KR20200081235A

KR20200081235A - 유체 제어 장치

Info

Publication number: KR20200081235A
Application number: KR1020190153725A
Authority: KR
Inventors: 히로시 호리구치; 다다히로 야스다; 가즈야 이마이
Original assignee: 가부시키가이샤 호리바 에스텍
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2020-07-07
Also published as: JP2020107110A; CN111381609A; TW202024576A; US20200208656A1

Abstract

유로를 흐르는 유체를 정밀도 좋게 제어할 수 있는 유체 제어 장치를 제공한다. 내부에 유체가 흐르는 유로를 가지는 블록체와, 상기 유로 내에 마련되고, 상기 유체가 통과하는 저항체와, 상기 저항체의 상류측의 압력을 검출하는 제1 압력 센서와, 상기 저항체의 하류측의 압력을 검출하는 제2 압력 센서와, 상기 제1 압력 센서 및 상기 제2 압력 센서의 검출값에 근거하여 상기 유체를 제어하는 유체 제어 밸브를 구비하며, 상기 블록체가, 내부에 상기 유로의 일부를 구성함과 아울러 상기 저항체가 수용되어 있는 수용부를 더 가지고 있고, 상기 유로의 상기 수용부보다도 하류측을 구성하는 하류측 유로는, 기단이 상기 수용부에서의 상기 저항체를 통과한 후의 유체가 흐르는 하류측 영역에 접속되어 있고, 상기 제2 압력 센서가, 상기 수용부의 하류측 영역 또는 상기 하류측 유로의 기단 근방에 접속된다.

Description

유체 제어 장치{FLUID CONTROL DEVICE}

본 발명은, 유체 제어 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스에 사용되는 유체 제어 장치로서, 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 내부에 유체가 흐르는 유로를 가지는 블록체와, 상기 유로 내에 마련되고, 상기 유체가 통과하는 저항체와, 상기 저항체의 상류측의 압력을 검출하는 제1 압력 센서와, 상기 저항체의 하류측의 압력을 검출하는 제2 압력 센서와, 상기 제1 압력 센서 및 상기 제2 압력 센서의 검출값에 근거하여 상기 유체를 제어하는 유체 제어 밸브를 구비한 것이 개시되어 있다.

그리고, 이런 종류의 압력식의 유체 제어 장치로서, 저항체에 유로를 흐르는 유체를 통과시켜 층류(層流) 상태로 하고, 제2 압력 센서에 의해서 검출되는 검출값을 당해 층류 상태의 유체가 흐르는 개소의 압력으로 간주하여, 이 검출값에 이용하여 이론식(점성 층류 상태의 이론식)에 근거하여 유로를 흐르는 유체의 유량을 산출하는 것이 있다.

그러나, 상기 종래의 유체 제어 장치에서는, 제2 압력 센서가, 저항체로부터 떨어진 위치에 접속되어 있다. 즉, 제2 압력 센서의 검출점이, 저항체로부터 떨어진 위치에 설정되어 있다. 이것에 의해, 저항체를 통과하여 층류 상태가 된 유체가, 검출점에 도달하기까지 난류(亂流) 상태에 가까워지기 때문에, 제2 압력 센서에서는, 층류 상태로부터 난류 상태에 가까워진 유체가 흐르는 개소에서 압력을 검출하게 된다. 이 때문에, 제2 압력 센서의 검출값을 이용하여 이론식에 근거하여 유량을 산출하면, 실제의 유량과 산출 유량과의 사이에 생기는 괴리가 커진다고 하는 문제가 있었다.

게다가, 제2 압력 센서의 검출점이, 저항체로부터 떨어진 위치에 설정되어 있으면, 제2 압력 센서가, 유체의 압력 변동의 영향이나, 유체가 저항체로부터 검출점에 도달하기까지 생긴 압손(壓損, 압력 손실)의 영향을 받은 압력밖에 검출할 수 없다고 하는 문제도 있었다.

그 결과, 상기 종래의 유체 제어 장치에서는, 유로를 흐르는 유체를 정밀도 좋게 제어할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2010－204937호

그래서, 본 발명은, 유로를 흐르는 유체를 정밀도 좋게 제어할 수 있는 유체 제어 장치를 얻는 것을 주된 과제로 하는 것이다.

