KR20160028474A - 압력식 유량 제어 장치 - Google Patents

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료스케 도히
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Abstract

본 발명은 유량 스위칭 시의 하강 응답 시간의 단축을 도모하여 하강 응답 특성을 높이는 것을 가능하게 한 압력식 유량 제어 장치를 제공한다. 본 발명의 압력식 유량 제어 장치는 유체 입구(2)와 유체 출구(3) 사이를 연통하는 유체 통로(4)를 형성한 본체(5)와, 본체(5)에 고정되어서 유체 통로(4)를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)와, 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)의 하류측의 유체 통로(4)에 개재시킨 오리피스(OL)와, 본체(5)에 고정되어서 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)와 오리피스(OL) 사이의 유체 통로(4)의 내압을 검출하는 압력 센서(P1)를 구비하고, 유체 통로(4)는 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)와 압력 센서(P1)의 압력 검지면 (P1a) 상의 압력 검지실(4b)을 접속하는 제 1 통로부(4a)와, 제 1 통로부(4a)와 이간되어 압력 검지실(4b)과 오리피스(OL)를 접속하는 제 2 통로부(4c)를 구비한다.

Description

압력식 유량 제어 장치{PRESSURE-TYPE FLOW RATE CONTROL DEVICE}
본 발명은 압력식 유량 제어 장치의 개량에 관한 것이며, 특히 하강 시의 응답성을 높임으로써 반도체 제조 장치용 등의 원료 가스 공급 장치의 작동 성능을 대폭으로 높인 압력식 유량 제어 장치에 관한 것이다.
종전부터 반도체 제조 장치용 등의 원료 가스 공급 장치에 있어서는 공급 가스의 유량 제어에 열식 유량 제어 장치나 압력식 유량 제어 장치가 널리 이용되고 있다. 특히, 도 6에 나타내는 바와 같이 압력식 유량 제어 장치(FCS)는 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV), 온도 검출기(T), 압력 센서(P), 오리피스(OL), 온도 보정·유량 연산 회로(CDa)와 비교 회로(CDb)와 입출력 회로(CDc)와 출력 회로(CDd) 등으로 이루어지는 연산 제어부(CD) 등으로 구성되어 있고, 1차측 공급압이 크게 변동해도 안정된 유량 제어가 행해진다는 우수한 유량 특성을 구비하고 있다.
즉, 도 6의 압력식 유량 제어 장치(FCS)에서는 압력 센서(P) 및 온도 검출기(T)로부터의 검출값이 온도 보정·유량 연산 회로(CDa)에 입력되고, 여기에서 검출 압력의 온도 보정과 유량 연산이 행해져 유량 연산값(Qt)이 비교 회로(CDb)에 입력된다. 또한, 설정 유량에 대응하는 입력 신호(QS)가 단자(In)로부터 입력되어 입출력 회로(CDc)를 통해 비교 회로(CDb)에 입력되고, 여기에서 온도 보정·유량 연산 회로(CDa)로부터의 유량 연산값(Qt)과 비교된다. 비교의 결과, 설정 유량 입력 신호(Qs)가 유량 연산값(Qt)보다 작을 경우에는 컨트롤 밸브(CV)의 구동부에 제어 신호(Pd)가 출력된다. 이에 따라 컨트롤 밸브(CV)가 폐쇄 방향으로 구동되어 설정 유량 입력 신호(Qs)와 연산 유량값(Qt)의 차(Qs-Qt)가 0이 될 때까지 폐쇄 밸브 방향으로 구동된다.
압력식 유량 제어 장치(FCS)에서는 오리피스(OL)의 하류측 압력(P2)과 상류측 압력(P1) 사이에 P1/P2≥약 2의 소위 임계 팽창 조건이 유지되어 있으면 오리피스(OL)를 유통하는 가스 유량(Q)이 Q=KP1(단, K는 정수)이 되고, 또한 임계 팽창 조건이 만족되어 있지 않으면 오리피스(OL)를 유통하는 가스 유량(Q)이 Q=KP2 m(P1-P2)n(단, K, m, n은 정수)이 된다.
