JPH10275018A - マスフローコントローラ - Google Patents
マスフローコントローラInfo
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- JPH10275018A JPH10275018A JP9081185A JP8118597A JPH10275018A JP H10275018 A JPH10275018 A JP H10275018A JP 9081185 A JP9081185 A JP 9081185A JP 8118597 A JP8118597 A JP 8118597A JP H10275018 A JPH10275018 A JP H10275018A
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- sensor
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
- 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
- G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
- Flow Control (AREA)
Abstract
機能とを共に満たすことができる安価かつ手間のかから
ないマスフローコントローラを提供すること。 【解決手段】センサ流路内の質量流量を検出するセンサ
部4と、流体が流れるバイパス流路3と、前記センサ部
4からの検出信号と設定信号とを比較制御する制御回路
部と、この比較制御に基づいて流量制御をするバルブ部
6と、このバルブ部を駆動するアクチュエータ部5とを
備えたマスフローコントローラにおいて、前記アクチュ
エータは、流量制御用の第1の積層圧電素子体50Aと、
流体パージ用の第2の積層圧電素子体50Bとからなるマ
スフローコントローラ。
Description
スなどで使用される流体の質量流量を精密に制御するマ
スフローコントローラに関するものである。
膜処理やエッチング処理等を高精度に行うために微量の
プロセスガスを精度良く流す必要があり、ここでマスフ
ローコントローラが用いられている。一般にマスフロー
コントローラは、図3に示すように全流量のうち僅かな
比率の流量を流すセンサ流路F、このセンサ流路を流れ
る質量流量を検出する熱式質量流量センサSと、大部分
の流量が流れるバイパス流路Bと、前記センサSの検出
信号と予め設定された設定信号とを比較制御する制御回
路部Cと、この比較制御に基づいて流量制御をするバル
ブ部Vと、このバルブ部を駆動するアクチュエータ部A
とから構成されている。
テンレスチューブ等のセンサ管の上流側と下流側に感熱
抵抗線を巻き、これらと他の抵抗体を組み合わせてブリ
ッジ回路を構成したものがあり、管内を流れる流体の熱
移動をブリッジ回路の不平衡電圧として取り出し、これ
を流量信号として検出する熱式質量流量計センサが一般
に用いられる。また、バルブ部Vとしては、制御すべき
流量は微少でかつ全流量範囲も小さいので通常数十μm
のストローク範囲内で制御が行われる直接開閉型の金属
製ダイアフラムを用いた流量制御弁が用いられる。そし
てこれらのアクチュエータAとしては、小さなストロー
クで大きな推力が得られる積層圧電素子体が用いられて
いる。
プロセスでは小流量で高精度、例えば30±0.1SC
CM(標準状態でのcm3/min)のプロセスガスが
要求される工程があるかと思うと、この直後にこれらの
配管系内を大流量、例えば2,000SCCM程度の不
活性ガスを流してパージする工程があったりする。従来
これらの必要を満たすためには、2種類のマスフローコ
ントローラを用いていた。すなわちフルスケール流量が
30SCCMのマスフローコントローラと、フルスケー
ル流量が2,000SCCMのマスフローコントローラ
を並列に配置し、2台のマスフローコントローラを切り
替えることで小流量制御用と大流量パージ用とに対処し
ていた。従って、2種類のマスフローコントローラを用
いていたから高価となり、また2種類のマスフローコン
トローラを切り替えて用いていたから手間がかかること
となっていた。
マスフローコントローラの機能と、精度は必要としない
が大流量を流すパージ機能とを共に満たすことができる
安価かつ手間のかからないマスフローコントローラを提
供することを目的とする。
積層圧電素子体とパージ用の積層圧電素子体を1台のマ
スフローコントローラに一緒に組込むことによって上記
目的を達成したものである。すなわち、センサ流路内の
質量流量を検出するセンサ部と、流体が流れるバイパス
流路と、前記センサ部からの検出信号と設定信号とを比
較制御する制御回路部と、この比較制御に基づいて流量
制御をするバルブ部と、このバルブ部を駆動するアクチ
ュエータ部とを備えたマスフローコントローラにおい
