KR20120092585A - 유량 조정 밸브 및 매스 플로우 콘트롤러 - Google Patents

Abstract

부품 개수가 적고 간단하여 조립하기 쉬운 구성으로 소형화가 용이하고, 또한, 절연 불량 등의 고장이 발생하기 어려운 유량 조정 밸브(4)를 제공하는 것을 목적으로 하고, 밸브 본체 부재(41)가, 통 모양을 이루는 하우징(411a)과, 해당 하우징(411a)에 그 일단면을 폐색(閉塞)하도록 일체로 성형된 탄성 변형 가능한 밸브 본체인 다이어프램 부재(411b)와, 상기 다이어프램 부재(411b)의 내면에 선단이 맞닿도록 배치된 신축 가능한 압전 소자(412)와, 상기 하우징(411a)의 타단부에 상기 압전 소자(412)의 신축 방향과 동일 방향으로 진퇴 가능하게 장착된 진퇴 로드(411c.2)와, 상기 진퇴 로드보다도 상기 하우징의 내측에 마련되어, 해당 하우징 내부의 기밀성을 유지하는 변형 가능한 기밀 유지 부재(411c.3)를 구비하고, 상기 진퇴 로드가 상기 기밀 유지 부재를 매개로 하여 상기 압전 소자에 맞닿아 그 위치를 조정하도록 했다.

Description

유량 조정 밸브 및 매스 플로우 콘트롤러{FLOW REGULATING VALVE AND MASS FLOW CONTROLLER}

본 발명은, 반도체 프로세스에서 이용되는 재료 가스 등의 유량이나 압력을 정밀하게 제어할 수 있는 유량 조정 밸브 및 그것을 이용한 매스 플로우 콘트롤러에 관한 것이다.

압전 소자를 이용한 유량 조정 밸브는 유량을 정밀하게 제어할 수 있는 것으로서 알려져 있으며, 그 구체적인 예를 들면, 예를 들어, 밸브 본체인 판 모양의 다이어프램(diaphragm)을, 압전 소자를 이용한 액츄에이터에 의해서 가압하여, 밸브 시트와의 사이의 틈새를 조정하여 유량을 제어하도록 한 것이 있다.

상기 액츄에이터는, 예를 들면 도 10에 도시한 바와 같이, 벨로우즈(bellows)를 이용하여 만들어진 신축 가능한 금속 원통 케이스 내에 압전 소자를 기밀하게 수용 씰링한 것이다. 그리고, 이 압전 소자에 전기신호를 부여하여 신축시킴으로써, 금속 원통 케이스의 선단면(先端面)을 진퇴시키고, 그 선단면에서 별개로 마련한 다이어프램을 가압하도록 하고 있다. 압전 소자를 금속 케이스에 봉입(封入)하는 것은, 습도의 영향에 의한 절연 불량 등을 방지하기 위함이다.

그렇지만, 상기 구성에서, 가스에 직접 접촉하는 것은 다이어프램으로 액츄에이터가 가스에 직접 접하는 것은 아니고, 액츄에이터는 더욱이 하우징(미도시)에 수용되어 있기 때문에 금속 원통 케이스가 없었다 하여도, 압전 소자가 외기 습도 등의 영향을 받는 것도 아니다. 따라서, 압전 소자를 봉입하는 금속 원통 케이스는 불필요하다. 반대로 말하면, 종래 구성에서는, 부품 개수가 불필요하게 증가하여, 소형화나 저가격화를 저해한다.

이것에 대하여, 특허 문헌 1에는, 압전 소자로 직접 다이어프램을 가압하는 구성의 유량 조정 밸브가 기재되어 있다.

