質量流量控制裝置的製作方法
2023-11-12 02:57:07 2
本發明是涉及質量流量控制裝置的發明，涉及基於流體的壓力或者差壓的測量值對質量流量進行控制的質量流量控制裝置，但不限於此。
背景技術：
質量流量控制裝置(質量流量控制器)是至少包括測量流體的流量的流量計、控制流體的流量的流量控制閥、對流量計和流量控制閥進行控制的控制電路及其他零部件的控制設備。質量流量控制裝置出於例如在半導體的製造工藝中對向腔室內供給的氣體的質量流量進行控制等目的而被廣泛使用。
質量流量控制裝置中所使用的流量計具有各種各樣的形式。對於出於控制半導體的製造工藝中的氣體的質量流量的目的而使用的質量流量控制裝置，主要使用熱式流量計或者壓力式流量計。利用流量計進行測量的氣體的流量容易受到所測量的氣體的壓力的影響。例如，在流量計的上遊側的氣體的壓力發生了急劇變化的情況下等，難以準確地測量流量。因此，出於準確地測量流量而對其進行控制的目的，提出了一種具有用於使流量計的上遊側的氣體的壓力保持恆定的機構的質量流量控制裝置。
例如，在專利文獻1中公開了一種流體的流量控制裝置的發明，其特徵在於，檢測流體流入的入口側的壓力的變動，基於檢測結果進行控制，使流量用傳感器(傳感器單元)的上遊側的流體的壓力恆定。在專利文獻1中，作為發明的實施方式，記載了在流量用傳感器的上遊側設有壓力控制機構(壓力控制單元)的流量控制裝置的構成例。該壓力控制機構利用壓電元件監視並檢測壓力的變動，使管的路徑變動，進行壓力的調整。
另外，例如，在專利文獻2中公開了一種質量流量控制器的發明，其是具有流量控制閥和流量傳感器的質量流量控制器，其特徵在於，具有配置在流量控制閥的上遊側的壓力控制閥、配置在壓力控制閥與流量控制閥之間的壓力傳感器、以及通過反饋壓力傳感器的輸出來控制壓力控制閥的控制部。在專利文獻2的圖1中，作為發明的實施方式，示出了一種使用熱式流量計的質量流量控制器的實施例。
在專利文獻2的圖4中示出了一種使用以往的質量流量控制器的半導體製造線的例子。在該圖所示出的半導體製造線中，多種氣體被供給至多個管線。在各氣體供給管線中，隨著自上遊側朝向下遊側去，儲氣罐、機械式調壓器、測量儀表、過濾器及質量流量控制器按該順序由配管連接起來。機械式調壓器是為了供給穩定的流量的氣體而設置的。
此外，例如，在專利文獻3中公開了一種質量流量控制器的發明，其包括流量控制閥、流量檢測單元、配置在流量控制閥的上遊側的壓力控制閥以及配置在壓力控制閥與流量控制閥之間的壓力檢測單元，流量檢測單元構成為檢測在流路內流動的流體的差壓。在專利文獻3的圖1中，作為發明的實施方式，示出了一種將專利文獻2中公開的質量流量控制器的熱式質量流量計替換成壓力式質量流量計而得到的結構。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開平10－207554號公報
專利文獻2：日本特開2003－280745號公報
專利文獻3：日本特開2004－157719號公報
技術實現要素：
所述專利文獻1～3中公開的發明均能夠通過在流量計的上遊側設置壓力檢測單元(壓力傳感器)及壓力控制單元(壓力控制閥等)來將流量計的上遊側的氣體的壓力保持為恆定，在這一方面，有助於提高流量的測量精度。
但是，以往技術的壓力控制單元均是以由壓力檢測單元檢測到的壓力為控制量(controlled variable)的所謂的主動控制(active control)。因而，以壓力為控制量的主動控制和以由流量計檢測到的流量為控制量的主動控制這兩個主動控制在一臺質量流量控制裝置中同時進行，因此無法避免多個主動控制相互影響(或者幹擾)。因此，存在這樣的問題：在由於某種原因而流量計的上遊側的氣體的壓力發生了變動的情況下，直至恢復為原來的壓力為止需花費時間。