て、前記アクチュエータは、流量制御用の第1の積層圧
電素子体と、流体パージ用の第2の積層圧電素子体から
なるマスフローコントローラである。このマスフローコ
ントローラによれば、通常は第1の積層圧電素子体を用
いて微少流量の制御を行い、大流量パージが必要なとき
には第2の積層圧電素子体をも駆動してストロークを拡
大し大流量のパージ流量を流すことができる。
1あるいは第2の積層圧電素子体を複数段重ねても良
い。例えば第1の積層圧電素子体を2個と第2の積層圧
電素子体1個の計3個を重ねて3段とし、流量制御範囲
を拡大することが出来る。
るための信号を検出する第1のセンサ部と、前記第2の
積層圧電素子体を駆動するための信号を検出する第2の
センサ部の両方を並列的に設けたマスフローコントロー
ラとすることもできる。これによれば上記した例ではパ
ージ時に流量制御ができなかったのに対し、この場合は
パージ時でも流量制御が行える。
照しながら説明する。図1は本発明の一実施例を示すマ
スフローコントローラの縦断面図、図2は積層圧電素子
体の一例を示す斜視図である。
体形状でSUS316L等のステンレス材からなり、内部にセ
ンサ管と同種のステンレス管を数十〜数百本束ねて構成
したバイパス流路部3と両端に継手部2a、2bを有す
る本体2と、SUS316L材等からなるセンサ管4cの上流
側と下流側に巻いた感熱コイル4a,4b及び他の抵抗
体とでブリッジ回路を構成し、センサ管内を流れる流体
の温度分布の変化を電圧変化として検出し質量流量を測
定する熱式質量流量センサ部4と、このセンサ部からの
検出信号と予め設定された流量設定信号とを比較制御す
る制御回路部(図示せず)と、この制御回路部からの信
号に基づいて決定した電圧を積層圧電素子体からなるア
クチュエータ5に印加して駆動するバルブ部6とを備え
ている。
の間に所定の流量比で流体を分流するバイパス流路3と
センサ管4cがある。従って、流入口から流入した流体
はこれらを通過して再び合流し、バルブ部6の弁座6a
とメタルダイアフラム6bとの間で流量制御され、所定
の流量が流出口から送出される。またセンサ部4は外部
の熱的影響を極力避けるために断熱材を充填したアルミ
製のケースの中に収められ、本体の上部に固定されてい
る。バルブ部6は積層型圧電素子体50を駆動源とし、ダ
イアフラム押さえ等の部材を介して皿状のメタルダイア
フラム6bを直接弁座6aに接離させて流量を制御するよ
うになっている。ちなみに図1はノーマリーオープン型
のマスフローコントローラを示しているが、これをノー
マリクローズ型のマスフローコントローラとしても良い
ことは無論である。
ように、0.1〜0.2mm程度の圧電セラミックスと
金属薄板とを交互に数百枚積み重ね、高さ20mm程度
に積層して構成されている。即ち、圧電セラミックス51
間に内部電極52と外部電極53とを介在して絶縁セラミッ
クス54にて電極を絶縁するとともに、リード線55にて外
部電極53に電圧を印加するようになっている。電圧の印
加に応じ積層圧電素子体は数十μm、例えば40μm程
度の微少な伸張と共に80kgf程度の高い推力を発生
させる。
記したような積層圧電素子体50A、50Bが2段に重ねて
構成されている。ここで、積層圧電素子体50Aは30±
0.1SCCMのような小流量で高精度の流量制御を行
うときに駆動し、他方積層圧電素子体50Bは精度は関係
ないが大流量を流したいというときに積層圧電素子体50
Aと共に駆動しストロークを倍加する。従って30SC
CM用のマスフローコントローラであってもパージ流量
を流すことができる。ここでさらに流量制御用の積層圧
電素子体50Aを2段、3段…に追加し、パージ専用の積
層圧電素子体50Bをこれに加えて複数段の積層圧電素子
体のアクチュエータとする実施例も考えられる。この場
合、さらに流量制御の範囲が広がって好ましい。尚、積
層型圧電素子体50A、50B…は金属缶の中に密封配置し
て缶封じした構造のものを用いても良い。
出信号は積層圧電素子体50Aを制御するために用いら
れ、積層圧電素子体50Bはパージ時に全開信号(電圧)
を受けて全伸張駆動するようになっている。そこで本発
明の他の実施例として、上記した積層圧電素子体50Aと
積層圧電素子体50Bの駆動をそれぞれ別個に制御するセ
ンサ部を個々独立して設けることが考えられる。すなわ
ち、このセンサ部として、流量−出力特性あるいは流量
−差圧特性が互いに異なる2つのセンサ管を互いに並列
に、しかもバイパス側流路とそれぞれ連通するように設
け、これらのセンサ管の上流側と下流側に特性が同一で
ある感熱コイルを巻設してそれぞれ独立した別々のブリ
ッジ回路を構成する。
は、センサ管における流路の断面積と長さは等しいがセ
ンサ管の肉厚を薄いものと厚いものとし、薄いセンサ管
は小流量域のセンサAとして用い、厚いセンサ管の方は
大流量域のセンサBとして用いる。一方、流量−差圧特
