KR20200135367A - 유량 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
가스의 유로가 내부에 마련된 베이스와, 유로에 흐르는 가스의 유량을 측정하는 유량 센서와, 유로에 흐르는 가스의 유량을 제어하는 적어도 2개의 유량 제어 밸브를 구비하는 유량 제어 장치에 있어서, 유로에 흐르는 가스의 총 유량을 검출하도록 유량 센서를 구성하고, 유로의 도중의 부분을 적어도 2개의 분기 유로로 분기시키고, 이들 분기 유로 각각에 적어도 하나의 상기 유량 제어 밸브를 개재 장착한다. 이에 의해, 일차측 압력 P1과 이차측 압력 P2의 압력차 ΔP1을 크게 할 수 없는 경우에 있어서도, 가스의 최대 유량을 종래보다 크게 할 수 있다.
Description
본 발명은, 유량 제어 장치에 관한 것이다.
유량 제어 장치는, 유량 센서 및 유량 제어 밸브를 구비하고, 유량 센서에 의해 측정되는 가스의 유량이 목표값과 일치하도록 유량 제어 밸브의 개방도를 조절하는 장치이다. 유량 제어 장치는, 성막 재료로서의 가스를 반도체 제조 장치에 정량 공급하는 것을 목적으로 하여 널리 사용되고 있다. 반도체의 제조에 사용되는 가스 중에는 부식성을 갖는 것이 있다. 이 때문에, 유량 제어 장치에 있어서는, 가스의 유로와 밸브의 구동 기구가 금속제의 격막(즉, 다이어프램)에 의해 기밀하게 분리된 다이어프램 밸브가 유량 제어 밸브로서 사용되는 것이 일반적이다.
유량 제어 장치에 있어서 사용되는 다이어프램 밸브의 다이어프램은, 전형적으로는, 스테인리스강 등의 내부식성 금속에 의해 구성된 원 형상의 박판이다. 다이어프램 밸브의 개폐 동작은, 밸브의 일차측 유로와 이차측 유로를 이격시키는 밸브 시트의 착좌면에, 다이어프램의 표면을 접촉시키거나 괴리시키거나 함으로써 행해진다. 다이어프램의 변위는, 다이어프램을 사이에 두고 가스의 유로와는 반대측에 마련된 압박 부재에 의해 행해진다.
다이어프램 밸브의 최대 유량은, 밸브의 일차측 압력 P1과 이차측 압력 P2의 압력차 ΔP1 및 밸브 시트의 착좌면과 다이어프램의 표면 사이에 형성되는 갭의 단면적 S에 의존한다. 전형적으로는, 밸브 시트는 원통형의 형상을 갖고, 그 다이어프램측의 환형의 단부면이 착좌면이 된다. 따라서, 압력차 ΔP1이 일정한 경우, 최대 유량을 증가시키기 위해서는, 밸브 시트의 착좌면의 둘레 길이 l을 길게 하든지, 혹은 밸브 시트의 착좌면과 다이어프램의 표면 사이의 거리 d를 넓히든지 하는 어느 수단에 의해, 갭의 단면적 S(＝l×d)를 증가시키는 것이 유효하다. 후자의 수단에 있어서의 거리 d의 최댓값은, 다이어프램의 압박 부재의 가동 영역의 크기에 따라 정해진다. 압박 부재를 구동하는 구동 장치가 압전 소자인 경우, 압박 부재의 가동 영역은 기껏해야 50㎛이며, 거리 d를 넓히는 것은 곤란하다.
한편, 전자의 수단을 채용하여 최대 유량을 증대시킨 유량 제어 밸브로서는, 예를 들어 특허문헌 1에, 다이어프램의 평탄부의 주연의 근방까지 확대된 밸브 시트의 착좌면을 갖는 유량 제어 밸브가 기재되어 있다. 이 구성에 의하면, 일정 크기의 평탄부를 갖는 다이어프램에 대해 단일의 착좌면을 갖는 밸브 시트로서는 착좌면의 둘레 길이 l이 가장 길어진다. 또한, 특허문헌 2에는, 밸브 시트 부재의 밸브 시트면 또는 밸브체 부재의 착좌면 중 한쪽 또는 다른 쪽에 복수의 유입구가 형성되고, 밸브 시트면 또는 착좌면 중 한쪽 또는 다른 쪽에 복수의 유출구가 형성되어 있고, 그들 유입구 및 유출구가, 착좌 상태에 있어서 겹치지 않도록 형성된 유량 제어 밸브가 기재되어 있다. 이 구성에 의하면, 단일의 착좌면을 갖는 밸브 시트에 비해, 착좌면의 둘레 길이 l의 합계를 길게 할 수 있다.
그런데 근년, 반도체 제조 기술의 진보에 수반하여 성막 재료로서의 가스의 종류도 증가하고 있고, 종래 사용되는 일이 없었던 특수한 가스가 사용되게 되었다. 예를 들어, 특허문헌 3에는, 원자층 퇴적법(ALD: Atomic Layer Deposition)에 사용되는 성막 재료로서, 예를 들어 유기 금속 화합물 및/또는 금속 할로겐화물 등의 전구체를 포함하는 가스가 기재되어 있다. 이들 전구체를 먼저 기판 상에 화학 흡착시켜 단층을 형성하고, 그 후에 다른 가스와 반응시킴으로써, 금속 또는 금속 산화물 등의 원자층이 형성된다.
상술한 유기 금속 화합물 및 금속 할로겐화물 등의 전구체는, 일반적으로 분자량이 크고, 상온 상압에서 액체(또는 고체)이다. 또한, 가열에 의해 기화시켜도, 평형 증기압이 낮기 때문에, 냉각 또는 압력 상승에 의해 용이하게 액화(또는 고화)된다. 따라서, 이들 가스의 액화(또는 고화)를 방지하면서 유량을 제어하여 반도체 제조 장치에 공급하기 위해서는, 온도 T를 고온으로 유지함과 함께, 일차측 압력 P1 및 이차측 압력 P2가 온도 T에 있어서의 평형 증기압 PE(T)를 초과하지 않는 상태를 유지하면서 유량 제어를 행할 필요가 있다. 이것은, (평형 증기압 PE(T)가 낮기 때문에) 일차측 압력 P1과 이차측 압력 P2의 압력차 ΔP1을 크게 할 수 없음을 의미한다. 따라서, 평형 증기압이 낮은 가스의 유량 제어에 있어서 소기의 유량을 달성하기 위해서는, 유량 제어 장치가 구비하는 유량 제어 밸브의 갭 단면적 S를 증가시킬 필요가 있다.
특허문헌 1에 기재된, 다이어프램의 평탄부의 주연의 근방까지 확대된 밸브 시트의 착좌면을 갖는 유량 제어 밸브에 있어서는, 일정 크기의 평탄부를 갖는 다이어프램에 대해 단일의 착좌면을 갖는 밸브 시트로서는, 착좌면의 둘레 길이 l 및 갭의 단면적 S가 최대이다. 그러나 다이어프램의 압박 부재가 마련되어 있는 측의 압력 P0과 그 반대측의 이차측 압력 P2의 압력차 ΔP2가 클 때, 다이어프램은 이차측 유로를 향해 변형되는(이차측 유로측이 볼록해지도록 다이어프램이 휘는) 경우가 있다.
다이어프램의 외주부는 다른 부재에 고정되어 있으므로, 다이어프램의 중앙과 비교하면, 착좌면에 대응하는 위치에 있어서의 변형은 작다. 그래도 압력차 ΔP2가 충분히 작을 때와 비교하여, 다이어프램과 밸브 시트의 착좌면의 갭 사이의 거리 d는 작아진다. 이러한 다이어프램의 변형의 결과, 갭의 단면적 S가 작아져, 가스의 유량이 저하된다. 또한, 이차측 유로의 형상이 복잡하기 때문에, 유체 저항이 커, 용량 계수(Cv값)가 작아진다. 이 때문에, 갭의 단면적 S는 큼에도 불구하고 유량을 크게 할 수 없다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 유량 제어 밸브는, 밸브 시트 부재의 밸브 시트면 또는 밸브체 부재의 착좌면 중 한쪽 또는 다른 쪽에 형성된 복수의 유입구 및 복수의 유출구 각각에 연통되도록 분기된 일차측 유로 및 이차측 유로가 형성되어 있다. 이 때문에, 갭의 단면적이 큼에도 불구하고, 유체 저항이 크다. 한편, 상술한 바와 같이 평형 증기압이 낮은 가스는 압력의 상승에 의해 용이하게 액화되기 때문에, 일차측 압력과 이차측 압력의 압력차를 크게 할 수 없다. 따라서, 이러한 가스의 유량 제어에 당해 유량 제어 밸브를 사용하는 경우, 유량을 크게 하는 것이 곤란하다. 게다가, 밸브 시트면 또는 착좌면에 복수의 유입구 및 유출구가 형성되어 있으므로, 밸브 폐쇄 시에 모든 갭을 완전히 막는 것은 곤란해, 가스가 누설될 우려가 있다.
