WO2011040409A1 - 流量測定機構及びマスフローコントローラ - Google Patents

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WO2011040409A1
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繁之 林
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株式会社堀場エステック
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    • G01F1/48—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by a capillary element

Definitions

  • the present invention relates to a so-called pressure type flow rate measuring mechanism that measures the flow rate of a fluid flowing through the resistance flow path according to the upstream and downstream pressures of the fluid resistance, and a mass flow controller using the so-called pressure type flow rate measuring mechanism.
  • This type of flow measurement mechanism measures the fluid pressure upstream and downstream of the resistance flow path represented by a restrictor, nozzle, etc., and based on the pressure value and the resistance value of the resistance flow path, It measures the mass flow rate of the fluid flowing through the passage.
  • FIG. 14 there is a block body 1 'integrated with a pressure sensor 2', a fluid resistance member 3 'forming a resistance flow path 3a', and the like.
  • the flow rate measurement mechanism 10 ′ forms an internal channel 1a ′ through which a fluid to be measured flows in the body 1 ′, and the resistance channel 3a ′ is interposed in the middle of the internal channel 1a ′.
  • the fluid resistance member 3 ′ is embedded in the body 1 ′.
  • the fluid resistance member 3 ′ is disposed on the opposite surface of the body 1 ′ from the pressure sensor 2 ′, and the fluid resistance member 3 ′ is accommodated in the recess 1 b ′ provided on the surface. ing.
  • the reason why the fluid resistance member 3 ′ is not provided in series with the pressure sensor 2 ′ on the same surface of the body 1 ′ is that the body 1 ′ becomes long and obstructs compactness.
  • the internal flow path 1a ′ extends from the mounting surface of the pressure sensor 2 ′ in the body 1 ′ to the mounting surface of the fluid resistance member 3 ′ on the opposite side, and its length is long. It tends to be.
  • the mass flow controller 100 ′ is configured by attaching the flow rate adjusting valve 4 ′ to the front stage of the flow rate measuring mechanism 10 ′, the resistance flow path 3a ′ from the valve body of the flow rate adjusting valve 4 ′.
  • the volume of the internal flow path 1a ′ is increased.
  • Patent Document 1 it is considered that the body is divided into two in the longitudinal direction, and the internal flow path is divided, and a fluid resistance member is sandwiched between them. Therefore, it is still difficult to avoid a complicated structure and an increased number of parts.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and the main problem is that a fluid measuring device and a fluid resistance member are attached to a body having an internal flow path and flow through the internal flow path.
  • a so-called flow measurement mechanism configured to measure the flow rate of fluid, a short internal flow path is realized with a small number of parts while maintaining compactness.
  • the flow rate measuring mechanism communicates the body having the internal flow path through which the fluid to be measured flows, the upstream internal flow path and the downstream internal flow path which are separated from the internal flow path.
  • a fluid resistance member having a resistance flow path; and a fluid measurement device that detects a physical quantity related to the flow rate of the fluid, so that the flow rate of the fluid can be calculated based on the physical quantity detected by the fluid measurement device.
  • the fluid resistance member is formed so as to pass through the communication path, and the fluid resistance member is disposed between the body and the fluid measuring device.
  • either one of the internal flow paths and the inlet provided in the fluid measuring device communicate with each other through the communication path, and the other of the internal flow paths and the communication path are connected to the resistance flow path. Through It is characterized in that it has configured to passing.
  • the fluid measuring device and the fluid resistance member are laminated on the same side of the body, the internal flow path length between them can be shortened as much as possible. Therefore, it becomes possible to improve the responsiveness of flow rate sensing.
  • the fluid measuring device is stacked on the fluid resistance member, it is possible to prevent the body from becoming unnecessarily long. Further, since the body is not divided and special members are not required, the structure is not complicated and the number of parts is not increased.
  • the pressure sensor directly serves as a fixture for the body of the fluid resistance member. Therefore, parts can be reduced.
  • a recess in which the upstream internal flow channel and the downstream internal flow channel open on the side surface or the bottom surface is opened on the outer surface of the body is opened on the outer surface of the body.
  • the fluid resistance member is housed in the recess and the fluid measuring device is attached to the body so that the mounting surface of the pressure sensor seals the opening of the recess and holds the fluid resistance member. Things can be mentioned.
  • the fluid measuring device is a pressure sensor that detects the pressure of at least one of the upstream internal flow path and the downstream internal passage, and the pressure sensor Examples include a configuration in which the flow rate of the fluid can be calculated based on the detected fluid pressure.
  • the fluid measuring device is shunted by the fluid resistance member, and a part of the fluid introduced from the inlet is the internal flow. It may be a thermal flow sensor provided with a sensor flow path having a lead-out port led out to the other side of the path.
  • the flow rate adjustment valve attached to the body and the flow rate adjustment valve are controlled so that the flow rate measured by the flow rate measurement mechanism becomes a predetermined target flow rate.
  • a control circuit may be provided.
  • pressure sensor and the flow rate adjusting valve are attached to only one specific surface of the body, it is possible to reduce the size when a plurality of pressure sensors and flow rate adjusting valves are provided.
  • the fluid measuring device and the fluid resistance member are laminated on the same side of the body, the internal flow path length between them can be shortened as much as possible, and the response of flow sensing can be improved. It becomes possible to improve. Further, since the fluid measuring device is laminated on the fluid resistance member, it is possible to prevent the body from becoming unnecessarily long, and it does not cause a complicated structure or an increase in the number of parts.
  • Fluid circuit diagram of mass flow controller in one embodiment of the present invention The whole perspective view of the mass flow controller in the embodiment.
  • the longitudinal cross-sectional view which shows the internal structure of the massflow controller in the embodiment.
  • the cross-sectional view which shows the internal structure of the pressure sensor in the embodiment.
  • the fragmentary sectional view which shows the internal structure of the flow regulating valve in the embodiment.
  • the fragmentary sectional view which shows the internal structure in the state which accommodated the fluid resistance member in the same embodiment in the recessed part.
  • the longitudinal cross-sectional view which shows the internal structure of the massflow controller in other embodiment of this invention.
  • the fluid circuit diagram of the mass flow controller in another embodiment of this invention The whole perspective view of the mass flow controller in another embodiment.
  • the longitudinal cross-sectional view which shows the internal structure of the massflow controller in another embodiment The longitudinal cross-sectional view which shows the internal structure of the conventional massflow controller.
  • a mass flow controller 100 is mounted on, for example, a gas panel and constitutes a part of a material supply line of a semiconductor manufacturing apparatus.
  • FIG. 1 shows a fluid circuit diagram
  • FIG. 2 shows an overall perspective view.
  • an internal flow path 1a for flowing a fluid to be flow controlled a flow rate adjustment valve 4 provided on the internal flow path 1a, and a downstream side of the flow rate adjustment valve 4, the internal flow path 1a
  • a control circuit 6 (not shown in FIG. 1) for controlling the flow rate adjusting valve 4 so that the flow rate measured by the flow rate measurement mechanism 10 becomes a predetermined target flow rate. Not).
