流量制御装置
【課題】流量精度を向上させることができるコンパクトな流量制御装置を提供すること。
【解決手段】熱式流量計２の流量測定値に基づいて流体制御弁３のバルブ開度を制御して流量制御を行う流量制御装置１であって、流出ポート２３と入力ポート４２とを接続するようにセンサボディ１１とバルブボディ４１とを面接触させて、熱式流量計２と流体制御弁３とを一体化する。そして、流量を絞るオリフィス流路３３が設けられたオリフィス部材３１をセンサボディ１１の流出ポート２３に装着し、オリフィス部材３１を熱式流量計２に内蔵させる。
【解決手段】熱式流量計２の流量測定値に基づいて流体制御弁３のバルブ開度を制御して流量制御を行う流量制御装置１であって、流出ポート２３と入力ポート４２とを接続するようにセンサボディ１１とバルブボディ４１とを面接触させて、熱式流量計２と流体制御弁３とを一体化する。そして、流量を絞るオリフィス流路３３が設けられたオリフィス部材３１をセンサボディ１１の流出ポート２３に装着し、オリフィス部材３１を熱式流量計２に内蔵させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱式流量計が測定した流量測定値に基づいて流体制御弁のバルブ開度を制御し、流量制御を行う流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体マイクロマシニングの加工技術（MEMS（Micro Electro Mechanical System））で製造された測定チップをセンサ部として用いた小型の熱式流量計が広く使用されている。この種の熱式流量計では、被測定流体の流量が大きくなると被測定流体の流れが乱れてしまい、流量測定の精度が低下する傾向がある。このため、測定チップが設けられたセンサ流路の他に、そのセンサ流路に対するバイパス流路を設け、センサ流路を流れる一部の流量から全体の流量を検出する、つまり、センサ流路とバイパス流路とのバイパス比から全体の流量を検出する熱式流量計が実用化されている（特許文献１）。
例えば、半導体製造装置では、熱式流量計の下流側に流体制御弁を配置し、制御手段が熱式流量計から入力される流量測定値に基づいて流体制御弁のバルブ開度を制御し、流量を設定流量に制御する流量制御装置が使用されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３６３７０５１号公報
【特許文献２】特開２００８−２３３０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、半導体製造産業等では、流体の変質等を防ぐために装置のコンパクト化が進んでいる。発明者は、熱式流量計のセンサボディと流体制御弁のバルブボディとを面接触させて一体化し、流量制御装置のフットスペースを小さくした。しかし、この流量制御装置の流量精度を評価したところ、流量を調整する際の調整時圧力（例えば０．５ＭＰａ）と異なる圧力（例えば０．４ＭＰａ、０．６ＭＰａ）の流体が供給されると、流体制御弁のバルブ開度を大きくして大流量制御する場合に、制御される流量と保証流量との間に生じる流量誤差が大きくなることが判明した。これは、熱式流量計と流体制御弁とを近づけたことにより、流体制御弁の動作により流路内に発生する圧力変動が熱式流量計を流れる流体の流れに影響するためと考えられる。流量制御装置は、使用先で一次圧力が設定されるため、一次圧力が調整時圧力と異なる場合に流量誤差が生じるのは、使い勝手が悪く、好ましくない。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、流量精度を向上させることができるコンパクトな流量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】
【０００６】
本発明に係る流量制御装置は、次のような構成を有している。
（１）流量計の流量測定値に基づいて流体制御弁のバルブ開度を制御して流量制御を行う流量制御装置において、前記流量計は、流量を計測するための抵抗体が架設されたセンサ流路の他に、前記センサ流路に対するバイパス流路を備え、前記抵抗体からの出力信号に基づき流体の流量を算出する流量算出手段を有する熱式流量計であり、前記熱式流量計は、流入ポートと前記バイパス流路とを連通させる流入流路と、流出ポートと前記バイパス流路とを連通させる流出流路と、前記センサ流路と前記バイパス流路を介することなく前記流入流路と前記流出流路とを連通する連通流路とが形成されたセンサボディを有し、
前記流体制御弁は、前記流出ポートに接続される入力ポートと、弁部を内蔵する弁室と、前記入力ポートと前記弁室とを連通されるバルブ流路とを有するバルブボディと、前記バルブボディに連結されて前記弁部に駆動力を与える駆動部と、を有し、前記流出ポートと前記入力ポートとを接続するように前記センサボディと前記バルブボディとを面接触させて、前記熱式流量計と前記流体制御弁とを一体化しており、流量を絞るオリフィス流路が設けられたオリフィス部材を前記流出ポートに装着している。
【０００７】
（２）（１）に記載の発明において、前記オリフィス流路の流路断面積が、前記連通流路の流路断面積より小さく、且つ、前記バルブ流路の流路断面積より大きい。
【０００８】
（３）（１）又は（２）に記載の発明において、前記流入流路と前記連通流路と前記流出流路と前記オリフィス流路とを同軸上に設けている。
【０００９】
（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載する発明において、前記センサ流路と前記バイパス流路に前記流体を分流させると共に整流する流路ブロックを有し、前記センサボディは、前記流路ブロックが配置される流路空間が、前記流入流路と前記流出流路とに連通するように設けられ、前記抵抗体には、前記センサ流路の流れ方向上流側に設けられた上流温度検出抵抗体と、前記センサ流路の流れ方向下流側に設けられた下流温度検出抵抗体と、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との間に設けられ、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体とを加熱する発熱抵抗体と、前記センサ流路を流れる流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体とが含まれ、前記流量算出手段は、前記発熱抵抗体と前記流体温度検出抵抗体とが一定の温度差になるように制御し、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流体の流量を算出する。
【００１０】
（５）（１）乃至（４）の何れか１つに記載する発明において、前記バイパス流路を前記流入流路に連通させる第１流路と、前記バイパス流路を前記流出流路に連通させる第２流路とを有し、前記第２流路、又は、前記第１流路と前記第２流路の両方に、オリフィスを設けている。
【発明の効果】
【００１１】
上記流量制御装置は、流出ポートと入力ポートとが連通するようにセンサボディとバルブボディとを面接触させて熱式流量計と流体制御弁とを一体化し、装置のフットスペースを小さくしている。オリフィス部材は、流出ポートに装着され、センサボディに内蔵されている。流体は、熱式流量計の流入ポートから流入流路、連通流路、流出流路、オリフィス部材のオリフィス流路、流体制御弁の入力ポート、バルブ流路へと流れ、流体制御弁のバルブ開度に応じて出力される。このとき、流体の一部は、連通流路を通らずに、流入流路からバイパス流路とセンサ流路を介して流出流路へ流れ込む。流体は、抵抗体がセンサ流路を流れる流体の流量を計測して出力する出力信号に基づいて、全体流量が算出される。このようにして算出された全体流量に基づいて流体制御弁のバルブ開度が制御される。流体は、連通流路により流量を絞られてセンサ流路とバイパス流路に流体が確実に流れるようにしている他、オリフィス流路により流量を絞られて流出流路の圧力を一定に維持するようにしている。そのため、流体制御弁の動作により流路に生じた圧力変動が、流出流路に伝播しにくく、センサ流路及びバイパス流路から流出流路へ流れる流体の流れに影響しにくい。その結果、流量制御装置に供給される流体の圧力が流量を調整する場合の調整時圧力と異なる場合でも、制御される流量と保証された流量との間の流量誤差が小さくなる。よって、上記流量制御装置によれば、流量精度を向上させつつ、装置をコンパクトにできる。
【００１２】
上記流量制御装置は、オリフィス流路の流路断面積が、連通流路の流路断面積より小さく、且つ、バルブ流路の流路断面積より大きくなるように設定され、流体の流量を連通流路、オリフィス流路、バルブ流路の順に段階的に絞るため、流体が連通流路から流出流路、オリフィス流路、バルブ流路へと流れる際に圧損を生じにくく、また、その逆方向へ向かって圧力変動が伝播しにくい。
【００１３】
上記流量制御装置は、流入流路と連通流路と流出流路とオリフィス流路とを同軸上に設けているので、流体が流入流路からオリフィス流路へ流れる際の圧損を抑えつつ、センサボディをコンパクトにできる。
【００１４】
上記流量制御装置は、熱式流量計により、発熱抵抗体と流体温度検出抵抗体とが一定の温度差になるように制御し、上流温度検出抵抗体と下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流量を算出する。そのため、流体制御弁の動作により発生する圧力変動によりセンサ流路とバイパス流路から流出流路へ流れる流体の流れが流量制御装置に供給される流体の一次圧力によって変わると、熱式流量計は、各抵抗体の特性が流量保証された特性と変わり、流量検出精度が低下する。しかし、上述したように、上記流量制御装置は、オリフィス部材を流出ポートに装着することにより、流体制御弁の動作により発生する圧力変動がセンサ流路とバイパス流路から流出流路へ流れる流体の流れに影響しにくいので、熱式流量計の流量検出精度が低下しない。よって、上記流量制御装置は、流体の流量を精度良く制御できる。
【００１５】
上記流量制御装置は、バイパス流路を流出流路に連通させる第２流路とバイパス流路を流入流路に連通させる第１流路の両方にオリフィスを設け、又は、第２流路のみにオリフィスを設けることにより、第１流路からバイパス流路、第２流路を介して流出流路へ流れる流体を整流するので、流体制御弁からオリフィス部材を介して流出流路に伝播した流路内の圧力変動がセンサ流路に影響しにくくなり、流量精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流量制御装置の断面図である。
【図２】流路ブロックの分解斜視図である。
【図３】センサ基板の概略構成を示す分解図である。
【図４】測定チップを示す平面図である。
【図５】評価装置の概略構成図である。
【図６】オリフィスを備えない流量制御装置に流量を４００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図７】オリフィスを備えない流量制御装置に流量を６００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図８】オリフィスを備えない流量制御装置に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図９】オリフィスを備える流量制御装置に流量を４００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図１０】オリフィスを備える流量制御装置に流量を６００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図１１】オリフィスを備える流量制御装置に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図１２】オリフィスを備えない流量制御装置に流体圧０．３ＭＰａの流体を供給して流体制御弁に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合の流体の流れをシュミレーションした結果を示す。
【図１３】オリフィスを備えない流量制御装置に流体圧０．５ＭＰａの流体を供給して流体制御弁に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合の流体の流れをシュミレーションした結果を示す。
【図１４】オリフィスを備える流量制御装置に流体圧０．３ＭＰａの流体を供給して流体制御弁に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合の流体の流れをシュミレーションした結果を示す。
【図１５】オリフィスを備える流量制御装置に流体圧０．５ＭＰａの流体を供給して流体制御弁に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合の流体の流れをシュミレーションした結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る流量制御装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
＜流量制御装置の全体構成＞
図１は、第１実施形態に係る流量制御装置１の断面図である。
流量制御装置１は、熱式流量計２と流体制御弁３とを一体化したものである。流量制御装置１は、熱式流量計２と流体制御弁３が制御手段４に接続され、熱式流量計２が検出した流量検出値に基づいて流体制御弁３のバルブ開度を調整し、流体の流量を設定流量に制御する。流量制御装置１は、熱式流量計２の流出ポート２３にオリフィス部材３１を装着し、流体制御弁３の弁開閉動作に伴って発生する流路内の圧力変動が熱式流量計２に流れる流体の流れに影響することを防いでいる点に特徴を有する。このような流量制御装置１は、例えば半導体製造装置に組み付けられ、ガスの流量制御を行う。
【００１９】
＜熱式流量計の構成＞
熱式流量計２は、センサボディ１１とセンサ基板１２と流路ブロック１３と電装部（流量算出手段の一例）１４とを有し、センサ基板１２からの出力信号を電装部１４にて演算処理して、流体の流量を検出するものである。電装部１４は、制御手段４に接続され、流量検出値が制御手段４に入力されるようになっている。熱式流量計２には、センサ流路１５、センサ流路１５に対するバイパス流路１６、及びバイパス流路１６（及びセンサ流路１５）に対する連通流路２０とが形成されている。
【００２０】
センサボディ１１は、ＳＵＳなどの耐熱性のある材料を略直方体形状に形成したものである。センサボディ１１は、図中左右両端面に流入ポート１７と流出ポート２３とが形成されている。そして、流入ポート１７からセンサボディ１１の中央に向かって流入流路１９が形成され、同様に流出ポート２３からセンサボディ１１の中央に向かって流出流路２１が形成されている。また、流入流路１９の流入ポート１７側には、ポートフィルタ２９がポートフィルタ配置部１８に配置され、流入ポート１７から流入流路１９へ流れる流体を整流している。また、流出流路２１の流出ポート２３側にも、ポートフィルタ２９がポートフィルタ配置部２２に配置され、流出流路２１から流出ポート２３へ流れる流体を整流している。尚、ポートフィルタ２９は、メッシュ２６をスペーサ２７を介して複数枚積層したものである。ポートフィルタ２９は、継手５により流入ポート１７に挟み込まれたカラー４０にＯリング２８を介して押圧され、ポートフィルタ配置部１８に固定されている。また、ポートフィルタ２９は、流体制御弁３のバルブボディ４１により流出ポート２３に挟み込まれたオリフィス部材３１にＯリング２８を介して押圧され、ポートフィルタ配置部２２に固定されている。
【００２１】
また、センサボディ１１は、円柱状に設けられた流出ポート２３にオリフィス部材３１が隙間無く装着されている。オリフィス部材３１は、取付方向の制限をなくすために、図中左右対称に設けられている。オリフィス部材３１は、外径寸法が流出ポート２３の内径寸法と同一の円柱状をなす。オリフィス部材３１の図中左右端面に開口する流入口３２と流出口３４は、オリフィス流路３３を介して連通している。流入口３２と流出口３４の流路断面積は、流体の圧損を低減するために、流出流路２１の流路断面積とほぼ同じに設定されている。オリフィス流路３３の流路断面積は、流入口３２と流出口３４の流路断面積より小さく設定され、流出流路２１を流れる流体の流量を絞って流体制御弁３へ出力するようになっている。オリフィス流路３３の流路断面積は、センサボディ１１の連通流路２０の流路断面積より小さく、後述する流体制御弁３の入力流路４３及び弁孔４４（バルブ流路の一例）の流路断面積より大きくされている。これにより、流体は、流出流路２１から弁孔４４へ流れる際の圧損が小さくされ、また、その逆方向に向かって流路内の圧力変動が伝播しにくくなる。オリフィス部材３１は、図中左右端面の外周に形成された環状溝３５にシールリング３６が装着され、流出ポート２３と入力ポート４２の接続部分から流体漏れするのを防いでいる。
