流体制御装置
【課題】幅広い流量範囲で安定して精度良く流量を制御でき、コンパクトで、メンテナンスや部品交換が容易で、シール性が良い流体制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】計測器からの電気信号に基づいて流体制御配管部材の開度をＦＢ制御する制御部とを具備し、流体制御配管部材が、一端にチューブに水密された状態で挿着される挿入部と他端に接続部と中央に鍔部を有する第一、第二連結体と、中央に貫通孔が形成され貫通孔の一端に挿入部に挿着されたチューブが嵌着される拡径部が設けられた保持体を具備する。保持体の貫通孔にチューブを貫通させチューブ両端に第一連結体及び第二連結体の挿入部を挿着したものを保持体の拡径部に嵌着し、第二連結体の鍔部と保持体とが流体制御配管部材と計測器との間で圧接された状態で固定され、第二連結体の接続部と計測器の流体流入口または流体流出口が直接接続されてなる。
【解決手段】計測器からの電気信号に基づいて流体制御配管部材の開度をＦＢ制御する制御部とを具備し、流体制御配管部材が、一端にチューブに水密された状態で挿着される挿入部と他端に接続部と中央に鍔部を有する第一、第二連結体と、中央に貫通孔が形成され貫通孔の一端に挿入部に挿着されたチューブが嵌着される拡径部が設けられた保持体を具備する。保持体の貫通孔にチューブを貫通させチューブ両端に第一連結体及び第二連結体の挿入部を挿着したものを保持体の拡径部に嵌着し、第二連結体の鍔部と保持体とが流体制御配管部材と計測器との間で圧接された状態で固定され、第二連結体の接続部と計測器の流体流入口または流体流出口が直接接続されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体の制御が必要とされる流体輸送配管に使用される流体制御装置に関するものである。さらに詳しくは、幅広い流量範囲で安定して精度良く流量を制御することができ、コンパクトな構成であるため半導体製造装置内などへの設置場所の省スペース化ができ、半導体製造装置内への設置やメンテナンスや部品交換の作業が容易であり、チューブに接続される部品同士のシール性が良い流体制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程の一工程として、フッ酸等の薬液を純水で希釈した洗浄水を用いてウェハ表面をエッチングする湿式エッチングが用いられている。これら湿式エッチングの洗浄水の濃度は高い精度をもって管理する必要があるとされている。近年では、洗浄水の濃度を、純水と薬液の流量比で管理する方法が主流となってきており、そのために、純水や薬液の流量を高い精度をもって管理する流体制御装置が適用されている。
【０００３】
流体制御装置として種々提案されているが、図７に示されるような純水温度を可変とした場合の流量制御を行う純水流量の制御装置３０１があった（例えば、特許文献１参照）。その構成は、純水流量を調整するために操作圧の作用を受けて開度調節される流量調整弁３０２と、流量調整弁３０２に供給される操作圧を調整するための操作圧調整弁３０３と、流量調整弁３０２から出力される純水流量を計測するための流量計測器３０４と、流量計測器３０４を通った純水の流れを許容又は遮断するための開閉弁３０５とを備え、操作圧調整弁３０３により調整される操作圧と、流量調整弁３０２における純水の出力圧力とを均衡させることにより、流量調整弁３０２から出力される純水流量を一定に制御するようにした制御装置３０１であって、流量計測器３０４による計測値が一定となるように、その計測値に基づいて操作圧調整弁３０３から流量調整弁３０２に供給される操作圧をフィードバック制御するための制御回路を設けたことを特徴とするものであった。その効果は、純水の温度変化に伴って流量調整弁３０２における出力圧力が変化したとしても、その変化分に対応して操作圧がリアルタイムに調整されることで、流量調整弁３０２から出力される純水流量が調整されるため、純水流量を高精度に一定値に保つことができるものであった。
【０００４】
また、部品が一つのケーシング内に設けられた電気駆動による流体制御装置として、図８に示されるような流体を移送する流体回路にインライン接続される流体制御モジュール３０６があった（例えば、特許文献２参照）。その構成は、化学的に不活性な流路を有するハウジング３０７と、流路に接続された調節可能な制御弁３０８と、流路に接続された圧力センサ３０９と、流路内に位置する絞り部３１０とを備え、制御弁３０８と圧力センサ３０９がハウジング３０７内に収容され、さらに制御弁３０８の駆動を電気的に行なう電動モータを具備するドライバ３１１と、制御弁３０８及び圧力センサ３０９に電気的に接続されるコントローラ３１２がハウジング３０７内に収容されているものであった。その効果は、流体回路内で測定された圧力差と絞り部３１０の直径とから流路内の流量を測定し、測定した流量に基いて制御弁３０８をフィードバック制御で駆動することで、流路内の流量を高精度に決定することができるものであった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６１３４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の純水流量の制御装置３０１は、操作圧調整弁３０３により調整される操作圧と、流量調整弁３０２における純水の出力圧力とを均衡させることにより、流量調整弁３０２から出力される純水流量を一定に制御するようにしたものであるため、微細に流量を制御させるには不向きであり、制御可能な流量範囲も狭いため、幅広い流量範囲で流量を制御する用途には使いにくいという問題があった。また、構成要素が流路として例えばパイプやチューブを介して分かれているため、半導体製造装置内などに設置する際には設置スペースを多く取り、各構成要素の配管接続作業、電気配線やエア配管作業をそれぞれ行なわなくてはならず、作業が煩雑で時間を要するとともに、配管や配線の接続ミスが起こる恐れがあるという問題があった。
【０００７】
また、前記従来の流量制御モジュール３０６は、制御弁３０８の流体を制御する箇所が流体の滞留し易い構成であるため、流体が滞留するとスラリーが固着して、固着したスラリーが流体の流れを妨げたり流体制御が正確にできなくなる恐れや、制御弁３０８内の流路が直角に曲がって構成されているのに加え、流路内に絞り部３１０が設けられているため、これらの相乗効果により圧力損失が大きくなるという問題があった。また、制御弁３０８で流量を制御する箇所の開口面積を大きくとることができないので流量範囲があまり広くなく、幅広い流量範囲で流量を制御する用途には使いにくいという問題があった。また、制御弁３０８と圧力センサ３０９が一つの部材に流路を形成して一体的に設けられているため、制御弁３０８と圧力センサ３０９とを分解することができず、各々のメンテナンスを作業がやりにくい問題や、制御弁３０８と圧力センサ３０９のいずれかが破損して部品交換を行う場合には流量制御モジュール３０６全部を交換しなくてはならないので無駄が多く部品交換にコストがかかるという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、幅広い流量範囲で安定して精度良く流量を制御することができ、コンパクトな構成であるため半導体製造装置内などへの設置場所の省スペース化ができ、半導体製造装置内への設置やメンテナンスや部品交換の作業が容易であり、チューブに接続される部品同士のシール性が良い流体制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の流体制御装置の構成を図に基づいて説明する。
【００１０】
流路を流れる流体の特性を計測し該特性の計測値を電気信号に変換し出力する計測器と、流路を形成するチューブが本体内に配置され該チューブの開口面積を変化させて流体の流量を制御する流体制御配管部材と、該計測器からの電気信号に基づいて該流体制御配管部材の開度調整をフィードバック制御する制御部とを具備する流体制御装置において、該流体制御配管部材が、一端に該チューブに水密された状態で挿着される挿入部と他端に接続部と中央に鍔部を有する第一連結体及び第二連結体と、中央に貫通孔が形成され該貫通孔の一端には該挿入部に挿着された状態のチューブが嵌着される拡径部が設けられた保持体とを具備し、該保持体の貫通孔に該チューブを貫通させ、該チューブ両端に該第一連結体及び該第二連結体の挿入部を挿着したものを該保持体の拡径部に嵌着し、該第二連結体の鍔部と該保持体とが該流体制御配管部材と該計測器との間で圧接された状態で固定され、該第二連結体の接続部と該計測器の流体流入口または流体流出口が直接接続されてなることを第１の特徴とする。
【００１１】
前記計測器の流体流入口または流体流出口に嵌合部が設けられ、前記第二連結体の接続部が該計測器の嵌合部に水密状態で嵌合して直接接続されることを第２の特徴とする。
【００１２】
前記計測器の流体流入口または流体流出口と前記第二連結体の接続部とが熱溶着、超音波融着または接着により直接接続されることを第３の特徴とする。
【００１３】
前記流体制御配管部材がピンチバルブであり、前記本体に、流路軸線上に前記チューブを受容する直線溝と、該直線溝の少なくとも一端部に該直線溝よりも深く設けられた嵌合溝とを有し、該チューブを押圧または開放することで該チューブの開口面積を変化させる挟圧子と、該本体上部に接合固定され該挟圧子を上下動させる駆動部とを具備し、少なくとも前記第一連結体の鍔部と前記保持体とが圧接された状態で該嵌合溝に嵌合されてなることを第４の特徴とする。
【００１４】
前記駆動部が、ボンネットの上部に配置されたモータ部と、該モータ部の駆動により前記挟圧子を上下動させるステムとを具備し、前記挟圧子が該ステムの下部に設置されたことを第５の特徴とする。
【００１５】
前記駆動部が、内部にシリンダー部を有し上部にシリンダー蓋が一体的に設けられたシリンダー本体と、該シリンダー部内周面に上下動可能且つ密封状態で摺接され且つ該シリンダー本体下面中央に設けられた貫通孔を密封状態で貫通するように中央より垂下して設けられた連結部を有するピストンと、該シリンダー本体周側面に設けられ、該シリンダー部底面及び内周面と該ピストン下端面とで囲まれて形成された第一空間部と、該シリンダー蓋下端面とシリンダー部内周面とピストン上面とで囲まれた第二空間部とにそれぞれ連通されるエアー口とを具備し、前記挟圧子が該連結部の下端部に固定されたことを第６の特徴とする。
【００１６】
前記計測器が流路を流れる流体の特性を計測するセンサ部と、該計測器で計測された電気信号を受信して流体特性を演算するアンプ部とで形成され、少なくとも該センサ部と前記流体制御配管部材とが１つのケーシング内に設置されてなることを第７の特徴とする。
【００１７】
前記計測器が流量計、圧力計、温度計、濃度計、流速計のうち少なくともいずれか一つを含むものであることを第８の特徴とする。
【００１８】
前記計測器が、流体流入口に連通する入口流路と、該入口流路から垂設された第一立上り流路と、該第一立上り流路に連通し該入口流路軸線に略平行に設けられた直線流路と、該直線流路から垂設された第二立上り流路と、該第二立上り流路に連通し該入口流路軸線に略平行に設けられ流体流出口に連通する出口流路とが連続して設けられ、該第一、第二立上り流路の側壁の直線流路の軸線と交わる位置に、超音波振動子が互いに対向して配置されたセンサ部と、該超音波振動子がケーブルを介して接続されるアンプ部から構成される流量計測器であり、該超音波振動子の送受信を交互に切り替えて超音波振動子間の超音波伝播時間差を計測することにより該直線流路を流れる流体の流量を演算するように構成された超音波流量計であることを第９の特徴とする。
【００１９】
前記計測器が、流体流入口と流体流出口とに連通する直線流路を有する管と、該管の外周面に軸線方向に離間して取り付けられる二つの超音波送受信器とを備え、各超音波送受信器が、該管を取り囲むように該管の外周面に固定された筒状の伝送体と、該管を取り囲み且つ該管の外周面から間隔を隔てて配置された穴あき円板状の超音波振動子とを備え、該伝送体が該管の軸線方向に対して垂直方向に延びる軸線方向端面を有し、該超音波振動子の軸線方向端面が該伝送体の軸線方向端面に固着されて設けられたセンサ部と、該超音波振動子がケーブルを介して接続されるアンプ部から構成される流量計測器であり、該超音波振動子の軸線方向端面間に電圧を印加して、該超音波振動子を軸線方向に伸縮させることによる送受信を交互に切り替えて超音波振動子間の超音波伝播時間差を計測することにより該直線流路を流れる流体の流量を演算するように構成された超音波流量計であることを第１０の特徴とする。
【００２０】
前記流体制御配管部材がチューブポンプであることを第１１の特徴とする。
【００２１】
前記チューブの材質がＥＰＤＭ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、またはこれらの複合体からなることを第１２の特徴とする。
【００２２】
前記チューブがポリテトラフルオロエチレンとシリコーンゴムとの複合体からなることを第１３の特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は以上のような構造をしており、以下の優れた効果が得られる。
（１）流量を広い範囲で制御するのに適しており、フィードバック制御を行なうことにより安定して高い精度で応答性良く設定流量に流量を制御することができる。
（２）流体制御装置の面間を短くしてコンパクトに形成することができるので設置場所の省スペース化を行うことができ、また一つの物品として設けられるので半導体製造装置内などへの設置を容易にできる。
（３）組み立てが容易であると共に各部材ごとに分解できるので、メンテナンスが容易であり、部品交換も各部材ごとに行うことができる。
（４）チューブと連結体とが保持体によって水密された状態で固定されているので、高い内圧が加わっても流体の漏れの心配がなく、チューブが連結体から離脱することが防止される。
（５）配管ラインに応力が加わったとしても、連結体で応力を受け止めることができ、チューブに負荷をかけることがなく長期間使用することができる。
（６）計測器の流体流入口または流体流出口に設けられた嵌合部に、シールリング用溝が形成された連結体の接続部が嵌合して直接接続されることで、仮にクリープや歪みによって計測器と流体制御配管部材の間に隙間が開いたとしても、常に嵌合部の内周面と接続部の外周のシール部分で流体は確実に封止され、外部への流出は阻止される。
（７）計測器の流体流入口または流体流出口と連結体の接続部とが熱溶着、超音波融着または接着により直接接続されることで、計測器と流体制御配管部材は一体的に設けられ、接続部分に応力が加わったとしても、連結体で応力を受け止めることができ、計測器に応力負荷がかかることを防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面に示す実施形態を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第一の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。図２は図１の要部拡大縦断面図である。図３は本体にチューブ、連結体、保持体を組み込む前の分解斜視図である。図４は本体にチューブ、連結体、保持体を組み込んだ状態を示す斜視図である。図５は本発明の第二の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。図６は本発明の第三の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。
