流体阻抗组件及流体控制装置的制作方法

1.本发明是有关于一种流体阻抗组件及包括该流体阻抗组件的流体控制装置。


背景技术：

2.所谓流体阻抗组件，具有成为流体流动时的阻抗的流路(以下，亦称为阻抗流路)，例如可基于流体在该流体阻抗组件中流动时的上游侧及下游侧的压力，来测定流体流量。
3.然而，例如在半导体制造中使用的材料气体的流量控制装置中，作为其中使用的流体阻抗组件，在流量控制的精度上需要极其微细的组件，有时要求例如几十μm左右的厚度的阻抗流路。
4.因此，例如在专利文献1中，利用一对被覆板夹持放射状地形成有多个狭缝的具有厚度几十μm的金属制的狭缝板，由此狭缝部分以成为阻抗流路的方式构成。
5.若为此种流体阻抗组件，则虽然可使阻抗流路变得微细，但是在利用被覆板夹持狭缝板时，厚度几十μm的狭缝板会产生稍微挠曲。其结果，由于利用被覆板夹持狭缝板进行固定时的力加减的稍微误差，而导致阻抗特性发生变化，从而存在难以稳定地制作具有均匀的阻抗特性的流体阻抗组件的问题。
6.与此相对，如专利文献2所示，若为陶瓷制的流体阻抗组件，则能以高尺寸精度进行加工，因此能够稳定地制作具有均匀的阻抗特性的流体阻抗组件。
7.但是，例如在控制低流量的流体的情况下等，若欲将具有同等直径尺寸的陶瓷制的流体阻抗组件无间隙地嵌入至直径几mm左右的非常细的流路，则流体阻抗组件会折断或受伤，从而难以组装至流体控制装置。
8.现有技术文献
9.专利文献
10.专利文献1：日本专利特开2011-257004号公报
11.专利文献2：日本专利实开昭59-77027号公报


技术实现要素：

12.因此，本发明是为了一举解决上述问题，其主要课题在于，使得享有使用陶瓷形成阻抗流路带来的优点的同时，能够将该流体阻抗组件合理地组装至流体所流动的流路。
13.即，本发明的流体阻抗组件的特征在于包括：陶瓷制的流路形成构件，具有一个或多个阻抗流路；以及金属制的被覆构件，覆盖所述流路形成构件的外周面。
14.若为如此构成的流体阻抗组件，则由于流路形成构件是陶瓷制，因此能以高尺寸精度进行加工，从而能够稳定地制作具有均匀的阻抗特性的流体阻抗组件。具体而言，例如通过将在内部形成有阻抗流路的长条的陶瓷切断成相同长度而得到的一个一个作为流路形成构件，可制作几个具有均匀的阻抗特性的流体阻抗组件。而且，由于流路形成构件是陶瓷制，因此可以在不压溃阻抗流路的情况下组装至流体所流动的流路，进而与金属制的相比，还具有低热膨胀率、高耐腐蚀性及低价格等优点。另外而且，由于可通过改变阻抗流路
的条数来改变阻抗特性，因此还可用于例如超低流量测定。而且，由于可将阻抗流路加工成圆管状，因此流体的流动成为理想的流动，从而可简化各种模拟。
15.如此，在享有使用陶瓷形成阻抗流路带来的各种优点的同时，金属制的被覆构件覆盖流路形成构件的外周面，因此在将流体阻抗组件嵌入至流体所流动的流路内时，金属制的被覆构件在形成流路的壁面与流路形成构件之间成为缓冲，从而可在不损伤流体阻抗组件的情况下合理地配置于流路内。
16.优选所述流路形成构件为圆柱状，所述被覆构件为圆筒状，所述流路形成构件以嵌合公差嵌入所述被覆构件。
17.根据此种结构，能够以嵌合公差对流路形成构件及被覆构件进行施工，从而容易组装成流体阻抗组件。
18.为了更确实地防止流路形成构件的损伤，优选所述流路形成构件的外周面的整个面由所述被覆构件覆盖。
19.为了能够进行低流量的测定，优选作为所述阻抗流路的长度尺寸相对于直径尺寸的比率的纵横比为200以上。