【００２２】
センサボディ１１の図中上部には、バイパス流路１６とセンサ流路１５を形成するための流路空間２４が形成されている。流路空間２４の横断面は、長方形の両短辺を円弧状（半円状）にした形状になっており、その中央部に円弧状の凸部２５が形成されている。凸部２５は、流路ブロック１３の位置決めを行うためのものである。流路空間２４は、下面が凸部２５を挟んで流入流路１９と流出流路２１に連通している。すなわち、流入流路１９により、流入ポート１７と流路空間２４とが連通し、流出流路２１により、流出ポート２３と流路空間２４とが連通している。流路空間２４は、凸部２５により、バイパス流路１６を流入流路１９に連通させる第１流路２４ａと、バイパス流路１６を流出流路２１に連通させる第１，第２流路２４ａ，２４ｂとに分断され、流入流路１９から流体を分流させてセンサ流路１５、バイパス流路１６、流出流路２１へと流すようにしている。センサボディ１１は、流路空間２４の上面開口部外周に沿うようにシールパッキン３０が装着されている。
【００２３】
さらに、センサボディ１１には、流入流路１９と流出流路２１とを連通する連通流路２０が形成されている。この連通流路２０は、流路空間２４の下方に形成されている。これにより、連通流路２０は、流路空間２４を介することなくダイレクトに流入流路１９と流出流路２１とを連通させている。これにより、熱式流量計２内に流れ込んだ流体の大部分が流入流路１９から連通流路２０を介して流出流路２１へと流れるようになっている。この連通流路２０の流路断面積は、流入流路１９及び流出流路２１の流路断面積よりも小さく設定されている。つまり、連通流路２０はオリフィスとして機能するようになっており、熱式流量計２内に流れ込んだ流体の一部が流路空間２４へ確実に流れ込むようになっている。さらに、連通流路２０と流入流路１９と流出流路２１とが同一直線上に配置され、連通流路２０を介して流入流路１９から流出流路２１へ流れる流体の流れをスムーズにして、流体の圧力低下が抑えられるようになっている。
【００２４】
熱式流量計２では、センサボディ１１の流路空間２４に流路ブロック１３が装着されることにより、バイパス流路１６が形成されている。図２は、流路ブロック１３の分解斜視図である。
図２に示すように、流路ブロック１３は、３種類の薄板を合計２４枚積層した積層体である。すなわち、流路ブロック１３は、下から順に、メッシュ板３７、スペーサ３８、メッシュ板３７、スペーサ３８、……、メッシュ板３７、両端開口板３９が積層されて接着されたものである。これらのメッシュ板３７及びスペーサ３８は、ともに厚さが０．５ｍｍ以下のものであり、エッチングにより各形状の加工がなされたものである。そして、その投影形状は流路空間２４の横断面形状と同じになっている。これにより、流路ブロック１３が流路空間２４に隙間無く装着されるようになっている。
【００２５】
スペーサ３８は、外周部を残すようにエッチング加工されている。一方、メッシュ板３７は、両端に、メッシュを構成するメッシュ孔３７Ｍが形成されている。さらに、両端開口板３９は、両端に開口部３９Ａ，３９Ａが形成されている。よって、流路ブロック１３を流路空間２４に装着すると、メッシュ板３７のメッシュ孔３７Ｍによりバイパス流路１６が形成される。
【００２６】
図１に示すように、センサ流路１５は、流路ブロック１３が装着されたセンサボディ１１にセンサ基板１２を配置することにより構成されるようになっている。センサ基板１２は、測定流量を電気信号として出力するものである。
【００２７】
図３は、センサ基板１２の概略構成を示す分解図である。
センサ基板１２には、ベースとなるプリント基板８１の表面側（センサボディ１１への装着面側）において、その中央部に溝８８が加工されている。そして、この溝８８の両側に、電気回路用電極８２，８３，８４，８５，８６，８７が設けられている。そして、プリント基板８１の表面側には、測定チップ７１が実装されている。尚、プリント基板８１の裏面側には、電装部１４に接続される図示しない接続端子が装着されている。
【００２８】
図４は、測定チップ７１を示す平面図である。
測定チップ７１は、シリコンチップ７９に対して、半導体マイクロマシニングの加工技術を実施したものであり、このとき、チップ中央に溝７８が加工されると共に、抵抗体（熱線）用電極７２，７３，７４，７５，７６，７７がチップ両端に設けられる。
【００２９】
また、このとき、上流温度検出抵抗体Ｒ１が、抵抗体用電極７３，７５から延設されると共に溝７８上に架設される。さらに、下流温度検出抵抗体Ｒ２が、抵抗体用電極７５，７７から延設されると共に溝７８上に架設される。さらにまた、発熱抵抗体Ｒｈが、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との間に、抵抗体用電極７４，７６から延設されると共に溝７８上に架設される。また、測定チップ７１においては、センサ流路１５の図中矢印に示す順方向上流側に流体温度検出抵抗体Ｒｔが、抵抗体用電極７２，７４から延設される。そして、抵抗体用電極７２〜７７をプリント基板８１の電気回路用電極８２〜８７（図３参照）のそれぞれと、半田フロー又は導電性接着剤などで接合することによって、測定チップ７１をプリント基板８１に実装している。従って、測定チップ７１がプリント基板８１に実装されると、測定チップ７１に設けられた流体温度検出抵抗体Ｒｔ、上流温度検出抵抗体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、および発熱抵抗体Ｒｈは、測定チップ７１の抵抗体用電極７２〜７７、プリント基板８１の電気回路用電極８２〜８７、図示しない接続端子を介して、測定チップ７１内の電気回路に接続される。この電気回路は、発熱抵抗体Ｒｈを、流体温度検出抵抗体Ｒｔで検出される流体温度と一定の温度差をもつように制御する。またこの他に、電気回路は、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差に相当する電圧値を電装部１４へ出力する。
【００３０】
また、測定チップ７１がプリント基板８１に実装されると、測定チップ７１の溝７８は、プリント基板８１の溝８８と重なり合う。よって、図１に示すように、測定チップ７１が実装されたセンサ基板１２を、流路ブロック１３が装着されたセンサボディ１１に対して、シールパッキン３０を介して密着させて固定すると、センサボディ１１の流路空間２４において、センサ基板１２と測定チップ７１との間に、測定チップ７１の溝７８やプリント基板８１の溝８８などからなる細長い形状のセンサ流路１５が形成される。このとき、センサ流路１５には、流体温度検出抵抗体Ｒｔ、上流温度検出抵抗体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、及び発熱抵抗体Ｒｈが橋を渡すように設けられることになる。電装部１４は、センサ基板１２からの出力信号に基づいて流体の流量を算出し、その結果を制御
手段４へ出力する。
【００３１】
＜制御手段＞
制御手段４は、周知のマイクロコンピュータである。流量制御装置１は、一次圧力をある圧力に制御した状態で流体制御弁３が出力する流量と流体制御弁３のバルブ開度との関係を予め学習して、制御手段４に記憶している。制御手段４は、流量制御指令を入力すると、設定流量に応じたバルブ開度を決定して、流体制御弁３に起動指令を出力する。そして、制御手段４は、流量制御中には、熱式流量計２が測定した流量が入力されると、その流量を設定流量にするようにバルブ開度を決定して流体制御弁３に制御指令を出力する。
【００３２】
＜流体制御弁の構成＞
流体制御弁３は、バルブボディ４１に駆動部５２を取り付けたものである。バルブボディ４１は、図中左右端面に入力ポート４２と出力ポート４７が左右対称に形成されている。バルブボディ４１は、入力ポート４２と出力ポート４７の開口面積は、オリフィス部材３１の流出口３４の流路断面積より小さく設定され、流体がオリフィス部材３１から流体制御弁３へ流れるのをスムーズにして、流体の圧力低下が抑えられるようにしている。バルブボディ４１には、弁部を内蔵する弁室４５が設けられている。バルブボディ４１は、弁室４５と同軸上に弁孔４４が形成されている。また、バルブボディ４１は、入力ポート４２から弁孔４４へ向かって斜め下向きに入力流路４３が形成され、入力ポート４２が入力流路４３と弁孔４４を介して弁室４５に連通している。また、バルブボディ４１は、弁室４５から出力ポート４７へ向かって斜め下向きに出力流路４６が形成され、弁室４５と出力ポート４７が連通している。
【００３３】
バルブボディ４１は、弁孔４４が弁室４５の内壁に開口する開口部外周に弁座４８が平坦に形成されている。弁室４５には、駆動部５２から延設された弁ロッド５０が配置され、その弁ロッド５０の図中下端部に弁体４９が装着されている。ベローズ５１は、上端部の閉止部５１ａが弁室４５の上方開口部を塞ぎ、下端部が弁ロッド５０に固定されている。ベローズ５１は、弁ロッド５０が図中上下方向へ移動して弁体４９を弁座４８に当接又は離間させる際に伸縮し、弁ロッド５０の摺動部から発生するパーティクルが弁室４５を流れる流体に混入しないようにしている。
【００３４】
弁ロッド５０は、駆動部５２によって駆動力を付与される。駆動制御装置５３は、制御手段４に電気的に接続され、制御手段４からの指令に従って駆動部５２に供給する操作エアを制御し、バルブ開度を制御する。
【００３５】
このような流体制御弁３は、バルブボディ４１の入力ポート４２を、オリフィス部材３１が装着された熱式流量計２の流出ポート２３に位置合わせするように、バルブボディ４１がセンサボディ１１に面接触され、図示しないボルトで熱式流量計２に密着固定されている。
【００３６】
尚、流量制御装置１は、カバー７が熱式流量計２と流体制御弁３とを覆うように熱式流量計２と流体制御弁３に固定されている。
また、センサボディ１１の流入ポート１７とバルブボディ４１の出力ポート４７には、継手５がそれぞれねじ止めされている。
【００３７】
＜動作説明＞
次に、上記流量制御装置１の動作について説明する。
流量制御装置１は、上位装置から流量制御指令が入力されると、制御手段４が、設定流量に応じたバルブ開度を決定し、流体制御弁３を開く。そして、制御手段４は、熱式流量計２が測定した流量を入力し、入力した流量を設定流量にするようにバルブ開度を調整することにより、流量をフィードバック制御する。
【００３８】
流入ポート１７を介して流入流路１９に流れ込んだ流体は、連通流路２０と流路空間２４に分流される。このとき、連通流路２０の流路断面積が流入流路１９の流路断面積より小さくされ、連通流路２０内で確実に微弱な圧力降下が起きるため、流入ポート１７か流れ込んだ流体の一部が流路空間２４へ確実に流れ込む。そして、流体は、流路空間２４にてバイパス流路１６に流れるものとセンサ流路１５に流れるものとにさらに分流される。その後、連通流路２０、バイパス流路１６及びセンサ流路１５から流れ出した流体は、流出流路２１で合流して、オリフィス部材３１を介して流体制御弁３の入力ポート４２に出力される。入力ポート４２に流れ込んだ流体は、入力流路４３、弁座４８、弁室４５、出力流路４６を介して出力ポート４７から出力される。このとき、流体は、弁体４９が弁座４８から離間する距離（バルブ開度）に応じた流量により流体制御弁３から出力される。尚、流体は、ポートフィルタ２９を通過してセンサ流路１５に流れ込む。よって、熱式流量計２の上流側に接続される配管形状に影響されることなく非常に流れが整えられた状態の流体がセンサ流路１５を流れる。
【００３９】
流体は、センサ流路１５を流れる際にセンサ流路１５に橋設された発熱抵抗体Ｒｈから熱を奪う。そうすると、測定チップ７１は、流体温度検出抵抗体Ｒｔと発熱抵抗体Ｒｈとが一定温度になるように制御する。また、測定チップ７１は、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差を検出し、電気信号を電装部１４へ出力する。
【００４０】
熱式流量計２は、連通流路２０をセンサボディ１１に設けている。電装部１４は、測定チップ７１から電気信号によりバイパス流路１６を流れる流量を算出し、連通流路２０とバイパス流路１６とのバイパス比によってフルスケール流量を決定できる。このため、バイパス流路１６を大きく（変更する）ことなく、５００Ｌ／ｍｉｎ程度以上の大きな流量であっても、計測することができる。電装部１４は、算出した流量を制御手段４に出力する。制御手段４は、入力された流量を設定流量にするための指令を流体制御弁３に出力し、バルブ開度を調整する。流体制御弁３は、熱式流量計２が連通流路２０を設けたことにより５００Ｌ／ｍｉｎ以上の大流量でも制御できるので、５００Ｌ／ｍｉｎ以上の大流量でも流量制御することができる。
【００４１】
このような流量制御装置１は、出荷時に、一次圧力をある調整時圧力（例えば０．５ＭＰａ）に設定された状態で流量に応じたバルブ開度を設定され、流量保証されている。しかし、流量制御装置１は、使用条件が使用先で決められるため、一次圧力が流量保証された調整時圧力（例えば０．５ＭＰａ）と異なる圧力に設定されることがある。流量制御装置１は、オリフィス部材３１を流出ポート２３に装着しない場合、一次圧力が調整時圧力と異なる圧力に設定された状態で、３００Ｌ／ｍｉｎから５００Ｌｍｉｎの大流量制御すると、制御される流量と保証された流量（以下「保証流量」という。）との間に生じる流量誤差が大きかった。これに対して、流量制御装置１の流出ポート２３にオリフィス部材３１を装着すると、一次圧力が調整時圧力と異なる場合でも、制御される流量と保証流量との流量誤差が小さくなった。
【００４２】
＜オリフィス部材の効果について＞
そこで、発明者は、図５に示す評価装置６１を用いて、オリフィス部材３１の効果を調べる実験を行った。評価装置６１は、パージガス供給源６２に調圧器６３、フィルタ６４、圧力計６５、評価対象物となる流量制御装置１（１０１）、流量計６６を接続して構成した。流量制御装置１はオリフィス部材３１を備えるのに対して、流量制御装置１０１は、オリフィス部材３１を備えない。流量制御装置１，１０１は、何れも、一次圧力を０．５ＭＰａに設定された状態で流量調整されている。コントローラ６７は、周知のマイクロコンピュータであって、調圧器６３、圧力計６５、流量制御装置１（１０１）の
制御手段４、流量計６６に電気通信可能に接続されている。コントローラ６７には、流体制御弁３に出力するコマンド指令毎に、調整時圧力（０．５ＭＰａ）の下で流量制御装置１（１０１）が制御する流量を基準値としてそれぞれ記憶している。
【００４３】
ここで、実験では、流量に幅を持たせて、制御する流量と基準値との流量誤差との関係を調べるために、連通流路２０、弁孔４４及びオリフィス流路３３の内径寸法の異なる複数の流量制御装置１，１０１を使用している。以下の実験説明では、流量制御弁１，１０１に添え字「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ］を付けて装置を区別している。
【００４４】
具体的には、流量制御装置１Ａ，１０１Ａは、０Ｌ／ｍｉｎから４００Ｌ／ｍｉｎの範囲で流量制御可能な流体制御弁３を搭載し、オリフィス部材３１Ａの有無を除き構成が共通する。流量制御装置１Ａ，１０１Ａは、連通流路２０の流路内径寸法を直径９．０ｍｍ、弁孔４４の流路内径寸法を直径５．５ｍｍに設定されている。
流量制御装置１Ｂ，１０１Ｂは、０Ｌ／ｍｉｎから６００Ｌ／ｍｉｎの範囲で流量制御可能な流体制御弁３を搭載し、オリフィス部材３１Ｂの有無を除き構成が共通する。流量制御装置１Ｂ，１０１Ｂは、連通流路２０の流路内径寸法を直径１０．０ｍｍ、弁孔４４の流路内径寸法を直径６．０ｍｍに設定されている。
流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃは、０Ｌ／ｍｉｎから１０００Ｌ／ｍｉｎの範囲で流量制御可能な流体制御弁３を搭載し、オリフィス部材３１Ｃの有無を除き構成が共通する。流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃは、連通流路２０の流路内径寸法を直径１２．０ｍｍ、弁孔４４の流路内径寸法を直径８．５ｍｍに設定されている。
【００４５】
