DE102021103670A1

DE102021103670A1 - Strömungsratenregulierungsvorrichtung und steuerungsverfahren einer durchflussregulierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021103670A1
Application number: DE102021103670.4A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Ando; Satoshi Sekine
Original assignee: Surpass Industry Co Ltd
Current assignee: Surpass Industry Co Ltd
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2021-08-19
Also published as: KR20210105295A; US20210254752A1; US11566725B2; JP2021131104A; JP7593607B2

Abstract

Es wird eine Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 bereitgestellt, die Folgendes beinhaltet: einen Ventilkörperabschnitt 10 aufweisend eine flache Ventilkörperfläche 11a; einen Hauptkörperabschnitt 20 einschließlich einer Ventilkammer R1, einem Einströmkanal, einem Ausströmkanal 24 und einem Verbindungskanal 22; einen Ventilsitzabschnitt 21 aufweisend eine flache Ventilsitzfläche 21a, die um eine Einströmöffnung 22a herum vorgesehen und an einer Position gegenüber der Ventilkörperfläche 11a angeordnet ist; einen Regulierungsmechanismus, der den Ventilkörperabschnitt 10 entlang einer Achse X bewegt, um eine Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a zu regulieren; und eine Steuereinheit, die den Regulierungsmechanismus so steuert, dass sich der Ventilkörperabschnitt 10 in einem Bewegungsbereich bewegt, in dem die Ventilkörperfläche 11a und die Ventilsitzfläche 21a in einem berührungslosen Zustand bleiben, wobei eine Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals 22 kleiner ist als jede einer Kanalquerschnittsfläche des Einströmkanals und einer Kanalquerschnittsfläche des Ausströmkanals 24.

Description

HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Strömungsratenregulierungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren der Strömungsratenregulierungsvorrichtung.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Bisher ist ein Strömungsratenregulierungsventil bekannt, das eine Strömungsrate eines Fluids regelt (siehe z.B. Veröffentlichung des japanischen Patents Nr. 5144880 ).
Das in der Veröffentlichung des japanischen Patents Nr. 5144880 offenbarte Strömungsratenregulierungsventil überträgt eine Antriebskraft eines Motors auf eine Membrannadel als ein Ventilkörper und reguliert einen Spalt zwischen einem Fluideinlass und der in den Fluideinlass eingeführten Membrannadel, um die Strömungsrate des Fluids zu regulieren.
Bei der Montage einer in der Veröffentlichung des japanischen Patents Nr. 5144880 offenbarten Strömungsratenregulierungsvorrichtung ist es erforderlich, eine Antriebseinheit und eine an der Antriebseinheit befestigte Membrannadel in einem Gehäuse zu installieren. In diesem Fall kommt, wenn eine Mittelachse eines Fluideinlasses, der in einem Ventilsitz geöffnet ist, und eine Mittelachse der Membrannadel präzise aufeinander ausgerichtet sind, die Membrannadel während der Auf- und Abwärtsbewegung der Membrannadel nicht mit dem Fluideinlass in Kontakt.
Wenn jedoch eine Positionierungsgenauigkeit während der Installation der Antriebseinheit und der Membrannadel in dem Gehäuse und die Maßgenauigkeit jeder Komponente nicht ausreichend sind, so stimmen die Mittelachse des Fluideinlasses und die Mittelachse der Membrannadel nicht miteinander überein. In diesem Fall kommt, wenn sich die Membrannadel nach oben und nach unten bewegt, die Membrannadel mit dem Fluideinlass in Kontakt, und ein Teil eines Materials der Membrannadel und des Fluideinlasses kann als Partikel abgegeben werden (zum Beispiel feine Partikel mit einem Partikeldurchmesser von 20 nm oder weniger). Die Partikel werden als Verunreinigungen in ein Fluid eingemischt, so dass die Reinheit des Fluids nicht auf einem hohen Niveau gehalten werden kann. Insbesondere, wenn eine chemische Lösung für eine Halbleiterherstellungsvorrichtung oder eine hochreine Flüssigkeit, wie zum Beispiel reines Wasser, als die Flüssigkeit gehandhabt wird, treten die Probleme mit den Partikeln zutage.
Die vorliegende Offenbarung wurde entwickelt, um die oben genannten Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Strömungsratenregulierungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren der Vorrichtung bereitzustellen, die eine Generierung von Partikeln verhindern können, wenn Montagefehler oder Maßfehler bei Elementen, die einen Ventilkörperabschnitt bilden, und Elementen, die einen Ventilsitzabschnitt bilden, auftreten, und eine Strömungsrate eines Fluids präzise regeln können.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung verwendet die folgenden Lösungen, um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen.
Eine Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält einen Ventilkörperabschnitt, der sich entlang einer Achse bewegt, die sich in einer vertikalen Richtung in einer Ventilkammer erstreckt und eine flache Ventilkörperfläche aufweist, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt; einen Hauptkörperabschnitt, der die Ventilkammer enthält, die den Ventilkörperbereich aufnimmt, einen Einströmkanal, der eine darin strömende Flüssigkeit von einem Strömungseinlass zu der Ventilkammer leitet, einen Ausströmkanal, der die Flüssigkeit zu einem Strömungsauslass leitet, und einen Verbindungskanal, der mit der Ventilkammer und dem Ausströmkanal in Verbindung steht, einen Ventilsitzabschnitt, der eine flache Ventilsitzfläche aufweist, die um eine Einströmöffnung herum angeordnet ist, die mit dem Verbindungskanal und der Ventilkammer in Verbindung steht, und an einer Position gegenüber der Ventilkörperfläche angeordnet ist und sich in der horizontalen Richtung erstreckt; einen Regulierungsmechanismus, der den Ventilkörperabschnitt entlang der Achse bewegt, um eine Distanz zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche zu regulieren und dadurch eine Strömungsrate der aus der Ventilkammer in den Verbindungskanal strömenden Flüssigkeit reguliert; und eine Steuereinheit, die den Regulierungsmechanismus steuert, so dass sich der Ventilkörperabschnitt in einem Bewegungsbereich bewegt, in dem die Ventilkörperfläche und die Ventilsitzfläche in einem berührungslosen Zustand bleiben, wobei die Ventilkörperfläche in einer runden Form um die Achse in der Draufsicht mit einem größeren Radius als die Einströmöffnung ausgebildet ist und an einer der Einströmöffnung und der Ventilsitzfläche gegenüberliegenden Position angeordnet ist, und eine Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals kleiner ist als jede einer Kanalquerschnittsfläche des Einströmkanals und einer Kanalquerschnittsfläche des Ausströmkanals.
Gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Aspekts der vorliegenden Offenbarung reguliert der Regulierungsmechanismus die Distanz entlang der Achse zwischen der Ventilkörperfläche dem Ventilkörperabschnitt und der Ventilsitzfläche des Ventilsitzabschnitts, um eine Strömungsrate einer Flüssigkeit zu regulieren. Die Ventilkörperfläche und die der Ventilkörperfläche gegenüberliegende Ventilsitzfläche sind jeweilige ebene Flächen, die sich in der horizontalen Richtung erstrecken. Selbst wenn Montagefehler oder Maßfehler von Elementen, die den Ventilkörperabschnitt bilden, und Elementen, die den Ventilsitzabschnitt bilden, entstehen, wird die Ventilkörperfläche nicht in die Einströmöffnung eingeführt und behält daher einen engen und kontaktlosen Zustand zu der um die Kanalöffnung herum angeordneten Ventilsitzfläche bei. Da die Ventilkörperfläche und die Ventilsitzfläche im kontaktlosen Zustand bleiben, kommt die Ventilkörperfläche nicht mit der Ventilsitzfläche in Kontakt, und es werden keine Partikel gebildet. Daher ist es möglich, die Bildung der Partikel zu verhindern, wenn die Montagefehler oder Maßfehler der Elemente, die den Ventilkörperabschnitt bilden, und der Elemente, die den Ventilsitzabschnitt bilden, entstehen.
Des Weiteren ist gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Aspekts der vorliegenden Offenbarung die Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals kleiner als jede der Kanalquerschnittsfläche des Einströmkanals und der Kanalquerschnittsfläche des Ausströmkanals, und daher ist in einem Kanal, in dem die Flüssigkeit durch den Einströmkanal, die Ventilkammer, den Verbindungskanal und den Ausströmkanal in dieser Reihenfolge strömt, eine Strömungsgeschwindigkeit der durch den Verbindungskanal strömenden Flüssigkeit am höchsten. Aus diesem Grund ist zwischen dem Verbindungskanal und der Ventilkammer, die ein größeres Volumen als der Verbindungskanal aufweist, für eine geeignete Regulierung der Strömungsrate erforderlich, die Strömungsrate der Flüssigkeit entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche stabil zu ändern.
Anschließend strömt die Flüssigkeit gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Aspekts der vorliegenden Offenbarung von der Ventilkammer mit einem großen Volumen in den Verbindungskanal mit einer kleinen Kanalquerschnittsfläche, und daher kann die Strömungsrate der Flüssigkeit entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche präzise reguliert werden. Es wird davon ausgegangen, dass dies daran liegt, dass, wenn die Flüssigkeit von der Ventilkammer mit dem großen Volumen in den Verbindungskanal mit der kleinen Kanalquerschnittsfläche strömt, die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Ventilkammer gleichmäßig wird, und die Flüssigkeit mit der geeigneten Strömungsrate entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche strömen kann. Es wird davon ausgegangen, dass insbesondere in der Ventilkammer die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in einem Übergangsbereich gleichmäßig wird, in dem die Strömung der Flüssigkeit von laminarer Strömung zu turbulenter Strömung oder von turbulenter Strömung zu laminarer Strömung übergeht.
Andererseits wurde als Ergebnis einer Studie durch die Erfinder festgestellt, dass, wenn die Flüssigkeit von dem Verbindungskanal mit der kleinen Kanalquerschnittsfläche in die Ventilkammer strömt, die das größere Volumen als der Verbindungskanal aufweist, die Strömungsrate der Flüssigkeit nicht präzise entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche reguliert werden kann. Es wird davon ausgegangen, dass dies daran liegt, dass, wenn die Flüssigkeit von dem Verbindungskanal mit der kleinen Kanalquerschnittsfläche in Richtung der Ventilkammer strömt, die das größere Volumen als der Verbindungskanal aufweist, die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Ventilkammer unbeständig wird und die Flüssigkeit nicht mit der angemessenen Strömungsrate entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche strömen kann. Es wird davon ausgegangen, dass insbesondere in der Ventilkammer die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Übergangsbereich, in dem die Strömung der Flüssigkeit von laminarer Strömung zu turbulenter Strömung oder von turbulenter Strömung zu laminarer Strömung übergeht, unbeständig wird.
Bei der Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Konfiguration bevorzugt, bei der der Bewegungsbereich einen Bereich beinhaltet, in dem eine minimale Kanalquerschnittsfläche eines zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche gebildeten Kanals kleiner ist als die Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals.
Gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung mit der vorliegenden Konfiguration wird die Strömungsrate der Flüssigkeit entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche in einem Bereich reguliert, in dem die minimale Kanalquerschnittsfläche des zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche gebildeten Kanals kleiner ist als die Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals.
Bei der Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Konfiguration bevorzugt, bei der der Bewegungsbereich so eingestellt ist, dass eine Kanalquerschnittsfläche der Einströmöffnung im Wesentlichen mit einem Änderungsbetrag der minimalen Kanalquerschnittsfläche des zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche gebildeten Kanals übereinstimmt, wenn die Ventilkörperfläche von einer Position, die der Ventilsitzfläche am nächsten liegt, zu einer Position, die am weitesten von der Ventilsitzfläche entfernt ist, bewegt wird.
Wenn der Änderungsbetrag der minimalen Kanalquerschnittsfläche des zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche gebildeten Kanals größer ist als die Kanalquerschnittsfläche der Einströmöffnung, wird die Strömungsrate der aus der Ventilkammer in die Einströmöffnung strömenden Flüssigkeit pro Zeiteinheit maximal. Das heißt, selbst wenn der Bewegungsbereich übermäßig vergrößert wird, kann die Strömungsrate der Flüssigkeit nicht mehr reguliert werden, sobald sich die Ventilsitzfläche jenseits einer Position befindet, in der die Strömungsrate der Flüssigkeit, die von der Ventilkammer in den Verbindungskanal strömt, maximal wird. Gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Aspekts der vorliegenden Offenbarung ist der Bewegungsbereich so eingestellt, dass der Änderungsbetrag der minimalen Kanalquerschnittsfläche des zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche gebildeten Kanals im Wesentlichen mit der Kanalquerschnittsfläche der Einströmöffnung übereinstimmt, und daher kann die Strömungsrate der Flüssigkeit angemessen reguliert werden.
In der Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Konfiguration bevorzugt, bei der der Ventilkörperabschnitt eine Basis, die in einer axialen Form entlang der Achse ausgebildet ist, und einen Membranbereich beinhaltet, der mit einer äußeren Umfangsfläche der Basis gekoppelt ist und in einer ringförmigen Dünnfilmform um die Achse ausgebildet ist, und die Basis so ausgebildet ist, dass ein Außendurchmesser der Basis in einer radialen Richtung, die senkrecht zu der Achse ist, allmählich von der äußeren Umfangsfläche in Richtung der Ventilkörperfläche abnimmt.
Gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Aspekts der vorliegenden Offenbarung ist die Basis des Ventilkörperabschnitts so ausgebildet, dass der Außendurchmesser der Basis in der radialen Richtung, die senkrecht zur Achse ist, allmählich von der äußeren Umfangsfläche in Richtung der Ventilkörperfläche abnimmt, und daher, wenn die Flüssigkeit von der Ventilkammer in den Kanal strömt, der zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche ausgebildet ist, die Querschnittsfläche des Kanals, durch den die Flüssigkeit strömt, allmählich abnimmt, und die Flüssigkeit gleichmäßig strömen kann.
In der Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Konfiguration bevorzugt, bei der der Regulierungsmechanismus einen Schrittmotor, der eine Antriebswelle um die Achse dreht, und ein bewegliches Element, das sich in Reaktion auf die Drehung der Antriebswelle entlang der Achse bewegt und mit dem Ventilkörperabschnitt gekoppelt ist, beinhaltet, und die Steuereinheit den Schrittmotor entsprechend einem Erregungssignal steuert, das sich um eine Mikroschritteinheit ändert, die durch Teilen eines Schrittes durch eine vorbestimmte Teilungszahl erhalten wird.
Gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Aspekts der vorliegenden Offenbarung ist der Ventilkörperabschnitt mit dem beweglichen Element gekoppelt, das sich in Reaktion auf die Drehung der Antriebswelle des Schrittmotors entlang der Achse bewegt, und der Schrittmotor wird entsprechend dem Erregungssignal gesteuert, das sich um die Mikroschritteinheit ändert, die durch Teilen des Schritts durch die vorbestimmte Teilungszahl erhalten wird. Wenn der Schrittmotor entsprechend dem Erregungssignal eines Vollschritts oder eines Halbschritts gesteuert wird, ist ein minimaler Bewegungsbetrag der Ventilkörperfläche entlang der Achse groß, und daher erhöht sich ein minimaler Änderungsbetrag einer Strömungsrate eines Fluids. Folglich kann die Strömungsrate nicht präzise reguliert werden
Andererseits verringert sich bei der Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung der minimale Änderungsbetrag der Strömungsrate des Fluids, da der minimale Bewegungsbetrag der Ventilkörperfläche entlang der Achse klein ist. Folglich kann die Strömungsrate präzise reguliert werden.
Folglich ist es gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung möglich, die Erzeugung der Partikel zu verhindern, wenn die Montagefehler oder Maßfehler der Elemente, die den Ventilkörperabschnitt bilden, und der Elemente, die den Ventilsitzabschnitt bilden, erzeugt werden, und es ist auch möglich, die Strömungsrate des Fluids präzise zu regulieren.
Bei der Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Einströmöffnung vorzugsweise in einer runden Form um die Achse in der Draufsicht ausgebildet, wobei r2 ≥ 3·r1 erfüllt ist, wobei r1 ein Radius der Einströmöffnung und r2 ein Radius der Ventilkörperfläche ist.
Der Radius r2 der Ventilkörperfläche wird auf das Dreifache oder mehr des Radius r1 der Einströmöffnung eingestellt, so dass ein ausreichender Bereich einer Wandfläche des Kanals, der zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche gebildet wird, erhalten wird. Die Wandfläche des Kanals zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche verursacht Reibungsverluste bei der Flüssigkeit, um eine Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu verringern. Daher kann der Änderungsbetrag der Strömungsrate der Flüssigkeit zu dem Bewegungsbetrag der Ventilkörperfläche entlang der Achse verringert werden, und die Strömungsrate kann präzise reguliert werden.
Ein Verfahren zur Steuerung einer Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung, wobei die Strömungsratenregulierungsvorrichtung einen Ventilkörperabschnitt beinhaltet, der sich entlang einer Achse bewegt, die sich in einer vertikalen Richtung innerhalb einer Ventilkammer erstreckt und eine flache Ventilkörperfläche aufweist, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt; einen Hauptkörperabschnitt, der die Ventilkammer beinhaltet, die den Ventilkörperabschnitt aufnimmt, einen Einströmkanal, der eine darin strömende Flüssigkeit von einem Strömungseinlass zu der Ventilkammer leitet, einen Ausströmkanal, der die Flüssigkeit zu einem Strömungsauslass leitet, und einen Verbindungskanal, der eine Verbindung zwischen der Ventilkammer und dem Ausströmkanal herstellt; einen Ventilsitzabschnitt aufweisend eine flache Ventilsitzfläche, die um eine Einströmöffnung herum vorgesehen ist, die eine Verbindung zwischen dem Verbindungskanal und der Ventilkammer herstellt, an einer Position gegenüber der Ventilkörperfläche angeordnet ist und sich in der horizontalen Richtung erstreckt; und einen Regulierungsmechanismus, der den Ventilkörperabschnitt entlang der Achse bewegt, um eine Distanz zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche zu regulieren und dadurch eine Strömungsrate der von der Ventilkammer in den Kommunikationskanal strömenden Flüssigkeit zu regulieren, wobei das Verfahren einen Steuerschritt des Steuerns des Regulierungsmechanismus beinhaltet, so dass sich der Ventilkörperabschnitt in einem Bewegungsbereich bewegt, in dem die Ventilkörperfläche und die Ventilsitzfläche in einem berührungslosen Zustand bleiben, wobei die Ventilkörperfläche in einer runden Form um die Achse in einer Draufsicht mit einem größeren Radius als die Einströmöffnung ausgebildet ist und an einer Position gegenüber der Einströmöffnung und der Ventilsitzfläche angeordnet ist, und eine Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals kleiner ist als jede einer Kanalquerschnittsfläche des Einströmkanals und einer Kanalquerschnittsfläche des Ausströmkanals.
Gemäß dem Steuerungsverfahren der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Aspekts der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Bildung der Partikel zu verhindern, wenn die Montagefehler oder Maßfehler der Elemente, die den Ventilkörperabschnitt bilden, und der Elemente, die den Ventilsitzabschnitt bilden, entstehen, und es ist ebenfalls möglich, die Strömungsrate der Flüssigkeit präzise zu regulieren.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden eine Strömungsratenregulierungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren der Vorrichtung bereitgestellt, die die Bildung von Partikeln verhindern können, wenn Montagefehler oder Maßfehler bei Elementen, die einen Ventilkörperabschnitt bilden, und Elementen, die einen Ventilsitzabschnitt bilden, auftreten, und eine Strömungsrate einer Flüssigkeit präzise regulieren können.
Figurenliste

[1] 1 ist eine teilweise Längsschnittansicht, die eine Strömungsratenregulierungsvorrichtung einer Ausführungsform zeigt.
[2] 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von Teil I der in 1 gezeigten Strömungsratenregulierungsvorrichtung.
[3] 3 ist ein Funktionsblockschaubild, das eine Konfiguration eines in 1 gezeigten Steuerungssubstrats zeigt.
[4] 4 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einer Impulsanzahl eines Impulssignals, das durch eine Steuereinheit an einen Motortreiber ausgegeben werden soll, und einem Erregungsstrom, der durch den Motortreiber an einen Schrittmotor ausgegeben werden soll, zeigt.
[5] 5 ist ein Schaubild, das ein Vergleichsbeispiel der Beziehung zwischen der Impulsanzahl des Impulssignals, das durch die Steuereinheit an den Motortreiber ausgegeben werden soll, und einem Erregungsstrom, der durch den Motortreiber an den Schrittmotor ausgegeben werden soll, zeigt.
[6] 6 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von Teil II der in 2 gezeigten Strömungsratenregulierungsvorrichtung.
[7] 7 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Teils II der in 2 gezeigten Strömungsratenregulierungsvorrichtung.
[8] 8 ist eine Draufsicht auf einen in 2 gezeigten Ventilsitzabschnitt und von oben entlang einer Achse gesehen.
[9] 9 ist ein Kurvendiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Impulsanzahl und einer Strömungsrate in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
[10] 10 ist ein Kurvendiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Impulsanzahl und einer Strömungsrate in einer Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels zeigt.
[11] 11 ist ein Flussdiagramm, das eine durch ein Steuerungssubstrat auszuführende Verarbeitung zeigt.
