特許 5887188 流体制御用機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5887188

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】流体制御用機器

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/00 20060101AFI20160303BHJP

   G01F 1/48 20060101ALI20160303BHJP

【ＦＩ】

   G01L19/00 101

   G01F1/48

【請求項の数】5

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2012-91373(P2012-91373)

(22)【出願日】2012年4月12日

(65)【公開番号】特開2013-221753(P2013-221753A)

(43)【公開日】2013年10月28日

【審査請求日】2014年12月24日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000127961

【氏名又は名称】株式会社堀場エステック

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100113468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 明子

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】安田 忠弘

【審査官】 濱本 禎広

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２４２９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０８６５１３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００７−０５２６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５１１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０４０２７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２２６１４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １９／００−１９／１６

Ｇ０１Ｆ １／００− １／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体が流れる内部流路を有するボディユニットと、
前記ボディユニットに取り付けられて前記内部流路を流れる流体を制御する流体制御弁と、
前記ボディユニットに取り付けられて前記内部流路の圧力を検知する圧力センサと、
前記ボディユニットに取り付けられた前記流体制御弁及び前記圧力センサを収容するケーシングとを具備し、
前記ボディユニットが長手方向を有するとともにその長手方向に平行な面に部品取付面を設定したものであり、前記部品取付面に前記流体制御弁を取り付けるとともに、前記部品取付面に前記圧力センサを、その感圧面が前記部品取付面に略垂直でなおかつ前記長手方向に略平行となるように取り付けており、
前記ケーシングにおける前記長手方向に平行な側壁において、その内面を凹凸形状としており、前記流体制御弁及び前記圧力センサに対向する部分を肉薄部とし、前記流体制御弁及び前記圧力センサに対向しない部分の少なくとも一部を前記肉薄部よりも肉厚である肉厚部としており、
前記圧力センサが、所定の一面が前記部品取付面に取り付けられる略直方体形状をなすフランジ部と、当該フランジ部における前記部品取付面とは反対側の面に設けられて、内部に前記感圧面を有する扁平形状をなすセンサ本体部とを有し、
前記圧力センサに対向する肉薄部を前記フランジ部における前記長手方向に平行な側面に接触させて、前記ケーシングを前記長手方向に直交する幅方向に位置決めしている流体制御用機器。

【請求項2】

前記ケーシングが、金属基材を切削加工することにより形成されている請求項１記載の流体制御用機器。

【請求項3】

前記ケーシングの側壁において、前記流体制御弁及び前記圧力センサに対向する肉薄部を、その他の部分よりも最も薄い肉薄部としている請求項１又は２記載の流体制御用機器。

【請求項4】

前記ボディユニットが、概略直方体形状をなすものであり、
前記ケーシングが前記流体制御弁及び前記圧力センサを収容した状態において、前記ケーシングにおける前記長手方向に平行な外側面及び前記ボディユニットにおける長手方向に平行な外側面を略面一としている請求項１乃至３の何れかに記載の流体制御用機器。

【請求項5】

流体が流れる内部流路を有するボディユニットと、
前記ボディユニットに取り付けられて前記内部流路を流れる流体を制御する流体制御弁と、
前記ボディユニットに取り付けられて前記内部流路の圧力を検知する圧力センサと、
前記ボディユニットに取り付けられた前記流体制御弁及び前記圧力センサを収容するケーシングとを具備し、
前記ケーシングにおける長手方向に平行な側壁において、その内面を凹凸形状としており、前記流体制御弁及び前記圧力センサに対向する部分を肉薄部とし、前記流体制御弁及び前記圧力センサに対向しない部分の少なくとも一部を前記肉薄部よりも肉厚である肉厚部としており、
前記圧力センサが、所定の一面が前記部品取付面に取り付けられる略直方体形状をなすフランジ部と、当該フランジ部における前記部品取付面とは反対側の面に設けられて、内部に前記感圧面を有する扁平形状をなすセンサ本体部とを有し、
前記圧力センサに対向する肉薄部を前記フランジ部における前記長手方向に平行な側面に接触させて、前記ケーシングを前記長手方向に直交する幅方向に位置決めしている流体制御用機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体プロセスで用いられる材料ガス等の圧力や流量等を制御する流体制御用機器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種の流量測定機構やマスフローコントローラに用いられる圧力センサとして、特許文献１に示すように、流体の圧力をダイアフラムなどに設けた感圧面で受圧し、その感圧面の変位によって流体圧力を測定するものが知られている。かかる方式の圧力センサでは、受圧部材における感圧面の面積が大きいほど、感度が向上する。

【0003】

ところで、従来のマスフローコントローラには、内部に制御対象流体が流れる流路を形成したボディに圧力センサや流量調整弁などが取り付けられた構成を有したものがある。特に近年では、複数のマスフローコントローラをコンパクトに並列させたい要求などから、図１５に示すように、マスフローコントローラ１００’のボディ１’を長細い形状にするとともに、その長手方向と平行な一面に設定した部品取付面１ｘ’に圧力センサ２’や流量調整弁４’などを前記長手方向に沿って直列に取り付けることにより、マスフローコントローラ全体の幅方向寸法を小さく抑えるべく図ったものが開発されている。