  • the internal flow path 1 a is formed in a body 1 having a long and thin rectangular parallelepiped shape, and the fluid inlet port 1 d and the fluid outlet port 1 e are arranged at both ends orthogonal to the longitudinal direction of the body 1.
  • Each of the surfaces is opened so that the fluid flows along the longitudinal direction when viewed from a direction orthogonal to the component mounting surface 1c (hereinafter also referred to as a plan view).
  • one surface parallel to the longitudinal direction of the body 1 is set as a component mounting surface 1c, and the flow regulating valve 4, the pressure sensors 21, 22 and the like are mounted only on the component mounting surface 1c. It is configured. Further, the surface opposite to the mounting surface 1c is a fixing surface for fixing the body 1 to a panel or the like. Furthermore, it is configured so that nothing is attached to the other two surfaces (hereinafter referred to as side surfaces) parallel to the longitudinal direction so that the side surfaces of the plurality of bodies 1 can be arranged in close contact or close to each other. is there.
  • the flow rate adjusting valve 4 has a substantially cylindrical shape including a valve seat member 42 and a valve body member 41, and the longitudinal direction of the component 1 on the component mounting surface 1 c of the body 1. It is vertically attached to one end of the direction. Further, the width dimension is set smaller than or equal to the width dimension (dimension in the direction perpendicular to the longitudinal direction) of the component mounting surface 1c. As shown in FIG. In the state attached to the body 1, the flow rate adjusting valve 4 is configured not to protrude in the width direction from the body 1.
  • the valve seat member 42 has a cylindrical shape in which a protruding annular valve seat 42 a is formed at the center of the top surface. It fits into a bottomed recess 1f opened at one end of the component mounting surface 1c. And this bottomed recessed part 1f is provided in the position which divides the said internal flow path 1a, and the upstream internal flow of the divided
  • valve seat member 42 opens to the inside of the valve seat 42 a on the top surface of the valve seat member 42, and the other end of the valve seat member 42 opens to a central portion of the bottom surface of the valve seat member 42; One end opens to the outside of the valve seat 42a on the top surface of the valve seat member 42, and the other end passes through a fluid outlet path 42c that opens to the peripheral edge of the bottom surface of the valve seat member 42.
  • the other end of the fluid introduction path 42b is sealed at the end of the upstream internal flow path 1a (1) that opens at the center of the bottomed recess 1f. It communicates via member SL2. Further, since the other end of the fluid lead-out path 42c has a gap between the bottom peripheral edge portion of the valve seat member 42 and the inner peripheral surface of the bottomed recess 1f from the bottom peripheral edge portion to the side peripheral surface bottom portion, It communicates with the beginning of 1a (2).
  • the valve body member 41 includes a casing 411 configured to be in an airtight state and a columnar stack accommodated in the casing 411. And a piezoelectric element 412.
  • the casing 411 includes a cylindrical body 411a having a substantially cylindrical shape, an elastically deformable thin plate-like diaphragm member 411b that seals the base end surface of the cylindrical body 411a, and a distal end portion of the cylindrical body 411a in the axial direction.
  • It comprises an initial adjustment screw 411d attached so as to be able to advance and retreat, and a bellows member 411c that can be expanded and contracted in the axial direction to seal the screwed portion between the initial adjustment screw 411d and the cylindrical body 411a. Is joined to the inner surface of the diaphragm member 411b, and the other end of the laminated piezoelectric element 412 is joined to the tip of the initial adjustment screw 411d.
  • the diaphragm member 411b is opposed to the valve seat 42a, and the distance between the diaphragm member 411b and the valve seat 42a is changed by the expansion and contraction of the piezoelectric element 412, so that the diaphragm member 411b functions as the valve body 41a.
  • the flow rate measuring mechanism 10 includes a resistance channel 3a provided on the internal channel 1a, and an internal channel 1a on the upstream side and the downstream side of the resistance channel 3a, as shown in FIG.
  • the flow rate of the fluid flowing through the internal flow path 1a is determined based on the pressure measurement value by the pressure sensors 21 and 22 and the resistance value of the resistance flow path 3a. It is configured to be measurable.
  • the pressure sensors 21 and 22 correspond to the fluid measuring device in the claims.
  • the resistance flow path 3a is formed in a rectangular parallelepiped fluid resistance member 3 in which a plurality of rectangular thin plates 31 to 35 are laminated. That is, as shown in FIG. 6, each thin plate or a part of the thin plate overlaps with each other when laminated and penetrates in the laminating direction and penetrates through the hole 3 b, and penetrates in the face plate direction and extends in the longitudinal direction.
  • a plurality of slits 3d are provided, and when the thin plates 31 to 35 are laminated, the resistance flow path 3a is formed by the slits 3d.
  • the flow path resistance can be adjusted by changing the shape and number of the slits 3d.
  • the pressure inlet 2a1 is in contact with the slit 3d at the center of the rectangular plate 31 on the uppermost surface so that the pressure in the upstream internal flow path 1a (2) is introduced.
  • a rectangular recess 1h is provided at the center in the longitudinal direction of the component mounting surface 1c of the body 1, as shown in FIGS. 3, 6, and 9, so as to divide the internal flow path 1a.
  • the fluid resistance member 3 is attached to the recess 1h by being fitted with a gap in the longitudinal direction of the body 1 without a gap in the width direction.
  • the end of the upstream internal flow channel 1a (2) of the internal flow channel 1a divided by the recess 1h opens, while the bottom surface in the longitudinal direction of the bottomed recess 1f.
  • the edge part it is comprised so that the start end of the downstream internal flow path 1a (3) may open.
  • the pressure sensors 21 and 22 include a main body 2A having a flat shape and a sensor element such as a piezoelectric element (not shown) housed in the main body 2A.
  • the flat main body 2A is arranged so that the face plate portion is perpendicular to the component mounting surface 1c of the body 1 and parallel to the longitudinal direction of the body 1 with respect to the component mounting surface 1c of the body 1. It is attached.
  • the thickness dimension of the pressure sensors 21 and 22 is set smaller than or equal to the width dimension orthogonal to the longitudinal direction of the component mounting surface 1c, and the pressure sensor 21 in the mounted state. , 22 does not protrude in the width direction from the body 1.
  • a fluid filling chamber 2b having a pressure-sensitive surface 2b1 formed on the inner surface, a pressure inlet 2a1 (corresponding to an inlet in the claims) provided on the mounting surface 2a for the body 1, and the fluid filling chamber A fluid introduction passage 2c communicating with 2b is provided, and the sensor element detects the amount of displacement of the pressure-sensitive surface 2b1 received by pressure and outputs it as a pressure signal.
  • the fluid filling chamber 2b has a thin disk shape formed in the main body 2A, and one face plate portion of the fluid filling chamber 2b is used as the pressure sensitive surface 2b1.
  • the pressure-sensitive surface 2b1 is set to be parallel to the longitudinal direction of the body 1 and perpendicular to the component mounting surface 1c when the pressure sensors 21 and 22 are attached to the body 1.
  • a sensor element (not shown) is brought into contact with the back side of the wall forming the pressure-sensitive surface 2b1.
  • the upstream side pressure sensor 21 of the pair of pressure sensors 21 and 22 is attached to the longitudinal center of the component attachment surface 1c of the body 1, and the downstream side pressure sensor 22 is It is made to attach to the other end part of the longitudinal direction in the said component attachment surface 1c.
