JP2002257609A - マスフローコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型軽量、流体の流路がシンプルで、流体滞
留部を備えない高性能なマスフローコントローラを安価
に実現する。 【解決手段】 円筒状の導管１の一端に流体のフランジ
１１を設け、他端に流体のフランジ１２を設けると共
に、前記フランジ１１側に熱式質量流量計２を設け、前
記フランジ１２側にソレノイドバルブ３を設けたマスフ
ローコントローラであって、前記導管１内のフランジ１
１側に層流素子を配し、前記導管１内のフランジ１２側
にソレノイドバルブのプランジャ３０と、前記プランジ
ャ３０の移動により開度が調整される弁部４と配置し、
前記導管１内を一方向に流体を流すようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は例えば、半導体製
造工程において用いられるマスフローコントローラに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置に用いられるプロセスガ
ス及び液体材料等の流体を制御するマスフローコントロ
ーラは、フィルタや開閉バルブと共に流体供給系を構成
するものである。流体供給系では、脱ガスの低減等の高
性能化や、半導体製造装置のコストダウンのために、よ
り小型軽量のものが求められている。

【０００３】従来、小型化の手段としては、流体供給系
の各構成部品の接続方法を従来の配管継ぎ手による接続
方式から、各構成部品のベース部分を共通の接続方法に
て取り付けるフランジによる方法が採用されつつある。
しかしながら、この方式による接続を行った場合の問題
は、小型化を図ることができても、流体制御系の部品実
装密度が上がる一方で、その重量に変化が殆どなく、取
付フランジを多用するために流体供給系が金属の塊と化
して、全体とすると返って重量が増加する場合もあっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】また従来の配管継ぎ手
を用いる場合であっても、マスフローコントローラのベ
ース部分が金属の切削加工品であるため、重量が重い上
に大量生産が困難であり、コストダウン上の問題点とな
っていた。

【０００５】本発明は上記のようなマスフローコントロ
ーラにおける従来の問題点を解決せんとしてなされたも
ので、その目的は小型軽量であって、しかも、流体の流
路がシンプルであり、コンタミネーションを生じやすい
流体滞留部を備えない高性能なマスフローコントローラ
を安価に実現することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のマスフ
ローコントローラは、円筒状の導管の一端に流体の第１
のフランジを設け、他端に流体の第２のフランジを設け
ると共に、前記第１または第２のフランジのいずれか一
方側に熱式質量流量計を設け、前記第１または第２のフ
ランジの他方側にソレノイドバルブを設けたマスフロー
コントローラであって、前記導管内の第１または第２の
フランジのいずれか一方側に層流素子を配し、前記導管
内の他方側にソレノイドバルブのプランジャと、前記プ
ランジャの移動により開度が調整される弁部とを配置
し、前記導管内を一方向に流体を流すようにしたことを
特徴とする。

【０００７】請求項２に記載のマスフローコントローラ
は、流体の質量流量を流量センサで検出し、前記流量の
値が所要値となるよう制御バルブを駆動して、所望の質
量流量に制御するマスフローコントローラにおいて、制
御バルブがソレノイドで駆動されるソレノイドバルブで
あって、バルブ部の流体通路を導管の円筒軸方向とし、
前記バルブ部のプランジャを流体導管内に設け、該プラ
ンジャの表面を流体が円筒軸方向に流れるとともに該プ
ランジャを前記導管の軸方向にソレノイドで駆動させる
制御バルブを用い、前記プランジャは、表面に前記導管
の軸に平行な溝が設けられ、該溝が流路を構成し、当該
プランジャを流れる流体の乱流の発生を防止し、安定し
たプランジャの動作を可能としたことを特徴とする。

【０００８】請求項３に記載のマスフローコントローラ
は、請求項１０に記載のマスフローコントローラにおい
て、コンタミネーションの発生を防ぐために、前記プラ
ンジャとして高耐食性の磁性合金を用いたこと特徴とす
る。

【０００９】請求項４に記載のマスフローコントローラ
は、請求項１０に記載のマスフローコントローラにおい
て、前記プランジャの一部に球状の弁頭を設け、オリフ
ィスをすり鉢状にし、前記プランジャの側面を流体が流
れても、前記プランジャの軸がずれにくく、常に安定し
た閉動作を可能としたことを特徴とする。

【００１０】請求項５に記載のマスフローコントローラ
は、請求項１０に記載のマスフローコントローラにおい
て、ヨークの一部を分離可能とし、プランジャとヨーク
の間の間隙及び、弁頭の初期位置を微妙に調整可能とし
たことを特徴とする。

【００１１】請求項６に記載のマスフローコントローラ
は、請求項１０に記載のマスフローコントローラにおい
て、流量センサには熱式の質量流量センサを用い、プラ
ンジャの一端側から前記熱式流量センサへの流体導入流
路を設けると共に、前記プランジャの片側に前記熱式流
量センサからの流体導出流路を設けたことを特徴とす
る。

【００１２】請求項７に記載のマスフローコントローラ
は、請求項１０に記載のマスフローコントローラにおい
て、プランジャの片側に球状の弁頭を設け、すり鉢状の
弁座と弁頭をソレノイドの内側で対向する構成とし、ソ
レノイドが非通電時に開動作となることを特徴とする。

【００１３】請求項８に記載のマスフローコントローラ
は、請求項１０に記載のマスフローコントローラにおい
て、ドーナツ状の永久磁石を導管の外部に設け、プラン
ジャをソレノイド非通電時の軸方向の初期位置を保持さ
せると共に前記ドーナツ状の永久磁石の導管上の位置を
任意に調整可能としたことを特徴とする。