對作為所述問題的例子的、流量計使用壓力式流量計的情況更具體地進行說明。利用壓力式流量計進行的流量的測量例如是利用流量同壓力式流量計的上遊側的壓力(以下稱作「P1」)與下遊側的壓力(以下稱作「P2」)之間的差壓ΔP成比例的關係等來進行的。在主動控制流量控制閥的開度以使與流量成比例的差壓ΔP接近目標值的情況下，若壓力控制單元的將P1控制為恆定值的功能不夠完善或者控制發生延遲，則受P2的變化的影響，P1也會發生變化。
若如此，則即使能夠將差壓ΔP控制為目標值，也會由於控制前後的壓力P1的變化而導致流量偏離目標值。為了補正該偏離，例如，需要針對使用的氣體種類按照P1的不同值預先測量差壓ΔP與流量的關係等對策，獲取數據需花費龐大的時間和工時。
另一方面，為了使要測量流量的氣體的壓力保持恆定，例如，如專利文獻2的圖4所圖示的那樣，可以考慮在儲氣罐與質量流量控制裝置之間設置機械式調壓器等。機械式調壓器用於進行將下遊側的壓力保持為預先設定的值的所謂的被動控制(passive control)。因此，被認為採用所述結構能夠使質量流量控制器的內部的氣體的壓力迅速地恢復為原來的壓力。
但是，在專利文獻2的圖4所示出的以往的半導體製造線中，在機械式調壓器與質量流量控制裝置內的流量計之間存在有測量儀表、過濾器及配管等。這些構件及配管所具有的流體阻力以及在內部流動的氣體的容量大到進行壓力控制時無法忽視的程度。因此，即使利用機械式調壓器調整了氣體的壓力，也無法避免這樣的問題：在流量計的位置處的氣體壓力到達所述調整好的壓力為止需要花費很長時間。
本發明是鑑於以往的質量流量控制裝置所具有的所述各問題而做成的，其目的在於提供一種這樣的質量流量控制裝置：即使在流量計的上遊側的壓力P1發生了變動的情況下，也能夠使該壓力P1瞬間地恢復為原來的壓力，由此，能夠提高流量計所測量的流量的測量精度。
本發明的質量流量控制裝置包括：流量計；機械式調壓閥，其與流量計相鄰地配置在流量計的上遊側；流量控制閥，其配置在流量計的下遊側。
採用該特徵，以由流量計測量出的流量為控制量來變更流量控制閥的開度，從而主動地控制流體的流量。另一方面，流量計的內部的流體的壓力由配置在其上遊側的機械式調壓閥被動地控制。因而，不存在像以往技術那樣兩個主動控制相互幹擾的情況。
並且，機械式調壓閥與流量計相鄰地配置在流量計的上遊側，因此機械式調壓閥的壓力調整的結果瞬間地反映到流量計的內部的壓力。因而，在流量計的內部的壓力發生了變動的情況下，該壓力返回至原來的壓力所需的時間比以往技術短。
在本發明的優選實施方式中，機械式調壓閥埋設於質量流量控制裝置的基部(基底)中。採用該特徵，能夠在同樣埋設於基部的流量計的附近配置機械式調壓閥，因此優選。並且，與將機械式調壓閥配置在基部的上表面的情況相比，通過將機械式調壓閥埋設於基部，使基部的上表面的空間產生寬裕，因此能夠在那裡設置其他構件，或者謀求質量流量控制裝置整體的小型化。
本發明的質量流量控制裝置不存在多個主動控制相互幹擾的情況，並且，機械式調壓閥的壓力調整的結果瞬間地反映到流量計的內部的壓力，因此能夠迅速且穩定地控制流量計的內部的壓力。由此，能夠將流量計要測量的流體的壓力始終保持恆定，因此流量計的測量精度得到提高，進而能夠提高質量流量控制裝置的流量控制的精度。
另外，例如，在像以下列舉出的情況下，在流體被封入質量流量控制裝置的內部的狀態下，質量流量控制裝置的運轉停止。
(1)因操作人員的操作，質量流量控制裝置的運轉停止時。
(2)因停電等事故，向質量流量控制裝置供給的電力被切斷時。
(3)在質量流量控制裝置的運轉中，因電源電路的故障等，向流量控制閥施加的電壓變成0(零)時(常用的常閉型的流量控制閥的情況下)。
(4)在質量流量控制裝置的運轉中，因壓電元件的破損等，流量控制閥的開動作變得無法進行時(常用的常閉型的流量控制閥的情況下)。
