特開 2024-157068 流体制御装置及びガス供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157068

(43)【公開日】2024-11-07

(54)【発明の名称】流体制御装置及びガス供給システム

(51)【国際特許分類】

   G05D 7/06 20060101AFI20241030BHJP

【ＦＩ】

G05D7/06 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021153934

(22)【出願日】2021-09-22

(71)【出願人】

【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

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(72)【発明者】

【氏名】赤土 和也

【テーマコード（参考）】

5H307

【Ｆターム（参考）】

5H307AA02

5H307BB01

5H307DD11

5H307EE02

5H307FF01

5H307FF12

5H307HH12

(57)【要約】

【課題】大流量の流体を制御するべく複数の流体制御弁を用いる場合であっても、装置をコンパクトに保てるようにする。
【解決手段】内部流路Ｌが形成されたブロック１０と、ブロック１０の機器載置面１２に設けられた流体制御弁２０と、内部流路Ｌを流れる流体の圧力を検出する圧力センサ３１とを備え、ブロック１０の側面１３に凹部１４が形成されており、その凹部１４に圧力センサ３１が収容されているようにした。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部流路が形成されたブロックと、
前記ブロックの機器載置面に設けられた流体制御弁と、
前記内部流路を流れる流体の圧力を検出する圧力センサとを備え、
前記ブロックの側面に凹部が形成されており、その凹部に前記圧力センサが収容されている、流体制御装置。

【請求項2】

前記ブロックには、前記凹部に連通するとともに、前記ブロックの前記機器載置面に開口が形成されており、
前記圧力センサの出力端子に接続された配線が、前記開口を通って前記凹部から取り出されている、請求項１記載の流体制御装置。

【請求項3】

前記圧力センサの全体が前記凹部に収容されている、請求項１又は２記載の流体制御装置。

【請求項4】

前記機器載置面に複数の前記流体制御弁が設けられている、請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の流体制御装置。

【請求項5】

前記ブロックの互いに反対を向く側面の一方に複数の前記凹部が形成されており、それら複数の凹部それぞれに互いに異なる前記圧力センサが収容されている、請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の流体制御装置。

【請求項6】

互いに反対を向く前記側面それぞれに前記凹部が形成されており、それら複数の凹部それぞれに互いに異なる前記圧力センサが収容されている、請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の流体制御装置。

【請求項7】

前記側面が、前記機器載置面及び当該機器載置面の裏側の底面と交差する面である、請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の流体制御装置。

【請求項8】

請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の流体制御装置を複数備える、ガス供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体制御装置及びガス供給システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の流体制御装置としては、特許文献１に示すように、内部流路が形成されたブロックに流体制御弁及び圧力センサを設けて、圧力センサの検出値に基づいて流体制御弁の弁開度を制御するように構成されたものがある。

【0003】

このような流体制御装置において、大流量の流体を制御したいといった要望に応えるべく、内部流路をブロック内で分岐させ、それらの分岐流路それぞれに流体制御弁を配置したものがある。

【0004】

しかしながら、１つの流体制御弁を備えるものから、複数の流体制御弁を備えるものに設計変更すると、上述したブロックが流体制御弁の配列方向に長くなる。また、内部流路を封止するためのガスケットも、このブロックに合わせて設計されているため、やはり流体制御弁の配列方向に長くする必要が生じる。

【0005】

その結果、既存のガスケットを使用することができず、例えば流体制御弁の個数が異なる製品間での互換性を持たせることができなくなるなどといった副次的な問題が生じる。

【0006】

なお、こうした問題は、複数の流体制御弁を設ける場合のみならず、種々の要因によりブロックのサイズを長くせざるを得ない場合において共通して生じ得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０２０－０７９６０６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、大流量の流体を制御するべく複数の流体制御弁を用いる場合であっても、装置をコンパクトに保てるようにす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装置は、内部流路が形成されたブロックと、前記ブロックの機器載置面に設けられた流体制御弁と、前記内部流路を流れる流体の圧力を検出する圧力センサとを備え、前記ブロックの側面に凹部が形成されており、その凹部に前記圧力センサが収容されていることを特徴とするものである。

