CN1654863A - 流量控制阀和流量控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适于能够高精度地对流体流量实施控制的流量控制阀和流量控制装置。其技术解决方案是在空气腔室(6)的上下各开口部处分别安装有一个隔膜(8、9)。该上下两个隔膜(8、9)通过连接轴(10)实施着连接，且承受空气腔室(6)的压力的压力承受面的面积彼此不同。采用这种构成方式，使施加在两个隔膜(8、9)上的压力产生压力差，并利用该压力差使安装在连接轴(10)和下侧隔膜(9)的外端面上的阀体(2)产生滑动，离开阀座部(55)。

Description

流量控制阀和流量控制装置
技术领域
本发明涉及对液体流量进行适量控制而进行供给的各种装置，比如说在半导体制造装置中作为流量控制单元等使用的流量控制装置，以及构成该装置的流量控制阀。
背景技术
如果举例来说，在先技术中的一种流量控制阀为由专利文献1公开的隔膜阀。由该文献1公开的隔膜阀的构造为：如图6所示，上下两个隔膜50、51通过连接棒52相连接，且上侧隔膜50与活塞53相连接，当活塞53在空气供给配管54给出的空气的压力作用下向上移动时，受该活塞53的移动的拖拽，上侧隔膜50产生变形，离开阀座部55，从而打开流体所流经的流动通路56。
然而，如上述专利文献1公开的隔膜阀，由于呈将空气供给配管54给出的空气压力作用在活塞53上，而使上侧隔膜50产生变形的构成形式，所以，空气压力变化时的压力变化量，直接反映为上侧隔膜50的位移量和从阀座部55离开的离开量，难以对上侧隔膜50从阀座部55离开的离开量实施微小调整，难以高精度地进行流量调整。由于这种隔膜阀本身的流量调整精度比较低，所以不能期待使用这种隔膜阀的流量控制装置能够进行高精度的流体流量控制。
如果举例来说，其它类型的流量控制阀还包括如专利文献2公开的、使用在纯水流量控制装置中的引导调节器。这种引导调节器使阀体连接在隔膜处，当隔膜受到操作压力作用而产生上下位移时，阀体与隔膜一体地沿上下方向移动。因此，在这种引导调节器中，用于使隔膜产生上下位移的操作压力的变化量，直接反映为隔膜的位移量和阀体的上下移动量，所以该引导调节器与如上所述的专利文献1公开的流量控制阀相一样，也不能进行高精度的流量调整。这样，由于引导调节器本身的流量调整精度比较低，所以不能期待使用这种引导调节器的流量控制装置能够进行高精度的流体流量控制。
【专利文献1】特开2003-185053号公报
【专利文献2】特开平11-161342号公报
发明内容
本发明就是解决上述问题用的发明，本发明的目的就是提供一种适于能够高精度地进行流体流量控制的流量控制阀和流量控制装置。
为了实现上述目的，本发明提供的一种流量控制阀，其特征在于，具有：包括有两个相对设置的开口部的空气腔室；分别安装在上述空气腔室的各开口部上、且承受该空气腔室压力的压力承受面的面积彼此不同的两个隔膜；对上述两个隔膜实施连接用的连接轴；支撑上述连接轴并使之可沿其轴心方向滑动的支撑机构；设置在上述空气腔室的外侧的、使流体流经用的内部流动通路；通过与上述连接轴的滑动动作联动地进行滑动移动，对流经上述内部流动通路的流体流量实施增减调整用的阀体；以及向上述空气腔室供给实施了压力控制或流量控制的空气的空气供给通路；而且上述空气供给通路其一个端部侧分支而形成两个分路管路，该两个分路管路中的一个分路管路的出口侧，按照与上述一个隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口，另一个分路管路的出口侧按照与上述另一个隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口。
在上述的本发明流量控制阀中，呈空气腔室具有上下两个开口部，在该上下各开口部上配置有两个隔膜的构成形式，即，尽管包含这两个隔膜呈上下相对的构成形式，然而这两个隔膜的位置关系并不仅限于这种构成形式。
如果举例来说，在本发明的流量控制阀中，可以通过使两个开口部沿空气腔室的左右方向相对形成，并且以在这左右两个开口部处分别安装有一个隔膜的方式，采取隔膜沿左右方向相对的构成形式，还可以采用沿除了上述方向之外的其它方向使两个隔膜相对的构成形式。
如果采用如上所述的本发明的流量控制阀，可以使供给至空气腔室的空气的压力作用在压力承受面积不同的两个隔膜上。在这时由于两个隔膜各自的压力承受面的面积不同，所以施加在两个隔膜上的压力将产生有差异。这种压差、即施加在压力承受面积比较大的隔膜处的压力减去施加在压力承受面积比较小的隔膜处的压力获得的压差，将作用在由上下两个隔膜和连接轴形成的连接构造体上，使该连接构造体产生变形位移。这种变形位移动作是，压力承受面积比较大的隔膜产生朝向空气腔室的外侧胀出的变形位移，以及在该隔膜变形的拖拽下连接轴产生滑动，进而通过连接轴使压力承受面积比较小的隔膜，产生朝向空气腔室内侧的变形位移。而且，在产生这种变形位移动作的同时，与连接轴的滑动动作联动的阀体将产生滑动移动，从而对流经内部流动通路的流体流量实施增减控制。