【００２５】
本発明において流体特性とは、流体が流路を流れている状態で計測できる特性のことであり、流量、圧力、温度、濃度および流速などが挙げられる。また計測器２は、流路を流れる流体の特性を計測し、該流体特性の計測値を電気信号に変換して制御部４に出力されるものであれば良く、流量計、圧力計、温度計、濃度計、流速計など特に限定されず、複数の計測器を用いても良い。特に流量を計測したい場合は、微小流量に対して精度良く流量計測ができ、流路が複雑な構成にならず流路内に流体の流れを遮るものがない図１や図６に示すような超音波流量計であることが好ましい。
【００２６】
本発明の流体制御配管部材は、ピンチバルブ、チューブポンプの構成であることが特に好適なものとして挙げられる。ここで流体制御配管部材の駆動部とは、内部のチューブ１４の開口面積を変化させる部材を駆動させる動力を与えるものであり、ピンチバルブではチューブ１４を押圧する挟圧子４２を上下動させるもの、チューブポンプではチューブを押圧しながら回転移動するローラーを回動させるものである。ピンチバルブの場合、その駆動方法は図１に示すような電気式や図５に示すようなエア式であることが望ましい。
【００２７】
本発明の流体制御配管部材３において、第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０は、圧接されて本体１５の第一嵌合溝１７に嵌合される必要がある。これは、チューブ１４と第一連結体２０とを水密された状態で保持し、流体制御配管部材３に内圧が加わったり流体制御配管部材３に接続される配管ライン（図示せず）に応力が加わった場合に、チューブ１４に余分な負荷を与えることがなく、チューブ１４が第一連結体２０から離脱することを防止するので好適である。
【００２８】
また、第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１は、第二嵌合溝１８内で流体制御配管部材３と計測器２との間で圧接された状態で固定される必要がある。これは、チューブ１４と第二連結体２４とを水密された状態で保持し、チューブ１４の接続部分が流体制御配管部材３から突出することなく流体制御配管部材３内部に収めることができるので、流体制御配管部材３と計測器２との接続スペースを必要最小限にすることができ、流体制御装置の面間を小さくしてコンパクトに設けることができるので好適である。
【００２９】
流体制御配管部材３と計測器２の接続方法は、図１に示すような計測器２の流体流入口５または流体流出口１０に嵌合部４５が設けられ、外周にシールリング用溝が形成される第二連結体２４の第二接続部２６が計測器２の嵌合部４５に嵌合して直接接続される構成や、図６に示すような計測器８１の流体流入口８３または流体流出口８４と第二連結体９６の第二接続部９７とが熱溶着、超音波融着または接着により直接接続される構成が望ましい。ここで直接接続とは、流体制御配管部材３の第二連結体２４と計測器２の流体流入口５または流体流出口１０との接続に別体の管や継手を介在させることなく接続されることである。これにより、流体制御配管部材３と計測器２、８１が接続スペースを取らずに接続でき、流体制御装置の面間を小さくしてコンパクトに設けることができるので好適である。
【００３０】
また、本発明の流体制御装置は、流体の流量を任意の値で一定に制御させる必要のある用途であれば、いずれに使用しても良いが、半導体製造装置内へ配置されることが好適である。半導体製造工程の前工程では、フォトレジスト工程、パターン露光工程、エッチング工程や平坦化工程などが挙げられ、これらの洗浄水などの濃度を、純水と薬液の流量比で管理する際に本発明の流体制御装置を用いることが好適である。
【００３１】
本発明の流体制御配管部材３のチューブ１４の材質は、ＥＰＤＭ、シリコーンゴム、フッ素ゴム及びこれらの複合体などの弾性体でも良く特に限定されるものではないが、特に繰り返し開閉への耐久性の良いフッ素ゴムとシリコーンゴムの複合体が好適なものとして挙げられ、フッ素ゴムはポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）が望ましい。また、チューブ１４の製造方法は特に限定されず、例えばシリコーンゴムが含浸されたＰＴＦＥシートを何層も積層することにより目的とする肉厚に形成されたものなどが挙げられる。
【００３２】
また、本発明のケーシング１、計測器２、流体制御配管部材３の各部品の材質は、樹脂製であれば塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン（以下、ＰＰと記す）、ポリエチレンなどいずれでも良いが、特に流体に腐食性流体を用いる場合はＰＴＦＥ、ポリビニリデンフルオロライド（以下、ＰＶＤＦと記す）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂などのフッ素樹脂であることが好ましく、フッ素樹脂製であれば腐食性流体に用いることができ、また腐食性ガスが透過しても流体制御配管部材３や計測器２の腐食の心配がないため好適である。
【実施例１】
【００３３】
以下、図１乃至図３に基づいて本発明の第一の実施形態である流体制御配管部材が電気式ピンチバルブである流体制御装置について説明する。
【００３４】
１はＰＶＤＦ製のケーシングである。ケーシング１内には、ケーシング１の底面に後記計測器２と後記電気式ピンチバルブ３とがボルト、ナット（図示せず）にて固定されており、上流側から計測器２、電気式ピンチバルブ３の順で直接接続された状態で設置されている。なお、計測器２と電気式ピンチバルブ３は順を逆にしても良く、このとき後記計測器２の流体流入口５に嵌合部４５が設けられ、後記電気式ピンチバルブ３の第二連結体２４の第二接続部２６が嵌合部４５に挿入された状態で（図示せず）直接接続される。
【００３５】
２は流体の流量を計測する計測器である。計測器２は、流体流入口５に連通する入口流路６と、入口流路６から垂設された第一立上り流路７と、第一立上り流路７に連通し入口流路６軸線に略平行に設けられた直線流路８と、直線流路８から垂設された第二立上り流路９と、第二立上り流路９に連通し入口流路６軸線に略平行に設けられた流体流出口１０に連通する出口流路１１とを有し、第一、第二立上り流路７、９の側壁の直線流路８の軸線と交わる位置に、超音波振動子１２、１３が互いに対向して配置されている。超音波振動子１２、１３はフッ素樹脂で覆われており、該振動子１２、１３から伸びた配線は後記制御部４の演算部４３に繋がっている。また、流体流出口１０には嵌合部４５が設けられており、後記電気式ピンチバルブ３の第二連結体２４の第二接続部２６が挿入された状態で直接接続されている。このとき、計測器２を構成する部分がセンサ部となる（実際にはセンサ部と後記アンプ部を合わせて計測器を構成するが、センサ部とアンプ部が別体で設けられた実施形態ではセンサ部に当たる部分を便宜上計測器２と呼んでいる）。なお、図１に示すように、出口流路１１を極力短く設けて流体流出口１０に嵌合部４５を形成すると共に、出口流路１１を短くして空いたスペースに合わせるように電気式ピンチバルブ３の本体１５を形成し、計測器２と電気式ピンチバルブ３を接続することで、流体制御装置の面間をより短くしてコンパクトに形成することができる。
【００３６】
３は、電気式駆動部によりチューブ１４の開口面積を変化させ流体の流量を制御する流体制御配管部材である電気式ピンチバルブである。電気式ピンチバルブ３は、チューブ１４が配置された本体１５と、電気式駆動部から構成されている。
【００３７】
１４はフッ素ゴムとシリコーンゴムの複合体からなるチューブであり、後記本体１５内に流路を形成している。
【００３８】
１５はＰＶＣ製の本体であり、本体１５の流路軸線上にはチューブ１４を受容する断面矩形状の直線溝１６が設けられている。また、直線溝１６の一端部には後記第一連結体２０と保持体３０を受容する断面矩形状の第一嵌合溝１７が直線溝１６より深く設けられ、他端部には後記第二連結体２４と保持体３１を受容する計測器２側が開口して設けられた断面矩形状の第二嵌合溝１８が直線溝１６より深く設けられている。また、直線溝１６の中央には後記挟圧子４２が上下動できる長円状の長円溝１９が直線溝１６と同じ深さで設けられている（図３参照）。
【００３９】
２０はＰＦＡ製の第一連結体であり、第一連結体２０の一端にはチューブ１４の内径よりも外径が大きく内径がチューブ１４の内径と略同一でありチューブ１４の両端部に挿着可能に形成された挿入部２１が設けられ、他端には配管ラインから伸びた配管と接続される管状の第一接続部２２が設けられ、中央には前記第一嵌合溝１７に嵌合可能な鍔部２３が設けられている。なお、本実施形態では第一接続部２２は管状に設けているが、配管ライン（図示せず）との接続方法によって継手やねじ溝などを設けても良い。
【００４０】
２４はＰＦＡ製の第二連結体であり、第二連結体２４には挿入部２５、第二接続部２６、鍔部２７が設けられている。第二接続部２６の外周には２条の環状溝２８が設けられ、端面側の環状溝２８は端面側の壁を切り欠いた状態で設けられ、該環状溝２８にＯリング２９が各々装着されている。Ｏリング２９は、断面直径が環状溝２８の幅よりも若干大径に設けられ、第二接続部２６が嵌合部４５に嵌合されたときに、環状溝２８の周面及び嵌合部４５の内周面とシールした状態（端面側の環状溝２８は嵌合部４５の底面とシールする）で保持される。第二連結体２４の他の構成は第一連結体２０と同様なので説明を省略する。
【００４１】
３０、３１はＰＶＣ製の保持体であり、保持体３０、３１の中央には貫通孔３２、３３が形成され、貫通孔３２、３３の一端には内径が第一、第二連結体２０、２４の挿入部２１、２５に挿着された状態のチューブ１４外径と略同径に形成された拡径部３４、３５が拡径して設けられている。
【００４２】
前記第一、第二連結体２０、２４と前記保持体３０、３１は、チューブ１４の両端を保持体３０、３１の貫通孔３２、３３に各々貫通させ、チューブ１４両端に第一、第二連結体２０、２４の挿入部２１、２５が挿着された状態で、保持体３０、３１の拡径部３４、３５が嵌着される。そしてチューブ１４を本体１５の直線溝１６に挿入し、第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０を圧接された状態で本体１５の第一嵌合溝１７に嵌合して固定し、第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１を当接した状態で本体１５の第二嵌合溝１８に嵌合する。次に第二連結体２４の第二接続部２６を計測器２の嵌合部４５に挿入し、固定部材４６で本体１５と計測器２をボルト止め（図示せず）することで、第二嵌合溝１８内で第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１が圧接された状態で固定される（図４の状態）。
【００４３】
第一連結体２０及び第二連結体２４の鍔部２３、２７と保持体３０、３１は、互いに圧接された時に略直方体になるように形成され、圧接された状態で本体１５の第一嵌合溝１７及び第二嵌合溝１８に各々嵌合される。ここで本体１５の第一嵌合溝１７及び第二嵌合溝１８は、保持体３０、３１の拡径部３４、３５が本体１５の第一嵌合溝１７及び第二嵌合溝１８内に完全に収まる程度の高さにすることが望ましく、これによりチューブ１４と第一連結体２０及び第二連結体２４の挿入部２１、２５との挿着部分に対して一定の力で均一に押圧されるため、チューブ１４のシールが全周に亘って均一に行うことができるので好適である。また第一連結体２０及び第二連結体２４の鍔部２３、２７と保持体３０、３１の高さは、本体１５の第一嵌合溝１７及び第二嵌合溝１８の高さより若干高く設け、第一嵌合溝１７及び第二嵌合溝１８に嵌合した時に上部が本体１５の上面より若干突出する（図４参照）ことが望ましく、これにより突出した第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０の上部と、第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１の上部に各々嵌合する凹部３６、３７を電気式駆動部のボンネット３８の下面に設けることで、組み立ての際に本体１５と電気式駆動部の位置決めが容易になるため好適である。なお、第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０及び第一嵌合溝１７の形状は、第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０とが圧接した状態で第一嵌合溝１７に嵌合できる形状であれば特に限定されず、第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１及び第二嵌合溝１８の形状は、第二嵌合溝１８に嵌合されて第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１とが電気式ピンチバルブ３と計測器２で圧接した状態で固定できる形状であれば特に限定されない。
【００４４】
電気式駆動部は、ボンネット３８、モータ部４０、挟圧子４２から形成され、本体１５上部に当接してボルト・ナットなど（図示せず）で固定される。その構成は以下の通りである。
【００４５】
３８はＰＶＣ製の板状のボンネットであり、中央には貫通孔３９が設けられている。またボンネット３８下面には、第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０の本体１５上面より突出した部分と、第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１の本体１５上面より突出した部分が各々嵌合する凹部３６、３７が設けられている。
【００４６】
４０はボンネット３８上部に設置されたモータ部である。モータ部４０はステッピングモーターを有し、モータ部４０下部にはモータの軸にギア（図示せず）を介して連結されたステム４１が設けられている。ステム４１は前記ボンネット３８の貫通孔３９に位置し、ステム４１の下端部には後記挟圧子４２が固着されていて、モータ部４０の駆動によりステム４１を上下動させ、挟圧子４２がチューブ１４を押圧しまたはチューブ１４を開放する。なお、本実施形態では挟圧子４２をステム４１の下端部に固着し、電気式駆動部でステム４１を上下動させることで挟圧子４２を上下動させているが、ステム４１に雄ねじ部を形成し、内周に雌ねじ部を形成した挟圧子４２をステム４１の下部に螺合させ、挟圧子４２を回動不能に保持して、電気式駆動部でステム４１を回動させることで挟圧子４２を上下動させても良い。
【００４７】
４２はチューブ１４を押圧する部分が断面かまぼこ状に形成された挟圧子であり、チューブ１４と直交するようにステム４１の先端部に固定されており、弁閉時には本体１５の長円溝１９に挿入されてチューブ１４を押圧し、弁開時にはチューブ１４を開放してボンネット３８の貫通孔３９内に収納される（図１参照）ようになっている。
【００４８】
