CN105144013A - 流体控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流体控制阀，不损害压力和流量等流体控制的精度，能够减小内部容积并提高例如下降响应性能。所述流体控制阀包括：阀座部(61)；阀体(4)，以能相对于所述阀座部(61)接触分离的方式设置；流阻(5)；以及一对夹持构件(H)，夹持所述流阻(5)，所述流阻(5)和所述一对夹持构件(H)形成阀内空间(S2)，所述阀内空间(S2)收容所述阀体(4)或使所述阀体(4)移动的驱动构件的至少一部分，流体从所述阀内空间(S2)通过所述流阻(5)后向外部流出。

Description

流体控制阀

技术领域

本发明涉及用于控制流体的流量或压力所采用的流体控制阀。

背景技术

希望控制流体的流量时，将多个流体控制设备分别设置在流道上构成流量控制装置。例如利用音速喷嘴控制流体的流量的压力式流量控制装置分别从流道的上游依次具备流体控制阀、压力传感器、起到流阻作用的节流机构。而且，所述压力式流量控制装置根据所述压力传感器的测定值控制所述流体控制阀的开度，使作为流阻的节流机构的前后压力处于临界压力比以下。

这种压力式流量控制装置上采用的节流机构，除了节流件以外，具备阀体和用于驱动所述阀体的驱动部件。专利文献1所示的节流机构具备：节流模块，具有形成有节流孔的内部流道；以及针阀，所述针阀是用于调节所述节流孔的狭窄部分的内径的阀体。此外，专利文献2所示的节流机构具备：形成有内部流道的主体模块；与所述内部流道嵌合安装的喷嘴模块；以及阀座，所述阀座是能与所述喷嘴模块的下游侧开口接触分离的阀体，在堵塞状态下防止来自下游侧的气体的逆流。

可是，上述这种流量控制装置中，由于流体控制阀、压力传感器、节流机构在流道上分别独立设置，所以与用于连接各设备间的流道部分对应，产生流量控制装置内的内部容积。流量控制装置内的内部容积变大时，例如将阀门全闭使流体不流动的情况下，残留在内部容积内的流体的量也变多。因此，从阀门全闭到流体的流量大体消失为止所需要的时间也变长。

因此，当考虑提高流量控制装置的下降响应性能时，以往尽量将各设备接近设置，使连接各设备间的流道更细更短，从而减小内部容积。

可是，连接各设备间的流道过细过短时，在流阻以外的部分可能发生额外的压力损失，存在流量控制等的精度恶化的危险，所以难以形成一定水平以下的内部容积。

此外，在例如通过降低构成流量控制装置的流体控制阀和节流机构内部的内部容积来提高下降响应性能时，也产生和上述同样的问题。特别是上述节流机构的结构，并不希望降低内部容积，因此勉强缩小内部容积时，存在极大地损害作为节流机构的功能的危险。

现有技术文献

专利文献1：日本专利公开公报特开平11-265217号

专利文献2：日本专利公开公报特开2000-75931号

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种流体控制阀，不损害压力和流量等流体控制的精度，能够减小内部容积并提高例如下降响应性能。

即，本发明的流体控制阀包括：阀座部；阀体，以能相对于所述阀座部接触分离的方式设置；流阻；以及一对夹持构件，夹持所述流阻，所述流阻和所述一对夹持构件形成阀内空间，所述阀内空间收容所述阀体或使所述阀体移动的驱动构件的至少一部分，流体从所述阀内空间通过所述流阻后向外部流出，或者流体从外部通过所述流阻后向所述阀内空间流入。

按照这种结构，由于流体控制阀自身具备所述流阻，所以即使不在流体控制阀的外部单独设置例如用于产生测定流量所需的压力差的流阻，也能构成流量控制装置。即，因为不需要在流体控制阀的外部设置流阻，所以不需要设置用于连接各设备的流道，可以削减该部分的容积。

而且，由于所述流阻和所述一对夹持构件形成收容所述阀体或使所述阀体移动的驱动构件的至少一部分的阀内空间，流体从所述阀内空间通过所述流阻后向外部流出，或者流体从外部通过所述流阻后向所述阀内空间流入，所以能够将所述流阻不是配置在所述流体控制阀内的流道的中途，而是配置在流体的出口或入口附近。因此，所述流阻不会在所述流体控制阀内的流道等内部空间中占用容积，从而可以减小所述阀内空间等的内部容积。

