流体控制装置的制作方法

本发明涉及流体控制装置。

背景技术：

作为在半导体制造工序中使用的流体控制装置，例如专利文献1公开了一种流体控制装置，其包括：块件，内部具有供流体流通的流道；阻力件，设置在所述流道内，且所述流体流过所述阻力件；第一压力传感器，检测所述阻力件的上游侧的压力；第二压力传感器，检测所述阻力件的下游侧的压力；以及流体控制阀，根据所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的检测值控制所述流体。

而且，作为这种压力式的流体控制装置，存在一种流体控制装置，其使流道中流通的流体流过阻力件而成为层流状态，将第二压力传感器检测出的检测值视为所述层流状态的流体所流通的部位的压力，使用所述检测值并根据理论公式(粘性层流状态的理论公式)算出流道中流通的流体的流量。

可是，在所述现有的流体控制装置中，第二压力传感器连接在远离阻力件的位置。即，第二压力传感器的检测点设定在远离阻力件的位置。由此，流过阻力件而成为层流状态的流体在到达检测点之前接近紊流状态，所以第二压力传感器在从层流状态变为接近紊流状态的流体所流通的部位检测压力。因此，在使用第二压力传感器的检测值并根据理论公式算出流量时，存在实际的流量与算出流量之间产生的背离变大的问题。

而且，当第二压力传感器的检测点设定在远离阻力件的位置时，还存在如下问题：即，第二压力传感器只能检测出受到了流体的压力变动的影响和流体从阻力件到达检测点为止所产生的压力损失的影响的压力。

其结果，在所述现有的流体控制装置中，存在不能高精度地控制流道中流通的流体的问题。

专利文献1：日本专利公开公报特开2010-204937号

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供能够高精度地控制流道中流通的流体的流体控制装置。

即，本发明的流体控制装置包括：块件，内部具有供流体流通的流道；阻力件，设置在所述流道内，且所述流体流过所述阻力件；第一压力传感器，检测所述阻力件的上游侧的压力；第二压力传感器，检测所述阻力件的下游侧的压力；以及流体控制阀，根据所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的检测值控制所述流体，所述块件在内部还具有收容部，所述收容部构成所述流道的一部分并收容所述阻力件，构成所述流道的比所述收容部更靠下游侧的下游侧流道的基端连接于所述收容部中的供流过所述阻力件之后的流体流通的下游侧区域，所述第二压力传感器连接于所述收容部的下游侧区域或所述下游侧流道的基端附近。

按照这种结构，由于将第二压力传感器连接于收容部的下游侧区域或下游侧流道的基端附近，所以能够将第二压力传感器的检测点设定在更接近阻力件的导出流体的导出部的位置。因此，第二压力传感器能够在刚刚流过阻力件的接近层流状态的流体所流通的部位检测压力，在使用所述检测值并根据理论公式算出流道中流通的流体的流量时，实际的流量与算出流量之间的背离变小。而且，抑制了流体的压力变动和下游侧流道的压力损失对第二压力传感器检测出的检测值所造成的影响。其结果，能够由流体控制装置高精度地控制流体。

此外，优选所述块件在内部还具有下游侧连接通道，所述下游侧连接通道连接于所述收容部的下游侧区域或所述下游侧流道的基端附近，并且所述下游侧连接通道的内径小于所述下游侧流道的内径，所述第二压力传感器借助所述下游侧连接通道连接于所述收容部的下游侧区域或所述下游侧流道的基端附近。

按照这种结构，由于下游侧连接通道的内径小于下游侧流道的内径，所以第二压力传感器更不易受到从阻力件导出的流体的压力变动的影响。此外，第二压力传感器相对于块件的配置自由度提高，容易对构成流体控制装置的各设备的块件进行配置和设计。

此外，构成所述流道的比所述收容部更靠上游侧的上游侧流道的末端连接于所述收容部中的供流过所述阻力件之前的流体流通的上游侧区域，所述第一压力传感器连接于所述收容部的上游侧区域或所述上游侧流道的末端附近。

按照这种结构，由于第一压力传感器连接于收容部的上游侧区域或上游侧流道的末端附近，所以能够将第一压力传感器的检测点设定在更接近阻力件的导入流体的导入部的位置。因此，第一压力传感器能够在即将流过阻力件的流体所流通的部位检测压力，流体的压力变动的影响降低。其结果，能够由流体控制装置更高精度地控制流体。