４は制御部である。制御部４は計測器２から出力された信号から流量を演算する演算部４３と、フィードバック制御を行なうコントロール部４４を有している。演算部４３には、送信側の超音波振動子１２に一定周期の超音波振動を出力する発信回路と、受信側の超音波振動子１３からの超音波振動を受信する受信回路と、各超音波振動の伝播時間を比較する比較回路と、比較回路から出力された伝播時間差から流量を演算する演算回路とを備えている。コントロール部４４には、演算部４３から出力された流量に対して設定された流量になるように電気式駆動部のモータ部４０を作動する制御回路を有している。このとき、計測器２を形成するセンサ部から出力された信号から流量を演算する制御部４の演算部４３がアンプ部となる。なお、本実施形態では制御部４は別の場所で集中コントロールを行なうためにケーシング１の外に流体制御装置と別体（センサ部はケーシング１内に、アンプ部は制御部４内に配置される）で設けられた構成であるが、ケーシング１内（流体制御装置内）に設置して一体で設けられた構成にしても良い。このとき、アンプ部はボックスなどの保護部材で保護された状態でケーシング１内に配置されていることが望ましい。また、演算部４３は計測器２が流量計なので流量を演算しているが、計測する流体の特性が圧力、温度、濃度、流速の場合は、該当する流体の特性の演算を行う。
【００４９】
次に、本発明の第一の実施形態である流体制御装置の作動について説明する。
【００５０】
流体制御装置に流入した流体は、まず計測器２に流入し、直線流路８を通過する流体の流量が計測される。流体の流れに対して上流側に位置する超音波振動子１２から下流側に位置する超音波振動子１３に向かって超音波振動を伝播させる。超音波振動子１３で受信された超音波振動は電気信号に変換され、制御部４の演算部４３へ出力される。超音波振動が上流側の超音波振動子１２から下流側の超音波振動子１３へ伝播して受信されると、瞬時に演算部４３内で送受信が切換えられて、下流側に位置する超音波振動子１３から上流側に位置する超音波振動子１２に向かって超音波振動を伝播させる。超音波振動子１２で受信された超音波振動は、電気信号に変換され、制御部４内の演算部４３へ出力される。このとき、超音波振動は直線流路８内の流体の流れに逆らって伝播していくので、上流側から下流側へ超音波振動を伝播させるときに比べて流体中での超音波振動の伝播速度が遅れ、伝播時間が長くなる。出力された相互の電気信号は演算部４３内で伝播時間が各々計測され、伝播時間差から流量が演算される。演算部４３で演算された流量は電気信号に変換されてコントロール部４４に出力される。
【００５１】
次に計測器２を通過した流体は電気式ピンチバルブ３に流入する。コントロール部４４では任意の設定流量に対して、リアルタイムに計測された流量との偏差から、偏差をゼロにするように信号を電気式駆動部に出力し、電気式駆動部のモータ部４０を駆動させてチューブ１４の開度を制御する。電気式ピンチバルブ３から流出する流体は、流量が設定流量となるように、つまり設定流量と計測された流量の偏差がゼロに収束されるように電気式ピンチバルブ３で制御される。
【００５２】
電気式駆動部からの伝達による電気式ピンチバルブ３の作動は以下の通りである。
電気式駆動部のモータ部４０がステム４１を下方へ駆動(正転)すると、ステム４１下部に設けられた挟圧子４２が下降し、挟圧子４２がチューブ１４を変形させ、チューブ１４の流路の開口面積を変化させることにより、電気式ピンチバルブ３を流れる流体の流量を調整することができる。さらにステム４１を下方へ駆動させると、挟圧子４２が下降してチューブ１４を押圧して流路を遮断して全閉状態になる。また、ステム４１を上方へ駆動(逆転)させると、ステム４１下部に設けられた挟圧子４２が上昇し、挟圧子４２がボンネット３８の貫通孔３９に収納されてステム４１および挟圧子４２の上昇は止まり全開状態となる（図１の状態）。
【００５３】
以上の作動により、電気式駆動部は電気的に駆動するモータ部４０により細かな駆動制御が応答性良く容易に行なえるため、微小流量の流体制御に優れた効果を発揮し、流体制御装置を流れる流体は設定流量で一定になるように制御される。
【００５４】
流体制御装置の流路は、計測器２内の流路が直角に曲がっている箇所はあるが、流路を絞る部分はなく電気式ピンチバルブ３内の流路は直線状であるため、圧力損失が少なくて済む。また滞留する箇所がないため、スラリーを輸送するラインに使用しても流量を制御する箇所にスラリーが固着しにくいので安定した流体制御を維持することができる。また、電気式ピンチバルブ３はチューブ１４が流路を形成して、その開口面積を変化させるので幅広い流量範囲で流量を制御でき、バルブの摺動部分が流路と分かれて構成されているため流路内にコンタミやパーティクルを発生することを防止できる。
【００５５】
電気式ピンチバルブ３と計測器２との接続は、第二連結体２４の第二接続部２６が嵌合部４５に嵌合され、嵌合部４５の内周面と第二接続部２６の外周とがＯリング２９で二重のシールが行われるため、仮にクリープや歪みによって電気式ピンチバルブ３と計測器２との間に隙間が開いたとしても、常に嵌合部４５の内周面と第二接続部の外周のシール部分で流体は確実に封止され、外部への流出は阻止される。
【００５６】
また、第一、第二連結体２０、２４と保持体３０、３１が各々圧接された状態で第一、第二嵌合溝１７、１８に嵌合されることにより、チューブ１４と第一、第二連結体２０、２４の挿入部２１、２５とが保持体３０、３１の拡径部３４、３５によって全周に亘って確実に水密にされ、さらに保持体３０、３１の拡径部３４、３５と貫通孔３２、３３の段差となる部分でより水密にされるので、高い内圧が加わってもそれに応じてシールが強くなるように力が加わるため、流体の漏れの心配がなく、チューブ１４が第一、第二連結体２０、２４から離脱する事が防止される。また、第一連結体２０と保持体３０は本体１５によって固定されているので、配管ラインに引張り方向や圧縮方向への応力が加わったとしても、第一連結体２０で応力を受けることができるので、チューブ１４に負荷をかけることがなく長期間使用することができる。なお、チューブ１４と第一、第二連結体２０、２４の挿着は、必要に応じてＯリングなどを介在させても良い。
【００５７】
また、電気式ピンチバルブ３内のチューブ１４を接続する部材は流路方向に場所を取らないので電気式ピンチバルブ３の面間を短くさせると共に、電気式ピンチバルブ３と計測器２の接続構造が接続スペースを設けることなく電気式ピンチバルブ３と計測器２の側面同士を当接させて接続できるので、流体制御装置の面間を短くしてコンパクトに形成することができ、流体制御装置を設置する装置の省スペース化を行うことができる。また、電気式ピンチバルブ３と計測器２とを接続する部分の部品点数が少なくて済み、部品同士を嵌合したり挿入したりして組み立てることができるので、組み立てが容易であると共に、流体制御装置をメンテナンスする時に各部材ごとに分解できるので容易にメンテナンス作業を行うことができ、部品交換も各部材ごとに行うことができる。また、図３に示すように部品を簡単な形状にできるので、部品の加工が容易である。なお、他の計測を行う計測器の流体流入口または流体流出口に同様の嵌合部を設けた構成にしておけば、計測器２を交換してあらゆる流体の計測に対応できるので好適である。
【００５８】
また、流体制御装置は一つのケーシング１内に設置されているため、電気式ピンチバルブ３および計測器２がケーシング１で保護され、嵩張らずに一つの物品として半導体製造装置内などへ設置可能になるので設置作業が容易になり、ケーシング１内で既に配線されているので外部とコネクタなどで接続するだけで配線作業が容易に行えるため好適である。また、ケーシング１によって流体制御装置をブラックボックス化することで、流体制御装置を半導体製造装置内などに設置したときに、半導体製造装置の利用者が流体制御装置を不用意に分解して不具合が生じることを防止することができるため好適である。
【実施例２】
【００５９】
次に、図５に基づいて本発明の第二の実施形態である流体制御配管部材が空気式ピンチバルブである流体制御装置について説明する。第一の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して示す。
【００６０】
５１は操作圧に応じて流路の開口面積を変化させることにより流体の流量を制御する流体制御配管部材である空気式ピンチバルブである。空気式ピンチバルブ５１は、チューブ１４が配置された本体１５と、空気式駆動部から構成されている。
【００６１】
空気式駆動部は、シリンダー本体５２、ピストン５３、挟圧子６５から形成され、本体１５上部に当接してボルト・ナットなど（図示せず）で固定される。その構成は以下の通りである。
【００６２】
５２はＰＶＤＦ製のシリンダー本体である。シリンダー本体５２は、円筒状空間を持つシリンダー部５４を有し、シリンダー本体５２の上部には下面に開口した凹部５５を有するシリンダー蓋５６がＯリングを介して当接固定されている。シリンダー本体５２の下面中央部には、後記ピストン５３の連結部６３が貫通する貫通孔５７と、後記挟圧子６５を収納する長円状スリット５８が連続して設けられている。また、シリンダー本体５２の周側面には、シリンダー部５４の内周面及び底面と後記ピストン５３の下端面とで形成される第一空間部５９と、シリンダー部５４の内周面とシリンダー蓋５６の下端面と後記ピストン５３の上端面とで形成される第二空間部６０とに、それぞれ圧縮空気を導入するエアー口６１、６２が設けられている。
【００６３】
５３はＰＶＤＦ製のピストンである。ピストン５３は円盤状で周側面にＯリングが装着され、シリンダー部５４の内周面に上下動可能且つ密封状態に嵌合されている。またピストン５３の中央より垂下して連結部６３が設けられ、前記シリンダー本体５２の下面中央部に設けられた貫通孔５７を密封状態で貫通しており、連結部６３を貫通して設けられた固定ボルト６４の先端部に後記挟圧子６５が螺着によって固定されている。なお、挟圧子６５の固定方法は、連結部６３に圧着、接着、溶接、ピンによる固定などでも良く、特に限定されない。
【００６４】
６５はＰＶＤＦ製の挟圧子であり、チューブ１４を押圧する部分の断面がかまぼこ状に形成されている。また挟圧子６５は、チューブ１４と直交するようにピストン５３の連結部６３に固定されており、弁閉時には本体１５の長円溝に挿入されてチューブ１４を押圧し、弁開時にはチューブ１４を開放してシリンダー本体５２の長円状スリット５８に収納されるようになっている。
【００６５】
６７は制御部である。制御部６７は計測器２から出力された信号から流量を演算する演算部６８と、フィードバック制御を行なうコントロール部６９を有している。コントロール部６９には、演算部６８から出力された流量に対して設定された流量になるように後記電空変換器７０を制御し制御用空気の圧力を操作する制御回路を有している。
【００６６】
７０は圧縮空気の操作圧を調整する電空変換器である。電空変換器７０は操作圧を比例的に調整するために電気的に駆動する電磁弁から構成され、前記制御部６７からの制御信号に応じて空気式ピンチバルブ５１を制御するための空気の操作圧を調整する。
流体制御装置の他の構成は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。また、第二の実施形態の流体制御装置の組み立て手順は、本体１５と空気式駆動部とをボルト、ナットで固定して組み立てられる以外は第一の実施形態の組み立て手順と同様なので説明を省略する。
【００６７】
次に、本発明の第二の実施形態の作動について説明する。
【００６８】
電空変換器７０から供給される操作圧に対する空気式ピンチバルブ５１の作動は以下の通りである。
エアー口６１から第一空間部５９へ圧縮された空気を供給した場合、第二空間部６０内の圧縮された空気はエアー口６２から排出され、第一空間部５９へ供給された圧縮された空気の空気圧により、ピストン５３が上昇し始め、それに伴ってピストン５３より垂下して設けられた連結部６３を介して挟圧子６５が上昇する。ピストン５３上端面がシリンダー部５４の段差部６６に当接するとピストン５３及び挟圧子６５の上昇は止まり、挟圧子６５がシリンダー本体５２の貫通孔５７に収納されて全開状態となる。エアー口６２から第二空間部６０へ圧縮された空気を供給した場合、第一空間部５９内の圧縮された空気はエアー口６１から排出され、第二空間部６０へ供給された圧縮された空気の空気圧により、ピストン５３が下降し始め、それに伴ってピストン５３より垂下して設けられた連結部６３を介して挟圧子６５も下降する。ピストン５３下端面がシリンダー部５４底面に到達するとピストン５３及び挟圧子６５の下降は止まり、チューブ１４を押圧して流路を遮断することで全閉状態になる。ピストン５３の上下動に伴って挟圧子６５も上下動されることにより、挟圧子６５がチューブ１４を変形させ、チューブ１４の流路の開口面積を変化させることにより、空気式ピンチバルブ５１を流れる流体の流量を調整することができる。
【００６９】
なお、第二の実施形態の空気式ピンチバルブ５１は、第二空間部６０のシリンダー部５４天井面とピストン５３上面の間にばね（図示せず）を挟持支承させても良く、第一空間部５９のシリンダー部５４底面とピストン５３下面の間にばね（図示せず）を挟持支承させても良い。これは作動流体を供給する代わりにバネの弾性による圧力を加えることで、作動流体を供給しなくても常時閉または常時開にできるので好適である。
【００７０】
以上の作動により、空気式駆動部は空気での駆動が行われることで、空気式ピンチバルブ５１に腐食の恐れがある電装部品を使用しないため、腐食性流体を流した時に腐食性ガスが透過して空気式ピンチバルブ５１の部品を腐食させることを防止でき、流体制御装置を流れる流体は設定流量で一定になるように制御される。第二の実施形態の他の作動は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。
【実施例３】
【００７１】
次に、図６に基づいて本発明の第三の実施形態について説明する。ここでは第一の実施形態の計測器が、他の超音波式流量計の計測器８１である場合で説明する。第一の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して示す。
【００７２】
８２はフッ素系樹脂製の測定管である。測定管８２は流体流入口８３と流体流出口８４とに連通する直線流路８５を有している。
【００７３】
８６はジュラルミン製の伝送体である。伝送体８６は略円錐状をなし、測定管８２を取り囲むように配置されており、伝送体８６の拡径している側の軸線方向端面８７が測定管８２の軸線方向に対して垂直に形成されている。また、伝送体８６の中心には先部貫通口８８及び後部貫通口８９からなる貫通孔が形成されている。後部貫通口８９は先部貫通口８８より拡径されて設けられており、先部貫通口８８の内周面を測定管８２の外周面にエポキシ系樹脂の接着剤によって密着固定したときに、後部貫通口８９の内周面は測定管８２から離間した状態となる。なお、本実施形態では伝送体８６の材料としてジュラルミンを用いているが、超音波伝播性の高い材質であれば良く、アルミニウム、アルミ合金、チタン、ハステロイ、ＳＵＳ等の金属、またはフッ素樹脂などの合成樹脂、ガラス、石英などが挙げられる。また、伝送体８６の形状について、略円錐形としているが、超音波振動の伝播が良い形状であれば他の形状でも良い。また、密着固定する方法として、エポキシ系樹脂の接着剤を用いているが、超音波振動子９０からの超音波振動が直接測定管８２に伝わらない状態であればグリスや各種接着剤等を用いても良く、伝送体８６と測定管８２が同質の材料であれば熱溶着で固定しても良く、圧挿させることのみで密着固定しても良い。