其中，在(1)及(2)的情況下，分別能夠通過對操作人員的操作及對事故的修復而使質量流量控制裝置再次開始運轉。但是，在(3)及(4)的情況下，只要不對電源電路及壓電元件的故障進行修理或者更換質量流量控制裝置，則不可能使質量流量控制裝置再次開始運轉。即，在這些情況下，例如需要從氣體的供給管線等卸下質量流量控制裝置。
另一方面，對於例如半導體製造裝置的氣體供給管線等，存在將例如腐蝕性氣體等有害氣體用作工藝氣體的情況。在內部封入有這樣的有害氣體的狀態下卸下質量流量控制裝置來拆開修理的情況下，隨著質量流量控制裝置的拆開，有害氣體有可能洩漏到外部。因此，在沒有應對有害氣體的準備的地點不能將質量流量控制裝置拆開來進行修理。
因此，針對這樣的情況，公知有在比質量流量控制裝置靠上遊側或者下遊側的氣體流路設置用於使封入質量流量控制裝置的內部的氣體安全排出的分支配管的方案。通常，能夠藉助這樣的分支配管，例如使用真空泵等，在卸下質量流量控制裝置之前，使氣體從質量流量控制裝置的內部排出。
不過，本發明的質量流量控制裝置如所述那樣設有機械式調壓閥。詳細而言，如後述那樣，機械式調壓閥構成為：在調壓室的壓力低於規定的設定壓力時，在閥芯與閥座之間產生間隙而開閥；在調壓室的壓力高於設定壓力時，閥芯與閥座之間的間隙消失而閉閥。因而，如所述那樣因質量流量控制裝置產生某種異常等原因而質量流量控制裝置的運轉停止時，若調壓室的壓力高於設定壓力，則機械式調壓閥閉合。
在所述情況下，形成了流體的流路的被機械式調壓閥和流量控制閥劃分出的一部分(以下，有時稱作「封閉空間」)，流體被封入該封閉空間。封閉空間的體積通常為0.5cm3以上、1.0cm3以下。
在仍為所述那樣的狀態下，即使如所述那樣藉助分支配管使用真空泵等對上遊側或者下遊側的分支配管進行減壓，也無法使封入質量流量控制裝置的內部的流體排出。
因此，本發明的另一優選實施方式的質量流量控制裝置還包括用於強制地使所述機械式調壓閥開閥的強制開閥機構。這樣，在利用強制開閥機構強制地使機械式調壓閥開閥的狀態下，例如能夠通過如所述那樣藉助分支配管使用真空泵等對上遊側或者下遊側的分支配管進行減壓，從而在卸下質量流量控制裝置之前使流體從質量流量控制裝置的內部排出。
另外，作為機械式調壓閥的具體例，能夠列舉出這樣的機械式調壓閥：包括：調壓室，其構成所述質量流量控制裝置的流體的流路的一部分；隔膜，其將所述調壓室的內部區域和所述流路的外部區域隔開，機械式調壓閥構成為，當所述調壓室內的所述流體的壓力低於規定的設定壓力時所述隔膜的至少一部分向所述調壓室側移位而開閥。
在質量流量控制裝置包括具有所述那樣的結構的機械式調壓閥的情況下，所述強制開閥機構包括通過來自外部的操作使所述隔膜的至少一部分向所述調壓室側移位的構件。這樣，能夠利用該構件機械地使隔膜的至少一部分向調壓室側移位，強制地使機械式調壓閥開閥，使流體從質量流量控制裝置的內部排出。
另外，優選強制開閥機構配置在流體的流路的外部區域。由此，能夠省略用於確保流體的流路的密閉性的密封構造等，使強制開閥機構成為更簡潔的結構。
此外，優選由所述強制開閥機構強制地使機械式調壓閥開閥時的開度大於所述質量流量控制裝置(通常的)運轉時的該機械式調壓閥的最大開度。這樣，能夠提高強制地使機械式調壓閥開閥來使流體從質量流量控制裝置的內部排出時的排出效率，縮短排出所需時間，或者提高利用真空泵的排氣所達到的真空度。
附圖說明
圖1是表示本發明的質量流量控制裝置的構成例的示意圖。
圖2是表示本發明的機械式調壓閥的一實施例的剖視圖。
圖3是表示本發明的機械式調壓閥的另一實施例的剖視圖。
圖4是表示本發明的質量流量控制裝置的安裝例的側視圖。
圖5是表示本發明的另一實施例的質量流量控制裝置所具有的機械式調壓閥及強制開閥機構的剖視圖。
