CN101097000A - 流动控制阀 - Google Patents

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Abstract

一种高流动稳定性的紧凑的流动控制阀布置成包括：阀体，该阀体由树脂制成，包括：第一通道，该第一通道形成在阀体中；阀口，该阀口与第一通道连通；以及阀座，该阀座形成在阀口周围；阀元件，该阀元件可运动成与阀座接触和离开阀座；阀室，该阀室形成在阀座周围；第二通道，该第二通道与阀室连通；以及流动调节杆，该流动调节杆用于调节允许在阀室内流动的流体的流量，其中，可调节流动调节杆的位置，从而改变阀元件相对于阀座的开度，用于调节流量，而且流动控制阀还包括环形凹部，该环形凹部形成在阀座的环绕阀口形成的内周中，并构造成在阀元件运动成与阀座接触时防止阀口的径向变形。

Description

流动控制阀
技术领域
本发明涉及一种用于控制流体的流量并切断流体流动的流动控制阀，更加具体而言，涉及一种对小量范围具有改进了的流动控制能力的流动控制阀。
背景技术
在半导体制造过程中，通常使用小量的化学物质。因此，已经需要控制这样小量化学物质的技术。
例如由于以下原因已经增加了对供应小量化学物质的上述需求。一个原因在于，为了向晶片上施加化学物质从而在其上面形成膜，已经研发了一种这样的技术，该技术以液滴形式将小量化学物质放置到晶片上，并通过离心力等使呈液滴状的化学物质扩展。另一原因在于，将要采用的化学物质是专用的而且昂贵，从而必须避免浪费地消耗这样的昂贵化学物质。
相应地，特别是在半导体制造过程等中已经需要精确供应小量化学物质的技术。迄今为止已经提出了多种这样的技术。例如，日本未审查专利申请公开No.10(1998)-274345(D1)、日本未审查专利申请公开No.2001-263507(D2)、日本未审查专利申请公开No.2003-322275(D3)、以及日本未审查专利申请公开No.2005-155878(D4)公开了涉及用于控制小量流动的阀的技术。
在公开D1中公开的流动控制阀包括一起设置在单个阀体内的流动控制部分和流动切断部分。
该流动控制部分设置有联接到调节螺杆上的针形阀元件。所述针通过该螺杆而向上或向下运动，从而插入流动通道的开口或和流动通道的开口分开，从而改变开口面积，以控制流量。
一方面，所述流动切断部分设置成沿周向环绕针形阀元件。该切断部分与用于控制流体流动的空气操作活塞的运动一起运动成与阀座接触或脱离与阀座的接触。
如上所述，包括所述流动控制部分和所述流动切断部分的所述单个阀体可具有相对紧凑的构造。
在公开D2中公开的流动控制阀包括在一块体上并排布置的流动切断阀和流量控制阀。
所述流动切断阀构造成使得联接到空气操作活塞上的阀元件运动成与阀座接触或脱离与阀座的接触，从而控制流体的流动。
在该流动控制阀中，针形阀元件构造为如公开D1中的那样运动到所述阀座的开口内或离开所述阀座的开口，从而控制流量。
在公开D3中公开的流动控制阀包括并排布置在一块体上的开/闭阀和反吸阀，该开/闭阀具有流动控制功能。
具有流动控制功能的所述开/闭阀构造成使得联接到空气操作活塞上的扁平形状的阀元件可运动成与阀座接触或脱离与阀座的接触，从而切断或允许流体流动。该阀元件设置有调节螺杆，来调节所述阀座的开度。
该结构具有通常的开/闭阀，而且无需复杂的加工工作或处理，从而降低了阀元件的成本。
在公开D4中公开的流动控制阀构造成控制流量，并还具有流动切断功能。
该阀的阀元件形成有待插入到流动通道的开口用以控制流量的锥形突起部分。该阀元件旋入到流动调节杆中，该流动调节杆具有用于调节所述阀元件的位置的调节螺纹部分。
而且，在所述锥形突起部分的基部周围设置有周向突起。在紧固所述杆的所述螺纹部分从而使得所述周向突起与阀座接触时，就切断了流体流动。
在所述阀元件的锥形突起部分接触所述流动通道的开口的边沿时，可能产生微粒。另一方面，在所述阀元件周围的以上周向突起能用作止动器，该止动器能提供流动切断功能，并且还防止所述锥形突起部分变形。
然而，以上传统阀具有以下缺点。
(1)阀体尺寸增大
在公开D2中所示流动控制阀和流动切断阀分开设置的情况下，整个阀本身的尺寸趋于增大。
公开D1也同样如此。具体而言，公开D1中的流动控制阀在单个阀体内包括流动控制部分和流动切断部分，该阀体的结构与公开D2中的阀体相比相对紧凑。然而，流动控制部分周围的流动切断部分导致外径的增加。
因此，如在公开D1和D2中所述的、用于控制流量的部分和用于切断流体流动的部分分开设置的结构将形成大的阀体。该大的阀体导致需要较长管道的巨大设施，从而呈现出较大的损失性能。
(2)流动稳定性的问题
另一方面，如在公开D3和D4中所述的、采用单个阀元件既用于流动控制又用于流动切断的结构形成了紧凑的流动控制阀。但是，切断流体流动的重复操作容易破坏流动稳定性。
这是因为所述阀体和所述阀元件由经受大的蠕变变形的诸如PTFE的树脂制成。
假设在利用强腐蚀性化学物质的半导体生产线上使用流动控制阀，则诸如阀体和阀元件的部件必须由具有高抗腐蚀性的树脂制成。