【００７４】
９０はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を用いた超音波振動子であり、超音波振動子９０は、ドーナツ形状すなわち穴あき円板形状を有している。超音波振動子９０の一方の軸線方向端面９１は伝送体８６の軸線方向端面８７全体にエポキシ系樹脂によって圧力をかけて接着され、超音波振動子９０の他方の軸線方向端面及び外周面には防振材（図示せず）が塗布または接着され、密着固定されている。超音波振動子９０の内径は伝送体８６の後部貫通口８９と略同径であり、その内周面は測定管８２の外周面から離間した状態となる。また、軸線方向端面９１は電気的にアース端子となる。超音波振動子９０が伝送体８６に密着固定されることで、上流側の超音波送受信器９２を構成する。なお、本実施形態では超音波振動子９０は穴あき円板形状を有しているが半円状、扇状としても良い。また、超音波振動子９０の内周面は測定管８２の外周面から離間されているが、超音波振動を遮断する材料（防振材）を介して測定管８２に密着固定されても良い。
【００７５】
また、下流側の超音波送受信器９３も上流側の超音波送受信器９２と同様の構成を有し、二つの超音波送受信器９２、９３は各々の伝送体８６、９４を対向させて測定管６の外周に離間配置されている。また、超音波振動子９０、９５から伸びた配線は制御部４の演算部４３に繋がっている。このとき、計測器８１を構成する部分がセンサ部となり、計測器８１を形成するセンサ部から出力された信号から流量を演算する制御部４の演算部４３がアンプ部となる。なお、計測器８１のセンサ部とアンプ部は各々別体に設けても良く、一体に設けても良い。
【００７６】
電気式ピンチバルブ３と計測器８１の接続構造は、電気式ピンチバルブ３の第二連結体９６の接続部９７が測定管８２と同径の管状に設けられており、測定管８２の流体流出口８４と第二連結体９６の接続部９７の端面同士をバット融着で接続されている。第三の実施形態の他の構成は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００７７】
次に、本発明の第三の実施形態の作動について説明する。
【００７８】
流体制御装置に流入した流体は、計測器８１に流入し、測定管８２の直線流路８５で流量が計測される。流体の流れに対して上流側に位置する超音波送受信器９２の超音波振動子９０に制御部４から電圧が印加されると、超音波振動子９０には厚さ方向（電圧を印加する方向）及び径方向（電圧印加方向と垂直な方向）に振動が発生する。超音波送受信器９２では超音波振動子９０の両軸線方向端面の間に電圧を印加することにより、超音波として振動エネルギの大きい厚さ方向の超音波振動を伝送体８６の軸線方向端面９１に伝播させている。一方、超音波振動子９０の径方向の超音波振動は防振材によって吸収され且つ超音波の残響を除去し、周囲に伝播することはない。
【００７９】
伝送体８６に伝播した超音波振動はさらに伝送体８６内をその先部貫通口８８へ向かって伝播する。この先部貫通口８８に伝播した超音波振動は、測定管８２の中心に向かう方向性が強化された状態で管外周全体から管壁を介して測定管８２の流体中へ伝わった後、流体中を管軸と略平行方向に且つ扇状に拡がりながら伝播していくと推測される。そして、超音波振動は下流側に対向して位置する超音波送受信器９３の伝送体９４の内部を伝って超音波振動子９５へ伝播し、電気信号に変換されて制御部４内の演算部４３へ出力される。
【００８０】
超音波振動が上流側の超音波送受信器９２から下流側の超音波送受信器９３へ伝わり受信されると、瞬時に変換器内で送受信が切換えられて、下流側に位置する超音波送受信器９３の超音波振動子９５から上流側に位置する超音波送受信器９２の超音波振動子９０に向かって同様に超音波振動を伝播させる。超音波振動子９０で受信された超音波振動は、電気信号に変換され、制御部４内の演算部４３へ出力される。このとき、超音波振動は直線流路８５内の流体の流れに逆らって伝播していくので、上流側から下流側へ超音波振動を伝播させるときに比べて流体中での超音波振動の伝播速度が遅れ、伝播時間が長くなる。出力された相互の電気信号は演算部４３内で伝播時間が各々計測され、伝播時間差から流量が演算される。演算部４３で演算された流量は電気信号に変換されてコントロール部４４に出力される。
【００８１】
このように、伝送体８６内では、その略円錐形状により超音波振動は測定管８２内部に向かうための方向性を強化されると共に、超音波伝播性の良い金属を用いていることにより超音波振動の振幅の減衰が抑制できる。また、超音波振動子９０自体は測定管８２に接しておらず離間されているため、雑音の原因の一つとなる管壁を伝わる超音波振動、その他の外乱を低減でき、高精度な流量計測が可能となる。さらに、超音波振動子９０の軸線方向端面９１は電気的にアース側としているため、雑音ノイズが低減できる高精度な流量計測が可能になる。
【００８２】
以上のことから高精度な流量計測による高精度な流体制御が可能となる。また、第三の実施形態の計測器８１は測定管８２が直管状であるため、電気式ピンチバルブ３と共に形成される流体制御装置の流路はほぼ直線状となり、流体制御装置の圧力損失がほとんどなく、流体が滞留する箇所がないので特にスラリーを輸送するラインに使用しても流路内のいずれの箇所においてもスラリーが固着しにくいので安定した流量計測と流体制御を維持することができる。また、流路が直線状であり、計測器８１を小さく形成でき、計測器８１と電気式ピンチバルブ３の接続する部分の省スペース化により、流体制御装置をよりコンパクトに設けることができるため、流体制御装置が設置される装置のさらなる省スペース化を図ることができる。
【００８３】
また、本実施形態では計測器８１と電気式ピンチバルブ３の接続部分は一体的に接続されるため、接続部分に応力が加わったとしても、第二連結体９６で応力を受け止めることができ、計測器８１に応力負荷がかかることを防止する。また、流体制御装置をメンテナンスする時には第二連結体９６の部分で計測器８１と電気式ピンチバルブ３を分解できるので容易にメンテナンス作業を行うことができ、部品交換も各部材ごとに行うことができる。さらに、他の計測を行う計測器と第二連結体９６とを接続した構成にしておけば、計測器２を交換するだけであらゆる流体の計測に対応できるので好適である。
【実施例４】
【００８４】
次に、図１を参照して第一の実施形態の流体制御配管部材がチューブポンプである場合を説明する。図１の流体制御配管部材がチューブポンプの構成である場合（図示せず）、計測器２で計測された流量は電気信号に変換され、制御部４内の演算部４３へ出力され、演算部４３内で演算されてコントロール部４４に出力され、コントロール部４４では任意の設定流量に対して、リアルタイムに計測された流量との偏差から、偏差をゼロにするように信号をチューブポンプの駆動部に出力して、チューブを押圧しながら回転移動するローラーを駆動させる。チューブポンプから流出する流体は、流量が設定流量となるように、つまり設定流量と計測された流量の偏差がゼロに収束されるようにチューブポンプで制御される。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図２】図１の要部拡大縦断面図である。
【図３】本体にチューブ、連結体、保持体を組み込む前の分解斜視図である。
【図４】本体にチューブ、連結体、保持体を組み込んだ状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の第二の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図６】本発明の第三の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図７】従来の純水流量の制御装置を示す概念構成図である。
【図８】従来の流体制御モジュールを示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ ケーシング
２ 計測器
３ 流体制御配管部材（電気式ピンチバルブ）
４ 制御部
５ 流体流入口
１０ 流体流出口
１２ 超音波振動子
１３ 超音波振動子
１４ チューブ
１５ 本体
１７ 第一嵌合溝
１８ 第二嵌合溝
２０ 第一連結体
２１ 挿入部
２２ 第一接続部
２３ 鍔部
２４ 第二連結体
２５ 挿入部
２６ 第二接続部
２７ 鍔部
２８ 環状溝
２９ Ｏリング
３０ 保持体
３１ 保持体
３２ 貫通孔
３３ 貫通孔
３４ 拡径部
３５ 拡径部
３８ ボンネット
４０ モータ部
４１ ステム
４２ 挟圧子
４３ 演算部
４４ コントロール部
４５ 嵌合部
５１ 流体制御配管部材（空気式ピンチバルブ）
５２ シリンダー本体
５３ ピストン
５４ シリンダー部
５５ 凹部
５６ シリンダー蓋
５９ 第一空間部
６０ 第二空間部
６３ 連結部
６５ 挟圧子
６７ 制御部
６８ 演算部
６９ コントロール部
７０ 電空変換器
８１ 計測器
８２ 測定管
８３ 流体流入口
８４ 流体流出口
８６ 伝送体
９０ 超音波振動子
９１ 軸線方向端面
９２ 超音波送受信器
９３ 超音波送受信器
９４ 伝送体
９５ 超音波振動子
９６ 第二連結体
９７ 第二接続部
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体の制御が必要とされる流体輸送配管に使用される流体制御装置に関するものである。さらに詳しくは、幅広い流量範囲で安定して精度良く流量を制御することができ、コンパクトな構成であるため半導体製造装置内などへの設置場所の省スペース化ができ、半導体製造装置内への設置やメンテナンスや部品交換の作業が容易であり、チューブに接続される部品同士のシール性が良い流体制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程の一工程として、フッ酸等の薬液を純水で希釈した洗浄水を用いてウェハ表面をエッチングする湿式エッチングが用いられている。これら湿式エッチングの洗浄水の濃度は高い精度をもって管理する必要があるとされている。近年では、洗浄水の濃度を、純水と薬液の流量比で管理する方法が主流となってきており、そのために、純水や薬液の流量を高い精度をもって管理する流体制御装置が適用されている。
【０００３】
流体制御装置として種々提案されているが、図７に示されるような純水温度を可変とした場合の流量制御を行う純水流量の制御装置３０１があった（例えば、特許文献１参照）。その構成は、純水流量を調整するために操作圧の作用を受けて開度調節される流量調整弁３０２と、流量調整弁３０２に供給される操作圧を調整するための操作圧調整弁３０３と、流量調整弁３０２から出力される純水流量を計測するための流量計測器３０４と、流量計測器３０４を通った純水の流れを許容又は遮断するための開閉弁３０５とを備え、操作圧調整弁３０３により調整される操作圧と、流量調整弁３０２における純水の出力圧力とを均衡させることにより、流量調整弁３０２から出力される純水流量を一定に制御するようにした制御装置３０１であって、流量計測器３０４による計測値が一定となるように、その計測値に基づいて操作圧調整弁３０３から流量調整弁３０２に供給される操作圧をフィードバック制御するための制御回路を設けたことを特徴とするものであった。その効果は、純水の温度変化に伴って流量調整弁３０２における出力圧力が変化したとしても、その変化分に対応して操作圧がリアルタイムに調整されることで、流量調整弁３０２から出力される純水流量が調整されるため、純水流量を高精度に一定値に保つことができるものであった。
【０００４】
また、部品が一つのケーシング内に設けられた電気駆動による流体制御装置として、図８に示されるような流体を移送する流体回路にインライン接続される流体制御モジュール３０６があった（例えば、特許文献２参照）。その構成は、化学的に不活性な流路を有するハウジング３０７と、流路に接続された調節可能な制御弁３０８と、流路に接続された圧力センサ３０９と、流路内に位置する絞り部３１０とを備え、制御弁３０８と圧力センサ３０９がハウジング３０７内に収容され、さらに制御弁３０８の駆動を電気的に行なう電動モータを具備するドライバ３１１と、制御弁３０８及び圧力センサ３０９に電気的に接続されるコントローラ３１２がハウジング３０７内に収容されているものであった。その効果は、流体回路内で測定された圧力差と絞り部３１０の直径とから流路内の流量を測定し、測定した流量に基いて制御弁３０８をフィードバック制御で駆動することで、流路内の流量を高精度に決定することができるものであった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６１３４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の純水流量の制御装置３０１は、操作圧調整弁３０３により調整される操作圧と、流量調整弁３０２における純水の出力圧力とを均衡させることにより、流量調整弁３０２から出力される純水流量を一定に制御するようにしたものであるため、微細に流量を制御させるには不向きであり、制御可能な流量範囲も狭いため、幅広い流量範囲で流量を制御する用途には使いにくいという問題があった。また、構成要素が流路として例えばパイプやチューブを介して分かれているため、半導体製造装置内などに設置する際には設置スペースを多く取り、各構成要素の配管接続作業、電気配線やエア配管作業をそれぞれ行なわなくてはならず、作業が煩雑で時間を要するとともに、配管や配線の接続ミスが起こる恐れがあるという問題があった。
【０００７】
また、前記従来の流量制御モジュール３０６は、制御弁３０８の流体を制御する箇所が流体の滞留し易い構成であるため、流体が滞留するとスラリーが固着して、固着したスラリーが流体の流れを妨げたり流体制御が正確にできなくなる恐れや、制御弁３０８内の流路が直角に曲がって構成されているのに加え、流路内に絞り部３１０が設けられているため、これらの相乗効果により圧力損失が大きくなるという問題があった。また、制御弁３０８で流量を制御する箇所の開口面積を大きくとることができないので流量範囲があまり広くなく、幅広い流量範囲で流量を制御する用途には使いにくいという問題があった。また、制御弁３０８と圧力センサ３０９が一つの部材に流路を形成して一体的に設けられているため、制御弁３０８と圧力センサ３０９とを分解することができず、各々のメンテナンスを作業がやりにくい問題や、制御弁３０８と圧力センサ３０９のいずれかが破損して部品交換を行う場合には流量制御モジュール３０６全部を交換しなくてはならないので無駄が多く部品交換にコストがかかるという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、幅広い流量範囲で安定して精度良く流量を制御することができ、コンパクトな構成であるため半導体製造装置内などへの設置場所の省スペース化ができ、半導体製造装置内への設置やメンテナンスや部品交換の作業が容易であり、チューブに接続される部品同士のシール性が良い流体制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の流体制御装置の構成を図に基づいて説明する。
【００１０】