此外，优选所述块件在内部还具有上游侧连接通道，所述上游侧连接通道连接于所述收容部的上游侧区域或所述上游侧流道的末端附近区域，并且所述上游侧连接通道的内径小于所述上游侧流道的内径，所述第一压力传感器借助所述上游侧连接通道连接于所述收容部的上游侧区域或所述上游侧流道的末端附近。

按照这种结构，由于上游侧连接通道的内径小于上游侧流道的内径，所以第一压力传感器更不易受到向阻力件导出的流体的压力变动的影响。此外，第一压力传感器相对于块件的配置自由度提高，容易对构成流体控制装置的各设备的块件进行配置和设计。

此外，在压力式的流体控制装置中，从流体控制阀的阀室(阀座面)至收容部为止的空间的内容积越大，并且从阀室(阀座面)至收容部为止的距离越长，则响应性越低。在此，优选所述块件呈矩形，所述流体控制阀设置于所述块件的预定面，从所述流体控制阀的阀室至所述收容部的上游侧区域为止的中间流道以与所述流体控制阀的阀座面正交的方式延伸。

按照这种结构，由于中间流道以与阀座面正交的方式形成，所以能够把从阀室至收容部为止的中间流道的长度设定成较短。因此，不仅能够减小从阀室至收容部为止的空间的内容积，还可以将阀室至收容部为止的距离设定成较短。由此，流体控制装置的响应性提高。

此外，此时优选所述第一压力传感器设置在所述块件的与预定面相反的相反面，所述上游侧连接通道与所述中间流道同轴延伸。

按照这种结构，不仅能够减小对流体控制装置的响应性造成影响的上游侧连接通道的内容积，还能够缩短其长度。

另外，具体而言，优选所述中间流道借助所述流体控制阀的从阀室延伸的内部流道与所述上游侧区域连通。

按照上述结构的流体控制装置，能够高精度地控制流道中流通的流体。

附图说明

图1是示意性表示实施方式的流体控制装置的断面图。

图2是示意性表示实施方式的流体控制装置的块件的俯视图。

图3是示意性表示实施方式的流体控制装置的块件的断面图。

图4是示意性表示实施方式的流体控制装置的阻力件的设置状态的放大断面图。

图5是示意性表示实施方式的流体控制装置的阻力件的分解立体图。

图6是示意性表示实施方式的流体控制装置的上游侧流体控制阀的阀室周边的局部放大断面图。

图7是示意性表示另一实施方式的流体控制装置的阻力件周边的放大断面图。

附图标记说明

mfc流体控制装置

b块件

ul上游侧流道

ule末端

dl下游侧流道

dls基端

pl1上游侧连接通道

pl2下游侧连接通道

ml中间流道

rs收容部

us上游侧区域

ds下游侧区域

p1第一压力传感器

p2第二压力传感器

v1上游侧流体控制阀

v2下游侧流体控制阀

r阻力件

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的流体控制装置。

本发明的流体控制装置设置在与半导体制造工序所使用的各设备连接的流道上。另外，本发明的流体控制装置还可以在其他领域中的流道上使用。

(实施方式1)

如图1所示，本实施方式的流体控制装置mfc是所谓的压力式的流体控制装置。具体而言，流体控制装置mfc包括：块件b，内部具有供流体流通的流道l；阻力件r，设置在流道l内，且流体流过所述阻力件r；初级侧压力传感器p0、第一压力传感器p1、第二压力传感器p2、上游侧流体控制阀v1和下游侧流体控制阀v2，设置在块件b的外表面；以及控制部c，控制上游侧流体控制阀v1和下游侧流体控制阀v2。另外，以下将各流道的上游端作为基端，将各流道的下游端作为末端。

如图1所示，所述块件b包括：流道l；从流道l向初级侧压力传感器p0延伸的初级侧连接通道pl0；从流道l向第一压力传感器p1延伸的上游侧连接通道pl1；以及从流道l向第二压力传感器p2延伸的下游侧连接通道pl2。此外，块件b还具有构成流道l的一部分并收容阻力件r的收容部rs(收容空间)。另外，初级侧连接通道pl0、上游侧连接通道pl1和下游侧连接通道pl2都从流道l分路延伸。

而且，如图3的(c)所示，构成流道l的比收容部rs更靠上游侧的上游侧流道ul的基端uls在块件b的外表面开口，上游侧流道ul的末端ule连接于收容部rs。此外，如图3的(a)和图3的(c)所示，构成流道l的比收容部rs更靠下游侧的下游侧流道dl的基端dls连接于收容部rs，下游侧流道dl的末端dle在块件b的外表面开口。另外，如图2所示，下游侧流道dl和下游侧连接通道pl2在俯视时从收容部rs并行延伸。即，下游侧连接通道pl2和下游侧流道dl独立地连接于收容部rs。

