JP2021120641A - センサ取り付け構造及び流体制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサを流路ブロック取り付ける際にＣ字型リングがシャフトから脱落することを回避することができるセンサ取り付け構造及び流体制御装置を提供する。【解決手段】センサ取り付け構造９は、第１流路ブロック１に形成される凹部１６であって、底面で分岐流路１３の一端が開口する凹部１６と、内部に連通流路９１２が形成され、一端が第１圧力センサ５に接続されるとともに他端にフランジ９１１が設けられるシャフト９１と、シャフト９１の他端と凹部１６の底面との間に介装されるガスケット９２と、内周側にシャフト９１が挿通されるように凹部１６に設けられる筒状のボンネット９３と、ボンネット９３とフランジ９１１との間に挟持され、フランジ９１１を凹部１６の底面側に押圧するＣ字型リング９４と、シャフト９１とＣ字型リング９４との間に介装されるＯリング９６と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、センサ取り付け構造及び流体制御装置に関する。

特許文献１には、圧力センサがセンサ取り付け構造を介して流路ブロックに取り付けられる流体制御装置が開示されている。

センサ取り付け構造としては、特許文献２には、流路ブロックに形成される凹部であって、底面で流路口が開口する凹部と、内部に連通流路が形成され、一端が圧力センサに接続されるとともに他端にフランジが設けられるシャフトと、シャフトの他端と凹部の底面との間に介装されるガスケットと、内周側にシャフトが挿通されるように流路ブロックの凹部に設けられる筒状のボンネットと、ボンネットとフランジとの間に挟持され、フランジを凹部の底面側に押圧するＣ字型リングと、を備えるものが開示されている。

国際公開第２０１７／０３３７４５号 特許第５９２６８５８号公報

しかしながら、圧力センサを特許文献２に記載のセンサ取り付け構造を介して流体制御装置の流路ブロックに取り付ける際、特に圧力センサをセンサ取り付け構造を介して下から逆さまに流路ブロックの下端側に取り付ける際にセンサ取り付け構造のＣ字型リングがシャフトから脱落しやすい。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、圧力センサを流路ブロック取り付ける際にＣ字型リングがシャフトから脱落することを回避することができるセンサ取り付け構造及び流体制御装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、圧力センサを流体制御装置の流路ブロックに取り付けるためのセンサ取り付け構造であって、前記流路ブロックに形成される凹部であって、底面で流路口が開口する凹部と、内部に前記流路口と前記圧力センサとを連通する連通流路が形成され、一端が前記圧力センサに接続されるとともに他端にフランジが設けられるシャフトと、前記シャフトの前記他端と前記凹部の前記底面との間に介装されるガスケットと、内周側に前記シャフトが挿通されるように前記流路ブロックの前記凹部に設けられる筒状のボンネットと、前記ボンネットと前記フランジとの間に挟持され、前記フランジを前記凹部の前記底面側に押圧するＣ字型リングと、前記シャフトと前記Ｃ字型リングとの間に介装される保持材と、を備えるセンサ取り付け構造が提供される。

本発明の他の態様によれば、圧力センサを流体制御装置の流路ブロックに取り付けるためのセンサ取り付け構造であって、前記流路ブロックに形成される凹部であって、底面で流路口が開口する凹部と、内部に前記流路口と前記圧力センサとを連通する連通流路が形成され、一端が前記圧力センサに接続されるとともに他端にフランジが設けられるシャフトと、前記シャフトの前記他端と前記凹部の前記底面との間に介装されるガスケットと、内周側に前記シャフトが挿通されるように前記流路ブロックの前記凹部に設けられる筒状のボンネットと、前記ボンネットと前記フランジとの間に挟持され、前記フランジを前記凹部の前記底面側に押圧するＣ字型リングと、前記ボンネットと前記Ｃ字型リングとの間に介装される保持材と、を備える、センサ取り付け構造が提供される。