流路を流れる流体の特性を計測し該特性の計測値を電気信号に変換し出力する計測器と、流路を形成するチューブが本体内に配置され該チューブの開口面積を変化させて流体の流量を制御する流体制御配管部材と、該計測器からの電気信号に基づいて該流体制御配管部材の開度調整をフィードバック制御する制御部とを具備する流体制御装置において、該流体制御配管部材が、一端に該チューブに水密された状態で挿着される挿入部と他端に接続部と中央に鍔部を有する第一連結体及び第二連結体と、中央に貫通孔が形成され該貫通孔の一端には該挿入部に挿着された状態のチューブが嵌着される拡径部が設けられた保持体とを具備し、該保持体の貫通孔に該チューブを貫通させ、該チューブ両端に該第一連結体及び該第二連結体の挿入部を挿着したものを該保持体の拡径部に嵌着し、該第二連結体の鍔部と該保持体とが該流体制御配管部材と該計測器との間で圧接された状態で固定され、該第二連結体の接続部と該計測器の流体流入口または流体流出口が直接接続されてなることを第１の特徴とする。
【００１１】
前記計測器の流体流入口または流体流出口に嵌合部が設けられ、前記第二連結体の接続部が該計測器の嵌合部に水密状態で嵌合して直接接続されることを第２の特徴とする。
【００１２】
前記計測器の流体流入口または流体流出口と前記第二連結体の接続部とが熱溶着、超音波融着または接着により直接接続されることを第３の特徴とする。
【００１３】
前記流体制御配管部材がピンチバルブであり、前記本体に、流路軸線上に前記チューブを受容する直線溝と、該直線溝の少なくとも一端部に該直線溝よりも深く設けられた嵌合溝とを有し、該チューブを押圧または開放することで該チューブの開口面積を変化させる挟圧子と、該本体上部に接合固定され該挟圧子を上下動させる駆動部とを具備し、少なくとも前記第一連結体の鍔部と前記保持体とが圧接された状態で該嵌合溝に嵌合されてなることを第４の特徴とする。
【００１４】
前記駆動部が、ボンネットの上部に配置されたモータ部と、該モータ部の駆動により前記挟圧子を上下動させるステムとを具備し、前記挟圧子が該ステムの下部に設置されたことを第５の特徴とする。
【００１５】
前記駆動部が、内部にシリンダー部を有し上部にシリンダー蓋が一体的に設けられたシリンダー本体と、該シリンダー部内周面に上下動可能且つ密封状態で摺接され且つ該シリンダー本体下面中央に設けられた貫通孔を密封状態で貫通するように中央より垂下して設けられた連結部を有するピストンと、該シリンダー本体周側面に設けられ、該シリンダー部底面及び内周面と該ピストン下端面とで囲まれて形成された第一空間部と、該シリンダー蓋下端面とシリンダー部内周面とピストン上面とで囲まれた第二空間部とにそれぞれ連通されるエアー口とを具備し、前記挟圧子が該連結部の下端部に固定されたことを第６の特徴とする。
【００１６】
前記計測器が流路を流れる流体の特性を計測するセンサ部と、該計測器で計測された電気信号を受信して流体特性を演算するアンプ部とで形成され、少なくとも該センサ部と前記流体制御配管部材とが１つのケーシング内に設置されてなることを第７の特徴とする。
【００１７】
前記計測器が流量計、圧力計、温度計、濃度計、流速計のうち少なくともいずれか一つを含むものであることを第８の特徴とする。
【００１８】
前記計測器が、流体流入口に連通する入口流路と、該入口流路から垂設された第一立上り流路と、該第一立上り流路に連通し該入口流路軸線に略平行に設けられた直線流路と、該直線流路から垂設された第二立上り流路と、該第二立上り流路に連通し該入口流路軸線に略平行に設けられ流体流出口に連通する出口流路とが連続して設けられ、該第一、第二立上り流路の側壁の直線流路の軸線と交わる位置に、超音波振動子が互いに対向して配置されたセンサ部と、該超音波振動子がケーブルを介して接続されるアンプ部から構成される流量計測器であり、該超音波振動子の送受信を交互に切り替えて超音波振動子間の超音波伝播時間差を計測することにより該直線流路を流れる流体の流量を演算するように構成された超音波流量計であることを第９の特徴とする。
【００１９】
前記計測器が、流体流入口と流体流出口とに連通する直線流路を有する管と、該管の外周面に軸線方向に離間して取り付けられる二つの超音波送受信器とを備え、各超音波送受信器が、該管を取り囲むように該管の外周面に固定された筒状の伝送体と、該管を取り囲み且つ該管の外周面から間隔を隔てて配置された穴あき円板状の超音波振動子とを備え、該伝送体が該管の軸線方向に対して垂直方向に延びる軸線方向端面を有し、該超音波振動子の軸線方向端面が該伝送体の軸線方向端面に固着されて設けられたセンサ部と、該超音波振動子がケーブルを介して接続されるアンプ部から構成される流量計測器であり、該超音波振動子の軸線方向端面間に電圧を印加して、該超音波振動子を軸線方向に伸縮させることによる送受信を交互に切り替えて超音波振動子間の超音波伝播時間差を計測することにより該直線流路を流れる流体の流量を演算するように構成された超音波流量計であることを第１０の特徴とする。
【００２０】
前記流体制御配管部材がチューブポンプであることを第１１の特徴とする。
【００２１】
前記チューブの材質がＥＰＤＭ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、またはこれらの複合体からなることを第１２の特徴とする。
【００２２】
前記チューブがポリテトラフルオロエチレンとシリコーンゴムとの複合体からなることを第１３の特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は以上のような構造をしており、以下の優れた効果が得られる。
（１）流量を広い範囲で制御するのに適しており、フィードバック制御を行なうことにより安定して高い精度で応答性良く設定流量に流量を制御することができる。
（２）流体制御装置の面間を短くしてコンパクトに形成することができるので設置場所の省スペース化を行うことができ、また一つの物品として設けられるので半導体製造装置内などへの設置を容易にできる。
（３）組み立てが容易であると共に各部材ごとに分解できるので、メンテナンスが容易であり、部品交換も各部材ごとに行うことができる。
（４）チューブと連結体とが保持体によって水密された状態で固定されているので、高い内圧が加わっても流体の漏れの心配がなく、チューブが連結体から離脱することが防止される。
（５）配管ラインに応力が加わったとしても、連結体で応力を受け止めることができ、チューブに負荷をかけることがなく長期間使用することができる。
（６）計測器の流体流入口または流体流出口に設けられた嵌合部に、シールリング用溝が形成された連結体の接続部が嵌合して直接接続されることで、仮にクリープや歪みによって計測器と流体制御配管部材の間に隙間が開いたとしても、常に嵌合部の内周面と接続部の外周のシール部分で流体は確実に封止され、外部への流出は阻止される。
（７）計測器の流体流入口または流体流出口と連結体の接続部とが熱溶着、超音波融着または接着により直接接続されることで、計測器と流体制御配管部材は一体的に設けられ、接続部分に応力が加わったとしても、連結体で応力を受け止めることができ、計測器に応力負荷がかかることを防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面に示す実施形態を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第一の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。図２は図１の要部拡大縦断面図である。図３は本体にチューブ、連結体、保持体を組み込む前の分解斜視図である。図４は本体にチューブ、連結体、保持体を組み込んだ状態を示す斜視図である。図５は本発明の第二の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。図６は本発明の第三の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。
【００２５】
本発明において流体特性とは、流体が流路を流れている状態で計測できる特性のことであり、流量、圧力、温度、濃度および流速などが挙げられる。また計測器２は、流路を流れる流体の特性を計測し、該流体特性の計測値を電気信号に変換して制御部４に出力されるものであれば良く、流量計、圧力計、温度計、濃度計、流速計など特に限定されず、複数の計測器を用いても良い。特に流量を計測したい場合は、微小流量に対して精度良く流量計測ができ、流路が複雑な構成にならず流路内に流体の流れを遮るものがない図１や図６に示すような超音波流量計であることが好ましい。
【００２６】
本発明の流体制御配管部材は、ピンチバルブ、チューブポンプの構成であることが特に好適なものとして挙げられる。ここで流体制御配管部材の駆動部とは、内部のチューブ１４の開口面積を変化させる部材を駆動させる動力を与えるものであり、ピンチバルブではチューブ１４を押圧する挟圧子４２を上下動させるもの、チューブポンプではチューブを押圧しながら回転移動するローラーを回動させるものである。ピンチバルブの場合、その駆動方法は図１に示すような電気式や図５に示すようなエア式であることが望ましい。
【００２７】
本発明の流体制御配管部材３において、第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０は、圧接されて本体１５の第一嵌合溝１７に嵌合される必要がある。これは、チューブ１４と第一連結体２０とを水密された状態で保持し、流体制御配管部材３に内圧が加わったり流体制御配管部材３に接続される配管ライン（図示せず）に応力が加わった場合に、チューブ１４に余分な負荷を与えることがなく、チューブ１４が第一連結体２０から離脱することを防止するので好適である。
【００２８】
また、第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１は、第二嵌合溝１８内で流体制御配管部材３と計測器２との間で圧接された状態で固定される必要がある。これは、チューブ１４と第二連結体２４とを水密された状態で保持し、チューブ１４の接続部分が流体制御配管部材３から突出することなく流体制御配管部材３内部に収めることができるので、流体制御配管部材３と計測器２との接続スペースを必要最小限にすることができ、流体制御装置の面間を小さくしてコンパクトに設けることができるので好適である。
【００２９】
流体制御配管部材３と計測器２の接続方法は、図１に示すような計測器２の流体流入口５または流体流出口１０に嵌合部４５が設けられ、外周にシールリング用溝が形成される第二連結体２４の第二接続部２６が計測器２の嵌合部４５に嵌合して直接接続される構成や、図６に示すような計測器８１の流体流入口８３または流体流出口８４と第二連結体９６の第二接続部９７とが熱溶着、超音波融着または接着により直接接続される構成が望ましい。ここで直接接続とは、流体制御配管部材３の第二連結体２４と計測器２の流体流入口５または流体流出口１０との接続に別体の管や継手を介在させることなく接続されることである。これにより、流体制御配管部材３と計測器２、８１が接続スペースを取らずに接続でき、流体制御装置の面間を小さくしてコンパクトに設けることができるので好適である。
【００３０】
また、本発明の流体制御装置は、流体の流量を任意の値で一定に制御させる必要のある用途であれば、いずれに使用しても良いが、半導体製造装置内へ配置されることが好適である。半導体製造工程の前工程では、フォトレジスト工程、パターン露光工程、エッチング工程や平坦化工程などが挙げられ、これらの洗浄水などの濃度を、純水と薬液の流量比で管理する際に本発明の流体制御装置を用いることが好適である。
【００３１】
本発明の流体制御配管部材３のチューブ１４の材質は、ＥＰＤＭ、シリコーンゴム、フッ素ゴム及びこれらの複合体などの弾性体でも良く特に限定されるものではないが、特に繰り返し開閉への耐久性の良いフッ素ゴムとシリコーンゴムの複合体が好適なものとして挙げられ、フッ素ゴムはポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）が望ましい。また、チューブ１４の製造方法は特に限定されず、例えばシリコーンゴムが含浸されたＰＴＦＥシートを何層も積層することにより目的とする肉厚に形成されたものなどが挙げられる。
【００３２】
また、本発明のケーシング１、計測器２、流体制御配管部材３の各部品の材質は、樹脂製であれば塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン（以下、ＰＰと記す）、ポリエチレンなどいずれでも良いが、特に流体に腐食性流体を用いる場合はＰＴＦＥ、ポリビニリデンフルオロライド（以下、ＰＶＤＦと記す）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂などのフッ素樹脂であることが好ましく、フッ素樹脂製であれば腐食性流体に用いることができ、また腐食性ガスが透過しても流体制御配管部材３や計測器２の腐食の心配がないため好適である。
【実施例１】
【００３３】
以下、図１乃至図３に基づいて本発明の第一の実施形態である流体制御配管部材が電気式ピンチバルブである流体制御装置について説明する。
【００３４】
１はＰＶＤＦ製のケーシングである。ケーシング１内には、ケーシング１の底面に後記計測器２と後記電気式ピンチバルブ３とがボルト、ナット（図示せず）にて固定されており、上流側から計測器２、電気式ピンチバルブ３の順で直接接続された状態で設置されている。なお、計測器２と電気式ピンチバルブ３は順を逆にしても良く、このとき後記計測器２の流体流入口５に嵌合部４５が設けられ、後記電気式ピンチバルブ３の第二連結体２４の第二接続部２６が嵌合部４５に挿入された状態で（図示せず）直接接続される。
【００３５】
２は流体の流量を計測する計測器である。計測器２は、流体流入口５に連通する入口流路６と、入口流路６から垂設された第一立上り流路７と、第一立上り流路７に連通し入口流路６軸線に略平行に設けられた直線流路８と、直線流路８から垂設された第二立上り流路９と、第二立上り流路９に連通し入口流路６軸線に略平行に設けられた流体流出口１０に連通する出口流路１１とを有し、第一、第二立上り流路７、９の側壁の直線流路８の軸線と交わる位置に、超音波振動子１２、１３が互いに対向して配置されている。超音波振動子１２、１３はフッ素樹脂で覆われており、該振動子１２、１３から伸びた配線は後記制御部４の演算部４３に繋がっている。また、流体流出口１０には嵌合部４５が設けられており、後記電気式ピンチバルブ３の第二連結体２４の第二接続部２６が挿入された状態で直接接続されている。このとき、計測器２を構成する部分がセンサ部となる（実際にはセンサ部と後記アンプ部を合わせて計測器を構成するが、センサ部とアンプ部が別体で設けられた実施形態ではセンサ部に当たる部分を便宜上計測器２と呼んでいる）。なお、図１に示すように、出口流路１１を極力短く設けて流体流出口１０に嵌合部４５を形成すると共に、出口流路１１を短くして空いたスペースに合わせるように電気式ピンチバルブ３の本体１５を形成し、計測器２と電気式ピンチバルブ３を接続することで、流体制御装置の面間をより短くしてコンパクトに形成することができる。
【００３６】
３は、電気式駆動部によりチューブ１４の開口面積を変化させ流体の流量を制御する流体制御配管部材である電気式ピンチバルブである。電気式ピンチバルブ３は、チューブ１４が配置された本体１５と、電気式駆動部から構成されている。
