CN106537275B - 压力式流量控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压力式流量控制装置，其能够在流体流量控制中，实现缩短切换流量时的降落响应时间，提高降落响应特性。压力式流量控制装置具有：主体(4)，其设置有连通流体入口(1)和流体出口(2)之间的流体通路(3)；压力控制用控制阀(5)，其以水平姿势固定于主体(4)并对流体通路(3)进行开关；开关阀(6)，其以垂直姿势固定于主体(4)并对压力控制用控制阀(5)的下游侧的流体通路(3)进行开关；流孔(7)，其设置于开关阀(6)的上游侧的流体通路(3)；以及压力传感器(8)，其固定于主体(4)并检测压力控制用控制阀(5)和流孔(7)之间的流体通路(3)的内压，所述流体通路(3)具有：与压力控制用控制阀(5)连接的水平姿势的第一通路部(3a)、连接第一通路部(3a)和流孔(7)的垂直姿势的第二通路部(3b)、以及连接第二通路部(3b)和压力传感器(8)的水平姿势的第三通路部(3c)。

Description

压力式流量控制装置
技术领域
本发明涉及一种压力式流量控制装置，是涉及设置在半导体制造装置等的流体供给线路中进行流体(气体)的流量控制的压力式流量控制装置的改良，特别是通过提高降落时的响应性，从而能够大幅地提高半导体制造装置用等的原料气体供给装置的工作性能。
背景技术
目前，在半导体制造装置用等的原料气体供给装置中，广泛地将热式流量控制装置或压力式流量控制装置用于供给气体的流量控制。特别是如图8所示的压力式流量控制装置FCS由压力控制用控制阀CV、温度检测器T、压力传感器P、流孔OL和运算控制部CD等所构成，该运算控制部CD由温度修正/流量运算电路CDa、比较电路CDb、输入输出电路CDc和输出电路CDd等组成，并且具有下述的优异的流量特性：即使一次侧供给压产生大幅度地变动也能够进行稳定的流量控制。
即，在图8的压力式流量控制装置FCS中，将来自压力传感器P及温度检测器T的检测值输入至温度修正/流量运算电路CDa，并且在此进行检测压力的温度修正和流量运算，再将流量运算值Qt输入至比较电路CDb。另外，从端子In输入与设定流量对应的输入信号Qs，经由输入输出电路CDc输入至比较电路CDb，在此与来自温度修正/流量运算电路CDa的流量运算值Qt进行比较。在比较的结果，与设定流量相对的输入信号Qs比流量运算值Qt小的情况下，将控制信号Pd输出至控制阀CV的驱动部。由此，向封闭方向驱动控制阀CV，并且向闭阀方向驱动至与设定流量对应的输入信号Qs和运算流量值Qt的差(Qs-Qt)成为零为止。
在前述压力式流量控制装置FCS中，当在流孔OL的下游侧压力P2与上游侧压力P1之间确保P1/P2≧约2的所谓的临界膨胀条件时，流通在流孔OL的气体流量Q成为Q＝KP1(其中K为常数)，另外当不满足临界膨胀条件时，流通在流孔OL的气体流量Q则成为Q＝KP2 m(P1-P2)n(其中K、m、n为常数)。
因此，通过控制压力P1能够以高精准度控制流量Q，并且，即使控制阀CV的上游侧气体Go的压力大幅度地发生变化，也能够发挥几乎不会使控制流量值发生变化的优异特性。
另外，将气体流量Q设定为Q＝KP1(其中K为常数)来进行运算的方式的压力式流量控制装置有时被称为FCS-N型，此外，将气体流量Q设定为Q＝KP2 m(P1-P2)n(其中K、m、n为常数)来进行运算的方式的压力式流量控制装置有时被称为FCS-WR型。
而且，这种压力式流量控制装置另外还有时被称为：将下述流孔机构作为上述FCS-N型的流孔进行使用的FCS-SN型或者将相同的流孔机构作为上述FCS-WR型的流孔进行使用的FCS-SWR型，上述流孔机构是将多个流孔OL以并列状连接并通过切换阀使气体至少在一个流孔中流通的流孔机构，例如将两个流孔以并列状连接，在一个流孔的入口侧设置切换阀并通过开启或关闭切换阀，能够变更流量控制范围的流孔机构。
另外，由于上述FCS-N型、FCS-SN型、FCS-WR型和FCS-SWR型的各压力式流量控制装置，其构造或动作原理等已为众所周知，所以在此省略其详细的说明(日本专利特开平8-338546号、日本专利特开2003-195948号等)。
再者，如图9(a)～(d)所示，在压力式流量控制装置FCS中，存在有：以如(a)所示的构成的临界条件下的气体流体为对象的压力式流量控制装置FCS(以下称FCS-N型。日本专利特开平8-338546号等)、以(b)的临界条件下和非临界条件下的两气体流体为对象的FCS-WR型(日本专利特开2003-195948号等)、以(c)的临界条件下的气体流体为对象的流量切换型的FCS-SN型(日本专利特开2006-330851号等)、以及以(d)的临界条件下和非临界条件下的两气体流体为对象的流量切换型的FCS-SWR型(日本专利特许第5430007号等)。
另外，在图9中，P1、P2是压力传感器，CV是控制阀，OL是流孔，OL1是小口径流孔，OL2是大口径流孔，ORV是流孔切换阀。
但是，由于在这种压力式流量控制装置FCS中，使用微小孔径的流孔OL，因此，气体的置换性较差，在关闭压力式流量控制装置FCS的压力控制用控制阀CV而打开输出侧的情况下，会花费较多时间排出在控制阀CV与流孔OL之间的空间部的气体，也就是会有所谓的气体降落响应性极差的问题。