본 발명은, 상기 과제에 비추어 이루어진 것이며, 예를 들어 평형 증기압 PE(T)가 낮은 가스를 사용하는 경우 등, 일차측 압력 P1과 이차측 압력 P2의 압력차 ΔP1을 크게 할 수 없는 경우에 있어서도, 가스의 최대 유량을 종래보다 크게 할 수 있는 유량 제어 장치를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 발명에 관한 유량 제어 장치(이후, 「본 발명 장치」라고 호칭되는 경우가 있음)는, 가스의 유입구 및 유출구가 표면에 마련되고 또한 유입구와 유출구를 연통시키는 유로가 내부에 마련된 베이스와, 유로에 흐르는 가스의 유량을 측정하는 유량 센서와, 유로에 흐르는 가스의 유량을 제어하는 적어도 2개의 유량 제어 밸브를 구비하는 유량 제어 장치이다.
본 발명 장치에 있어서는, 유로가, 유입구와 연통되는 공간인 유입로와, 유입로와 연통되고 또한 가스의 흐름을 분기시키는 공간인 분기부와, 분기부와 병렬로 연통되는 적어도 2개의 공간인 분기 유로와, 분기 유로와 연통되고 또한 가스의 흐름을 합류시키는 공간인 합류부와, 합류부와 유출구를 연통시키는 공간인 유출로를 구비한다. 또한, 유량 센서는 유로에 흐르는 가스의 총 유량을 검출하도록 구성되어 있다. 또한, 적어도 하나의 유량 제어 밸브가 분기 유로 각각에 개재 장착되어 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 양태에 있어서, 유량 제어 밸브는, 밸브체와, 통형 부재에 의해 구성되고 또한 밸브체가 착좌되는 환형의 형상을 갖는 평면인 착좌면이 통형 부재의 밸브체측의 단부면에 형성된 밸브 시트와, 통형 부재의 외측에 위치하는 공간인 일차측 유로와, 통형 부재의 내측에 위치하는 공간인 이차측 유로를 구비한다. 또한, 본 발명의 또 하나의 바람직한 양태에 있어서, 유량 제어 밸브는, 일차측 유로의 외측에 위치하는 공간인 제2 이차측 유로를 구비한다. 이들 구성에 의하면, 유량 제어 밸브의 이차측 유로에 있어서의 유체 저항을 작게 할 수 있다.
본 발명 장치에 따르면, 복수의 유량 제어 밸브를 동시에 사용하여 가스의 유량을 제어할 수 있으므로, 유량 제어 밸브의 수에 따라서 갭의 단면적 S를 크게 할 수 있다. 그 결과, 예를 들어 평형 증기압 PE(T)가 낮은 가스를 사용하는 경우 등, 일차측 압력 P1과 이차측 압력 P2의 압력차 ΔP1을 크게 할 수 없는 경우에 있어서도, 가스의 최대 유량을 종래보다 크게 할 수 있다. 따라서, 본 발명 장치를 사용하여, 평형 증기압이 낮은 가스를 대유량으로 반도체 장치 등에 안정적으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(제1 장치)의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(제2 장치)가 구비하는 유량 제어 밸브의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(제3 장치)가 구비하는 유량 제어 밸브의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(제4 장치)가 구비하는 유로의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(제7 장치)의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 블록도이다.
도 6은 제7 장치의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 우측면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 제7 장치의 유입로 및 유출로의 축을 포함하는 평면에 의한 모식적인 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시한 제7 장치의 모식적인 정면도이다.
도 9는 도 8에 도시한 제7 장치의 일차측 유로의 축을 포함하는 평면에 의한 모식적인 단면도이다.
도 10은 도 6에 도시한 제7 장치의 모식적인 사시도이다.
도 11은 도 6에 도시한 제7 장치가 구비하는 구동 장치의 움직임을 유량 제어 밸브의 밸브체로 전달하기 위한 로커 암을 포함하는 전달 기구의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(제2 장치)가 구비하는 유량 제어 밸브의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(제3 장치)가 구비하는 유량 제어 밸브의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(제4 장치)가 구비하는 유로의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(제7 장치)의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 블록도이다.
도 6은 제7 장치의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 우측면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 제7 장치의 유입로 및 유출로의 축을 포함하는 평면에 의한 모식적인 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시한 제7 장치의 모식적인 정면도이다.
도 9는 도 8에 도시한 제7 장치의 일차측 유로의 축을 포함하는 평면에 의한 모식적인 단면도이다.
도 10은 도 6에 도시한 제7 장치의 모식적인 사시도이다.
도 11은 도 6에 도시한 제7 장치가 구비하는 구동 장치의 움직임을 유량 제어 밸브의 밸브체로 전달하기 위한 로커 암을 포함하는 전달 기구의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 사시도이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해, 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다. 또한, 여기에 기재된 실시 형태는 어디까지나 예시에 불과하며, 본 발명을 실시하기 위한 형태는 여기에 기재된 형태에 한정되지 않는다.
《제1 실시 형태》
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(이후, 「제1 장치」라고 호칭되는 경우가 있음)의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 블록도이다. 제1 장치(1a)는, 유로(2)와, 유로에 흐르는 가스의 유량을 측정하는 유량 센서(3)와, 유로(2)에 흐르는 가스의 유량을 제어하는 2개의 유량 제어 밸브(4)를 구비한다. 또한, 도 1은, 제1 장치(1a)를 구성하는 각 요소의 상대적인 위치 관계를 예시하는 모식도이며, 제1 장치(1a)에 있어서의 각 요소의 실제의 배치를 나타내는 것은 아니다.
유로(2)는, 도시하지 않은 베이스의 내부에 마련되어 있고, 당해 베이스의 표면에 마련된 가스의 유입구와 유출구를 연통시킨다. 제1 장치(1a)가 구비하는 베이스의 내부에서 가스와 접하는 벽면에 의해 획정되고 또한 그 내부에 가스가 흐르는 공간은 모두 유로(2)에 해당된다. 유로(2)는, 예를 들어 제1 장치(1a)가 구비하는 베이스의 본체에 천공된 구멍이어도 된다. 또한, 유로(2)는, 예를 들어 제1 장치(1a)의 구성 부재의 가스와 접하는 면에 의해 구성된 공간이어도 된다. 바람직하게는, 제1 장치에 있어서 유로(2)를 구성하는 면은, 가스와 접하였을 때에 가스와 반응하지 않는 재료에 의해 구성되어 있다. 보다 바람직하게는, 예를 들어 스테인리스강 등, 내부식성을 갖는 금속에 의해 구성되어 있다. 유체 저항을 보다 작게 하여 가스의 흐름을 방해하지 않도록 하는 관점에서는, 유로(2)는 전체적으로, 단면적이 가능한 한 커지고 또한 굴곡부가 가능한 한 적도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
유량 센서(3)는, 유로(2)를 흐르는 가스의 유량을 검출하는 것이 가능한 한, 특별히 한정되지 않는다. 이러한 유량 센서(3)의 구체예로서는, 예를 들어 열식 유량 센서, 압력식 유량 센서 및 차압식 유량 센서 등을 들 수 있다. 이들 유량 센서의 구성 및 작동에 대해서는, 당해 기술분야에 있어서 공지이므로, 여기서의 설명은 생략한다.
유량 제어 밸브(4)는, 유로(2)를 흐르는 가스의 유량을 제어한다. 제1 장치(1a)가 구비하는 유량 제어 밸브(4)는, 밸브 시트와 밸브체와 그들의 구동 장치를 구비하고, 유로(2)를 흐르는 가스의 유량을 제어하는 것이 가능한 한, 어떠한 구성을 갖는 유량 제어 밸브여도 된다. 구체적으로는, 예를 들어 다이어프램 밸브, 벨로우즈 밸브, 볼 밸브 및 니들 밸브 등, 공지의 구성을 갖는 밸브를 유량 제어 밸브(4)로서 사용할 수 있다. 바람직하게는, 유량 제어 밸브(4)는 다이어프램 밸브이다. 이 경우, 당연히, 유량 제어 밸브(4)를 구성하는 밸브체는 다이어프램이다.
