KR20160114705A - 압력식 유량 제어 장치 - Google Patents

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KR20160114705A
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마사아키 나가세
카오루 히라타
료우스케 도히
코우지 니시노
노부카즈 이케다
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가부시키가이샤 후지킨
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Abstract

유체 유량 제어에 있어서, 유량 스위칭 시의 하강 응답 시간의 단축을 도모하고, 하강 응답 특성을 높이는 것을 가능하게 한 압력식 유량 제어 장치를 제공한다. 유체 입구(1)와 유체 출구(2) 사이를 연통하는 유체 통로(3)를 형성한 본체(4)와, 본체(4)에 수평 자세로 고정되어 유체 통로(3)를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와, 본체(4)에 수직 자세로 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)의 하류측의 유체 통로(3)를 개폐하는 개폐 밸브(6)와, 개폐 밸브(6)의 상류측의 유체 통로(3)에 설치한 오리피스(7)와, 본체(4)에 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 오리피스(7) 사이의 유체 통로(3)의 내압을 검출하는 압력 센서(8)를 구비하고, 상기 유체 통로(3)는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)에 접속되는 수평 자세의 제 1 통로부(3a)와, 제 1 통로부(3a)와 오리피스(7)를 접속하는 수직 자세의 제 2 통로부(3b)와, 제 2 통로부(3b)와 압력 센서(8)과를 접속하는 수평 자세의 제 3 통로부(3c)를 구비하고 있다.

Description

압력식 유량 제어 장치{PRESSURE-TYPE FLOW RATE CONTROL DEVICE}
본 발명은 반도체 제조 장치 등의 유체 공급 라인에 개설되어서 유체(가스)의 유량 제어를 행하는 압력식 유량 제어 장치의 개량에 관한 것이며, 특히 하강 시의 응답성을 높임으로써 반도체 제조 장치용 등의 원료 가스 공급 장치의 작동 성능을 대폭으로 높이는 것을 가능하게 한 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 이용되어 있다. 특히, 도 8에 나타내는 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 8의 압력식 유량 제어 장치(FCS)에서는 압력 센서(P) 및 온도 검출기(T)로부터의 검출값이 온도 보정·유량 연산 회로(CDa)에 입력되어 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 입력되고, 입출력 회로(CDc)를 통해 비교 회로(CDb)에 입력되며, 여기에서 온도 보정·유량 연산 회로(CDa)로부터의 유량 연산값(Qt)과 비교된다. 비교의 결과, 설정 유량에 대한 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 유량에 대한 입력 신호(Qs)와 연산 유량값(Qt)의 차(Qs-Qt)가 0이 될 때까지 폐밸브 방향으로 구동된다.
상기 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 P1을 제어함으로써 유량(Q)을 고정밀도로 제어할 수 있고, 게다가 컨트롤 밸브(CV)의 상류측 가스(Go)의 압력이 크게 변화되어도 제어 유량값이 거의 변화되지 않는다는 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
또한, 가스 유량(Q)을 Q=KP1(단, K는 정수)로 하여 연산하는 방식의 압력식 유량 제어 장치는 FCS-N형으로 불리는 경우가 있고, 또한 가스 유량(Q)을 Q=KP2 m(P1-P2)n(단, K, m, n은 정수)으로 하여 연산하는 방식의 압력식 유량 제어 장치는 FCS-WR형으로 불리는 경우가 있다.
또한, 이 종류의 압력식 유량 제어 장치에는 이 밖에 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 개방 또는 폐쇄로 함으로써 유량 제어 범위를 변경할 수 있도록 한 오리피스 기구를 상기 FCS-N형의 오리피스로서 사용한 FCS-SN형이나, 같은 오리피스 기구를 상기 FCS-WR형의 오리피스로서 사용한 FCS-SWR형으로 불리는 경우도 있다.
또한, 상기 FCS-N형, FCS-SN형, FCS-WR형 및 FCS-SWR형의 각 압력식 유량 제어 장치 그것의 구성이나 작동 원리 등은 이미 공지되어 있기 때문에 여기에서는 그 상세한 설명을 생략한다(일본 특허공개 평 8-338546호, 일본 특허공개 2003-195948호 등).
또한, 압력식 유량 제어 장치(FCS)에는 도 9(a)~도 9(d)에 나타내는 바와 같이 도 9(a)와 같은 구성의 임계 조건 하의 가스 유체를 대상으로 하는 압력식 유량 제어 장치(FCS)(이하, FCS-N형으로 칭한다. 일본 특허공개 평 8-338546호 등), 도 9(b)의 임계 조건 하와 비임계 조건 하의 양쪽 가스 유체를 대상으로 하는 FCS-WR형(일본 특허공개 2003-195948호 등), 도 9(c)의 임계 조건 하의 가스 유체를 대상으로 하는 유량 스위칭형의 FCS-SN형(일본 특허공개2006-330851호 등), 및 도 9(d)의 임계 조건 하와 비임계 조건 하의 양쪽 가스 유체를 대상으로 하는 유량 스위칭형의 FCS-SWR형(일본 특허 제 5430007 호 등)이 존재한다.
또한, 도 9에 있어서, P1, P2는 압력 센서, CV는 컨트롤 밸브, OL은 오리피스, OL1은 소구경 오리피스, OL2는 대구경 오리피스, ORV는 오리피스 스위칭 밸브이다.
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 폐쇄하여 출력측을 개방했을 경우에 컨트롤 밸브(CV)와 오리피스(OL) 간의 공간부의 가스의 배출에 많은 시간이 걸려 소위 가스의 하강 응답성이 매우 나쁘다는 문제가 있다.
한편, 상기 압력식 유량 제어 장치(FCS)에 있어서는 하강 응답 특성을 높이기 위해서 컨트롤 밸브(CV)와 오리피스(OL) 간의 유체 통로의 내용적을 가능한 한 작게 하는 고안이 이루어져 있다.
도 10은 상기 압력식 유량 제어 장치의 일례를 나타내는 것이며, 상기 압력식 유량 제어 장치는 압력 제어용 컨트롤 밸브(40)의 유체의 흐름 방향을 통상의 압력 제어용 컨트롤 밸브(40)와는 반대 방향으로 하고, 금속제 다이어프램 밸브체(41)의 외주 가장자리부와 밸브실 저면의 간극을 통과하여 유체(가스)를 유입시키고, 밸브 시트(42)의 중앙으로부터 유체를 유출시킴으로써 유체 통로의 내용적을 감소시키고, 또한 오리피스(43)를 개폐 밸브(44)에 장착함으로써 오리피스(43)와 개폐 밸브(44) 사이의 내용적을 감소시키도록 한 것이며, 내용적의 감소 에 의해 하강 특성의 개선을 도모하도록 한 것이다(일본 특허 제 3522535 호, 일본 특허 제 4137267 호).
또한, 도 10에 있어서 45는 본체, 46은 유체 입구, 47은 유체 출구, 48은 압력 센서, 49는 제어반, 50은 압력 제어용 컨트롤 밸브(40)와 압력 센서(48)의 압력 검지면 상의 압력 검지실을 접속하는 수직 자세의 제 1 유로, 51은 제 1 유로(50)에 접속된 수평 자세의 제 2 유로, 52는 제 2 유로(51)와 오리피스(43)를 접속하는 수직 자세의 제 3 유로이다.
