KR101114598B1 - 유체 제어 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 제조 장치 내 등으로의 설치, 배관 및 배선 접속이 용이하고, 유체에 부식성 유체를 사용해도 부식이 생기지 않는 유체 제어 장치를 제공하는 것이다. 초음파를 유체에 발신하는 제1 초음파 진동자(12)와, 제1 초음파 진동자(12)로부터 발신한 초음파를 수신하고, 신호를 유량계 앰프부(58)에 출력하는 제2 초음파 진동자(13)를 갖는 유량계 센서부(4)와, 조작압에 의해 유체의 유량을 조절하는 조절 밸브(5)를 구비하고, 적어도 유량계 센서부(4)와 조절 밸브(5)를, 유체 유입구(3)와 유체 유출구(6)를 갖는 1개의 케이싱(2) 내에 접속하여 설치한다.

유량계 앰프부, 유량계 센서부, 조절 밸브, 케이싱, 유체 유출구, 유체 유입구

Description

유체 제어 장치 {FLUID CONTROLLER}

본 발명은 유체의 제어가 필요하게 되는 유체 수송 배관에 사용되는 유체 제어 장치에 관한 것으로, 더 상세하게 설명하면, 주로 반도체 제조 장치 내 등으로의 설치, 배관 및 배선 접속이 용이하고, 유체에 부식성 유체를 사용해도 부식이 생기지 않는 유체 제어 장치에 관한 것이다.

반도체 제조에 있어서의 일 공정으로서, 불산 등의 약액을 순수에 희석한 세정수를 이용하여 웨이퍼 표면을 에칭하는 습식 에칭 공정이 있다. 이 습식 에칭에 있어서의 세정수의 농도는 고정밀도로 관리할 필요가 있다. 이로 인해, 최근에는 세정수의 농도를, 순수와 약액의 유량비로 관리하는 방법이 주류가 되어 오고 있고, 순수나 약액의 유량을 고정밀도로 관리하는 유체 제어 장치가 사용되어 있다.

따라서, 종래부터 유체 제어 장치가 여러 가지 제안되어 있고, 도7에 도시한 바와 같은 순수 온도를 가변으로 한 경우의 유량 제어를 행하는 순수 유량의 제어 장치(151)가 있었다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 그 구성은 순수 유량을 조정하기 위해 조작압의 작용을 받아 개방도 조절되는 유량 조정 밸브(152)와, 유량 조정 밸브(152)에 공급되는 조작압을 조정하기 위한 조작압 조정 밸브(153)와, 유량 조정 밸브(152)로부터 출력되는 순수 유량을 계측하기 위한 유량 계측기(154)와, 유량 계측기(154)를 통한 순수의 흐름을 허용 또는 차단하기 위한 개폐 밸브(155)를 구비하고, 조작압 조정 밸브(153)에 의해 조정되는 조작압과, 유량 조정 밸브(152)에 있어서의 순수의 출력 압력을 균형시킴으로써, 유량 조정 밸브(152)로부터 출력되는 순수 유량을 일정하게 제어하도록 한 제어 장치(151)이며, 유량 계측기(154)에 의한 계측치가 일정해지도록, 그 계측치를 기초로 하여 조작압 조정 밸브(153)로부터 유량 조정 밸브(152)에 공급되는 조작압을 피드백 제어하기 위한 제어 회로를 설치한 것을 특징으로 하는 것이었다. 그 효과는 순수의 온도 변화에 따라 유량 조정 밸브(152)에 있어서의 출력 압력이 변화되었다고 해도, 그 변화분에 대응하여 조작압이 리얼타임으로 조정됨으로써 유량 조정 밸브(152)로부터 출력되는 순수 유량이 조정되므로, 순수 유량을 고정밀도로 일정치로 유지할 수 있는 것이었다.

또한, 유체 제어를 행하는 모듈로서, 도8에 도시한 바와 같은 유체를 이송하는 유체 회로에 인라인 접속되는 유체 제어 모듈(156)이 있었다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조). 그 구성은 화학적으로 불활성한 유로를 갖는 하우징(157)과, 유로에 접속된 조절 가능한 제어 밸브(158)와, 유로에 접속된 압력 센서(159)와, 유로 내에 위치하는 교축부(160)를 구비하고, 제어 밸브(158)와 압력 센서(159)가 하우징(157) 내에 수용되고, 또한 제어 밸브(158)의 구동을 행하는 기계적, 전기적, 또는 공기적인 구성을 갖는 드라이버(161)와, 제어 밸브(158) 및 압력 센서(159)에 전기적으로 접속되는 제어기(162)가 하우징(157) 내에 수용되어 있는 것이었다. 그 효과는, 유체 회로 내에서 측정된 압력차와 교축부(160)의 직경으로부터 유로 내의 유량을 측정하고, 측정한 유량을 기초로 하여 제어 밸브(158)를 피드백 제어하여 구동함으로써 유로 내의 유량을 고정밀도로 결정할 수 있는 것이었다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평11-161342호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2001-242940호 공보

그러나, 상기 종래의 순수 유량의 제어 장치(151)는 구성 요소가 다방면으로 분할되어 있기 때문에, 반도체 제조 장치 내 등에 설치할 때에, 각 구성 요소의 배관 접속 작업, 전기 배선이나 에어 배관 작업을 각각 행하지 않으면 안 되고, 작업이 번잡하여 시간을 요하는 것뿐만 아니라 배관이나 배선 손실이 발생될 우려가 있다는 문제가 있었다. 또한, 배관 접속 시에 튜브나 이음새 등을 거쳐서 접속되기 때문에 접속 부분에 의한 압력 손실이 발생되고, 이 압력 손실이 유량 계측에 영향을 주어 유량의 측정 오차가 커져 정확한 유량에 의한 제어가 곤란해진다는 문제가 있었다. 또한, 부식성 유체를 사용한 경우, 부식성 가스의 투과에 의해 유량 계측기(154) 내의 부품이 부식될 우려가 있었다.

또한, 상기 종래의 유량 제어 모듈(156)에서는 유체에 부식성 유체를 사용한 경우, 투과한 부식성 가스가 유량 제어 모듈(156) 내에 충만하면, 제어기(162)나 드라이버(161)를 부식시켜 유량 계측이나 유량 제어의 작동에 영향을 주어 정확한 유량 제어를 할 수 없게 되거나, 최악의 경우에는 파손되거나 할 우려가 있었다. 그때, 모듈의 고장 원인이 제어기(162)나 드라이버(161)의 부식에 의한 것이라도, 각 부품이 일체로 설계된 유량 제어 모듈(156)은 각 부품마다 개별로 수리나 교환을 하는 것이 곤란하므로, 모듈 전부를 교환할 필요가 생겨 파손 수리의 비용이 부피가 커진다는 문제가 있었다. 또한, 유체 제어 장치에 유입하는 유체가 압력 변동 주기가 빠른 맥동한 흐름이었을 경우, 제어 밸브(158)는 맥동한 유체에 대해 유량을 제어하고자 작동하지만, 헌팅을 일으켜 유량 제어를 할 수 없게 된다는 문제도 있고, 이 상태를 계속하면 결국은 드라이버(161)나 제어 밸브(158)가 파손된다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이상과 같은 종래 기술의 문제점을 비추어 이루어진 것으로서, 반도체 제조 장치 내 등으로의 설치, 배관 및 배선 접속이 용이하고, 배선 접속에 의한 압력 손실을 저감하고, 각 모듈의 배치 변경을 용이하게 행하는 것으로, 또 유체에 부식성 유체를 사용해도 부식이 발생되지 않고, 유입하는 유체가 맥동하고 있어도 유량의 제어가 가능한 유체 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유체 제어 장치의 구성을 도1 및 도2를 기초로 하여 설명하면,

초음파를 유체 중에 발신하는 제1 초음파 진동자(12)와, 이 제1 초음파 진동자(12)로부터 발신된 초음파를 수신하고 신호를 유량계 앰프부(58)에 출력하는 제2 초음파 진동자(13)를 갖는 유량계 센서부(4)와, 조작압에 의해 유체의 유량을 조절하는 조절 밸브(5)를 구비하고, 적어도 유량계 센서부(4)와 조절 밸브(5)가 유체 유입구(3)와 유체 유출구(6)를 갖는 1개의 케이싱(2) 내에 접속되어 설치되어 이루어지는 것을 제1 특징으로 한다.

유량계 센서부(4)와 조절 밸브(5)가 1개의 케이싱(2)에 설치되어 이루어지는 밸브 모듈(1)과, 유량계 센서부(4)의 신호에 의해 유량을 연산하는 유량계 앰프부(58)와, 조절 밸브(5)의 조작압을 조정하는 전공 변환기(60)와, 유량계 앰프부(58)에서 연산된 유량치를 기초로 하여 조작압을 조정하고 피드백 제어하기 위한 제어부(59)가 1개의 케이싱(57) 내에 설치하여 이루어지는 전장 모듈(56)이 2개로 분리되어 구성되는 것을 제2 특징으로 한다.