또한, 밸브체 및/또는 밸브 시트의 구동 장치로서는, 예를 들어 전압 신호에 의해 구동되는 압전 소자, 전류 신호에 의해 구동되는 솔레노이드 코일, 및 회전기와 기어 또는 캠의 조합 등의 공지의 구동 장치를 사용할 수 있다. 또한, 구동 장치는, 밸브체 및/또는 밸브 시트에 직접적으로 접촉하여 밸브체 및/또는 밸브 시트를 구동해도 되고, 혹은 예를 들어 로커 암 및 압박 부재 등의 다른 부재를 통해 밸브체 및/또는 밸브 시트에 간접적으로 접촉하여 밸브체 및/또는 밸브 시트를 구동해도 된다.
제1 장치(1a)는, 유로(2)에 흐르는 가스의 유량을 제어하는 적어도 2개의 유량 제어 밸브(4)를 구비한다. 유량 제어 밸브(4)의 수는 2개 이상이면 되고, 3개 또는 4개 이상이어도 된다. 제1 장치(1a)가 구비하는 복수의 유량 제어 밸브(4)는, 그들 전부가 동일한 사양을 갖는 유량 제어 밸브여도 되고, 혹은 서로 다른 사양을 갖는 복수의 유량 제어 밸브의 조합이어도 된다. 유량 제어 밸브(4)가 마련되는 분기 유로(2c)의 구성(예를 들어, 분기 유로(2c)의 형상 및 유로(2)에 있어서의 위치 등)이 동일한 경우는, 모든 유량 제어 밸브(4)가 동일한 사양을 갖는 쪽이 가스의 유량 제어를 보다 안정적으로 행할 수 있으므로 바람직하다.
유로(2)는, 유입구(2p)와 연통되는 공간인 유입로(2q)와, 유입로(2q)와 연통되고 또한 가스의 흐름을 분기시키는 공간인 분기부(2a)와, 분기부(2a)와 병렬로 연통되는 적어도 2개의 공간인 분기 유로(2c)와, 분기 유로(2c)와 연통되고 또한 가스의 흐름을 합류시키는 공간인 합류부(2b)와, 합류부(2b)와 유출구(2r)를 연통시키는 공간인 유출로(2s)를 구비한다. 즉, 제1 장치(1a)에 있어서, 유로(2)를 흐르는 가스는, 분기부(2a)에서 적어도 2개의 분기 유로(2c)로 나뉘고, 그 후, 합류부(2b)에서 합류된다. 제1 장치(1a)에 있어서의 분기 유로(2c)의 수는 2개 이상 이면 되고, 3개 또는 4개 이상이어도 된다. 분기 유로(2c)의 수가 3개 이상인 경우, 모든 분기 유로(2c)가 단일의 분기부(2a)에서 분기되어 있어도 되고, 혹은 제1 분기부(2a)에서 분기된 분기 유로(2c)의 일부 또는 전부가, 제2 분기부(2a)에서 더 많은 분기 유로(2c)로 분기되어 있어도 된다. 마찬가지로, 합류부(2b)의 수도 또한, 단일이어도 되고, 혹은 복수여도 된다.
유량 센서(3)의 출력은, 제1 장치(1a)에 있어서의 가스의 유량의 제어에 사용된다. 이 때문에, 유량 센서(3)는, 유로(2)에 흐르는 가스의 총 유량을 검출하도록 구성되어 있다. 바꾸어 말하면, 유량 센서(3)는, 분기부(2a)와 합류부(2b) 사이에서 분기된 개개의 분기 유로(2c)에 흐르는 가스의 유량이 아니라, 모든 분기 유로(2c)를 흐르는 가스의 유량의 합계를 검출하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 예를 들어 유로(2) 중, 유입로(2q) 또는 유출로(2s) 중 어느 한쪽에 1대의 유량 센서(3)를 마련함으로써, 분기되기 전의 가스의 유량 또는 합류된 후의 가스의 유량을 측정할 수 있다. 또한, 모든 분기 유로(2c) 각각에 유량 센서(3)를 마련하고, 그들 복수의 유량 센서(3)에 의해 측정된 분기 유로(2c)에 흐르는 가스의 유량을 합계함으로써도, 유로(2)에 흐르는 가스의 총 유량을 검출할 수 있다. 혹은, 어느 분기 유로(2c)로 분기되는 가스의 유량과 다른 분기 유로(2c)로 분기되는 가스의 유량의 비율을 알고 있는 경우는, 일부의 분기 유로(2c)에 흐르는 가스의 유량에 기초하여 유로(2)에 흐르는 가스의 총 유량을 산출할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 유량 제어 밸브(4)가 분기 유로(2c) 각각에 개재 장착되어 있다. 구체적으로는, 각각의 분기 유로(2c)에 있어서, 유량 제어 밸브(4)의 일차측 유로가 분기 유로(2c)의 상류측의 부분과 연통되고, 유량 제어 밸브(4)의 이차측 유로가 분기 유로(2c)의 하류측의 부분과 연통되도록, 적어도 하나의 유량 제어 밸브(4)가 개재 장착되어 있다. 이와 같이 모든 분기 유로(2c)가 적어도 하나의 유량 제어 밸브(4)를 구비함으로써, 제1 장치(1a)는 가스를 흐르게 하거나, 가스의 흐름을 멈추거나, 또는 가스의 유량을 제어하거나 할 수 있다. 제1 장치(1a)에 있어서는, 분기 유로(2c)로 분기시킨 가스의 유량을, 분기 유로(2c)마다 마련된 유량 제어 밸브(4)를 사용하여 제어할 수 있다.
이 때문에, 예를 들어 전술한 특허문헌 2에 기재된 유량 제어 밸브와 같이 밸브 시트 부재의 밸브 시트면 또는 밸브체 부재의 착좌면 중 한쪽 또는 다른 쪽에 형성된 복수의 유입구 및 복수의 유출구 각각에 연통되도록 분기된 일차측 유로 및 이차측 유로가 형성된 복잡한 구조를 요하는 일 없이, 복수의 유량 제어 밸브(4)의 갭 단면적 S의 합계를 필요에 따라서 증대시킬 수 있다. 제1 장치(1a)에 있어서는, 분기 유로(2c)의 수가 증가할수록, 유량 제어 밸브(4)의 수가 증가하여, 유량 제어 밸브(4)의 갭 단면적 S의 합계를 크게 할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 평형 증기압 PE(T)가 낮은 가스를 사용하는 경우 등, 일차측 압력 P1과 이차측 압력 P2의 압력차 ΔP1을 크게 할 수 없는 경우에 있어서도, 가스의 최대 유량을 종래보다 크게 할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 제1 장치(1a)가 구비하는 유량 제어 밸브(4)의 개폐 동작 및 밸브 개방도의 조절(증감)에 의한 가스의 유량 제어는, 도시하지 않은 제어부에 의해 실행된다. 이러한 제어부로서의 기능은, 예를 들어 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit)에 의해 실현할 수 있다. ECU는, 마이크로컴퓨터를 주요부로서 구비하고, 유량 센서(3)로부터의 검출 신호를 수신하기 위한 입력 포트 및 도시하지 않은 구동 장치에의 제어 신호를 송신하기 위한 출력 포트 등을 구비한다. 이에 의해, 제어부는, 유량 센서(3)로부터 출력되는 검출 신호에 기초하여 계측되는 가스의 유량이 목표값으로서 설정되는 설정 유량과 일치하도록, 구동 장치에 제어 신호를 출력하여 유량 제어 밸브(4)의 밸브 개방도를 제어할 수 있다.
또한, 상세하게는 후술하는 바와 같이, 제1 장치(1a)는, 유로(2)의 적어도 일부를 가열하도록 구성된 가열 장치(도시하지 않음)를 더 구비하고 있어도 된다. 이것에 의하면, 전술한 유기 금속 화합물 및 금속 할로겐화물 등의 전구체와 같이 평형 증기압이 낮아 냉각 또는 압력 상승에 의해 용이하게 액화(또는 고화)되는 물질의 가스의 유량을 제1 장치에 의해 제어하려고 하는 경우 등에 있어서도, 당해 가스의 액화(또는 고화)를 방지하여, 그 유량 제어를 안정적으로 행할 수 있다.