圖6是表示圖5所示的機械式調壓閥被強制開閥機構開閥的狀況的剖視圖。
圖7是表示本發明的另一實施例的質量流量控制裝置的安裝例的側視圖。
圖8的(A)是圖7所示的質量流量控制裝置的俯視圖，圖8的(B)是其仰視圖。
具體實施方式
使用附圖詳細說明本發明的實施方式。另外，這裡所說明的實施方式不過是本發明的實施方式的示例，本發明的實施方式不限於這裡例示的實施方式。
圖1是表示本發明的質量流量裝置的構成例的示意圖。流體(液體或者氣體)從圖的左側流入質量流量控制裝置1，從右側流出。本發明的質量流量控制裝置1包括流量計2、機械式調壓閥3、以及流量控制閥4。機械式調壓閥3與流量計2相鄰地配置在流量計2的上遊側。流量控制閥4配置在流量計2的下遊側。流量控制閥4包括閥4b以及用於開閉閥4b的壓電元件4a。
流量計2能夠使用具有測量流體的流量的功能的公知的流量計。如所述那樣，在半導體的製造工藝中，為了控制氣體的質量流量而使用的質量流量控制裝置主要使用熱式流量計或者壓力式流量計。熱式流量計是這樣測量流量的：在從流路分支出的傳感器管的上遊側及下遊側分別設置傳感器導線，間接地加熱流體，利用伴隨著因流體的流動引起的熱量的移動而產生的傳感器導線間的溫差來測量流量。
壓力式流量計是，在流路的中間設計噴嘴、孔、以及層流元件等流體阻力件，例如，利用流量同流體阻力件的上遊側的壓力P1與下遊側的壓力P2之間的差壓ΔP成比例的關係等來測量流量。對於壓力式流量計，可以針對P1和P2分別使用獨立的壓力測量手段來進行壓力的測量，也可以使用能夠測量P1和P2之間的差壓的差壓測量手段來進行壓力的測量。壓力或者差壓的測量能夠使用公知的壓力傳感器或者差壓傳感器。
圖1中例示的流量計2構成為：設有層流元件2a來作為流體阻力件，分別利用獨立的壓力傳感器2b及壓力傳感器2c測量層流元件2a的上遊側的壓力P1及下遊側的壓力P2。利用壓力式流量計測量出的流量是體積流量，因此，例如能夠使用P1和P2的平均值等，將其換算為質量流量。在替代壓力傳感器2b及壓力傳感器2c而使用一個差壓傳感器來測量ΔP的情況下，除了差壓傳感器之外還設置壓力傳感器來測量壓力式流量計的位置處的流體壓力，能夠使用該壓力來將體積流量換算為質量流量。
在本發明的質量流量控制裝置中，流量計能夠使用公知的各種形式的流量計。但是，其中，對於壓力式流量計而言，上遊側的壓力的變動直接影響流量的測量精度。因而，流量計使用壓力式流量計的情況能夠最大限度地發揮本發明的壓力調整的效果。但是，對於壓力式流量計以外的流量計(例如熱式流量計等)，雖然不如壓力式流量計的情況明顯，上遊側的壓力的變動也會對測量精度造成影響，因此，本發明的效果不限於使用壓力式流量計的情況。
作為流量計的上遊側的壓力發生變動的主要原因，例如，可以想到向質量流量控制裝置供給氣體的氣體供給管線的氣體的壓力(以下，稱作「P0」)因某些原因而發生變動的情況等。在圖1所示的質量流量控制裝置1中，出於監視P0的變動的目的，在機械式調壓閥的上遊側配置有壓力傳感器5。另外，用於測量向質量流量控制裝置供給的氣體的溫度T的溫度傳感器6也配置在同一位置。
機械式調壓閥3是能夠不使用電氣手段僅憑藉機械動作來進行壓力調整的調壓閥(壓力調節器)。機械式調壓閥3具有這樣的作用：即使機械式調壓閥3的上遊側的壓力(P0)和機械式調壓閥3的下遊側的壓力(P1)在假定的範圍內變動，也能夠始終將下遊側的壓力(P1)維持為預先設定好的恆定值。因此，即使在氣體供給管線的氣體壓力P0發生了變動或者隨著由於質量流量控制裝置的作用帶來的流量控制而流量計的下遊側的壓力P2發生了變動的情況下，也能夠防止因P0或者P2的變動的影響而P1發生的變動於未然。
實施例1
