JPH0623945Y2 - 質量流量制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、通過する流体の質量流量を高精度に制御する
質量流量制御装置に関する。

［従来の技術］ 半導体等の精密部材を製造する工程において用いられる
エピタキシャル法などは、使用する所定流体の流量を質
量流量のレベルで極めて厳密に制御する必要がある。そ
こで、この目的達成のため、第３図に示すような質量流
量制御装置が用いられている。

従来の質量流量制御装置は、大きく主流通５０、絞り部
材５２、分流通路５４、計測器５６及び補正機構部５８
の５つの構成要件から構成されている。

主通路５０とは、制御対象である所定流体の主たる通路
となるものである。そして、この主通路５０中には、そ
の有効面積を減少させる絞り部材５２が配置されてい
る。従って、この絞り部材５２が配置される主通路５０
の上流側と下流側には圧力差が発生することになる。こ
の圧力差を利用することで、絞り部材５２により分割さ
れる主通路５０の上流側と下流側とを連通する分流通路
５４には、主通路５０を流れる流体の一部が分流される
ことになる。

ここで、従来の絞り部材５２には、第４図（Ａ），
（Ｂ）の概略斜視図に示すごとく２種類の絞り部材が択
一的に用いられている。（Ａ）図に示す絞り部材５２Ａ
は、分流通路５４に利用される程度の細管５２Ａａを多
数束ね、絞り部材とするもの（以下、管タイプという）
である。また、（Ｂ）図に示す絞り部材５２Ｂは、所定
形状の流体通路をエッチングにより形成した円盤５２Ｂ
ａを多数枚重ね合わせ、絞り部材を構成するもの（以
下、円盤タイプという）である。

第３図に示すように、分流通路５４には当該分流通路５
４を通過する流体の流量を測定する計測器５６が装着さ
れている。計測器５６とは、例えば分流通路の上流及び
下流に巻装される一対の感熱抵抗体５６Ａとこれら感熱
抵抗体５６Ａに通じる電流を制御する電流制御回路５６
Ｂとから構成される。この構成例の場合には、分流通路
５４を通過する流体により奪われる感熱抵抗体５６Ａの
熱を補償するため流体制御回路５６Ｂが必要とした電力
量より、分流通路５４を通過した流体の流量が極めて厳
密に測定される。そして、補正機構部５８は主通路５０
の有効面積を増減補正する弁部材５８Ａを備え、駆動制
御回路５８Ｂにより上記計測器５６の計測値と目標値と
の比較結果に基づいてその弁部材５８Ａを駆動する。

上記のごとく構成される質量流量制御装置により主通路
５０を通過する所定流体の流量は、目標値と一致すべく
フィードバック制御され、高精度に制御することができ
る。

［考案が解決しようとする課題］ 質量流量制御装置として基本的に要求される特性は、流
量の制御が高精度に実行できることであり、この基本的
特性は上記構成の従来の質量流量制御装置によっても十
分に満足される。

また、質量流量制御装置として要求される特性は上記基
本的特性ばかりでなく、更に流量を制御する流体に不純
物が混入しないこと、流量を制御する流体の置換性に優
れていること、２つの特性をも充分に満足する必要があ
る。すなわち、より純粋な流体を供給するため不純物の
混入を回避し、かつ、連続して異種の流体を流すときな
どに前回流していた流体と今回流す流体とが短時間に切
り替わることが要求される。

しかし、従来の質量流量制御装置は、上記２つの特性を
以下の理由により充分に満足することができず、より高
密度の半導体の製造などのため総ての特性を満足する優
れた質量流量制御装置の開発が業界の課題であった。

従来の質量流量制御装置の主通路５０には絞り部材５２
が存在するが、管タイプの絞り部材５２Ａにあっては細
管５２Ａａ内部の洗浄が完全に行えず、また円盤タイプ
の絞り部材５２Ｂにあってはエッチング面の荒れ部分に
粉・粒物が付着し易く、制御対象である流体に不純物が
混入し易い問題点がある。

また、管タイプの絞り部材５２Ａは、第４図（Ａ）に示
すごとく、流体の流れを阻害する部分に渦が発生し、そ
の部分に流体が滞留して流体置換性を損なっている。一
方、円盤タイプの絞り部材５２Ｂは、第４図（Ｂ）より
明らかなように流体が円盤５２Ｂａに刻設された通過を
流れて行く構成であるため流路長が長くなり、同様に流
体置換性が損なわれている。