此外，由于将所述流阻用所述一对夹持构件夹持，因此即使例如形成较薄的所述流阻也能够在流体控制阀内固定，能进一步减小所述阀内空间。

这样，按照本发明的流体控制阀可以省略以往所需要的用于连接流体控制阀和流阻的流道，而且即便在流体控制阀内设置流阻也可以将所述阀内空间的内部容积减小。因此，由于所述阀体在所述阀座部关闭时可以使所述阀内空间残留的流体的量达到最小限度，所以使用本发明的流体控制阀进行压力控制和流量控制时可以提高下降响应性能。

为了在流道中仅仅设置一个所述流体控制阀就能够实现压力控制或流量控制，优选还具备测定所述阀内空间中的流体的压力的压力传感器。

为了尽量减小所述阀内空间的内部容积以提高下降响应性，优选所述流阻形成为平板状，所述一对夹持构件分别接触并夹持所述流阻的各面板部的任意一方。

作为利用构成流体控制阀必须的结构并减小所述阀内空间的内部容积的具体结构例，优选所述一对夹持构件的一方是阀座模块，其内部形成有供流体流动的内部流道，所述内部流道的流出开口的周围形成所述阀座部，所述一对夹持构件的另一方是保持弹性体的弹性体保持模块，所述弹性体将所述阀体向所述阀座部侧推压，所述流阻被夹持在所述阀座模块和所述弹性体保持模块之间。

作为随着将构成流体控制阀的构件进行固定、由所述一对夹持构件夹持所述流阻并将流阻固定在规定位置的具体的结构例，优选还具备阀座模块，其内部形成有供流体流动的内部流道，所述内部流道的流出开口的周围形成所述阀座部，所述阀座模块推压所述一对夹持构件的一方而使所述流阻被所述一对夹持构件夹持。

作为在组装所述流体控制阀时在组装步骤的最终步骤侧安装所述流阻，以便容易进行所述流阻的安装位置的调整等的具体结构例，优选所述一对夹持构件的一方是阀座模块，其内部形成有供流体流动的内部流道，所述内部流道的流入开口的周围形成阀座部，所述一对夹持构件的另一方是借助所述内部流道推压所述阀体的隔膜结构件，所述流阻被夹持在所述阀座模块和所述隔膜结构件之间。

为了在不仅设置有所述流阻还设置有所述压力传感器时所述流体控制阀内的内部容积也不增加，优选所述一对夹持构件的任意一方具备：收容所述压力传感器的收容部；以及使所述收容部和所述阀内空间连通的连通部。

如上所述，按照本发明的流体控制阀，所述流阻被所述一对夹持构件夹持，所以能够形成并保持较薄的所述流阻。此外，所述流阻和所述一对夹持构件形成收容所述阀体或使所述阀体移动的驱动构件的至少一部分的阀内空间，流体从所述阀内空间通过所述流阻后向外部流出，或者流体从外部通过所述流阻后向所述阀内空间流入，所以所述流阻成为用于形成所述阀内空间的外壁，所述流阻自身不会占用所述流体控制阀内的内部容积。所以，能够形成极小的所述流体控制阀内的内部容积，从而例如可以提高下降响应性等。此外，由于不必像以往那样形成用于连接分别设置的各设备的流道，因此根本就不会发生由于各流道过细过短时产生额外的压力损失的问题。

附图说明

图1是示意性表示本发明的第1实施方式的流体控制阀的断面图。

图2是示意性表示本发明的第2实施方式的流体控制阀的断面图。

图3是示意性表示本发明的第3实施方式的流体控制阀的断面图。

附图标记说明

100流体控制阀

H一对夹持构件

4阀体

5流阻

6阀座模块

61阀座部

S2下游侧阀内空间(阀内空间)

具体实施方式

参照图1说明本发明的第1实施方式的流体控制阀100。另外，各图中的流道等中所示的箭头表示流体的流向。

所述流体控制阀100在例如半导体制造工序中用于控制反应气体和成分气体等流体的流量。而且，在流道上仅仅设置一个第1实施方式的流体控制阀100就可以控制流体的流量。

所述流体控制阀100通过在大致长方体形状的模块件B上形成的收容凹部B3上层叠各构件组装而成。所述模块件B的内部形成有用于使流体流入所述收容凹部B3的流入流道B1，以及用于使流体从所述收容凹部B3流出的流出流道B2。

所述流体控制阀100在组装在所述模块件B上的状态下，从收容凹部B3的底面侧开始层叠组装有传感器保持模块1、弹性体保持模块2、板簧3(弹性体)、阀体4、流阻5、阀座模块6、隔膜结构件7和压电堆8。第1实施方式中的所述流阻5被作为一对夹持构件H的所述阀座模块6和所述弹性体保持模块2夹持，并且在所述阀体4的下游侧形成有由所述流阻5和所述一对夹持构件H形成的、收容所述阀体4的阀内空间，即下游侧阀内空间S2。此外，在所述阀体4的上游侧形成有由所述阀座模块6和所述隔膜结构件7形成的上游侧阀内空间S1。

