JP4549136B2 - 流体制御装置 - Google Patents

Description

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および配管や配線接続が容易であり、流体に腐食性流体を使用しても腐食が起こる心配のない流体制御装置に関するものである。

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。

流体制御装置としては、流体制御に必要な各部品が一体的に設けられた流体制御装置が提案されており、この流体制御装置に設けられた制御弁の駆動には、電気的な制御が容易にできる点と制御の応答性が良い点から電動モータなどを使用する電気駆動による制御方法が好適に使用されてきた。

各部品が一体的に設けられた電気駆動による流体制御装置として、図１０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２０１があった（例えば、特許文献１参照）。その構成は、化学的に不活性な流路を有するハウジング２０２と、流路に接続された調節可能な制御弁２０３と、流路に接続された圧力センサ２０４と、流路内に位置する絞り部２０５とを備え、制御弁２０３と圧力センサ２０４とがハウジング２０２内に収容され、さらに制御弁２０３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２０６と、制御弁２０３及び圧力センサ２０４に電気的に接続されるコントローラ２０７がハウジング２０２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２０５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２０３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。

特開２００１−２４２９４０号公報

しかしながら、前記従来の流量制御モジュール２０１は、流体に腐食性流体を使用した場合、腐食性ガスが徐々に透過して流量制御モジュール２０１内に充満すると、コントローラ２０７やドライバ２０６を腐食してしまい、流量計測や流量制御の作動に影響したり、特にドライバ２０６が腐食すると電動モータが正常に働かなくなり正確な流量制御ができなくなったり、最悪の場合では部品が破損したりする恐れがあった。このとき、モジュールの故障原因がコントローラ２０７やドライバ２０６の腐食によるものであっても、各部品が一体となることを前提として設計された流量制御モジュール２０１は部品ごとに修理や交換するのは困難であるため、モジュール自体を交換することになり破損修理に対するコストが高くなってしまうという問題があった。

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、流体に腐食性流体を使用しても各部品の腐食を防止でき、半導体製造装置内などへの設置および配管や配線接続が容易であり、流入する流体が脈動していても流量の制御が可能な、電気駆動による流体制御装置を提供することを目的とする。

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、図２に基づいて説明すると、電気式駆動部１１と流量制御部５からなる電動制御弁と、超音波を流体中に発信する超音波振動子１８と該超音波振動子１８から発信した超音波を受信し信号を流量計アンプ部９に出力する超音波振動子１９を有する流量計センサ部４と、流量計センサ部４の信号によって流量を演算する流量計アンプ部９と、流量計アンプ部９で演算された流量値に基づいて電動制御弁の開度を調整しフィードバック制御するための制御部１０とを具備し、少なくとも流量計アンプ部９と制御部１０と電気式駆動部１１とを具備する電装モジュール７が１つの第一のケーシング８内に設置され、少なくとも流量計センサ部４と流量制御部５とを具備するバルブモジュール１が、流体流入口３と流体流出口６を有する１つの第二のケーシング２内に配置されて、電装モジュール７とバルブモジュール１とが空間層１２を介して連結され、第一のケーシング８には、外部からの空気が供給される給気口であって空間層１２と連通する給気口３５が備えられ、該給気口を介して空間層には外部からの空気が供給され、空間層には、外部に連通する排出口であって給気口を介して供給される空気を空間層から外部に排出する排出口４９が備えられることを第１の特徴とする。

また、電気式駆動部１１は、上部ボンネット３７と下部ボンネット３６に内包されたモータ部３８とを具備し、流量制御部５は、モータ部３８の軸に連結されたステム４７により上下動される弁体２２を有するダイヤフラム２１ならびに、ダイヤフラム２１によって電気式駆動部１１から隔離された弁室２３に各々連通する入口流路２４及び出口流路２５を有する弁本体２０とを具備し、ダイヤフラム２１の非接液側空間４１と連通する吸気孔であって給気口３５と連通して外部からの空気が供給される吸気孔４２と、ダイヤフラム２１の非接液側空間４１と連通する排気孔であって空間層１２と連通して該外部からの空気を空間層１２へ供給する排気孔４３とが下部ボンネット３６に設けられたことを第２の特徴とする。

また、バルブモジュール１の第二のケーシング２の流体流入口３の内部または外部に圧力調整弁１１２が設けられたことを第３の特徴とする。

また、圧力調整弁１１２が、
下部中央に底部まで開放して設けられた第二の空隙１２２と、第二の空隙１２２に連通する入口流路１２４と、上部に上面が開放して設けられ第二の空隙１２２の径よりも大きい径を有する第一の空隙１２３と、第一の空隙１２３に連通する出口流路１２５と、第一の空隙１２３と第二の空隙１２２とを連通し第一の空隙１２３の径よりも小さい径を有する連通孔１２６とを有し、第二の空隙１２２の上面が弁座１２７とされた本体１１４と、
側面あるいは上面に設けられた給気孔１３０と排出孔１３１とに連通した円筒状の空隙１２８を内部に有し、下端内周面に段差部１２９が設けられたボンネット１１５と、
ボンネット１１５の段差部１２９に嵌挿され中央部に貫通孔１３２を有するバネ受け１１６と、
下端部にバネ受け１１６の貫通孔１３２よりも小径の第一接合部１３７を有し、上部に鍔部１３５が設けられボンネット１１５の空隙１２８内部に上下動可能に嵌挿されたピストン１１７と、
ピストン１１７の鍔部１３５下端面とバネ受け１１６の上端面で挟持支承されているバネ１１８と、
周縁部が本体１１４とバネ受け１１６との間で挟持固定され、本体１１４の第一の空隙１２３に蓋する形で第一の弁室１４４を形成する中央部が肉厚とされた第一ダイヤフラム１４０と、上面中央にピストン１１７の第一接合部１３７にバネ受け１１６の貫通孔１３２を貫通して接合固定される第二接合部１４２と、下面中央に本体１１４の連通孔１２６と貫通して設けられた第三接合部１４３とを有する第一弁機構体１１９と、
本体１１４の第二の空隙１２２内部に位置し本体１１４の連通孔１２６よりも大径に設けられた弁体１４５と、弁体１４５上端面に突出して設けられ第一弁機構体１１９の第三接合部１４３と接合固定される第四接合部１４７と、弁体１４５下端面より突出して設けられたロッド１４８と、ロッド１４８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１５０とを有する第二弁機構体１２０と、
本体１１４の下方に位置し第二弁機構体１２０の第二ダイヤフラム１５０周縁部を本体１１４との間で挟持固定する環状突出部１５２を上部中央に有し、環状突出部１５２の上端部に切欠凹部１５３が設けられると共に切欠凹部１５３に連通する呼吸孔１５４が設けられているベースプレート１２１とを具備し、
ピストン１１７の上下動に伴って第二弁機構体１２０の弁体１４５と本体１１４の弁座１２７とによって形成される流体制御部１５５の開口面積が変化するように配置されたことを第４の特徴とする。