그런데, 이 구성에서는, 다이어프램이 하우징과 별개로 마련되어 있고, 다이어프램을 하우징과 밸브 본체와의 사이에 끼워 넣어 고정하는 구조이기 때문에, 씰(seal)이 어렵다. 또, 압전 소자를 봉입하고 있는 하우징에는, 압전 소자의 초기 위치 조정을 위한 나사가 마련되어 있지만, 이 나사의 나사 맞춤 부분으로부터의 기체 누출이 발생하기 때문에, 이 점에서도 하우징 내의 기밀성을 확보할 수 없고, 압전 소자에 절연 불량 등이 발생할 우려가 있다.

특허 문헌 1 : 일본국특허공개 소62－177384호 공보

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 부품 개수가 적고 간단하여 조립하기 쉬운 구성으로 소형화가 용이하며, 또한, 절연 불량 등의 고장이 발생하기 어려운 유량 조정 밸브 및 그것을 이용한 매스 플로우 콘트롤러를 제공하기 위하여 도모한 것이다.

즉, 본 발명에 관한 유량 조정 밸브는, 내부 유로를 가진 몸체에 장착되어 상기 내부 유로를 흐르는 유체의 유량을 조절하는 밸브 안착 부재 및 밸브 본체 부재를 구비한 것으로서,

상기 밸브 본체 부재가, 통 모양을 이루는 하우징과, 해당 하우징에 그 일단면을 폐색(閉塞)하도록 마련된 탄성 변형 가능한 밸브 본체인 다이어프램 부재와, 상기 다이어프램 부재의 내면에 선단이 맞닿도록 상기 하우징 내에 배치된 신축 가능한 압전 소자와, 상기 하우징의 타단부에 상기 압전 소자의 신축 방향과 동일 방향으로 진퇴 가능하게 장착된 진퇴 로드(rod)와, 상기 하우징 내부의 기밀성을 유지할 수 있도록 상기 진퇴 로드보다도 해당 하우징의 내측에 마련된 변형 가능한 기밀 유지 부재를 구비하고, 상기 진퇴 로드가 상기 기밀 유지 부재를 매개로 하여 상기 압전 소자에 맞닿아 그 위치를 조정하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 것이면, 다이어프램 부재가, 압전 소자를 하우징에 기밀하게 씰링하기 위한 씰링 부재와 유량을 조정하는 밸브 본체로서의 기능을 겸비하기 때문에, 부품 개수를 삭감할 수 있어, 소형화나 공간 절약화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 또, 하우징의 일단면에 다이어프램 부재를 마련함과 아울러, 타단부에는 기밀 유지 부재를 마련한 다음에 이 기밀 유지 부재를 매개로 하여 진퇴 로드에 의해 압전 소자의 위치를 조정할 수 있도록 구성하고 있으므로, 하우징 내의 기밀성을 확실하게 유지할 수 있다.

조립의 간단화를 촉진시키려면, 상기 하우징이 일단측 요소와 타단측 요소로 최소한으로 구성되고, 상기 일단측 요소에 상기 다이어프램 부재가 일체로 성형되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 다이어프램 부재가, 하우징의 씰링 부재와 밸브 본체로서의 기능을 겸비하기 때문에, 부품 개수를 삭감할 수 있어, 소형화나 공간 절약화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 또, 하우징의 일단면에 다이어프램 부재를 마련하고 있으므로 제조가 간단함과 아울러, 그 타단부에는 기밀 유지 부재를 마련하고 있으므로, 진퇴 로드에 의한 압전 소자의 위치 조정을, 하우징의 기밀성을 유지하면서 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서의 매스 플로우 콘트롤러의 유체 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서의 매스 플로우 콘트롤러의 전체 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서의 매스 플로우 콘트롤러의 내부 구조를 도시한 종단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에서의 매스 플로우 콘트롤러의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에서의 압력 센서의 내부 구조를 도시한 횡단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에서의 매스 플로우 콘트롤러의 분해 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에서의 유량 조정 밸브의 내부 구조를 도시한 부분 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에서의 유량 조정 밸브의 내부 구조를 도시한 부분 단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에서의 유체 저항 부재를 오목부에 수용한 상태에서의 내부 구조를 도시한 부분 단면도.
도 10은 종래 유량 조정 밸브의 내부 구조를 도시한 개략 단면도.