그러나, 도 10에 나타내는 압력식 유량 제어 장치에 있어서도 하강 응답 특성을 대폭 향상시키는 것은 곤란하며, 종전의 압력식 유량 제어 장치에는 하강 응답 특성이 나쁘다는 문제가 여전히 남아 있다.
일본 특허공개 평 8-338546호 공보 일본 특허공개 2003-195948호 공보 일본 특허공개 2006-330851호 공보 일본 특허 제 5430007호 공보 일본 특허 제 3522535호 공보 일본 특허 제 4137267호 공보
본 발명은 종래 압력식 유량 제어 장치에 있어서의 상술한 바와 같은 문제를 개선하기 위해서 유량 제어에 있어서의 하강 응답성의 향상, 즉 유량 제어에 있어서의 하강 시간을 한층 단축할 수 있는 압력식 유량 제어 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 1 실시형태는 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와, 본체에 수평 자세로 고정되어 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와, 본체에 수직 자세로 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 유체 통로를 개폐하는 개폐 밸브와, 개폐 밸브의 상류측의 유체 통로에 설치한 오리피스와, 본체에 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서를 구비하고, 상기 유체 통로는 압력 제어용 컨트롤 밸브에 접속되는 수평 자세의 제 1 통로부와, 제 1 통로부와 오리피스를 접속하는 수직 자세의 제 2 통로부와, 제 2 통로부와 압력 센서를 접속하는 수평 자세의 제 3 통로부를 구비하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 2 실시형태는 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와, 본체에 수평 자세로 고정되어 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와, 본체에 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브에 대향하는 상태로 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 유체 통로를 개폐하는 개폐 밸브와, 개폐 밸브의 상류측의 유체 통로에 설치한 오리피스와, 본체에 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서를 구비하고, 상기 유체 통로는 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스를 접속하는 수평 통로부와, 수평 통로부와 압력 센서를 접속하는 수직 통로부를 구비하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 3 실시형태는 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와, 본체에 수평 자세로 고정되어 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와, 본체에 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브에 대향하는 상태로 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 유체 통로를 개폐하는 개폐 밸브와, 개폐 밸브의 상류측의 유체 통로에 설치한 오리피스와, 본체에 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서를 구비하고, 상기 유체 통로는 압력 제어용 컨트롤 밸브와 압력 센서의 압력 검지면 상의 압력 검지실을 접속하는 제 4 통로부와, 제 4 통로부와 이간되어 압력 검지실과 오리피스를 접속하는 제 5 통로부를 구비하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 4 실시형태는 상기 제 1 실시형태, 제 2 실시형태 또는 제 3 실시형태에 있어서 개폐 밸브 및 오리피스를 개폐 밸브 내에 오리피스를 일체적으로 조립하여 고정한 구성의 오리피스 내장형 밸브에 의해 형성한 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 5 실시형태는 상기 제 1 실시형태에 있어서 압력 제어용 컨트롤 밸브가 금속제 다이어프램 밸브체를 구비하고, 상기 금속제 다이어프램 밸브체가 개폐 밸브의 하방 위치에 배치되어 있음과 아울러, 금속제 다이어프램 밸브체의 중앙부가 본체에 형성한 밸브 시트에 접촉 분리되고, 상기 밸브 시트의 중앙 위치에 제 1 통로부가 형성되어 있는 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 6 실시형태는 상기 제 2 실시형태에 있어서 압력 제어용 컨트롤 밸브가 금속제 다이어프램 밸브체를 구비하고, 상기 금속제 다이어프램 밸브체의 중앙부가 본체에 형성한 밸브 시트에 접촉 분리됨과 아울러, 상기 밸브 시트의 중앙 위치에 수평 통로부가 형성되어 있는 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 7 실시형태는 상기 제 3 실시형태에 있어서 압력 제어용 컨트롤 밸브가 금속제 다이어프램 밸브체를 구비하고, 상기 금속제 다이어프램 밸브체의 중앙부가 본체에 형성한 밸브 시트에 접촉 분리함과 아울러, 상기 밸브 시트의 중앙 위치에 제 4 통로부가 형성되어 있는 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 8 실시형태는 상기 제 1 실시형태에 있어서 압력 센서가 케이싱과, 케이싱에 외측 방향으로 돌출하는 상태로 설치되어 압력 도입 구멍을 형성하는 압력 도입 파이프와, 케이싱 내에 형성되어 압력 도입 구멍에 연통하는 수압실과, 케이싱 내에 형성되어 수압실의 압력에 따라 변위하는 다이어프램과, 케이싱 내에 설치되어 다이어프램의 변위에 의해 압력을 전기 신호로 변환하는 압력 검출 소자를 구비하고, 상기 압력 도입 파이프의 선단부를 본체에 기밀형상으로 부착하여 압력 도입 파이프의 압력 도입 구멍과 제 3 통로부를 연통시킨 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 9 실시형태는 상기 제 2 실시형태에 있어서 압력 센서가 케이싱과, 케이싱에 외측 방향으로 돌출하는 상태로 설치되어 압력 도입 구멍을 형성하는 압력 도입 파이프와, 케이싱 내에 형성되어 압력 도입 구멍에 연통하는 수압실과, 케이싱 내에 설치되어 수압실의 압력에 따라 변위하는 다이어프램과, 케이싱 내에 설치되어 다이어프램의 변위에 의해 압력을 전기 신호로 변환하는 압력 검출 소자를 구비하고, 상기 압력 도입 파이프의 선단부를 본체에 기밀형상으로 부착하여 압력 도입 파이프의 압력 도입 구멍과 수직 통로부를 연통시킨 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 10 실시형태는 상기 제 3 실시형태에 있어서 압력 센서가 본체에 형성한 삽입 부착 구멍에 링 개스킷을 통해 삽입 부착되고, 또한 압력 센서의 압력 검지면 상의 압력 검지실이 삽입 부착 구멍의 내저면과 링 개스킷과 압력 센서의 압력 검지면으로 둘러싸인 공간으로 이루어지고, 또한 제 4 통로부가 압력 검지실의 압력 제어용 컨트롤 밸브측의 단부에 접속되어 있음과 아울러, 제 5 통로부가 압력 검지실의 개폐 밸브측의 단부에 접속되어 있는 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 11 실시형태는 상기 제 1 실시형태에 있어서 제 1 통로부, 제 2 통로부 및 제 3 통로부의 단면형상을 원형으로 하고, 그 내경을 0.5㎜~1.0㎜로 한 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 12 실시형태는 상기 제 2 실시형태에 있어서 수평 통로부 및 수직 통로부의 단면형상을 원형으로 하고, 그 내경을 0.5㎜~1.0㎜로 한 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 13 실시형태는 상기 제 3 실시형태에 있어서 제 4 통로부 및 제 5 통로부의 단면형상을 원형으로 하고, 그 내경을 0.5㎜~1.0㎜로 한 것에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압력식 유량 제어 장치의 제 1 실시형태는 상기 제 2 실시형태 또는 제 3 실시형태에 있어서 본체의 동일면에 유체 입구와 유체 출구를 형성하고, 유체 입구 및 유체 출구를 본체의 일방향으로 배치하는 구성과 한 것에 특징이 있다.