또한, 상부에 밸브실(23)과 밸브실(23)에 각각이 연통되어 있는 입구 유로(24) 및 출구 유로(25)를 갖고, 밸브실 바닥부 중앙에 출구 유로(25)가 연통되어 있는 개구부(26)가 마련된 본체(14)와, 바닥부 중앙에 관통 구멍(28)과 측면에 호흡구(29)가 마련되고, 본체(14)와 제1 다이어프램(17)을 끼움 지지 고정하고 있는 실린더(15) 및 상부에 작동 유체 연통구(30)와 측면에 배기구(31)가 마련되고, 실린더(15)와 제2 다이어프램(19)의 주연부를 끼움 지지 고정하고 있는 본네트(16)가 일체로 고정되어 있고, 제1 다이어프램(17)은 견부(32)와, 견부(32) 상에 위치하여 후기 로드(20)의 하부에 끼워 맞춤 고정되는 설치부(33)와, 견부(32) 아래에 위치하여 후기 밸브 본체(18)가 고정되는 접합부(45)와, 견부(32)로부터 직경 방향으로 연장된 박막부(34)와, 박막부(34)에 계속되는 후육부(35) 및 후육부(35)의 주연부에 마련된 밀봉부(36)가 일체로 형성되고, 접합부(45)에는 밸브실(23)의 개구부(26)에 후기 로드(20)의 상하 이동에 따라 출입하는 밸브 본체(18)가 고정되어 있고, 한편 제2 다이어프램(19)은 중앙 구멍(37)을 갖고, 그 주변의 후육부(38)와, 후육부(38)로부터 직경 방향으로 연장된 박막부(39) 및 박막부(39)의 주연부에 마련된 밀봉부(40)가 일체로 형성되고, 바닥부에 제1 다이어프램(17)의 설치부(33)가 고정되어 있는 로드(20)의 상부에 위치하는 견부(42)에 다이어프램 압박부(21)에 의해 중앙 구멍(37)을 관통하여 끼움 지지 고정되어 있고, 또한 로드(20)는 그 하방부가 실린더(15) 바닥부의 관통 구멍(28) 내에 헐거운 끼움 상태로 배치되고, 또한 실린더(15)의 단차부(48)와 로드(20)의 견부(42) 하면 사이에 직경 방향으로의 이동이 방지된 상태에서 끼워 맞추어진 스프링(22)에서 지지되어 있도록 배치된 것을 제3 특징으로 한다.

또한, 밸브 모듈(1)의 유량계 센서부(4)와 전장 모듈(56)의 유량계 앰프부(58)를 접속하는 케이블(64, 65)이 커넥터(53, 54, 61, 62)를 거쳐서 탈착 가능하게 되어 있는 것을 제4 특징으로 한다.

또한, 밸브 모듈(1)의 케이싱(2)에 커넥터 박스(50)가 대략 밀폐 상태로 마련되고, 커넥터 박스(50)에 조절 밸브(5)의 배출구(31)와 연통하는 흡기 구멍(51)과, 케이싱(2) 밖으로 연통하는 배기 구멍(52)이 마련되어 있는 것을 제5 특징으로 한다.

또한，유체 유입구(3)에 연통하는 입구 유로(7)와, 입구 유로(7)로부터 수직 설치된 제1 수직 상승 유로(8)와, 제1 수직 상승 유로(8)에 연통하고 입구 유로(7) 축선에 대략 평행하게 마련된 직선 유로(9)와, 직선 유로(9)로부터 수직 설치된 제2 수직 상승 유로(10)와, 제2 수직 상승 유로(10)에 연통하고 입구 유로(7) 축선에 대략 평행하게 마련되고 조절 밸브(5)의 입구 유로(24)에 연통하는 출구 유로(11)가 연속하여 마련되고, 제1, 제2 수직 상승 유로(8, 10)의 측벽의 직선 유로(9)의 축선과 교차하는 위치에, 초음파 진동자(12, 13)가 서로 대향하여 배치된 유량계 센서부(4)와, 한 쌍의 초음파 진동자(12, 13)가 케이블(64, 65)을 거쳐서 접속되는 유량계 앰프부(58)로 구성되는 유량 계측기가 한 쌍의 초음파 진동자(12, 13)의 송수신을 교대로 절환하여 각각의 초음파 진동자(12, 13) 사이의 초음파 전반 시간차를 측정함으로써 직선 유로(9)를 흐르는 유체의 유량을 연산하도록 구성된 초음파 유량계인 것을 제6 특징으로 한다.

또한, 유체 유입구(3)에 연통하는 입구 유로(71)와, 입구 유로(71) 내에 수직 설치된 카르만 소용돌이를 발생시키는 소용돌이 발생체(72)와, 출구 유로(73)를 구비하는 직선 유로(74)가 연속 마련되고, 직선 유로(74)의 소용돌이 발생체(72)의 하류측의 측벽에 한 쌍의 초음파 진동자(75, 76)가 유로 축선 방향으로 직교하는 위치에 서로 대향하여 배치된 유량계 센서부(68)와, 이들 초음파 진동자(75, 76)가 케이블(86, 87)을 거쳐서 접속되는 유량계 앰프부(80)로 구성되는 유량 계측기가 소용돌이 발생체(72)의 하류에 발생하는 카르만 소용돌이의 발생 주파수를 한쪽의 초음파 진동자가 송신한 신호와, 다른 쪽의 초음파 진동자(76)가 수신한 신호의 위상차에 의해 유량을 연산하도록 구성된 초음파식 소용돌이 유량계인 것을 제7 특징으로 한다.

또한, 전장 모듈(56)의 케이싱(57) 내가 대략 밀폐되고, 케이싱(57) 내에 충전된 기체의 배출에만 사용되는 배출구(67)를 갖는 것을 제8 특징으로 한다.

상기 밸브 모듈(1)의 유체 유입구(3)의 내부 또는 외부에 압력 제어 밸브(88)가 마련된 것을 제9 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 적어도 유량계 센서부(4)와, 조절 밸브(5)가 1개의 케이싱(2) 내에 접속되어 이루어지는 구성이면 좋다. 이는 유량 센서부(4)와 조절 밸브(5)가 일체화됨으로써 유체 제어 장치를 콤팩트하게 설치할 수 있어 배관 접속이 용이해지는 동시에, 이음새 등에 의한 접속 부분이 적어도 되므로 접속 부분에 의한 압력 손실을 저감할 수 있다.

조절 밸브(5)는 조작압에 의해 유량의 조절을 할 수 있는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 조절 밸브(5)의 구성을 갖고 있는 것이 바람직하고, 작동 유체 연통구(30)에 작동 유체를 도입함으로써 유량의 조절이 용이하고, 유체를 원하는 유량에 광범위하게 걸쳐서 조절할 수 있다. 또한, 제1 다이어프램(17)의 박막부의 수압 면적이 제2 다이어프램(19)의 박막부의 수압 면적보다도 매우 작기 때문에, 입구 유로(24)로부터의 유체의 압력이 변화되어도 유체 압력의 영향을 받기 어려워 헌팅이 생기기 어렵다. 또한, 로드(20)의 하방부가 실린더(15) 바닥부의 관통 구멍에 헐겁게 끼워지므로 배관 내의 유량의 증감에 대한 유량 제어의 응답성이 우수하다. 또한, 미끄럼 이동부가 없기 때문에, 마찰에 의한 마찰성이나 그것이 원인으로 생기는 미끄럼 이동 가스 등도 나오지 않는다. 조절 밸브(5)의 부품 중 부식의 가능성이 있는 스프링(22)은 전체 표면을 불소계 수지로 피복되어 있으므로 부식이 방지된다.

또한, 본 발명에 있어서 밸브 모듈(1)의 유량계 센서부(4)와 전장 모듈(56)의 유량계 앰프부(58)는 케이블(64, 65)에서 직접 접속해도 좋지만, 유량계 센서부(4)에 연결된 커넥터(53, 54) 및 유량계 앰프부(58)에 연결된 커넥터(61, 62)를 거쳐서 유량계 센서부(4)와 유량계 앰프부(58)를 케이블(64, 65)에서 접속하는 것이 바람직하다. 이때, 커넥터는 유량계 센서부(4)에 연결된 커넥터(53, 54)만 형성되어도 좋고, 유량계 앰프부(58)에 연결된 커넥터(61, 62)만 형성되어도 좋고, 양쪽 설치해도 괜찮다. 이와 같이, 케이블(64, 65)의 커넥터를 거쳐서 탈착 가능 접속함으로써, 유체 제어 장치의 배선 접속이 용이하게 또한 단시간에 행할 수 있는 동시에, 각 모듈의 배치 치환도 용이하게 행할 수 있다.