20.另外，本发明的流体控制装置的特征在于包括：上文所述的流体阻抗组件，设置于流体所流动的内部流路；上游侧压力传感器及下游侧压力传感器，设置于所述内部流路中的所述流体阻抗组件的上游侧及下游侧；以及流量调节阀，设置于所述内部流路。
21.进而，本发明的另一流体控制装置的特征在于包括：上文所述的流体阻抗组件，设置于流体所流动的内部流路；传感器流路，连接所述内部流路中的上游侧与下游侧；上游侧电阻组件及下游侧电阻组件，设置于所述传感器流路；以及流量调节阀，设置于所述内部流路。
22.若为如此构成的差压式的流体控制装置或热式的流体控制装置，则包括上文所述的流体阻抗组件，因此能够取得与本发明的流体阻抗组件同样的作用效果。
23.作为更具体的结构，可列举以下结构，其包括：流量计算回路，计算在所述内部流路中流动的流体的流量；以及控制回路，以由所述流量计算回路计算出的测定流量成为预定的目标流量的方式控制所述流量调节阀。
24.作为流体阻抗组件的配置，可列举串联或并联地设置有阻抗值互不相同的多个所述流体阻抗组件的形态。
25.作为更具体的结构，可列举以下结构：在所述内部流路设置有第一压力传感器、第二压力传感器及第三压力传感器，第一所述流体阻抗组件设置于所述第一压力传感器与所述第二压力传感器之间，第一所述流体阻抗组件设置于所述第二压力传感器与所述第三压力传感器之间，还包括诊断回路，所述诊断回路将第一流量与第二流量进行比较来诊断是否产生不良状况，所述第一流量是基于所述第一流体阻抗组件的阻抗值、所述第一压力传感器的检测值及所述第二压力传感器的检测值而计算出的流量，所述第二流量是基于所述第二流体阻抗组件的阻抗值、所述第二压力传感器的检测值及所述第三压力传感器的检测值而计算出的流量。
26.若为此种结构，则可通过诊断回路来诊断流体控制装置是否产生不良状况。
27.可是，在流量少的情况下，由于下降时流体相对于流体阻抗组件的排出性差，从而导致响应性的降低。
28.因此，为了解决所述课题，优选第一所述流体阻抗组件设置于所述上游侧压力传感器与所述下游侧压力传感器之间，第二所述流体阻抗组件与所述第一流体阻抗组件并联地设置。
29.若为此种结构，则可经由第二流体阻抗组件强制地对流体进行流体的排气，因此可确保流量，从而在下降时例如花费30秒左右的可以3秒左右完成。
30.另外，作为流体阻抗组件的另一配置形态，可列举串联地设置有具有相互相等的阻抗值的多个所述流体阻抗组件的形态。
31.作为更具体的结构，可列举所述多个流体阻抗组件设置于所述上游侧压力传感器与所述下游侧压力传感器之间的结构。
32.若为此种结构，则可使上游侧压力传感器与下游侧压力传感器之间为高阻抗，从而能够进行低流量的测定。
33.根据如此构成的本发明，可以享有流路形成构件是陶瓷制带来的各种优点的同时，能够合理地组装至流路。
附图说明
34.图1是本发明一实施方式中的流体控制装置的流体回路图。
35.图2是表示所述实施方式的流体控制装置的内部结构的截面图。
36.图3是表示所述实施方式的流体阻抗组件的结构的示意图。
37.图4是其他实施方式中的流体控制装置的流体回路图。
38.图5是表示其他实施方式中的流体阻抗组件的配置的示意图。
39.图6是其他实施方式中的流体控制装置的流体回路图。
40.附图标记说明
41.100
···
流体控制装置
42.l
···
内部流路
43.pa
···
上游侧压力传感器
44.pb
···
下游侧压力传感器
45.r
···
流体阻抗组件
46.10a
···
内部流路
47.10
···
流路形成构件
48.20
···
被覆构件