【0004】

しかしながら、従来のマスフローコントローラでは、圧力センサを、その感圧面がボディの部品取付面に対して平行となるように配置しているので、全体の幅方向の寸法をさらに小さくしようとすると、感圧面の面積が小さくなって感度低下を招く恐れがある。そしてこのことが、小型化、特に幅方向の縮小化へのボトルネックとなっている。

【0005】

また、ボディに取り付けられた圧力センサや流量制御弁等の構成部品に対する磁気シールド、塵埃の侵入防止及び流量制御用機器の取り扱いを容易にするため、それら圧力センサや流量制御弁等の構成部品を収容するケーシングが設けられているが、流量制御用機器の幅方向の寸法を小さく抑えるためには、このケーシングの幅方向の寸法も小さくする必要がある。

【0006】

しかしながら、ケーシングの幅寸法を小さくするために、従来のケーシング同様、板金加工において板金を薄くすることが考えられるが、そうするとも加工精度を十分に出すことが難しく、またケーシングの機械的強度が不足してしまい、ケーシングが破損し易くなるという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】実開平２−５５１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、圧力測定感度の低下を招くことなく、幅方向寸法を従来に比べて飛躍的に低減できるとともに、また、ケーシングの機械的強度を確保しながらもケーシングの幅方向寸法を低減できる構成として、流体制御用機器の小型化をさらに推し進めることをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

すなわち本発明に係る流体制御用機器は、流体が流れる内部流路を有するボディユニットと、前記ボディユニットに取り付けられて前記内部流路を流れる流体を制御する流体制御弁と、前記ボディユニットに取り付けられて前記内部流路の圧力を検知する圧力センサと、前記ボディユニットに取り付けられた前記流体制御弁及び前記圧力センサを収容するケーシングとを具備し、前記ボディユニットが長手方向を有するとともにその長手方向に平行な面に部品取付面を設定したものであり、前記部品取付面に前記流体制御弁を取り付けるとともに、前記部品取付面に前記圧力センサを、その感圧面が前記部品取付面に略垂直でなおかつ前記長手方向に略平行となるように取り付けており、前記ケーシングにおける前記長手方向に平行な側壁において、その内面を凹凸形状としており、前記流体制御弁及び前記圧力センサに対向する部分を肉薄部とし、前記流体制御弁及び前記圧力センサに対向しない部分の少なくとも一部を前記肉薄部よりも肉厚である肉厚部としていことを特徴とする。

【0010】

このようなものであれば、圧力センサの感圧面を大きくして圧力感度特性を向上させながら、幅方向寸法、すなわち長手方向に直交しなおかつ部品取付面に平行な寸法を飛躍的に小さくすることができる。そして、このことによって複数の流体制御用機器をコンパクトに並列させることが可能になる。ここで、圧力センサを上記の通り取り付けることによってボディユニットの幅方向寸法を小さくすることができるが、ケーシングの厚みを考慮した幅方向寸法とする必要があり、圧力センサを上記通り取り付けるだけでは、ボディユニットの小型化には限界がある。本発明では、ケーシングにおける長手方向に平行な側壁において、流体制御弁及び圧力センサに対向する部分を肉薄部としているので、ケーシングにおける長手方向に平行な側壁の外側面を幅方向内側に寄せることができ、ケーシングの幅方向寸法に占めるケーシングの幅方向寸法を小さくすることができるので、ボディユニットをの幅方向寸法を小さくでき、ケーシングの幅方向の寸法を可及的に小さくすることができる。これにより、複数の流体制御用機器を並列させる場合に、ケーシングがそれらの近接配置を阻害することを防止することができる。さらに、ケーシングにおける長手方向に平行な側壁において、流体制御弁及び前記圧力センサに対向しない部分の少なくとも一部を肉厚部としていることから、この肉厚部によりケーシングの側壁の機械的強度を補強することができるので、ケーシングの機械的強度を確保することができる。なお、ケーシングの側壁の機械的強度に着目すれば、ケーシングの側壁の外面を凹凸形状とすることも考えられるが、そうすると、複数の流体制御用機器を並列させる場合に、ケーシング外面の凸部分が互いに干渉し合ってしまい、近接配置を阻害してしまう。

【0011】

ここで、ケーシングについては、板金加工により形成することが考えられるが、薄肉部に合わせて金属板の選定を行うと、例えば０．３ｍｍ等の薄い金属板を加工する必要がある。そうすると、金属板が撓む等により十分な精度を出すことができないだけでなく、他の部材をねじ固定するためのボス部を溶接すると、熱変形や亀裂等の破損が生じてしまうという問題がある。また、ケーシングを金型を用いた鋳造により形成することも考えられるが、例えば０．３ｍｍ等の薄肉部を形成する金型部分に溶融させた金属（例えばアルミニウム）が流入しにくいため、ケーシングを形成することが難しい。このため、前記ケーシングが、金属基材を切削加工することにより形成されていることが望ましい。このように金属基材を切削加工により形成することで、精度良くケーシングを形成することができる。したがって、複数の流体制御用機器を並列させる場合であっても、ケーシングの加工精度のばらつきが原因で複数の流体制御用機器が密に並列配置できないといった不具合が生じることを防ぐことができる。また、ボス部も一体に形成されるので、上述した溶接時の不具合も解消することができる。