另一方面，在上述压力式流量控制装置FCS中，为了提高降落响应特性，正在设法尽可能地缩小控制阀CV与流孔OL之间的流体通路的内容积。
图10是表示上述压力式流量控制装置的一例，该压力式流量控制装置通过使压力控制用控制阀40的流体的流动方向与一般的压力控制用控制阀40呈反方向，使流体(气体)通过金属制隔膜阀体41的外周缘部和阀室底面的间隙而流入，再使流体从阀座42的中央流出来，从而使流体通路的内容积减小，并且，通过在开关阀44组装流孔43来减小流孔43与开关阀44之间的内容积，并且通过减小内容积来实现降落特性的改善(日本专利特许第3522535号、日本专利特许第4137267号)。
另外，在图10中，45是主体，46是流体入口，47是流体出口，48是压力传感器，49是控制盘，50是连接压力控制用控制阀40与压力传感器48的压力检测面上的压力检测室的垂直姿势的第一流路，51是与第一流路50连接的水平姿势的第二流路，52是连接第二流路51与流孔43的垂直姿势的第三流路。
但是，即使在图10所示的压力式流量控制装置中，也难以大幅度地提高降落响应特性，现有的压力式流量控制装置中，依然存在所谓的降落响应性差的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平8-338546号公报
专利文献2：日本专利特开2003-195948号公报
专利文献3：日本专利特开2006-330851号公报
专利文献4：日本专利特许第5430007号公报
专利文献5：日本专利特许第3522535号公报
专利文献6：日本专利特许第4137267号公报
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种压力式流量控制装置，其适合改善现有的压力式流量控制装置所存在的如上所述的问题，提高了流量控制的降落响应性，即，能够更进一步地缩短流量控制的降落时间。
为了达成上述目的，本发明所涉及的压力式流量控制装置的第一方式，其特征在于，具有：主体，其设置有连通流体入口与流体出口之间的流体通路；压力控制用控制阀，其以水平姿势固定于主体并对流体通路进行开关；开关阀，其以垂直姿势固定于主体并对压力控制用控制阀的下游侧的流体通路进行开关；流孔，其设置于开关阀的上游侧的流体通路；压力传感器，其固定于主体并检测压力控制用控制阀与流孔之间的流体通路的内压，其中，上述流体通路具有：与压力控制用控制阀连接的水平姿势的第一通路部、连接第一通路部和流孔的垂直姿势的第二通路部、以及连接第二通路部和压力传感器的水平姿势的第三通路部。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第二方式，其特征在于，具有：主体，其设置有连通流体入口与流体出口之间的流体通路；压力控制用控制阀，其以水平姿势固定于主体并对流体通路进行开关；开关阀，其以与上述压力控制用控制阀相对的状态固定于主体并对压力控制用控制阀的下游侧的流体通路进行开关；流孔，其设置于开关阀的上游侧的流体通路；压力传感器，其固定于主体并检测压力控制用控制阀与流孔之间的流体通路的内压，其中，上述流体通路具有：连接压力控制用控制阀和流孔的水平通路部、以及连接水平通路部和压力传感器的垂直通路部。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第三方式，其特征在于，具有：主体，其设置有连通流体入口与流体出口之间的流体通路；压力控制用控制阀，其以水平姿势固定于主体并对流体通路进行开关；开关阀，其以与上述压力控制用控制阀相对的状态固定于主体并对压力控制用控制阀的下游侧的流体通路进行开关；流孔，其设置于开关阀的上游侧的流体通路；压力传感器，其固定于主体并检测压力控制用控制阀和流孔之间的流体通路的内压，其中，上述流体通路具有：连接压力控制用控制阀和压力传感器的压力检测面上的压力检测室的第四通路部、以及与第四通路部分离且连接压力检测室和流孔的第五通路部。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第四方式，其特征在于，在上述第一方式、第二方式或第三方式中，通过流孔内置型阀形成开关阀及流孔，上述流孔内置型阀为将流孔一体地组装固定在开关阀内的结构。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第五方式，其特征在于，在上述第一方式中，压力控制用控制阀具有金属制隔膜阀体，该金属制隔膜阀体配置在开关阀的下方位置，并且金属制隔膜阀体的中央部与形成于主体的阀座抵接或分离，在上述阀座的中央位置形成有第一通路部。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第六方式，其特征在于，在上述第二方式中，压力控制用控制阀具有金属制隔膜阀体，该金属制隔膜阀体的中央部与形成于主体的阀座抵接或分离，并且在上述阀座的中央位置形成有水平通路部。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第七方式，其特征在于，在上述第三方式中，压力控制用控制阀具有金属制隔膜阀体，该金属制隔膜阀体的中央部与形成于主体的阀座抵接或分离，并且在上述阀座的中央位置形成有第四通路部。