즉, 본 발명에 관한 유체 제어 장치는, 내부에 유체가 흐르는 유로를 가지는 블록체와, 상기 유로 내에 마련되고, 상기 유체가 통과하는 저항체와, 상기 저항체의 상류측의 압력을 검출하는 제1 압력 센서와, 상기 저항체의 하류측의 압력을 검출하는 제2 압력 센서와, 상기 제1 압력 센서 및 상기 제2 압력 센서의 검출값에 근거하여 상기 유체를 제어하는 유체 제어 밸브를 구비하며, 상기 블록체가, 내부에 상기 유로의 일부를 구성함과 아울러 상기 저항체가 수용되어 있는 수용부를 더 가지고 있고, 상기 유로의 상기 수용부보다도 하류측을 구성하는 하류측 유로는, 기단(基端)이 상기 수용부에서의 상기 저항체를 통과한 후의 유체가 흐르는 하류측 영역에 접속되어 있고, 상기 제2 압력 센서가, 상기 수용부의 하류측 영역 또는 상기 하류측 유로의 기단 근방에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 것이면, 제2 압력 센서를, 수용부의 하류측 영역 또는 하류측 유로의 기단 근방에 접속했으므로, 제2 압력 센서의 검출점을 저항체의 유체가 도출되는 도출부에 대해서 보다 가까운 위치에 설정할 수 있다. 이 때문에, 제2 압력 센서는, 저항체를 통과한 직후의 층류 상태에 가까운 유체가 흐르는 개소에서 압력을 검출할 수 있게 되고, 이 검출값을 이용하여 이론식에 근거하여 유로를 흐르는 유체의 유량을 산출하면, 실제의 유량과 산출 유량과의 사이의 괴리가 작아진다. 게다가, 제2 압력 센서에서 검출되는 검출값에 대한, 유체의 압력 변동의 영향이나 하류측 유로에 의한 압손(壓損)의 영향이 억제된다. 그 결과, 유체 제어 장치에 의해서 정밀도 좋게 유체를 제어할 수 있게 된다.

또, 상기 블록체는, 내부에 상기 수용부의 하류측 영역 또는 상기 하류측 유로의 기단 근방에 접속되고, 상기 하류측 유로보다도 내경이 작은 하류측 접속로를 더 가지고 있으며, 상기 제2 압력 센서가, 상기 하류측 접속로를 통해서 상기 수용부의 하류측 영역 또는 상기 하류측 유로의 기단 근방에 접속되도록 해도 괜찮다.

이러한 것이면, 하류측 접속로가 하류측 유로보다도 내경이 작기 때문에, 제2 압력 센서는, 저항체로부터 도출된 유체의 압력 변동의 영향을 보다 받기 어려워진다. 또, 블록체에 대한 제2 압력 센서의 배치에 자유도가 증가하고, 유체 제어 장치를 구성하는 각 기기의 블록체에 대한 배치·설계가 용이해진다.

또, 상기 유로의 상기 수용부보다도 상류측을 구성하는 상류측 유로는, 종단이 상기 수용부에서의 상기 저항체를 통과하기 전의 유체가 흐르는 상류측 영역에 접속되어 있으며, 상기 제1 압력 센서가, 상기 수용부의 상류측 영역 또는 상기 상류측 유로의 종단 근방에 접속되도록 구성하면 좋다.

이러한 것이면, 제1 압력 센서를, 수용부의 상류측 영역 또는 상류측 유로의 종단 근방에 접속했으므로, 제1 압력 센서의 검출점을 저항체의 유체가 도입되는 도입부에 대해서 보다 가까운 위치에 설정할 수 있다. 이 때문에, 제1 압력 센서는, 저항체를 통과하기 직전의 유체가 흐르는 개소에서 압력을 검출할 수 있게 되어, 유체의 압력 변동의 영향이 저감된다. 그 결과, 유체 제어 장치에 의해서 보다 정밀도 좋게 유체를 제어할 수 있게 된다.

또, 상기 블록체는, 내부에 상기 수용부의 상류측 영역 또는 상기 상류측 유로의 종단 근방 영역에 접속되고, 상기 상류측 유로보다도 내경이 작은 상류측 접속로를 더 가지고 있으며, 상기 제1 압력 센서가, 상기 상류측 접속로를 통해서 상기 수용부의 상류측 영역 또는 상기 상류측 유로의 종단 근방에 접속되도록 구성하면 좋다.

이러한 것이면, 상류측 접속로가 상류측 유로보다도 내경이 작기 때문에, 제1 압력 센서는, 저항체로 도출되는 유체의 압력 변동의 영향을 보다 받기 어려워진다. 또, 블록체에 대한 제1 압력 센서의 배치에 자유도가 증가하고, 유체 제어 장치를 구성하는 각 기기의 블록체에 대한 배치·설계가 용이해진다.

또, 압력식의 유체 제어 장치에서는, 유체 제어 밸브의 밸브실(밸브 시트면)로부터 수용부에 이르는 공간의 내부 용적이 클수록, 또한, 밸브실(밸브 시트면)로부터 수용부까지의 거리가 길어질수록, 응답성이 저하된다. 그래서, 상기 블록체가, 직사각형 모양의 것이며, 상기 유체 제어 밸브가, 상기 블록체의 소정면에 설치되어 있고, 상기 유체 제어 밸브의 밸브실로부터 상기 수용부의 상류측 영역에 이르는 중간 유로가, 당해 유체 제어 밸브의 밸브 시트면에 대해서 직교하도록 연장되도록 구성하면 좋다.