阀体和阀元件当前最常用的树脂为PTFE等。然而，公知的是，在重复施加压力到PTFE树脂等上的时候，即使应力等于或低于屈服点，PTFE树脂等也趋向于变形，或者“蠕变”。
因此，在如公开D3和D4中的那样挤压阀口周围的部分时，应力也会影响阀口，从而导致孔径变化。
这一变化对用于控制小量流动的流动控制阀而言是一严重问题。具体而言，孔径中的变化引起流量变化。待供应的化学物质的流量的这一变化导致有缺陷的晶片。
如果公开D3和D4不使用流动切断功能，则不会引起以上问题。然而，不具有流动切断功能的该结构需要如公开D1和D2所示的与阀体分开的流动切断阀，因此不能解决以上问题(1)。
如上所述，公开D1至D4中所示的传统阀不能同时解决这两个问题，即(1)阀体尺寸增大，以及(2)流动稳定性差。
发明内容
已经针对以上情形作出本发明，而且本发明的目的在于提供一种具有高流动稳定性的紧凑的流量控制阀。
为了实现本发明的目的，提供一种用于控制流量的流动控制阀，包括：阀体，该阀体由树脂制成，包括：第一通道，该第一通道形成在阀体中；阀口，该阀口与第一通道连通；以及阀座，该阀座形成在阀口周围；阀元件，该阀元件可运动成与阀座接触和离开阀座；阀室，该阀室形成在阀座周围；第二通道，该第二通道与阀室连通；以及流动调节杆，该流动调节杆用于调节允许在阀室内流动的流体的流量，其中，可调节流动调节杆的位置，从而改变阀元件相对于阀座的开度，用于调节流量，而且流动控制阀还包括环形凹部，该环形凹部形成在阀座的环绕阀口形成的内周中，并构造成在阀元件运动成与阀座接触时防止阀口的径向变形。
这里，“蠕变变形”是指树脂模制产品在受到弹性范围而不是屈服范围内的连续应力时逐渐变形的现象。该变形允许产品在产品上的应力或载荷被取消时逐渐恢复到其原始尺寸。
即使在包括所述树脂阀体的流动控制阀中，当所述阀座通过与所述阀座接触的阀元件而受到重复应力时，所述阀座将逐渐变形或蠕变。蠕变变形的这一影响还将出现在所述阀口的内表面上，所述内表面从而径向变形。
根据本申请人基于以下将提及的图15所示模拟结果所研究的因素，揭示出施加到所述阀座上的应力扩展到所述阀口的内表面上。因此，由于施加到所述阀座上的应力，采用树脂体的所述流动控制阀可引起蠕变变形，使得所述阀口径向向内，即沿着减小其直径的方向变形。
施加到所述阀座上的应力传播通过所述阀体。如果所述阀座和所述阀口之间的距离设置成较短，以减小所述流动控制阀的尺寸，则该应力甚至将影响所述阀口的内表面。从而传播来的应力可能引起所述阀口的所述内表面蠕变变形。
另一方面，根据本发明，在所述阀座内以这样的方式形成环形凹部，即，切除所述阀座的一部分从而为所述环形凹部提供空间。该环形凹部起到了防止施加到所述阀座上的应力传播到所述阀口的所述内表面上的作用。这在图5所示的模拟结果中示出。具体而言，通过设置在所述阀座内的环形凹部，能改变应力传播的方向，以增加传播距离，从而防止所述阀口沿所述直径减小方向的蠕变变形。
而且，施加到所述阀座上的应力还可引起所述阀口径向向外，即沿着直径增加方向的变形。具体而言，如果所述阀口的开口边缘的直径增加，流量将不利地变化。然而，根据本发明，也可防止这样的蠕变变形。
在控制流量、尤其是利用所述流动控制阀控制小量流动的情况下，流量容易受到由于在所述阀元件与所述阀座接触时产生的应力而引起的蠕变变形的影响，尽管在所述阀口的直径减小方向或所述阀口的开口边缘的直径增大方向上出现微小的蠕变变形。因此，流动控制不可能精确。
因此，根据本发明，所述流动控制阀能避免可能引起所述阀口沿径向方向变形的应力的任何影响，从而改进流动稳定性。此外，无需独立地提供所述流动控制部分和所述流动切断部分，因而能减小所述流动控制阀的阀体的尺寸，有助于减小设施的尺寸。
换言之，本发明能提供具有高流动稳定性的紧凑的流动控制阀。
附图说明
图1为根据本发明第一实施例的流动控制阀的剖面图，示出了阀打开状态；
图2为第一实施例的流动控制阀的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀闭合状态；
图3为第一实施例的流动控制阀的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀打开状态；
图4为示出了时间与第一实施例的流动控制阀的阀座的变形量之间的关系的曲线图，示出了阀闭合状态；
图5为通过对第一实施例的流动控制阀中的阀座和阀元件上的应力进行分析而获得的应力分布状况的示意图，示出了阀闭合状态；
图6为示出了第一实施例的流动控制阀中的阀座的变形容限的局部放大图，示出了阀闭合状态；
图7为第二实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀闭合状态；
图8为第二实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀打开状态；