또한, 본 발명의 밸브 모듈(1)의 케이싱(2)에는 커넥터 박스(50)를 마련해도 좋다. 조절 밸브(5)의 배출구(31)로부터 배출되는 불활성 가스나 공기가 커넥터 박스(50)의 흡기 구멍(51)으로부터 커넥터 박스(50) 내에 공급되고, 배기 구멍(52)으로부터 배출됨으로써 유체에 부식성 유체를 사용한 경우에 부식성 가스가 커넥터 박스(50) 내에 투과한 것으로 해도, 흡기 구멍(51)으로부터 배기 구멍(52)으로의 기류를 타서 배출되어 커넥터 박스(50) 내부에 저류되는 일이 없으며, 커넥터(53, 54)의 부식이 방지된다.

또한, 유량계 센서부(4)와 유량계 앰프부(58)로 구성되는 유량 계측기는 계측한 유량을 전기 신호로 변환하여 제어부(59)에 출력되는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 초음파 유량계 및 초음파식 소용돌이 유량계인 것이 바람직하고, 특히 본 발명의 초음파 유량계 및 초음파식 소용돌이 유량계의 구성을 갖고 있는 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 초음파 유량계인 경우, 미소 유량에 대해 정밀도 좋게 유량 측정을 할 수 있기 때문에, 미소 유량의 유체 제어에 적합하다. 또한, 본 발명의 초음파식 소용돌이 유량계인 경우, 오류량에 대해 정밀도 좋게 유량 측정을 할 수 있기 때문에, 오류량의 유체 제어에 적합하다. 이와 같이, 유체의 유량에 따라 초음파 유량계와 초음파식 소용돌이 유량계를 구분하여 사용함으로써 정밀도가 좋은 유체 제어를 행할 수 있다.

또한, 본 발명의 케이싱(2), 유체 유입구(3), 초음파 진동자(12, 13)를 제외한 유량계 센서부(4), 조절 밸브(5)의 각 부품, 유체 유출구(6), 전장 모듈(56)의 케이싱(57)의 재질은 수지제이면 염화비닐, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등 모두 좋지만, 특히 유체에 부식성 유체를 이용하는 경우에는 폴리테트라플루오로에틸렌(이하, PTFE로 기재함), 폴리비닐리덴플루오로라이드(이하, PVDF로 기재함), 테트라플루오로에틸렌ㆍ퍼플오로알킬비닐에테르 공중합수지(이하, PFA로 기재함) 등의 불소 수지인 것이 바람직하고, 불소 수지제이면 부식성 가스가 투과되어도 각 부품의 부식의 염려가 없다.

또한, 본 발명의 밸브 모듈(1)은 유체 유입구(3), 유량계 센서부(4), 조절 밸브(5), 유체 유출구(6)가 설치되어 있지만, 부식의 우려가 없는 재질의 것이면 개폐 밸브 및 온도계 등 다른 배관 부재를 마련해도 괜찮다. 또한, 전장 모듈(56)도 유량계 앰프부(58), 제어부(59), 전공 변환기(60)가 설치되어 있지만, 다른 전장 부품을 마련해도 괜찮다.

도1은 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 유체 제어 장치의 종단면도이다.

도2는 도1의 조절 밸브의 주요부 확대도이다.

도3은 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 유체 제어 장치의 종단면도이다.

도4는 도3의 A-A선을 따른 단면도이다.

도5는 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 유체 제어 장치의 일부 종단면도이다.

도6은 도5의 압력 제어 밸브의 주요부 확대도이다.

도7은 종래의 순수 유량의 제어 장치를 도시하는 개념 구성도이다.

도8은 종래의 유체 제어 모듈을 도시하는 부분 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면에 도시하는 실시예를 참조하여 설명하지만, 본 발명이 본 실시예로 한정되지 않는 것은 물론이다. 도1은 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 유체 제어 장치의 종단면도이다. 도2는 도1의 조절 밸브의 주요부 확대도이다. 도3은 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 유체 제어 장치의 종단면도이다. 도4는 도3의 A-A 단면도이다. 도5는 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 유체 제어 장치의 일부 종단면도이다. 도6은 도5의 압력 제어 밸브의 주요부 확대도이다.

(제1 실시예)

이하, 도1 및 도2를 기초로 하여 본 발명의 제1 실시예인 유체 제어 장치에 대해 설명한다.

부호 1은 밸브 모듈이다. 밸브 모듈(1)은 케이싱(2), 유체 유입구(3), 유량계 센서부(4), 조절 밸브(5), 유체 유출구(6)로부터 형성되고, 각각의 구성은 이하와 같다.

부호 2는 PVDF제의 케이싱이다. 케이싱(2) 내에는 케이싱(2)의 바닥면에 유 량계 센서부(4), 조절 밸브(5)가 볼트, 너트(도시하지 않음)로 고정되어 있고, 유체 유입구(3), 유량계 센서부(4), 조절 밸브(5), 유체 유출구(6)의 순으로 연속 접속된 상태로 설치되어 있다. 또한, 케이싱(2)에는 후기 커넥터 박스(50)가 밀폐 상태로 설치되어 있다. 또한, 유량계 센서부(4), 조절 밸브(5)는 순서를 반대로 해도 괜찮다.

부호 3은 PTFE제의 유체 유입구이다. 유체 유입구(3)는 후기 유량계 센서부(4)의 입구 유로(7)에 연통하고 있다.

부호 4는 유체의 유량을 계측하는 유량계 센서부이다. 유량계 센서부(4)는 유체 유입구(3)에 연통하는 입구 유로(7)와, 입구 유로(7)로부터 수직 설치된 제1 수직 상승 유로(8)와, 제1 수직 상승 유로(8)에 연통하고 입구 유로(7) 축선에 대략 평행하게 마련된 직선 유로(9)와, 직선 유로(9)로부터 수직 설치된 제2 수직 상승 유로(10)와, 제2 수직 상승 유로(10)에 연통하고 입구 유로(7) 축선에 대략 평행하게 마련된 출구 유로(11)를 갖고, 제1, 제2 수직 상승 유로(8, 10)의 측벽의 직선 유로(9)의 축선과 교차하는 위치에, 제1 및 제2 초음파 진동자(12, 13)가 서로 대향하여 배치되어 있다. 제1 및 제2 초음파 진동자(12, 13)는 불소 수지로 덮여져 있고, 상기 진동자(12, 13)로부터 신장된 배선은 후기 커넥터 박스(50) 내의 커넥터(53, 54)에 연결되어 있다. 또한, 유량계 센서부(4) 각각의 초음파 진동자(12, 13) 이외는 PFA제이다.

부호 5는 조작압에 따라 유체의 유량을 조절하는 조절 밸브이다. 조절 밸브(5)는 본체(14), 실린더(15), 본네트(16), 제1 다이어프램(17), 밸브 본체(18), 제2 다이어프램(19), 로드(20), 다이어프램 압박부(21), 스프링(22)으로 구성된다.

부호 14는 폴리테트라플루오로에틸렌(이하, PTFE로 기재함)제의 본체이며, 상부에 원통형의 밸브실(23)이 마련되어 있고, 그 밸브실(23)에 연통하여 입구 유로(24) 및 출구 유로(25)가 각각 하부에 설치되어 있다. 밸브실 바닥부 중앙에는 출구 유로(25)에 연결되는 개구부(26)가 개구부(26)의 주변부에는 입구 유로(24)에 연결되는 개구부(27)가 마련되어 있다. 개구부(27)의 횡단면 형상은 원형이지만, 유량을 광범위하게 걸쳐서 제어하기 위해 개구부(26)를 크게 한 경우에는, 밸브실 바닥부 중앙에 마련된 개구부(26)를 중심으로 한 주변부에 대략 초생달형으로 형성되는 것이 바람직하다. 본체(14)의 상면에는 제1 다이어프램(17)의 밀봉부가 끼워 맞추어지는 환형 홈(43)이 마련되어 있다.

부호 15는 폴리염화비닐(이하, PVC라 기재함)제의 실린더이며, 바닥부 중앙에 관통 구멍(28)과 바닥부 내면에 단차부(48)를 갖고, 측면에 호흡구(29)가 마련되어 있다. 실린더(15)는, 본체(1)와 제1 다이어프램(17)의 주연부를 끼움 지지 고정하고, 본네트(16)와 제2 다이어프램(19)의 주연부를 끼움 지지 고정하고 있다. 실린더(15)의 측면에 마련된 호흡구(29)는 유체가 가스가 되어 제1 다이어프램(17)을 투과한 경우에, 그 가스를 배출하기 위해 마련되어 있다.