《제2 실시 형태》
일반적으로, 유량 제어 밸브에 있어서는, 밸브체가 밸브 시트에 착좌되는 면(착좌면)보다 상류측의 공간인 일차측 유로에 있어서의 가스의 압력(일차측 압력 P1)보다, 착좌면보다 하류측의 공간인 이차측 유로에 있어서의 가스의 압력(이차측 압력 P2) 쪽이 낮다. 따라서, 유체 저항을 작게(용량 계수(Cv값)를 크게) 하여 가스의 최대 유량을 크게 하기 위해서는, 이차측 유로의 단면적을 가능한 한 크게 하고, 굴곡부의 수를 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.
그래서 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(이후, 「제2 장치」라고 호칭되는 경우가 있음)가 구비하는 유량 제어 밸브는, 이차측 유로의 단면적을 가능한 한 크게 하고, 굴곡부의 수를 가능한 한 적게 할 수 있도록 구성되어 있다.
구체적으로는, 제2 장치는, 상술한 제1 장치를 비롯한 본 발명의 다양한 실시 형태에 관한 유량 제어 장치이며, 유량 제어 밸브는, 밸브체와, 통형 부재에 의해 구성되고 또한 상기 밸브체가 착좌되는 환형의 형상을 갖는 평면인 착좌면이 상기 통형 부재의 상기 밸브체측의 단부면에 형성된 밸브 시트와, 상기 통형 부재의 외측에 위치하는 공간인 일차측 유로와, 상기 통형 부재의 내측에 위치하는 공간인 이차측 유로를 구비하는, 유량 제어 장치이다.
도 2는, 제2 장치가 구비하는 유량 제어 밸브의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 단면도이다. 해칭이 실시된 부분은, 유량 제어 밸브(4)를 구성하는 부재의 단면을 나타낸다. 단, 밸브체(4a)의 단면만은 굵은 선에 의해 표시되어 있다. 선 및 해칭이 없는 부분은, 가스의 유로 또는 부재 사이의 간극을 나타낸다. 화살표는, 가스가 흐르는 방향을 나타낸다.
도 2에 예시한 유량 제어 밸브(4)는, 원형의 다이어프램에 의해 구성된 밸브체(4a)와, 밸브 시트(4b)와, 일차측 유로(4c)와, 이차측 유로(4d)를 구비한다. 밸브 시트(4b)는 통형 부재에 의해 구성되고 또한 밸브체(4a)가 착좌되는 환형의 형상을 갖는 평면인 착좌면이 상기 통형 부재의 밸브체(4a)측의 단부면에 형성된 밸브 시트이다. 일차측 유로(4c)는 밸브 시트(4b)의 외측에 위치하는 공간이다. 일차측 유로(4c)의 일부는, 밸브 시트(4b)의 외측의 표면에 의해 구성되어 있어도 된다. 이차측 유로(4d)는, 밸브 시트(4b)의 내측에 위치하는 공간이다. 이차측 유로(4d)의 일부는, 밸브 시트(4b)의 내측의 표면에 의해 구성되어 있어도 된다.
도 2에 예시한 유량 제어 밸브(4)에 있어서는, 압박 부재(4f)를 통해, 도시하지 않은 구동 장치에 의해 밸브체(4a)가 간접적으로 구동됨으로써, 밸브 개방도가 조절(증감)된다. 이와 같이 도 2에 예시한 유량 제어 밸브(4)는, 밸브체(4a)가 다이어프램에 의해 구성된 다이어프램 밸브지만, 제1 장치 및 제2 장치를 포함하는 본 발명에 관한 유량 제어 장치(본 발명 장치)가 구비하는 유량 제어 밸브(4)는, 도 2에 예시한 다이어프램 밸브에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 일반적으로는, 유량 제어 밸브(4)의 갭보다 하류측에 위치하는 이차측 유로(4d)를 흐르는 가스의 압력 P2는, 갭보다 상류측에 위치하는 일차측 유로(4c)를 흐르는 가스의 압력 P1에 비해 낮아진다. 따라서, 유체 저항을 작게(용량 계수(Cv값)을 크게) 하여 가스의 최대 유량을 크게 하기 위해서는, 이차측 유로(4d)의 단면적을 가능한 한 크게 하고, 굴곡부의 수를 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다. 한편, 일차측 유로(4c)의 형상은, 이차측 유로(4d)에 비해, 어느 정도는, 단면적이 작거나, 굴곡부의 수가 많거나 해도 된다. 바꾸어 말하면, 일차측 유로(4c)는, 이차측 유로(4d)에 비해, 약간 복잡한 형상을 갖고 있어도, 가스의 최대 유량의 저하로 이어지기 어렵다.
그러나 통형 부재에 의해 구성되고 또한 착좌면이 통형 부재의 밸브체측의 단부면에 형성된 밸브 시트를 구비하는 종래 기술에 관한 유량 제어 밸브에 있어서는, 밸브 시트의 내측에 위치하는 비교적 단순한 형상을 갖는 공간에 의해 일차측 유로가 구성되고, 밸브 시트의 외측에 위치하는 일차측 유로보다 복잡한 형상을 갖는 공간에 의해 이차측 유로가 구성되어 있는 것이 일반적이다. 그 결과, 이러한 구성을 갖는 종래 기술에 관한 유량 제어 밸브에 있어서는, 유체 저항을 작게(용량 계수(Cv값)를 크게) 하여 가스의 최대 유량을 크게 하는 것이 곤란하였다.
한편, 제2 장치에 있어서는, 상술한 바와 같이, 밸브 시트(4b)의 외측에 위치하는 비교적 복잡한 형상을 갖는 공간에 의해 일차측 유로(4c)가 구성되고, 밸브 시트(4b)의 내측에 위치하는 일차측 유로(4c)보다 단순한 형상을 갖는 공간에 의해 이차측 유로(4d)가 구성되어 있다. 즉, 제2 장치에 흐르는 가스는, 밸브 시트(4b)의 외측에 위치하는 공간인 일차측 유로(4c)를 통해 유량 제어 밸브(4)에 유입되고, 밸브체(4a)와 밸브 시트(4b) 사이에 형성되는 갭을 외측으로부터 내측으로 통과한 후, 밸브 시트(4b)의 내측에 위치하는 공간인 이차측 유로(4d)로 유출된다. 이러한 가스가 흐르는 방향은, 상술한 종래 기술에 관한 유량 제어 밸브에 있어서 가스가 흐르는 방향과는 반대로 되어 있다. 결과적으로, 제2 장치에 의하면, 유체 저항을 작게(용량 계수(Cv값)를 크게) 하여 가스의 최대 유량을 크게 할 수 있다.
《제3 실시 형태》
전술한 바와 같이, 유량 제어 밸브에 있어서 가스의 최대 유량을 증가시키기 위해서는, 밸브 시트의 착좌면과 밸브체의 표면 사이에 형성되는 갭의 단면적 S를 증가시키는 것이 유효하다. 상술한 제2 장치가 구비하는 유량 제어 밸브(4)에 있어서는, 밸브체(4a)와 밸브 시트(4b) 사이에 형성되는 갭을 통해, 밸브 시트(4b)의 외측에 위치하는 일차측 유로(4c)로부터 밸브 시트(4b)의 내측에 위치하는 이차측 유로(4d)로 가스가 흐른다. 일차측 유로(4c)의 내측에 위치하는 이차측 유로(4d)에 추가하여 제2 이차측 유로를 더 마련하고, 일차측 유로(4c)와 이차측 유로(4d)를 연통시키는 갭을 형성할 수 있는 착좌면에 추가하여, 일차측 유로(4c)와 제2 이차측 유로를 연통시키는 갭을 형성할 수 있는 착좌면을 더 마련하면, 유량 제어 밸브 전체적인 갭의 단면적 S를 증가시켜, 가스의 최대 유량을 증가시킬 수 있다.
그래서 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(이후, 「제3 장치」라고 호칭되는 경우가 있음)가 구비하는 유량 제어 밸브에 있어서는, 일차측 유로(4c)의 내측에 위치하는 이차측 유로(4d)에 추가하여, 일차측 유로(4c)의 외측에 제2 이차측 유로가 형성되어 있다. 또한, 제3 장치가 구비하는 유량 제어 밸브에 있어서는, 일차측 유로(4c)와 이차측 유로(4d)를 연통시키는 갭을 형성할 수 있는 착좌면에 추가하여, 일차측 유로(4c)와 제2 이차측 유로를 연통시키는 갭을 형성할 수 있는 착좌면이 더 형성되어 있다.
