WO2020044827A1

WO2020044827A1 - 流体制御機器

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Publication number: WO2020044827A1
Application number: PCT/JP2019/027964
Authority: WO
Inventors: 竜太郎丹野; 篠原　努; 裕也鈴木; 秀則木曽; 渡邊　義明
Original assignee: 株式会社フジキン
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2020-03-05
Also published as: IL280735B2; TW202009456A; IL280735B1; CN112119249A; US20210215269A1; US11536386B2; KR20200140342A; KR102395620B1; TWI709736B; IL280735A; JPWO2020044827A1; JP7179377B2

Abstract

【課題】流体制御機器において、流体の漏出が僅かな場合でも精度よく漏出を検知可能なものを提供する。【解決手段】流体制御機器（Ｖ１）は、流路が形成されたバルブボディ（１）と、閉空間（Ｓ２）を流路から隔離するダイヤフラム（２２）と、ダイヤフラム（２２）との間に閉空間（Ｓ２）を形成すると共に、閉空間（Ｓ２）に連通し、ダイヤフラム押え（２３）が上下動可能に貫挿される貫挿孔（２４１ａ）が設けられたボンネット（２４）と、貫挿孔（２４１ａ）内を上下動してダイヤフラム（２２）を押圧すると共に、貫挿孔（２４１ａ）から抜出不能とする拡径部（２３２）が設けられたダイヤフラム押え（２３）と、閉空間（Ｓ２）内の圧力を検出する圧力センサ（Ｐ）と、閉空間（Ｓ２）内において、ダイヤフラム押え（２３）の拡径部（２３２）とボンネット（２４）の間に介在し、ダイヤフラム押え（２３）の上下動に伴ってダイヤフラム押え（２３）の拡径部（２３２）とボンネット（２４）の間で弾性的に膨縮する弾性体（６）とを有する。

Description

流体制御機器

　本発明は、流体制御装置において流体の漏出を検知する技術に関する。

　従来、半導体ウエハの表面に薄膜を形成する成膜処理においては膜厚の細かな制御が求められ、近年では原子レベルや分子レベルの厚さで薄膜を形成するALD (Atomic Layer Deposition)という成膜方法が使われている。
　しかし、そのような成膜処理は成膜装置に流体を供給する流体制御機器に今まで以上の高頻度な開閉動作を要求しており、その負荷により流体の漏出等を惹き起こしやすくなる場合がある。そのため、流体制御機器における流体の漏出を容易に検知できる技術への要求が高まっている。
　また、半導体製造プロセスにおいては反応性が高く極めて毒性の高いガスが使われるため、漏出が微小なうちに、かつ遠隔的に漏出を検知できることが重要である。

　この点、特許文献１では、流体の流量を制御する制御器の外面に形成された孔とこの孔に取り付けられる漏れ検知部材とからなるシール部破損検知機構であって、前記孔は制御器内の空隙に連通し、前記漏れ検知部材は前記孔に取り付けられる筒状体とこの筒状体に設けられた可動部材とからなり、この可動部材は制御器内の前記空隙内に充満した漏出流体の圧力によって前記筒状体の外方へ可動とされてなるものが提案されている。
　また、特許文献２では、流体の流量を制御する制御器の外面に形成された孔とこの孔に取付けられる漏洩検知部材とからなるシール部破損検知機構付制御器であって、前記孔は制御器内の空隙に連通し、前記漏洩検知部材は特定の流体の存在によって感応するものが提案されている。
　また、特許文献３では、流体の漏れを検出する漏れ検出装置であって、センサ保持体と、漏れ検出対象部材に設けられて漏れ検出対象部材内の密封部分と外部とを連通するリークポートに対向するようにセンサ保持体に保持された超音波センサと、超音波センサのセンサ面とリークポートとの間に設けられた超音波通路と、超音波センサで得られた超音波を処理する処理回路とを備えているものが提案されている。

特開平０４－０９３７３６号公報特開平０５－１２６６６９号公報特開２０１４－２１０２９号公報

　しかし、特許文献１記載のシール部破損検知機構では、制御器内の空隙の加圧は判別することができるが、負圧を判別することができず、流体の漏出が僅かである場合には、可動部材が十分に可動せず、漏出を検知できないおそれがある。
　また、特許文献２記載のシール部破損検知機構付制御器では、流体の漏出が僅かである場合には、パージガスで希釈化されて漏洩検知部材が感応しないおそれがあり、また、漏洩検知部材が所定の流体に対しては感応しないおそれもある。
　さらに、特許文献３記載の漏れ検出装置では、流体の漏出が僅かである場合には、超音波が微弱で漏出を検知できないおそれがある。

　そこで本発明は、流体制御機器において、流体の漏出が僅かな場合でも精度よく漏出を検知可能なものを提供することを目的の一つとする。

　上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る流体制御機器は、流路と隔離された閉空間内の圧力を検知する流体制御機器であって、前記流路が形成されたバルブボディと、前記流路における流体の流通を許容又は遮断すると共に、前記閉空間を前記流路から隔離する隔離部材と、前記バルブボディ上に配設されて前記隔離部材との間に前記閉空間を形成すると共に、前記閉空間に連通し、ダイヤフラム押えが上下動可能に貫挿される貫挿孔が設けられたボンネットと、前記貫挿孔内を上下動して前記隔離部材を押圧すると共に、前記貫挿孔から抜出不能とする拡径部が設けられた前記ダイヤフラム押えと、前記閉空間内の圧力を検出する圧力センサと、前記閉空間内において、前記ダイヤフラム押えの拡径部と前記ボンネットの間に介在し、前記ダイヤフラム押えの上下動に伴って前記ダイヤフラム押えの拡径部と前記ボンネットの間で弾性的に膨縮する弾性体と、を有する。

　また、前記ボンネットには、前記閉空間側に開口し、前記弾性体を収容する収容部が設けられており、前記弾性体は、前記ダイヤフラム押えの上下動に伴って膨縮すると共に、圧縮時には弾性変形して前記収容部に収容されるものとしてもよい。