이하, 본 발명의 일 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 매스 플로우 콘트롤러(100)는, 예를 들면 가스 패널에 탑재되어 반도체 제조 장치의 재료 공급 라인의 일부를 구성하는 것이며, 도 1에 유체 회로도, 도 2에 전체 사시도를 도시한 바와 같이, 유량 제어 대상인 유체가 흐르는 내부 유로(1a)를 가지는 몸체(1)와, 상기 내부 유로(1a) 상에 마련된 유량 조정 밸브(4)와, 이 유량 조정 밸브(4)보다도 하류측에 마련되어 해당 내부 유로(1a)를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 측정 기구(10)와, 이 유량 측정 기구(10)에 의한 측정 유량이 미리 정한 목표 유량이 되도록 상기 유량 조정 밸브(4)를 제어하는 제어 회로(6, 도 1에는 도시하지 않음)로 구성되어 있다. 이하에 각 부를 상술한다.

몸체(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 길고 가는 직방체 형상을 이루는 것이다. 이 몸체(1)에서의 길이 방향과 평행한 1개의 면은, 부품 장착면(1c)으로서 설정하고 있고, 이 부품 장착면(1c)에만, 상기 유량 조정 밸브(4)나 압력 센서(21, 22) 등이 장착되도록 구성하고 있다. 또, 이 장착면(1c)의 반대측 면을, 해당 몸체(1)를 패널 등에 고정하기 위한 고정면으로 하고 있다. 게다가, 길이 방향과 평행한 다른 2면(이하, '측면'이라고 말함)에는 어느 것도 장착하지 않도록 하고, 복수의 몸체(1)의 측면끼리를 밀착 내지 근접시켜 배치할 수 있도록 구성하고 있다.

내부 유로(1a)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 그 유체 도입구(1d) 및 유체 도출구(1e)를, 상기 몸체(1)의 길이 방향에 직교하는 양단면에 각각 개구시킨 것이다. 그리고, 상기 부품 장착면(1c)과 직교하는 방향에서 볼 때(이하, '평면에서 볼 때'라고 말함)에, 유체가 길이 방향을 따라 흘러 가도록 구성하고 있다.

유량 조정 밸브(4)는, 도 3, 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 밸브 안착 부재(42)와 밸브 본체 부재(41)로 이루어진 해당 대략 기둥 모양을 이루는 것이며, 상기 부품 장착면(1c)에서의 유체 도입구(1d)측의 일단부에 연직(鉛直)으로 장착되어 있다. 이 유량 조정 밸브(4)의 최대 폭치수는, 상기 부품 장착면(1c)의 폭치수(길이 방향과 직교하는 방향의 치수)보다도 작게 또는 동일하게 설정하고 있고, 도 4에 도시한 바와 같이, 이 유량 조정 밸브(4)를 몸체(1)에 장착한 상태에서, 유량 조정 밸브(4)가 몸체(1)보다도 폭방향으로 돌출하지 않도록 구성하고 있다.

이 유량 조정 밸브(4)를 구성하는 부재 중, 상기 밸브 안착 부재(42)는, 도 6, 도 7 등에 도시한 바와 같이, 그 정상면(頂面) 중앙부에 링 모양의 안착면(42a)을 돌출 형성한 개략 기둥 모양을 이루는 것이다. 또, 상기 밸브 안착 부재(42)에는, 일단이 해당 밸브 안착 부재(42)의 정상면 중앙부(구체적으로는 밸브 안착면(42a)의 내측)로 개구함과 아울러 타단이 해당 밸브 안착 부재(42)의 저면 중앙부로 개구하는 유체 도입로(42b)와, 일단이 해당 밸브 안착 부재(42)의 정상면 주연부(周緣部, 보다 구체적으로는 밸브 안착면(42a)보다도 외측)로 개구함과 아울러 타단이 해당 밸브 안착 부재(42)의 저면 주연부로 개구하는 유체 도출로(42c)가 관통되어 있다.