【００１４】請求項９に記載のマスフローコントローラ
は、請求項１０に記載のマスフローコントローラにおい
て、流量検出センサに、バルブプランジャと直線的に連
結されたバイパスで構成される熱式の質量流量センサを
用いることにより、導管中の流体の流れを直線的にした
ことを特徴とする。

【００１５】請求項１０に記載のマスフローコントロー
ラは、請求項１０に記載のマスフローコントローラにお
いて、流量検出センサに圧力計を用いる圧力検出方式の
センサを用いることを特徴とする。

【００１６】請求項１１に記載のマスフローコントロー
ラは、請求項１０に記載のマスフローコントローラにお
いて、流量検出センサに圧力計を用いた圧力検出方式の
センサを用い、圧力検出用の導圧路をバルブプランジャ
の流体導入側に設けたことを特徴とする。

【００１７】請求項１２に記載のマスフローコントロー
ラは、流体の質量流量を流量センサで検出し、前記質量
流量の値が所要値となるよう制御バルブを駆動して制御
するマスフローコントローラにおいて、制御バルブがソ
レノイドで駆動されるソレノイドバルブであって、前記
バルブの流体通路を導管の円筒軸方向とし、プランジャ
を流体導管内に設け、該プランジャの表面において流体
が円筒軸方向に流れるとともに該プランジャを導管軸方
向にソレノイドで駆動させた制御バルブを用い、前記プ
ランジャには高耐食性の磁性合金を用い、前記プランジ
ャの一部に球状の弁頭を設け、オリフィスをすり鉢状に
し、プランジャの側面を流体が流れても、プランジャの
軸がずれにくく、常に安定した閉動作を可能としたこと
を特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に係るマスフローコントローラを説明する。各図におい
て同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明
を省略する。第１の実施の形態に係るマスフローコント
ローラは、図１に側断面図を、図２に平面図を、図３に
底面図を示すように構成されている。

【００１９】つまり、円筒状の導管１の一端に流体の導
入部であるフランジ１１を設け、他端に流体の導出部で
あるフランジ１２を設けると共に、導入部であるフラン
ジ１１側に熱式質量流量計２を設け、導出部であるフラ
ンジ１２側にソレノイドバルブ３を設けている。

【００２０】導管１内の導入部であるフランジ１１側に
層流素子であるバイパス芯１０を配し、導管１内の導出
部であるフランジ１２側にソレノイドバルブ３のプラン
ジャ３０と、プランジャ３０の移動により開度が調整さ
れる弁部４と配置し、導管１内を一方向に流体が流れる
ように構成されている。

【００２１】導入部であるフランジ１１は直方体状のブ
ロックからなる取付フランジであり、その一面に円形の
窪み１３が形成され、この窪み１３の中央から流体が流
れる穴１４が穿設されている。穴１４は導入部であるフ
ランジ１１の中央にて直角（図１では、右方向）方向に
向きを変えられて形成されている。導入部であるフラン
ジ１１の上面から底面まで貫いて、ボルトが貫通される
穴１５が２つ設けられ、導入部であるフランジ１１を流
体供給系の他の部品に結合可能とされている。

【００２２】導出部であるフランジ１２は直方体状のブ
ロックからなる取付フランジであり、その一面に円形の
窪み１６が形成され、この窪み１６の中央から流体が流
れる穴１７が穿設されている。穴１７は導出部であるフ
ランジ１２の中央にて直角（図１では、左方向）方向に
向きを変えられて径が細くされて形成され、図４（ｃ）
に正面方向からの図が示されるように、出口が略すり鉢
状に切削されて弁座１８が形成されている。導出部であ
るフランジ１２の上面から底面まで貫いて、ボルトが貫
通される穴１９が２つ設けられ、導入部であるフランジ
１２を流体供給系の他の部品に結合可能とされている。

【００２３】導管１内のバイパス芯１０とプランジャ３
０の間には、磁性体のヨーク２０が設けられている。ヨ
ーク２０が設けられた部分の導管１の外周には、ソレノ
イド２１が設けられている。

【００２４】プランジャ３０が位置する導管１の外周部
には、ドーナツ状の永久磁石２２が同心に設けられてい
る。永久磁石２２の内径は導管１の外径よりも数ｍｍ程
度大きく形成され、両サイドを円板状の磁性体からなる
リング２３、２４により挟持されている。リング２３、
２４内径は導管１の外径に等しい。

【００２５】プランジャ３０の大径部は磁性体であり、
図７に示すように先端側は小径のドラム状をなした非磁
性体であり、内部にディスク状の永久磁石２５を有す
る。この永久磁石２５とドーナツ状の永久磁石２２との
間の磁力によりプランジャ３０が軸心のセンタを移動す
るように保持される。プランジャ３０は最先端に円筒状
の支持部を備え、この支持部内に球状の弁頭２６を挟持
している。また、プランジャ３０の大径部の側壁には、
軸方向に数条の溝２７が形成されており、流体が導管１
の内壁と溝２７の間を流れるようにされ、流体の流量が
多いときにも流体の動圧により振動して不安定とならぬ
ようにされている。

【００２６】ソレノイド２１はボビン状であり、図６に
示すように、筒状であって一端側に壁部分から中央部へ
延びたストッパ部２８を有するソレノイドケース２９に
収容され、ドーナツ板状のケース蓋３１により蓋がなさ
れ固定される。

