KR20180063261A - 유량 제어 장치 - Google Patents

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KR20180063261A
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카오루 히라타
코우지 니시노
노부카즈 이케다
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가부시키가이샤 후지킨
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Abstract

본 발명에 따른 유량 제어 장치는 제어 밸브와, 상기 제어 밸브의 하류측에 설치된 제 1 유로와, 제 2 유로와, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이에 설치된 확장실을 갖고, 상기 제 2 유로는 상기 제 1 유로의 연장 상과 다른 위치에 설치되어 있다.

Description

유량 제어 장치
본 발명은 유량 제어 장치에 관한 것이다.
종래, 도 11에 나타내는 바와 같이 가스 입구(2a)와 가스 출구(2b)를 연통하는 유로(2)가 형성된 본체 블록(3)과, 유로(2)에 개재된 스로틀부(OR)와, 스로틀부(OR)의 상류부에서 유로(2)에 개재된 제어 밸브(4)와, 제어 밸브(4)와 스로틀부(OR) 사이에서 유로(2) 내의 압력을 검출하는 제 1 압력 검출기(5a)와, 제 1 압력 검출기(5a)의 검출값에 의거해서 소정 유량으로 되도록 제어 밸브(4)를 제어하는 컨트롤러(6)를 구비하는 유량 제어 장치(압력식 유량 제어 장치라고도 불림.)가 알려져 있다(특허문헌 1 등).
이 제어는 스로틀부(OR)의 상류 압력(P1)과 하류 압력(P2) 사이에 (P1/P2)≥약 2의 소위 임계 팽창 조건이 유지되어 있으면, 오리피스 등의 스로틀부(OR)를 유통하는 가스(G)의 유량(Q)이 Q=KP1(K는 정수)의 관계로 되는 원리를 이용한다.
이 원리에 의거해, 제 1 압력 검출기(5a)에서 검출되는 상류 압력(P1)이 소정 압력으로 되도록 제어 밸브(4)를 고정밀도로 피드백 제어함으로써 스로틀부(OR)를 통과하는 유량(Q)을 고정밀도로 소정 유량으로 제어할 수 있다. 제어 밸브(4)에는 고정밀도로 제어 가능한 압전 구동식 제어 밸브나 솔레노이드 밸브 등이 사용된다.
비임계 팽창 조건 하에서는 유량 Qc=K2P2 m(P1-P2)n(K2는 유체의 종류와 유체 온도에 의존하는 비례 계수, 지수 m, n은 실제의 유량으로부터 도출된 값)의 관계가 성립한다. 스로틀부(OR)의 하류측에 별도 설치된 제 2 압력 검출기(도시하지 않음.)에 의해서 하류 압력(P2)이 검출된다. 비임계 팽창 조건 하에서는 비임계 팽창 조건 하에서 성립하는 상기 관계식을 이용하여 스로틀부(OR) 상류측의 제 1 압력 검출기(5a)의 출력과 스로틀부(OR) 하류측의 상기 제 2 압력 검출기의 출력으로부터 연산에 의해 유량을 구할 수 있고, 유량 제어 장치는 구한 유량이 설정 유량과 동일해지도록 제어 밸브의 개폐도를 제어한다(특허문헌 2 등).
그러나, 이 종류의 유량 제어 장치의 상류에 배치되는 압력 조정 밸브(도시하지 않음.) 등의 영향에 의해 유로(2)를 흐르는 가스(G)의 압력이 주기적으로 진동하여 제 1 압력 검출기(5a)의 검출 압력에 헌팅(맥동)을 발생시키는 경우가 있다. 검출 압력의 헌팅은 유량의 제어를 불안정하게 한다.
종래, 이러한 헌팅을 억제하기 위해 소프트웨어적인 대응책과 기계적인 대응책이 알려져 있다. 소프트웨어적인 대응책은, 예를 들면 유량 제어 장치의 컨트롤러의 연산에 사용되는 계수를 변경하여 헌팅을 억제하도록 최적 제어한다(예를 들면, 특허문헌 3 등). 그러나, 소프트웨어적인 대응책은 변경되는 계수의 최적값을 도출하는 것이 용이하지 않다.