【0012】

ケーシングの側壁を可及的に幅方向内側に位置させてケーシングの幅方向の寸法を可及的に小さくするためには、前記ケーシングの側壁において、前記流体制御弁及び前記圧力センサに対向する肉薄部を、その他の部分よりも最も薄い肉薄部としていることが望ましい。

【0013】

圧力センサの具体的な構成を活かして、ケーシングを幅方向に位置決めするためには、前記圧力センサが、所定の一面が前記部品取付面に取り付けられる略直方体形状をなすフランジ部と、当該フランジ部における前記部品取付面とは反対側の面に設けられて、内部に前記感圧面を有する扁平形状をなすセンサ本体部とを有し、前記圧力センサに対向する肉薄部を前記フランジ部における前記長手方向に平行な側面に接触させて、前記ケーシングを前記長手方向に直交する幅方向に位置決めしていることが望ましい。

【0014】

前記ケーシングが、前記長手方向に平行な一方の側面及び底面が開口した概略直方体形状をなす第１ケーシング要素と、前記第１ケーシング要素の前記一方の側面の開口を閉塞する第２ケーシング要素とを備え、前記第２のケーシング要素を前記第１のケーシング要素にねじ固定するものであることが望ましい。これならば、流体制御弁及び圧力センサの配線等の保守の際に第２ケーシング要素を第１ケーシング要素から取り外すだけで良く、保守作業を容易にすることができる。また、第１ケーシング要素が圧力センサのフランジ部により幅方向に位置決めされていれば、第２ケーシング要素を第１ケーシング要素にねじ固定するだけで、第２ケーシング要素も幅方向に位置決めすることができる。

【0015】

ケーシング内に制御基板を配置する構成のものにおいては、前記圧力センサに対して前記ボディユニットとは反対側の空間に前記圧力センサからの出力信号値を受信して前記流体制御弁を制御する制御基板を設けており、前記ケーシングにおける前記長手方向に平行な側壁において、前記制御基板に対向する部分を肉薄部としていることが望ましい。

【0016】

前記ボディユニットが、概略直方体形状をなすものであり、前記ケーシングが前記流体制御弁及び前記圧力センサを収容した状態において、前記ケーシングにおける前記長手方向に平行な外側面及び前記ボディユニットにおける長手方向に平行な外側面を略面一としていることが望ましい。これならば、流体制御用機器の長手方向に直交する側面の凹凸構造を無くして平面状にすることができるので、複数の流体制御用機器を並列する場合に、各流体制御用機器を密着した状態で配置することができる。

【発明の効果】

【0017】

このように構成した本発明によれば、圧力測定感度の低下を招くことなく、幅方向寸法を従来に比べて飛躍的に低減できるとともに、また、ケーシングの機械的強度を確保しながらもケーシングの幅方向寸法を低減できる構成として、流体制御用機器の小型化をさらに推し進めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】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。

【図2】同実施形態のケーシング未装着状態のマスフローコントローラの全体斜視図。

【図3】同実施形態のマスフローコントローラの内部構造を示す縦断面図。

【図4】同実施形態のマスフローコントローラの平面図。

【図5】同実施形態の圧力センサの内部構造を示す横断面図。

【図6】同実施形態のマスフローコントローラの分解斜視図。

【図7】同実施形態の流量調整弁の内部構造を示す部分断面図。

【図8】同実施形態の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。

【図9】同実施形態のケーシング装着状態のマスフローコントローラの全体斜視図。

【図10】同実施形態の第１ケーシング要素の側面図。

【図11】同実施形態の第２ケーシング要素の側面図。

【図12】同実施形態の第１ケーシング要素の斜視図。

【図13】同実施形態の第２ケーシング要素の斜視図。

【図14】同実施形態の流量調整弁又は圧力センサと、左右側壁とを示す部分断面図。

【図15】従来のマスフローコントローラを示す全体斜視図。

【図16】変形実施形態に係るマスフローコントローラの流体回路図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明に係る流体制御用機器の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0020】

本実施形態に係る流体制御用機器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、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が流れる内部流路１ａを有するボディユニット１と、前記内部流路１ａ上に設けられた流体制御弁である流量調整弁４と、この流量調整弁４よりも下流側に設けられ、前記内部流路１ａを流れる流体の質量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２には示していない）とから構成されたマスフローコントローラである。以下に各部を詳述する。

【0021】

ボディユニット１は、図２に示すように、長細い直方体形状をなすものである。このボディユニット１における長手方向と平行な１つの面は、部品取付面１ｘとして設定してあり、この部品取付面１ｘのみに、前記流量調整弁４や圧力センサ２Ａ、２Ｂなどの部品が取り付けられるように構成してある。また、この部品取付面１ｘの反対側の面を、当該ボディユニット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）には何も取り付けないようにして、複数のボディユニット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。

【0022】

内部流路１ａは、ボディユニット１の長手方向における一端部から他端部に向かって延びるもので、図３に示すように、その流体導入口１ｂ及び流体導出口１ｃが、前記ボディユニット１の長手方向に直交する両端面にそれぞれ開口するように構成してある。そして、前記部品取付面１ｘと直交する方向から視たときに（以下、平面視とも言う）、流体が長手方向と略平行に流れていくように構成してある。

