JP2000194423A - 流量制御システム - Google Patents

流量制御システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイヤフラム方式により流量の制御を適切に
行う。 【解決手段】 ダイヤフラム１７を有する制御弁１を駆
動するアクチエータとして、ベローズ３を利用した空圧
アクチエーターを使用する。空圧アクチエータは、常温
環境に設置された電磁弁３１、３２により細い金属の細
管２４を通して遠隔操作によりＮ2 を注入及び流出させ
ることで駆動力を制御する。ダイヤフラム１７を有する
制御弁１の制御状態は、制御流量を検出する流量センサ
２によりモニターされ、常に適正値になるよう駆動用の
電磁弁３１、３２にフィードバックされる。駆動用のＮ
2 は、空圧アクチエータ近傍の高温下で熱交換器５によ
り加熱され、制御流体を冷却しないよう工夫されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体製造プロセ
スのガス供給等に用いられる流量制御システムに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造プロセスにおいて材料となる
液体ソース、固体ソースを高温で気化させ安定して供給
する流量制御システムに対する需要が高まっている。
【０００３】従来、この種の流量制御用の制御弁には、
高温対応の電磁弁が使用されていた。しかしながら、高
温対応の電磁弁といえども、そのコイルには耐熱温度の
制限があり、使用可能な上限温度は２００℃程度であっ
た。また、使用されるソース材料には化学的に活性なも
のが多く、ダイヤフラム方式の制御弁が切望されてい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイヤ
フラム方式では１０ｋｇ／ｃｍ2 以上の強い力がアクチ
エターに必要になるため、電磁弁では充分な力を得るこ
とができず、電磁弁を用いてダイヤフラム方式を採用す
るのではその実現が困難であった。
【０００５】本発明は従来の流量制御に関する上記のよ
うな事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ダイヤ
フラム方式により流量の制御を適切に行うことのできる
流量制御システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る流量制御シ
ステムは、流体が流れるオリフィスの開度制御をダイヤ
フラムを介して行う制御弁と、この制御弁により流され
る流体の実流量を検出する流量センサと、前記ダイヤフ
ラムを駆動する圧力駆動のバルブアクチュエータと、こ
のバルブアクチュエータを入力される指示流量信号と前
記流量センサにより検出された実流量信号とに基づき制
御する制御部とを具備する。これにより、圧力駆動によ
りダイヤフラムを動かし、流体が流れるオリフィスの開
度制御を行い、必要な流量制御を行うことができる。
【０００７】本発明に係る流量制御システムは、更に、
バルブアクチュエータに圧力を導入する配管と、この配
管の一部に設けられる熱交換器とを具備する。これによ
り、熱交換によりバルブアクチュエータ近傍の温度とさ
れた空圧や液体圧によりダイヤフラムを動かすことがで
き、制御対象の流体への熱的影響を抑制する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して本発明に
係る流量制御システムを説明する。各図において同一の
構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略
する。図１には本発明に係る流量制御システムの構成図
が示され、図２にはその要部拡大図が示されている。こ
のシステムは、流体の流量を制御する制御弁１と、流量
センサ２と、ベローズ３を有するバルブアクチュエータ
と、制御部４とを備える。
【０００９】制御弁１は、直方体状のベース部Ｂに、入
側フィッティング部１１と出側フィッティング部１２と
が設けられ、制御対象のガスが入側フィッティング部１
１に接続される管から導入され、出側フィッティング部
１２に接続される管へ送出される。ベース部Ｂには、ガ
スの導入用の横穴１３と送出用の横穴１４が形成され、
それぞれの横穴１３、１４の終端から縦穴１５、１６が
穿設されている。
【００１０】ベース部Ｂの縦穴１５、１６の形成面側に
は、ダイヤフラム１７を備えるフランジ１８が載置さ
れ、フランジ１８にはフレーム１９により円筒状のシリ
ンダ２０が立設されている。シリンダ２０及びフランジ
１８はフレームのネジ穴に螺合されるネジによりベース
部Ｂに固定される。フランジ１８とベース部Ｂとの間は
Ｏリング２９によりシールされている。
【００１１】フランジ１８は円盤のベース部Ｂ側に大き
めの有底穴が形成され、この有底穴の中央部にダイヤフ
ラム１７を張設するための透孔が穿設されたもので、上
記有底穴により弁室２５が形成される。弁室２５には、
ダイヤフラム１７に対向する面に凸部を有し、他方の面
に板バネ２６がセットされる浅底の凹部が形成されてい
る弁体２７が設けられている。上記浅底の凹部の中央部
には、位置決用の軸２８が挿入される穴部が形成されて
いる。軸２８は図３にベース部Ｂ表面にて切断した断面
図を示すように、円柱状の棒体の側部を２方向から切削
した形状であり、ベース部Ｂの縦穴１５の断部まで挿入
され、上記切削された部分と縦穴１５との間隙を流体が
流れるように構成されている。
【００１２】シリンダ２０の蓋２１中央部には管２２が
接続され、例えば、Ｎ2 等のガスが導入されるようにな
っている。シリンダ２０の内部には、ベローズ３が設け
られ、フランジ１８側は可動板２３により蓋をされてい
る。Ｎ2 等のガスは、細管２４に対して電磁弁３１を介
してガス供給源から圧力をかけられて導入される。ま
た、Ｎ2 等のガスは、細管２４の分岐管２４Ａにより電
磁弁３２を介してリークされる。
【００１３】細管２４と管２２との間には、熱交換器５
が連結されている。破線Ａは雰囲気の境界を示し、破線
Ａより制御弁１側が高温雰囲気であり、破線Ａより制御
部４側が常温雰囲気である。従って、駆動用のＮ2 等の
