CN118414509A - 流量控制阀、流量控制阀的制造方法和流量控制装置 - Google Patents

流量控制阀、流量控制阀的制造方法和流量控制装置 Download PDF

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CN118414509A CN202280084671.3A CN202280084671A CN118414509A CN 118414509 A CN118414509 A CN 118414509A CN 202280084671 A CN202280084671 A CN 202280084671A CN 118414509 A CN118414509 A CN 118414509A
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赤土和也
林繁之
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Abstract

本发明提供流量控制阀、流量控制阀的制造方法和流量控制装置，流量控制阀(4)具备：阀座部(41)、阀芯(42)、驱动部(43)、经由隔膜部(48)支承阀芯的支承体(44)。阀芯还具有：相对面(42F)，相对于落座面(42S)位于与阀座面(41S)相反的一侧；以及周面(42P)，连结落座面和相对面。隔膜部在比相对面靠落座面侧的位置与阀芯的周面连结。支承体具有：第一面(44S1)，以隔膜部的膜面的位置为基准，位于与相对面相同的一侧；以及第二面(44S2)，位于比第一面靠阀座部侧。在隔膜部为无变形的状态时，相对面和第一面位于同一面上。

Description

流量控制阀、流量控制阀的制造方法和流量控制装置
技术领域
本发明涉及流量控制阀、流量控制阀的制造方法和具备上述流量控制阀的流量控制装置。
背景技术
以往，提出了各种质量流量控制器等流量控制装置(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献1：日本公开公报特开2010-230159号
例如，在流量控制装置中，通过具备致动器的流量控制阀来控制气体等流体的流量。即，如果驱动致动器而使阀芯的落座面相对于阀座部的阀座面分离，则流体经由设置于阀座面的开口流动。另一方面，如果使落座面落座于阀座面，则设置于阀座面的开口被落座面封闭，因此流体无法经由上述开口流动。
在落座面落座时，为了使流体的流量成为零(或接近零)，阀座面与落座面之间的密封性变得重要。从提高密封性的观点出发，现有的流量控制阀存在改善的余地。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供能够提高阀座面与落座面之间的密封性的流量控制阀、上述流量控制阀的制造方法和具备上述流量控制阀的流量控制装置。
本发明的一方面的流量控制阀具备：阀座部，具有阀座面；阀芯，具有相对于所述阀座面离合的落座面；驱动部，在所述落座面相对于所述阀座面离合的离合方向上驱动所述阀芯；以及支承体，经由隔膜部支承所述阀芯，所述阀芯还具有：相对面，相对于所述落座面位于与所述阀座面相反的一侧；以及周面，连结所述落座面和所述相对面，所述隔膜部在比所述相对面靠所述落座面侧的位置与所述阀芯的所述周面连结，所述支承体具有：第一面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述相对面相同的一侧；以及第二面，位于比所述第一面靠所述阀座部侧，在所述隔膜部为无变形的状态时，所述相对面和所述第一面位于同一面上。
本发明的其他方面的流量控制阀具备：阀座部，具有阀座面；阀芯，具有相对于所述阀座面离合的落座面；驱动部，在所述落座面相对于所述阀座面离合的离合方向上驱动所述阀芯；以及支承体，经由隔膜部支承所述阀芯，所述阀芯还具有：相对面，相对于所述落座面位于与所述阀座面相反的一侧；以及周面，连结所述落座面和所述相对面，所述隔膜部在比所述相对面靠所述落座面侧的位置与所述阀芯的所述周面连结，所述支承体具有：第一面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述相对面相同的一侧；以及第二面，位于比所述第一面靠所述阀座部侧，由所述相对面与所述落座面之间的距离规定的所述阀芯的高度与由所述第一面与所述第二面之间的距离规定的所述支承体的高度相同。
本发明的另一方面的上述流量控制阀的制造方法包括研磨工序，所述研磨工序通过将所述阀芯的所述落座面经由研磨材料按压于抛光平台，对所述落座面进行研磨，在所述研磨工序中，在将所述阀芯的所述相对面和所述支承体的所述第一面利用同一平面同时按压于所述抛光平台的状态下，对所述落座面进行研磨。