具体实施方式
49.以下，参照附图对本发明的流体阻抗组件的一实施方式进行说明。
50.本实施方式的流体阻抗组件例如是对用于半导体制造的材料气体等的质量流量进行控制的流体控制装置的构成部件之一。
51.具体而言，如图1的流体回路图、图2的内部结构所示，该流体控制装置100包括：内部流路l，作为控制对象的流体在该内部流路l流动；流量调节阀v，设置于内部流路l；流量测定机构x，设置于比该流量调节阀v更靠下游侧，测定在该内部流路l中流动的流体的流量；以及控制回路c1(图2中未示出)，以由该流量测定机构x测定的测定流量成为预定的目
标流量的方式控制流量调节阀v。
52.流量测定机构x是差压式，且包括：上游侧压力传感器pa，设置于内部流路l的上游侧；下游侧压力传感器pb，设置于比上游侧压力传感器pa更靠下游侧；流体阻抗组件r，设置于内部流路l中的上游侧压力传感器pa与下游侧压力传感器pb之间，并产生压力差；以及流量计算回路c2(图2中未示出)，基于由上游侧压力传感器pa及下游侧压力传感器pb测定的压力测量值及流体阻抗组件r的阻抗值，来计算在内部流路l中流动的流体的流量。
53.在本实施方式中，流体阻抗组件r为特征性的，因此以下详细叙述。
54.如图3所示，流体阻抗组件r成为流体流动时的阻抗，具体而言包括具有成为阻抗的流路10a(以下，亦称为阻抗流路10a)的陶瓷制的流路形成构件10。
55.该流路形成构件10由例如石英、氧化铝、氧化锆或氮化硅等的陶瓷形成，具体而言呈圆柱状，且沿着轴向形成有一条至几百条左右的阻抗流路10a。此处的流路形成构件10为几mm左右(例如1.5mm)的直径尺寸(外径)，且为几mm～几十mm左右(例如7mm)的长度尺寸(沿着轴向的尺寸)，但这些尺寸可适当变更。
56.阻抗流路10a是沿轴向贯通流路形成构件10而成，且为横截面圆形形状的直线状，例如可列举形成于流路形成构件10的管轴上的阻抗流路、或绕管轴规则地配置的多个阻抗流路等。此处的阻抗流路10a为小于1mm且几十μm左右(例如30μm)的直径尺寸(内径)，长度尺寸(沿着轴向的尺寸)为与流路形成构件10相同的几mm～几十mm左右(例如7mm)，但这些尺寸可适当变更。
57.在本实施方式中，阻抗流路10a的长度尺寸相对于直径尺寸的比率即纵横比为200以上，更优选为300以上。另外，本流体阻抗组件r的阻抗值是基于该纵横比或阻抗流路10a的条数来决定。
58.而且，如图3所示，本实施方式的流体阻抗组件r还包括覆盖流路形成构件10的外周面的金属制的被覆构件20。
59.若更详细地进行说明，则被覆构件20例如由不锈钢或镍系合金等硬度至少比陶瓷低的金属构成，此处，被覆构件20的长度尺寸(沿着轴向的尺寸)与流路形成构件10的长度尺寸(沿着轴向的尺寸)大致相同，由此流路形成构件10的外周面的整个面由被覆构件20覆盖。
60.本实施方式的被覆构件20通过利用例如钻头等对金属制的柱状构件进行穿孔的机械加工或者拉拔加工而形成为圆筒状，且相对于上文所述的流路形成构件10的外径具有规定的嵌合公差范围的内径。由此，被覆构件20通过过盈嵌合、间隙嵌合或者中间嵌合等而外嵌于流路形成构件10。
61.该被覆构件20在流体阻抗组件r配置在上文所述的内部流路l的状态下，介于形成该内部流路l的壁面与流路形成构件10的外周面之间(参照图2)，作为将流体阻抗组件r插入至内部流路l时的缓冲件发挥功能。