即，从所述流入流道B1流入所述流体控制阀100内的流体，从所述上游侧阀内空间S1通过所述阀座模块6和所述阀体4之间，向所述下游侧阀内空间S2流入。而且，流入所述下游侧阀内空间S2的流体通过所述流阻5后，向形成在所述弹性体保持模块2的外周面和所述收容凹部B3之间的阀外空间S3流出，最终流向所述流出流道B2。

以下具体说明各部分。

所述传感器保持模块1形成大致圆筒状，所述传感器保持模块1保持用于测定所述下游侧阀内空间S2中的流体的压力的压力传感器P。所述传感器保持模块1形成有收容所述压力传感器P的收容部11，以及连通所述收容部11和所述下游侧阀内空间S2的连通部12。

所述弹性体保持模块2形成为外径大于高度的大致厚壁圆筒状，其内周侧的空间中保持有板簧3，所述板簧3将所述阀体4向所述阀座模块6一侧推压。所述弹性体保持模块2的外径略小于所述收容凹部B3的内径，在所述弹性体保持模块2和所述收容凹部B3之间形成有与所述流出流道B2连通的所述阀外空间S3。

所述流阻5是具有和所述弹性体保持模块2大体相同外径和内径的扁平环状的节流环。所述流阻5由薄板层叠形成，在其半径方向形成有多个微小流道。即，流体通过所述流阻5时以层流状态流动，所述流阻5使所述下游侧阀内空间S2和所述阀外空间S3之间产生压力差。所述流阻5的面板部分别被作为一对夹持构件H的所述弹性体保持模块2和所述阀座模块6推压夹持，只有其内侧周面和外侧周面向外部露出。因此，通过使所述流阻5的厚度变薄，可以使所述下游侧阀内空间S2的容积变小。

所述阀座模块6形成为大致圆筒状，内部具有两个内部流道，并且所述阀座模块6的底面形成有与所述阀体4接触的阀座部61。更具体而言，所述阀座模块6具有与所述流入流道B1连通且在外侧面和上表面开口的断面为L形状的第1内部流道C1、以及贯穿上表面和底面之间的第2内部流道C2，所述第2内部流道C2的流出开口的附近形成所述阀座部61。即，从所述流入流道B1流入的流体，从所述阀座模块6的外侧面流向上表面侧，之后从上表面侧流向所述阀座部41的底面侧。而且，所述阀体4以能够相对于所述阀座部61接触分离的方式设置，通过改变所述阀座部61与所述阀体4的分离距离来调节作为流体控制阀100的开度。

所述隔膜结构件7以使所述阀座模块6的上表面侧形成所述上游侧阀内空间S1的方式密闭，所述隔膜结构件7包括：固定在所述模块件B上的大致环状的固定部71；借助所述第2内部流道C2推压所述阀体4而使所述阀体4移动的驱动构件即柱塞部72；作为连接所述固定部71和所述柱塞部72之间的膜状部分的隔膜73。通过将所述固定部71用螺钉紧固在所述模块件B上，将比所述隔膜结构件7下层的构件推向所述收容凹部B3的底面，由所述一对夹持构件H将所述流阻5固定在规定位置。

通过外加的电压控制所述压电堆8的伸缩量，并且所述压电堆8通过推压所述柱塞部72的与阀体4相反一侧的端部，控制所述阀体4的位置。

接着说明仅用所述流体控制阀100控制流体的流量的情况。

根据流体的测定流量和设定流量的偏差控制作为所述阀座部61与所述阀体4的分离距离的所述流体控制阀100的开度，流体的所述测定流量根据用所述压力传感器P测定的所述下游侧阀内空间S2的压力测定，所述设定流量由用户设定。

更具体而言，所述流出流道B2与大致保持在真空压力的腔室连接时，可以通过例如在所述流阻5的上游侧的所述下游侧阀内空间S2内的压力的平方上乘以规定的系数，来计算流体的测定流量。

因此，如果用计算机等构成开度控制部(未图示)，从所述流体控制阀100具备的压力传感器P的测定压力计算测定流量，以使设定流量与测定流量的偏差减小的方式控制对所述压电堆8外加的电压，就可以构成在流道上仅设置所述流体控制阀100的流量控制装置。