本发明的另一方面的流量控制阀具备：阀座部，具有阀座面；阀芯，具有相对于所述阀座面离合的落座面；驱动部，在所述落座面相对于所述阀座面离合的离合方向上驱动所述阀芯；以及支承体，经由隔膜部支承所述阀芯，所述阀芯还具有：相对面，相对于所述落座面位于与所述阀座面相反的一侧；以及周面，连结所述落座面和所述相对面，所述隔膜部在所述相对面与所述落座面侧之间的位置与所述阀芯的所述周面连结，所述支承体具有：第一面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述相对面相同的一侧；以及第二面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述第一面相反的一侧，在将所述隔膜部的所述离合方向的厚度设为T时，所述隔膜部位于从所述落座面向所述离合方向离开4T以上的位置。
本发明的另一方面的流量控制阀具备：阀座部，具有阀座面；阀芯，具有相对于所述阀座面离合的落座面；驱动部，在所述落座面相对于所述阀座面离合的离合方向上驱动所述阀芯；以及支承体，经由隔膜部支承所述阀芯，所述阀芯还具有：相对面，相对于所述落座面位于与所述阀座面相反的一侧；以及周面，连结所述落座面和所述相对面，所述隔膜部在所述相对面与所述落座面侧之间的位置与所述阀芯的所述周面连结，所述支承体具有：第一面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述相对面相同的一侧；以及第二面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述第一面相反的一侧，所述落座面的外径大于所述隔膜部的内径。
本发明的另一方面的流量控制装置具备：上述任意一个流量控制阀；流量检测机构，检测流体的流量；以及驱动控制部，基于所述流量检测机构的检测结果，驱动所述流量控制阀的所述驱动部。
根据本发明，能够提高阀座面与落座面之间的密封性。
附图说明
图1是表示本发明的实施的一个方式的流量控制装置的结构的说明图。
图2是放大表示上述流量控制装置所具备的流量控制阀的主要部分的剖视图。
图3是表示比较例的流量控制阀的概略结构的剖视图。
图4是示意性地表示图1和图2的流量控制阀的制造工序的剖视图。
图5是示意性地表示在上述流体控制阀中隔膜部的厚度T与隔膜部距落座面的距离A的关系的说明图。
图6是示意性地表示上述流量控制阀的其他结构的说明图。
图7是示意性地表示在A＜4T的条件下设计的流量控制阀中的向致动器施加电压时的应力的分布的说明图。
图8是示意性地表示在A≥4T的条件下设计的流量控制阀中的向致动器施加电压时的应力的分布的说明图。
图9是示意性地表示隔膜部的内径L、落座面的外径M、阀座部的阀座直径N的关系的说明图。
图10是上述阀座部的俯视图。
图11是示意性地表示通常的向致动器的施加电压与流体的流量的关系的曲线图。
图12是示意性地表示满足L＜N时的向上述致动器的施加电压与流体的流量的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的例示的实施方式进行说明。
[1.流量控制装置的概要]
图1是表示本实施方式的流量控制装置1的概略结构的说明图。流量控制装置1例如由质量流量控制器构成。质量流量控制器例如用于半导体制造装置，是在半导体的制造工序中控制所使用的气体等流体的流量的设备。流量控制装置1具备主体部2、流量检测机构3、流量控制阀4和驱动控制部5。
主体部2是在内部具有流道部21的模块。上述流体在流道部21中流动。流道部21具有：位于上游侧的流入通道21a、位于下游侧的流出通道21b、以及位于流入通道21a与流出通道21b之间的中间流道21c。后述的阀座部41位于中间流道21c。
上游口2A位于流道部21(特别是流入通道21a)的上游端。上游口2A与外部流入配管(未图示)连接。下游口2B位于流道部21(特别是流出通道21b)的下游端。下游口2B与外部流出配管(未图示)连接。
流入通道21a经由旁路部21d与中间流道21c相连。在旁路部21d连接有入口侧流道22a和出口侧流道22b。入口侧流道22a和出口侧流道22b分别与流量检测机构3的细管31的一个端部和另一个端部相连。
因此，从外部流入配管经由上游口2A流入到流入通道21a的流体以规定的流量比分路并流向入口侧流道22a和旁路部21d。经由入口侧流道22a流入到流量检测机构3的细管31的流体经由出口侧流道22b被引导到旁路部21d，与在旁路部21d中流动的流体合流。合流后的流体从旁路部21d向中间流道21c流动。