따라서, 압력(P1)을 제어함으로써 유량(Q)을 고정밀도로 제어할 수 있고, 게다가 컨트롤 밸브(CV)의 상류측 가스(Go)의 압력이 크게 변화해도 제어 유량값이 거의 변화되지 않는다는 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
가스 유량(Q)을 Q=KP1(단, K는 정수)로서 연산하는 방식의 압력식 유량 제어 장치는 FCS-N형이라고 불리는 것이 있고, 또한 가스 유량(Q)을 Q=KP2 m(P1-P2)n(단, K, m, n은 정수)으로서 연산하는 방식의 압력식 유량 제어 장치는 FCS-WR형이라고 불리는 것이 있다.
또한, 이 종류의 압력식 유량 제어 장치에는 이밖에 복수의 오리피스(OL)를 병렬형상으로 연결하고, 스위칭 밸브에 의해 적어도 1개의 오리피스에 가스를 유통시키도록 한 오리피스 기구, 예를 들면 2개의 오리피스를 병렬형상으로 접속하고, 1개의 오리피스의 입구측에 스위칭 밸브를 설치해서 그것을 열림 또는 닫힘으로 함으로써 유량 제어 범위를 변경할 수 있도록 한 오리피스 기구를 상기 FCS-N형의 오리피스로서 사용한 FCS-SN형이나, 동일한 오리피스 기구를 상기 FCS-WR형의 오리피스로서 사용한 FCS-SWR형이라고 불리고 있는 것도 있다.
또한, 상기 FCS-N형, FCS-SN형, FCS-WR형 및 FCS-SWR형의 각 압력식 유량 제어 장치 그것의 구성이나 작동 원리 등은 이미 공지이기 때문에 여기에서는 그 상세한 설명을 생략한다(일본 특허공개 평 8-338546호, 일본 특허공개 2003-195948호 등).
또한, 압력식 유량 제어 장치(FCS)에는 도 7에 나타내는 바와 같이 (a)와 같은 구성의 임계 조건 하의 가스 유체를 대상으로 하는 압력식 유량 제어 장치(FCS)(이하, FCS-N형이라고 칭한다. 일본 특허공개 평 8-338546호 등), (b)의 임계 조건 하와 비임계 조건 하의 양쪽 가스 유체를 대상으로 하는 FCS-WR형(일본 특허공개 2003-195948호 등), (c)의 임계 조건 하의 가스 유체를 대상으로 하는 유량 스위칭형의 FCS-S형(일본 특허공개 2006-330851호 등), 및 (d)의 임계 조건 하와 비임계 조건 하의 양쪽 가스 유체를 대상으로 하는 유량 스위칭형의 FCS-SWR형(국제 공개 WO 2009/141947호 팸플릿 등)이 존재한다.
또한, 도 7에 있어서, P1, P2는 압력 센서, CV는 컨트롤 밸브, OL은 오리피스, OL1은 소구경 오리피스, OL2는 대구경 오리피스, ORV는 오리피스 스위칭 밸브이다.
도 8은 종래의 압력식 유량 제어 장치(FCS-WR형)를 나타내는 단면도이며, 5A는 본체, 2는 유체 입구, CV는 압력 제어용 컨트롤 밸브, P1, P2는 압력 센서, OL은 오리피스, 3은 유체 출구이다.
그러나, 이 종류의 압력식 유량 제어 장치(FCS)에서는 미소한 구멍 지름의 오리피스(OL)를 사용하고 있기 때문에 가스의 치환성이 나빠 압력식 유량 제어 장치(FCS)의 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)를 폐쇄해서 출력측을 개방했을 경우에 컨트롤 밸브(CV)와 오리피스(OL) 사이의 공간부의 가스 배출에 많은 시간이 걸려 소위 가스의 하강 응답성이 매우 나쁘다는 문제가 있다.
도 9는 종래의 압력식 유량 제어 장치(FCS-N형)의 연속 스텝 시의 하강 응답 특성의 일례를 나타내는 것이며, 오리피스(OL)의 하류측의 공기압 작동 밸브(도시 생략)를 개방해서 일정 유량의 가스를 압력식 유량 제어 장치를 통해 공급 중에 가스 공급량을 스텝형상으로 하강했을 경우, 대유량용의 압력식 유량 제어 장치의 경우(선(A))에 비교해서 소류량용의 압력식 유량 제어 장치의 경우(선(B))에는 소정의 유량까지 하강하는데에 1.5초 이상의 시간을 필요로 하는 것이 현상황이다.