流量制御装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃは、流出ポート２３の流路内径寸法が直径１７ｍｍに設定されている。流量制御装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、オリフィス流路３３の流路内径寸法（オリフィス径）の異なるオリフィス部材３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが流出ポート２３に装着されている。すなわち、流量制御装置１Ａは、オリフィス径が８．０ｍｍのオリフィス部材３１Ａが流出ポート２３に装着されている。また、流量制御装置１Ｂは、オリフィス径が１０．０ｍｍのオリフィス部材３１Ｂが流出ポート２３に装着されている。更に、流量制御装置１Ｃは、オリフィス径が１１．０ｍｍのオリフィス部材３１Ｃが流出ポート２３に装着されている。
【００４６】
上記評価装置６１による実験方法は、以下の通りである。
コントローラ６７は、パージガス供給源６２から流量制御装置１Ａ（１Ｂ，１Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ）に供給されるパージガスの圧力（一次圧力）が圧力計６５から入力され、入力される圧力測定値に基づいて調圧器６３により一次圧力を所定圧に一定制御する。その状態で、流量制御装置１Ａ（１Ｂ，１Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ）は、コントローラ６７から制御手段４に入力される命令に従って流体制御弁３にコマンド指令を供給して弁を開き、流量制御を行う。コントローラ６７は、流量制御装置１Ａ（１Ｂ，１Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ）から出力されるパージガスの流量が流量計６６から入力される。コントローラ６７は、実験中の一次圧力とコマンド指令に対応する基準値を内蔵するメモリから探索し、探索した基準値と流量計６６から入力される流量測定値との流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を算出して評価する。
【００４７】
実験では、流量制御装置１Ａの一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）より低圧な０．４ＭＰａに制御した状態で、０％Ｆ．Ｓ．から１００％Ｆ．Ｓ．までのコマンド指令を流体制御弁３に出力して流量制御装置１Ａに０Ｌ／ｍｉｎから４００Ｌ／ｍｉｎまでの流量制御を行わせ、各コマンド指令毎に流量誤差を測定した。
また、実験では、流量制御装置１Ａの一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）より高圧な０．６ＭＰａに制御した状態で、０％Ｆ．Ｓ．から１００％Ｆ．Ｓ．までのコマンド指令を流体制御弁３に出力して流量制御装置１Ａに０Ｌ／ｍｉｎから４００Ｌ／ｍｉｎまでの流量制御を行わせ、各コマンド指令毎に流量誤差を測定した。
上記と同様の実験を流量制御装置１０１Ａにも行った。
また、流量制御装置１Ａと同様の手順で、流量制御装置１Ｂ，１０１Ｂに一次圧力０．４ＭＰａと０．６ＭＰａの下で０Ｌ／ｍｉｎから６００Ｌ／ｍｉｎまで制御させて流量誤差を測定する実験と、流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃに一次圧力０．４ＭＰａと０．６ＭＰａの下で０Ｌ／ｍｉｎから１０００Ｌ／ｍｉｎまで制御させて流量誤差を測定する実験を行った。
これらの実験結果を図６〜図１１に示す。図６〜図８は、オリフィス部材３１を備えない流量制御装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃの実験結果であり、図９〜図１１は、オリフィス部材３１を備える流量制御装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの実験結果である。
【００４８】
＜流量制御装置１Ａ，１０１Ａに関する実験結果＞
図９の太線に示すように、流量制御装置１Ａは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．５％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
また、図９の点線に示すように、流量制御装置１Ａは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
【００４９】
一方、図６の太線に示すように、流量制御装置１０１Ａは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、１０〜５５％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを４０〜２２０Ｌ／ｍｉｎに流量制御するまでは、流量制御装置１Ａと同様、流量誤差を−０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．５％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、５５％Ｆ．Ｓ．を超えるコマンド指令が入力されると、流量制御装置１Ａで実現された流量誤差範囲を超えて流量誤差がプラス方向に比例的に大きくなっていく。そして、１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合に至っては、流量誤差が３．６％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
また、図６の点線に示すように、流量制御装置１０１Ａは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、１０〜５０％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを４０〜２００Ｌ／ｍｉｎに流量制御するまでは、流量制御装置１Ａと同様、流量誤差を−０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、５０％Ｆ．Ｓ．を超えるコマンド指令が入力されると、流量制御装置１Ａで実現された流量誤差範囲を超えて流量誤差がマイナス方向に比例的に大きくなっていく。そして、１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合に至っては、流量誤差が−３．５％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
【００５０】
従って、流量制御装置１Ａは、オリフィス部材３１Ａを流出ポート２３に装着することにより、一次側圧力が調整時圧力より低圧又は高圧でバルブ開度を５０％より大きくして大流量制御する場合でも、制御される流量と保証流量との流量誤差を小さくできる。
【００５１】
＜流量制御装置１Ｂ，１０１Ｂに関する実験結果＞
図１０の太線に示すように、流量制御装置１Ｂは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．２％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上１．６％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
また、図１０の点線に示すように、流量制御装置１Ｂは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．５％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
【００５２】
一方、図７の太線に示すように、流量制御装置１０１Ｂは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、１０〜７５％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを６０〜４５０Ｌ／ｍｉｎに流量制御するまでは、流量制御装置１Ｂと同様、流量誤差を−０．２％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上１．６％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、７５％Ｆ．Ｓ．を超えるコマンド指令が入力されると、流量制御装置１Ｂで実現された誤差範囲を越えて流量誤差がプラス方向に比例的に大きくなっていく。そして、１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合に至っては、流量誤差が３．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
また、図７の点線に示すように、流量制御装置１０１Ｂは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、１０〜７５％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを６０〜４５０Ｌ／ｍｉｎに流量制御するまでは、流量制御装置１Ｂと同様、流量誤差を−０．５％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、７５％Ｆ．Ｓ．を超えるコマンド指令が入力されると、流量制御装置１Ｂで実現された誤差範囲を越えて流量誤差がマイナス方向に比例的に大きくなっていく。そして、１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合に至っては、流量誤差が−１．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
【００５３】
従って、流量制御装置１Ｂは、オリフィス部材３１Ｂを流出ポート２３に装着することにより、一次側圧力が調整時圧力より低圧又は高圧でバルブ開度を７５％より大きくして大流量制御する場合でも、制御される流量と保証流量との流量誤差を小さくできる。
【００５４】
＜流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃに関する実験結果＞
図１１の太線に示すように、流量制御装置１Ｃは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
また、図１１の点線に示すように、流量制御装置１Ｃは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
【００５５】
一方、図８の太線に示すように、流量制御装置１０１Ｃは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、１０〜４０％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを１００〜４００Ｌ／ｍｉｎに流量制御するまでは、流量制御装置１Ｃと同様、流量誤差を−０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、４０％Ｆ．Ｓ．を超えるコマンド指令が入力されると、流量制御装置１Ｃで実現された流量誤差を超えて流量誤差がプラス方向に比例的に大きくなっていき、１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合に至っては、流量誤差が２．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
また、図８の点線に示すように、流量制御装置１０１Ｃは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、１０〜１５％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを１００〜１５０Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合、又は、９５〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを９５０〜１０００Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合には、流量制御装置１Ｃと同様、流量誤差を−０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、１５％Ｆ．Ｓ．より大きく９５％Ｆ．Ｓ．未満のコマンド指令が入力されると、流量誤差が流量制御装置１Ｃで実現された誤差範囲を超える。そして、５０％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合（パージガスを５００Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合）に至っては、流量誤差が０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
【００５６】
従って、流量制御装置１Ｃは、オリフィス部材３１Ｃを流出ポート２３に装着することにより、一次側圧力が調整時圧力より低圧でパージガスを４００Ｌ／ｍｉｎ以上に流量制御する場合でも、制御される流量と保証流量との流量誤差を小さくできる。また、流量制御装置１Ｃは、オリフィス部材３１Ｃを流出ポート２３に装着することにより、一次側圧力が調整時圧力より高圧でパージガスを５００Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合でも、制御される流量と保証流量との流量誤差を小さくできる。
【００５７】
＜実験まとめ＞
以上の実験結果より、流量制御装置１は、オリフィス部材３１を流出ポート２３に装着することにより、一次圧力が調整時圧力と異なる条件で使用されても、調整時圧力で流量保証された場合とほぼ同様に流量制御を行えることが分かった。これは、オリフィス部材３１の流出口３４がオリフィス流路３３より流路断面積が小さく、流体制御弁３の動作により発生した圧力変動がオリフィス流路３３から上流側に伝播しにくいためと考えられる。
【００５８】
＜シミュレーションについて＞
発明者は、オリフィス部材３１が流量制御に与える影響を考察するため、上記実験で使用した流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃの流体の流れをシミュレーションした。試験では、上述の実験で使用した流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃのそれぞれについて、一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）に一定制御した状態で流体を１０００Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合の流体の流れと、一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）より低圧に一定制御した状態で流体を１０００Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合の流体の流れをシミュレーションした。シミュレーション結果を図１２〜図１５に示す。尚、図１２〜図１５には、シュミレーション部位と流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃの対応関係が分かるように、図１に記載する流路の符号を便宜的に付している。
【００５９】
図１２〜図１５のＰ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ４１に示すように、流量制御装置１０１Ｃ，１Ｃは、一次圧力が異なっても、センサボディ１１の連通流路２０までの領域と、流入流路１９から流路空間２４を介してセンサ流路１５とバイパス流路１６に流れ込むまでの領域の流体の流れがほぼ同じである。しかし、流量制御装置１０１Ｃ，１Ｃとは、連通流路２０から下流側の流体の流れ特性、及び、センサ流路１５とバイパス流路１６から流路空間２４を介して流出流路２１に流れる流体の流れ特性が異なる。
【００６０】
具体的には、図１２のＰ１２及び図１３のＰ２２に示すように、流量制御装置１０１Ｃは、オリフィス部材３１Ｃが流出ポート２３に装着されていないため、流出ポート２３から流体制御弁３の入力ポート４２まで流体が一定速度で流れている。入力流路４３と弁孔４４は、流出ポート２３より流量断面積が小さいため、流体は入力流路４３と弁孔４４で加速されて弁室４５へ流れる。
【００６１】