구체적으로는, 제3 장치는, 상술한 제1 장치를 비롯한 본 발명이 다양한 실시 형태에 관한 유량 제어 장치이며, 유량 제어 밸브는, 밸브체와, 제1 통형 부재에 의해 구성되고 또한 상기 밸브체가 착좌되는 환형의 형상을 갖는 평면인 제1 착좌면이 제1 통형 부재의 상기 밸브체측의 단부면에 형성된 제1 밸브 시트와, 제1 통형 부재를 외측으로부터 둘러싸도록 배치된 제2 통형 부재에 의해 구성되고 또한 상기 밸브체가 착좌되는 환형의 형상을 갖는 평면인 제2 착좌면이 제2 통형 부재의 상기 밸브체측의 단부면에 형성된 제2 밸브 시트와, 제1 통형 부재와 제2 통형 부재 사이에 위치하는 공간인 일차측 유로와, 제1 통형 부재의 내측에 위치하는 공간인 제1 이차측 유로와, 제2 통형 부재의 외측에 위치하는 공간인 제2 이차측 유로를 구비하는, 유량 제어 장치이다.
도 3은, 제3 장치가 구비하는 유량 제어 밸브의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 단면도이다. 해칭이 실시된 부분은, 유량 제어 밸브(4)를 구성하는 부재의 단면을 도시한다. 단, 밸브체(4a)의 단면만은 굵은 선에 의해 표시되어 있다. 선 및 해칭이 없는 부분은, 가스의 유로 또는 부재 사이의 간극을 나타낸다. 화살표는, 가스가 흐르는 방향을 나타낸다.
도 3에 예시한 유량 제어 밸브(4)는, 원형의 다이어프램에 의해 구성된 밸브체(4a)와, 제1 밸브 시트(4b1)와, 제2 밸브 시트(4b2)와, 일차측 유로(4c)와, 제1 이차측 유로(4d1)와, 제2 이차측 유로(4d2)를 구비한다. 제1 밸브 시트(4b1)는, 제1 통형 부재에 의해 구성되고 또한 밸브체(4a)가 착좌되는 환형의 형상을 갖는 평면인 제1 착좌면이 제1 통형 부재의 밸브체(4a)측의 단부면에 형성된 밸브 시트이다. 제2 밸브 시트(4b2)는, 제1 통형 부재를 외측으로부터 둘러싸도록 배치된 제2 통형 부재에 의해 구성되고 또한 밸브체(4a)가 착좌되는 환형의 형상을 갖는 평면인 제2 착좌면이 제2 통형 부재의 밸브체(4a)측의 단부면에 형성된 밸브 시트이다.
일차측 유로(4c)는, 제1 통형 부재와 제2 통형 부재 사이에 위치하는 공간이다. 일차측 유로(4c)의 일부는, 제1 밸브 시트(4b1)의 외측의 표면 및 제2 밸브 시트(4b2)의 내측의 표면에 의해 구성되어 있어도 된다. 제1 이차측 유로(4d1)는, 제1 통형 부재의 내측에 위치하는 공간이다. 제1 이차측 유로(4d1)의 일부는, 제1 밸브 시트(4b1)의 내측의 표면에 의해 구성되어 있어도 된다. 제2 이차측 유로(4d2)는, 제2 통형 부재의 외측에 위치하는 공간이다. 제2 이차측 유로(4d2)의 일부는, 제2 밸브 시트(4b2)의 외측 표면에 의해 구성되어 있어도 된다.
도 3에 예시한 제3 장치가 구비하는 유량 제어 밸브(4)에 있어서도 또한, 도 2에 예시한 유량 제어 밸브(4)와 마찬가지로, 압박 부재(4f)를 통해, 도시하지 않은 구동 장치에 의해 밸브체(4a)가 간접적으로 구동됨으로써, 밸브 개방도가 조절(증감)된다. 이와 같이 도 3에 예시한 유량 제어 밸브(4)는, 밸브체(4a)가 다이어프램에 의해 구성된 다이어프램 밸브지만, 제1 장치 내지 제3 장치를 포함하는 본 발명 장치가 구비하는 유량 제어 밸브(4)는, 도 2 및 도 3에 예시한 다이어프램 밸브에 한정되지 않는다.
제3 장치에 있어서는, 상술한 바와 같이, 일차측 유로(4c)의 내측 및 외측에 제1 이차측 유로(4d1) 및 제2 이차측 유로(4d2)가 각각 마련되어 있다. 즉, 제3 장치에 흐르는 가스는, 제1 밸브 시트(4b1)와 제2 밸브 시트(4b2) 사이에 위치하는 공간인 일차측 유로(4c)를 통해 유량 제어 밸브(4)에 유입되고, 제1 밸브 시트(4b1)와 밸브체(4a) 사이에 형성되는 갭을 외측으로부터 내측으로 통과하여 제1 이차측 유로(4d1)로 유출됨과 함께, 제2 밸브 시트(4b2)와 밸브체(4a) 사이에 형성되는 갭을 내측으로부터 외측으로 통과하여 제2 이차측 유로(4d2)로 유출된다. 이와 같이, 제3 장치가 구비하는 유량 제어 밸브(4)는, 2개의 밸브 시트(즉, 제1 밸브 시트(4b1) 및 제2 밸브 시트(4b2))를 구비하므로, 도 2에 예시한 제2 장치가 구비하는 유량 제어 밸브(4)에 비해, 갭의 면적 S를 약 2배로 할 수 있다.
또한, 제3 장치가 구비하는 유량 제어 밸브(4)는, 제1 통형 부재의 내측에 위치하는 공간인 제1 이차측 유로(4d1)에 추가하여, 제2 통형 부재의 외측에 위치하는 공간인 제2 이차측 유로(4d2)를 더 구비한다. 제2 이차측 유로(4d2)는, 외측에 위치하는 제2 착좌면보다도 더 외측에 형성되므로, 제2 이차측 유로(4d2)의 단면적은 크고, 제2 이차측 유로(4d2)의 추가에 수반되는 이차측 유로 전체적인 단면적의 증대 효과는 크다.
따라서, 제3 장치가 구비하는 유량 제어 밸브(4)에 의하면, 제2 장치가 구비하는 유량 제어 밸브(4)에 비해, 유체 저항을 더 작게(용량 계수(Cv값)를 더 크게) 하여 가스의 최대 유량을 더 크게 할 수 있다. 또한, 제1 밸브 시트(4b1)의 제1 착좌면과 제2 밸브 시트(4b2)의 제2 착좌면은 서로 가까운 위치에 배치할 수 있으므로, 압박 부재(4f)에 의해 구동되는 밸브체(4a)의 표면을 확실하게 접촉(착좌)시켜 가스의 흐름을 확실하게 차단할 수 있다.
《제4 실시 형태》
제3 장치에 있어서는, 상술한 바와 같이, 일차측 유로(4c)에 흐르는 가스가, 제1 밸브 시트(4b1) 및 제2 밸브 시트(4b2)의 각각의 착좌면에 있어서의 갭을 통과하여, 제1 이차측 유로(4d1) 및 제2 이차측 유로(4d2)로 분기(분류)된다. 이와 같이 분기된 가스의 흐름은, 최종적으로는, 상술한 합류부(2b)에서 다른 유량 제어 밸브(4)로부터 유출된 가스의 흐름과 합류되어, 유출구(2r)를 경유하여 제3 장치로부터 배출된다.
상기한 바와 같이 제1 이차측 유로(4d1) 및 제2 이차측 유로(4d2)로 분기된 가스의 흐름을 합류시키기 위한 경로의 구성은 특별히 한정되지 않는다. 그러나 제2 이차측 유로(4d2)는, 도 3을 참조하면서 상술한 바와 같이, 제2 밸브 시트(4b2)를 사이에 두고 일차측 유로(4c)를 외측으로부터 둘러싸도록 형성되어 있고, 유량 제어 밸브(4)의 베이스의 내부에서 넓은 범위에 분포되어 있다.
이 때문에, 제2 이차측 유로(4d2)에 유출되어 상기한 바와 같이 넓은 범위에 분포된 가스를 하나의 경로를 경유하여(즉, 1개소에 집중하여) 분기 유로(2c) 또는 합류부(2b)로 유도하려고 하면, 제2 이차측 유로(4d2)의 내부에 있어서의 가스의 도정이 길어지거나, 가스의 흐름에 난류가 발생하여 유체 저항이 커지거나 할 우려가 있다.
