CN104321710A - 可变流孔型压力控制式流量控制器 - Google Patents

可变流孔型压力控制式流量控制器 Download PDF

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Abstract

可变流孔型压力控制式流量控制器具备压力控制部和可变流孔部，使流通于可变流孔部的流孔的流体的流量为QP1=KP1(但是，P1是流孔上游侧压力，K是常数)而运算，并且，使前述流孔为由直接碰触型金属隔膜阀的阀座与隔膜之间的环状的间隙构成的流孔，通过向前述压力控制部的流量运算控制部的设定流量信号(QS)和向可变流孔部的流孔开度运算控制部的流孔开度设定信号(Qz)的变更而进行流量控制范围的切换以及该流量控制范围中的流量控制，其中，由流孔开度运算控制部、通过来自流孔开度运算控制部的流孔控制信号而驱动的步进电动机、通过步进电动机而转动的偏芯凸轮、通过偏芯凸轮而经由隔膜压件来控制阀开度的直接碰触型金属隔膜阀构成前述可变流孔部。

Description

可变流孔型压力控制式流量控制器
技术领域
本发明涉及半导体制造装置等所使用的可变流孔型压力控制式流量控制器的改良，涉及如下的可变流孔型压力控制式流量控制器：通过对可变流孔的驱动机构等加以改良，从而能够谋求流量控制范围的切换和流量控制时的流量下降时间的大幅缩短，并且能够遍及广范围的流量区域而进行控制流量的多段切换，由此，能够以更少的机械种类应对广流量区域的流量控制。
背景技术
一直以来，在压力控制式流量控制器中，一般使用固定流孔，使用适应于最大控制流量的流孔孔径的流孔，由此进行一定的流量区域的流量控制。
可是，在固定流孔的情况下，有必要与最大控制流量相对应地配备不同的流孔孔径的流孔，必然有必要预先准备流量范围不同的多种压力控制式流量控制器，在制造成本的降低或制品管理等方面，产生各种问题。
另一方面，为了避免上述固定流孔型压力控制式流量控制器中的各问题，本申请发明者等先前开发了图12和图13所示的可变流孔型压力控制式流量控制装置，作为日本专利第3586075号而公开。
即，该压力控制式流量控制器27由压力控制部A和可变流孔部B构成，另外，压力控制部A由压力控制阀22、控制阀驱动部23、压力检测器24以及运算控制装置27a等构成。
而且，前述可变流孔部B由形成可变流孔的直接碰触型金属隔膜阀25和流孔驱动部26等构成，如图13所示，通过脉冲电动机34而经由圆头螺钉机构39来使导向滑块38和隔膜压件36下降行程L，由此，相当于流孔的隔膜33与阀座32b之间的环状的流体通路(间隙)调整并固定为设定值。
此外，当然，前述流孔驱动部26的工作行程L与流通于流体通路(间隙)的流量Q处于大致直线状的比例关系。
在该压力控制式流量控制器27的工作时，首先，将流量设定信号QS和流孔开度设定信号Qz向控制装置27a和流孔驱动部26的控制部26a输入。接着，如果向气体入口28a供给既定压力P1的气体，则将由压力检测器24检测的相当于上游侧压力P1的压力检测信号QP1向控制装置27a输入，在控制装置27a内运算流量Q=KP1。
另外，从控制装置27a输出相当于与前述流量设定信号QS之差的控制阀控制信号Qy，将压力控制阀22沿前述QS与Q之差减少的方向开闭控制。
而且，在使可变流孔25的口径变化而变更控制流量的范围的情况下，变更流孔开度信号Qz的设定。由此，流孔控制信号Qo改变，结果，流孔驱动部26的工作行程L变化，流孔口径φ改变。
此外，在图12和图13中，29是热式流量计，30是真空室，31是真空泵，40是联轴器，41是轴承，42是轴部，35/37是弹簧，32b是阀座，32是本体，32a是气体入口通路，32e是气体出口通路。
在上述图12和图13所示的压力控制式流量控制器27中，为如下的构成：作为可变流孔，使用直接碰触型的金属隔膜阀，变更隔膜的工作行程L，从而进行控制流量范围的切换。因此，流孔的构造简化，并且根本不存在滑动部，也几乎不产生灰尘等。另外，流体流路内的死区大幅地减少，并且，在流体流路内不存在产生气体吞入的间隙，气体的置换性大幅地提高。而且，能够通过改变隔膜的工作行程L而简单且正确地变更流孔孔径(即流量范围的变更)，与变换现有的固定流孔的情况相比较，起到控制性大幅地提高等优异的实用效果。
