JP2004355045A

JP2004355045A - 流量制御装置

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Publication number: JP2004355045A
Application number: JP2003148266A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Hirako; 雅祥平子; Yoshihiro Matsuoka; 芳宏松岡
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-26
Also published as: JP3977773B2

Abstract

【課題】汎用性の高いマスフローコントローラを提供する。
【解決手段】流量制御弁１０は、支持部材３０やクランプ５５により、流量センサ４０、レギュレータ６０及び流路本体１３が一体的に構成されるとともに、それらが互いに着脱可能となっている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス等の流体の流量制御を行う流量制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、流量制御装置は、電子部品や自動車部品等の製造工場におけるリフロー処理や塗装処理、半導体プロセスで使用される原料ガス（ハロゲン系ガス等）の流量制御等に使用されている。例えば、図８に示すように、半導体プロセスで使用される流量制御装置としてのマスフローコントローラ９０が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
マスフローコントローラ９０は、流路本体９２を備え、同流路本体９２には、ガス（流体）が流入する流入口９３と、ガスを流出する流出口９４とが設けられている。流路本体９２の上部には、流量センサ９５や圧電素子弁９７等が設置され、これら流量センサ９５や圧電素子弁９７は、略箱状に形成されたケース本体９１内に収容されている。流量センサ９５の内部には、流路本体９２内のメイン流路９２ａと連通したバイパス流路９５ａが形成されている。流量センサ９５は、図示しない感熱コイルや抵抗素子等により、バイパス流路９５ａ内のガス流量を測定する。また、圧電素子弁９７の内部には、図示しない積層圧電素子、弁体及び弁座等が備えられており、流量センサ９５からの制御信号に基づいて弁体の開度調整を行う。マスフローコントローラ９０は、流入口９３と流出口９４とがガス配管９８に取付けられることで、ガスの流量制御を行なうようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２８１７５９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のマスフローコントローラ９０は、その種類ごとにガス流量の測定可能な範囲が制限されている。このため、製造プロセスの諸条件が変更された場合に、ガス流量が大幅に変更されることで、既存のマスフローコントローラ９０が使用不能となるという問題があった。近年、製品のライフサイクルの短縮化が進み、設備コストの低減が求められていることから、プロセス条件の大幅な変更にも対応可能な汎用性の高い流量制御弁が要求されている。
【０００６】
また、マスフローコントローラ９０は、ハロゲン系ガス等の特殊なガスを対象としていることから、ボディ材質等の制約により高価となること、高精度化を追求するため回路が複雑になること、応答速度が遅い等の問題があった。これと用途が異なる圧縮空気等の流量制御については、高応答性、低コスト化の要求から、電空変換器を用いたシステムで構築されており、流量センサを用いた流量制御弁として一体化されたものは、これまで無かった。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、汎用性の高い流量制御弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、両端に開口部を有する流路本体と、前記流路本体内のメイン流路から分岐したバイパス流路におけるガス流量を測定する流量センサと、前記流量センサで測定された前記ガス流量に基づいて前記メイン流路におけるガスの流量制御を行う流量制御弁とを一体的に構成した流量制御装置において、前記流量センサ、前記流量制御弁及び前記流路本体を互いに着脱可能に構成したことをその要旨とする。
【０００９】
この構成にすれば、流量センサ、制御弁及び流路本体は互いに着脱可能であることから、それらを部分的に交換することができる。このため、プロセス条件が大幅に変更されたとしても、流量制御装置の性能を十分に発揮させることができる。しかも、ユーザは、流量センサ、制御弁及び流路本体を適宜組み合わせることで、各種プロセス条件に最適な流量制御装置を構成することが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記流量制御弁は、前記流路本体の上流側端部又は下流側端部に、接続手段を介して選択可能に配置されていることをその要旨とする。