　また、前記収容部は、前記貫挿孔のうち、前記閉空間の近傍において拡径した部分として構成され、前記弾性体は、前記貫挿孔の内周面と前記ダイヤフラム押えの間をシールするものとしてもよい。

　また、前記弾性体は、自然状態において、前記閉空間とは反対の側に空隙を形成して前記収容部に収容されているものとしてもよい。

　また、前記閉空間内で上下動する前記ダイヤフラム押えの拡径部の位置が、前記ダイヤフラム押えに連動するピストンの上死点を規定するものとしてもよい。

　また、前記閉空間の近傍において、前記貫挿孔の内周面と前記ダイヤフラム押えの間をシールするシール部材、をさらに有するものとしてもよい。

　本発明によれば、流体制御機器において、流体の漏出が僅かな場合でも精度よく漏出を検知することができる。

本発明の第一の実施形態に係る流体制御機器を示した（ａ）外観斜視図、（ｂ）平面図である。本発明の第一の実施形態に係る流体制御機器の内部構造を示したＡ－Ａ断面図であって、（ａ）弁閉状態、（ｂ）弁開状態を示す。本発明の第一の実施形態に係る流体制御機器を示した分解斜視図である。本発明の第一の実施形態に係る流体制御機器を示した分解斜視図である。本発明の第一の実施形態に係る流体制御機器を示した分解斜視図である。本発明の第一の実施形態に係る流体制御機器が備える機能の一例を示した機能ブロック図である。本発明の第二の実施形態に係る流体制御機器の内部構造を示したＡ－Ａ断面図であって、（ａ）弁閉状態、（ｂ）弁開状態を示す。本発明の第二の実施形態に係る流体制御機器を示した分解斜視図である。

　以下、本発明の第一の実施形態に係る流体制御機器について、図を参照して説明する。
　なお、以下の説明では、便宜的に図面上での方向によって部材等の方向を上下左右と指称することがあるが、これらは本発明の実施あるいは使用の際の部材等の方向を限定するものではない。
　図１に示す本実施形態に係る流体制御機器Ｖ１は、内蔵するセンサによって内部動作を検出可能な機器であって、検出した情報に基づいて流体制御機器Ｖ１の異常、特に流体制御機器Ｖ１内における流体の漏出を検知することができる。また、この流体制御機器Ｖ１は、外部端末に接続し、当該外部端末に対して流体制御機器Ｖ１の異常に関する情報やセンサによって検出した情報を提供することができる。
　なお、流体制御機器Ｖ１の実際的な使用場面においては、複数の流体制御機器Ｖ１は他の流量制御機器等と共に集積して流体制御装置（ガスボックス）を構成する。

　本実施形態に係る流体制御機器Ｖ１は、エア作動式のダイレクトダイヤフラムバルブであり、図１、図２に示されるように、バルブボディ１、ボンネット部２、カバー部３、アクチュエータ部４を備える。

●バルブボディ１
　バルブボディ１は図２及び図３に示されるように、流路が形成された基台部１１と、基台部１１上に設けられた略円筒形状の円筒部１２とからなる。
　基台部１１は平面視矩形状からなり、複数の流体制御機器Ｖ１によってユニット化された流体制御装置を構成する場合には、基板あるいはマニホールドブロック上に設置される部分となる。

　円筒部１２は、ボンネット部２が配設される側の端面が開口した中空形状からなり、中空の内部はボンネット部２が収容される凹部１２ａを構成する。
　この円筒部１２には、軸心方向に長さを有し、ボンネット部２が配設される側であって基台部１１とは反対側の一端が開口すると共に、外側から凹部１２ａ側へ貫通したスリット１２ｂが設けられている。このスリット１２ｂを介して、ボンネットウォール２５から延び出したフレキシブルケーブル５１が内側から外側へ導出される。

　凹部１２ａの下方及び基台部１１内には、流体が流入する流入路と流体が流出する流出路、及び当該流入路と流出路に連通する弁室１１２が形成されている。流入路、流出路、及び弁室１１２は、流体が流通する流路を一体的に構成している。

●ボンネット部２
　ボンネット部２は図２～図４に示されるように、バルブボディ１の凹部１２ａ内に収容した状態に配設される。
　このボンネット部２は、シート２１、ダイヤフラム２２、ダイヤフラム押え２３、ボンネット２４、ボンネットウォール２５を備えるほか、流体の漏出に伴う圧力変化の検出精度を高めるための弾性体６を有している。

　環状のシート２１は、弁室１１２における流入路の開口周縁に設けられている。シート２１にダイヤフラム２２を当接離反させることによって流入路から流出路へ流体を流通させたり、流通を遮断させたりすることができる。

　ダイヤフラム２２は、ステンレス、Ni-Co系合金等の金属からなると共に、中心部が凸状に膨出した球殻状の部材であり、流路とアクチュエータ部４が動作する空間とを隔離している。このダイヤフラム２２は、ダイヤフラム押え２３により押圧されていない状態では、図２（ｂ）に示されるように、シート２１から離反しており、流入路と流出路とを連通させ、流体の流通を許容する。一方、ダイヤフラム押え２３により押圧された状態では、図２（ａ）に示されるように、ダイヤフラム２２の中央部が変形してシート２１に当接しており、流入路と流出路を遮断させ、流体の流通を遮断する。

　ダイヤフラム押え２３は、ダイヤフラム２２の上側に設けられ、ピストン４３の上下動に連動してダイヤフラム２２の中央部を押圧する。
　このダイヤフラム押え２３は、略円柱状の基体部２３１と、ダイヤフラム２２に当接する側の一端側において拡径した拡径部２３２からなる。