【0010】

このように構成された流体制御装置によれば、圧力センサがブロックの側面に形成された凹部に収容されているので、圧力センサを機器載置面に搭載する構成と比べると、ブロックを短くすることができる。
何故ならば、圧力センサをブロックの機器載置面に搭載する場合は、機器載置面にフランジを取り付けて、そのフランジに圧力センサを取り付けるのに対して、ブロックの側面に形成された凹部収容する場合は、上述したフランジを不要にすることができ、このフランジを取り付ける長さを確保する必要がなくなるからである。

【0011】

これにより、大流量の流体を制御するべく複数の流体制御弁を用いる場合であっても、装置をコンパクトに保つことが可能となる。その結果、１つの流体制御弁を備えるものから、複数の流体制御弁を備えるものに設計変更する場合であっても、ブロックを流体制御弁の配列方向において同じ長さに保つことができ、このブロックやガスケットとして既存のものを用いることができる。

【0012】

ブロックの側面の凹部に圧力センサを収容させる場合、この圧力センサから信号を取り出すための配線の取り回しが煩雑になり、装置の組み立ての困難性を招き兼ねない。
そこで、前記ブロックには、前記凹部に連通するとともに、前記ブロックの前記機器載置面に開口が形成されており、前記圧力センサの出力端子に接続された配線が、前記開口を通って前記凹部から取り出されていることが好ましい。
これならば、配線を凹部から無理なく取り出すことができ、装置の組み立ての簡素化を図れる。

【0013】

前記圧力センサの全体が前記凹部に収容されていることが好ましい。
これならば、圧力センサがブロックの側面からはみ出ることなく収容されるので、例えば複数の流体制御装置を配置する場合に、それぞれのブロックの側面を密接させて配置することができ、例えばこれまでのフットプリントを保つことができる。

【0014】

上述した作用効果がより顕著に発揮される実施態様としては、前記機器載置面に複数の前記流体制御弁が設けられている態様を挙げることができる。
このような構成であれば、背景技術で述べたように大流量の流体を制御できるようにしつつも、装置をコンパクトに保つことができる。

【0015】

複数の圧力センサを凹部に収容するための具体的な実施態様としては、前記ブロックの互いに反対を向く側面の一方に複数の前記凹部が形成されており、それら複数の凹部それぞれに互いに異なる前記圧力センサが収容されていること態様を挙げることができる。

【0016】

前記側面の具体的な態様は、前記機器載置面及び当該機器載置面の裏側の底面と交差する面である。

【0017】

また、別の実施態様としては、互いに反対を向く前記側面それぞれに前記凹部が形成されており、それら複数の凹部それぞれに互いに異なる前記圧力センサが収容されている態様を挙げることができる。

【0018】

本発明に係るガス供給システムは、上述した流体制御装置を複数備えることを特徴とするものである。
このようなガス供給システムであれば、上述した流体制御装置による作用効果を奏し得る。

【発明の効果】

【0019】

このように構成した本発明によれば、大流量の流体を制御するべく複数の流体制御弁を用いる場合であっても、装置をコンパクトに保つことが可能となり、ひいては流体制御弁の個数が異なる製品間での互換性を持たせるといった副次的な効果をも得られる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】一実施形態における流体制御装置が複数配置された状態を示す模式図。

【図2】同実施形態における流体制御装置の内部構造を示す模式図。

【図3】同実施形態における圧力センサが凹部に収容されている状態を示す模式図。

【図4】その他の実施形態における流体制御装置の構成を示す模式図。

【図5】その他の実施形態における流体制御装置の構成を示す模式図。

【図6】その他の実施形態における流体制御装置の構成を示す模式図。

【図7】その他の実施形態における流体制御装置の構成を示す模式図。

【図8】その他の実施形態における流体制御装置の内部構造を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

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

【0022】

流体制御装置は、例えば半導体製造装置に用いられて半導体プロセス用のガス等の流体の流量又は圧力を制御するものである。

【0023】

本実施形態の流体制御装置１００は、図１に示すように、幅方向Ｚ１に複数並列に並べられることでガス供給システムＸを構築するものであり、共通のベースＢにガスケットＧを介して取り付けられる。