图9为第三实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀闭合状态；
图10为第三实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀打开状态；
图11为第四实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀闭合状态；
图12为第五实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀闭合状态；
图13为现有技术的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀闭合状态；
图14为图13的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀打开状态；以及
图15为示出了通过分析图13的流动控制阀中的阀座和阀元件的应力而获得的应力分布状况的示意图，示出了阀闭合状态。
具体实施方式
现在将参照附图给出对本发明优选实施例的详细描述。
<第一实施例>
图1为第一实施例的流动控制阀的剖面图，示出了阀打开状态。流动控制阀10包括体部11和操作部分20。该体部11由诸如PFA的对化学物质有较高抵抗性的树脂制成。请注意，为了容易观察，在附图中，树脂体部11和以下将提到的树脂致动器体21由通常用于金属部分的单阴影线表示。
体部11设置有第一通道13、第二通道14、阀座15以及阀室16。第一通道13可通过阀口13a与阀室16连通，并与和阀室16连通的第二通道14连通，从而允许化学物质或其他流体可通过其中。第一通道13形成在柱形部分17内，在柱形部分17顶部绕阀口13a设置有环形阀座15。
在连接阀座15的顶面和阀口13a的部分中，形成有环形凹部11a。在体部11沿着阀口13a的中心线(轴线)的竖直剖面图中，如图1所示，环形凹部11a包括与阀口13a的中心线平行的第一表面(竖直表面11aa)以及与阀口13a的中心线垂直的第二表面(水平表面11ab)。换言之，环形凹部11a具有从平直连接阀座15的顶面与阀口13a的部分切除右角部分(例如，右三角形部分)而形成的截面形状。
另一方面，操作部分20包括致动器体21、活塞22、流动调节杆23、第一弹簧24、第二弹簧25、操作口26、空气通气口27等。致动器体21由诸如PPS的树脂制成。在致动器体21和体部11之间放置有阀元件12，该阀元件12的外周边缘固定在致动器体21和体部11之间。
在图1中，流动控制阀10包括常闭类型的单作用驱动机构。当然，它也可以是常开的类型，或者也可以是双作用驱动机构。
图1中示出的第一实施例的流动控制阀10包括活塞22，当通过操作口26将操作空气供应到操作部分20时，该活塞22向上运动。活塞22连接有放置在活塞22的外周和致动器体21的内周之间的填料。在活塞22的顶部有两种弹簧：第一弹簧24和第二弹簧25。
第一弹簧24起到了在图1中的流动控制阀10中向下推压活塞22的作用，从而当停止向操作口26供应操作空气时使活塞22向下运动。
另一方面，第二弹簧25布置成一端装配在流动调节杆23上，而另一端抵靠活塞22，从而避免在流动调节杆23和活塞22之间发出撞击声。对该第二弹簧25而言，采用具有比第一弹簧24的弹簧载荷低的弹簧载荷的弹簧。
流动调节杆23在周边上形成有小齿距的外螺纹，所述外螺纹与形成在操作部分20的上部的内螺纹接合。因此，流动调节杆23在连接到杆23的上端的旋钮28的旋转的作用下上下运动。
图2为图1的流动控制阀10内的阀座15及其周围部分的放大的局部视图，示出了阀闭合状态。图3为流动控制阀10内的阀座15及其周围部分的放大的局部视图，示出了阀打开状态。
阀元件12由诸如PTFE的树脂制成，并包括在中心的针12a、形成在针12a的基部处的呈凸缘形状的密封部分12b、以及从密封部分12b径向向外延伸的隔膜辐板12c。该阀元件12以可与活塞22的运动一起上下运动的方式联接到阀元件保持部分18上。
阀元件12的针12a为圆锥形，该针12a可插入阀口13a的开口内，如图2所示。通过阀元件12的运动，改变阀口13的口边缘13b与针12a之间的间隙的距离，从而控制允许通过该间隙的流体的流量。该针12a设计成具有的基部部分的直径大于口边缘13b的内径。该结构能使口边缘13b与针12a之间的间隙最小，从而使得能控制小量流动。
另一方面，能使在针12a的基部处形成的密封部分12b与阀座15进行环形接触，如图2所示。密封部分12b由阀元件保持部分18从后面(从图2的上方)支承或支撑。因此，在与阀座15接触时，能将密封部分紧密地保持在保持部分18和阀座15之间。阀元件保持部分18由硬度高于阀元件12的不锈钢或诸如PPS的树脂制成，从而从后方支承密封部分12b。该密封部分12b形成为较薄。
以下对上述构造的第一实施例的流动控制阀10的操作进行说明。