[12] 12 ist ein Kurvendiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Impulsanzahl und einer Strömungsrate in einer Strömungsratenregulierungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
[13] 13 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Impulsanzahl und einer Strömungsrate in einer Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführlich unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen bevorzugte konkrete Beispiele der vorliegenden Offenbarung sind und daher aus technischer Sicht bevorzugt auf verschiedene Weise beschränkt sind. Darüber hinaus sind ähnliche Komponenten durch die entsprechenden Zeichnungen hindurch mit ähnlichen Bezugszeichen versehen, und auf ihre ausführliche Beschreibung wird zweckmäßigerweise verzichtet.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezug auf 1 beschrieben. 1 ist eine teilweise Längsschnittansicht, die eine Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vorrichtung, die eine Strömungsrate einer Flüssigkeit reguliert, die im Inneren von einem Einströmport 100a über ein externes Rohr (nicht gezeigt) strömt, und durch einen inneren Kanal strömt, um von einem Ausströmport 100b nach außen zu dem externen Rohr (nicht gezeigt) zu strömen. Beispiele für die Flüssigkeit, deren Strömungsrate durch die Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform reguliert werden soll, beinhalten eine chemische Lösung zur Verwendung in einer Halbleiterherstellungsvorrichtung und reines Wasser. Darüber hinaus ist ein Beispiel für eine Temperatur des Fluids eine Temperatur in einem normalen Temperaturbereich (zum Beispiel 10°C oder mehr und weniger als 50°C).
Wie in 1 gezeigt, enthält die Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform einen Ventilkörperabschnitt 10, der ein Ventilkörper mit integrierter Membran ist, einen Hauptkörperabschnitt 20 mit einem inneren Kanal, einen Bewegungsmechanismus (Regulierungsmechanismus) 30, der den Ventilkörperabschnitt 10 entlang einer Achse X bewegt, ein Befestigungselement 40, das den Ventilkörperabschnitt 10 an dem Hauptkörperabschnitt 20 befestigt, einen Stützabschnitt 50, die den Ventilkörperabschnitt 10 so stützt, dass sich der Ventilkörperabschnitt entlang der Achse X bewegt, ein Motorstützelement 60, das einen Schrittmotor 31 des Bewegungsmechanismus 30 stützt, einen Basisabschnitt 70, die auf einer Installationsfläche S installiert ist, und ein Steuerungssubstrat (eine Steuereinheit) 80, das den Bewegungsmechanismus 30 steuert.
Wie in 1 gezeigt, sind der Ventilkörperabschnitt 10, der Bewegungsmechanismus 30, das Befestigungselement 40, der Stützabschnitt 50, das Motorstützelement 60 und das Steuerungssubstrat 80 in einem Abdeckelement 100c untergebracht, das oberhalb des Hauptkörperabschnitts 20 installiert ist. Das Steuerungssubstrat 80 sendet und empfängt verschiedene Signale zwischen einer externen Vorrichtung (nicht gezeigt) und dem Steuerungssubstrat und empfängt eine Stromversorgung von der externen Vorrichtung über ein Kabel 200. Der Hauptkörperabschnitt 20, das Befestigungselement 40, der Stützabschnitt 50, das Motorstützelement 60 und dier Basisabschnitt 70 werden durch einen Befestigungsbolzen (nicht gezeigt) befestigt und integriert.
Im Folgenden werden jeweilige Komponenten, die in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform enthalten sind, beschrieben. 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von Teil I der in 1 gezeigten Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100.
Wie in 2 gezeigt, bewegt sich der Ventilkörperabschnitt 10 entlang der Achse X, die sich in einer vertikalen Richtung in einer Ventilkammer R1 erstreckt, um die Strömungsrate des Fluids zu regulieren, das aus der Ventilkammer R1 in einen in einem Ventilsitzabschnitt 21 angeordneten Verbindungskanal 22 strömt. Eine Distanz zwischen dem Ventilkörperabschnitt 10 und dem Ventilsitzabschnitt 21 wird durch den später beschriebenen Bewegungsmechanismus 30 reguliert.
Der Ventilkörperabschnitt 10 weist eine Basis 11 auf, die in einer axialen Form entlang der Achse X ausgebildet ist, einen Membranabschnitt (Dünnfilmabschnitt) 12, der mit einer Außenumfangsfläche der Basis 11 gekoppelt ist und in einer ringförmigen Dünnfilmform um die Achse X herum ausgebildet ist, einen ringförmigen Abschnitt 13, der eine Innenumfangsfläche aufweist, mit der ein Außenumfangsende des Membranabschnitts 12 gekoppelt ist und in einer Ringform ausgebildet ist, und einen Kopplungsabschnitt 14, der die Basis 11 mit dem Bewegungsmechanismus 30 koppelt.
Die Basis 11, der Membranabschnitt 12 und der ringförmige Abschnitt 13 sind integral aus einem einzigen Material gefertigt. Als Material des Ventilkörperabschnitts 10 ist es wünschenswert, ein Fluorharzmaterial mit hoher chemischer Beständigkeit, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Perfluoralkoxyalkan (PFA), zu verwenden. Der ringförmige Abschnitt 13 ist mit einem ringförmigen Vorsprung 13a versehen, der in einem Endloszustand entlang einer Umfangsrichtung um die Achse X gebildet ist und der entlang der Achse X nach unten vorsteht. Andererseits ist der Hauptkörperabschnitt 20, der an einer dem Ventilkörperabschnitt 10 gegenüberliegenden Position angeordnet ist, mit einer Ringnut 20a versehen, die in einem Endloszustand entlang der Umfangsrichtung um die Achse X gebildet ist und sich entlang der Achse X nach oben öffnet. Der ringförmige Vorsprung 13a und die Ringnut 20a sind so ausgebildet, dass sie den gleichen Radius relativ zu der Achse X aufweisen.
Wenn die Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform zusammengebaut wird, so wird der ringförmige Vorsprung 13a des Ventilkörperabschnitts 10 in die Ringnut 20a des Hauptkörperabschnitts 20 gepresst. Folglich stehen die Ringnut 20a und der ringförmige Vorsprung 13a in engem Kontakt miteinander, und dieser enge Kontaktbereich bildet einen Dichtungsbereich, der verhindert, dass das Fluid aus der Ventilkammer R1 nach außen strömt. Darüber hinaus stimmt eine Mittelachse der Basis 11 des Ventilkörperabschnitts 10 mit der Achse X überein. Der Ventilkörperabschnitt 10 ist an dem Hauptkörperabschnitt 20 befestigt und bildet so die Ventilkammer R1, die durch den Ventilkörperabschnitt 10 und den Hauptkörperabschnitt 20 definiert wird.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet der Hauptkörperabschnitt 20 die Ventilkammer R1, der den Ventilkörperabschnitt 10 aufnimmt, den Ventilsitzabschnitt 21, der an der dem Ventilkörperabschnitt 10 gegenüberliegenden Position angeordnet ist, einen Einströmkanal 23, der die im Inneren strömende Flüssigkeit von dem Einströmport (einem Strömungseinlass) 100a zu der Ventilkammer R1 leitet, einen Ausströmkanal 24, der die Flüssigkeit zu dem Ausströmport (einem Strömungsauslass) 100b leitet, und einen Verbindungskanal 22, der eine Verbindung zwischen der Ventilkammer R1 und dem Ausströmkanal 24 herstellt. Der Hauptkörperabschnitt 20 ist beispielsweise einstückig aus einem einzigen Material gefertigt. Als das Material des Hauptkörperabschnitts 20 ist es wünschenswert, ein Fluorharzmaterial mit hoher chemischer Beständigkeit wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Perfluoralkoxyalkan (PFA) zu verwenden.
Der Verbindungskanal 22 ist ein Kanal, der sich in der vertikalen Richtung entlang der Achse X erstreckt und in der Querschnittsansicht rund geformt ist. Der Einströmkanal 23 und der Ausströmkanal 24 sind jeweils ein Kanal, der sich entlang einer Achse Y in einer horizontalen Richtung erstreckt, die senkrecht zu der Achse X verläuft und in der Querschnittsansicht rund geformt ist. Der Verbindungskanal 22 ist der Kanal, der mit einer Einströmöffnung 22a in Verbindung steht, um die Strömungsrate zu regulieren, und hat daher eine kleinere Kanalquerschnittsfläche als der Einströmkanal 23 und der Ausströmkanal 24. Ein Durchmesser eines Querschnitts des Verbindungskanals 22 in horizontaler Richtung ist an jeder Position in einer X-Achsen-Richtung gleich. Es ist wünschenswert, den Durchmesser des Querschnitts des Verbindungskanals 22 in der horizontalen Richtung auf 1/10 oder mehr und 1/3 oder weniger eines Mindestwertes eines Durchmessers eines Querschnitts des Einströmkanals 23 einzustellen. In ähnlicher Weise ist es wünschenswert, den Durchmesser des Querschnitts des Verbindungskanals 22 in horizontaler Richtung auf 1/10 oder mehr und 1/3 oder weniger eines Mindestwertes eines Durchmessers eines Querschnitts des Ausströmkanals 24 einzustellen.
Ein Endbereich des Einströmkanals 23 auf einer Seite der Ventilkammer R1 ist in einer Form ausgebildet, die so geneigt ist, dass eine Distanz von der Installationsfläche S von einer Position auf der Achse Y in Richtung der Ventilkammer R1 entlang einer Flüssigkeitsströmungsrichtung (eine Richtung von links nach rechts in 1) zunimmt. Die zum Endbereich des Einströmkanals 23 auf der Seite der Ventilkammer R1 geleitete Flüssigkeit strömt von einer in einem Endbereich des Einströmkanals 23 auf einer in Strömungsrichtung stromabwärts gelegenen Seite vorgesehenen Ausströmöffnung 23a in die Ventilkammer R1.
Somit wird der Durchmesser des Querschnitts des Verbindungskanals 22 auf 1/10 oder mehr des Minimalwertes des Durchmessers des Querschnitts sowohl des Einströmkanals 23 als auch des Ausströmkanals 24 eingestellt, so dass verhindert werden kann, dass die Querschnittsfläche des Verbindungskanals 22 übermäßig verkleinert wird, und verhindert werden kann, dass eine maximale Strömungsrate der durch den Kanal strömenden Flüssigkeit pro Zeiteinheit übermäßig verkleinert wird. Alternativ wird der Durchmesser des Querschnitts des Verbindungskanals 22 auf 1/3 oder weniger des Minimalwertes des Durchmessers des Querschnitts sowohl des Einströmkanals 23 als auch des Ausströmkanals 24 eingestellt, so dass verhindert werden kann, dass die Querschnittsfläche des Verbindungskanals 22 übermäßig vergrößert wird, und verhindert werden kann, dass die Änderung der Strömungsrate pro Zeiteinheit zu einem Bewegungsbetrag des Ventilkörperabschnitts 10 übermäßig vergrößert wird.
Der Bewegungsmechanismus 30 ist ein Mechanismus, der den Ventilkörperabschnitt 10 entlang der Achse X bewegt, um die Distanz zwischen dem Ventilkörperabschnitt 10 und dem Ventilsitzabschnitt 21 des Hauptkörperabschnitts 20 zu regulieren und dadurch eine Strömungsrate der Flüssigkeit reguliert, die von der Ventilkammer R1 in den Verbindungskanal 22 geleitet wird.