이러한 것이면, 중간 유로를 밸브 시트면에 대해서 직교하도록 형성했으므로, 밸브실로부터 수용부에 이르는 중간 유로의 길이를 비교적 짧게 설정할 수 있다. 이 때문에, 밸브실로부터 수용부에 이르는 공간의 내부 용적을 작게 할 수 있음과 아울러, 밸브실로부터 수용부까지의 거리도 짧게 설정할 수 있다. 이것에 의해, 유체 제어 장치의 응답성이 향상된다.

또, 이 경우, 상기 제1 압력 센서가, 상기 블록체의 소정면과 반대면에 설치되어 있고, 상기 상류측 접속로가, 상기 중간 유로와 동축 상을 연장하고 있도록 구성해도 괜찮다.

이러한 것이면, 유체 제어 장치의 응답성에 영향을 주는 상류측 접속로의 내부 용적을 작게 할 수 있음과 아울러, 그 길이도 짧게 할 수 있다.

또, 상기 중간 유로는, 구체적으로는, 상기 상류측 유로의 일부 및 상기 유체 제어 밸브의 내부 유로를 연통한 것이라도 좋다.

이와 같이 구성한 유체 제어 장치에 의하면, 유로를 흐르는 유체를 정밀도 좋게 제어할 수 있게 된다.

도 1은 실시 형태에 관한 유체 제어 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 실시 형태에 관한 유체 제어 장치의 블록체를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 실시 형태에 관한 유체 제어 장치의 블록체를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시 형태에 관한 유체 제어 장치의 저항체의 설치 상태를 모식적으로 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는 실시 형태에 관한 유체 제어 장치의 저항체를 모식적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 실시 형태에 관한 유체 제어 장치의 상류측 유체 제어 밸브의 밸브실 주변을 모식적으로 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 7은 그 외의 실시 형태에 관한 유체 제어 장치의 저항체 주변을 모식적으로 나타내는 확대 단면도이다.

이하에, 본 발명에 관한 유체 제어 장치를 도면에 기초하여 설명한다.

본 발명에 관한 유체 제어 장치는, 반도체 제조 프로세스에 사용되는 각 기기에 접속되는 유로에 설치되는 것이다. 또, 본 발명에 관한 유체 제어 장치는, 다른 분야에서의 유로에 사용할 수도 있다.

＜실시 형태 1＞

본 실시 형태에 관한 유체 제어 장치(MFC)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 소위 압력식의 것이다. 구체적으로는, 유체 제어 장치(MFC)는, 내부에 유체가 흐르는 유로(L)를 가지는 블록체(B)와, 유로(L) 내에 마련되고, 유체가 통과하는 저항체(R)와, 블록체(B)의 외면에 설치된 1차측 압력 센서(P0), 제1 압력 센서(P1), 제2 압력 센서(P2), 상류측 유체 제어 밸브(V1), 및 하류측 유체 제어 밸브(V2)와, 상류측 유체 제어 밸브(V1) 및 하류측 유체 제어 밸브(V2)를 제어하는 제어부(C)를 구비하고 있다. 또, 이하에서, 각 유로의 상류단을 기단(基端)으로 하고, 각 유로의 하류단을 종단(終端)으로 한다.

상기 블록체(B)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 유로(L)와, 유로(L)로부터 1차측 압력 센서(P0)로 연장되는 1차측 접속로(PL0)와, 유로(L)로부터 제1 압력 센서(P1)로 연장되는 상류측 접속로(PL1)와, 유로(L)로부터 제2 압력 센서(P2)로 연장되는 하류측 접속로(PL2)를 가지고 있다. 또, 블록체(B)는, 유로(L)의 일부를 구성하고, 저항체(R)를 수용하는 수용부(RS)(수용 공간)를 더 가지고 있다. 또, 1차측 접속로(PL0), 상류측 접속로(PL1), 및 하류측 접속로(PL2)는, 모두 유로(L)로부터 분기하여 연장되는 것이다.

그리고, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 유로(L)의 수용부(RS)보다도 상류측을 구성하는 상류측 유로(UL)는, 그 기단(ULs)이 블록체(B)의 외면에 개구하고 있고, 그 종단(ULe)이 수용부(RS)에 접속되어 있다. 또, 도 3의 (a) 및 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 유로(L)의 수용부(RS)보다도 하류측을 구성하는 하류측 유로(DL)는, 그 기단(DLs)이 수용부(RS)에 접속되어 있고, 그 종단(DLe)이 블록체(B)의 외면에 개구하고 있다. 또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 하류측 유로(DL)와 하류측 접속로(PL2)는, 평면에서 보아 수용부(RS)로부터 병행하여 연장되어 있다. 즉, 하류측 접속로(PL2)는, 하류측 유로(DL)와는 별도로 수용부(RS)에 접속되어 있다.