本発明の態様によれば、圧力センサを流路ブロック取り付ける際にＣ字型リングがシャフトから脱落することを回避することができる。

本発明の実施形態に係る流体制御装置を示す部分断面図である。 センサ取り付け構造を示す断面図である。 Ｃ字型リングの平面図である。 センサ取り付け構造の変形例を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態（以下、本実施形態と称する。）について説明する。本明細書においては、全体を通じて、同一の要素には同一の符号を付する。

（流体制御装置）
まず、図１を参照しながら本実施形態に係る流体制御装置１００について説明する。

図１は、本実施形態に係る流体制御装置１００を示す部分断面図である。

本実施形態に係る流体制御装置１００は、半導体の製造に用いられる流体供給ユニット（図示しない）に設けられる。流体供給ユニットは、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ／すなわち、原子層堆積）法によってシリコンウェハ等の基板に所定の薄膜を形成する薄膜生成工程に用いられる。

図１に示すように、流体制御装置１００は、第１流路ブロック１と、第１流路ブロック１の一端側（上端側）に取り付けられるバルブ装置２と、第１流路ブロック１の入力側に設けられる第２流路ブロック３と、第１流路ブロック１の出力側に設けられる第３流路ブロック４と、センサ取り付け構造９を介して第１流路ブロック１の他端側（下端側）に取り付けられる第１圧力センサ５と、センサ取り付け構造９を介して第３流路ブロック４の一端側（上端側）に取り付けられる第２圧力センサ６と、第１流路ブロック１と第２流路ブロック３との突き合わせ部分に設けられるフィルタ７と、第１流路ブロック１と第３流路ブロック４との突き合わせ部分に設けられるオリフィス８と、を備える。

第１流路ブロック１は、一端が一側面（左側面）で開口するとともに他端が弁室１０に連通する流体流入流路１１と、一端が弁室１０に連通するとともに他端がオリフィス８を介して他側面（右側面）で開口する流体流出流路１２と、一端が流体流出流路１２に連通するとともに他端が他端側（下端側）で開口する分岐流路１３と、を有する。

バルブ装置２は、例えば、ノーマルクローズの圧電素子駆動式バルブである。バルブ装置２の内部には、収容されて流体流路の開閉（すなわち、流体流入流路１１と流体流出流路１２との連通又は遮断）を行うアクチュエータ（図示しない）が設けられる。また、バルブ装置２は、ボルト締めによって第１流路ブロック１の一端側（上端側）に取り付けられる。

第２流路ブロック３は、ボルト締めによって第１流路ブロック１の一側面（左側面）に設けられる。第２流路ブロック３は、一端が他端面（下端面）で開口するとともに、他端が他側面（右側面）で開口して第１流路ブロック１の流体流入流路１１に連通するＬ字型の流体流入流路３１を有する。

第３流路ブロック４は、ボルト締めによって第１流路ブロック１の他側面（右側面）に設けられる。第３流路ブロック４は、一端が一側面（左側面）で開口して第１流路ブロック１の流体流出流路１２に連通するとともに他端が他端面（下端面）で開口するＬ字型の流体流出流路４１と、一端が一端側（上端側）で開口するとともに他端が流体流出流路４１に連通する分岐流路４２と、を有する。

第１圧力センサ５は、オリフィス８の上流側圧力を検出するためのものである。第２圧力センサ６は、オリフィス８の下流側圧力を検出するためのものである。

第１流路ブロック１の一側面（左側面）及び第２流路ブロック３の他側面（右側面）には、それぞれ凹部が対称となるように形成される。これらの凹部によってフィルタ７を収容するためのフィルタ収容凹部１４が形成される。フィルタ収容凹部１４に収容されるフィルタ７は、シール性を確保するとともに濾過材として機能する。

第１流路ブロック１の他側面（右側面）には、オリフィス８を収容するためのオリフィス収容凹部１５が形成される。

流体制御装置１００は、圧力式の流量制御装置である。具体的には、流体制御装置１００は、第１圧力センサ５により検出されたオリフィス８の上流側圧力と、第２圧力センサ６により検出されたオリフィス８の下流側圧力とに基づいて、バルブ装置２の開閉によりオリフィス通過流量をフィードバック制御する。