부호 16은 PVC제의 본네트이며, 상부에 공기나 오일 등의 작동 유체를 도입하는 작동 유체 연통구(30) 및 배기구(31)가 마련되어 있다. 본 실시예에서는 작동 유체 연통구(30)는 본네트(16)의 상부에 마련되어 있지만, 측면에 형성해도 좋다. 또한, 주측부의 하부에는 제2 다이어프램(19)의 밀봉부(40)가 끼워 맞추어지 는 환형 홈(44)이 마련되어 있다. 이상 설명한 본체(14), 실린더(15) 및 본네트(16)는 볼트, 너트(도시하지 않은)에 의해 일체로 고정되어 있다.

부호 17은 PTFE제의 제1 다이어프램이며, 견부(32)를 중심으로 견부(32) 위의 위치에 로드(20)에 끼워 맞춤 고정되는 설치부(33)가, 또한 아래의 위치에는 밸브 본체(18)가 고정되는 접합부(45)가 일체적으로 또한 돌출하여 마련되어 있고, 또한 견부(32)로부터 직경 방향으로 연장된 부분에는 박막부(34)와, 박막부(34)에 계속되는 후육부(35) 및 후육부(35)의 주연부에 밀봉부(36)가 마련되어 있고, 이들은 일체적으로 형성되어 있다. 박막부(34)의 막 두께는 후육부(35)의 두께의 1/10 정도로 되어 있다. 로드(20)와 설치부(33)의 고정된 방법은 끼워 맞춤뿐만 아니라 나사 결합으로도 접착해도 좋다. 접합부(45)와 밸브 본체(18)의 고정은 나사 결합이 바람직하다. 제1 다이어프램(17)의 외주연부에 위치하는 밀봉부(36)는 축선 방향에 단면 L자 형상으로 형성되어 있고, O링(49)을 거쳐서 본체(14)의 환형 홈(43)에 끼워 맞추어져 실린더(15)의 바닥부에 마련된 환형 돌기부(41)에 압박되어 끼움 지지 고정되어 있다.

부호 18은 PTFE제의 밸브 본체이며, 제1 다이어프램(19)의 하부에 마련된 접합부(45)에 나사 결합 고정되어 있다. 밸브 본체(18)는 본 실시예와 같은 형상으로 한정되지 않고, 원하는 유량 특성에 따라서 구형 밸브 본체나 원뿔 형상 밸브 본체라도 좋다. 또는, 미끄럼 이동 저항을 매우 적게 한 상태로 완전 폐쇄를 행하기 위해서는 외주 리브 부착 밸브 본체가 적합하게 이용된다.

부호 19는 에틸렌프로필렌디엔 공중합체(이하, EPDM으로 기재함)제의 제2 다 이어프램이며, 중앙 구멍(37)을 갖고, 그 주변의 후육부(38), 후육부의 상부에는 환형 돌기부(41), 후육부(38)로부터 직경 방향으로 연장된 박막부(39) 및 박막부(39)의 주연부에 마련된 밀봉부(40)가 일체로 형성되고, 바닥부에 제1 다이어프램(17)의 설치부(33)가 고정되어 있는 로드(19)의 상부에 위치하는 견부(42)에 다이어프램 압박부(21)에 의해 중앙 구멍(37)을 관통하여 끼움 지지 고정되어 있다. 본 실시예에서는 재질이 EPDM제를 이용하고 있지만, 불소계의 고무 또는 PTFE제에서도 좋다.

부호 20은 PVC제의 로드이며, 상부에는 직경 확장된 견부(42)가 마련되어 있다. 견부(42)의 중앙에는 다이어프램 압박부(21)의 접합부(47)가 나사 결합되고, 제2 다이어프램(19)을 끼움 지지 고정하고 있다. 하방부는 실린더(15) 바닥부의 관통 구멍(28) 내에 헐거운 끼움 상태로 배치되고, 하단부에는 제1 다이어프램(17)의 설치부(33)가 고정되어 있다. 또한, 로드(20)의 견부(42)의 하면과 실린더(15)의 단차부(20) 사이에는 스프링(22)이 끼워 맞추어져 있다.

부호 21은 PVC제의 다이어프램 압박이며, 하면 중앙에는 로드(20)와 나사 결합에 의해 접속되는 접합부(47)가 설치되어 있다. 또한, 하면에는 제2 다이어프램(19)의 환형 돌기부(41)와 끼워 맞추어지는 환형 홈(46)이 마련되어 있다.

부호 22는 SUS제의 스프링이며, 로드(20)의 견부(42)의 하면과 실린더(15)의 단차부(48) 사이에 직경 방향으로의 이동이 저지된 상태에서 끼워 맞추어져 지지되어 있다. 또한, 견부(42)의 하면을 항상 상방으로 압박하고 있다. 스프링(22)의 전체 표면은 불소계 수지로 피복되어 있다. 또한, 스프링(22)은 조절 밸브의 구 경(口徑)이나 사용 압력 범위에 의해 스프링 상수를 바꾸어 적당하게 사용할 수 있어 복수개 사용해도 좋다.

부호 6은 PTFE제의 유체 유출구이다.

부호 50은 케이싱(2)에 밀폐되어 마련된 PVDF제의 커넥터 박스이다. 커넥터 박스(50)는 케이싱(2) 내에 연통하는 흡기 구멍(51)과, 케이싱(2) 외에 연통하는 배기 구멍(52)이 마련되고, 흡기 구멍(51)은 튜브를 거쳐서 상기 조절 밸브(5)의 배출구(31)와 접속되어 있다. 커넥터 박스(50) 내에는 초음파 진동자(12, 13)로부터 신장한 배선에 연결된 커넥터(53, 54)가 배치되고, 커넥터(53, 54)는 후기 전장 모듈(56)의 유량계 앰프부(58)로부터 신장한 배선과 접속된 케이블(64, 65)의 커넥터에 각각 탈착 가능하게 접속되어 있다.

또한, 케이싱(2)에는 조절 밸브(5)의 작동 유체 연통구(30)에 신장하는 배관에 연결된 에어 커넥터(55)가 접속 부분이 케이싱(2) 외표면으로부터 돌출하도록 고정 부착되어 있다.

부호 56은 전장 모듈이다. 전장 모듈(56)은 케이싱(57), 유량계 앰프부(58), 제어부(59), 전공 변환기(60)로부터 형성되고, 그 각각의 구성은 이하와 같다.

케이싱(57)은 PVDF제이다. 케이싱(57) 내에는 유량계 앰프부(58), 제어부(59) 및 전공 변환기(60)가 밀폐 상태로 설치되어 있다. 또한, 케이싱(57)은 외부로부터 불활성 가스나 공기가 전공 변환기(60)에 공급되고, 전공 변환기(60)로부터 케이싱(57) 내에 압축 공기가 공급된다. 도면 중, 부호 67은 배출구이다.

유량계 앰프부(58)는 상기 유량계 센서부(4)로부터 출력된 신호로부터 유량을 연산하는 연산부를 갖고 있다. 연산부는 송신측의 제1 초음파 진동자(12)에 일정 주기의 초음파 진동을 출력하는 발신 회로와, 수신측의 제2 초음파 진동자(13)로부터의 초음파 진동을 수신하는 수신 회로와, 각 초음파 진동의 전파 시간을 비교하는 비교 회로와, 비교 회로로부터 출력된 전파 시간차로부터 유량을 연산하는 연산 회로를 구비하고 있다.

제어부(59)는 유량계 앰프부(58)로부터 출력된 유량에 대해, 설정된 유량이 되도록 피드백 제어하고, 후기 전공 변환기(60)의 조작압을 증감 제어하는 제어 회로를 갖고 있다.

전공 변환기(60)는 불활성 가스나 공기의 조작압을 조정한다. 전공 변환기(60)는 조작압을 비례적으로 조정하기 때문에 전기적으로 구동하는 전자 밸브로 구성되고, 상기 제어부(59)로부터의 제어 신호에 따라 조절 밸브(5)의 조작압을 조정한다.

또한, 케이싱(57)에는 유량계 앰프부(58)로부터 신장한 배선에 연결된 커넥터(61, 62)의 접속 부분이 케이싱(57) 외표면으로부터 돌출하도록 고정 부착되어 있다. 마찬가지로, 전공 변환기(60)로부터 신장한 배관에 연결된 에어 커넥터(63)의 접속 부분도 케이싱(57) 외표면으로부터 돌출하도록 고정 부착되어 있다.