如上所述，作为本发明的流量控制阀，通过施加在两个隔膜处的压力的差使阀体产生滑动动作，所以可以提高对阀体滑动行程的分解能力，从而可以进行高精度的流量调整。
而且，当采用本发明的流量控制阀时，不必象常规的空气阀那样在空气腔室利用O型环等形成隔壁，而是可以通过空气腔室内的滑动轴承对隔膜的连接轴实施支撑，所以可以使结构简单且成本低廉。
本发明的流量控制阀使用压力承受面积彼此不同且彼此相对的两个隔膜，并且将其中压力承受面积比较小的隔膜的外端面侧，设置为面对内部流动通路。当采用这种构成方式时，流体给出的压力虽然也作用在压力承受面积比较小的隔膜的压力承受面上，然而与采用相同压力承受面积的隔膜的场合相比，具有可以减轻由流体产生的压力影响的优点。
为了能够实现上述目的，本发明提供的一种流量控制装置，其特征在于，具有：供给流体用的管路；设置在上述管路的途中的流量控制阀；对流经上述管路的流体流量实施检测用的流量计；依据上述流量计检测出的流量检测值和流量设定值，对上述流量控制阀实施控制，以将流经上述管路的流体流量调整为与上述流量设定值相等的控制部；而且上述流量控制阀具有：包括有两个相对设置的开口部的空气腔室；分别安装在上述空气腔室的各开口部上、且承受该空气腔室压力的压力承受面的面积彼此不同的两个隔膜；连接上述两个隔膜的连接轴；支撑上述连接轴并使之可沿其轴心方向滑动的支撑机构；设置在上述空气腔室外侧的、与上述管路相连通并使流经该管路的流体流经用的内部流动通路；通过与上述连接轴的滑动动作联动地进行滑动移动，来对流经上述内部流动通路的流体流量实施增减调整用的阀体；以及向上述空气腔室内部供给实施了压力控制或流量控制的空气的空气供给通路；而且上述空气供给通路其一个端部侧分支而形成两个分路管路，该两个分路管路中的一个分路管路的出口侧，按照与上述一个隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口，另一个分路管路的出口侧按照与上述另一个隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口。
本发明的流量控制装置采用着如前所述的本发明的流量控制阀，所以可以高精度地对流体流量实施控制，而且除此之外，本发明的流量控制装置还可以依据流经管路的当前流体的流量检测值，对流量控制阀实施控制从而将流体流量调整为一定以使之与流量设定值相等，所以具有即使由于流量之外的其它因素使流体流量产生变化，也可以对该变化进行充分对应的优点。
构成本发明流量控制装置的流量控制阀，包含有两个隔膜上下相对的构成形式，然而这两个隔膜的位置关系并不仅限于这种构成形式。对于采用使这两个隔膜上下相对的构成形式的场合，可以使在上述空气供给通路的一个端部处分支而成的两个分路管路中的一个分路管路的出口侧，按照与上侧隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口，另一个分路管路的出口侧按照与下侧隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口。
在上述本发明的流量控制阀或流量控制装置中，两个隔膜与连接轴可以具有一体成形的构造，也可以通过单独的部件形成。而且，该隔膜和连接轴可以由氟树脂和其它树脂或金属等形成。
在上述本发明的流量控制阀和流量控制装置中，以可滑动方式支撑着连接轴的支撑机构，可以采用诸如滑动轴承、滚动轴承等轴承。而且，还可以采用不包含在称为轴承的一般概念中的其它支撑机构，比如说还可以采用将连接轴插入至呈筒状的部件中，通过该筒状部件以可滑动方式对连接轴实施支撑的构成形式。
采用滑动轴承作为上述支撑机构时，可以减小对连接轴的滑动摩擦，从而适于通过微小的空气压力对阀体实施高精度的位置控制，高精度地进行流量调整。
而且，该支撑机构还包括诸如磁轴承等的、以非接触方式对轴实施支撑的机构。因此，还可以通过诸如磁轴承等的非接触轴支撑机构对连接轴实施支撑并使之可以滑动。
在上述本发明的流量控制阀或流量控制装置中，上述“阀体”是按照直接一体地安装在两个隔膜中的任何一个，比如说两个隔膜上下配置的场合中的下侧隔膜的外端面上的方式构成的，上述“内部流动通路”如上所述是按照与安装有阀体的下侧隔膜的外端面相通的方式构成的。