更に、従来の質量流量制御装置は、第３図に示すごとく
補正機構部５８が大がかりな可動部を有し、その稼動よ
り部材が摩耗等して粉・粒状物が発生していた。

本考案は、上記課題を解決するためになされたもので、
流体の高精度の制御性、流体置換性、高純度の流体の供
給という質量流量制御装置として要求される総ての特性
を満足する優れた質量流量制御装置を提供することを目
的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために本考案の請求項１の質量流量
制御装置は、 流体の主たる通路となる主通路と、 該主通路中に配置され、当該主通路の有効面積を減少さ
せる絞り部材と、 該絞り部材の配置される前記主通路の上流側と下流側と
を連通し、該主通路を流れる流体が分流する分流通路
と、 該分流通路に設けられ、当該分流通路を通過する流体の
流量を計測する計測器と、 該計測器の計測結果と目標値とを比較して、前記主通路
の有効面積を増減補正する補正機構部と、を有する質量
流量制御装置において、 前記主通路が直線状に形成され、当該主通路中に前記絞
り部材、分流通路、計測器及び補正機構部が収容された
ことを特徴とする。

また、請求項２の質量流量制御装置は、 流体の主たる通路となる主通路と、 該主通路中に配置され、当該主通路の有効面積を減少さ
せる絞り部材と、 該絞り部材の配置される前記主通路の上流側と下流側と
を連通し、該主通路を流れる流体が分流する分流通路
と、 該分流通路に設けられ、当該分流通路を通過する流体の
流量を計測する計測器と、 該計測器の計測結果と目標値とを比較して、前記主通路
の有効面積を増減補正する補正機構部と、を有する質量
流量制御装置において、 前記絞り部材が、前記主通路の内壁と所定間隙を介して
遊嵌される柱状の柱部材であることを特徴とする。

本考案の請求項３の質量流量制御装置は、 流体の主たる通路となる主通路と、 該主通路中に配置され、当該主通路の有効面積を減少さ
せる絞り部材と、 該絞り部材の配置される前記主通路の上流側と下流側と
を連通し、該主通路を流れる流体を分流させる分流通路
と、 該分流通路に設けられ、当該分流通路を通過する流体の
流量を計測する計測器と、 該計測器の計測結果と目標値とを比較して、前記主通路
の有効面積を増減補正する補正機構部と、を有する質量
流量制御装置において、 前記補正機構部が、 前記主通路の壁面に板ばねを介して移動自在に支持さ
れ、その移動量に応じて当該主通路の有効面積を変更す
る磁性体からなる可動弁体と、 前記主通路の壁に設けられる励磁コイルと、 前記計測器の計測結果と前記目標値との比較結果に応じ
て前記励磁コイルに通じる励磁電流値を制御する励磁制
御回路と、 を備えることを特徴とする。

更に、本考案の請求項４の質量流量制御装置は、 流体の主たる通路となる主通路と、 該主通路中に配置され、当該主通路の有効面積を減少さ
せる絞り部材と、 該絞り部材の配置される前記主通路の上流側と下流側と
を連通し、該主通路を流れる流体を分流させる分流通路
と、 該分流通路に設けられ、当該分流通路を通過する流体の
流量を測定する計測器と、 該計測器の計測結果と目標値とを比較して、前記主通路
の有効面積を増減補正する補正機構部と、を有する質量
流量制御装置において、 前記分流通路の壁面の一部が切り欠いて形成され、 前記計測器が前記分流通路の切り欠き部分に嵌合し、か
つ、該計測器を貫通して形成された貫通路によって前記
分流通路が形成されることを特徴とする。

［作用］ 本願の請求項１の質量流量制御装置は、主通路が直線状
に形成され、かつ、その主通路中に絞り部材、分流通
路、計測器及び補正機構部が収容されている。このた
め、流体の経路となる主通路及び分流通路の長さが短く
なり、不純物の混入の可能性を低減し、流体置換の応答
性を高めることができる。

請求項２の質量流量制御装置における絞り部材は、前記
主通路の内壁と所定間隙を介して遊嵌される柱状の柱部
材であることをその要旨としている。従って、その柱部
材と主通路内壁との所定間隙あるいは柱部材の長さを調
整することで、主通路を流れる流体に及ぼす圧力損失の
大きさを自由に制御できる。そして、柱部材は、簡単な
柱状の形状であることから、表面を鏡面仕上げするな
ど、各種の加工に対して高い適応力がある。