如上所述，操作部分20包括通过操作空气使活塞22垂直运动的机构。当通过操作口26将操作空气供应到操作部分20时，活塞22克服向下推压活塞22的第一弹簧24和第二弹簧25的推压力而在图1中向上运动。此时，活塞22稍微受到重力的影响；然而，通过操作口26的操作空气的压力充分大于重力。这样，流动控制阀10的安装方向没有特别的限制。
当活塞22如此在图1中向上运动时，活塞22的上端抵靠设置在致动器体21中的止动器或流动调节杆23的下端，从而活塞22的运动就停止在该处。其中加载有第一弹簧24和第二弹簧25的腔室或空间内的空气通过空气通气口27适当地排出。
形成在活塞22内的阀元件保持部分18与活塞22的向上运动一起也向上运动，从而使流动控制阀10处于如图1和图3所示的阀打开状态。具体而言，密封部分12b运动离开阀座15，从而使得第一通道13和第二通道14之间可通过阀口13a和阀室16连通。因此，允许流体从第一通道13流向第二通道14。
在要调节允许流动的流体的流量时，旋转固定到流动调节杆23上的旋钮28，从而根据理想流量改变杆23的位置(其下端的位置)。形成在杆23的外周上的螺纹具有小的齿距，从而能通过旋转旋钮28而精细地调节流量。应指出的是，杆23的螺纹可形成有不同于以上所述的齿距，或者可采用诸如在公开D2中公开的调节螺杆的结构。
旋钮28的旋转能改变流动调节杆23插入到致动器体21中的量或长度，从而调节活塞22的行程的上限。因此，能改变阀元件12的最上位置。
应指出的是，加载在流动调节杆23和活塞22之间的第二弹簧25起到了避免其间发出撞击声的作用。因此，流动调节杆23和活塞22不需直接固定到彼此上。因此，无需任何复杂机构就可防止产生间隙。
通过改变杆23在致动器体21中的位置，即如上所述杆23在致动器体21中的插入长度，决定阀元件12的最上位置，从而调节针12a将要插入到阀口13a中的量或长度，从而确定流量。
具体而言，如图2和图3所示，从口边缘13b的开口的面积减去针12a的远端部分沿着包括口边缘13b的平面剖切的截面面积而计算得到一环形面积，通过该环形面积，决定允许流动通过流动控制阀10的流体的流量。
在增加针12a在阀口13a内的插入长度时，即，在由于流量控制杆23限制阀元件12的开度的调节而使阀元件12的最上位置变得较低时，流量降低。
另一方面，在停止向操作口26供应操作空气时，活塞22在第一弹簧24的恢复力的作用下而向下运动(在图1中)。在活塞22运动时，就使得空气通过空气通气口27在其内加载有第一弹簧24和第二弹簧25的腔室或空间内流动。
而且，在活塞22向下运动的同时，阀元件12向下运动，从而使得密封部分12b与阀座15接触，从而切断从第一通道13向第二通道14流动的流体。
在图2中示出了处于阀闭合状态下的该阀元件12。在该阀闭合状态下，密封部分12以稍微使阀座15变形的方式抵靠阀座15，从而完全切断流体的流动。
流动控制阀10设计成针12a和口边缘13b在阀闭合状态下刚刚彼此脱离接触。这是为了防止诸如流量变化和产生微粒的不利或缺点，在针12a和口边缘13b接触的情况下，甚至口边缘13b或针12a的微小变形都会导致流量变化和产生微粒。
通过参考图4所示的变形量可确定针12a和口边缘13b之间的距离，该变形量是本发明的申请者通过试验加以测定的。
图4为示出了在阀闭合状态下时间与流动控制阀的阀座的变形量之间的关系的曲线图。竖直轴代表阀座15沿变形方向的“变形量(mm)”，而横向轴代表“时间(sec)”。阀座15沿变形方向的变形量是在使阀元件12一直保持与阀座15接触的同时测量的。如从图4可看到的，在经过20000秒、即约300分钟后，阀座15变形约0.017mm，之后稳定在该状态下。
该变形为蠕变变形，而不是塑性变形。因此，在取消载荷时，阀座15能返回到其原始尺寸，但是在使用中阀座15基本保持在变形状态下，这是因为第一实施例的流动控制阀10是很少处于阀打开状态的常闭类型。
阀座15的该状态在经过约30分钟后稳定下来。从而可设想到，即使在从生产厂家装运流动控制阀10之后，在被用户安装在预定设备或管线内的流动控制阀10使用的过程中，阀座15也会一直保持在变形状态下。因此，在生产厂家的调节过程中，必须在考虑到该变形量的情况下确定针12a和口边缘13b之间的距离。
该变形量还取决于第一弹簧24的弹性常数以及阀元件12和阀座15的材料以及它们的尺寸和形状。因此，还必须考虑到这些因素来确定变形量。
如果流动控制阀10为常开类型或者双作用类型，则不必直接参照图4所示的关系来确定合适的变形量。
以下将说明第一实施例的流动控制阀10的效果。
图5为示出了通过对图2的阀座和阀元件建模从而分析它们上的应力而获得的应力分布状况的示意图。
与此相对比的是，图13和图14相对于图2和图3示出了没有环形凹部的流动控制阀里的阀座及其周围部分的放大剖面图，图13和图14分别示出了阀打开状态和阀闭合状态。图15为示出了通过分析通过图13的阀座和阀元件建模而示出的阀座和阀元件上的应力而获得的应力分布状况的示意图。
首先说明图13和图14。在这些图中，用相同的附图标记表示与第一实施例的流动控制阀10中的部件类似或相同的部件。