可是，即使在上述图12和图13的可变流孔型压力控制式流量控制器中，也仍然残留许多应该解决的问题。其中，近年来尤其成为问题的点是流量控制范围的切换时间的缩短，要求可变流孔25本身的切换设定所需要的时间的缩短、以及所设定的可变流孔的使用中的下降时间的大幅缩短。
即，可变流孔25(隔膜阀)，通过调整流孔驱动部26的工作行程L而调整隔膜33与阀座32b之间的间隙，从而设定为适合于控制流量的开口面积，但由于流孔驱动部26以圆头螺钉机构39作为主体，因而前述可变流孔25的间隙调整(流孔开口面积设定)需要相当的时间(约1~3秒钟)，不可迅速地进行流量控制范围的切换。
另外，可变流孔25的设定(间隙调整)完成后的流量控制通过压力控制阀22对压力P1的调整而进行，但在例如使用10SCCM的流孔来使控制流量从设定流量100%(10SCCM)向20%(2SCCM)降低的情况下，如图14所示，需要约6秒的下降时间。此外，该图14以将孔径18μm的固定流孔用作10SCCM用流孔且将压力控制阀22与流孔之间的流体通路容积设为0.2cc的情况下的从100%设定流量(10SCCM)向20%设定流量(2SCCM)的下降时间的实测值为基础。
该图14中的下降时间t=6秒，是对流孔孔径φ=18μm的固定流孔的情况进行实际测定而得到的，但该下降时间t主要起因于存在于流孔上游侧的流体通路容积0.2cc内的气体而产生，了解到，通过使压力控制阀22与流孔之间的流体通路容积减少，另外，通过流孔孔径变大，从而能够缩短该下降时间t。
专利文献1：日本专利第3586075号
专利文献2：日本专利第3522535号。
发明内容
发明要解决的问题
本申请发明要解决使用现有的可变流孔的压力控制式流量控制装置中的如上前述的问题，即，(a)可变流孔本身的流孔孔径(金属隔膜阀的开口通路间隙)的调整花费时间、和(b)由于根据可变流孔进行的流量控制的下降时间变长等而导致根据使用可变流孔的流量控制范围的切换进行的流量控制的即时响应性低且未谋求半导体制造过程的处理效率的提高这样的问题，欲提供如下的可变流孔型压力控制式流量控制装置：可瞬间地进行可变流孔本身的流孔口径的设定，并且，使压力控制阀与可变流孔之间的流体通路内的气体首先通过经扩径的大孔径的可变流孔而向外部流出，随后将可变流孔的孔径大致瞬间地再调整为既定的设定流量的孔径，由此，能够使从100%设定流量向20%设定流量的下降时间缩短为大致1秒。
用于解决问题的方案
权利要求1的发明为一种可变流孔型压力控制式流量控制器，其特征在于，具备压力控制部和可变流孔部，使流通于可变流孔部的流孔的流体的流量为QP1=KP1(但是，P1是流孔上游侧压力，K是常数)而运算，并且，使前述流孔为由直接碰触型金属隔膜阀的阀座与隔膜之间的环状的间隙构成的流孔，通过向前述压力控制部的流量运算控制部的设定流量信号QS和向可变流孔部的流孔开度运算控制部的流孔开度设定信号Qz的变更而进行流量控制范围的切换以及该流量控制范围中的流量控制，在该可变流孔型压力控制式流量控制器中，由流孔开度运算控制部、通过来自流孔开度运算控制部的流孔控制信号而驱动的步进电动机、通过步进电动机而转动的偏芯凸轮以及通过偏芯凸轮而经由隔膜压件来控制阀开度的直接碰触型金属隔膜阀构成前述可变流孔部。
权利要求2的发明，在权利要求1的发明中，由从轴心偏芯既定距离并纵向固定电动机轴的旋转轴体、固定于旋转轴体的外周面的第1轴承以及固定于第1轴承的外周面的凸缘状的凸轮板形成可变流孔部的偏芯凸轮，通过旋转轴体的转动而使凸轮板在非旋转状态下向左右方向移动前述既定距离。
权利要求3的发明，在权利要求1的发明中，由具有贯穿设置于流量控制器本体的侧面的平面状的底面的凹部、具有形成于凹部的底面的期望的通路孔径的阀座、以与阀座对置状配设的倒血型的隔膜、以与隔膜对置状配设且使其外方端部抵接于凸轮板的外周面的隔膜压件以及向凹部内旋入固定且向左右方向移动自由地保持隔膜压件并按压固定隔膜外周缘的按压金属件构成形成可变流孔部的直接碰触型金属隔膜阀。