また、流量計センサ部４は、流体流入口３に連通する入口流路１３と、入口流路１３から垂設された第一立上り流路１４と、第一立上り流路１４に連通し入口流路１３の軸線に略平行に設けられた直線流路１５と、直線流路１５から垂設された第二立上り流路１６と、第二立上り流路１６に連通し入口流路１３の軸線に略平行に設けられ流量制御部５の入口流路２４に連通する出口流路１７とが連続して設けられ、第一、第二立上り流路１４、１６の側壁の直線流路１５の軸線と交わる位置に、超音波振動子１８、１９が互いに対向して配置された流量計センサ部４であり、
流量計アンプ部９は、超音波振動子１８、１９がケーブルを介して接続される流量計アンプ部９であり、
前記流量センサ部４と前記流量計アンプ部９とが流量計測器を構成し、
前記流量計測器が、超音波振動子１８、１９の送受信を交互に切り替えて超音波振動子１８、１９間の超音波伝搬時間差を測定することにより直線流路１５を流れる流体の流量を演算するように構成された超音波流量計であることを第５の特徴とする。

また、流量計センサ部１５６は、流体流入口３に連通する入口流路１５９と、入口流路１５９内に垂設されたカルマン渦を発生させる渦発生体１６０と、出口流路１６１とを備える直線流路１６２とが連続して設けられ、直線流路１６２の渦発生体１６０の下流側の側壁に、超音波振動子１６３、１６４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た流量計センサ部１５６であり、
流量計アンプ部１６５が、超音波振動子１６３、１６４がケーブルを介して接続される流量計アンプ部１６５であり、
前記流量計センサ部１５６と前記流量計アンプ部１６５とが流量計測器を構成し、
前記流量計測器が、渦発生体の下流に発生するカルマン渦の発生周波数を超音波振動子１６３が送信した信号と超音波振動子１６４が受信した信号との位相差によって流量を演算するように構成された超音波式渦流量計であることを第６の特徴とする。

さらに、電動制御弁が、電動式ピンチバルブであることを第７の特徴とする。また、電動式ピンチバルブの管体の材質がＥＰＤＭ、フッ素ゴム、シリコンゴム、またはこれらの複合体からなることを第８の特徴とし、電動式ピンチバルブの管体がポリテトラフルオロエチレンとシリコンゴムとの複合体からなることを第９の特徴とする。

本発明において流体制御装置は電装モジュール７の１つのケーシング内に流量計アンプ部９と制御部１０と電気式駆動部１１とが設けられた構成であるが、電装モジュール７の１つのケーシング内に流量計センサ部４と流量制御部５が設けられた構成でも良く、電装モジュール７に流量計アンプ部９と制御部１０と電気式駆動部１１が設けられ、隔壁によって電装モジュール７から隔離されたバルブモジュール１に流量計センサ部４と流量制御部５が設けられた構成でも良い。特に電装モジュール７とバルブモジュール１とが設けられた構成のものは、ケーシングによる隔壁が形成されることにより、流体に腐食性流体を使用した場合にバルブモジュールから電装モジュールへの腐食性ガスの透過を抑えることができる。

また、電装モジュール７とバルブモジュール１とが空間層１２を介して連結された構造でも良く、電装モジュール７とバルブモジュール１とが空間層１２を介して連結された構造であれば、空間層１２内を空気が流れて排出されることで、バルブモジュール１から透過した腐食性ガスが電装モジュール７内に入ることなく外部へ排出されて電装モジュール７内の各部品の腐食を効果的に防止することができるため好適である。

また、本発明の電気式駆動部１１と流量制御部５からなる電動制御弁は、電気式駆動部１１からの動力伝達により流量制御部５で流量を制御できる構成であれば特に限定されるものではない。特に本発明の電動制御弁のような、電気式駆動部１１の下部ボンネット３６に非接液側空間４１に連通する吸気孔４２および排気孔４３が設けられている構成のものが好ましい。これは腐食性ガスがダイヤフラム２１を透過しても空気の流れによって排気孔４３から排出され、電気式駆動部１１の腐食を防止することができるため好適である。

なお、電気式駆動部１１の非接液側空間４１は、下部ボンネット３６の下部の空間とダイヤフラム２１とで形成されているが、二重に設けられたダイヤフラム間に非接液側空間を設けた構造でも良い。また、電気式駆動部１１の上部ボンネット３７にはモータ部３８に空気を供給するための貫通孔やスリットを設けても良く、流体制御装置の構成によっては上部ボンネット３７を設けない構成であっても良い。

また、本発明の電動制御弁は電動式ピンチバルブでも良い。この場合、スラリーなどの流路に固着しやすい流体を用いても、スラリーが固まって詰まることなく正確な流量制御ができるため好適である。なお、ピンチバルブの管体８８の材質は、流体輸送に好適な弾性体であればＥＰＤＭ、シリコンゴム、フッ素ゴム及びこれらの複合体などでも良く、特に限定されるものではない。

また、給気口３５から供給される圧縮された雰囲気中または腐食性でない外部からの空気または不活性ガス（以下、空気と記す）は、電装モジュール７や空間層１２内に連通させて圧縮空気が供給されることが好ましい。これは電装モジュール７や空間層１２内に圧縮空気を供給し常に排出されることで、バルブモジュール１から透過した腐食性ガスは電装モジュール７内に留まることなく外部へ排出されるため好適である。また、電気式駆動部１１の吸気孔４２に直接連通させて非接液側空間４１に圧縮空気を供給し、排気孔４３から電装モジュール７や空間層１２内に圧縮空気を供給することがより好ましい。これは肉厚の薄いダイヤフラム２１の薄膜部３０から腐食性ガスが透過した場合、非接液側空間４１の空気を効率よく常に排出させることができ電気式駆動部１１の腐食を効果的に防止できるため好適である。

本発明において圧力調整弁１１２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、本発明の圧力調整弁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、かつ流入した流体が脈動していても安定した流体圧力調整が得られるとともに、圧力調整弁１１２の部品のうち腐食の可能性があるバネ１１８が設置されているボンネット１１５の空隙１２８内部に圧縮空気が常時供給され、排出孔１３１から常に排出されているため、流体に腐食性流体を使用して空隙１２８内部に腐食性ガスが透過したとしても、給気孔１３０から排出孔１３１への空気の流れに乗って排出されていくことになり、空隙１２８内部にたまりにくいので、バネ１１８に腐食防止用のコーティングなどを行わなくても腐食を防止できるため好適である。なお、圧力調整弁１１２の設置位置は、流体流入口３の内部すなわちケーシング２の壁の下流側に設けても良く、流体流入口３の外部すなわちケーシング２の壁の上流側に設けてもかまわない。

また、本発明の流量計センサ部４と流量計アンプ部９で構成される流量計測器は、計測した流量を電気信号に変換して制御部１０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く、特に本発明の超音波流量計、超音波式渦流量計の構成を有しているものがより好ましい。本発明の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。また本発明の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。

また、本発明のケーシング２、８、流体流入口３、超音波振動子１８、１９を除いた流量計センサ部４、流量制御部５の各部品、流体流出口６、電気式駆動部１１の各ボンネット３６、３７、圧力調整弁１１２の各部品の材質は、樹脂製であれば塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、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ガスが透過しても各部品の腐食の心配がない。

また、本発明のバルブモジュール１または電装モジュール７は、流体流入口３、流量計センサ部４、流量制御部５、流体流出口６が設置されているが、腐食の恐れのない構成のものであれば圧力調整弁、開閉弁、温度計など他の配管部材を設けてもかまわない。