Wie in 2 gezeigt, weist der Bewegungsmechanismus 30 den Schrittmotor 31 auf, eine mit dem Schrittmotor 31 gekoppelte Antriebswelle 32 zum Drehen um die Achse X, ein Drehelement 33, das sich integral mit der Antriebswelle 32 dreht, ein Schublager 34, das so angeordnet ist, dass es die Antriebswelle 32 umgibt, ein bewegliches Element 35, das relativ zu dem Drehelement 33 entlang der Achse X beweglich ist, eine Feder 36, die zwischen dem beweglichen Element 35 und dem Stützabschnitt 50 angeordnet ist, ein Arretierelement 37 und eine Positionsdetektionseinheit 38 (siehe 1). Die Antriebswelle 32, das Drehelement 33, das Schublager 34 und das bewegliche Element 35 sind aus einem Metallmaterial gefertigt (zum Beispiel einem Edelstahlmaterial wie beispielsweise SUS304, einem Kohlenstoffstahlmaterial wie beispielsweise S45C, oder einem Kohlenstoff-Werkzeugstahlmaterial wie beispielsweise SK4).
Der Schrittmotor 31 ist ein Antriebsmechanismus, der die Antriebswelle 32 entsprechend einem von dem Steuerungssubstrat 80 übertragenen stufenförmigen (rechteckigen) Erregungssignal (Erregungsstrom) dreht. Wie in 2 gezeigt, ist die Antriebswelle 32 mit einem Durchgangsloch 32a versehen, das sich durch die Antriebswelle in der horizontalen Richtung senkrecht zu der Achse X erstreckt. Das Drehelement 33 ist ebenfalls mit einem Durchgangsloch (nicht gezeigt) versehen, das sich durch das Element in der horizontalen Richtung senkrecht zu der Achse X erstreckt. Ein Stift P wird sowohl in das Durchgangsloch 32a der Antriebswelle 32 als auch in das Durchgangsloch des Drehelements 33 eingesetzt, und das Drehelement 33 dreht sich integral mit der Antriebswelle 32 um die Achse X.
Wie in 2 gezeigt, ist das Drehelement 33 in einer zylindrischen Form ausgebildet, die sich entlang der Achse X erstreckt, und ist mit einem Außengewinde 33a an einer Außenumfangsfläche eines unteren Halbabschnitts des Elements versehen. Das Außengewinde 33a ist dazu vorgesehen, das bewegliche Element 35 relativ zu dem Drehelement 33 zu bewegen, während es das Drehelement 33 mit dem beweglichen Element 35 koppelt.
Das Schublager 34 ist so angeordnet, dass es die Antriebswelle 32 zwischen dem Drehelement 33 und dem Schrittmotor 31 umgibt. Das Schublager 34 stützt eine Drängkraft der Feder 36 oder eine Drängkraft, die von dem Fluid durch den Ventilkörperabschnitt 10 empfangen wird und entlang der Achse X nach oben gerichtet wird, so dass sich das Drehelement 33 unabhängig von solchen Drängkräften gleichmäßig dreht.
Das bewegliche Element 35 ist ein Element, das entlang der Achse X angeordnet und mit dem Ventilkörperabschnitt 10 gekoppelt ist. An einer unteren Endseite des beweglichen Elements 35 ist ein Befestigungsloch 35a vorgesehen, an dem der Kopplungsabschnitt 14 des Ventilkörperabschnitts 10 befestigt ist, und an einer oberen Endseite des Elements ist ein Kopplungsloch 35b vorgesehen, mit dem das Drehelement 33 gekoppelt ist. Ein Außengewinde eines oberen Halbabschnitts der Basis 11 des Ventilkörperabschnitts 10 ist an einem Innengewinde des Kopplungsabschnitts 14 befestigt. Ein Außengewinde eines oberen Endes des Kopplungsabschnitts 14 ist an einem Innengewinde des Befestigungslochs 35a des beweglichen Elements 35 befestigt.
Eine Innenumfangsfläche des Kopplungslochs 35b des beweglichen Elements 35 ist mit einem Innengewinde 35c versehen, das mit dem Außengewinde 33a des Drehelements 33 gekoppelt ist. Das Innengewinde 35c ist dazu vorgesehen, das bewegliche Element 35 relativ zu dem Drehelement 33 zu bewegen, während es das bewegliche Element 35 mit dem Drehelement 33 koppelt. Ein Außenumfangsabschnitt über dem beweglichen Element 35 ist mit Durchgangslöchern (nicht gezeigt) versehen, die in mehreren Abschnitten um die Achse X herum ausgebildet sind (zum Beispiel drei Abschnitte in Abständen von 120°) und sich in einer Richtung parallel zu der Achse X erstrecken.
Das stabartige Arretierelement 37 wird in das Durchgangsloch eingesetzt, um zu verhindern, dass sich das bewegliche Element 35 um die Achse X dreht. Ein unteres Ende des Arretierelements 37 wird in ein Einschubloch eingeführt, das in einer Oberseite des Stützabschnitts 50 ausgebildet ist. Da das untere Ende des Arretierelements 37 in das Einschubloch eingeführt wird, wird verhindert, dass sich das bewegliche Element 35 um die Achse X dreht.
Wie in 2 gezeigt, ist das bewegliche Element 35 mit einer Entlüftung 35d versehen, die einen Raum unter dem Kopplungsloch 35b mit einem Raum R2 verbindet, der mit der Außenseite in Verbindung steht. Die Entlüftung 35d ist ein Loch, um den Raum unter dem Kopplungsloch 35b - unabhängig von der Verschiebung einer Position des beweglichen Elements 35 relativ zu dem Drehelement 33 -in einem Atmosphärendruckzustand zu halten.
Die Feder 36 ist ein Element, das in eine Ringnut, die in einer oberen Endfläche des Stützsabschnitts 50 ausgebildet ist, und in eine Ringnut, die in dem beweglichen Element 35 ausgebildet ist, eingesetzt wird, und die Feder erzeugt die Drängkraft, die entlang der Achse X in dem beweglichen Element 35 nach oben gerichtet ist. Die Feder 36 übt die Drängkraft auf das bewegliche Element 35 aus, das mit dem Außengewinde 33a des Drehelements 33 gekoppelt ist, um Positionierungsfehler des Ventilkörperabschnitts 10 aufgrund von Spiel zu verringern.
Die Positionsdetektionseinheit 38 enthält einen Codierer 38a, der mit der Antriebswelle 32 des Schrittmotors 31 gekoppelt und in einer runden Form - in einer Draufsicht gesehen - ausgebildet ist, und einen Foto-Unterbrecher 38b zum Detektieren von Schlitzen, die in gleichen Abständen in mehreren Abschnitten des Codierers 38a in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Der Foto-Unterbrecher 38b überträgt an das (später noch beschriebene) Steuerungssubstrat 80 eine Anzahl von Rechteckimpulssignalen, die einer Anzahl der Schlitze entspricht, die der Unterbrecher passiert.
Das Steuerungssubstrat 80 kann sowohl eine Drehzahl der Antriebswelle 32, die anhand des an den Schrittmotor 31 übertragenen Impulssignals geschätzt wird, als auch eine Drehzahl der Antriebswelle 32, die anhand des durch die Positionsdetektionseinheit 38 ausgegebenen Impulssignals geschätzt wird, erkennen. Wenn diese Drehzahlen nicht übereinstimmen, so kann das Steuerungssubstrat 80 erkennen, dass in dem Schrittmotor 31 ein Defekt, wie zum Beispiel ein Schrittsynchronitätsverlust (Step-out), eingetreten ist.
Der Bewegungsmechanismus 30 mit der oben beschriebenen Konfiguration arbeitet folgendermaßen, um den Ventilkörperabschnitt 10 entlang der Achse X zu bewegen. Der Bewegungsmechanismus 30 dreht die Antriebswelle 32 und das Drehelement 33, das mit der Antriebswelle gekoppelt ist, durch den Schrittmotor 31 um die Achse X. Das bewegliche Element 35, das mit dem Innengewinde 35c versehen ist, das mit dem Außengewinde 33a gekoppelt ist, das an der Außenumfangsfläche des Drehelements 33 gebildet ist, wird durch das Arretierelement 37 daran gehindert, sich um die Achse X zu drehen.
Wenn sich das Drehelement 33 in Reaktion auf die Drehung der Antriebswelle 32 um die Achse X dreht, so bewegt sich folglich das bewegliche Element 35 entsprechend einer Drehrichtung des Drehelements entlang der Achse X nach oben oder nach unten. Da der Ventilkörperabschnitt 10 mit dem beweglichen Element 35 gekoppelt ist, bewegt sich der Ventilkörperabschnitt entsprechend der Bewegung des beweglichen Elements 35 entlang der Achse X nach oben oder nach unten.
Das Befestigungselement 40 ist plattenförmig um die Achse X herum ausgebildet, und dieses Element befestigt den Ventilkörperabschnitt 10 an den Hauptkörperabschnitt 20. Das Befestigungselement 40 ist mit einem um die Achse X geöffneten Einschubloch versehen, in das der Kopplungsabschnitt 14 des Ventilkörperabschnitts 10 eingesetzt werden kann.
Der Stützabschnitt 50 stützt das bewegliche Element 35 des Bewegungsmechanismus 30 so, dass sich das bewegliche Element entlang der Achse X bewegt. Der Stützabschnitt 50 weist ein rohrförmiges erstes Stützelement 51 auf, das nahe der Außenumfangsfläche des beweglichen Elements 35 angeordnet ist, und ein zweites Stützelement 52, das an einer Außenumfangsseite des ersten Stützelements 51 angeordnet ist.
Das erste Stützelement 51 weist eine Innenumfangsfläche auf, deren Innendurchmesser an einer Position in der Nähe des beweglichen Elements 35 größer als ein Außendurchmesser des beweglichen Elements 35 ist. Eine Differenz zwischen dem Außendurchmesser des beweglichen Elements 35 und dem Innendurchmesser des ersten Stützelements 51 wird auf einen Wert eingestellt, der so klein wie möglich ist, während eine gleichmäßige Bewegung des beweglichen Elements 35 entlang der Achse X ermöglicht wird. Die Innenumfangsfläche des ersten Stützelements 51 weist eine zylindrische Form auf, die sich in einem bestimmten Bereich entlang der Achse X erstreckt.
Wenn der Bewegungsmechanismus 30 den Ventilkörperabschnitt 10 entlang der Achse X bewegt, so reguliert das erste Stützelement 51 den Ventilkörperabschnitt 10 so, dass sich der Ventilkörperabschnitt nicht in der horizontalen Richtung senkrecht zu der Achse X verschiebt. Das erste Stützelement 51 besteht bevorzugt aus einem Material, dessen Härte geringer ist als eine Härte des beweglichen Elements 35, um eine Reibungskraft während des Kontakts mit dem beweglichen Element 35 zu unterdrücken. Es ist bevorzugt, dass das erste Stützelement 51 beispielsweise aus Messing als eine Legierung aus Kupfer und Zink besteht.