在图13和图14中的放大剖面图中，除了阀元件12的密封部分12b的厚度、形成在柱形部分17顶部上的阀座15的形状以及没有环形凹部11a之外，结构几乎与第一实施例的流动控制阀10的结构相同。其他部件与第一实施例的流动控制阀10中的其他部件类似，并设置成在相同状态下进行分析，从而这里不对它们进行说明。
图15相对于图5地示出了通过对图13的结构建模而示出的结构的分析结果。
图5和图15示出的结构具有两个不同：一个不同在于阀座15中存在/不存在环形凹部11a，而另一不同在于阀座15的剖面形状。
在如图5和图15所示通过第一弹簧24对保持成与阀座15接触的阀元件12加压时，密封部分12b和阀座15的顶面都被相互挤压。在图5和图15中通过第一弹簧24施加的压力设置成相等。
以四级即第一区域“a”、第二区域“b”、第三区域“c”和第四区域“d”示出了应力分布，从而便于对它们进行区分。第一区域“a”代表几乎没有加载的区域，第二区域“b”代表受应力影响的区域，该区域可能仅变形了微小的量，第三区域“c”代表比第二区域“b”受到更大应力影响的区域，而第四区域“d”代表受应力影响最强的区域。
确定要从阀元件12施加到阀座15上的压力，使得即使在受应力影响最强的第四区域“d”内也不会引起阀元件12和阀座15的材料发生塑性变形。
如在图5和图15所示的两种情况下可看到的那样，基本上，应力的影响随着离开封部分12b和阀座15的各接触表面的距离增大而逐渐减小。
然而，与图13中的相比，图2所示的第一实施例的阀座15具有相对于阀座15的顶面以较大角度成锥形的外周表面，从而难以变形。因此，在图15中的密封部分12b和阀座15的接触表面附近，形成受应力影响较少的圆形区域，而第四区域“d”环形地形成在这种圆形区域周围。可设想到，在公开D2至D4中公开的阀中出现类似的应力分布。
应注意的是，图15中的第二区域“b”延伸到阀口13a的内表面上。
具体而言，这意味着如图15所示构造的流动控制阀的阀口13a可沿着直径减小的方向变形，不过变形较小。该变形为蠕变变形，从而即使在阀元件12运动离开阀座15之后，阀座15的形状也保持不变。
另一方面，如在图5中所看到的那样，第一区域“a”延伸到第一实施例的阀口13a的内壁，但是第二区域“b”却没有延伸到那里。这表明，阀口13a不可能沿着直径减小方向变形。
密封部分12b和阀座15的接触区域与口边缘13b分开不会稍许影响该结果。而且，通过切除阀座15的一部分而形成在阀座15内的环形凹部11a用于使固体物体(阀座15)中的应力传播方向偏转，并用来提供在剖面中比连接阀座15的顶面的内边缘和端口边缘13b的直线长的、连接它们的线。因此，认为应力难于到达阀口13a的内表面。
换言之，环形凹部11a形成为从阀座15向内、即朝向柱形部分17延伸的空间，而不是平直连接阀座15和口边缘13b的部分。具体而言，环形凹部11a由与阀口13a的中心线平行的竖直表面11aa和与阀口13a的中心线垂直的水平表面11ab形成，从而具有这样的剖面形状，从平直连接阀口13a和阀座15的顶面的部分切除右角部分而形成该剖面形状。这样，在阀座15和密封部分12b的接触区域内产生的应力从接触表面开始通过柱形部分17而传播，并集中在与环形凹部11a的右角部分相对应的区域处，即，在竖直表面11aa和水平表面11ab之间的连接区域处，从而防止应力向着阀口13a的内表面传播。
在阀座15内形成的环形凹部11a能抑制阀口13a沿着直径减小方向的变形或蠕变。这使得可防止小量范围内的流量变化。
而且，阀元件12包括用作流动控制部件的针12a以及用作流动切断部件的密封部分12b。该驱动机构可用于两种功能。这样的机构比较紧凑，有助于减小流动控制阀10的尺寸，从而使得设备尺寸减小。
流动控制部件和流动切断部件是通过同一驱动机构进行操作的。因此构造简单，从而有助于降低成本。
图2和图3所示的第一实施例的流动控制阀10的阀座15设计成具有这样的外周表面，与图13和图14所示的传统流量控制阀的角度相比，该外周表面相对于阀座15的顶面以较大的角度成锥形。这一构造使得阀座15本身就难以变形。而且，可防止具有这样大锥度、或平缓倾斜的外周面的阀座15发生变形从而向着阀口13a倾斜。
鉴于为了提供阀座15的大锥度外周表面的目的，也可设想阀座15的内周表面具有较大锥度是有效的。然而，口边缘13b和阀座15的顶面之间的距离就变得相对较长，这导致大尺寸的流动控制阀，与降低尺寸的目的矛盾。因此，在第一实施例中，阀座15的外周表面制成为具有较大锥角，而内周表面制成为不具有较大锥角。
该构造能抑制阀座15沿轴向压缩方向的变形或蠕变变形，从而防止针12a和口边缘13b之间的距离(间隙)发生变化。这样，能防止阀座15变形成朝着阀口13a向内倾斜，从而避免阀口13a沿着直径减小方向的变形。
此外，本实施例的阀元件12的密封部分12b的厚度小于图13和图14中所示的传统流动控制阀的密封部分12b。考虑到阀元件12的诸如PTFE的材料相对容易引起蠕变变形，所以密封部分12b制成为较薄，并由阀元件保持部分18从后方加强，从而防止阀元件12的变形并确保流动稳定性。