보다 구체적으로는 FCS-N형 및 FCS-WR형의 경우, 오리피스(OL)의 하류측 압력이 100Torr이며, 유량을 100%로부터 1% 및 100%로부터 4%로 낮추기 위해서는 각각 약 1초 이상을 필요로 하지만, 반도체 제조 장치(예를 들면, 엣쳐) 쪽으로부터는 1초 이하의 시간 내에 유량을 100%로부터 1%로 낮추는 것이 요구되어 있다.
또한, FCS-S형 및 FCS-SWR형의 경우, 오리피스(OL1)의 하류측 압력이 100Torr이며, 유량을 100%로부터 10% 및 100%로부터 0.16%로 낮추기 위해서는 각각 약 1.2초 이상을 필요로 하지만, 반도체 제조 장치(예를 들면, 엣쳐) 쪽으로부터는 1. 2초 이하의 시간 내에 유량을 100%로부터 10%로 낮추는 것이 요구되어 있다.
일본 특허공개 평 8-338546호 일본 특허 공개 평 10-55218호 일본 특허공개 2003-195948호 일본 특허공개 2006-330851호 국제 공개 제 WO 2009/141947호 팸플릿
본원발명은 종래의 압력식 유량 제어 장치에 있어서의 상술과 같은 문제를 개선하기 위해서 유량 제어에 있어서의 하강 응답성의 향상, 즉 유량 제어에 있어서의 하강 시간을 한층 더 단축할 수 있는 압력식 유량 제어 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치는 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와, 상기 본체에 고정되어서 상기 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와, 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 상기 유체 통로에 개재시킨 오리피스와, 상기 본체에 고정되어서 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브와 상기 오리피스 사이의 상기 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서를 구비하고, 상기 유체 통로는 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브와 상기 압력 센서의 압력 검지면 상의 압력 검지실을 접속하는 제 1 통로부와, 상기 제 1 통로부와 이간되어 상기 압력 검지실과 상기 오리피스를 접속하는 제 2 통로부를 구비함으로써 상기 압력 검지실을 경유하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하방에 상기 압력 센서가 배치되고, 상기 제 1 통로부는 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브로부터 상기 압력 검지실로 수하(垂下)하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 압력 제어용 컨트롤 밸브가 금속제 다이어프램 밸브체를 구비하고, 상기 제 1 통로부는 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 상기 금속제 다이어프램 밸브체의 중심부로부터 수하하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제 1 통로부가 상기 압력 검지실의 단부에 접속되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제 2 통로부가 상기 압력 검지실의 단부에 접속되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제 2 통로부가 상기 압력 검지실의 상기 제 1 통로부와는 반대측의 단부에 접속되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치는 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와, 상기 본체에 고정되어서 상기 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와, 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 상기 유체 통로에 개재시킨 오리피스와, 상기 본체에 고정되어서 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브와 상기 오리피스 사이의 상기 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서를 구비하고, 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하방에 상기 압력 센서가 배치되고, 상기 유체 통로는 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브로부터 상기 압력 센서의 압력 검지면 상의 압력 검지실로 수하하는 제 1 통로부와, 상기 제 1 통로부와 상기 오리피스를 접속하는 제 3 통로부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 압력 센서는 상기 본체의 저면에 형성된 오목부에 링 개스킷을 개재하여 삽입 부착되고, 상기 압력 검지실은 상기 오목부의 내저면과 상기 링 개스킷과 상기 압력 센서의 압력 검지면으로 둘러싸여 있으며, 상기 링 개스킷은 양측의 실링면이 내주면측으로 치우쳐서 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 링 개스킷은 양측의 실링면, 내주면, 외주면, 상기 내주면과 양측의 실링면 사이의 내측 테이퍼면, 및 상기 외주면과 양측의 실링면 사이의 외측 테이퍼면을 구비하고, 상기 내측 테이퍼면이 상기 외측 테이퍼면보다 작게 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치는 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와, 상기 본체에 고정되어서 상기 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와, 상기 본체에 고정되어서 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 상기 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서와, 상기 압력 센서의 하류측의 상기 유체 통로에 개재시킨 오리피스를 구비하고, 상기 압력 센서는 상기 본체 저면에 형성된 오목부에 링 개스킷을 개재하여 삽입 부착되고, 상기 압력 검지실은 상기 오목부의 내저면과 상기 링 개스킷과 상기 압력 센서의 압력 검지면으로 둘러싸여 있으며, 상기 링 개스킷은 양측의 실링면이 내주면측으로 치우쳐서 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 오목부의 내저면과 상기 압력 검지면의 거리가 0.13~0.30㎜인 것이 바람직하다.