【００１１】
この構成にすれば、流量制御装置の設置条件等に応じて、流路本体の上流側端部又は下流側端部に、同流量制御弁を選択的に配置することが可能となる。このため、流量制御装置のレイアウト性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記流量センサは前記流路本体の上部に配置され、前記流量制御弁は前記流路本体の下流側端部に配置されていることをその要旨とする。
【００１３】
この構成にすれば、流路本体の上部に流量センサを設置し、流路本体の下流側端部に流量制御弁を設置することで、流量制御装置が占める設置スペースを小さく抑えることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の発明において、前記流量センサを支持する支持部材を備え、前記支持部材の支持軸に対し前記流量センサを回動可能とするとともに、同流量センサの外面には、ガス流量を表示するための表示部が設けられていることをその要旨とする。
【００１５】
この構成にすれば、流量センサが支持部材の支持軸に対し回動可能であるため、ユーザの目線に合わせて、同流量センサの外面に設けられた表示部の角度を適宜調節することが可能となる。よって、ユーザは、ガス流量を容易に視認することができ、流量制御装置の操作性が向上する。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の発明において、前記流路本体内には前記開口部から前記メイン流路に沿って収容部が形成され、前記収容部内の内奥側端部には、前記メイン流路の有効断面積となる孔部を有するオリフィス板と同オリフィス板を取り付けるための筒状体とが、前記開口部を介して前記流路本体内に挿入されていることをその要旨とする。
【００１７】
この構成にすれば、流路本体の開口部を介して筒状体を取り外すことによって、収容部の内奥側端部に配置されたオリフィス板を容易に交換することができる。このため、流量制御装置において、バイパス流路に分流される流量を容易に変更でき、多レンジの流量に対応することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図５に基づき詳細に説明する。本実施形態において、流量制御装置としての流量制御弁１０は、空気や不活性ガス等の流量制御を行なうためのものであり、図示しない接続構造を介して、ガス配管や製造装置等に対し取付可能となっている。
【００１９】
図１に示すように、流量制御弁１０は、両端に開口部１１，１２を有する略筒状の流路本体１３を備えている。流路本体１３内には、開口部１１から流入されたガスの流れるメイン流路１４が形成されている。
【００２０】
流路本体１３内には収容部１１ｂが形成されており、この収容部１１ｂには、スペーサ１５、ガス整流板１６、カラー１７及びオリフィス板１８等が配置されている。収容部１１ｂの開口部１１側には、複数個のガス整流板１６が円環状のスペーサ１５を介して一定間隔で配置され、収容部１１ｂの内奥側には、筒状体としてのカラー１７や、バイパス流路５４に分流される流量比を決定する孔部１８ａを有するオリフィス板１８が配置されている。この場合、オリフィス板１８は、カラー１７により押圧されることで、収容部１１ｂの内奥側端部に支持されている。
【００２１】
カラー１７の一端面及びオリフィス板１８には、それぞれ固定穴１７ａ、貫通孔１８ｂが形成され、収容部１１ｂの内奥側端にも固定穴２３が形成されている。カラー１７及びオリフィス板１８は、固定穴１７ａ及び貫通孔１８ｂに挿通された支持ピン２０を固定穴２３に挿通させることで、収容部１１ｂの内奥側端部で回り止めがなされている。スペーサ１５、ガス整流板１６、カラー１７及びオリフィス板１８は、流路本体１３の開口部１１を介して取り外し可能となっている。
【００２２】
流路本体１３には、メイン流路１４から同流路本体１３の上面１３ａに向かって延びる一対の流路２４，２５が形成されている。カラー１７は、支持ピン２０により回り止めがなされているとき、同カラー１７の側壁に形成された貫通孔１７ｂが前記流路２４と連通するように配置されている。
【００２３】
図１〜図４に示すように、流路本体１３の上面１３ａには固定穴１３ｂが４箇所形成され、これら固定穴１３ｂには、一対の支持部材３０が固定ネジ３１でネジ固定されている。支持部材３０は、流路本体１３の上面１３ａに固定される固定部３２と、ガス流量を測定するための流量センサ４０を支持する支持部３３とを備え、固定部３２と支持部３３とが、図示しないシールパッキンを介して接合されている。支持部材３０の内部には、両端に開口部３４，３５を有する流路３６が屈曲形成されている。