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）電装モジュールに空気を充填し排出させることにより、流体に腐食性流体を使用した場合に腐食性ガスが透過したとしても常に該空気と一緒に排出されるため、電装モジュールの各部品の腐食を防止することができる。
（２）電気式駆動部の非接液側空間に前記空気を充填し排出させることにより、流体に腐食性流体を使用した場合に腐食性ガスがダイヤフラムを透過したとしても常に前記空気と一緒に排出されるため、電気式駆動部のモータ部の腐食を防止することができる。
（３）電装モジュールとバルブモジュールとの各ケーシングの隔壁が形成されることにより、流体に腐食性流体を使用した場合にバルブモジュールから電装モジュールへの腐食性ガスの透過を抑えることができる。
（４）電装モジュールとバルブモジュールとが空間層を介して連結されたことにより、バルブモジュールを透過した腐食性ガスが空間層から外部へ排出されるので電装モジュール内へ入ることがなく電装モジュール内の部品の腐食を防止できる。
（５）電気式駆動部の操作により流量制御部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する必要がなく、流量制御装置自体をコンパクトに形成することができる。
（６）流体流入口の内部または外部に圧力制御弁を設置することにより、流入した流体が脈動しているときでも安定した流量制御が可能である。
（７）流体制御を行なう各部品が、一体的に設けられているため、半導体製造装置内などへの設置および配管や配線接続が容易で短時間に行なうことができるとともに、脱着が容易である。
（８）本発明の構成の超音波流量計を用いることにより、微小流量の流体が流れているときに正確で安定した流体制御を行なうことができる。
（９）本発明の構成の超音波式渦流量計を用いることにより、大きな流量の流体が流れているときに正確で安定した流体制御を行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面に示す実施形態を参照して説明するが、本発明が本実施形態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形態を示す流体制御装置の縦断面図である。図２は図１の電動制御弁の要部拡大図である。図３は本発明の第二の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。図４は本発明の第三の実施形態を示す電動制御弁の要部拡大縦断面図である。図５は本発明の第四の実施形態を示す電動制御弁の要部拡大縦断面図である。図６は本発明の第五の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。図７は図６の圧力調整弁の要部拡大図である。図８は本発明の第六の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。図９は図８のＡ−Ａ断面図である。

以下、図１、図２に基づいて本発明の第一の実施形態である流体制御装置について説明する。

１はバルブモジュールであり、バルブケーシング２と、流体流入口３と、流量計センサ部４と、流量制御部５と、流体流出口６とから形成されている。７は電装モジュールであり、電装ケーシング８と、流量計アンプ部９と、制御部１０と、電気式駆動部１１とから形成されている。バルブモジュール１と電装モジュール７とは空間層１２を介して連結され、一体的に形成されている。その各々の構成は以下の通りである。

２はＰＶＤＦ製のバルブケーシングである。バルブケーシング２内には、バルブケーシング２の底面に流量計センサ部４と、流量制御部５とがボルト、ナット（図示せず）にて固定されており、流体流入口３、流量計センサ部４、流量制御部５、流体流出口６の順で連続して接続された状態で設置されている。なお、流量計センサ部４と、流量制御部５とは順を逆にしてもかまわなく、さらに流量計センサ部４と流量制御部５とは一体に設けても良い。

３はＰＴＦＥ製の流体流入口である。流体流入口３は後記流量計センサ部４の入口流路１３に連通している。

４は流体の流量を計測する流量計センサ部である。流量計センサ部４は、入口流路１３と、入口流路１３から垂設された第一立上り流路１４と、第一立上り流路１４に連通し入口流路１３の軸線に略平行に設けられた直線流路１５と、直線流路１５から垂設された第二立上り流路１６と、第二立上り流路１６に連通し入口流路１３の軸線に略平行に設けられた出口流路１７とを有し、第一、第二立上り流路１４、１６の側壁の直線流路１５の軸線と交わる位置に、超音波振動子１８、１９が互いに対向して配置されている。超音波振動子１８、１９はフッ素樹脂で覆われており、該振動子１８、１９から伸びた配線は後記流量計アンプ部９に繋がっている。なお、流量計センサ部４の超音波振動子１８、１９以外はＰＦＡ製である。

５は後記電気式駆動部１１からの伝達により弁開度が可変される流量制御部である。流量制御部５は弁本体２０と、ダイヤフラム２１と、弁体２２とで形成される。

２０はＰＴＦＥ製の弁本体であり、上部に略すり鉢形状の弁室２３が設けられており、弁室２３に各々連通するように入口流路２４および出口流路２５が設けられ、弁室２３の底面には後記弁体２２の圧接によって流路を遮断する弁座２６が形成され、底部中央には後記弁体２２が上下動することにより流量を制御する開口部２７が形成されている。入口流路２４は前記流量計センサ部４の出口流路１７に連通し、出口流路２５は後記流体流出口６に連通している。また、弁本体２０の上面には後記ダイヤフラム２１の環状シール部３１が嵌合される環状突出部２８が設けられている。

２１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２９と肉厚部２９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３０及び薄膜部３０の外周縁部には軸線方向に断面Ｌ字状の環状シール部３１が設けられており、環状シール部３１は前記弁本体２０の環状突出部２８に嵌合される。肉厚部２９の下方には後記弁体２２に螺着される接合部３２が設けられており、肉厚部２９上方には後記モータ部３８の軸に連結されたステム４７と螺着される取付部３３が設けられている。

２２はＰＴＦＥ製の弁体であり、前記ダイヤフラム２１の接合部３２に螺着されている。また、弁体２２は下方に向かって縮径するテーパ部３４が設けられている。

６はＰＴＦＥ製の流体流出口である。

８はＰＶＤＦ製の電装ケーシングである。電装ケーシング８内に流量計アンプ部９と、制御部１０と、電気式駆動部１１とが設置されている。また、電装ケーシング８は電空変換器などにより外部から空気が供給される給気口３５が設けられている。

９は流量計アンプ部である。流量計アンプ部９は前記流量計センサ部４から出力された信号から流量を演算する演算部を有している。演算部には、送信側の超音波振動子１８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１９からの超音波振動を受信する受信回路と、各超音波振動の伝搬時間を比較する比較回路と、比較回路から出力された伝搬時間差から流量を演算する演算回路とを備えている。

１０は制御部である。制御部１０は流量計アンプ部９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フィードバック制御して、後記電気式駆動部１１を制御する制御回路を有している。また制御部１０に外部から電源が供給されている。

１１は弁体２２を上下動させる電気式駆動部である。電気式駆動部１１は下部ボンネット３６、上部ボンネット３７で形成され、モータ部３８及びギア等が設けられている。

３６はＰＶＤＦ製の下部ボンネットであり、上方に開口された凹部３９が設けられ、凹部３９底部中央には貫通孔４０が設けられている。下部ボンネット３６の下部には前記ダイヤフラム２１とで形成される非接液側空間４１が設けられ、側面には非接液側空間４１内部に圧縮された空気を供給するために非接液側空間４１と外部とを連通する吸気孔４２および排気孔４３が設けられている。吸気孔４２は前記電装モジュール７の電装ケーシング８の給気口３５とチューブを介して連通され、排気孔４３は後記空間層１２内に連通されている。また、下部ボンネット３６の下面にはダイヤフラム２１の環状シール部３１が嵌合される嵌合部４４が設けられ、前記弁本体２０と下部ボンネット３６により前記ダイヤフラム２１が挟持固定されている。