在传统的流动控制阀中，在紧固锁紧螺母从而固定流动调节杆23时，由于杆23的外螺纹的间隙而容易发生反冲，从而导致杆23的位置偏离理想位置。另一方面，在本实施例中，在活塞22和流动调节杆23之间还设置有传统流动控制阀中不包括的第二弹簧25。因此，第二弹簧25能通常沿着预定方向，即沿着相对于活塞22相反的方向推压流动调节杆23，从而使杆23的反冲对流量的影响最小。
通过针12a和口边缘13b之间的距离(间隙)的调节，执行对小量流体流动的控制。该距离极小。这样，流量在很大程度上取决于其他微小的影响，诸如部件的精度。
根据第一实施例的流动控制阀10，可抑制这些影响并且确保流动稳定性。
基于图4的曲线图所示的结果，来确定针12a和口边缘13b之间的距离。因此，能实际使用流动控制阀，而在装运之前在生产厂家处预先调节上述距离。这使得可精确工作流量。
图6为示出了流动控制阀内的阀座的变形容限的局部放大图。
当阀座15在阀元件12与阀座15接触时变形了图4所示的变形容限“a”时，针12a和口边缘13b之间的用于流量控制的间隙“b”减小。
因此，如果流动控制阀10在从工厂装运时没有适当调节阀元件12和阀座15的相对位置，则阀座15就容易如图4所示变形，从而缩短针12a和口边缘13b之间的距离。
与针12a和口边缘13b之间的距离相对应的流量控制间隙“b”最初确定成使得针12a正好不与口边缘13b接触，以控制小量的流体流动。因此，针12a根据阀座15的变形量而可能与口边缘13b接触，从而导致流量中的不利变化，或产生微粒。
因为以上原因，重要的是，通过估计阀座15的变形容限“a”而在装运流动控制阀10之前，确定阀元件12和阀座15的相对位置。
<第二实施例>
以下将描述本发明的第二实施例。第二实施例的结构与第一实施例的结构大致相同。从而以下描述将集中在与第一实施例的不同之处。
不同之处在于图7和图8所示的环形凹部11a的形状。图7为第二实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀闭合状态。图8为第二实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀打开状态。
如图7和图8所示，环形凹部11a的截面形状是通过在斜面处切除阀座15的一部分而形成的，从而提供以钝角相连的两个成不同角度的表面(上侧表面11aa和下侧表面11bb)，而不是以直角相连的两个表面(竖直表面11aa和水平表面11ab)。
具体而言，在图7中，假设连接阀座15的顶面的内边缘和口边缘13b的线X与通过阀座15的顶面的内边缘并与阀口13a的中心线O平行的线L之间的角度为θ1，线Y通过环形凹部11a的与阀座15连续的上边缘(或者阀座15的顶面的内边缘)，且沿着作为环形凹部11a的第一表面的上侧表面11aa延伸，该线Y与线L之间的角度为θ2，且线Z通过环形凹部11a的与阀口13连续的下边缘，且沿着作为环形凹部11a的第二表面的下侧表面11ab延伸，该线Z与线L之间的角度为θ3，则凹部11a的横截面由满足以下关系的线(表面)构成：θ1＞θ2且θ1＜θ3。这里，环形凹部11a的与阀口13连续的下边缘对应于口边缘13b。
在第二实施例中，以上角度确定为θ1为50°、θ2为30°、而θ3为60°。
在图7和图8中，针12a示出为看起来如图2和图3所示与口边缘13b接触，但是如图6所示实际上提供了流量控制间隙“b”。
以下说明第二实施例的操作和效果。
第二实施例的环形凹部11a以与第一实施例的环形凹部11a类似的方式设置在阀座15内，从而能抑制可能由在阀元件12抵靠阀座15时产生的应力而引起的蠕变变形。
该效果来自以下事实，即，在阀座15的顶面上产生的应力由于环形凹部11a而变得难以到达阀口13a的内表面，如图5中的应力分析所指出的那样。具体而言，环形凹部11a能使应力传播方向偏转，并且与传统情形中的直线相比，提供长度较长的线来连接阀座15和口边缘13b，从而增大了传播距离，因此使得阀口13a的内表面受到应力的较少影响。
角度θ2越小，则上述效果越显著。即使θ2为负值也是有效的。然而，这样的角度使得难以形成凹部11a，并容易引起液体滞流。因此，角度θ2优选确定为接近零。
与其中θ2为零的第一实施例的环形凹部11a相比，即凹部11a的上侧表面11aa平行于阀口13a的中心线，第二实施例的环形凹部11a的角度θ2确定为稍大(或者稍大于零，从而凹部11a的上侧表面11aa稍稍向着阀口13a的中心线倾斜)。因此，防止在阀口13a的内壁中产生蠕变变形的效果不如第一实施例好。
然而，在允许通过流动控制阀10的流体的流量以及第一弹簧24的设置力不是高得需要使用第一实施例的环形凹部11a的情况下，具有以如第二实施例的角度θ2倾斜的表面的环形凹部11a也能提供防止阀口13a沿着直径减小方向变形的效果。
此外，没有形成尖角表面的环形凹部11a能提供防止液体滞流和液体扰动的效果。
