KR101203282B1 - 유량 제어 장치 - Google Patents

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시케이디 가부시키가이샤
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Abstract

유량 제어 장치(10)는 압력 조정 수단으로서의 파일럿 레귤레이터(20)와 그 하류측에 배치된 에어 조작 밸브(40)를 구비하고 있다. 에어 조작 밸브(40)는 커버(41), 실린더(42), 보디(43)로 이루어진다. 보디(43)에는 흡입 통로(58)와, 배출 통로(59)와, 각 통로(58, 59)를 연통하는 원형 홈(67)과, 흡입 통로(58)와 원형 홈(67)을 연통하는 고정 오리피스(64)가 형성되어 있다. 흡입 통로(58)의 원형 홈(67)측 단부는 밸브 시트 오리피스(58a)로 되어 있고, 그 개구부 주위는 밸브 시트(63)로 되어 있다. 다이어프램 밸브체(55)는 압축 코일 스프링(49)의 가압력에 의해 상시 밸브 시트(63)에 착좌되어 있고, 압력 제어실(51)이 조작 에어에 의해 가압되면 밸브 시트(63)로부터 이격된다.
Figure R1020090022863
유량 제어 장치, 압축 코일 스프링, 밸브 시트, 고정 오리피스, 에어 조작 밸브

Description

유량 제어 장치{FLOW RATE CONTROL DEVICE}
본 발명은 유체의 유량을 제어하는 유량 제어 장치에 관한 것이다.
유량 제어 장치는 반도체 제조 장치에 있어서 약액 등의 유체의 유량을 조정하기 위해 사용되는 것 외에, 약품 분야ㆍ화학 분야에 있어서 유체를 적절한 비율로 혼합시키는 경우에도 사용된다.
이러한 종류의 유량 제어 장치로서 레귤레이터(regulator)의 하류측에 오리피스(orifice)를 설치한 것이 알려져 있다. 이 유량 제어 장치에서는, 레귤레이터에 의해 오리피스의 일차측 압력(즉 레귤레이터의 이차측 압력)이 제어됨으로써, 유체의 유량이 제어된다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그러나, 상기 유량 제어 장치에서는, 유량을 고정밀도로 제어하려고 하면, 개방도가 작은 오리피스를 사용할 필요가 있으므로, 제어할 수 있는 유량의 범위가 좁아진다. 한편, 유량을 광범위에 걸쳐서 제어하려고 하면, 개방도가 큰 오리피스를 사용하게 되므로, 유량을 고정밀도로 제어하는 것이 곤란해진다. 따라서, 상기 유량 제어 장치에서는, 광범위한 유량 제어와 고정밀도의 유량 제어를 양립시킬 수 없는 문제가 있다.
그래서, 상기 문제점을 해결할 수 있는 것으로서, 모터(motor)에 의해 오리피스의 밸브 개방도를 조정하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 이 기술에 따르면, 오리피스의 밸브 개방도가 모터에 의해 조정되므로, 밸브 개방도를 크게 설정함으로써 높은 범위로 유량을 제어할 수 있는 동시에, 밸브 개방도를 작게 설정함으로써 고정밀도로 유량을 제어할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 제3623125호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허 제3801570호 공보
그러나, 상기한 모터에 의해 오리피스의 밸브 개방도를 가변으로 하는 기술에서는, 유체의 유량을 변경하는 경우, 모터에 의한 밸브 개방도의 변경에 비교적 긴 시간을 필요로 한다. 그로 인해, 밸브 개방도의 변경이 완료되어 유량이 안정될 때까지 공급되는 유체는 이용되지 않고 버려지는 경우가 있다. 그 결과, 유체로서 고가의 약액을 사용하는 경우에는, 경제적인 손실이 발생할 우려가 있다.
복수종의 액체를 혼합시켜 혼합액을 생성하는 액체 혼합 라인에 있어서 상기 기술을 사용하는 경우에 있어서도, 액체의 혼합 비율을 안정화시키는 데 시간이 걸리게 되어, 같은 문제가 발생할 수 있다.
게다가, 오리피스의 밸브 개방도에 따라서 레귤레이터측의 제어를 복잡하게 변경해야만 하므로, 컨트롤러측의 연산 처리에도 소정의 시간을 필요로 하고, 안정화까지의 시간이 짧아지는 요소는 없다.
본 발명은, 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 응답성이 우수하고, 또한 고정밀도로 유량을 제어하거나 광범위하게 유량을 제어할 수 있는 유량 제어 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 제1 발명의 유량 제어 장치는, 공급되는 유체의 압력을 조정하는 레귤레이터와, 상기 레귤레이터의 하류측에 있어서 서로 병렬로 설치된 복수의 교축 통로와, 상기 각 교축 통로 중 소정의 교축 통로를 개방 또는 폐쇄하도록, 개방 위치와 폐쇄 위치로 2위치 절환하는 개폐부를 구비하고 있다.
본 발명에서는, 레귤레이터의 하류측에 있어서 서로 병렬로 설치된 복수의 교축 통로 중 소정의 교축 통로를 개폐부에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치로 2위치 절환한다. 따라서, 소정의 교축 통로를 개폐부에 의해 개방 위치로 하면 (교축 통로 전체의) 유로 면적을 크게 할 수 있으므로, 높은 범위로 유량을 제어할 수 있다. 한편, 소정의 교축 통로를 개폐부에 의해 폐쇄 위치로 하면 유로 면적을 작게 할 수 있으므로, 고정밀도로 유량을 제어할 수 있다. 또한, 개폐부는 소정의 교축 통로를 개방 위치와 폐쇄 위치로 2위치 절환하는 것이므로, 응답성의 면에 있어서 우수하다. 따라서, 응답성이 우수하고, 또한 고정밀도로 유량을 제어하거나 높은 범위로 유량을 제어할 수 있다.
또한, 이 경우, 소정의 교축 통로를 개폐부에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치로 2위치 절환하는 것만으로 유량 계수(Cv값)를 변경할 수 있고, 그 변경 전후의 유량 계수는 미리 각 교축 통로의 유로 면적의 가산에 의해 알 수 있다. 이로 인해, 컨트롤러(controller)에 의해 유량을 광범위하게 제어하거나 고정밀도로 제어할 때는, 그 처리를 신속하고 또한 용이하게 할 수 있다.
제2 발명의 유량 제어 장치는, 공급되는 유체의 압력을 조정하는 레귤레이터와, 상기 레귤레이터의 하류측에 설치되는 동시에, 상시 개방으로 되어 있는 개방 교축 통로와, 상기 레귤레이터의 하류측에 있어서 상기 개방 교축 통로에 병렬로 설치되는 동시에, 개폐부에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치로 2위치 절환되는 개폐 교축 통로를 구비하고 있다.
본 발명에서는, 레귤레이터의 하류측에, 상시 개방으로 되어 있는 개방 교축 통로가 설치되어 있다. 이로 인해, 이 개방 교축 통로를 통해 상시 유체를 흐르게 할 수 있다. 또한, 레귤레이터의 하류측에는 개폐부에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치로 2위치 절환되는 개폐 교축 통로가 개방 교축 통로에 병렬로 설치되어 있고, 이 개폐 교축 통로를 개폐부에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치로 2위치 절환함으로써, 개폐 교축 통로를 통해 유체를 흐르게 하거나 흐르지 않도록 할 수 있다. 즉, 개폐 교축 통로를 개폐부에 의해 개폐시킴으로써, 개방 교축 통로 및 개폐 교축 통로를 맞춘 교축 통로 전체의 유로 면적을 대소로 절환할 수 있다. 그리고, 개폐부에 의해 개폐 교축 통로를 개방 위치로 하면, 유량을 광범위하게 제어할 수 있고, 개폐부에 의해 개폐 교축 통로를 폐쇄 위치로 하면, 유량을 고정밀도로 제어할 수 있다. 또한, 개폐부는 개폐 교축 통로를 개방 위치와 폐쇄 위치로 2위치 절환하는 것이므로, 응답성의 면에 있어서 우수하다. 따라서, 응답성이 우수하고, 또한 고정밀도로 유량을 제어하거나 높은 범위로 유량을 제어할 수 있다.
제3 발명의 유량 제어 장치는, 제1 또는 제2 발명에 있어서, 상기 레귤레이터의 하류측에 개폐 밸브가 설치되어 있다. 그 개폐 밸브는, 상기 각 교축 통로 및 개폐부를 내장하고 있고, 또한 상기 개폐부를 폐쇄 위치를 향해 상시 가압하는 가압부와, 상기 가압부에 의한 가압력에 저항하여 상기 개폐부를 개방 위치를 향해 압박하는 압박 상태와 그 압박 상태를 해제한 해제 상태로 절환되는 압박부를 구비하고 있다.