权利要求4的发明，在权利要求1的发明中，凸轮板的外周面与隔膜压件的外方端部的抵接部为在偏芯凸轮转动时仅向左右方向位移的构成。
权利要求5的发明，在权利要求1的发明中，为如下的构成：使步进电动机的转动角度为0~200度，在该转动角度范围内，通过偏芯凸轮而使隔膜压件沿左右方向位移一定距离。
权利要求6的发明，在权利要求1的发明中，为如下的构成：在与偏芯凸轮的凸轮板的外周面和隔膜压件的外方端部的抵接部轴对称的位置设有位移传感器，检测凸轮板的转动所导致的前述抵接部的水平方向的位移量，并且，将所检测的流孔开度信号向流孔开度运算控制部输入。
权利要求7的发明，在权利要求1的发明中，使由压力控制部的流量运算控制部和可变流孔部的流孔开度运算控制部构成的控制部为如下的构成：在由于流量控制范围的切换而设定流量信号变化时，在与该设定流量信号的变化同时，将流孔开放信号向流孔开度运算控制部输入，增大可变流孔部的流孔开度，并且，在经过一定时间后，将既定的流孔开度设定信号向流孔开度运算控制部输入，将流孔开度保持为期望的开度。
权利要求8的发明，在权利要求7的发明中，在0.1~0.5秒期间将可变流孔的开度保持为设定流量范围中的开度的1.5倍以上，并且，使流量控制时的从100%设定流量向20%设定流量的下降时间为1秒以内。
权利要求9的发明，在权利要求8的发明中，使形成可变流孔的直接碰触型金属隔膜阀的阀座的流体通路孔径为0.1~0.5mm，并且，使100%设定流量为10SCCM。
权利要求10的发明，在权利要求1的发明中，为在可变流孔部的可变流孔的上游侧通路配置有截流阀的构成。
发明的效果
在本发明中，为如下的构成：由偏芯凸轮8a和步进电动机8b构成可变流孔驱动部8，并且，以步进电动机8b的1次旋转以下的转动，使偏芯凸轮8a的凸轮板8a4以既定量向左右方向位移，并且，不使该凸轮板8a4旋转，通过凸轮板8a4而使可变流孔7的隔膜压件7b向左右方向按压移动，调整可变流孔7的阀座10d5与隔膜7a之间的间隙(即，流孔孔径)。
结果，能够极其迅速地(即，在约0.1~0.5秒以内)且正确地进行偏芯凸轮8a对流孔孔径的调整，可极其迅速地进行流量控制器的控制流量的流量范围(流量范围)的切换。
另外，在本发明中，为如下的构成：由压力控制部1a的流量运算控制部4a和可变流孔部1b的流孔开度运算控制部4b形成控制部4，并且，如果在控制流量范围切换时，向流量运算控制部4a的流量设定信号QS的输入值变化，则由于该流量设定信号QS的变化而使向流孔开度运算控制部4b的流孔开度设定信号Qz成为1.5倍以上且可变流孔7成为设定流量范围的1.5倍以上的开度，在经过一定时间后，将流孔开度控制信号Qz调整为适合于控制流量范围的切换后的流量范围的开度的设定值，由此，进行流量控制。
结果，在控制流量切换时，可变流孔7的上游侧流体通路内的流体顺利且迅速地通过所开孔的流孔孔径而向下游侧排出，即使是可变流孔7的阀座孔径为0.1mm、100%设定流量为10SCCM的小流量区域，也能够使该流量在1秒以内下降至20%流量设定流量(2SCCM)，能够实现大幅的下降时间的缩短。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式所涉及的压力控制式流量控制器的构成的系统图。
图2是第1实施方式所涉及的压力控制式流量控制器的纵截面图。
图3是图2的左侧面图。
图4是图2的俯视图。
图5是图2的仰视图。
图6是图2的部分放大图。
图7是示出凸轮板的转动角度与凸轮板偏位量的关系的特性曲线。
图8是示出凸轮板的转动角度与流量范围(SCCM)的关系的特性曲线。
图9是小流量区域中的流量范围切换时的可变流孔7的动作说明图。
图10是示出在本发明所涉及的小流量用压力控制式流量控制器(最大设定流量240SCCM/可变流孔7的阀座孔径0.1mm φ)中将设定流量切换为10SCCM的情况下的从100%设定流量(100SCCM)向20%设定流量(2SCCM)的流量控制时的下降特性的线图。