【００３７】
１４はフッ素ゴムとシリコーンゴムの複合体からなるチューブであり、後記本体１５内に流路を形成している。
【００３８】
１５はＰＶＣ製の本体であり、本体１５の流路軸線上にはチューブ１４を受容する断面矩形状の直線溝１６が設けられている。また、直線溝１６の一端部には後記第一連結体２０と保持体３０を受容する断面矩形状の第一嵌合溝１７が直線溝１６より深く設けられ、他端部には後記第二連結体２４と保持体３１を受容する計測器２側が開口して設けられた断面矩形状の第二嵌合溝１８が直線溝１６より深く設けられている。また、直線溝１６の中央には後記挟圧子４２が上下動できる長円状の長円溝１９が直線溝１６と同じ深さで設けられている（図３参照）。
【００３９】
２０はＰＦＡ製の第一連結体であり、第一連結体２０の一端にはチューブ１４の内径よりも外径が大きく内径がチューブ１４の内径と略同一でありチューブ１４の両端部に挿着可能に形成された挿入部２１が設けられ、他端には配管ラインから伸びた配管と接続される管状の第一接続部２２が設けられ、中央には前記第一嵌合溝１７に嵌合可能な鍔部２３が設けられている。なお、本実施形態では第一接続部２２は管状に設けているが、配管ライン（図示せず）との接続方法によって継手やねじ溝などを設けても良い。
【００４０】
２４はＰＦＡ製の第二連結体であり、第二連結体２４には挿入部２５、第二接続部２６、鍔部２７が設けられている。第二接続部２６の外周には２条の環状溝２８が設けられ、端面側の環状溝２８は端面側の壁を切り欠いた状態で設けられ、該環状溝２８にＯリング２９が各々装着されている。Ｏリング２９は、断面直径が環状溝２８の幅よりも若干大径に設けられ、第二接続部２６が嵌合部４５に嵌合されたときに、環状溝２８の周面及び嵌合部４５の内周面とシールした状態（端面側の環状溝２８は嵌合部４５の底面とシールする）で保持される。第二連結体２４の他の構成は第一連結体２０と同様なので説明を省略する。
【００４１】
３０、３１はＰＶＣ製の保持体であり、保持体３０、３１の中央には貫通孔３２、３３が形成され、貫通孔３２、３３の一端には内径が第一、第二連結体２０、２４の挿入部２１、２５に挿着された状態のチューブ１４外径と略同径に形成された拡径部３４、３５が拡径して設けられている。
【００４２】
前記第一、第二連結体２０、２４と前記保持体３０、３１は、チューブ１４の両端を保持体３０、３１の貫通孔３２、３３に各々貫通させ、チューブ１４両端に第一、第二連結体２０、２４の挿入部２１、２５が挿着された状態で、保持体３０、３１の拡径部３４、３５が嵌着される。そしてチューブ１４を本体１５の直線溝１６に挿入し、第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０を圧接された状態で本体１５の第一嵌合溝１７に嵌合して固定し、第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１を当接した状態で本体１５の第二嵌合溝１８に嵌合する。次に第二連結体２４の第二接続部２６を計測器２の嵌合部４５に挿入し、固定部材４６で本体１５と計測器２をボルト止め（図示せず）することで、第二嵌合溝１８内で第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１が圧接された状態で固定される（図４の状態）。
【００４３】
第一連結体２０及び第二連結体２４の鍔部２３、２７と保持体３０、３１は、互いに圧接された時に略直方体になるように形成され、圧接された状態で本体１５の第一嵌合溝１７及び第二嵌合溝１８に各々嵌合される。ここで本体１５の第一嵌合溝１７及び第二嵌合溝１８は、保持体３０、３１の拡径部３４、３５が本体１５の第一嵌合溝１７及び第二嵌合溝１８内に完全に収まる程度の高さにすることが望ましく、これによりチューブ１４と第一連結体２０及び第二連結体２４の挿入部２１、２５との挿着部分に対して一定の力で均一に押圧されるため、チューブ１４のシールが全周に亘って均一に行うことができるので好適である。また第一連結体２０及び第二連結体２４の鍔部２３、２７と保持体３０、３１の高さは、本体１５の第一嵌合溝１７及び第二嵌合溝１８の高さより若干高く設け、第一嵌合溝１７及び第二嵌合溝１８に嵌合した時に上部が本体１５の上面より若干突出する（図４参照）ことが望ましく、これにより突出した第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０の上部と、第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１の上部に各々嵌合する凹部３６、３７を電気式駆動部のボンネット３８の下面に設けることで、組み立ての際に本体１５と電気式駆動部の位置決めが容易になるため好適である。なお、第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０及び第一嵌合溝１７の形状は、第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０とが圧接した状態で第一嵌合溝１７に嵌合できる形状であれば特に限定されず、第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１及び第二嵌合溝１８の形状は、第二嵌合溝１８に嵌合されて第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１とが電気式ピンチバルブ３と計測器２で圧接した状態で固定できる形状であれば特に限定されない。
【００４４】
電気式駆動部は、ボンネット３８、モータ部４０、挟圧子４２から形成され、本体１５上部に当接してボルト・ナットなど（図示せず）で固定される。その構成は以下の通りである。
【００４５】
３８はＰＶＣ製の板状のボンネットであり、中央には貫通孔３９が設けられている。またボンネット３８下面には、第一連結体２０の鍔部２３と保持体３０の本体１５上面より突出した部分と、第二連結体２４の鍔部２７と保持体３１の本体１５上面より突出した部分が各々嵌合する凹部３６、３７が設けられている。
【００４６】
４０はボンネット３８上部に設置されたモータ部である。モータ部４０はステッピングモーターを有し、モータ部４０下部にはモータの軸にギア（図示せず）を介して連結されたステム４１が設けられている。ステム４１は前記ボンネット３８の貫通孔３９に位置し、ステム４１の下端部には後記挟圧子４２が固着されていて、モータ部４０の駆動によりステム４１を上下動させ、挟圧子４２がチューブ１４を押圧しまたはチューブ１４を開放する。なお、本実施形態では挟圧子４２をステム４１の下端部に固着し、電気式駆動部でステム４１を上下動させることで挟圧子４２を上下動させているが、ステム４１に雄ねじ部を形成し、内周に雌ねじ部を形成した挟圧子４２をステム４１の下部に螺合させ、挟圧子４２を回動不能に保持して、電気式駆動部でステム４１を回動させることで挟圧子４２を上下動させても良い。
【００４７】
４２はチューブ１４を押圧する部分が断面かまぼこ状に形成された挟圧子であり、チューブ１４と直交するようにステム４１の先端部に固定されており、弁閉時には本体１５の長円溝１９に挿入されてチューブ１４を押圧し、弁開時にはチューブ１４を開放してボンネット３８の貫通孔３９内に収納される（図１参照）ようになっている。
【００４８】
４は制御部である。制御部４は計測器２から出力された信号から流量を演算する演算部４３と、フィードバック制御を行なうコントロール部４４を有している。演算部４３には、送信側の超音波振動子１２に一定周期の超音波振動を出力する発信回路と、受信側の超音波振動子１３からの超音波振動を受信する受信回路と、各超音波振動の伝播時間を比較する比較回路と、比較回路から出力された伝播時間差から流量を演算する演算回路とを備えている。コントロール部４４には、演算部４３から出力された流量に対して設定された流量になるように電気式駆動部のモータ部４０を作動する制御回路を有している。このとき、計測器２を形成するセンサ部から出力された信号から流量を演算する制御部４の演算部４３がアンプ部となる。なお、本実施形態では制御部４は別の場所で集中コントロールを行なうためにケーシング１の外に流体制御装置と別体（センサ部はケーシング１内に、アンプ部は制御部４内に配置される）で設けられた構成であるが、ケーシング１内（流体制御装置内）に設置して一体で設けられた構成にしても良い。このとき、アンプ部はボックスなどの保護部材で保護された状態でケーシング１内に配置されていることが望ましい。また、演算部４３は計測器２が流量計なので流量を演算しているが、計測する流体の特性が圧力、温度、濃度、流速の場合は、該当する流体の特性の演算を行う。
【００４９】
次に、本発明の第一の実施形態である流体制御装置の作動について説明する。
【００５０】
流体制御装置に流入した流体は、まず計測器２に流入し、直線流路８を通過する流体の流量が計測される。流体の流れに対して上流側に位置する超音波振動子１２から下流側に位置する超音波振動子１３に向かって超音波振動を伝播させる。超音波振動子１３で受信された超音波振動は電気信号に変換され、制御部４の演算部４３へ出力される。超音波振動が上流側の超音波振動子１２から下流側の超音波振動子１３へ伝播して受信されると、瞬時に演算部４３内で送受信が切換えられて、下流側に位置する超音波振動子１３から上流側に位置する超音波振動子１２に向かって超音波振動を伝播させる。超音波振動子１２で受信された超音波振動は、電気信号に変換され、制御部４内の演算部４３へ出力される。このとき、超音波振動は直線流路８内の流体の流れに逆らって伝播していくので、上流側から下流側へ超音波振動を伝播させるときに比べて流体中での超音波振動の伝播速度が遅れ、伝播時間が長くなる。出力された相互の電気信号は演算部４３内で伝播時間が各々計測され、伝播時間差から流量が演算される。演算部４３で演算された流量は電気信号に変換されてコントロール部４４に出力される。
【００５１】
次に計測器２を通過した流体は電気式ピンチバルブ３に流入する。コントロール部４４では任意の設定流量に対して、リアルタイムに計測された流量との偏差から、偏差をゼロにするように信号を電気式駆動部に出力し、電気式駆動部のモータ部４０を駆動させてチューブ１４の開度を制御する。電気式ピンチバルブ３から流出する流体は、流量が設定流量となるように、つまり設定流量と計測された流量の偏差がゼロに収束されるように電気式ピンチバルブ３で制御される。
【００５２】
電気式駆動部からの伝達による電気式ピンチバルブ３の作動は以下の通りである。
電気式駆動部のモータ部４０がステム４１を下方へ駆動(正転)すると、ステム４１下部に設けられた挟圧子４２が下降し、挟圧子４２がチューブ１４を変形させ、チューブ１４の流路の開口面積を変化させることにより、電気式ピンチバルブ３を流れる流体の流量を調整することができる。さらにステム４１を下方へ駆動させると、挟圧子４２が下降してチューブ１４を押圧して流路を遮断して全閉状態になる。また、ステム４１を上方へ駆動(逆転)させると、ステム４１下部に設けられた挟圧子４２が上昇し、挟圧子４２がボンネット３８の貫通孔３９に収納されてステム４１および挟圧子４２の上昇は止まり全開状態となる（図１の状態）。
【００５３】
以上の作動により、電気式駆動部は電気的に駆動するモータ部４０により細かな駆動制御が応答性良く容易に行なえるため、微小流量の流体制御に優れた効果を発揮し、流体制御装置を流れる流体は設定流量で一定になるように制御される。
【００５４】
流体制御装置の流路は、計測器２内の流路が直角に曲がっている箇所はあるが、流路を絞る部分はなく電気式ピンチバルブ３内の流路は直線状であるため、圧力損失が少なくて済む。また滞留する箇所がないため、スラリーを輸送するラインに使用しても流量を制御する箇所にスラリーが固着しにくいので安定した流体制御を維持することができる。また、電気式ピンチバルブ３はチューブ１４が流路を形成して、その開口面積を変化させるので幅広い流量範囲で流量を制御でき、バルブの摺動部分が流路と分かれて構成されているため流路内にコンタミやパーティクルを発生することを防止できる。
【００５５】
電気式ピンチバルブ３と計測器２との接続は、第二連結体２４の第二接続部２６が嵌合部４５に嵌合され、嵌合部４５の内周面と第二接続部２６の外周とがＯリング２９で二重のシールが行われるため、仮にクリープや歪みによって電気式ピンチバルブ３と計測器２との間に隙間が開いたとしても、常に嵌合部４５の内周面と第二接続部の外周のシール部分で流体は確実に封止され、外部への流出は阻止される。
【００５６】
また、第一、第二連結体２０、２４と保持体３０、３１が各々圧接された状態で第一、第二嵌合溝１７、１８に嵌合されることにより、チューブ１４と第一、第二連結体２０、２４の挿入部２１、２５とが保持体３０、３１の拡径部３４、３５によって全周に亘って確実に水密にされ、さらに保持体３０、３１の拡径部３４、３５と貫通孔３２、３３の段差となる部分でより水密にされるので、高い内圧が加わってもそれに応じてシールが強くなるように力が加わるため、流体の漏れの心配がなく、チューブ１４が第一、第二連結体２０、２４から離脱する事が防止される。また、第一連結体２０と保持体３０は本体１５によって固定されているので、配管ラインに引張り方向や圧縮方向への応力が加わったとしても、第一連結体２０で応力を受けることができるので、チューブ１４に負荷をかけることがなく長期間使用することができる。なお、チューブ１４と第一、第二連結体２０、２４の挿着は、必要に応じてＯリングなどを介在させても良い。
【００５７】
また、電気式ピンチバルブ３内のチューブ１４を接続する部材は流路方向に場所を取らないので電気式ピンチバルブ３の面間を短くさせると共に、電気式ピンチバルブ３と計測器２の接続構造が接続スペースを設けることなく電気式ピンチバルブ３と計測器２の側面同士を当接させて接続できるので、流体制御装置の面間を短くしてコンパクトに形成することができ、流体制御装置を設置する装置の省スペース化を行うことができる。また、電気式ピンチバルブ３と計測器２とを接続する部分の部品点数が少なくて済み、部品同士を嵌合したり挿入したりして組み立てることができるので、組み立てが容易であると共に、流体制御装置をメンテナンスする時に各部材ごとに分解できるので容易にメンテナンス作業を行うことができ、部品交換も各部材ごとに行うことができる。また、図３に示すように部品を簡単な形状にできるので、部品の加工が容易である。なお、他の計測を行う計測器の流体流入口または流体流出口に同様の嵌合部を設けた構成にしておけば、計測器２を交換してあらゆる流体の計測に対応できるので好適である。
【００５８】
また、流体制御装置は一つのケーシング１内に設置されているため、電気式ピンチバルブ３および計測器２がケーシング１で保護され、嵩張らずに一つの物品として半導体製造装置内などへ設置可能になるので設置作業が容易になり、ケーシング１内で既に配線されているので外部とコネクタなどで接続するだけで配線作業が容易に行えるため好適である。また、ケーシング１によって流体制御装置をブラックボックス化することで、流体制御装置を半導体製造装置内などに設置したときに、半導体製造装置の利用者が流体制御装置を不用意に分解して不具合が生じることを防止することができるため好適である。
【実施例２】
【００５９】