【００２４】
各支持部材３０は、固定部３２が流路本体１３の上面１３ａにネジ固定されているとき、各開口部３４が、メイン流路１４から分岐した流路２４，２５と連通するように配置されている。開口部３４の外縁付近には、支持部材３０の固定部３２と流路本体１３の上面１３ａとの境界部でのシール性を確保するため、図示しないシールパッキンが装着されている。
【００２５】
流路本体１３の上部には、支持部材３０を介して流量センサ４０が配置されている。流量センサ４０は、支持部材３０の支持軸Ｃ１を中心に回動可能となっている。流量センサ４０は、流入ポート４１及び流出ポート４２を備え、流入ポート４１、流出ポート４２には、支持部材３０の支持部３３の先端部が着脱可能に挿入されている。支持部３３の中央には開口部３５が配置され、この開口部３５の外縁付近には、図示しないシールパッキンが装着されている。このシールパッキンによって、支持部３３の先端部と流入ポート４１及び流出ポート４２との境界部におけるシール性が確保されている。
【００２６】
流量センサ４０は、流入ポート４１と流出ポート４２との間を繋ぐ細管４３を備え、細管４３の一部には、図示しない感熱コイルや抵抗素子等が形成されている。流入ポート４１及び流出ポート４２に挿入された各支持部材３０は、開口部３５を介して、流路３６と流量センサ４０の細管４３とが連通するように配置されている。この場合、流路本体１３の上部には、メイン流路１４から分岐したバイパス流路５４が形成されている。尚、バイパス流路５４とは、カラー１７の貫通孔１７ｂ、流路本体１３の流路２４，２５、支持部材３０の流路３６及び流量センサ４０の細管４３等から構成された流路のことを指す。
【００２７】
また、流量センサ４０のボディ４６の外面には、ガス流量を表示するための表示部４７や切換スイッチ４８等が設置されている。流量センサ４０の側面から延出されたケーブル４９が、流量制御弁としてのレギュレータ６０の側壁に設けられたコネクタ６１に接続されている。レギュレータ６０は、流路本体１３の下流側端部に、接続手段としてのクランプ５５を介して配置されている。
【００２８】
図１、図５（ａ），（ｂ）に示すように、流路本体１３の上流側端部にはフランジ部５６が突出され、下流側端部にはフランジ部５７が突出されている。一方、レギュレータ６０は、その入力側にフランジ部５８を突出し、流路本体１３の上流側端部又は下流側端部に選択的に配置可能となっている。各フランジ部５６〜５８の中央には貫通孔５６ａ〜５８ａが形成され、各貫通孔５６ａ〜５８ａの外縁付近には、図示しないシールパッキンが装着されている。このシールパッキンによって、レギュレータ６０のフランジ部５８と上流側のフランジ部５６との境界部、又は前記フランジ部５８と下流側のフランジ部５７との境界部におけるシール性が確保されている。
【００２９】
クランプ５５は、開放部５５ａ側を固定するためのネジ穴５５ｂと、同ネジ穴５５ｂに挿通される固定ネジ５３とを有している。対向して配置された流路本体１３のフランジ部５７とレギュレータ６０のフランジ部５８とがクランプ５５により挟持され、同クランプ５５の開放部５５ａが固定ネジ５３によりネジ固定されることで、レギュレータ６０は、流路本体１３の下流側端部に装着されている。一方、クランプ５５から固定ネジ５３を外し、同クランプ５５を取り外すことで、両フランジ部５７，５８の接合状態が解除される。このように、レギュレータ６０は、クランプ５５を介して、流路本体１３の下流側端部に対し着脱可能となっている。
【００３０】
上述のように、流量制御弁１０は、支持部材３０やクランプ５５により、流量センサ４０、レギュレータ６０及び流路本体１３が一体的に構成されるとともに、それらが互いに着脱可能となっている。
【００３１】
次に、流量制御弁１０の動作態様について説明する。
流路本体１３の開口部１１から流入されたガスは、ガス整流板１６を通過し、メイン流路１４とバイパス流路５４とに分岐する。このとき、メイン流路１４とバイパス流路５４とを流れるガス流量の比は、メイン流路１４上に配置されたオリフィス板１８の孔部１８ａにより設定されている。バイパス流路５４に流入されたガスは、流量センサ４０の細管４３を通過し、図示しない感熱コイルや抵抗素子等により、その流量が測定される。流量センサ４０は、ガス流量の測定結果に基づいて、ガス流量を表示部４７に表示するとともに、ケーブル４９を介してレギュレータ６０に制御信号を出力する。尚、流量センサ４０内の細管４３を通過したガスは、流路３６を介して再びメイン流路１４に流入される。レギュレータ６０は、流量センサ４０からの制御信号が入力されると、同レギュレータ６０内にてガス流路の開度量を自動調整し、図示しない出力ポートを介して、所望の流量に調節されたガスを排出する。