기계적인 대응책으로서, 예를 들면 금속 메쉬 플레이트나 오리피스 플레이트 등의 정류 작용을 갖는 정류판을 유로 내에 개재시켜 가스를 정류하는 기술, 또는 유로의 도중에 유로 단면적을 확대하는 챔버를 형성함으로써 압력 변동을 흡수하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 4~특허문헌 6 등).
일본 특허 공개 2003-120832호 공보 일본 특허 공개 2010-218571호 공보 일본 특허 공개 2015-158755호 공보 일본 특허 공개 2005-24080호 공보 일본 특허 공개 2011-80822호 공보 일본 특허 공개 평8-135881호 공보
유로의 도중에 챔버를 구성하는 기술은 종래부터 알려져 있지만, 모두 이미 설치된 배관의 도중에 설치되는 구조이고, 그것에 의해 배관 수송 중에 발생되는 유체의 압력 변동을 억제하는 것을 전제로 하고 있다. 또한, 배관 도중에 설치되는 구조이기 때문에, 통상은 챔버의 입구와 출구가 동일 축선 상에 구성된다. 그 때문에, 압력 변동을 수반하는 유체가 챔버 내에 들어가면, 유량이 적은 경우에는 챔버에 들어간 유체가 챔버 전체에 확산되기 때문에 압력 변동을 억제하는 것이 가능하지만, 대유량의 유체가 챔버에 들어가는 경우, 챔버에 확산되기 전에 챔버 출구에 도달해 버리기 때문에 유체의 압력 변동 모두를 억제하는 것이 불가능하다. 대유량의 유체의 압력 변동이라도 억제할 수 있도록 챔버의 크기를 넓히는 것도 고려되지만, 최근 반도체 제조 장치는 소형화가 진행되고 있기 때문에 유량 제어 장치 내에 큰 용량을 확보하는 것이 곤란하다. 또한, 유량 제어 장치의 상류측에 챔버를 설치함으로써 상류로부터의 유체에 포함되는 압력 변동을 억제할 수 있지만, 유량 제어 장치 내에 있는 제어 밸브 등도 유체에 압력 변동을 발생시키는 요인 중 하나로 되기 때문에 유량 제어 장치의 외부에 챔버를 설치하는 것만으로는 불충분하다.
또한, 제어 밸브(4)와 스로틀부(OR) 사이의 압력 진동을 억제하기 위해 정류판을 장착하는 것이 고려된다. 그러나, 도 11의 유로(2)에 금속 메쉬 등의 정류판을 개재시키면 압력 손실이 증가된다. 이것은 정류판을 구성하는 메쉬 등에 의해 유로의 단면적이 작아짐으로써 유체에 저항을 주게 되어 압력 손실이 발생된다고 하는 문제가 생긴다.
또한, 메인터넌스시에 금속 메쉬 등의 정류판을 교환하는 경우, 가스 출구(2b)에 접속되어 있는 배관 등의 부품(도시하지 않음)이나 오리피스 플레이트 등으로 형성되는 스로틀부(OR) 등을 분리하여 분해하지 않으면 안되어 시간이 걸린다. 또한, 조립시에 유로 내에 박판의 정류판을 삽입하여 장착할 때에 정류판이 유로 내에서 기울거나 해서 삽입하기 어려운 경우도 있다.
그래서, 본 발명은 대유량이고 또한 장치의 소형화의 요청에 따르면서 유로내의 헌팅을 억제할 수 있는 유량 제어 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다. 본 발명은 또한 메인터넌스성 및 조립성을 향상시킬 수 있는 유량 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 1 형태는 제어 밸브와, 상기 제어 밸브의 하류측에 설치된 제 1 유로와, 제 2 유로와, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이에 설치된 확장실을 갖고, 상기 제 2 유로는 상기 제 1 유로의 연장 상과 다른 위치에 설치되어 있다.