　基体部２３１には、軸心方向に長さを有し、拡径部２３２とは反対側の一端が開口した有底の条溝２３１ａが形成されている。この条溝２３１ａには、ボンネットウォール２５のネジ孔２５ｃにねじ込まれたネジ２５ｄの軸棒部分が摺動可能に嵌合する。条溝２３１ａとネジ２５ｄは、ダイヤフラム押え２３の周方向の回動を規制する回動規制手段を構成し、これによりダイヤフラム押え２３は、ピストン４３に連動して上下動しつつも、周方向の回動を規制される。

　また、基体部２３１には、磁気センサを構成する磁石Ｍ１が取り付けられている。この磁石Ｍ１は、ボンネットウォール２５に取り付けられた磁性体Ｍ２と共に後述する磁気センサを構成する。なお、本実施例では、磁石Ｍ１は、基体部２３１の条溝２３１ａの反対側に取り付けられているが、磁性体Ｍ２と磁気センサを構成するのに支障がない限り、基体部２３１上の他の位置に取り付けることもできる。

　拡径部２３２は、ボンネット２４の貫挿孔２４１ａの径よりも大きな径を有する略円盤状の部分であって、閉空間Ｓ２内に位置してダイヤフラム押え２３を貫挿孔２４１ａから抜出不能としている。
　また、この拡径部２３２は、ピストン４３に連動したダイヤフラム押え２３の上下動に応じて、ボンネット２４の仕切部２４１との間で弾性体６を挟圧する。

　ここで、拡径部２３２の幅は、ダイヤフラム押え２３を貫挿孔２４１ａから抜出不能とすると共に、弾性体６をボンネット２４の仕切部２４１との間に挟圧できる最小限の幅とするのが好適である。拡径部２３２の幅をこのような幅にすると共に、ボンネット２４の仕切部２４１の下面側に設けられる閉空間Ｓ２の幅又は径を、拡径部２３２の幅又は径に即して小さくすれば、閉空間Ｓ２の体積を減らすことができる。

　このような構成からなるダイヤフラム押え２３は、流体制御機器Ｖ１の開閉に伴って上下動するピストン４３の上死点を規定している。即ち、ダイヤフラム押え２３の拡径部２３２の上面は開弁時、ボンネット２４の仕切部２４１との間で弾性体６を挟圧して圧縮させるところ、駆動圧によって最大限、弾性体６を圧縮させたときの位置が上死点を構成する。
　これにより、他の位置をピストン４３の上下動の上死点とする場合と異なり、開弁時にダイヤフラム押え２３の拡径部２３２が到達する位置に余裕を持たせる必要がなく、閉空間Ｓ２の体積を最小限に抑えることができる。

　ボンネット２４は、略円筒状からなり、バルブボディ１上に配設され、ダイヤフラム２２との間に閉空間を形成する。
　このボンネット２４は、下端部においてバルブボディ１との間にダイヤフラム２２を挟持しており、この部分でダイヤフラム２２とバルブボディ１との間がシールされる。

　また、ボンネット２４の内部には、ダイヤフラム押え２３が上下動可能に貫挿される貫挿孔２４１ａが中心部に形成された略円盤状の仕切部２４１が設けられている。
　仕切部２４１の上方ないしは、アクチュエータ部４が配設される側に形成される凹部２４ａには、ボンネットウォール２５が収容される。仕切部２４１とボンネットウォール２５には夫々、互いに対応する位置にネジ穴２４１ｂと貫通孔２５ｅが設けられており、ボンネット２４にボンネットウォール２５がボルト２５ｆによって螺設される。

　ボンネット２４の仕切部２４１は、一定の厚みを有しており、仕切部２４に形成されている貫挿孔２４１ａの内周面とダイヤフラム押え２３の間には、シール部材としてのＯリングＯ２が介装されている。これにより、仕切部２４１、ダイヤフラム２２、及びダイヤフラム押え２３によって画定される閉空間Ｓ２の気密性が確保されている。

　ここで、閉空間Ｓ２の気密性を確保するためのＯリングＯ２は、上下動するダイヤフラム押え２３の動作方向のうち、閉空間Ｓ２の近傍に設けられている。これにより、貫挿孔２４１ａの閉空間Ｓ２側の開口部からＯリングＯ２までの隙間を減らし、閉空間Ｓ２の体積を小さくしている。
　なお、ここにいう閉空間Ｓ２の近傍とは少なくとも、上下動するダイヤフラム押え２３の動作方向において、ダイヤフラム押え２３とピストン４３が当接する側よりも閉空間Ｓ２側に偏った位置をいい、さらに好適には、ＯリングＯ２とダイヤフラム押え２３の拡径部２３２が接することなく隔てられる最小限の距離を保持できる位置をいう。

　また、ボンネット２４の仕切部２４１には、ボンネットウォール２５に取り付けられている圧力センサＰに連通する連通孔２４１ｄが設けられている。連通孔２４１ｄを介して圧力センサＰが設けられていることにより、仕切部２４１、ダイヤフラム２２、及びダイヤフラム押え２３によって画定された閉空間Ｓ２内の圧力を測定することができる。

　また、ボンネット２４の側面には、内側に収容したボンネットウォール２５から導出されたフレキシブルケーブル５１を外側へ導出させるための貫通孔２４１ｃが設けられている。

　ボンネットウォール２５は、ボンネット２４内に配設される部材である。このボンネットウォール２５は肉厚の略円盤状の部材を平面視略Ｃ字状に刳り貫いた形状からなる。このボンネットウォール２５の中心には、ダイヤフラム押え２３の基体部２３１を貫挿させる貫挿孔２５ａが設けられている。また、貫挿孔２５ａをボンネットウォール２５の半径方向外側に向かって開口させる開口部２５ｂが設けられている。

　ボンネットウォール２５の厚み部分の所定の箇所には、貫挿孔２５ａから半径方向外側に向かってねじ切られたネジ孔２５ｃが形成されている。このネジ孔２５ｃには外側からネジ２５ｄが螺合し、螺合したネジ２５ｄの軸心部分は、貫挿孔２５ａ側へ抜け出して、貫挿孔２５ａに貫挿されたダイヤフラム押え２３の条溝２３１ａに摺動可能に嵌合する。