（センサ取り付け構造）
次に、図２及び図３を参照しながらセンサ取り付け構造９について詳細に説明する。

図２は、センサ取り付け構造９を示す断面図である。図３は、Ｃ字型リング９４の平面図である。

第１圧力センサ５を第１流路ブロック１の他端側（下端側）に取り付けるセンサ取り付け構造９と、第２圧力センサ６を第３流路ブロック４の一端側（上端側）に取り付けるセンサ取り付け構造９とは、同様であるため、第１圧力センサ５を第１流路ブロック１の他端側（下端側）に取り付けるセンサ取り付け構造９を例として説明する。

図２に示すように、第１圧力センサ５を逆さまに第１流路ブロック１の他端側（下端側）に取り付けるセンサ取り付け構造９は、凹部１６、シャフト９１、ガスケット９２、ボンネット９３、Ｃ字型リング９４、スペーサとしてのリング９５及び保持材としてのＯリング９６を備える。

凹部１６は、第１流路ブロック１の他端面（下端面）に形成される。凹部１６の底面では、分岐流路１３の流路口としての他端が開口する。凹部１６の側面には、ボンネット９３の雄ねじ部９３１に螺合する雌ねじ部１７が設けられる。

シャフト９１は、第１圧力センサ５を支持するための筒状部材（具体的には、円筒状部材）である。シャフト９１は、一端（下端）が第１圧力センサ５に接続されるとともに、他端（上端）にフランジ９１１が設けられる。また、シャフト９１は、均一の第１外径Ｄ１を有する。シャフト９１の内部（内周側）には、軸方向に沿って延在するようにシャフト９１を貫通する連通流路９１２が形成される。連通流路９１２は、分岐流路１３の他端からのプロセスガス又はパージガス（流体）を第１圧力センサ５へ供給する。すなわち、連通流路９１２は、分岐流路１３の他端と第１圧力センサ５とを連通している。

フランジ９１１は、外径が凹部１６の底面側（上側）から第１圧力センサ側（下側）に向かって大きくなるように設けられるテーパ９１３を有する。これにより、シャフト９１が第１圧力センサ５に接続された状態において、Ｏリング９６を拡径するように弾性変形させながらその内周面をフランジ９１１のテーパ９１３に沿って摺動させることによって、Ｏリング９６を容易にフランジ９１１を経由させてシャフト９１の外周面に装着することができる。フランジ９１１は、第１外径Ｄ１よりも大きい最大の第２外径Ｄ２を有する。ガスケット９２に対向するテーパ９１３の他端面（上端面）には、ガスケット９２を食い込む環状（具体的には）の突起９１４が設けられる。

本実施形態では、突起９１４は、ガスケット９２に設けられているが、これに限定されるものではなく、例えば、フランジ９１１以外のシャフト９１の他端（上端）に設けられてもよい。

ガスケット９２は、シャフト９１の他端（上端）と凹部１６の底面との間に介装される環状（具体的には、円環状）のシール材である。ガスケット９２は、分岐流路１３の他端の外周側に配置される。

ボンネット９３は、内周側にシャフト９１が挿通されるように螺合によって第１流路ブロック１の凹部１６に設けられる筒状（具体的には、円筒状）のボンネットである。ボンネット９３は、雄ねじ部９３１、第１肉厚部９３２及び第１肉薄部９３３を有する。なお、第１肉厚部９３２と第１肉薄部９３３とは、同軸に形成される。

ボンネット９３の外周面には、凹部１６の雌ねじ部１７に螺合する雄ねじ部９３１が設けられる。第１肉厚部９３２は、第１圧力センサ５に対向する部分であり、フランジ９１１の第２外径Ｄ２よりも大きい均一の第１内径ｄ１を有する。これにより、シャフト９１のフランジ９１１を第１肉厚部９３２の内周側に挿通させることができる。なお、第１肉厚部９３２の内周面とシャフト９１の外周面との間には、大きな間隙が形成される。