본 발명에 따르면, 레귤레이터의 하류측에 설치된 개폐 밸브에 있어서의 개 폐부는 압박부가 압박 상태로 절환되면 가압부에 의한 가압력에 저항하여 개방 위치를 향해 압박되어, 소정의 교축 통로(개폐 교축 통로를 포함함)를 개방시킬 수 있다. 한편, 압박부가 해제 상태로 절환되면 압박 상태가 해제되어, 가압부에 의해 폐쇄 위치를 향해 가압되어 소정의 교축 통로를 폐쇄할 수 있다. 이에 의해, 개폐부의 개방 위치와 폐쇄 위치의 2위치 절환에 의한 소정의 교축 통로의 개폐를 간이한 구성에 의해 실현할 수 있다.
또한, 각 교축 통로는 개폐 밸브에 내장되어 있으므로, 유로의 간소화를 도모할 수 있다. 이에 의해, 제조 라인 등에 조립할 때는 라인의 간소화에 기여할 수 있다.
제4 발명의 유량 제어 장치는, 제3 발명에 있어서, 상기 레귤레이터가, 유체의 유입구와 유출구 사이를 연통하는 유로의 도중에 설치된 밸브 시트부에 착좌하거나 이격되는 밸브체와, 상기 밸브체를 상기 밸브 시트부를 향해 가압하는 제2 가압부와, 상기 제2 가압부에 의한 가압력에 저항하여 상기 밸브체를 상기 밸브 시트부로부터 이격되는 측으로 압박하는 동시에, 그 압박력을 조정함으로써 유체의 압력을 제어하는 조작부와, 상기 유로를 상기 제2 가압부의 수용 영역 및 상기 조작부로 각각 구획하는 동시에 상기 밸브체에 일체화되어 있는 압력 조정용 다이어프램(diaphragm)을 구비하고 있다. 또한, 상기 개폐 밸브는 상기 각 교축 통로를 포함하는 유체의 유로를 상기 압박부측 공간과 구획하는 동시에 상기 개폐부에 일체화되어 있는 개폐용 다이어프램을 구비하고 있다.
본 발명에서는, 레귤레이터에 유체의 유입구와 유출구 사이를 연통하는 유로 의 도중에 밸브 시트부가 설치되어 있고, 밸브체가 밸브 시트부에 착좌하여 유로를 폐쇄하거나 밸브 시트부로부터 이격되어 유로를 개방함으로써, 유체의 압력을 제어한다. 구체적으로는, 밸브체는 제2 가압부에 의해 밸브 시트부를 향해 가압됨으로써 밸브 시트부에 착좌하고, 조작부에 의해 제2 가압부에 의한 가압력에 저항하여 밸브 시트부로부터 이격되는 측으로 압박됨으로써 밸브 시트부로부터 이격된다.
밸브체에는 압력 조정용 다이어프램이 일체화되어 있고, 압력 조정용 다이어프램이 유로를 제2 가압부의 수용 영역 및 조작부로 각각 구획하고 있다. 이에 의해, 밸브체의 변위에 기인하여 미끄럼 이동하는 부분을 없애거나 또는 저감시킬 수 있으므로, 파티클이 발생하는 등, 유체의 순도를 저하시키는 요인을 없애거나 저감시킬 수 있다.
한편, 개폐 밸브에 있어서의 개폐부에는 개폐용 다이어프램이 일체화되어 있어, 각 교축 통로를 포함하는 유체의 유로를 압박부측의 공간과 구획하고 있다. 따라서, 개폐 밸브에 있어서도 레귤레이터와 마찬가지로, 개폐부의 변위에 기인하여 미끄럼 이동하는 부분을 없애거나 또는 저감시킬 수 있다. 그 결과, 유량 제어 장치 전체적으로 파티클이 발생하는 등, 유체의 순도를 저하시키는 요인을 없애거나 저감시킬 수 있다.
제5 발명의 유량 제어 장치는, 제3 또는 제4 발명에 있어서, 상기 레귤레이터와 상기 개폐 밸브는 연결되어 일체화되어 있거나 또는 공통의 보디를 사용한 일체물로서 형성되어 있다.
본 발명에서는, 각각 별개 부재로서 구성되어 있는 레귤레이터와 개폐 밸브 는 연결되어 일체화로 되어 있거나, 또는 레귤레이터와 개폐 밸브는 공통의 보디를 사용한 일체물로서 형성되어 있다. 이로 인해, 유량 제어 장치를 콤팩트하게 구성할 수 있고, 본 발명에 관한 유량 제어 장치를 제조 라인 등에 조립할 때에 라인의 간소화에 기여할 수 있다.
제6 발명의 유량 제어 장치는, 제3 내지 제5 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 레귤레이터 및 상기 개폐부를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 당해 컨트롤러는, 상기 레귤레이터에 의한 제어 유량이 작은 경우에는 상기 폐쇄 위치가 되고, 제어 유량이 큰 경우에는 상기 개방 위치가 되도록, 상기 개폐부를 제어한다.
본 발명에서는, 컨트롤러에 의해 레귤레이터 및 개폐부를 제어한다. 레귤레이터에 의한 제어 유량이 작은 경우에는, 컨트롤러에 의해 개폐부를 폐쇄 위치로 할 수 있고, 레귤레이터에 의한 제어 유량이 큰 경우에는, 컨트롤러에 의해 개폐부를 개방 위치로 할 수 있다. 이에 의해, 레귤레이터에 의한 제어 유량의 대소에 따라서 자동적으로 유로 면적을 대소 절환할 수 있고, 나아가서는 유량을 자동적으로 고정밀도로 제어하거나 광범위하게 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 응답성이 우수하고, 또한 고정밀도로 유량을 제어하거나 광범위하게 유량을 제어할 수 있는 유량 제어 장치를 제공할 수 있다.
이하, 반도체 제조 라인의 약액 공급에 사용되는 유량 제어 장치에 대해 구현화한 일 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 도 1은 유량 제어 장 치(10)의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 유량 제어 장치(10)는 압력 조정 수단으로서의 파일럿 레귤레이터(20)와, 그 하류측에 배치된 에어 조작 밸브(40)를 구비하고 있고, 이들이 볼트 등의 체결 부재에 의해 일체로 조립됨으로써 구성되어 있다.
파일럿 레귤레이터(20)는 상부 커버(21), 보디(22), 하부 커버(23)의 순으로 이들이 볼트 등의 체결 부재에 의해 일체로 조립됨으로써 구성되어 있고, 전체적으로는 대략 직육면체 형상을 이루고 있다. 또한, 보디(22)는 예를 들어 불소계 합성 수지에 의해 성형되고, 커버(21, 23)는 예를 들어 폴리프로필렌 수지에 의해 성형되어 있다.
보디(22)에는, 유체를 흡입하기 위한 흡입 포트(24)와, 유체를 에어 조작 밸브(40)에 공급하기 위한 공급 포트(25)가 설치되는 동시에, 흡입 포트(24)에 통하는 흡입 통로(26)와, 공급 포트(25)에 통하는 공급 통로(27)가 형성되어 있다. 흡입 포트(24)에는 약액 등의 유체를 유통시키기 위한 배관 등이 접속되도록 되어 있다.
보디(22)의 중앙부에는, 당해 보디(22)를 상부 커버(21)측으로부터 하부 커버(23)측으로 관통하는 유체실(28)로서의 관통 구멍이 형성되어 있다. 유체실(28)은 그 관통 구멍의 축선 방향에 있어서의 중앙부에 있어서 구멍 직경이 작게 되어 있다. 당해 중앙부에서는, 유체실(28)의 내벽면이 관통 구멍의 중심 축선측으로 돌출되어 있고, 그 돌출된 부분의 하부가 밸브 시트부(36)로 되어 있다. 유체실(28)은 이 밸브 시트부(36)로부터 하부 커버(23)측이 상류측 유체실(28a)로 되어 있고, 밸브 시트부(36)로부터 상부 커버(21)측이 하류측 유체실(28b)로 되어 있다. 그리고, 상류측 유체실(28a)에는 흡입 통로(26)가 연통되어 있고, 하류측 유체실(28b)에는 공급 통로(27)가 연통되어 있다.
유체실(28)에는, 그 관통 구멍의 축선 방향으로 왕복 이동 가능한 밸브체(30)가 수용되어 있다. 밸브체(30)는 2개의 다이어프램 부재(32, 33)를 포함하여 구성되어 있고, 이들 2개의 다이어프램 부재(32, 33)가 압입 등에 의해 연결되어 일체화되어 있다. 이하, 하부 커버(23)측의 다이어프램 부재(32)를 제1 다이어프램 부재(32), 상부 커버(21)측의 다이어프램 부재(33)를 제2 다이어프램 부재(33)라 한다.