次に、図５に基づいて本発明の第二の実施形態である流体制御配管部材が空気式ピンチバルブである流体制御装置について説明する。第一の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して示す。
【００６０】
５１は操作圧に応じて流路の開口面積を変化させることにより流体の流量を制御する流体制御配管部材である空気式ピンチバルブである。空気式ピンチバルブ５１は、チューブ１４が配置された本体１５と、空気式駆動部から構成されている。
【００６１】
空気式駆動部は、シリンダー本体５２、ピストン５３、挟圧子６５から形成され、本体１５上部に当接してボルト・ナットなど（図示せず）で固定される。その構成は以下の通りである。
【００６２】
５２はＰＶＤＦ製のシリンダー本体である。シリンダー本体５２は、円筒状空間を持つシリンダー部５４を有し、シリンダー本体５２の上部には下面に開口した凹部５５を有するシリンダー蓋５６がＯリングを介して当接固定されている。シリンダー本体５２の下面中央部には、後記ピストン５３の連結部６３が貫通する貫通孔５７と、後記挟圧子６５を収納する長円状スリット５８が連続して設けられている。また、シリンダー本体５２の周側面には、シリンダー部５４の内周面及び底面と後記ピストン５３の下端面とで形成される第一空間部５９と、シリンダー部５４の内周面とシリンダー蓋５６の下端面と後記ピストン５３の上端面とで形成される第二空間部６０とに、それぞれ圧縮空気を導入するエアー口６１、６２が設けられている。
【００６３】
５３はＰＶＤＦ製のピストンである。ピストン５３は円盤状で周側面にＯリングが装着され、シリンダー部５４の内周面に上下動可能且つ密封状態に嵌合されている。またピストン５３の中央より垂下して連結部６３が設けられ、前記シリンダー本体５２の下面中央部に設けられた貫通孔５７を密封状態で貫通しており、連結部６３を貫通して設けられた固定ボルト６４の先端部に後記挟圧子６５が螺着によって固定されている。なお、挟圧子６５の固定方法は、連結部６３に圧着、接着、溶接、ピンによる固定などでも良く、特に限定されない。
【００６４】
６５はＰＶＤＦ製の挟圧子であり、チューブ１４を押圧する部分の断面がかまぼこ状に形成されている。また挟圧子６５は、チューブ１４と直交するようにピストン５３の連結部６３に固定されており、弁閉時には本体１５の長円溝に挿入されてチューブ１４を押圧し、弁開時にはチューブ１４を開放してシリンダー本体５２の長円状スリット５８に収納されるようになっている。
【００６５】
６７は制御部である。制御部６７は計測器２から出力された信号から流量を演算する演算部６８と、フィードバック制御を行なうコントロール部６９を有している。コントロール部６９には、演算部６８から出力された流量に対して設定された流量になるように後記電空変換器７０を制御し制御用空気の圧力を操作する制御回路を有している。
【００６６】
７０は圧縮空気の操作圧を調整する電空変換器である。電空変換器７０は操作圧を比例的に調整するために電気的に駆動する電磁弁から構成され、前記制御部６７からの制御信号に応じて空気式ピンチバルブ５１を制御するための空気の操作圧を調整する。
流体制御装置の他の構成は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。また、第二の実施形態の流体制御装置の組み立て手順は、本体１５と空気式駆動部とをボルト、ナットで固定して組み立てられる以外は第一の実施形態の組み立て手順と同様なので説明を省略する。
【００６７】
次に、本発明の第二の実施形態の作動について説明する。
【００６８】
電空変換器７０から供給される操作圧に対する空気式ピンチバルブ５１の作動は以下の通りである。
エアー口６１から第一空間部５９へ圧縮された空気を供給した場合、第二空間部６０内の圧縮された空気はエアー口６２から排出され、第一空間部５９へ供給された圧縮された空気の空気圧により、ピストン５３が上昇し始め、それに伴ってピストン５３より垂下して設けられた連結部６３を介して挟圧子６５が上昇する。ピストン５３上端面がシリンダー部５４の段差部６６に当接するとピストン５３及び挟圧子６５の上昇は止まり、挟圧子６５がシリンダー本体５２の貫通孔５７に収納されて全開状態となる。エアー口６２から第二空間部６０へ圧縮された空気を供給した場合、第一空間部５９内の圧縮された空気はエアー口６１から排出され、第二空間部６０へ供給された圧縮された空気の空気圧により、ピストン５３が下降し始め、それに伴ってピストン５３より垂下して設けられた連結部６３を介して挟圧子６５も下降する。ピストン５３下端面がシリンダー部５４底面に到達するとピストン５３及び挟圧子６５の下降は止まり、チューブ１４を押圧して流路を遮断することで全閉状態になる。ピストン５３の上下動に伴って挟圧子６５も上下動されることにより、挟圧子６５がチューブ１４を変形させ、チューブ１４の流路の開口面積を変化させることにより、空気式ピンチバルブ５１を流れる流体の流量を調整することができる。
【００６９】
なお、第二の実施形態の空気式ピンチバルブ５１は、第二空間部６０のシリンダー部５４天井面とピストン５３上面の間にばね（図示せず）を挟持支承させても良く、第一空間部５９のシリンダー部５４底面とピストン５３下面の間にばね（図示せず）を挟持支承させても良い。これは作動流体を供給する代わりにバネの弾性による圧力を加えることで、作動流体を供給しなくても常時閉または常時開にできるので好適である。
【００７０】
以上の作動により、空気式駆動部は空気での駆動が行われることで、空気式ピンチバルブ５１に腐食の恐れがある電装部品を使用しないため、腐食性流体を流した時に腐食性ガスが透過して空気式ピンチバルブ５１の部品を腐食させることを防止でき、流体制御装置を流れる流体は設定流量で一定になるように制御される。第二の実施形態の他の作動は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。
【実施例３】
【００７１】
次に、図６に基づいて本発明の第三の実施形態について説明する。ここでは第一の実施形態の計測器が、他の超音波式流量計の計測器８１である場合で説明する。第一の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して示す。
【００７２】
８２はフッ素系樹脂製の測定管である。測定管８２は流体流入口８３と流体流出口８４とに連通する直線流路８５を有している。
【００７３】
８６はジュラルミン製の伝送体である。伝送体８６は略円錐状をなし、測定管８２を取り囲むように配置されており、伝送体８６の拡径している側の軸線方向端面８７が測定管８２の軸線方向に対して垂直に形成されている。また、伝送体８６の中心には先部貫通口８８及び後部貫通口８９からなる貫通孔が形成されている。後部貫通口８９は先部貫通口８８より拡径されて設けられており、先部貫通口８８の内周面を測定管８２の外周面にエポキシ系樹脂の接着剤によって密着固定したときに、後部貫通口８９の内周面は測定管８２から離間した状態となる。なお、本実施形態では伝送体８６の材料としてジュラルミンを用いているが、超音波伝播性の高い材質であれば良く、アルミニウム、アルミ合金、チタン、ハステロイ、ＳＵＳ等の金属、またはフッ素樹脂などの合成樹脂、ガラス、石英などが挙げられる。また、伝送体８６の形状について、略円錐形としているが、超音波振動の伝播が良い形状であれば他の形状でも良い。また、密着固定する方法として、エポキシ系樹脂の接着剤を用いているが、超音波振動子９０からの超音波振動が直接測定管８２に伝わらない状態であればグリスや各種接着剤等を用いても良く、伝送体８６と測定管８２が同質の材料であれば熱溶着で固定しても良く、圧挿させることのみで密着固定しても良い。
【００７４】
９０はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を用いた超音波振動子であり、超音波振動子９０は、ドーナツ形状すなわち穴あき円板形状を有している。超音波振動子９０の一方の軸線方向端面９１は伝送体８６の軸線方向端面８７全体にエポキシ系樹脂によって圧力をかけて接着され、超音波振動子９０の他方の軸線方向端面及び外周面には防振材（図示せず）が塗布または接着され、密着固定されている。超音波振動子９０の内径は伝送体８６の後部貫通口８９と略同径であり、その内周面は測定管８２の外周面から離間した状態となる。また、軸線方向端面９１は電気的にアース端子となる。超音波振動子９０が伝送体８６に密着固定されることで、上流側の超音波送受信器９２を構成する。なお、本実施形態では超音波振動子９０は穴あき円板形状を有しているが半円状、扇状としても良い。また、超音波振動子９０の内周面は測定管８２の外周面から離間されているが、超音波振動を遮断する材料（防振材）を介して測定管８２に密着固定されても良い。
【００７５】
また、下流側の超音波送受信器９３も上流側の超音波送受信器９２と同様の構成を有し、二つの超音波送受信器９２、９３は各々の伝送体８６、９４を対向させて測定管６の外周に離間配置されている。また、超音波振動子９０、９５から伸びた配線は制御部４の演算部４３に繋がっている。このとき、計測器８１を構成する部分がセンサ部となり、計測器８１を形成するセンサ部から出力された信号から流量を演算する制御部４の演算部４３がアンプ部となる。なお、計測器８１のセンサ部とアンプ部は各々別体に設けても良く、一体に設けても良い。
【００７６】
電気式ピンチバルブ３と計測器８１の接続構造は、電気式ピンチバルブ３の第二連結体９６の接続部９７が測定管８２と同径の管状に設けられており、測定管８２の流体流出口８４と第二連結体９６の接続部９７の端面同士をバット融着で接続されている。第三の実施形態の他の構成は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００７７】
次に、本発明の第三の実施形態の作動について説明する。
【００７８】
流体制御装置に流入した流体は、計測器８１に流入し、測定管８２の直線流路８５で流量が計測される。流体の流れに対して上流側に位置する超音波送受信器９２の超音波振動子９０に制御部４から電圧が印加されると、超音波振動子９０には厚さ方向（電圧を印加する方向）及び径方向（電圧印加方向と垂直な方向）に振動が発生する。超音波送受信器９２では超音波振動子９０の両軸線方向端面の間に電圧を印加することにより、超音波として振動エネルギの大きい厚さ方向の超音波振動を伝送体８６の軸線方向端面９１に伝播させている。一方、超音波振動子９０の径方向の超音波振動は防振材によって吸収され且つ超音波の残響を除去し、周囲に伝播することはない。
【００７９】
伝送体８６に伝播した超音波振動はさらに伝送体８６内をその先部貫通口８８へ向かって伝播する。この先部貫通口８８に伝播した超音波振動は、測定管８２の中心に向かう方向性が強化された状態で管外周全体から管壁を介して測定管８２の流体中へ伝わった後、流体中を管軸と略平行方向に且つ扇状に拡がりながら伝播していくと推測される。そして、超音波振動は下流側に対向して位置する超音波送受信器９３の伝送体９４の内部を伝って超音波振動子９５へ伝播し、電気信号に変換されて制御部４内の演算部４３へ出力される。
【００８０】
超音波振動が上流側の超音波送受信器９２から下流側の超音波送受信器９３へ伝わり受信されると、瞬時に変換器内で送受信が切換えられて、下流側に位置する超音波送受信器９３の超音波振動子９５から上流側に位置する超音波送受信器９２の超音波振動子９０に向かって同様に超音波振動を伝播させる。超音波振動子９０で受信された超音波振動は、電気信号に変換され、制御部４内の演算部４３へ出力される。このとき、超音波振動は直線流路８５内の流体の流れに逆らって伝播していくので、上流側から下流側へ超音波振動を伝播させるときに比べて流体中での超音波振動の伝播速度が遅れ、伝播時間が長くなる。出力された相互の電気信号は演算部４３内で伝播時間が各々計測され、伝播時間差から流量が演算される。演算部４３で演算された流量は電気信号に変換されてコントロール部４４に出力される。
【００８１】
このように、伝送体８６内では、その略円錐形状により超音波振動は測定管８２内部に向かうための方向性を強化されると共に、超音波伝播性の良い金属を用いていることにより超音波振動の振幅の減衰が抑制できる。また、超音波振動子９０自体は測定管８２に接しておらず離間されているため、雑音の原因の一つとなる管壁を伝わる超音波振動、その他の外乱を低減でき、高精度な流量計測が可能となる。さらに、超音波振動子９０の軸線方向端面９１は電気的にアース側としているため、雑音ノイズが低減できる高精度な流量計測が可能になる。
【００８２】
以上のことから高精度な流量計測による高精度な流体制御が可能となる。また、第三の実施形態の計測器８１は測定管８２が直管状であるため、電気式ピンチバルブ３と共に形成される流体制御装置の流路はほぼ直線状となり、流体制御装置の圧力損失がほとんどなく、流体が滞留する箇所がないので特にスラリーを輸送するラインに使用しても流路内のいずれの箇所においてもスラリーが固着しにくいので安定した流量計測と流体制御を維持することができる。また、流路が直線状であり、計測器８１を小さく形成でき、計測器８１と電気式ピンチバルブ３の接続する部分の省スペース化により、流体制御装置をよりコンパクトに設けることができるため、流体制御装置が設置される装置のさらなる省スペース化を図ることができる。
【００８３】
また、本実施形態では計測器８１と電気式ピンチバルブ３の接続部分は一体的に接続されるため、接続部分に応力が加わったとしても、第二連結体９６で応力を受け止めることができ、計測器８１に応力負荷がかかることを防止する。また、流体制御装置をメンテナンスする時には第二連結体９６の部分で計測器８１と電気式ピンチバルブ３を分解できるので容易にメンテナンス作業を行うことができ、部品交換も各部材ごとに行うことができる。さらに、他の計測を行う計測器と第二連結体９６とを接続した構成にしておけば、計測器２を交換するだけであらゆる流体の計測に対応できるので好適である。
【実施例４】
【００８４】
次に、図１を参照して第一の実施形態の流体制御配管部材がチューブポンプである場合を説明する。図１の流体制御配管部材がチューブポンプの構成である場合（図示せず）、計測器２で計測された流量は電気信号に変換され、制御部４内の演算部４３へ出力され、演算部４３内で演算されてコントロール部４４に出力され、コントロール部４４では任意の設定流量に対して、リアルタイムに計測された流量との偏差から、偏差をゼロにするように信号をチューブポンプの駆動部に出力して、チューブを押圧しながら回転移動するローラーを駆動させる。チューブポンプから流出する流体は、流量が設定流量となるように、つまり設定流量と計測された流量の偏差がゼロに収束されるようにチューブポンプで制御される。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図２】図１の要部拡大縦断面図である。
【図３】本体にチューブ、連結体、保持体を組み込む前の分解斜視図である。
【図４】本体にチューブ、連結体、保持体を組み込んだ状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の第二の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図６】本発明の第三の実施形態を示す流体制御装置の縦断面図である。
【図７】従来の純水流量の制御装置を示す概念構成図である。