【0023】

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とからなる柱状をなすものであり、前記部品取付面１ｘにおける流体導入口１ｂ側の一端部に鉛直に取り付けられている。この流量調整弁４の最大幅寸法は、前記部品取付面１ｘの幅寸法（長手方向と直交する方向の寸法）よりも若干小さく設定してあり、図４に示すように、この流量調整弁４をボディユニット１に取り付けた状態で、流量調整弁４がボディユニット１よりも幅方向外側に突出しないように構成してある。

【0024】

この流量調整弁４を構成する部材のうち、弁座部材４２は、図７に示すように、その頂面中央部に円環状の弁座面４２ａを突出形成した概略柱状をなすものである。また、弁座部材４２には、一端が当該弁座部材４２の頂面中央部（具体的には弁座面４２ａの内側）に開口するとともに他端が当該弁座部材４２の底面中央部に開口する流体導入路４２ｂと、一端が該弁座部材４２の頂面周縁部（より具体的には弁座面４２ａよりも外側）に開口するとともに他端が当該弁座部材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。

【0025】

この弁座部材４２は、前記部品取付面１ｘの一端部に開口させた有底凹部１ｄに嵌め込まれる。この有底凹部１ｄは、前記内部流路１ａを分断する位置に設けてあり、当該有底凹部１ｄの底面中央部に、分断された内部流路１ａのうちの上流側内部流路１ａ１の終端が開口させてあり、当該有底凹部１ｄの底部側周面には、下流側内部流路１ａ２の始端が開口させてある。

【0026】

そして、有底凹部１ｄ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１ｄの中央に開口する上流側内部流路１ａ１の終端にシール部材ＳＬ２を介して連通し、また、前記流体導出路４２ｃの他端が、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１ｄ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１ａ２の始端に連通する。

【0027】

一方、前記弁体部材４１は、図３、図７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とを具備している。

【0028】

筐体４１１は、長尺筒状をなすハウジング４１１ａと、このハウジング４１１ａの一端面を気密に閉塞する弾性変形可能な薄肉板状のダイアフラム部材４１１ｂと、前記ハウジング４１１ａの他端面を気密に閉塞する閉塞部材４１１ｃとを具備したものである。

【0029】

ハウジング４１１ａは、前記有底凹部１ｄ上を覆うように部品取付面１ｘに取り付けられる概略直方体形状をなすフランジ部４１１ａ１と、このフランジ部４１１ａ１に連結される概略円筒状をなす円筒部４１１ａ２とからなるものである。また、ダイアフラム部材４１１ｂは、図７に示すように、内側に向かって突出する突起４１１ｂ１を中央に有した弾性変形可能な薄板であり、前記フランジ部４１１ａ１と一体に成形されている。さらに、閉塞部材４１１ｃには、圧電素子駆動用の端子Ｔが気密に貫通させてあり、いわゆるハーメチック構造となっている。

【0030】

そして、前記フランジ部４１１ａ１の一端面である下面をボディユニット１の部品取付面１ｘにシール部材ＳＬ１を介して取り付けることにより、ボディユニット１に形成した前記有底凹部１ｄの開口を前記下面で封止するとともに、弁座面４２ａにダイアフラム部材４１１ｂを対向させ、前記圧電素子４１２の伸縮によってダイアフラム部材４１１ｂと弁座面４２ａとの離間距離が変わって、このダイアフラム部材４１１ｂが弁体４１ａとして機能するようにしてある。

【0031】

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２Ａ、２Ｂとからなるものである。そして、圧力センサ２Ａ、２Ｂ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てある。

【0032】

前記抵抗流路３ａは、図６、図８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、前記連通路３ｃに内方端が連通し外方端が長手方向と直交する側面に開口するスリット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。

【0033】

一方、ボディユニット１の部品取付面１ｘにおける長手方向中央部には、図３、図５、図６、図８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１ｅが設けてある。そして、この凹部１ｅに、前記流体抵抗部材３が、幅方向には隙間無く、ボディユニット１の長手方向には隙間を有して嵌り込むように設計されている。また、この凹部１ｅの底面中央には、この凹部１ｅで分断された内部流路１ａのうちの上流側内部流路１ａ２の終端が開口する一方、凹部１ｅにおける長手方向の底面縁部には、下流側内部流路１ａ３の始端が開口するように構成してある。

【0034】

この流体抵抗部材３が凹部１ｅ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１ａ２の終端にシール部材ＳＬ３を介して接続され、抵抗流路３ａの外方端が下流側内部流路１ａ３の始端に連通する。つまり、上流側内部流路１ａ２は、連通路３ｃ及び抵抗流路３ａを介して、下流側内部流路１ａ３に接続される。

【0035】

圧力センサ２Ａ、２Ｂは、図２〜図６等に示すように、扁平形状をなす本体部材２１と、その本体部材２１内に内蔵した圧力検知素子２２とを具備するものである。そして、この本体部材２１を、その面板部（扁平面）が部品取付面１ｘに垂直でなおかつボディユニット１の長手方向と略平行、すなわち平面視、流体の流れ方向と略平行となるように、該部品取付面１ｘに取り付けてある。また、圧力センサ２Ａ、２Ｂの厚み寸法は、図４等に示すように、部品取付面１ｘの幅方向寸法よりも若干小さく設定してあり、取付状態で圧力センサ２Ａ、２Ｂがボディユニット１よりも幅方向外側に突出しないように構成してある。