【００２７】導管１の導入部であるフランジ１１側であ
ってバイパス芯１０が設けられる部分の壁面には図４、
図５に示されるように、穴３２、３３が穿設され、図８
に示される板状に構成されたセンサユニット８を装着し
たときにセンサ管８２に接続されるようになされてお
り、センサユニット８はボルト１１３によって導管１の
上面に固定される。この固定のために２本のＵ字状のセ
ンサ固定具６１、６１が導管１の下方から導管１を包
み、センサユニット８を上記ボルト１１３にて取り付け
る構成となっている。

【００２８】次にセンサユニット８について図８、図９
を参照して説明する。センサユニット８は、板状金属片
８０の四隅にボルト１１３を貫通させる穴８１が穿設さ
れており、中央部にセンサ管８２を設ける長穴状の室８
３が形成され、この室８２の両サイドに、室８３と連通
する円筒状の有底空洞８４が形成されている。

【００２９】室８３の手前方向には、センサ管８２に巻
回される発熱抵抗体Ｒ１、Ｒ２が接続されるリード８５
が設けられる凹部８６が形成されている。発熱抵抗体Ｒ
１、Ｒ２が巻回されたセンサ管８２は、図９に示すよう
に側壁から中央部へ向かう穴９１と円端面から中央部へ
向かう穴９２が形成された円柱片９０における穴９１へ
両端において挿入され固定される。有底空洞８４に上記
円柱片９０を挿入してボルト１１３によって図４、図５
に示されるように、センサ固定具６１、６１に固定され
る。穴９２と穴３２、３３が、Ｏリング３４を介して封
止されて連通する。

【００３０】バイパス芯１０は、図４（ａ）端面が示さ
れているように、側壁に数条の溝４１が軸方向に平行に
形成され、この部分を流体が流れる。また、正面部およ
び底面部にはＶ字状の溝が形成され流体がラジアル方向
へ拡散し、またラジアル方向からの流体が中央に集まり
易くしている。また、図４（ｂ）に端面が示されている
ように、ヨーク２０にも数条の溝４２が軸方向に平行に
形成され、この部分を流体が流れる。

【００３１】以上の構成のマスフローコントローラは、
図４に示されるように各部品が揃えられ、導管１内の導
入部であるフランジ１１側所定位置にバイパス芯１０が
圧入固定されて、導出部であるフランジ１２側の所定位
置にヨーク２０が圧入固定され、さらにプランジャ３０
が挿入される。

【００３２】ソレノイドケース２９に収容され、ケース
蓋３１により蓋がなされたソレノイド２１に導管１が挿
入されて固定される。また、リング２３、２４により挟
持された永久磁石２２が導管１の外周に摺動されてネジ
４８により固定される。永久磁石２２は軸方向へ着磁さ
れており、永久磁石２２の一方から出た磁束はリング２
３を通り導管１内のプランジャ３０を通ってリング２４
から他方の極へと戻る。この結果、プランジャ３０は、
導管１の軸方向における永久磁石２２の中央で保持され
る。

【００３３】ソレノイドケース２９の永久磁石２２側
は、ストッパ部２８を有することから、外周部がそのま
まリング２３に延びる構造となっておらず、リング２３
の手前において内周側へ折れてリングの内周部分に磁気
結合する。この構造により、ソレノイド２１が非通電状
態のときに、永久磁石２２の磁束がソレノイド側に漏れ
てプランジャ３０が導入部であるフランジ１１方向へ力
を受けることを防止できている。導入部であるフランジ
１１と導出部であるフランジ１２とは導管１の端部に接
続される。

【００３４】以上の構成により、プランジャ３０はバネ
に依らずに導管１の軸方向における永久磁石２２の中央
で保持され、導出部であるフランジ１２方向へ付勢され
た状態とされ、弁座１８の穴を弁頭２６が塞ぎ流体の流
れを阻止した状態となる。

【００３５】そこで、ソレノイド２１に通電を行うとソ
レノイド２１による磁束はプランジャ３０を導入部であ
るフランジ１１方向へ吸引するように働き、所定量の流
体を流すことができる。なお、本願発明のマスフローコ
ントローラの機能ブロックとしては、特願２０００−３
７０７１３号に記載のものを用いることができ、質量流
量センサの回路構成としては、特願２０００−３５６７
２６号などに記載のものを用いることができる。

【００３６】以上の通り、上記実施の形態では、センサ
およびバルブを円筒状の導管１に設けたことにより、小
型軽量化が可能となった。また、金属ブロックを切削し
て構成する流体ベースを用いないので、安価なマスフロ
ーコントローラを実現できる。また、流体通路を導管１
の円筒軸方向としたことにより、コンタミネーションの
原因となる滞留部を備えないマスフローコントローラが
可能となる。

【００３７】更に、導管１の外部に設けたドーナツ状の
永久磁石２２により、ソレノイド２１の非通電時に、プ
ランジャ３０を軸方向の初期位置に保持させているの
で、プランジャの運動方向の動作保持用のメインスプリ
ングを無くして長寿命化を図り、従来のソレノイドバル
ブで常に問題点となっていた寿命問題を解決することが
可能となる。

【００３８】また、ドーナツ状の永久磁石２２の導管１
上の位置をネジ４８にて調整可能とし、プランジャ３０
の初期位置において弁頭２６が弁座１８を押圧する力を
導管１の外から容易に調整することが可能となり、バル
ブ部の製作が容易となる。また、流体通路をプランジャ
３０と導管１の間で、プランジャ３０の表面に軸方向に
溝が形成されており、流体の流量が多いときでも、流体
の動圧の影響でプランジャ３０が不安定となることを防
止できる。