Wie in 2 gezeigt, ist das erste Stützelement 51 mit einer Entlüftungsnut 51a versehen, die mit dem Raum R2 in Verbindung steht, und das zweite Stützelement 52 ist mit einem Entlüftungsloch 52a versehen, das mit der Entlüftungsnut 51a in Verbindung steht. Das Entlüftungsloch 52a ist zur Atmosphäre hin geöffnet. Folglich wird der Raum R2, der mit dem Entlüftungsloch 52a und der Entlüftungsnut 51a in Verbindung steht, auf einem atmosphärischen Druck gehalten. Dadurch wird der Raum R2 gegenüber der Ventilkammer R1, durch die das Fluid über den Membranabschnitt 12 strömt, im Atmosphärendruckzustand gehalten.
Das Motorstützelement 60 ist mit dem Schrittmotor 31 durch einen Befestigungsbolzen (nicht gezeigt) gekoppelt. Ein unteres Ende des Motorstützelements 60 ist auf einer Oberseite des zweiten Stützelements 52 gestützt. Folglich stützt das Motorstützelement den Schrittmotor 31 so, dass der Schrittmotor 31 an einer bestimmten Position von dem Stützabschnitt 50 entfernt angeordnet ist.
Der Basisabschnitt 70 ist ein auf der Installationsfläche S installiertes Element und ist an der Installationsfläche S zum Beispiel durch einen Befestigungsbolzen (nicht gezeigt) befestigt. Die Befestigungsbolzen werden von unterhalb dem Basisabschnitt 70 befestigt, um den Hauptkörperabschnitt 20, das Befestigungselement 40, den Stützabschnitt 50, das Motorstützelement 60 und den Basisabschnitt 70 zu integrieren.
Das Steuerungssubstrat 80 ist über das Kabel 200 mit der externen Vorrichtung (nicht gezeigt) verbunden, um die Stromversorgung von der externen Vorrichtung über das Kabel 200 zu empfangen und verschiedene Signale zwischen der externen Vorrichtung und dem Steuerungssubstrat zu senden und zu empfangen. Das von der externen Vorrichtung empfangene Signal ist beispielsweise ein Signal, das einen Sollwert einer Soll-Strömungsrate anzeigt, der durch die Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 reguliert werden soll. Bei Empfang des Signals, das den Sollwert der Soll-Strömungsrate anzeigt, generiert das Steuerungssubstrat 80 das Impulssignal zum Drehen des Schrittmotors 31, wodurch der Ventilkörperabschnitt 10 in eine gewünschte Position bewegt wird, und sendet das Signal an den Schrittmotor 31.
3 ist ein Funktionsblockschaubild, das eine Konfiguration des Steuerungssubstrats 80 zeigt. Wie in 3 gezeigt, enthält das Steuerungssubstrat 80 eine Steuereinheit 81 und einen Motortreiber 82. Die Steuereinheit 81 hat eine Computerverarbeitungseinheit, wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), und sendet und empfängt das Signal zwischen der externen Vorrichtung und der Steuereinheit und sendet an den Motortreiber 82 das Rechteckimpulssignal zum Steuern des Schrittmotors 31 über das Kabel 200. Die Steuereinheit 81 kann die Drehzahl der Antriebswelle 32 anhand des Impulssignals detektieren, das von der Positionsdetektionseinheit 38 übertragen wird, die mit der Antriebswelle 32 des Schrittmotors 31 gekoppelt ist.
Der Motortreiber 82 ist eine Treiberschaltung, die in Reaktion auf das von der Steuereinheit 81 empfangene Impulssignal einen Mikroschritterregungsstrom (Erregungssignal) generiert, um den Strom an den Schrittmotor 31 auszugeben. Der Motortreiber 82 generiert den Erregungsstrom, der sich schrittweise um eine Mikroschritteinheit ändert, die durch Teilen eines Schrittes durch eine vorgegebene Teilungszahl erhalten wird, wenn der Schrittmotor 31 in einem Vollschritt angetrieben wird, um den Schrittmotor 31 zu steuern. Hier ist die vorgegebene Teilungszahl zum Beispiel 256.
Der Schrittmotor 31 der vorliegenden Ausführungsform ist ein zweiphasiger Schrittmotor, bei dem ein Drehwinkel von einem Schritt 1,8° beträgt, wenn der Motor im Vollschritt angetrieben wird. 4 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einer Impulsanzahl des Impulssignals, das durch die Steuereinheit der vorliegenden Ausführungsform an den Motortreiber ausgegeben werden soll, und dem Erregungsstrom, der durch den Motortreiber 82 an den Schrittmotor 31 ausgegeben werden soll, zeigt. Wie in 4 gezeigt, gibt der Motortreiber 82 den Erregungsstrom einer Sinuswellenform an jede der zweiphasigen Spulen der Phase A und der Phase B (nicht gezeigt) aus. Die in 4 mikroskopisch gezeigte Sinuswellenform hat eine solche Form, dass sich der Erregungsstrom bei jedem Impuls schrittweise ändert.
5 ist ein Schaubild, das ein Vergleichsbeispiel für die Beziehung zwischen der Impulsanzahl des Impulssignals, das durch die Steuereinheit 81 an den Motortreiber 82 ausgegeben werden soll, und dem Erregungsstrom, der durch den Motortreiber 82 an den Schrittmotor 31 ausgegeben werden soll, zeigt. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem der Motortreiber 82 den Schrittmotor 31 durch den Vollschrittantrieb einer Zweiphasenerregung steuert.
Ein einzelner Schritt des in dem Vergleichsbeispiel von 5 gezeigten Vollschrittantriebs entspricht 256 Schritten des in 4 gezeigten Mikroschrittantriebs. In dem Vollschrittantrieb von 5 ändert sich der Drehwinkel in einem einzelnen Schritt um 1,8°, während sich in dem Mikroschrittantrieb von 4 der Drehwinkel in 256 Schritten um 1,8° ändert. In dem Mikroschrittantrieb, bei dem die Teilungszahl 256 ist, beträgt der Drehwinkel, der sich in einem einzigen Schritt ändert, 1,8°/256 = 0,00703125°.
Als Nächstes wird ein Aufbauzur Regulierung der Strömungsrate des Fluids durch den Ventilkörperabschnitt 10, die in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, unter Bezug auf 6 bis 8 beschrieben. 6 und 7 sind teilweise vergrößerte Ansichten von Teil II der in 2 gezeigten Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100. 6 zeigt einen Zustand, in dem die Strömungsrate der aus der Ventilkammer R1 in den Verbindungskanal 22 strömenden Flüssigkeit auf einen Minimalwert eingestellt ist. Andererseits zeigt 7 einen Zustand, in dem die Strömungsrate der aus der Ventilkammer R1 in den Verbindungskanal 22 strömenden Flüssigkeit auf einen Maximalwert eingestellt ist. 8 ist eine Draufsicht auf den in 2 gezeigte Ventilsitzabschnitt 21 und von oben entlang der Achse X gesehen.
Wie in 6 und 7 gezeigt, weist die Basis 11 des Ventilkörperabschnitts 10 eine flache Ventilkörperfläche 11a auf, die sich in der horizontalen Richtung erstreckt. Der Ventilsitzabschnitt 21 des Hauptkörperabschnitts 20 hat eine flache Ventilsitzfläche 21a, die an einer der Ventilkörperfläche 11a gegenüberliegenden Position angeordnet ist und sich in der horizontalen Richtung erstreckt. Die Ventilsitzfläche 21a ist um die Einströmöffnung (Kanalöffnung) 22a herum angeordnet, die mit dem Verbindungskanal 22 und der Ventilkammer R1 in Verbindung steht. Wenn der Ventilkörperabschnitt 10 durch den Bewegungsmechanismus 30 entlang der Achse X nach oben und nach unten bewegt wird, wird eine Distanz entlang der Achse X zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a reguliert.
Ein Raum zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a ist ein Kanal, durch den das aus der Ventilkammer R1 in die Einströmöffnung 22a strömende Fluid strömt. Wenn Partikel an der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a anhaften, besteht folglich die Möglichkeit, dass die Partikel als Verunreinigungen in die Flüssigkeit eingemischt werden. Um zu verhindern, dass die Partikel an der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a anhaften, sind die Flächen so geformt, dass eine arithmetische mittlere Rauigkeit Ra einer jeden der Flächen auf 0,1 µm oder weniger eingestellt wird.
6 zeigt einen Zustand, in dem die Strömungsrate der aus der Ventilkammer R1 in den Verbindungskanal 22 strömenden Flüssigkeit auf einen Minimalwert eingestellt ist. Eine Distanz von einer Position P0 der Ventilsitzfläche 21a auf der Achse X zu einer untersten Endposition P1 der Ventilkörperfläche 11a ist Hmin. Die Distanz Hmin ist ein Wert größer als 0, und somit behalten die Ventilkörperfläche 11a und die Ventilsitzfläche 21a einen kontaktlosen Zustand bei.
7 zeigt einen Zustand, in dem die Strömungsrate der aus der Ventilkammer R1 in den Verbindungskanal 22 strömenden Flüssigkeit auf einen Maximalwert eingestellt ist. Eine Distanz von einer Position P0 der Ventilsitzfläche 21a auf der Achse X zu einer obersten Endposition P2 der Ventilkörperfläche 11a ist Hmax. Ein Bewegungsbereich St1 von der untersten Endposition P1 zu der obersten Endposition P2 der Ventilkörperfläche 11a ist ein Bereich von der Distanz Hmin zu der Distanz Hmax.
Wenn ein Radius der Einströmöffnung 22a r1 ist, so ist eine Kanalquerschnittsfläche der Einströmöffnung 22a π·(r1)². Wenn die Ventilkörperfläche 11a von der Position P1 in die Position P2 bewegt wird, so ist ein Änderungsbetrag einer minimalen Kanalquerschnittsfläche eines Kanals, der zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a ausgebildet ist, 2π·r1·St1. Wenn der Änderungsbetrag 2π·r1·St1 größer als eine Kanalquerschnittsfläche der Einströmöffnung 22a ist, so ist die Strömungsrate der Flüssigkeit, die pro Zeiteinheit von der Ventilkammer R1 in die Einströmöffnung 22a strömt, maximal. Das heißt, der Bewegungsbereich St1 wird übermäßig vergrößert. Selbst in diesem Fall kann die Strömungsrate nicht reguliert werden, wenn sich die Fläche jenseits einer Position befindet, an der die Strömungsrate der in die Ventilkammer R1 strömenden Flüssigkeit maximal ist.