【0036】

本体部材２１は、所定の一面である下面が部品取付面１ｘに取り付けられる略直方体形状をなすフランジ部２３と、当該フランジ部２３における部品取付面１ｘとは反対側の面に設けられて、内部に感圧面を有する扁平形状をなすセンサ本体部２４とを有する。本実施形態では、本体部材２１のうちフランジ部２３の厚み寸法を、部品取付面１ｘの幅方向寸法よりも若干小さく設定してあり、センサ本体部２４の厚み寸法を前記フランジ部２３よりも小さく設定するとともに、センサ本体部２４の一方の側面がフランジ部２３の一方の側面と面一なるように構成してある。

【0037】

前記センサ本体部２４内には、図５に示すように、前記面板部と平行な一面２ｂ１を弾性変形するダイアフラム壁２４１で形成した薄い円板状をなす流体充填室２ｂと、この流体充填室２ｂ及び圧力導入口２ａ１を連通する流体導入路２ｃとが形成してある。前記圧力導入口２ａ１は、ボディユニット１に対する取付面２ａに開口させてある。流体導入路２ｃは、流体充填室２ｂの側面、すなわち前記一面２ｂ１に垂直な面に開口しており、かつ流体導入路２ｃの延伸方向は、前記一面２ｂ１に対して平行又は若干斜めに設定してある。

【0038】

前記圧力検知素子２２は、例えば圧電素子であり、前記ダイアフラム壁２４１の裏面（感圧面である一面２ｂ１とは反対側の面）に接触させてある。そして、感圧面である前記一面２ｂ１が流体圧力を受圧して変位すると、その量を該圧力検知素子２２が検知し圧力信号として出力するように構成してある。なお、圧力検知素子として、例えばダイアフラム壁２４１の変化に伴う空間の容量変化を電気的な容量変化として検知するようなものでも構わない。

【0039】

そして、かかる一対の圧力センサ２Ａ、２Ｂのうちの上流側の圧力センサ２Ａを、ボディユニット１の部品取付面１ｘ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２Ｂを、前記部品取付面１ｘにおける長手方向他端部に取り付けるようにしている。

【0040】

特に前記上流側圧力センサ２Ａは、ボディユニット１に取り付けることによって、その取付面２ａが前記凹部１ｅ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１ｅ内の流体抵抗部材３を、凹部１ｅの底面との間で押圧挟持するように構成してある。このことにより、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。

【0041】

また、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２Ａ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１ａ２が前記連通路３ｃを介して上流側圧力センサ２Ａに連通されるように構成してある。

【0042】

一方、抵抗流路３ａよりも下流側の内部流路１ａ３は、ボディユニット１の長手方向に沿って延伸し流体導出口１ｃに至るとともに、その途中で分岐した分岐流路１ｆによって、下流側圧力センサ２Ｂの圧力導入口２ａ１に接続されるようにしてある。

【0043】

図１に示す制御回路６は、ボディユニット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を搭載した回路基板により構成されている。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。以下にその動作の概要を、本マスフローコントローラ１００の動作説明も兼ねて簡単に説明する。

【0044】

この制御回路６は、各圧力センサ２Ａ、２Ｂ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。

【0045】

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、流量調整弁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、弁座面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。

【0046】

しかして、本実施形態のマスフローコントローラ１００は、図９に示すように、ボディユニット１に取り付けられた流量調整弁４、圧力センサ２Ａ、２Ｂ及び制御回路６の電磁シールド及び塵埃保護並びにマスフローコントローラ１００の取り扱いを容易にするため、図９に示すように、流量調整弁４、２つの圧力センサ２Ａ、２Ｂ及び制御回路６を収容するケーシング７を有する。

【0047】

ケーシング７は、図１０〜図１４に示すように、例えばアルミニウム等の金属製の概略直状態形状をなすものである。このケーシング７における少なくとも長手方向に平行な側壁（左右側壁７ａ、７ｂ）は、その内面が凹凸形状を有し、その外面が概略平面状に構成してある。そして、左右側壁７ａ、７ｂの内面において、流量調整弁４及び圧力センサ２Ａ、２Ｂに対向する部分が肉薄部Ｐ１〜Ｐ３とされており、流量調整弁４及び圧力センサ２Ａ、２Ｂに対向しない部分の一部が前記肉薄部Ｐ１〜Ｐ３よりも肉厚の肉厚部Ｑ１とされている。なお、図１０及び図１１では、流量調整弁４、圧力センサ２Ａ、２Ｂ等を点線で示している。

【0048】

ここで、ケーシング７の左右側壁７ａ、７ｂにおいて、前記流量調整弁４及び圧力センサ２Ａ、２Ｂに対向する肉薄部Ｐ１〜Ｐ３は、その他の部分よりも最も薄い肉薄部とされている。流量調整弁４に対向する肉薄部Ｐ１は、その壁厚が当該肉薄部Ｐ１全体で一定とされているとともに、各圧力センサ２Ａ、２Ｂに対向する肉薄部Ｐ２、Ｐ３は、その壁厚が当該肉薄部Ｐ２、Ｐ３全体で一定とされている。そして、本実施形態では、流量調整弁４に対向する肉薄部Ｐ１及び各圧力センサ２Ａ、２Ｂに対向する肉薄部Ｐ２、Ｐ３の壁厚を互いに同一としている。また、これら肉薄部Ｐ１〜Ｐ３は、側面視において、流量調整弁４及び各圧力センサ２Ａ、２Ｂを含む範囲に形成されている（図１０、図１１参照）。なお、肉薄部Ｐ１〜Ｐ３の壁厚は、例えば０．３ｍｍである。肉厚部Ｑ１の壁厚は、当該肉厚部Ｑ１の部分によって異なるものであっても良いが、本実施形態では肉厚部Ｑ１全体で一定であり、例えば２ｍｍである。