또한, 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 2 형태는 제어 밸브와, 상기 제어 밸브의 하류측에 설치된 제 1 유로와, 제 2 유로와, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이에 설치된 확장실과, 상기 확장실 내에 배치된 정류판을 갖는다.
또한, 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 3 형태에서는, 상기 제 1 형태 또는 상기 제 2 형태에 있어서 상기 제 2 유로에 스로틀부가 설치된다.
또한, 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 4 형태에서는, 상기 제 3 형태에 있어서 상기 제어 밸브와 상기 스로틀부 사이에 제 1 압력 검출기가 설치된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 5 형태에서는, 상기 제 4 형태에 있어서 상기 제 1 압력 검출기가 상기 제 2 유로 상에서 스로틀부보다 상류에 설치된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 6 형태에서는, 상기 제 5 형태에 있어서 상기 스로틀부 하류측에서 상기 제 2 유로 내의 압력을 검출하기 위한 제 2 압력 검출기를 더 갖는다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 7 형태에서는, 상기 제 1 형태 또는 상기 제 2 형태에 있어서 상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로가 형성된 본체 블록을 더 설치하고, 상기 확장실이 상기 본체 블록에 형성된 본체 오목부와, 상기 본체 블록에 형성된 상기 본체 오목부를 폐쇄하도록 상기 본체 블록에 장착된 덮개체에 의해서 형성된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 8 형태에서는, 상기 제 7 형태에 있어서 상기 덮개체는 상기 확장실의 용적을 증가시키기 위한 덮개체 오목부가 형성된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 9 형태에서는, 상기 제 8 형태에 있어서 상기 본체 블록과 상기 덮개체는 메탈 시일링 개스킷을 통해서 접합된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 10 형태에서는, 상기 제 9 형태에 있어서 상기 본체 오목부의 주위에 상기 덮개체를 수용하기 위한 스폿페이싱부가 형성된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 11 형태에서는, 상기 제 10 형태에 있어서 상기 덮개체는 상기 덮개체를 상기 본체 블록에 고정하는 볼트를 위한 스폿페이싱 구멍이 상기 덮개체 오목부의 주위에 형성된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 12 형태에서는, 상기 제 1 형태에 있어서 상기 확장실 내에는 정류판이 배치된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 13 형태에서는, 상기 제 2 형태 또는 상기 제 12 형태에 있어서 상기 확장실에 상기 제 1 유로가 개구되는 상류측 개구와 상기 확장실에 상기 제 2 유로가 개구되는 하류측 개구 사이이며 상기 상류측 개구로부터 소정 간극을 개재해서 상기 정류판을 유지하는 정류판 유지체가 상기 확장실 내에 설치된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 14 형태에서는, 상기 제 13 형태에 있어서 상기 정류판 유지체가 관형상체의 둘레벽에 개구부를 갖고, 상기 개구부가 상기 확장실의 하류측 개구에 면하도록 배치된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 15 형태에서는, 상기 제 13 형태에 있어서 상기 확장실이 상기 본체 블록에 형성된 본체 오목부와, 상기 본체 블록에 형성된 상기 본체 오목부를 폐쇄하도록 상기 본체 블록에 장착된 덮개체에 의해서 형성되고, 상기 정류판 유지체가 상기 덮개체에 고정된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 16 형태에서는, 상기 제 13 형태에 있어서 상기 정류판이 상기 정류판 유지체에 용접되어서 고정된다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 17 형태에서는, 상기 제 2 형태 또는 상기 12 형태에 있어서 상기 정류판이 금속 메쉬로 형성될 수 있다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 유량 제어 장치 내에서 압력 진동을 발생시키는 제어 밸브의 하류측에 확장실을 배치함으로써 유량 제어 장치의 상류측 및 상기 제어 밸브에서 발생된 압력 진동을 한꺼번에 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 유로를 통해서 상기 확장실에 유입된 유체는 상기 구성의 제 2 유로를 통해서 상기 확장실로부터 유출함으로써, 상기 확장실에 유입된 유체는 유입 방향과 동방향으로 유출되는 일이 없으므로, 대유량이라도 확장실에서 확산한 후에 확산실로부터 유출하게 되어 확산실에 의한 압력 변동 억제 효과를 확보할 수 있다.