所述初级侧连接通道pl0、所述上游侧连接通道pl1和所述下游侧连接通道pl2的内径小于流道l的内径。具体而言，所述初级侧连接通道pl0和所述上游侧连接通道pl1的内径小于上游侧流道ul的内径。此外，所述下游侧连接通道pl2的内径小于下游侧流道dl的内径。另外，例如初级侧连接通道pl0、上游侧连接通道pl1和下游侧连接通道pl2的内径设定为

如图1所示，本实施方式的第一块件10在预定面s1(图1中为上表面)设置有初级侧压力传感器p0、第二压力传感器p2、上游侧流体控制阀v1和下游侧流体控制阀v2。具体而言，第一块件10在预定面s1具有第一凹部11，在所述第一凹部11设置有上游侧流体控制阀v1。而且，上游侧流道ul被第一凹部11分割为第一上游侧流道ul1和第二上游侧流道ul2。另外，第一上游侧流道ul1连接于第一凹部11的侧面，第二上游侧流道ul2连接于第一凹部11的底面。此外，第一块件10在预定面s1具有第二凹部12，在所述第二凹部12设置有下游侧流体控制阀v2。而且，下游侧流道dl被第二凹部12分割为第一下游侧流道dl1和第二下游侧流道dl2。

此外，所述块件b整体呈大致矩形。具体而言，块件b具备大致矩形的第一块件10以及嵌入第三凹部13的第二块件20，所述第三凹部13形成在第一块件10的与预定面s1相反的相反面s2(图1中为下表面)。而且，块件b构成为通过将第二块件20嵌入第一块件10的第三凹部13，从而在内部形成有收容部rs。另外，第二块件20能够在嵌入第一块件10的第三凹部13的状态下，由未图示的螺钉等固定于所述第一块件10。此外，第一块件10在内部具有上游侧流道ul、下游侧流道dl、初级侧连接通道pl0和下游侧连接通道pl2，第二块件20在内部具有上游侧连接通道pl1。

所述第二块件20在构成块件b的与预定面s1相反的相反面s2的面上具有第四凹部21，在所述第四凹部21设置有第一压力传感器p1。

而且，当观察所述块件b整体时，在块件b上，针对预定面s1，从长边方向的一端侧朝向另一端侧依次配置有初级侧压力传感器p0、上游侧流体控制阀v1、第二压力传感器p2和下游侧流体控制阀v2，并且针对与预定面s1相反的相反面s2配置有第一压力传感器p1。通过如此配置，从而可以将构成流体控制装置mfc的各设备尽可能不浪费空间地配置于块件b。

如图4和图5所示，所述阻力件r包括：呈大致旋转体形状的流体阻力元件30；介于流体阻力元件30和第二块件20之间的第一密封构件40；以及介于流体阻力元件30和第一块件10之间的第二密封构件50。另外，流体呈层流状态流过阻力件r。

所述流体阻力元件30具备狭缝板31和狭缝覆盖板32。所述狭缝板31具有：在厚度方向贯穿圆板的中心部而形成的圆形的第一通孔31a；以及从所述中心部放射状形成的多个狭缝31b。此外，所述狭缝覆盖板32具有在厚度方向贯穿圆板的中心部而形成的圆形的第二通孔32a，所述狭缝覆盖板32的外径小于狭缝板31的外径，内径大于狭缝板31的内径。而且，狭缝板31和狭缝覆盖板32在第二块件20上方形成彼此层叠的层叠结构。

所述阻力件r形成为在第二块件20上方依次层叠第一密封构件40、流体阻力元件30、第二密封构件50的状态，在所述状态下，所述阻力件r被第一块件10和第二块件20夹持固定。由此，阻力件r成为设置在由第一块件10和第二块件20形成的收容部rs内的状态。

此外，所述阻力件r在设置于收容部rs内的状态下，发挥将所述收容部rs分隔成与上游侧流道ul的末端ule连接的上游侧区域us以及与下游侧流道dl的基端dls(参照图1、图2、图3的(a)和图6)连接的下游侧区域ds的作用。另外，本实施方式的阻力件r呈环状。因此，在收容部rs中，在阻力件r的中心部(内侧)形成上游侧区域us，并以环绕阻力件r的外部(外侧)的方式形成下游侧区域ds。即，下游侧区域ds形成在收容部rs的内侧面rsi与阻力件r的外侧面ro之间。

而且，阻力件r在构成上游侧区域us的内侧面ri设有导入流体的导入部rin，在构成下游侧区域ds的外侧面ro设有导出流体的导出部rout。因此，阻力件r构成为在从导入部rin导入流体之后，使流体流过狭缝31b并向导出部rout导出。