Daher ist es wünschenswert, den Bewegungsbereich St1 so einzustellen, dass die Kanalquerschnittsfläche der Einströmöffnung 22a im Wesentlichen mit dem Änderungsbetrag der minimalen Kanalquerschnittsfläche des zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a ausgebildeten Kanals übereinstimmt, wenn die Ventilkörperfläche 11a von der Position P1 zu der Position P2 bewegt wird. Insbesondere ist es wünschenswert, den Bewegungsbereich St1 so einzustellen, dass π·(r1)² im Wesentlichen mit 2π·r1·St1 übereinstimmt. Der Bewegungsbereich St1 umfasst einen Bereich, in dem die minimale Kanalquerschnittsfläche des zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a gebildeten Kanals kleiner ist als die Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals 22.
Der Bewegungsbereich St1 beträgt das 0,5-fache des Radius r1 der Einströmöffnung 22a (0,25-facher Durchmesser der Einströmöffnung 22a). Wenn beispielsweise der Durchmesser der Einströmöffnung 22a (ein Portdurchmesser) 0,5 mm beträgt, so ist es wünschenswert, den Bewegungsbereich St1 auf etwa 0,13 mm einzustellen. Wenn der Durchmesser der Einströmöffnung 22a (der Portdurchmesser) 2,0 mm beträgt, so ist es wünschenswert, den Bewegungsbereich St1 auf etwa 0,50 mm einzustellen.
Des Weiteren ist es wünschenswert, den Bewegungsbereich St1 so einzustellen, dass sich der Codierer 38a der Positionsdetektionseinheit 38 nicht ein einziges Mal um eine Achse X1 dreht, wenn die Ventilkörperfläche 11a von der Position P0 zu der Position P1 bewegt wird. Folglich kann die Anzahl der durch den Foto-Unterbrecher 38b der Positionsdetektionseinheit 38 detektierten Impulssignale leicht der Position der Ventilkörperfläche 11a auf der Achse X zugeordnet werden, und die Position der Ventilkörperfläche 11a kann erkannt werden.
Das Steuerungssubstrat 80 der vorliegenden Ausführungsform steuert den Schrittmotor 31 so, dass sich der Ventilkörperabschnitt 10 in dem Bewegungsbereich St1 bewegt, in dem die Ventilkörperfläche 11 a und die Ventilsitzfläche 21 a im kontaktlosen Zustand bleiben. Genauer gesagt, steuert das Steuerungssubstrat 80 den Schrittmotor 31 so, dass die Position der Ventilkörperfläche 11a auf der Achse X nicht unter der untersten Endposition P1 über der Ventilsitzfläche 21a liegt und nicht über der obersten Endposition P2 liegt.
Die Position der Ventilkörperfläche 11a auf der Achse X wird so gesteuert, dass die Position nicht unterhalb der untersten Endposition P1 liegt, um zu verhindern, dass die Ventilkörperfläche 11a mit der Ventilsitzfläche 21a in Kontakt gebracht wird, und zu verhindern, dass ein Teil des Materials der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a als die Partikel abgegeben werden (zum Beispiel feine Partikel mit einem Partikeldurchmesser von 20 nm oder weniger).
Die unterste Endposition P1 wird beispielsweise vorher an einer Position reguliert, an der die Strömungsrate des aus dem Ausströmport 100b zu einem externen Rohr pro Zeiteinheit ausströmenden Fluids einen vorgegebenen Mindestwert aufweist. Das Steuerungssubstrat 80 setzt die Ventilkörperfläche 11a durch Initialisierungsverarbeitung nach Empfang der Stromversorgung in eine Ausgangsposition und kann durch den Codierer 38a den Drehwinkel der Antriebswelle 32 detektieren, die sich nach der Initialisierungsverarbeitung dreht. Das Steuerungssubstrat 80 liest die Impulsanzahl, die der untersten Endposition P1 entspricht, die in einer Speichereinheit (nicht gezeigt) gespeichert ist, und treibt den Schrittmotor 31 entsprechend der Impulsanzahl an, um die Antriebswelle 32 aus einer initialisierten Position zu drehen, so dass die Ventilkörperfläche 11a zu einer Position der Distanz Hmin von der Ventilsitzfläche 21a bewegt werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Bewegungsbetrag der Ventilkörperfläche 11a entlang der Achse X bei einem einzelnen Mikroschritt St2. Wenn ein Wert des Bewegungsbetrages St2 übermäßig groß ist, so erhöht sich die Strömungsrate des Fluids, die bei dem Mikroschritt schwankt, und eine Differenz einer Ist-Strömungsrate von der Soll-Strömungsrate erhöht sich, wodurch die Fähigkeit, der Soll-Strömungsrate zu folgen, verschlechtert wird. Wenn der Wert des Bewegungsbetrages St2 übermäßig klein ist, so verringert sich außerdem die Strömungsrate des Fluids, die bei dem Mikroschritt schwankt, und die Zeit, die benötigt wird, bis die Soll-Strömungsrate erreicht ist, verlängert sich, wodurch das Ansprechverhalten verschlechtert wird.
Die Erfinder haben eine Beziehung zwischen dem Bewegungsbetrag St2 der Bewegung der Ventilkörperfläche 11a entlang der Achse X bei einem Mikroschritt und der Strömungsrate des Fluids, das den Verbindungskanal 22 pro Minute passiert, untersucht und haben festgestellt, dass, wenn eine Änderung der Strömungsrate pro Minute der Flüssigkeit, die von der Ventilkammer R1 in den Verbindungskanal 22 strömt, aufgrund des Bewegungsbetrags St2 0,01 ml oder mehr und 0,05 ml oder weniger erfüllt, die Fähigkeit, der Soll-Strömungsrate zu folgen und auf sie zu reagieren, angemessen beibehalten werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die oben genannten Bedingungen für die Änderung der Strömungsrate erfüllt, wenn die vorgegebene Teilungszahl des Mikroschrittantriebs auf 32 oder mehr und 512 oder weniger (zum Beispiel 256) eingestellt ist. Es wird eine Untergrenze für die vorgegebene Teilungszahl festgesetzt, denn wenn die vorgegebene Teilungszahl übermäßig klein ist, so nimmt die Änderung der Strömungsrate während der Bewegung des Ventilkörperabschnitts 10 bei einem Mikroschritt übermäßig zu, wodurch die Fähigkeit der Strömungsrate des Fluids, der Soll-Strömungsrate zu folgen, verschlechtert wird. Es wird eine Obergrenze für die vorgegebene Teilungszahl festgesetzt, denn wenn die vorgegebene Teilungszahl übermäßig groß ist, so nimmt die Anzahl der Mikroschritte, die erforderlich sind, um den Ventilkörperabschnitt 10 zu bewegen, übermäßig zu, wodurch das Ansprechverhalten verschlechtert wird.
Wie in 8 gezeigt, ist die Einströmöffnung 22a in einer Draufsicht gesehen in einer runden Form um die Achse X ausgebildet. Wie in 6 und 7 gezeigt, ist die Ventilsitzfläche 21a in einer flachen Form ausgebildet, die die Einströmöffnung 22a um die Achse X umgibt und sich - in einer Draufsicht gesehen - entlang einer horizontalen Ebene erstreckt. Ein flacher Bereich der Ventilsitzfläche 21a befindet sich in einem Bereich, der größer ist als die Ventilkörperfläche 11a, die dem flachen Bereich gegenüberliegt. Die Ventilkörperfläche 11a ist - in einer Draufsicht gesehen - in einer runden Form um die Achse X ausgebildet. Eine Beziehung 3·r1 ≤ r2 ≤ 8·r1 ist erfüllt, wobei r1 der Radius der Einströmöffnung 22a ist und r2 ein Radius der Ventilkörperfläche 11a ist.
Der Radius r2 der Ventilkörperfläche 11a ist auf das Dreifache oder mehr des Radius r1 der Einströmöffnung 22a eingestellt, so dass ein Bereich einer Wandfläche des Kanals, der zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a ausgebildet ist, ausreichend erfasst wird. Die Wandfläche des Kanals zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a verursacht Reibungsverluste bei dem Fluid, um eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu verringern.
Der Radius r2 der Ventilkörperfläche 11a ist auf das Achtfache oder weniger des Radius r1 der Einströmöffnung 22a eingestellt, so dass verhindert werden kann, dass eine Oberfläche der Ventilkörperfläche 11a übermäßig vergrößert wird. Wenn die Oberfläche der Ventilkörperfläche 11a übermäßig größer wird, so ist es schwierig, die Fläche präzise so zu bearbeiten, dass die arithmetische mittlere Rauigkeit Ra 0,1 µm oder weniger beträgt. Alternativ verlängert sich die Zeit, die benötigt wird, um die Fläche präzise zu bearbeiten, so dass die arithmetische mittlere Rauheit Ra 0,1 µm oder weniger beträgt, wodurch die Produktionseffizienz verschlechtert wird.
Wie in 6 und 7 gezeigt, weist die Basis 11 des Ventilkörperabschnitts 10 eine geneigte Oberfläche 11c auf, die so ausgebildet ist, dass ein Außendurchmesser der Basis in einer radialen Richtung, die senkrecht zur Achse X ist, allmählich mit einem konstanten Gradienten von einer äußeren Umfangsfläche 11b, die mit dem Membranabschnitt 12 verbunden ist, in Richtung der Ventilkörperfläche 11a abnimmt. Die geneigte Fläche 11c verringert allmählich die Querschnittsfläche des Kanals, durch den die Flüssigkeit strömt, so dass die Flüssigkeit gleichmäßig strömt, wenn die Flüssigkeit aus der Ventilkammer R1 in den zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a gebildeten Kanal strömt.
9 ist ein Kurvendiagramm, das eine Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate zeigt, wenn die Ventilkörperfläche 11a durch den Mikroschrittantrieb der Teilungszahl 256 in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform von der untersten Endposition P1 zu der obersten Endposition P2 bewegt wird. 10 ist ein Kurvendiagramm, das eine Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate zeigt, wenn die Ventilkörperfläche 11a durch den Vollschrittantrieb in einer Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels von der untersten Endposition P1 zu der obersten Endposition P2 bewegt wird.
Jede der in 9 und 10 gezeigten Strömungsraten wird in einem Rohr, das mit dem Ausströmport 100b der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 verbunden ist, mit einem Strömungsmesser (nicht gezeigt) gemessen. In 9 und 10 ist ΔP ein Differenzialdruck zwischen einem Druck des Fluids in dem Einströmport 100a und einem Druck des Fluids in dem Ausströmport 100b.
Wie in 9 gezeigt, nimmt gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform die Strömungsrate des Fluids zu, wenn die Anzahl der von der Steuereinheit 81 an den Motortreiber 82 zu übertragenden Impulse von 0 auf 25000 steigt, und wenn die Impulsanzahl 25000 erreicht, so ändert sich die Strömungsrate im Wesentlichen nicht. Gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform wird die Änderung der Strömungsrate in einem Bereich der Impulsanzahl von 0 bis 25000 beobachtet, und darum kann die Strömungsrate so reguliert werden, dass eine optionale Soll-Strömungsrate durch Eingabe der Impulsanzahl von 0 bis 25000 erhalten wird.