상기 1차측 접속로(PL0), 상기 상류측 접속로(PL1) 및 상기 하류측 접속로(PL2)는, 유로(L)보다도 내경이 작게 되어 있다. 구체적으로는, 상기 1차측 접속로(PL0) 및 상기 상류측 접속로(PL1)는, 상류측 유로(UL)보다도 내경이 작게 되어 있다. 또, 상기 하류측 접속로(PL2)는, 하류측 유로(DL)보다도 내경이 작게 되어 있다. 또, 예를 들면, 1차측 접속로(PL0), 상류측 접속로(PL1) 및 하류측 접속로(PL2)는, 그 내경이 φ1~2mm로 설정되어 있다.

본 실시 형태의 제1 블록체(10)에는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 소정면(S1)(도 1 중, 상면)에 1차측 압력 센서(P0), 제2 압력 센서(P2), 상류측 유체 제어 밸브(V1), 및 하류측 유체 제어 밸브(V2)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 제1 블록체(10)는, 소정면(S1)에 제1 오목부(11)를 가지고 있고, 이 제1 오목부(11)에 상류측 유체 제어 밸브(V1)가 설치되어 있다. 그리고, 상류측 유로(UL)는, 제1 오목부(11)에 의해서 제1 상류측 유로(UL1)와 제2 상류측 유로(UL2)로 분단되어 있다. 또, 제1 상류측 유로(UL1)는, 제1 오목부(11)의 측면에 접속되어 있고, 제2 상류측 유로(UL2)는, 제1 오목부(11)의 저면에 접속되어 있다. 또, 제1 블록체(10)는, 소정면(S1)에 제2 오목부(12)를 가지고 있고, 이 제2 오목부(12)에 하류측 유체 제어 밸브(V2)가 설치되어 있다. 그리고, 하류측 유로(DL)는, 제2 오목부(12)에 의해서 제1 하류측 유로(DL1)와 제2 하류측 유로(DL2)로 분단되어 있다.

또, 상기 블록체(B)는, 전체로서 대략 직사각형 모양의 것이다. 구체적으로는, 블록체(B)는, 대략 직사각형 모양의 제1 블록체(10)와, 제1 블록체(10)의 소정면(S1)과 반대면(S2)(도 1 중, 하면)에 형성된 제3 오목부(13)에 끼워넣어지는 제2 블록체(20)를 구비하고 있다. 그리고, 블록체(B)는, 제1 블록체(10)의 제3 오목부(13)에 제2 블록체(20)를 끼워넣는 것에 의해, 그 내부에 수용부(RS)가 형성되도록 구성되어 있다. 또, 제2 블록체(20)는, 제1 블록체(10)의 제3 오목부(13)에 끼워넣은 상태에서 도시하지 않은 나사 등에 의해서 당해 제1 블록체(10)에 대해서 고정할 수 있도록 되어 있다. 또, 제1 블록체(10)가, 그 내부에 상류측 유로(UL), 하류측 유로(DL), 1차측 접속로(PL0), 및 하류측 접속로(PL2)를 가지고 있고, 제2 블록체(20)가, 그 내부에 상류측 접속로(PL1)를 가지고 있다.

상기 제2 블록체(20)에는, 블록체(B)의 소정면(S1)과 반대면(S2)이 되는 면에 제4 오목부(21)를 가지며, 이 제4 오목부(21)에 제1 압력 센서(P1)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 블록체(B) 전체에서 보면, 블록체(B)에는, 소정면(S1)에 대해, 1차측 압력 센서(P0), 상류측 유체 제어 밸브(V1), 제2 압력 센서(P2), 및 하류측 유체 제어 밸브(V2)가 길이 방향의 일단측으로부터 타단측을 향해 이 순서대로 배치되어 있으며, 소정면(S1)과 반대면(S2)에 대해, 제1 압력 센서(P1)가 배치되어 있다. 이와 같이 배치하는 것에 의해, 블록체(B)에 대해서 유체 제어 장치(MFC)를 구성하는 각 기기를 쓸모없는 스페이스를 가능한 한 작게 하여 배치할 수 있다.

상기 저항체(R)는, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 개략 회전체 형상을 이루는 유체 저항 소자(30)와, 유체 저항 소자(30) 및 제2 블록체(20)의 사이에 개재하는 제1 씰 부재(40)와, 유체 저항 소자(30) 및 제1 블록체(10)의 사이에 개재하는 제2 씰 부재(50)를 구비하고 있다. 또, 유체는, 저항체(R)를 층류 상태로 되어 통과한다.

상기 유체 저항 소자(30)는, 슬릿판(31)과, 슬릿 피복판(32)을 구비하고 있다. 상기 슬릿판(31)은, 원판의 중심부를 두께 방향으로 관통하여 형성된 원 형상의 제1 관통공(31a)과, 당해 중심부로부터 방사상으로 형성된 복수의 슬릿(31b)을 가지는 것이다. 또, 상기 슬릿 피복판(32)은, 외경이 슬릿판(31)의 외경보다 작고, 내경이 슬릿판(31)의 내경보다 크고, 원판의 중심부를 두께 방향으로 관통하여 형성된 원 형상의 제2 관통공(32a)을 가지는 것이다. 그리고, 슬릿판(31) 및 슬릿 피복판(32)은, 제2 블록체(20) 상에 교호로 겹쳐 쌓은 적층 구조를 형성하고 있다.