밸브 모듈(1)과 전장 모듈(56)은 케이블(64, 65)의 커넥터를 각 모듈(1, 56) 각각의 커넥터(53, 54, 61, 62)에 각각 탈착 가능하게 접속시키고, 튜브(66)를 각 모듈(1, 56) 각각의 에어 커넥터(55, 63)에 탈착 가능하게 접속시킴으로써 2개로 분리되어 구성된다. 또한, 본 발명의 케이블은 2개이지만 1개로 통합해도 좋고, 이 경우 커넥터도 각 모듈(1, 56)에 1개씩 마련된다.

다음에, 본 발명의 제1 실시예의 작동에 대해 설명한다.

밸브 모듈(1)의 유체 유입구(3)로부터 유입한 유체는, 우선 유량계 센서부(4)에 유입한다. 유량계 센서부(4)에 유입한 유체는 직선 유로(9)에서 유량이 계측된다. 유체의 흐름에 대해 상류측에 위치하는 제1 초음파 진동자(12)로부터 하류측에 위치하는 제2 초음파 진동자(13)를 향해 초음파 진동을 전파시킨다. 제2 초음파 진동자(13)에서 수신된 초음파 진동은 전기 신호로 변환되고, 유량계 앰프부(58)의 연산부에 출력된다. 초음파 진동이 상류측의 제1 초음파 진동자(12)로부터 하류측의 제2 초음파 진동자(13)에 전파하여 수신되면, 순시에 연산부 내에서 송수신이 절환되어 하류측에 위치하는 제2 초음파 진동자(13)로부터 상류측에 위치하는 제1 초음파 진동자(12)를 향해 초음파 진동을 전파시킨다. 제1 초음파 진동자(12)에서 수신된 초음파 진동은 전기 신호로 변환되고, 유량계 앰프부(58)의 연산부에 출력된다. 이때, 초음파 진동은 직선 유로(9) 내의 유체의 흐름에 반대로 전파해 가므로, 상류측으로부터 하류측으로 초음파 진동을 전파시킬 때에 비해 유체 속에서의 초음파 진동의 전파 속도가 지연되어 전파 시간이 길어진다. 출력된 상호의 전기 신호는 유량계 앰프부(58)의 연산부 내에서 전파 시간이 각각 계측되고, 전파 시간차로부터 유량이 연산된다. 유량계 앰프부(58)에서 연산된 유량은 전기 신호로 변환되어 제어부(59)에 출력된다.

다음에, 유량계 센서부(4)를 통과한 유체는 조절 밸브(5)에 유입한다. 제어 부(59)에서는 미리 설정된 소정의 유량에 대해, 리얼타임으로 계측된 유량의 편차로부터 편차를 제로로 하도록 신호를 전공 변환기(60)에 출력하고, 전공 변환기(60)는 그에 따른 조작압을 조절 밸브(5)에 공급하여 구동시킨다. 조절 밸브(5)로부터 유출하는 유체는 유량을 설정 유량으로 일정치가 되도록, 즉 설정 유량과 계측된 유량의 편차가 제로로 수렴되도록 조절 밸브(5)에서 제어된다.

여기서, 전공 변환기(60)로부터 공급되는 조작압에 대한 조절 밸브(5)의 작동에 대해 설명한다.

조절 밸브는 본네트(16)의 상부에 마련된 작동 유체 연통구(30)로부터 공급되는 압축 공기가 제로의 상태, 즉 개방 상태이며, 유체의 유량이 최대일 경우를 도시하고 있다. 이때, 밸브 본체(18)는 실린더(15)의 단차부(48)와 로드(20)의 견부(42)의 하면 사이에 끼워 맞추어진 스프링(22)의 압박력에 의해, 로드(20)의 상부에 접합되어 있는 다이어프램 압박부(21)의 상부가 본네트(15)의 바닥면에 접하는 위치에서 정지하고 있다.

이 상태에 있어서, 작동 유체 연통구(30)로부터 공급되는 압축 공기의 압력을 높게 해 가면, 밀봉부(40)가 본네트(16)에 끼워 맞추어져 있는 제2 다이어프램(19)의 박막부(39)와 본네트(16)에 의해 본네트(16)의 내부는 밀폐되어 있기 때문에, 압축 공기는 다이어프램 압박부(21)와 제2 다이어프램(19)을 하방으로 압하하고, 로드(20)와 제1 다이어프램(17)을 거쳐서 밸브 본체(18)가 개구부(26) 사이에 삽입되어 간다. 여기서, 작동 유체 연통구(30)로부터 공급되는 압축 공기의 압력을 일정하게 하면 밸브 본체(18)는 스프링(22)의 압박력과 제1 다이어프램(17)의 박막부(34)의 하면과 밸브 본체(18)의 하면이 유체로부터 받는 압력과 균형이 잡힌 위치에서 정지한다. 따라서, 개구부(26)는 삽입되는 밸브 본체(18)에 의해 개구 면적이 감소되므로, 유체의 유량도 감소한다.

또한, 작동 유체 연통구(30)로부터 공급되는 압축 공기의 압력을 높게 해 가면, 밸브 본체(18)는 더 압하되고, 결국은 개구부(26)와 접촉하여 완전 폐쇄 상태가 된다.

또한, 압축 공기를 배출해 가면, 밀봉부(40)가 본네트(16)에 끼워 맞추어져 있는 제2 다이어프램(19)의 박막부(39)와 본네트(16)에 의해 밀폐되어 있는 본네트(16)의 내부는 압력이 내려가고, 스프링(22)의 압박력쪽이 커져 로드(20)를 밀어 올린다. 로드가 상승됨으로써, 제1 다이어프램(17)을 거쳐서 고정되어 있는 밸브 본체(18)도 상승하고, 조절 밸브는 개방 상태가 된다.

이상의 작동에 의해, 밸브 모듈(1)의 유체 유입구(3)에 유입하는 유체는 설정 유량으로 일정하게 되도록 제어되어 유체 유출구(6)로부터 유출된다. 이 유량계 센서부(4) 및 유량계 앰프부(58)로 이루어지는 초음파 유량계는 유체의 유동 방향에 대한 전파 시간차로부터 유량을 계측하므로 미소 유량으로도 정확하게 유량을 계측할 수 있고, 또한 조절 밸브(5)는 상기 구성에 의해 조밀하고 안정된 유량 조절을 행할 수 있으므로, 미소 유량의 유량 조절이 우수한 효과를 발휘한다.

다음에, 본 발명의 제1 실시예에서 사용되는 유체가 부식성 유체인 경우에 있어서, 밸브 모듈 내에 부식성 가스가 투과되었을 때의 작용을 설명한다.

본 발명의 유체 제어 장치는 밸브 모듈(1)과 전장 모듈(56)의 2개로 분리되 어 구성되어 있다. 밸브 모듈(1) 내의 각 부품은 부식에 강한 불소 수지로 덮여져 있으므로 부식되는 일이 없으며, 각 초음파 진동자(12, 13)도 불소 수지로 피복되어 있으므로 부식을 방지할 수 있고, 스프링(22)은 전체 표면이 불소계 수지로 피복되어 있으므로 부식을 방지할 수 있다. 또한, 밸브 모듈(1) 내에서 부식의 가능성이 있는 부분은 커넥터(53, 54)이지만, 커넥터(53, 54)가 배치되어 있는 커넥터 박스(50) 내부는 배출구(31)로부터 배출되어 흡기 구멍(51)으로부터 공급되는 압축 공기가 배기 구멍(52)으로부터 항상 케이싱(2) 밖으로 배출되어 있으므로, 투과한 부식성 가스는 그 기류를 타서 배출되게 되고, 커넥터 박스(50) 내에 저장되는 일이 없어 부식을 방지할 수 있다.

한편, 전장 모듈(56)에는 부식되면 유량 계측이나 유체 제어에 영향을 끼치는 부품이 배치되어 있지만, 밸브 모듈(1)과 분리되어 구성되어 있기 때문에, 부식성 가스로부터의 영향을 직접 받지 않는 위치에 설치함으로써 전장 모듈(56) 내의 부품의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 전장 모듈(56)의 케이싱(57) 내부는 전공 변환기(60)로부터 케이싱(57) 내에 공급되는 압축 공기를 배출구(67)로부터 항상 배출시킴으로써, 만일 전장 모듈(56)이 부식성 가스의 영향을 받는 위치에 설치되었다고 해도, 투과한 부식성 가스는 기류를 타서 배출되게 되어 케이싱(57) 내에 저장되는 일이 없으며, 전장 모듈(56)의 각 부품의 부식을 방지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제1 실시예를 반도체 제조 장치 내에 설치하는 순서에 대해 설명한다.