３７はＰＶＤＦ製の上部ボンネットであり、下方に開口された凹部４５が設けられ、下部ボンネット３６と上部ボンネット３７を接合して両凹部３９、４５により格納部４６が形成され後記モータ部３８が設置されている。

３８は格納部４６に設置されたモータ部である。モータ部３８はステッピングモーターを有し、モータ部３８下部にはモータの軸に連結されたステム４７が設けられている。ステム４７は前記下部ボンネット３６の貫通孔４０に位置し、ステム４７の下部には前記ダイヤフラム２１の取付部３３と螺合される接続部４８が設けられている。

流体制御部５の弁本体２０と、電気式駆動部１１の下部ボンネット３６と上部ボンネット３７とは、ボルト・ナット（図示せず）によって接合され、電動制御弁を形成している。

１２はバルブモジュール１のバルブケーシング２と電装モジュール７の電装ケーシング８間に形成された空間層である。空間層１２は外部に連通する排出口４９が設けられており、電気式駆動部１１の排気孔４３からの圧縮された空気が供給され、排出口４９から排気されるように形成されている。

次に、本発明の第一の実施形態である流体制御装置の作動について説明する。

バルブモジュール１の流体流入口３から流入した流体は、まず流量計センサ部４に流入する。流量計センサ部４に流入した流体は、直線流路１５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１８から下流側に位置する超音波振動子１９に向かって超音波振動を伝搬させる。超音波振動子１９で受信された超音波振動は電気信号に変換され、流量計アンプ部９の演算部へ出力される。超音波振動が上流側の超音波振動子１８から下流側の超音波振動子１９へ伝搬して受信されると、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１９から上流側に位置する超音波振動子１８に向かって超音波振動を伝搬させる。超音波振動子１８で受信された超音波振動は、電気信号に変換され、流量計アンプ部９の演算部へ出力される。このとき、超音波振動は直線流路１５内の流体の流れに逆らって伝搬していくので、上流側から下流側へ超音波振動を伝搬させるときに比べて流体中での超音波振動の伝搬速度が遅れ、伝搬時間が長くなる。出力された相互の電気信号は流量計アンプ部９の演算部内で伝搬時間が各々計測され、伝搬時間差から流量が演算される。流量計アンプ部９で演算された流量は電気信号に変換されて制御部１０に出力される。

次に流量計センサ部４を通過した流体は流量制御部５に流入する。制御部１０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１１に出力し、電気式駆動部１１はそれに応じて流量制御部５の弁体２２を駆動させる。流量制御部５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、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量制御部５で制御される。

ここで、電気式駆動部１１からの伝達による流量制御部５の作動について説明する。流量制御部５は、電気式駆動部１１のモータ部３８がステム４７を上下動させると、ステム４７とダイヤフラム２１を介して弁体２２が上下動され、開口部２７と開口部２７内へ挿入される弁体２２のテーパ部３４とで開口面積を変化させることにより、流量制御部５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１１を操作して弁体２２を下方向へ駆動させ、弁体２２を弁座２６に圧接させることにより弁体２２は開口部２７を閉止し、流体を遮断することができる。

以上の作動により、バルブモジュール１の流体流入口３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６から流出される。この流量計センサ部４および流量計アンプ部９からなる超音波流量計は、流体の流れ方向に対する伝搬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、また流量制御部５および電気式駆動部１１から形成される電動制御弁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１１は、電気的に駆動するモータ部３８を有しており、モータ部３８は細かな駆動制御が容易に行なえるため、制御部１０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。また、電気式駆動部１１の操作により流量制御部５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する必要がなく、流量制御装置自体をコンパクトに形成することができる。

次に本発明の第一の実施形態である流体制御装置の流体が腐食性流体の場合、バルブモジュール内に腐食性ガスが透過した時の作用を説明する。

第一の実施形態の流体制御装置は、バルブモジュール１と電装モジュール７が空間層１２を介して連結されて構成されている。バルブモジュール１内の各部品は、腐食に強いフッ素樹脂製であるため、バルブモジュール１内に腐食性ガスが透過したとしても腐食の心配がなく、超音波振動子１８、１９もフッ素樹脂で覆われているので腐食を防止することができる。また、バルブモジュール１内に透過した腐食性ガスは、各ケーシング２、８によって形成された二重のケーシングの隔壁により、バルブモジュール１から電装モジュール７への腐食性ガスの透過を抑えることができる。さらに給気口３５から供給される圧縮された空気は、チューブを介して電気式駆動部１１の下部ボンネット３６の吸気孔４２から非接液側空間４１に供給され、供給された圧縮空気は排気孔４３から常に排出される。排気孔４３から排出された圧縮空気は空間層１２に供給され、供給された圧縮空気は排出口４９から常に排出される。このため、ダイヤフラム２１を透過した腐食性ガスは空気の流れに乗って留まることなく空間層１２へ排出され、空間層１２から外部へ排出される。また、空間層１２内を空気が流れて排出されることで、バルブモジュール１から透過した腐食性ガスが電装モジュール７内に入ることなく外部へ排出される。よって電装モジュール７に設けられた腐食に弱い流量計アンプ部９、制御部１０、電気式駆動部１１などの各部品が腐食性ガスによって腐食されるのを防止することができる。

次に、本発明の第一の実施形態である流体制御装置を半導体製造装置内に設置する手順について説明する。
まず本発明の流体制御装置を半導体製造装置内の管路の所定位置に配置し、流体流入口３、流体流出口６を管路の配管と接続させ、流体制御装置を半導体製造装置内に固定する。次に電源を接続し、圧縮空気を供給するエア配管を給気口３５に接続する。以上の手順により、本発明の流体制御弁は流体制御に必要な部品が一体的に組みつけられているため、半導体製造装置内への設置が非常に容易にかつ短時間で行なうことができ、また交換作業が容易である。

以下、図３に基づいて本発明の第二の実施形態である流体制御装置について説明する。

５０はバルブモジュールであり、バルブケーシング５１と、流体流入口５２と、流量計センサ部５３と、流量制御部５４と、流体流出口５５とから形成されている。５６は電装モジュールであり、電装ケーシング５７と、流量計アンプ部５８と、制御部５９と、電気式駆動部６０とから形成されている。バルブモジュール５０と電装モジュール５６とは隔壁によって隔離された状態で連結され、一体的に形成されている。

５１はバルブモジュール５０のＰＶＤＦ製のバルブケーシングであり、バルブケーシング５１内には、バルブケーシング５１の底面に流量計センサ部５３、流量制御部５４がボルト、ナット（図示せず）にて固定されており、流体流入口５２、流量計センサ部５３、流量制御部５４、流体流出口５５の順で連続して接続された状態で設置されている。なお、流量計センサ部５３と、流量制御部５４とは順を逆にしてもかまわない。