제1 다이어프램 부재(32)는 로드부(34)와, 그 로드부(34)의 하부 커버(23)측 단부에 있어서 연결되어 있는 다이어프램부(35)로 이루어진다. 로드부(34)는 그 축선 방향의 중앙부에 단면적이 직경 확대된 직경 확대부(34a)를 갖고 있다. 직경 확대부(34a)는 다이어프램부(35)에 근접할수록 단면적이 축소하는 테이퍼 형상으로 되어 있다. 즉, 직경 확대부(34a)는 다이어프램부(35)와 가장 이격된 단부[즉, 상부 커버(21)측 단부]에 있어서 그 단면적이 최대로 되어 있다.
로드부(34)는, 기본적으로 그 직경 확대부(34a)를 포함하는 밸브체(30) 하부가 상류측 유체실(28a)에 수용되고, 그것보다도 상방의 밸브체(30) 상부가 하류측 유체실(28b)에 수용되어 있다. 직경 확대부(34a) 상부 커버(21)측 단부의 외경은 밸브 시트부(36)에 있어서의 유체실(28)의 내경보다도 크게 형성되어 있으므로, 직경 확대부(34a)의 상부 커버(21)측 단부는 밸브 시트부(36)에 접촉할 수 있다. 따 라서, 밸브체(30)가 상부 커버(21)측으로 이동하면, 직경 확대부(34a)의 상부 커버(21)측 단부가 밸브 시트부(36)에 접촉하여, 상류측 유체실(28a)과 하류측 유체실(28b) 사이가 차단된다. 한편, 밸브체(30)가 하부 커버(23)측으로 이동하면, 직경 확대부(34a)의 상부 커버(21)측 단부가 밸브 시트부(36)로부터 이격되어, 상류측 유체실(28a)과 하류측 유체실(28b) 사이가 연통된다.
다이어프램부(35)의 주연부(35a)는, 보디(22)와 하부 커버(23)에 의해 끼움 지지되어 있다. 하부 커버(23)에는 스프링 수용실(37)이 형성되어 있고, 스프링 수용실(37)에는 압축 코일 스프링(38)이 수용되어 있다. 압축 코일 스프링(38)의 상부 커버(21)측 단부는, 제1 다이어프램 부재(32)의 하부 커버(23)측 단부에 조립된 스프링 스토퍼(39)에 접촉하고 있고, 압축 코일 스프링(38)의 가압력에 의해 제1 다이어프램 부재(32)가 상부 커버(21)측으로 가압되도록 되어 있다. 즉, 압축 코일 스프링(38)의 가압력에 의해, 로드부(34)의 직경 확대부(34a) 상부 커버(21)측 단부가 밸브 시트부(36)에 접촉하는 상태로 유지되도록 되어 있다.
하부 커버(23)에는, 스프링 수용실(37)을 대기압으로 유지하기 위해 대기 개방되는 개방 포트(29)가 형성되어 있다. 개방 포트(29)에는 배관(도시 생략)이 접속되어 있고, 반도체 제조 장치에 악영향이 없는 장소에서 대기 개방되도록 되어 있다. 이에 의해, 다이어프램부(35)의 변형에 수반하는 스프링 수용실(37) 내의 용적 변화가 원활하게 행해진다.
제2 다이어프램 부재(33)는 그 주연부(33a)가 보디(22)와 상부 커버(21)에 의해 끼움 지지되어 있다. 제2 다이어프램 부재(33)의 중앙판부(33b)는 보디(22) 상부 커버(21)측 단면[상세하게는, 유체실(28)을 둘러싸는 상단부면]에 대향하고 있고, 이들 양 부재 사이의 간극 치수분만큼 제2 다이어프램 부재(33)가 로드부(34)의 축선 방향으로 변위 가능하게 되어 있다.
상부 커버(21)에는 에어 도입 포트(50)가 형성되어 있다. 에어 도입 포트(50)는 연통로(31)를 통해 상부 커버(21)와 제2 다이어프램 부재(33) 사이의 공간부[이하, 압력 조작실(66)이라 함]에 연통하고 있다. 에어 도입 포트(50)에는, 압력 공급원으로부터 조작 에어가 공급되고, 그 조작 에어의 조작 압력에 따라서 제2 다이어프램 부재(33)가 변위하도록 되어 있다.
이상과 같이 구성된 파일럿 레귤레이터(20)에 있어서, 에어 도입 포트(50)에 조작 압력이 작용하고 있지 않은 초기 상태에서는, 압축 코일 스프링(38)의 가압력에 의해 로드부(34)의 직경 확대부(34a)의 상부 커버(21)측 단부가 밸브 시트부(36)에 접촉하고 있다. 이 상태에서는, 상류측 유체실(28a)과 하류측 유체실(28b) 사이가 차단되어, 양 유체실(28a, 28b) 사이의 유체의 유통이 저지되어 있다.
이에 대해, 에어 도입 포트(50)로부터 압력 조작실(66)에 조작 에어가 공급되면, 그때의 조작 압력에 따라서 제2 다이어프램 부재(33)[나아가서는 밸브체(30)]가 로드부(34)의 축선 방향을 따라 하부 커버(23)측으로 변위된다. 이 변위에 의해, 로드부(34)의 직경 확대부(34a) 상부 커버(21)측 단부가 밸브 시트부(36)로부터 이격되어, 상류측 유체실(28a)과 하류측 유체실(28b)이 연통된다. 이에 의해, 유체의 유통이 허용된다. 이때, 흡입 포트(24)로부터 흡입된 유체가 상류측 유체실(28a) 및 하류측 유체실(28b)을 경유하여 흘러 공급 포트(25)로부터 에어 조작 밸브(40)로 공급된다.
그리고, 상류측 유체실(28a)의 압력이 높아진 경우에는 밸브 시트부(36)에 대해 코드부(34)는 폐쇄측으로 이동하고, 반대로 상류측 유체실(28a)의 압력이 낮아진 경우에는 밸브 시트부(36)에 대해 로드부(34)는 개방측으로 이동하여, 하류측 유체실(28b)의 압력을 일정하게 유지하도록 동작하게 된다. 이와 같은 동작에 의해, 압력 조작실(66)에 공급되는 조작 압력을 조정함으로써, 하류측 유체실(28b) 내의 유체, 즉 공급 포트(25)로부터 에어 조작 밸브(40)에 공급되는 유체의 압력을 제어할 수 있다.
다음에, 에어 조작 밸브(40)의 구성의 상세에 대해 설명한다.
에어 조정 밸브(40)는 커버(41), 실린더(42), 보디(43)의 순으로 이들이 볼트 등의 체결 부재에 의해 일체로 조립됨으로써 구성되어 있고, 전체적으로는 대략 직육면체 형상을 이루고 있다. 또한, 커버(41) 및 실린더(42)는 예를 들어 폴리프로필렌 수지로 이루어지고, 보디(43)는 예를 들어 불소 수지로 이루어진다.
실린더(42)에는, 커버(41)측으로부터 보디(43)측으로 관통하는 원통 형상의 미끄럼 이동 구멍(45)이 형성되어 있다. 미끄럼 이동 구멍(45)은, 모두 동축의 대직경 구멍부(45a)와 소직경 구멍부(45b)를 갖고 있다. 미끄럼 이동 구멍(45)에는 피스톤 로드(46)가 수용되어 있다. 피스톤 로드(46)는 대직경부(46a)와 소직경부(46b)를 갖고 있고, 대직경 구멍부(45a)에 대직경부(46a)가 미끄럼 이동 가능하게 수용되고, 소직경 구멍부(45b)에 소직경부(46b)가 미끄럼 이동 가능하게 수용되 어 있다. 또한, 피스톤 로드(46)는, 예를 들어 폴리프로필렌 수지에 의해 구성해도 좋고, 스테인리스강이나 알루미늄 등의 금속 재료에 의해 구성해도 좋다.
피스톤 로드(46)의 대직경부(46a)의 보디(43)측 단부에는, 원통 형상으로 형성된 가이드 부재(47)가 연결되어 있다. 가이드 부재(47)는 소직경부(46b)를 둘러싸도록 형성되어 있고, 미끄럼 이동 구멍(45)의 대직경 구멍부(45a)에 미끄럼 이동 가능하게 수용되어 있다. 이에 의해, 피스톤 로드(46)의 대직경부(46a)가 대직경 구멍부(45a)에 대해 기울어진 상태에서 수용되는 것을 방지하고 있다. 또한, 피스톤 로드(46)의 소직경부(46b)에는 그 축선 방향과 수직인 방향으로 연장되는 핀(44)이 소직경부(46b)를 관통하여 설치되어 있다.