그래서 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(이후, 「제4 장치」라고 호칭되는 경우가 있음)는, 제2 이차측 유로와 직접적으로 연통되는 적어도 2개의 유출 경로를 구비하고, 제2 이차측 유로로부터 상기 유출 경로를 경유하여 상기 분기 유로 또는 상기 합류부로 가스가 유출되도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같이 제4 장치에 있어서는, 제2 이차측 유로로 유출되어 상기한 바와 같이 넓은 범위에 분포된 가스가, 하나의 경로를 경유하여(즉, 1개소에 집중하여) 분기 유로 또는 합류부로 유도되는 것이 아니라, 제2 이차측 유로와 직접적으로 연통되는 적어도 2개의 유출 경로를 경유하여 분기 유로 또는 합류부로 유도된다. 또한, 여기서 「적어도 2개의 유출 경로를 구비하는」이란, 하나의 유량 제어 밸브에 대해, 적어도 2개의 유출 경로를 구비하는 것을 의미한다. 제2 이차측 유로와 직접적으로 연통되는 적어도 2개의 유출 경로를 경유하여 제2 이차측 유로로부터 유출된 가스는, 합류부와 연통되는 분기 유로를 경유하여 합류부로 유도되어도 되고, 분기 유로를 경유하는 일 없이 합류부로 직접적으로 유도되어도 된다.
도 4는, 제4 장치가 구비하는 유로의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 사시도이다. 도 4에 있어서는, 유로(2)의 구성을 알기 쉽게 예시하기 위해, 2개의 유량 제어 밸브가 구비하는 밸브체 및 압박 부재 등이 생략되어 있다. 또한, 외측으로부터 보이지 않는 유로(2)의 형상은 파선에 의해 나타나 있다. 도 4에 도시하는 예에 있어서는, 도시하지 않은 유입구로부터 유입된 가스는, 분기부(2a)에서 2개의 상류측 분기 유로(2cu)로 분기되고, 2개의 유량 제어 밸브가 구비하는 일차측 유로(4c)로 유도되고, 각각의 유량 제어 밸브에 있어서 2개의 착좌면을 타고 넘어 제1 이차측 유로(4d1)와 제2 이차측 유로(4d1)로 유출된다.
각각의 유량 제어 밸브에 있어서 제1 이차측 유로(4d1)로 유출된 가스는, 제1 하류측 분기 유로(2cd1)로 유출되고, 합류부(2b)에서 합류된다. 한편, 각각의 유량 제어 밸브에 있어서 제2 이차측 유로(4d2)로 유출된 가스는, 제2 이차측 유로(4d2)와 직접적으로 연통되는 2개의 유출 경로(2e)를 경유하여, 제2 하류측 분기 유로(2cd2)로 유출되고, 합류부(2b)에서 합류된다.
상기한 바와 같이, 도 4에 예시한 제4 장치에 있어서는, 제2 이차측 유로(4d2)로 유출되어 상술한 바와 같이 넓은 범위에 분포된 가스가, 하나의 경로를 경유하여(즉, 1개소에 집중하여) 분기 유로 또는 합류부로 유도되는 것이 아니라, 제2 이차측 유로(4d2)와 직접적으로 연통되는 2개의 유출 경로(2e)를 경유하여 제2 하류측 분기 유로(2cd2)로 유도된다. 이에 의해, 제2 이차측 유로(4d2)의 내부에 있어서의 가스의 도정이 길어지거나, 가스의 흐름에 난류가 발생하여 유체 저항이 커지거나 할 가능성이 저감된다.
또한, 상기한 바와 같이 적어도 2개의 유출 경로(2e)도 또한 유입구와 유출구를 연통시키는 유로의 일부이며, 제4 장치를 구성하는 베이스의 내부에 마련된다. 따라서, 유로를 구성하는 다른 부분과 마찬가지로, 유출 경로(2e)도 또한, 단면적을 크게 하거나, 굴곡이 적은 형상으로 하거나 할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 평형 증기압 PE(T)가 낮은 가스를 사용하는 경우 등, 일차측 압력 P1과 이차측 압력 P2의 압력차 ΔP1을 크게 할 수 없는 경우에 있어서도, 가스의 최대 유량을 종래보다 크게 할 수 있다.
《제5 실시 형태》
전술한 바와 같이, 본 발명에 관한 유량 제어 장치(본 발명 장치)가 구비하는 유량 제어 밸브는, 밸브 시트와 밸브체와 그들의 구동 장치를 구비하고, 유로를 흐르는 가스의 유량을 제어하는 것이 가능한 한, 어떠한 구성을 갖는 유량 제어 밸브여도 된다. 이러한 유량 제어 밸브의 구체예로서는, 예를 들어 다이어프램 밸브, 벨로우즈 밸브, 볼 밸브 및 니들 밸브 등, 공지의 구성을 갖는 밸브를 들 수 있고, 바람직하게는 본 발명 장치가 구비하는 유량 제어 밸브는 다이어프램 밸브이다.
따라서, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(이후, 「제5 장치」라고 호칭되는 경우가 있음)는, 상술한 제1 장치 내지 제4 장치를 비롯한 본 발명의 다양한 실시 형태에 관한 유량 제어 장치이며, 밸브체가 다이어프램인 유량 제어 장치이다. 도 2 및 도 3에 예시한 제2 장치 및 제3 장치가 구비하는 유량 제어 밸브는, 상술한 바와 같이, 밸브체(4a)로서 다이어프램을 구비한다는 점에서, 제5 장치가 구비하는 유량 제어 밸브의 2개의 구체예이기도 하다.
즉, 제5 장치가 구비하는 유량 제어 밸브는 다이어프램을 밸브체로서 구비한다. 전형적으로는, 다이어프램은 원형의 형상을 갖는 금속제의 박판에 의해 구성된 격막이다. 다이어프램의 2개의 주면 중 한쪽은 가스의 유로에 면하고 있고, 다른 쪽은 외기와 연통되는 공간에 면하고 있다. 따라서, 가스와 외기는 다이어프램에 의해 격리되어 있다. 다이어프램의 외주부는 착좌면을 포함하는 평면인 착좌 평면에 대해 소정의 거리만큼 이격된 기준 위치에 고정되어 있다. 구체적으로는, 다이어프램은, 그 외주부가 다른 부재에 간극 없이 고정되어 있다. 다이어프램과 다른 부재의 고정 부분은, 가스킷, 그 밖의 수단에 의해 가스가 누설되지 않도록 기밀하게 유지되어 있는 것이 바람직하다. 다이어프램의 고정 부분보다 조금 내측에, 다이어프램의 변형에 의한 유량 제어 밸브의 개폐 동작 및 밸브 개방도의 조절(증감)을 용이하게 하기 위한 굴곡부가 마련되어 있는 것이 바람직하다. 다이어프램을 밸브체로서 채용함으로써, 단순한 구조에 의해 가스의 유로의 기밀성과 유량 제어 밸브의 구동 성능을 양립시킬 수 있다.
다이어프램은, 스테인리스강 등의 내부식성 금속의 박판에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 유량 제어 밸브를 사용하여 금속에 대한 부식성을 갖는 가스의 유량을 제어하는 것이 가능해진다. 다이어프램을 구성하는 금속제의 박판의 두께는, 0.2㎜ 이상, 0.5㎜ 이하인 것이 바람직하다. 다이어프램의 두께가 0.2㎜ 이상일 때는 다이어프램의 강도가 충분해지고, 0.5㎜ 이하일 때는 압박 수단에 의한 다이어프램의 변형(구동)이 용이해진다. 다이어프램의 보다 바람직한 두께는, 0.3㎜ 이상, 0.4㎜ 이하이다.
《제6 실시 형태》
전술한 바와 같이, 원자층 퇴적법(ALD)에 있어서는, 예를 들어 유기 금속 화합물 및/또는 금속 할로겐화물 등의 전구체를, 기화기 등을 사용하여 기화시킨 가스를 성막 재료로서 사용할 수 있다. 이들 전구체는, 일반적으로 분자량이 크고, 상온 상압에서 액체(또는 고체)이고, 평형 증기압이 낮기 때문에, 냉각 또는 압력 상승에 의해 용이하게 액화(또는 고화)된다. 따라서, 이들 가스의 액화(또는 고화)를 방지하면서 유량을 제어하여 반도체 제조 장치에 공급하기 위해서는, 온도 T를 고온으로 유지함과 함께, 일차측 압력 P1 및 이차측 압력 P2가 온도 T에 있어서의 평형 증기압 PE(T)를 초과하지 않는 상태를 유지하면서 유량 제어를 행할 필요가 있다.
그래서 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(이후, 「제6 장치」라고 호칭되는 경우가 있음)는, 상술한 제1 장치 내지 제5 장치를 비롯한 본 발명의 다양한 실시 형태에 관한 유량 제어 장치이며, 가스의 유로의 적어도 일부를 가열하도록 구성된 가열 장치를 더 구비하는, 유량 제어 장치이다.