当采用这种构成方式时，与流经内部流动通路的流体相接触的仅仅是一方的下侧隔膜的外端面。因此，对于该下侧隔膜由诸如金属等可能被腐蚀的材料形成的场合，也可以仅仅在下侧隔膜的外端面处施加作为腐蚀防止机构的氟树旨涂敷等。在下侧隔膜的内端面和上侧隔膜的内外两端面处，即使这些部件由金属形成，由于它们不与流体接触，所以也不需要施加腐蚀防止机构，由此可以降低这种流量控制阀的制造工时和制造成本。
上述氟树脂是以作为腐蚀防止机构的一个实例给出的，也可以采用除此之外的、作为腐蚀防止机构的其它腐蚀防止材料对隔膜的外端面实施保护。
在上述本发明的流量控制装置中，是对“依据通过上述流量计检测出的流量检测值和流量设定值对上述流量控制阀实施控制，从而将流经上述管路的流体流量调整为与上述流量设定值相等”的场合为例进行说明的，然而其中也包含着将流量计检测出的当前的流量检测值输入至控制部，由该控制部对该流量检测值和流量设定值进行比较，相对其偏差实施PID运算处理并向空气控制部输出控制信号，使该空气控制部依据该控制信号，对空气的压力或流量实施控制并供给至空气腔室的构成形式。
而且在上述的本发明流量控制装置中，上述“流量计”采用的是超声波流量计，且该超声波流量计可以设置在流量控制阀的下游侧。对于这种场合，流量控制阀下游侧的一部分管路构成为超声波流量计的超声波信号传播路径。
当采用这种构成方式时，对于诸如内部流动通路与下侧隔膜的外端面相连通的场合，还具有当该下侧隔膜万一出现破损时，可以对该隔膜的破损实施早期检测的优点。即这种超声波流量计具有当不能进行检测时能够发送出检测异常的警告的功能，并且利用了这种功能。换句话说就是，当下侧隔膜破损时，空气腔室处的空气将通过该破损处泄露至内部流动通路，所泄露出的空气气泡将混入至作为流量检测对象的流体中。在这时，这种气泡将对超声波流量计的超声波信号传播产生阻碍，使其不能进行检测，并给出检测异常的警告，从而可以立刻检测到隔膜出现异常。
而且，上述“流量计”除了超声波流量计之外，还可以采用其它类型的流量计。
在上述本发明的流量控制装置中，上述“流体供给管路”可以为由诸如PFA等的氟树脂、氯化乙烯、橡胶等形成的软管、钢管，或由除此之外的其它材料管所形成的管路。
对于将本发明使用在诸如半导体制造装置中的场合，本发明的流量控制阀和流量控制装置可以对清洗液、与清洗液混合的纯水、液状化学药品等的流体流量实施保持一定的控制。而且，对于将本发明使用在诸如化学、药品制造领域处的场合，本发明的流量控制阀和流量控制装置可以对药液等等的流体流量实施保持一定的控制。
而且，本发明的流量控制阀可以用于对流体的浓度、阻力、压力、温度等流体性能实施控制的用途。如果举例来说，对于将药液的原液和其稀释液供给至混合槽以生成出具有预定浓度的药液的场合，可以通过传感器对该混合槽中的混合液浓度实施检测，并且依据该传感器的检测值对本发明的流量控制阀实施驱动，从而对向混合槽供给的原液或稀释液的供给量实施调整。
根据本发明的流量控制阀，可以获得以下作用和效果。
(1)能够提供出可进行高精度流量调整的流量控制阀。
(2)能够提供出结构简单且成本低廉的流量控制阀。
根据本发明的流量控制装置，可以获得以下作用和效果。
(1)能够进行高精度的流体流量控制。
(2)即使由于流量之外的其它因素使流体流量产生变化时，也可以对该变化进行充分对应。
附图说明
图1为表示作为本发明一种实施形式的流量控制阀的剖面图。
图2为表示图1中的阀体周围的放大图。
图3为表示采用如图1所示的流量控制阀构成的流量控制装置的说明图。
图4为表示采用如图1所示的流量控制阀构成的另一种流量控制装置的说明图。
图5为表示使用在如图1和图2所示的流量控制装置中的超声波流量计的示意结构图。
图6为表示在先技术的流量控制阀的说明图。
具体实施形式
下面参考附图，对本发明的最佳实施形式进行详细说明。
如图1所示的流量控制阀V在阀壳体1的内部，收装有诸如阀体2等的阀构成用部件。作为本实施形式的上述阀壳体1包括有配置在下部的阀基座3，配置在上部的阀罩5，以及介于阀基座3和阀罩5之间的、呈筒状的中间壳体4。
中间壳体4的筒内侧空间设置为空气腔室6。这种空气腔室6具有上下相对设置的两个开口部7-1、7-2，而且第一隔膜8安装在该空气腔室6的上侧开口部7-1上，第二隔膜9安装在该空气腔室6的下侧开口部7-2上，从通过这上下两个隔膜8、9对空气腔室6的上下开口部7-1、7-2分别进行阻塞。
在下面的说明中，阻塞空气腔室6的上侧开口部7-1的第一隔膜8被称为“上侧隔膜”，阻塞该空气腔室6的下侧开口部7-2的第二隔膜9被称为“下侧隔膜”。
上侧隔膜8和下侧隔膜9的直径彼此不同，在作为本实施形式的流量控制阀V中，上侧隔膜8的直径按照比下侧隔膜9大的方式形成。