피스톤 로드(46)와 커버(41) 사이에는 스프링 수용실(48)이 형성되어 있다. 스프링 수용실(48)에는 압축 코일 스프링(49)이 수용되어 있다. 압축 코일 스프링(49)의 신축 방향의 일단부는 피스톤 로드(46)의 대직경부(46a)에 접촉하고 있고, 타단부는 커버(41)에 접촉하고 있다. 이에 의해, 압축 코일 스프링(49)의 가압력에 의해 피스톤 로드(46)가 항상 그 축선 방향을 따라 보디(43)측으로 가압되도록 되어 있다.
피스톤 로드(46)와 실린더(42)에 의해 둘러싸인 공간부는 압력 제어실(51)로 되어 있다. 압력 제어실(51)은 에어 통로(53)를 통해 에어 도입 포트(52)에 연통되어 있다. 에어 도입 포트(52)에 압력 공급원으로부터 조작 에어가 공급되면, 압력 제어실(51)에 조작 에어가 도입되어 압력 제어실(51) 내의 에어 압력이 상승한다. 이에 의해, 피스톤 로드(46)는 압축 코일 스프링(49)의 가압력에 저항하여 그 축선 방향을 따라 커버(41)측으로 이동한다. 또한, 피스톤 로드(46)의 대직경부(46a) 및 소직경부(46b)의 외주부에는, 압력 제어실(51)의 기밀성을 높이기 위해 고리 형상의 밀봉 부재(54)가 배치되어 있다.
피스톤 로드(46)의 보디(43)측 단부에는, 예를 들어 불소 수지로 이루어지는 다이어프램 밸브체(55)가 연결되어 있다. 다이어프램 밸브체(55)는 피스톤 로드(46)에 연결되는 보스부(55a)와, 실린더(42) 및 보디(43)에 끼움 지지되는 주연부(55b)와, 보스부(55a)와 주연부(55b) 사이에 형성되는 다이어프램막부(55c)를 갖고 있다. 보스부(55a)에는 수형 나사부(55d)가 설치되어 있고, 그 수형 나사부(55d)가 피스톤 로드(46)의 나사 구멍(46c)에 돌려 넣어짐으로써, 피스톤 로드(46)와 다이어프램 밸브체(55)가 일체화되어 있다.
보디(43)에는, 파일럿 레귤레이터(20)로부터 공급되는 유체를 흡입하기 위한 흡입 포트(56)와, 유체를 배출하기 위한 배출 포트(57)가 서로 반대측이 되는 측면에 형성되어 있는 동시에, 흡입 포트(56)에 통하는 흡입 통로(58)와, 배출 포트(57)에 통하는 배출 통로(59)가 형성되어 있다. 보디(43)의 실린더(42)측 단부에는, 미끄럼 이동 구멍(45)과 대략 동축이며 또한 당해 미끄럼 이동 구멍(45)에 연통된 원형 홈(67)이 형성되어 있고, 이 원형 홈(67)에 흡입 통로(58) 및 배출 통로(59)가 연통되어 있다. 구체적으로는, 흡입 통로(58)는 원형 홈(67)의 중앙부에 있어서 원형 홈(67)과 연통하고 있고, 배출 통로(59)는 원형 홈(67)의 편심 위치에 있어서 원형 홈(67)과 연통하고 있다.
흡입 통로(58)는, 원형 홈(67)측의 통로 단부에서는 유로 직경이 교축된 오 리피스(이하, 밸브 시트 오리피스라 함)(58a)로 되어 있다. 밸브 시트 오리피스(58a)의 원형 홈(67)측의 개구부 주위는 밸브 시트부(63)로 되어 있고, 다이어프램 밸브체(55)의 피스톤 로드(46)와는 반대측 단부에 형성된 밸브부(55e)가 접촉하도록 되어 있다. 따라서, 다이어프램 밸브체(55)가 보스부(55a)의 축선 방향을 따라 커버(41)로부터 이격되는 측(폐쇄 위치)으로 이동하면, 밸브부(55e)가 밸브 시트부(63)에 접촉하여, 밸브 시트 오리피스(58a)를 통한 유체의 유통이 저지된다. 한편, 다이어프램 밸브체(55)가 보스부(55a)의 축선 방향을 따라 커버(41)를 향하는 측(개방 위치)으로 이동하면, 밸브부(55e)가 밸브 시트부(63)로부터 이격되어, 밸브 시트 오리피스(58a)를 통해 유체의 유통이 허용된다. 그리고, 본 실시 형태의 다이어프램 밸브체(55)는 에어 도입 포트(52)를 통해 압력 제어실(51)에 조작 에어가 작용하고 있는지 여부에 의해, 상기 개방 위치와 폐쇄 위치의 2위치 절환이 행해진다.
보디(43)에는, 흡입 통로(58)[상세하게는 밸브 시트 오리피스(58a)]와 원형 홈(67)을 연통하는 오리피스(이하, 고정 오리피스라 함)(64)가 형성되어 있다. 이에 의해, 밸브 시트 오리피스(58a)를 통한 유체의 유통이 다이어프램 밸브체(55)에 의해 저지되어 있는 경우라도, 흡입 통로(58)와 배출 통로(59)는 고정 오리피스(64)를 통해 상시 연통되어 있다.
이상과 같이 구성된 에어 조작 밸브(40)에 있어서, 에어 도입 포트(52)를 통해 압력 제어실(51)로 조작 에어가 작용하고 있지 않은 경우에는, 압축 코일 스프링(49)의 가압에 의해 밸브부(55e)가 밸브 시트부(63)에 접촉한 폐쇄 위치로 되어 있다. 이 경우, 밸브 시트 오리피스(58a)와 원형 홈(67) 사이가 차단되어, 밸브 시트 오리피스(58a)를 통한 유체의 유통이 저지되어 있다. 즉, 이 경우, 파일럿 레귤레이터(20)로부터 공급된 유체는 고정 오리피스(64)만을 통해 흡입 통로(58)로부터 배출 통로(59)로 흐른다.
이에 대해, 압력 공급원으로부터 에어 도입 포트(52)를 통해 압력 제어실(51)로 조작 에어가 공급되면, 피스톤 로드(46)[및 다이어프램 밸브체(55)]가 압축 코일 스프링(49)의 가압력에 저항하여 커버(41)측으로 이동하여, 밸브부(55e)가 밸브 시트부(63)로부터 이격된 개방 위치로 절환된다. 이에 의해, 밸브 시트 오리피스(58a)와 원형 홈(67)은 연통되어, 밸브 시트 오리피스(58a)를 통한 유체의 유통이 허용된다. 즉, 이 경우, 파일럿 레귤레이터(20)로부터 공급된 유체는 고정 오리피스(64)뿐만 아니라 밸브 시트 오리피스(58a)도 거쳐서 흡입 통로(58)로부터 배출 통로(59)로 흐른다.
이상과 같이 구성된 파일럿 레귤레이터(20)와 에어 조작 밸브(40)는 밀봉 부재로서의 H 밀봉부(11)를 이들 사이에 개재시켜 볼트 등에 의해 연결되어 일체화되어 있다. H 밀봉부(11)는, 그 종단면이 H 형상을 이루고 있고, 전체적으로는 고리 형상으로 형성되어 있다. H 밀봉부(11)는 예를 들어 PFA 등의 불소 수지로 이루어진다.
H 밀봉부(11)는 파일럿 레귤레이터(20)의 공급 포트(25)의 주위와 에어 조작 밸브(40)의 흡입 포트(56)의 주위 사이에 개재되어 있다. 구체적으로는, 공급 포트(25) 및 흡입 포트(56)의 주위에는 각각 H 밀봉부(11)의 요철과 끼워 맞춤되는 요철부(68, 69)가 형성되어 있고, H 밀봉부(11)는 파일럿 레귤레이터(20)와 에어 조작 밸브(40) 사이에서 이들 요철부(68, 69)에 끼워 맞추어진 상태에서 개재되어 있다. 이에 의해, 파일럿 레귤레이터(20)와 에어 조작 밸브(40)의 포트 사이에서의 위치 결정을 도모하면서, 유체가 파일럿 레귤레이터(20)와 에어 조작 밸브(40) 사이로부터 외부로 누출되는 것을 방지하고 있다.
다음에, 이 유량 제어 장치(10)를 사용하여 약액을 소정 비율로 혼합하여 혼합액을 생성하는 혼합액 생성 회로에 대해 도 2 또는 도 3을 기초로 하여 설명한다. 또한, 도 2는 혼합액 생성 회로의 전체 구성을 도시하는 개략도이고, 도 3은 유량 제어 시스템의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 혼합액 생성 회로에는 2개의 약액 탱크(Y1, Y2)가 설치되어 있고, 각 약액 탱크(Y1, Y2)에는 각각 제1 약액, 제2 약액이 저류되어 있다. 제1 약액 및 제2 약액은 각각 성분이 다른 약액이다. 본 회로는, 이들 약액을 적절한 비율로 혼합하여 토출하기 위한 것이다.