流量检测机构3检测在流道部21(特别是流入通道21a)中流动的流体的流量。在本实施方式中，流量检测机构3采用以热方式检测流体的流量的结构。即，流量检测机构3具备上述细管31、一对发热电阻线32、33。发热电阻线32、33卷绕于细管31，分别与电桥电路(未图示)连接。如果在发热电阻线32、33中流过电流，在加热了发热电阻线32、33的状态下在细管31内流过流体，则在细管31的上游侧和下游侧产生与流体的质量流量对应的温度差。通过使用上述电桥电路将该温度差转换为电信号，能够测量(检测)流体的质量流量。测量流体的质量流量的包括上述电桥电路的运算部CA例如也可以包含在后述的驱动控制部5中。
另外，流量检测机构3也可以是以热方式以外的方式(例如压力式(差压式))检测流体的流量的结构。
流量控制阀4是控制在流道部21中流动的流体的流量的机构，例如由常开型构成。这样的流量控制阀4构成为具有阀座部41、阀芯42、致动器43、支承体44、按压构件45、移动限制构件46。
图2是放大表示流量控制阀4的主要部分的剖视图。流量控制阀4的阀座部41是具有阀座面41S的模块。在阀座面41S形成有第一开口41a和第二开口41b。第一开口41a经由连通通道41a1与作为流体的流入通道的中间流道21c连通。第二开口41b与流出通道21b连通。另外，在本实施方式中，第一开口41a在阀座面41S形成有多个，但第一开口41a的个数也可以是一个。同样，第二开口41b在阀座面41S形成有多个，但第二开口41b的个数也可以是一个。
阀芯42是经由柱塞47与致动器43(特别是压电堆431、参照图1)接触的圆锥台形状的移动体。阀芯42具有落座面42S。落座面42S是相对于阀座部41的阀座面41S离合(接触或分离)的面。
阀芯42还具有相对面42F。相对面42F相对于落座面42S位于与阀座面41S相反的一侧。特别是在本实施方式中，相对面42F以隔膜部48的膜面48a的位置为基准，位于与落座面42S相反的一侧。换句话说，上述落座面42S以膜面48a的位置为基准，位于与相对面42F相反的一侧。因此，在落座面42S相对于阀座面41S离合的方向(以下也称为离合方向)上，隔膜部48的膜面48a位于落座面42S与相对面42F之间。
在此，隔膜部48是在与上述离合方向交叉的方向上延伸的圆环状的薄膜。上述隔膜部48的膜面48a是指隔膜部48的膜的表面。阀芯42如上所述是圆锥台形状，因此落座面42S的直径大于相对面42F的直径。上述柱塞47在相对面42F的中央与阀芯42连结。
阀芯42还具有周面42P。周面42P是连结阀芯42的落座面42S和相对面42F的面。即，周面42P与落座面42S和相对面42F相交。上述隔膜部48在比相对面42F靠落座面42S侧的位置与阀芯42的周面42P连结。特别是隔膜部48在相对面42F与落座面42S之间的位置与周面P连结。
致动器43是经由柱塞47在上述离合方向上驱动阀芯42的驱动部。如图1所示，致动器43例如具备压电堆431。压电堆431层叠多个通过施加电压而膨胀变形的压电元件而形成。压电堆431收容在收容体432内，对阀芯42的柱塞47施加按压力。
支承体44位于阀芯42的周围，是经由隔膜部48支承阀芯42的框体。支承体44具有第一面44S1和第二面44S2。第一面44S1以隔膜部48的膜面48a的位置为基准，位于与相对面42F相同的一侧。第二面44S2位于比第一面44S1靠阀座部41一侧。特别是在本实施方式中，第二面44S2以隔膜部48的膜面48a的位置为基准，位于与第一面44S1相反的一侧。因此，隔膜部48的膜面48a在上述离合方向上位于支承体44的第一面44S1与第二面44S2之间。另外，支承体44的第一面44S1是在上述离合方向上最远离第二面44S2的面。
在第二面44S2与阀座面41S之间设置有垫片411。由此，在落座面42S与阀座面41S之间形成与垫片411的厚度对应的间隙。上述支承体44经由O形环412设置在主体部2的上部。
如图1所示，按压构件45是将支承体44按压于主体部2并在与支承体44之间夹持移动限制构件46的罩。支承体44与按压构件45一起使用螺栓等紧固件49固定于主体部2。
移动限制构件46是限制阀芯42向落座面42S从阀座面41S分离的方向(以下也称为第一方向)的移动的构件，在中央具有贯通孔。柱塞47插通所述贯通孔。在阀芯42向第一方向移动时，阀芯42的相对面42F与移动限制构件46接触，由此限制阀芯42向第一方向的移动。
在图1中，弹簧等第一施力构件40a的一端固定于致动器43的压电堆431中的与柱塞47的接触侧的面。第一施力构件40a位于柱塞47的周围。第一施力构件40a的另一端固定于移动限制构件46。