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第八方式，其特征在于，在上述第一方式中，压力传感器具有：壳体；压力导入管，其以向着外侧突出的状态设置于壳体且形成压力导入孔；受压室，其设置在壳体内且和压力导入孔连通；隔膜，其设置在壳体内且随着受压室的压力的变化产生位移；以及压力检测元件，其设置在壳体内且通过隔膜的位移来将压力转换成电信号，其中，上述压力导入管的前端部以气密状安装于主体，并且压力导入管的压力导入孔和第三通路部连通。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第九方式，其特征在于，在上述第二方式中，压力传感器具有：壳体；压力导入管，其以向着外侧突出的状态设置于壳体且形成压力导入孔；受压室，其设置在壳体内且和压力导入孔连通；隔膜，其设置在壳体内且随着受压室的压力的变化产生位移；以及压力检测元件，其设置在壳体内且通过隔膜的位移来将压力转换成电信号，其中，上述压力导入管的前端部以气密状安装于主体，并且压力导入管的压力导入孔和垂直通路部连通。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第十方式，其特征在于，在上述第三方式中，压力传感器经由环形垫圈插装(插接)在形成于主体的插装孔，并且，压力传感器的压力检测面上的压力检测室由插装孔的内底面、环形垫圈和压力传感器的压力检测面所包围的空间形成，进一步，第四通路部与压力检测室的压力控制用控制阀侧的端部连接，且第五通路部与压力检测室的开关阀侧的端部连接。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第十一方式，其特征在于，在上述第一方式中，第一通路部、第二通路部和第三通路部的截面形状为圆形，其内径为0.5mm～1.0mm。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第十二方式，其特征在于，在上述第二方式中，水平通路部和垂直通路部的截面形状为圆形，其内径为0.5mm～1.0mm。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第十三方式，其特征在于，在上述第三方式中，第四通路部和第五通路部的截面形状为圆形，其内径为0.5mm～1.0mm。
本发明所涉及的压力式流量控制装置的第一方式，其特征在于，在上述第二方式或第三方式中，其构成为在主体的同一面形成有流体入口和流体出口，并在主体的一方向配置有流体入口和流体出口。
发明效果
本发明是在设有流体通路的主体上以水平姿势固定压力控制用控制阀，并且以垂直姿势固定开关阀，故而，能够缩短压力控制用控制阀和开关阀的距离，和现有技术相比，能够缩小压力控制用控制阀和设置在开关阀的上游侧的流孔之间的流体通路的内容积，其结果是能够提高降落特性。
本发明在设有流体通路的主体上以水平姿势将压力控制用控制阀和开关阀固定成相对状，故而，能够缩短压力控制用控制阀和开关阀的距离，和现有技术相比，能够缩小压力控制用控制阀和设置在开关阀的上游侧的流孔之间的流体通路的内容积，其结果是能够提高降落特性。
本发明是通过流孔内置型阀形成开关阀及流孔，上述流孔内置型阀为将流孔一体地组装固定在开关阀内的结构，故而，能够谋求压力式流量控制装置进一步地小型化，从而进一步地缩小流体通路的内容积。
本发明的检测压力控制用控制阀和流孔之间的流体通路的内压的压力传感器具有从压力传感器的壳体向外侧突出的压力导入管，并且压入力导管的前端部以气密状安装于主体，故而，在主体上用于安装压力传感器的空间较小即可，能够更进一步地缩短压力控制用控制阀和流孔的距离，还能够更进一步地缩小流体通路的内容积。
本发明的第四通路部与压力检测室的压力控制用控制阀侧的端部连接，并且第五通路部与压力检测室的开关阀侧的端部连接，故而，能够缩短第四通路部和第五通路部的长度，其结果是，能够缩小压力控制用控制阀和设置在开关阀的上游侧的流孔之间的流体通路的内容积。
本发明的流体通路的第一通路部、第二通路部和第三通路部的截面形状、或者流体通路的水平通路部和垂直通路部的截面形状、或者第通路部和第五通路部的截面形状分别设为圆形，并且其内径分别设为0.5mm～1.0mm，故而，能够进一步地缩小流体通路的内容积。
本发明为在主体的同一面形成流体入口和流体出口，并且在主体的一方向配置流体入口和流体出口的结构，故而，在将压力式流量控制装置集成化时，因为流体入口和流体出口全部面向相同方向，所以容易进行配管。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的压力式流量控制装置的截面图。
图2是图1所示的压力式流量控制装置的主要部分的扩大截面图。
图3是安装于主体的压力传感器的扩大截面图。
图4是本发明的第二实施方式所涉及的压力式流量控制装置的截面图。
图5是图4所示的压力式流量控制装置的主要部分的扩大截面图。
图6是本发明的第三实施方式所涉及的压力式流量控制装置的截面图。
图7是本发明的第四实施方式所涉及到的压力式流量控制装置的截面图。
图8是表示现有的压力式流量控制装置的基本构成图。
图9是表示现有的各种形式的压力式流量控制装置的概略构成图。