使用圖2進一步詳細說明機械式調壓閥3的調壓作用。圖2是表示本發明的機械式調壓閥的一實施例的剖視圖。從氣體供給管線向質量流量控制裝置1供給來的氣體從流體入口3a流入機械式調壓閥3的內部。氣體通過閥芯3c和閥座3d之間的間隙進入調壓室3f，之後，從流體出口3k流向流量計2。
閥芯3c被閥彈簧3b的彈力向閥座3d的方向下壓。閥芯3c與閥座3d之間的間隙的大小通過從下方上推閥芯3的閥杆3e的上下動作來調整。閥杆3e的底部載置於隔膜3g的上表面。在隔膜3g的下表面配置有隔膜按壓件3h，隔膜按壓件3h的底部被調壓彈簧3i支承。調壓彈簧3i的位置能夠利用調整螺釘3j在上下方向上進行調整。
在調壓室3f的壓力P1低於設定壓力PS時，流體下壓隔膜3g的力較弱，因此，在調整彈簧3i的彈力的作用下，隔膜按壓件3h、閥杆3e及閥芯3c克服閥彈簧3b的彈力及壓力P0而被頂向上方。結果，在閥芯3c和閥座3d之間形成間隙，因此流體從流體入口3a流入，經由調壓室3f從流體出口3k流出。
在調壓室3f的壓力P1高於設定壓力PS時，除了閥彈簧3b的彈力及壓力P0之外，還有流體下壓隔膜3g的力發揮作用，因此隔膜按壓件3h、閥杆3e及閥芯3c克服調整彈簧3i的彈力而向下方移位。結果，閥芯3c與閥座3d之間的間隙消失，因此流體的流動被阻斷。
像這樣，機械式調壓閥3以在隔膜3g承受的調壓室3f的壓力P1低於設定壓力PS時流體流動、在高於設定壓力PS時流體不流動的方式發揮作用。結果，P1被調整到與設定壓力PS相等。另外，能夠利用調整螺釘3j的位置來變更設定壓力PS。當使用螺絲刀等擰緊調整螺釘3j時，調壓彈簧3i的彈力升高，因此設定壓力PS向高壓側轉變。相反，當擰松調整螺釘3j時，設定壓力PS向低壓側轉變。
所述機械式調壓閥3對壓力P1的調壓作用是通過與隔膜3g的上下動作聯動的閥杆3e的上下動作直接實現的。因此，在P1發生了變動而成為與設定壓力PS不同的值時，調整作用迅速動作，P1立即被調整到與PS相等。該調整作用是基於調壓室3f的壓力P1與設定壓力PS之差來進行的，因此無論P1的變動的原因是P0的變動還是P2的變動，都迅速地發揮作用。
本發明的質量流量控制裝置的機械式調壓閥的調壓作用也可以說是被動控制。這裡，「被動」是指「處於承受其他對象發出的動作的立場。承受者」(出自日本新明解國語辭典)。在本發明的機械式調壓閥3中，隔膜3g處於承受調壓室3f的壓力P1的變動的立場。於是，將檢測壓力P1的變動的手段(隔膜3g)的位移直接用於調整閥芯3c與閥座3d之間的間隙。因而，機械式調壓閥的調壓作用在整體上可以說是被動控制。
相對於此，以往技術的壓力控制單元也可以說是主動控制。這裡，「主動」是指「積極地帶動其他對象」(出自日本新明解國語辭典)。在以往技術中，以使由壓力檢測單元(壓力傳感器)檢測出的壓力P1等於設定壓力PS的方式使壓力控制單元(壓力控制閥)積極地動作。這裡，壓力檢測單元和壓力控制單元作為實現完全不同的功能的構件彼此獨立地構成。因而，以往技術的壓力控制單元在整體上可以說是主動控制。
對於被動控制和主動控制，它們對於壓力P1的變動的響應速度不同。即，在本發明的機械式調壓閥那樣的被動控制的情況下，壓力檢測單元和壓力控制單元構成為不可分割的一體，因此，壓力P1的變動立即反映到壓力控制單元(機械式調壓閥)的動作中。而與此相對地，在以往技術的壓力控制單元那樣的主動控制的情況下，壓力檢測單元和壓力控制單元彼此獨立地構成，在流體的流路中所處的位置也不同。並且，基於由壓力檢測單元檢測出的壓力來使壓力控制單元動作。結果，到壓力控制單元的壓力控制的結果反映到壓力檢測單元的輸出為止產生時間的延遲。
另外，對於被動控制和主動控制，它們受其他主動控制的影響(幹擾)的程度不同。即，在本發明的機械式調壓閥那樣的被動控制的情況下，即使作為流量控制閥的主動控制的結果、流體的壓力發生了變動，該發生了變動的壓力也會因機械式調壓閥的作用而立即恢復為原來的壓力。