이 밸브 안착 부재(42)는, 상기 부품 장착면(1c)의 일단부에 개구시킨 저면이 있는 오목부(1f)에 끼워 넣어진다. 이 저면이 있는 오목부(1f)는, 상기 내부 유로(1a)를 분단하는 위치에 마련해 있다. 구체적으로는, 해당 저면이 있는 오목부(1f)의 저면 중앙부에, 분단된 내부 유로(1a) 중 상류측 내부 유로(1a(1))의 종단(終端)이 개구하고 있고, 해당 저면이 있는 오목부(1f)의 저부측 둘레면에는, 하류측 내부 유로(1a(2))의 시단(始端)이 개구하고 있다.

그러나, 이 구성에 의해, 저면이 있는 오목부(1f)에 밸브 안착 부재(42)를 끼워 넣은 상태에서, 상기 유체 도입로(42b)의 타단이, 저면이 있는 오목부(1f)의 중앙으로 개구하는 상류측 내부 유로(1a(1))의 종단(終端)에 씰 부재(SL2)를 매개로 하여 연통하고, 또, 상기 유체 도출로(42c)의 타단이, 밸브 안착 부재(42)의 저면 둘레부로부터 측(側) 둘레면 저부에 걸쳐 저면이 있는 오목부(1f)의 내주면과의 사이에 틈새가 있기 때문에, 상기 하류측 내부 유로(1a(2))의 시단으로 연통하도록 하고 있다.

한편, 상기 밸브 본체 부재(41)는, 도 3, 도 7, 도 8에 도시한 바와 같이, 내부가 기밀 상태가 되도록 구성한 케이스(411)와, 이 케이스(411)의 내부에 수용한 기둥 모양을 이루는 적층 압전 소자(412)를 구비하고 있다.

케이스(411)는, 긴 통 모양을 이루는 하우징(411a)과, 이 하우징(411a)의 일단면을 기밀하게 폐색하는 탄성 변형 가능한 박판 모양의 다이어프램 부재(411b)와, 상기 하우징(411a)의 타단면을 기밀하게 폐색하는 폐색 부재(411c)를 구비한 것이다.

하우징(411a)은, 상기 저면이 있는 오목부(1f) 상을 덮도록 부품 장착면(1c)에 장착되는 원통 모양의 일단측 요소(411a.1)와, 이 일단측 요소(411a.1)에 연결되는 블록체 모양의 타단측 요소(411a.2)로 이루어진 것이다.

다이어프램 부재(411b)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 내측을 향해 돌출하는 돌기(411b.1)를 중앙에 가진 탄성 변형 가능한 박판(薄板)이며, 상기 일단측 요소(411a.1)와 일체로 성형되어 있다.

폐색 부재(411c)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 하우징(411a)의 타단면을 폐색하도록 장착한 원판 모양을 이루는 부재 본체(411c.1)와, 이 부재 본체(411c.1)의 중앙에 관통시킨 암나사 구멍에 나사 맞춤하는 진퇴 로드인 조정 나사(411c.2)와, 그 나사 맞춤 부분을 둘러싸도록 부재 본체(411c.1)의 내면에 장착한 기밀 유지 부재(411c.3)를 구비한 것이다. 또한, 상기 부재 본체(411c.1)에는, 압전 소자 구동용 단자(T)가 기밀하게 관통하고 있어, 이른바 헤르메틱(hermetic) 구조로 되어 있다. 상기 기밀 유지 부재(411c.3)는, 축 방향으로 탄성 신축하는 통 모양의 벨로우즈부(411c.31)와, 이 벨로우즈부(411c.31)의 저부 부분에 기밀하게 접합된 기둥 모양 부재(411c.32)로 이루어진다.