なお、本考案において柱状とは、円筒及び面取りを施し
た多角形などを包含する。

また、請求項３の質量流量制御装置における補正機構部
は、主通路の壁面に板ばねを介して移動自在に支持され
た磁性体からなる可動弁体、主通路の壁に設けられる励
磁コイル及び計測器の計測結果と目標値との比較結果に
応じて励磁コイルに通じる励磁電流値を制御する励磁制
御回路から構成される。従って、その機構的稼動部は、
板ばねを介して支持された可動弁体のみであり、異種部
材が当接し、摩耗する箇所が皆無となる。これにより、
補正機構部から粉・粒状物が発生することが回避され
る。

更に、請求項４の質量流量制御装置における分流通路
は、その壁面の一部が切り欠いて形成され、計測器がそ
の切り欠き部分に嵌合し、かつ、該計測器を貫通して形
成された貫通路によって分流通路が形成される。すなわ
ち、計測器と分流通路とは一体となって分流通路を形成
し、これにより分流通路の通路長を最短としつつ、計測
機及び分流通路を小型に形成することができる。

以下、本考案をより具体的に説明するために、本考案の
一実施例を図面を参照しつつ説明する。

［実施例］ 第１図は、本出願に係る考案の一実施例である質量流量
制御装置１０の概略断面図である。

図示するごとく、質量流量制御装置１０の本体には略直
線的に貫かれるように穿設された主通路１２と、該主通
路１２の一部分をバイパスする分流通路１４が形成され
ている。

分流通路１４によりバイパスされた主通路１２の内部に
は、その内壁の直径より所定値だけ小さい直径に形成さ
れた円筒状の絞り部材１６が装着されている。従って、
この絞り部材１６と主通路１２の内壁との間には所定値
の間隙が形成される。

分流通路１４は壁面の一部が取り除かれ、その部分に流
量検出部材１８が螺合されている。そして、この流量検
出部材１８と一体となって、主通路１２を流れる流体を
バイパスする。すなわち、分流通路１４の取り除かれて
いる壁面に流量検出部材１８が螺合することで、バイパ
ス流路が形成される。また、この流量検出部材１８の流
路を形成する部位には細管１８ａが埋設されており、電
流制御回路２０によって通電量が制御される一対の感熱
抵抗体１８ｂがその細管１８ａに巻装され、従来同様に
細管１８ａを流れる流体の流量を検出することが可能と
されている。

また、絞り部材１６が装着される主通路１２の下流側壁
面には、円筒状コイル２２が埋設されている。駆動制御
回路２４は、この円筒状コイル２２に通じられる励磁電
流を制御するものであり、電流制御回路２０から入力さ
れる流量の測定結果と外部より入力される目標値とによ
り励磁電流を増減する。

その励磁電流により円筒状コイル２２が作り出す磁場内
の主通路１２中には、主通路１２の内壁面に固着された
板ばね２６を介して主通路１２の通路方向に移動自在に
懸架されたプランジャ２８が配置されている。

ここで、板ばね２６とは、薄板状のばね材を第２図に示
すごとき形状に打ち抜き形成したものである。図示する
板ばね２６の外周部２６ａが、主通路１２の内壁面に固
着される部分であり、その内側円形部２６ｂにプランジ
ャ２８が取り付けられる。そして、外周部２６ａと内側
円形部２６ｂとは長い３つの脚部２６ｃにより連結され
ているため、内側円形部２６ｂは外周部２６ａに対して
良好な可撓性を示す。

また、上記のごとき板ばね２６の内側円形部２６ｂに取
り付けられるプランジャ２８の少なくとも一部は、強磁
性体の材料によりに構成されている。従って、円筒状コ
イル２２の作り出す磁界の強度に応じて主通路１２の通
路方向に自在に変位する。そして、プランジャ２８に対
する円筒状コイル２２からの磁力が皆無であるとき、プ
ランジャ２８は板ばね２６の弾性力により図面右方向に
牽引されて主通路１２を閉塞する。すなわち、プランジ
ャ２８は、円筒状コイル２２に通じられる励磁電流値が
大であるほど図面左方向に変位して板ばね２６の外周部
２６ａとの離隔距離を増し、主通路１２の有効面積を広
くする。そして、円筒状コイル２２への励磁電流が
「０」となるときには、主通路１２の有効面積を「０」
とするのである。