弹簧等第二施力构件40b位于第一施力构件40a的内侧、即第一施力构件40a与柱塞47之间。第二施力构件40b的一端经由固定件固定于柱塞47。第二施力构件40b的另一端固定于移动限制构件46。
在上述结构中，在未向压电堆431施加电压的状态中，阀开度、即落座面42S与阀座面41S之间的间隙设定为规定值。另外，阀开度为规定值的状态是流量控制阀4的完全打开状态。在该状态下，利用图1所示的第二施力构件40b的作用力，阀芯42与柱塞47一起向第一方向被抬起。这样，阀芯42相对于支承体44向第一方向相对移动的结果，隔膜部48以与阀芯42的连结侧比与支承体44的连结侧向第一方向偏移的方式变形。
如果对压电堆431施加电压，则压电堆431伸长。由此，压电堆431克服第一施力构件40a和第二施力构件40b的作用力，经由柱塞47将阀芯42向与第一方向相反方向(以下也称为第二方向)按压。并且，最终阀芯42的落座面42S落座于阀座部41的阀座面41S(接触)。在落座面42S落座于阀座面41S的状态下，通过阀芯42向第二方向的移动，隔膜部48被拉伸而变形。此时，隔膜部48伴随阀芯42向第二方向的移动，例如(理想地)经过图2所示的无变形状态，变形为与阀芯42的连结侧比与支承体44的连结侧向第二方向偏移。
另外，在隔膜部48的无变形状态下，隔膜部48的膜面48a成为位于沿着与上述离合方向(阀芯42的移动方向)垂直的面(例如阀座面41S)的状态。该状态与将带柱塞47的阀芯42、支承体44、隔膜部48一体化并组装到流量控制阀4(流量控制装置1)中之前的隔膜部48的状态相同。
另外，致动器43(压电堆431)和柱塞47接触于一点。此外，第二施力构件40b经由柱塞47施加于阀芯42的作用力在以离合方向为中心轴时的周向上不均等。由此，伴随阀芯42的离合方向的移动，隔膜部48可能不成为无变形状态。即，即使在对致动器43施加了隔膜部48应成为无变形状态的电压时，也可能存在隔膜部48不成为无变形状态(水平状态)而从水平倾斜的情况。
这样，通过致动器43(特别是压电堆431)的驱动，阀芯42的落座面42S相对于阀座部41的阀座面41S离合。由此，通过将与所希望的阀开度对应的电压(开度控制信号)施加于致动器43而使致动器43(压电堆431)伸长，能够实现与开度控制信号的值对应的阀开度，能够调整(控制)从中间流道21c经由第一开口41a、上述间隙、第二开口41b流向流出通道21b的流体的流量。
驱动控制部5基于流量检测机构3的检测结果(检测出的流量)，向流量控制阀4的致动器43提供上述开度控制信号来驱动致动器43。这样的驱动控制部5构成为包括：(1)放大上述电桥电路的输出信号的放大电路，(2)校正放大电路的输出信号并输出到流量控制装置1的外部的校正电路，(3)比较校正后信号和从外部输入的流量设定信号的比较控制电路，(4)基于比较控制电路的输出来生成致动器43的驱动信号(开度控制信号)的驱动电路、控制部(例如CPU)等。通过驱动控制部5驱动致动器43，能够以上述方式调整阀开度，使在流道部21(特别是流出通道21b)中流动的流体的流量接近预先确定的设定流量。
[2.关于阀芯的相对面与支承体的第一面的位置关系]
在本实施方式中，在隔膜部48为无变形的状态(图2的状态)时，阀芯42的相对面42F和支承体44的第一面44S1位于同一面上。
在落座面42S落座于阀座面41S时，如果无法良好地确保落座面42S与阀座面41S之间的密封性，则在落座面42S与阀座面41S之间产生流体的泄漏。因此，例如对落座面42S实施树脂涂布在确保密封性的方面是有效的。但是，如果在通过树脂涂布而形成的薄膜的表面存在凹凸，则不能良好地确保密封性，因此对薄膜的表面要求高平面度。为了实现高平面度，需要对薄膜的表面进行研磨(抛光)。另外，作为涂布用的树脂材料，例如可以使用PFA(全氟烷氧基烷烃)等氟树脂。以下，将涂布在落座面42S上的薄膜的表面称为与阀座面41S接触的落座面42S。
如果在落座面42S的抛光时阀芯42倾斜，则在使用阀芯42构成流量控制装置1时，难以确保落座面42S与阀座面41S的平行度。其结果，落座面42S不能与阀座面41S紧贴，从而产生流体的泄漏。这样的抛光时的阀芯42的倾斜例如是由于在抛光时仅支承支承体44的第一面44S1而产生的。
图3是表示比较例的流量控制阀4’的概略结构的剖视图。比较例的流量控制阀4’与本实施方式的流量控制阀4(参照图1、图2)不同点在于，在隔膜部48为无变形的状态时，阀芯42的相对面42F和支承体44的第一面44S1在离合方向上位于偏移的位置。更详细地说，在比较例的流量控制阀4’中，在隔膜部48为无变形的状态时，阀芯42的相对面42F在上述离合方向上位于比支承体44的第一面44S1靠落座面42S侧。