【0049】

本実施形態では、前記制御回路６がケーシング７に取り付けられて構成されるものであり、その制御回路６に対向する部分も肉薄部Ｐ４とされている。また、制御回路６に対向する肉薄部Ｐ４は、前記肉薄部Ｐ１〜Ｐ３よりも肉厚であり、前記肉厚部Ｑ１よりも肉薄のものであり、例えば１ｍｍである。この肉薄部Ｐ４は、側面視において、制御回路６を含む範囲に形成されている（図１０、図１１参照）。

【0050】

具体的にこのケーシング７は、長手方向に平行な一方の側面及び底面が開口した概略直方体形状をなす第１ケーシング要素７１と、前記第１ケーシング要素７１の前記一方の側面の開口を閉塞する第２ケーシング要素７２とを備えている。

【0051】

第１ケーシング要素７１及び第２ケーシング要素７２はともに、アルミニウム等の金属基材を切削加工により形成されたものとしている。本実施形態では、前記第１ケーシング要素７１は、例えば１０ｍｍ厚のアルミニウム基材を切削加工することによって形成してある。また、第２ケーシング要素７２は、例えば２ｍｍ厚のアルミニウム基材を切削加工することによって形成してある。

【0052】

第１ケーシング要素７１における長手方向一方の前板部７１１は、流量調整弁４のフランジ部４１１ａ１の長手方向の一方の側面にねじ固定されるとともに、第１ケーシング要素７１における長手方向他方の後板部７１２は、下流側の圧力センサ２Ｂのフランジ部２３の長手方向他端側の側面にねじ固定される（図１０参照）。なお、このねじ固定のために、第１ケーシング要素７１の前後板部７１１、７１２には、固定用の貫通孔Ｈ１が形成してある（図１２参照）。このように、第１ケーシング要素７１が前記各フランジ部４１１ａ１、２３に固定された状態で、第１ケーシング要素７１の底面開口端は、ボディユニット１の部品取付面１ｘと略接触するように構成してある。

【0053】

そして、第１ケーシング要素７１の長手方向に平行な側板部７１３の内面が凹凸形状とされており、流量調整弁４、２つの圧力センサ２Ａ、２Ｂ及び制御回路６に対向する部分が前述したように肉薄部Ｐ１〜Ｐ４としてある。また、第１ケーシング要素７１の側板部７１３の内面には、前記制御回路６をねじ固定するためのボス部７１３ｘが形成されている。当該ボス部７１３ｘは、第１ケーシング要素７１が切削加工により形成されているため、側板部７１３と一体に形成されている。なお、この側板部７１３により右側側壁７ａが構成される。

【0054】

第１ケーシング要素７１の前後板部７１１、７１２には、第２ケーシング要素７２をねじ固定するための貫通孔Ｈ２が複数形成してある（図１２参照）。また、第１ケーシング要素７１の側面開口を形成する前後板部７１１、７１２及び上板部７１４の開口端部には、第２ケーシング要素７２を嵌め入れるための収容段部７１Ｍが形成してあり（図１１、図１２参照）、この第１ケーシング要素７１の収容段部７１Ｍに第２ケーシング要素７２を嵌め入れることによって、第２ケーシング要素７２の長手方向の位置決めが行われる。さらに、第１ケーシング要素７１の上板部７１４には、長手方向に沿って例えば矩形状をなす貫通孔Ｈ３が形成してあり、この貫通孔Ｈ３を介して制御回路６の出力端子６１が外部に延出されるように構成してある（図９、図１２参照）。

【0055】

第２ケーシング要素７２は、前記第１ケーシング要素７１の側面開口を閉塞する概略矩形平板状をなすものであり、第１ケーシング要素７１にねじ固定される。この第２ケーシング要素７２は、前記第１ケーシング要素７１と同様に、その内面が凹凸形状とされており、流量調整弁４、２つの圧力センサ２Ａ、２Ｂ及び制御回路６に対向する部分が前述したように肉薄部Ｐ１〜Ｐ４とされている。また、第２ケーシング要素７２の長手方向両側の周縁部に形成された肉厚部Ｑ１には、前記第１ケーシング要素７１にねじ固定するための雌ねじ部７２１が形成されている（図１３参照）。なお、この第２ケーシング要素７２により左側側壁７ｂが構成される。