(발명의 효과)
본 발명은 유체 통로를 형성한 본체에 압력 제어용 컨트롤 밸브를 수평 자세로 고정함과 아울러, 개폐 밸브를 수직 자세로 고정하고 있기 때문에 압력 제어용 컨트롤 밸브와 개폐 밸브의 거리를 짧게 할 수 있고, 압력 제어용 컨트롤 밸브와 개폐 밸브의 상류측에 설치한 오리피스 사이의 유체 통로의 내용적을 종래에 비해 작게 할 수 있어 그 결과 하강 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 유체 통로를 형성한 본체에 압력 제어용 컨트롤 밸브와 개폐 밸브를 수평 자세로 대향형상으로 고정하고 있기 때문에 압력 제어용 컨트롤 밸브와 개폐 밸브의 거리를 짧게 할 수 있고, 압력 제어용 컨트롤 밸브와 개폐 밸브의 상류측에 설치한 오리피스 사이의 유체 통로의 내용적을 종래에 비해 작게 할 수 있어 그 결과 하강 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 개폐 밸브 및 오리피스를 개폐 밸브 내에 오리피스를 일체적으로 조립하여 고정한 구성의 오리피스 내장형 밸브에 의해 형성하고 있기 때문에 압력식 유량 제어 장치의 한층 더 소형화를 도모할 수 있어 유체 통로의 내용적을 보다 작게 할 수 있다.
본 발명은 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서가 압력 센서의 케이싱으로부터 외측 방향으로 돌출하는 압력 도입 파이프를 구비하고, 압력 도입 파이프의 선단부를 본체에 기밀형상으로 부착하고 있기 때문에 본체에 압력 센서를 부착하기 위한 스페이스가 작아도 되며, 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스의 거리를 한층 더 짧게 할 수 있어 유체 통로의 내용적을 더 작게 할 수 있다.
본 발명은 제 4 통로부가 압력 검지실의 압력 제어용 컨트롤 밸브측의 단부에 접속되어 있음과 아울러, 제 5 통로부가 압력 검지실의 개폐 밸브측의 단부에 접속되어 있기 때문에 제 4 통로부와 제 5 통로부의 길이를 짧게 할 수 있고, 그 결과, 압력 제어용 컨트롤 밸브와 개폐 밸브의 상류측에 설치한 오리피스 사이의 유체 통로의 내용적을 작게 할 수 있다.
본 발명은 유체 통로의 제 1 통로부와 제 2 통로부와 제 3 통로부의 단면형상 또는 유체 통로의 수평 통로부와 수직 통로부의 단면형상 또는 제 통로부와 제 5 통로부의 단면형상을 각각 원형으로 하고, 그 내경을 각각 0.5㎜~1.0㎜로 하고 있기 때문에 유체 통로의 내용적을 더 작게 할 수 있다.
본 발명은 본체의 동일면에 유체 입구와 유체 출구를 형성하고, 유체 입구 및 유체 출구를 본체의 한방향으로 배치하는 구성으로 하고 있기 때문에 압력식 유량 제어 장치를 집적화했을 때에 유체 입구 및 유체 출구가 모두 같은 방향을 향하므로 배관을 행하기 쉬워진다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 압력식 유량 제어 장치의 요부의 확대 단면도이다.
도 3은 본체에 부착한 압력 센서의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치의 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 압력식 유량 제어 장치의 요부의 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치의 단면도이다.
도 8은 종래의 압력식 유량 제어 장치를 나타내는 기본 구성도이다.
도 9는 종래의 각종 형식의 압력식 유량 제어 장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 10은 종래의 압력식 유량 제어 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치를 나타내고, 상기 압력식 유량 제어 장치는 유체 입구(1)와 유체 출구(2) 사이를 연통하는 유체 통로(3)를 형성한 본체(4)와, 본체(4)에 수평 자세로 고정되어 유체 통로(3)를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와, 본체(4)에 수직 자세로 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)의 하류측의 유체 통로(3)를 개폐하는 개폐 밸브(6)와, 개폐 밸브(6)의 상류측의 유체 통로(3)에 설치한 오리피스(7)와, 본체(4)에 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 오리피스(7) 사이의 유체 통로(3)의 내압을 검출하는 압력 센서(8)를 구비하고, 상기 유체 통로(3)는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)에 접속되는 수평 자세의 제 1 통로부(3a)와, 제 1 통로부(3a)와 오리피스(7)를 접속하는 수직 자세의 제 2 통로부(3b)와, 제 2 통로부(3b)와 압력 센서(8)를 접속하는 수평 자세의 제 3 통로부(3c)를 구비하고 있다.
상기 압력식 유량 제어 장치는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 개폐 밸브(6)가 본체(4)에 대하여 직각으로 배치된 수직 배치형으로 되어 있고, 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)의 일단부를 개폐 밸브(6)의 하방 위치에 배치하고, 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 개폐 밸브(6)를 가능한 한 가까이하고 있다.
또한, 도 1에 있어서 9는 프린트 배선판에 전자부품이 실장된 제어반, 10은 케이싱, 11은 접속용 커넥터이다.
상기 본체(4)는 가로로 긴 직육면체 형상으로 형성된 입구측 블록(4a)과, 입구측 블록(4a)의 일단부 상면(도 1에 나타내는 입구측 블록(4a)의 우측단부상면)에 배치되어서 세로 길이의 직육면체 형상으로 형성된 본체 블록(4b)과, 입구측 블록(4a)의 일단면(도 1에 나타내는 입구측 블록(4a)의 우측단면) 및 본체 블록(4b)의 일측면(도 1에 나타내는 본체 블록(4b)의 우측면)에 배치되어서 세로 길이의 직육면체 형상으로 형성된 출구측 블록(4c)으로 이루어지고, 각 블록(4a, 4b, 4c)을 고정 볼트(도시 생략)로 연결함으로써 일체화되어 있다.
또한, 입구측 블록(4a)의 하면에 유체 입구(1)가 형성되어 있음과 아울러, 출구측 블록(4c)의 하면에 유체 출구(2)가 형성되어 있고, 입구측 블록(4a), 본체 블록(4b) 및 출구측 블록(4c)에는 유체 입구(1)와 유체 출구(2) 사이를 연통하는 유체 통로(3)가 형성되어 있다.
또한, 입구측 블록(4a)와 본체 블록(4b) 사이의 유체 통로(3)의 연결 장소 및 본체 블록(4b)과 출구측 블록(4c) 사이의 유체 통로(3)의 연결 개소에는 밀봉용의 개스킷(12)이 각각 개재되어 있다.
상기 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)는 그 일단부가 본체 블록(4b)의 하단부 타측면(도 1에 나타내는 본체 블록(4b)의 하단부 좌측면)에 수평 자세로 비틀어 박아 고정되어 있다.