在这样的流量控制阀4’中，在对落座面42S进行抛光的情况下，不能通过具有单一平面的按压构件同时按压相对面42F和第一面44S1，因此例如仅按压支承体44的第一面44S1而对落座面42S进行抛光。在这种情况下，阀芯42未被支承，因此在抛光时阀芯42不稳定，阀芯42相对于离合方向以角度θ倾斜(产生所谓的芯抖动)。
与此相对，本实施方式的流量控制阀4是在隔膜部48为无变形的状态时相对面42F和第一面44S1位于同一面上的结构。在该结构中，在将流量控制阀4组装在流量控制装置1中之前的落座面42S的抛光时，可以采用以下方法。图4是示意性地表示本实施方式的流量控制阀4的制造工序的剖视图。在研磨(抛光)工序中，将阀芯42的落座面42S经由研磨材料62按压于抛光平台61，使抛光平台61相对于阀芯42相对旋转或移动，由此对落座面42S进行研磨。此时，在利用按压构件60的同一平面60a将阀芯42的相对面42F和支承体44的第一面44S1同时按压于抛光平台61的状态下，对落座面42S进行研磨。
根据本实施方式的流量控制阀4的结构，即使在以上述方式对落座面42S进行抛光的情况下，也能够利用单一的按压构件60、即具有单一(共同)平面60a的按压构件60同时按压相对面42F和第一面44S1，对落座面42S进行抛光。通过按压阀芯42的相对面42F，能够降低在抛光时阀芯42倾斜的可能性。因此，能够良好地确保落座面42S与阀座面41S的平行度。由此，在落座时，能够使落座面42S可靠地紧贴于阀座面41S，能够提高落座面42S与阀座面41S之间的密封性。
特别是，在利用按压构件60的同一平面60a将相对面42F和第一面44S1同时按压于抛光平台61的状态下对落座面42S进行研磨，由此能够可靠地降低芯抖动的发生。其结果，能够可靠地实现落座面42S与阀座面41S的良好的平行度，能够可靠地提高落座面42S与阀座面41S之间的密封性。
此外，在本实施方式中，阀芯42的落座面42S以隔膜部48的膜面48a的位置为基准，位于与相对面42F相反的一侧，支承体44的第二面44S2以膜面48a的位置为基准，位于与第一面44S1相反的一侧。即，隔膜部48的膜面48a在上述离合方向上位于阀芯42的落座面42S与相对面42F之间，并且位于支承体44的第一面44S1与第二面44S2之间。在该结构中，相对面42F与第一面44S1在空间上分离而不连续，并且，落座面42S与第二面44S2在空间上分离而不连续。因此，在仅按压第一面44S1而对落座面42S进行抛光时，阀芯42容易变得非常不稳定，容易产生上述芯抖动。因此，通过使相对面42F和第一面44S1位于同一面上而能够提高密封性的本实施方式的结构在相对面42F与第一面44S1不连续且落座面42S与第二面44S2不连续的情况下非常有效。
另外，可以是落座面42S与第二面44S2经由隔膜部48连续的结构。即，也可以是落座面42S、第二面44S2、隔膜部48位于同一面上的结构。即使是这样的结构，也能够采用在解除了隔膜部48的变形的状态下相对面42F和第一面44S1位于同一面上的结构，由此，能够得到与本实施方式相同的效果。
另外，在图4所示的方法中，如果对落座面42S和第二面44S2同时进行抛光，则由相对面42F与落座面42S之间的距离规定的阀芯42的(离合方向的)高度H1与由第一面44S1与第二面44S2之间的距离规定的支承体44的(离合方向的)高度H2相同(参照图2)。因此，可以说是，只要阀芯42的高度H1与支承体44的高度H2相同，则在落座时能够使落座面42S可靠地紧贴于阀座面41S，能够提高落座面42S与阀座面41S之间的密封性。另外，高度H1和高度H2在与离合方向垂直的方向上是固定的。
另外，在隔膜部48为无变形状态时，在相对面42F和第一面44S1位于同一面上的结构中，阀芯42的高度H1也可以比支承体44的高度H2高。即使在这种情况下，也能够利用具有单一(共同)平面60a的按压构件60同时按压相对面42F和第一面44S1，对落座面42S进行抛光。另外，在这种情况下，也可以对落座面42S进行机械研磨，对第二面44S2进行手动研磨。
[3.关于隔膜部的厚度与距落座面的距离的关系]
图5示意性地表示在上述流量控制阀4中，隔膜部48的上述离合方向的厚度T(mm)与隔膜部48距落座面42S的距离A(mm)的关系。如同一图所示，在流量控制阀4中，满足A≥4T。即，隔膜部48在上述离合方向上位于从落座面42S离开4T以上的位置。例如，在T＝0.25mm的情况下，距离A只要确保1mm以上即可。