  • the attachment surface 2a hermetically seals the opening of the recess 1h via the annular seal member SL4, and the inside of the recess 1h.
  • the fluid resistance member 3 is configured to be pressed and clamped between the bottom surface of the recess 1h.
  • the fluid resistance member 3 stacked in a rectangular parallelepiped shape is pressed against the recess 1h, whereby the seal provided at the end of the upstream internal flow path 1a (2).
  • the member SL3 is elastically deformed and a repulsive force is applied to the fluid resistance member 3. For this reason, it will be strongly pressed and clamped between the upstream pressure sensor 21 and the fluid resistance member 3 is fixed while maintaining the laminated state.
  • the communication path 3c in the fluid resistance member 3 is connected to the pressure introduction port 2a1 of the upstream pressure sensor 21, and the internal flow path 1a (2) upstream of the resistance flow path 3a is connected to the communication path 3c. It is constituted so as to communicate with the upstream pressure sensor 21 via.
  • the internal flow path 1a (3) on the downstream side of the resistance flow path 3a extends along the longitudinal direction of the body 1 to reach the fluid outlet 1e, and is further downstream by the branch flow path 1i branched in the middle.
  • the side pressure sensor 22 is connected to the pressure inlet 2a1.
  • the control circuit 6 is provided separately from or attached to the body 1 and includes a CPU, a memory, an I / O channel, an A / D converter, a D / A converter, and other analog or digital electric circuits. ing. Then, the CPU and other peripheral devices cooperate with each other in accordance with the program stored in the memory, so that the control circuit 6 controls the flow rate adjusting valve 4 to set the fluid flow rate of the internal flow path 1a from the outside. Adjust the flow rate. Therefore, an outline of the operation will be briefly described below together with the operation of the mass flow controller.
  • the control circuit 6 When the control circuit 6 receives the output signal values from the pressure sensors 21 and 22, the control circuit 6 upstream of the resistance flow path 3 a based on a predetermined conversion formula considering an offset, a coefficient and the like from the output signal values. And the pressure of the fluid on the downstream side is calculated. Based on these pressures and the previously measured fluid resistance value (resistance coefficient) in the resistance channel 3a, fluid viscosity, and the like, the flow rate of the fluid flowing through the resistance channel 3a is calculated.
  • the control circuit 6 calculates a deviation between the set flow rate and the calculated flow rate, and the calculated flow rate approaches the set flow rate based on the deviation.
  • a command signal for expanding and contracting the laminated piezoelectric element 412 is output to the flow control valve 4. In this manner, the separation distance between the valve seat 42a and the valve body 41a is changed, and the flow rate of the fluid flowing through the flow rate adjusting valve 4, that is, the fluid flowing through the internal flow path 1a is adjusted.
  • the body 1 is provided with the recess 1h to accommodate the fluid resistance member 3, and the recess 1h can be sealed at once by attaching the pressure sensor 21.
  • the fluid resistance member 3 it is not necessary to seal the fluid resistance member 3 with a dedicated lid or the like, and it is possible to reduce the number of parts and simplify the assembly, thereby reducing the cost.
  • the flow regulating valve 4 and the fluid resistance member 3 are provided side by side on the component mounting surface 1c in the body 1, the volume of the internal flow path 1a connecting between them can be reduced as much as possible. Therefore, the time lag between the detection of the flow rate and the control of the flow rate can be reduced, and the control response of the mass flow controller 100 can be greatly improved.
  • the fluid resistance member 3 and the pressure sensor 21 are disposed in a substantially direct stack, although the seal member is interposed, it is possible to suppress the body 1 from being elongated in the longitudinal direction as much as possible, and to be compact. Can be promoted.
  • the pressure sensors 21 and 22 are configured such that the pressure-sensitive surface 2b1 stands upright with respect to the mounting surface 2a, and the pressure sensors 21 and 22 are viewed in plan view, the fluid flow direction and the pressure-sensitive surface 2b1.
  • the pressure-sensitive surface 2b1 stands upright with respect to the mounting surface 2a, and the pressure sensors 21 and 22 are viewed in plan view, the fluid flow direction and the pressure-sensitive surface 2b1.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the fluid resistance member 3 may be sealed by the downstream pressure sensor 22 in that the merit of reducing the number of parts can be enjoyed.
  • the fluid resistance member may be mounted so as to protrude from the component mounting surface, and the pressure sensor may be attached thereto.
  • the pressure sensors are not necessarily paired. There is no need to provide it, and only one of them may be provided.
  • the fluid resistance member may use a sonic nozzle.
  • the flow measurement mechanism 10 measured a flow based on the differential pressure
  • the said flow measurement mechanism 10 is a thermal flow rate which is a fluid measurement apparatus.
  • a sensor 23 may be provided.
  • a mass flow controller 100 using a thermal flow sensor 23 will be described with reference to a fluid circuit diagram of FIG. 11, an overall perspective view of FIG. 12, and a longitudinal sectional view of FIG.
  • a thermal flow sensor 23 and a flow rate adjusting valve 4 are provided in this order from the upstream along an internal flow path 1a through which a fluid to be flow controlled.
  • the control circuit 6 controls the flow rate adjusting valve 4 so that the flow rate measured by the thermal flow sensor 23 becomes a predetermined target flow rate.
  • the internal flow path 1a is formed in a body 1 having a long and thin rectangular parallelepiped shape as in the above-described embodiment, and the fluid inlet port 1d and the fluid outlet port 13 are opened in a plane orthogonal to the longitudinal direction of the body 1.
  • the fluid flows through the inside in a substantially longitudinal direction.
  • one of the surfaces orthogonal to the surface on which the fluid inlet 1d and the fluid outlet 1e are provided is a component mounting surface 1c, and the thermal flow sensor 23 and the flow rate adjusting valve 4 are mounted on this surface. It is like that.
  • the flow rate adjusting valve 4 has the same configuration as that of the embodiment, the description thereof will be omitted, and the flow rate measuring mechanism 10 and the thermal flow rate sensor 23 will be described.
  • the flow rate measuring mechanism 10 is provided so as to connect the resistance channel 3a provided on the internal channel 1a and the upstream side and the downstream side of the resistance channel 3a in terms of fluid circuit.
  • the flow rate of the fluid is calculated based on the sensor flow path 23a thus obtained, the two coil-shaped sensor parts 234 and 235 wound around the outer pipe of the sensor flow path 23a, and the value output from the sensor part.
  • a flow rate calculation unit 236 The control circuit 6 controls the opening degree of the subsequent flow rate adjusting valve 4 so that the flow rate value output from the flow rate calculation unit 236 becomes the target flow rate value.
  • the thermal flow sensor 23 is attached to the base portion 2A1 for pressing the substantially rectangular fluid resistance member 3 provided in the concave portion 1h of the component mounting surface 1c of the body 1 from above, and to the upper surface of the base portion 2A1.
  • a sensor accommodating portion 2A2 that accommodates a measuring narrow tube 232 having a particularly small diameter in the sensor flow path 23a and sensor portions 234 and 235 wound around the outer tube of the measuring thin tube 232. is there.