상기 저항체(R)는, 제2 블록체(20) 상에 대해, 제1 씰 부재(40), 유체 저항 소자(30), 제2 씰 부재(50)를, 이 순서대로 적층한 상태로 하고, 이 상태에서, 제1 블록체(10)와 제2 블록체(20)에 의해서 사이에 끼워져 고정되어 있다. 이것에 의해, 저항체(R)는, 제1 블록체(10)와 제2 블록체(20)에 의해서 형성된 수용부(RS) 내에 설치된 상태가 된다.

또, 상기 저항체(R)는, 수용부(RS) 내에 설치된 상태에서, 당해 수용부(RS)를, 상류측 유로(UL)의 종단(ULe)이 접속된 상류측 영역(US)과, 하류측 유로(DL)의 기단(DLs)(도 1, 도 2, 도 3의 (a) 및 도 6 참조)이 접속된 하류측 영역(DS)으로 나누는 역할을 하고 있다. 또, 본 실시 형태의 저항체(R)는, 고리 모양으로 되어 있다. 따라서, 수용부(RS)에는, 저항체(R)의 중심부(내측)에 상류측 영역(US)이 형성되고, 저항체(R)의 외부(외측)를 주회(周回)하도록 하류측 영역(DS)이 형성된다. 즉, 하류측 영역(DS)은, 수용부(RS)의 내측면(RSi)과 저항체(R)의 외측면(Ro)과의 사이에 형성되어 있다.

그리고, 저항체(R)는, 상류측 영역(US)을 구성하는 내측면(Ri)에 유체를 도입하는 도입부(Rin)가 마련되고, 하류측 영역(DS)을 구성하는 외측면(Ro)에 유체 도출하는 도출부(Rout)가 마련되어 있다. 따라서, 저항체(R)는, 도입부(Rin)로부터 유체를 도입한 후, 슬릿(31b)를 통과시켜, 도출부(Rout)로 도출하도록 구성되어 있다.

여기서, 상기 상류측 영역(US)은, 저항체(R)를 통과하기 직전, 환언하면, 저항체(R)로 도입되기 직전의 유체가 흐르는 영역이다. 또, 상기 하류측 영역(DS)은, 저항체(R)를 통과한 직후, 환언하면, 저항체(R)로부터 도출된 직후의 유체가 흐르는 영역이다. 즉, 하류측 영역(DS)은, 층류 상태에 가까운 유체가 흐르는 영역이다.

그리고, 상기 상류측 접속로(PL1)는, 수용부(RS)의 상류측 영역(US)에 접속되고, 당해 상류측 영역(US)과 제1 압력 센서(P1)를 연결하고 있다. 그리고, 제1 압력 센서(P1)의 유로(L)에서의 검출점이, 상류측 영역(US)과의 접속 개소(본 실시 형태에서는, 상류측 영역(US)과 상류측 접속로(PL1)와의 접속 개소)에 설정된다. 이것에 의해, 제1 압력 센서(P1)의 검출점은, 저항체(R)로 유체가 도입되는 도입부(Rin)에 대해서 비교적 가까운 개소, 환언하면, 저항체(R)로부터의 거리(유로의 거리)가 짧은 개소에 설정된다.

또, 상기 하류측 접속로(PL2)는, 수용부(RS)의 하류측 영역(DS)과 접속되고, 당해 하류측 영역(DS)과 제2 압력 센서(P2)를 연결하고 있다. 그리고, 제2 압력 센서(P2)의 유로(L)에서의 검출점이, 하류측 영역(DS)과의 접속 개소(본 실시 형태에서는, 하류측 영역(DS)과 하류측 접속로(PL2)와의 접속 개소)에 설정된다. 이것에 의해, 제2 압력 센서(P2)의 검출점은, 저항체(R)로부터 유체가 도출되는 도출부(Rout)에 대해서 비교적 가까운 개소, 환언하면, 저항체(R)로부터의 거리(유로의 거리)가 짧은 개소에 설정된다.

따라서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 수용부(RS)는, 상류측 유로(UL)로부터 유체가 도입되는 상류측 영역(US)과, 하류측 유로(DL)로 유체가 도출되는 하류측 영역(DS)을 가지며, 상류측 영역(US)과 하류측 영역(DS)과의 사이를 나누도록 저항체(R)가 설치된 것이다. 그리고, 수용부(RS)는, 상류측 영역(US)을 구성하는 내면(USi)에 상류측 유로(UL)의 종단(ULe) 및 상류측 접속로(PL1)의 일단(PL1e)이 각각 개구되어 있고, 하류측 영역(DS)을 구성하는 내면에 하류측 유로(DL)의 기단(DLs) 및 하류측 접속로(PL2)의 일단(PL2e)이 각각 개구되어 있는 것이다.