(발명의 효과)
본원발명에 의하면 유체 통로가 압력 검지실을 경유하는 구성으로 함으로써 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 내용적을 종래에 비해 작게 할 수 있고, 그 결과 하강 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 압력 센서를 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하방에 배치하고, 양자를 연결한 유체 통로(제 1 유로부)를 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브로부터 상기 압력 검지실로 수하시킴으로써 양자 최단 거리로 연결하여 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 내용적을 작게 할 수 있다.
또한, 제 1 유로부 및 제 2 유로부는 압력 검지실의 단부에 형성함으로써 유체 통로로서 이용하는 압력 검지실을 효율적으로 이용하여 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 내용적 축소에 기여할 수 있다.
또한, 압력 검지실의 높이 치수를 규정하는 링 개스킷을 실링면을 내주면측으로 치우치게 한 단면형상으로 함으로써 실링 능력 확보를 위해 필요로 되는 실링면의 면적을 유지하면서 내주면을 평탄면에 가까이하여 내주면으로 둘러싸이는 공간 용적을 축소하고, 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 내용적 축소에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 1 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 일점 쇄선원으로 둘러싼 부분의 확대도이다.
도 3은 도 1의 압력식 유량 제어 장치에 장착되어 있는 링 개스킷의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치와 종래의 압력식 유량 제어 장치의 압력 강하 시간(하강 시간)을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 2 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 종래의 압력식 유량 제어 장치를 나타내는 기본 구성도이다.
도 7은 종래의 각종 형식의 압력식 유량 청서어 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 8은 종래의 압력식 유량 제어 장치를 나타내는 요부 단면도이다.
도 9는 종래의 압력식 유량 제어 장치(FCS-N형)의 연속 스텝 시의 하강 응답 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 10은 종래의 압력식 유량 제어 장치에 장착되어 있는 링 개스킷의 확대 단면도이다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 실시형태에 대해서 이하에 도 1~도 5를 참조해서 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 1 실시형태의 단면도를 나타내고, 도 2는 도 1의 일점 쇄선의 원으로 둘러싼 부분의 확대도를 나타내고 있다. 압력식 유량 제어 장치(1)는 유체 입구(2)와 유체 출구(3) 사이를 연통하는 유체 통로(4)를 형성한 본체(5)와, 본체(5)에 고정되어서 유체 통로(4)를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)와, 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)의 하류측의 유체 통로(4)에 개재시킨 오리피스(OL)와, 본체(5)에 고정되어서 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)와 오리피스(OL) 사이의 유체 통로(4)의 내압을 검출하는 압력 센서(P1)를 구비하고, 유체 통로(4)는 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)와 압력 센서(P1)의 압력 검지면(P1a)(도 2) 상의 압력 검지실(4b)을 접속하는 제 1 통로부(4a)와, 제 1 통로부(4a)와 이간되어 압력 검지실(4b)과 오리피스(OL)를 접속하는 제 2 통로부(4c)를 구비함으로써 유체 통로(4)가 압력 검지실을 경유하도록 구성되어 있다.
도 1에 나타내어진 제 1 실시형태의 압력식 유량 제어 장치(1)는 상술한 소위 FCS-WR형이며, 오리피스(OL)의 하류측의 유체 통로(4)의 내압을 검출하는 제 2 압력 센서(P2)가 장착되어 있다. 또한, 도 1에 있어서 10은 프린트 배선판에 전자 부품이 실장된 제어판, 11은 케이싱, 12는 접속용 커넥터이다.
