JPH10268942A - 音速ノズルを用いた流量制御弁 - Google Patents

音速ノズルを用いた流量制御弁

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JPH10268942A
JPH10268942A JP9091330A JP9133097A JPH10268942A JP H10268942 A JPH10268942 A JP H10268942A JP 9091330 A JP9091330 A JP 9091330A JP 9133097 A JP9133097 A JP 9133097A JP H10268942 A JPH10268942 A JP H10268942A
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pressure
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勇 小宮
Masahiro Nanbu
正博 南部
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    • G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
    • G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
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    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 供給気体の急激な圧力・流量の変化に対する
応答性に優れた流量制御弁を提供すること。 【解決手段】 流量制御弁１０は、流体通路２２が設け
られたベース１４と、ベース１４に固定された電磁弁１
２とを有する。流体通路２２は、音速ノズル４０によっ
て、上流側通路２４と下流側通路２６とに分けられてい
る。上流側通路２４には圧力センサー３６が設けられて
おり、ここで検知された圧力が電気信号に変換され、制
御回路１６を介して、応答性よく電磁弁１２の作動にフ
ィードバックされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
ス等で使用される、気体の流量制御弁の技術分野に属す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の流量制御弁は、サーマルセンサー
を用いたものが多い。このような流量制御弁としては、
例えば、特開昭６１−１５７９１２号公報に示されるよ
うに、流量の検知方式としてセンサーチューブの温度変
化を見ており、それをブリッジ回路で電気信号に変えて
フィードバックすることにより、流量を制御する構成に
なっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
流量制御弁では、温度変化を検知しているので、当然の
ことながら、流量制御の応答性が悪い。そのため、供給
気体の急激な圧力・流量変化が起きると、それに対応し
きれずに、過大な気体が流入、流出することがあるとい
う問題を有する。また、流量制御機能しかないため、回
路の安全対策として、別に圧力モニターを設ける必要が
ある、という問題もある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、流体通路が設
けられたベースと前記ベースに固定された弁部材とを有
する流量制御弁において、前記弁部材の出口側に音速ノ
ズルを設け、該音速ノズルの上流側の気体圧力を圧力セ
ンサーによって検知し、前記弁部材にフィードバックさ
せることを特徴とする流量制御弁によって、前記の課題
を解決した。
【０００５】本発明で使用する音速ノズルについては、
既に多くの特許出願がなされており、その基本的構成、
作用・効果については周知のことであるので、この明細
書で詳細に説明することは省略するが、一般に、ノズル
を通過する気体の速度が音速となる条件は、次の式で示
される。 Ｐｄ／Ｐｕ＜０．５ ここに、 Ｐｄは下流側圧力（絶対圧）、Ｐｕは上流側
圧力（絶対圧）である。 この条件下で、ノズルを通過
する気体の流量は次の式で示される。 Ｑｍ＝Ｃｄ・Ｓ・ａ・ρ ここに、Ｑｍは質量流量（ｇ／ｓ）、Ｃｄは流出係数、
Ｓはノズルの断面積（ｍ2）、ａは音速（ｍ／ｓ）、ρ
は気体の密度（ｇ／ｍ3）である。
【０００６】ここで、Ｃｄ、Ｓ、ａが一定であれば、Ｑ
ｍはρに比例することになり、温度が一定値であれば、
ρはＰμに比例するので、結局、流量Ｑｍは上流側圧力
Ｐμに比例するということになる。すなわち、流量は、
上流側圧力だけで決定されるということになる。従っ
て、気体の流量制御に音速ノズルを使用すれば、音速ノ
ズルより手前側の気体の圧力である上流側圧力をコント
ロールすることによって、気体の流量を制御することが
可能となる。図４は、音速ノズルの圧力−流量特性の一
例を示し、この図から、気体の圧力と流量は比例の関係
にあることが知られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の流量制御弁１０
の一部を断面で示した正面図である。この流量制御弁１