또, 저항체(R)로부터 도출된 유체는, 당해 저항체(R)로부터 도출된 직후는 층류 상태에 가깝기는 하지만, 당해 저항체(R)로부터 하류측으로 진행됨에 따라서 난류 상태에 가까워져 간다. 그러나, 상기와 같이 구성하는 것에 의해, 제2 압력 센서(P2)는, 저항체(R)로부터 도출된 층류 상태에 가까운 유체가 흐르는, 저항체(R)의 도출부(Rout)로부터의 거리가 짧은 개소의 압력을 검출할 수 있게 된다. 이것에 의해, 제2 압력 센서(P2)는, 비교적 층류 상태에 가까운 유체가 흐르는 개소의 압력을 검출할 수 있게 되고, 이 검출값을 이용하여 이론식에 근거하여 유체의 유량을 산출하면, 실제의 유량과 산출 유량과의 사이의 괴리가 작아진다.

상기 상류측 유체 제어 밸브(V1)는, 소위 노멀 오픈 타입의 것이다. 그리고, 상류측 유체 제어 밸브(V1)는, 블록체(B)의 소정면(S1)에 대해, 제1 오목부(11)에 끼워넣어지도록 하여 설치되어 있다.

구체적으로는, 상기 상류측 유체 제어 밸브(V1)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 블록체(B)의 제1 오목부(11)에 끼워넣어지는 밸브 시트 부재(70)와, 밸브 시트 부재(70)에 대해서 접리(接離) 방향으로 이동할 수 있도록 설치된 밸브체(71)와, 밸브체(71)를 이동시키는 액추에이터(72)와, 밸브체(71)와 액추에이터(72)와 사이에 개재하고, 액추에이터(72)의 동력을 밸브체(71)에 전달하는 플런저(73)와, 플런저(73)와 일체적으로 접속되어 밸브실(VR)의 일부를 구성하는 박막(薄膜) 모양의 다이어프램(74)을 구비하고 있다.

상기 밸브 시트 부재(70)는, 블록체(B)의 제1 오목부(11)에 끼워넣는 블록 모양의 것이다. 그리고, 밸브 시트 부재(70)는, 제1 오목부(11)에 끼워넣은 상태에서, 블록체(B)의 소정면(S1)과 동일 방향을 향하는 면이 밸브 시트면(70a)으로 되어 있다. 그리고, 상류측 유체 제어 밸브(V1)에는, 이 밸브 시트면(70a)과 다이어프램(74)과의 사이에 밸브실(VR)이 형성되어 있고, 이 밸브실(VR) 내에 밸브체(71)가 수용되어 있다.

또, 상기 밸브 시트 부재(70)는, 밸브 시트면(70a)측의 외경이 제1 오목부(11)의 내경과 대략 일치하고 있음과 아울러, 밸브 시트면(70a)과 반대측의 외경이 제1 오목부(11)의 내경보다도 작게 되어 있다. 이것에 의해, 밸브 시트 부재(70)는, 블록체(B)의 제1 오목부(11)에 끼워넣어진 상태에서 당해 제1 오목부(11)의 내주면과의 사이에 둘레 유로(70b)를 형성한다. 또, 밸브 시트 부재(70)는, 내부에 둘레 유로(70b)와 밸브실(VR)을 연결하는 제1 내부 유로(70c)가 형성되어 있다. 또, 제1 내부 유로(70c)의 종단은, 밸브 시트면(70a)에 개구되어 있다. 게다가, 밸브 시트 부재(70)는, 내부에 밸브실(VR)과 제2 상류측 유로(UL2)를 연결하는 제2 내부 유로(70d)가 형성되어 있다. 또, 제2 내부 유로(70d)의 기단은, 밸브 시트면(70a)의 중앙에 개구되어 있다. 그리고, 제1 상류측 유로(UL1)는, 제1 오목부(11)에 대해, 둘레 유로(70b)와 연통하도록 접속되어 있고, 제2 상류측 유로(UL2)는, 제2 내부 유로(70d)와 연통하도록 접속되어 있다.

여기서, 밸브실(VR)로부터 제2 상류측 유로(UL2)에 이르는 제2 내부 유로(70d)는, 밸브 시트면(70a)에 대해서 직교하도록 연장되어 있음과 아울러, 당해 제2 상류측 유로(UL2)와 동축 상을 연장하고 있다. 그리고, 제2 상류측 유로(UL2)는, 상류측 접속로(PL1)와 동축 상을 연장하고 있다. 즉, 밸브실(VR)로부터 수용부(RS)의 상류측 영역(US)에 이르는 중간 유로(ML)(본 실시 형태에서는, 제2 내부 유로(70d) 및 제2 상류측 유로(UL2)로 구성되는 유로)가, 상류측 접속로(PL1)와 동축 상을 연장한 상태로 되어 있다. 이것에 의해, 밸브실(VR)로부터 수용부(RS)의 상류측 영역(US)을 통해서 제2 압력 센서(P2)에 이르는 유로가, 직선 모양으로 연통한 상태로 되어 있고, 이 유로의 용적이 비교적 작게 된다.

