特許 6228768 流体抵抗装置

(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】6228768

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】流体抵抗装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/48 20060101AFI20171030BHJP

   G05D 7/06 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/48

   G05D7/06 Z

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-143823(P2013-143823)

(22)【出願日】2013年7月9日

(65)【公開番号】特開2015-17839(P2015-17839A)

(43)【公開日】2015年1月29日

【審査請求日】2016年6月7日

(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】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】 山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２１９８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２６０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５７００４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ １／３４ − １／４８

Ｆ１６Ｌ ５５／００ − ５５／０２

Ｇ０５Ｄ ７／００ − ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

抵抗流路を有する流体抵抗素子と、
前記流体抵抗素子を挟み込んで固定する第１部材及び第２部材と、
前記第１部材及び前記流体抵抗素子の間に介在する薄板状シール部材と、
前記第１部材及び前記第２部材の間で前記流体抵抗素子を固定するための力を前記第１部材に与える押圧部材とを具備し、
前記薄板状シール部材の外縁が、前記第１部材において前記薄板状シール部材が接触する底面の外縁よりも内側に位置していることを特徴とする流体抵抗装置。

【請求項2】

前記押圧部材及び前記第１部材の間に厚み方向に変形可能な第２シール部材を介在させていることを特徴とする請求項１記載の流体抵抗装置。

【請求項3】

前記流体抵抗素子が、厚み方向に貫通するスリットが形成されたスリット板と、前記スリット板の厚み方向両側に設けられて前記スリットの一部を覆うスリット被覆板とを具備することを特徴とする請求項１又は２記載の流体抵抗装置。

【請求項4】

前記スリット板が、その中心部に厚み方向に貫通した第１貫通孔を有する円環形状をなすものであって、前記スリットが前記中心部から外側に向かって放射状に複数形成されており、
前記スリット被覆板が、その中心部に厚み方向に貫通し、厚み方向から視て前記第１貫通孔と前記スリットの少なくとも一部とに重なり合う第２貫通孔が形成された円環形状をなすものであり、
前記スリット板及び前記スリット被覆板が積み重なって、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔がそれぞれの中心軸を一致させて連通した内部空間と、前記内部空間に流入した流体を前記スリットに沿って流す抵抗流路とが形成されていることを特徴とする請求項３記載の流体抵抗装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば流体の流量を制御する流量制御装置や流体の流量を測定する流量測定装置等に用いられる流体抵抗装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

流体抵抗装置とは、流体が流れる時の抵抗となる流路（以下、抵抗流路とも言う。）を有するものであり、この流体抵抗装置に流体を流した時の上流側及び下流側の圧力に基づいて、流体流量を測定することができる。

【0003】

例えば、半導体製造に用いる材料ガスの流量制御装置の場合、そこに用いられる流体抵抗装置としては、流量制御の精度上、きわめて微細なものが必要であり、数十μｍの厚みの抵抗流路を要求されることもある。

【0004】

そのために、例えば、特許文献１では、複数のスリットが放射状に形成された円環状の厚み数十μｍを有するスリット板の上下を円形の被覆板で覆い、スリットの部分が抵抗流路となるように構成している。このとき、前記被覆板の更に上下からＯリング等のシール部材を介して固定板で挟み込みスリット板及び被覆板を固定している。

【0005】

しかしながら、固定板が被覆板を挟み込む時に、Ｏリングと被覆板との接触部に応力が集中して、厚さ数十μｍの被覆板には僅かな撓みが生じる。このことにより、固定板が被覆板を挟み込んで固定する時の力加減の僅かな誤差によって流体抵抗装置の抵抗特性が変わってしまい、均一の抵抗特性を有する流体抵抗装置を安定して製作することが難しく、場合によっては、被覆板が大きく撓んで抵抗流路が完全に潰れてしまい、抵抗流路に流体が流れないという問題も生じ得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１−２５７００４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであって、ガス等の流体が漏れ出ることを防ぎながらも、同一の抵抗特性を有する流体抵抗装置を安定的に製作できるようにすることを主たる目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち、本発明に係る流体抵抗装置は、抵抗流路を有する流体抵抗素子と、前記流体抵抗素子を挟み込んで固定する第１部材及び第２部材と、前記第１部材及び前記流体抵抗素子の間に介在する薄板状シール部材とを具備することを特徴とするものである。

【0009】

このようなものであれば、薄板状シール部材が流体抵抗素子と第１部材との間を封止して、これらの間から流体が漏れ出ることを防ぐことができる。また、薄板状シール部材と流体抵抗素子との接触領域が広くなるので、薄板状シール部材から流体抵抗素子に加わる応力を分散させることができ、この応力の誤差に影響されることなく、同一の抵抗特性を有する流体抵抗装置を非常に安定して製作することができ、器差を小さくすることが可能となる。