性を異ならせる手段としては、センサ管における流路の
断面積と厚さは等しいがセンサ管の全長長さが短いもの
と長いものとにする。そしてこの場合は短い方のセンサ
管を小流量域のセンサAとし、長い方のセンサ管は大流
量域のセンサBとして利用できる。以上のように特性の
異なるセンサを別個に設けることによって、小流量域の
積層圧電素子体50AについてはセンサAを用いて流量制
御を行い、パージも含む大流量域についても積層圧電素
子体50Aと積層圧電素子体50BをセンサBを用いて流量
制御を行えるようになる。
はあるが高精度の要請と、低精度あるいは精度を必要と
しないが大流量の要請とを単一のマスフローコントロー
ラによって満たすことができ、したがってこのマスフロ
ーコントローラに要する費用は安価となり、しかも流路
の切り替えが不要となるから、流量の測定が容易とな
る。また、各流量域専用のセンサを別個に設けることに
よって大流量域についても精度を持った流量制御を行う
ことが出来る。
ラの断面図である。
略系統図である。
サ部 5…アクチュエータ(積層圧電素子体)部 6…バル
ブ部 2a、2b…継手部 4a、4b…感熱
抵抗線 4c…センサ管 6a…弁座
部 6b…メタルダイアフラム 50…積層
圧電素子体 51…圧電セラミックス 52…内部
電極 53…外部電極 54…絶縁
セラミックス 55…リード線 50A…第1の積層圧電素子体 50B…第2
の積層圧電素子体
Claims (3)
- 【請求項1】センサ流路内の質量流量を検出するセンサ
部と、流体が流れるバイパス流路と、前記センサ部から
の検出信号と設定信号とを比較制御する制御回路部と、
この比較制御に基づいて流量制御をするバルブ部と、こ
のバルブ部を駆動するアクチュエータ部とを備えたマス
フローコントローラにおいて、 前記アクチュエータは、流量制御用の第1の積層圧電素
子体と、流体パージ用の第2の積層圧電素子体からなる
ことを特徴とするマスフローコントローラ。 - 【請求項2】前記第1あるいは第2の積層圧電素子体が
複数段に重ねてあることを特徴とする請求項1記載のマ
スフローコントローラ。 - 【請求項3】前記第1の積層圧電素子体を駆動するため
の信号を検出する第1のセンサ部と、前記第2の積層圧
電素子体を駆動するための信号を検出する第2のセンサ
部とを備えたことを特徴とする請求項1記載のマスフロ
ーコントローラ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9081185A JPH10275018A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | マスフローコントローラ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9081185A JPH10275018A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | マスフローコントローラ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10275018A true JPH10275018A (ja) | 1998-10-13 |
Family
ID=13739418
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9081185A Pending JPH10275018A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | マスフローコントローラ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10275018A (ja) |
Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
WO2007083439A1 (ja) * | 2006-01-18 | 2007-07-26 | Fujikin Incorporated | ノーマルオープン型の圧電素子駆動式金属ダイヤフラム型制御弁 |
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-
1997
- 1997-03-31 JP JP9081185A patent/JPH10275018A/ja active Pending
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US10247326B2 (en) | 2016-07-01 | 2019-04-02 | Buerkert Werke Gmbh & Co. Kg | Linear valve drive and valve |
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