Andererseits nimmt, wie in 10 gezeigt, gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels die Strömungsrate des Fluids zu, wenn eine Anzahl der von der Steuereinheit 81 an den Motortreiber 82 zu übertragenden Impulse von 0 auf 5000 steigt, und wenn die Impulsanzahl 5000 erreicht, so ändert sich die Strömungsrate im Wesentlichen nicht. Gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform wird die Änderung der Strömungsrate in einem Bereich der Impulsanzahl von 0 bis 5000 beobachtet, aber die Strömungsrate ändert sich kaum in einem Bereich der Impulsanzahl von 5000 bis 25000. Folglich muss in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels die Soll-Strömungsrate in der begrenzten Anzahl der Impulse von 0 bis 5000 reguliert werden. Folglich nimmt die Strömungsrate des Fluids, die bei einem Impuls (einem Schritt) schwankt, zu, und die Differenz der Ist-Strömungsrate von der Soll-Strömungsrate vergrößert sich, wodurch sich die Fähigkeit, der Soll-Strömungsrate zu folgen, verschlechtert.
Als Nächstes wird eine Funktionsweise des Steuerungssubstrats 80 beschrieben, um den Schrittmotor 31 anzutreiben und die Ventilkörperfläche 11a in eine vorgegebene Sollposition zu bewegen. 11 ist ein Flussdiagramm, das eine durch das Steuerungssubstrat 80 auszuführende Verarbeitung zeigt
In Schritt S1001 analysiert die Steuereinheit 81 des Steuerungssubstrats 80 das von der externen Vorrichtung übertragene Signal und beurteilt, ob ein Soll-Öffnungsgrad des Ventilkörperabschnitts 10 eingestellt ist oder nicht. Bei Empfang des Signals zum Einstellen des Soll-Öffnungsgrades von der externen Vorrichtung beurteilt die Steuereinheit 81, dass der Soll-Öffnungsgrad eingestellt ist. Das Steuerungssubstrat 80 berechnet die Impulsanzahl, die erforderlich ist, um die Ventilkörperfläche 11a von einer aktuellen Position zu einer Zielposition, die dem Soll-Öffnungsgrad entspricht, zu bewegen, auf der Basis des Soll-Öffnungsgrades des Ventilkörperabschnitts 10, der in dem Signal zum Einstellen des Soll-Öffnungsgrades enthalten ist, und eines Ist-Öffnungsgrades des Ventilkörperabschnitts 10.
Hier wird der Ist-Öffnungsgrad des Ventilkörperabschnitts 10 anhand der Anzahl der Impulse des an den Motortreiber 82 übertragenen Impulssignals von einem Ausgangszustand zu einem Ist-Zustand berechnet. Diese Impulsanzahl ist beispielsweise eine Impulsanzahl, die durch Subtrahieren der Impulsanzahl der Rückwärtsdrehung von der Impulsanzahl der Vorwärtsdrehung erhalten wird.
In Schritt S1002 gibt die Steuereinheit 81 an den Motortreiber 82 das Impulssignal für einen Impuls zum Antreiben des Schrittmotors 31 mit dem Mikroschritt aus.
In Schritt S1003 generiert der Motortreiber 82 den Erregungsstrom in Reaktion auf das von der Steuereinheit 81 empfangene Impulssignal und gibt den Strom an den Schrittmotor 31 aus. Der Schrittmotor 31 wird durch den von dem Motortreiber 82 ausgegebenen Erregungsstrom angetrieben.
In Schritt S1004 beurteilt die Steuereinheit 81, ob die Position der Ventilkörperfläche 11a des Ventilkörperabschnitts 10 eine Position, die dem Soll-Öffnungsgrad entspricht, erreicht oder nicht. Die Steuereinheit 81 beurteilt, ob die in Schritt S1001 berechnete erforderliche Impulsanzahl in Schritt S1002 ausgegeben wird oder nicht. Wenn die erforderliche Anzahl von Impulsen nicht in Schritt S1002 ausgegeben wird, so führt die Steuereinheit 81 den Schritt S1002 erneut aus. Wenn die erforderliche Anzahl von Impulsen in Schritt S1002 ausgegeben wird, so beendet die Steuereinheit 81 die Verarbeitung des vorliegenden Flussdiagramms.
Bei der in 11 gezeigten Verarbeitung wird das Signal zum Einstellen des Soll-Öffnungsgrades von der externen Vorrichtung empfangen, um den Soll-Öffnungsgrad einzustellen, aber es kann auch eine andere Konfiguration verwendet werden. Beispielsweise kann in Schritt S1001 die Steuereinheit 81 ein Signal zum Einstellen der Soll-Strömungsrate von der externen Vorrichtung empfangen, um die Soll-Strömungsrate einzustellen. In diesem Fall wird der Strömungsmesser (nicht gezeigt) in dem Rohr installiert, das mit dem Ausströmport 100b verbunden ist, und die mit dem Strömungsmesser gemessene Strömungsrate kann durch das Steuerungssubstrat 80 empfangen werden.
Anschließend beurteilt die Steuereinheit 81 in Schritt S1004, ob die von dem Strömungsmesser empfangene Strömungsrate die Soll-Strömungsrate erreicht oder nicht. Das heißt, die Steuereinheit 81 steuert die Position der Ventilkörperfläche 11a zu der Ventilsitzfläche 21a so, dass die von dem Strömungsmesser empfangene Strömungsrate mit der Soll-Strömungsrate übereinstimmt.
Als nächstes wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Strömungsrate der Flüssigkeit durch die Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform reguliert wird, und ein Fall, bei dem die Strömungsrate der Flüssigkeit durch eine Strömungsratenregulierungsvorrichtung eines Vergleichsbeispiels reguliert wird. 12 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate zeigt, wenn die Ventilkörperfläche 11a von der untersten Endposition P1 in die oberste Endposition P2 in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform bewegt wird. 10 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate zeigt, wenn die Ventilkörperfläche 11a von der untersten Endposition P1 in die oberste Endposition P2 in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels bewegt wird.
Wie in 1 und 2 gezeigt, ist die Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform eine Vorrichtung, bei der die Flüssigkeit durch den Einströmkanal 23, die Ventilkammer R1, den Verbindungskanal 22 und den Ausströmkanal 24 in dieser Reihenfolge strömt. Andererseits ist die Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels eine Vorrichtung, bei der die Flüssigkeit durch den Ausströmkanal 24, den Verbindungskanal 22, die Ventilkammer R1 und den Einströmkanal 23 in dieser Reihenfolge in der in 1 und 2 gezeigten Vorrichtung strömt. Das heißt, die Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels weist eine Flüssigkeitsströmungsrichtung auf, die der Strömungsrate der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform entgegengesetzt ist.
Die in 12 gezeigte Strömungsrate wird in dem Rohr, das an den Ausströmport 100b der in 1 gezeigten Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 angeschlossen ist, mit dem Durchflussmesser (nicht gezeigt) gemessen. Die in 13 gezeigte Strömungsrate wird in dem Rohr, das mit dem Einströmport 100a der in 1 gezeigten Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 verbunden ist, mit einem Durchflussmesser (nicht gezeigt) gemessen. In 12 und 13 ist ΔP ein Differenzdruck zwischen einem Druck des Fluids in dem Einströmport 100a und einem Druck des Fluids in dem Ausströmport 100b.
In 12 und 13 zeigt „ΔP: 50 kPa aufwärts“ eine Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate an, wenn der Differenzdruck zwischen dem Druck des Fluids in dem Einströmport 100a und dem Druck des Fluids in dem Ausströmport 100b 50 kPa beträgt und eine Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a zunimmt (wenn die Strömungsrate der Flüssigkeit zunimmt). Auch „ΔP: 50 kPa abwärts“ zeigt eine Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate an, wenn der Differenzdruck zwischen dem Druck des Fluids in dem Einströmport 100a und dem Druck des Fluids in dem Ausströmport 100b 50 kPa beträgt und die Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a abnimmt (wenn die Strömungsrate der Flüssigkeit abnimmt).
In 12 und 13 zeigt „ΔP: 100 kPa aufwärts“ eine Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate an, wenn der Differenzdruck zwischen dem Druck des Fluids in dem Einströmport 100a und dem Druck des Fluids in dem Ausströmport 100b 100 kPa beträgt und die Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a zunimmt (wenn die Strömungsrate der Flüssigkeit zunimmt). Auch „ΔP: 100 kPa abwärts“ zeigt eine Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate an, wenn der Differenzdruck zwischen dem Druck des Fluids in dem Einströmport 100a und dem Druck des Fluids in dem Ausströmport 100b 100 kPa beträgt und die Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a abnimmt (wenn die Strömungsrate der Flüssigkeit abnimmt).
Wie in 12 gezeigt, stimmt in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Differenzdruck zwischen dem Druck des Fluids in dem Einströmport 100a und dem Druck des Fluids in dem Ausströmport 100b 50 kPa beträgt, die Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate, wenn die Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a zunimmt, mit der Beziehung überein, wenn die Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a abnimmt. Außerdem ist die Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate eine Beziehung mit einer sanften Kurvenform.
Wie in 12 gezeigt, stimmt außerdem in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Differenzdruck zwischen dem Druck des Fluids in dem Einströmport 100a und dem Druck des Fluids in dem Ausströmport 100b 100 kPa beträgt, die Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate, wenn die Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a zunimmt, mit der Beziehung überein, wenn die Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a abnimmt. Außerdem ist die Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate eine Beziehung mit einer sanften Kurvenform. Daher kann die Flüssigkeit in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform mit einer geeigneten Strömungsrate entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a strömen.
Auf der anderen Seite entspricht, wie in 13 gezeigt, in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels, wenn der Differenzdruck zwischen dem Druck des Fluids in dem Einströmport 100a und dem Druck des Fluids in dem Ausströmport 100b 50 kPa beträgt, die Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate, wenn die Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a zunimmt, nicht der Beziehung, wenn die Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a abnimmt. Darüber hinaus ist die Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate nicht die Beziehung mit der sanften Kurvenform, und ein Bereich (ein Verdrängungsbereich) ist vorhanden, in dem ein Änderungsbetrag der Strömungsrate zur Änderung der Impulsanzahl groß ist.
Wie in 13 gezeigt, stimmt außerdem bei der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels, wenn der Differenzdruck zwischen dem Druck des Fluids in dem Einströmport 100a und dem Druck des Fluids in dem Ausströmport 100b 100 kPa beträgt, die Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate, wenn die Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a zunimmt, nicht mit der Beziehung überein, wenn die Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a abnimmt. Darüber hinaus ist die Beziehung zwischen der Impulsanzahl und der Strömungsrate nicht die Beziehung mit der sanften Kurvenform, und der Bereich (der Verdrängungsbereich) ist vorhanden, in dem die Änderung der Strömungsrate zur Änderung der Impulsanzahl groß ist. Daher kann in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels die Flüssigkeit nicht mit der geeigneten Strömungsrate entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a strömen.