５７は電装モジュール５６のＰＶＤＦ製の電装ケーシングであり、電装ケーシング５７内に流量計アンプ部５８と、制御部５９と、電気式駆動部６０とが設置されている。また電装ケーシング５７は、電装ケーシング５７外に連通する排出口６１が設けられ、電空変換器などにより外部から空気が供給される給気口６２が設けられている。また、給気口６２はチューブを介して電気式駆動部６０の吸気孔６３に連通され、電気式駆動部６０の排気孔６４は電装ケーシング５７内に連通されている。その他の各々の構成は第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

次に、本発明の第二の実施形態である流体制御装置の流体が腐食性流体の場合、バルブモジュール内に腐食性ガスが透過した時の作用を説明する。

第二の実施形態の流体制御装置は、バルブモジュール５０と電装モジュール５６が連結されて構成されている。バルブモジュール５０内に透過した腐食性ガスは、各ケーシング５１、５６によって形成されたケーシングの壁により、バルブモジュール５０から電装モジュール５６への腐食性ガスの透過を抑えることができる。さらに給気口６２から供給される圧縮された空気は、チューブを介して電気式駆動部６０の吸気孔６３から非接液側空間６５に供給され、供給された圧縮空気は排気孔６４から常に排出される。排気孔６４から排出された圧縮空気は電装モジュール５６の電装ケーシング５７内に供給され、供給された圧縮空気は排出口６１から常に排出される。このため、ダイヤフラム６６を透過した腐食性ガスは空気の流れに乗って留まることなく電装ケーシング５７内へ排出され、電装ケーシング５７から外部へ排出される。また、電装ケーシング５７内を空気が流れて排出されることで、バルブモジュール５０から透過した腐食性ガスが電装モジュール５６内に留まることなく外部へ排出される。よって電装モジュール５６に設けられた腐食に弱い流量計アンプ部５８、制御部５９、電気式駆動部６０などの各部品が腐食性ガスによって腐食されるのを防止することができる。第二の実施形態の流体制御装置の作動と設置する手順については、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

以下、図４に基づいて本発明の第三の実施形態である流体制御装置について説明する。

６７は弁体６８を上下動させる電気式駆動部であり、６９は電気式駆動部６７からの動力伝達により弁開度が可変される流量制御部である。

７０はＰＶＤＦ製の連結部であり、下面には第一ダイヤフラム７１が嵌合され、上面には第二ダイヤフラム７２が嵌合されている。連結部７０中央部には貫通孔７３が設けられ、第一、第二ダイヤフラム７１、７２とで非接液側空間７４が形成され、側面には非接液側空間７４内部に圧縮された空気を供給するために非接液側空間７４と外部とを連通する吸気孔７５および排気孔７６が設けられている。吸気孔７５は電装モジュール７７の電装ケーシング７８の給気口７９とチューブを介して連通され、排気孔７６は空間層８０内に連通されている。第一ダイヤフラム７１は連結部７０下面に嵌合され、弁本体８１と連結部７０により挟持固定され、第二ダイヤフラム７２は連結部７０上面に嵌合され、連結部７０と後記下部ボンネット８２により挟持固定されている。

８２はＰＶＤＦ製の下部ボンネットであり、上面に開口された凹部８３が設けられ、凹部８３底部中央には貫通孔が設けられている。下部ボンネット８２の下面には第二ダイヤフラム７２が嵌合される環状突出部８４が設けられ、前記連結部７０と下部ボンネット８２により第二ダイヤフラム７２が挟持固定されている。その他の各々の構成は第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

第三の実施形態の流体制御装置の作動、腐食性ガスが透過した時の作用、設置する手順については、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

以下、図５に基づいて本発明の第四の実施形態である流体制御装置について説明する。

本実施形態は上述した実施形態の電動制御弁が電動式ピンチバルブの場合の実施形態であるため、電動式ピンチバルブのみ説明する。

８５は後記電気式駆動部８６からの伝達により弁開度が可変される流量制御部である。流量制御部８５は弁本体８７、管体８８、接続部８９で形成される。

８７はＰＴＦＥ製の弁本体であり、流路軸線上には後記管体８８を受容する断面矩形状の溝部９０が設けられている。

８８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、弁本体８７内に流路を形成している。

８９はＰＴＦＥ製の接続部であり、弁本体８７の溝部９０と後記電気式駆動部８６下部ボンネット９５の底部に係合して下部ボンネット９５と弁本体８７の各両側側面に固定される連結体受け９１と、連結体受け９１と係合し、管体８８と接続される連結体９２と、連結体９２を連結体受け９１の外周面に螺合することにより連結体受け９１に固定しているキャップナット９３とから形成されている。なお、接続部８９の構造は、配管ラインのチューブと管体８８を接続する構造のものであれば構造は特に限定されるものではない。

８６は挟圧子９４を上下動させる電気式駆動部である。電気式駆動部８６は下部ボンネット９５と、上部ボンネット９６とで形成され、モータ部９７及びギア等が設けられている。

９５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９５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。下部ボンネット９５の下方には前記弁本体８７の溝部９０と接続部８９とで形成される非接液側空間１０１が設けられ、下面には非接液側空間１０１内部に圧縮された空気を供給するために非接液側空間１０１と外部とを連通する吸気孔１０２および排気孔１０３が設けられている。吸気孔１０２は電装モジュール１０４の電装ケーシング１０５の給気口１０６とチューブを介して連通され、排気孔１０３は空間層１０７内に連通されている。

９６はＰＶＤＦ製の上部ボンネットであり、下面に開口された凹部１０８が設けられ、下部ボンネット９５と上部ボンネット９６を接合して両凹部９８、１０８により格納部１０９が形成され後記モータ部９７が設置されている。

９７は格納部１０９に設置されたモータ部である。モータ部９７はステッピングモーターを有し、モータ部９７下部にはモータの軸に連結されたステム１１０が設けられている。ステム１１０は前記下部ボンネット９５の貫通孔９９に位置し、ステム１１０の下部には挟圧子９４が接続されていて、モータ部９７の駆動によりステム１１０を上下動させ、挟圧子９４が管体８８を圧接しまたは管体８８から離間する。

９４は管体８８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８８と直交するようにステム１１０に固定されており、弁全開時には下部ボンネット９５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。

流体制御部８５の弁本体８７と、電気式駆動部８６の下部ボンネット９５と上部ボンネット９６とは、ボルト・ナット（図示せず）によって接合され、電動制御弁として電動式ピンチバルブを形成している。その他の構成は第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

次に、本発明の第四の実施形態である流体制御装置の作動について説明する。

流量制御部８５は、電気式駆動部８６のモータ部９７がステム１１０を上下動させると、ステム１１０下部に設けられた挟圧子９４が上下動され、挟圧子９４が管体８８を変形させ、管体８８の流路の開口面積を変化させることにより、流量制御部８５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１１０を上方へ駆動させると、ステム１１０下部に設けられた挟圧子９４が上昇し、挟圧子１１１の上端部が下部ボンネット９５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１１０および挟圧子９４の上昇は止まり全開状態となる。さらに、ステム１１０を下方へ駆動させると、挟圧子９４が下降し管体８８を押圧して流路を閉止し全閉状態になる。その他の作動については第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

以上の作動により第四の実施形態は、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。また、電気式駆動部８６の操作により流量制御部８５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する必要がなく、流量制御装置自体をコンパクトに形成することができる。