제6 장치가 구비하는 가열 장치는, 가스의 유로의 적어도 일부를 가열하는 것이 가능한 한, 특별히 한정되지 않는다. 이러한 가열 장치의 구체예로서는, 예를 들어 제6 장치를 구성하는 베이스에 천공된 구멍에 삽입되고 또한 통전에 의해 발열하는 카트리지 히터 등을 들 수 있다. 혹은, 제6 장치가 구비하는 가열 장치는, 제6 장치를 구성하는 베이스의 표면의 적어도 일부의 영역에 열전도 가능하게 접촉하도록 배치된 가열 블록이어도 된다. 이러한 가열 블록은, 예를 들어 알루미늄 등, 높은 열전도율을 갖는 재료에 의해 형성된 괴상의 부재와, 당해 괴상의 부재에 천공된 구멍에 삽입되고 또한 통전에 의해 발열하는 카트리지 히터를 구비할 수 있다.
제6 장치에 의하면, 상술한 바와 같은 가열 장치에 의해, 가스의 유로의 적어도 일부를 가열할 수 있다. 따라서, 상술한 원자층 퇴적법(ALD)에 있어서 사용되는 전구체와 같이 평형 증기압이 낮기 때문에 냉각 또는 압력 상승에 의해 용이하게 액화(또는 고화)되는 물질의 가스의 유량을 제어하는 경우에 있어서도, 이러한 가스의 액화(또는 고화)를 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 제6 장치의 변형예로서, 예를 들어 제6 장치를 구성하는 베이스의 노출면 및/또는 상술한 가열 블록을 구비하는 경우는 당해 가열 블록의 노출면 등, 제6 장치의 노출면의 적어도 일부가 단열재에 의해 덮여 있어도 된다. 이것에 의하면, 예를 들어 가열 장치에 의한 가스의 유로의 가열 효율의 향상 및 가스의 유로의 온도의 주위 환경에 의한 영향의 저감 등의 효과를 달성할 수 있다.
《제7 실시 형태》
그런데, 전술한 바와 같이, 본 발명에 관한 유량 제어 장치(본 발명 장치)는, 베이스의 내부에서 복수의 분기 유로로 분기된 가스의 유로를 구비하고, 이들 복수의 분기 유로 각각에 적어도 하나의 유량 제어 밸브가 개재 장착되어 있다. 즉, 본 발명 장치는, 가스의 유로에 있어서 병렬로 배치된 복수의 유량 제어 밸브를 구비한다. 이들 복수의 유량 제어 밸브의 개폐 동작 그리고 밸브 개방도의 조절(증감)은, 본 발명 장치가 구비하는 구동 장치가 밸브체 및/또는 밸브 시트에 직접적으로 접촉하여 밸브체 및/또는 밸브 시트를 구동함으로써 행할 수 있다. 혹은, 이들 복수의 유량 제어 밸브의 개폐 동작 그리고 밸브 개방도의 조절(증감)은, 본 발명 장치가 구비하는 구동 장치가 예를 들어 로커 암 및 압박 부재 등의 다른 부재를 통해 밸브체 및/또는 밸브 시트에 간접적으로 접촉하여 밸브체 및/또는 밸브 시트를 구동함으로써 행할 수도 있다.
상기한 바와 같은 밸브체 및/또는 밸브 시트를 구동하기 위한 구동 기구(구동 장치, 또는 구동 장치와 다른 부재의 조합)는, 복수의 유량 제어 밸브 각각에 마련할 수 있다. 그러나 유량 제어 장치의 대형화, 구성 및 제어 기구의 복잡화, 그리고 제조 비용의 증대 등의 문제를 저감하는 관점에서는, 복수의 유량 제어 밸브 중 적어도 일부의 유량 제어 밸브가 공통의 구동 기구에 의해 구동되는 것이 바람직하다.
그래서 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 유량 제어 장치(이후, 「제7 장치」라고 호칭되는 경우가 있음)는, 상술한 제1 장치 내지 제6 장치를 비롯한 본 발명의 다양한 실시 형태에 관한 유량 제어 장치이며, 적어도 2개의 유량 제어 밸브 중 적어도 2개의 유량 제어 밸브가 하나의 공통의 구동 기구에 의해 구동되어 밸브 개방도가 변경되도록 구성되어 있는 유량 제어 장치이다.
제7 장치에 있어서 적어도 2개의 유량 제어 밸브를 구동하는 하나의 공통의 구동 기구의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 전압 신호에 의해 구동되는 압전 소자 또는 전류 신호에 의해 구동되는 솔레노이드 코일을 구동 장치로서 채용하는 경우는, 예를 들어 로커 암 및 압박 부재 등의 다른 부재를 복수의 유량 제어 밸브의 밸브체에 접촉하도록 배치함으로써, 이들 복수의 유량 제어 밸브를 동시에 구동할 수 있다. 혹은, 예를 들어 회전기와 기어 또는 캠의 조합을 구동 장치로서 채용하는 경우는, 예를 들어 복수의 유량 제어 밸브의 밸브체에 접촉하도록 구성된 기어 또는 캠을 회전기의 출력축에 배치함으로써, 이들 복수의 유량 제어 밸브를 동시에 구동할 수 있다.
도 5는, 제7 장치의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 블록도이다. 제7 장치(1b)는, 유로(2)와, 유로에 흐르는 가스의 유량을 측정하는 유량 센서(3)와, 유로(2)에 흐르는 가스의 유량을 제어하는 2개의 유량 제어 밸브(4)를 구비한다. 또한, 도 5는, 제7 장치(1b)를 구성하는 각 요소의 상대적인 위치 관계를 예시하는 모식도이며, 제7 장치(1b)에 있어서의 각 요소의 실제의 배치를 나타내는 것은 아니다.
제7 장치(1b)는, 2개의 유량 제어 밸브(4)가 하나의 공통의 구동 기구(5)에 의해 구동되어 밸브 개방도가 동시에 변경되도록 구성되어 있는 점을 제외하고, 도 1에 도시한 제1 장치(1a)와 마찬가지의 구성을 갖는다. 따라서, 이하의 설명에 있어서는, 주로 구동 기구(5)의 구성에 대해 설명하고, 그 밖의 구성 요소에 관한 설명은 생략한다.
도 6은 제7 장치(1b)의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 우측면도이고, 도 7은 도 6에 도시한 제7 장치(1b)의 유입로 및 유출로의 축을 포함하는 평면에 의한 모식적인 단면도이다. 또한, 도 8은 도 6에 도시한 제7 장치(1b)의 모식적인 정면도이고, 도 9는 도 8에 도시한 제7 장치(1b)의 일차측 유로의 축을 포함하는 평면에 의한 모식적인 단면도이다. 또한, 도 10은, 도 6에 도시한 제7 장치(1b)의 모식적인 사시도이다. 게다가, 도 11은 도 6에 도시한 제7 장치(1b)가 구비하는 구동 장치(5a)의 움직임을 유량 제어 밸브(4)의 밸브체로 전달하기 위한 로커 암(5r)을 포함하는 제1 전달 기구(5b)의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 사시도이다.
도 6 내지 도 8 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 제7 장치(1b)가 구비하는 구동 기구(5)는, 구동 장치(5a), 제1 전달 기구(5b) 및 제2 전달 기구(5c)에 의해 구성되어 있다. 제7 장치(1b)가 구비하는 유량 센서(3)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 가스의 유로(2)에 마련된 바이패스(3a)와, 바이패스(3a)의 상류측에서 가스의 유로(2)로부터 분기되어 바이패스(3a)의 하류측에서 가스의 유로(2)로 합류하는 센서 튜브(3b)와, 센서 튜브(3b)에 감긴 센서 와이어(도시하지 않음)를 구비하는 열식 유량 센서이다.
구동 장치(5a)는, 전압 신호에 의해 구동되는 압전 소자이다. 제1 전달 기구(5b)는, 구동 장치(5a)의 움직임을 유량 제어 밸브(4)의 밸브체를 압박하는 압박 부재(4f)로 전달하는 로커 암(5r)을 포함한다. 제2 전달 기구(5c)는, 로커 암(5r)에 의해 구동되어 유량 제어 밸브(4)의 밸브체를 압박하는 압박 부재(4f)를 포함한다. 제7 장치(1b)에 있어서의 가스의 흐름은, 도 6 및 도 7에 있어서 백색 화살표에 의해 나타나 있다. 또한, 제7 장치(1b)에 있어서는, 가스의 흐름에 있어서의 상류측의 단부인 유입구 및 하류측의 단부인 유출구에 다른 기기와의 접속용 조인트부가 각각 마련되어 있다.