또한, 상기 확장실의 용적을 증가시키기 위한 덮개체 오목부를 덮개체에 형성함으로써 덮개체의 강성을 높여서 상기 본체 오목부를 폐쇄할 때의 시일 성능을 확보하면서 확장실의 용적을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 본체 오목부의 주위에 형성된 스폿페이싱부에 상기 덮개체 오목 부를 형성한 상기 덮개체를 수용함으로써 덮개체의 강성을 높여서 시일 성능을 확보하면서 확장실의 용적을 증가시킴과 아울러, 본체 블록으로부터 덮개체가 돌출되는 치수를 억제하여 유량 제어 장치의 치수 증가를 억제할 수 있다.
또한, 확장실에 정류판을 배치함으로써 정류판의 면적을 넓혀서 압력 손실의 증가를 방지하면서 압력 진동을 저감시킬 수 있다.
또한, 확장실을 본체 블록에 형성된 본체 오목부와 상기 본체 오목부를 폐쇄하는 덮개체에 의해서 형성함과 아울러, 확장실 내에 수용한 정류판 유지체에 의해 정류판을 소정 위치에 유지하는 구성에 의해, 본체 블록으로부터 덮개체를 분리함으로써 정류판을 본체 블록으로부터 분리할 수 있다. 그 때문에, 가스 출구에 접속 된 배관 부품이나 스로틀부 등을 분리하지 않고도 정류판의 교환, 막힘의 제거 등의 메인터넌스를 용이하게 할 수 있다. 또한, 얇은 정류판을 장착할 때에도 정류판 유지체 상에 적재된 상태로 본체 오목부에 삽입할 수 있어 조립하기 쉽다.
도 1은 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 1 실시형태를 나타내는 요부 종단 정면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 2 실시형태를 나타내는 요부 종단 정면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 3 실시형태를 나타내는 요부 종단 정면도이다.
도 4는 도 3의 유량 제어 장치의 내부 구성 요소의 일부를 분해하여 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 4 실시형태를 나타내는 요부 종단 정면도이다.
도 6은 도 5의 유량 제어 장치의 내부 구성 요소의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 구성 요소인 정류판의 일실시형태를 나타내는 평면도이다.
도 8은 비교예의 유량 출력을 모니터한 그래프이다.
도 9는 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 실시예 1의 유량 출력을 모니터한 그래프이다.
도 10은 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 실시예 2의 유량 출력을 모니터한 그래프이다.
도 11은 종래의 유량 제어 장치를 나타내는 부분 종단 정면도이다.
본 발명의 실시형태에 대해서, 이하에 도 1~도 10을 참조하여 설명한다. 또한, 종래 기술을 포함하여 전체 도면 및 전체 실시형태를 통틀어 동일 또는 유사한 구성부분에는 동부호를 붙였다.
우선, 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 1 실시형태에 대해서 도 1을 참조하여 설명한다.
제 1 실시형태의 유량 제어 장치(1)는 가스 입구(2a), 가스 출구(2b), 가스 입구(2a)에 연통하는 입구측 유로(2c), 입구측 유로(2c)에 접속된 제 1 유로(2d), 및 가스 출구(2b)에 연통하는 제 2 유로(2e)를 갖는 본체 블록(3)과, 본체 블록(3)에 고정됨과 아울러 입구측 유로(2c)와 제 1 유로(2d) 사이에 개재되어 입구측 유로(2c) 및 제 1 유로(2d)에 접속된 제어 밸브(4)와, 제어 밸브(4)의 하류에서 제 2 유로(2e)에 개재된 스로틀부(OR)와, 제어 밸브(4)와 스로틀부(OR) 사이의 압력을 검출하는 제 1 압력 검출기(5a)와, 제 1 압력 검출기(5a)의 검출값에 의거해서 소정 유량으로 되도록 제어 밸브(4)를 제어하는 컨트롤러(6)와, 제 1 유로(2d)와 제 2 유로(2e) 사이에서 본체 블록(3)의 내부에 형성되고, 제어 밸브(4)와 제 1 압력 검출기(5a) 사이의 유로 단면적을 확장하는 확장실(7)을 구비하고 있다.