次に本発明の第四の実施形態である流体制御装置の流体が腐食性流体の場合、バルブモジュール内に腐食性ガスが透過した時の作用を説明する。

給気口１０６から供給される圧縮された空気は、チューブを介して電気式駆動部８６の下部ボンネット９５の吸気孔１０２から非接液側空間１０１に供給され、供給された圧縮空気は排気孔１０３から常に排出される。排気孔１０３から排出された圧縮空気は空間層１０７に供給され、供給された圧縮空気は排出口（図示せず）から常に排出される。このため、管体８８を透過した腐食性ガスは空気の流れに乗って留まることなく空間層１０７へ排出され、空間層１０７から外部へ排出される。また、空間層１０７内を空気が流れて排出されることで、バルブモジュール１１１から透過した腐食性ガスが電装モジュール１０４内に入ることなく外部へ排出される。よって電装モジュール１０４に設けられた腐食に弱い各部品が腐食性ガスによって腐食されるのを防止することができる。その他の作用と流体制御装置を設置する手順については、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

以下、図６、図７に基づいて本発明の第五の実施形態である流体制御装置について説明する。

１１２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り、圧力調整弁１１２の出口流路１２５が流体流入口１１３に連通するように設けられている。圧力調整弁１１２は本体１１４と、ボンネット１１５と、バネ受け１１６と、ピストン１１７と、バネ１１８と、第一弁機構体１１９と、第二弁機構体１２０と、ベースプレート１２１とで形成される。

１１４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１２２と、上部に上面開放して設けられた第二の空隙１２２の径よりも大きい径を持つ第一の空隙１２３を有し、側面には第二の空隙１２２と連通している入口流路１２４と、入口流路１２４と対向する面に第一の空隙１２３と連通している出口流路１２５とを有し、さらに、第一の空隙１２３と第二の空隙１２２とを連通し第一の空隙１２３の径よりも小さい径を有する連通孔１２６とが設けられている。第二の空隙１２２の上面部は弁座１２７とされている。また、出口流路１２５は流体流入口１１３に連通している。

１１５はＰＶＤＦ製のボンネットであり、内部に円筒状の空隙１２８と下端内周面に空隙１２８より拡径された段差部１２９が設けられ、側面には空隙１２８内部に圧縮された空気を供給するために空隙１２８と外部とを連通する給気孔１３０および給気孔１３０より導入された空気を微量に排出するための微孔の排出孔１３１が設けられている。

１１６はＰＶＤＦ製で平面円形状のバネ受けであり、中央部に貫通孔１３２を有し、略上半分がボンネット１１５の段差部１２９に嵌挿されている。バネ受け１１６の側面部には環状溝１３３が設けられ、Ｏ−リング１３４を装着することにより、ボンネット１１５の排出孔１３１からの空気の排出を除く、ボンネット１１５からの外部への空気の流出を防いでいる。

１１７はＰＶＤＦ製のピストンであり、上部に円盤状の鍔部１３５と、鍔部１３５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１３６と、ピストン軸１３６の下端に設けられた雌ネジ部からなる第一接合部１３７とを有する。ピストン軸１３６はバネ受け１１６の貫通孔１３２よりも小径に設けられており、第一接合部１３７は後記第一弁機構体１１９の第二接合部１４２と螺合により接合されている。

１１８はＳＵＳ製のバネであり、ピストン１１７の鍔部１３５の下端面とバネ受け１１６の上端面とで挟持されている。ピストン１１７の上下動にともなってバネ１１８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。

１１９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１３８を有した膜部１３９と肉厚部を中央部に有する第一ダイヤフラム１４０と、第一ダイヤフラム１４０の中央上面より突出して設けられた軸部１４１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１４２、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１２０の第四接合部１４７と螺合される第三接合部１４３を有する。第一ダイヤフラム１４０の筒状部１３８は、本体１１４とバネ受け１１６との間で挟持固定されることで、第一ダイヤフラム１４０の下面に形成される第一の弁室１４４は、本体１１４の入口流路１２４からの流体が第一の弁室１４４からボンネット１１５の空隙１２８へ流出することがないように形成されている。また、Ｏ−リング１３４によりボンネット１１５の空隙１２８に供給される圧縮された空気は第一の弁室１４４へ流出することはなく、第一ダイヤフラム１４０の上面、ボンネット１１５の空隙１２８は、ボンネット１１５の給気孔１３０より供給される圧縮された空気が充満している気室を形成している。

１２０はＰＴＦＥ製の第二弁機構体であり、本体１１４の第二の空隙１２２内部に配設され連通孔１２６よりも大径に設けられた弁体１４５と、弁体１４５の上端面から突出して設けられた軸部１４６と、その上端に設けられた第三接合部１４３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１４７と、弁体１４５の下端面より突出して設けられたロッド１４８と、ロッド１４８の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１４９を有する第二ダイヤフラム１５０とから構成されている。第二ダイヤフラム１５０の筒状突部１４９が後記ベースプレート１２１の環状突出部１５２と本体１１４との間で挟持固定されることにより、本体１１４の第二の空隙１２２と第二ダイヤフラム１５０とで形成される第二弁室１５１は、本体１１４の入口流路１２４からの流体が第二弁室１５１からベースプレート１２１の切欠凹部１５３へ流出することがないように形成されている。

１２１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１２０の第二ダイヤフラム１５０の筒状突部１４９を本体１１４との間で挟持固定する環状突出部１５２を有し、環状突出部１５２の上端部に切欠凹部１５３が設けられると共に、側面に切欠凹部１５３に連通する呼吸孔１５４が設けられており、ボンネット１１５との間で本体１１４を通しボルト、ナット（図示せず）にて挟持固定している。第五の実施形態のその他の構成は第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

次に、本発明の第五の実施形態である流体制御装置の作動について説明する。

第二弁機構体１２０の弁体１４５は、ピストン１１７の鍔部１３５とバネ受け１１６とに挟持されているバネ１１８の反発力と、第一弁機構体１１９の第一ダイヤフラム１４０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１４０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１４５下面と第二弁機構体１２０の第二ダイヤフラム１５０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１２０の弁体１４５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。

上流側の流体圧力が増加した場合、瞬間的に第一の弁室１４４内の圧力も増加する。すると、第一ダイヤフラム１４０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１４０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１４０は上方へと移動する。それにともなって、弁体１４５の位置も上方へ移動するため、弁座１２７との間で形成される流体制御部１５５の開口面積が減少し、第一の弁室１４４内の圧力を減少させる。最終的に、弁体１４５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１１８の荷重が大きく変わらなければ、空隙１２８内部の圧力、つまり、第一ダイヤフラム１４０上面が受ける力は一定であるため、第一ダイヤフラム１４０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１４０下面の流体圧力、すなわち、第一の弁室１４４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。

上流側の流体圧力が減少した場合、瞬間的に第一の弁室１４４内の圧力も減少する。すると、第一ダイヤフラム１４０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１４０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１４０は下方へと移動する。それにともなって、弁体１４５の位置も下方へ移動するため、弁座１２７との間で形成される流体制御部１５５の開口面積が増加し、第一の弁室１４４の流体圧力を増加させる。最終的に、弁体１４５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１４４内の流体圧力はほぼもとの圧力と同じになっている。