제7 장치(1b)는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 2개의 유량 제어 밸브(4)가 하나의 공통의 구동 기구(5)에 의해 구동되어 밸브 개방도가 동시에 변경되도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 도 11에 있어서 굵은 실선의 양방향 화살표에 의해 나타내는 바와 같이, 제1 전달 기구(5b)는, 구동 장치(5a)에 의해 구동되어 로커 암(5r)이 회전축(5s)을 중심으로 하여 회동하도록 구성되어 있다. 즉, 도 11에 예시하는 로커 암(5r)은, 회전축(5s)으로 이루어지는 지지점과, 구동 장치(5a)에 의해 구동에 의해 구동되는 하나의 힘점과, 2개의 스템(4s)을 구동하는 2개의 작용점을 갖는 일종의 지레이다. 로커 암(5r)은 제2 전달 기구(5c)의 내부에서 유량 제어 밸브(4)의 밸브체의 변위 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 마련된 2개의 스템(4s)과 접촉하고, 이들 2개의 스템(4s)을 통해 2개의 유량 제어 밸브(4)의 압박 부재(4f)를 구동한다. 이와 같이 하여 구동되는 2개의 압박 부재(4f)는 2개의 유량 제어 밸브(4)의 밸브체를 각각 구동하여, 2개의 유량 제어 밸브(4)의 밸브 개방도를 조절한다.
또한, 도 5 내지 도 11에 예시한 제7 장치는 2개의 유량 제어 밸브를 구비하고, 이들 2개의 유량 제어 밸브의 양쪽이 하나의 공통의 구동 기구에 의해 구동되도록 구성되어 있다. 그러나 제7 장치가 구비하는 유량 제어 밸브의 수는 2개에 한정되지 않고, 제7 장치는 3개 이상의 유량 제어 밸브를 구비할 수 있다. 이 경우, 3개 이상의 유량 제어 밸브 전부가 하나의 공통의 구동 기구에 의해 구동되도록 구성해도 되고, 혹은 3개 이상의 유량 제어 밸브의 일부(예를 들어, 2개)가 하나의 공통의 구동 기구에 의해 구동되도록 구성해도 된다.
상기한 바와 같이, 제7 장치에 있어서는, 적어도 2개의 유량 제어 밸브 중 적어도 2개의 유량 제어 밸브가 하나의 공통의 구동 기구에 의해 구동되어 밸브 개방도가 변경되도록 구성되어 있다. 그 결과, 제7 장치에 의하면, 유량 제어 장치의 대형화, 구성 및 제어 기구의 복잡화, 그리고 제조 비용의 증대 등의 문제를 저감하면서, 복수의 유량 제어 밸브를 구비할 수 있다.
이상, 본 발명을 설명하는 것을 목적으로 하여, 특정 구성을 갖는 몇몇 실시 형태에 대해, 때로는 첨부 도면을 참조하면서 설명하였지만, 본 발명의 범위는, 이들 예시적인 실시 형태에 한정된다고 해석되어서는 안되며, 청구범위 및 명세서에 기재된 사항의 범위 내에서, 적절하게 수정을 가하는 것이 가능한 것은 물론이다.
1a, 1b: 질량 유량 제어 장치
2: 유로
2a: 분기부
2b: 합류부
2c: 분기 유로
2cu: 상류측 분기 유로
2cd1: 제1 하류측 분기 유로
2cd2: 제2 하류측 분기 유로
2e: 유출 경로
2p: 유입구
2q: 유입로
2r: 유출구
2s: 유출로
3: 유량 센서
3a: 바이패스
3b: 센서 튜브
4: 유량 제어 밸브
4a: 밸브체
4b: 밸브 시트
4b1: 제1 밸브 시트
4b2: 제2 밸브 시트
4c: 일차측 유로
4d: 이차측 유로
4d1: 제1 이차측 유로
4d2: 제2 이차측 유로
4f: 압박 수단
5: 구동 기구
5a: 구동 장치
5b: 제1 전달 기구
5c: 제2 전달 기구
5r: 로커 암
5s: 회전축
2: 유로
2a: 분기부
2b: 합류부
2c: 분기 유로
2cu: 상류측 분기 유로
2cd1: 제1 하류측 분기 유로
2cd2: 제2 하류측 분기 유로
2e: 유출 경로
2p: 유입구
2q: 유입로
2r: 유출구
2s: 유출로
3: 유량 센서
3a: 바이패스
3b: 센서 튜브
4: 유량 제어 밸브
4a: 밸브체
4b: 밸브 시트
4b1: 제1 밸브 시트
4b2: 제2 밸브 시트
4c: 일차측 유로
4d: 이차측 유로
4d1: 제1 이차측 유로
4d2: 제2 이차측 유로
4f: 압박 수단
5: 구동 기구
5a: 구동 장치
5b: 제1 전달 기구
5c: 제2 전달 기구
5r: 로커 암
5s: 회전축
Claims (7)
- 가스의 유입구 및 유출구가 표면에 마련되고 또한 상기 유입구와 상기 유출구를 연통시키는 유로가 내부에 마련된 베이스와,
상기 유로에 흐르는 상기 가스의 유량을 측정하는 유량 센서와,
동일한 사양을 갖고 또한 상기 유로에 흐르는 상기 가스의 유량을 제어하는 적어도 2개의 유량 제어 밸브
를 구비하는 유량 제어 장치이며,
상기 유로는,
상기 유입구와 연통되는 공간인 유입로와,
상기 유입로와 연통되고 또한 상기 가스의 흐름을 분기시키는 공간인 분기부와,
상기 분기부와 병렬로 연통되는 적어도 2개의 공간인 분기 유로와,
상기 분기 유로와 연통되고 또한 상기 가스의 흐름을 합류시키는 공간인 합류부와,
상기 합류부와 상기 유출구를 연통시키는 공간인 유출로
를 구비하고,
상기 유량 센서는, 상기 유로에 흐르는 상기 가스의 총 유량을 검출하도록 구성되어 있고,
적어도 하나의 상기 유량 제어 밸브가, 상기 분기 유로 각각에 개재 장착되어 있는,
유량 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 유량 제어 밸브는,
밸브체와,
통형 부재에 의해 구성되고 또한 상기 밸브체가 착좌되는 환형의 형상을 갖는 평면인 착좌면이 상기 통형 부재의 상기 밸브체측의 단부면에 형성된 밸브 시트와,
상기 통형 부재의 외측에 위치하는 공간인 일차측 유로와,
상기 통형 부재의 내측에 위치하는 공간인 이차측 유로
를 구비하는,
유량 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 유량 제어 밸브는,
밸브체와,
제1 통형 부재에 의해 구성되고 또한 상기 밸브체가 착좌되는 환형의 형상을 갖는 평면인 제1 착좌면이 상기 제1 통형 부재의 상기 밸브체측의 단부면에 형성된 제1 밸브 시트와,
상기 제1 통형 부재를 외측으로부터 둘러싸도록 배치된 제2 통형 부재에 의해 구성되고 또한 상기 밸브체가 착좌되는 환형의 형상을 갖는 평면인 제2 착좌면이 상기 제2 통형 부재의 상기 밸브체측의 단부면에 형성된 제2 밸브 시트와,
상기 제1 통형 부재와 상기 제2 통형 부재 사이에 위치하는 공간인 일차측 유로와,
상기 제1 통형 부재의 내측에 위치하는 공간인 제1 이차측 유로와,
상기 제2 통형 부재의 외측에 위치하는 공간인 제2 이차측 유로
를 구비하는,
유량 제어 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제2 이차측 유로와 직접적으로 연통되는 적어도 2개의 유출 경로를 구비하고,
상기 제2 이차측 유로로부터 상기 유출 경로를 경유하여 상기 분기 유로로 상기 가스가 유출되도록 구성되어 있는,
유량 제어 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유량 제어 밸브가 구비하는 밸브체는, 다이어프램인,
유량 제어 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유로의 적어도 일부를 가열하도록 구성된 가열 장치를 더 구비하는,
유량 제어 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2개의 상기 유량 제어 밸브 중 적어도 2개의 상기 유량 제어 밸브는, 하나의 공통의 구동 기구에 의해 구동되어 밸브 개방도가 변경되도록 구성되어 있는,
유량 제어 장치.
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