如果更具体地讲就是，上侧隔膜8按照与阀罩5的内径大体相同的方式形成。安装该上侧隔膜8用的、位于空气腔室6的上侧端部处的开口部7-1，也与该上侧隔膜8的直径相一致，与阀罩5的内侧直径大体相同，为开口比较大的构成形式。
在另一方面，下侧隔膜9按照比上侧隔膜8的直径小的方式形成。安装该下侧隔膜9用的、位于空气腔室6的下侧端部处的开口部7-2，也与该下侧隔膜9的直径相一致，所以呈比位于空气腔室6的上侧端部处的开口部7-1的直径小的开口构成形式。
因此，尽管上下两个隔膜8、9中上下相对设置的内侧相对面构成为承受空气腔室6的压力用的压力承受面，然而这两个压力承受面的面积是彼此不同的。换句话说就是，当分别对上下两个隔膜8、9的直径进行比较时，上侧隔膜8的直径比较大，而且当对安装这两个隔膜8、9用的开口部7-1、7-2的直径进行比较时，安装上侧隔膜8用的开口部7-1的直径比较大，因此作为本实施形式的流量控制阀V，是按照使上侧隔膜8的压力承受面积比下侧隔膜9的压力承受面积大的方式构成的。
上侧隔膜8和下侧隔膜9，通过配置在空气腔室6的大体中央部的连接轴10连接成为一体。通过连接轴10实现的上下两个隔膜8、9间的连接构成形式可以呈各种适当的形式，在本实施形式中，通过使连接轴10的下端外周部与下侧隔膜9为一体成形，并且使该连接轴10的上端部侧与上侧隔膜8的大体中央部彼此固定，从而利用连接轴10将上下两个隔膜8、9形成为一体。
该连接轴10通过作为支撑机构设置的滑动轴承11，以可以沿其轴心方向滑动的方式支撑在空气腔室6处。滑动轴承11安装固定在设置于空气腔室6的内壁上的轴承固定部12上。
实施了压力控制或流量控制的空气，被供给至上述空气腔室6处。下面对这种空气供给系统进行说明。在作为本实施形式的流量控制阀V的中间壳体4的一部分上，形成有与空气腔室6相连通的空气供给通路13，从而通过该空气供给通路13由外部，向空气腔室6内部供给实施了压力控制或流量控制的空气。而且，供给至空气腔室6内部的空气，还可以通过小孔部14排出至外部。另外，小孔部14设置在连接空气腔室6与外部的空气排出通路15的途中。
在阀罩5的周面上还设置有通孔16，从而使阀罩5的内侧空间通过该通孔16与外部相连通。在阀罩5的内侧空间收装有弹簧17。该弹簧17的下端部侧通过弹簧承受部18，安装在构成该阀罩5的内侧空间底部面的上侧隔膜8的上端面处。该弹簧17的上端部侧还设置为与阀罩5的内侧空间的上部面相抵接。
上述弹簧17总是对上侧隔膜8向下侧方向、即向下侧隔膜9的方向施力。由于上侧隔膜8和下侧隔膜9是通过连接轴10连接为一体的，所以下侧隔膜9也在该弹簧17的力的作用下总是被向下方施力。
当通过空气供给通路13，向空气腔室6的内部供给实施了诸如压力控制的空气时，该空气的压力将分别对上下两个隔膜8、9的各压力承受面施加相等的作用。采用这种构成方式，上侧隔膜8将承受朝向空气腔室6的外侧上方的推压作用。在另一方面，下侧隔膜9将承受与上侧隔膜8相反的、朝向空气腔室6的外侧下方的推压作用。
在这时，由于上侧隔膜8的压力承受面积比下侧隔膜9的压力承受面积大，所以使各隔膜整体朝向空气腔室6的外侧的推压力，是上侧隔膜8处的比下侧隔膜9处的大。因此，由上下两个隔膜8、9和连接轴10形成的连接构造体，将承受由施加在上侧隔膜8处的力减去施加在下侧隔膜9处的力后的那部分(下面称为压力差)力的作用。
而且，当上述那样的压力差大于弹簧17的作用力时，由上下两个隔膜8、9和连接轴10形成的连接构造体，将克服弹簧17的作用力产生朝向上侧方向的变形位移。换句话说就是，上侧隔膜8将呈现朝向空气腔室6的外侧上方胀出的变形位移，受到其拖拽，对连接轴10和下侧隔膜9产生朝向上侧方向的拉引，使连接轴10在滑动轴承11的支撑下朝向上侧方向滑动移动，并使下侧隔膜9按照进入空气腔室6的内侧的方式呈现出朝向上侧方向的变形位移。
在上述空气腔室6的外侧还设置有内部流动通路19。该内部流动通路19是使作为流量控制对象的流体流通用的通路，通过在构成阀壳体1的阀基座3侧穿孔而形成。而且，该内部流动通路19构成为下侧隔膜9的外端面9a相连通。
在此，对上述内部流动通路19进行更详细说明。本实施形式的内部流动通路19包括设置有阀体2的阀室20，以及与该阀室20相连通的上游侧流动通路21和下游侧流动通路22。
上述阀室20由形成在阀基座3的上端面处的凹部3-1，和阻塞该凹部3-1的表面侧的下侧隔膜9分割构成，下侧隔膜9的外端面9a形成直接面对阀室20的构造。
正如图2所示，与上述阀室20相连通的上游侧流动通路21的一个端部21a形成为，从阀室20的下部侧向该阀室20的底面开口，并位于连接轴10的轴心延长线上。而且，在该上游侧流动通路21的一端部开口边缘处，还形成有阀体2的阀座部23。该上游侧流动通路21的另一个端部21b，与图中未示出的流体供给系统的上游侧、即与供给流体的流体供给装置侧相连通并连接。