확장실(7)은 제어 밸브(4)로부터 연장되는 제 1 유로(2d)가 개구하는 상류측 개구(7a)와 제 2 유로(2e)가 개구하는 하류측 개구(7b)를 갖는다. 제 2 유로(2e)는 제 1 유로(2d)의 연장 상과는 다른 위치에 설치되어 있다. 「제 1 유로(2d)의 연장 상」의 이해 용이를 위해 제 1 유로(2d)를 가상적으로 연장한 경우의 가상선(VL)을 일점 쇄선으로 나타내고 있다. 그 때문에, 제 2 유로(2e)와 제 1 유로(2d)는 확장실(7)을 사이에 두고 동일 축선 상에 없다. 따라서, 하류측 개구(7b)는 확장실(7)을 사이에 두고 상류측 개구(7a)와 대향하지 않는 위치에 형성되어 있다.
상기와 같이 유량 제어 장치 내에서 압력 진동을 발생시키는 제어 밸브(4)보다 하류에 확장실(7)을 배치함으로써 압력식 유체 제어 장치(1)보다 상류측 및 제어 밸브(4)에서 발생된 압력 진동을 한꺼번에 감소시킬 수 있다.
또한, 상류측 개구(7a)를 통해서 확장실(7)에 유입된 유체가 제 1 유로(2d)의 연장 상과는 다른 위치에 형성된 하류측 개구(7b)로부터 유출되는 구성으로 함으로써, 확장실(7)에 유입된 유체는 확장실(7)로부터 스트레이트로 빠져나갈 수 없으므로, 대유량이어도 확장실(7) 내에서 확산된 후에 확산실(7)로부터 유출되게 되어 확산실(7)에 의한 압력 변동 억제 효과를 확보할 수 있다.
본체 블록(3)은 스테인리스강 등으로 형성되어 있다. 도시예의 제어 밸브(4)는 제 1 유로(2d)에 형성된 밸브 시트(9)에 접촉/분리되는 금속 다이어프램 밸브체(10)와, 금속 다이어프램 밸브체(10)를 압박하는 밸브봉(11)과, 밸브봉(11)을 구동시키는 구동부(12)를 갖고 있다. 구동부(12)는 솔레노이드, 압전 소자, 유압, 또는 공기압 등을 구동원으로 할 수 있다. 도 1은 구동부(12)가 구동 상태에 있어서 밸브봉(11)에 의해 금속 다이어프램 밸브체(10)가 눌려지고, 금속 다이어프램 밸브체(10)가 밸브 시트(9)에 접촉되어 제 1 유로(2d)를 닫고 있는 상태를 나타내고 있다. 구동부(12)가 비구동 상태로 되면, 내장된 스프링 등(도시하지 않음)에 의해 밸브봉(11)이 도면의 상방으로 들어올려져서 금속 다이어프램 밸브체(10)가 자기 탄성력에 의해 원형 복귀하여 밸브 시트(9)로부터 분리되어 제 1 유로(2d)가 개통된다.
덮개체(13)의 내측에 덮개체 오목부(13a)가 형성되어 있다. 덮개체 오목부(13a)에 의해 확장실(7)의 용적이 더욱 확대된다. 덮개체(13)는 본체 블록(3)의 본체 오목부(3b) 주위에 형성된 스폿페이싱부(3b1)에 수용되어 있다.
덮개체(13)에는 스폿페이싱 구멍(13b)이 형성되어 있다. 이 스폿페이싱 구멍(13b)에 볼트(14)를 통과시켜 볼트(14)를 본체 블록(3)에 형성된 암나사 구멍에 나사체결함으로써 덮개체(13)가 본체 블록(3)에 고정되어 있다. 볼트(14)는 육각구멍붙이 볼트로 할 수 있다. 덮개체(13)와 본체 블록(3) 사이에는 메탈 시일링 개스킷(15)이 개재되어 있다.