본체(5)는 입구측 블록(5a), 본체 블록(5b), 및 출구측 블록(5c)을 볼트로 연결해서 일체화되어 있다. 입구측 블록(5a)에 유체 입구(2)가 형성되어 있다. 입구측 블록(5a)과 본체 블록(5b) 사이의 유체 통로(4)의 연결 개소에는 금속제 개스킷(13)이 개재되어 있다. 또한, 본체 블록(5b)과 출구측 블록(5c) 사이의 유체 통로(4)의 연결 개소에는 오리피스(OL)(미소 구멍이기 때문에 도면상에는 명확하게 드러나 있지 않음)가 중심부에 형성된 오리피스 플레이트(7)를 협지하고 있는 금속제 개스킷(14, 15)이 개재되어 있다. 출구측 블록(5c)에 유체 출구(3)가 형성되어 있다.
압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)는 공지의 금속제 다이어프램 밸브체(CVa)와 피에조 구동 소자(CVb)를 사용한 개폐 밸브이며, 피에조 구동 소자(CVb)로의 통전에 의해 이것이 신장되어 원통체(CVc)를 탄성체(CVd)의 탄력에 저항해서 상방으로 밀어올림으로써 밸브체 받침(CVe)이 상방으로 이동하고, 다이어프램 밸브체(CVa)가 자기 탄성력에 의해 만곡 형상으로 복원되어 밸브 시트(5e)로부터 이탈하여, 밸브가 개방된다. 또한, 밸브 개도는 정도는 피에조 구동 소자(CVb)로의 인가 전압을 변동함으로써 조절된다.
압력 센서(P1)는 반도체 스트레인 게이지가 표면에 형성된 다이어프램을 구비하고, 그 표면이 압력 검지면(수압면)이 되고, 거기에 가해지는 압력에 의해 변형해서 발생하는 피에조 저항 효과에 의한 전기 저항의 변화를 전기 신호로 변환함으로써 압력을 검출한다.
압력 센서(P1)는 본체 블록(5b)의 저면에 형성된 오목부(5d)에 링 개스킷(16)을 개재해서 삽입되고, 누름 나사(17)에 의해 고정되어 있다. 이와 같이 압력 센서(P1)를 오목부(5d)에 삽입 부착함으로써 오목부(5d)의 내저면과 링 개스킷(16)과 압력 센서(P1)의 수압면인 압력 검지면(P1a)에 의해 둘러싸인 압력 검지실(4b)이 형성되어 있다.
압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)의 금속제 다이어프램 밸브체(CVa)가 접리하는 밸브 시트(5e)는 다이어프램 밸브체(CVa)의 중앙부의 위치에 형성된다. 도시예에 있어서는 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)의 다이어프램 밸브체(CVa)의 외주 가장자리부와 밸브 시트(5e)의 간극(4e)을 통해 가스를 유입시켜 밸브 시트(5e)의 중앙으로부터 가스를 유출시키는 구조로 하고 있다. 이것은 도 8에 나타낸 종래의 압력 제어용 컨트롤 밸브의 유체의 흐름 방향과는 반대 방향으로 되어 있고, 이러한 구조로 함으로써 다이어프램 밸브체(CVa)를 닫은 상태로 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)와 오리피스(OL) 사이의 유체 통로(4)의 내용적을 종래 구조보다 감소시킬 수 있다.
압력 센서(P1)는 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)의 하방에 배치되어 있고, 제 1 통로부(4a)는 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)로부터 압력 검지실(4b)로 수하하도록 구성되어 있다. 그에 따라 제 1 통로부(4a)는 최단 거리로 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)와 압력 검지실(4b)을 연결할 수 있으므로 제 1 통로부(4a)의 내용적이 축소될 수 있다.
또한, 제 1 통로부(4a)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 가능한 한 작은 구멍 지름으로 하는 것이 바람직하고, 예를 들면 직경 0.5~1.0㎜로 할 수 있다. 또한, 제 1 통로부(4a)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 제 1 통로부(4a)의 길이는 가능한 한 짧은 편이 바람직하고, 압력 센서(P1)를 다이어프램 밸브체(CVa)에 가능한 한 가까이해서 배치함으로써 짧게 할 수 있다.
제 1 통로부(4a)와 제 2 통로부(4c)는 압력 검지실(4b)의 양단부에 접속되어 있다. 그렇게 함으로써 압력 검지실(4b)을 유체 통로(4)로서 최대한 이용함으로써 유체 통로(4)의 내용적을 작게 할 수 있다. 즉, 압력 검지실(4b)의 공간 용적은 불가피하기 때문에 이것을 유체 통로로서 이용함으로써 유체 통로(4)의 내용적을 감소시킬 수 있다.