　ボンネットウォール２５には、ボンネット２４のネジ穴２４１ｂに対応する位置に貫通孔２５ｅが設けられている。ネジ穴２４１ｂと貫通孔２５ｅには、ボンネット２４の仕切部２４１上にボンネットウォール２５が配設された状態でボルト２５ｆが螺合し、これによりボンネット２４にボンネットウォール２５が固定される。

　ボンネットウォール２５の外周面のうち、開口部２５ｂ近傍には、開口部２５ｂを塞ぐように掛け渡して固定された平板状の磁性体Ｍ２が取り付けられている。この磁性体Ｍ２は、ダイヤフラム押え２３に取り付けられた磁石Ｍ１と共に後述する磁気センサを構成する。

●弾性体６
　弾性体６は、外力に応じて弾性的に膨縮する部材であって、外面が非多孔質材料でコーティングされた多孔質の軟性樹脂等からなる。また、本例では一定の厚みを有するリング状に構成され、中央にはダイヤフラム押え２３の基体部２３１が貫挿される貫挿孔６ａが設けられている。

　この弾性体６は、貫挿孔６ａ内にダイヤフラム押え２３の基体部２３１を貫挿させた状態で、ダイヤフラム押え２３の拡径部２３２とボンネット２４の仕切部２４１の間に介在し、ダイヤフラム押え２３の上下動に伴って弾性的に膨縮する。即ち、流体制御機器Ｖ１の開弁時、ダイヤフラム押え２３がダイヤフラム２２から離反すると、ダイヤフラム押え２３の拡径部２３２とボンネット２４の仕切部２４１の間で挟圧されて圧縮される。一方、流体制御機器Ｖ１の閉弁時、ダイヤフラム押え２３がダイヤフラム２２に当接し、ダイヤフラム押え２３の拡径部２３２とボンネット２４の仕切部２４１が離間すると、挟圧状態から解放されて膨らみ、圧縮前の自然状態に戻る。
　これにより、流体制御機器Ｖ１の弾性体６の分だけ閉空間Ｓ２に占める気体の容積を減じることができる。

　なお、本実施形態において、弾性体６はリング状に構成され、貫挿孔６ａにダイヤフラム押え２３を貫挿させられるようになっているが、これに関わらず、ダイヤフラム押え２３の拡径部２３２とボンネット２４の仕切部２４１の間に介在して弾性的に膨縮する限り、他の形状からなるものとしてもよい。例えば、外形が矩形状であってもよいし、複数の弾性部材の集合体として構成されていてもよい。

●カバー部３
　カバー部３は図１及び図５に示されるように、アクチュエータボディ４１とバルブボディ１を挟圧して一体的に保持すると共に、回路基板５２及び回路基板５２に設けられたコネクタ５３を流体制御機器Ｖ１に固定する固定手段を構成する。
　このカバー部３は、カバー３１と平板状のプレート３２、３３を備える。

　カバー３１は、略Ｕ字状からなり、その内側にはアクチュエータボディ４１とバルブボディ１の端部が嵌め込まれる。
　カバー３１の両側面には、アクチュエータボディ４１が嵌め込まれる位置に対応してネジ孔３１ａが設けられている。これにより、バルブボディ１が内側にはめ込まれた状態でネジ孔３１ａにネジ３１ｂを螺入させ、ネジ３１ｂの先端をバルブボディ１に圧接させると、バルブボディ１をカバー３１の内側に挟持することができる。

　また、カバー３１の厚み部分には、ネジ穴３１ｃが設けられている。このネジ穴３１ｃに、ネジ３１ｄがプレート３２、３３の貫通孔３２ｂ、３３ｂを介して螺合することで、カバー３１にプレート３２、３３が取り付けられる。

　プレート３２、３３は、カバー３１の内側にアクチュエータボディ４１とバルブボディ１の端部を嵌めた状態でカバー３１とネジ止め固定され、固定された状態においては、カバー３１との間にアクチュエータボディ４１とバルブボディ１を挟圧保持する。
　このプレート３２の下方には、舌片状に切り欠いた切欠部３２ａが形成されており、フレキシブルケーブル５１はこの切欠部３２ａを介して、コネクタ５３が設けられた回路基板５２へ導出される。

　プレート３３は、プレート３２との間に回路基板５２を介装させた状態でプレート３２及びカバー３１にネジ止め固定され、プレート３２との間に回路基板５２を挟圧保持する。
　このプレート３３には、中央部に略矩形状の貫通孔３３ａが設けられており、回路基板５２に設けられたコネクタ５３はこの貫通孔３３ａから外側へ抜け出る。

　ここで、基台部１１が平面視矩形状からなるところ、カバー部３は図１（ｂ）に示されるように、コネクタ５３を矩形状の基台部１１の対角線方向に向けて流体制御機器Ｖ１に固定している。このような向きにコネクタ５３を固定するのは以下の理由による。即ち、複数の流体制御機器Ｖ１によってユニット化された流体制御装置（ガスボックス）を構成する場合には、集積化の要請から、隣り合う矩形状の基台部１１の向きを揃えてできる限り隙間をなくし、基盤あるいはマニホールドブロック上に流体制御機器Ｖ１を配設するのが好適である。他方、このように配設して集積させた場合には、コネクタ５３に端子等を接続しにくくなる。そのため、コネクタ５３を基台部１１の対角線方向に向けることで、真横に配設されている流体制御機器Ｖ１の方に向ける場合と比べ、接続するスペースを広く取ることができる。その結果、コネクタ５３に端子等を接続するのが容易であるし、端子等の折れや撚れによる断線等の不具合を防いだり、端子等が流体制御機器Ｖ１に当たって流体制御機器Ｖ１の動作に異常をもたらすといった不具合を防いだりすることもできる。

●アクチュエータ部４
　アクチュエータ部４は、ボンネット部２上に配設される。
　このアクチュエータ部４は図２に示されるように、アクチュエータボディ４１、アクチュエータキャップ４２、ピストン４３、バネ４４を備える。なお、図３においては、アクチュエータ部４の内部構造を省略しているが、内部構造は図２に示されるとおりである。