以上の作動により、圧力調整弁１１２に流入した流体は圧力が一定に制御された状態で流体流入口１１３に流入される。また、第一の弁室１４４内の流体圧力は、空隙１２８内部の圧縮空気圧力によって調整することができる。そのため、流体流入口１１３に流入する流体の上流側圧力が変動しても圧力調整弁１１２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一定圧力の流体を流すことができる。従って流体制御装置に流入する流体が圧力変動周期の速い脈動した流れであった場合に流量制御部がハンチングを起こして流量制御ができなくなることが防止される。また、ボンネット１１５の空隙１２８内部の圧縮空気は給気孔１３０から供給され、排出孔１３１から常に排気されているため、第一弁機構体１１９の第一ダイヤフラム１４０を腐食性流体が腐食性ガスとなって透過したとしても、給気孔１３０から排出孔１３１への空気の流れに乗って排出されていくことになり、空隙１２８内部にたまりにくい。そのため、バネ１１８が腐食されることがなく、腐食を防ぐためのコーティングなどを行う必要が無く安価に製造することができる。第五の実施形態のその他の流体制御装置の作動と腐食性ガスが透過した時の作用と設置する手順については、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

以下、図８、図９に基づいて本発明の第六の実施形態である流体制御装置について説明する。

１５６はバルブモジュール１５７のバルブケーシング１５８内に設置された流量計センサ部である。流量計センサ部１５６は、入口流路１５９と、入口流路１５９内に垂設されたカルマン渦を発生させる渦発生体１６０と、出口流路１６１とを備える直線流路１６２を有し、直線流路１６２の渦発生体１６０の下流側の側壁に、超音波振動子１６３、１６４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１６３、１６４はフッ素樹脂で覆われており、該振動子１６３、１６４から伸びた配線は後記流量計アンプ部１６５に繋がっている。流量計センサ部１５６の超音波振動子１６３、１６４以外はＰＴＦＥ製である。

１６５は電装モジュール１６７の電装ケーシング１６８内に配置された流量計アンプ部である。流量計アンプ部１６５は、カルマン渦の発生周期（周波数）から流路を流れる流体の流速を求め、流体の流量を演算する演算部が設けられている。演算部は、送信側の超音波振動子１６３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１６４からの超音波振動を受信する受信回路と、各超音波振動の位相を比較する比較回路と、比較回路から出力されたカルマン渦検出信号を積算して流量を演算する演算回路とを有する。その他の構成は第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

次に、本発明の第六の実施形態である流体制御装置の作動について説明する。

バルブモジュール１５７に流入した流体は、まず流量計センサ部１５６に流入する。流量計センサ部１５６に流入した流体は、直線流路１６２で流量が計測される。直線流路１６２内を流れる流体に対して超音波振動子１６３から超音波振動子１６４に向かって超音波振動を伝搬させる。渦発生体１６０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１６４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１６３、１６４で送受信された超音波振動は、電気信号に変換され、流量計アンプ部１６５の演算部へ出力される。流量計アンプ部１６５の演算部では、送信側の超音波振動子１６３から出力された超音波振動と受信側の超音波振動子１６４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１６２を流れる流体の流量が演算される。流量計アンプ部１６５で演算された流量は電気信号に変換されて制御部１６６に出力される。第六の実施形態のその他の部分の作動は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

また、第六の実施形態に使用した流体が腐食性流体の場合のバルブモジュール内に腐食性ガスが透過した時の作用と、第六の実施形態の流体制御装置を半導体製造装置内に設置する手順については、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。この流量計センサ部１５６および流量計アンプ部１６５からなる超音波式渦流量計は、流量が大きいほどカルマン渦は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。

本発明の第一の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。 図１の電動制御弁の要部拡大図である。 本発明の第二の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。 本発明の第三の実施形態を示す電動制御弁の要部拡大縦断面図である。 本発明の第四の実施形態を示す電動制御弁の要部拡大縦断面図である。 本発明の第五の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。 図６の圧力調整弁の要部拡大図である。 本発明の第六の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。 図８のＡ−Ａ断面図である。 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

１ バルブモジュール
２ バルブケーシング
３ 流体流入口
４ 流量計センサ部
５ 流量制御部
６ 流体流出口
７ 電装モジュール
８ 電装ケーシング
９ 流量計アンプ部
１０ 制御部
１１ 電気式駆動部
１２ 空間層
１３ 入口流路
１４ 第一立上り流路
１５ 直線流路
１６ 第二立上り流路
１７ 出口流路
１８ 超音波振動子
１９ 超音波振動子
２０ 弁本体
２１ ダイヤフラム
２２ 弁体
２３ 弁室
２４ 入口流路
２５ 出口流路
３５ 給気口
３６ 下部ボンネット
３７ 上部ボンネット
３８ モータ部
４１ 非接液側空間
４２ 吸気孔
４３ 排気孔
４７ ステム
４９ 排出口
５０ バルブモジュール
５１ バルブケーシング
５３ 流量計センサ部
５４ 流量制御部
５６ 電装モジュール
５７ 電装ケーシング
５８ 流量計アンプ部
５９ 制御部
６０ 電気式駆動部
６１ 排出口
６２ 給気口
６３ 吸気孔
６４ 排気孔
６５ 非接液側空間
６６ ダイヤフラム
６７ 電気式駆動部
６９ 流量制御部
７０ 連結部
７１ 第一ダイヤフラム
７２ 第二ダイヤフラム
７３ 貫通孔
７４ 非接液側空間
７５ 吸気孔
７６ 排気孔
８５ 流体制御部
８６ 電気式駆動部
８７ 弁本体
８８ 管体
８９ 接続部
９４ 挟圧子
９５ 下部ボンネット
９６ 上部ボンネット
１０１ 非接液側空間
１０２ 吸気孔
１０３ 排気孔
１１２ 圧力調整弁
１１４ 本体
１１５ ボンネット
１１６ バネ受け
１１７ ピストン
１１８ バネ
１１９ 第一弁機構体
１２０ 第二弁機構体
１２１ ベースプレート
１５６ 流量計センサ部
１５９ 入口流路
１６０ 渦発生体
１６１ 出口流路
１６２ 直線流路
１６３ 超音波振動子
１６４ 超音波振動子

Claims (9)