이 종류의 유량 제어 장치는 소형화가 요구되고 있으며, 상기와 같이 덮개체(13)에 덮개체 오목부(13a)를 형성하여 확장실(7)의 일부로 함으로써 보다 넓은 확장실(7)을 확보하면서도, 본체 블록(3)의 치수 증가를 억제할 수 있다. 또한, 덮개체(13)는 메탈 시일링 개스킷(15)에 의한 높은 시일 성능을 확보하기 위해 일정한 두께를 확보하여 강성을 높일 필요가 있지만, 덮개체 오목부(13a)를 형성하고 있지 않는 부분에서 소망의 두께를 확보할 수 있다. 또한, 덮개체(13)에 스폿페이싱 구멍(13b)을 형성하여 볼트(14)의 헤드를 매몰시킴으로써 치수 확대를 억제할 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 2 실시형태를 나타내고 있다. 제 2 실시형태의 유량 제어 장치(1)는 스로틀부(OR)의 하류측에서 제 2 유로(2e) 내의 압력을 검출하기 위한 제 2 압력 검출기(5b)를 구비하는 점이 상기 제 1 실시형태와 주로 다르다. 제 2 압력 검출기(5b)를 설치함으로써 비임계 팽창 조건 하에 있어서도 유량을 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 도 2에 나타낸 본체 블록(3)은 3개의 블록 요소를 연결하여 구성되어 있고, 케이싱(20)이 본체 블록(3)에 고정되어 있다.
이어서, 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 3 실시형태에 대해서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
제 3 실시형태의 유량 제어 장치는 확장실(7) 내에 정류판(8), 정류판(8)을 유지하는 정류판 유지체(18), 스페이서 링(16), 및 개스킷 링(17)이 배치되어 있는 점이 상기 제 1 실시형태와 다르다.
정류판(8)은 세공에 의한 유동 저항을 이용하여 가스 유속 분포(편류)의 균일화 및 흐트러짐의 감쇠를 도모할 수 있는 판형상 부재이며, 금속 메쉬, 다공판, 허니콤 구조체 등에 의해 형성할 수 있다.
정류판(8)은 스테인리스제의 스페이서 링(16)과 수지제의 개스킷 링(17)에 의해 끼워져 있다. 스페이서 링(16)과 개스킷 링(17)에 끼워진 정류판(8)은 정류판 유지체(18)에 의해서 하류측 개구(7b)보다 상방 위치이며 상류측 개구(7a)의 하방에 소정 간격(X)을 개재해서 유지되어 있다. 개스킷 링(17)은 PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌)로 형성되어 있지만, 다른 개스킷 재료여도 좋다. 도시예에서는 스페이서 링(16)을 설치하고 있지만, 본체 오목부(3b)의 저면에 단차를 형성함으로써 스페이서 링(16)을 대신할 수도 있다.
정류판 유지체(18)는 관형상체의 둘레벽에 개구부(18a)(도 4)가 형성되어 있다. 확장실(7)과 확장실(7)의 하류의 제 2 유로(2e)가 연통하도록 개구부(18a)가 확장실(7)의 하류측 개구(7b)에 면하도록 배치되어 있다. 개구부(18a)는 확장실(7) 하류측의 제 2 유로(2e)의 유로 단면적과 같거나 그것보다 넓은 개구 면적을 가질 수 있다.
정류판 유지체(18)와 덮개판(13) 사이에 환상의 개스킷(19)이 개재되어 있다. 개스킷(19)에 형성된 환상 오목부(19a)에 정류판 유지체(18)의 하단부가 감입되어 있다.
또한, 정류판(8)은 두께를 0.1~0.5㎜로 하는 것이 바람직하다. 정류판(8)의 두께가 0.5㎜를 초과하면 압력 손실이 커지고, 압력 진동이 소요 범위를 초과하기 때문이다.