이 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)는 공지의 원판형상의 금속제 다이어프램 밸브체(13)와 피에조 구동 소자(14) 등을 사용한 개폐 밸브이며, 피에조 구동 소자(14)로의 통전에 의해 피에조 구동 소자(14)가 신장되고, 원통체(15)를 탄성체(16)의 탄력에 저항해서 본체 블록(4b)으로부터 이간되는 방향(도 1의 좌측 방향)으로 이동시킴으로써 밸브체 누르개(17)가 본체 블록(4b)으로부터 이간되는 방향으로 이동하고, 금속제 다이어프램 밸브체(13)가 자기 탄성력에 의해 만곡 형상으로 복원해서 밸브 시트(18)로부터 분리되어 밸브가 개방되도록 되어 있다. 또한, 밸브 개도는 피에조 구동 소자(14)로의 인가 전압을 변동함으로써 조절되어 있다.
압력 제어용 컨트롤 밸브(5)의 금속제 다이어프램 밸브체(13)가 접촉 분리되는 밸브 시트(18)는 본체 블록(4b)의 금속제 다이어프램 밸브체(13)의 중앙부에 대향하는 위치에 형성되어 있고, 이 밸브 시트(18)의 중앙 위치에는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)에 접속되는 수평 자세의 제 1 통로부(3a)가 형성되어 있다. 도 2에 있어서는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)의 금속제 다이어프램 밸브체(13)의 외주 가장자리부와 밸브 시트(18)의 간극을 통해 가스를 유입시키고, 밸브 시트(18)의 중앙으로부터 가스를 유출시키는 구조로 하고 있다. 이에 따라 금속제 다이어프램 밸브체(13)를 닫은 상태로 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 오리피스(7) 사이의 유체 통로(3)의 내용적을 감소시킬 수 있다.
또한, 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)는 금속제 다이어프램 밸브체(13)가 개폐 밸브(6)의 하방 위치가 되도록 배치되어 있다. 이에 따라 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)에 접속되는 수평 자세의 제 1 통로부(3a)의 길이를 짧게 설정할 수 있어 제 1 통로부(3a)의 내용적을 축소할 수 있다.
상기 제 1 통로부(3a)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 가능한 한 작은 내경으로 하는 것이 바람직하고, 이 실시형태에 있어서는 제 1 통로부(3a)의 내경을 0.5㎜~1.0㎜로 하고 있다. 이 제 1 통로부(3a)는 길이가 짧고 또한 내경도 작으므로 그 내용적을 작게 할 수 있다.
상기 개폐 밸브(6)는 그 하단부가 본체 블록(4b)의 상단면에 수직 자세로 비틀어 박아 고정되어 있다.
이 개폐 밸브(6)에는 압력식 유량 제어 장치의 소형화 및 유체 통로(3)의 내용적의 삭감을 도모하기 위해서 개폐 밸브(6)와 오리피스(7)를 일체적으로 조립하여 고정한 구조의 오리피스 내장형 밸브가 사용되어 있다.
즉, 오리피스 내장형 밸브는 공지의 금속제 다이어프램 밸브체(23) 및 오리피스(7) 등을 갖는 밸브 기구와 공기압형 밸브 구동부(19)를 사용한 개폐 밸브(6)이며, 종래 공지(예를 들면, 일본 특허 제 3522535호 공보 및 일본 특허 제 4137267호 공보 등)의 것과 마찬가지 구조로 구성되어 있다.
상기 밸브 기구는 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 본체 블록(4b)의 상단면에 형성한 오목부(20)에 설치되어 있고, 오목부(20)에 삽입 부착되어서 유출로(21a)를 형성한 이너 디스크(21)와, 이너 디스크(21)의 중심부에 삽입 부착되어서 유입로(22a) 및 밸브 시트(22b)를 형성한 밸브 시트체(22)와, 밸브 시트체(22)의 중심부에 설치되어 밸브 시트체(22)의 유입로(22a)에 연통하는 오리피스 구멍(도시 생략)을 형성한 오리피스(7)와, 밸브 시트체(22)의 밸브 시트(22b)에 접촉 분리되는 원판형상의 금속제 다이어프램 밸브체(23)와, 금속제 다이어프램 밸브체(23)의 외주 가장자리부를 이너 디스크(21)와의 사이에서 협지하는 보닛 인서트(24) 및 보닛(25)과, 금속제 다이어프램 밸브체(23)를 압박하는 밸브체 누르개(26)와, 밸브체 누르개(26)를 유지하는 스템(27)과, 스템(27)을 하방으로 바이어싱하는 스프링(28) 등으로 이루어진다.
또한, 오리피스(7)에는 중심부에 관통형상의 통로를 형성한 볼록형상의 오리피스 베이스(7a)와, 중심부에 상기 볼록형상의 오리피스 베이스(7a)의 통로에 연통하는 관통형상의 통로를 형성한 오목형의 오리피스 베이스(7b)와, 양쪽 오리피스 베이스(7a, 7b) 사이에 기밀형상으로 삽입 부착되어서 중심부에 오리피스 구멍(도시 생략)을 형성한 오리피스 플레이트(7c)로 이루어지는 종래 공지의 개스킷형 오리피스가 사용되어 있다.
그리고, 상기 개폐 밸브(6)의 오리피스(7)와 제 1 통로부(3a)의 하류측단부는 본체 블록(4b)에 형성한 수직 자세의 제 2 통로부(3b)에 의해 연통형상으로 접속되어 있다.
상기 제 2 통로부(3b)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 가능한 한 작은 내경으로 하는 것이 바람직하고, 이 실시형태에 있어서는 제 2 통로부(3b)의 내경을 0.5㎜~1.0㎜로 하고 있다. 또한, 제 2 통로부(3b)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 제 2 통로부(3b)의 길이는 가능한 한 짧은 편이 바람직하고, 개폐 밸브(6)를 제 1 통로부(3a)에 가능한 한 가까이하여 배치한다.
상기 압력 센서(8)는 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이 원통형상의 케이싱(30)과, 케이싱(30)의 축심 위치에 외측 방향으로 돌출하는 상태로 설치되어 압력 도입 구멍(31a)을 형성하는 압력 도입 파이프(31)와, 압력 도입 파이프(31)의 선단부에 용접에 의해 고착한 개스킷 누르개(32)와, 케이싱(30) 내에 형성되어 압력 도입 구멍(31a)에 연통하는 수압실(33)과, 케이싱(30) 내에 설치되어 수압실(33)의 압력에 따라 변위하는 다이어프램(34)과, 케이싱(30) 내에 설치되어 다이어프램(34)의 변위에 의해 압력을 전기 신호로 변환하는 감압소자나 스트레인 게이지로 이루어지는 압력 검출 소자(도시 생략)를 구비하고, 상기 다이어프램(34)의 표면이 압력 검지면(수압면)이 되고, 거기에 가해지는 압력을 전기 신호로 변환함으로써 압력을 검출하는 것이다.
이 압력 센서(8)는 그 외경이 8㎜로 형성되어 있고, 도 10에 나타내는 종래의 압력 센서의 외경(16㎜)에 비해 반분으로 되어 있으므로 설치 스페이스가 작아도 된다. 그 결과, 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 개폐 밸브(6)의 거리를 단축할 수 있고, 제 2 통로부(3b)의 길이를 짧게 할 수 있어서 그 내용적을 작게 할 수 있다.