第１肉薄部９３３は、凹部１６の底面に対向する部分であり、第１内径ｄ１よりも大きい均一の第２内径ｄ２を有する。これにより、シャフト９１のフランジ９１１を第１肉薄部９３３の内周側に挿通させることができる。第１肉厚部９３２の内周面と第１肉薄部９３３の内周面とは、第１段差面９３４によって接続される。第１段差面９３４は、凹部１６の底面に対向する第１肉厚部９３２の端面からなる。

Ｃ字型リング９４は、ボンネット９３とフランジ９１１との間、具体的には、ボンネット９３の第１段差面９３４と第１圧力センサ５に対向するフランジ９１１の一端面（下端面）との間に挟持され、フランジ９１１を凹部１６の底面側に押圧する押圧部材である。図３に示すように、Ｃ字型リング９４は、平面視にて円弧状に形成される。Ｃ字型リング９４の一端とＣ字型リング９４の他端との間には、Ｃ字型リング９４の内周面及びＣ字型リング９４の外周面を連通する開口９４１が形成される。開口９４１は、シャフト９１が通過可能に形成される。これにより、Ｃ字型リング９４を開口９４１によってシャフト９１の外周側に装着することができる。

また、Ｃ字型リング９４は、第２肉厚部９４２及び第２肉薄部９４３を有する。なお、第２肉厚部９４２と第２肉薄部９４３とは、同軸に形成される。第２肉厚部９４２は、ボンネット９３の第１肉厚部９３２に対向する部分であり、第１外径Ｄ１よりも大きく、かつ、第２外径Ｄ２よりも小さい均一の第３内径ｄ３を有するとともに、第１内径ｄ１よりも大きく、かつ、第２内径ｄ２よりも僅かに小さい均一の第３外径Ｄ３を有する。これにより、第２肉厚部９４２は、第１肉厚部９３２の内周側に入り込むことなく、第１肉薄部９３３の内周側に挿入されて収容される。第２肉厚部９４２の一端面（下端面）は、第１段差面９３４に対向するようになっている。

第２肉薄部９４３は、凹部１６の底面に対向する部分であり、第２外径Ｄ２よりも僅かに大きい均一の第４内径ｄ４を有するとともに第３外径Ｄ３と同一である均一の第４外径Ｄ４を有する。これにより、フランジ９１１は、第２肉厚部９４２の内周側に入り込むことなく、第２肉薄部９４３の内周側に挿入されて収容される。第２肉厚部９４２の内周面と第２肉薄部９４３の内周面とは、第２段差面９４４によって接続される。第２段差面９４４は、フランジ９１１に対向する第２肉厚部９４２の端面からなる。なお、第２段差面９４４とフランジ９１１の一端面（下端面）の外縁とは、当接するようになっている。

リング９５は、ボンネット９３の第１段差面９３４とＣ字型リング９４（具体的には、Ｃ字型リング９４における第２肉厚部９４２）の一端面（下端面）との間に介装されるスペーサである。リング９５は、第２外径Ｄ２よりも大きい均一の第５内径ｄ５を有する。これにより、フランジ９１１をリング９５の内周側に挿通させることができる。また、リング９５は、摺動部材として機能するので、ボンネット９３の回転がＣリング９４及びフランジ９１１へ伝達されることを防止することができる。なお、本実施形態では、リング９５は、第１段差面９３４とＣ字型リング９４との間に配置されているが、これに限定されるものではなく、なくてもよい。この場合、ボンネット９３の第１段差面９３４と第２肉厚部９４２の一端面（下端面）とは、直接当接するようになっている。