【0010】

前記第１部材及び前記第２部材の間で前記流体抵抗素子を固定するための力を前記第１部材に与える押圧部材を更に具備し、前記押圧部材及び前記第１部材の間に厚み方向に変形可能なＯリング等の第２シール部材を介在させていることが望ましい。
このようなものであれば、押圧部材が第１部材に力を与える際に、Ｏリング等の第２シール部材が変形するので、流体抵抗素子が潰れにくく、同一の抵抗特性を有する流体抵抗装置をより安定して製作することができる。

【0011】

本発明の効果が特に顕著となる実施態様としては、前記薄板状シール部材が、厚み方向から視て円環形状をなすものであって、当該薄板状シール部材の外周及び内周の中心が一致することが好ましい。

【0012】

より具体的には、前記流体抵抗素子がインコネル６００からなり、前記固定部材及び前記薄板状シール部材がＳＵＳ３１６Ｌからなるものが挙げられる。
このようなものであれば、流体が腐食性を有する場合であっても、流体抵抗素子や各部材が腐食されることも防ぐことができる。

【0013】

流体抵抗素子の具体的な実施態様としては、厚み方向に貫通するスリットが形成されたスリット板と、前記スリット板の厚み方向両側に設けられて前記スリットの一部を覆うスリット被覆板とを具備するものが挙げられる。

【0014】

各板部材の具体的な実施態様としては、前記スリット板が、その中心部に厚み方向に貫通した第１貫通孔を有する円環形状をなすものであって、前記スリットが前記中心部から外側に向かって放射状に複数形成されており、前記スリット被覆板が、その中心部に厚み方向に貫通し、厚み方向から視て前記第１貫通孔と前記スリットの少なくとも一部とに重なり合う第２貫通孔が形成された円環形状をなすものであり、前記スリット板及び前記スリット被覆板が積み重なって、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔がそれぞれの中心軸を一致させて連通した内部空間と、前記内部空間に流入した流体を前記スリットに沿って流す抵抗流路とが形成されているものが挙げられる。

【発明の効果】

【0015】

以上に述べたように本発明によれば、ガス等の流体が漏れ出ることを防ぎながらも、同一の抵抗特性を有する流体抵抗装置を安定して製作することができ、器差を小さくすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態における流体制御装置の流体回路図。

【図2】同実施形態における流体抵抗装置の分解斜視図。

【図3】同実施形態における流体抵抗素子の全体斜視図。

【図4】同実施形態における流体抵抗装置の断面図。

【図5】その他の実施形態における流体抵抗装置の断面図。

【発明を実施するための最良の形態】

【0017】

本実施形態に係る流体抵抗装置１０は、流量制御装置１００に用いられるものである。

【0018】

この流量制御装置１００は、例えば、半導体製造プロセスに用いられ、半導体の材料ガス等を流す時の質量流量を制御するものである。

【0019】

具体的にこのものは、図１に示すように、内部流路１ａ上に設けられた流量調整弁１０１と、この流量調整弁１０１よりも下流側に設けられ、当該内部流路１ａを流れる流体の質量流量を測定する流量測定部１０２と、この流量測定部１０２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１０１を制御する制御回路１０３とを具備している。

【0020】

流量測定部１０２は差圧式のものであり、内部流路１ａの上流側に設けられた上流側圧力センサ２１と、下流側に設けられた下流側圧力センサ２２と、上流側圧力センサ２１及び下流側圧力センサ２２との間に設けられ圧力差を生じさせる流体抵抗装置１０と、圧力センサ２１、２２による圧力計測値と流体抵抗装置１０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算出する流量算出部たる流量算出回路３０とを具備している。

【0021】

本実施形態では、流体抵抗装置１０が特徴的であるので、以下に詳述する。

【0022】

流体抵抗装置１０は、図２〜図４に示すように、概略回転体形状をなす流体抵抗素子１０Ｒと、この流体抵抗素子１０Ｒが載置される基材５と、基材５との間で流体抵抗素子１０Ｒを挟み込んで固定する固定部材３と、固定部材３及び流体抵抗素子１０Ｒの間に介在する薄板状シール部材４とから構成されている。
なお、本実施形態では、固定部材３が第１部材であり、基材５が第２部材である。

【0023】

流体抵抗素子１０Ｒは、スリット板１、スリット被覆板２及び底板６とから構成されており、本実施形態では、これらの各板部材は別体であるが、これらを一体に成形したものを流体抵抗素子１０Ｒとしても良い。