본 회로는 제1 약액 회로(L1) 및 제2 약액 회로(L2)로 이루어진다. 이들 회로(L1, L2)는 동일 구성 부품으로 이루어지는 동일 회로이므로, 도 2에서는 구성 부품에 동일 부호를 부여하고 있다.
각 회로(L1, L2)에는 약액의 흡인 및 토출을 행하기 위한 약액 펌프(71)가 설치되어 있다. 약액 펌프(71)는, 예를 들어 다이어프램 펌프나 캐스케이드 펌프 등으로 이루어진다. 약액 탱크(Y1, Y2)에 저류된 각 약액은, 각각 약액의 흡인 통로를 구성하는 흡인 배관(73)을 통해 약액 펌프(71)에 의해 흡인된다.
약액 펌프(71)의 토출측에는 약액의 토출 통로를 구성하는 토출 배관(74)이 접속되어 있다. 토출 배관(74)에는 유량 제어 수단으로서의 유량 제어 시스템(60)이 설치되어 있다. 약액 펌프(71)로부터 토출된 약액은 이 유량 제어 시스템(60)을 통해 혼합액 탱크(X)에 공급된다. 따라서, 각 약액은 각각 유량 제어 시스템(60)에 있어서 소정의 유량으로 제어되고, 그 결과, 소정의 혼합 비율로 혼합액 탱크(X)에 토출되도록 되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 유량 제어 시스템(60)에는 약액의 유량을 검출하는 유량 센서(72)와, 그 하류측에 있어서 직렬로 접속되는 유량 제어 장치(10)가 구비되어 있다. 유량 제어 장치(10)를 구성하는 파일럿 레귤레이터(20) 및 에어 조작 밸브(40)에는 각각 에어 공급 수단으로서의 전공(電空) 레귤레이터(75) 및 전자기 밸브(76)가 접속되어 있다.
전공 레귤레이터(75)는 파일럿 레귤레이터(20)의 에어 도입 포트(50)에 접속되어 있다. 전공 레귤레이터(75)는 조작 에어 압력을 임의로 조정할 수 있는 구성을 갖고, 그 조작 에어 압력의 조정에 의해 파일럿 레귤레이터(20)의 압력 조작실(66) 내의 에어 압력이 조정되도록 되어 있다.
한편, 전자기 밸브(76)는 에어 조작 밸브(40)의 에어 도입 포트(52)에 접속되어 있다. 전자기 밸브(76)는 통전에 따라서 개폐됨으로써 에어 조작 밸브(40)의 압력 제어실(51)로의 에어의 공급 또는 차단을 행하는 것이다. 즉, 에어 조정 밸브(40)는 전자기 밸브(76)의 개폐에 의해 개폐 조작되는 구성으로 되어 있다. 또한, 압력 제어실(51)로의 에어의 공급을 정지하고 있는 경우에는, 압력 제어실(51) 내는 예를 들어 대기 개방되는 등, 가압 상태로부터 해방되는 것으로 한다.
유량 제어 시스템(60)은 또한 컨트롤러(70)를 구비하고 있다. 컨트롤러(70)는 CPU나 각종 메모리 등으로 이루어지는 마이크로컴퓨터를 주체로 하여 구성되는 전자 제어 장치이다. 컨트롤러(70)에는, 이 시스템을 통괄하여 관리하는 관리 컴퓨터로부터 혼합 비율의 설정값을 기초로 한 유량 설정 지령값(목표 유량값)이 입력되는 것 외에, 유량 센서(72)에 의해 검출된 유체 유량이 차차 입력된다. 컨트롤러(70)는 그들 각 입력을 기초로 하여 전공 레귤레이터(75) 및 전자기 밸브(76)를 구동시켜 유량 피드백 제어를 실시한다.
이상의 구성에 있어서, 컨트롤러(70)는 에어 조정 밸브(40)의 이차측 압력 P2 및 유체 유량(Q)을 기초로 하여 에어 조작 밸브(40)의 일차측 압력 P1[즉, 파일럿 레귤레이터(20)의 이차측 압력]을 산출하는 것으로 하고 있고, 그 산출에는 다음의 식 1이 이용된다.
Figure 112009016208202-pat00001
또한, Cv는 유량 계수이며, G는 비중이다(유체가 물이면 G=1). 유량 계수 Cv는 밸브 개방도를 기초로 하여 산출되는 계수이다. 본 실시 형태의 경우, 유량 계수 Cv는[에어 조작 밸브(40)의] 다이어프램 밸브체(55)의 폐쇄시에 있어서는 고정 오리피스(64)의 개방도를 기초로 하여 산출되어, 예를 들어 Cv=0.1이다. 한편, 다이어프램 밸브체(55)의 개방시에 있어서는 고정 오리피스(64) 및 밸브 시트 오리피스(58a)의 개방도를 기초로 하여 산출되어, 예를 들어 Cv=0.5이다.
여기서는, 유체 유량(Q)은 유량 센서(72)에 의해 검출되고, 이차측 압력 P2는 대기압이다.
컨트롤러(70)는 관리 컴퓨터로부터 입력된 유량 설정 지령값(목표 유량값)을 기초로 하여 상기 식 1에 의해 일차측 압력 P1의 목표값(목표 압력)을 산출하는 한편, 유량 센서(72)에 의해 검출된 유체 유량(Q) 및 이차측 압력 P2(대기압)를 기초로 하여 일차측 압력 P1(실제 압력)을 산출한다. 그리고, 컨트롤러(70)는 일차측 압력 P1의 목표 압력과 실제 압력의 편차를 산출하는 동시에, 그 압력 편차를 기초로 하여 PID 연산 등의 연산 처리를 행하여, 전공 레귤레이터(75)에 대해 지령 신호를 출력한다.
전공 레귤레이터(75)는 컨트롤러(70)로부터의 지령 신호를 기초로 하여 조작 에어 압력을 조정한다. 이에 의해, 파일럿 레귤레이터(20)에 있어서 압력 조작실(66)의 압력(파일럿압)이 증감 조정된다. 상기 일련의 처리가 반복하여 실행됨으로써 일차측 압력 P1[즉, 파일럿 레귤레이터(20)의 이차측 압력]이 목표 압력에 수렴하고, 나아가서는 유체 유량(Q)이 설정 지령값에 수렴한다.
또한, 컨트롤러(70)는 유량 설정 지령값(목표 유량값)이 소정의 임계값[예를 들어, 2.5(l/min)] 이상인 경우에는 전자기 밸브(76)에 대해 개방 지령 신호를 출력하여 전자기 밸브(76)를 개방시킨다. 이에 의해, 에어 조작 밸브(40)의 압력 제어실(51)에 조작 에어가 공급되어, 밸브 시트 오리피스(58a)가 개방된다. 그에 대해, 유량 설정 지령값이 소정의 임계값보다 작은 경우에는 전자기 밸브(76)에 대해 폐쇄 지령 신호를 출력하여, 전자기 밸브(76)를 폐쇄시킨다. 이에 의해, 에어 조 작 밸브(40)의 압력 제어실(51)로의 조작 에어의 공급은 정지되고, 밸브 시트 오리피스(58a)는 폐쇄된다.
이상과 같은 제어 순서로 각 약액 회로(L1, L2)에 있어서 유체(약액)의 유량이 제어된다. 이에 의해, 설정된 혼합 비율로 각 약액을 혼합액 탱크(X)에 토출할 수 있다.
다음에, 본 혼합액 생성 회로에 있어서 약액의 혼합 비율을 변경하는 경우에 있어서의 혼합 비율의 응답성에 대해 종래예와 비교하면서, 도 4를 기초로 하여 설명한다. 또한, 도 4는 제1 약액과 제2 약액의 혼합 비율을 1:1로부터 2:1로 변경하는 경우에 있어서의 혼합 비율의 시간의 경과에 따른 변화를 나타내는 도면이다.
종래는, 혼합액의 생성 도중에 제1 약액과 제2 약액의 혼합 비율을 1:1로부터 2:1로 변경하는 경우, 약액 회로(L1)에 설치된 밸브의 밸브 개방도를 모터에 의해 조정함으로써 제1 약액의 유량을 배증시켜, 혼합 비율을 변경하고 있었다(예를 들어, 상술한 특허문헌 2에 개시되는 유량 제어 장치). 그러나, 모터에 의해 밸브 개방도를 조정하는 경우, 제1 약액의 유량을 배증시키는 데 시간을 필요로 하므로, 각 약액의 혼합 비율을 2:1로 안정화시키는 데도 시간을 필요로 하게 된다(도 4의 파선 참조). 따라서, 각 약액의 혼합 비율이 안정화될 때까지의 동안[도 4에 있어서의 부정 기간(不定期間)]은 약액을 버려야 하는 상황이 상정되었다. 그로 인해, 고가의 약액의 경우, 경제적인 손실이 컸다.