另外，A≥4T的条件也能够应用于在图6所示的流量控制阀4的结构、即在隔膜部48为无变形的状态时，阀芯42的相对面42F和支承体44的第一面44S1位于在上述离合方向上偏移的位置的结构(不位于同一面上的结构)。通过这样满足A≥4T，也能够提高落座面42S与阀座面41S之间的密封性。其理由如下。
图7示意性地表示在A＜4T的条件下设计的流量控制阀4”中的向致动器43(参照图1)施加电压时的应力的分布(由阴影表示产生了应力的部分)。如果通过向致动器43(参照图1)施加电压，阀芯42开始向第二方向(落座面42S接近阀座面41S的方向)移动，则隔膜部48被阀芯42拉伸而变形。因此，在隔膜部48产生应力，并且在连结部42N、44N也产生应力。另外，连结部42N是隔膜部48与阀芯42的连结部，连结部44N是隔膜部48与支承体44的连结部。
在A＜4T的条件下，连结部42N与落座面42S接近，因此在隔膜部48和连结部42N中产生的应力容易传递到落座面42S。其结果，落座面42S因上述应力而变形。即，落座面42S的平面度降低。因此，在落座面42S落座于阀座面41S时，难以确保落座面42S与阀座面41S之间的密封性，在落座面42S与阀座面41S之间容易产生流体的泄漏。
图8示意性地表示在A≥4T的条件下设计的流量控制阀4中的向致动器43施加电压时的应力的分布。在A≥4T的条件下，在离合方向上隔膜部48充分地远离落座面42S，因此在隔膜部48和连结部42N中产生的应力难以传递到落座面42S。这一点从图8中表示在连结部42N中产生的应力的阴影未到达落座面42S的情况可知。由此，能够减少落座面42S因上述应力而引起的变形，能够确保落座面42S的平面度。因此，能够提高在落座面42S落座于阀座面41S时的落座面42S与阀座面41S之间的密封性，能够减少落座面42S与阀座面41S之间的流体的泄漏。
另外，从连结部42N向落座面42S传递的应力的大小和应力的传递方式，根据阀芯42、支承体44、隔膜部48的原材料和机械特性、隔膜部48的大小(膜面48a的面积)等而变化。但是，即使考虑这些方面，根据结构分析的结果可知，在A≥4T的条件下，也能够减少落座面42S因上述应力而引起的变形，能够确保落座面42S的平面度。
另外，隔膜部48也可以在上述离合方向上位于从相对面42F(向落座面42S侧)离开4T以上的位置。即，隔膜部48也可以在上述离合方向上位于从落座面42S(向相对面42F侧)离开4T的位置与从相对面42F(向落座面42S侧)离开4T的位置之间的范围。
[4.关于隔膜部的内径与阀座直径的关系]
图9示意性地表示本实施方式的流量控制阀4中的圆环状的隔膜部48的内径L(mm)、阀芯42的落座面42S的外径M(mm)、阀座部41的阀座直径N(mm)的关系。另外，阀座直径N如以下定义的那样。
图10是阀座部41的俯视图。在阀座部41的阀座面41S中，将在落座面42S落座于阀座面41S时被封闭的、包含至少一个开口的圆C的直径的最小值设为阀座直径N(节流孔径)。在此，上述开口是指阀座面41S所具有的第一开口41a和第二开口41b中的与成为流体的流入侧的流道的中间流道21c(参照图9)连通的第一开口41a。因此，如本实施方式那样，在阀座面41S形成有多个第一开口42a的情况下，阀座直径N成为包含多个第一开口42a的圆C的直径的最小值。另一方面，在阀座面41S仅形成有一个第一开口42a的情况下，阀座直径N成为包含一个第一开口42a的圆C的直径的最小值、即一个第一开口42a的圆的直径。
在本实施方式中，如图9所示，阀芯42的落座面42S的外径M大于隔膜部48的内径L(M＞L)。由此，能够使内径L固定，确保阀座直径N比内径L大(N＞L)。换句话说，能够将阀座直径N设定为比隔膜部48的内径L大且比落座面42S的外径M小的值(能够实现L＜N＜M的关系)。通过这样将阀座直径N确保为较大，能够提高落座面42S与阀座面41S之间的密封性。其详细理由如下。
另外，在流量控制阀4的图6的结构、即隔膜部48为无变形的状态时，M＞L的条件也可以应用于相对面42F和第一面44S1位于在离合方向上偏移的位置的结构。
通过M＞L而使阀座直径N增大，由此能够以离合方向上的阀芯42的稍许的移动量，确保规定的流量作为经由第一开口41a流动的流体的流量。即，在使阀芯42的离合方向的移动量一定时，能够增大经由阀座面41S的第一开口41a流动的流体的流量。由此，例如，即使在流体的温度上升的情况下，也能够将开始关闭电压保持固定。另外，开始关闭电压是指使落座面42S落座于阀座面41S，使经由阀座面41S的第一开口41a流动的流体的流量为零(或接近零)所需的向致动器43的施加电压。