【0024】

スリット板１は、例えば２５μｍの厚みを有し、例えばインコネル６００等の耐腐食性のある金属からなる円環形状をなすものである。

【0025】

より具体的には、スリット板１は、図２に示すように、円板の中心部を厚み方向に貫通して形成された円形状の第１貫通孔１１と、前記中心部から放射状に形成された複数のスリット１２とを有するものである。本実施形態では、６本のスリット１２が周方向に沿って等間隔に形成されているが、この本数は限られるものではなく、その間隔も等間隔である必要はない。

【0026】

上述した複数のスリット１２は、本実施形態では全て同一形状をなしており、厚み方向から視て矩形状をなすものである。なお、スリット１２の形状は矩形状に限られず、例えば楕円形状等であっても構わないし、必ずしも全て同一形状でなくても良い。

【0027】

スリット被覆板２は、例えば５０μｍの厚みを有し、例えばスリット板１と同種の金属からなる円環形状をなすものである。

【0028】

より具体的には、スリット被覆板２は、図２に示すように、外径がスリット板１の外径より小さく、内径がスリット板１の内径より大きく、円板の中心部を厚み方向に貫通して形成された円形状の第２貫通孔２１を有するものである。

【0029】

上述したスリット板１及びスリット被覆板２が、図２及び図３に示すように、中心軸を一致させて積み重なった状態において、厚み方向から視ると、スリット１２の外側端部１２１はスリット被覆板２よりも外側に形成されており、スリット１２の内側端部１２２は第２貫通孔２１の内部に形成されており、スリット被覆板２はこれら両端部１２１、１２２を除いてスリット１２を覆っている。

【0030】

本実施形態では、スリット板１及びスリット被覆板２は、図４に示すように、基材５に載置された平板状の底板６の上に交互に積み重なって積層構造を形成している。この積層構造には、第１貫通孔１１と第２貫通孔２１とが連通して、内部流路１ａに流れる流体が流入する内部空間Ｓ１が形成されるとともに、第２貫通孔２１と各スリット１２とが連通して、前記内部空間Ｓ１に流入した流体を前記スリット１２に沿って流す抵抗流路１ｂが当該内部空間Ｓ１から放射状に形成されている。

【0031】

続いて、この流体抵抗素子１０Ｒを固定する固定構造について説明する。

【0032】

上述したように、底板６、スリット板１及びスリット被覆板２から形成される積層構造をなす流体抵抗素子１０Ｒは、基材５と固定部材３との間で挟み込まれて固定される。
本実施形態では、基材５及び固定部材３が、抵抗流路１ｂに流れる流体の進行方向に垂直な方向から流体抵抗素子１０Ｒを挟み込んでいるが、この挟み込む方向は必ずしも流体の進行方向に垂直である必要はない。

【0033】

この固定部材３は、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等の耐腐食性のある金属からなり、図２及び図４に示すように、概略回転体形状をなすものであって、その中心部に第２貫通孔２１より小さい径を有し、流量制御装置１００の内部流路１ａと内部空間Ｓ１とを連通する連通路１ｃが形成されている。この連通路１ｃの一方の開口が形成される頂面３１は外周部と中心部との間で段差が形成されており、他方の開口が形成される底面３２はスリット被覆板２と等しい外径を有する円環状平面である。前記段差には、厚み方向に変形可能であり、後述する薄板状シール部材４よりも変形しやすい、例えばＯリング等の第２シール部材７が設けられている。

【0034】

本実施形態では、基材５に取り付けられたブロック状をなす押圧部材８が、前記第２シール部材７を介して固定部材３を基材５へ向かって押圧し、固定部材３及び基材５の間で流体抵抗素子１０Ｒを挟み込んで固定するように構成されている。
なお、押圧部材８には、流体を流出するための開口部８１が形成されている。

【0035】

上述した構成で流体抵抗素子１０Ｒが固定されて、流体抵抗装置１０が内部流路１ａ上に配置されると、内部流路１ａを流れる流体は、連通路１ｃの一方の開口から流入し、連通路１ｃを経て他方の開口から内部空間Ｓ１へ流出する。内部空間Ｓ１へ導かれた流体は、この内部空間Ｓ１から放射状に形成された抵抗流路１ｂへ流入し、当該抵抗流路１ｂを形成するスリット１２の外側端部１２１から流出して開口部８１を通って内部流路１ａへ導かれる。

【0036】

しかして、本実施形態では、流体が連通路１ｃを経て内部空間Ｓ１へ導かれる際に、積層構造を形成する板部材のうち上層に位置するスリット被覆板２と固定部材３との間から外部へ漏れ出ることを防ぐために、スリット被覆板２と固定部材３との間に薄板状シール部材４を介在させて、これらの間を封止するように構成している。