그에 대해, 본 실시 형태의 유량 제어 장치(10)에 있어서는, 혼합액의 생성 도중에 제1 약액과 제2 약액의 혼합 비율을 1:1로부터 2:1로 변경하는 경우, 약액 회로(L1)측의 에어 조작 밸브(40)에 있어서 밸브 시트 오리피스(58a)를 개방시킴으로써 유로 면적을 크게 하여 제어할 수 있는 유량 범위를 넓게 한 후에, 파일럿 레귤레이터(20)에 의해 유량 제어를 함으로써 각 약액의 혼합 비율을 2:1로 안정화시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 제1 약액과 제2 약액의 혼합 비율이 1:1인 경우에 있어서의 제1 약액의 유량은 상술한 소정의 임계값[예를 들어, 2.5(l/min)]보다 작게 설정되어 있다. 즉, 각 약액의 혼합 비율이 1:1인 경우에는 밸브 시트 오리피스(58a)를 폐쇄할 수 있으므로, 유량을 고정밀도로 제어할 수 있다. 한편, 제1 약액과 제2 약액의 혼합 비율이 2:1인 경우에 있어서의 제1 약액의 유량은 소정의 임계값 이상으로 설정되어 있다. 따라서, 제1 약액과 제2 약액의 혼합 비율을 1:1로부터 2:1로 변경하는 경우, 밸브 시트 오리피스(58a)를 개방하여, 제1 약액의 유량을 높은 범위로 제어 가능한 (즉 소정의 임계값 이상으로 설정 가능한) 상태로 하고, 게다가 파일럿 레귤레이터(20)에 의해 각 약액의 혼합 비율이 2:1이 되도록 제1 약액의 유량을 제어한다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는 응답성의 면에서 우수한 2위치 절환의 다이어프램 밸브체(55)에 의해 밸브 시트 오리피스(58a)를 개방함으로써 제1 약액의 유량을 광범위하게 제어 가능하게 함으로써, 제1 약액과 제2 약액의 혼합 비율을 1:1로부터 2:1로 변경할 수 있도록 하고 있다. 따라서, 종래와 비교하여 각 약액의 혼합 비율을 2:1로 안정화시키는 데 필요한 부정 기간을 단축시킬 수 있다(도 4의 실선 참조). 이에 의해, 각 약액의 혼합 비율이 안정화될 때까지의 동안에 버 려야 하는 약액의 유량을 종래와 비교하여 저감시킬 수 있다.
이상 상세하게 서술한 본 실시 형태의 구성에 따르면, 이하의 우수한 효과를 얻을 수 있다.
파일럿 레귤레이터(20)의 하류측에는 에어 조작 밸브(40)가 설치되어 있고, 에어 조작 밸브(40)에는 상시 개방의 고정 오리피스(64)와, 다이어프램 밸브체(55)의 변위에 의해 개폐되는 밸브 시트 오리피스(58a)가 병렬로 형성되어 있다. 따라서, 다이어프램 밸브체(55)를 커버(41)측으로 이동시킴으로써 밸브 시트 오리피스(58a)를 개방하면 유체가 고정 오리피스(64)와 밸브 시트 오리피스(58a)를 통해 비교적 큰 유량으로 흐르고, 밸브 시트 오리피스(58a)를 폐쇄하면 유체가 고정 오리피스(64)만을 통해 비교적 적은 유량으로 흐른다. 그로 인해, 유량을 광범위하게 제어하는 요구와, 고정밀도로 제어하는 요구 중 어떠한 요구에도 대응할 수 있다.
본 실시 형태의 다이어프램 밸브체(55)는 개방 위치와 폐쇄 위치로 2위치 절환하는 것이므로, 본 에어 조작 밸브(40)는 응답성이 우수하다. 따라서, 응답성이 우수하고, 또한 고정밀도로 또는 높은 범위로 유량을 제어할 수 있다.
압축 코일 스프링(49)에 의한 가압력에 의해 다이어프램 밸브체(55)가 밸브 시트부(63)에 착좌됨으로써 밸브 시트 오리피스(58a)는 폐쇄되고, 또한 압력 제어실(51)에 조작 에어가 도입되어 다이어프램 밸브체(55)가 밸브 시트부(63)로부터 이격됨으로써 밸브 시트 오리피스(58a)는 개방된다. 이에 의해, 밸브 시트 오리피스(58a)의 개방 또는 폐쇄를 간이한 구성에 의해 실현할 수 있다.
파일럿 레귤레이터(20)는 다이어프램 부재(32, 33)로 유로[유체실(28)]를 스프링 수용실(37) 및 압력 조작실(66)로 구획하고 있어, 다이어프램 부재(32, 33)의 변형에 수반하여 유체의 유통을 허용하거나 금지하고 있다. 또한, 에어 조작 밸브(40)는 다이어프램 밸브체(55)로 유로[원형 홈(67)]를 압력 제어실(51)측의 공간과 구획하고 있어, 다이어프램 밸브체(55)의 변형에 수반하여 유체의 유통을 허용하거나 금지하고 있다. 따라서, 파일럿 레귤레이터(20), 에어 조작 밸브(40) 모두 유로 내에 미끄럼 이동부가 없는 구성으로 되어 있다. 그로 인해, 상기 유량 제어 장치(10)는 파티클의 발생이 억제된 것이 되므로, 반도체 제조 라인 등의 순도가 높은 유체의 취급에 우수하다.
파일럿 레귤레이터(20)와 에어 조작 밸브(40)는 볼트 등의 체결 부재에 의해 일체로서 조립됨으로써 구성되어 있으므로, 상기 유량 제어 장치(10)는 콤팩트하게 구성되어 있다. 이에 의해, 제조 라인 등에 조립할 때는 라인의 간소화에 기여할 수 있다.
유량 설정 지령값(목표 유량값)이 소정의 임계값[예를 들어, 2.5(l/min)] 이상인 경우에는 밸브 시트 오리피스(58a)를 개방할 수 있고, 유량 설정 지령값이 소정의 임계값보다 작은 경우에는 밸브 시트 오리피스(58a)를 폐쇄할 수 있다. 이에 의해, 유량 설정 지령값(목표 유량값)이 소정의 임계값보다 큰지 작은지에 의해 자동적으로 유로 면적을 대소 절환할 수 있고, 나아가서는 유체의 유량을 자동적으로 고정밀도로 제어하거나 광범위하게 제어할 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 다음과 같이 실시되 어도 좋다.
(1) 상기 실시 형태에서는, 에어 조작 밸브(40)에 2개의 오리피스(58a, 64)를 설치하였지만, 오리피스를 3개 이상 설치해도 좋다. 이 경우, 하나만을 고정 오리피스로 하고, 나머지 복수의 오리피스를 2위치 절환식(온 오프식)의 밸브 시트 오리피스로 하면 된다.
(2) 상기 실시 형태에서는, 고정 오리피스(64)를 상시 개방으로 하였지만, 고정 오리피스(64)를 밸브 시트 오리피스(58a)와 마찬가지로 다이어프램 밸브에 의한 2위치 절환식(온 오프식)의 밸브 시트 오리피스로 해도 좋다. 그렇게 하면, 양 오리피스(58a, 64)를 폐쇄함으로써, 에어 조정 밸브(40)에 있어서도 유체의 공급을 정지시킬 수 있다.
(3) 상기 실시 형태에서는, 유량 제어 장치(10)를 반도체 제조 라인의 약액 공급에 사용하는 경우를 일례로서 설명하였지만, 이외의 약액 공급에 사용해도 좋고, 약액 이외의 유체의 유량 제어에 사용해도 좋다. 예를 들어, 약품의 제조 라인에 사용하거나, 화학 제품의 제조 라인에 사용하는 것도 가능하다.
(4) 상기 실시 형태에서는, 각각 별개 부재로서 구성되어 있는 파일럿 레귤레이터(20)와 에어 조작 밸브(40)를 볼트 등에 의해 일체로 조립함으로써 유량 제어 장치(10)를 구성하였지만, 에어 조작 밸브(40)를 파일럿 레귤레이터(20)에 부속적으로 설치해도 좋다. 이하, 그 예에 대해, 상기 실시 형태와의 차이점을 중심으로 도 5를 참조하면서 설명한다. 또한, 도 5에 있어서, 앞의 도 1과 대응하는 부재에 대해서는 편의상 동일 부호를 부여하고 있다.
유량 제어 장치(80)는 압력 제어 수단으로서의 레귤레이터부(81)와, 그 하류측에 접속된 밸브부(82)를 구비하고 있다.