상기 제어부(C)는, 1차측 압력 센서(P0), 제1 압력 센서(P1), 제2 압력 센서(P2), 상류측 유체 제어 밸브(V1), 및 하류측 유체 제어 밸브(V2)에 접속되어 있다. 또, 제어부(C)는, 예를 들면, CPU, 메모리, 입출력 수단, A/D·D/A 컨버터 등을 구비한 컴퓨터로서, 상기 메모리에 격납되어 있는 제어 프로그램에 근거하여, 유량 제어부, 1차측 압력 감시부, 및 밸브 개폐부로서의 기능을 발휘하도록 구성되어 있다.

상기 유량 제어부는, 제1 압력 센서(P1) 및 제2 압력 센서(P2)의 검출값에 근거하여 상류측 유체 제어 밸브(V1)의 밸브 개도를 제어하고, 상류측 유로(UL)를 흐르는 유체의 유량이 미리 설정된 설정 유량에 가까워지도록 피드백 제어하는 것이다. 구체적으로는, 유량 제어부는, 제1 압력 센서(P1)의 검출값과 제2 압력 센서(P2)의 검출값을 이용하여 이론식에 근거하여 유량을 산출하고, 그 산출 유량이 설정 유량에 가까워지도록 상류측 유체 제어 밸브(V1)의 밸브 개도를 제어하도록 되어 있다.

상기 1차측 압력 감시부는, 1차측 압력 센서(P0)의 검출값에 근거하여 1차측의 압력을 감시하는 것이다. 또, 1차측 압력 감시부는, 1차측 압력 센서(P0)의 검출값이 소정 범위 밖이 된 경우에, 1차측의 압력이 이상하고 판단하고, 상류측 유체 제어 밸브(V1) 또는 하류측 유체 제어 밸브 중 적어도 일방의 밸브 개도를 제어하도록 되어 있다.

상기 밸브 개폐부는, 유저가 입력한 개폐 신호나 1차측 압력 감시부로부터 수신한 개폐 신호 등에 근거하여 하류측 유체 제어 밸브(V2)를 개폐하는 것이다.

＜그 외의 실시 형태＞

상기 실시 형태에서는, 하류측 접속로(PL2)를 수용부(RS)의 하류측 영역(DS)에 접속하도록 구성했지만, 도 7에 나타내는 바와 같이, 하류측 접속로(PL2)가, 수용부(RS)의 하류측 영역(DS)에 접속되는 하류측 유로(DL)의 기단(DLs) 근방에 접속되어 있는 것이라도 좋다. 즉, 본 실시 형태에서는, 하류측 유로(DL)의 기단(DLs) 근방의 내면에 하류측 접속로(PL2)의 일단(PL2e)이 개구되어 있다.

여기서, 상기 기단(DLs) 근방은, 수용부(RS)의 하류측 영역(DS) 내면에 개구되는 하류측 유로(DL)의 기단(DLs)을 일단으로 하고, 당해 하류측 유로(DL)의 하류측으로 향해 저항체(R)의 외경(도 7 중, α로 나타냄)의 60%, 보다 바람직하게는 50%의 길이 진행된 위치를 타단으로 하는 거리 범위(도 7 중, β로 나타냄)이다. 또, 보다 구체적으로는, 수용부(RS)의 하류측 영역(DS) 내면에 개구되는 하류측 유로(DL)의 기단(DLs)의 개구 중심을 일단으로 하는 거리 범위(β)이다. 환언하면, 수용부(RS)의 하류측 영역(DS)과 당해 하류측 영역(DS)으로부터 유로(L)가 가늘어진 영역(하류측 유로(DL)의 기단(DLs) 부분)과의 경계를 일단으로 하는 거리 범위(β)이다. 혹은, 수용부(RS)의 하류측 영역(DS)과 당해 하류측 영역(DS)에 비해 압손이 늘어나는 영역(하류측 유로(DL)의 기단(DLs) 부분)과의 경계를 일단으로 하는 거리 범위(β)이다. 또, 저항체(R)의 외경은, 슬릿 피복판(32)의 외경이다. 예를 들면, 저항체(R)의 외경이 21mm인 경우에는, 상기 거리 범위(β)는 12mm 정도가 된다.

이러한 것이라도, 제2 압력 센서(P2)에 의해서, 저항체(R)로부터 도출된 직후의 유체, 환언하면, 비교적 층류 상태에 가까운 유체가 흐르는 개소의 압력을 검출할 수 있게 된다.