【0056】

このように構成した第１ケーシング要素７１及び第２ケーシング要素７２は、図１４に示すように、圧力センサ２Ａ、２Ｂのフランジ部２３の長手方向に平行な２つの側面２３ａ、２３ｂ、及び、流量調整弁４のフランジ部４１１ａ１の長手方向に平行な２つの側面４１１ａ１ａ、４１１ａ１ｂ、によって、幅方向に位置決めされる。具体的には、圧力センサ２Ａ、２Ｂのフランジ部２３及び流量調整弁４のフランジ部４１１ａ１の幅方向一方の側面２３ａ、４１１ａ１ａに、第１ケーシング要素７１のそれらに対向する肉薄部Ｐ１〜Ｐ３内面を接触させることにより、第１ケーシング要素７１が幅方向に位置決めされる。なお、本実施形態では、圧力センサ２Ａ、２Ｂのフランジ部２３の一方の側面２３ａ及びセンサ本体部２４の一方の側面２４ａが面一であることから、肉薄部Ｐ２、Ｐ３はセンサ本体部２４の一方の側面２４ａにも接触する。このように位置決めされた状態で、第１ケーシング要素７１の前後板部７１１、７１２に設けられた貫通孔Ｈ１を介して、流量調整弁４のフランジ部４１１ａ１及び下流側圧力センサ２Ｂのフランジ部２３に設けられた雌ねじ部にねじを螺合させることによって、第１ケーシング要素７１がボディユニット１に取り付けられる。

【0057】

また、圧力センサ２Ａ、２Ｂのフランジ部２３及び流量調整弁４のフランジ部４１１ａ１の幅方向他方の側面２３ｂ、４１１ａ１ｂに、第２ケーシング要素７２のそれらに対向する肉薄部Ｐ１〜Ｐ３内面を接触させることにより、第２ケーシング要素７２が幅方向に位置決めされる。なお、本実施形態では、圧力センサ２Ａ、２Ｂのフランジ部２３の他方の側面２３ｂよりもセンサ本体部２４の他方の側面２４ｂが幅方向内側に位置することから、肉薄部Ｐ２、Ｐ３はセンサ本体部２４の他方の側面２４ｂには接触しない。つまり、第２ケーシング要素７２の肉薄部Ｐ２、Ｐ３は、センサ本体部２４における圧力検知素子２２に対向する側壁の外面２４ｂには接触しないように構成してある。ここで、センサ本体部２４の他方の側面２４ｂには、圧力センサの信号処理回路が設けられているため、肉薄部Ｐ２、Ｐ３が接触しないように構成することで、信号処理回路に設けられた電気素子や端子等の短絡を防止することができる。また、圧力検知素子２２により得られる圧力信号のＳＮ比が可及的に小さくすることができる。このように位置決めされた状態で、第１ケーシング要素７１の前後板部７１１、７１２に設けられた貫通孔Ｈ２を介して、第２ケーシング要素７２に設けられた雌ねじ部７２１にねじを螺合させることによって、第２ケーシング要素７２が第１ケーシング要素７１に取り付けられる。

【0058】

また、このように第１ケーシング要素７１及び第２ケーシング要素７２をボディユニット１に取り付けた状態で、第１ケーシング要素７１の外側面及び第２ケーシング要素７２の外側面は、ボディユニット１の側面と略面一となるように構成している。つまり、第１ケーシング要素７１及び第２ケーシング要素７２の圧力センサ２Ａ、２Ｂに対向する肉薄部Ｐ２、Ｐ３の壁厚は、圧力センサ２Ａ、２Ｂのフランジ部２３の側面及びボディユニット１の側面との間の間隔寸法と略同一である。また、第１ケーシング要素７１及び第２ケーシング要素７２の流量調整弁４に対向する肉薄部Ｐ１の壁厚は、流量調整弁４のフランジ部４１１ａ１の側面及びボディユニット１の側面の間の間隔寸法と略同一である。

【0059】

このように構成した本実施形態のマスフローコントローラ１００によれば、圧力センサ２Ａ、２Ｂ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２Ａ、２Ｂ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、部品取付面１ｘ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。

【0060】

また、ケーシング７の左右側壁７ａ、７ｂにおいて、流量調整弁４及び圧力センサ２Ａ、２Ｂに対向する部分を肉薄部Ｐ１〜Ｐ３としているので、ケーシング７の左右側壁７ａ、７ｂの外側面を幅方向内側に寄せることができるので、ケーシング７の幅方向の寸法を可及的に小さくすることができる。さらに、ケーシング７の左右側壁７ａ、７ｂにおいて、流量調整弁４及び圧力センサ２Ａ、２Ｂに対向しない部分の少なくとも一部を肉厚部Ｑ１としていることから、この肉厚部Ｑ１によりケーシング７の機械的強度を確保することができる。ここで、流量調整弁４又は圧力センサ２Ａ、２Ｂの一方に対向する部分のみを肉薄部とすることが考えられる。これによっても、マスフローコントローラ１００を薄くする効果を発揮することができる。しかしながら、流量調整弁４及び圧力センサ２Ａ、２Ｂに対向する部分を肉薄部とした上記実施形態と比べた場合にはその効果は小さい。

【0061】

また、第１ケーシング要素７１に制御回路６が取り付けられるとともに、圧力センサ２Ａ、２Ｂの信号処理回路が第２ケーシング要素７２を向くように配置されているため、第２ケーシング要素７２を第１ケーシング要素７１から取り外すだけで、制御回路６及び信号処理回路の保守を容易に行うことができる。同様に、第２ケーシング要素７２を第１ケーシング要素７１から取り外すだけで、流体制御弁４及び圧力センサ２Ａ、２Ｂの配線等の保守も容易に行うことができる。