상기 기둥 모양 부재(411c.32)는, 조정 나사(411c.2)와 적층 압전 소자(412)의 사이에 개재하는 것이며, 조정 나사(411c.2)를 나사 진퇴시키는 것에 의해서, 기둥 모양 부재(411c.32)를 매개로 하여 적층 압전 소자(412)의 축 방향의 위치를 조정할 수 있도록 구성하고 있다. 또한, 기둥 모양 부재(411c.32)의 선단면(先端面)과 적층 압전 소자(412)의 기단면(基端面)과는 접착하고 있다.

그러나, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 하우징(411a)의 일단면을 몸체(1)의 부품 장착면(1c)에 씰 부재(SL1)를 매개로 하여 장착하는 것으로 인해서, 몸체(1)에 형성한 상기 저면이 있는 오목부(1f)의 개구를 해당 일단면에서 씰링함과 아울러, 밸브 안착면(42a)에 다이어프램 부재(411b)를 대향시켜, 상기 압전 소자(412)의 신축에 의해서 다이어프램 부재(411b)와 밸브 안착면(42a)과의 이간(離間) 거리가 변하여, 이 다이어프램 부재(411b)가 밸브 본체(41a)로서 기능을 하도록 하고 있다.

또, 이 때, 씰 부재(SL2)가 압축되는 것에 의한 반력으로, 상기 하우징(411a)의 일단면과 밸브 안착 부재(42)의 정상면(頂面) 둘레면(42d)이 밀접(密接)하도록 하고 있다. 이것에 의해서, 다이어프램 부재(411b)의 외면과 밸브 안착면(42a)과의 평행도가 높은 정밀도로 담보되고, 이들 사이의 틈새가 이상적인 오리피스로서 기능을 하도록 도모하고 있다.

유량 측정 기구(10)는, 유체 회로적으로 말하면, 도 1에 도시한 바와 같이, 내부 유로(1a) 상에 마련한 저항 유로(3a)와, 해당 저항 유로(3a)의 상류측 및 하류측에서의 내부 유로(1a) 내의 유체 압력을 계측하는 한 쌍의 압력 센서(21, 22)로 이루어진 것이며, 압력 센서(21, 22)에 의한 압력 계측값과 저항 유로(3a)의 저항값에 근거하여, 내부 유로(1a)를 흐르는 유체의 유량을 측정 가능하게 구성한 것이다.

상기 저항 유로(3a)는, 도 6, 도 9에 도시한 바와 같이, 복수의 직사각형 모양의 박판(31 ~ 35)을 적층시킨 직방체 모양의 유체 저항 부재(3)에 형성한 것이다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 각 박판 또는 일부의 박판에, 적층시켰을 때에 서로 겹쳐 적층 방향으로 관통하는 연통로(3c)가 되는 관통공(3b)과, 상기 연통로(3c)에 내측단이 연통하여 외측단이 길이 방향과 직교하는 측면으로 개구하는 슬릿(3d)을 마련하고, 상기 박판(31 ~ 35)을 적층시켰을 때에, 슬릿(3d)에 의해서 저항 유로(3a)가 형성되도록 한 것이다. 또한, 슬릿(3d)의 형상이나 개수를 다르게 하는 것에 의해서 유로 저항을 조정할 수 있다.

또, 몸체(1)의 부품 장착면(1c)에서의 길이 방향 중앙부에는, 도 3, 도 6, 도 9에 도시한 바와 같이, 내부 유로(1a)를 분단하도록 직사각형 모양의 오목부(1h)가 마련해 있다. 상기 유체 저항 부재(3)는, 이 오목부(1h)에, 폭 방향으로는 틈새가 없고, 몸체(1)의 길이 방향으로는, 틈새를 가져 끼워 넣어짐으로써 장착된다. 이 오목부(1h)의 저면 중앙에는, 이 오목부(1h)에서 분단된 내부 유로(1a) 중 상류측 내부 유로(1a(2))의 종단이 개구하는 한편, 저면이 있는 오목부(1f)에서의 길이 방향의 저면 둘레부에는, 하류측 내부 유로(1a(3))의 시단이 개구하도록 구성하고 있다.