【0024】

各流体制御装置１００は、図２に示すように、内部流路Ｌが形成されたブロック１０と、内部流路Ｌを流れる流体を制御する流体制御弁２０と、内部流路Ｌを流れる流体の流量をセンシングする流量検知機構３０とを備え、流量検知機構３０の出力する測定流量を予め定めた設定流量に近づけるように流体制御弁２０の弁開度を制御するように構成されたマスフローコントローラである。

【0025】

ブロック１０は、長尺状をなし、一端側に形成された流入ポートＰ１から流入した流体が、長手方向Ｚ２に沿って形成された内部流路Ｌを流れて、他端側に形成された流出ポートＰ２から流出するように構成されている。

【0026】

これらの流入ポートＰ１及び流出ポートＰ２は、図２に示すように、ブロック１０の底面１１に形成されており、流体制御装置１００がガス供給システムＸを構築している状態において、図１に示すガスケットＧによりシールされている。

【0027】

本実施形態のブロック１０は、一定の幅寸法を有する略直方体形状をなすものであり、長手方向Ｚ２に沿った１つの面が、後述する流体制御弁２０や圧力センサ３１などの流体機器が主として搭載される機器載置面１２となる。機器載置面１２は、この実施形態では図２及び図３に示すように、上述した底面１１とは反対を向く面である。

【0028】

また、以下では、機器載置面１２と底面１１との間の面を側面１３と称する。すなわち、この側面１３は、機器載置面１２及び底面１１と交差する面であり、ブロック１０が長尺状をなす本実施形態においては、ブロック１０の長手方向Ｚ２に沿って延びる面である。

【0029】

流体制御弁２０は、弁座部材に対して弁体が離接して弁開度が調整されるものであり、具体的には内部流路Ｌ上に設けられた例えばノーマルクローズタイプ又はノーマルオープンタイプのピエゾバルブである。

【0030】

本実施形態では、図２に示すように、内部流路Ｌの上流側は２つの並列な流路Ｌ１に分岐されており、これらの並列な分岐流路Ｌ１それぞれに流体制御弁２０が設けられている（以下、これらの流体制御弁２０を第１流体制御弁２０Ａと第２流体制御弁２０Ｂともいう）。

【0031】

これらの分岐流路Ｌ１は、ブロック１０内で干渉しないようにねじれの位置に形成されている。言い換えれば、各分岐流路Ｌ１は、ブロック１０の幅方向Ｚ１にずらして形成されている。これにより、第１流体制御弁２０Ａ及び第２流体制御弁２０Ｂは、並列に配置されるとともに、ブロック１０の長手方向Ｚ２に沿って設けられている。

【0032】

そして、それぞれの分岐流路Ｌ１は下流側で合流しており、この合流流路Ｌ２に第１流体制御弁２０Ａ及び第２流体制御弁２０Ｂそれぞれを通過したガスが流れ込む。

【0033】

このように、内部流路Ｌを並列な２本の分岐流路Ｌ１に分岐させて、それぞれの分岐流路Ｌ１に流体制御弁２０を設けているので、単一の流体制御弁２０を設ける構成に比べると、制御可能な流量が約２倍になり、大流量の流体の制御が可能となる。
しかも、第１流体制御弁２０Ａ及び第２流体制御弁２０Ｂをブロック１０の長手方向Ｚ２に沿って配置しているので、ブロック１０の幅寸法を小さく保つことができる。

【0034】

流量検知機構３０は、図２及び図３に示すように、差圧式のものであり、内部流路Ｌに設けられた一対の圧力センサ３１と、これらの圧力センサ３１の間に設けられたリストリクタ（不図示）とを有し、これらの圧力センサ３１により検出された圧力の差に基づいて流量を測定するように構成してある。

【0035】

具体的には、図２に示すように、一対の圧力センサ３１により検出された圧力を示す検出信号が制御基板４０に出力される。そして、この制御基板４０に搭載されているＣＰＵやメモリ等から構成される制御回路が、検出信号の示す圧力の差に基づき流体の流量を算出するとともに、この算出流量が予め設定された設定流量となるように、上述した流体制御弁２０の弁開度を制御する。