【図８】従来の流体制御モジュールを示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ ケーシング
２ 計測器
３ 流体制御配管部材（電気式ピンチバルブ）
４ 制御部
５ 流体流入口
１０ 流体流出口
１２ 超音波振動子
１３ 超音波振動子
１４ チューブ
１５ 本体
１７ 第一嵌合溝
１８ 第二嵌合溝
２０ 第一連結体
２１ 挿入部
２２ 第一接続部
２３ 鍔部
２４ 第二連結体
２５ 挿入部
２６ 第二接続部
２７ 鍔部
２８ 環状溝
２９ Ｏリング
３０ 保持体
３１ 保持体
３２ 貫通孔
３３ 貫通孔
３４ 拡径部
３５ 拡径部
３８ ボンネット
４０ モータ部
４１ ステム
４２ 挟圧子
４３ 演算部
４４ コントロール部
４５ 嵌合部
５１ 流体制御配管部材（空気式ピンチバルブ）
５２ シリンダー本体
５３ ピストン
５４ シリンダー部
５５ 凹部
５６ シリンダー蓋
５９ 第一空間部
６０ 第二空間部
６３ 連結部
６５ 挟圧子
６７ 制御部
６８ 演算部
６９ コントロール部
７０ 電空変換器
８１ 計測器
８２ 測定管
８３ 流体流入口
８４ 流体流出口
８６ 伝送体
９０ 超音波振動子
９１ 軸線方向端面
９２ 超音波送受信器
９３ 超音波送受信器
９４ 伝送体
９５ 超音波振動子
９６ 第二連結体
９７ 第二接続部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流れる流体の特性を計測し該特性の計測値を電気信号に変換し出力する計測器と、
流路を形成するチューブが本体内に配置され該チューブの開口面積を変化させて流体の流量を制御する流体制御配管部材と、
該計測器からの電気信号に基づいて該流体制御配管部材の開度調整をフィードバック制御する制御部とを具備する流体制御装置において、
該流体制御配管部材が、一端に該チューブに水密された状態で挿着される挿入部と他端に接続部と中央に鍔部を有する第一連結体及び第二連結体と、
中央に貫通孔が形成され該貫通孔の一端には該挿入部に挿着された状態のチューブが嵌着される拡径部が設けられた保持体とを具備し、
該保持体の貫通孔に該チューブを貫通させ、該チューブ両端に該第一連結体及び該第二連結体の挿入部を挿着したものを該保持体の拡径部に嵌着し、
該第二連結体の鍔部と該保持体とが該流体制御配管部材と該計測器との間で圧接された状態で固定され、
該第二連結体の接続部と該計測器の流体流入口または流体流出口が直接接続されてなる、ことを特徴とする流体制御装置。
【請求項２】
前記計測器の流体流入口または流体流出口に嵌合部が設けられ、
前記第二連結体の接続部が該計測器の嵌合部に水密状態で嵌合して直接接続される、ことを特徴とする請求項１記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記計測器の流体流入口または流体流出口と前記第二連結体の接続部とが熱溶着、超音波融着または接着により直接接続される、ことを特徴とする請求項１記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記流体制御配管部材がピンチバルブであり、
前記本体に、流路軸線上に前記チューブを受容する直線溝と、該直線溝の少なくとも一端部に該直線溝よりも深く設けられた嵌合溝とを有し、
該チューブを押圧または開放することで該チューブの開口面積を変化させる挟圧子と、
該本体上部に接合固定され該挟圧子を上下動させる駆動部とを具備し、
少なくとも前記第一連結体の鍔部と前記保持体とが圧接された状態で該嵌合溝に嵌合されてなる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記駆動部が、
ボンネットの上部に配置されたモータ部と、該モータ部の駆動により前記挟圧子を上下動させるステムとを具備し、
前記挟圧子が該ステムの下部に設置された、ことを特徴とする請求項４記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記駆動部が、
内部にシリンダー部を有し上部にシリンダー蓋が一体的に設けられたシリンダー本体と、
該シリンダー部内周面に上下動可能且つ密封状態で摺接され且つ該シリンダー本体下面中央に設けられた貫通孔を密封状態で貫通するように中央より垂下して設けられた連結部を有するピストンと、
該シリンダー本体周側面に設けられ、該シリンダー部底面及び内周面と該ピストン下端面とで囲まれて形成された第一空間部と、該シリンダー蓋下端面とシリンダー部内周面とピストン上面とで囲まれた第二空間部と、にそれぞれ連通されるエアー口と、を具備し、
前記挟圧子が該連結部の下端部に固定された、ことを特徴とする請求項４記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記計測器が流路を流れる流体の特性を計測するセンサ部と、該計測器で計測された電気信号を受信して流体特性を演算するアンプ部とで形成され、
少なくとも該センサ部と前記流体制御配管部材とが１つのケーシング内に設置されてなる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項８】
前記計測器が流量計、圧力計、温度計、濃度計、流速計のうち少なくともいずれか一つを含むものである、ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項９】
前記計測器が、
流体流入口に連通する入口流路と、該入口流路から垂設された第一立上り流路と、該第一立上り流路に連通し該入口流路軸線に略平行に設けられた直線流路と、該直線流路から垂設された第二立上り流路と、該第二立上り流路に連通し該入口流路軸線に略平行に設けられ流体流出口に連通する出口流路とが連続して設けられ、該第一、第二立上り流路の側壁の直線流路の軸線と交わる位置に、超音波振動子が互いに対向して配置されたセンサ部と、該超音波振動子がケーブルを介して接続されるアンプ部から構成される、流量計測器であり、
該超音波振動子の送受信を交互に切り替えて超音波振動子間の超音波伝播時間差を計測することにより該直線流路を流れる流体の流量を演算するように構成された超音波流量計である、ことを特徴とする請求項８記載の流体制御装置。
【請求項１０】
前記計測器が、
流体流入口と流体流出口とに連通する直線流路を有する管と、該管の外周面に軸線方向に離間して取り付けられる二つの超音波送受信器とを備え、各超音波送受信器が、該管を取り囲むように該管の外周面に固定された筒状の伝送体と、該管を取り囲み且つ該管の外周面から間隔を隔てて配置された穴あき円板状の超音波振動子とを備え、
該伝送体が該管の軸線方向に対して垂直方向に延びる軸線方向端面を有し、該超音波振動子の軸線方向端面が該伝送体の軸線方向端面に固着されて設けられたセンサ部と、該超音波振動子がケーブルを介して接続されるアンプ部から構成される、流量計測器であり、
該超音波振動子の軸線方向端面間に電圧を印加して、該超音波振動子を軸線方向に伸縮させることによる送受信を交互に切り替えて超音波振動子間の超音波伝播時間差を計測することにより該直線流路を流れる流体の流量を演算するように構成された超音波流量計である、ことを特徴とする請求項８記載の流体制御装置。
【請求項１１】
前記流体制御配管部材がチューブポンプである、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項１２】
前記チューブの材質がＥＰＤＭ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、またはこれらの複合体からなる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１に記載の流体制御装置。
【請求項１３】
前記チューブがポリテトラフルオロエチレンとシリコーンゴムとの複合体からなる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１に記載の流体制御装置。
【請求項１】
流路を流れる流体の特性を計測し該特性の計測値を電気信号に変換し出力する計測器と、
流路を形成するチューブが本体内に配置され該チューブの開口面積を変化させて流体の流量を制御する流体制御配管部材と、
該計測器からの電気信号に基づいて該流体制御配管部材の開度調整をフィードバック制御する制御部とを具備する流体制御装置において、
該流体制御配管部材が、一端に該チューブに水密された状態で挿着される挿入部と他端に接続部と中央に鍔部を有する第一連結体及び第二連結体と、
中央に貫通孔が形成され該貫通孔の一端には該挿入部に挿着された状態のチューブが嵌着される拡径部が設けられた保持体とを具備し、
該保持体の貫通孔に該チューブを貫通させ、該チューブ両端に該第一連結体及び該第二連結体の挿入部を挿着したものを該保持体の拡径部に嵌着し、
該第二連結体の鍔部と該保持体とが該流体制御配管部材と該計測器との間で圧接された状態で固定され、
該第二連結体の接続部と該計測器の流体流入口または流体流出口が直接接続されてなる、ことを特徴とする流体制御装置。
【請求項２】
前記計測器の流体流入口または流体流出口に嵌合部が設けられ、
前記第二連結体の接続部が該計測器の嵌合部に水密状態で嵌合して直接接続される、ことを特徴とする請求項１記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記計測器の流体流入口または流体流出口と前記第二連結体の接続部とが熱溶着、超音波融着または接着により直接接続される、ことを特徴とする請求項１記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記流体制御配管部材がピンチバルブであり、
前記本体に、流路軸線上に前記チューブを受容する直線溝と、該直線溝の少なくとも一端部に該直線溝よりも深く設けられた嵌合溝とを有し、
該チューブを押圧または開放することで該チューブの開口面積を変化させる挟圧子と、
該本体上部に接合固定され該挟圧子を上下動させる駆動部とを具備し、
少なくとも前記第一連結体の鍔部と前記保持体とが圧接された状態で該嵌合溝に嵌合されてなる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記駆動部が、
ボンネットの上部に配置されたモータ部と、該モータ部の駆動により前記挟圧子を上下動させるステムとを具備し、
前記挟圧子が該ステムの下部に設置された、ことを特徴とする請求項４記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記駆動部が、
内部にシリンダー部を有し上部にシリンダー蓋が一体的に設けられたシリンダー本体と、
該シリンダー部内周面に上下動可能且つ密封状態で摺接され且つ該シリンダー本体下面中央に設けられた貫通孔を密封状態で貫通するように中央より垂下して設けられた連結部を有するピストンと、
該シリンダー本体周側面に設けられ、該シリンダー部底面及び内周面と該ピストン下端面とで囲まれて形成された第一空間部と、該シリンダー蓋下端面とシリンダー部内周面とピストン上面とで囲まれた第二空間部と、にそれぞれ連通されるエアー口と、を具備し、
前記挟圧子が該連結部の下端部に固定された、ことを特徴とする請求項４記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記計測器が流路を流れる流体の特性を計測するセンサ部と、該計測器で計測された電気信号を受信して流体特性を演算するアンプ部とで形成され、
少なくとも該センサ部と前記流体制御配管部材とが１つのケーシング内に設置されてなる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項８】
前記計測器が流量計、圧力計、温度計、濃度計、流速計のうち少なくともいずれか一つを含むものである、ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項９】
前記計測器が、
流体流入口に連通する入口流路と、該入口流路から垂設された第一立上り流路と、該第一立上り流路に連通し該入口流路軸線に略平行に設けられた直線流路と、該直線流路から垂設された第二立上り流路と、該第二立上り流路に連通し該入口流路軸線に略平行に設けられ流体流出口に連通する出口流路とが連続して設けられ、該第一、第二立上り流路の側壁の直線流路の軸線と交わる位置に、超音波振動子が互いに対向して配置されたセンサ部と、該超音波振動子がケーブルを介して接続されるアンプ部から構成される、流量計測器であり、
該超音波振動子の送受信を交互に切り替えて超音波振動子間の超音波伝播時間差を計測することにより該直線流路を流れる流体の流量を演算するように構成された超音波流量計である、ことを特徴とする請求項８記載の流体制御装置。
【請求項１０】
前記計測器が、
流体流入口と流体流出口とに連通する直線流路を有する管と、該管の外周面に軸線方向に離間して取り付けられる二つの超音波送受信器とを備え、各超音波送受信器が、該管を取り囲むように該管の外周面に固定された筒状の伝送体と、該管を取り囲み且つ該管の外周面から間隔を隔てて配置された穴あき円板状の超音波振動子とを備え、
該伝送体が該管の軸線方向に対して垂直方向に延びる軸線方向端面を有し、該超音波振動子の軸線方向端面が該伝送体の軸線方向端面に固着されて設けられたセンサ部と、該超音波振動子がケーブルを介して接続されるアンプ部から構成される、流量計測器であり、
該超音波振動子の軸線方向端面間に電圧を印加して、該超音波振動子を軸線方向に伸縮させることによる送受信を交互に切り替えて超音波振動子間の超音波伝播時間差を計測することにより該直線流路を流れる流体の流量を演算するように構成された超音波流量計である、ことを特徴とする請求項８記載の流体制御装置。
【請求項１１】
前記流体制御配管部材がチューブポンプである、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流体制御装置。
【請求項１２】
前記チューブの材質がＥＰＤＭ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、またはこれらの複合体からなる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１に記載の流体制御装置。
【請求項１３】
前記チューブがポリテトラフルオロエチレンとシリコーンゴムとの複合体からなる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１に記載の流体制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２５０６８５（Ｐ２００８−２５０６８５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９１２８０（Ｐ２００７−９１２８０）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００１１７１０２）旭有機材工業株式会社 (235)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００１１７１０２）旭有機材工業株式会社 (235)
【Ｆターム（参考）】
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