图11是本发明的第2实施方式所涉及的压力控制式流量控制器的纵截面图。
图12是现有的可变流孔型压力控制式流量控制器的系统图。
图13是现有的可变流孔部的截面图概要图。
图14是示出使用现有的固定流孔的小流量范围(100%设定流量10SCCM)中的流量控制时的下降特性的系统图。
具体实施方式
以下，基于附图而说明本发明的实施方式。
图1是示出本发明的第1实施方式的系统图，本发明所涉及的压力控制式流量控制器1由压力控制部1a和可变流孔1b构成。另外，前者的压力控制部1a与图12所示的现有的压力控制式流量控制器27的压力控制部A大致相同，由压力控制阀2、压力控制阀驱动部3、流量运算控制部4a、压力检测器5、温度检测器6等形成。
与此相对，可变流孔部1b一方，虽然在使用可变流孔(直接碰触型金属隔膜阀)7这点上与图12所示的现有的压力控制部A类似，但是形成可变流孔部1b的流孔驱动部8和流孔开度运算控制部4b的构造与现有的可变流孔部B显著地不同，如图2和图6所示，由新颖的流孔驱动部8、流孔开度运算控制部4b、位移传感器9等形成。
即，在前述压力控制部1a中，使用由压力检测器5检测的压力检测值P1和由温度检测器6检测的温度检测值T1，以流通于可变流孔7的流体流量QP1作为QP1=KP1而运算，并且，通过设定流量QS与检测流量QP1的差信号(控制信号)Qy而驱动控制阀驱动部3，对压力控制阀2的开度进行控制，使得前述差信号(控制信号)Qy成为零。
另外，在前述可变流孔部1b中，由输入有流孔开度设定信号Qz的流孔开度运算控制部4b、通过流孔控制信号Qo的输入而驱动可变流孔7的可变流孔驱动部8、构成可变流孔7的金属碰触型隔膜阀以及检测可变流孔7的工作量(位移量)的位移传感器9等形成可变流孔部1b，在流孔开度运算控制部4b中，将由位移传感器9检测的可变流孔7的开度检测信号(位移量信号)QL与流孔开度设定信号Qz对比，并且，根据流孔控制信号Qo而经由可变流孔驱动部8来调整形成可变流孔7的金属碰触型隔膜阀的开度(即，流孔孔径)，使得开度检测信号(位移量信号)QL与流孔开度设定信号Qz之差成为零。
此外，前述压力控制部1a的构成及作用和将金属碰触型隔膜阀用作可变流孔部1b的可变流孔7的点通过前述专利文献1和专利文献2等而众所周知，因而省略其详细的说明。
另外，在图1中，28a是气体入口，28b是气体出口。
图2是第1实施方式所涉及的压力控制式流量控制器1的纵截面概要图，图3是其左侧面图，图4是其俯视图，图5是其仰视图。另外，图6是图2中的可变流孔部1b的部分放大图。
在图2至图6中，2a是构成压力控制阀2的隔膜，2b是隔膜压件，2c是盘形弹簧，3a是形成压力控制阀驱动部3的压电元件，4是形成流量运算控制部4a和流孔开度运算控制部4b的控制部，4c是连接口，5是压力检测器，6是温度检测器(省略图示)，7是可变流孔(直接碰触型金属隔膜阀)，8a是构成可变流孔驱动部8的偏芯凸轮，8b是步进电动机，9是位移传感器，10是流量控制器本体，11是热式流量计的层流元件，12是热式流量计(质量流量计)，13是联接固定用螺栓，14是螺栓插入孔，15是外壳，16是密封件。
前述流量控制器本体10通过由联接固定用螺栓13将四棱柱状的第1本体10a、四棱柱状的第2本体10b、四棱柱状的第3本体10c以及四棱柱状的第4本体10d相互一体地联接而形成，在第1本体10a的上表面侧，形成有插入固定有压力控制阀2的各构成部财的凹部10a1、流体通路10a2以及流体通路10a3。
另外，第2本体10b使密封件16夹持而固定于第1本体的背面侧，流体通路10b1与10a2气密地联接。此外，10b2是流体流入口。
而且，第3本体10c在前述第1本体的右侧面介入设置有层流元件11并由联接螺栓13气密地固定，在其上表面侧安装固定有热量式流量计12，另外，在下表面侧安装固定有压力检测器5。此外，10C1、10C2、10C3是流体通路。