62.若更具体地进行说明，则本实施方式的内部流路l是通过钻头等对用来安装上文所述的流量调节阀v、上游侧压力传感器pa及下游侧压力传感器pb的块体b进行穿孔而成，流体阻抗组件r在内部流路l中配置于连通上游侧压力传感器pa与下游侧压力传感器pb的部分。而且，在将流体阻抗组件r插入至内部流路l的该部分时，通过被覆构件20的变形，施加至流路形成构件10的冲击(应力)得到缓冲。
63.根据如此构成的本实施方式的流体阻抗组件r，由于流路形成构件10是陶瓷制，因此能以高尺寸精度进行加工，从而能够稳定地制作具有均匀的阻抗特性的流体阻抗组件r。具体而言，例如通过将在内部形成有阻抗流路10a的长条的(例如1m)陶瓷切断成相同长度(例如几mm左右)而得到的一个一个作为流路形成构件10，可制作几个具有均匀的阻抗特性的流体阻抗组件r。另一方面，若改变切断长度，则可简单地制作具有各种阻抗特性的流体阻抗组件，因此有助于例如各种模型设计。而且，由于流路形成构件10是陶瓷制，因此可以在不压溃阻抗流路10a的情况下插入至内部流路l，进而与金属制的相比，还具有低热膨胀率、高耐腐蚀性及低价格等优点。另外而且，由于可通过改变阻抗流路10a的条数来改变阻抗特性，因此例如还可以用于超低流量测定。此外，由于可将阻抗流路10a加工成圆管状，因此流体的流动成为理想的流动，从而可简化各种模拟。
64.如此，在享有使用陶瓷形成阻抗流路10a带来的各种优点的同时，金属制的被覆构件20覆盖流路形成构件10的外周面，因此在将流体阻抗组件r嵌入至内部流路l时，金属制的被覆构件20在形成内部流路l的壁面与流路形成构件10之间成为缓冲，从而可以在不损伤流体阻抗组件r的情况下合理地配置于内部流路l。
65.进而，在将流体阻抗组件r配置于内部流路l时，由于被覆构件20在内部流路l的壁面与流路形成构件10的外周面之间稍微被压溃(变形)，因此可将流体阻抗组件r固定于内部流路l内。
66.而且，在流体阻抗组件r的制造中或搬运中等的处理时，流路形成构件10由被覆构件20覆盖，因此可降低流路形成构件10的污染或损伤等风险。
67.另外，由于流路形成构件10的外周面的整个面由被覆构件20覆盖，因此可更确实地防止将流体阻抗组件r插入至内部流路l时可能产生的流路形成构件10的损伤。
68.进而，由于被覆构件20的内径相对于流路形成构件10的外径为规定的嵌合公差的范围，因此能够以嵌合公差对流路形成构件10及被覆构件20进行施工，从而容易组装成流体阻抗组件r。
69.而且，由于阻抗流路10a的长度尺寸相对于直径尺寸的比率即纵横比为200以上，因此能够进行超低流量的测定。
70.此外，若流体阻抗组件如先前(背景技术中所述)般，利用被覆板夹持狭缝板而形成，则还存在需要在内部流路l的中途另外形成与该流体阻抗组件的形状相符的配置空间的问题，但若为本实施方式的流体阻抗组件r，则可合理地设置于内部流路l，因此不需要另外形成此种专用的空间。
71.另外，本发明并不限于所述实施方式。
72.例如，流体控制装置100在所述实施方式中包括单个流体阻抗组件r，但也可以如图4所示，包括多个流体阻抗组件r。
73.作为其一例，可列举如图4的(a)所示串联地设置有多个流体阻抗组件r的形态。
74.具体而言，三个或者三个以上的压力传感器(以下，设为第一压力传感器p1至第三压力传感器p3)设置于内部流路l，在第一压力传感器p1与第二压力传感器p2之间设置第一流体阻抗组件r(a)，在第二压力传感器p2与第三压力传感器p3之间设置第二流体阻抗组件r(b)。
75.在所述结构中，作为流体控制装置100，优选包括诊断回路(未图示)，所述诊断回