  • the base portion 2A1 is a substantially rectangular parallelepiped block, and the fluid resistance member 3 is sandwiched and held between the base portion 2A1 and the body 1. Therefore, bolt mounting holes are provided at the four corners so as to penetrate the upper surface and the lower surface of the base portion, and bolts are passed from the bolt mounting holes to the threads provided on the component mounting surface 1c side of the body 1. By screwing, the fluid resistance member 3 is pressed against the body 1 and is fixed substantially hermetically by a seal member.
  • a fluid introduction port 2a1 corresponding to the introduction port in the claims of the sensor flow path is opened at the center of the lower surface of the base portion 2A2, and communicates with the communication passage 3c of the fluid resistance member 3. It is.
  • a fluid introduction channel 231 is provided from the fluid introduction port 2a1 toward the upper surface, passes through a measurement capillary 232 described later, and again from the outlet port 2a2 of the fluid outlet channel 233 provided in the base portion 2A1. It returns to the outer edge of 1h.
  • the sensor housing portion 2A2 has a rectangular parallelepiped casing that is attached to the upper surface of the base portion in the vertical direction, and has a substantially inverted U-shaped measurement capillary 232 and an outer tube of the measurement capillary 232 inside.
  • the upstream sensor unit 234 and the downstream sensor unit 235 to be wound are accommodated. In the cross-sectional view, the description of each sensor unit is omitted. Both ends of the measurement thin tube 232 are air-tightly attached to the opening of the flow channel opened on the upper surface of the base portion 2A1 by welding.
  • the fluid resistance member 3 is formed by laminating a plurality of thin plates as in the above embodiment, and is configured to function as a so-called laminar flow element by adjusting the size and number of slits of each thin plate. is there. That is, by providing the thermal flow sensor 23 and the fluid resistance member 3 in this way, a part of the fluid that has passed through the upstream internal flow path 1 a (2) of the body 1 is resistant to the resistance of the fluid resistance member 3.
  • the flow passes through the flow path 3a, is stratified and flows to the downstream internal flow path 1a (3), and the rest passes through the communication path 3c and bypasses the measurement flow path 23a to pass the downstream internal flow path. It will flow to 1a (3).
  • the ratio of the flow rate flowing directly from the upstream internal flow path 1a (2) to the downstream internal flow path 1a (3) and the flow rate flowing through the sensor flow path 23a is a ratio suitable for flow measurement.
  • the flow resistance of the fluid resistance member 3 is set.
  • the flow rate measurement will be briefly described.
  • a so-called constant current type thermal flow rate measurement is performed.
  • the current flowing through the sensor units 234 and 235 is constant.
  • the resistance value of the upstream sensor unit 234 and the downstream sensor unit 235 changes due to heat being transferred by the fluid flowing through the measurement flow path 23a, and the applied voltage changes. By doing so, the flow rate of the fluid is detected.
  • a constant temperature type thermal flow measurement may be performed, or the temperature of the fluid may be measured and the upstream side in the sensor flow path The flow rate may be measured based on the temperature change on the downstream side.