前述第4本体10d在第3本体10c的右侧侧面介入设置有密封件16并由联接螺栓(省略图示)气密地固定，在其上表面侧固定有形成后述的可变流孔驱动部8的步进电动机8b，另外，在该第4本体10d的右侧下方，形成有容纳偏芯凸轮8a等凸轮机构的空间部。而且，在第4本体10d的右侧面，设有形成可变流孔7的直接碰触型金属隔膜阀的收纳用凹部10d1。此外，10d2、10d3是流体通路，10d4是流体流出口。
此外，上述流体控制器本体10的组装构造和压力控制阀2、压力控制阀驱动部3、控制部4的流量运算控制部4a、压力检测器5、温度检测器6、形成可变流孔7的直接碰触型金属隔膜阀、可变流孔驱动部8的步进电动机8b、位移传感器9等全都是众所周知的，因而在此省略其详细的说明。
图6是作为本发明的主要部分的可变流孔部1b的机构部分的放大纵截面，该可变流孔部1b由可变流孔7和可变流孔驱动部8形成。
另外，可变流孔7由形成于设在第4本体10d的右侧侧面的凹部10d1的底面的平面状的阀座10d5、与此对置状地配置的金属隔膜7a、按压隔膜的隔膜压件7b、按压金属隔膜7a的外周缘部的垫圈7c以及向凹部10d1内旋入固定且左右运动自由地保持隔膜压件7b并由前端部按压垫圈7c的按压体7d等构成，具有与现有的所谓直接碰触型金属隔膜阀同样的构造。
更具体而言，前述阀座10d5以扁平片状形成，流体通路10d2的前端部的孔径(即，阀座10d5的孔径)选定为0.1~1.0mm，长度选定为1~3mm。
另外，前述隔膜7a选定为外径8mm φ，难以受到流体内压的影响。
而且，阀座片10d5与隔膜7a之间的距离(即，流孔的间隙)，通过选定后述的步进电动机8b与偏芯凸轮8a的角度分配而设定为0.001~0.3mm，由此，进行可变流孔的CV值设定。
前述可变流孔驱动部8由偏芯凸轮8a和步进电动机8b构成，偏芯凸轮8a如图6所示由具有大径部、中径部以及小径部的3段状的外径的柱状的旋转轴体8a1、嵌合于旋转轴体8a1的中径部外周面的第1轴承8a2、嵌合于旋转轴体8a的小径部外周面的第2轴承8a3以及嵌合于前述第1轴承8a2的外周面的凸轮板8a4等形成，由纵向插入固定于从旋转轴体8a1的轴芯偏芯既定量的位置的电动机轴8b1旋转自由地支撑固定旋转轴体8a1。
即，电动机轴8b1转动，由此旋转轴体8a1转动。可是，由于介入设置有第1轴承8a2，因而嵌合于其外轮侧的凸轮板8a4保持为旋转自由的状态，结果，凸轮板8a4的外周面与隔膜压件7b的外端面的抵接部8P保持为不相互接触移动(滑动)的状态。此外，此时，隔膜压件7b通过倒盘形的隔膜7a的弹性力而始终沿凸轮板8a4的方向被按压。
电动机轴8b1与旋转轴体8a1的轴芯偏芯既定量并固定于旋转轴体8a1，在本实施方式中，偏芯距离选定为0.2mm，凸轮板8a4的外径选定为20mm φ。
结果，电动机轴8b1转动，由此，凸轮板8a4的外周面的抵接部8P经由第1轴承8a2而向图6的左右方向移动，例如，如果外周面的抵接部8P向右方向移动，则由于隔膜7a的弹性力，隔膜压件7b追随抵接部8P的移动而向右方向移动，阀开度变大。
在前述步进电动机8b中，使用外径口28mm、旋转转矩0.11N/m、旋转时间200度/0.2秒，在本实施方式中，能够通过偏芯凸轮8a的旋转角度180度而得到400μm的位移，在1/16微步驱动中，进行400μm/1600分割的定位。
另外，由与凸轮板8a4对置状设置的位移传感器9检测凸轮板8a4的位移量QL，将该位移量检测信号QL向流孔开度运算控制部4b输入并进行流孔控制信号Q0向可变流孔驱动部8的反馈控制，由此，进行可变流孔7的开度调整(即抵接部8P的位置调整)。
而且，由于可变流孔7考虑温度导致的CV值特性的变化，因而期望在上述流孔开度调整中施行所谓温度修正。
图7示出图6的实施方式中的凸轮8a4的转动角度和凸轮板8a4的位移量的关系，曲线A示出实施值，曲线B示出计算值。
此外，实际测得凸轮板8a4的外径为20mm且偏芯量为0.2mm，能够确认位移量μm和旋转角度的实测值A接近计算值B。
另外，图8示出图6的实施方式中的凸轮板8a4的旋转角度与流量范围(SCCM)的关系，设定为凸轮板8a4的外径20mm、偏芯量0.2mm、隔膜7a的外径8mm φ、阀座10d5的孔径0.3mm φ、孔长2.5mm。