　アクチュエータボディ４１は、ピストン４３とボンネット２４の間に介装される。
　このアクチュエータボディ４１は図３に示されるように略円柱形状からなり、中心部には、ピストン４３とダイヤフラム押え２３が貫挿される貫挿孔４１ａが長さ方向に沿って設けられている。図２に示されるように、貫挿孔４１ａ内ではピストン４３とダイヤフラム押え２３が当接しており、ダイヤフラム押え２３はピストン４３の上下動に連動して上下動する。

　アクチュエータボディ４１のピストン４３が配設される側の上端面には、環状の突条からなる周壁４１１が形成されており、周壁４１１の内側の平坦な水平面とピストン４３の拡径部４３１の下端面との間には、駆動圧が導入される駆動圧導入室Ｓ１が形成される。

　また、アクチュエータボディ４１のピストン４３が配設される側の外周面上には、雄ネジが切られており、アクチュエータキャップ４２の内周面に切られた雌ネジと螺合することにより、アクチュエータボディ４１はアクチュエータキャップ４２の一端に取り付けられる。

　アクチュエータボディ４１の長さ方向の中心部は、断面視略六角形状に形成されており、当該断面視六角形状の部分とバルブボディ１の上端部分は、カバー３１によって一体的に挟圧される。

　アクチュエータキャップ４２は、下端部が開口したキャップ状の部材であり、内部にピストン４３とバネ４４を収容している。
　アクチュエータキャップ４２の上端面には、ピストン４３の駆動圧導入路４３２に連通する開口部４２ａが設けられている。
　アクチュエータキャップ４２の下端部は、アクチュエータボディ４１の上部が螺合して閉止されている。

　ピストン４３は、駆動圧の供給と停止に応じて上下動し、ダイヤフラム押え２３を介してダイヤフラム２２をシート２１に当接離反させる。
　このピストン４３の軸心方向略中央は円盤状に拡径しており、当該箇所は拡径部４３１を構成している。ピストン４３は、拡径部４３１の上面側においてバネ４４の付勢力を受ける。また、拡径部４３１の下端側には、駆動圧が供給される駆動圧導入室Ｓ１が形成される。

　また、ピストン４３の内部には、上端面に形成された開口部４３ａと、拡径部４３１の下端側に形成される駆動圧導入室Ｓ１とを連通させるための駆動圧導入路４３２が設けられている。ピストン４３の開口部４３ａはアクチュエータキャップ４２の開口部４２ａまで連通しており、外部から駆動圧を導入するための導入管が開口部４２ａに接続され、これにより駆動圧導入室Ｓ１に駆動圧が供給される。

　ピストン４３の拡径部４３１の外周面上には、ＯリングＯ４１が取り付けられており、このＯリングＯ４１はピストン４３の拡径部４３１の外周面とアクチュエータボディ４１の周壁４１１の間をシールしている。また、ピストン４３の下端側にもＯリングＯ４２が取り付けられており、このＯリングＯ４２はピストン４３の外周面とアクチュエータボディ４１の貫挿孔４１ａの内周面の間をシールしている。これらのＯリングＯ４１、Ｏ４２により、ピストン４３内の駆動圧導入路４３２に連通する駆動圧導入室Ｓ１が形成されると共に、この駆動圧導入室Ｓ１の気密性が確保されている。

　バネ４４は、ピストン４３の外周面上に巻回されており、ピストン４３の拡径部４３１の上面に当接してピストン４３を下方、即ちダイヤフラム２２を押下する方向に付勢している。

　ここで、駆動圧の供給と停止に伴う弁の開閉動作について言及する。開口部４２ａに接続された導入管（図示省略）からエアが供給されると、エアはピストン４３内の駆動圧導入路４３２を介して駆動圧導入室Ｓ１に導入される。これに応じて、ピストン４３はバネ４４の付勢力に抗して上方に押し上げられる。これにより、ダイヤフラム２２がシート２１から離反して開弁した状態となり、流体が流通する。
　一方、駆動圧導入室Ｓ１にエアが導入されなくなると、ピストン４３がバネ４４の付勢力に従って下方に押し下げられる。これにより、ダイヤフラム２２がシート２１に当接して閉弁した状態となって、流体の流通が遮断される。

●センサ
　流体制御機器Ｖ１は、機器内の動作を検出するためのセンサとして、圧力センサＰと、磁石Ｍ１と磁性体Ｍ２からなる磁気センサを備えている。
　圧力センサＰは図２に示されるように、ボンネットウォール２５の下面、ないしは流路側に取り付けられており、連通孔２４１ｄを介して、ダイヤフラム２２、ボンネット２４の仕切部２４１、及びダイヤフラム押え２３によって画定された閉空間Ｓ２に連通している。この圧力センサＰは、圧力変化を検出する感圧素子や、感圧素子によって検出された圧力の検出値を電気信号に変換する変換素子等によって構成される。これにより圧力センサＰは、ダイヤフラム２２、ボンネット２４の仕切部２４１、及びダイヤフラム押え２３によって画定された閉空間Ｓ２内の圧力を検出することができる。
　なお、圧力センサＰが連通孔２４１ｄに通じる箇所にはパッキン２６が介装されており、気密状態が担保されている。

　なお、圧力センサＰは、ゲージ圧あるいは大気圧のいずれを検出するものでもよく、それぞれの場合に応じて、判別処理部７１（図７を参照して後述）が参照する閾値が設定されればよい。
　また、本実施形態では、閉空間Ｓ２内の圧力変化を圧力センサＰによって検出することにより、流体の漏出等に起因した流体制御機器Ｖ１の異常を検知するが、コンデンサ型マイクロホンユニットを圧力センサＰとして用いることが可能である。即ち、コンデンサ型マイクロホンユニットは、音波を受けて振動する振動板と、振動板に対向して配置された対向電極を有し、振動板と対向電極との間の静電容量の変化を電圧の変化に変換して音声信号とすることができる。そして、このコンデンサ型マイクロホンユニットは、振動板の背面側に設けられる空気室を塞ぐことで無指向性（全指向性）となる。無指向性の場合、コンデンサ型マイクロホンユニットはあらゆる方向からの音波による音圧の変化をとらえて動作するため、圧力センサとして利用することが可能となる。