Ｏリング９６は、弾性変形可能な樹脂材であって、例えば、フッ素ゴム等によって構成される。Ｏリング９６は、シャフト９１とＣ字型リング９４との間に介装される。具体的には、Ｏリング９６は、シャフト９１の外周面とＣ字型リング９４における第２肉厚部９４２の内周面に挟持される。これにより、Ｃ字型リング９４は、Ｏリング９６を介してシャフト９１に支持されるようになっているため、第１圧力センサ５をセンサ取り付け構造９を介して第１流路ブロックに取り付ける際にＣ字型リング９４がシャフト９１から脱落することを回避することができる。この結果、第１圧力センサ５を容易に第１流路ブロック１に取り付けることができる。

また、Ｏリング９６は、上述したように、シャフト９１の他端（上端）に設けられるフランジ９１１を経由してシャフト９１の外周面に装着される。そして、Ｏリング９６は、フランジ９１１の一端面（下端面）に当接するようになっている。

本実施形態では、保持材は、シャフト９１とＣ字型リング９４との間に挟持されるＯリング９６によって構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、シャフト９１とＣ字型リング９４との間に充填される粘着剤やシーリング剤等の接着剤によって構成されてもよい。この場合、Ｃ字型リング９４は、同様に粘着剤やシーリング剤等の接着剤を介してシャフト９１に支持されるようになっている。

次に、本実施形態による作用効果について説明する。

本実施形態に係るセンサ取り付け構造９は、第１圧力センサ５を流体制御装置１００の第１流路ブロック１に取り付けるためのものであって、第１流路ブロック１に形成される凹部１６であって、底面で分岐流路１３の一端（下端）が開口する凹部１６と、内部に分岐流路１３の一端（下端）と第１圧力センサ５と連通する連通流路９１２が形成され、一端が第１圧力センサ５に接続されるとともに他端にフランジ９１１が設けられるシャフト９１と、シャフト９１の他端と凹部１６の底面との間に介装されるガスケット９２と、内周側にシャフト９１が挿通されるように第１流路ブロック１の凹部１６に設けられる筒状のボンネット９３と、ボンネット９３とフランジ９１１との間に挟持され、フランジ９１１を凹部１６の底面側に押圧するＣ字型リング９４と、シャフト９１とＣ字型リング９４との間に介装されるＯリング９６と、を備える。

この構成によれば、シャフト９１とＣ字型リング９４との間にＯリング９６を介装することで、Ｃ字型リング９４は、Ｏリング９６を介してシャフト９１に支持されるようになっているため、第１圧力センサ５をセンサ取り付け構造９を介して第１流路ブロックに取り付ける際にＣ字型リング９４がシャフト９１から脱落することを回避することができる。この結果、第１圧力センサ５を容易に第１流路ブロック１に取り付けることができる。

また、本実施形態では、フランジ９１１は、外径が凹部１６の底面側から第１圧力センサ５側に向かって大きくなるように設けられるテーパ９１３を有する。

この構成によれば、Ｏリング９６を拡径するように弾性変形させながらその内周面をフランジ９１１のテーパ９１３に沿って摺動させることによって、Ｏリング９６を容易にフランジ９１１を経由させてシャフト９１の外周面に装着することができる。

以上、本実施形態について説明したが、上述した実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上述した実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

（変形例）
次に、図４を参照しながらセンサ取り付け構造９の変形例について説明する。なお、本変形例では、上述した実施形態と同様の点については説明を省略し、主に上述した実施形態と相違する点について説明する。

図４は、センサ取り付け構造の変形例を示す断面図である。

上述した実施形態では、Ｏリング９６は、シャフト９１とＣ字型リング９４との間に介装されているが、これに限定されるものではなく、例えば、図４に示すようにボンネット９３とＣ字型リング９４との間に介装されてもよい。

この構成によれば、Ｃ字型リング９４は、Ｏリング９６を介してボンネット９３に保持されるようになっているため、第１圧力センサ５をセンサ取り付け構造９を介して第１流路ブロックに取り付ける際に同様にＣ字型リング９４がシャフト９１から脱落することを回避することができる。この結果、第１圧力センサ５を容易に第１流路ブロック１に取り付けることができる。