[表1]
角度 位移μm 面积 口径换算 流量范围 范围比 Cv
0 0 0.0000 0 0 - 0
7.2 0 0.0000 0 0 - 0
14.4 2 0.0019 49 62 35.5 9.97412E-05
21.6 5 0.0047 77 156 14.2 0.000249353
28.8 8 0.0075 98 249 8.9 0.000398965
36 12 0.0113 120 374 5.9 0.000598447
43.2 17 0.0160 143 529 4.2 0.0008478
50.4 22 0.0207 162 685 3.2 0.001097153
57.6 29 0.0273 187 903 2.4 0.001446247
64.8 36 0.0339 208 1121 2.0 0.001795341
72 44 0.0414 230 1370 1.6 0.002194306
79.2 52 0.0490 250 1619 1.4 0.002593271
86.4 62 0.0584 273 1930 1.1 0.003091976
93.6 71 0.0669 292 2210 1.0 0.003540812
表1示出将可变流孔7的阀座10d5的孔径设为0.3mm φ的情况下的凸轮板8a4的旋转角度、凸轮板8a4的位移量μm、间隙的开口面积μm2、间隙开口面积的换算孔径μm、流量范围SCCM、相对于最大流量范围的范围比以及CV值的测定值和/或计算值，流量范围的可变范围成为35:1(MIN62sccm)的范围。
[表2]
角度 位移μm 面积 口径换算 流量范围 范围比 CV
0 0 0.0000 0 0 - 0
7.2 0 0.0000 0 0 - 0
14.4 0.5 0.0002 14 5 46.5 8.31176E-06
21.6 1.25 0.0004 22 13 18.6 2.07794E-05
28.8 2 0.0006 28 21 11.6 3.32471E-05
36 3 0.0009 35 31 7.7 4.98706E-05
43.2 4.25 0.0013 41 44 5.5 0.00007065
50.4 5.5 0.0017 47 57 4.2 9.14294E-05
57.6 7.25 0.0023 54 75 3.2 0.000120521
64.8 9 0.0028 60 93 2.6 0.000149612
72 11 0.0035 66 114 2.1 0.000182859
79.2 13 0.0041 72 135 1.8 0.000216106
86.4 15.5 0.0049 79 161 1.5 0.000257665
93.6 17.75 0.0056 84 184 1.3 0.000295068
100.8 20.25 0.0064 90 210 1.1 0.000336626
108 23.25 0.0073 96 241 1.0 0.000386497
同样地，表2示出将可变流孔7的阀座10d5的孔径设为0.1mm φ的情况下的表1的相同的旋转角度等的各测定值和/或计算值，流量范围可变范围成为48:1(MIN5SCCM)。
此外，在使用固定式的流孔的现有的压力控制式流量控制器中，在现在的F10型(满刻度流量10SCCM)至F10L(满刻度流量10SLM)之间，制造并贩卖约50种流量控制范围分别不同的压力式流量控制器，在各种流孔的制造、管理上，存在各种问题。
与此相对，如果使用本发明所涉及的可变流孔7，则只要准备阀座10d5的开孔径为0.5mm φ、0.3mm φ以及0.1mm φ这三种可变流孔7，就能够覆盖1~10SLM(大流量用，阀座孔径0.5mm φ)、65~2000SCCM(中流量用，阀座孔径0.3mm φ)、10~240SCCM(小流量用，阀座孔径0.1mm φ)的流量范围，能够以使用3种可变流孔7的本发明所涉及的压力控制式流量控制器1覆盖使用现有的固定式流孔的约50种压力控制式流量控制器。