在此，所述上游侧区域us是即将流过阻力件r的流体所流通的区域，换句话说，是即将导入阻力件r的流体所流通的区域。此外，所述下游侧区域ds是刚刚流过阻力件r的流体所流通的区域，换句话说，是刚刚从阻力件r导出的流体所流通的区域。即，下游侧区域ds是接近层流状态的流体所流通的区域。

而且，所述上游侧连接通道pl1与收容部rs的上游侧区域us连接，并将所述上游侧区域us与第一压力传感器p1相连。而且，第一压力传感器p1在流道l中的检测点设定在与上游侧区域us连接的连接部位(本实施方式中为上游侧区域us与上游侧连接通道pl1的连接部位)。由此，第一压力传感器p1的检测点设定在相对于向阻力件r导入流体的导入部rin较近的部位，换句话说，设定在与阻力件r的距离(流道的距离)较短的部位。

此外，所述下游侧连接通道pl2与收容部rs的下游侧区域ds连接，并将所述下游侧区域ds与第二压力传感器p2相连。而且，第二压力传感器p2在流道l中的检测点设定在与下游侧区域ds连接的连接部位(本实施方式中为下游侧区域ds与下游侧连接通道pl2的连接部位)。由此，第二压力传感器p2的检测点设定在相对于从阻力件r导出流体的导出部rout较近的部位，换句话说，设定在与阻力件r的距离(流道的距离)较短的部位。

因此，如图4所示，所述收容部rs具有从上游侧流道ul导入流体的上游侧区域us以及向下游侧流道dl导出流体的下游侧区域ds，并以分隔上游侧区域us和下游侧区域ds之间的方式设有阻力件r。而且，收容部rs在构成上游侧区域us的内表面usi分别开设有上游侧流道ul的末端ule和上游侧连接通道pl1的一端pl1e，在构成下游侧区域ds的内表面分别开设有下游侧流道dl的基端dls和下游侧连接通道pl2的一端pl2e。

另外，从阻力件r导出的流体尽管在刚刚从所述阻力件r导出之后接近层流状态，但是随着从所述阻力件r向下游侧前进而逐渐接近紊流状态。可是，利用上述的结构，第二压力传感器p2能够检测出从阻力件r导出的接近层流状态的流体所流通的与阻力件r的导出部rout的距离较短的部位的压力。由此，第二压力传感器p2能够检测出比较接近层流状态的流体所流通的部位的压力，在使用所述检测值并根据理论公式算出流体的流量时，实际的流量与算出流量之间的背离变小。

所述上游侧流体控制阀v1是所谓的常开型的流体控制阀。而且，上游侧流体控制阀v1相对于块件b的预定面s1以嵌入第一凹部11的方式设置。

具体而言，如图6所示，所述上游侧流体控制阀v1包括：阀座构件70，嵌入块件b的第一凹部11；阀体71，设置成能相对于阀座构件70向接近或离开的方向移动；致动器72，使阀体71移动；柱塞73，介于阀体71和致动器72之间，并把致动器72的动力向阀体71传递；以及薄膜状的隔膜74，与柱塞73连接成一体而构成阀室vr的一部分。

所述阀座构件70呈嵌入块件b的第一凹部11的块状。而且，阀座构件70在嵌入第一凹部11的状态下，与块件b的预定面s1朝向同一方向的面成为阀座面70a。而且，上游侧流体控制阀v1在所述阀座面70a与隔膜74之间形成有阀室vr，阀体71收容在所述阀室vr内。

此外，所述阀座构件70的阀座面70a侧的外径与第一凹部11的内径大体一致，并且所述阀座构件70的与阀座面70a相反侧的外径小于第一凹部11的内径。由此，阀座构件70在嵌入块件b的第一凹部11的状态下，与所述第一凹部11的内周面之间形成周向流道70b。此外，阀座构件70在内部形成有将周向流道70b和阀室vr相连的第一内部流道70c。另外，第一内部流道70c的末端开口于阀座面70a。而且，阀座构件70在内部形成有将阀室vr与第二上游侧流道ul2相连的第二内部流道70d。另外，第二内部流道70d的基端开口于阀座面70a的中央。而且，第一上游侧流道ul1以与周向流道70b连通的方式连接于第一凹部11，第二上游侧流道ul2以与第二内部流道70d连通的方式连接于第一凹部11。