图10是表示现有的压力式流量控制装置的截面图。
具体实施方式
以下，基于附图来详细地说明本发明的实施方式。
图1和图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的压力式流量控制装置，该压力式流量控制装置具有：主体4，其设置有连通流体入口1和流体出口2之间的流体通路3；压力控制用控制阀5，其以水平姿势固定于主体4并对流体通路3进行开关(开闭)；开关阀(开闭阀)6，其以垂直姿势固定于主体4并对压力控制用控制阀5的下游侧的流体通路3进行开关；流孔7，其设置于开关阀6的上游侧的流体通路3；以及压力传感器8，其固定于主体4并检测压力控制用控制阀5和流孔7之间的流体通路3的内压，其中，上述流体通路3具有：与压力控制用控制阀5连接的水平姿势的第一通路部3a、连接第一通路部3a和流孔7的垂直姿势的第二通路部3b、以及连接第二通路部3b和压力传感器8的水平姿势的第三通路部3c。
上述压力式流量控制装置形成为垂直配置型，即，压力控制用控制阀5和开关阀6相对于主体4配置为直角，在开关阀6的下方位置配置有压力控制用控制阀5的一端部，并且使压力控制用控制阀5和开关阀6尽可能地靠近。
另外，在图1中，9是在印刷配线板上安装有电子部件的控制盘，10是壳体，11是连接用连接器。
上述主体4包括下述块体而构成：入口侧块体4a，其形成为横长的长方体状；主体块体4b，其配置在入口侧块体4a的一端部上面(图1所示的入口侧块体4a的右侧端部上面)并且形成为纵长的长方体状；出口侧块体4c，其配置在入口侧块体4a的一端面(图1所示的入口侧块体4a的右侧端面)和主体块体4b的一侧面(图1所示的主体块体4b的右侧面)并且形成为纵长的长方体状，各块体4a、4b、4c通过利用固定螺栓(省略图示)连接而一体化。
再者，在入口侧块体4a的底面形成有流体入口1，同时，在出口侧块体4c的底面形成有流体出口2，在入口侧块体4a、主体块体4b和出口侧块体4c上形成有连通流体入口1和流体出口2之间的流体通路3。
而且，密封用的垫圈12分别介于入口侧块体4a和主体块体4b之间的流体通路3的连接位置、以及主体块体4b和出口侧块体4c之间的流体通路3的连接位置。
上述压力控制用控制阀5是以水平姿势将其一端部螺纹固定在主体块体4b的下端部另一侧面(图1所示的主体块体4b的下端部左侧面)。
该压力控制用控制阀5是使用了众所周知的圆板状金属制隔膜阀体13和压电驱动元件14等的开关阀，通过对压电驱动元件14通电使压电驱动元件14伸长，使圆筒体15克服弹性体16的弹力向着离开主体块体4b的方向(图1的左方向)移动，从而阀体按压件17向着离开主体块体4b的方向移动，金属制隔膜阀体13通过自身的弹性力复原成弯曲形状而离开阀座18，使得阀开启。再者，阀的开启程度是通过改变对压电驱动元件14的施加电压来调节的。
与压力控制用控制阀5的金属制隔膜阀体13抵接或分离的阀座18形成在主体块体4b的与金属制隔膜阀体13的中央部相对的位置上，在该阀座18的中央位置形成有与压力控制用控制阀5连接的水平姿势的第一通路部3a。在图2中，其构造如下：通过压力控制用控制阀5的金属制隔膜阀体13的外周缘部和阀座18的间隙，使气体流入，再使气体从阀座18的中央流出。由此，能够在封闭金属制隔膜阀体13的状态下减小压力控制用控制阀5和流孔7之间的流体通路3的内容积。
再者，压力控制用控制阀5以金属制隔膜阀体13处于开关阀6的下方位置的方式配置。由此，能够将与压力控制用控制阀5连接的水平姿势的第一通路部3a的长度设定得较短，能够缩小第一通路部3a的内容积。
上述第一通路部3a为了尽可能地缩小其内容积，优选尽可能地小的内径，在本实施方式中，将第一通路部3a的内径设为0.5mm～1.0mm。由于该第一通路部3a其长度短且内径也小，因此能够缩小其内容积。
上述开关阀6是以垂直姿势将其下端部螺纹固定于主体块体4b的上端面。
为了实现压力式流量控制装置的小型化和削减流体通路3的内容积，该开关阀6使用将开关阀6和流孔7一体地组装固定的构造的流孔内置型阀。
即，流孔内置型阀是使用了众所周知的阀机构和气压型阀驱动部19的开关阀6，该阀机构具有金属制隔膜阀体23和流孔7等，所述流孔内置型阀和现有众所周知(例如，日本专利特许第3522535号公报和日本专利特许第4137267号公报等)的阀为相同构造。
如图1和图2所示，上述阀机构设置在形成于主体块体4b的上端面的凹部20中，并由下述部件等组成：内盘21，其插装于凹部20并形成有流出通道21a；阀座体22，其插装在内盘21的中心部并形成有流入通道22a和阀座22b；流孔7，其设置在阀座体22的中心部并形成有与阀座体22的流入通道22a连通的孔洞(省略图示)；圆板状的金属制隔膜阀体23，其与阀座体22的阀座22b抵接或分离；阀盖插件24和阀盖25，该阀盖插件24和阀盖25将金属制隔膜阀体23的外周缘部夹持在和内盘21之间；阀体按压件26，其按压金属制隔膜阀体23；阀杆27，其保持阀体按压件26；以及弹簧28，其向下方推阀杆27。
另外，流孔7使用现有众所周知的垫圈型流孔，该垫圈型流孔包括下述部件而组成：凸状的流孔座7a，其在中心部形成有贯穿状的通路；凹状的流孔座7b，其在中心部形成有和上述凸状的流孔座7a的通路连通的贯穿状的通路；以及流孔板7c，其以气密状插装在两流孔座7a、7b之间且在中心部形成有孔洞(省略图示)。