また、流量制御装置１０１Ｃは、センサ流路１５とバイパス流路１６から流出流路２１への流体の流れが、一次圧力によって異なっている。すなわち、図１３のＰ２３に示すように、保証された条件（一次圧力０．５ＭＰａ，制御流量１０００Ｌ／ｍｉｎ）で使用される流量制御装置１０１Ｃは、熱式流量計２のセンサ流路１５とバイパス流路１６を流れた流体が流路空間２４の流体制御弁３側の内壁に沿って集中的に流れ、流出流路２１に合流している。これは、流路空間２４の流体が流出流路２１の流体に引っ張られるためと考えられる。これに対して、図１３に示すように、保証されていない条件（一次圧力０．３ＭＰａ，制御流量１０００Ｌ／ｍｉｎ）で使用される流量制御装置１０１Ｃは、熱式流量計２のセンサ流路１５とバイパス流路１６を流れた流体が流路空間２４に広がって流れ、調整時圧力使用時よりも低速で流出流路２１に合流している。これば、一次圧力が調整時圧力より低いため、流路空間２４の流体が流出流路２１の流体に引っ張られにくいためと考えられる。
【００６２】
一方、図１４のＰ３２及び図１５のＰ４２に示すように、流量制御装置１Ｃは、オリフィス部材３１Ｃが流出ポート２３に装着されているため、流出流路２１からオリフィス部材３１Ｃに流れた流体が、オリフィス流路３３で加速されて流出口３４から流体制御弁３の入力ポート４２に流れ込んでいる。そして、その流速は、流体が入力流路４３から弁孔４４を介して弁室４５へ流れる際にも維持されている。
【００６３】
また、図１５のＰ４３及び図１４のＰ３３に示すように、流量制御装置１Ｃは、保証された条件（一次圧力０．５ＭＰａ、制御流量１０００Ｌ／ｍｉｎ）で流量制御する場合も、保証されていない条件（一次圧力０．３ＭＰａ、制御流量１０００Ｌ／ｍｉｎ）で流量制御する場合も、熱式流量計２のセンサ流路１５とバイパス流路１６を流れた流体が流路空間２４全体に均一な速度で流れ、流出流路２１に合流している。これは、オリフィス部材３１Ｃのオリフィス流路３３により圧力低下が抑えられ、流出流路２１を流れる流体の流れが一次圧力の変化の影響を受けにくいためと考えられる。
【００６４】
以上のシミュレーション結果より、以下のことが考えられる。
流量制御装置１０１Ｃ，１Ｃは共に、制御手段４がセンサ基板１２で測定される流量測定値に基づいて流体制御弁３のバルブ開度を制御し、流量制御を行う。従って、熱式流量計２の流量測定値が流量制御装置１０１Ｃ，１Ｃの信頼性に影響する。熱式流量計２は、上述したように、流体がセンサ流路１５を流れる際に上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差により流量を測定する。そのため、センサ流路１５及びバイパス流路１６から流路空間２４を介して流出流路２１へ流れる流体の流れが変わると、流体制御弁３が同じ流量を制御する場合でも、センサ基板１２が検出する温度差が変わってしまい、流量測定誤差が生じる。この観点では、流量制御装置１０１Ｃは、保証条件と異なる条件で使用される場合と保証条件で使用される場合とで流体の流れが異なるので、一次圧力が調整時圧力からずれると熱式流量計２が精度良く流量を測定できなくなる。その結果、流量制御装置１０１Ｃは、流量を精度良く制御できなくなる。これに対して、流量制御装置１Ｃは、保証条件と異なる条件で使用される場合でも保証条件で使用される場合でも流体の流れが同じなので、一次圧力が調整時圧力であるか否かに関係なく、熱式流量計２が精度良く流量を測定する。その結果、流量制御装置１Ｃは、精度良く流量を制御できる。
【００６５】
＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態の流量制御装置１は、流出ポート２３と入力ポート４２とが連通するようにセンサボディ１１とバルブボディ４１とを面接触させて熱式流量計２と流体制御弁３とを一体化し、装置のフットスペースを小さくしている。オリフィス部材３１は、流出ポート２３に装着され、センサボディ１１に内蔵されている。流体は、熱式流量計２の流入ポート１７から流入流路１９、連通流路２０、流出流路２１、オリフィス部材３１のオリフィス流路３３、流体制御弁３の入力ポート４２、入力流路４３、弁孔４４へと流れ、流体制御弁３のバルブ開度に応じて出力される。このとき、流体の一部は、連通流路２０を通らずに、流入流路１９からバイパス流路１６とセンサ流路１５を介して流出流路２１へ流れ込む。流体は、センサ基板１２がセンサ流路１５を流れる流体の流量を計測して出力する出力信号に基づいて、全体流量が算出される。このようにして算出された全体流量に基づいて流体制御弁３のバルブ開度が制御される。流体は、連通流路２０により流量を絞られてセンサ流路１５とバイパス流路１６に流体が確実に流れるようにしている他、オリフィス流路３３により流量を絞られて流出流路２１の圧力を一定に維持するようにしている。そのため、流体制御弁３の動作により流路に生じた圧力変動が、オリフィス流路３３に塞き止められて流出流路２１に伝播しにくく、センサ流路１５及びバイパス流路１６から流出流路２１へ流れる流体の流れに影響しない。その結果、流量制御装置１に供給される流体の圧力が調整時圧力と異なる場合でも、制御される流量と保証流量との間の流量誤差が小さくなる。よって、上記流量制御装置１によれば、流量精度を向上させつつ、装置をコンパクトにできる。
【００６６】
上記流量制御装置１は、オリフィス流路３３の流路断面積が、連通流路２０の流路断面積より小さく、且つ、入力流路４３及び弁孔４４の流路断面積より大きくなるように設定され、流体の流量を連通流路２０、オリフィス流路３３、入力流路４３の順に段階的に絞るため、流体が連通流路２０から流出流路２１、オリフィス流路３３、入力流路４３、弁孔４４へと流れる際に圧損を生じにくく、また、その逆方向へ向かって圧力変動が伝播しにくい。
【００６７】
上記流量制御装置１は、流入流路１９と連通流路２０と流出流路２１とオリフィス流路３３とを同軸上に設けているので、流体が流入流路１９からオリフィス流路３３へ流れる際の圧損を抑えつつ、センサボディ１１をコンパクトにできる。
【００６８】
上記流量制御装置１は、熱式流量計２により、発熱抵抗体Ｒｈと流体温度検出抵抗体Ｒｔとが一定の温度差になるように制御し、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差に基づき流量を算出する。そのため、流体制御弁３の動作により発生する圧力変動によりセンサ流路１５とバイパス流路１６から流出流路２１へ流れる流体の流れが流量制御装置１に供給される流体の一次圧力によって変わると、熱式流量計２は、各抵抗体Ｒｈ，Ｒｔ，Ｒ１，Ｒ２の特性が流量保証時の特性と変わり、流量検出精度が低下する。しかし、上述したように、上記流量制御装置１は、オリフィス部材３１を流出ポート２３に装着することにより、流体制御弁３の動作により発生する圧力変動がセンサ流路１５とバイパス流路１６から流出流路２１へ流れる流体の流れに影響しにくいので、熱式流量計２の流量検出精度が低下しない。よって、上記流量制御装置１は、流体の流量を精度良く制御できる。
【００６９】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の流体制御装置１は、バイパス流路１６と流出流路２１とを連通させる第２流路２４ｂの内径寸法を、流入流路１９とバイパス流路１６とを連通させる第１流路２４ａの内径寸法より細くしてオリフィスを設けている点が第１実施形態と相違し、その他の点は第１実施形態と共通している。尚、第２流路２４ｂのオリフィス径は、例えば、バイパス流路１６と流出流路２１との間とを接続する流路にオリフィス部材を配置したり、凸部２５の形状を変えることにより、第１流路２４ａより細く設定されている。
【００７０】
発明者は、第２実施形態の流量調整装置を用いて、第１実施形態と同様にオリフィス部材３１の効果について調べる実験を行った。実験では、第１及び第２流路２４ａ，２４ｂの内径寸法を直径３ｍｍとする流量制御装置（以下、流量制御装置１Ｄとする。）と、第１流路２４ａの内径寸法を直径３ｍｍとすると共に第２流路２４ｂの内径寸法を直径２．５ｍｍとする流量制御装置（以下「流量制御装置１Ｅ」とする。）とを用いた。実験方法は、流量制御装置１Ｄの一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）より低圧な０．４ＭＰａに制御した状態で、０％Ｆ．Ｓ．から１００％Ｆ．Ｓ．までのコマンド指令を流体制御弁３に出力して流量制御装置１Ｄに０Ｌ／ｍｉｎから６００Ｌ／ｍｉｎまでの流量制御を行わせ、各コマンド指令毎に保証流量との流量誤差を測定した。尚、流量制御装置１Ｅについても、同一の実験条件で実験を行った。
【００７１】
実験の結果、流量制御装置１Ｄは、一次圧力を０．４ＭＰａに制御した状態で流体制御弁３に１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令を入力されて制御する流量と、一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）に制御した状態で保証される保証流量との間に生じる流量誤差が、１．５９％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａであった。一方、流量制御装置１Ｅは、一次圧力を０．４ＭＰａに制御した状態で流体制御弁３に１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令を入力されて制御する流量と、一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）に制御した状態で保証される保証流量との間に生じる流量誤差が、１．０６％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａであった。よっ
て、流量制御装置１Ｅは、第２流路２４ｂの流路径を第１流路２４ａの流路径より小さく
したことにより、一次圧力を調整時圧力より低圧にした状態で流体制御弁３に１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令を入力されて流量を６００Ｌ／ｍｉｎに制御させた場合の流量誤差が、流量制御装置１Ｄより小さくなる。これは、流体が第１流路２４ａからセンサ流路１５、バイパス流路１６へ流れた流体が第２流路２４ｂで流量を絞られることにより整流され、流体制御弁３からオリフィス部材３１を介して流出流路２１に伝播した流体の圧力変動が第２流路２４ｂを介してセンサ流路１５へ伝播して熱式流量計２の流量測定に影響しにくくなるためと考えられる。
【００７２】
よって、第２実施形態の流量制御装置によれば、バイパス流路１６を流出流路２１に連通させる第２流路２４ｂの流路断面積を、バイパス流路１６を流入流路１９に連通させる第１流路２４ａの流路断面積より小さくすることにより、第２流路２４ｂにオリフィスを設け、第１流路２４ａからバイパス流路１６、第２流路２４ｂを介して流出流路２１へ流れる流体を整流するので、流体制御弁３からオリフィス部材３１を介して流出流路２１に伝播した流路内の圧力変動がセンサ流路１５に影響しにくくなり、流量精度を向上させることができる。具体的には、第２実施形態の流量制御装置によれば、一次圧力を調整時圧力より低圧にした状態で流体制御弁３に１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令を入力されて流量を６００Ｌ／ｍｉｎに制御する場合の流量誤差が、第１実施形態の実験で使用した流量制御装置１Ｂと比べて改善される。
【００７３】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、制御手段４をカバー７内に内蔵したが、熱式流量計２と流体制御弁３を上位装置のコントローラに接続し、そのコントローラを制御手段の一例としても良い。
例えば、上記実施形態では、流入ポート１７と流入流路１９との間、及び、流出流路２１と流出ポート２３との間にポートフィルタ２９を配置するためのポートフィルタ配置部１８，２２を設けたが、ポートフィルタ配置部１８，２２を省略して流入ポート１７と流入流路１９及び流出流路２１と流出ポート２３をそれぞれ直接連通させても良い。
例えば、上記第２実施形態では、第２流路２４ｂの流路断面積を第１流路２４ａの流路断面積より小さくしてオリフィスを設けたが、第１流路２４ａを第２流路２４ｂと同様に流路断面積を小さくしてオリフィスを設けても良い。この場合も、オリフィスは、オリフィス部材を第１及び第２流路２４ａ，２４ｂにそれぞれ配置して設けてもよいし、凸部２５の形状により第１及び第２流路２４ａ，２４ｂの流路径を絞ることにより設けてもよい。この場合、第２実施形態のものと比べ、流体が第１及び第２流路で絞られ、第２流路２４ｂから第１流路２４ａへ伝播しにくくなり、より一層流量制御精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１ 流量制御装置
２ 熱式流量計
３ 流体制御弁
１１ センサボディ
１３ 流路ブロック
１４ 電装部（流量算出手段の一例）
１５ センサ流路
１６ バイパス流路
１７ 流入ポート
１９ 流入流路
２１ 流出流路
２３ 流出ポート
２４ 流路空間
２４ａ 第１流路
２４ｂ 第２流路
３１ オリフィス部材
３３ オリフィス流路
４１ バルブボディ
４３ 入力流路（バルブ流路の一例）
４４ 弁孔（バルブ流路の一例）
４５ 弁室
Ｒｈ 発熱抵抗体（抵抗体の一例）
Ｒｔ 流体温度検出抵抗体（抵抗体の一例）
Ｒ１ 上流温度検出抵抗体（抵抗体の一例）
Ｒ２ 下流温度検出抵抗体（抵抗体の一例）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱式流量計が測定した流量測定値に基づいて流体制御弁のバルブ開度を制御し、流量制御を行う流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体マイクロマシニングの加工技術（MEMS（Micro Electro Mechanical System））で製造された測定チップをセンサ部として用いた小型の熱式流量計が広く使用されている。この種の熱式流量計では、被測定流体の流量が大きくなると被測定流体の流れが乱れてしまい、流量測定の精度が低下する傾向がある。このため、測定チップが設けられたセンサ流路の他に、そのセンサ流路に対するバイパス流路を設け、センサ流路を流れる一部の流量から全体の流量を検出する、つまり、センサ流路とバイパス流路とのバイパス比から全体の流量を検出する熱式流量計が実用化されている（特許文献１）。
例えば、半導体製造装置では、熱式流量計の下流側に流体制御弁を配置し、制御手段が熱式流量計から入力される流量測定値に基づいて流体制御弁のバルブ開度を制御し、流量を設定流量に制御する流量制御装置が使用されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３６３７０５１号公報
【特許文献２】特開２００８−２３３０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、半導体製造産業等では、流体の変質等を防ぐために装置のコンパクト化が進んでいる。発明者は、熱式流量計のセンサボディと流体制御弁のバルブボディとを面接触させて一体化し、流量制御装置のフットスペースを小さくした。しかし、この流量制御装置の流量精度を評価したところ、流量を調整する際の調整時圧力（例えば０．５ＭＰａ）と異なる圧力（例えば０．４ＭＰａ、０．６ＭＰａ）の流体が供給されると、流体制御弁のバルブ開度を大きくして大流量制御する場合に、制御される流量と保証流量との間に生じる流量誤差が大きくなることが判明した。これは、熱式流量計と流体制御弁とを近づけたことにより、流体制御弁の動作により流路内に発生する圧力変動が熱式流量計を流れる流体の流れに影響するためと考えられる。流量制御装置は、使用先で一次圧力が設定されるため、一次圧力が調整時圧力と異なる場合に流量誤差が生じるのは、使い勝手が悪く、好ましくない。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、流量精度を向上させることができるコンパクトな流量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】
【０００６】
本発明に係る流量制御装置は、次のような構成を有している。