레귤레이터부(81)는 상부 커버(83), 보디(84), 하부 커버(85)의 순으로 이들이 볼트 등의 체결 부재에 의해 일체로 조립됨으로써 구성되어 있고, 전체적으로는 거의 직육면체 형상을 이루고 있다. 보디(84)는 일측면측에 있어서 하부 커버(85)와 이격된 측으로 연장되는 연장부(84a)를 갖고 있다. 그로 인해, 보디(84)의 종단면은 거의 L자 형상을 이루고 있다. 따라서, 레귤레이터부(81)는, 상세하게는 보디(84)의 L자의 내측에 상부 커버(83)가 배치되고, 보디(84)를 끼운 상부 커버(83)의 반대측에 하부 커버(85)가 배치되는 구성으로 되어 있다.
밸브부(82)는 실린더(86)와 커버(87)를 구비하고 있고, 보디(84)의 연장부(84a)측 측면에 연결되어 있다. 구체적으로는, 보디(84), 실린더(86), 커버(87)의 순서로 이들이 볼트 등의 체결 부재에 의해 조립됨으로써 밸브부(82)는 보디(84)에, 나아가서는 레귤레이터부(81)에 연결되어 있다.
보디(84)에는, 유체를 흡입하기 위한 흡입 포트(88)와, 유체를 배출하기 위한 배출 포트(89)가 설치되는 동시에, 흡입 포트(88)에 통하는 흡입 통로(90)와, 배출 포트(89)에 통하는 배출 통로(91)가 형성되어 있다. 상세하게는, 배출 포트(89) 및 배출 통로(91)는 보디(84)의 연장부(84a)에 형성되어 있다. 또한, 보디(84)에는, 유체를 흡입 통로(90)로부터 배출 통로(91)로 유도하는 중간 통로(92)가 형성되어 있다.
보디(84)의 중앙부에는, 당해 보디(84)를 상부 커버(83)측으로부터 하부 커 버(85)측으로 관통하는 유체실(93)로서의 관통 구멍이 형성되어 있다. 유체실(93)은, 상기 실시 형태와 마찬가지로 그 관통 구멍의 축선 방향에 있어서의 중앙부에 형성된 밸브 시트부(94)로부터 하부 커버(85)측이 상류측 유체실(93a)로 되어 있고, 밸브 시트부(94)로부터 상부 커버(83)측이 하류측 유체실(93b)로 되어 있다. 그리고, 상류측 유체실(93a)에는 흡입 통로(90)가 연통되어 있고, 하류측 유체실(93b)에는 중간 통로(92)가 연통되어 있다.
유체실(93)에는, 그 관통 구멍의 축선 방향으로 왕복 이동 가능한 밸브체(30)가 수용되어 있다. 밸브체(30) 및 밸브체(30) 주변의 구성은 상기 실시 형태와 기본적으로 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
밸브체(30)는 상기 실시 형태와 마찬가지로, 압축 코일 스프링(38)의 가압력에 의해 로드부(34)의 직경 확대부(34a) 상부 커버(83)측 단부가 밸브 시트부(94)에 접촉한 상태로 보유 유지되어 있다. 이에 의해, 상류측 유체실(93a)과 하류측 유체실(93b) 사이는 상시 차단되어 있다. 한편, 상부 커버(83)에 형성된 에어 도입 포트(50)로부터 압력 조작실(66)에 조작 에어가 도입되면, 그때의 조작 압력에 따라서 제2 다이어프램 부재(33)가 로드부(34)의 축선 방향을 따라 하부 커버(85)측으로 변위한다. 이 변위에 의해, 로드부(34)의 직경 확대부(34a)의 상부 커버(83)측 단부가 밸브 시트부(94)로부터 이격되어, 상류측 유체실(93a)과 하류측 유체실(93b)이 연통되므로 유체의 유통이 허용된다.
또한, 다이어프램부(35)의 주연부(35a)는 보디(84)와 하부 커버(85)에 의해 끼움 지지되어 있고, 제2 다이어프램 부재(33)의 주연부(33a)는 보디(84)와 상부 커버(83)에 의해 끼움 지지되어 있다.
실린더(86)에는 커버(87)측으로부터 보디(84)측으로 관통하는 원통 형상의 미끄럼 이동 구멍(96)이 형성되어 있고, 미끄럼 이동 구멍(96)에는 피스톤 로드(46)가 수용되어 있다. 미끄럼 이동 구멍(96)은, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 모두 동축의 대직경 구멍부(96a)와 소직경 구멍부(96b)를 갖고 있고, 대직경 구멍부(96a)에 대직경부(46a)가 미끄럼 이동 가능하게 수용되고, 소직경 구멍부(96b)에 소직경부(46b)가 미끄럼 이동 가능하게 수용되어 있다. 그 밖에 피스톤 로드(46) 주변의 구성은 상기 실시 형태와 기본적으로 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략하는 것으로 하고, 구성의 개략에 대해서만 이하에 설명한다.
피스톤 로드(46)와 커버(87) 사이에는 스프링 수용실(97)이 형성되어 있고, 스프링 수용실(97)에는 압축 코일 스프링(49)이 수용되어 있다. 피스톤 로드(46)는 압축 코일 스프링(49)의 가압력(압축 반발력)에 의해 항상 그 축선 방향을 따라 보디(84)측으로 가압되도록 되어 있다. 한편, 에어 도입 포트(102)로부터 에어 통로(103)를 통해 피스톤 로드(46)와 실린더(86)에 의해 둘러싸인 공간[이하, 압력 제어실(98)이라 함]에 조작 에어가 도입되면, 피스톤 로드(46)는 압축 코일 스프링(49)의 가압력에 저항하여 피스톤 로드(46)의 축선 방향을 따라 커버(87)측(도 5 우측)으로 이동할 수 있다.
피스톤 로드(46)의 보디(84)측 단부에는 다이어프램 밸브체(55)가 연결되어 있다. 다이어프램 밸브체(55)의 주연부(55b)는 보디(84)와 실린더(86) 사이에 끼움 지지되어 있다.
보디(84)의 실린더(86)측 단부에는 미끄럼 이동 구멍(96)과 대략 동축인 동시에 미끄럼 이동 구멍(96)과 연통된 원형 홈(99)이 형성되어 있고, 이 원형 홈(99)에는 중간 통로(92) 및 배출 통로(91)가 연통되어 있다. 구체적으로는, 중간 통로(92)는 원형 홈(99)의 중앙부에 있어서 원형 홈(99)과 연통하고 있고, 배출 통로(91)는 원형 홈(99)의 원주측 단부에 있어서 원형 홈(99)과 연통하고 있다.
중간 통로(92)는 원형 홈(99)측의 통로 단부에 있어서 유로 직경이 작게 교축되어 있고, 오리피스(이하, 밸브 시트 오리피스라 함)(92a)로 되어 있다. 원형 홈(99)의 밸브 시트 오리피스(92a) 개구부의 주위는 밸브 시트부(100)로 되어 있고, 다이어프램 밸브체(55)의 밸브부(55e)가 접촉할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 다이어프램 밸브체(55)가 보스부(55a)의 축선 방향을 따라 커버(87)측과는 반대측으로 이동하면, 밸브부(55e)가 밸브 시트부(100)에 접촉하여, 밸브 시트 오리피스(92a)를 통한 유체의 유통이 저지된다. 한편, 다이어프램 밸브체(55)가 보스부(55a)의 축선 방향을 따라 커버(87)측으로 이동하면, 밸브부(55e)가 밸브 시트부(100)로부터 이격되어, 밸브 시트 오리피스(92a)를 통해 유체의 유통이 허용된다.
보디(84)에는, 중간 통로(92)와 배출 통로(91)를 연통하는 오리피스(이하, 고정 오리피스라 함)(101)가 형성되어 있다. 이에 의해, 밸브 시트 오리피스(92a)를 통한 유체의 유통이 다이어프램 밸브체(55)에 의해 저지되어 있는 경우라도, 고정 오리피스(101)를 통해 중간 통로(92)와 배출 통로(91)는 상시 연통되어 있으므로, 유체는 고정 오리피스(101)를 통해 흡입 통로(90)로부터 배출 통로(91)로 흐른 다. 이에 대해, 에어 도입 포트(52)를 통해 압력 제어실(98)로 조작 에어가 공급되고, 피스톤 로드(46)[및 다이어프램 밸브체(55)]가 압축 코일 스프링(49)의 가압력에 저항하여 커버(87)측으로 이동하고, 밸브부(55e)가 밸브 시트부(100)로부터 이격되는 경우, 유체는 고정 오리피스(101) 및 밸브 시트 오리피스(92a)를 통해 흡입 통로(90)로부터 배출 통로(91)로 흐른다.
