり、中央に鍔状に設けられた肉厚部２１０と肉厚部２１０を貫通して設けられた連通孔２１１、肉厚部２１０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２１２及び薄膜部２１２の外周縁部に上下に突出して設けられた環状リブ部２１３を有する第一ダイヤフラム部１８６と、第一ダイヤフラム部１８６の上部中央に設けられ逆すり鉢状の弁体２１４と、弁体２１４の上部より上方に突出して設けられ、上端部が略半球状に形成された上部ロッド２１５び肉厚部２１０下端面中央部より下方に突出して設けられ、下端部が略半球状に形成された下部ロッド２１６有し、かつ、一体的に形成されている。第一ダイヤフラム部１８６の外周縁部に設けられた環状リブ部２１３は本体Ａ１７１と本体Ｂ１７２に設けられた両環状凹溝１９３、２００に嵌合され、本体Ａ１７１と本体Ｂ１７２に挟持固定されている。また、弁体２１４の傾斜面と本体Ｂ１７２の開口部１９７の下端面周縁部との間に形成される空間は流体制御部２１７になっている。
【００７５】
１８７はＰＴＦＥ製の第二ダイヤフラム部であり、中央に円柱状の肉厚部２１８と肉厚部２１８の下端面から径方向に延出して設けられた円形状の薄膜部２１９、及び薄膜部２１９の外周縁部に設けられた環状シール部２２０を有し、かつ一体的に形成されている。また、薄膜部２１９の周縁部の環状シール部２２０は本体Ｂ１７２の上部の段差部１９５と、本体Ｃ１７３の環状突部２０４とに挟持固定されている。なお、第二ダイヤフラム部１８７の受圧面積は、第一ダイヤフラム部１８６のそれよりも小さく設ける必要がある。
【００７６】
１８８はＰＴＦＥ製の第三ダイヤフラム部で、形状は第二ダイヤフラム部１８７と同一になっており、上下逆にして配置されている。肉厚部２２１の上端面は弁部材１８５の下部ロッド２１６と接触しており、また、薄膜部２２２の周縁部の環状シール部２２３は本体Ａ１７１の下部段差部１９２と本体Ｅ１７５の環状突部２０８とに挟持固定されている。なお、第三ダイヤフラム部１８８の受圧面積も上記と同様に第一ダイヤフラム部１８６のそれよりも小さく設ける必要がある。
【００７７】
１８９は第四ダイヤフラム部であり、周縁部に外径が本体Ｃ１７３のダイヤフラム室２０２と略同径の円筒形リブ２２４と、中央に円柱部２２５、及び円筒形リブ２２４の下端面内周と円柱部２２５の上端面外周とをつないで設けられた膜部２２６を有する。円筒形リブ２２４は本体Ｃ１７３のダイヤフラム室２０２に嵌合固定されるとともに、本体Ｂ１７２と本体Ｃ１７３の間で挟持固定され、円柱部２２５はダイヤフラム室２０２の中で上下動自在となっている。また、円柱部２２５の下部は、第二ダイヤフラム部１８７の肉厚部２１８が嵌合されている。
【００７８】
２２７および２２８は本体Ｅ１７５の開孔部２０７に配置されたＰＶＤＦ製のバネ受けとＳＵＳ製のバネである。両者は第三ダイヤフラム部１８８を内向き（図では上向き）に加圧している。
【００７９】
以上説明した各構成により本体部の内部に形成されたチャンバ１７６は上から、第四ダイヤフラム部１８９及び本体Ｄ１７４気室２０５から形成された第一加圧室１７７、第一ダイヤフラム部１８６と本体Ｂ１７２の下部段差部１９８との間に形成された下部第二弁室１８１と第二ダイヤフラム部１８７と本体Ｂ１７２の開孔部１９６とから形成された上部第二弁室１８２の両者からなる第二弁室１７８、第三ダイヤフラム部１８８と本体Ａ１７１の開孔部１９１とで形成された下部第一弁室１８３と第一ダイヤフラム部１８６と本体Ａ１７１の段差部１９０とで形成された上部第一弁室１８４からなる第一弁室１７９、及び第三ダイヤフラム部１８８と本体Ｅ１７５の開孔部２０７とで形成された第二加圧室１８０に区分されていることがわかる。第四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。
【００８０】
次に、本発明の第四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】
流量計測器６２を通過した流体は流体制御弁１６９に流入する。開ループ制御の場合は、制御部（図示せず）が信号を電空変換器（図示せず）に出力し、電空変換器はそれに応じた操作圧を流体制御弁１６９に供給し駆動させる。手動制御の場合は、前述のごとく制御用空気の操作圧を手動制御し、目標流量に応じた操作圧を流体制御弁１６９に供給し駆動させる。
流体制御弁１６９から流出する流体は、流量を設定流量で一定値となるように、流体制御弁１６９で制御される。
【００８２】
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流体制御弁１６９の作動について、図７および図８に基づいて説明する。流体制御弁１６９の本体Ａ１７１の入口流路１９４より第一弁室１７９に流入した流体は、弁部材１８５の連通孔２１１を通ることで減圧され下部第二弁室１８１に流入する。さらに、流体は、下部第二弁室１８１から流体制御部２１７を通り上部第二弁室１８２に流入する際に流体制御部２１７での圧力損失により再度減圧され出口流路２０１から流体流出口２３０へ流出する。ここで、連通孔２１１の直径は充分小さく設けてあるため、弁を流れる流量は連通孔２１１前後の圧力差によって決まっている。
【００８３】
このとき、各ダイヤフラム部１８６、１８７、１８８が流体から受ける力を見ると、第一ダイヤフラム部１８６は第一弁室１７９と下部第二弁室１８１内の流体圧力差により上方向の、第二ダイヤフラム部１８７は上部第二弁室１８２の流体圧力により上方向の、第三ダイヤフラム部１８８は第一弁室１７９内の流体圧力により下方向の力を受けている。ここで、第一ダイヤフラム部１８６の受圧面積は、第二ダイヤフラム部１８７及び第三ダイヤフラム部１８８の受圧面積よりも充分大きく設けてあるため、第二、第三ダイヤフラム部１８７、１８８に働く力は、第一ダイヤフラム部１８６に働く力に比べてほとんど無視することができる。したがって、弁部材１８５が、流体から受ける力は、第一弁室１７９と下部第二弁室１８１内の流体圧力差による上方向の力となる。