우선, 밸브 모듈(1)을 반도체 제조 장치 내의 관로의 소정 위치에 배치하고, 유체 유입구(3), 유체 유출구(6)를 관로의 배관과 접속시켜 밸브 모듈(1)을 반도체 제조 장치 내에 고정한다. 그리고, 전장 모듈(56)을 반도체 제조 장치 내의 관로로부터 떨어진 소정의 위치에 설치한다. 다음에, 케이블(64, 65)의 한쪽의 커넥터를 밸브 모듈(1)의 커넥터 박스(50) 내에 넣어 커넥터(53, 54)에 접속하고, 케이블(64, 65)의 다른 한쪽의 커넥터를 전장 모듈(56)의 커넥터(61, 62)에 접속한다. 계속하여 튜브(66)의 한쪽을 밸브 모듈(1)의 에어 커넥터(55)에 삽입하여 접속하고, 튜브(66)의 다른 한쪽을 전장 모듈(56)의 에어 커넥터(63)에 삽입하여 접속한다. 이상의 순서에 의해, 반도체 제조 장치 내로의 설치가 매우 용이하게 행할 수 있고, 배선과 에어 배관의 접속도 커넥터를 접속하는 작업만으로 완료하고, 용이하게 또한 단시간에 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 구성이라면, 유체 제어 장치의 일부가 파손된 경우라도 교환 작업이 용이하다. 또한, 복수의 유체 제어 장치를 설치할 경우, 컨트롤 박스 내에 각 전장 모듈을 통합하여 설치함으로써, 본 발명의 유체 제어 장치의 일괄 관리도 가능해진다.

이하, 도3 및 도4를 기초로 하여 본 발명에 관한 유체 제어 장치의 제2 실시예에 대해 설명한다.

(제2 실시예)

부호 68은 밸브 모듈(69)의 케이싱(70) 내에 설치된 유량계 센서부이다. 유량계 센서부(68)는 입구 유로(71)와, 입구 유로(71) 내에 수직 설치된 카르만 소용돌이를 발생시키는 소용돌이 발생체(72)와, 출구 유로(73)를 구비하는 직선 유로(74)를 갖고, 직선 유로(74)의 소용돌이 발생체(72)의 하류측의 측벽에 초음파 진동자(75, 76)가 유로 축선 방향으로 직교하는 위치에 서로 대향하여 배치되어 있다. 초음파 진동자(75, 76)는 불소 수지로 피복되어 있고, 상기 진동자(75, 76)로부터 신장한 배선은 밀폐된 커넥터 박스(77) 내의 커넥터(78, 79)에 연결되어 있다. 유량계 센서부(68)의 초음파 진동자(75, 76) 이외는 PTFE제이다.

부호 80은 전장 모듈(82)의 케이싱(83) 내에 배치된 유량계 앰프부이다. 유량계 앰프부(80)는 카르만 소용돌이의 발생 주기(주파수)로부터 유로를 흐르는 유체의 유속을 구하고, 유체의 유량을 연산하는 연산부가 설치되어 있다. 연산부는 송신측의 초음파 진동자(75)에 일정 주기의 초음파 진동을 출력하는 발신 회로와, 수신측의 초음파 진동자(76)로부터의 초음파 진동을 수신하는 수신 회로와, 각 초음파 진동의 위상을 비교하는 비교 회로와, 비교 회로로부터 출력된 카르만 소용돌이 검산 신호를 적산하여 유량을 연산하는 연산 회로를 갖는다. 또한, 케이싱(83)에는 유량계 앰프부(80)로부터 신장한 배선에 연결된 커넥터(84, 85)의 접속 부분이 케이싱(83) 외표면으로부터 돌출하도록 고정 부착되어 있다.

밸브 모듈(69)과 전장 모듈(82)은 케이블(86, 87)의 커넥터를 각 모듈(69, 82) 각각의 커넥터(78, 79, 84, 85)에 각각 탈착 가능하게 접속시킴으로써 2개로 분리되어 구성된다. 제2 실시예에 있어서의 기타의 구성 요소는 제1 실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

다음에, 본 발명의 제2 실시예의 작동에 대해 설명한다.

밸브 모듈(69)에 유입한 유체는, 우선 유량계 센서부(68)에 유입한다. 유량계 센서부(68)에 유입한 유체는 직선 유로(74)에서 유량이 계측된다. 직선 유 로(74) 내를 흐르는 유체에 대해 한쪽의 초음파 진동자(75)로부터 다른 쪽의 초음파 진동자(76)를 향해 초음파 진동을 전파시킨다. 소용돌이 발생체(72)의 하류에 발생하는 카르만 소용돌이는 유체의 유속에 비례한 주기로 발생하고, 소용돌이 권취 방향이 다른 카르만 소용돌이가 교대로 발생하기 때문에, 초음파 진동은 카르만 소용돌이의 스파이럴 방향에 의해 카르만 소용돌이를 통과할 때에 진행 방향으로 가속 또는 감속된다. 그로 인해, 초음파 진동자(76)에서 수신되는 초음파 진동은 카르만 소용돌이에 의해 주파수(주기)가 변동한다. 각각의 초음파 진동자(75, 76)에서 송수신된 초음파 진동은 전기 신호로 변환되고, 유량계 앰프부(80)의 연산부로 출력된다. 유량계 앰프부(80)의 연산부에서는 송신측의 초음파 진동자(75)로부터 출력된 초음파 진동과 수신측의 초음파 진동자(76)로부터 출력된 초음파 진동과의 위상차로부터 얻을 수 있는 카르만 소용돌이의 주파수를 기초로 하여 직선 유로(74)를 흐르는 유체의 유량이 연산된다. 유량계 앰프부(80)에서 연산된 유량은 전기 신호로 변환되어 제어부(81)에 출력된다. 또한, 제2 실시예의 다른 부분의 작동은 제1 실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

또한, 제2 실시예에 사용한 유체가 부식성 유체인 경우의 밸브 모듈 내에 부식성 가스가 투과되었을 때의 작용과, 제2 실시예의 유체 제어 장치를 반도체 제조 장치 내에 설치하는 순서에 대해서는, 제1 실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 이 유량계 센서부(68) 및 유량계 앰프부(80)로 이루어지는 초음파식 소용돌이 유량계는 유량이 클수록 카르만 소용돌이가 발생되므로 대류량에서도 정확하게 유량을 계측할 수 있어, 대류량의 유체 제어가 우수한 효과를 발휘한다.

이하, 도5 및 도6을 기초로 하여 본 발명의 제3 실시예에 대해 설명한다.

(제3 실시예)

부호 89는 PTFE제의 본체이며, 하부 중앙에 바닥부까지 개방하여 마련된 제2 공극(97)과, 상부에 상면 개방하여 마련된 제2 공극(97)의 직경보다도 큰 직경을 갖는 제1 공극(98)을 갖고, 측면에는 제2 공극(97)과 연통되어 있는 입구 유로(99)와, 입구 유로(99)와 대향하는 면에 제1 공극(98)과 연통되어 있는 출구 유로(100)와, 또한 제1 공극(98)과 제2 공극(97)을 연통하고 제1 공극(98)의 직경보다도 작은 직경을 갖는 연통 구멍(101)이 마련되어 있다. 제2 공극(97)의 상면부는 밸브 시트(102)로 되어 있다. 또한, 밸브 모듈(1)의 유체 유입구(3)에 연통되어 있다.

부호 90은 PVDF제의 본네트이며, 내부에 원통형의 공극(103)과 하단부 내주면에 공극(103)보다 직경 확장된 단차부(104)가 마련되고, 측면에는 공극(103) 내부에 압축된 불활성 가스나 공기를 공급하기 위해 공극(103)과 외부를 연통하는 급기 구멍(105) 및 급기 구멍(105)으로부터 도입된 불활성 가스나 공기를 미량으로 배출하기 위한 작은 구멍의 배출 구멍(106)이 마련되어 있다.

부호 91은 PVDF제로 평면원 형상의 스프링 받침이며, 중앙부에 관통 구멍(107)을 갖고, 대략 상반부가 본네트(15)의 단차부(104)에 끼워 삽입되어 있다. 스프링 받침(91)의 측면부에는 환형 홈(108)이 마련되고, O링(109)을 장착함으로써 본네트(90)로부터 외부로의 불활성 가스나 공기의 유출을 방지하고 있다.

부호 92는 PVDF제의 피스톤이며, 상부에 원반 형상의 플랜지부(110)와, 플랜지부(110)의 중앙 하부로부터 원기둥 형상으로 돌출하여 마련된 피스톤축(111)과, 피스톤축(111)의 하단부에 마련된 수형 나사부로 이루어지는 제1 접합부(112)를 갖는다. 피스톤축(111)은 스프링 받침(91)의 관통 구멍(107)으로부터 소직경으로 마련되어 있고, 제1 접합부(112)는 후기 제1 밸브 기구 본체(94)의 제2 접합부(117)와 나사 결합에 의해 접합되어 있다.