而且，上述开关阀6的流孔7和第一通路部3a的下游侧端部通过在主体块体4b形成的垂直姿势的第二通路部3b而连接成连通状。
上述第二通路部3b为了尽可能地缩小其内容积，优选尽可能小的内径，在本实施方式中，将第二通路部3b的内径设为0.5mm～1.0mm。再者，第二通路部3b为了尽可能地缩小其内容积，优选第二通路部3b的长度尽可能地短，并尽可能地靠近第一通路部3a配置开关阀6。
如图2和图3所示，上述压力传感器8具有：圆筒状的壳体30；压力导入管31，其以向外部突出的状态设置于壳体30的轴心位置且形成压力导入孔31a；垫圈按压件32，其通过熔接而固接在压力导入管31的前端部；受压室33，其设置在壳体30内且和压力导入孔31a连通；隔膜34，其设置在壳体30内且随着受压室33的压力的变化而产生位移；以及压力检测元件(省略图示)，其设置在壳体30内、由通过隔膜34的位移将压力转换成电信号的感压元件或应变计(strain gauge)组成，上述隔膜34的表面为压力检测面(受压面)，通过将施加于该处的压力转换成电信号来检测压力。
该压力传感器8的外径形成为8mm，与图10所示的现有的压力传感器的外径(16mm)相比为其一半，故而，设置空间较小即可。其结果是，能够缩短压力控制用控制阀5和开关阀6的距离，并且能够缩短第二通路部3b的长度且能够减小其内容积。
再者，压力传感器8具有从压力检测器8的壳体30向外部突出的压力导入管31，将压力导入管31的前端部以气密状安装于在主体4，故而，缩小了用于将压力传感器8安装于主体4的空间，能够进一步地缩短压力控制用控制阀5和流孔7的距离，还能够进一步地缩小流体通路3的内容积。
并且，上述压力传感器8中，经由垫圈36并通过开口环37(或未图示的U字状圆环)和阀盖38将压力导管31的前端部以气密状安装固定在形成于主体块体4b的另一侧面(图1所示的主体块体4b的左侧面)的插装孔35内，压力导入管31的压力导入孔31a以连通状与水平姿势的第三通路部3c连接，该第三通路部3c形成于主体块体4b且连接第二通路部3b和压力传感器8。
即，压力传感器8将开口环37(或U字状环)覆盖在垫圈按压件32上，同时，将事先以松配合(游嵌)状态外嵌于压力导入管31的阀盖38覆盖于上述开口环37(或U字状环)，在该状态下，将垫圈按压件32、开口环37(或U字状圆环)和阀盖38***至事先插装有垫圈36的主体块体4b的插装孔35内，当将阀盖38锁紧在主体块体4b并通过开口环37(或U字状环)按压垫圈按压件32和垫圈36时，通过垫圈按压件32按压垫圈36，使得垫圈36的一端面和插装孔35的底面之间以及垫圈36的另一端面和垫圈按压件32的前端面之间分别形成为密封部，压力传感器8以气密状安装在主体块体4b的插装孔内。
上述第三通路部3c为了尽可能地缩小其内容积，优选尽可能小的内径，在本实施方式中，将第三通路部3c的内径设为0.5mm～1.0mm。再者，第二通路部3b为了尽可能地缩小其内容积，优选第三通路部3c的长度尽可能短，并尽可能地靠近第二通路部3b配置压力传感器8。
图4和图5表示本发明的第二实施方式所涉及的压力式流量控制装置，该压力式流量控制装置具有：主体4，其设置有连通流体入口1和流体出口2之间的流体通路3；压力控制用控制阀5，其以水平姿势固定于主体上4并对流体通路3进行开关；开关阀6，其以和上述压力控制用控制阀5相对的状态被固定于主体4并对压力控制用控制阀5的下游侧的流体通路3进行开关；流孔7，其设置于开关阀6的上游侧的流体通路3；以及压力传感器8，其固定于主体4上并检测压力控制用控制阀5和流孔7之间的流体通路3的内压，上述流体通路3具有：连接压力控制用控制阀5和流孔7的水平通路部3d；以及连接水平通路部3d和压力传感器8的垂直通路部3e。
上述压力式流量控制装置形成为相对配置型，即相对于主体4以相对状配置压力控制用控制阀5和开关阀6，并尽可能地使压力控制用控制阀5和开关阀6靠近。
上述主体4形成为横长的块体状，在主体4的一侧面(图4所示的主体4的下面)形成有流体入口1，再者，在主体4的另一侧面(图4所示的主体4的上面)形成有流体出口2，而且，在主体4形成有连通流体入口1和流体出口2之间的流体通路3。
上述压力控制用控制阀5以水平姿势将其一端部螺纹固定在主体4的一端面(图4所示的主体4的左侧端面)。
该压力控制用控制阀5是使用众所周知的圆板状的金属制隔膜阀体13和压电驱动元件14等的开关阀，通过对压电驱动元件14通电使压电驱动元件14伸长，克服弹性体16的弹力，使圆筒体15向着离开主体4的方向(图4的左方向)移动，由此阀体按压件17向着离开主体4的方向移动，金属制隔膜阀体13通过自身的弹力复原成弯曲形状而离开阀座18，将阀开启。再者，阀的开启程度通过改变对压电驱动元件14的施加电压来进行调节。
与压力控制用控制阀5的金属制隔膜阀体13抵接或分离的阀座18形成在主体4的和金属制隔膜阀体13的中央部相对的位置，在该阀座18的中央位置形成有连接压力控制用控制阀5和流孔7的水平通路部3d。在图4中，成为下述构造：通过压力控制用控制阀5的金属制隔膜阀体13的外周缘部和阀座18之间隙，使气体流入，再使气体从阀座18的中央流出。由此，能够在封闭金属制隔膜阀体13的状态下减小压力控制用控制阀5和流孔7之间的流体通路3的内容积。