與此相對地，在像以往技術的壓力控制單元那樣的主動控制的情況下，在作為流量控制閥對質量流量的主動控制的結果、流體的壓力發生了變動時，為了消除該壓力變動，作為另一個主動控制的壓力控制單元發揮作用，來欲使壓力恢復為原來的壓力。但是，在主動控制的情況下，與被動控制相比，壓力調整需要更長的時間。因而，為了調整在那個期間內因壓力的變動引起的流量的變動，流量控制閥的主動控制再次起作用。這樣，兩個主動控制相互影響(幹擾)，因此直到壓力和流量最終穩定為止所需的時間變長。
在本發明中，機械式調壓閥3與流量計2相鄰地配置在流量計2的上遊側。這裡，「相鄰」是指，在機械式調整閥3和流量計2之間不存在其他構成零部件，兩者相互之間利用配管構件直接連接。優選將機械式調整閥3和流量計2連接起來的配管構件儘可能地短。
通過將機械式調壓閥3與流量計2相鄰地配置在流量計2的上遊側，兩者之間的流體阻力及流體的體積就會較小，因此，將機械式調壓閥3的調壓室3f的壓力調整為等於設定壓力PS的結果能立即反映到流量計2的內部的壓力。由此，流量計2的內部的壓力始終維持為等於設定壓力PS，因此流量計2的流量測量的精度提高。另外，不再需要假定流量計的上遊側的壓力P1的變動並準備龐大的流量用的數據。
在機械式調壓閥3中，隔膜3g的下表面與供質量流量控制裝置1設置的環境的外部空氣相連通。因此，在使用調整螺釘3j調整了設定壓力PS時的大氣壓與實際使用質量流量控制裝置1時的大氣壓不同的情況下，由機械式調壓閥3調整的調壓室3f的壓力P1與設定壓力PS存在偏差。為了防止該情況，例如，在預先知道使用質量流量控制裝置1的地點的海拔時，可以採取考慮與製造地之間的海拔差並進行設定壓力PS的調整等對策。
將機械式調壓閥的壓力調整功能通過實施例來表示出來，例如，在圖2所示的構造的機械式調壓閥的情況下，將設定壓力PS設定為0.05MPa(50kPa)，使氣體供給管線的壓力P0在0.10MPa～0.30MPa之間變動時，機械式調壓閥的下遊側的壓力P1的變動在50±5kPa的範圍內。若壓力式流量計的上遊側的壓力變動在該範圍內，則流量的測量精度不存在問題。
實施例2
圖3是表示本發明的機械式調壓閥的另一實施例的剖視圖。在這裡示出的另一實施例中，機械式調壓閥的基本構造與圖2中例示的實施例相同。較大的不同點在於，替代圖2的實施例所示的閥芯3c與閥杆3e分開的構造，採用了兩者成為一體的閥芯3c』。該閥芯c』的下部構成為細長的棒狀，該閥芯3c』的頂端與隔膜3g的上表面相接觸。採用該結構，隔膜3g的上下動作直接傳遞到閥芯3c』，因此能夠實現更迅速的壓力調整。
另外，圖3的閥芯3c』與閥座3d』之間的接觸面不是平面而是由圓錐形的一部分構成。並且，通過使調壓室3f的遠離隔膜3g的一側的直徑較小，使調壓室3f的體積與圖2的情況相比減小。採用這些結構，流體從流體入口3a流向調壓室3f時的流體阻力降低，因此機械式調壓閥3的開閉動作順利進行，並且，比閥芯靠下遊側的流體的體積減少，因此機械式調壓閥的調壓結果更快地反映到流量計2的壓力。
對於機械式調壓閥，在閥芯3c與閥座3d之間的間隙夾有異物時閥芯無法完全閉合，有損壓力調整功能，因此成為問題。為了防止該情況，例如，優選在機械式調壓閥的上遊側(根據需要，也在下遊側)設有用於除去異物的過濾器的結構等。過濾器能夠使用網式的過濾器、多孔質的燒結金屬過濾器等公知的過濾器。
實施例3
圖4是表示本發明的質量流量控制裝置的安裝例的側視圖。在該安裝例中，在質量流量控制裝置1的基部7中設有流路8，在基部7的上表面載置了流量計2的壓力傳感器2b及壓力傳感器2c、流量控制閥4以及壓力傳感器5兼溫度傳感器6。並且，在基部7中分別埋設有作為流量計2的構成物的層流元件2a、機械式調壓閥3。載置於基部7的上表面的零部件用殼體9覆蓋起來。