【００３２】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）流量制御弁１０は、支持部材３０やクランプ５５により、流量センサ４０、レギュレータ６０及び流路本体１３が一体的に構成されるとともに、それらが互いに着脱可能となっている。このため、ガスの流量に応じて、構成する流量センサ４０、レギュレータ６０及び流路本体１３を部分的に交換することができる。よって、プロセス条件が大幅に変更されたとしても、流量制御弁１０の性能を十分に発揮させることができることから、同流量制御弁１０の汎用性を高めることができる。しかも、流量センサ４０、レギュレータ６０及び流路本体１３を適宜組み合わせることで、各種プロセス条件に最適な流量制御弁１０を構成することが可能となる。
【００３３】
（２）レギュレータ６０は、流路本体１３の上流側端部又は下流側端部に選択的に配置可能となっている。このため、ユーザは、流量制御弁１０の設置条件等に応じて、流路本体１３の上流側端部又は下流側端部にレギュレータ６０を選択的に配置することが可能となる。よって、レイアウト性を向上させることができることから、流量制御弁１０の汎用性をより一層高めることができる。
【００３４】
（３）流路本体１３の上部に流量センサ４０が設置され、流路本体１３の下流側端部にレギュレータ６０が設置されている。このようにすることで、流量制御弁１０が占める設置スペースを小さく抑えることができ、省スペース化を達成することができる。
【００３５】
（４）スペーサ１５、ガス整流板１６、カラー１７及びオリフィス板１８は、流路本体１３の開口部１１を介して取り外し可能となっている。この場合、オリフィス板１８が変更可能であることから、メイン流路１４とバイパス流路５４との分流比を容易に変更することができる。このため、流量センサ４０の測定範囲を超えて、メイン流路１４におけるガス流量を測定することが可能となり、流量制御弁１０の汎用性を更に高めることができる。また、スペーサ１５やガス整流板１６等が取り外し可能となっていることから、部品交換や流路本体１３内の清掃等が可能となり、流量制御弁１０のメンテナンス性を向上させることもできる。
【００３６】
（５）流量センサ４０は、支持部材３０の支持軸Ｃ１を中心に回動可能となっている。このため、ユーザの目線に合わせて、流量センサ４０の外面に設けられた表示部４７の角度を適宜調節することが可能となる。よって、ユーザは、ガス流量を容易に視認できることから、流量制御弁１０の操作性を向上させることができる。
【００３７】
（６）レギュレータ６０は、流路本体１３の下流側端部に配置されているため、同レギュレータ６０内の油分や埃等が、バイパス流路５４を介して流量センサ４０内に入り込みにくくなっている。このため、油分等の異物により、流量センサ４０が故障するのを防止することができ、流量制御弁１０の信頼性を向上させることができる。また、流路本体１３の下流側端部にレギュレータ６０が配置されているため、図８に示す従来のマスフローコントローラ９０と比べ、圧電素子弁９７の手前でメイン流路９２ａを屈曲させた場合よりも、空気の圧力損失を小さく抑えることができる。このため、流量制御弁１０の性能を向上させることができる。
【００３８】
（７）流路本体１３の開口部１１側にガス整流板１６を配置することで、開口部１１から流入されるガス流れが均一に整えられるため、バイパス流路５４へのガスの供給をスムーズに行なうことができる。このため、流量センサ４０によるガス流量の測定精度をより一層高めることができ、流量制御弁１０の性能をより一層向上させることが可能となる。
【００３９】
（８）流量制御弁１０は、空気や不活性ガス等の流量制御を行なうためのものである。このことから、電子部品や自動車部品等の製造工場において、リフロー処理や塗装処理等で使用される乾燥空気や不活性ガス等の流量制御に流量制御弁１０を使用することにより、生産効率の更なる向上を実現することが可能となる。
【００４０】
尚、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態において、レギュレータ６０は、クランプ５５を介して流路本体１３に対し着脱可能となっていたが、このクランプ５５を図６のように変更することもできる。図６に示すように、クランプ７５は、角部付近に貫通孔７７が形成された平板７８，７９を重ね合わせることで構成されている。この場合、流路本体１３側のフランジ部６７とレギュレータ６０側のフランジ部６８とを平板７８，７９により挟持し、貫通孔７７に挿通された固定ネジ８０とナット８１とで両平板７８，７９間を締め付けることにより、レギュレータ６０を流路本体１３に装着することができる。
【００４１】
・また、図７に示すように、流路本体１３側のフランジ部６７及びレギュレータ６０側のフランジ部６８に貫通孔８７，８８を形成し、両貫通孔８７，８８に挿通された固定ネジ８０とナット８１とで両フランジ部５６，５７間を締め付けることにより、レギュレータ６０を流路本体１３に装着してもよい。
【００４２】