上述水平通路部3d为了尽可能地减小其内容积，优选尽可能小的内径，在本实施方式中，将水平通路部3d的内径设为0.5mm～1.0mm。再者，水平通路部3d为了尽可能地缩小其内容积，优选水平通路部3d的长度尽可能短，使以相对状配置的压力控制用控制阀5和开关阀6尽可能地靠近配置。
上述开关阀6以水平姿势将其一端部螺纹固定在横长块体状的主体4的另一端面(图4所示的主体4的右侧端面)，与压力控制用控制阀5以相对状配置。
为了实现压力式流量控制装置的小型化和流体通路3的内容积的削减，该开关阀6使用将开关阀6和流孔7一体地组装固定而成的构造的流孔内置型阀。
即，流孔内置型阀是使用了阀机构和气压型阀驱动部19的开关阀6，该阀机构具有众所周知的金属制隔膜阀体23和流孔7等，上述流孔内置型阀和现有众所周知(例如，日本专利特许第3522535号公报和日本专利特许第4137267号公报等)的阀构成为相同构造。
如图4和图5所示，上述阀机构设置在形成于主体4的另一端面的凹部20，且包括下述部件等而组成：内盘21，其插装于凹部20并形成有流出通道21a；阀座体22，其插装在内盘21的中心部并形成有流入通道22a和阀座22b；流孔7，其设置在阀座体22的中心部并形成有与阀座体22的流入通道22a连通的孔洞(省略图示)；圆板状的金属制隔膜阀体23，其与阀座体22的阀座22b抵接或分离；阀盖插件24和阀盖25，该阀盖插件24和阀盖25将金属制隔膜阀体23的外周缘部夹持在和内盘21之间；阀体按压件26，其按压金属制隔膜阀体23；阀杆27，其保持阀体按压件26；以及弹簧28，其向本体4侧推阀杆27。
另外，流孔7使用现有众所周知的垫圈型流孔，该垫圈型流孔包括下述部件而组成：凸状的流孔座7a，其在中心部形成有贯穿状的通路；凹状的流孔座7b，其在中心部形成有和上述凸状的流孔座7a的通路连通的贯穿状的通路；以及流孔板7c，其以气密状插装在两流孔座7a、7b之间且在中心部形成有孔洞(省略图示)。
而且，上述开关阀6的流孔7和压力控制用控制阀5通过形成于主体4的上述水平姿势的水平通路部3d而连接成连通状。
如图3所示，上述压力传感器8具有：圆筒状的壳体30；压力导入管31，其以向外部突出的状态设置在壳体30的轴心位置且形成压力导入孔31a；垫圈按压件32，其通过熔接而固接在压力导入管31的前端部；受压室33，其设置在壳体30内且和压力导入孔31a连通；隔膜34，其设置在壳体30内且随着受压室33的压力的变化而产生位移；以及压力检测元件(省略图示)，其设置在壳体30内、由通过隔膜34的位移将压力转换成电信号的感压元件或应变计(strain gauge)组成，上述隔膜34的表面为压力检测面(受压面)，通过将施加于该处的压力转换成电信号来检测压力。
该压力传感器8的外径形成为8mm，与图10所示的现有的压力传感器8的外径(16mm)相比为其一半，故而，设置空间较小即可。其结果是，能够缩短压力控制用控制阀5和开关阀6的距离，并且能够缩短水平通路部3d的长度且能够减小其内容积。
并且，上述压力传感器8中，压力导入管31的前端部经由垫圈36并通过开口环37(或U字状环)和阀盖38以气密状安装固定在形成于主体4的另一侧面的插装孔35内，压力导入管31的压力导入孔31a以连通状与垂直通路部3e连接，该垂直通路部3e形成于主体4且连接水平通路部3d和压力传感器8。
该压力传感器8在主体4上的安装和图1所示的第一实施方式所涉及的压力式流量控制装置的压力传感器8完全相同。
上述垂直通路部3e为了尽可能地缩小其内容积，优选尽可能小的内径，在本实施方式中，将垂直通路部3e的内径设为0.5mm～1.0mm。再者，垂直通路部3e为了尽可能地缩小其内容积，优选垂直通路部3e的长度尽可能短，并尽可能地靠近水平通路部3d配置压力传感器8。
图6表示本发明的第三实施方式所涉及的压力式流量控制装置，该压力式流量控制装置将分别形成在主体4的同一面(图6所示的主体4的上面)上分别形成有流体入口1和流体出口2，并将流体入口1及流体出口2配置在主体4的一方向，同时，在主体4的和形成有流体入口1及流体出口2的面相反侧的面(图6所示的主体4的下面)的中央位置设置压力传感器8。
该第三实施方式所涉及的压力式流量控制装置，除了在主体4的同一面形成有流体入口1和流体出口2并且在主体4的相反侧的面的中央位置设置压力传感器8以外，构成为与图4及图5所示的第二实施方式所涉及的压力式流量控制装置相同的构造，故而，对于与第二实施方式所涉及的压力式流量控制装置相同的部位、部件，赋予同一参照编号并省略其详细的说明。
图7表示本发明的第四实施方式所涉及的压力式流量控制装置，该压力式流量控制装置具有：主体4，其设置有连通流体入口1和流体出口2之间的流体通路3；压力控制用控制阀5，其以水平姿势固定于主体4并对流体通路3进行开关；开关阀6，其以和上述压力控制用控制阀5相对的状态固定于主体4上并对压力控制用控制阀5的下游侧的流体通路3进行开关；流孔7，其设置于开关阀6的上游侧的流体通路3；以及压力传感器8，其固定于主体4上并检测压力控制用控制阀5和流孔7之间的流体通路3的内压，上述流体通路3具有：连接压力控制用控制阀5和压力传感器8的压力检测面上的压力检测室3f的第四通路部3g；以及和第四通路部3g分离且连接压力检测室3f和流孔7的第五通路部3h，其中，上述流体通路3以通过压力检测室3f的方式构成。