图11是示意性地表示向致动器43的施加电压与经由第一开口41a流动的流体的流量的关系的曲线图。在此，在向致动器43的施加电压为0V(阀开度为最大)时，流量V0(cc)的流体经由第一开口41a流动。从防止致动器43(特别是压电元件)的破坏的观点出发，开始关闭电压Ec作为固定值被设定为比能够施加于致动器43的最大电压小的电压(例如90V)。
在常温(例如25℃)时，电压—流量的关系是由图11的虚线表示的特性。如果流体的温度上升(例如如果上升到60℃)，则由虚线表示的特性整体偏移，成为由实线表示的特性。在实线的特性中，表示即使施加开始关闭电压Ec，流体也在流动。这是因为，由于流体的温度上升，在热膨胀的影响下压电元件收缩，并且金属制的收容体432膨胀，即使施加作为固定值的开始关闭电压Ec，也会在落座面42S与阀座面41S之间产生间隙。在这种情况下，为了使流体的流量为零，需要将开始关闭电压Ec变更为更高电压的值。
如本实施方式那样，通过M＞L而使阀座直径N增大，使经由阀座面41S的第一开口41a流动的流体的流量增大，由此能够将图11的特性变更为图12的特性。图12是示意性地表示通过M＞L而使阀座直径N增大时的向致动器43的施加电压与经由第一开口41a流动的流体的流量的关系的曲线图。
通过阀座直径N的增大而流体的流量增大，由此常温(例如25℃)时的表示电压—流量的关系的特性成为由图12的虚线表示的特性。即，在图11的特性中，如果实现流量V1所需的向致动器43的施加电压为E1(V)，则在图12的特性中，能够使实现相同的流量V1所需的向致动器43的施加电压成为比E1小的E2(V)。由此，即使流体的温度上升(例如到60℃)，由虚线表示的特性整体偏移而成为由实线表示的特性，也能够施加开始关闭电压Ec而使流体的流量接近零。即，即使不将开始关闭电压Ec变更为高电压，也能够使流量接近零。
这样，如果使阀座直径N增大，则即使在流体的温度上升的情况下，也能够不使开始关闭电压Ec增大而使阀芯42的落座面42S落座于阀座面41S来封闭第一开口41a(使流量接近零)。因此，即使在流体的温度上升的情况下，也能够通过施加开始关闭电压Ec，减少落座面42S与阀座面41S之间的流体的泄漏，能够提高落座面42S与阀座面41S之间的密封性。
另外，以往，如图7所示，为了使隔膜部48与阀芯42的连结部42N具有强度，并且使隔膜部48与支承体44的连结部44N具有强度，需要使连结部42N、44N为厚壁。如图9所示，通过使隔膜部48位于从落座面42S向第一方向偏移的位置，能够容易地实现M＞L的结构，能够得到上述效果。
此外，根据N＜M的关系，在通过向致动器43施加电压而使阀芯42的落座面42S落座于阀座面41S时，能够由落座面42S封闭形成于阀座面41S的所有第一开口41a。由此，能够使流体的流量接近零(最终成为零)。
以上，通过流量控制装置1(参照图1)具备上述本实施方式的流量控制阀4，能够实现提高了阀座面41S与落座面42S之间的密封性的流量控制装置1。
[5.其他]
在本实施方式中，对常开型的流量控制阀4进行了说明，但本实施方式的结构和条件也能够应用于常闭型的流量控制阀。
当然也可以适当地组合本实施方式中说明的结构和条件来构成流量控制阀4。例如，当然也可以组合以下(1)至(3)中的至少两种来构成流量控制阀4，(1)如图2所示，在隔膜部48为无变形的状态时，相对面42F和第一面44S1位于同一面上的结构，或者阀芯42的高度H1和支承体44的高度H2相同的结构，(2)如图5所示，隔膜部48位于从落座面42S向离合方向离开4T以上的位置的结构，(3)如图9所示，落座面42S的外径M大于隔膜部48的内径L的结构。
本实施方式中说明的流量控制阀4的结构不仅能够应用于控制流体的流量的流量控制装置1，也能够应用于控制流体的压力的压力控制装置。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的范围不限定于此，能够在不脱离发明主旨的范围内进行扩展或变更来实施。
工业实用性
本发明例如能够利用于质量流量控制器等流量控制装置。
附图标记说明
1 流量控制装置
3 流量检测机构
4 流量控制阀
5 驱动控制部
21c中间流道(流入侧的流道)
41 阀座部
41a 第一开口
41S 阀座面
42 阀芯
42F 相对面
42P 周面
42S 落座面
43致动器(驱动部)
44支承体
44S1第一面
44S2第二面
48 隔膜部
48a 膜面
60a 平面
61 抛光平台
62 研磨材料

Claims (8)

1.一种流量控制阀，其特征在于具备：
阀座部，具有阀座面；