또한, 압력 센서(8)는 압력 센서(8)의 케이싱(30)으로부터 외측 방향으로 돌출하는 압력 도입 파이프(31)를 구비하고, 압력 도입 파이프(31)의 선단부를 본체(4)에 기밀형상으로 부착하고 있기 때문에 본체(4)에 압력 센서(8)를 부착하기 위한 스페이스가 작아도 되며, 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 오리피스(7)의 거리를 한층 더 짧게 할 수 있어 유체 통로(3)의 내용적을 더 작게 할 수 있다.
그리고, 상기 압력 센서(8)는 압력 도입 파이프(31)의 선단부가 본체 블록(4b)의 타측면(도 1에 나타내는 본체 블록(4b)의 좌측면)에 형성한 삽입 부착 구멍(35) 내에 개스킷(36)을 개재하여 분할 링(37)(또는 도시하지 않는 U자형상 링) 및 보닛(38)에 의해 기밀형상으로 부착하여 고정되어 있고, 압력 도입 파이프(31)의 압력 도입 구멍(31a)이 본체 블록(4b)에 형성되어서 제 2 통로부(3b)와 압력 센서(8)를 접속하는 수평 자세의 제 3 통로부(3c)에 연통형상으로 접속되어 있다.
즉, 압력 센서(8)는 분할 링(37)(또는 U자형상 링)을 개스킷 누르개(32)에 씌움과 아울러, 미리 압력 도입 파이프(31)에 피감 상태로 외감하고 있던 보닛(38)을 상기 분할 링(37)(또는 U자형상 링)에 씌우고, 이 상태에서 개스킷 누르개(32), 분할 링(37)(또는 U자형상 링) 및 보닛(38)을 미리 개스킷(36)을 삽입 부착한 본체 블록(4b)의 삽입 부착 구멍(35) 내에 삽입하고, 보닛(38)을 본체 블록(4b)에 체결하여 분할 링(37)(또는 U자형상 링)에 의해 개스킷 누르개(32) 및 개스킷(36)을 압박하면 개스킷 누르개(32)에 의해 개스킷(36)이 압박되어 개스킷(36)의 일단면과 삽입 부착 구멍(35)의 저면 사이 및 개스킷(36)의 타단면과 개스킷 누르개(32)의 선단면 사이가 각각 밀봉부가 되고, 압력 센서(8)는 본체 블록(4b)의 삽입 부착 구멍에 기밀형상으로 부착되게 된다.
상기 제 3 통로부(3c)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 가능한 한 작은 내경으로 하는 것이 바람직하고, 이 실시형태에 있어서는 제 3 통로부(3c)의 내경을 0.5㎜~1.0㎜로 하고 있다. 또한, 제 2 통로부(3b)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 제 3 통로부(3c)의 길이는 가능한 한 짧은 편이 바람직하고, 압력 센서(8)를 제 2 통로부(3b)에 가능한 한 가까이하여 배치한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치를 나타내고, 상기 압력식 유량 제어 장치는 유체 입구(1)와 유체 출구(2) 사이를 연통하는 유체 통로(3)를 형성한 본체(4)와, 본체(4)에 수평 자세로 고정되어 유체 통로(3)를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와, 본체(4)에 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)에 대향하는 상태로 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)의 하류측의 유체 통로(3)를 개폐하는 개폐 밸브(6)와, 개폐 밸브(6)의 상류측의 유체 통로(3)에 설치한 오리피스(7)와, 본체(4)에 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 오리피스(7) 사이의 유체 통로(3)의 내압을 검출하는 압력 센서(8)를 구비하고, 상기 유체 통로(3)는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 오리피스(7)를 접속하는 수평 통로부(3d)와, 수평 통로부(3d)와 압력 센서(8)를 접속하는 수직 통로부(3e)를 구비하고 있다.
상기 압력식 유량 제어 장치는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 개폐 밸브(6)가 본체(4)에 대하여 대향형상으로 배치된 대향 배치형으로 되어 있고, 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 개폐 밸브(6)를 가능한 한 가까이하고 있다.
상기 본체(4)는 가로로 긴 블록형상으로 형성되어 있고, 본체(4)의 일측면(도 4에 나타내는 본체(4)의 하면)에는 유체 입구(1)가 형성되고, 또한 본체(4)의 타측면(도 4에 나타내는 본체(4)의 상면)에는 유체 출구(2)가 형성되며, 본체(4)에는 유체 입구(1)와 유체 출구(2) 사이를 연통하는 유체 통로(3)가 더 형성되어 있다.
상기 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)는 그 일단부가 본체(4)의 일단면(도 4에 나타내는 본체(4)의 좌측단면)에 수평 자세로 비틀어 박아 고정되어 있다.
이 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)는 공지의 원판형상의 금속제 다이어프램 밸브체(13)와 피에조 구동 소자(14) 등을 사용한 개폐 밸브이며, 피에조 구동 소자(14)로의 통전에 의해 피에조 구동 소자(14)가 신장되고, 원통체(15)를 탄성체(16)의 탄력에 저항해서 본체(4)로부터 이간되는 방향(도 4의 좌측 방향)으로 이동시킴으로써 밸브체 누르개(19)가 본체(4)로부터 이간되는 방향으로 이동하고, 금속제 다이어프램 밸브체(13)가 자기 탄성력에 의해 만곡형상으로 복원해서 밸브 시트(18)로부터 분리되어 밸브가 개방된다. 또한, 밸브 개방도는 피에조 구동 소자(14)로의 인가 전압을 변동함으로써 조절되어 있다.
압력 제어용 컨트롤 밸브(5)의 금속제 다이어프램 밸브체(13)가 접촉 분리되는 밸브 시트(18)는 본체(4)의 금속제 다이어프램 밸브체(13)의 중앙부에 대향하는 위치에 형성되어 있고, 이 밸브 시트(18)의 중앙 위치에는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 오리피스(7)를 접속하는 수평 통로부(3d)가 형성되어 있다. 도 4에 있어서는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)의 금속제 다이어프램 밸브체(13)의 외주 가장자리부와 밸브 시트(18)의 간극을 통해 가스를 유입시키고, 밸브 시트(18)의 중앙으로부터 가스를 유출시키는 구조로 하고 있다. 이에 따라 금속제 다이어프램 밸브체(13)를 폐쇄한 상태로 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 오리피스(7) 사이의 유체 통로(3)의 내용적을 감소시킬 수 있다.
상기 수평 통로부(3d)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 가능한 한 작은 내경으로 하는 것이 바람직하고, 이 실시형태에 있어서는 수평 통로부(3d)의 내경을 0.5㎜~1.0㎜로 하고 있다. 또한, 수평 통로부(3d)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 수평 통로부(3d)의 길이는 가능한 한 짧은 편이 바람직하고, 대향형상으로 배치한 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 개폐 밸브(6)를 가능한 한 가까이하여 배치한다.