路通过将第一流量与第二流量进行比较来诊断流体控制装置100是否产生不良状况等，所述第一流量是基于第一流体阻抗组件r(a)的阻抗值、第一压力传感器p1的检测值及第二压力传感器p2的检测值计算出的流量，所述第二流量是基于第二流体阻抗组件r(b)的阻抗值、第二压力传感器p2的检测值及第三压力传感器p3的检测值计算出的流量。另外，作为诊断回路的具体形态，可列举在第一流量及第二流量的差值超过规定的阈值的情况下，诊断为产生不良状况的形态等。
76.另外，通过如图4的(b)所示在上游侧压力传感器pa与下游侧压力传感器pb之间串联地设置多个流体阻抗组件r，可使上游侧压力传感器pa与下游侧压力传感器pb之间为高阻抗，从而能够进行低流量的测定。
77.作为又一例，可列举如图4的(c)所示相互并联地设置有多个流体阻抗组件r的形态。
78.具体而言，在上游侧压力传感器pa与下游侧压力传感器pb之间设置有第一流体阻抗组件r(a)，在自该第一流体阻抗组件r(a)的上游或下游分支的排出流路z设置有第二流体阻抗组件r(b)。
79.若为此种结构，则通过自排出流路排出规定量的流体，可确保流入至流体控制装置100的流量，因此可实现控制流量少时的响应速度的改善。详细而言，在流量少的情况下，由于下降时流体相对于流体阻抗组件r的排出性差而导致响应性的降低，但是通过如图4的(c)所示并联地设置第一流体阻抗组件r(a)及第二流体阻抗组件r(b)，可经由第二流体阻抗组件r(b)强制地对流体进行流体的排气。由此，可确保流量，因此下降时例如花费30秒左右的可在3秒左右完成。
80.另外，在如上文所述般流体控制装置100包括多个流体阻抗组件r的情况下，这些流体阻抗组件r可具有互不相同的阻抗，也可以具有相互相等的阻抗。
81.另外，流体阻抗组件r在所述实施方式中设置于连通上游侧压力传感器pa与下游侧压力传感器pb的内部流路l，但也可以如图5所示，内置于上游侧压力传感器pa或下游侧压力传感器pb。具体而言，流体阻抗组件r也可以设置于用于将流体引导至作为压力传感器的构成部件的隔膜d的流路l1。
82.进而，在所述实施方式中，使流路形成构件10嵌合于筒状的被覆构件20，但例如也可以将金属制的被覆构件20卷设于流路形成构件10的外周面，也可以通过蒸镀等表面处理将金属制的被覆构件20设置于流路形成构件10的外周面。
83.而且，流路形成构件10在所述实施方式中为圆柱状，但若流路的横截面为三角形、四边形或多边形，则与这些形状对应，流路形成构件10也可以是横截面为三角形、四边形或多边形的柱状。在该情况下，与流路的横截面形状对应，被覆构件20也可以是横截面为三角形、四边形或多边形的筒状。
84.作为流体控制装置100，也可以为不存在流量调节阀v的流量计(流量测定器)等其他设备单元。
85.在所述实施方式中，设为流体阻抗组件r构成压力式的流体控制装置100，但也可以如图6所示，构成在内部流路l设置有热式流量传感器的热式的流体控制装置100。具体而言，此时的流量测定机构x包括：流体阻抗组件r，设置于内部流路l；传感器流路lb，连接内部流路l中的上游侧及下游侧；上游侧电阻组件t1及下游侧电阻组件t2，设置于传感器流路
lb；以及流量计算回路c2，基于自这些电阻组件t1、电阻组件t2输出的值来计算流体的流量。
86.此外，本发明不限于所述实施方式，当然在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变形。
87.工业实用性
88.按照本发明，使得享有使用陶瓷形成阻抗流路带来的优点的同时，能够将该流体阻抗组件合理地组装至流体所流动的流路。