像該安裝例這樣，機械式調壓閥3整體埋設於基部7中，從而不需要用於供機械式調壓閥3載置於基部7的上表面的空間，因此能夠使質量流量控制裝置1整體尺寸更緊湊。另外，能夠不變更質量流量控制裝置1整體尺寸地在不需要的空間安裝其他零部件(例如圖4的壓力傳感器5兼溫度傳感器6等)。
實施例4
圖5是表示本發明的另一實施例的質量流量控制裝置所具有的機械式調壓閥及強制開閥機構的剖視圖。這裡所示出的機械式調壓閥的基本構造與圖3中例示的實施例相同。較大的不同點在於，這裡所示出的質量流量控制裝置1還具有用於強制地使機械式調壓閥3開閥的強制開閥機構10。
在該例中，強制開閥機構10包括定位螺釘10a、楔狀件10b、銷彈簧10c以及銷10d，所述各構件收容於包括楔狀件收容孔11a和銷收容孔11b的強制開閥機構收容孔11。銷10d因銷彈簧10c的彈力而被向側方施力，在質量流量控制裝置1的通常運轉時，如圖5所示，不妨礙隔膜3g等的動作。
定位螺釘10a與形成於楔狀件收容孔11a的內壁的螺紋槽相匹配。在強制地使機械式調壓閥3開閥時，將定位螺釘10a擰入收容孔11a，從而定位螺釘10a與楔狀件10b的上端部接觸的同時從上方朝向下方移位。由此，楔狀件10b如圖6所示的空心箭頭所示那樣與銷10d的側方端部接觸的同時從上方朝向下方移位。
若楔狀件10b如所述那樣從上方朝向下方移位，則銷10d如帶斜線的箭頭所示那樣與隔膜按壓件3h的底面接觸的同時從側方朝向調壓彈簧3i的軸線方向移位。結果，銷10d如塗成黑色的箭頭所示那樣向上方上推隔膜按壓件3h。
如所述那樣進行動作，則被向上方上推的隔膜按壓件3h上推隔膜3g，隔膜3g上推閥芯3c』。結果，如圖6中的利用虛線的圓圈顯示出的那樣，閥芯3c』與閥座3d』之間產生間隙。即，機械式調壓閥3被強制地開閥。
如所述那樣，採用這裡所示出的質量流量控制裝置1，能夠利用強制開閥機構10強制地使機械式調壓閥3開閥。因而，即使如所述那樣在質量流量控制裝置1的運轉停止時液體被封入流體的流路8的由機械式調壓閥3和流量控制閥4劃分出的一部分(封閉空間)，也能夠使用真空泵等對機械式調壓閥3的上遊側的分支配管(未圖示)的內部進行減壓，從而例如在從半導體製造裝置的氣體供給管線等卸下質量流量控制裝置1之前使流體從封閉空間排出。其中，這裡所示出的質量流量控制裝置1的封閉空間的體積為0.7cm3。
對於構成強制開閥機構10的定位螺釘10a、楔狀件10b、銷彈簧10c以及銷10d的材料，只要具有能夠如所述那樣強制地使機械式調壓閥3開閥的強度、硬度及耐磨耗性等，就不特別限定。另外，作為這裡所示出的質量流量控制裝置1的楔狀件10b及銷10d的材料，採用了聚縮醛。
另外，在上面所示出的質量流量控制裝置1中，沒有設置對楔狀件10b向上方施力的機構。因而，在強制地使機械式調壓閥3開閥後，即使擰松定位螺釘10a，楔狀件10b也不會向上方返回，結果，銷10d也不會向側方返回。即，在上面所示出的質量流量控制裝置1的情況下，一旦強制地使機械式調壓閥3開閥，則之後機械式調壓閥3保持開閥的狀態。但是，也可以是，設置對楔狀件10b向上方施力的機構，能夠在強制地使機械式調壓閥3開閥後，通過擰松定位螺釘10a，使機械式調壓閥3閉閥。
並且，優選如所述那樣，強制開閥機構10配置在流體的流路8的外部區域。這樣，如這裡所示出的質量流量控制裝置1那樣，能夠省略用於確保流體的流路8的密閉性的密封構造等，使強制開閥機構10成為更簡潔的結構。
此外，優選為，由強制開閥機構10強制地使機械式調壓閥3開閥時的開度大於如所述那樣在質量流量控制裝置1的(通常的)運轉中由機械式調壓閥3將調壓室3f的壓力P1調整為設定壓力PS的動作(以下，有時稱作「調壓動作」)時的機械式調壓閥3的最大開度(閥開口部的剖面積)。這樣，能夠提高利用強制開閥機構10強制地使機械式調壓閥3開閥而使流體從質量流量控制裝置1的內部排出時的排出效率，縮短排出所需時間，或者提高利用真空泵的排氣所達到的真空度。