  • a fluid resistance member is provided between the body and the fluid measurement device that measures the physical quantity of the fluid, and the fluid resistance member is pushed by the casing of the fluid measurement device. Any material that is fixed and airtight can be used.
  • the fluid measuring device and the fluid resistance member are stacked on the same side of the body, so that the internal flow path length between them can be shortened as much as possible. Sensing responsiveness can be improved. Further, since the fluid measuring device is laminated on the fluid resistance member, it is possible to prevent the body from becoming unnecessarily long, and it does not cause a complicated structure or an increase in the number of parts.

Abstract

圧力式流量測定機構において、コンパクト性を維持したまま、少ない部品点数で短い内部流路を実現するために、測定対象流体が流れる内部流路１ａを有したボディ１と、前記内部流路１ａを分断するとともに分断された内部流路１ａを連通する抵抗流路３ａを有した流体抵抗部材３と、前記流体の流量に関連する物理量を検知する流体測定器２１と、を具備し、前記流体測定器２１が検知した物理量に基づいて前記流体の流量を算出可能に構成した流量測定機構１０において、前記流体抵抗部材３に連通路３ｃを貫通形成するとともに、前記ボディ１と前記流体測定器２１との間に前記流体抵抗部材３が配設されるように構成しておき、この配設状態において前記内部流路１ａのいずれか一方と前記流体測定器２１に設けられた導入口２ａ１とが、前記連通路３ｃを介して連通するとともに、前記内部流路１ａの他方と前記連通路３ｃとが前記抵抗流路３ａを介して連通するように構成した。

Description

流量測定機構及びマスフローコントローラ
　この発明は、流体抵抗の上流側及び下流側の圧力によって当該抵抗流路を流れる流体の流量を測定する、いわゆる圧力式流量測定機構及びこれを用いたマスフローコントローラに関するものである。
　この種の流量測定機構は、リストリクタやノズルなどに代表される抵抗流路の上流側及び下流側の流体圧力を計測し、それら圧力値と抵抗流路の抵抗値とに基づいて、抵抗流路を流れる流体の質量流量を測定するものである。
　その一例として、図１４に示すように、ブロック状をなすボディ１’に、圧力センサ２’や抵抗流路３ａ’を形成する流体抵抗部材３’等を取り付けて一体化したものがある。この流量測定機構１０’は、前記ボディ１’に測定対象となる流体が流れる内部流路１ａ’を形成し、その内部流路１ａ’の中間に抵抗流路３ａ’が介在するように、前記流体抵抗部材３’をボディ１’に埋めこんでいる。
　このときの流体抵抗部材３’の配設場所は、ボディ１’における圧力センサ２’とは反対側の面であり、その面に設けた凹部１ｂ’に流体抵抗部材３’を収容するようにしている。流体抵抗部材３’を圧力センサ２’と直列させてボディ１’の同じ面に設けないのは、ボディ１’が長くなってコンパクト化を阻害するといった理由からである。
　しかしながら、この構成であると、ボディ１’における圧力センサ２’の取付面からその反対側の流体抵抗部材３’の取付面に亘って内部流路１ａ’が延びることとなり、その長さが長くなりがちになる。例えば、同図に示すように、この流量測定機構１０’の前段に流量調整弁４’を取り付けてマスフローコントローラ１００’を構成した場合に、流量調整弁４’の弁体から抵抗流路３ａ’までの内部流路１ａ’の容積が大きくなる。
　そのため、流量調整弁４’を閉止した後、内部流路１ａ’に溜まっていた流体が前記抵抗流路３ａ’を抜け出るまでに時間がかかり、流量の制御性（応答性）が悪くなるという不具合が生じ得る。
　さらに、前記凹部１ｂ’を閉塞するための専用の蓋体やパッキンが必要となるため、構造が複雑になったり多くのシール部材が必要になったりしてコスト高を招く場合もある。
　一方、特許文献１に示すように、ボディを長手方向に２分することによって内部流路を分断し、その間に流体抵抗部材を挟み込んだ構成のものも考えられてはいるが、ボディを２分しなければならないため、やはり構造の複雑化や部品点数の増大を避けることは難しい。
特表２００４－５１０２２５号公報
　本発明は上記のような問題点を鑑みてなされたものであって、その主たる所期課題は、内部流路を有したボディに流体測定器や流体抵抗部材を取り付けて前記内部流路を流れる流体の流量を測定できるように構成したいわゆる流量測定機構において、コンパクト性を維持したまま、少ない部品点数で短い内部流路を実現することにある。
　すなわち、本発明に係る流量測定機構は、測定対象流体が流れる内部流路を有したボディと、前記内部流路を分断するとともに分断された上流側内部流路及び下流側内部流路を連通する抵抗流路を有した流体抵抗部材と、前記流体の流量に関連する物理量を検知する流体測定器と、を具備し、前記流体測定器が検知した物理量に基づいて前記流体の流量を算出可能に構成した流量測定機構において、前記流体抵抗部材に連通路を貫通形成するとともに、前記ボディと前記流体測定器との間に前記流体抵抗部材が配設されるように構成しておき、この配設状態において前記内部流路のいずれか一方と前記流体測定器に設けられた導入口とが、前記連通路を介して連通するとともに、前記内部流路の他方と前記連通路とが前記抵抗流路を介して連通するように構成したことを特徴とするものである。
　このようなものであれば、流体測定器と流体抵抗部材とがボディの同じ側に積層的に配置されるので、その間の内部流路長を可及的に短くできる。したがって、流量センシングの応答性を向上させることが可能になる。また、流体測定器が流体抵抗部材上に積層配置されることから、ボディが無用に長くなることも防止できる。さらにボディの分割や特別な専用部材等は不要であることから、構造の複雑化や部品点数の増大を招くこともない。
　前記ボディに前記流体測定器を取り付けることによってこれらに挟まれて前記流体抵抗部材が保持されるように構成したものであれば、圧力センサがそのまま流体抵抗部材のボディに対する取付具としての役割を果たすため、部品の削減を図れる。
　よりコンパクト化が可能で、なおかつシール等も好適に施せる具体的態様としては、側面又は底面に前記上流側内部流路及び下流側内部流路が開口する凹部を前記ボディの外表面に開口させておき、この凹部内に前記流体抵抗部材を収容して、前記流体測定器をボディに取り付けることにより、該圧力センサの取付面が凹部の開口を封止して流体抵抗部材を保持するようにしたものを挙げることができる。
　前記流体測定器の具体的な実施の態様としては、前記流体測定器が、前記上流側内部流路及び前記下流側内部通路の少なくとも一方の圧力を検知する圧力センサであるとともに、該圧力センサが検知した流体圧力に基づいて前記流体の流量を算出可能に構成してあるものが挙げられる。
　また、本発明の流量測定装置の別の具体的な実施の態様としては、前記流体測定器が、前記流体抵抗部材により分流され、前記導入口から導入される前記流体の一部が前記内部流路の他方へと導出される導出口を具備するセンサ流路を備えた熱式流量センサであってもよい。