【0037】

この薄板状シール部材４は、等厚平板状のものであり、例えば５０μｍ以下の厚みを有し、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等の耐腐食性のある金属からなるものである。

【0038】

より具体的には、この薄板状シール部材４は、図２〜図４に示すように、外径がスリット被覆板２の外径よりも小さく、内径がスリット被覆板２の内径よりも大きく、外周と内周との中心が一致した円環形状をなすものである。

【0039】

そして、この薄板状シール部材４は、スリット被覆板２と固定部材３との間に介在した状態において、特に図４に示すように、当該薄板状シール部材４の厚みに対して、薄板状シール部材４とスリット被覆板２との接触幅が十分大きくなるように形成されている。

【0040】

以上のように構成した本実施形態に係る流体抵抗装置１０によれば、固定部材３及び基材５がこれらの間で底板６、スリット板１及びスリット被覆板２を挟み込む際に、薄板状シール部材４がスリット被覆板２と固定部材３との間で潰され、これらの間を確実に封止して流体が漏れ出ることを防ぐことができる。
なお、円環形状をなす薄板状シール部材４は、図４の拡大図に示すように、外側角部Ａにおいてより密着し、この外側角部Ａにおいてシール機能が担保されているようである。

【0041】

また、薄板状シール部材４は、スリット被覆板２と固定部材３との間に介在した状態において、当該薄板状シール部材４の厚みに対して、薄板状シール部材４とスリット被覆板２との接触幅が十分大きいので、薄板状シール部材４からスリット被覆板２に加わる応力を分散させることができる。これにより、薄板状シール部材４からスリット被覆板２に加わる応力に誤差がある場合であっても、この応力が分散されてスリット被覆板２の撓みが抑制されるので、この誤差に影響されることなく、同一の抵抗特性を有する流体抵抗装置１０を安定して製作することができ、器差を小さくすることが可能となる。

【0042】

さらに、流体抵抗素子１０Ｒ、固定部材３、及び薄板状シール部材４がインコネル６００やＳＵＳ３１６Ｌ等の耐腐食性のある金属からなるため、流体が腐食性を有する場合であっても、これらの各部材が腐食されることを防ぐことができる。

【0043】

薄板状シール部材４に比べて厚み方向に変形しやすい第２シール部材７が、固定部材３及び押圧部材８の間に介在しているので、押圧部材８が固定部材３を押圧する際に、この第２シール部材７が変形することで流体抵抗素子１０Ｒが潰れにくくなり、同一の抵抗特性を有する流体抵抗装置１０をより安定して製作することができる。

【0044】

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0045】

例えば、前記実施形態では、積層構造を形成する板部材のうち上層に位置するスリット被覆板２と固定部材３との間に薄板状シール部材４が介在していたが、図５に示すように、基材５上に底板６を載置せずにスリット板１とスリット被覆板２とを積み重ねる場合、上層のスリット被覆板２のみならず、下層のスリット被覆板２と基材５との間にも薄板状シール部材４を介在させて、気密性をさらに向上させても良い。

【0046】

また、前記実施形態では、複数のスリット板１が同一形状であったが、異なる形状としても良い。
具体的には、スリット１２の形状又はスリット１２の数が異なるスリット板１や厚みの異なるスリット板１を積み重ねても良い。このように構成することで、積み重ねるスリット板１を適宜組み合わせれば、流体抵抗素子１０Ｒの抵抗特性を容易に変更することができる。

【0047】

さらに、前記実施形態では薄板状シール部材４が円環形状をなすものであったが、その他の形状である、例えば外周及び内周が矩形状をなすものであっても良い。

【0048】

加えて、前記実施形態では、スリット板１及びスリット被覆板２が円環形状をなすものであったが、矩形形状をなすものであってもよい。

【0049】

さらに、前記実施形態では、第１部材を固定部材３とし、第２部材を基材５としていたが、第１部材を基材５とし、第２部材を固定部材３として、押圧部材８が基材５を固定部材３に向かって押圧するように構成してもよい。この場合は、押圧部材８及び基材５の間に第２シール部材７を介在させておけばよい。

【0050】

流体抵抗素子１０Ｒとしては、音速ノズルでも構わない。

【0051】

流量制御装置１００としては、流量調整弁１０１のないフローメータ（流量測定器）など、他の機器ユニットでも構わない。

【0052】

その他、本発明は前記図示例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【符号の説明】

【0053】

１０・・・流体抵抗装置
１０Ｒ・・・流体抵抗素子
１・・・スリット板
２・・・スリット被覆板
３・・・固定部材
４・・・薄板状シール部材
１２・・・スリット
Ｓ１・・・内部空間
１ｂ・・・抵抗流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】