与上述阀室20相连通的下游侧流动通路22的一个端部22a，按照从阀室20的下部侧向该阀室20的底面开口的方式形成。该下游侧流动通路22的另一个端部22b，与图中未示出的流体供给系统的下游侧、即与使用流体的流体使用装置侧相连通并连接。而且，下游侧流动通路22的一个端部22a，也可以通过在诸如阀室20的侧面等的、除了阀室20的底面之外的面上开口而形成。
上述阀室20内的阀体2，是在其外周具有两级锥形部2-1、2-2的柱形形状，并且与连接轴10同轴配置。该阀体2位于连接轴10下端的正下方，其后端部直接一体地安装在下侧隔膜9的外端面9a上。阀体2的安装固定形式在本实施形式中，为从下侧隔膜9的外端面9a侧将阀体2的后端部侧拧入并固定在连接轴10的下端面上的形式。因此，当连接轴10沿上下方向滑动动作时，与其联动的阀体2也一起沿连接轴10的延长轴心线上下滑动移动。
而且，该阀体2的上级侧锥形部2-1与所述阀座部23抵接而构成密封部，下级侧锥形部2-2构成为进入比阀座部23靠下的上游侧流动通路21内。
正如图1和图2所示，如果在阀体2的外周的上级侧锥形部2-1与阀座部23相抵接的状态下，使该阀体2朝向上侧方向滑动移动，则阀体2的外周的上级侧锥形部2-1离开阀座部23，打开内部流动通路19。在这时，可以按照与阀体2的滑动移动量成比例的方式，对流经内部流动通路19的流体流量实施增减。这是因为，随着阀体2朝向上侧方向的滑动移动，将使阀体2周围所形成的间隙相应地增大。
如图1所示的流量控制阀V，呈内部流动通路19与下侧隔膜9的外端面相连通的构成形式，所以只有下侧隔膜9的外端面9a与流体相接触。因此，可能被流体腐蚀的仅是下侧隔膜9的外端面9a，故仅仅对下侧隔膜9的外端面9a施加腐蚀防止机构即可。
上侧隔膜8的内外端面仅仅与空气接触，所以不会出现由流体产生的腐蚀，因此可以采用价格比较低廉的橡胶等构成。下侧隔膜9和连接轴10尽管由诸如PTFE(聚四氟乙烯)等氟树脂构成，也可以由除此之外的其它树脂或金属构成。
下侧隔膜9由诸如金属等的、可能被腐蚀的材料构成时，为了防止下侧隔膜的外端面9a由于与流体接触而被腐蚀，还可以采用氟树脂对下侧隔膜的外端面9a实施涂敷。
下面参考图1，对如上那样构成的本实施形式的流量控制阀的动作进行说明。
根据本实施形式的流量控制阀V，在空气腔室6内部的空气压力是大气压力或虽然高于大气压力但是为预定值以下时，由上下两个隔膜8、9和连接轴10形成的整个连接构造体，在弹簧17的力的作用下被向下方推压，配置在如图1所示的位置上。在这时，阀体2紧贴阀座部23，闭塞着内部流动通路19。
当将具有预定值以上的压力的空气、即具有使上述压力差比弹簧17的力大所需要的足够压力的空气，从空气供给通路13供给至空气腔室6的内部时，在该压力差作用下，由上下两个隔膜8、9和连接轴10形成的连接构造体，克服弹簧17的作用力产生朝向上侧方向的变形位移，直到该压力差与弹簧17的弹性力达到彼此平衡。换句话说就是，上侧隔膜8呈现朝向空气腔室6的外侧上方胀出的变形位移，受这种胀出的变形位移的拖拽，连接轴10和下侧隔膜9被向上侧方向拉引，使连接轴10在滑动轴承11的支撑下朝向上侧方向滑动移动，并且使下侧隔膜9按照进入空气腔室6的内侧的方式呈现出朝向上侧方向的变形位移。与连接轴10的朝向上侧方向滑动动作联动地，阀体2也一起朝向上侧方向滑动移动，并离开阀座部23，由此打开内部流动通路19。
当从空气供给通路13供给至空气腔室6内部处的空气压力进一步升高时，上述压力差将进一步增大，使上下两个隔膜8、9的变形量、连接轴10和与其联动移动的阀体2朝向上侧方向的滑动移动量增加，从而使阀体2进一步离开阀座部23，使位于阀体2周围处的间隙增大。采用这种方式，增加流经内部流动通路19的流体流量。而且，当需要减少流经内部流动通路19的流体流量时，可以按照减低从空气供给通路13供给至空气腔室6内部的空气压力的方式实施控制即可。
如上所述，如图1所示的流量控制阀V可以通过施加在上下两个隔膜8、9上的压力差，使阀体2产生滑动动作，所以可以提高对阀体2的滑动行程的分解能力，实现高精度的流量调整。
而且如图1所示的流量控制阀V，不需要象通常的空气阀等那样在空气腔室利用O型环等形成隔壁，而是可以通过空气腔室6内部的滑动轴承11对上下两个隔膜8、9的连接轴10实施支撑，并使之可以滑动，所以构成形式简单，且成本低，而且该连接轴10是由滑动轴承11实施支撑并进行滑动的，所以滑动摩擦比较低，可以通过微小的空气压力高精度地对阀体2的位置实施控制，从而适于高精度的流量调整。