（１）流量計の流量測定値に基づいて流体制御弁のバルブ開度を制御して流量制御を行う流量制御装置において、前記流量計は、流量を計測するための抵抗体が架設されたセンサ流路の他に、前記センサ流路に対するバイパス流路を備え、前記抵抗体からの出力信号に基づき流体の流量を算出する流量算出手段を有する熱式流量計であり、前記熱式流量計は、流入ポートと前記バイパス流路とを連通させる流入流路と、流出ポートと前記バイパス流路とを連通させる流出流路と、前記センサ流路と前記バイパス流路を介することなく前記流入流路と前記流出流路とを連通する連通流路とが形成されたセンサボディを有し、
前記流体制御弁は、前記流出ポートに接続される入力ポートと、弁部を内蔵する弁室と、前記入力ポートと前記弁室とを連通されるバルブ流路とを有するバルブボディと、前記バルブボディに連結されて前記弁部に駆動力を与える駆動部と、を有し、前記流出ポートと前記入力ポートとを接続するように前記センサボディと前記バルブボディとを面接触させて、前記熱式流量計と前記流体制御弁とを一体化しており、流量を絞るオリフィス流路が設けられたオリフィス部材を前記流出ポートに装着している。
【０００７】
（２）（１）に記載の発明において、前記オリフィス流路の流路断面積が、前記連通流路の流路断面積より小さく、且つ、前記バルブ流路の流路断面積より大きい。
【０００８】
（３）（１）又は（２）に記載の発明において、前記流入流路と前記連通流路と前記流出流路と前記オリフィス流路とを同軸上に設けている。
【０００９】
（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載する発明において、前記センサ流路と前記バイパス流路に前記流体を分流させると共に整流する流路ブロックを有し、前記センサボディは、前記流路ブロックが配置される流路空間が、前記流入流路と前記流出流路とに連通するように設けられ、前記抵抗体には、前記センサ流路の流れ方向上流側に設けられた上流温度検出抵抗体と、前記センサ流路の流れ方向下流側に設けられた下流温度検出抵抗体と、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との間に設けられ、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体とを加熱する発熱抵抗体と、前記センサ流路を流れる流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体とが含まれ、前記流量算出手段は、前記発熱抵抗体と前記流体温度検出抵抗体とが一定の温度差になるように制御し、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流体の流量を算出する。
【００１０】
（５）（１）乃至（４）の何れか１つに記載する発明において、前記バイパス流路を前記流入流路に連通させる第１流路と、前記バイパス流路を前記流出流路に連通させる第２流路とを有し、前記第２流路、又は、前記第１流路と前記第２流路の両方に、オリフィスを設けている。
【発明の効果】
【００１１】
上記流量制御装置は、流出ポートと入力ポートとが連通するようにセンサボディとバルブボディとを面接触させて熱式流量計と流体制御弁とを一体化し、装置のフットスペースを小さくしている。オリフィス部材は、流出ポートに装着され、センサボディに内蔵されている。流体は、熱式流量計の流入ポートから流入流路、連通流路、流出流路、オリフィス部材のオリフィス流路、流体制御弁の入力ポート、バルブ流路へと流れ、流体制御弁のバルブ開度に応じて出力される。このとき、流体の一部は、連通流路を通らずに、流入流路からバイパス流路とセンサ流路を介して流出流路へ流れ込む。流体は、抵抗体がセンサ流路を流れる流体の流量を計測して出力する出力信号に基づいて、全体流量が算出される。このようにして算出された全体流量に基づいて流体制御弁のバルブ開度が制御される。流体は、連通流路により流量を絞られてセンサ流路とバイパス流路に流体が確実に流れるようにしている他、オリフィス流路により流量を絞られて流出流路の圧力を一定に維持するようにしている。そのため、流体制御弁の動作により流路に生じた圧力変動が、流出流路に伝播しにくく、センサ流路及びバイパス流路から流出流路へ流れる流体の流れに影響しにくい。その結果、流量制御装置に供給される流体の圧力が流量を調整する場合の調整時圧力と異なる場合でも、制御される流量と保証された流量との間の流量誤差が小さくなる。よって、上記流量制御装置によれば、流量精度を向上させつつ、装置をコンパクトにできる。
【００１２】
上記流量制御装置は、オリフィス流路の流路断面積が、連通流路の流路断面積より小さく、且つ、バルブ流路の流路断面積より大きくなるように設定され、流体の流量を連通流路、オリフィス流路、バルブ流路の順に段階的に絞るため、流体が連通流路から流出流路、オリフィス流路、バルブ流路へと流れる際に圧損を生じにくく、また、その逆方向へ向かって圧力変動が伝播しにくい。
【００１３】
上記流量制御装置は、流入流路と連通流路と流出流路とオリフィス流路とを同軸上に設けているので、流体が流入流路からオリフィス流路へ流れる際の圧損を抑えつつ、センサボディをコンパクトにできる。
【００１４】
上記流量制御装置は、熱式流量計により、発熱抵抗体と流体温度検出抵抗体とが一定の温度差になるように制御し、上流温度検出抵抗体と下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流量を算出する。そのため、流体制御弁の動作により発生する圧力変動によりセンサ流路とバイパス流路から流出流路へ流れる流体の流れが流量制御装置に供給される流体の一次圧力によって変わると、熱式流量計は、各抵抗体の特性が流量保証された特性と変わり、流量検出精度が低下する。しかし、上述したように、上記流量制御装置は、オリフィス部材を流出ポートに装着することにより、流体制御弁の動作により発生する圧力変動がセンサ流路とバイパス流路から流出流路へ流れる流体の流れに影響しにくいので、熱式流量計の流量検出精度が低下しない。よって、上記流量制御装置は、流体の流量を精度良く制御できる。
【００１５】
上記流量制御装置は、バイパス流路を流出流路に連通させる第２流路とバイパス流路を流入流路に連通させる第１流路の両方にオリフィスを設け、又は、第２流路のみにオリフィスを設けることにより、第１流路からバイパス流路、第２流路を介して流出流路へ流れる流体を整流するので、流体制御弁からオリフィス部材を介して流出流路に伝播した流路内の圧力変動がセンサ流路に影響しにくくなり、流量精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流量制御装置の断面図である。
【図２】流路ブロックの分解斜視図である。
【図３】センサ基板の概略構成を示す分解図である。
【図４】測定チップを示す平面図である。
【図５】評価装置の概略構成図である。
【図６】オリフィスを備えない流量制御装置に流量を４００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図７】オリフィスを備えない流量制御装置に流量を６００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図８】オリフィスを備えない流量制御装置に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図９】オリフィスを備える流量制御装置に流量を４００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図１０】オリフィスを備える流量制御装置に流量を６００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図１１】オリフィスを備える流量制御装置に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合におけるコマンドと流量誤差との関係を示すグラフであって、縦軸に流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を示し、横軸にコマンド（％Ｆ．Ｓ．）を示す。
【図１２】オリフィスを備えない流量制御装置に流体圧０．３ＭＰａの流体を供給して流体制御弁に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合の流体の流れをシュミレーションした結果を示す。
【図１３】オリフィスを備えない流量制御装置に流体圧０．５ＭＰａの流体を供給して流体制御弁に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合の流体の流れをシュミレーションした結果を示す。
【図１４】オリフィスを備える流量制御装置に流体圧０．３ＭＰａの流体を供給して流体制御弁に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合の流体の流れをシュミレーションした結果を示す。
【図１５】オリフィスを備える流量制御装置に流体圧０．５ＭＰａの流体を供給して流体制御弁に流量を１０００Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合の流体の流れをシュミレーションした結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る流量制御装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
＜流量制御装置の全体構成＞
図１は、第１実施形態に係る流量制御装置１の断面図である。
流量制御装置１は、熱式流量計２と流体制御弁３とを一体化したものである。流量制御装置１は、熱式流量計２と流体制御弁３が制御手段４に接続され、熱式流量計２が検出した流量検出値に基づいて流体制御弁３のバルブ開度を調整し、流体の流量を設定流量に制御する。流量制御装置１は、熱式流量計２の流出ポート２３にオリフィス部材３１を装着し、流体制御弁３の弁開閉動作に伴って発生する流路内の圧力変動が熱式流量計２に流れる流体の流れに影響することを防いでいる点に特徴を有する。このような流量制御装置１は、例えば半導体製造装置に組み付けられ、ガスの流量制御を行う。
【００１９】
＜熱式流量計の構成＞
熱式流量計２は、センサボディ１１とセンサ基板１２と流路ブロック１３と電装部（流量算出手段の一例）１４とを有し、センサ基板１２からの出力信号を電装部１４にて演算処理して、流体の流量を検出するものである。電装部１４は、制御手段４に接続され、流量検出値が制御手段４に入力されるようになっている。熱式流量計２には、センサ流路１５、センサ流路１５に対するバイパス流路１６、及びバイパス流路１６（及びセンサ流路１５）に対する連通流路２０とが形成されている。
【００２０】
センサボディ１１は、ＳＵＳなどの耐熱性のある材料を略直方体形状に形成したものである。センサボディ１１は、図中左右両端面に流入ポート１７と流出ポート２３とが形成されている。そして、流入ポート１７からセンサボディ１１の中央に向かって流入流路１９が形成され、同様に流出ポート２３からセンサボディ１１の中央に向かって流出流路２１が形成されている。また、流入流路１９の流入ポート１７側には、ポートフィルタ２９がポートフィルタ配置部１８に配置され、流入ポート１７から流入流路１９へ流れる流体を整流している。また、流出流路２１の流出ポート２３側にも、ポートフィルタ２９がポートフィルタ配置部２２に配置され、流出流路２１から流出ポート２３へ流れる流体を整流している。尚、ポートフィルタ２９は、メッシュ２６をスペーサ２７を介して複数枚積層したものである。ポートフィルタ２９は、継手５により流入ポート１７に挟み込まれたカラー４０にＯリング２８を介して押圧され、ポートフィルタ配置部１８に固定されている。また、ポートフィルタ２９は、流体制御弁３のバルブボディ４１により流出ポート２３に挟み込まれたオリフィス部材３１にＯリング２８を介して押圧され、ポートフィルタ配置部２２に固定されている。
【００２１】
また、センサボディ１１は、円柱状に設けられた流出ポート２３にオリフィス部材３１が隙間無く装着されている。オリフィス部材３１は、取付方向の制限をなくすために、図中左右対称に設けられている。オリフィス部材３１は、外径寸法が流出ポート２３の内径寸法と同一の円柱状をなす。オリフィス部材３１の図中左右端面に開口する流入口３２と流出口３４は、オリフィス流路３３を介して連通している。流入口３２と流出口３４の流路断面積は、流体の圧損を低減するために、流出流路２１の流路断面積とほぼ同じに設定されている。オリフィス流路３３の流路断面積は、流入口３２と流出口３４の流路断面積より小さく設定され、流出流路２１を流れる流体の流量を絞って流体制御弁３へ出力するようになっている。オリフィス流路３３の流路断面積は、センサボディ１１の連通流路２０の流路断面積より小さく、後述する流体制御弁３の入力流路４３及び弁孔４４（バルブ流路の一例）の流路断面積より大きくされている。これにより、流体は、流出流路２１から弁孔４４へ流れる際の圧損が小さくされ、また、その逆方向に向かって流路内の圧力変動が伝播しにくくなる。オリフィス部材３１は、図中左右端面の外周に形成された環状溝３５にシールリング３６が装着され、流出ポート２３と入力ポート４２の接続部分から流体漏れするのを防いでいる。
【００２２】
センサボディ１１の図中上部には、バイパス流路１６とセンサ流路１５を形成するための流路空間２４が形成されている。流路空間２４の横断面は、長方形の両短辺を円弧状（半円状）にした形状になっており、その中央部に円弧状の凸部２５が形成されている。凸部２５は、流路ブロック１３の位置決めを行うためのものである。流路空間２４は、下面が凸部２５を挟んで流入流路１９と流出流路２１に連通している。すなわち、流入流路１９により、流入ポート１７と流路空間２４とが連通し、流出流路２１により、流出ポート２３と流路空間２４とが連通している。流路空間２４は、凸部２５により、バイパス流路１６を流入流路１９に連通させる第１流路２４ａと、バイパス流路１６を流出流路２１に連通させる第１，第２流路２４ａ，２４ｂとに分断され、流入流路１９から流体を分流させてセンサ流路１５、バイパス流路１６、流出流路２１へと流すようにしている。センサボディ１１は、流路空間２４の上面開口部外周に沿うようにシールパッキン３０が装着されている。
【００２３】
さらに、センサボディ１１には、流入流路１９と流出流路２１とを連通する連通流路２０が形成されている。この連通流路２０は、流路空間２４の下方に形成されている。これにより、連通流路２０は、流路空間２４を介することなくダイレクトに流入流路１９と流出流路２１とを連通させている。これにより、熱式流量計２内に流れ込んだ流体の大部分が流入流路１９から連通流路２０を介して流出流路２１へと流れるようになっている。この連通流路２０の流路断面積は、流入流路１９及び流出流路２１の流路断面積よりも小さく設定されている。つまり、連通流路２０はオリフィスとして機能するようになっており、熱式流量計２内に流れ込んだ流体の一部が流路空間２４へ確実に流れ込むようになっている。さらに、連通流路２０と流入流路１９と流出流路２１とが同一直線上に配置され、連通流路２０を介して流入流路１９から流出流路２１へ流れる流体の流れをスムーズにして、流体の圧力低下が抑えられるようになっている。
【００２４】
熱式流量計２では、センサボディ１１の流路空間２４に流路ブロック１３が装着されることにより、バイパス流路１６が形成されている。図２は、流路ブロック１３の分解斜視図である。
図２に示すように、流路ブロック１３は、３種類の薄板を合計２４枚積層した積層体である。すなわち、流路ブロック１３は、下から順に、メッシュ板３７、スペーサ３８、メッシュ板３７、スペーサ３８、……、メッシュ板３７、両端開口板３９が積層されて接着されたものである。これらのメッシュ板３７及びスペーサ３８は、ともに厚さが０．５ｍｍ以下のものであり、エッチングにより各形状の加工がなされたものである。そして、その投影形状は流路空間２４の横断面形状と同じになっている。これにより、流路ブロック１３が流路空間２４に隙間無く装着されるようになっている。
【００２５】
スペーサ３８は、外周部を残すようにエッチング加工されている。一方、メッシュ板３７は、両端に、メッシュを構成するメッシュ孔３７Ｍが形成されている。さらに、両端開口板３９は、両端に開口部３９Ａ，３９Ａが形成されている。よって、流路ブロック１３を流路空間２４に装着すると、メッシュ板３７のメッシュ孔３７Ｍによりバイパス流路１６が形成される。
【００２６】
図１に示すように、センサ流路１５は、流路ブロック１３が装着されたセンサボディ１１にセンサ基板１２を配置することにより構成されるようになっている。センサ基板１２は、測定流量を電気信号として出力するものである。
【００２７】
図３は、センサ基板１２の概略構成を示す分解図である。