【００３９】図１０に、第２の実施の形態に係るマスフ
ローコントローラを示す。このマスフローコントローラ
は、図１０（ａ）に示す側断面図に示すようにプランジ
ャ３０Ａの内部に永久磁石が設けられない。その代わり
に、ヨーク２０とプランジャ３０Ａの間にスプリング５
１を介装し、弁座１８とプランジャ３０Ａの間にスプリ
ング５２（平面図は図１０（ｂ））を介装する。これら
のスプリング５１、５２は、プランジャ３０Ａを軸心の
センタに位置付ける。係る構成によっても、永久磁石２
５によりプランジャ３０を軸心のセンタに位置付けた第
１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００４０】図１１に、第３の実施の形態に係るマスフ
ローコントローラを示す。このマスフローコントローラ
は、第１の実施の形態に係るマスフローコントローラに
おいて、導管１の端部に設けていた直方体状のブロック
状の導入部であるフランジ１１と導出部であるフランジ
１２に代えて配管継ぎ手６０、６２を設けたものであ
る。配管継ぎ手６２のプランジャ３０側の内部に、導出
部であるフランジ１２におけるプランジャ３０側の内部
と同様の弁座１８Ａが形成されており、第１の実施の形
態と同様にプランジャ３０の初期位置において弁頭２６
が弁座１８を押圧する。

【００４１】図１２に、第４の実施の形態に係るマスフ
ローコントローラの要部構成を示す。このマスフローコ
ントローラは、プランジャ３０とヨーク２０とを軸６３
により接続する。或いは、プランジャ３０Ｂを導入部で
あるフランジ１１方向に延長し、導管１中のヨーク２０
を兼ねるように構成する。プランジャ３０Ｂの導入部で
あるフランジ１１側端部の位置がコイルケース２９の導
入部であるフランジ１１側の近くとするように長さを調
整することにより、ソレノイド２１の通電時に、プラン
ジャ３０Ｂを弁座１８から離れる方向に移動させること
ができる。この場合、プランジャ３０Ｂがソレノイド２
１の内部にあるから、プランジャ３０Ｂの吸引力は第１
の実施の形態の場合よりも小さくなるが、プランジャ３
０Ｂの移動距離を多くする場合の構成に適する。

【００４２】図１３に第５の実施の形態に係るマスフロ
ーコントローラの側断面図を示し、図１４にその組立断
面図を示す。このマスフローコントローラでは、筒状の
ソレノイドケース２９における穴部に、ヨーク２０Ａと
薄肉管状のバルブ導管１００を溶接して一体化した部材
を、ネジ１０１により螺合し上記バルブ導管１００内部
に弁体であるプランジャ１０２を配置した構成を有す
る。この実施の形態におけるプランジャ１０２を含め、
以降の実施の形態に用いられるプランジャには磁石が内
包されていない。

【００４３】ヨーク２０Ａには、一端面の中心から軸方
向に他端面に透通せずに流路１０３が穿設され、流路１
０３の底部においてラジアル方向へ非透通の流路１０４
が形成されている。プランジャ１０２の側部には軸方向
へ向けて流路となる数条の溝１０５が形成されている。
また、プランジャ１０２の背面部（ヨーク２０Ａ側）に
は、すり鉢状に湾曲した渦巻スプリング１０６が貼着さ
れており、ヨーク２０Ａの一面に渦巻スプリング１０６
が当接してプランジャ１０２を、流体が流入するフラン
ジ１２側へ付勢している。このため、プランジャ１０２
の先端に設けられた球状の弁頭１０７をすり鉢状に形成
された弁座１８が当接して、ノーマリークローズ形のマ
スフローコントローラが実現されている。

【００４４】また、この実施の形態における導管１Ａ
は、基本的に既に述べた導管１と基本的に同一の構造で
あるが、一端側にフランジ１０８が形成され、複数のネ
ジ１０９によりソレノイドケース２９と結合される。上
記フランジ１０８の端面にはＯリング１０９Ａが設けら
れ、ヨーク２０Ａとの間をシールしている。

【００４５】その他の構成は、第１の実施の形態と変わ
らない。つまり、コンタミネーションの発生を防ぐため
に、プランジャ１０２には高耐食性の磁性合金を用いて
いる。プランジャ１０２の一部に球状の弁頭１０７を設
け、オリフィスをすり鉢状にしたことにより、プランジ
ャ１０２の側壁を流体が流れても、プランジャ１０２の
軸がずれにくく、常に安定した閉動作を可能としてい
る。そして、ソレノイド２１に通電されると、ソレノイ
ド２１による磁束は、ソレノイドケース２９の片側から
バルブ導管１００を介してプランジャ１０２を通り、プ
ランジャ１０２とヨーク１０１の間隙を通過してヨーク
１０２からソレノイドケース２９の片側に戻る。このと
き、プランジャ１０２は、渦巻スプリング１０６に抗し
て、ヨーク１０１側へ吸引される。ソレノイド２１の通
電電流の大きさに応じて、プランジャ１０２はヨーク１
０１側に吸引され、弁頭１０７とオリフィスとの距離が
変わるので、任意の流量を流すことができる制御弁とし
て作用する。