如前所述，步进电动机8b的转动速度为200度/0.2秒，因此，使凸轮板8a4转动80~100度所需要的时间为约0.1秒而极其微小。因此，例如，在实施方式1中，调整可变流孔7的间隙并从100%流量设定(240sccm，可变流孔7的阀座孔径0.1mm)切换为20%流量设定(10sccm)的间隙，能够在0.1秒以下的短时间内完成。
可是，在流体流量在10sccm的流量范围(100%流量)内向2sccm的流量(20%流量)切换的情况下，即，小流量区域中的流量切换时的所需下降时间t大大地影响可变流孔7的上游侧流路(即，压力控制阀2与可变流孔7之间的流体流路)内的气体的排除时间，如图14所示，该上游侧流路内的气体的排除需要6~7秒的时间。
因此，在本实施方式中，如图9所示，如果流量设定信号QS向流量运算控制部4a的输入存在变更(例如，从10SCCM向2SCCM)，那么，首先探测流量设定信号QS的变更(步骤S1)，由此，使流孔开度设定信号Qz成为1.5倍以上，使可变流孔7的开度成为1.5倍以上(步骤S2)。
接着，在一定时间内(例如，在0.1~0.5秒期间)，使流孔开度保持为1.5倍以上的状态(步骤S3)，在此期间，使流孔上游侧通路内的气体通过可变流孔7的间隙和阀座10d5(孔径0.1mm)而向外部排除(步骤S4)。
随后，使流孔开度设定信号Qz返回至100%设定流量(10SCCM)用的设定值(步骤S5)，进行切换为20%设定流量(2SCCM)用的压力控制式流量控制器1导致的流量控制。
此外，在图9中，在步骤S2中使可变流孔7的开度成为1.5倍以上，将可变流孔7一口气开放而将其上游侧通路内的气体排出，但在有可能给可变流孔7的下游侧的设备、装置等或处理过程带来障碍的情况下，当然有必要对可变流孔7的开度变更设置上限(例如，变更前开度的10倍)。
图10示出基于上述图9所示的可变流孔7的动作而将第1实施方式中的可变流孔7设为Max240SCCM(阀座10d5的孔径0.1mm φ)并在流量控制中通过该可变流孔7而以100%设定流量10SCCM将流量切换为20%既定流量2SCCM的情况下的流量的下降特性，了解到，能够以约1秒钟的下降时间t进行从10SCCM向2SCCM的流量的切换。
此外，图9中的流量下降时间t=1秒，包括前述图9中的从步骤S1至步骤S6的时间，但可变流孔7本身的切换(阀座10d5的上表面与隔膜7a的间隙调整)所需要的时间为0.1~0.2秒以内，因此，流量下降时间t的大部分可以说是步骤S4所需要的时间。
图11是本发明的第2实施方式所涉及的可变流孔型压力控制式流量控制器的纵截面图，在第4本体10d的内方上表面侧，设有截流阀17，能够在紧急时将流体通路10d3截断。
在前述截流阀17中，使用与空气工作式的压力控制阀2相同构造的直接碰触金属隔膜阀，在紧急时等，使其工作，将流体通路10d3闭锁而截断气体的供给。
此外，第2实施方式所涉及的可变流孔型压力控制式流量控制器，除了设有上述截流阀17这点以外，其他的构成都与第1实施方式相同，因此省略其详细的说明。
产业上的可利用性
本发明不仅作为半导体制造装置用的气体流量控制器，而且还能够适用于化学品制造装置或食品相关制造装置、各种试验装置等中的流体流量控制器。
符号说明
QS　 设定流量信号
QP1　 运算流量信号
Qy　 控制信号(差信号)
Qz　 流孔开度设定信号
Qo　 流孔控制信号
QL　 流孔开度检测信号
t　 下降时间
1　 可变流孔型压力控制式流量控制器
1a　压力控制部
1b　可变流孔部
2　压力控制阀
2a　隔膜
2b　隔膜压件
3　压力控制阀驱动部
3a　压电元件
4　控制部
4a　流量运算控制部
4b　流孔开度运算控制部
4c　连接口
5　压力检测器
6　温度检测器
7　可变流孔(直接碰触型金属隔膜阀)
7a　隔膜
7b　隔膜压件
7c　垫圈
7d　按压金属件
8　可变流孔驱动部
8a　偏芯凸轮
8a1　旋转轴体
8a2　第1轴承
8a3　第2轴承
8a4　凸轮板
8P　抵接点
8b　步进电动机
8b1　电动机轴
9　位移传感器
10　流量控制器本体
10a　第1本体
10a1　凹部