　この流量測定機構を利用してマスフローコントローラを形成するには、前記ボディに取り付けた流量調整弁と、前記流量測定機構による測定流量が予め定めた目標流量になるように前記流量調整弁を制御する制御回路とを設ければよい。
　前記圧力センサ及び流量調整弁が前記ボディにおける特定の一面のみに取り付けられているものであれば、複数を併設したときのコンパクト化を図ることができる。
　このようなものであれば、流体測定器と流体抵抗部材とがボディの同じ側に積層的に配置されるので、その間の内部流路長を可及的に短くでき、流量センシングの応答性を向上させることが可能になる。また、流体測定器が流体抵抗部材上に積層配置されることから、ボディが無用に長くなることも防止できるうえ、構造の複雑化や部品点数の増大を招くこともない。
本発明の一実施形態におけるマスフローコントローラの流体回路図 同実施形態におけるマスフローコントローラの全体斜視図。 同実施形態におけるマスフローコントローラの内部構造を示す縦断面図。 同実施形態におけるマスフローコントローラの平面図。 同実施形態における圧力センサの内部構造を示す横断面図。 同実施形態におけるマスフローコントローラの分解斜視図。 同実施形態における流量調整弁の内部構造を示す部分断面図。 同実施形態における流量調整弁の内部構造を示す部分断面図。 同実施形態における流体抵抗部材を凹部に収容した状態での内部構造を示す部分断面図。 本発明の他の実施形態におけるマスフローコントローラの内部構造を示す縦断面図。 本発明の別の実施形態におけるマスフローコントローラの流体回路図。 別の実施形態におけるマスフローコントローラの全体斜視図。 別の実施形態におけるマスフローコントローラの内部構造を示す縦断面図。 従来のマスフローコントローラの内部構造を示す縦断面図。
　以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
　本実施形態に係るマスフローコントローラ１００は、例えばガスパネルに搭載されて半導体製造装置の材料供給ラインの一部を構成するものであり、図１に流体回路図、図２に全体斜視図を示すように、流量制御対象である流体を流す内部流路１ａと、前記内部流路１ａ上に設けられた流量調整弁４と、この流量調整弁４よりも下流側に設けられ、当該内部流路１ａを流れる流体の流量を測定する流量測定機構１０と、この流量測定機構１０による測定流量が予め定めた目標流量になるように前記流量調整弁４を制御する制御回路６（図１には示していない）とから構成されている。以下に各部を詳述する。
　内部流路１ａは、図３に示すように、長細い直方体形状をなすボディ１に形成したものであり、その流体導入口１ｄ及び流体導出口１ｅを、このボディ１の長手方向に直交する両端面にそれぞれ開口させて、前記部品取付面１ｃと直交する方向から視たときに（以下、平面視とも言う）、流体が長手方向に沿って流れていくように構成してある。
　ところで、このボディ１における長手方向と平行な１つの面は、部品取付面１ｃとして設定してあり、この部品取付面１ｃのみに、前記流量調整弁４や圧力センサ２１、２２などが取り付けられるように構成している。また、この取付面１ｃの反対側の面は、当該ボディ１をパネルなどに固定するための固定面としている。さらに、長手方向と平行な他の２面（以下、側面と言う）には何も取り付けることがないようにして、複数のボディ１の側面同士を密着乃至近接させて配置できるように構成してある。
　流量調整弁４は、図３、図６、図７に示すように、弁座部材４２と弁体部材４１とからなる概略円柱状をなすものであり、前記ボディ１の部品取付面１ｃにおける長手方向一端部に鉛直に取り付けられている。また、その幅寸法は、前記部品取付面１ｃの幅寸法（長手方向と直交する方向の寸法）よりも小さいか又は同一に設定してあり、図４に示すように、この流量調整弁４をボディ１に取り付けた状態で、流量調整弁４がボディ１よりも幅方向に突出しないように構成してある。
　より詳細に説明すると、前記弁座部材４２は、図６、図７等に示すように、その頂面中央部に、突出した円環状の弁座４２ａを形成した円柱状をなすものであり、前記部品取付面１ｃの一端部に開口させた有底凹部１ｆに嵌め込んである。そして、この有底凹部１ｆは前記内部流路１ａを分断する位置に設けたものであり、該有底凹部１ｆの底面中央部には、分断された内部流路１ａのうちの上流側内部流路１ａ（１）の終端が開口させてある。また、該有底凹部１ｆの底部側周面には、下流側の内部流路１ａ（２）の始端が開口させてある。
　この弁座部材４２には、一端が該弁座部材４２の頂面における弁座４２ａの内側に開口するとともに他端が該弁座部材４２の底面における中央部に開口する流体導入路４２ｂと、一端が該弁座部材４２の頂面における弁座４２ａの外側に開口するとともに他端が該弁座部材４２の底面周縁部に開口する流体導出路４２ｃとが貫通させてある。
　そして、有底凹部１ｆに弁座部材４２を嵌め込んだ状態において、前記流体導入路４２ｂの他端が、有底凹部１ｆの中央に開口する上流側内部流路１ａ（１）の終端にシール部材ＳＬ２を介して連通するようにしてある。また、前記流体導出路４２ｃの他端は、弁座部材４２の底面周縁部から側周面底部にかけて有底凹部１ｆの内周面との間に隙間があることから、前記下流側内部流路１ａ（２）の始端に連通するようにしてある。
　一方、前記弁体部材４１は、図３、図７、図８に示すように、内部が気密状態となるように構成した筐体４１１と、この筐体４１１の内部に収容した柱状をなす積層圧電素子４１２とを具備したものである。筐体４１１は、概略円筒状をなす筒体４１１ａと、この筒体４１１ａの基端面を封止する弾性変形可能な薄肉板状のダイヤフラム部材４１１ｂと、前記筒体４１１ａの先端部に軸方向に進退可能に取り付けた初期調整ネジ４１１ｄと、初期調整ネジ４１１ｄ及び筒体４１１ａとの螺合部分を封止する軸方向に伸縮可能なベローズ部材４１１ｃとからなるものであり、積層圧電素子４１２の一端をダイヤフラム部材４１１ｂの内面に接合するとともに、積層圧電素子４１２の他端を前記初期調整ネジ４１１ｄの先端に接合している。そして、前記筒体４１１ａの基端面をボディ１の部品取付面１ｃにシール部材ＳＬ１を介して取り付けることにより、ボディ１に形成した前記有底凹部１ｆの開口を該基端面で封止するとともに、弁座４２ａにダイヤフラム部材４１１ｂを対向させ、前記圧電素子４１２の伸縮によってダイヤフラム部材４１１ｂと弁座４２ａとの離間距離が変わって、このダイヤフラム部材４１１ｂが弁体４１ａとして機能するようにしてある。
　流量測定機構１０は、流体回路的に言えば、図１に示すように、内部流路１ａ上に設けた抵抗流路３ａと、該抵抗流路３ａの上流側及び下流側における内部流路１ａ内の流体圧力を計測する一対の圧力センサ２１、２２とからなり、圧力センサ２１、２２による圧力計測値と抵抗流路３ａの抵抗値とに基づいて、内部流路１ａを流れる流体の流量を測定可能に構成したものである。ここで、前記圧力センサ２１、２２が請求項での流体測定器に相当するものである。
　各部を説明する。前記抵抗流路３ａは、図６、図９に示すように、複数の矩形状薄板３１～３５を積層させた直方体状の流体抵抗部材３に形成したものである。すなわち、図６に示すように、各薄板又は一部の薄板に、積層させたときに重なり合って積層方向に貫通する連通路３ｃとなる貫通孔３ｂと、面板方向に貫通するとともに長手方向に延びる複数のスリット３ｄとを設け、前記薄板３１～３５を積層させたときに、スリット３ｄによって抵抗流路３ａが形成されるようにしたものである。なお、スリット３ｄの形状や本数を異ならせることによって流路抵抗を調整することができる。また、本実施形態では最上面に積層させた矩形状薄板３１の中央部に設けたスリット３ｄの一部が、その一枚下にある矩形状薄板３２の貫通孔３ｂと重なり合って、前記連通路３ｃを構成するようにしてある。そして、前記最上面にある矩形状板３１の中央部のスリット３ｄに前記圧力導入口２ａ１が接し、前記上流側内部流路１ａ（２）の圧力が導入されるようにしてある。
　一方、ボディ１の部品取付面１ｃにおける長手方向中央部には、図３、図６、図９に示すように、内部流路１ａを分断するように矩形状の凹部１ｈが設けてある。前記流体抵抗部材３は、この凹部１ｈに、幅方向には隙間無く、ボディ１の長手方向には、隙間を有して嵌り込むことで取り付けられる。また、この凹部１ｈの底面中央には、この凹部１ｈで分断された内部流路１ａのうちの上流側内部流路１ａ（２）の終端が開口する一方、有底凹部１ｆにおける長手方向の底面縁部には、下流側内部流路１ａ（３）の始端が開口するように構成してある。