1. 電気式駆動部（１１）と流量制御部（５）とからなる電動制御弁と、超音波を流体中に発信する超音波振動子（１８）と該超音波振動子（１８）から発信した超音波を受信し信号を流量計アンプ部（９）に出力する超音波振動子（１９）を有する流量計センサ部（４）と、流量計センサ部（４）の信号によって流量を演算する流量計アンプ部（９）と、流量計アンプ部（９）で演算された流量値に基づいて電動制御弁の開度を調整しフィードバック制御するための制御部（１０）とを具備し、少なくとも流量計アンプ部（９）と制御部（１０）と電気式駆動部（１１）とを具備する電装モジュール（７）が１つの第一のケーシング（８）内に設置され、
   少なくとも前記流量計センサ部（４）と前記流量制御部（５）とを具備するバルブモジュール（１）が、流体流入口（３）と流体流出口（６）を有する１つの第二のケーシング（２）内に配置されて、前記電装モジュール（７）と前記バルブモジュール（１）とが空間層（１２）を介して連結され、
   前記第一のケーシング（８）には、外部からの空気が供給される給気口であって前記空間層(１２)と連通する給気口(３５)が備えられ、該給気口を介して前記空間層には外部からの空気が供給され、前記空間層には、外部に連通する排出口であって前記給気口を介して供給される空気を前記空間層から外部に排出する排出口(４９)が備えられる、
   ことを特徴とする流体制御装置。
2. 前記電気式駆動部（１１）は、上部ボンネット（３７）と下部ボンネット（３６）に内包されたモータ部（３８）とを具備し、前記流量制御部（５）は、モータ部（３８）の軸に連結されたステム（４７）により上下動される弁体（２２）を有するダイヤフラム（２１）ならびに、ダイヤフラム（２１）によって電気式駆動部（１１）から隔離された弁室（２３）に各々連通する入口流路（２４）及び出口流路（２５）を有する弁本体（２０）とを具備し、
   ダイヤフラム（２１）の非接液側空間（４１）と連通する吸気孔であって前記給気口（３５）と連通して外部からの空気が供給される吸気孔（４２）と、
   ダイヤフラム（２１）の非接液側空間（４１）と連通する排気孔であって前記空間層（１２）と連通して該外部からの空気を前記空間層（１２）へ供給する排気孔（４３）とが下部ボンネット（３６）に設けられた、
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体制御装置。
3. 前記バルブモジュール（１）の第二のケーシング（２）の流体流入口（３）の内部または外部に圧力調整弁（１１２）が設けられた、
   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。
4. 前記圧力調整弁（１１２）は、
   下部中央に底部まで開放して設けられた第二の空隙（１２２）と、第二の空隙（１２２）に連通する入口流路（１２４）と、上部に上面が開放して設けられ第二の空隙（１２２）の径よりも大きい径を有する第一の空隙（１２３）と、第一の空隙（１２３）に連通する出口流路（１２５）と、第一の空隙（１２３）と第二の空隙（１２２）とを連通し第一の空隙（１２３）の径よりも小さい径を有する連通孔（１２６）とを有し、第二の空隙（１２２）の上面が弁座（１２７）とされた本体（１１４）と、
   側面あるいは上面に設けられた給気孔（１３０）と排出孔（１３１）とに連通した円筒状の空隙（１２８）を内部に有し、下端内周面に段差部（１２９）が設けられたボンネット（１１５）と、
   ボンネット（１１５）の段差部（１２９）に嵌挿され中央部に貫通孔（１３２）を有するバネ受け（１１６）と、
   下端部にバネ受け（１１６）の貫通孔（１３２）よりも小径の第一接合部（１３７）を有し、上部に鍔部（１３５）が設けられボンネット（１１５）の空隙（１２８）内部に上下動可能に嵌挿されたピストン（１１７）と、
   ピストン（１１７）の鍔部（１３５）の下端面とバネ受け（１１６）の上端面で挟持支承されているバネ（１１８）と、
   周縁部が本体（１１４）とバネ受け（１１６）との間で挟持固定され、本体（１１４）の第一の空隙（１２３）に蓋する形で第一の弁室（１４４）を形成する中央部が肉厚とされた第一ダイヤフラム（１４０）と、上面中央にピストン（１１７）の第一接合部（１３７）にバネ受け（１１６）の貫通孔（１３２）を貫通して接合固定される第二接合部（１４２）と、下面中央に本体（１１４）の連通孔（１２６）と貫通して設けられた第三接合部（１４３）とを有する第一弁機構体（１１９）と、
   本体（１１４）の第二の空隙（１２２）内部に位置し本体（１１４）の連通孔（１２６）よりも大径に設けられた弁体（１４５）と、弁体（１４５）上端面に突出して設けられ第一弁機構体（１１９）の第三接合部（１４３）と接合固定される第四接合部（１４７）と、弁体（１４５）下端面より突出して設けられたロッド（１４８）と、ロッド（１４８）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（１５０）とを有する第二弁機構体（１２０）と、
   本体（１１４）の下方に位置し、第二弁機構体（１２０）の第二ダイヤフラム（１５０）周縁部を本体（１１４）との間で挟持固定する環状突出部（１５２）を上部中央に有し、環状突出部（１５２）の上端部に切欠凹部（１５３）が設けられると共に切欠凹部（１５３）に連通する呼吸孔（１５４）が設けられているベースプレート（１２１）とを具備し、
   ピストン（１１７）の上下動に伴って第二弁機構体（１２０）の弁体（１４５）と本体（１１４）の弁座（１２７）とによって形成される流体制御部（１５５）の開口面積が変化するように配置された、
   ことを特徴とする請求項３に記載の流体制御装置。
5. 前記流量計センサ部（４）は、前記流体流入口（３）に連通する入口流路（１３）と、入口流路（１３）から垂設された第一立上り流路（１４）と、第一立上り流路（１４）に連通し入口流路（１３）の軸線に略平行に設けられた直線流路（１５）と、直線流路（１５）から垂設された第二立上り流路（１６）と、第二立上り流路（１６）に連通し入口流路（１３）の軸線に略平行に設けられ流量制御部（５）の入口流路（２４）に連通する出口流路（１７）とが連続して設けられ、第一、第二立上り流路（１４、１６）の側壁の直線流路（１５）の軸線と交わる位置に、超音波振動子（１８、１９）が互いに対向して配置された流量計センサ部（４）であり、
   前記流量計アンプ部（９）は、超音波振動子（１８、１９）がケーブルを介して接続される流量計アンプ部（９）であり、
   前記流量計センサ部（４）と前記流量計アンプ部（９）とが、超音波振動子（１８、１９）の送受信を交互に切り替えて超音波振動子（１８、１９）間の超音波伝搬時間差を測定することにより直線流路（１５）を流れる流体の流量を演算する超音波流量計を構成する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つの請求項に記載の流体制御装置。
6. 前記流量計センサ部（１５６）は、前記流体流入口（３）に連通する入口流路（１５９）と、入口流路（１５９）内に垂設されたカルマン渦を発生させる渦発生体（１６０）と、出口流路（１６１）とを備える直線流路（１６２）とが連続して設けられ、直線流路（１６２）の渦発生体（１６０）の下流側の側壁に、超音波振動子（１６３、１６４）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た流量計センサ部（１５６）であり、 前記流量計アンプ（１６５）は、超音波振動子（１６３、１６４）がケーブルを介して接続される流量計アンプ部（１６５）であり、
   前記流量計センサ部（１５６）と前記流量計アンプ部（１６５）とが、渦発生体の下流に発生するカルマン渦の発生周波数を超音波振動子（１６３）が送信した信号と超音波振動子（１６４）が受信した信号との位相差によって流量を演算する超音波式渦流量計を構成する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つの請求項に記載の流体制御装置。
7. 前記電動制御弁が、電動式ピンチバルブである、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つの請求項に記載の流体制御装置。
8. 前記電動式ピンチバルブの管体の材質がＥＰＤＭ、フッ素ゴム、シリコンゴム、またはこれらの複合体からなる、ことを特徴とする請求項７に記載の流体制御装置。
9. 前記電動式ピンチバルブの管体がポリテトラフルオロエチレンとシリコンゴムとの複合体からなる、ことを特徴とする請求項７に記載の流体制御装置。

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