　ボンネットウォール２５の開口部２５ｂには磁性体Ｍ２が取り付けられており、この磁性体Ｍ２は、ダイヤフラム押え２３に取り付けられた磁石Ｍ１と共に磁気センサを構成する。
　この磁気センサによって以下の通り、弁の開閉動作を検知することができる。即ち、磁石Ｍ１がダイヤフラム押え２３の上下動に応じて上下動するのに対し、磁性体Ｍ２はボンネットウォール２５及びボンネット２４共にバルブボディ１内に固定されている。この結果、ダイヤフラム押え２３の上下動に従って上下動する磁石Ｍ１と、位置が固定されている磁性体Ｍ２との間に発生する磁界の変化に基づき、ダイヤフラム押え２３の動作、ひいては弁の開閉動作を検知することができる。
　なお、本実施形態では磁気センサを用いたが、これに限らず、他の実施形態においては、光学式の位置センサ等、他の種類のセンサを用いることもできる。

　圧力センサＰと磁気センサには夫々、可撓性を有する通信用のフレキシブルケーブル５１の一端が接続しており（磁気センサについては、詳細には磁性体Ｍ２に接続している）、フレキシブルケーブル５１の他端は、流体制御機器Ｖ１の外側に設けられた回路基板５２に接続している。
　本例において、回路基板５２には、所定の情報処理を実行する処理モジュール７（図７を参照して後述）が構成されている。処理モジュール７は、圧力センサＰや磁気センサから取得した情報に基づき、流体制御機器Ｖ１の異常を検知する処理を実行する。そして、回路基板５２には外部端子接続用の略矩形状のコネクタ５３が設けられており、これにより、圧力センサＰと磁気センサによって測定されたデータを抽出したり、処理モジュール７によって実行された異常判別処理の処理結果に係るデータを抽出したりすることができる。

　なお、本実施形態において、フレキシブルケーブル５１と回路基板５２にはフレキシブル基板（ＦＰＣ）が用いられ、フレキシブルケーブル５１、回路基板５２、及びコネクタ５３は一体的に構成されている。フレキシブルケーブル５１と回路基板５２にフレキシブル基板を用いることにより、配線経路として部材間の隙間を利用することが可能になり、その結果、被覆線を用いる場合に比べて流体制御機器Ｖ１自体を小型化することができる。
　また、処理モジュール７は回路基板５２とは別に、流体制御機器Ｖ１内に格納されていてもよいし、圧力センサＰ又は磁気センサの一部として構成されていてもよい。
　また、コネクタ５３の種類や形状は、各種の規格に応じて適宜に設計し得る。

　以上の構成からなる流体制御機器Ｖ１は、弾性体６の分だけ閉空間Ｓ２内の容積を減じることができるため、閉空間Ｓ２内の圧力変化を精度よく検出することができる。その結果、流路から閉空間Ｓ２への流体の僅かな漏出など、ダイヤフラム２２の破損等に起因した異常を検知することができる。

●ソフトウェア構成例
　以上の構成からなる流体制御機器Ｖ１において、閉空間Ｓ２内の圧力変化に基づいて流体制御機器Ｖ１の異常を判別する処理の一例を述べる。
　処理モジュール７は、回路基板５２上に設けられた演算回路やメモリによって構成され、これにより図６に示されるように、判別処理部７１と通信処理部７２からなる機能ブロックを備える。この処理モジュール７は、フレキシブルケーブル５１によって圧力センサＰや磁気センサと連携可能に構成されており、当該圧力センサＰや磁気センサからデータの供給を受けることができるようになっている。

　判別処理部７１は、参照用テーブル等に保持された所定の閾値と、圧力センサＰによって検出された圧力の検出値とを比較することにより、閉空間Ｓ２への流体の漏出等に起因した流体制御機器Ｖ１の異常を判別する処理を実行する。即ち、通常使用時において、流体制御機器Ｖ１の弁の開閉で想定される閉空間Ｓ２内の圧力の限界値を所定の閾値としておく。そして、閉空間Ｓ２内の圧力の検出値が当該閾値を超えた場合に、流体制御機器Ｖ１に異常が生じたものと判別する。このような判別の合理性は、ダイヤフラム２２の破損等によって閉空間Ｓ２へ流体が漏出して閉空間Ｓ２内の圧力が上昇した結果として、あるいは流路内の減圧によって閉空間Ｓ２内の圧力が減少した結果として閉空間Ｓ２内の圧力の検出値が閾値を超えたとみなせることによる。

　通信処理部７２は、コネクタ５３を介して接続された外部端末８に対し、判別処理部７１による判別結果を送信する処理を実行するための機能部である。

　なお、本実施形態では、判別処理部７１による処理結果は、コネクタ５３を介して外部端末８に送信させるものとしているが、通信処理部７２を例えば、無線ＬＡＮ、Bluetooth（登録商標）、赤外線通信、あるいはZigbee（登録商標）等で構成し、無線通信によって送信するものとすることもできる。

　また、コネクタ５３に他の端末が常時接続されている場合、通信処理部７２は、判別処理部７１による判別結果を１時間や１日等の任意に設定された所定の周期で送信することができる。この点、流体の微量な漏出はその瞬間を検知するのが難しいが、数日程度であれば昇圧するため検知可能となる。一方、閉空間Ｓ２は気密な空間であるため、微小な漏出が発生しても直ちに問題となりにくい。そのため、所定の周期による送信であっても支障がない。さらに、このように所定の周期で情報の送信を行う場合には、消費電力を抑えることができる。