図４に示すように、Ｏリング９６がボンネット９３とＣ字型リング９４との間に介装される場合、凹部１６の底面に対向するボンネット９３の端部としての第１肉薄部９３３の内周面には、全周に亘ってＯリング９６の一部を収容する第１収容溝９３５が形成される。Ｃ字型リング９４（具体的には、Ｃ字型リング９４の第２肉厚部９４２）の外周面には、全周に亘ってＯリング９６の他の一部を収容する第２収容溝９４５が形成される。第２収容溝９４５は、第１収容溝９３５に対向するようになっている。

この構成によれば、ボンネット９３の内周面及びＣ字型リング９４の外周面にそれぞれＯリング９６を収容するための第１収容溝９３５及び第２収容溝９４５を形成することで、Ｏリング９６を位置決めすることができるので、Ｃ字型リング９４は、Ｏリング９６を介してボンネット９３に保持されるだけではなく、Ｏリング９６によって位置決めされる。この結果、第１圧力センサ５をより容易に第１流路ブロック１に取り付けることができる。

１ 第１流路ブロック
２ バルブ装置
３ 第２流路ブロック
４ 第３流路ブロック
５ 第１圧力センサ
６ 第２圧力センサ
７ フィルタ
８ オリフィス
９ センサ取り付け機構
１３ 分岐流路
１６ 凹部
９１ シャフト
９２ ガスケット
９３ ボンネット
９４ Ｃ字型リング
９６ Ｏリング
１００ 流体制御装置

Claims (6)

1. 圧力センサを流体制御装置の流路ブロックに取り付けるためのセンサ取り付け構造であって、
   前記流路ブロックに形成される凹部であって、底面で流路口が開口する凹部と、
   内部に前記流路口と前記圧力センサとを連通する連通流路が形成され、一端が前記圧力センサに接続されるとともに他端にフランジが設けられるシャフトと、
   前記シャフトの前記他端と前記凹部の前記底面との間に介装されるガスケットと、
   内周側に前記シャフトが挿通されるように前記流路ブロックの前記凹部に設けられる筒状のボンネットと、
   前記ボンネットと前記フランジとの間に挟持され、前記フランジを前記凹部の前記底面側に押圧するＣ字型リングと、
   前記シャフトと前記Ｃ字型リングとの間に介装される保持材と、を備える、センサ取り付け構造。
2. 前記保持材は、Ｏリングである、請求項１に記載のセンサ取り付け構造。
3. 前記フランジは、外径が前記凹部の前記底面側から前記圧力センサ側に向かって大きくなるように設けられるテーパを有する、請求項２に記載のセンサ取り付け構造。
4. 圧力センサを流体制御装置の流路ブロックに取り付けるためのセンサ取り付け構造であって、
   前記流路ブロックに形成される凹部であって、底面で流路口が開口する凹部と、
   内部に前記流路口と前記圧力センサとを連通する連通流路が形成され、一端が前記圧力センサに接続されるとともに他端にフランジが設けられるシャフトと、
   前記シャフトの前記他端と前記凹部の前記底面との間に介装されるガスケットと、
   内周側に前記シャフトが挿通されるように前記流路ブロックの前記凹部に設けられる筒状のボンネットと、
   前記ボンネットと前記フランジとの間に挟持され、前記フランジを前記凹部の前記底面側に押圧するＣ字型リングと、
   前記ボンネットと前記Ｃ字型リングとの間に介装される保持材と、を備える、センサ取り付け構造。
5. 前記保持材は、Ｏリングであり、
   前記凹部の前記底面に対向する前記ボンネットの端部の内周面には、前記Ｏリングの一部を収容する第１収容溝が形成され、
   前記Ｃ字型リングの外周面には、前記Ｏリングの他の一部を収容する第２収容溝が前記第１収容溝と対向するように形成される、請求項４に記載のセンサ取り付け構造。
6. 圧力センサと、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサ取り付け構造と、を備え、
   前記圧力センサは、前記センサ取り付け構造を介して前記流路ブロックに取り付けられる、流体制御装置。

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