ガスは、熱交換器５が高温雰囲気にあることにより熱交
換により加熱され、ベローズ３内に導入されるので、弁
室２５を通過する制御対象のガスが可動板２３やダイヤ
フラム１７を介して冷却されることはない。
【００１４】制御部４には、流量センサ４により検出さ
れた制御対象の流体の実流量信号と、操作パネル６から
入力された設定流量信号とが与えられる。制御部４は、
流量センサ２からの制御対象の流体の実流量信号と操作
パネル６からの設定流量信号に基づき電磁弁３１、３２
を制御する。電磁弁３２は、固定オリフィスであり、Ｎ
2 等のガスをリークさせる場合に開かれる。
【００１５】以上のように構成された流量制御システム
では、当初、電磁弁３１が開かれ、電磁弁３２が閉じら
れたであり、ベローズ３の可動板２３がダイヤフラム１
７を介して弁体２７を押圧し、制御対象のガスは流れて
いない。次に、操作パネル６からの設定流量信号が与え
られると、電磁弁３１が閉じられると共に電磁弁３２が
開かれベローズ３内の圧力が低下され、弁体２７が板バ
ネ２６により押し上げられ、制御対象のガスが制御弁１
を流れるようになる。制御部４は流量センサ２から送ら
れる実流量信号が設定流量と同一となるまでこの状態を
保持し、実流量信号が設定流量と同一となると電磁弁３
２を閉じる。実流量が設定流量より大きくなると、制御
部４は電磁弁３１のオリフィスを僅かに開き、ベローズ
３の可動板２３がダイヤフラム１７を介して弁体２７を
押圧し、制御対象のガスの流れを抑制する。上記の電磁
弁３２は固定オリフィスであり、開放により常に所定量
のガスをリークさせ、高応答性を確保し、電磁弁３１の
オリフィスの変化により常に設定流量と同一の流体流量
が得られるように制御がなされる。ここで、ベローズ３
は、その底面積に比例して充分な力を加えることがで
き、また、電磁弁などに比べて高温度にも対応可能であ
る利点を持つ。
【００１６】図４には、第２の実施の形態に係る流量制
御システムが示されている。このシステムでは、細管２
４にポンプ７が結合され、ポンプ７から細管２４、熱交
換器５管２２及びベローズ３に到るまで液体（高温雰囲
気で用いる場合には、高温対応のオイル等）が満たされ
ており、ポンプ７における液体の圧縮制御が制御部４Ａ
により行われる。
【００１７】例えば、当初は制御弁１が閉じられるよう
に、制御部４がポンプ７により圧力を加えて液体の制御
を行っており、操作パネル６から設定流量信号が与えら
れると、ポンプ７の圧力を減少させてゆき、流量センサ
２から与えられる実流量信号と操作パネル６から設定流
量信号が一致するようにポンプ７の圧力制御を行うので
ある。
【００１８】この実施の形態によれば、バルブアクチュ
エータの圧力駆動を液体により行うので、空圧による圧
力駆動に比べて応答が早く正確である。ただし、高温雰
囲気に制御弁１を設置する場合には、高温により気泡を
発生せぬ液体を選択するものとする。
【００１９】以上２つの実施の形態では、熱交換器５を
用いたが、システムによっては必須のものではない。ま
た、制御弁１の形態はノーマリーオープン及びノーマリ
ークローズのいずれのタイプも採用可能である。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明の流量制御シ
ステムによれば、圧力駆動によりダイヤフラムを動か
し、流体が流れるオリフィスの開度制御を行うので、充
分な力によりダイヤフラムを動かし必要な流量制御を行
うことができる。
【００２１】また、本発明の流量制御システムによれ
ば、更に、バルブアクチュエータに圧力を導入する配管
と、この配管の一部に設けられる熱交換器とを具備し、
この熱交換器と制御弁とが同一の温度雰囲気に置かれて
いるので、熱交換によりバルブアクチュエータ近傍の温
度とされた空圧や液体圧によりダイヤフラムを動かすこ
とができ、制御対象の流体への熱的影響を抑制する効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流量制御シス
テムの構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る流量制御シス
テムの要部断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る流量制御シス
テムの要部断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る流量制御シス
テムの構成図。
【符号の説明】
１ 制御弁 ２ 流量センサ ３ ベローズ ４、４Ａ 制御部 ５ 熱交換器 ６ 操作パネル ７ ポンプ １７ ダイヤフラ
ム

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体が流れるオリフィスの開度制御をダ
    イヤフラムを介して行う制御弁と、 この制御弁により流される流体の実流量を検出する流量
    センサと、 前記ダイヤフラムを駆動する圧力駆動のバルブアクチュ
    エータと、 このバルブアクチュエータを入力される設定流量信号と
    前記流量センサにより検出された実流量信号とに基づき
    制御する制御部とを具備する流量制御システム。
  2. 【請求項２】 請求項１において、更に、バルブアクチ
    ュエータに圧力を導入する配管と、 この配管の一部に設けられる熱交換器とを具備し、 この熱交換器と制御弁とが同一の温度雰囲気に置かれる
    ことを特徴とするる流量制御システム。
  3. 【請求項３】 請求項１において、更に、圧力の導入を
    行う第１制御弁と、 減圧を行う第２の制御弁とを有し、 上記第１及び第２の制御弁が制御部により開閉されるこ
    とを特徴とする流量制御システム。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて、 圧力駆動を空圧により行うことを特徴とする流量制御シ
    ステム。
  5. 【請求項５】 請求項１において、 圧力駆動を液体圧により行うことを特徴とする流量制御
    システム。
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