阀芯，具有相对于所述阀座面离合的落座面；
驱动部，在所述落座面相对于所述阀座面离合的离合方向上驱动所述阀芯；以及
支承体，经由隔膜部支承所述阀芯，
所述阀芯还具有：
相对面，相对于所述落座面位于与所述阀座面相反的一侧；以及
周面，连结所述落座面和所述相对面，
所述隔膜部在比所述相对面靠所述落座面侧的位置与所述阀芯的所述周面连结，
所述支承体具有：
第一面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述相对面相同的一侧；以及
第二面，位于比所述第一面靠所述阀座部侧，
在所述隔膜部为无变形的状态时，所述相对面和所述第一面位于同一面上。
2.一种流量控制阀，其特征在于具备：
阀座部，具有阀座面；
阀芯，具有相对于所述阀座面离合的落座面；
驱动部，在所述落座面相对于所述阀座面离合的离合方向上驱动所述阀芯；以及
支承体，经由隔膜部支承所述阀芯，
所述阀芯还具有：
相对面，相对于所述落座面位于与所述阀座面相反的一侧；以及
周面，连结所述落座面和所述相对面，
所述隔膜部在比所述相对面靠所述落座面侧的位置与所述阀芯的所述周面连结，
所述支承体具有：
第一面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述相对面相同的一侧；以及
第二面，位于比所述第一面靠所述阀座部侧，
由所述相对面与所述落座面之间的距离规定的所述阀芯的高度与由所述第一面与所述第二面之间的距离规定的所述支承体的高度相同。
3.根据权利要求1或2所述的流量控制阀，其特征在于，
所述阀芯的所述落座面以所述隔膜部的所述膜面的位置为基准，位于与所述相对面相反的一侧，
所述支承体的所述第二面以所述隔膜部的所述膜面的位置为基准，位于与所述第一面相反的一侧。
4.一种流量控制阀的制造方法，所述流量控制阀是权利要求1至3中任意一项所述的流量控制阀，所述流量控制阀的制造方法的特征在于，
所述流量控制阀的制造方法包括研磨工序，所述研磨工序通过将所述阀芯的所述落座面经由研磨材料按压于抛光平台，对所述落座面进行研磨，
在所述研磨工序中，在将所述阀芯的所述相对面和所述支承体的所述第一面利用同一平面同时按压于所述抛光平台的状态下，对所述落座面进行研磨。
5.一种流量控制阀，其特征在于具备：
阀座部，具有阀座面；
阀芯，具有相对于所述阀座面离合的落座面；
驱动部，在所述落座面相对于所述阀座面离合的离合方向上驱动所述阀芯；以及
支承体，经由隔膜部支承所述阀芯，
所述阀芯还具有：
相对面，相对于所述落座面位于与所述阀座面相反的一侧；以及
周面，连结所述落座面和所述相对面，
所述隔膜部在所述相对面与所述落座面侧之间的位置与所述阀芯的所述周面连结，
所述支承体具有：
第一面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述相对面相同的一侧；以及
第二面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述第一面相反的一侧，
在将所述隔膜部的所述离合方向的厚度设为T时，
所述隔膜部位于从所述落座面向所述离合方向离开4T以上的位置。
6.一种流量控制阀，其特征在于具备：
阀座部，具有阀座面；
阀芯，具有相对于所述阀座面离合的落座面；
驱动部，在所述落座面相对于所述阀座面离合的离合方向上驱动所述阀芯；以及
支承体，经由隔膜部支承所述阀芯，
所述阀芯还具有：
相对面，相对于所述落座面位于与所述阀座面相反的一侧；以及
周面，连结所述落座面和所述相对面，
所述隔膜部在所述相对面与所述落座面侧之间的位置与所述阀芯的所述周面连结，
所述支承体具有：
第一面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述相对面相同的一侧；以及
第二面，以所述隔膜部的膜面的位置为基准，位于与所述第一面相反的一侧，
所述落座面的外径大于所述隔膜部的内径。
7.根据权利要求6所述的流量控制阀，其特征在于，
所述阀座面具有在所述落座面落座于所述阀座面时被封闭的至少一个开口，
所述至少一个开口与流体的流入侧的流道连通，
将所述阀座面中包含所述至少一个开口的圆的直径的最小值设为阀座直径时，
所述阀座直径比所述落座面的外径小且比所述隔膜部的内径大。
8.一种流量控制装置，其特征在于具备：
权利要求1至3、5至7中任意一项所述的流量控制阀；
流量检测机构，检测流体的流量；以及
驱动控制部，基于所述流量检测机构的检测结果，驱动所述流量控制阀的所述驱动部。
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