부호 93은 SUS제의 스프링이며, 피스톤(92)의 플랜지부(110) 하단부면과 스프링 받침(91)의 상단부면으로 끼움 지지되어 있다. 피스톤(92)의 상하 이동에 수반하여 스프링(93)도 신축하지만, 그때 하중의 변화가 적도록 자유 길이의 긴 것이 바람직하게 사용된다.

부호 94는 FTFE제의 제1 밸브 기구 본체이며, 외주연부로부터 상방으로 돌출하여 마련된 통형부(113)를 가진 막부(114)와 후육부를 중앙부에 갖는 제1 다이어프램(115)과, 제1 다이어프램(115)의 중앙 상면으로부터 돌출하여 마련된 축부(116)의 상단부에 마련된 소직경의 수형 나사로 이루어지는 제2 접합부(117) 및 상기 중앙 하면으로부터 돌출하여 마련되고 하단부에 형성된 수형 나사부로 이루어지는 후기 제2 밸브 기구 본체(95)의 제4 접합부(122)와 나사 결합되는 제3 접합부(118)를 갖는다. 제1 다이어프램(115)의 통형부(113)는 본체(89)와 스프링 받침(91) 사이에서 끼움 지지 고정됨으로써 제1 다이어프램(115) 하면으로부터 형성되는 제1 밸브실(119)이 밀봉 형성되어 있다. 또한, 제1 다이어프램(115) 상면, 본네트(90)의 공극(103)은 O링(109)을 거쳐서 밀봉되어 있고, 본네트(90)의 급기 구멍(105)으로부터 공급되는 압축된 불활성 가스나 공기가 충만되어 있는 기실을 형성 하고 있다.

부호 95는 PTFE제의 제2 밸브 기구 본체이며, 본체(89)의 제2 공극(97) 내부에 배치되고 연통 구멍(101)으로부터 대직경에 마련된 밸브 본체(120)와, 밸브 본체(120) 상단부면으로 돌출하여 마련된 축부(121)와, 그 상단부에 마련된 제3 접합부(118)와 나사 결합에 의해 접합 고정되는 수형 나사부로 이루어지는 제4 접합부(122)와, 밸브 본체(120) 하단부면으로부터 돌출하여 마련된 로드(123)와, 로드(123) 하단면으로부터 직경 방향으로 연장 마련되어 주연부로부터 하방으로 돌출하여 마련된 통 형상 돌기부(124)를 갖는 제2 다이어프램(125)으로 구성되어 있다. 제2 다이어프램(125)의 통 형상 돌기부(124)는 후기 베이스 플레이트(96)의 돌출부(127)와 본체(89) 사이에서 끼움 지지됨으로써, 본체(89)의 제2 공극(97)과 제2 다이어프램(125)으로 형성되는 제2 밸브실(126)을 밀폐하고 있다.

부호 96은 PVDF제의 베이스 플레이트이며, 상부 중앙에 제2 밸브 기구 본체(95)의 제2 다이어프램(125)의 통 형상 돌기부(124)를 본체(89) 사이에서 끼움 지지 고정하는 돌출부(127)를 갖고, 돌출부(127)의 상단부에 절결 오목부(128)가 마련되는 동시에, 측면에 절결 오목부(128)에 연통하는 호흡 구멍(129)이 마련되어 있고, 본네트(90) 사이에서 본체(89)를 관통 볼트 및 너트(도시하지 않음)에 의해 끼움 지지 고정하고 있다.

여기서, 압력 제어 밸브(88)의 작동에 대해 설명한다. 제2 밸브 기구 본체(95)의 밸브 본체(120)는 피스톤(92)의 플랜지부(110)와 스프링 받침(91)에 끼움 지지되어 있는 스프링(93)의 압박력과, 제1 밸브 기구 본체(94)의 제1 다이어프램(115) 하면의 유체 압력에 의해 상방에 압박하는 힘이 작용되고, 제1 다이어프 램(115) 상면의 조작압의 압력에 의해 하방으로 압박하는 힘이 작용하고 있다. 더 엄밀하게는, 밸브 본체(120) 하면과 제2 밸브 기구 본체(95)의 제2 다이어프램(125) 상면이 유체 압력을 받고 있지만, 그들의 수압 면적은 거의 동등하게 되어 있으므로 힘은 거의 상쇄되어 있다. 따라서, 제2 밸브 기구 본체(95)의 밸브 본체(120)는, 전술의 3개의 힘이 균형이 잡힌 위치에서 정지하게 된다.

여기서, 외부로부터 공급되는 조작 압력을 증가시키면 제1 다이어프램(115)을 압하하는 힘이 증가됨으로써, 제2 밸브 기구 본체(95)의 밸브 본체(120)와 밸브 시트(102) 사이에서 형성되는 유체 제어부(120)의 개구 면적이 증가되므로, 제1 밸브실(119)의 압력을 증가시킬 수 있다. 반대로, 조작 압력을 감소시키면 유체 제어부(130)의 개구 면적은 감소하여 압력도 감소한다. 그로 인해, 조작 압력을 조정함으로써 임의의 압력으로 설정할 수 있다.

이 상태에서, 상류측의 유체 압력이 증가되었을 경우, 순간적으로 제1 밸브실(119) 내의 압력도 증가한다. 그러면, 제1 다이어프램(115)의 상면이 조작압에 의한 압축 공기로부터 받는 힘으로부터, 제1 다이어프램(115)의 하면이 유체로부터 받는 힘의 쪽이 커지고, 제1 다이어프램(115)은 상방으로 이동한다. 그에 수반하여, 밸브 본체(120)의 위치도 상방으로 이동하기 때문에, 밸브 시트(102) 사이에서 형성되는 유체 제어부(130)의 개구 면적이 감소되고, 제1 밸브실(119) 내의 압력을 감소시킨다. 최종적으로, 밸브 본체(120)의 위치가 상기 3개의 힘이 균형이 잡힌 위치까지 이동하여 정지한다. 이때, 스프링(93)의 하중이 크게 변하지 않으면, 공극(103) 내부의 압력, 즉 제1 다이어프램(115) 상면이 받는 힘은 일정하기 때문에, 제1 다이어프램(115) 하면이 받는 압력은 거의 일정해진다. 따라서, 제1 다이어프램(115) 하면의 유체 압력, 즉 제1 밸브실(119) 내의 압력은 상류측의 압력이 증가되기 전과 거의 원래의 압력과 같게 되어 있다.

상류측의 유체 압력이 감소된 경우, 순간적으로 제1 밸브실(119) 내의 압력도 감소한다. 그러면, 제1 다이어프램(115)의 상면이 조작압에 의한 압축 공기로부터 받는 힘으로부터, 제1 다이어프램(115)의 하면이 유체로부터 받는 힘의 쪽이 작아지고, 제1 다이어프램(115)은 하방으로 이동한다. 그에 수반하여, 밸브 본체(120)의 위치도 하방으로 이동하기 때문에, 밸브 시트(112) 사이에서 형성되는 유체 제어부(130)의 개구 면적이 증가되고, 제1 밸브실(119)의 유체 압력을 증가시킨다. 최종적으로, 밸브 본체(120)의 위치가 상기 3개의 힘이 균형이 잡힌 위치까지 이동되어 정지한다. 따라서, 상류측 압력이 증가된 경우와 마찬가지로, 제1 밸브실(119) 내의 유체 압력은 거의 원래의 압력과 같게 되어 있다.

이상의 작용에 따라, 압력 제어 밸브(88)는 유체를 일정압으로 제어할 수 있기 때문에, 유입하는 유체가, 압력 변동 주기가 빠른 맥동한 흐름이었다고 해도 안정된 압력 제어를 행하고, 유입하는 유체의 유량을 일정치가 되도록 할 수 있다.

본 발명은 이상과 같은 구조를 이루고 있고, 이하가 우수한 효과를 얻을 수 있다.

(1) 밸브 모듈과 전장 모듈로 2 분할하여 구성되어 있기 때문에, 유체에 부식성 유체를 사용한 경우에 부식성 가스가 투과된 것으로 해도, 부식의 우려가 있 는 부품을 갖는 전장 모듈은 부식성 유체가 흐르는 밸브 모듈로부터 격리될 수 있어 부식되는 일이 없다.

(2) 유체 제어를 행하는 각 부품이 밸브 모듈과 전장 모듈에 각각 설치되어 2 분할하여 구성되고, 커넥터를 거쳐서 탈착 가능하게 배선 접속됨으로써, 반도체 제조 장치 내 등으로의 설치, 배관 및 배선 접속이 용이하고 단시간에 행할 수 있는 동시에, 각 모듈의 배치 치환도 용이하게 행할 수 있다.