상기 개폐 밸브(6)는 그 일단부가 횡 길이 블록형상의 본체(4)의 타단면(도 4에 나타내는 본체(4)의 우측단면)에 수평 자세로 비틀어 박아 고정되어 있고, 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 대향형상으로 배치되어 있다.
이 개폐 밸브(6)에는 압력식 유량 제어 장치의 소형화 및 유체 통로(3)의 내용적의 삭감을 도모하기 위해서 개폐 밸브(6)와 오리피스(7)를 일체적으로 조립하여 고정한 구조의 오리피스 내장형 밸브가 사용되어 있다.
즉, 오리피스 내장형 밸브는 공지의 금속제 다이어프램 밸브체(23) 및 오리피스(7) 등을 갖는 밸브 기구와 공기압형 밸브 구동부(19)를 사용한 개폐 밸브(6)이며, 종래 공지(예를 들면, 일본 특허 제 3522535 호 공보 및 일본 특허 제 4137267호 공보 등)의 것과 마찬가지의 구조로 구성되어 있다.
상기 밸브 기구는 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이 본체(4)의 타단면에 형성한 오목부(20)에 설치되어 있고, 오목부(20)에 삽입 부착되어서 유출로(21a)를 형성한 이너 디스크(21)와, 이너 디스크(21)의 중심부에 삽입 부착되어서 유입로(22a) 및 밸브 시트(22b)를 형성한 밸브 시트체(22)와, 밸브 시트체(22)의 중심부에 설치되어 밸브 시트체(22)의 유입로(22a)에 연통하는 오리피스 구멍(도시 생략)을 형성한 오리피스(7)와, 밸브 시트체(22)의 밸브 시트(22b)에 접촉 분리되는 원판형상의 금속제 다이어프램 밸브체(23)와, 금속제 다이어프램 밸브체(23)의 외주 가장자리부를 이너 디스크(21) 사이에서 협지하는 보닛 인서트(24) 및 보닛(25)과, 금속제 다이어프램 밸브체(23)를 압박하는 밸브체 누르개(26)과, 밸브체 누르개(26)를 유지하는 스템(27)과, 스템(27)을 본체(4)측으로 바이어싱하는 스프링(28) 등으로 이루어진다.
또한, 오리피스(7)에는 중심부에 관통형상의 통로를 형성한 볼록형상의 오리피스 베이스(7a)와, 중심부에 상기 볼록형상의 오리피스 베이스(7a)의 통로에 연통하는 관통형상의 통로를 형성한 오목형상의 오리피스 베이스(7b)와, 양쪽 오리피스 베이스(7a, 7b) 사이에 기밀형상으로 삽입 부착되어서 중심부에 오리피스 구멍(도시 생략)을 형성한 오리피스 플레이트(7c)로 이루어지는 종래 공지의 개스킷형 오리피스가 사용되어 있다.
그리고, 상기 개폐 밸브(6)의 오리피스(7)와 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)는 본체(4)에 형성한 상술한 수평 자세의 수평 통로부(3d)에 의해 연통형상으로 접속되어 있다.
상기 압력 센서(8)는 도 3에 나타내는 바와 같이 원통형상의 케이싱(30)과, 케이싱(30)의 축심 위치에 외측 방향으로 돌출하는 상태로 설치되어 압력 도입 구멍(31a)을 형성하는 압력 도입 파이프(31)와, 압력 도입 파이프(31)의 선단부에 용접에 의해 고착한 개스킷 누르개(32)와, 케이싱(30) 내에 형성되어 압력 도입 구멍(31a)에 연통하는 수압실(33)과, 케이싱(30) 내에 설치되어 수압실(33)의 압력에 따라 변위하는 다이어프램(34)과, 케이싱(30) 내에 설치되어 다이어프램(34)의 변위에 의해 압력을 전기 신호로 변환하는 감압 소자나 스트레인 게이지로 이루어지는 압력 검출 소자(도시 생략)를 구비하고, 상기 다이어프램(34)의 표면이 압력 검지면(수압면)이 되고, 거기에 가해지는 압력을 전기 신호로 변환함으로써 압력을 검출하는 것이다.
이 압력 센서(8)는 그 외경이 8㎜로 형성되어 있고, 도 10에 나타내는 종래의 압력 센서(8)의 외경(16㎜)에 비해 반분 정도로 되어 있으므로 설치 스페이스가 작아도 된다. 그 결과, 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 개폐 밸브(6)의 거리를 단축할 수 있고, 수평 통로부(3d)의 길이를 짧게 할 수 있어 그 내용적을 작게 할 수 있다.
그리고, 상기 압력 센서(8)는 압력 도입 파이프(31)의 선단부가 본체(4)의 타측면에 형성한 삽입 부착 구멍(35) 내에 개스킷(36)을 개재하여 분할 링(37)(또는 U자형상 링) 및 보닛(38)에 의해 기밀형상으로 부착하여 고정되어 있고, 압력 도입 파이프(31)의 압력 도입 구멍(31a)이 본체(4)에 형성되어서 수평 통로부(3d)와 압력 센서(8)를 접속하는 수직 통로부(3e)에 연통형상으로 접속되어 있다.
이 압력 센서(8)의 본체(4)로의 부착은 도 1에 나타내는 제 1 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치의 압력 센서(8)와 완전히 같다.
상기 수직 통로부(3e)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 가능한 한 작은 내경으로 하는 것이 바람직하고, 이 실시형태에 있어서는 수직 통로부(3e)의 내경을 0.5㎜~1.0㎜로 하고 있다. 또한, 수직 통로부(3e)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 수직 통로부(3e)의 길이는 가능한 한 짧은 편이 바람직하고, 압력 센서(8)를 수평 통로부(3d)에 가능한 한 가까이하여 배치한다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치를 나타내고, 상기 압력식 유량 제어 장치는 본체(4)의 동일면(도 6에 나타내는 본체(4)의 상면)에 유체 입구(1)와 유체 출구(2)를 각각 형성하고, 유체 입구(1) 및 유체 출구(2)를 본체(4)의 일방향으로 배치함과 아울러, 본체(4)의 유체 입구(1) 및 유체 출구(2)를 형성한 면과 반대측의 면(도 6에 나타내는 본체(4)의 하면)의 중앙 위치에 압력 센서(8)를 설치한 것이다.
이 제 3 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치는 본체(4)의 동일면에 유체 입구(1)와 유체 출구(2)를 형성하고, 본체(4)의 반대측의 면의 중앙 위치에 압력 센서(8)를 설치한 것 이외에는 도 4 및 도 5에 나타내는 제 2 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치와 마찬가지의 구조로 구성되어 있기 때문에 제 2 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치와 같은 부위·부재에는 동일 참조 번호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치를 나타내고, 상기 압력식 유량 제어 장치는 유체 입구(1)와 유체 출구(2) 사이를 연통하는 유체 통로(3)를 형성한 본체(4)와, 본체(4)에 수평 자세로 고정되어 유체 통로(3)를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와, 본체(4)에 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)에 대향하는 상태로 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)의 하류측의 유체 통로(3)를 개폐하는 개폐 밸브(6)와, 개폐 밸브(6)의 상류측의 유체 통로(3)에 설치한 오리피스(7)와, 본체(4)에 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 오리피스(7) 사이의 유체 통로(3)의 내압을 검출하는 압력 센서(8)를 구비하고, 상기 유체 통로(3)는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 압력 센서(8)의 압력 검지면 상의 압력 검지실(3f)을 접속하는 제 4 통로부(3g)와, 제 4 통로부(3g)와 이간되어 압력 검지실(3f)과 오리피스(7)를 접속하는 제 5 통로부(3h)를 구비하고 있으며, 압력 검지실(3f)을 경유하도록 구성되어 있다.