以上のごとく構成される本実施例の質量流量制御装置１
０によれば、次のような効果が明らかである。

第一に、質量流量制御装置１０の主通路１２は直線状に
形成され、かつ、その主通路１２から突出することなく
絞り部材１６、分流通路１４、流量検出部材１８及び流
量補正の機構部となる板ばね２６，プランジャ２８がコ
ンパクトに収容されている。このため、流体の経路とな
る主通路及び分流通路の長さが短くなり、不純物の混入
の可能性を低減し、流体置換の応答性を高めることがで
きる。

第二に、本実施例の質量流量制御装置１０の絞り部材１
６は、単純な円筒状をしている。

従って、その表面を通常の研磨技術を利用して簡単に鏡
面仕上げでき、かつ、簡単に主通路１２内に装着するこ
とができる。また、絞り部材１６には粉・粒状物が付着
し難くく、その洗浄は簡便かつ、確実となる。

すなわち、質量流量制御装置１０を連続使用しても主通
路１２を流れる流体に不純物が混入することはなく、し
かも保守が極めて容易となる。

また、絞り部分１６の外径及び長さを変更することで、
簡単に主通路１２を流れる流体の圧力損失を調整するこ
とができる。

しかも、流体の流路は、絞り部材１６の外周面と主通路
１２の内壁面とにより形成される間隙部であり、直線的
である。このため、主通路１２を流れる流体の流路は短
く、流体の置換性に優れている。

第三に、本実施例の質量流量制御装置１０は、板ばね２
６を介してプランジャ２８を支持し、このプランジャ２
８を磁力により変位させて主通路１２の有効面積を調整
する。

従って、有効面積を変更するにあたって、異種部材が摩
擦し合うことがなく、粉・粒状物が質量流量制御装置１
０の内部より発生することはない。

しかも、有効面積を変更するプランジャ２８は、主通路
１２に配置され、主通路１２の通路方向に変位するのみ
である。すなわち、有効面積を調整する部材は完全に主
通路１２中に内蔵され、質量流量制御装置１０は小型化
される。

更に、主通路１２を直線的に構成できるため、制御対象
である流体の流路が短くなり、流体の置換性にも優れた
効果を奏する。

第四に、本実施例の質量流量制御装置１０は、分流通路
１４の一部の壁面を取り除き、流量検出部材１８を螺着
して流体のバイパス通路を形成している。

従って、バイパス通路を主通路１２の極めて近傍に形成
することが可能となり、質量流量制御装置１０を小型化
することができ、また、流量検出部材１８を取り外すこ
とで、簡単に細管１８ａ及び感熱抵抗体１８ｂの保守・
点検を行うことが可能となる。

なお、本考案は上記実施例に何ら限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない各種の態様により具現化され
るものである。例えば、上記実施例では、絞り部材１６
として円筒状のものを使用する例について説明したが、
これに限らず多角形の柱状物を用いてもよい。また、絞
り部材１６の表面に適宜に略直線の溝を刻設し、精密な
圧力損失の調整を行ってもよい。

［考案の効果］ 以上説明したように、本願の請求項１の質質量流量制御
装置は、主通路が直線状に形成され、その中に絞り部
材、分流通路、計測器及び補正機構部を収容している。

従って、流体の経路となる主通路及び分流通路の長さが
短くなり、不純物の混入の可能性を低減し、流体置換の
応答性が高まる。

また、請求項２の質量流量制御装置は、主通路内部に配
置される絞り部材を単純な柱状の柱部材としている。

従って、表面を簡単に鏡面仕上げでき、かつ、簡単に主
通路内に装着することができる。そなわち、粉・粒状物
が付着し難くく、洗浄が簡便、確実となり、流体に不純
物が混入することはなく、連続使用に耐えると共に保守
が極めて容易となる。

また、外径及び長さを変更することで、簡単に主通路を
流れる流体の圧力損失を調整することができる。しか
も、流体の流路が直線的であるため、主通路を流れる流
体の流路は短く、流体の置換性に優れている。

また、請求項３の質量流量制御装置は、主通路の有効面
積を調整する補正機構部が、板ばねにより支持される可
動弁体と励磁コイルとから構成される。

従って、有効面積を変更するにあたって、異種部材が摩
擦し合うことがなく、粉・粒状物が発生することはな
い。しかも有効面積を変更する可動弁体及び励磁コイル
は主通路内部および主通路壁面に配置されるため、質量
流量制御装置を小型化することができる。更に、主通路
を直線的に構成できるため、制御対象である流体の流路
が短くなり、流体の置換性にも優れた効果を奏する。