如图1所示的流量控制阀V采用的结构是，按照使压力承受面积彼此不同的两个隔膜8、9中压力承受面积比较小的下侧隔膜9的外面侧，面对内部流动通路19方式设置的结构。因此，由于由流体施加的压力作用在压力承受面积比较小的下侧隔膜9的压力承受面上，所以与采用具有相同压力承受面积的隔膜的情况相比，还具有减轻由流体所施加的压力影响的优点。
图3为表示采用如图1所示的流量控制阀V构成的流量控制装置100的说明图。由该图3所示的流量控制装置100，是将如图1所示的流量控制阀V和超声波流量计104，设置在由液体供给装置101向液体使用装置102供给液体用的管路103处的流量控制装置，特别是在本实施形式中，超声波流量计104设置在流量控制阀V的上游侧。
换句话说就是，如图3所示的流量控制装置100，使设置在流量控制阀V处的内部流动通路19的上游侧流动通路21(参见图1)与液体供给装置101侧相连接，使该内部流动通路19的下游侧流动通路22(参见图1)与液体使用装置102侧相连接，并且在连接该液体供给装置101和流量控制阀V的管路103上，设置有超声波流量计104。
上述液体供给装置101通过流量控制阀V，向液体使用装置102供给液体。而且，上述液体使用装置102可以作为诸如半导体制造工序中的清洗装置等等的、需要使用控制为适当流量的液体进行作业的装置。
上述超声波流量计104是按照使用超声波对液体流量实施检测的方式运作的装置，其基本原理是利用沿管路103内的流体流动方向传播的超声波(下面称为“正方向超声波”)的到达时间，和沿与该流体流动方向相反方向传播的超声波(下面称为“逆方向超声波”)的到达时间产生变化，对各传播时间实施检测，并利用该传播时间差对流体的流速实施计算。
基于上述基本原理对液体流量实施检测的超声波流量计104，大体具有如图5所示的构成形式。如该图所示的超声波流量计104，具有彼此相对配置着的两个振动元件104-1、104-2，对流量控制阀V和液体供给装置101侧实施连接用的管路103的一部分，配置在连接该两个振动元件104-1、104-2的直线线段上。
而且，该超声波流量计104使由位于上游侧的振动元件104-1发送出的正方向超声波信号由位于下游侧的振动元件104-2实施信号接收，由此对该正方向超声波信号从位于上游侧的振动元件104-1到达位于下游侧的振动元件104-2间的时间实施检测。使由位于下游侧的振动元件104-2发送出的逆方向超声波信号由位于上游侧的振动元件104-1实施信号接收，由此对该逆方向超声波信号从位于下游侧的振动元件104-2到达位于上游侧的振动元件104-1间的时间实施检测。最后，由这两个时间检测值的差即超声波信号传播时间差，计算出流体的流速，进而求解出流量。
如图3所示的流量控制装置100，还设置有对流量控制阀V实施控制用的控制系统。该控制系统是一种可以依据由超声波流量计104检测获得的流量检测值，和使用者根据需要任意设定的流量设定值，按照对流量控制阀V实施控制以使流经管路103的流体流量与流量设定值相等的方式实施控制，作为实现这种流量控制用的机构，该控制系统具有进行数值运算处理用的控制部105，以及由诸如电-气调节器或比率电磁阀等形成的空气控制部106。
由超声波流量计104检测出的当前流量检测值作为流量信号S1输入至控制部105处，由使用者设定的流量设定值作为外部设定信号S0也输入至控制部105处。该控制部105对这两个输入信号、即流量信号S1(当前的流量检测值)和外部设定信号S0(流量设定值)进行比较，相对其偏差进行PID运算处理，并向空气控制部106输出控制信号。而且，外部设定信号S0也可以通过控制部105中的图中未示出的输入部实施输入。
空气控制部106设置在对空气供给源108和流量控制阀V的空气供给通路13(参见图1)实施连接用的空气供给配管109的途中，并且对由空气供给源108给出的空气压力或流量实施调节，以对供给至流量控制阀V的空气腔室6处的空气压力实施控制。这种空气压力的控制可以依据由控制部105给出的控制信号进行。
下面，对通过空气控制部106进行的空气压力控制进行具体说明。首先，对于流经管路103处的流体流量比所希望的流量设定值小的场合，即当通过超声波流量计104检测出的当前流量检测值低于流量设定值时，由控制部105朝向空气控制部106，发送出使流量控制阀V的空气腔室6内部的空气压力提高预定量用的控制信号。随着该空气压力的增高，流量控制阀V中由上下两个隔膜8、9和连接轴10形成的连接构造体，从控制信号输出前的状态整体朝向上侧方向变形位移，并且与其联动的阀体2也朝向上侧方向滑动移动，所以增大了位于阀体2周围处的间隙，从而增加位于流量控制阀V下游侧的流体流量，使其接近于流量设定值。