因此，可根据将要通过流动控制阀10的流体的速度、第一弹簧24的设置弹簧常数和其他的条件，来合适地选择第一实施例或第二实施例的环形凹部11a的形状。
<第三实施例>
以下将描述本发明的第三实施例。
第三实施例的结构与第一实施例的结构大致相同。从而以下描述将集中在与第一实施例的不同之处。
图9为第三实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀闭合状态。图10为第三实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀打开状态。
不同之处在于阀元件12的针12a的形状。第三实施例的针12a形成为柱形，该柱形具有下面的锥形表面，以控制流量。
具体而言，针12a包括柱形部分12aa和锥形部分12ab。柱形部分12aa的直径小于阀口13a的内径。
以下将说明第三实施例的操作和效果。
第三实施例的操作和效果基本与第一实施例中的相同，从而以下仅仅说明不同之处。
包括柱形部分12aa和锥形部分12ab的第三实施例的针12a能通过锥形部分12ab控制流量。因为柱形部分12aa的直径小于阀口13a，从而阀元件12除了密封部分12b之外不与阀座15接触。
在第一实施例中，通常，阀座15和密封部分12b之外的任何部分不相互接触。然而，在阀座15比估计的变形大的情况下，针12a可能与口边缘13b接触。针12a和口边缘13b之间的该接触导致产生微粒，并导致要控制的流量中的不利变化。
因此，在一些情况下，能更加有效地采用如图9和图10所示的包括直径小于阀口13a的内径的柱形部分12aa和锥形部分12ab的针12a，来提供与第一实施例相同的效果，并还防止产生微粒。
<第四实施例>
以下将描述本发明的第四实施例。
第四实施例的结构与第一实施例的结构大致相同。从而以下描述将集中在与第一实施例的不同之处。
图11为第四实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀闭合状态。
与第一实施例的不同之处在于，阀元件12设置有将要与阀座15接触的密封突起12d，而且阀座15具有平的顶面。
具体而言，阀元件12和阀座15设计成使得各个结构倒置，即，突起部分设置在阀元件12侧。
在图11中，针12a示出为看起来如图2和图3中那样与口边缘13b接触，但是如图6所示，实际上提供了流量控制间隙“b”。
以下说明第四实施例的操作和效果。
第四实施例的操作和效果基本与第一实施例中的相同，从而以下仅仅说明不同之处。
在流动控制阀10的阀闭合状态下，第四实施例的密封突起12d保持成与阀座15接触，从而切断流体流动。与阀座15相比，具有突出形状的密封突起12d能容易地变形，从而防止阀座15的蠕变变形。然而，如在第一实施例中那样，需要通过估计密封突起12d的变形量设置针12a和口边缘13b之间的距离。
<第五实施例>
以下将说明本发明的第五实施例。
第五实施例的构造基本与第一实施例的构造相同。从而以下仅仅说明与第一实施例的不同之处。
图12为第五实施例的流动控制阀中的阀座及其周围部分的放大剖面图，示出了阀闭合状态。
与第一实施例的不同之处在于，在口边缘13b中也设置有锥形。该锥形形成为锥角与针12a的锥形表面大致相等。
第五实施例的操作和效果基本与第一实施例中的相同。具体而言，除了第一实施例示出的效果之外，在口边缘13b内包括上述锥形的第五实施例的流动控制阀即使在针12a和口边缘13b彼此接触时，也能提供防止针12a和口边缘13b共同变形的效果。
在不偏离本发明的基本特征的情况下可以以其他的具体形式实现本发明。
例如，以上实施例中的流动控制阀10的材料示例为PTFE、PFA等，但是可采用对化学物质具有高抵抗性的其他任何材料。
在以上实施例中，说明了常闭和空气操作类型的流动控制阀。可选的是，本发明可应用于任何其他类型的阀，例如手动操作类型的阀、电磁阀以及马达驱动阀。
在第二实施例中，连接阀座15的顶面和口边缘13b的环形凹部11a的截面是由以预定角度连接的两条线限定的。可选的是，环形凹部11a的截面可由满足以下条件的曲线或三个或更多的成角度线形成，即，角度θ2小于角度θ1，而角度θ3大于角度θ1。
尽管已经示出并描述了本发明的当前优选实施例，但是应理解，本公开是为了说明的目的，而且在不偏离所附权利要求阐述的本发明范围的情况下，可作出多种变化和改变。

Claims (20)

1.一种用于控制流量的流动控制阀，包括：
阀体，该阀体由树脂制成，包括：
第一通道，该第一通道形成在阀体中；
阀口，该阀口与第一通道连通；以及
阀座，该阀座形成在阀口周围；
阀元件，该阀元件可运动成与阀座接触和离开阀座；
阀室，该阀室形成在阀座周围；
第二通道，该第二通道与阀室连通；以及
流动调节杆，该流动调节杆用于调节允许在阀室内流动的流体的流量，
其中，可调节流动调节杆的位置，从而改变阀元件相对于阀座的开度，用于调节流量，而且