상기 제 3 실시형태의 유량 제어 장치에 의하면, 확장실(7)에 정류판(8)을 배치함으로써 압력 손실의 증가를 방지하면서 압력 진동을 저감시킬 수 있다. 또한, 덮개체(13)에 세워 설치한 정류판 유지체(18)에 의해 정류판(8)을 소정 위치에 유지하는 구성에 의해 정류판(8)을 본체 블록(3)의 바닥으로부터 분리할 수 있다. 그 때문에, 가스 출구(2b)에 접속된 배관 부품이나 스로틀부(OR) 등을 분리하지 않아도, 정류판(8)의 교환, 막힘의 제거 등의 메인터넌스가 용이해질 수 있다. 또한, 얇은 정류판(8)을 장착할 때에도 정류판 유지체(18) 상에 올려서 본체 오목부(3b)에 하방으로부터 삽입할 수 있어 조립하기 쉽다.
이어서, 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 제 4 실시형태에 대해서, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 제 4 실시형태에서는 정류판 유지체(18)가 덮개체(13)에 용접, 일체 성형, 또는 다른 수단에 의해 고정되어 있다. 정류판 유지체(18)는 원통의 둘레면에 개구부(18a)를 노치 형성한 형상을 갖고 있다.
또한, 정류판(8)은 정류판 유지체(18)의 상면에 용접에 의해서 고정되어 있다. 도시예의 정류판(8)은 선지름 0.04㎜의 스테인리스 와이어를 평직으로 해서 230메쉬로 한 금속 메쉬이며, 공극률은 약 40%이다. 제 4 실시형태의 그 밖의 구성은 상기 제 3 실시형태와 마찬가지이다.
제 4 실시형태의 유량 제어 장치는 정류판(8)을 교환하는 경우에는 덮개체(13) 및 정류판 유지체(18)도 동시에 교환하게 되지만, 교환시의 작업성이 향상되며 조립시의 작업성도 향상된다. 또한, 전체를 금속제 부품으로 할 수 있어 프로세스 가스에의 콘타미네이션이 혼입하기 어렵다.
상기 제 1~제 4 실시형태에 있어서는 덮개체(13)를 본체 블록(3)의 저면에 설치하는 예를 나타냈지만, 덮개체(13)는 본체 블록(3)의 측면에 설치되도록 구성하는 것도 가능하다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 예시하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 각 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1은 도 1에 나타내는 구성의 유량 제어 장치를 이용했다. 실시예 2는 도 3에 나타내는 유량 제어 장치를 이용했다. 실시예 2의 정류판으로서, 도 7에 나타내는 형상의 구멍지름 1㎜, 구멍수 37개, 피치 2㎜, 두께 0.5㎜, 개구율 22.7%의 스테인리스제의 정류판을 사용했다. 실시예 1, 실시예 2에 있어서, 제어 밸브(4)의 밸브 시트(9)로부터 스로틀부(OR)까지의 유로의 내용적은 약 5cc였다.
비교예는 도 11에 나타내는 압력식 유량제 제어 장치를 이용했다. 비교예에 있어서, 제어 밸브(4)의 밸브 시트(9)로부터 스로틀부(OR)까지의 유로의 내용적은 0.6cc였다.
실시예, 비교예 모두 스로틀부(OR)는 오리피스 지름 1.52㎜, 두께 1.0㎜의 오리피스 플레이트를 사용했다.
실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 대해서, 하류측을 진공 처리하고, 제어 밸브(4)를 연 상태에서 공급압을 게이지 압력 500kPa로, 설정 유량을 풀 스케일(100%) 유량 레인지의 50리터/분으로 질소 가스를 흘려 제 1 압력 검출기(5a)의 검출 압력을 모니터하고, 압력 진동을 5초간 측정했다.
도 8은 비교예의 설정 입력(FCS-IN)에 대한 유량 출력(FCS-OUT)을 모니터한 그래프이다. 도 9는 실시예 1의 설정 유량의 설정 입력(FCS-IN)에 대한 유량 출력(FCS-OUT)을 모니터한 그래프이다. 도 10은 실시예 2의 설정 유량의 설정 입력(FCS-IN)에 대한 유량 출력(FCS-OUT)을 모니터한 그래프이다.