【0062】

なお、その他の付随的な効果としては、流量調整弁４と流体抵抗部材３とが、ボディユニット１における前記部品取付面１ｘ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ことが挙げられる。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。

【0063】

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、感圧面を正確に長手方向に平行かつ部品取付面に垂直にする必要はなく、若干傾いていても、従来に比べて幅方向寸法を低減するという効果を得ることができる。

【0064】

また、前記実施形態では、左右側壁において、流量調整弁、２つの圧力センサ及び制御回路に対向する部分を除いた領域全体を肉厚部としているが、これに限られず、前記対向する部分を除いた領域の肉薄部及び肉厚部の両方を形成したものであっても良い。

【0065】

さらに、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、何れか一方のみにしても構わない。マスフローコントローラのみならず、流体制御弁とその上流又は下流に設けた圧力センサとによって圧力コントローラを構成することも可能である。

【0066】

前記実施形態のマスフローコントローラを半導体製造プロセス以外にも用いることができる。

【0067】

また、前記実施形態の流体制御用機器は、流体制御弁及び圧力センサを有する差圧式のマスフローコントローラであったが、熱式のマスフローコントローラにも適用可能である。具体的にこのマスフローコントローラ１００は、図１６に示すように、流体が流れる内部流路１ａを有するボディユニット１と、当該ボディユニット１の内部流路から分岐したセンサ流路Ｚ１及び当該センサ流路Ｚ１に設けられた２つ以上（図１６では２つ）の抵抗体２Ｘ、２Ｙを有する流量測定機構１０と、当該流量測定機構１０の下流に設けられて、内部流路１ａを流れる流体を制御する流体制御弁４とを備えている。前記抵抗体２Ｘ、２Ｙは、発熱及び感熱の両方を行うものである。このとき制御回路６は、流量測定機構１０からの出力信号を取得して内部流路１ａを流れる試料ガスの流量を算出するブリッジ回路、増幅回路及び補正回路等からなる流量算出部、及び当該流量算出部の出力する流量測定信号の示す信号値（測定流量値）及び入力手段（図示しない）により入力される流量設定信号の示す目標流量である設定流量値に基づいて流体制御弁４の弁開度を制御する弁制御部等としての機能を有する。なお、３つの抵抗体を用いる場合には、上流側から感熱抵抗体、発熱抵抗体及び感熱抵抗体となるように構成される。

【0068】

この場合、ケーシング７における長手方向に平行な側壁７ａ、７ｂにおいて、流量測定機構１０のセンサ流路Ｚ１を形成し、ボディユニット１の上面に設けられたセンサ流路形成部材と、当該センサ流路形成部材の周囲に設けられた抵抗体２Ｘ、２Ｙと、流体制御弁４とに対向する部分を肉薄部とし、センサ流路形成部材、抵抗体２Ｘ、２Ｙ及び流体制御弁４に対向しない部分の少なくとも一部を肉薄部よりも肉厚である肉厚部とする。なお、センサ流路形成部材及び抵抗体２Ｘ、２Ｙがハウジングに収容されている場合には、ケーシング７における長手方向に平行な側壁７ａ、７ｂにおいて、前記ハウジングに対応する部分を肉薄部とする。

【0069】

また、前記実施形態では、圧力センサの感圧面が部品取付面に略垂直でなおかつ長手方向に略平行となるように取り付けたものであったが、従来通り、感圧面が部品取付面に略平行となるように取り付けられたものであっても良い。このようなものであっても、ケーシングにおける長手方向に平行な側壁において、流体制御弁及び圧力センサに対向する部分を肉薄部としているので、ケーシングにおける長手方向に平行な側壁の外側面を幅方向内側に寄せることができ、ケーシングの幅方向寸法に占めるケーシングの幅方向寸法を小さくすることができるので、ボディユニットをの幅方向寸法を小さくでき、ケーシングの幅方向の寸法を可及的に小さくすることができる。これにより、複数の流体制御用機器を並列させる場合に、ケーシングがそれらの近接配置を阻害することを防止することができる。さらに、ケーシングにおける長手方向に平行な側壁において、流体制御弁及び前記圧力センサに対向しない部分の少なくとも一部を肉厚部としていることから、この肉厚部によりケーシングの側壁の機械的強度を補強することができるので、ケーシングの機械的強度を確保することができる。なお、ケーシングの側壁の機械的強度に着目すれば、ケーシングの側壁の外面を凹凸形状とすることも考えられるが、そうすると、複数の流体制御用機器を並列させる場合に、ケーシング外面の凸部分が互いに干渉し合ってしまい、近接配置を阻害してしまう。

【0070】

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0071】

１００・・・流体制御用機器
１・・・ボディユニット
１ａ・・・内部流路
１ｘ・・・部品取付面
２Ａ、２Ｂ・・・圧力センサ
２ｂ１・・・感圧面
２３・・・圧力センサのフランジ部
２４・・・センサ本体部
４・・・流量調整弁（流体制御弁）
６・・・制御回路
７・・・ケーシング
７ａ、７ｂ・・・長手方向に平行な側壁（左右側壁）
７１・・・第１ケーシング要素
７２・・・第２ケーシング要素
Ｐ１〜Ｐ４・・・肉薄部
Ｑ１・・・肉厚部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】