相反，对于流经管路103处的流体流量比所希望的流量设定值大的场合，即当通过超声波流量计104检测出的当前流量检测值高于流量设定值时，由控制部105朝向空气控制部106，发送出使流量控制阀V的空气腔室6内部的空气压力降低预定量用的控制信号。随着该空气压力的降低，流量控制阀V中由上下两个隔膜8、9和连接轴10形成的连接构造体，从控制信号输出前的状态整体朝向下侧方向变形位移，由此使阀体2朝向下侧方向滑动移动，所以减小了位于阀体2周围处的间隙，从而减小位于流量控制阀V下游侧的流体流量，使其接近于流量设定值。
通过采用这种方式，作为本实施形式的流量控制装置100，可以依据流经管路103处的流体当前的流量检测值，按照对流量控制阀V实施控制以使流体流量与流量设定值相等的方式，实施使其保持一定的调节，所以对于由于流量之外的其它因素使流体流量产生变化的场合，也可以按照使其流量保持一定的方式对其实施充分的对应。
在如图3所示的流量控制装置中，超声波流量计104设置在流量控制阀V的上游侧处，然而也可以如图4所示，将该超声波流量计104设置在流量控制阀V的下游侧处。如果采用这种构成方式，还将具有当下侧隔膜万一出现破损时，可以对这一隔膜的破损实施早期检测的优点。
换句话说就是，超声波流量计具有当不能实施检测时发出检测异常的警告的功能。当采用如图4所示的流量控制装置的构成形式时，如果如图1所示的流量控制阀V中的下侧隔膜9出现破损，空气腔室6处的空气将通过该破损部泄露至内部流动通路19处，使所泄露出的空气气泡混入至流经内部流动通路19的流体、即混入作为流量检测对象的流体中。在这时，该气泡将使得超声波流量计104的超声波信号传播受阻，使其不能实施检测，从而能够发送出前述检测异常警告。由此，立刻可检测到下侧隔膜9发生了某些异常。
如图3、图4所示的流量控制装置100，是以将如图1所示的流量控制阀V，设置在由液体供给装置101向液体使用装置102实施液体供给用的管路103的途中的情况为例进行说明的，然而还可以采用其他设置方式，比如说对于诸如半导体制造领域中的清洗装置等，还可以采用将如图1所示的流量控制阀或是如图3、图4所示的流量控制装置100，作为单元组装在该清洗装置等的内部处的构成形式。对于这种情况，构成为，将流量控制阀V或流量控制装置100，作为单元设置在位于该清洗装置等的内部处向清洗工序供给药液的管路、即药液供给线的途中，经由该单元向该药液的使用工序侧定量地供给药液。
在上述实施形式中，是以下侧隔膜9和连接轴10成形为一体的情况为例进行说明的，然而还可以使下侧隔膜9与连接轴10作为单独部件分别形成，并通过诸如螺钉等的连接固定机构将两者连接为一体。
工业实用性
本发明的流量控制装置和构成该装置用的流量控制阀，可以使用在需要对液体流量实施适量控制以进行供给的各种装置处，比如说可以作为半导体制造装置中的流量控制单元等等使用。半导体制造装置除了清洗工序之外，还包括有使用液体的各种工序，而且对于除了清洗工序之外的使用液体的工序也可以采用本发明的流量控制装置。而且，本发明的流量控制装置和构成该装置用的流量控制阀，不仅仅可以应用于半导体制造领域，还可以广泛地应用于包括化学领域和医药领域等的、需要对流体流量实施适当控制的各个技术领域。
而且，本发明的流量控制装置在使用于化学、医药工厂等中，还可以呈诸如控制部105等的电子构成部设置在防暴线等之外的构成形式。

Claims (11)

1.一种流量控制阀，其特征在于，具有：
包括有两个相对设置的开口部的空气腔室；
分别安装在上述空气腔室的各开口部上、且承受该空气腔室压力的压力承受面的面积彼此不同的两个隔膜；
连接上述两个隔膜的连接轴；
支撑上述连接轴并使之可沿其轴心方向滑动的支撑机构；
设置在上述空气腔室外侧的、使流体流经用的内部流动通路；
通过与上述连接轴的滑动动作联动地进行滑动移动、来对流经上述内部流动通路的流体流量实施增减调整用的阀体；
以及向上述空气腔室内部供给实施了压力控制或流量控制的空气的空气供给通路；
而且上述空气供给通路，其一个端部侧分支而形成两个分路管路，该两个分路管路中的一个分路管路的出口侧，按照与上述一个隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口，另一个分路管路的出口侧按照与上述另一个隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口。
2.一种流量控制阀，其特征在于，具有：
包括有上下两个开口部的空气腔室；
分别安装在上述空气腔室的上下各开口部上、且承受该空气腔室压力的压力承受面的面积彼此不同的上下两个隔膜；