【００４６】次に上記第５の実施の形態において、ヨー
ク２０Ａを２個のパーツである調整用ヨーク１１０Ａと
固定用ヨーク１１０Ｂに分離可能に構成されたものを用
いた構成例を図１５、図１６に示す。調整用ヨーク１１
０Ａは、その側面図を図１６（ａ）に示し、正面図を図
１６（ｂ）に示し、その平面図を図１６（ｃ）に示して
あり、固定用ヨーク１１０Ｂにおいてはその断面図を図
１６（ｄ）に示してある。この構成においては、プラン
ジャ１０２に対向する側の調節ヨーク１１０Ａを流体流
出側の固定ヨーク１１０Ｂにバネ１１３を介してネジ１
１１Ａ、１１１Ｂで螺合させて固定する。そして、流路
１０３を介して流出側からドライバを挿入し、調節ヨー
ク１１０Ａの切欠部１１２へ合わせ回転することによ
り、調整用ヨーク１１０Ａと固定用ヨーク１１０Ｂの間
隔を変化させて、プランジャ１０２の初期位置の調整を
可能にしたものである。この調整は、バルブ導管１００
の溶接後でも可能であるため、所要の流量制御範囲が正
確に得られると共に、プランジャ１０２の初期位置が制
御範囲に大きく影響する小流量用途バルブを構成すると
きに極めて有用である。つまり、ヨークを調整用ヨーク
１１０Ａと固定用ヨーク１１０Ｂに分離可能とし、プラ
ンジャ１０２と一体化されたヨーク２０Ａとの間の間隙
及び、弁頭１０７の初期位置を微妙に調整可能としたも
のである。

【００４７】図１７に第６の実施の形態の断面図を示
し、図１８にその要部を示す。図１８（ａ）はプランジ
ャ１２０の側断面図、図１８（ｂ）はその正面図、図１
８（ｃ）はヨーク２０Ｂの正面図、図１８（ｄ）はその
側断面図である。この第６の実施の形態に係るマスフロ
ーコントローラは、ノーマリーオープン型の構成を有す
るもので、フランジ１０８から流体が流出するフランジ
１１までの構成は第５の実施の形態のものと変わらな
い。

【００４８】このマスフローコントローラにおいては、
筒状のソレノイドケース２９における穴部に設けられた
ヨーク２０Ｂの一端側にすり鉢状の弁座（オリフィス）
１２１が形成されており、この弁座１２１に対応する部
分に弁頭１２２を備えるプランジャ１２０が上記のソレ
ノイドケース２９における穴部に設けられている。ヨー
ク２０Ｂの弁座１２１は凹部に設けられ、この凹部から
軸方向へ流体の流路１２１Ａが貫通して形成されてい
る。

【００４９】流体が流入するフランジ１２Ａは、基本的
に流体が流出するフランジ１１と同一の構成となってい
る。プランジャ１２０の底部には、プランジャ１２０の
軸を中心に位置付けるスプリング１２４が貼着されてい
る。また、プランジャ１２０のヨーク２０Ｂ側の正面に
は、中央部に弁頭１２２を回避する穴を有する卍状のス
プリング１２３が貼着されており、ヨーク２０Ｂの隔壁
部に当接してプランジャ１２０をフランジ１２Ａ側へ付
勢して、ソレノイド２１に通電しない状態においてオリ
フィスが開状態とされる。プランジャ１２０の側壁には
流体の流路となる数条の溝１２５が形成されている。

【００５０】ソレノイド２１が通電されると、プランジ
ャ１２０は、弁頭１２２の近傍に設けられたスプリング
１２３に抗してヨーク２０Ｂ側に引き寄せられ、オリフ
ィスを閉じるよう動作する。オリフィスの開度は、ソレ
ノイド２１への通電電流により任意に制御できるので、
通常開の制御バルブとして動作する。つまり、プランジ
ャ１２０の片側に球状の弁頭１２２を設け、すり鉢状の
弁座１２１と弁頭１２２をソレノイド２１の内側で対向
する構成とし、ソレノイド２１が非通電時に開動作とな
ることを特徴とする。

【００５１】半導体用製造用装置に使用できるソレノイ
ド方式の通常開のバルブは、一般に、ステムロッドを用
い動作を反転させているため、構造が複雑で、かつ流路
に大きなデッドスペースができる欠点があり、通常閉の
バルブに比べあまり使用されていないが、本例によりこ
れらの欠点が解消される。

【００５２】図１９に第７の実施の形態の断面図を示
す。この構成例は、流体の流入する側のフランジ１２か
らソレノイドケース２９までの構成は、第５の実施の形
態と同様の構成を有し、フランジ１０８から流体が流出
するフランジ１１までの構成が異なっている。つまり、
流体がフランジ１１へ流れ込む入口部には、流体を所要
量ずつ流出させるノズル１２７が設けられており、導管
１の側壁部には、半導体ゲージ方式の圧力計１２６が設
置されている。

【００５３】上記圧力計１２６としては、例えばピエゾ
抵抗型半導体圧力センサ（勿論、薄膜型半導体式や容量
型半導体式や機械式の圧力センサを用いることもでき
る。）を適用することができる。このセンサは、ダイヤ
フラムの中央に２つのゲージ抵抗ｒ２、ｒ４を設け、ダ
イヤフラムの周囲端にゲージ抵抗ｒ１を設け、ゲージ抵
抗ｒ２、ｒ４を介してゲージ抵抗ｒ１と対象な位置にゲ
ージ抵抗ｒ３を設けたものであり、ダイヤフラムが圧力
を受けて撓むと各ゲージ抵抗ｒ１〜ｒ４は撓み量に応じ
た応力を受けて抵抗を変化させる。ゲージ抵抗ｒ１〜ｒ
４にてホイートストンブリッジを形成シ、電圧や電流を
加えて上記圧力に応じた電気信号を取り出すものであ
る。この方式では、検出精度が２次側圧力の影響を受け
たものとなるが、２次側が高真空となる用途に用いる場
合には、実用上十分な精度をもって質量流量の検出が可
能である。この構成によれば、流体の滞留部（デッドス
ペース）を更に小型化したマスフローコントローラを構
成することが可能である。