또, 상기 실시 형태에서는, 중간 유로(ML)를 상류측 유로(UL)의 일부(제2 상류측 유로(UL2))와 밸브 시트 부재(70)의 내부 유로의 일부(제2 내부 유로(70d))에 의해서 구성하고 있지만, 중간 유로(ML)를 밸브 시트 부재(70)의 내부 유로의 일부(제2 내부 유로(70d))만에 의해서 구성해도 괜찮다. 이 경우, 밸브 시트 부재(70)가, 수용부(RS)의 일부를 구성하도록 하면 좋다. 이러한 것이면, 중간 유로(ML)의 내부 용적을 보다 작게 할 수 있음과 아울러, 중간 유로(ML)의 길이를 보다 짧게 할 수 있다.

또, 상기 실시 형태에서는, 상류측 유로(UL) 또는 하류측 유로(DL) 쌍방에 유체 제어 밸브를 접속하고 있지만, 상류측 유로(UL) 또는 하류측 유로(DL) 중 어느 일방에만 유체 제어 밸브를 접속한 것이라도 좋다. 또, 상기 실시 형태에서는, 하류측 유체 제어 밸브(V2)에 의해서 유체의 유량을 제어하고, 상류측 유체 제어 밸브(V1)에 의해서 유체의 압력을 제어하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상류측 유체 제어 밸브(V1)에 의해서 유체의 유량을 제어해도 괜찮다.

그 외, 본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

MFC : 유체 제어 장치 B : 블록체
UL : 상류측 유로 ULe : 종단
DL : 하류측 유로 DLs : 기단
PL1 : 상류측 접속로 PL2 : 하류측 접속로
ML : 중간 유로 RS : 수용부
US : 상류측 영역 DS : 하류측 영역
P1 : 제1 압력 센서 P2 : 제2 압력 센서
V1 : 상류측 유체 제어 밸브 V2 : 하류측 유체 제어 밸브
R : 저항체

Claims

내부에 유체가 흐르는 유로를 가지는 블록체와,
상기 유로 내에 마련되고, 상기 유체가 통과하는 저항체와,
상기 저항체의 상류측의 압력을 검출하는 제1 압력 센서와,
상기 저항체의 하류측의 압력을 검출하는 제2 압력 센서와,
상기 제1 압력 센서 및 상기 제2 압력 센서의 검출값에 근거하여 상기 유체를 제어하는 유체 제어 밸브를 구비하며,
상기 블록체가, 내부에 상기 유로의 일부를 구성함과 아울러 상기 저항체가 수용되어 있는 수용부를 더 가지고 있고,
상기 유로의 상기 수용부보다도 하류측을 구성하는 하류측 유로는, 기단(基端)이 상기 수용부에서의 상기 저항체를 통과한 후의 유체가 흐르는 하류측 영역에 접속되어 있고,
상기 제2 압력 센서가, 상기 수용부의 하류측 영역 또는 상기 하류측 유로의 기단 근방에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 블록체는, 내부에 상기 수용부의 하류측 영역 또는 상기 하류측 유로의 기단 근방에 접속되고, 상기 하류측 유로보다도 내경이 작은 하류측 접속로를 더 가지고 있으며,
상기 제2 압력 센서가, 상기 하류측 접속로를 통해서 상기 수용부의 하류측 영역 또는 상기 하류측 유로의 기단 근방에 접속되어 있는 유체 제어 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 유로의 상기 수용부보다도 상류측을 구성하는 상류측 유로는, 종단(終端)이 상기 수용부에서의 상기 저항체를 통과하기 전의 유체가 흐르는 상류측 영역에 접속되어 있으며,
상기 제1 압력 센서가, 상기 수용부의 상류측 영역 또는 상기 상류측 유로의 종단 근방에 접속되어 있는 유체 제어 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 블록체는, 내부에 상기 수용부의 상류측 영역 또는 상기 상류측 유로의 종단 근방에 접속되고, 상기 상류측 유로보다도 내경이 작은 상류측 접속로를 더 가지고 있으며,
상기 제1 압력 센서가, 상기 상류측 접속로를 통해서 상기 수용부의 상류측 영역 또는 상기 상류측 유로의 종단 근방에 접속되어 있는 유체 제어 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 유체 제어 밸브가, 상기 블록체의 소정 면에 설치되어 있고,
상기 유체 제어 밸브의 밸브실로부터 상기 수용부의 상류측 영역에 이르는 중간 유로가, 당해 유체 제어 밸브의 밸브 시트면에 대해서 직교하도록 연장되어 있는 유체 제어 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 압력 센서가, 상기 블록체의 소정 면과 반대면에 설치되어 있고,
상기 상류측 접속로가, 상기 중간 유로와 동축(同軸) 상을 연장하고 있는 유체 제어 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 중간 유로가, 상기 유체 제어 밸브의 밸브실로부터 연장되는 내부 유로를 통해 상기 상류측 영역과 연통한 것인 유체 제어 장치.