更に、請求項４の質量流量制御装置は、分流通路の壁面
の一部が切り欠いて形成され、計測器がその切り欠き部
分に嵌合し、かつ、該計測器を貫通して形成され貫通路
によって分流通路が形成されえる。

従って、計測機と分流通路とは一体となって分流通路を
形成し、これにより分流通路の通路長を最短としつつ、
計測機及び分流通路を小型に形成することができると共
に流体の置換を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の質量流量制御装置の概略断面説明図、
第２図はその質量流量制御装置に使用される板ばねの平
面図、第３図は従来の質量流量制御装置の基本機構構成
説明図、第４図（Ａ），（Ｂ）は従来の質量流量制御装
置に使用される２つのタイプの絞り部材の構成説明図、
を示している。 １０……質量流量制御装置、１２……主通路 １４……分流通路、１６……絞り部材 １８……流量検出部材、１８ａ……細管 １８ｂ……感熱抵抗体、２０……電流制御回路 ２２……円筒状コイル、２４……駆動制御回路 ２６……板ばね、２８……プランジャ

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】流体の主たる通路となる主通路と、 該主通路中に配置され、当該主通路の有効面積を減少さ
   せる絞り部材と、 該絞り部材の配置される前記主通路の上流側と下流側と
   を連通し、該主通路を流れる流体が分流する分流通路
   と、 該分流通路に設けられ、当該分流通路を通過する流体の
   流量を計測する計測器と、 該計測器の計測結果と目標値とを比較して、前記主通路
   の有効面積を増減補正する補正機構部と、を有する質量
   流量制御装置において、 前記主通路が直線状に形成され、当該主通路中に前記絞
   り部材、分流通路、計測器及び補正機構部が収容された
   ことを特徴とする質量流量制御装置。
2. 【請求項２】流体の主たる通路となる主通路と、 該主通路中に配置され、当該主通路の有効面積を減少さ
   せる絞り部材と、 該絞り部材の配置される前記主通路の上流側と下流側と
   を連通し、該主通路を流れる流体が分流する分流通路
   と、 該分流通路に設けられ、当該分流通路を通過する流体の
   流量を計測する計測器と、 該計測器の計測結果と目標値とを比較して、前記主通路
   の有効面積を増減補正する補正機構部と、を有する質量
   流量制御装置において、 前記絞り部材が、前記主通路の内壁と所定間隙を介して
   遊嵌される柱状の柱部材であることを特徴とする質量流
   量制御装置。
3. 【請求項３】流体の主たる通路となる主通路と、 該主通路中に配置され、当該主通路の有効面積を減少さ
   せる絞り部材と、 該絞り部材の配置される前記主通路の上流側と下流側と
   を連通し、該主通路を流れる流体を分流させる分流通路
   と、 該分流通路に設けられ、当該分流通路を通過する流体の
   流量を計測する計測器と、 該計測器の計測結果と目標値とを比較して、前記主通路
   の有効面積を増減補正する補正機構部と、を有する質量
   流量制御装置において、 前記補正機構部が、 前記主通路の壁面に板ばねを介して移動自在に支持さ
   れ、その移動量に応じて当該主通路の有効面積を変更す
   る磁性体からなる可動弁体と、 前記主通路の壁に設けられる励磁コイルと、 前記計測器の計測結果と前記目標値との比較結果に応じ
   て前記励磁コイルに通じる励磁電流値を制御する励磁制
   御回路と、 を備えることを特徴とする質量流量制御装置。
4. 【請求項４】流体の主たる通路となる主通路と、 該主通路中に配置され、当該主通路の有効面積を減少さ
   せる絞り部材と、 該絞り部材の配置される前記主通路の上流側と下流側と
   を連通し、該主通路を流れる流体を分流させる分流通路
   と、 該分流通路に設けられ、当該分流通路を通過する流体の
   流量を測定する計測器と、 該測定器の計測結果と目標値とを比較して、前記主通路
   の有効面積を増減補正する補正機構部と、を有する質量
   流量制御装置において、 前記分流通路の壁面の一部が切り欠いて形成され、 前記計測器が前記分流通路の切り欠き部分に嵌合し、か
   つ、該計測器を貫通して形成された貫通路によって前記
   分流通路が形成されることを特徴とする質量流量制御装
   置。