그리고, 이 유체 저항 부재(3)가 오목부(1h)에 끼워 넣어진 상태에서는, 상기 연통로(3c)의 저측(底側)의 일단이 상류측 내부 유로(1a(2))의 종단에 씰 부재(SL3)를 매개로 하여 접속되고, 저항 유로(3a)의 외측단이 하류측 내부 유로(1a(3))의 시단에 연통한다. 즉, 상류측 내부 유로(1a(2))는, 연통로(3c) 및 저항 유로(3a)를 매개로 하여, 하류측 내부 유로(1a(3))에 접속된다.

압력 센서(21, 22)는, 도 3, 도 5, 도 9 등에 도시한 바와 같이, 편평한 형상을 이루는 본체부(2A)와, 그 본체부(2A) 내에 수용한 도시하지 않은 압전 소자 등의 센서 소자를 구비한 것이며, 이 편평한 본체부(2A)를 몸체(1)의 부품 장착면(1c)에 대하여, 그 면판부(面板部)가, 해당 부품 장착면(1c) 상에 수직으로, 또한, 몸체(1)의 길이 방향과 평행으로 되도록 장착한 것이다. 또, 압력 센서(21, 22)의 두께 치수는, 도 4 등에 도시한 바와 같이, 상기 부품 장착면(1c)의 길이 방향과 직교하는 폭치수보다도 작게 또는 동일하게 설정하고 있고, 설치 상태에서 압력 센서(21, 22)가 몸체(1)보다도 폭방향으로 돌출하지 않도록 구성하고 있다.

이 본체부(2A) 내에는, 내면에 감압면(感壓面, 2b1)을 형성한 유체 충전실(2b)과, 몸체(1)에 대한 장착면(2a)에 마련한 압력 도입구(2a1)와 상기 유체 충전실(2b)을 연통하는 유체 도입로(2c)가 마련해 있고, 상기 감압면(2b1)이 압력을 받아서 변위한 양을 상기 센서 소자가 검지하여 압력 신호로서 출력하도록 하고 있다. 유체 충전실(2b)은, 본체부(2A)에 형성한 얇은 원판 모양을 이루는 것이며, 이 유체 충전실(2b)의 한쪽의 면판부를 상기 감압면(2b1)으로 하고 있다. 이 감압면(2b1)은, 압력 센서(21, 22)를 몸체(1)에 장착한 상태에서, 몸체(1)의 길이 방향과 평행으로, 또한, 상기 부품 장착면(1c)과 수직이 되도록 설정하고 있다.

도시하지 않은 센서 소자는, 감압면(2b1)을 형성하는 벽체의 뒤쪽에 접촉시키고 있다.

그리고, 한 쌍의 압력 센서(21, 22) 중 상류측 압력 센서(21)를, 몸체(1)의 부품 장착면(1c)에서의 길이 방향 중앙부에 장착함과 아울러, 하류측 압력 센서(22)를, 상기 부품 장착면(1c)에서의 길이 방향 타단부에 장착하도록 하고 있다.

구체적으로 설명하면, 상기 상류측 압력 센서(21)는, 몸체(1)에 장착하는 것에 의해서, 그 장착면(2a)이 상기 오목부(1h)의 개구를 링 모양의 씰 부재(SL4)를 매개로 하여 기밀하게 씰링함과 아울러, 오목부(1h) 내의 유체 저항 부재(3)를 오목부(1h)의 저면과의 사이에 눌러 끼우도록 구성하고 있다. 이것에 의해, 유체 저항 부재(3)를 전용의 뚜껑 등으로 씰링할 필요가 없어, 부품 개수의 삭감이나 조립의 간단화를 촉진하여 저비용화를 도모할 수 있다.