　また、流体制御機器Ｖ１が複数、集積されて流体制御装置を構成する場合、各流体制御機器Ｖ１の通信処理部７２は、外部端末８に対して自己を識別可能な自己識別情報と共に、判別処理部７１による判別結果を流体制御機器Ｖ１ごとに異なるタイミングで送信することができる。

　外部端末８に対して、流体制御機器Ｖ１を個々に識別可能な自己識別情報が送信されることで、流体制御装置を構成する複数の流体制御機器Ｖ１のうちのいずれが異常を来しているのかを判別することができる。
　また、外部端末８に対して、流体制御機器Ｖ１ごとに異なるタイミングで判別結果が送信されることで、パケット衝突の問題を回避することができるし、一斉に送信される場合と比べて一時的な処理の過負荷を防ぐこともできる。さらに、一斉に送信される場合と違い、データ送信に利用される無線のチャンネルを流体制御機器Ｖ１ごとに変える必要がないため、多くのチャンネルを用意する必要がない。流体制御機器Ｖ１と外部端末８の接続手段をBluetooth（登録商標）によって実現する場合には、同時接続台数が限られるため（通常７台）、送信のタイミングを変えることで同時接続台数を超える数の流体制御機器Ｖ１を用いることができる。

　外部端末８は、所謂パーソナルコンピュータやサーバ、データの送受信や処理が可能な可搬型端末等であって、CPU（、CPUが実行するコンピュータプログラム、コンピュータプログラムや所定のデータを記憶するRAM（Random Access Memory）やROM（Read Only Memory）、及びハードディスクドライブなどの外部記憶装置等のハードウェア資源によって構成される。
　この外部端末８は、流体制御機器Ｖ１の閉空間Ｓ２への流体の漏出の判別結果を受信するための通信処理部を有している。外部端末８が流体制御機器Ｖ１から受信した情報は適宜、流体制御機器Ｖ１の管理者あるいは監視者等が利用する端末からの求めに応じて、当該監視者等が利用する端末に提供される。

　以上の構成からなる流体制御機器Ｖ１により、圧力センサＰによって検出された閉空間Ｓ２内の圧力と所定の閾値との比較に基づき、閉空間Ｓ２への流体の漏出等に起因した流体制御機器Ｖ１の異常を検知することができる。
　また、流体制御機器Ｖ１の異常に関する情報が外部端末８に集約されるため、流体制御機器Ｖ１の監視者等は、流体制御機器Ｖ１の動作状況を負担なく監視することができる。
　さらに、流体制御機器Ｖ１は、閉空間Ｓ２内の圧力を検出した上、所定の閾値と検出値とを比較することによって異常を検知するため、閉空間Ｓ２内が負圧となる異常を来した場合でも、これを検知することができる。

　なお、このような機能構成は一例であって、判別処理部７１を外部端末８に備えさせ、圧力センサＰによる検出値など、流体制御機器Ｖ１の動作情報を外部端末８に送信するものとしてもよく、各種の機構構成が可能である。

　次に、本発明の第二の実施形態に係る流体制御機器について説明する。
　図７及び図８に示されるように、本実施形態に係る流体制御機器Ｖ２は、ボンネット２４に弾性体９を収容する収容部２４ｂを備えたものである。
　なお、本実施形態に係る流体制御機器Ｖ２の説明においては、上述した第一の実施形態に係る流体制御機器Ｖ１の変形例として流体制御機器Ｖ２に言及することとし、同一の機能や構成を有する部材に対しては流体制御機器Ｖ１と同一の符号を付して説明を省略することとする。

　本実施形態におけるボンネット２４には、閉空間Ｓ２側に向かって開口し、開口部より弾性体９を収容する略凹状の収容部２４ｂが設けられている。特に本実施形態においては、収容部２４ｂはボンネット２４の仕切部２４１に設けられた貫挿孔２４１ａの一部をなしており、貫挿孔２４１ａの他の部分よりも拡径し、ダイヤフラム押え２３の基体部２３１の径よりも大きな径を有している。

　なお、上述した第一の実施形態と同様、本実施形態においても、ダイヤフラム押え２３の拡径部２３２が流体制御機器Ｖ１の開閉に伴って上下動するピストン４３の上死点を規定するものとするのが好適である。

●弾性体９
　弾性体９は上述した弾性体６と同様、外力に応じて弾性的に膨縮する部材であって、外面が非多孔質材料でコーティングされた多孔質の軟性樹脂等からなる。また、本例においても略リング状に構成され、中央にはダイヤフラム押え２３の基体部２３１が貫挿される貫挿孔９ａが設けられている。

　一方、本例における弾性体９は、自然状態において収容部２４ｂに収容されるシール部９１と、収容部２４ｂからはみ出し、ダイヤフラム押え２３の拡径部２３２とボンネット２４の仕切部２４１の間で弾性的に膨縮する膨縮部９２とからなる。

　シール部９１は、収容部２４ｂの形状に即した略リング状からなる。このシール部９１は、収容部２４ｂに収容された状態でダイヤフラム押え２３とボンネット２４の間をシールして閉空間Ｓ２の気密性を確保しており、上述した第一の実施形態に係る流体制御機器Ｖ１を構成するＯリングＯ２の機能を果たしている。
　これにより本例では、第一の実施形態に係る流体制御機器Ｖ１が有したＯリングＯ２を設けなくてもよい。ただし、このことはＯリングＯ２を別途、設けることを妨げるものではなく、第一の実施形態と同様にＯリングＯ２を設けてもよい。