압력 검지실(4b)의 내용적도 가능한 한 작게 하는 것이 요망되지만, 압력 센서(P1)의 수압면을 구성하는 다이어프램은 스테인리스 등으로 형성되어 있어 고온이 되면 팽창하고, 오목부(5d)의 내저면측으로 팽창하여 솟아오르므로 압력 센서(P1)의 다이어프램의 열팽창을 압력 검지실(4b)이 허용할 수 있는 정도의 깊이 치수로 할 필요가 있다. 예를 들면, 어느 종류의 압력 센서의 다이어프램은 100℃에서 0.13㎜ 정도 팽창하고, 압력 검지실(4b)의 깊이 치수, 즉 오목부(5d)의 내저면과 압력 검지면(P1a)(비변형 시)의 거리는, 예를 들면 0.13~0.30㎜가 된다. 링 개스킷(16)은 스테인레스 등으로 형성되어 경면 처리, 진공로에서의 고용화 열처리 등이 실시되어 고정밀도로 마무리된다.
링 개스킷(16)은 개스킷으로서의 실링성을 담보하기 위해서 실링면이 일정 이상의 면압을 확보할 필요가 있지만, 실링면의 면적을 크게 하면 압력 센서(P1)의 고정에 필요한 토크도 커진다. 압력 검지실(P1a)의 내용적을 조금이라도 작게 하면서 소요 면적의 실링면을 유지하고, 또한 재료비가 오르지 않도록 하기 위해서 도 3에 나타내는 바와 같이 양측의 실링면(16a, 16b)이 내주면(16c)의 측에 치우쳐서 형성되어 있다.
도시예에서는 링 개스킷(16)은 내주면(16c)과 양측의 실링면(16a, 16b) 사이의 내측 테이퍼면(16d, 16e)이 외주면(16f)과 양측의 실링면(16a, 16b) 사이의 외측 테이퍼면(16g, 16h)보다 작아져 있다. 내측 테이퍼면(16d, 16e)은 없애고, 내주면(16c)과 양측의 실링면(16a, 16b)을 직각으로 해도 좋다.
이와 같이 실링면(16a, 16b)을 내주면(16c)의 측으로 치우친 단면형상으로 함으로써 종래의 링 개스킷(도 10 참조)에 비해 압력 검지실(4b)의 내용적을 작게 할 수 있다.
도 4는 도 1에 나타낸 구조의 압력식 유량 제어 장치와, 도 8에 나타낸 종래 타입의 압력식 유량 제어 장치에서 유체 출구의 진공 챔버에 접속하고, 질소 가스를 소정 유량으로 제어하고 있는 도중에 압력 제어용 컨트롤 밸브를 닫고, 유량이 100%로부터 1%가 될 때까지의 하강 시간을 각각의 내용적으로부터 산출하여 비교한 막대그래프이다. 도 4의 그래프에 있어서, 가로축은 유량 레인지이며, 우측으로 갈수록 유량이 큰 타입의 것이고, 세로축은 하강 시간이다. 이 막대그래프로부터 본 발명의 압력식 유량 제어 장치는 종래의 압력식 유량 제어 장치에 비교해서 대폭으로 하강 시간을 단축할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 압력식 유량 제어 장치에서는 대부분의 유량 레인지에 있어서 하강 시간을 1초 이하로 단축하는 것이 가능하게 되는 것으로 생각된다.
도 5는 본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 2 실시형태를 나타내는 단면도이다. 도 1의 실시형태와 동일한 구성 부분에는 동일 부호를 붙여 중복 설명을 생략한다.
제 2 실시형태의 압력식 유량 제어 장치(1)는 상기 제 1 실시형태의 제 2 통로부(4c) 대신에 제 1 통로부(4a)에 접속된 제 3 통로부(4f)를 구비하고 있는 점이 상기 제 1 실시형태와 상위하고, 그 밖의 구성은 상기 제 1 실시형태와 마찬가지이다. 제 2 실시형태에 있어서도 압력 제어용 컨트롤 밸브(CV)와 압력 센서(P1)의 배치 및 제 1 통로부(4a)의 배치 구성을 제 1 실시형태와 마찬가지로 함으로써 하강 시간에 관여하는 유체 통로(4)의 내용적을 작게 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정하여 해석되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 변경이 가능하다.