　しかして、この流体抵抗部材３が凹部１ｈに嵌まり込んだ状態では、前記連通路３ｃの底側の一端が上流側内部流路１ａ（２）の終端にシール部材ＳＬ３を介して接続され、抵抗流路３ａが下流側内部流路１ａ（３）の始端に連通する。つまり、上流側内部流路１ａ（２）は、連通路３ｃ及び抵抗流路３ａを介して、下流側内部流路１ａ（３）に接続される。
　圧力センサ２１、２２は、図３、図５、図９等に示すように、扁平な形状をなす本体部２Ａと、その本体部２Ａ内に収容した図示しない圧電素子等のセンサ素子とを具備したものであり、この扁平な本体部２Ａをボディ１の部品取付面１ｃに対し、その面板部が、該部品取付面１ｃ上に垂直で、かつ、ボディ１の長手方向と平行になるように取り付けたものである。また、圧力センサ２１、２２の厚み寸法は、図４等に示すように、前記部品取付面１ｃの長手方向と直交する幅寸法よりも小さく又は同一に設定してあり、取付状態で圧力センサ２１、２２がボディ１よりも幅方向に突出しないように構成してある。
　この本体部２Ａ内には、内面に感圧面２ｂ１を形成した流体充填室２ｂと、ボディ１に対する取付面２ａに設けた圧力導入口２ａ１（請求項での導入口に相当）と前記流体充填室２ｂとを連通する流体導入路２ｃとが設けてあり、前記感圧面２ｂ１が受圧して変位した量を前記センサ素子が検知し圧力信号として出力するようにしてある。流体充填室２ｂは、本体部２Ａに形成した薄い円板状をなすものであり、この流体充填室２ｂの片方の面板部を前記感圧面２ｂ１としている。この感圧面２ｂ１は、圧力センサ２１、２２をボディ１に取り付けた状態において、ボディ１の長手方向と平行で、かつ、前記部品取付面１ｃと垂直となるように設定してある。
　図示しないセンサ素子は、感圧面２ｂ１を形成する壁体の裏側に接触させてある。
　しかして、この実施形態では、一対の圧力センサ２１、２２のうちの上流側の圧力センサ２１を、ボディ１の部品取付面１ｃにおける長手方向中央部に取り付けるとともに、下流側の圧力センサ２２を、前記部品取付面１ｃにおける長手方向他端部に取り付けるようにしている。
　具体的に説明すれば、前記上流側圧力センサ２１は、ボディ１に取り付けることによって、その取付面２ａが前記凹部１ｈの開口を環状シール部材ＳＬ４を介して気密に封止するとともに、凹部１ｈ内の流体抵抗部材３を、凹部１ｈの底面との間で押圧挟持するように構成してある。ここで、前記上流側圧力センサ２１を取り付けることにより凹部１ｈに直方体状に積層された流体抵抗部材３が押し付けられることにより、前記上流側内部流路１ａ（２）の終端に設けられた前記シール部材ＳＬ３が弾性変形し、前記流体抵抗部材３に対して反発力が加わる。このため、前記上流側圧力センサ２１との間で強く押圧挟持されることになり、積層された状態を保って前記流体抵抗部材３が固定される。
　そして、この状態において、流体抵抗部材３における連通路３ｃが上流側圧力センサ２１の圧力導入口２ａ１に接続され、抵抗流路３ａよりも上流側の内部流路１ａ（２）が前記連通路３ｃを介して上流側圧力センサ２１に連通されるように構成してある。
　一方、抵抗流路３ａよりも下流側の内部流路１ａ（３）は、ボディ１の長手方向に沿って延伸し流体導出口１ｅに至るとともに、その途中で分岐した分岐流路１ｉによって、下流側圧力センサ２２に圧力導入口２ａ１に接続されるようにしてある。
　制御回路６は、ボディ１とは別体又は付帯させて設けたものであり、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、その他のアナログ乃至デジタル電気回路で構成されている。そして、メモリに格納したプログラムにしたがってＣＰＵやその他周辺機器が協働することによって、この制御回路６が、前記流量調整弁４を制御し、内部流路１ａの流体流量を、外部から指示した設定流量となるように調整する。しかして、その動作の概要を、本マスフローコントローラの動作説明も兼ねて以下に簡単に説明する。
　この制御回路６は、各圧力センサ２１、２２からの出力信号値を受信すると、それら出力信号値から、オフセットや係数などを考慮した所定の変換式に基づいて、前記抵抗流路３ａの上流側及び下流側における流体の圧力を算出する。そしてそれら圧力と予め測定してある抵抗流路３ａでの流体抵抗値（抵抗係数）や流体粘性等に基づいて、抵抗流路３ａを流れる流体の流量を算出する。
　一方、オペレータや外部の他の機器から設定流量が与えられると、この制御回路６はその設定流量と前記算出流量との偏差を算出し、その偏差に基づいて、前記算出流量が設定流量に近づくように、流量制御弁４に対して前記積層圧電素子４１２を伸縮させる指令信号を出力する。このようにして、弁座４２ａと弁体４１ａとの離間距離を変動させ、この流量調整弁４を流れる流体、つまりこの内部流路１ａを流れる流体の流量を調整する。
　しかして、このように構成した本実施形態によれば、ボディ１に凹部１ｈを設けて流体抵抗部材３を収容するとともに、その凹部１ｈを圧力センサ２１を取り付けることによって、一挙にシールできることから、従来のように、流体抵抗部材３を専用の蓋等でシールする必要がなくなり、部品点数の削減や組み立ての簡単化を促進して低コスト化を図ることができる。
　また、流量調整弁４と流体抵抗部材３とが、ボディ１における前記部品取付面１ｃに並んで設けられているので、その間を接続する内部流路１ａの容積を可及的に低減できる。したがって、流量の検知と流量の制御との時間ずれを低減でき、マスフローコントローラ１００の制御応答性を大幅に改善することが可能になる。
　さらに、流体抵抗部材３と圧力センサ２１とを、シール部材が介在するものの、実質的に直接積層配置しているので、ボディ１が長手方向に長くなることを可及的に抑制でき、コンパクト化を促進できる。
　コンパクト化という点では、以下の効果も奏し得る。すなわち、圧力センサ２１、２２を、その感圧面２ｂ１がその取付面２ａに対して垂直に起立するように構成するととともに、これら圧力センサ２１、２２を、平面視、流体の流れ方向と感圧面２ｂ１とが平行となるように、ボディ取付面１ｃに直列させて取り付けているので、感圧面２ｂ１を大面積にして高感度を維持しながらも幅方向の寸法を小さくし、平面視、細長い形状にできる。
　なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　例えば、図１０に模式的に示すように、部品点数削減というメリットを享受できるという点では、下流側の圧力センサ２２によって流体抵抗部材３を封止するようにしてもよい。
　また、流体抵抗部材を収容する凹部を必ずしも設ける必要はなく、この流体抵抗部材を部品取付面から突出させて取り付け、これに圧力センサを取り付けるようにしてもよい。その際、圧力センサ側に流体抵抗部材を収容する凹部を設けることも考えられる。
　さらに言えば、理論的には、流量調整弁を圧力センサより下流側に設けることも可能であるし、このマスフローコントローラの下流側圧力や上流側圧力が一定状態の場合は、圧力センサを必ずしも一対設ける必要はなく、いずれか一方のみにしても構わない。
　流体抵抗部材は、音速ノズルを利用したものでもよい。
　また、前記実施形態では流量測定機構１０は、流体抵抗部材３の前後における流体の差圧に基づいて流量を測定するものであったが、前記流量測定機構１０が、流体測定機器たる熱式流量センサ２３を備えたものであっても構わない。
　以下に、本発明の別の実施形態に係る熱式流量センサ２３を用いたマスフローコントローラ１００について図１１の流体回路図、図１２の全体斜視図、図１３の縦断面図に基づいて説明する。図１１及び図１２に示すように、流量制御対象である流体を流す内部流路１ａに沿って、上流から熱式流量センサ２３流量調整弁４がこの順で設けてある。そして、この熱式流量センサ２３による測定流量が予め定めた目標流量となるように前記流量調整弁４を制御する制御回路６とから構成されている。