センサ基板１２には、ベースとなるプリント基板８１の表面側（センサボディ１１への装着面側）において、その中央部に溝８８が加工されている。そして、この溝８８の両側に、電気回路用電極８２，８３，８４，８５，８６，８７が設けられている。そして、プリント基板８１の表面側には、測定チップ７１が実装されている。尚、プリント基板８１の裏面側には、電装部１４に接続される図示しない接続端子が装着されている。
【００２８】
図４は、測定チップ７１を示す平面図である。
測定チップ７１は、シリコンチップ７９に対して、半導体マイクロマシニングの加工技術を実施したものであり、このとき、チップ中央に溝７８が加工されると共に、抵抗体（熱線）用電極７２，７３，７４，７５，７６，７７がチップ両端に設けられる。
【００２９】
また、このとき、上流温度検出抵抗体Ｒ１が、抵抗体用電極７３，７５から延設されると共に溝７８上に架設される。さらに、下流温度検出抵抗体Ｒ２が、抵抗体用電極７５，７７から延設されると共に溝７８上に架設される。さらにまた、発熱抵抗体Ｒｈが、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との間に、抵抗体用電極７４，７６から延設されると共に溝７８上に架設される。また、測定チップ７１においては、センサ流路１５の図中矢印に示す順方向上流側に流体温度検出抵抗体Ｒｔが、抵抗体用電極７２，７４から延設される。そして、抵抗体用電極７２〜７７をプリント基板８１の電気回路用電極８２〜８７（図３参照）のそれぞれと、半田フロー又は導電性接着剤などで接合することによって、測定チップ７１をプリント基板８１に実装している。従って、測定チップ７１がプリント基板８１に実装されると、測定チップ７１に設けられた流体温度検出抵抗体Ｒｔ、上流温度検出抵抗体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、および発熱抵抗体Ｒｈは、測定チップ７１の抵抗体用電極７２〜７７、プリント基板８１の電気回路用電極８２〜８７、図示しない接続端子を介して、測定チップ７１内の電気回路に接続される。この電気回路は、発熱抵抗体Ｒｈを、流体温度検出抵抗体Ｒｔで検出される流体温度と一定の温度差をもつように制御する。またこの他に、電気回路は、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差に相当する電圧値を電装部１４へ出力する。
【００３０】
また、測定チップ７１がプリント基板８１に実装されると、測定チップ７１の溝７８は、プリント基板８１の溝８８と重なり合う。よって、図１に示すように、測定チップ７１が実装されたセンサ基板１２を、流路ブロック１３が装着されたセンサボディ１１に対して、シールパッキン３０を介して密着させて固定すると、センサボディ１１の流路空間２４において、センサ基板１２と測定チップ７１との間に、測定チップ７１の溝７８やプリント基板８１の溝８８などからなる細長い形状のセンサ流路１５が形成される。このとき、センサ流路１５には、流体温度検出抵抗体Ｒｔ、上流温度検出抵抗体Ｒ１、下流温度検出抵抗体Ｒ２、及び発熱抵抗体Ｒｈが橋を渡すように設けられることになる。電装部１４は、センサ基板１２からの出力信号に基づいて流体の流量を算出し、その結果を制御
手段４へ出力する。
【００３１】
＜制御手段＞
制御手段４は、周知のマイクロコンピュータである。流量制御装置１は、一次圧力をある圧力に制御した状態で流体制御弁３が出力する流量と流体制御弁３のバルブ開度との関係を予め学習して、制御手段４に記憶している。制御手段４は、流量制御指令を入力すると、設定流量に応じたバルブ開度を決定して、流体制御弁３に起動指令を出力する。そして、制御手段４は、流量制御中には、熱式流量計２が測定した流量が入力されると、その流量を設定流量にするようにバルブ開度を決定して流体制御弁３に制御指令を出力する。
【００３２】
＜流体制御弁の構成＞
流体制御弁３は、バルブボディ４１に駆動部５２を取り付けたものである。バルブボディ４１は、図中左右端面に入力ポート４２と出力ポート４７が左右対称に形成されている。バルブボディ４１は、入力ポート４２と出力ポート４７の開口面積は、オリフィス部材３１の流出口３４の流路断面積より小さく設定され、流体がオリフィス部材３１から流体制御弁３へ流れるのをスムーズにして、流体の圧力低下が抑えられるようにしている。バルブボディ４１には、弁部を内蔵する弁室４５が設けられている。バルブボディ４１は、弁室４５と同軸上に弁孔４４が形成されている。また、バルブボディ４１は、入力ポート４２から弁孔４４へ向かって斜め下向きに入力流路４３が形成され、入力ポート４２が入力流路４３と弁孔４４を介して弁室４５に連通している。また、バルブボディ４１は、弁室４５から出力ポート４７へ向かって斜め下向きに出力流路４６が形成され、弁室４５と出力ポート４７が連通している。
【００３３】
バルブボディ４１は、弁孔４４が弁室４５の内壁に開口する開口部外周に弁座４８が平坦に形成されている。弁室４５には、駆動部５２から延設された弁ロッド５０が配置され、その弁ロッド５０の図中下端部に弁体４９が装着されている。ベローズ５１は、上端部の閉止部５１ａが弁室４５の上方開口部を塞ぎ、下端部が弁ロッド５０に固定されている。ベローズ５１は、弁ロッド５０が図中上下方向へ移動して弁体４９を弁座４８に当接又は離間させる際に伸縮し、弁ロッド５０の摺動部から発生するパーティクルが弁室４５を流れる流体に混入しないようにしている。
【００３４】
弁ロッド５０は、駆動部５２によって駆動力を付与される。駆動制御装置５３は、制御手段４に電気的に接続され、制御手段４からの指令に従って駆動部５２に供給する操作エアを制御し、バルブ開度を制御する。
【００３５】
このような流体制御弁３は、バルブボディ４１の入力ポート４２を、オリフィス部材３１が装着された熱式流量計２の流出ポート２３に位置合わせするように、バルブボディ４１がセンサボディ１１に面接触され、図示しないボルトで熱式流量計２に密着固定されている。
【００３６】
尚、流量制御装置１は、カバー７が熱式流量計２と流体制御弁３とを覆うように熱式流量計２と流体制御弁３に固定されている。
また、センサボディ１１の流入ポート１７とバルブボディ４１の出力ポート４７には、継手５がそれぞれねじ止めされている。
【００３７】
＜動作説明＞
次に、上記流量制御装置１の動作について説明する。
流量制御装置１は、上位装置から流量制御指令が入力されると、制御手段４が、設定流量に応じたバルブ開度を決定し、流体制御弁３を開く。そして、制御手段４は、熱式流量計２が測定した流量を入力し、入力した流量を設定流量にするようにバルブ開度を調整することにより、流量をフィードバック制御する。
【００３８】
流入ポート１７を介して流入流路１９に流れ込んだ流体は、連通流路２０と流路空間２４に分流される。このとき、連通流路２０の流路断面積が流入流路１９の流路断面積より小さくされ、連通流路２０内で確実に微弱な圧力降下が起きるため、流入ポート１７か流れ込んだ流体の一部が流路空間２４へ確実に流れ込む。そして、流体は、流路空間２４にてバイパス流路１６に流れるものとセンサ流路１５に流れるものとにさらに分流される。その後、連通流路２０、バイパス流路１６及びセンサ流路１５から流れ出した流体は、流出流路２１で合流して、オリフィス部材３１を介して流体制御弁３の入力ポート４２に出力される。入力ポート４２に流れ込んだ流体は、入力流路４３、弁座４８、弁室４５、出力流路４６を介して出力ポート４７から出力される。このとき、流体は、弁体４９が弁座４８から離間する距離（バルブ開度）に応じた流量により流体制御弁３から出力される。尚、流体は、ポートフィルタ２９を通過してセンサ流路１５に流れ込む。よって、熱式流量計２の上流側に接続される配管形状に影響されることなく非常に流れが整えられた状態の流体がセンサ流路１５を流れる。
【００３９】
流体は、センサ流路１５を流れる際にセンサ流路１５に橋設された発熱抵抗体Ｒｈから熱を奪う。そうすると、測定チップ７１は、流体温度検出抵抗体Ｒｔと発熱抵抗体Ｒｈとが一定温度になるように制御する。また、測定チップ７１は、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差を検出し、電気信号を電装部１４へ出力する。
【００４０】
熱式流量計２は、連通流路２０をセンサボディ１１に設けている。電装部１４は、測定チップ７１から電気信号によりバイパス流路１６を流れる流量を算出し、連通流路２０とバイパス流路１６とのバイパス比によってフルスケール流量を決定できる。このため、バイパス流路１６を大きく（変更する）ことなく、５００Ｌ／ｍｉｎ程度以上の大きな流量であっても、計測することができる。電装部１４は、算出した流量を制御手段４に出力する。制御手段４は、入力された流量を設定流量にするための指令を流体制御弁３に出力し、バルブ開度を調整する。流体制御弁３は、熱式流量計２が連通流路２０を設けたことにより５００Ｌ／ｍｉｎ以上の大流量でも制御できるので、５００Ｌ／ｍｉｎ以上の大流量でも流量制御することができる。
【００４１】
このような流量制御装置１は、出荷時に、一次圧力をある調整時圧力（例えば０．５ＭＰａ）に設定された状態で流量に応じたバルブ開度を設定され、流量保証されている。しかし、流量制御装置１は、使用条件が使用先で決められるため、一次圧力が流量保証された調整時圧力（例えば０．５ＭＰａ）と異なる圧力に設定されることがある。流量制御装置１は、オリフィス部材３１を流出ポート２３に装着しない場合、一次圧力が調整時圧力と異なる圧力に設定された状態で、３００Ｌ／ｍｉｎから５００Ｌｍｉｎの大流量制御すると、制御される流量と保証された流量（以下「保証流量」という。）との間に生じる流量誤差が大きかった。これに対して、流量制御装置１の流出ポート２３にオリフィス部材３１を装着すると、一次圧力が調整時圧力と異なる場合でも、制御される流量と保証流量との流量誤差が小さくなった。
【００４２】
＜オリフィス部材の効果について＞
そこで、発明者は、図５に示す評価装置６１を用いて、オリフィス部材３１の効果を調べる実験を行った。評価装置６１は、パージガス供給源６２に調圧器６３、フィルタ６４、圧力計６５、評価対象物となる流量制御装置１（１０１）、流量計６６を接続して構成した。流量制御装置１はオリフィス部材３１を備えるのに対して、流量制御装置１０１は、オリフィス部材３１を備えない。流量制御装置１，１０１は、何れも、一次圧力を０．５ＭＰａに設定された状態で流量調整されている。コントローラ６７は、周知のマイクロコンピュータであって、調圧器６３、圧力計６５、流量制御装置１（１０１）の
制御手段４、流量計６６に電気通信可能に接続されている。コントローラ６７には、流体制御弁３に出力するコマンド指令毎に、調整時圧力（０．５ＭＰａ）の下で流量制御装置１（１０１）が制御する流量を基準値としてそれぞれ記憶している。
【００４３】
ここで、実験では、流量に幅を持たせて、制御する流量と基準値との流量誤差との関係を調べるために、連通流路２０、弁孔４４及びオリフィス流路３３の内径寸法の異なる複数の流量制御装置１，１０１を使用している。以下の実験説明では、流量制御弁１，１０１に添え字「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ］を付けて装置を区別している。
【００４４】
具体的には、流量制御装置１Ａ，１０１Ａは、０Ｌ／ｍｉｎから４００Ｌ／ｍｉｎの範囲で流量制御可能な流体制御弁３を搭載し、オリフィス部材３１Ａの有無を除き構成が共通する。流量制御装置１Ａ，１０１Ａは、連通流路２０の流路内径寸法を直径９．０ｍｍ、弁孔４４の流路内径寸法を直径５．５ｍｍに設定されている。
流量制御装置１Ｂ，１０１Ｂは、０Ｌ／ｍｉｎから６００Ｌ／ｍｉｎの範囲で流量制御可能な流体制御弁３を搭載し、オリフィス部材３１Ｂの有無を除き構成が共通する。流量制御装置１Ｂ，１０１Ｂは、連通流路２０の流路内径寸法を直径１０．０ｍｍ、弁孔４４の流路内径寸法を直径６．０ｍｍに設定されている。
流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃは、０Ｌ／ｍｉｎから１０００Ｌ／ｍｉｎの範囲で流量制御可能な流体制御弁３を搭載し、オリフィス部材３１Ｃの有無を除き構成が共通する。流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃは、連通流路２０の流路内径寸法を直径１２．０ｍｍ、弁孔４４の流路内径寸法を直径８．５ｍｍに設定されている。
【００４５】
流量制御装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃは、流出ポート２３の流路内径寸法が直径１７ｍｍに設定されている。流量制御装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、オリフィス流路３３の流路内径寸法（オリフィス径）の異なるオリフィス部材３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが流出ポート２３に装着されている。すなわち、流量制御装置１Ａは、オリフィス径が８．０ｍｍのオリフィス部材３１Ａが流出ポート２３に装着されている。また、流量制御装置１Ｂは、オリフィス径が１０．０ｍｍのオリフィス部材３１Ｂが流出ポート２３に装着されている。更に、流量制御装置１Ｃは、オリフィス径が１１．０ｍｍのオリフィス部材３１Ｃが流出ポート２３に装着されている。
【００４６】
上記評価装置６１による実験方法は、以下の通りである。
コントローラ６７は、パージガス供給源６２から流量制御装置１Ａ（１Ｂ，１Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ）に供給されるパージガスの圧力（一次圧力）が圧力計６５から入力され、入力される圧力測定値に基づいて調圧器６３により一次圧力を所定圧に一定制御する。その状態で、流量制御装置１Ａ（１Ｂ，１Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ）は、コントローラ６７から制御手段４に入力される命令に従って流体制御弁３にコマンド指令を供給して弁を開き、流量制御を行う。コントローラ６７は、流量制御装置１Ａ（１Ｂ，１Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ）から出力されるパージガスの流量が流量計６６から入力される。コントローラ６７は、実験中の一次圧力とコマンド指令に対応する基準値を内蔵するメモリから探索し、探索した基準値と流量計６６から入力される流量測定値との流量誤差（％Ｆ．Ｓ．／０．１Ｍｐａ）を算出して評価する。
【００４７】
実験では、流量制御装置１Ａの一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）より低圧な０．４ＭＰａに制御した状態で、０％Ｆ．Ｓ．から１００％Ｆ．Ｓ．までのコマンド指令を流体制御弁３に出力して流量制御装置１Ａに０Ｌ／ｍｉｎから４００Ｌ／ｍｉｎまでの流量制御を行わせ、各コマンド指令毎に流量誤差を測定した。
また、実験では、流量制御装置１Ａの一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）より高圧な０．６ＭＰａに制御した状態で、０％Ｆ．Ｓ．から１００％Ｆ．Ｓ．までのコマンド指令を流体制御弁３に出力して流量制御装置１Ａに０Ｌ／ｍｉｎから４００Ｌ／ｍｉｎまでの流量制御を行わせ、各コマンド指令毎に流量誤差を測定した。
上記と同様の実験を流量制御装置１０１Ａにも行った。
また、流量制御装置１Ａと同様の手順で、流量制御装置１Ｂ，１０１Ｂに一次圧力０．４ＭＰａと０．６ＭＰａの下で０Ｌ／ｍｉｎから６００Ｌ／ｍｉｎまで制御させて流量誤差を測定する実験と、流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃに一次圧力０．４ＭＰａと０．６ＭＰａの下で０Ｌ／ｍｉｎから１０００Ｌ／ｍｉｎまで制御させて流量誤差を測定する実験を行った。
これらの実験結果を図６〜図１１に示す。図６〜図８は、オリフィス部材３１を備えない流量制御装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃの実験結果であり、図９〜図１１は、オリフィス部材３１を備える流量制御装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの実験結果である。
【００４８】
＜流量制御装置１Ａ，１０１Ａに関する実験結果＞
図９の太線に示すように、流量制御装置１Ａは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．５％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