【0036】

なお、上述した流体制御弁２０、流量検知機構３０、及び制御基板４０は、図２に示すように、共通のケーシング５０内に収容されている。

【0037】

かかる構成において、図３に示すように、上述したブロック１０の側面１３には凹部１４が形成されており、この凹部１４に少なくとも１つの圧力センサ３１が収容されている。

【0038】

この実施形態では、上流側の圧力センサ３１Ａは、ブロック１０の機器載置面１２に設けられている。より具体的には、機器載置面１２にフランジ３２が取り付けられており、このフランジ３２に上流側の圧力センサ３１Ａが取り付けられている。

【0039】

一方、下流側の圧力センサ３１Ｂは、上述した側面１３に形成された凹部１４に収容されている。より具体的には、下流側の圧力センサ３１Ｂの全体が凹部１４に収容されており、言い換えれば、この実施形態の場合には、下流側の圧力センサ３１Ｂは、ブロック１０の側面１３から側方にはみ出さずに凹部１４に収容されている。ただし、この圧力センサ３１Ｂの一部が、凹部１４から僅かにはみ出していても構わない。

【0040】

この凹部１４は、図３に示すように、例えば円柱状をなし、一方の側面１３を窪ませて、他方の側面１３まで貫通することなく、ブロック１０の幅方向Ｚ１の途中まで形成されている。

【0041】

より具体的に説明すると、本実施形態のブロック１０は、図３に示すように、機器載置面１２から突出する突出部１５を有しており、この突出部１５の側面にも開口するように凹部１４が形成されている。

【0042】

そして、下流側の圧力センサ３１Ｂは、その受圧面（不図示）がブロック１０の側面１３と平行になる姿勢で凹部１４に収容されている。

【0043】

凹部１４の内部空間は、図２に示すように、内部流路Ｌの一部を構成しており、内部流路Ｌを流れる流体の導入口１４ａ及び導出口１４ｂが凹部１４の底面又は内側周面に開口している。これにより、凹部１４に流れ込んだ流体の圧力が、この凹部１４に収容されている圧力センサ３１Ｂにより検出されることになる。

【0044】

さらに、本実施形態のブロック１０には、図２及び３に示すように、凹部１４に連通するとともに、上述した機器載置面１２に開口１６が形成されている。

【0045】

より具体的に説明すると、機器載置面１２は、上述した通り、底面１１と反対を向く面であって、上述した突出部１５の先端面１５１もここでは機器載置面１２の一部であり、本実施形態の開口１６は、この突出部１５の先端面１５１と凹部１４とを貫通させることにより形成されている。

【0046】

そして、圧力センサ３１Ｂの出力端子に接続された配線Ｃが、この開口１６を通って凹部１４から取り出されている。

【0047】

より具体的に説明すると、圧力センサ３１Ｂは、例えば検出圧力の大きさを示す検出信号を出力する出力端子など、複数本の出力端子を有しており、これらの出力端子それぞれが、配線Ｃを介して制御基板４０に電気的に接続されている。

【0048】

この実施形態では、複数の出力端子にそれぞれに接続された複数の配線Ｃが束ねられてなるＦＰＣ等のフレキシブルケーブルが、開口１６を介して凹部１４から取り出されて、制御基板４０に接続されている。

【0049】

このように構成された流体制御装置１００によれば、少なくとも１つの圧力センサ３１がブロック１０の側面１３に形成された凹部１４に収容されているので、この圧力センサ３１を機器載置面１２に搭載する場合に必要なフランジ３２を不要にすることができ、このフランジ３２を取り付ける長さを確保する必要がない分、ブロック１０を流体制御弁２０の配列方向において短くすることができる。

【0050】

これにより、本実施形態のように２つの流体制御弁２０を用いて大流量の流体を制御可能にしつつも、装置をコンパクトに保つことが可能となる。その結果、単一の流体制御弁２０を備えるものから、２つの流体制御弁２０を備えるものに設計変更した場合であっても、ブロック１０を同じ長さに保つことができ、このブロック１０やガスケットＧとして既存のものを用いることができる。