・本実施形態において、レギュレータ６０は、流路本体１３の下流側端部に配置されていたが、同レギュレータ６０を、流路本体１３の上流側端部に配置してもよい。この場合、流路本体１３側のフランジ部５６とレギュレータ６０側のフランジ部５８とを対向して配置し、両フランジ部５６，５８をクランプ５５により挟持し、同クランプ５５の開放部５５ａを固定ネジ５３によりネジ固定することで、レギュレータ６０を流路本体１３の上流側端部に装着することができる。
【００４３】
・本実施形態において、流量センサ４０は、流路本体１３の上部に設置されていたが、任意の位置に配置してもよい。また、ガス流量が少量である場合に適用させるため、流路本体１３を省略し、ガスを流量センサ４０に直接流すように構成してもよい。
【００４４】
・本実施形態において、流量制御弁１０は、支持部材３７やクランプ５５等により、流量センサ４０、レギュレータ６０及び流路本体１３が一体的に構成されていたが、同流量制御弁１０の設置条件等に応じて、これらを切り離して使用してもよい。
【００４５】
・本実施形態において、流量制御弁１０は、空気や不活性ガス等の流量制御を行なうためのものであったが、これ以外にも、例えば、半導体プロセスで使用される原料ガス（ハロゲン系ガス等）の流量制御を行なうようにしてもよい。
【００４６】
次に、上記実施形態及び別例によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
（１）複数個のガス整流板を前記流路本体内に備え、前記ガス整流板は、前記流路本体内に所定間隔で配置されていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の流量制御装置。
【００４７】
（２）前記筒状体の一端面には第１の固定穴が形成され、前記オリフィス板には貫通孔が形成され、前記収容部の内奥側端部には第２の固定穴が形成され、前記筒状体及び前記オリフィス板は、前記第１の固定穴及び前記貫通孔に挿通された支持ピンを前記第２の固定穴に挿通させることで、前記収容部内の所定の位置に支持されていることを特徴とする請求項５又は技術的思想（１）に記載の流量制御装置。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、流量制御装置の汎用性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における流量制御弁の模式断面図。
【図２】同じく流量制御弁の模式上面部。
【図３】同じく支持部材の支持方向から見た場合の流量制御弁の模式側面図。
【図４】（ａ），（ｂ）は流量センサの着脱構造を説明するための図。
【図５】（ａ），（ｂ）はレギュレータの着脱構造を説明するための図。
【図６】別例のレギュレータの着脱構造を説明するための図。
【図７】別例のレギュレータの着脱構造を説明するための図。
【図８】従来の流量制御弁の模式断面図。
【符号の説明】
１０…流量制御弁（流量制御装置）、１１，１２…開口部、１１ｂ…収容部、１３…流路本体、１４…メイン流路、１８…オリフィス板、１８ａ…孔部、３０…支持部材、４０…流量センサ、４７…表示部、５４…バイパス流路、６０…レギュレータ（流量制御弁）、Ｃ１…支持軸。

Claims

両端に開口部を有する流路本体と、前記流路本体内のメイン流路から分岐したバイパス流路におけるガス流量を測定する流量センサと、前記流量センサで測定された前記ガス流量に基づいて前記メイン流路におけるガスの流量制御を行う流量制御弁とを一体的に構成した流量制御装置において、
前記流量センサ、前記流量制御弁及び前記流路本体を互いに着脱可能に構成したことを特徴とする流量制御装置。
前記流量制御弁は、前記流路本体の上流側端部又は下流側端部に、接続手段を介して選択可能に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
前記流量センサは前記流路本体の上部に配置され、前記流量制御弁は前記流路本体の下流側端部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の流量制御装置。
前記流量センサを支持する支持部材を備え、前記支持部材の支持軸に対し前記流量センサを回動可能とするとともに、同流量センサの外面には、ガス流量を表示するための表示部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の流量制御装置。
前記流路本体内には前記開口部から前記メイン流路に沿って収容部が形成され、前記収容部内の内奥側端部には、前記メイン流路の有効断面積となる孔部を有するオリフィス板と同オリフィス板を取り付けるための筒状体とが、前記開口部を介して前記流路本体内に挿入されていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の流量制御装置。