【００５４】図２０には、第８の実施の形態に係るマス
フローコントローラの断面図が示されている。この実施
の形態においは、図１に示した第１の実施の形態と基本
的に同一の構成であるが、第１の実施の形態におけるプ
ランジャ３０に変えて、図１３に第５の実施の形態に係
るマスフローコントローラに用いたプランジャ１０２を
用いている。

【００５５】そして、第１の実施の形態と同様にドーナ
ツ状の永久磁石２２が設けられ、この永久磁石２２の位
置をネジ２２Ａにて適宜変更することにより、プランジ
ャ１０２の初期位置を導管１の外部から調整可能となっ
ている。ソレノイド２１の非通電のときには、プランジ
ャ１０２の弁頭がオリフィスに圧接するようにドーナツ
状の永久磁石２２の位置が調整されて、導管１上で固定
される。流体を流す場合には、ソレノイド２１に通電し
て、任意の位置までプランジャ１０２をオリフィスと反
対方向に移動させる。このように導管外部に設けたドー
ナツ状の永久磁石２２により、ソレノイド２１の非通電
時にプランジャ１０２を軸方向の所定初期位置に保持さ
せると共にドーナツ状の永久磁石２２の導管上の位置を
ネジ２２Ａにて任意に調整可能としたことを特徴とす
る。

【００５６】図２１には、第９の実施の形態に係るマス
フローコントローラの断面図が示されている。この実施
の形態においは、図１１に示した実施の形態と基本的に
同一の構成であるが、図１１の実施の形態におけるプラ
ンジャ３０に変えて、図１３に第５の実施の形態に係る
マスフローコントローラに用いたプランジャ１０２を用
いている。この実施の形態においても導管外部に設けた
ドーナツ状の永久磁石２２により、ソレノイド２１の非
通電時にプランジャ１０２を軸方向の所定初期位置に保
持させると共にドーナツ状の永久磁石２２の導管上の位
置をネジ２２Ａにて任意に調整可能としたことを特徴と
する。

【００５７】ソレノイド２１の非通電のときには、プラ
ンジャ１０２の弁頭がオリフィスに圧接するようにドー
ナツ状の永久磁石２２の位置が調整されて、導管１上で
固定される。流体を流す場合には、ソレノイド２１に通
電して、任意の位置までプランジャ１０２をオリフィス
と反対方向に移動させる。この実施の形態の構成により
導管中の流体の流れを直線的にしたことを特徴とする。

【００５８】図２２には、図１３に示した第５の実施の
形態に係るマスフローコントローラにおいて、流体の流
れを逆方向に（フランジ１１側からフランジ１２側へ流
すように）した場合の側断面図が示されている。この例
においては、マスフローコントローラの構成自体は全く
第５の実施の形態に係るマスフローコントローラと変わ
らないものである。

【００５９】図２３には、第１０の実施の形態に係るマ
スフローコントローラの側断面図が示されている。一端
に流体の導入部であるフランジ２１１を備え、他端に流
体の導出部であるフランジ２１２を備えている。フラン
ジ２１１とフランジ２１２との間は、筒状の導管２０１
と流路ブロック２０２により結合されている。

【００６０】フランジ２１１は直方体状のブロックから
なる取付フランジであり、その一面に円形の窪み２１３
が形成され、この窪み２１３の中央から流体が流れる穴
２１４が穿設されている。穴２１４は導入部であるフラ
ンジ２１１の中央にて直角（図２３では、右方向）方向
に向きを変えられて形成されている。フランジ２１１は
図示せぬボルト等により流体供給系の他の部品に結合可
能とされている。穴２１４が折れ曲がった部分の先に
は、出口が略すり鉢状に切削された弁座２１８が埋設さ
れている。

【００６１】導出部であるフランジ２１２は直方体状の
ブロックからなる取付フランジであり、その一面に円形
の窪み２１６が形成され、この窪み２１６の中央から流
体が流れる穴２１７が穿設されている。穴２１７は導出
部であるフランジ２１２の中央にて直角（図２３では、
左方向）方向に向きを変えられて径が太くされて形成さ
れており、また、フランジ２１２は流体供給系の他の部
品に結合可能とされている。

【００６２】フランジ２１１の導管２０１側には弁部２
０４が位置する部屋を構成する穴部が形成されている。
弁部２０４は、円筒状のプランジャ１３０の先端側に小
円柱を有し、その最先端に円筒状の支持部を備えたもの
であり、この支持部内に球状の弁頭２２６を挟持してい
る。また、プランジャ１３０の大径部の側壁には、軸方
向に数条の溝２２７が形成されており、流体が円筒状の
導管２０１における内壁と溝２２７の間を流れるように
され、流体の流量が多いときにも流体の動圧により振動
して不安定とならぬようにされている。

【００６３】プランジャ１３０の背面部（流路ユニット
２０２側）には、すり鉢状に湾曲した渦巻スプリング２
０６が貼着されており、流路ユニット２０２の一面に渦
巻スプリング２０６が当接してプランジャ２３０を、流
体が流入するフランジ２１２側へ付勢している。このた
め、プランジャ２３０の先端に設けられた球状の弁頭２
０７をすり鉢状に形成された弁座２１８が当接して、ノ
ーマリークローズ形のマスフローコントローラが実現さ
れている。