【0051】

また、圧力センサ３１の出力端子に接続された配線Ｃが、凹部１４に連通するとともに機器載置面１２に形成された開口１６を介して取り出されているので、配線Ｃを凹部１４から無理なく出すことができ、装置の組み立ての簡素化を図れる。

【0052】

さらに、圧力センサ３１の全体が凹部１４に収容されているので、複数の流体制御装置１００を幅方向Ｚ１に並列配置する際に、それらの流体制御装置１００それぞれのブロック１０の側面１３を密接させることができ、図１に示すガス供給システムＸのフットプリントを小さくすることができる。

【0053】

なお、本発明は前記実施形態に限られない。

【0054】

例えば、前記実施形態では、１つの圧力センサ３１がブロック１０の側面１３に形成された凹部１４に収容される態様を説明したが、複数の圧力センサ３１がブロック１０の側面１３に形成された凹部１４に収容されていても良い。

【0055】

その一例としては、図４に示すように、互いに反対を向く側面１３の一方に複数の凹部１４が形成されており、それら複数の凹部１４それぞれに互いに異なる圧力センサ３１が収容されていても良い。ここでは、流量検知機構３０を構成する上流側の圧力センサ３１Ａ及び下流側の圧力センサ３１Ｂが、それぞれ凹部１４に収容されている。

【0056】

また、別の一例としては、図５に示すように、互いに反対を向く側面１３のそれぞれに凹部１４が形成されており、それら複数の凹部１４それぞれに互いに異なる圧力センサ３１が収容されていても良い。ここでは、上流側の圧力センサ３１Ａ及び下流側の圧力センサ３１Ｂとは別に、第３の圧力センサ３１Ｃを凹部１４に収容してある。
なお、この第３の圧力センサ３１Ｃは、上流側の圧力センサ３１Ａ又は下流側の圧力センサ３１Ｂの一方の予備として用いることができ、例えばこの一方の圧力センサ３１Ｂと背中合わせに配置させることができる。
また、図示していないが、上流側の圧力センサ３１Ａ又は下流側の圧力センサ３１Ｂの他方の予備となる第４の圧力センサを設けて、この第４の圧力センサも凹部１４に収容させても良い。

【0057】

流体制御装置１００としては、図６に示すように、単一の流体制御弁２０を備えるものであっても良く、この場合は、従来の構成よりも長手方向Ｚ２のサイズを短くすることができる。
なお、流体制御装置１００としては、図示していないが、３つ以上の流体制御弁２０を備えるものであっても良い。

【0058】

また、流体制御装置１００としては、前記実施形態では流体の流量を制御するものであったが、流体の圧力を制御するものであっても良い。
この場合の流体制御装置１００としては、図７に示すように、単一の圧力センサ３１を備え、その圧力センサ３１がブロック１０の側面１３に形成された凹部１４に収容されている構成を挙げることができる。

【0059】

加えて、前記実施形態では、配線Ｃを取り出すための開口１６は、突出部１５を凹部１４まで貫通させることで形成されていたが、この開口１６としては、図８に示すように、ブロック１３の側面１３を凹ませることで形成されていても良い。この場合、圧力センサ３１を収容する凹部１４が、ブロック１０の側面１３及び機器載置面１２に開口していることになる。

【0060】

さらに、流体制御装置１００としては、流体制御弁２０よりも上流側に設けられた圧力センサをさらに備えていても良い。

【0061】

また、ブロック１０は、前記実施形態では長尺状をなすものとして説明したが、形状は特に限られるものではなく、例えば機器載置面１２が正方形状や円形状のものであっても良い。

【0062】

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や実施形態の組合せが可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0063】

１００・・・流体制御装置
Ｇ ・・・ガスケット
Ｌ ・・・内部流路
１０ ・・・ブロック
１１ ・・・底面
１２ ・・・機器載置面
１３ ・・・側面
１４ ・・・凹部
１６ ・・・開口
Ｚ２ ・・・長手方向
２０ ・・・流体制御弁
３０ ・・・流量検知機構
３１ ・・・圧力センサ
Ｃ ・・・配線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】