流动控制阀还包括环形凹部，该环形凹部形成在阀座的环绕阀口形成的内周中，并构造成在阀元件运动成与阀座接触时防止阀口的径向变形。
2.根据权利要求1所述的流动控制阀，其中
当在通过所述阀口的中心线的截面内观察所述阀座时，
假设第一线将所述阀座和所述阀元件的接触表面的边缘、与所述阀口的边缘连接，第二线通过所述阀座的该接触表面的边缘，并与所述阀口的该中心线平行，在第一线和第二线之间形成角度θ1，
第三线通过所述环形凹部的与所述阀座的所述接触表面连续的边缘，并沿着从所述环形凹部的与所述接触表面连续的该边缘延伸的所述环形凹部的第一表面延伸，在第三线、和与所述阀口的中心线平行的该第二线之间形成角度θ2，并且
第四线通过所述环形凹部的与所述阀口连续的另一边缘，并沿着从所述环形凹部的与所述阀口连续的边缘延伸的所述环形凹部的第二表面延伸，在第四线、和与所述阀口的中心线平行的第二线之间形成角度θ3，
所述环形凹部构造成具有以下关系，即角度θ2小于角度θ1且角度θ3大于角度θ1。
3.根据权利要求1所述的流动控制阀，其中
所述环形凹部构造成具有：与所述阀口的所述中心线平行的第一表面；以及与所述阀口的所述中心线垂直的第二表面。
4.根据权利要求1所述的流动控制阀，其中
所述阀元件包括圆锥形突起和围绕该圆锥形突起的环形密封部分，
调节所述流动调节杆的位置，以确定所述阀元件的最上位置，使得通过改变所述阀元件的所述最上位置来调节在所述圆锥形突起和所述阀口之间的间隙，从而确定允许通过所述阀口的流体的流量，而且
在所述环形密封部分接触所述阀座时，所述流体流动被切断。
5.根据权利要求4所述的流动控制阀，其中
通过估计在所述阀元件接触所述阀座时所引起的所述阀座的蠕变变形量，从而确定在所述密封部分接触所述阀座时在所述圆锥形突起和所述阀口的所述边缘之间的距离，使得即使在所述阀座的蠕变变形之后所述圆锥形突起也保持不与所述阀口的所述边缘接触。
6.根据权利要求1所述的流动控制阀，其中
所述阀座形成有以比内周表面大的角度成锥形的外周表面。
7.根据权利要求1所述的流动控制阀，还包括位于所述流动调节杆和所述阀元件之间的弹性体，
其中所述弹性体沿着相反的方向推压所述流动调节杆和所述阀元件，以吸收所述流动调节杆的反冲。
8.根据权利要求2所述的流动控制阀，其中
所述阀元件包括圆锥形突起和围绕该圆锥形突起的环形密封部分，
调节所述流动调节杆的位置，以确定所述阀元件的最上位置，使得通过改变所述阀元件的所述最上位置来调节在所述圆锥形突起和所述阀口之间的间隙，从而确定允许通过所述阀口的流体的流量，而且
在所述环形密封部分接触所述阀座时，所述流体流动被切断。
9.根据权利要求3所述的流动控制阀，其中
所述阀元件包括圆锥形突起和围绕该圆锥形突起的环形密封部分，
调节所述流动调节杆的位置，以确定所述阀元件的最上位置，使得通过改变所述阀元件的所述最上位置来调节在所述圆锥形突起和所述阀口之间的间隙，从而确定允许通过所述阀口的流体的流量，而且
在所述环形密封部分接触所述阀座时，所述流体流动被切断。
10.根据权利要求8所述的流动控制阀，其中
通过估计在所述阀元件接触所述阀座接触时所引起的所述阀座的蠕变变形量，从而确定在所述密封部分接触所述阀座时在所述圆锥形突起和所述阀口的所述边缘之间的距离，使得即使在所述阀座的蠕变变形之后所述圆锥形突起也保持不与所述阀口的所述边缘接触。
11.根据权利要求9所述的流动控制阀，其中
通过估计在所述阀元件接触所述阀座时所引起的所述阀座的蠕变变形量，从而确定在所述密封部分接触所述阀座时在所述圆锥形突起和所述阀口的所述边缘之间的距离，使得即使在所述阀座的蠕变变形之后所述圆锥形突起也保持不与所述阀口的所述边缘接触。
12.根据权利要求2所述的流动控制阀，其中
所述阀座形成有以比内周表面大的角度成锥形的外周表面。
13.根据权利要求3所述的流动控制阀，其中
所述阀座形成有以比内周表面大的角度成锥形的外周表面。
14.根据权利要求4所述的流动控制阀，其中
所述阀座形成有以比内周表面大的角度成锥形的外周表面。
15.根据权利要求5所述的流动控制阀，其中
所述阀座形成有以比内周表面大的角度成锥形的外周表面。
16.根据权利要求8所述的流动控制阀，其中
所述阀座形成有以比内周表面大的角度成锥形的外周表面。
17.根据权利要求9所述的流动控制阀，其中
所述阀座形成有以比内周表面大的角度成锥形的外周表面。
18.根据权利要求10所述的流动控制阀，其中
所述阀座形成有以比内周表面大的角度成锥形的外周表面。
19.根据权利要求2所述的流动控制阀，还包括位于所述流动调节杆和所述阀元件之间的弹性体，
其中所述弹性体沿着相反的方向推压所述流动调节杆和所述阀元件，以吸收所述流动调节杆的反冲。
20.根据权利要求3所述的流动控制阀，还包括位于所述流动调节杆和所述阀元件之间的弹性体，
其中所述弹性体沿着相反的方向推压所述流动调节杆和所述阀元件，以吸收所述流动调节杆的反冲。
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