(3) 본 발명의 구성의 조절 밸브를 이용함으로써, 조밀한 구조로 또한 유량의 조절이 용이하고, 유체를 원하는 유량에 광범위하게 걸쳐서 조절할 수 있다.

(4) 본 발명 구성의 조절 밸브를 이용함으로써, 제1 다이어프램의 박막부의 수압 면적이 제2 다이어프램의 박막부의 수압 면적보다도 매우 작기 때문에, 입구 유로로부터의 유체의 압력의 영향을 받기 어려워 헌팅이 생기기 어렵다.

(5) 본 발명의 구성의 조절 밸브는 로드의 하방부가 실린더 바닥부의 관통 구멍에 헐겁게 끼워져 있기 때문에 배관 내의 유량의 증감에 대한 유량 제어의 응답성이 우수하다.

(6) 본 발명의 구성의 초음파 유량계를 이용함으로써, 미소 유량의 유체가 흐르고 있을 때에 정확하고 안정된 유체 제어를 행할 수 있다.

(7) 본 발명의 구성의 초음파식 소용돌이 유량계를 이용함으로써, 큰 유량의 유체가 흐르고 있을 때에 정확하고 안정된 유체 제어를 행할 수 있다.

(8) 밸브 모듈의 내부 또는 외부에 압력 제어 밸브를 마련함으로써, 유체를 일정압으로 제어할 수 있기 때문에, 유입하는 유체가, 압력 변동 주기가 빠른 맥동 한 흐름이었다고 해도 안정된 압력 제어를 행하고, 유입하는 유체의 유량을 일정치가 되도록 할 수 있다.

Claims (11)

1. 초음파를 유체 중에 발신하는 제1 초음파 진동자(12)와, 제1 초음파 진동자(12)로부터 발신된 초음파를 수신하고 신호를 유량계 앰프부(58)에 출력하는 제2 초음파 진동자(13)를 갖는 유량계 센서부(4)와, 조작압에 의해 유체의 유량을 조절하는 조절 밸브(5)를 구비하고, 적어도 유량계 센서부(4)와 조절 밸브(5)가, 유체 유입구(3)와 유체 유출구(6)를 갖는 1개의 케이싱(2) 내에 접속되어 설치되어 이루어지고,

   유량계 센서부(4)와 조절 밸브(5)가 1개의 케이싱(2)에 설치되어 이루어지는 밸브 모듈(1)과, 유량계 센서부(4)의 신호에 의해 유량을 연산하는 유량계 앰프부(58)와, 조절 밸브(5)의 조작압을 조정하는 전공 변환기(60)와, 유량계 앰프부(58)에서 연산된 유량치를 기초로 하여 조작압을 조정하고 피드백 제어하기 위한 제어부(59)가 1개의 케이싱(57) 내에 설치되어 이루어지는 전장 모듈(56)이, 2개로 분리되어 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 조절 밸브(5)가 상부에 밸브실(23)과, 밸브실(23)에 각각이 연통되어 있는 입구 유로(24) 및 출구 유로(25)를 갖고, 밸브실 바닥부 중앙에 출구 유로(25)가 연통되어 있는 개구부(26)가 마련된 본체(14)와, 바닥부 중앙에 관통 구멍(28)과, 측면에 호흡구(29)가 마련되고, 본체(14)와 제1 다이어프램(17)을 끼움 지지 고정하고 있는 실린더(15) 및 상부에 작동 유체 연통구(30)와 측면에 배기구(31)가 마련되고, 실린더(15)와 제2 다이어프램(19)의 주연부를 끼움 지지 고정하고 있는 본네트(16)가 일체로 고정되어 있고, 제1 다이어프램(17)은 견부(32)와, 견부(32) 위에 위치하여 로드(20)의 하부에 끼워 맞춤 고정되는 부착부(33), 견부(32) 아래에 위치하여 밸브 본체(18)가 고정되는 접합부(45), 견부(32)로부터 직경 방향으로 연장된 박막부(34), 박막부(34)에 계속되는 후육부(35) 및 후육부(35)의 주연부에 마련된 밀봉부(36)가 일체로 형성되고, 접합부(45)에는 밸브실(23)의 개구부(26)에 로드(20)의 상하 이동에 수반하여 출입하는 밸브 본체(18)가 고정되어 있고, 한편 제2 다이어프램(19)은 중앙 구멍(37)을 갖고, 그 주변의 후육부(38)와, 후육부(38)로부터 직경 방향으로 연장된 박막부(39) 및 박막부(39)의 주연부에 마련된 밀봉부(40)가 일체로 형성되고, 바닥부에 제1 다이어프램(17)의 부착부(33)가 고정되어 있는 로드(20)의 상부에 위치하는 견부(42)에 다이어프램 압박부(21)에 의해 중앙 구멍(37)을 관통하여 끼움 지지 고정되어 있고, 또한 로드(20)는 그 하방부가 실린더(15) 바닥부의 관통 구멍(28) 내에 헐거운 끼움 상태로 배치되고, 또한 실린더(15)의 단차부(48)와 로드(20)의 견부(42) 하면 사이에 직경 방향으로의 이동이 방지된 상태에서 끼워 맞추어진 스프링(22)에서 지지되어 있도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 밸브 모듈(1)의 유량계 센서부(4)와 전장 모듈(56)의 유량계 앰프부(58)를 접속하는 케이블(64, 65)이, 커넥터(53, 54, 61, 62)를 거쳐서 탈착 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 밸브 모듈(1)의 케이싱(2)에 커넥터 박스(50)가 밀폐 상태로 마련되고, 커넥터 박스(50)에 조절 밸브(5)의 배출구(31)와 연통하는 흡기 구멍(51)과, 케이싱(2) 밖으로 연통하는 배기 구멍(52)이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 유체 유입구(3)에 연통하는 입구 유로(7)와, 입구 유로(7)로부터 수직 설치된 제1 수직 상승 유로(8)와, 제1 수직 상승 유로(8)에 연통하고 입구 유로(7) 축선에 평행하게 마련된 직선 유로(9)와, 직선 유로(9)로부터 수직 설치된 제2 수직 상승 유로(10)와, 제2 수직 상승 유로(10)에 연통하고 입구 유로(7) 축선에 평행하게 마련되고 조절 밸브(5)의 입구 유로(24)에 연통하는 출구 유로(11)가 연속 마련되고, 제1, 제2 수직 상승 유로(8, 10)의 측벽의 직선 유로(9)의 축선과 교차하는 위치에, 한 쌍의 초음파 진동자(12, 13)가 서로 대향하여 배치된 유량계 센서부(4)와, 한 쌍의 초음파 진동자(12, 13)가 케이블(64, 65)을 거쳐서 접속되는 유량계 앰프부(58)로 구성되는 유량 계측기가, 한 쌍의 초음파 진동자(12, 13)의 송수신을 교대로 절환하여 각각의 초음파 진동자(12, 13) 사이의 초음파 전반 시간차를 측정함으로써 직선 유로(9)를 흐르는 유체의 유량을 연산하도록 구성된 초음파 유량계인 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 유체 유입구(3)에 연통하는 입구 유로(71)와, 입구 유로(71) 내에 수직 설치된 카르만 소용돌이를 발생시키는 소용돌이 발생체(72)와, 출구 유로(73)를 구비하는 직선 유로(74)가 연속 마련되고, 직선 유로(74)의 소용돌이 발생체(72)의 하류측의 측벽에, 한 쌍의 초음파 진동자(75, 76)가 유로 축선 방향으로 직교하는 위치에 서로 대향하여 배치된 유량계 센서부(68)와, 이들 초음파 진동자(75, 76)가 케이블(86, 87)을 거쳐서 접속되는 유량계 앰프부(80)로 구성되는 유량 계측기가, 소용돌이 발생체(72)의 하류에 발생하는 카르만 소용돌이의 발생 주파수를 한쪽의 초음파 진동자(75)가 송신한 신호와 다른 쪽의 초음파 진동자(76)가 수신한 신호의 위상차에 의해 유량을 연산하도록 구성된 초음파식 소용돌이 유량계인 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 전장 모듈(56)의 케이싱(57) 내가 밀폐되고, 케이싱(57) 내에 충전된 기체의 배출에만 사용되는 배출구(67)를 갖는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 밸브 모듈(1)의 유체 유입구(3)의 내부 또는 외부에 압력 제어 밸브(88)가 마련된 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
10. 제4항에 있어서, 상기 전장 모듈(56)의 케이싱(57) 내가 밀폐되고, 케이싱(57) 내에 충전된 기체의 배출에만 사용되는 배출구(67)를 갖는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
11. 제5항에 있어서, 상기 전장 모듈(56)의 케이싱(57) 내가 밀폐되고, 케이싱(57) 내에 충전된 기체의 배출에만 사용되는 배출구(67)를 갖는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.

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