이상 설명한 유량 제어 장치(80)에 의해서도, 상기 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 유량 제어 장치(80)는 레귤레이터부(81)와 밸브부(82)로 보디(84)가 공유화됨으로써, 밸브부(82)가 레귤레이터부(81)의 부속물로서 일체화되어 있으므로, 상기 실시 형태에서 사용한 H 밀봉부(11)나 밸브부(82) 전용의 보디를 불필요로 할 수 있는 동시에, H 밀봉부(11)를 끼워 맞추기 위해 복잡한 가공이 필요한 형성된 요철부(68, 69)를 설치하지 않아도 되는 이점이 있다.
(5) 상기 실시 형태 또는 상기 다른 예 (4)에 있어서는, 파일럿 레귤레이터(20)와 에어 조작 밸브(40)를 일체화하여 이루어지는 유량 제어 장치(10)나, 레귤레이터부(81)와 밸브부(82)를 일체화하여 이루어지는 유량 제어 장치(80)에 대해 예시하였지만, 이들을 분리한 것으로 해도 좋다. 즉, 파일럿 레귤레이터(20)의 공급 포트(25)와 에어 조작 밸브(40)의 흡입 포트(56)를 배관을 통해 연결하여 유량 제어 장치를 구성하는 것이라도 좋다.
도 1은 일 실시 형태에 있어서의 유량 제어 장치의 구성을 도시하는 종단면도.
도 2는 일 실시 형태에 있어서의 혼합액 제어 회로의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 3은 일 실시 형태에 있어서의 유량 제어 시스템의 구성을 도시하는 회로도.
도 4는 일 실시 형태에 있어서의 약액의 혼합 비율의 시간의 경과에 따른 변화를 도시하는 도면.
도 5는 다른 실시 형태에 있어서의 유량 제어 장치의 구성을 도시하는 종단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 유량 제어 장치
20 : 파일럿 레귤레이터
25 : 공급 포트
28 : 유체실
36 : 밸브 시트부
40 : 에어 조작 밸브
55 : 다이어프램 밸브체

Claims (17)

  1. 공급되는 유체의 압력을 조정하는 레귤레이터와,
    상기 레귤레이터의 하류측에 있어서 서로 병렬로 설치된 복수의 교축 통로와,
    상기 각 교축 통로 중 소정의 교축 통로를 개방 또는 폐쇄하도록, 개방 위치와 폐쇄 위치로 2위치 절환하는 개폐부를 구비하고,
    상기 레귤레이터의 하류측에는 개폐 밸브가 설치되어 있고,
    그 개폐 밸브는, 상기 각 교축 통로 및 개폐부를 내장하고 있고, 또한 상기 개폐부를 폐쇄 위치를 향해 상시 가압하는 가압부와, 상기 가압부에 의한 가압력에 저항하여 상기 개폐부를 개방 위치를 향해 압박하는 압박 상태와 그 압박 상태를 해제한 해제 상태로 절환되는 압박부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 유량 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개폐 밸브는, 당해 개폐 밸브에 있어서의 유체의 유입구와 유출구 사이를 연통하여 상기 각 교축 통로를 포함하는 유체의 유로를 상기 압박부측의 공간과 구획하는 동시에 상기 개폐부에 일체화되어 있는 개폐용 다이어프램을 구비하고 있는, 유량 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 교축 통로 중 하나는, 상시 개방으로 되어 있는 개방 교축 통로이고,
    상기 복수의 교축 통로 중 다른 하나는, 상기 레귤레이터의 하류측에 있어서 상기 개방 교축 통로에 병렬로 설치되는 동시에, 개폐부에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치로 2위치 절환되는 개폐 교축 통로인, 유량 제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레귤레이터는,
    당해 레귤레이터에 있어서의 유체의 유입구와 유출구 사이를 연통하는 유로의 도중에 설치된 밸브 시트부에 착좌하거나 이격되는 밸브체와,
    상기 밸브체를 상기 밸브 시트부를 향해 가압하는 제2 가압부와,
    상기 제2 가압부에 의한 가압력에 저항하여 상기 밸브체를 상기 밸브 시트부로부터 이격되는 측으로 압박하는 동시에, 그 압박력을 조정함으로써 유체의 압력을 제어하는 조작부와,
    상기 유로를 상기 제2 가압부의 수용 영역 및 상기 조작부로 각각 구획하는 동시에 상기 밸브체에 일체화되어 있는 압력 조정용 다이어프램을 구비하고 있는, 유량 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 레귤레이터는,
    당해 레귤레이터에 있어서의 유체의 유입구와 유출구 사이를 연통하는 유로의 도중에 설치된 밸브 시트부에 착좌하거나 이격되는 밸브체와,
    상기 밸브체를 상기 밸브 시트부를 향해 가압하는 제2 가압부와,
    상기 제2 가압부에 의한 가압력에 저항하여 상기 밸브체를 상기 밸브 시트부로부터 이격되는 측으로 압박하는 동시에, 그 압박력을 조정함으로써 유체의 압력을 제어하는 조작부와,
    상기 유로를 상기 제2 가압부의 수용 영역 및 상기 조작부로 각각 구획하는 동시에 상기 밸브체에 일체화되어 있는 압력 조정용 다이어프램을 구비하고 있는, 유량 제어 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레귤레이터와 상기 개폐 밸브는 연결되어 일체화되어 있거나 또는 공통의 보디를 사용한 일체물로서 형성되어 있는, 유량 제어 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 레귤레이터와 상기 개폐 밸브는 연결되어 일체화되어 있거나 또는 공통의 보디를 사용한 일체물로서 형성되어 있는, 유량 제어 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 레귤레이터와 상기 개폐 밸브는 연결되어 일체화되어 있거나 또는 공통의 보디를 사용한 일체물로서 형성되어 있는, 유량 제어 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 레귤레이터와 상기 개폐 밸브는 연결되어 일체화되어 있거나 또는 공통의 보디를 사용한 일체물로서 형성되어 있는, 유량 제어 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레귤레이터 및 상기 개폐부를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 당해 컨트롤러는, 상기 레귤레이터에 의한 제어 유량이 작은 경우에는 상기 폐쇄 위치가 되고, 제어 유량이 큰 경우에는 상기 개방 위치가 되도록, 상기 개폐부를 제어하는, 유량 제어 장치.
  11. 제3항에 있어서, 상기 레귤레이터 및 상기 개폐부를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 당해 컨트롤러는, 상기 레귤레이터에 의한 제어 유량이 작은 경우에는 상기 폐쇄 위치가 되고, 제어 유량이 큰 경우에는 상기 개방 위치가 되도록, 상기 개폐부를 제어하는, 유량 제어 장치.
  12. 제4항에 있어서, 상기 레귤레이터 및 상기 개폐부를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 당해 컨트롤러는, 상기 레귤레이터에 의한 제어 유량이 작은 경우에는 상기 폐쇄 위치가 되고, 제어 유량이 큰 경우에는 상기 개방 위치가 되도록, 상기 개폐부를 제어하는, 유량 제어 장치.
  13. 제5항에 있어서, 상기 레귤레이터 및 상기 개폐부를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 당해 컨트롤러는, 상기 레귤레이터에 의한 제어 유량이 작은 경우에는 상기 폐쇄 위치가 되고, 제어 유량이 큰 경우에는 상기 개방 위치가 되도록, 상기 개폐부를 제어하는, 유량 제어 장치.
  14. 제6항에 있어서, 상기 레귤레이터 및 상기 개폐부를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 당해 컨트롤러는, 상기 레귤레이터에 의한 제어 유량이 작은 경우에는 상기 폐쇄 위치가 되고, 제어 유량이 큰 경우에는 상기 개방 위치가 되도록, 상기 개폐부를 제어하는, 유량 제어 장치.
  15. 제7항에 있어서, 상기 레귤레이터 및 상기 개폐부를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 당해 컨트롤러는, 상기 레귤레이터에 의한 제어 유량이 작은 경우에는 상기 폐쇄 위치가 되고, 제어 유량이 큰 경우에는 상기 개방 위치가 되도록, 상기 개폐부를 제어하는, 유량 제어 장치.
  16. 제8항에 있어서, 상기 레귤레이터 및 상기 개폐부를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 당해 컨트롤러는, 상기 레귤레이터에 의한 제어 유량이 작은 경우에는 상기 폐쇄 위치가 되고, 제어 유량이 큰 경우에는 상기 개방 위치가 되도록, 상기 개폐부를 제어하는, 유량 제어 장치.
  17. 제9항에 있어서, 상기 레귤레이터 및 상기 개폐부를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 당해 컨트롤러는, 상기 레귤레이터에 의한 제어 유량이 작은 경우에는 상기 폐쇄 위치가 되고, 제어 유량이 큰 경우에는 상기 개방 위치가 되도록, 상기 개폐부를 제어하는, 유량 제어 장치.
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