　前記内部流路１ａは、前記実施形態と同様に長細い直方体形状をなすボディ１に形成したものであり、その流体導入口１ｄ及び流体導出口１３がボディ１の長手方向に直交する面に開口させてあり、前記流体が内部を概略長手方向に流れていくようにしてある。そして、前記流体導入口１ｄ及び流体導出口１ｅが設けてある面とは直交する面のうち１つを部品取付面１ｃとして、前記熱式流量センサ２３及び前記流量調整弁４がこの面に取り付けるようにしてある。以下では、流量調整弁４については前記実施形態と同じ構成のため説明を省略し、前記流量測定機構１０及び前記熱式流量センサ２３について説明する。
　前記流量測定機構１０は、図１１に示すように流体回路的には、前記内部流路１ａ上に設けた抵抗流路３ａと、該抵抗流路３ａの上流側及び下流側をつなぐように設けられたセンサ流路２３ａと、前記センサ流路２３ａの外管に巻き回された２つのコイル状のセンサ部２３４、２３５と、前記センサ部から出力される値に基づいて流体の流量を算出する流量演算部２３６とから構成してある。そして、前記流量演算部２３６から出力される流量値が、目標流量値となるように後続の流量調整弁４の開度を前記制御回路６が制御するようにしてある。
　前記熱式流量センサ２３は、前記ボディ１の部品取付面１ｃの凹部１ｈに設けられた概略矩形状の流体抵抗部材３を上側から押さえつけるための基礎部２Ａ１と、前記基礎部２Ａ１の上面に取り付けられ、前記センサ流路２３ａ中において特に管径が細く設定してある測定細管２３２と前記測定細管２３２の外管に巻き付けられるセンサ部２３４、２３５とを収容するセンサ収容部２Ａ２とから構成してある。
　前記基礎部２Ａ１は、概略直方体形状のブロック体であり、当該基礎部２Ａ１と前記ボディ１との間に前記流体抵抗部材３を挟み込んで保持するようにしてある。そのため、当該基礎部の上面と下面とを貫通するように四隅にボルト取付穴が設けてあり、このボルト取付穴から、前記ボディ１の部品取付面１ｃ側に設けられたねじ山へとボルトを螺合させていくことにより、前記流体抵抗部材３を前記ボディ１に押さえつけて、シール部材によって略気密に固定されるようにしてある。また、前記基礎部２Ａ２の下面の中央部には、前記センサ流路請求項での導入口に相当する流体導入口２ａ１が開口してあり、前記流体抵抗部材３の連通路３ｃと連通するようにしてある。この流体導入口２ａ１から上面に向かって流体導入流路２３１が設けてあり、後述する測定細管２３２を通って、再び前記基礎部２Ａ１に設けられた流体導出流路２３３の導出口２ａ２から前記凹部１ｈの外縁へと戻るようにしてある。
　前記センサ収容部２Ａ２は、前記基礎部の上面に取り付けられる上下方向に細長い直方体形状の筐体を有するものであり、その内部に概略逆Ｕ字状の測定細管２３２と測定細管２３２の外管に巻き付けられる上流側センサ部２３４と下流側センサ部２３５とを収容しているものである。なお、断面図においては、各センサ部の記載を省略している。前記測定細管２３２の両端は、基礎部２Ａ１の上面に開口している流路の開口部に対して、溶接により気密に取り付けられている。
　前記流体抵抗部材３は、前記実施形態と同様に複数の薄板を積層させたものであり、各薄板のスリットの大きさや数を調節することにより、いわゆる層流素子として機能するように構成してある。すなわち、このように熱式流量センサ２３及び流体抵抗部材３を設けることにより、前記ボディ１の上流側内部流路１ａ（２）を通ってきた流体の一部は、前記流体抵抗部材３の抵抗流路３ａを通り、層流化されて下流側内部流路１ａ（３）へと流れるとともに、残りは、前記連通路３ｃを通って前記測定流路２３ａをバイパスして前記下流側内部流路１ａ（３）へと流れることになる。この際、上流側内部流路１ａ（２）から直接下流側内部流路１ａ（３）へと流れる流量と、前記センサ流路２３ａを流れる流量の比率は流量測定に適した比率となるように前記流体抵抗部材３の流路抵抗を設定してある。
　流量の測定について簡単に説明すると、この実施形態では、いわゆる定電流型の熱式流量測定を行っており、前記測定流路２３ａでは、各センサ部２３４、２３５に流れる電流が一定となるように制御されている状態において、測定流路２３ａを流れる流体により熱が運ばれることにより上流側センサ部２３４、下流側センサ部２３５の抵抗値が変化して、印加される電圧が変化するのを検出することにより流体の流量が検出される。
　この熱式流量センサを用いた実施形態に関する変形例としては、例えば、定温度型の熱式流量測定を行うものであってもよいし、流体の温度測定を行いセンサ流路での上流側と下流側の温度変化に基づいて、流量を測定するものであっても構わない。また、その他の流体測定方法を用いる場合でも、流体の物理量を測定する流体測定機器とボディとの間に流体抵抗部材が設けてあり、前記流体測定機器の筐体により、前記流体抵抗部材を押させつけて気密に固定するものであればよい。
　その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　本発明の流量測定機構及びマスフローコントローラによれば、流体測定器と流体抵抗部材とがボディの同じ側に積層的に配置されるので、その間の内部流路長を可及的に短くでき、流量センシングの応答性を向上させることが可能になる。また、流体測定器が流体抵抗部材上に積層配置されることから、ボディが無用に長くなることも防止できるうえ、構造の複雑化や部品点数の増大を招くこともない。
１００・・・マスフローコントローラ
１０・・・流量測定機構
１・・・ボディ
１ａ・・・内部流路
１ａ（２）・・・上流側内部流路
１ａ（３）・・・下流側内部流路
１ｈ・・・凹部
１ｃ・・・外表面（部品取付面）
２１、２２・・・圧力センサ
２３・・・熱式流量センサ
２ａ１・・・圧力導入口、流体導入口（導入口）
２ａ２・・・導出口
３・・・流体抵抗部材
３ａ・・・抵抗流路
３ｃ・・・連通路
４・・・流量調整弁
６・・・制御回路

Claims (7)

  1. 　測定対象流体が流れる内部流路を有したボディと、前記内部流路を分断するとともに分断された上流側内部流路及び下流側内部流路を連通する抵抗流路を有した流体抵抗部材と、前記流体の流量に関連する物理量を検知する流体測定器と、を具備し、前記流体測定器が検知した物理量に基づいて前記流体の流量を算出可能に構成した流量測定機構において、
    　前記流体抵抗部材に連通路を貫通形成するとともに、前記ボディと前記流体測定器との間に前記流体抵抗部材が配設されるように構成しておき、この配設状態において前記内部流路のいずれか一方と前記流体測定器に設けられた導入口とが、前記連通路を介して連通するとともに、前記内部流路の他方と前記連通路とが前記抵抗流路を介して連通するように構成したことを特徴とする流量測定機構。
  2. 　前記ボディに前記流体測定器を取り付けることによってこれらに挟まれて前記流体抵抗部材が保持されるように構成したことを特徴とする請求項１記載の流量測定機構。
  3. 　内面に前記上流側内部流路及び下流側内部流路が開口する凹部を前記ボディの外表面に開口させておき、この凹部内に前記流体抵抗部材を収容して、前記流体測定器をボディに取り付けることにより、該流体測定器の取付面が凹部の開口を封止して流体抵抗部材を保持することを特徴とする請求項１記載の流量測定機構。
  4. 　前記流体測定器が、前記上流側内部流路及び前記下流側内部通路の少なくとも一方の圧力を検知する圧力センサであるとともに、該圧力センサが検知した流体圧力に基づいて前記流体の流量を算出可能に構成してある請求項１記載の流量測定機構。
  5. 　前記流体測定器が、前記流体抵抗部材により分流され、前記導入口から導入される前記流体の一部が前記内部流路の他方へと導出される導出口を具備するセンサ流路を備えた熱式流量センサである請求項１記載の流量測定機構。
  6. 　請求項１記載の流量測定機構と、前記ボディに取り付けた流量調整弁と、前記流量測定機構による測定流量が予め定めた目標流量になるように前記流量調整弁を制御する制御回路とを具備したことを特徴とするマスフローコントローラ。
  7. 　前記流体測定器及び流量調整弁が前記ボディにおける特定の一面のみに取り付けられていることを特徴とする請求項６記載のマスフローコントローラ。
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