该第四实施方式所涉及的压力式流量控制装置，除了在主体4的同一面(图7所示的主体4的上面)形成有流体入口1和流体出口2并且在主体4的相反侧的面(图7所示的主体4的下面)的中央位置设置现有众所周知的压力传感器8以外，构成为与图4及图5所示的第二实施方式所涉及的压力式流量控制装置相同的构造，故而，对于与第二实施方式所涉及的压力式流量控制装置相同的部位、部件，赋予同一参照编号并省略其详细的说明。
上述压力传感器8具有在表面形成有半导体应变仪的隔膜，该表面成为压力检测面(受压面)，并且通过将电阻的转换成电信号来检测压力，该电阻的变化是通过施加在压力检测面上的压力造成变形而发生的压电阻抗效果所产生的。
该压力传感器8经由环形垫圈29***形成于主体4的一侧面(图7所示的主体4的下面)的插装孔35内，并且通过按压螺栓(按压螺钉)39将其固定。这样，通过将压力传感器8插装至插装孔35形成压力检测室3f，该压力检测室3f***装孔35的内底面和环形垫圈29和作为压力传感器8的受压面的压力检测面所包围。
另外，压力检测室3f的内容积期望尽可能地小，但由于构成压力传感器8的受压面的隔膜由不锈钢等形成，当高温时会膨胀，并向着插装孔35的内底面侧膨出且***，因此，需要将压力传感器8的隔膜的热膨胀设为压力检测室3f能够容许的程度的深度尺寸。例如，某种压力传感器的隔膜在100℃下会***0.13mm左右，将压力检测室3f的深度尺寸，即，插装孔35的内底面和压力检测面(非变形时)的距离设为：例如，0.13～0.30mm。
再者，环形垫圈29由不锈钢等形成并且对其实施镜面加工、以及在真空炉的固溶化热处理来高精准度地完工。
上述第四通路部3g形成为L字状，将其一端部和压力控制用控制阀5连接，同时，将另一端部和压力检测室3f的压力控制用控制阀5侧的端部连接。
上述第五通路部3h形成为L字状，将其一端部和压力检测室3f的开关阀6侧的端部连接，同时，将另一端部和流孔7连接。
这样，第四通路部3g和第五通路部3h与压力检测室3f的两端部连接。由此，将压力检测室3f作为流体通路3来进行最大限度利用，能够减小流体通路3的内容积。即，由于压力检测室3f的空间容积是不可避免的，因此通过将其作为流体通路3来利用，能够使流体通路3的内容积减小。
上述第四通路部3g及第五通路部3h为了尽可能地缩小其内容积，优选尽可能小的内径，在本实施方式中，将第四通路部3g及第五通路部3h的内径分别设为0.5mm～1.0mm。再者，第四通路部3g及第五通路部3h为了尽可能地缩小其内容积，优选第四通路部3g及第五通路部3h的长度尽可能短，并尽可能地将压力控制用控制阀5和开关阀6和压力传感器8靠近配置。
下述的表1～表3是对以下方面进行比较的表：图10所示的现有的压力式流量控制装置的容量(内容积)、图1及图2所示的第一实施方式所涉及的压力式流量控制装置的容量(内容积)、以及图4～图6所示的第二及第三实施方式所涉及的压力式流量控制装置的容量(内容积)。
即，表1是表示图10所示的现有的压力式流量控制装置的压力控制用控制阀40和流孔43之间的流体通路(第一流路50、第二流路51及第三流路52)的容量和压力传感器48的压力检测面上的压力检测室的容量的表，表1的(a)、(b)、(c)是第一流路50、第二流路51、第三流路52的内径分别为1mm、0.7mm，0.5mm的情况下的容量。
再者，表2是表示图1及图2所示的第一实施方式所涉及的压力式流量控制装置的压力控制用控制阀5和流孔7之间的流体通路3(第一通路部3a、第二通路部3b及第三通路部3c)的容量和用压力传感器8的受压室33、压力导入孔31a及垫圈36的内周面所包围的空间的容量的表，表2的(a)、(b)、(c)是第一通路部3a、第二通路部3b及第三通路部3c的内径分别为1mm、0.7mm，0.5mm的情况下的容量。
而且，表3是表示图4～图6所示的第二及第三实施方式所涉及到的压力式流量控制装置的压力控制用控制阀5和流孔7之间的流体通路3(水平通路部3d及垂直通路部3e)的容量和用压力传感器8的受压室33、压力导入孔31a及垫圈36的内周面所包围的空间的容量的表，表3的(a)、(b)、(c)是水平通路部3d、垂直通路部3e的内径分别为1mm、0.7mm，0.5mm的情况下的容量。
表1
表2
表3
下述表4是分别表示将现有的压力式流量控制装置的容量(第一流路50、第二流路51、第三流路52及压力传感器48的压力检测室)设为100％的情况下，第一实施方式所涉及的压力式流量控制装置的容量(用第一通路部3a、第二通路部3b、第三通路部3c、压力传感器8的受压室33、压力导入孔31a及垫圈36的内周面包围的空间)、和第二及第三的实施方式所涉及的压力式流量控制装置的容量(用水平通路部3d、垂直通路部3e、压力传感器8的受压室33、压力导入孔31a及垫圈36的内周面包围的空间)。
表4
由表1～表4可明确得知，第一～第三实施方式所涉及的压力式流量控制装置和现有的压力式流量控制装置相比，能够大幅地削减容量。特别是在第二及第三实施方式所涉及的压力式流量控制装置中，和现有的压力式流量控制装置相比，能够将容量设为大约1/2至1/3左右。
因此，第一～第三实施方式所涉及的压力式流量控制装置与现有的相比，能够缩小压力控制用控制阀5和设置在开关阀6的上游侧的流孔7之间的流体通路3的内容积，其结果是，能够提高降落特性。