また、図９の点線に示すように、流量制御装置１Ａは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
【００４９】
一方、図６の太線に示すように、流量制御装置１０１Ａは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、１０〜５５％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを４０〜２２０Ｌ／ｍｉｎに流量制御するまでは、流量制御装置１Ａと同様、流量誤差を−０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．５％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、５５％Ｆ．Ｓ．を超えるコマンド指令が入力されると、流量制御装置１Ａで実現された流量誤差範囲を超えて流量誤差がプラス方向に比例的に大きくなっていく。そして、１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合に至っては、流量誤差が３．６％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
また、図６の点線に示すように、流量制御装置１０１Ａは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、１０〜５０％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを４０〜２００Ｌ／ｍｉｎに流量制御するまでは、流量制御装置１Ａと同様、流量誤差を−０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、５０％Ｆ．Ｓ．を超えるコマンド指令が入力されると、流量制御装置１Ａで実現された流量誤差範囲を超えて流量誤差がマイナス方向に比例的に大きくなっていく。そして、１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合に至っては、流量誤差が−３．５％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
【００５０】
従って、流量制御装置１Ａは、オリフィス部材３１Ａを流出ポート２３に装着することにより、一次側圧力が調整時圧力より低圧又は高圧でバルブ開度を５０％より大きくして大流量制御する場合でも、制御される流量と保証流量との流量誤差を小さくできる。
【００５１】
＜流量制御装置１Ｂ，１０１Ｂに関する実験結果＞
図１０の太線に示すように、流量制御装置１Ｂは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．２％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上１．６％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
また、図１０の点線に示すように、流量制御装置１Ｂは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．５％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
【００５２】
一方、図７の太線に示すように、流量制御装置１０１Ｂは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、１０〜７５％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを６０〜４５０Ｌ／ｍｉｎに流量制御するまでは、流量制御装置１Ｂと同様、流量誤差を−０．２％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上１．６％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、７５％Ｆ．Ｓ．を超えるコマンド指令が入力されると、流量制御装置１Ｂで実現された誤差範囲を越えて流量誤差がプラス方向に比例的に大きくなっていく。そして、１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合に至っては、流量誤差が３．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
また、図７の点線に示すように、流量制御装置１０１Ｂは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、１０〜７５％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを６０〜４５０Ｌ／ｍｉｎに流量制御するまでは、流量制御装置１Ｂと同様、流量誤差を−０．５％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、７５％Ｆ．Ｓ．を超えるコマンド指令が入力されると、流量制御装置１Ｂで実現された誤差範囲を越えて流量誤差がマイナス方向に比例的に大きくなっていく。そして、１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合に至っては、流量誤差が−１．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
【００５３】
従って、流量制御装置１Ｂは、オリフィス部材３１Ｂを流出ポート２３に装着することにより、一次側圧力が調整時圧力より低圧又は高圧でバルブ開度を７５％より大きくして大流量制御する場合でも、制御される流量と保証流量との流量誤差を小さくできる。
【００５４】
＜流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃに関する実験結果＞
図１１の太線に示すように、流量制御装置１Ｃは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
また、図１１の点線に示すように、流量制御装置１Ｃは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、０〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令の流量誤差が−０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲に抑えられる。
【００５５】
一方、図８の太線に示すように、流量制御装置１０１Ｃは、一次圧力が０．４ＭＰａの場合、１０〜４０％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを１００〜４００Ｌ／ｍｉｎに流量制御するまでは、流量制御装置１Ｃと同様、流量誤差を−０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、４０％Ｆ．Ｓ．を超えるコマンド指令が入力されると、流量制御装置１Ｃで実現された流量誤差を超えて流量誤差がプラス方向に比例的に大きくなっていき、１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合に至っては、流量誤差が２．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
また、図８の点線に示すように、流量制御装置１０１Ｃは、一次圧力が０．６ＭＰａの場合、１０〜１５％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを１００〜１５０Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合、又は、９５〜１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力されてパージガスを９５０〜１０００Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合には、流量制御装置１Ｃと同様、流量誤差を−０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以上０．１％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａ以下の範囲にできる。しかし、１５％Ｆ．Ｓ．より大きく９５％Ｆ．Ｓ．未満のコマンド指令が入力されると、流量誤差が流量制御装置１Ｃで実現された誤差範囲を超える。そして、５０％Ｆ．Ｓ．コマンド指令が入力された場合（パージガスを５００Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合）に至っては、流量誤差が０．３％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａで最大になる。
【００５６】
従って、流量制御装置１Ｃは、オリフィス部材３１Ｃを流出ポート２３に装着することにより、一次側圧力が調整時圧力より低圧でパージガスを４００Ｌ／ｍｉｎ以上に流量制御する場合でも、制御される流量と保証流量との流量誤差を小さくできる。また、流量制御装置１Ｃは、オリフィス部材３１Ｃを流出ポート２３に装着することにより、一次側圧力が調整時圧力より高圧でパージガスを５００Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合でも、制御される流量と保証流量との流量誤差を小さくできる。
【００５７】
＜実験まとめ＞
以上の実験結果より、流量制御装置１は、オリフィス部材３１を流出ポート２３に装着することにより、一次圧力が調整時圧力と異なる条件で使用されても、調整時圧力で流量保証された場合とほぼ同様に流量制御を行えることが分かった。これは、オリフィス部材３１の流出口３４がオリフィス流路３３より流路断面積が小さく、流体制御弁３の動作により発生した圧力変動がオリフィス流路３３から上流側に伝播しにくいためと考えられる。
【００５８】
＜シミュレーションについて＞
発明者は、オリフィス部材３１が流量制御に与える影響を考察するため、上記実験で使用した流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃの流体の流れをシミュレーションした。試験では、上述の実験で使用した流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃのそれぞれについて、一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）に一定制御した状態で流体を１０００Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合の流体の流れと、一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）より低圧に一定制御した状態で流体を１０００Ｌ／ｍｉｎに流量制御する場合の流体の流れをシミュレーションした。シミュレーション結果を図１２〜図１５に示す。尚、図１２〜図１５には、シュミレーション部位と流量制御装置１Ｃ，１０１Ｃの対応関係が分かるように、図１に記載する流路の符号を便宜的に付している。
【００５９】
図１２〜図１５のＰ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ４１に示すように、流量制御装置１０１Ｃ，１Ｃは、一次圧力が異なっても、センサボディ１１の連通流路２０までの領域と、流入流路１９から流路空間２４を介してセンサ流路１５とバイパス流路１６に流れ込むまでの領域の流体の流れがほぼ同じである。しかし、流量制御装置１０１Ｃ，１Ｃとは、連通流路２０から下流側の流体の流れ特性、及び、センサ流路１５とバイパス流路１６から流路空間２４を介して流出流路２１に流れる流体の流れ特性が異なる。
【００６０】
具体的には、図１２のＰ１２及び図１３のＰ２２に示すように、流量制御装置１０１Ｃは、オリフィス部材３１Ｃが流出ポート２３に装着されていないため、流出ポート２３から流体制御弁３の入力ポート４２まで流体が一定速度で流れている。入力流路４３と弁孔４４は、流出ポート２３より流量断面積が小さいため、流体は入力流路４３と弁孔４４で加速されて弁室４５へ流れる。
【００６１】
また、流量制御装置１０１Ｃは、センサ流路１５とバイパス流路１６から流出流路２１への流体の流れが、一次圧力によって異なっている。すなわち、図１３のＰ２３に示すように、保証された条件（一次圧力０．５ＭＰａ，制御流量１０００Ｌ／ｍｉｎ）で使用される流量制御装置１０１Ｃは、熱式流量計２のセンサ流路１５とバイパス流路１６を流れた流体が流路空間２４の流体制御弁３側の内壁に沿って集中的に流れ、流出流路２１に合流している。これは、流路空間２４の流体が流出流路２１の流体に引っ張られるためと考えられる。これに対して、図１３に示すように、保証されていない条件（一次圧力０．３ＭＰａ，制御流量１０００Ｌ／ｍｉｎ）で使用される流量制御装置１０１Ｃは、熱式流量計２のセンサ流路１５とバイパス流路１６を流れた流体が流路空間２４に広がって流れ、調整時圧力使用時よりも低速で流出流路２１に合流している。これば、一次圧力が調整時圧力より低いため、流路空間２４の流体が流出流路２１の流体に引っ張られにくいためと考えられる。
【００６２】
一方、図１４のＰ３２及び図１５のＰ４２に示すように、流量制御装置１Ｃは、オリフィス部材３１Ｃが流出ポート２３に装着されているため、流出流路２１からオリフィス部材３１Ｃに流れた流体が、オリフィス流路３３で加速されて流出口３４から流体制御弁３の入力ポート４２に流れ込んでいる。そして、その流速は、流体が入力流路４３から弁孔４４を介して弁室４５へ流れる際にも維持されている。
【００６３】
また、図１５のＰ４３及び図１４のＰ３３に示すように、流量制御装置１Ｃは、保証された条件（一次圧力０．５ＭＰａ、制御流量１０００Ｌ／ｍｉｎ）で流量制御する場合も、保証されていない条件（一次圧力０．３ＭＰａ、制御流量１０００Ｌ／ｍｉｎ）で流量制御する場合も、熱式流量計２のセンサ流路１５とバイパス流路１６を流れた流体が流路空間２４全体に均一な速度で流れ、流出流路２１に合流している。これは、オリフィス部材３１Ｃのオリフィス流路３３により圧力低下が抑えられ、流出流路２１を流れる流体の流れが一次圧力の変化の影響を受けにくいためと考えられる。
【００６４】
以上のシミュレーション結果より、以下のことが考えられる。
流量制御装置１０１Ｃ，１Ｃは共に、制御手段４がセンサ基板１２で測定される流量測定値に基づいて流体制御弁３のバルブ開度を制御し、流量制御を行う。従って、熱式流量計２の流量測定値が流量制御装置１０１Ｃ，１Ｃの信頼性に影響する。熱式流量計２は、上述したように、流体がセンサ流路１５を流れる際に上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差により流量を測定する。そのため、センサ流路１５及びバイパス流路１６から流路空間２４を介して流出流路２１へ流れる流体の流れが変わると、流体制御弁３が同じ流量を制御する場合でも、センサ基板１２が検出する温度差が変わってしまい、流量測定誤差が生じる。この観点では、流量制御装置１０１Ｃは、保証条件と異なる条件で使用される場合と保証条件で使用される場合とで流体の流れが異なるので、一次圧力が調整時圧力からずれると熱式流量計２が精度良く流量を測定できなくなる。その結果、流量制御装置１０１Ｃは、流量を精度良く制御できなくなる。これに対して、流量制御装置１Ｃは、保証条件と異なる条件で使用される場合でも保証条件で使用される場合でも流体の流れが同じなので、一次圧力が調整時圧力であるか否かに関係なく、熱式流量計２が精度良く流量を測定する。その結果、流量制御装置１Ｃは、精度良く流量を制御できる。
【００６５】
＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態の流量制御装置１は、流出ポート２３と入力ポート４２とが連通するようにセンサボディ１１とバルブボディ４１とを面接触させて熱式流量計２と流体制御弁３とを一体化し、装置のフットスペースを小さくしている。オリフィス部材３１は、流出ポート２３に装着され、センサボディ１１に内蔵されている。流体は、熱式流量計２の流入ポート１７から流入流路１９、連通流路２０、流出流路２１、オリフィス部材３１のオリフィス流路３３、流体制御弁３の入力ポート４２、入力流路４３、弁孔４４へと流れ、流体制御弁３のバルブ開度に応じて出力される。このとき、流体の一部は、連通流路２０を通らずに、流入流路１９からバイパス流路１６とセンサ流路１５を介して流出流路２１へ流れ込む。流体は、センサ基板１２がセンサ流路１５を流れる流体の流量を計測して出力する出力信号に基づいて、全体流量が算出される。このようにして算出された全体流量に基づいて流体制御弁３のバルブ開度が制御される。流体は、連通流路２０により流量を絞られてセンサ流路１５とバイパス流路１６に流体が確実に流れるようにしている他、オリフィス流路３３により流量を絞られて流出流路２１の圧力を一定に維持するようにしている。そのため、流体制御弁３の動作により流路に生じた圧力変動が、オリフィス流路３３に塞き止められて流出流路２１に伝播しにくく、センサ流路１５及びバイパス流路１６から流出流路２１へ流れる流体の流れに影響しない。その結果、流量制御装置１に供給される流体の圧力が調整時圧力と異なる場合でも、制御される流量と保証流量との間の流量誤差が小さくなる。よって、上記流量制御装置１によれば、流量精度を向上させつつ、装置をコンパクトにできる。
【００６６】
上記流量制御装置１は、オリフィス流路３３の流路断面積が、連通流路２０の流路断面積より小さく、且つ、入力流路４３及び弁孔４４の流路断面積より大きくなるように設定され、流体の流量を連通流路２０、オリフィス流路３３、入力流路４３の順に段階的に絞るため、流体が連通流路２０から流出流路２１、オリフィス流路３３、入力流路４３、弁孔４４へと流れる際に圧損を生じにくく、また、その逆方向へ向かって圧力変動が伝播しにくい。
【００６７】
上記流量制御装置１は、流入流路１９と連通流路２０と流出流路２１とオリフィス流路３３とを同軸上に設けているので、流体が流入流路１９からオリフィス流路３３へ流れる際の圧損を抑えつつ、センサボディ１１をコンパクトにできる。
【００６８】
上記流量制御装置１は、熱式流量計２により、発熱抵抗体Ｒｈと流体温度検出抵抗体Ｒｔとが一定の温度差になるように制御し、上流温度検出抵抗体Ｒ１と下流温度検出抵抗体Ｒ２との温度差に基づき流量を算出する。そのため、流体制御弁３の動作により発生する圧力変動によりセンサ流路１５とバイパス流路１６から流出流路２１へ流れる流体の流れが流量制御装置１に供給される流体の一次圧力によって変わると、熱式流量計２は、各抵抗体Ｒｈ，Ｒｔ，Ｒ１，Ｒ２の特性が流量保証時の特性と変わり、流量検出精度が低下する。しかし、上述したように、上記流量制御装置１は、オリフィス部材３１を流出ポート２３に装着することにより、流体制御弁３の動作により発生する圧力変動がセンサ流路１５とバイパス流路１６から流出流路２１へ流れる流体の流れに影響しにくいので、熱式流量計２の流量検出精度が低下しない。よって、上記流量制御装置１は、流体の流量を精度良く制御できる。
【００６９】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の流体制御装置１は、バイパス流路１６と流出流路２１とを連通させる第２流路２４ｂの内径寸法を、流入流路１９とバイパス流路１６とを連通させる第１流路２４ａの内径寸法より細くしてオリフィスを設けている点が第１実施形態と相違し、その他の点は第１実施形態と共通している。尚、第２流路２４ｂのオリフィス径は、例えば、バイパス流路１６と流出流路２１との間とを接続する流路にオリフィス部材を配置したり、凸部２５の形状を変えることにより、第１流路２４ａより細く設定されている。
【００７０】
発明者は、第２実施形態の流量調整装置を用いて、第１実施形態と同様にオリフィス部材３１の効果について調べる実験を行った。実験では、第１及び第２流路２４ａ，２４ｂの内径寸法を直径３ｍｍとする流量制御装置（以下、流量制御装置１Ｄとする。）と、第１流路２４ａの内径寸法を直径３ｍｍとすると共に第２流路２４ｂの内径寸法を直径２．５ｍｍとする流量制御装置（以下「流量制御装置１Ｅ」とする。）とを用いた。実験方法は、流量制御装置１Ｄの一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）より低圧な０．４ＭＰａに制御した状態で、０％Ｆ．Ｓ．から１００％Ｆ．Ｓ．までのコマンド指令を流体制御弁３に出力して流量制御装置１Ｄに０Ｌ／ｍｉｎから６００Ｌ／ｍｉｎまでの流量制御を行わせ、各コマンド指令毎に保証流量との流量誤差を測定した。尚、流量制御装置１Ｅについても、同一の実験条件で実験を行った。
【００７１】
実験の結果、流量制御装置１Ｄは、一次圧力を０．４ＭＰａに制御した状態で流体制御弁３に１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令を入力されて制御する流量と、一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）に制御した状態で保証される保証流量との間に生じる流量誤差が、１．５９％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａであった。一方、流量制御装置１Ｅは、一次圧力を０．４ＭＰａに制御した状態で流体制御弁３に１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令を入力されて制御する流量と、一次圧力を調整時圧力（０．５ＭＰａ）に制御した状態で保証される保証流量との間に生じる流量誤差が、１．０６％Ｆ．Ｓ／０．１ＭＰａであった。よっ
て、流量制御装置１Ｅは、第２流路２４ｂの流路径を第１流路２４ａの流路径より小さく
したことにより、一次圧力を調整時圧力より低圧にした状態で流体制御弁３に１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令を入力されて流量を６００Ｌ／ｍｉｎに制御させた場合の流量誤差が、流量制御装置１Ｄより小さくなる。これは、流体が第１流路２４ａからセンサ流路１５、バイパス流路１６へ流れた流体が第２流路２４ｂで流量を絞られることにより整流され、流体制御弁３からオリフィス部材３１を介して流出流路２１に伝播した流体の圧力変動が第２流路２４ｂを介してセンサ流路１５へ伝播して熱式流量計２の流量測定に影響しにくくなるためと考えられる。
【００７２】
よって、第２実施形態の流量制御装置によれば、バイパス流路１６を流出流路２１に連通させる第２流路２４ｂの流路断面積を、バイパス流路１６を流入流路１９に連通させる第１流路２４ａの流路断面積より小さくすることにより、第２流路２４ｂにオリフィスを設け、第１流路２４ａからバイパス流路１６、第２流路２４ｂを介して流出流路２１へ流れる流体を整流するので、流体制御弁３からオリフィス部材３１を介して流出流路２１に伝播した流路内の圧力変動がセンサ流路１５に影響しにくくなり、流量精度を向上させることができる。具体的には、第２実施形態の流量制御装置によれば、一次圧力を調整時圧力より低圧にした状態で流体制御弁３に１００％Ｆ．Ｓ．コマンド指令を入力されて流量を６００Ｌ／ｍｉｎに制御する場合の流量誤差が、第１実施形態の実験で使用した流量制御装置１Ｂと比べて改善される。
【００７３】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、制御手段４をカバー７内に内蔵したが、熱式流量計２と流体制御弁３を上位装置のコントローラに接続し、そのコントローラを制御手段の一例としても良い。
例えば、上記実施形態では、流入ポート１７と流入流路１９との間、及び、流出流路２１と流出ポート２３との間にポートフィルタ２９を配置するためのポートフィルタ配置部１８，２２を設けたが、ポートフィルタ配置部１８，２２を省略して流入ポート１７と流入流路１９及び流出流路２１と流出ポート２３をそれぞれ直接連通させても良い。
例えば、上記第２実施形態では、第２流路２４ｂの流路断面積を第１流路２４ａの流路断面積より小さくしてオリフィスを設けたが、第１流路２４ａを第２流路２４ｂと同様に流路断面積を小さくしてオリフィスを設けても良い。この場合も、オリフィスは、オリフィス部材を第１及び第２流路２４ａ，２４ｂにそれぞれ配置して設けてもよいし、凸部２５の形状により第１及び第２流路２４ａ，２４ｂの流路径を絞ることにより設けてもよい。この場合、第２実施形態のものと比べ、流体が第１及び第２流路で絞られ、第２流路２４ｂから第１流路２４ａへ伝播しにくくなり、より一層流量制御精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１ 流量制御装置
２ 熱式流量計
３ 流体制御弁
１１ センサボディ
１３ 流路ブロック
１４ 電装部（流量算出手段の一例）
１５ センサ流路
１６ バイパス流路
１７ 流入ポート
１９ 流入流路
２１ 流出流路
２３ 流出ポート
２４ 流路空間
２４ａ 第１流路
２４ｂ 第２流路
３１ オリフィス部材
３３ オリフィス流路
４１ バルブボディ
４３ 入力流路（バルブ流路の一例）
４４ 弁孔（バルブ流路の一例）
４５ 弁室
Ｒｈ 発熱抵抗体（抵抗体の一例）
Ｒｔ 流体温度検出抵抗体（抵抗体の一例）
Ｒ１ 上流温度検出抵抗体（抵抗体の一例）
Ｒ２ 下流温度検出抵抗体（抵抗体の一例）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量計の流量測定値に基づいて流体制御弁のバルブ開度を制御して流量制御を行う流量制御装置において、
前記流量計は、流量を計測するための抵抗体が架設されたセンサ流路の他に、前記センサ流路に対するバイパス流路を備え、前記抵抗体からの出力信号に基づき流体の流量を算出する流量算出手段を有する熱式流量計であり、
前記熱式流量計は、流入ポートと前記バイパス流路とを連通させる流入流路と、流出ポートと前記バイパス流路とを連通させる流出流路と、前記センサ流路と前記バイパス流路を介することなく前記流入流路と前記流出流路とを連通する連通流路とが形成されたセンサボディを有し、
前記流体制御弁は、前記流出ポートに接続される入力ポートと、弁部を内蔵する弁室と、前記入力ポートと前記弁室とを連通されるバルブ流路とを有するバルブボディと、前記バルブボディに連結されて前記弁部に駆動力を与える駆動部と、を有し、
前記流出ポートと前記入力ポートとを接続するように前記センサボディと前記バルブボディとを面接触させて、前記熱式流量計と前記流体制御弁とを一体化しており、
流量を絞るオリフィス流路が設けられたオリフィス部材を前記流出ポートに装着している
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載する流量制御装置において、
前記オリフィス流路の流路断面積が、前記連通流路の流路断面積より小さく、且つ、前記バルブ流路の流路断面積より大きい
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する流量制御装置において、
前記流入流路と前記連通流路と前記流出流路と前記オリフィス流路とを同軸上に設けている
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載する流量制御装置において、
前記センサ流路と前記バイパス流路に前記流体を分流させると共に整流する流路ブロックを有し、
前記センサボディは、前記流路ブロックが配置される流路空間が、前記流入流路と前記流出流路とに連通するように設けられ、
前記抵抗体には、
前記センサ流路の流れ方向上流側に設けられた上流温度検出抵抗体と、
前記センサ流路の流れ方向下流側に設けられた下流温度検出抵抗体と、
前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との間に設けられ、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体とを加熱する発熱抵抗体と、
前記センサ流路を流れる流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体とが含まれ、
前記流量算出手段は、前記発熱抵抗体と前記流体温度検出抵抗体とが一定の温度差になるように制御し、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流体の流量を算出する
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載する流量制御装置において、
前記バイパス流路を前記流入流路に連通させる第１流路と、前記バイパス流路を前記流出流路に連通させる第２流路とを有し、
前記第２流路、又は、前記第１流路と前記第２流路の両方に、オリフィスを設けた
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項１】
流量計の流量測定値に基づいて流体制御弁のバルブ開度を制御して流量制御を行う流量制御装置において、
前記流量計は、流量を計測するための抵抗体が架設されたセンサ流路の他に、前記センサ流路に対するバイパス流路を備え、前記抵抗体からの出力信号に基づき流体の流量を算出する流量算出手段を有する熱式流量計であり、
前記熱式流量計は、流入ポートと前記バイパス流路とを連通させる流入流路と、流出ポートと前記バイパス流路とを連通させる流出流路と、前記センサ流路と前記バイパス流路を介することなく前記流入流路と前記流出流路とを連通する連通流路とが形成されたセンサボディを有し、
前記流体制御弁は、前記流出ポートに接続される入力ポートと、弁部を内蔵する弁室と、前記入力ポートと前記弁室とを連通されるバルブ流路とを有するバルブボディと、前記バルブボディに連結されて前記弁部に駆動力を与える駆動部と、を有し、
前記流出ポートと前記入力ポートとを接続するように前記センサボディと前記バルブボディとを面接触させて、前記熱式流量計と前記流体制御弁とを一体化しており、
流量を絞るオリフィス流路が設けられたオリフィス部材を前記流出ポートに装着している
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載する流量制御装置において、
前記オリフィス流路の流路断面積が、前記連通流路の流路断面積より小さく、且つ、前記バルブ流路の流路断面積より大きい
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する流量制御装置において、
前記流入流路と前記連通流路と前記流出流路と前記オリフィス流路とを同軸上に設けている
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載する流量制御装置において、
前記センサ流路と前記バイパス流路に前記流体を分流させると共に整流する流路ブロックを有し、
前記センサボディは、前記流路ブロックが配置される流路空間が、前記流入流路と前記流出流路とに連通するように設けられ、
前記抵抗体には、
前記センサ流路の流れ方向上流側に設けられた上流温度検出抵抗体と、
前記センサ流路の流れ方向下流側に設けられた下流温度検出抵抗体と、
前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との間に設けられ、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体とを加熱する発熱抵抗体と、
前記センサ流路を流れる流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体とが含まれ、
前記流量算出手段は、前記発熱抵抗体と前記流体温度検出抵抗体とが一定の温度差になるように制御し、前記上流温度検出抵抗体と前記下流温度検出抵抗体との温度差に基づき流体の流量を算出する
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載する流量制御装置において、
前記バイパス流路を前記流入流路に連通させる第１流路と、前記バイパス流路を前記流出流路に連通させる第２流路とを有し、
前記第２流路、又は、前記第１流路と前記第２流路の両方に、オリフィスを設けた
ことを特徴とする流量制御装置。
【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】
【公開番号】特開２０１１−２７５５３（Ｐ２０１１−２７５５３Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７３６９１（Ｐ２００９−１７３６９１）
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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