實施例5
另外，強制開閥機構的具體結構不限於所述實施例，只要能夠強制地使機械式調壓閥開閥，例如在從半導體製造裝置的氣體供給管線等卸下質量流量控制裝置之前使流體從封閉空間排出，就可以具有任何結構。
但是，例如半導體製造裝置的氣體供給管線等在使用多個工藝氣體的用途中，通常，將多個質量流量控制裝置並列配置在基部(基底)上。並且，在該技術領域中，例如出於質量流量控制裝置彼此的互換性的維持和/或設置面積(footprint)的極小化等的目的，將質量流量控制裝置的大小及形狀的規格統一。因此，例如在安裝於半導體製造裝置的氣體供給管線等的狀態下，無法觸碰各質量流量控制裝置的側面及底面。
因而，從機械式調壓閥的構造來看，能夠通過將配置在其底面的調整螺釘擰入、提高調壓彈簧的彈力，從而強制地使機械式調壓閥開閥，但是在實際應用中，利用這樣的方法來強制地使機械式調壓閥開閥是不可能的。
鑑於所述情況，優選強制開閥機構緊湊地構成為，收容於基部內的限定的空間，且強制開閥機構的操作部(例如，所述實施例中的定位螺釘10a及楔狀件收容孔11a等)能夠設於被載置在基部的上表面的零部件之間等。
因此，在本實施例中，一邊參照附圖，一邊對具有如所述那樣緊湊地構成的強制開閥機構的質量流量控制裝置的具體例進行說明。圖7是表示本發明的另一實施例的質量流量控制裝置的安裝例的側視圖。圖8的(A)是圖7所示的質量流量控制裝置的俯視圖，圖8的(B)是其仰視圖。其中，在圖8中，省略了殼體9。另外，在圖7及圖8中，強制開閥機構10及強制開閥機構收容孔11都設於基部7的內部，但是為了便於說明，特意將它們圖示出來。
如圖7所示，楔狀件收容孔11a形成於基部7的上表面的未載置零部件的區域，在其內收容定位螺釘10a及楔狀件10b。由此，例如在保持質量流量控制裝置1組裝於半導體製造裝置的氣體供給管線等的狀態下，能夠操作定位螺釘10a，使強制開閥機構10動作。另外，圖7所示的虛線的四邊形與圖5及圖6所示的機械式調壓閥3及強制開閥機構10的描畫區域相當。
接著，如圖8所示，銷收容孔11b形成為朝向機械式調壓閥3的中心傾斜。因而，定位螺釘10a及楔狀件收容孔11a(未圖示)不是設於基部7的中央部，而是設於靠近拐角部的位置。這是出於避免構成強制開閥機構10的所述構件及收容孔與形成於基部7的內部的流路8相干擾的目的的配置。另外，圖8所示的單點劃線A－A』與圖5及圖6所示的機械式調壓閥3及強制開閥機構10的剖面相當。因而，在圖5及圖6中沒有描繪出流體出口3k。
採用以上那樣的結構，對於本實施例的質量流量控制裝置1，例如在保持組裝於半導體製造裝置的氣體供給管線等的狀態下，向形成於基部7的上表面的未載置零部件的區域的楔狀件收容孔11a擰入定位螺釘10a，從而能夠使強制開閥機構10動作，強制地使機械式調壓閥3開閥。
以上，以說明本發明為目的，對具有特定的構成的幾個實施方式進行了說明，但是，不言而喻，本發明的範圍不限於這些例示的實施方式，在權利要求書及說明書所記載的特徵的範圍內，能夠進行適當修改。
附圖標記說明
1、質量流量控制裝置；2、流量計；2a、層流元件；2b、壓力傳感器(P1)；2c、壓力傳感器(P2)；3、機械式調壓閥；3a、流體入口；3b、閥彈簧；3c、3c』、閥芯；3d、3d』、閥座；3e、閥杆；3f、調壓室；3g、隔膜；3h、隔膜按壓件；3i、調壓彈簧；3j、調整螺釘；3k、流體出口；4、流量控制閥；4a、壓電元件；4b、閥；5、壓力傳感器(P0)；6、溫度傳感器；7、基部；8、流路；9、殼體；10、強制開閥機構；10a、定位螺釘；10b、楔狀件；10c、銷彈簧；10d、銷；11、強制開閥機構收容孔；11a、楔狀件收容孔；11b、銷收容孔。