【００６４】流路ブロック２０２は円筒状の形状を有し
軸方向には、フランジ２１２の図２３における横穴と同
径で始まり、途中から小径となる穴部２１９が形成され
ており、この穴部は終端部分においてラジアル方向へ穿
設された穴部２１５と連通している。流路ブロック２０
２の外径は先端部（プランジャ２３０側）において小径
となり、導管２０１との間に間隙が生じるようになされ
ている。従って、溝２２７を介して流れた流体は、上記
間隙から穴部２１５を介して穴部２１９へ到りフランジ
２１２の穴２１７から排出される。

【００６５】導管２０１と流路ブロック２０２の外周に
は、ソレノイド２２１を内包した円筒状のソレノイドケ
ース２２９が設けられ、ネジ２２８により流路ブロック
２０２へ固着される。フランジ２１１のプランジャ２３
０側には、穴２１４とは反対方向（図２３では上方向）
に向かって小孔２２２が形成されており、フランジ２１
２の流路ブロック２０２側には、穴２１７とは反対方向
（図２３では上方向）に向かって小孔２２３が形成され
ている。

【００６６】上記小孔２２２、２２３は、図９にて説明
した円柱片９０、９０にて蓋をされた状態とされ、円柱
片９０、９０の間を結ぶセンサ管８２に連通する。セン
サ管８２には発熱抵抗体Ｒ１、Ｒ２が巻回され、発熱抵
抗体Ｒ１、Ｒ２からリードが外に配線されている。円柱
片９０、９０やセンサ管８２は板状金属片８０にセット
された状態で、板状金属片８０がフランジ２１１、２１
２に固定される。

【００６７】係る構成のマスフローコントローラでは、
センサ部分がソレノイドケース２２９の外周部に取り付
けられた状態とされ、流体はプランジャ２３０の一端部
分においてセンサ管８２へ向かい、プランジャ２３０の
他端部分においてプランジャ２３０を通過した流体と合
流するように流れ、適切な流量計測が保証され、しかも
長手方向の長さを短くできる利点がある。

【００６８】図２４には第１１の実施の形態に係るマス
フローコントローラの側断面図が示されている。この実
施の形態は基本的に第１０の実施の形態に係るマスフロ
ーコントローラと同一の構成であるが、フランジ２１１
Ａに穿設された小孔２２２の先端部に圧力センサユニッ
ト３００との連結部２５０を備えている。また、フラン
ジ２１２には小孔２２３は形成されていない。

【００６９】この構成により、流体はプランジャ２３０
の一端部分において小孔２２２へ向かい圧力センサユニ
ット３００にて適切な流量計測が保証され、しかも長手
方向の長さを短くできる利点がある。なお、圧力センサ
ユニット３００に採用される圧力センサ３１０は、図１
９に示した第７の実施の形態にて説明したピエゾ抵抗型
半導体圧力センサとする。勿論、薄膜型半導体式や容量
型半導体式や機械式の圧力センサを用いることもでき
る。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、円
筒状の導管の一端に流体の導入部を設け、他端に流体の
導出部を設けると共に、前記導入部側に熱式質量流量計
を設け、前記導出部側にソレノイドバルブを設け、前記
導管内の導入部側に層流素子を配し、前記導管内の導出
部側にソレノイドバルブのプランジャと、前記プランジ
ャの移動により開度が調整される弁部と配置し、前記導
管内を一方向に流体を流すようにしたので、流体が導管
内に滞留することなく流れ、また、導管内を利用してい
るため、構成を小型化できる。

【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マスフローコ
ントローラの側断面図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係るマスフローコ
ントローラの平面図。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係るマスフローコ
ントローラの底面図。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係るマスフローコ
ントローラの組立断面図。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係るマスフローコ
ントローラにおける要部の組立断面図。