０は、両端に上流側継手３０と下流側継手３２を具え、
内部に流体通路２２を設けたベース１４を有する。ベー
ス１４には弁部材である電磁弁１２が固定され、この電
磁弁１２によって気体の流量が制御される。この電磁弁
１２は、弁頭１１と弁座１３によって構成される周知の
電磁弁である。
【０００８】流体通路２２の途中には音速ノズル４０が
設けられ、流体通路２２は、音速ノズル４０より前側が
上流側通路２４、音速ノズル４０より後側が下流側通路
２６となっている。上流側通路２４には、センサーリテ
ーナ３８を介して、音速ノズル４０の上流側圧力を測定
する圧力センサー３６が設けられている。この圧力セン
サー３６は、通常、０．０１秒以下の応答時間で気体の
圧力を検出することができる。圧力センサー３６と電磁
弁１２は制御回路１６に接続されている。なお、このよ
うな圧力センサーは当業者には周知であるから、説明は
省略する。
【０００９】流量制御弁１０の各接続部分、及び摺動部
分にはゴム製のＯリング１５がはめ込まれ、気体の漏出
を防止している。
【００１０】電磁弁１２によって流量制御された気体は
上流側通路２４を通過し、さらに、音速ノズル４０を通
過するが、上流側通路２４内の気体の圧力は、常時、圧
力センサー３６によって検知されている。このようにし
て検知された上流側通路２４内の気体の圧力は、電気信
号の形で制御回路１６に送られ、電磁弁１２の作動にフ
ィードバックされる。
【００１１】前述のように、圧力センサー３６の応答時
間は０．０１秒以下であるので、圧力センサー３６で検
知された信号は、制御回路１６を介して、迅速に電磁弁
１２にフィードバックされ、電磁弁１２の応答性が向上
する。
【００１２】次に、図２は、本発明の第２実施形態の要
部断面図である。この流量制御弁２０は、図１の流量制
御弁１０と同様に、流体通路２２２を設けたベース２１
４に電磁弁（図示せず）を固定した構成となっている。
ベース２１４に設けられた流体通路２２２には上流側通
路２２４のみが形成され、音速ノズル２４０及び下流側
通路２２６はアダプタ２５０内に組み込まれており、ア
ダプタ２５０をベース２１４の外側に設置するようにな
っている。その他の構成は図１の場合と同様であるか
ら、説明は省略する。
【００１３】次に、図３は、本発明の第３実施形態の一
部を断面で示した正面図である。この流量制御弁３０
は、図１の流量制御弁１０で用いた弁部材たる電磁弁１
２の替りにピエゾアクチュエータ３１２を使用し、音速
ノズル３４０をフランジ部３４２に内蔵させたものであ
る。この流量制御弁３０に使用したピエゾアクチュエー
タ３１２は、ダイアフラム（図示せず）及び、スプリン
グ３１９を介して弁頭３１７、及び弁座３１８にピエゾ
スタック（図示せず）による変位を伝達している。この
実施形態では、電磁弁の替りにピエゾアクチュエータ３
１２を使用したので、より微少な気体の流量制御が可能
となる。その他の構成は、図１の流量制御弁１０と同様
であるから、説明は省略する。
【００１４】この流量制御弁３０の各接続部分、及び摺
動部分は、メタルシール３１５によってシールされ、気
体の漏出を防止している。
【００１５】半導体製造プロセスにおけるプロセスガス
の流量制御では、流量制御弁の下流側圧力は減圧（真
空）であることが多く、機器の設置環境からガスは一
定温度で供給されるので、本発明の流量制御弁の好適な
利用分野である。
【００１６】
【発明の効果】本発明では、音速ノズルの上流側通路に
おける気体の圧力をセンサーによって検知してフィード
バックしているので、流量制御の応答性がよい。従っ
て、供給気体の急激な流量・圧力の変化があっても、安
定した流量制御を行なうことができる。さらに、気体の
圧力を検知することによって制御弁を作動させているた
め、回路の安全装置としての機能を兼ねることができる
という付随的効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の流量制御弁の一部を
断面で示した正面図。
【図２】 本発明の第２実施形態の流量制御弁の要部断
面図。
【図３】 本発明の第３実施形態の流量制御弁の一部を
断面で示した正面図。
【図４】 音速ノズルの流量と圧力の関係を示す図。
【符号の説明】
１０，２０，３０：流量制御弁 １２：電磁弁 １６，３１６：制御回路 １４，２１４，３１４：ベース ２２，２２２，３２２：流体通路 ２４，２２４，３２４：上流側通路 ２６，２２６，３２６：下流側通路 ３６，３３６：圧力センサー ４０，２４０，３４０：音速ノズル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体通路が設けられたベースと前記ベー
    スに固定された弁部材とを有する流量制御弁において、
    前記弁部材の出口側に音速ノズルを設け、該音速ノズル
    の上流側の気体圧力を圧力センサーによって検知し、前
    記弁部材にフィードバックさせることを特徴とする、流
    量制御弁。
  2. 【請求項２】 前記弁部材が電磁弁である、請求項１の
    流量制御弁。
  3. 【請求項３】 前記弁部材がピエゾアクチュエータであ
    る、請求項１の流量制御弁。
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