【００８４】
また、弁部材１８５は、第一加圧室１７７の加圧手段により下方へ付勢されており、同時に第二加圧室１８０の加圧手段により上方へ付勢されている。第一加圧室１７７の加圧手段の力を第二加圧室１８０の加圧手段の力より大きく調整しておけば、弁部材１８５が各加圧手段から受ける合力は下方向の力となる。ここで第一加圧室１７７の加圧手段とは、電空変換機２３３から供給される操作圧によるものであり、第二加圧室１８０の加圧手段とは、バネ２２８の反発力によるものである。
【００８５】
したがって、弁部材１８５は、各加圧手段による下方向の合力と、第一弁室１７９と下部第二弁室１８１内の流体圧力差による上方向の力とが釣り合う位置に安定する。つまり、各加圧手段による合力と流体圧力差による力が釣り合うように、下部第二弁室１８１の圧力が流体制御部２１７の開口面積により自立的に調整される。そのため、第一弁室１７９と下部第二弁室１８１内の流体圧力差は一定となり、連通孔２１１の前後の差圧は一定と保たれることにより、弁を流れる流量は常に一定に保たれる。
【００８６】
ここで、流体制御弁１６９は、弁部材１８５に働く各加圧手段の合力と、第一弁室１７９と下部第二弁室１８１との圧力差による力とが釣り合って作動するため、弁部材１８５に働く各加圧手段の合力を調整変更すれば、第一弁室１７９と下部第二弁室１８１との流体圧力差はそれに対応した値となる。つまり第一加圧室の加圧手段による下方向への力、すなわち電空変換機から供給される操作圧力を調整することにより、連通孔２１１前後の差圧を変更調整することができるため、バルブを分解することなく流量を任意の流量に設定することができる。
【００８７】
また、第一加圧室１７７の加圧手段による力を第二加圧室１８０の加圧手段による力より小さく調整すれば、弁部材１８５に働く合力は上方向のみとなり、弁部材１８５の弁体２１４を本体Ｂ１７２の開口部１９７の弁座１９９に押圧するかたちとなり、流体を遮断することができる。すなわち、電空変換器２３３を調整して操作圧をかけなければ流体制御弁１６９は閉塞状態となる。
【００８８】
以上の作動により、流体制御装置に流入する流体は、流体制御弁１６９により設定流量で一定になるように制御されて流体流出口６４で流出される。さらに、流体制御装置に流入する流体の上流側圧力や下流側圧力が変動しても流体制御弁１６９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。また、流体制御弁１６９は背圧変動の影響を受けない構成であるため、背圧が変動するような用途において好適に使用することができる。また、操作圧の調整により流体制御弁１６９は開閉弁として使用することができるため、別途流体遮断用のバルブを接続しなくても良い。第四の実施例のその他の作動は第二の実施例と同様なので説明を省略する。
【実施例５】
【００８９】
次に、図９に基づいて本発明の第五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。第五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、本発明の第五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。第五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６】
【００９３】
次に、図１０、図１１に基づいて本発明の第六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。第六の実施例のその他の構成は第五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。
【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、第五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】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】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７】図６の流体制御弁の拡大図である。
【図８】図７に他の表示を追加した図７と同一の図である。
【図９】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１０】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１１】図１０のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１２】従来の純水流量の制御装置を示す概念構成図である。
【図１３】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
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
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
１４５    流体流出口
１４７    ベースブロック
１６９    流体制御弁
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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