【図６】本発明の第１の実施の形態に係るマスフローコ
ントローラにおける要部の組立断面図。

【図７】本発明の第１の実施の形態に係るマスフローコ
ントローラにおける要部の組立断面図。

【図８】本発明に係るマスフローコントローラのセンサ
ユニットの構成例を示す図であり、（ｂ）が平面図、
（ａ）が（ｂ）の１−１断面図。

【図９】本発明に係るマスフローコントローラのセンサ
ユニットの要部構成例を示す斜視図。

【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るマスフロー
コントローラの側断面図。

【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るマスフロー
コントローラの側断面図。

【図１２】本発明の第４の実施の形態に係るマスフロー
コントローラにおける要部の側断面図。

【図１３】第５の実施の形態に係るマスフローコントロ
ーラの側断面図。

【図１４】第５の実施の形態に係るマスフローコントロ
ーラの組立断面図

【図１５】第５の実施の形態に係るマスフローコントロ
ーラの変形例の側断面図。

【図１６】第５の実施の形態に係るマスフローコントロ
ーラの変形例の要部構成図。

【図１７】第６の実施の形態に係るマスフローコントロ
ーラの側断面図。

【図１８】第６の実施の形態に係るマスフローコントロ
ーラの要部構成図。

【図１９】第７の実施の形態に係るマスフローコントロ
ーラの側断面図。

【図２０】第８の実施の形態に係るマスフローコントロ
ーラの側断面図。

【図２１】第９の実施の形態に係るマスフローコントロ
ーラの側断面図。

【図２２】第５の実施の形態に係るマスフローコントロ
ーラにおいて、流体の流れを逆方向にした場合の側断面
図。

【図２３】第１０の実施の形態に係るマスフローコント
ローラの側断面図。

【図２４】第１１の実施の形態に係るマスフローコント
ローラの側断面図。

【符号の説明】

１ 導管 ２ 熱式質量流量計 ３ ソレノイドバルブ ４ 弁部 １０ バイパス芯 １１ フランジ １２ フランジ ２０ ヨーク ２１ ソレノイド ２２ 永久磁石 ２３、２４ リング ２５ 永久磁石 ２６ 弁頭 ３０ プランジャ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の導管の一端に流体の第１のフラ
   ンジを設け、他端に流体の第２のフランジを設けると共
   に、前記第１または第２のフランジのいずれか一方側に
   熱式質量流量計を設け、前記第１または第２のフランジ
   の他方側にソレノイドバルブを設けたマスフローコント
   ローラであって、 前記導管内の第１または第２のフランジのいずれか一方
   側に層流素子を配し、前記導管内の他方側にソレノイド
   バルブのプランジャと、前記プランジャの移動により開
   度が調整される弁部とを配置し、前記導管内を一方向に
   流体を流すようにしたことを特徴とするマスフローコン
   トローラ。
2. 【請求項２】 流体の質量流量を流量センサで検出し、
   前記流量の値が所要値となるよう制御バルブを駆動し
   て、所望の質量流量に制御するマスフローコントローラ
   において、制御バルブがソレノイドで駆動されるソレノ
   イドバルブであって、 バルブ部の流体通路を導管の円筒軸方向とし、前記バル
   ブ部のプランジャを流体導管内に設け、該プランジャの
   表面を流体が円筒軸方向に流れるとともに該プランジャ
   を前記導管の軸方向にソレノイドで駆動させる制御バル
   ブを用い、 前記プランジャは、表面に前記導管の軸に平行な溝が設
   けられ、該溝が流路を構成し、当該プランジャを流れる
   流体の乱流の発生を防止し、安定したプランジャの動作
   を可能としたことを特徴とするマスフローコントロー
   ラ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のマスフローコントロー
   ラにおいて、 コンタミネーションの発生を防ぐために、前記プランジ
   ャとして高耐食性の磁性合金を用いたこと特徴とするマ
   スフローコントローラ。
4. 【請求項４】 請求項２に記載のマスフローコントロー
   ラにおいて、 前記プランジャの一部に球状の弁頭を設け、オリフィス
   をすり鉢状にし、前記プランジャの側面を流体が流れて
   も、前記プランジャの軸がずれにくく、常に安定した閉
   動作を可能としたことを特徴とするマスフローコントロ
   ーラ。
5. 【請求項５】 請求項２に記載のマスフローコントロー
   ラにおいて、 ヨークの一部を分離可能とし、プランジャとヨークの間
   の間隙及び、弁頭の初期位置を微妙に調整可能としたこ
   とを特徴とするマスフローコントローラ。
6. 【請求項６】 請求項２に記載のマスフローコントロー
   ラにおいて、 流量センサには熱式の質量流量センサを用い、プランジ
   ャの一端側から前記熱式流量センサへの流体導入流路を
   設けると共に、前記プランジャの片側に前記熱式流量セ
   ンサからの流体導出流路を設けたことを特徴とするマス
   フローコントローラ。
7. 【請求項７】 請求項２に記載のマスフローコントロー
   ラにおいて、 プランジャの片側に球状の弁頭を設け、すり鉢状の弁座
   と弁頭をソレノイドの内側で対向する構成とし、ソレノ
   イドが非通電時に開動作となることを特徴とするマスフ
   ローコントローラ。
8. 【請求項８】 請求項２に記載のマスフローコントロー
   ラにおいて、 ドーナツ状の永久磁石を導管の外部に設け、プランジャ
   をソレノイド非通電時の軸方向の初期位置を保持させる
   と共に前記ドーナツ状の永久磁石の導管上の位置を任意
   に調整可能としたことを特徴とするマスフローコントロ
   ーラ。
9. 【請求項９】 請求項２に記載のマスフローコントロー
   ラにおいて、 流量検出センサに、バルブプランジャと直線的に連結さ
   れたバイパスで構成される熱式の質量流量センサを用い
   ることにより、導管中の流体の流れを直線的にしたこと
   を特徴とするマスフローコントローラ。
10. 【請求項１０】 請求項２に記載のマスフローコントロ
    ーラにおいて、 流量検出センサに圧力計を用いる圧力検出方式のセンサ
    を用いることを特徴とするマスフローコントローラ。
11. 【請求項１１】 請求項２に記載のマスフローコントロ
    ーラにおいて、 流量検出センサに圧力計を用いた圧力検出方式のセンサ
    を用い、圧力検出用の導圧路をバルブプランジャの流体
    導入側に設けたことを特徴とするマスフローコントロー
    ラ。
12. 【請求項１２】 流体の質量流量を流量センサで検出
    し、前記質量流量の値が所要値となるよう制御バルブを
    駆動して制御するマスフローコントローラにおいて、 制御バルブがソレノイドで駆動されるソレノイドバルブ
    であって、 前記バルブの流体通路を導管の円筒軸方向とし、プラン
    ジャを流体導管内に設け、該プランジャの表面において
    流体が円筒軸方向に流れるとともに該プランジャを導管
    軸方向にソレノイドで駆動させた制御バルブを用い、 前記プランジャには高耐食性の磁性合金を用い、 前記プランジャの一部に球状の弁頭を設け、オリフィス
    をすり鉢状にし、プランジャの側面を流体が流れても、
    プランジャの軸がずれにくく、常に安定した閉動作を可
    能としたことを特徴とするマスフローコントローラ。