如上所述，所述流体控制阀100具备用于测定所述流阻5和所述下游侧阀内空间S2的流体压力的压力传感器P，所以例如构成流量控制装置时不必像以往那样在流道上另外再设置流阻和压力传感器P。因此，在流道上仅设置所述流体控制阀100即可，所以不用形成用于连接各设备的流道，首先就可以将内部容积缩小用于构成流量控制装置的以往所需要的流道部分。

而且，由于所述流阻5和所述一对夹持构件H一起形成比所述阀体4位于下游侧的所述下游侧阀内空间S2，所以能把所述流阻5配置在所述流体控制阀100内的流道的最终出口上。而且，因为所述流阻5呈扁平的环状，并且被所述一对夹持构件H夹持，所以也能够使所述下游侧阀内空间S2的容积较小。即，所述流体控制阀100具备所述流阻5的同时，可以使其内部容积减小。

而且，所述压力传感器P收容在所述传感器保持模块1内，可以借助所述连通部12测定所述下游侧阀内空间S2的压力，因此所述压力传感器P的设置也防止了内部容积的增加。

所以，考虑流体控制阀100单体的情况下也可以使其内部容积比以往减小。

因此，用第1实施方式的流体控制阀100可以构成内部容积非常小的流量控制装置，因此可以缩短从开度为零、到实际流量为零为止的下降时间。即，通过所述流体控制阀100可以提高下降响应性能等控制精度。

此外，构成流量控制装置时不需要压力传感器P和流阻这种单独的构件，因此可以降低构成流量控制装置时的部件成本。

接着参照图2说明第2实施方式的流体控制阀100。另外，针对和第1实施方式共通的构件标注相同的附图标记。

相对与第1实施方式中所述流阻5被夹持在所述阀座模块6和所述弹性体保持模块2之间，第2实施方式的流体控制阀100的不同点在于，所述流阻5被夹持在所述弹性体保持模块2和所述传感器保持模块1之间。换句话说，相对于第1实施方式中所述一对夹持构件H是所述阀座模块6和所述弹性体保持模块2，第2实施方式中所述一对夹持构件H是所述弹性体保持模块2和所述传感器保持模块1。而且在第2实施方式中同样是由一对夹持构件H和流阻5形成的下游侧阀内空间S2，相当于收容所述阀体4的阀内空间，流体从下游侧阀内空间通过流阻5后，向流体控制阀100的外部流出。

此外，所述流阻5呈内径小于所述弹性体保持模块2的内径的扁平环状。

这种第2实施方式的流体控制阀100也和第1实施方式的流体控制阀100同样使内部容积减小，可以提高下降响应性能。

接着参照图3说明第3实施方式的流体控制阀100。另外，对和第1实施方式共通的构件标注相同的附图标记。

相对于第1实施方式的流体控制阀100中流体从上部侧向下部侧流动，第3实施方式的流体控制阀100中流体从下部侧向上部侧流动。配合上述流动方向变得相反，第3实施方式的流体控制阀100中所述流阻5被夹持在所述阀座模块6和所述隔膜结构件7之间，使所述下游侧阀内空间S2形成在所述阀体4的下游侧。换句话说，由所述阀座模块6、所述流阻5和所述隔膜结构件7形成所述下游侧阀内空间S2，第3实施方式中使所述阀体4移动的驱动构件即柱塞部72的至少一部分收容在所述下游侧阀内空间S2中。

此外，第3实施方式中使所述传感器保持模块1兼备所述弹性体保持模块2的功能，所述弹性体保持模块2被省略。

即，第3实施方式的流体控制阀100在组装到收容凹部B3的状态下，从底面侧开始设置有传感器保持模块1、阀体4、阀座模块6、流阻5和隔膜结构件7。

所述传感器保持模块1形成有与所述流入流道B1连接的第1内部流道C1，并且和贯穿所述阀座模块6的上表面和底面的第2内部流道C2连通。

所述阀座模块6中形成有连通部12，所述连通部12在第2内部流道C2中开口、并连通至所述传感器保持模块1的收容有压力传感器P的收容部11。而且，在所述传感器保持模块1的上表面和所述阀座模块6的底面之间，以分隔所述第2流道的流入开口和所述连通部12的方式在所述阀座模块6的连通部12的底面侧开口部的周围和最外周的部分设有密封件SL。

即使是这种第3实施方式的流体控制阀100，能够使流体向与第1实施方式在上下方向相反的方向流动的同时，能够减小内部容积，从而提高下降响应性能。

以下说明其他的实施方式。

在上述各实施方式中，流体控制阀除了所述流阻以外、还具备压力传感器，但是也可以例如省略压力传感器，仅具备流阻。此外，说明了用所述流体控制阀构成流量控制装置的具体示例，但是也可以用本发明的流体控制阀构成例如压力控制装置。