　膨縮部９２は、シール部９１と同様に略リング状からなるが、収容部２４ｂ及びシール部９１の径に比して大きな径からなる。この膨縮部９２は、貫挿孔９ａ内にダイヤフラム押え２３の基体部２３１を貫挿させた状態で、ダイヤフラム押え２３の拡径部２３２とボンネット２４の仕切部２４１の間に介在し、ダイヤフラム押え２３の上下動に伴って弾性的に膨縮する。即ち、流体制御機器Ｖ２の開弁時、ダイヤフラム押え２３がダイヤフラム２２から離反すると、ダイヤフラム押え２３の拡径部２３２とボンネット２４の仕切部２４１の間で挟圧されて圧縮される。一方、流体制御機器Ｖ２の閉弁時、ダイヤフラム押え２３がダイヤフラム２２に当接し、ダイヤフラム押え２３の拡径部２３２とボンネット２４の仕切部２４１が離間すると、挟圧状態から解放されて膨らみ、圧縮前の自然状態に戻る。

　なお、本実施形態において、弾性体９は略リング状に構成され、貫挿孔９ａにダイヤフラム押え２３を貫挿させられるようになっているが、これに関わらず、膨縮部９２が収容部２４ｂからはみ出し、ダイヤフラム押え２３の拡径部２３２からの押圧力に応じて弾性的に膨縮する限り、他の形状からなるものとしてもよい。例えば、外形が矩形状であってもよいし、複数の弾性部材の集合体として構成されていていてもよい。また、膨縮部９２が収容部２４ｂやシール部９１と同じ径からなり、シール部９１と膨縮部９２の外周面が面一となるように構成してもよい。

　また、このような収容部２４ｂ、及びシール部９１と膨縮部９２から弾性体９の構成は、膨縮部９２の一部又は全体が収容部２４ｂに収容される構成を除外するものではない。従って、流体制御機器Ｖ２の開弁時、ダイヤフラム押え２３からの押圧力によって弾性体９の膨縮部９２の一部又は全部が弾性的に変形し、収容部２４ｂに収容されるようになっていてもよい。
　また、上述した第一の実施形態に係る流体制御機器Ｖ１が備えたＯリングＯ２を備えるものとすれば、シール部９１を設けることなく、弾性体９を膨縮部９２のみからなるものとすることもできる。この場合、流体制御機器Ｖ２の開弁時、ダイヤフラム押え２３からの押圧力によって、弾性体９の一部又は全部が収容部２４ｂに収容される。

　また、弾性体９は収容部２４ｂに収容されるが、閉弁時の自然状態において、閉空間Ｓ２とは反対の側（収容部２４ｂの奥）に空隙を形成して収容部２４ｂに収容されるようにしてもよい。これにより、開弁時には弾性体９が当該空隙を埋めながら収容部２４ｂに収容される一方、閉弁時には弾性体９が閉空間Ｓに大きくせり出し、閉空間Ｓ２の体積を小さくすることができる。

　本実施形態に係る流体制御機器Ｖ２によれば、ダイヤフラム押え２３とボンネット２４の間をシールしつつ、弾性体９の分だけ閉空間Ｓ２に占める気体の容積を減じることができる。

　１　　バルブボディ
　２　　ボンネット部
　　２１　　シート
　　２２　　ダイヤフラム
　　２３　　ダイヤフラム押え
　　　２３１　　基体部
　　　２３２　　拡径部
　　２４　　ボンネット
　　　２４ａ　　凹部
　　　２４ｂ　　収容部
　　　２４１　　仕切部
　　　２４１ａ　貫挿孔
　　２５　　ボンネットウォール
　３　　カバー部
　４　　アクチュエータ部
　５１　　フレキシブルケーブル
　５２　　回路基板
　５３　　コネクタ
　６　　弾性体
　　６ａ　　貫挿孔
　７　　処理モジュール
　８　　外部端末
　９　　弾性体
　　９ａ　　貫挿孔
　　９１　　シール部
　　９２　　膨縮部
　Ｍ１　　磁石
　Ｍ２　　磁性体
　Ｏ１、Ｏ２　　Ｏリング
　Ｐ　　圧力センサ
　Ｓ１　　駆動圧導入室
　Ｓ２　　閉空間
　Ｖ１、Ｖ２　　流体制御機器

Claims

　流路と隔離された閉空間内の圧力を検知する流体制御機器であって、
　前記流路が形成されたバルブボディと、
　前記流路における流体の流通を許容又は遮断すると共に、前記閉空間を前記流路から隔離する隔離部材と、
　前記バルブボディ上に配設されて前記隔離部材との間に前記閉空間を形成すると共に、前記閉空間に連通し、ダイヤフラム押えが上下動可能に貫挿される貫挿孔が設けられたボンネットと、
　前記貫挿孔内を上下動して前記隔離部材を押圧すると共に、前記貫挿孔から抜出不能とする拡径部が設けられた前記ダイヤフラム押えと、
　前記閉空間内の圧力を検出する圧力センサと、
　前記閉空間内において、前記ダイヤフラム押えの拡径部と前記ボンネットの間に介在し、前記ダイヤフラム押えの上下動に伴って前記ダイヤフラム押えの拡径部と前記ボンネットの間で弾性的に膨縮する弾性体と、を有する、
　流体制御機器。
　前記ボンネットには、前記閉空間側に開口し、前記弾性体を収容する収容部が設けられており、
　前記弾性体は、前記ダイヤフラム押えの上下動に伴って膨縮すると共に、圧縮時には弾性変形して前記収容部に収容される、
　請求項１記載の流体制御機器。
　前記収容部は、前記貫挿孔のうち、前記閉空間の近傍において拡径した部分として構成され、
　前記弾性体は、前記貫挿孔の内周面と前記ダイヤフラム押えの間をシールする、
　請求項２記載の流体制御機器。
　前記弾性体は、自然状態において、前記閉空間とは反対の側に空隙を形成して前記収容部に収容されている、
　請求項２又は３記載の流体制御機器。
　前記閉空間内で上下動する前記ダイヤフラム押えの拡径部の位置が、前記ダイヤフラム押えに連動するピストンの上死点を規定する、
　請求項１乃至４いずれかの項に記載の流体制御機器。
　前記閉空間の近傍において、前記貫挿孔の内周面と前記ダイヤフラム押えの間をシールするシール部材、をさらに有する、
　請求項１乃至５いずれかの項に記載の流体制御機器。