1 : 압력식 유량 제어 장치 2 : 유체 입구
3 : 유체 출구 4 : 유체 통로
4a : 제 1 통로부 4b : 압력 검지실
4c : 제 2 통로부 4f : 제 3 통로부
5 : 본체 5d : 오목부
CV : 압력 제어용 컨트롤 밸브 CVa : 금속제 다이어프램 밸브체
OL : 오리피스 P1 : 압력 센서
P1a : 압력 검지면 16 : 링 개스킷

Claims (14)

  1. 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와,
    그 본체에 고정되어서 상기 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와,
    상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 상기 유체 통로에 개재시킨 오리피스와,
    상기 본체에 고정되어서 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브와 상기 오리피스 사이의 상기 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서를 구비하고,
    상기 유체 통로는 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브와 상기 압력 센서의 압력 검지면 상의 압력 검지실을 접속하는 제 1 통로부와, 그 제 1 통로부와 이간되어 상기 압력 검지실과 상기 오리피스를 접속하는 제 2 통로부를 구비함으로써 상기 압력 검지실을 경유하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하방에 상기 압력 센서가 배치되고, 상기 제 1 통로부는 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브로부터 상기 압력 검지실로 수하하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 압력 제어용 컨트롤 밸브가 금속제 다이어프램 밸브체를 구비하고, 상기 제 1 통로부는 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 상기 금속제 다이어프램 밸브체의 중심부로부터 수하하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 통로부는 상기 압력 검지실의 단부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 통로부는 상기 압력 검지실의 단부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 통로부는 상기 압력 검지실의 상기 제 1 통로부와는 반대측의 단부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 본체의 저면에 형성된 오목부에 링 개스킷을 개재하여 삽입 부착되고, 상기 압력 검지실은 상기 오목부의 내저면과 상기 링 개스킷과 상기 압력 센서의 압력 검지면으로 둘러싸여 있으며, 상기 링 개스킷은 양측의 실링면이 내주면측에 치우쳐서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 압력 검지실의 상기 오목부의 내저면과 상기 압력 검지면의 거리는 0.13~0.30㎜가 되는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  9. 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와,
    그 본체에 고정되어서 상기 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와,
    상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 상기 유체 통로에 개재시킨 오리피스와,
    상기 본체에 고정되어서 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브와 상기 오리피스 사이의 상기 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서를 구비하고,
    상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하방에 상기 압력 센서가 배치되고,
    상기 유체 통로는 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브로부터 상기 압력 센서의 압력 검지면 상의 압력 검지실로 수하하는 제 1 통로부와, 그 제 1 통로부와 상기 오리피스를 접속하는 제 3 통로부를 구비하는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 본체의 저면에 형성된 오목부에 링 개스킷을 개재하여 삽입 부착되고, 상기 압력 검지실은 상기 오목부의 내저면과 상기 링 개스킷과 상기 압력 센서의 압력 검지면으로 둘러싸여 있으며, 상기 링 개스킷은 양측의 실링면이 내주면측에 치우쳐서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 링 개스킷은 양측의 실링면, 내주면, 외주면, 상기 내주면과 양측의 실링면 사이의 내측 테이퍼면, 및 상기 외주면과 양측의 실링면 사이의 외측 테이퍼면을 구비하고, 상기 내측 테이퍼면은 상기 외측 테이퍼면보다 작은 것을 특징 하는 압력식 유량 제어 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 압력 검지실의 상기 오목부의 내저면과 상기 압력 검지면의 거리는 0.13~0.30㎜가 되는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  13. 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와, 그 본체에 고정되어서 상기 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와, 상기 본체에 고정되어서 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 상기 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서와, 상기 압력 센서의 하류측의 상기 유체 통로에 개재시킨 오리피스를 구비하고,
    상기 압력 센서는 상기 본체 저면에 형성된 오목부에 링 개스킷을 개재하여 삽입 부착되고, 상기 압력 검지실은 상기 오목부의 내저면과 상기 링 개스킷과 상기 압력 센서의 압력 검지면으로 둘러싸여 있으며, 상기 링 개스킷은 양측의 실링면이 내주면측에 치우쳐서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 압력 검지실의 상기 오목부의 내저면과 상기 압력 검지면의 거리는 0.13~0.30㎜가 되는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
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