이 제 4 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치는 본체(4)의 동일면(도 7에 나타내는 본체(4)의 상면)에 유체 입구(1)와 유체 출구(2)를 형성하고, 본체(4)의 반대측의 면(도 7에 나타내는 본체(4)의 하면)의 중앙 위치에 종래 공지의 압력 센서(8)를 설치한 것 이외에는 도 4 및 도 5에 나타내는 제 2 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치와 마찬가지의 구조로 구성되어 있기 때문에 제 2 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치와 같은 부위·부재에는 동일 참조 번호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
상기 압력 센서(8)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 검출하는 것이다.
이 압력 센서(8)는 본체(4)의 일측면(도 7에 나타내는 본체(4)의 하면)에 형성된 삽입 부착 구멍(35)에 링 개스킷(29)을 개재하여 삽입되고, 압박 나사(39)에 의해 고정되어 있다. 이와 같이, 압력 센서(8)를 삽입 부착 구멍(35)에 삽입 부착함으로써 삽입 부착 구멍(35)의 내저면과 링 개스킷(29)과 압력 센서(8)의 수압면인 압력 검지면에 의해 둘러싸인 압력 검지실(3f)이 형성되어 있다.
또한, 압력 검지실(3f)의 내용적은 가능한 한 작게 하는 것이 요망되지만, 압력 센서(8)의 수압면을 구성하는 다이어프램은 스테인레스 등으로 형성되어 있고, 고온이 되면 팽창되어 삽입 부착 구멍(35)의 내저면측으로 팽창하여 부풀어 오르므로 압력 센서(8)의 다이어프램의 열팽창을 압력 검지실(3f)이 허용할 수 있을 정도의 깊이 치수로 할 필요가 있다. 예를 들면, 어느 종류의 압력 센서의 다이어프램은 100℃에서 0.13㎜ 정도 팽창하여 압력 검지실(3f)의 깊이 치수, 즉 삽입 부착 구멍(35)의 내저면과 압력 검지면(비변형 시)의 거리는, 예를 들면 0.13~0.30㎜가 된다.
또한, 링 개스킷(29)은 스테인레스 등으로 형성되고, 경면 처리, 진공노에서의 고용화 열처리 등이 실시되어 고정밀도로 마무리된다.
상기 제 4 통로부(3g)는 L자형상으로 형성되어 있고, 일단부가 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)에 접속되어 있음과 아울러, 타단부가 압력 검지실(3f)의 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)측의 단부에 접속되어 있다.
상기 제 5 통로부(3h)는 L자형상으로 형성되어 있고, 일단부가 압력 검지실(3f)의 개폐 밸브(6)측의 단부에 접속되어 있음과 아울러, 타단부가 오리피스(7)에 접속되어 있다.
이와 같이, 제 4 통로부(3g)와 제 5 통로부(3h)는 압력 검지실(3f)의 양단부에 접속되어 있다. 그렇게 함으로써 압력 검지실(3f)을 유체 통로(3)로 하여 최대한 이용함으로써 유체 통로(3)의 내용적을 작게 할 수 있다. 즉, 압력 검지실(3f)의 공간 용적은 불가피하기 때문에 이것을 유체 통로(3)로서 이용함으로써 유체 통로(3)의 내용적을 감소시킬 수 있다.
상기 제 4 통로부(3g) 및 제 5 통로부(3h)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 가능한 한 작은 내경으로 하는 것이 바람직하고, 이 실시형태에 있어서는 제 4 통로부(3g) 및 제 5 통로부(3h)의 내경을 각각 0.5㎜~1.0㎜로 하고 있다. 또한, 제 4 통로부(3g) 및 제 5 통로부(3h)는 그 내용적을 가능한 한 작게 하기 위해서는 제 4 통로부(3g) 및 제 5 통로부(3h)의 길이는 가능한 한 짧은 편이 바람직하고, 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 개폐 밸브(6)와 압력 센서(8)를 가능한 한 가까이하여 배치한다.
하기 표 1~표 3은 도 10에 나타내는 종래의 압력식 유량 제어 장치의 용량(내용적)과, 도 1 및 도 2에 나타내는 제 1 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치의 용량(내용적)과, 도 4~도 6에 나타내는 제 2 및 제 3 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치의 용량(내용적)을 비교한 것이다.
즉, 표 1은 도 10에 나타내는 종래의 압력식 유량 제어 장치의 압력 제어용 컨트롤 밸브(40)와 오리피스(43) 사이의 유체 통로(제 1 유로(50), 제 2 유로(51) 및 제 3 유로(52))의 용량과 압력 센서(48)의 압력 검지면 상의 압력 검지실의 용량을 나타내는 것이며, 표 1의 (a), (b), (c)는 제 1 유로(50), 제 2 유로(51), 제 3 유로(52)의 내경을 각각 1㎜, 0.7㎜, 0.5㎜로 했을 경우의 용량이다.
또한, 표 2는 도 1 및 도 2에 나타내는 제 1 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치의 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 오리피스(7) 사이의 유체 통로(3)(제 1 통로부(3a), 제 2 통로부(3b), 제 3 통로부(3c))의 용량과 압력 센서(8)의 수압실(33), 압력 도입 구멍(31a) 및 개스킷(36)의 내주면으로 둘러싸인 공간의 용량을 나타내는 것이며, 표 2의 (a), (b), (c)는 제 1 통로부(3a), 제 2 통로부(3b) 및 제 3 통로부(3c)의 내경을 각각 1㎜, 0.7㎜, 0.5㎜로 했을 경우의 용량이다.
또한, 표 3은 도 4~도 6에 나타내는 제 2 및 제 3 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치의 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 오리피스(7) 사이의 유체 통로(3)(수평 통로부(3d) 및 수직 통로부(3e))의 용량과 압력 센서(8)의 수압실(33), 압력 도입 구멍(31a) 및 개스킷(36)의 내주면으로 둘러싸인 공간의 용량을 나타내는 것이며, 표 3의 (a), (b), (c)는 수평 통로부(3d), 수직 통로부(3e)의 내경을 각각 1㎜, 0.7㎜, 0.5㎜로 했을 경우의 용량이다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
하기 표 4는 종래 압력식 유량 제어 장치의 용량(제 1 유로(50), 제 2 유로(51), 제 3 유로(52) 및 압력 센서(48)의 압력 검지실)을 100%로 했을 경우의 제 1 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치의 용량(제 1 통로부(3a), 제 2 통로부(3b), 제 3 통로부(3c), 압력 센서(8)의 수압실(33), 압력 도입 구멍(31a) 및 개스킷(36)의 내주면으로 둘러싸인 공간)과 제 2 및 제 3 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치의 용량(수평 통로부(3d), 수직 통로부(3e), 압력 센서(8)의 수압실(33), 압력 도입 구멍(31a) 및 개스킷(36)의 내주면으로 둘러싸인 공간)을 각각 나타내는 것이다.