유량 제어 장치는 제 1 압력 검출기(5a)의 검출 압력에 의거해서 유량을 연산하고 있고, 연산한 유량을 출력할 수 있다. 또한, 검출 압력의 압력 진동은 검출 압력에 의거해서 연산된 유량에 헌팅으로서 나타내어진다. 도 8~도 10의 그래프로부터, 각각의 유량에 있어서 압력 진동에 기인하는 유량 출력 헌팅에 대한 확장실 및 정류판에 의한 감쇠 효과가 확인된다.
1 : 유량 제어 장치 2a : 가스 입구
2b : 가스 출구 2c : 입구측 유로
2d : 제 1 유로 2e : 제 2 유로
3 : 본체 블록 3b : 본체 오목부
3b1 : 스폿페이싱부 4 : 제어 밸브
5a : 제 1 압력 검출기 5b : 제 2 압력 검출기
6 : 컨트롤러 7 : 확장실
7a : 상류측 개구 7b : 하류측 개구
8 : 정류판 13 : 덮개체
13a : 덮개체 오목부 13b : 스폿페이싱 구멍
OR : 스로틀부

Claims (17)

  1. 제어 밸브와,
    상기 제어 밸브의 하류측에 설치된 제 1 유로와,
    제 2 유로와,
    상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이에 설치된 확장실을 갖고,
    상기 제 2 유로는 상기 제 1 유로의 연장 상과 다른 위치에 설치되어 있는 유량 제어 장치.
  2. 제어 밸브와,
    상기 제어 밸브의 하류측에 설치된 제 1 유로와,
    제 2 유로와,
    상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이에 설치되는 확장실과,
    상기 확장실 내에 배치된 정류판을 갖는 유량 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유로에 스로틀부가 설치되어 있는 유량 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 밸브와 상기 스로틀부 사이에 제 1 압력 검출기가 설치되어 있는 유량 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 압력 검출기가 상기 제 2 유로 상에서 스로틀부보다 상류에 설치되어 있는 유량 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스로틀부 하류측에서 상기 제 2 유로 내의 압력을 검출하기 위한 제 2 압력 검출기를 더 갖는 유량 제어 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로가 형성된 본체 블록을 더 갖고,
    상기 확장실은 상기 본체 블록에 형성된 본체 오목부와, 상기 본체 오목부를 폐쇄하도록 상기 본체 블록에 장착된 덮개체에 의해서 형성되어 있는 유량 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 덮개체는 상기 확장실의 용적을 증가시키기 위한 덮개체 오목부가 형성되어 있는 유량 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 본체 블록과 상기 덮개체가 메탈 시일링 개스킷을 통해서 접합되어 있는 유량 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 본체 오목부의 주위에 상기 덮개체를 수용하기 위한 스폿페이싱부가 형성되어 있는 유량 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 덮개체는 상기 덮개체를 상기 본체 블록에 고정하는 볼트를 위한 스폿페이싱 구멍이 상기 덮개체 오목부의 주위에 형성되어 있는 유량 제어 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 확장실 내에 정류판이 배치되어 있는 유량 제어 장치.
  13. 제 2 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 확장실에 상기 제 1 유로가 개구하는 상류측 개구부와 상기 확장실에 상기 제 2 유로가 개구하는 하류측 개구 사이이며 상기 상류측 개구로부터 소정 간극을 개재해서 상기 정류판을 유지하는 정류판 유지체가 상기 확장실 내에 설치되는 유량 제어 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 정류판 유지체는 관형상체의 둘레벽에 개구부를 갖고, 상기 개구부가 상기 확장실의 상기 하류측 개구에 면하도록 배치되어 있는 유량 제어 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 확장실은 상기 본체 블록에 형성된 본체 오목부와, 상기 본체 블록에 형성된 상기 본체 오목부를 폐쇄하도록 상기 본체 블록에 장착된 덮개체에 의해서 형성되고,
    상기 정류판 유지체는 상기 덮개체에 고정되어 있는 유량 제어 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 정류판이 상기 정류판 유지체에 용접되어 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  17. 제 2 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 정류판이 금속 메쉬로 형성되어 있는 유량 제어 장치.
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