JPH0651906U - 歪みゲージを利用したマスフローコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体流路がダイヤフラムで覆われており、ア
クチュエータがダイヤフラムを介して弁頭を駆動するマ
スフローコントローラにおいて、流量の測定するセンサ
ー等の異常を確実に検知する。 【構成】 流体流路１６はダイヤフラム１４によって外
部と分離されている。アクチュエータ２０はダイヤフラ
ム１４の外部側表面に当接する。弁頭１８は弁座１７に
対してばね１９により上方に付勢され、ダイヤフラム１
４の流体流路側表面に当接する。流体流量は弁座１７と
弁頭１８との隙間に支配される。歪みゲージ２２はダイ
ヤフラム１４の外部側表面に取付けられている。アクチ
ュエータ２０が作動して弁頭１８を押圧すると、ダイヤ
フラム１４が歪む。弁頭１８の変位量はダイヤフラム１
４の歪み量として測定される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば、半導体やＩＣ等の製造プロセスで使用される流体の流量を 制御するためのマスフローコントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】

まず、マスフローコントローラの構造について説明する。図４は一般的なマス フローコントローラを示している。マスフローコントローラ５０は、ベース本体 ５２のインレット５４とアウトレット５６との間を通じる流体流路の一部にセン サー５７と流量制御弁５８を有する。センサー５７はマスフローコントローラ内 を流れる流体流量を測定し、その流体流量に対応する出力信号を制御回路（図示 せず）に発する。流量制御弁５８は制御回路からの信号を受けてマスフローコン トローラ内を流れる流体流量を調節する。流量制御弁５８は、弁座６０、弁頭６ ２及びアクチュエータ、すなわち、ピエゾ素子６４を有してなる。流体流路はダ イヤフラム６６により外部と分離され、ピエゾ素子６４はこのダイヤフラム６６ の外部表面を押圧する。ダイヤフラム６６は弁頭６２を押圧して、弁座６０と弁 頭６２との隙間の大きさが調節される。

【０００３】 次に、マスフローコントローラ５０の流量制御方法について説明する。例えば 、毎分１グラムの設定信号が入力されると、制御回路はセンサー５７の出力信号 と前記設定信号を比較して、ピエゾ素子６４に駆動信号（電流又は電圧を制御し た駆動信号）を発する。設定信号より出力信号が大きければ、弁座６０と弁頭６ ２との隙間を狭くせよという駆動信号がピエゾ素子６４に出され、設定信号より 出力信号が小さければ、弁座６０と弁頭６２との隙間の広くせよという駆動信号 が出される。

【０００４】 理想的な制御状態では、出力信号と設定信号とが一致するように駆動信号を発 することでマスフローコントローラ５０は制御される。しかし、センサー５７に 異常が発生したとき等は正確な制御は行えない。例えば、設定信号とセンサー５ ７の出力信号とが見掛け上理想的な制御状態にある場合でも、実際の流体流量が 設定すべき流量より多くなっていることがある。このとき、弁頭６２は弁座６０ と弁頭６２との隙間を大きくする方向に移動している。逆に、実際の流体流量が 設定すべき流量より少なくなっていることがある。このとき、弁頭６２は弁座６ ０と弁頭６２との隙間を小さくする方向に移動している。従来では、より正確な 制御を行うため、ピエゾ素子６４への駆動信号をモニターすることによって、マ スフローコントローラ５０の異常を発見することが行われていた。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、実際は、ピエゾ素子６４への駆動信号をモニターするだけでは不十 分である。ピエゾ素子６４への駆動信号をモニターして異常を検知するには、ピ エゾ素子６４の駆動信号と、弁座６０と弁頭６２との隙間が一定の関係を保って いなければならない。マスフローコントローラ５０の流量制御弁５８は、弁座６ ０、弁頭６２、ピエゾ素子６４、ダイヤフラム６６等の多数の部材から構成され ており、しかも、各部材の材質、加工寸法誤差、温度特性、加工歪みや、組立・ 調整上のばらつきが不可避に存在するので、駆動信号と、弁座６０と弁頭６２と の隙間は必ずしも一定の関係になるとは限らない。

【０００６】 また、使用するガスの物性によって、弁座６０と弁頭６２との隙間を異ならせ なければならないが、流量制御弁の調節は、通常、窒素等の不活性ガスで行われ る一方、使用時は物性の相違する活性ガスが流れるため、調整時に初期設定を正 確に行うことは困難である。すなわち、弁座６０と弁頭６２との隙間を駆動信号 と正確に対応させることが難しい。