또, 이 상태에서, 유체 저항 부재(3)에서의 연통로(3c)가 상류측 압력 센서(21)의 압력 도입구(2a1)에 접속되고, 저항 유로(3a)보다도 상류측의 내부 유로(1a(2))가 상기 연통로(3c)를 매개로 하여 상류측 압력 센서(21)에 연통되도록 구성하고 있다.

한편, 저항 유로(3a)보다도 하류측의 내부 유로(1a(3))는, 몸체(1)의 길이 방향을 따라 연신하여 유체 도출구(1e)에 도달함과 동시에, 그 도중에서 분기한 분기 유로(1i)에 의해서, 하류측 압력 센서(22)에 압력 도입구(2a1)에 접속되도록 하고 있다.

제어 회로(6)는. 몸체(1)와는 별개의 몸체 또는 부대(付帶)시켜 마련한 것이며, CPU, 메모리, I／O 채널, A／D 컨버터, D／A 컨버터, 그 외의 아날로그 내지 디지털 전기 회로로 구성되어 있다. 그리고, 메모리에 격납(格納)한 프로그램에 따라서 CPU나 그 외 주변기기가 협동함으로써, 이 제어 회로(6)가, 상기 유량 조정 밸브(4)를 제어하여, 내부 유로(1a)의 유체 유량을 외부로부터 지시한 설정 유량이 되도록 조정한다. 이하에 그 동작의 개요를, 본 매스 플로우 콘트롤러의 동작 설명도 겸하여 간단하게 설명한다.

이 제어 회로(6)는, 각 압력 센서(21, 22)로부터의 출력 신호값을 수신하면, 그들 출력 신호값으로부터, 오프셋(offset)이나 계수 등을 고려한 소정의 변환식에 근거하여, 상기 저항 유로(3a)의 상류측 및 하류측에서의 유체의 압력을 산출한다. 그리고 그들 압력과 미리 측정하고 있는 저항 유로(3a)에서의 유체 저항값(저항 계수)이나 유체 점성 등에 근거하여, 저항 유로(3a)를 흐르는 유체의 유량을 산출한다.

한편, 오퍼레이터나 외부의 다른 기기로부터 설정 유량이 부여되면, 이 제어 회로(6)는 그 설정 유량과 상기 산출 유량과의 편차를 산출하고, 그 편차에 근거하여, 상기 산출 유량이 설정 유량에 근접하도록, 유량 조정 밸브(4)에 대해서 상기 적층 압전 소자(412)를 신축시키는 지령 신호를 출력한다. 이와 같이 하여, 밸브 안착면(42a)과 밸브 본체(41a)와의 이간 거리를 변동시켜, 이 유량 조정 밸브(4)를 흐르는 유체, 즉 이 내부 유로(1a)를 흐르는 유체의 유량을 조정한다.

그러나, 이와 같이 구성한 본 실시 형태에 의하면, 다이어프램 부재(411b)가, 압전 소자(412)를 하우징(411a)에 기밀하게 씰링하기 위한 씰링 부재와 유량을 조정하는 밸브 본체로서의 기능을 겸비하기 때문에, 부품 개수를 삭감할 수 있어, 소형화나 공간 절약화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 또, 하우징(411a)의 일단면에 다이어프램 부재(411b)를 일체로 성형함과 아울러, 타단면에는 기밀 유지 부재(411c.3)를 마련하고 있으므로 하우징 내의 기밀성을 확실하게 유지할 수 있다. 게다가 이 기밀 유지 부재(411c.3)를 매개로 하여 조정 나사(411c.2)에 의해 압전 소자(412)를 압인(壓引)할 수 있도록 구성하고 있으므로, 하우징 내의 기밀성을 유지하면서, 압전 소자(412)의 위치도 조정할 수 있다.