而且，上述流体控制阀也可以具有两个压力传感器，通过测定所述流阻的前后的流体压力，可以更准确地测定流量。这样，可以不依靠下游侧的压力而准确测定流量，可以构成能用流体控制阀单体控制流体的质量流量或体积流量的质量流控制器。此外，压力传感器不是必须收容在所述传感器保持模块内，可以用能测定所述下游侧阀内空间的压力的方式收容设置在其他的构件内。

作为所述流阻的具体示例，不仅可以是节流环，还可以是其他的层流元件和音速喷嘴等。只要以被所述一对夹持构件夹持的方式设置在所述流体控制阀内即可。此外，只要和各实施方式同样使所述流阻呈平板状，并以夹持构件推压所述流阻的面板部的方式进行固定，就可以将所述流阻固定在设计好的位置，产生设计好的压力损失。

上述各实施方式中例示了常闭型的流体控制阀，也可以将本发明构成为常开型的流体控制阀。所述流阻不仅可以被上述各实施方式所示的一对夹持构件的组合夹持，还可以被其他构件的组合夹持。

上述各实施方式中表示了流体从阀内空间通过流阻后向外部流出的结构的流体控制阀，反之也可以使流体从外部通过流阻后流入阀内空间。换句话说，由所述一对夹持构件和流阻形成的、收容所述阀体或使所述阀体移动的驱动构件的至少一部分的，也可以是形成在阀体的上游侧的上游侧阀内空间。即使在这种结构中，也能得到和上述各实施方式同样的效果。

而且，在本说明书中表示的用于设置流阻、压力传感器的设置结构和方法不仅限于流体控制阀，也可以在其他的流体设备中使用。即，只要所述设置结构设置在流体设备的内部，并具备：流阻，形成内部空间；连接通道，与由所述流阻形成的流体设备的内部空间连通；以及压力传感器，借助所述连接通道测定所述内部空间的压力。为了尽可能减小所述内部空间的容积，优选所述流阻被构成流体设备的一对夹持构件夹持并固定，所述压力传感器也设置在构成流体设备的构件内，并以将所述压力传感器和所述内部空间之间连通的方式设置所述连接通道。按照这种结构，对于以往的与流阻和压力传感器分开设置在不同场所的流体设备，可以在流体设备内设置所述流阻和压力传感器，并去掉连接各设备所需要的连接用的流道，因此可以减小内部容积，从而提高测定和控制中的响应性。

此外，可以在不脱离本发明的发明思想的范围内对实施方式进行各种变形或将实施方式进行组合。

工业实用性

按照本发明的流体控制阀能够构成可以形成极小的内部容积并提高例如压力控制和流量控制中的下降响应性等的流体控制装置。

Claims (7)

1.一种流体控制阀，其特征在于，

包括：

阀座部；

阀体，以能相对于所述阀座部接触分离的方式设置；

流阻；以及

一对夹持构件，夹持所述流阻，

所述流阻和所述一对夹持构件形成阀内空间，所述阀内空间收容所述阀体或使所述阀体移动的驱动构件的至少一部分，流体从所述阀内空间通过所述流阻后向外部流出，或者流体从外部通过所述流阻后向所述阀内空间流入。

2.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，还具备测定所述阀内空间中的流体的压力的压力传感器。

3.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，所述流阻形成为平板状，所述一对夹持构件分别接触并夹持所述流阻的各面板部的任意一方。

4.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，

所述一对夹持构件的一方是阀座模块，其内部形成有供流体流动的内部流道，所述内部流道的流出开口的周围形成所述阀座部，

所述一对夹持构件的另一方是保持弹性体的弹性体保持模块，所述弹性体将所述阀体向所述阀座部侧推压，

所述流阻被夹持在所述阀座模块和所述弹性体保持模块之间。

5.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，

还具备阀座模块，其内部形成有供流体流动的内部流道，所述内部流道的流出开口的周围形成所述阀座部，

所述阀座模块推压所述一对夹持构件的一方而使所述流阻被所述一对夹持构件夹持。

6.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，

所述一对夹持构件的一方是阀座模块，其内部形成有供流体流动的内部流道，所述内部流道的流入开口的周围形成阀座部，

所述一对夹持构件的另一方是借助所述内部流道推压所述阀体的隔膜结构件，

所述流阻被夹持在所述阀座模块和所述隔膜结构件之间。

7.根据权利要求4所述的流体控制阀，其特征在于，所述一对夹持构件的任意一方具备：收容所述压力传感器的收容部；以及使所述收容部和所述阀内空间连通的连通部。