【０００７】 そして、ピエゾ素子のように変位量が数１０ミクロン程度しかない小さいもの では、異常時の変位も小さく、従って変位量に対応する電流又は電圧の変化も小 さい。そのため、破壊に近い大きな異常は検出できても、経時的な小さな変化は 検出が難しい。また、仮に異常範囲を設定したとしても、弁頭６２の変位を直接 検出していないので、正常を異常と判定する誤動作を発生することもあり、マス フローコントローラを使用する半導体プロセスに大きな被害を与える場合もある 。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、流体流路がダイヤフラムにより外部と分離され、前記ダイヤフラム の流体流路側に当接する弁頭を前記ダイヤフラムの外部側に当接するアクチュエ ータによって駆動して流体流量を制御するマスフローコントローラにおいて、前 記ダイヤフラムの外部側表面に歪みゲージを設け、該歪みゲージによって前記弁 頭の変位を検出する構成により前記課題を解決した。

【０００９】

【作用】

流体は流体流路を通じて流れる。流体流量は弁頭の変位に支配される。弁頭は ダイヤフラムを介してアクチュエータから駆動力を受ける。アクチュエータが作 動すると、ダイヤフラムは弾性変形する。歪みゲージはダイヤフラムの歪みを表 わす検知信号を出すが、これは流体流量と容易に関連付けられ、両者の関係を線 形の関係にすることができる。

【００１０】 ダイヤフラムはアクチュエータの微妙な変位を弁頭に伝えるため薄板状である 。そのため、ダイヤフラムの外部側表面の歪みを正確に測定できるように、歪み ゲージをダイヤフラム外部表面において放射状に設けることが望ましい。

【００１１】

【実施例】

マスフローコントローラ１０の全体構成は、図４に示される従来のものと略々 同じであるので説明を省略する。本考案の特徴ある部分を図１及び図２を参照し て説明する。

【００１２】 キャップ１２は、中央部において円盤状のダイヤフラム１４を有する。流体流 路１６はダイヤフラム１４により外部と分離遮断されている。弁頭１８はキャッ プ１２の空間内に配置されている。弁頭１８はばね１９によって上方に付勢され 、ダイヤフラム１４の流体流路側表面に当接している。ダイヤフラム１４の外部 側表面にはアクチュエータ２０が当接している。アクチュエータ２０は、本実施 例の場合、ピエゾ素子である。

【００１３】 図２に示されるように、ダイヤフラム１４の外部側表面には、歪みゲージ２２ が取付けられている。歪みゲージ２２は、ダイヤフラム１４の外部側表面の全面 亘って放射状に設けられている。

【００１４】 アクチュエータ２０が作動すると、ダイヤフラム１４が弾性変形し、弁頭１８ は下方に変位する。弁座１７と弁頭１８との隙間が狭くなり、流体流量が変化す る。歪みゲージ２２はダイヤフラム１４の歪みを検知する。変位量は制御回路で 弁頭１８の変位量に換算される。 マスフローコントローラ１０の流体流量は、制御回路がセンサーの出力信号と 設定信号とを比較してコントロールされているが、制御回路はまた歪みゲージ２ ２からの信号を受けてマスフローコントローラが正確に作動しているか否かをチ ェックする。このようにチェックすることにより、センサーの異常や、流体制御 弁の経時的変化が検知される。なお、歪みゲージ２２によって、弁座１７と弁頭 １８との隙間を直接検知することも可能である。

【００１５】 図３は本考案によるマスフローコントローラの他の実施例を示している。本実 施例の歪みゲージ３２は、ダイヤフラム１４の外部側表面の一部に設けられてい る。このような歪みゲージでも、本考案の目的を達することができる。

【００１６】

【考案の効果】

本考案では、歪みゲージを利用してダイヤフラムの変位を検知することにより 、センサーの異常や流体制御弁の経時的変化をチェックすることができる。ダイ ヤフラムの変位は弁頭の物理的な変位と密接な関係があるので、従来のようにア クチュエータの駆動信号を利用してモニターする場合に比べて、より正確なモニ ターが可能である。 このように、安全性の確保及び構造の簡素化が実現でき、しかも、弁頭の物理 的変位量、従って、流体流量と比例関係にすることができるダイヤフラムの歪み を測定することによって確実な異常検知を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案によるマスフローコントローラの要部拡
大断面図である。

【図２】図１のダイヤフラム及び歪みゲージの要部拡大
斜視図である。

【図３】他の実施例におけるダイヤフラム及び歪みゲー
ジの要部拡大斜視図である。

【図４】一般的なマスフローコントローラを示す断面図
である。

【符号の説明】

１０ マスフローコントローラ １４ ダイヤフラム １６ 流体流路 １７ 弁座 １８ 弁頭 ２０ アクチュエータ ２２，３２ 歪みゲージ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体流路がダイヤフラムにより外部と分
   離され、前記ダイヤフラムの流体流路側に当接する弁頭
   を前記ダイヤフラムの外部側に当接するアクチュエータ
   によって駆動して流体流量を制御するマスフローコント
   ローラにおいて、 前記ダイヤフラムの外部側表面に歪みゲージを設け、該
   歪みゲージによって前記弁頭の変位を検出することを特
   徴とする、 マスフローコントローラ。
2. 【請求項２】 前記歪みゲージが放射状に設けられてい
   る、請求項１記載のマスフローコントローラ。