또한, 그 외의 부수적인 효과로서는, 유량 조정 밸브(4)와 유체 저항 부재(3)가, 몸체(1)에서의 상기 부품 장착면(1c)에 나란히 마련되어 있으므로, 그 사이를 접속하는 내부 유로(1a)의 용적을 가급적으로 저감할 수 있는 것을 들 수 있다. 따라서, 유량의 검지와 유량의 제어와의 시간 차이를 저감할 수 있고, 매스 플로우 콘트롤러(100)의 제어 응답성을 큰 폭으로 개선하는 것이 가능하게 된다.

게다가, 유체 저항 부재(3)와 압력 센서(21)를, 씰 부재가 개재하지만, 실질적으로 직접 적층 배치하고 있으므로, 몸체(1)가 길이 방향으로 길어지는 것을 가급적으로 억제할 수 있어, 컴팩트화를 촉진할 수 있다.

컴팩트화라고 하는 점에서는, 이하의 효과도 얻는다. 즉, 압력 센서(21, 22)를, 그 감압면(2b1)이 그 장착면(2a)에 대해서 수직으로 기립하도록 구성함과 아울러, 이들 압력 센서(21, 22)를, 평면에서 볼 때, 유체의 흐름 방향과 감압면(2b1)이 평행이 되도록, 몸체 장착면(1c)에 직렬시켜 장착하고 있으므로, 감압면(2b1)을 대면적(大面積)으로 하여 고감도를 유지하면서도 폭방향의 치수를 작게 하여, 평면에서 볼 때, 가늘고 긴 형상으로 할 수 있다.

또, 이 유량 조정 밸브와 압력 센서를 이용하여, 압력 콘트롤러를 구성하여도 상관없다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능하다.

100 … 매스 플로우 콘트롤러 10 … 유량 측정 기구
1 … 몸체 1a … 내부 유로
4 … 유량 조정 밸브 41 … 밸브 본체 부재
411a … 하우징 411a.1 … 일단측 요소
411a.2 … 타단측 요소 411b … 다이어프램 부재
411c … 폐색 부재 411c.1 … 부재 본체
411c.2 … 진퇴 로드(조정 나사) 411c.3 … 기밀 유지 부재
412 … 압전 소자 42 … 밸브 안착 부재
6 … 제어 회로

Claims (3)

1. 내부 유로를 가진 몸체에 장착되어 상기 내부 유로를 흐르는 대상 유체의 유량을 조절하는 것으로서,
   유량 조절을 위한 밸브 본체 부재가,
   통 모양을 이루는 하우징과,
   해당 하우징에 그 일단면을 폐색(閉塞)하도록 마련된 탄성 변형 가능한 밸브 본체인 다이어프램 부재와,
   상기 다이어프램 부재의 내면에 선단이 맞닿도록 상기 하우징 내에 배치된 신축 가능한 압전 소자와,
   상기 하우징의 타단부에 상기 압전 소자의 신축 방향과 동일 방향으로 진퇴 가능하게 장착된 진퇴 로드(rod)와,
   상기 진퇴 로드보다도 상기 하우징의 내측에 마련되어, 해당 하우징 내부의 기밀성을 유지하는 변형 가능한 기밀 유지 부재를 구비하고,
   상기 진퇴 로드가 상기 기밀 유지 부재를 매개로 하여 상기 압전 소자에 맞닿아 그 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
2. 청구항 1에 기재된 상기 하우징이 일단측 요소와 타단측 요소를 연결하여 구성한 것이며, 상기 일단측 요소에 상기 다이어프램 부재가 일체로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 측정 기구.
3. 청구항 1에 기재된 유량 조정 밸브와, 상기 대상 유체의 유량을 측정하는 유량 측정 기구와, 상기 유량 측정 기구에 의한 측정 유량이 미리 정한 목표 유량이 되도록 상기 유량 조정 밸브를 제어하는 제어 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 매스 플로우 콘트롤러.

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