在此，从阀室vr至第二上游侧流道ul2为止的第二内部流道70d以与阀座面70a正交的方式延伸，并且与所述第二上游侧流道ul2同轴延伸。而且，第二上游侧流道ul2与上游侧连接通道pl1同轴延伸。即，从阀室vr至收容部rs的上游侧区域us为止的中间流道ml(在本实施方式中为由第二内部流道70d和第二上游侧流道ul2构成的流道)，呈与上游侧连接通道pl1同轴延伸的状态。由此，从阀室vr经由收容部rs的上游侧区域us直至第二压力传感器p2的流道成为直线状连通的状态，所述流道的容积变为较小。

所述控制部c连接于初级侧压力传感器p0、第一压力传感器p1、第二压力传感器p2、上游侧流体控制阀v1和下游侧流体控制阀v2。另外，控制部c例如是具备cpu、存储器、输入输出装置、a/d及d/a转换器等的计算机，根据所述存储器中存储的控制程序，发挥作为流量控制部、初级侧压力监视部和阀开闭部的功能。

所述流量控制部根据第一压力传感器p1和第二压力传感器p2的检测值控制上游侧流体控制阀v1的阀开度，以使上游侧流道ul中流通的流体的流量接近预先设定的设定流量的方式进行反馈控制。具体而言，流量控制部使用第一压力传感器p1的检测值和第二压力传感器p2的检测值并根据理论公式算出流量，以使算出流量接近设定流量的方式控制上游侧流体控制阀v1的阀开度。

所述初级侧压力监视部根据初级侧压力传感器p0的检测值监视初级侧的压力。另外，在初级侧压力传感器p0的检测值处于预定范围外的情况下，初级侧压力监视部判断为初级侧的压力异常，并且控制上游侧流体控制阀v1和下游侧流体控制阀中的至少一方的阀开度。

所述阀开闭部根据用户输入的开闭信号和从初级侧压力监视部接收的开闭信号等，来开闭下游侧流体控制阀v2。

(其他实施方式)

在上述实施方式中，构成为将下游侧连接通道pl2连接于收容部rs的下游侧区域ds，但是如图7所示，下游侧连接通道pl2也可以连接在下游侧流道dl的基端dls附近，所述下游侧流道dl连接于收容部rs的下游侧区域ds。即，在本实施方式中，下游侧连接通道pl2的一端pl2e开口于下游侧流道dl的基端dls附近的内表面。

在此，所述基端dls附近是指如下的距离范围(图7中由β表示)：将开口于收容部rs的下游侧区域ds内表面的下游侧流道dl的基端dls设为一端，将以阻力件r的外径(图7中由α表示)的60％、更优选50％的长度朝向所述下游侧流道dl的下游侧离开所述一端的位置设为另一端。另外，更具体而言，所述基端dls附近是如下的距离范围β：将开口于收容部rs的下游侧区域ds内表面的下游侧流道dl的基端dls的开口中心作为一端。换句话说，所述基端dls附近是如下的距离范围β：以收容部rs的下游侧区域ds与流道l的从所述下游侧区域ds变细的区域(下游侧流道dl的基端dls部分)的边界作为一端。或者，所述基端dls附近是如下的距离范围β：以收容部rs的下游侧区域ds与相比所述下游侧区域ds压力损失增加的区域(下游侧流道dl的基端dls部分)的边界作为一端。此外，阻力件r的外径是狭缝覆盖板32的外径。例如，在阻力件r的外径为21mm的情况下，所述距离范围β为12mm左右。

即使如此构成，也能够利用第二压力传感器p2检测出刚刚从阻力件r导出的流体所流通的部位的压力，换句话说，检测出比较接近层流状态的流体所流通的部位的压力。

此外，在上述实施方式中，由上游侧流道ul的一部分(第二上游侧流道ul2)和阀座构件70的内部流道的一部分(第二内部流道70d)构成中间流道ml，但是也可以仅由阀座构件70的内部流道的一部分(第二内部流道70d)构成中间流道ml。此时，只要阀座构件70构成收容部rs的一部分即可。按照这种结构，能够进一步减小中间流道ml的内容积并进一步缩短中间流道ml的长度。

此外，在上述实施方式中，流体控制阀连接于上游侧流道ul和下游侧流道dl双方，但是流体控制阀也可以仅连接于上游侧流道ul和下游侧流道dl中的任意一方。此外，在上述实施方式中，由下游侧流体控制阀v2控制流体的流量并由上游侧流体控制阀v1控制流体的压力，但是不限于此。例如，也可以由上游侧流体控制阀v1控制流体的流量。

此外，本发明不限于上述各实施方式，可以在不脱离发明构思的范围内实施各种变形。