10a2　流体通路
10a3　流体通路
10b　第2本体
10b1/10b2　流体通路
10c　第3本体
10c1/10c2/10c3　流体通路
10d　第4本体
10d1　凹部
10d2/10d3　流体通路
10d4　流体流出口
10d5　阀座
10d6　螺钉
11　层流元件
12　热量式流量计(质量流量计)
13　联接固定用螺栓
14　螺栓插入孔
15　外壳
16　密封件
17　截流阀
28a　气体入口
28b　气体出口。

Claims (10)

1.一种可变流孔型压力式流量控制器，其特征在于，具备压力控制部和可变流孔部，使流通于可变流孔部的流孔的流体的流量为QP1=KP1(但是，P1是流孔上游侧压力，K是常数)而运算，并且，使所述流孔为由直接碰触型金属隔膜阀的阀座与隔膜之间的环状的间隙构成的流孔，通过向所述压力控制部的流量运算控制部的设定流量信号QS和向可变流孔部的流孔开度运算控制部的流孔开度设定信号Qz的变更而进行流量控制范围的切换以及该流量控制范围中的流量控制，在该可变流孔型压力控制式流量控制器中，由流孔开度运算控制部、通过来自流孔开度运算控制部的流孔控制信号而驱动的步进电动机、通过步进电动机而转动的偏芯凸轮以及通过偏芯凸轮而经由隔膜压件来控制阀开度的直接碰触型金属隔膜阀构成所述可变流孔部。
2.根据权利要求1所述的可变流孔型压力控制式流量控制器，其特征在于，由从轴心偏芯既定距离并纵向固定电动机轴的旋转轴体、固定于旋转轴体的外周面的第1轴承以及固定于第1轴承的外周面的凸缘状的凸轮板形成可变流孔部的偏芯凸轮，通过旋转轴体的转动而使凸轮板在非旋转状态下向左右方向移动所述既定距离。
3.根据权利要求1所述的可变流孔型压力控制式流量控制器，其特征在于，由具有贯穿设置于流量控制器本体的侧面的平面状的底面的凹部、具有形成于凹部的底面的期望的通路孔径的阀座、以与阀座对置状配设的倒血型的隔膜、以与隔膜对置状配设且使其外方端部抵接于凸轮板的外周面的隔膜压件以及向凹部内旋入固定且向左右方向移动自由地保持隔膜压件并按压固定隔膜外周缘的按压金属件构成形成可变流孔部的直接碰触型金属隔膜阀。
4.根据权利要求1所述的可变流孔型压力控制式流量控制器，其特征在于，凸轮板的外周面与隔膜压件的外方端部的抵接部为在偏芯凸轮转动时仅向左右方向位移的构成。
5.根据权利要求1所述的可变流孔型压力控制式流量控制器，其特征在于，为如下的构成：使步进电动机的转动角度为0~200度，在该转动角度范围内，通过偏芯凸轮而使隔膜压件沿左右方向位移一定距离。
6.根据权利要求1所述的可变流孔型压力控制式流量控制器，其特征在于，为如下的构成：在与偏芯凸轮的凸轮板的外周面和隔膜压件的外方端部的抵接部轴对称的位置设有位移传感器，检测凸轮板的转动所导致的所述抵接部的水平方向的位移量，并且，将所检测的流孔开度信号向流孔开度运算控制部输入。
7.根据权利要求1所述的可变流孔型压力控制式流量控制器，其特征在于，使由压力控制部的流量运算控制部和可变流孔部的流孔开度运算控制部构成的控制部为如下的构成：在由于流量控制范围的切换而设定流量信号变化时，在与该设定流量信号的变化同时，将流孔开放信号向流孔开度运算控制部输入，增大可变流孔部的流孔开度，并且，在经过一定时间后，将既定的流孔开度设定信号向流孔开度运算控制部输入，将流孔开度保持为期望的开度。
8.根据权利要求7所述的可变流孔型压力控制式流量控制器，其特征在于，在0.1~0.5秒期间将可变流孔的开度保持为设定流量范围中的开度的1.5倍以上，并且，使流量控制时的从100%设定流量向20%设定流量的下降时间为1秒以内。
9.根据权利要求8所述的可变流孔型压力控制式流量控制器，其特征在于，使形成可变流孔的直接碰触型金属隔膜阀的阀座的流体通路孔径为0.1~0.5mm，并且，使100%设定流量为10SCCM。
10.根据权利要求1所述的可变流孔型压力控制式流量控制器，其特征在于，为在可变流孔部的可变流孔的上游侧通路配置有截流阀的构成。
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