Figure pct00004
표 1~표 4로부터도 명백한 바와 같이 제 1~제 3 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치는 종래의 압력식 유량 제어 장치에 비교해서 용량을 대폭 삭감할 수 있다. 특히, 제 2 및 제 3 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치에 있어서는 종래의 압력식 유량 제어 장치에 비교해서 용량을 약 반분 정도로부터 1/3 정도로 할 수 있다.
따라서, 제 1~제 3 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치는 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 개폐 밸브(6)의 상류측에 설치한 오리피스(7) 사이의 유체 통로(3)의 내용적을 종래에 비해 작게 할 수 있어 그 결과 하강 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 4 실시형태에 의한 압력식 유량 제어 장치도 압력 제어용 컨트롤 밸브(5)와 개폐 밸브(6)의 상류측에 설치한 오리피스(7) 사이의 유체 통로(3)의 내용적을 종래에 비해 작게 할 수 있어 그 결과 하강 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 반도체 제조 장치용의 가스 공급 설비나 가스 공급 장치뿐만 아니라 화학 산업이나 식품 산업, 약품 산업 등의 모든 가스 공급 설비의 유량 제어 장치에 적용할 수 있는 것이다.

Claims (14)

  1. 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와, 본체에 수평 자세로 고정되어 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와, 본체에 수직 자세로 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 유체 통로를 개폐하는 개폐 밸브와, 개폐 밸브의 상류측의 유체 통로에 설치한 오리피스와, 본체에 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서를 구비하고, 상기 유체 통로는 압력 제어용 컨트롤 밸브에 접속되는 수평 자세의 제 1 통로부와, 제 1 통로부와 오리피스를 접속하는 수직 자세의 제 2 통로부와, 제 2 통로부와 압력 센서를 접속하는 수평 자세의 제 3 통로부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  2. 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와, 본체에 수평 자세로 고정되어 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와, 본체에 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브에 대향하는 상태로 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 유체 통로를 개폐하는 개폐 밸브와, 개폐 밸브의 상류측의 유체 통로에 설치한 오리피스와, 본체에 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서를 구비하고, 상기 유체 통로는 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스를 접속하는 수평 통로부와, 수평 통로부와 압력 센서를 접속하는 수직 통로부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  3. 유체 입구와 유체 출구 사이를 연통하는 유체 통로를 형성한 본체와, 본체에 수평 자세로 고정되어 유체 통로를 개폐하는 압력 제어용 컨트롤 밸브와, 본체에 상기 압력 제어용 컨트롤 밸브에 대향하는 상태로 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브의 하류측의 유체 통로를 개폐하는 개폐 밸브와, 개폐 밸브의 상류측의 유체 통로에 설치한 오리피스와, 본체에 고정되어 압력 제어용 컨트롤 밸브와 오리피스 사이의 유체 통로의 내압을 검출하는 압력 센서를 구비하고, 상기 유체 통로는 압력 제어용 컨트롤 밸브와 압력 센서의 압력 검지면 상의 압력 검지실을 접속하는 제 4 통로부와, 제 4 통로부와 이간해서 압력 검지실과 오리피스를 접속하는 제 5 통로부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    개폐 밸브 및 오리피스를 개폐 밸브 내에 오리피스를 일체적으로 조립하여 고정한 구성의 오리피스 내장형 밸브에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    압력 제어용 컨트롤 밸브가 금속제 다이어프램 밸브체를 구비하고, 그 금속제 다이어프램 밸브체가 개폐 밸브의 하방 위치에 배치되어 있음과 아울러, 금속제 다이어프램 밸브체의 중앙부가 본체에 형성한 밸브 시트에 접촉 분리되고, 상기 밸브 시트의 중앙 위치에 제 1 통로부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    압력 제어용 컨트롤 밸브가 금속제 다이어프램 밸브체를 구비하고, 그 금속제 다이어프램 밸브체의 중앙부가 본체에 형성한 밸브 시트에 접촉 분리함과 아울러, 상기 밸브 시트의 중앙 위치에 수평 통로부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    압력 제어용 컨트롤 밸브가 금속제 다이어프램 밸브체를 구비하고, 그 금속제 다이어프램 밸브체의 중앙부가 본체에 형성한 밸브 시트에 접촉 분리함과 아울러, 상기 밸브 시트의 중앙 위치에 제 4 통로부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    압력 센서는 케이싱과, 케이싱에 외측 방향으로 돌출하는 상태로 설치되어 압력 도입 구멍을 형성하는 압력 도입 파이프와, 케이싱 내에 형성되어 압력 도입 구멍에 연통하는 수압실과, 케이싱 내에 설치되어 수압실의 압력에 따라 변위하는 다이어프램과, 케이싱 내에 설치되어 다이어프램의 변위에 의해 압력을 전기 신호로 변환하는 압력 검출 소자를 구비하고, 상기 압력 도입 파이프의 선단부를 본체에 기밀형상으로 부착하여 압력 도입 파이프의 압력 도입 구멍과 제 3 통로부를 연통시킨 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    압력 센서는 케이싱과, 케이싱에 외측 방향으로 돌출하는 상태로 설치되어 압력 도입 구멍을 형성하는 압력 도입 파이프와, 케이싱 내에 형성되어 압력 도입 구멍에 연통하는 수압실과, 케이싱 내에 설치되어 수압실의 압력에 따라 변위하는 다이어프램과, 케이싱 내에 설치되어 다이어프램의 변위에 의해 압력을 전기 신호로 변환하는 압력 검출 소자를 구비하고, 상기 압력 도입 파이프의 선단부를 본체에 기밀형상으로 부착하여 압력 도입 파이프의 압력 도입 구멍과 수직 통로부를 연통시킨 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    압력 센서는 본체에 형성한 삽입 부착 구멍에 링 개스킷을 개재하여 삽입 부착되고, 또한 압력 센서의 압력 검지면 상의 압력 검지실은 삽입 부착 구멍의 내저면과 링 개스킷과 압력 센서의 압력 검지면으로 둘러싸인 공간으로 이루어지고, 제 4 통로부가 압력 검지실의 압력 제어용 컨트롤 밸브측의 단부에 더 접속되어 있음과 아울러, 제 5 통로부가 압력 검지실의 개폐 밸브측의 단부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제 1 통로부, 제 2 통로부 및 제 3 통로부의 단면형상을 원형으로 하고, 그 내경을 0.5㎜~1.0㎜로 한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    수평 통로부 및 수직 통로부의 단면형상을 원형으로 하고, 그 내경을 0.5㎜~1.0㎜로 한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    제 4 통로부 및 제 5 통로부의 단면형상을 원형으로 하고, 그 내경을 0.5㎜~1.0㎜로 한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.
  14. 제 3 항에 있어서,
    본체의 동일면에 유체 입구와 유체 출구를 형성하고, 유체 입구 및 유체 출구를 본체의 일방향으로 배치하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어 장치.

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