连接上述上下两个隔膜的连接轴；
支撑上述连接轴并使之可沿其轴心方向滑动的支撑机构；
设置在上述空气腔室外侧的、使流体流经用的内部流动通路；
通过与上述连接轴的滑动动作联动地进行滑动移动、来对流经上述内部流动通路的流体流量实施增减调整用的阀体；
以及向上述空气腔室内部供给实施了压力控制或流量控制的空气的空气供给通路；
而且上述空气供给通路，其一个端部侧分支而形成两个分路管路，该两个分路管路中的一个分路管路的出口侧，按照与上述上侧隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口，另一个分路管路的出口侧按照与上述下侧隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口。
3.一种如权利要求1或2所述的流量控制阀，其特征在于，上述连接轴和上述支撑机构配置在上述空气腔室内。
4.一种如权利要求1或2所述的流量控制阀，其特征在于，上述阀体安装在上述两个隔膜中的任一个隔膜的外端面上；
上述内部流动通路与安装有上述阀体的上述一个隔膜的外端面相连通。
5.一种如权利要求4所述的流量控制阀，其特征在于，上述一个隔膜的外端面由诸如氟树脂等形成的腐蚀防止机构实施着保护。
6.一种流量控制装置，其特征在于，具有：
供给流体用的管路；
设置在上述管路的途中的流量控制阀；
对流经上述管路的流体流量实施检测用的流量计；
以及依据上述流量计检测出的流量检测值和流量设定值，对上述流量控制阀实施控制，从而将流经上述管路的流体流量调整为与上述流量设定值相等的控制部；
而且上述流量控制阀具有：
包括有两个相对设置的开口部的空气腔室；
分别安装在上述空气腔室的各开口部上、且承受该空气腔室压力的压力承受面的面积彼此不同的两个隔膜；
连接上述两个隔膜的连接轴；
支撑上述连接轴并使之可沿其轴心方向滑动的支撑机构；
设置在上述空气腔室外侧的、与上述管路相连通并使流经该管路的流体流经用的内部流动通路；
通过与上述连接轴的滑动动作联动地进行滑动移动、来对流经上述内部流动通路的流体流量实施增减调整用的阀体；
以及向上述空气腔室内部供给实施了压力控制或流量控制的空气的空气供给通路；
而且上述空气供给通路，其一个端部侧分支而形成两个分路管路，该两个分路管路中的一个分路管路的出口侧，按照与上述一个隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口，另一个分路管路的出口侧按照与上述另一个隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口。
7.一种流量控制装置，其特征在于，具有：
供给流体用的管路；
设置在上述管路的途中的流量控制阀；
对流经上述管路的流体流量实施检测用的流量计；
依据上述流量计检测出的流量检测值和流量设定值，对上述流量控制阀实施控制，从而将流经上述管路的流体流量调整为与上述流量设定值相等的控制部；
而且上述流量控制阀具有：
包括有上下两个开口部的空气腔室；
分别安装在上述空气腔室的上下各开口部上、且承受该空气腔室压力的压力承受面的面积彼此不同的上下两个隔膜；
连接上述上下两个隔膜的连接轴；
支撑上述连接轴并使之可沿其轴心方向滑动的支撑机构；
设置在上述空气腔室外侧的、与上述管路相连通并且使流经该管路的流体流经用的内部流动通路；
通过与上述连接轴的滑动动作联动地进行滑动移动，来对流经上述内部流动通路的流体流量实施增减调整用的阀体；
以及向上述空气腔室内部供给实施了压力控制或流量控制的空气的空气供给通路；
而且上述空气供给通路，其一个端部侧分支而形成两个分路管路，该两个分路管路中的一个分路管路的出口侧，按照与上述上侧隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口，另一个分路管路的出口侧按照与上述下侧隔膜的压力承受面靠近且相对的方式进行开口。
8.一种如权利要求6或7所述的流量控制装置，其特征在于，上述流量计由超声波流量计形成，且设置在上述流量控制阀的下游侧。
9.一种如权利要求6或7所述的流量控制装置，其特征在于，上述连接轴和上述支撑机构配置在上述空气腔室内。
10.一种如权利要求6或7所述的流量控制装置，其特征在于，上述阀体安装在上述两个隔膜中的任一个隔膜的外端面上；
上述内部流动通路与安装有上述阀体的上述一个隔膜的外端面相连通。
11.一种如权利要求10所述的流量控制装置，其特征在于，上述一个隔膜的外端面通过氟树脂等形成的腐蚀防止机构实施着保护。
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