另外，第四实施方式所涉及的压力式流量控制装置与现有的相比，也能够缩小压力控制用控制阀5和设置在开关阀6的上游侧的流孔7之间的流体通路3的内容积，其结果是，能够提高降落特性。
产业的可利用性
本发明不仅适用于半导体制造装置用的气体供给设备或气体供给装置，也可适用于化学产业或食品产业、药品产业等的所有的气体供给设备的流量控制装置。

Claims (12)

1.一种压力式流量控制装置，其特征在于，具有：主体，其设置有连通流体入口和流体出口之间的流体通路；压力控制用控制阀，其以水平姿势固定于主体并对流体通路进行开关；开关阀，其以垂直姿势固定于主体并对压力控制用控制阀的下游侧的流体通路进行开关；流孔，其设置于开关阀的上游侧的流体通路；以及压力传感器，其固定于主体并检测压力控制用控制阀和流孔之间的流体通路的内压，其中，所述流体通路具有：和压力控制用控制阀连接的水平姿势的第一通路部、连接第一通路部和流孔的垂直姿势的第二通路部、以及连接第二通路部和压力传感器的水平姿势的第三通路部，压力传感器具有：壳体；压力导入管，其以向着外侧突出的状态设置于壳体且形成压力导入孔；受压室，其设置在壳体内且和压力导入孔连通；隔膜，其设置在壳体内且随着受压室的压力的变化而产生位移；以及压力检测元件，其设置在壳体内且通过隔膜的位移来将压力转换成电信号，其中，将所述压力导入管的前端部以气密状安装于主体并且使压力导入管的压力导入孔和第三通路部连通。
2.一种压力式流量控制装置，其特征在于，具有：主体，其设置有连通流体入口和流体出口之间的流体通路；压力控制用控制阀，其以水平姿势固定于主体并对流体通路进行开关；开关阀，其以和所述压力控制用控制阀相对的状态固定于主体并对压力控制用控制阀的下游侧的流体通路进行开关；流孔，其设置于开关阀的上游侧的流体通路；以及压力传感器，其固定于主体并检测压力控制用控制阀和流孔之间的流体通路的内压，其中，所述流体通路具有：连接压力控制用控制阀和流孔的水平通路部、以及连接水平通路部和压力传感器的垂直通路部，压力传感器具有：壳体；压力导入管，其以向着外侧突出的状态设置于壳体且形成压力导入孔；受压室，其设置在壳体内且和压力导入孔连通；隔膜，其设置在壳体内且随着受压室的压力的变化而产生位移；以及压力检测元件，其设置在壳体内且通过隔膜的位移来将压力转换成电信号，其中，将所述压力导入管的前端部以气密状安装于主体并且使压力导入管的压力导入孔和垂直通路部连通。
3.一种压力式流量控制装置，其特征在于，具有：主体，其设置有连通流体入口和流体出口之间的流体通路；压力控制用控制阀，其以水平姿势固定于主体并对流体通路进行开关；开关阀，其以和所述压力控制用控制阀相对的状态固定于主体并对压力控制用控制阀的下游侧的流体通路进行开关；流孔，其设置于开关阀的上游侧的流体通路；以及压力传感器，其固定于主体并检测压力控制用控制阀和流孔之间的流体通路的内压，其中，所述流体通路具有：将压力控制用控制阀和压力传感器的压力检测面上的压力检测室加以连接的第四通路部、以及和第四通路部分离且连接压力检测室和流孔的第五通路部，第四通路部与压力检测室的压力控制用控制阀侧的端部连接，且第五通路部与压力检测室的开关阀侧的端部连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的压力式流量控制装置，其特征在于，通过流孔内置型阀形成开关阀及流孔，所述流孔内置型阀为将流孔一体地组装固定在开关阀内的结构。
5.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，压力控制用控制阀具有金属制隔膜阀体，该金属制隔膜阀体配置在开关阀的下方位置，并且金属制隔膜阀体的中央部和形成于主体的阀座抵接或分离，在所述阀座的中央位置形成有第一通路部。
6.根据权利要求2所述的压力式流量控制装置，其特征在于，压力控制用控制阀具有金属制隔膜阀体，该金属制隔膜阀体的中央部和形成于主体的阀座抵接或分离，并且在所述阀座的中央位置形成有水平通路部。
7.根据权利要求3所述的压力式流量控制装置，其特征在于，压力控制用控制阀具有金属制隔膜阀体，该金属制隔膜阀体的中央部和形成于主体的阀座抵接或分离，并且在所述阀座的中央位置形成有第四通路部。
8.根据权利要求3所述的压力式流量控制装置，其特征在于，压力传感器经由环形垫圈插装在形成于主体上的插装孔内，并且，压力传感器的压力检测面上的压力检测室由插装孔的内底面、环形垫圈和压力传感器的压力检测面所包围的空间形成。
9.根据权利要求1所述的压力式流量控制装置，其特征在于，第一通路部、第二通路部及第三通路部的截面形状形成为圆形，其内径为0.5mm～1.0mm。
10.根据权利要求2所述的压力式流量控制装置，其特征在于，水平通路部及垂直通路部的截面形状形成为圆形，其内径为0.5mm～1.0mm。
11.根据权利要求3所述的压力式流量控制装置，其特征在于，第四通路部及第五通路部的截面形状形成为圆形，其内径为0.5mm～1.0mm。
12.根据权利要求2或3所述的压力式流量控制装置，其特征在于，其构成为在主体的同一面形成有流体入口和流体出口，并在主体的一方向配置有流体入口及流体出口。
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