Es werden eine Funktionsweise und Auswirkungen der oben beschriebenen Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform reguliert der Bewegungsmechanismus 30 die Distanz entlang der Achse X zwischen der Ventilkörperfläche 11a des Ventilkörperabschnitt 10 und der Ventilsitzfläche 21a des Ventilsitzabschnitts 21, um die Strömungsrate der Flüssigkeit zu regulieren. Die Ventilkörperfläche 11a und die der Ventilkörperfläche gegenüberliegende Ventilsitzfläche 21a sind jeweilige flache Flächen, die sich in der horizontalen Richtung erstrecken.
Folglich wird selbst im Fall von Montagefehlern oder Maßfehlern von Elementen, die den Ventilkörperabschnitt 10 bilden, und Elementen, die den Ventilsitzabschnitt 21 bilden, die Ventilkörperfläche 11a nicht in die Einströmöffnung 22a eingeführt und kommt nahe an die Ventilsitzfläche 21a heran, die in einem kontaktlosen Zustand um die Öffnung herum angeordnet ist. Da die Ventilkörperfläche 11a und die Ventilsitzfläche 21a im kontaktlosen Zustand bleiben, kommt die Ventilkörperfläche 11a nicht mit der Ventilsitzfläche 21a in Kontakt, und es entstehen keine Partikel. Daher ist es möglich, die Bildung der Partikel zu verhindern, wenn die Montagefehler oder Maßfehler der Elemente, die den Ventilkörperabschnitt 10 bilden, und der Elemente, die den Ventilsitzabschnitt 21 bilden, entstehen.
Des Weiteren ist gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform die Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals 22 kleiner als jede der Kanalquerschnittsfläche des Einströmkanals 23 und der Kanalquerschnittsfläche des Ausströmkanals 24, und daher ist in einem Kanal, in dem die Flüssigkeit durch den Einströmkanal 23, die Ventilkammer R1, den Verbindungskanal 22 und den Ausströmkanal 24 in dieser Reihenfolge fließt, eine Strömungsgeschwindigkeit der durch den Verbindungskanal 22 strömenden Flüssigkeit am höchsten. Aus diesem Grund ist zwischen dem Verbindungskanal 22 und der Ventilkammer R1, die ein größeres Volumen als der Verbindungskanal aufweist, für die geeignete Regelung der Strömungsrate erforderlich, die Strömungsrate der Flüssigkeit entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a stabil zu ändern.
Dann strömt die Flüssigkeit gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform von der Ventilkammer R1 mit einem großen Volumen in den Verbindungskanal 22 mit der kleinen Kanalquerschnittsfläche, und daher kann die Strömungsrate der Flüssigkeit entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a präzise reguliert werden. Es wird davon ausgegangen, dass dies daran liegt, dass, wenn die Flüssigkeit aus der Ventilkammer R1 mit dem großen Volumen in den Verbindungskanal 22 mit der kleinen Kanalquerschnittsfläche strömt, die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Ventilkammer gleichmäßig wird und die Flüssigkeit mit der geeigneten Strömungsrate entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a strömen kann. Es wird davon ausgegangen, dass insbesondere in der Ventilkammer R1 die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in einem Übergangsbereich gleichmäßig wird, in dem die Strömung der Flüssigkeit von laminarer Strömung zu turbulenter Strömung oder von turbulenter Strömung zu laminarer Strömung übergeht.
Andererseits wurde als Ergebnis der Studie der Erfinder festgestellt, dass, wenn die Flüssigkeit von dem Verbindungskanal 22 mit der kleinen Kanalquerschnittsfläche in die Ventilkammer R1 mit dem größeren Volumen als der Verbindungskanal strömt, die Strömungsrate der Flüssigkeit nicht präzise entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a reguliert werden kann. Es wird davon ausgegangen, dass dies daran liegt, dass, wenn die Flüssigkeit von dem Verbindungskanal 22 mit der kleinen Kanalquerschnittsfläche in Richtung der Ventilkammer R1 mit dem größeren Volumen als der Verbindungskanal strömt, die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Ventilkammer R1 ungleichmäßig wird und die Flüssigkeit nicht mit der geeigneten Strömungsrate entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a strömen kann. Es wird davon ausgegangen, dass insbesondere in der Ventilkammer R1 die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Übergangsbereich, in dem die Strömung der Flüssigkeit von laminarer Strömung zu turbulenter Strömung oder von turbulenter Strömung zu laminarer Strömung übergeht, ungleichmäßig wird.
Gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform wird die Strömungsrate der Flüssigkeit entsprechend der Distanz zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a in dem Bereich geregelt, in dem die minimale Kanalquerschnittsfläche des zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a gebildeten Kanals kleiner ist als die Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals 22.
Wenn der Änderungsbetrag der minimalen Kanalquerschnittsfläche des zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a gebildeten Kanals größer ist als die Kanalquerschnittsfläche der Einströmöffnung 22a, wird die Strömungsrate der aus der Ventilkammer R1 in die Einströmöffnung 22a pro Zeiteinheit strömenden Flüssigkeit maximal. Das heißt, selbst wenn der Bewegungsbereich übermäßig vergrößert wird, kann die Strömungsrate der Flüssigkeit nicht reguliert werden, sobald die Ventilkörperfläche 11a jenseits einer Position ist, in der die Strömungsrate der aus dem Verbindungskanal 22 in die Ventilkammer R1 strömenden Flüssigkeit maximal wird. Gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform ist der Bewegungsbereich so eingestellt, dass der Änderungsbetrag der minimalen Kanalquerschnittsfläche des zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a gebildeten Kanals im Wesentlichen mit der Kanalquerschnittsfläche der Einströmöffnung 22a übereinstimmt, und daher kann die Strömungsrate der Flüssigkeit angemessen reguliert werden.
Gemäß der Strömungsrateregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform ist die Basis 11 des Ventilkörperabschnitts 10 so ausgebildet, dass der Außendurchmesser der Basis in der radialen Richtung, die senkrecht zur Achse X ist, allmählich von der äußeren Umfangsfläche 11b in Richtung der Ventilkörperfläche 11a abnimmt, und daher, wenn die Flüssigkeit von der Ventilkammer R1 in den Kanal strömt, der zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a ausgebildet ist, die Querschnittsfläche des Kanals, durch den die Flüssigkeit strömt, allmählich abnimmt und die Flüssigkeit gleichmäßig strömen kann.
Darüber hinaus ist gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform der Ventilkörperabschnitt 10 mit dem beweglichen Element 35 gekoppelt, das sich in Reaktion auf die Drehung der Antriebswelle 32 des Schrittmotors 31 entlang der Achse X bewegt, und der Schrittmotor 31 wird gemäß dem Erregungssignal (Erregungsstrom) gesteuert, das sich um die Mikroschritteinheit ändert, die durch Teilen eines Schrittes durch die vorgegebene Teilungszahl erhalten wird. Wenn der Schrittmotor 31 entsprechend dem Erregungssignal des Vollschritts oder eines Halbschritts gesteuert wird, so ist der Mindestbewegungsbetrag der Ventilkörperfläche 11a entlang der Achse X groß. Folglich wird der Mindeständerungsbetrag der Strömungsrate des Fluids größer, und die Strömungsrate kann nicht präzise reguliert werden.
Andererseits verringert sich in der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform der Mindeständerungsbetrag der Strömungsrate des Fluids, da der Mindestbewegungsbetrag der Ventilkörperfläche 11a entlang der Achse X klein ist. Folglich kann die Strömungsrate präzise reguliert werden.
Folglich ist es gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Bildung der Partikel zu verhindern, wenn die Montagefehler oder Maßfehler der Elemente, die den Ventilkörperabschnitt 10 bilden, und der Elemente, die den Ventilsitzabschnitt 21 bilden, entstehen, und es ist auch möglich, die Strömungsrate des Fluids präzise zu regulieren.
In der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform wird die vorgegebene Teilungszahl so eingestellt, dass die Änderung der Strömungsrate pro Minute aufgrund des Bewegungsbetrages St2 der Ventilkörperfläche 11a entlang der Achse bei einem einzelnen Mikroschritt 0,05 ml oder weniger ergibt. Folglich können der Mindestbewegungsbetrag der Ventilkörperfläche entlang der Achse und der Mindeständerungsbetrag der Strömungsrate des Fluids ausreichend verringert werden, und eine stetige Änderung der Strömungsrate (die Differenz zwischen der Ist-Strömungsrate und der Soll-Strömungsrate) kann verringert werden. Wenn die vorgegebene Teilungszahl so eingestellt wird, dass die Änderung der Strömungsrate pro Minute aufgrund des Bewegungsbetrages St2 0,01 ml oder mehr ergibt, so kann des Weiteren verhindert werden, dass der Strömungsratenänderungsbetrag übermäßig verringert wird, und das Ansprechverhalten auf die Soll-Strömungsrate kann verbessert werden.
In der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform wird der Radius r2 der Ventilkörperfläche 11a auf das Dreifache oder mehr des Radius r1 der Einströmöffnung 22a eingestellt, so dass der Bereich der Wandfläche des Kanals, der zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a ausgebildet ist, ausreichend erfasst wird. Die Wandfläche des Kanals zwischen der Ventilkörperfläche 11a und der Ventilsitzfläche 21a verursacht Reibungsverluste bei dem Fluid, um die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu verringern. Daher kann der Änderungsbetrag der Strömungsrate des Fluids aufgrund des Bewegungsbetrages der Ventilkörperfläche 11a entlang der Achse X verringert werden, und die Strömungsrate kann präzise reguliert werden.
Gemäß der Strömungsratenregulierungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform wird der Durchmesser des Querschnitts des Verbindungskanals 22 auf 1/10 oder mehr des Durchmessers des Querschnitts des Einströmkanals 23 eingestellt, so dass verhindert werden kann, dass die Querschnittsfläche des Verbindungskanals 22 übermäßig verkleinert wird, und verhindert werden kann, dass die maximale Strömungsrate des durch den Kanal strömenden Fluids pro Zeiteinheit übermäßig verringert wird. Alternativ wird der Durchmesser des Querschnitts des Verbindungskanals 22 auf 1/3 oder weniger des Durchmessers des Querschnitts des Einströmkanals 23 eingestellt, so dass verhindert werden kann, dass die Querschnittsfläche des Verbindungskanals 22 übermäßig vergrößert wird, und verhindert werden kann, dass die Änderung der Strömungsrate zu dem Bewegungsbetrag des Ventilkörperabschnitts 10 übermäßig vergrößert wird.
Oben ist die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und kann auf vielfältige Weise geändert werden, ohne den Schutzumfang der Ansprüche zu verlassen. Einige der oben beschriebenen Konfigurationen der Ausführungsform können weggelassen werden, oder die Konfigurationen können in einer von der obigen Ausführungsform abweichenden Form beliebig kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5144880 [0002, 0003, 0004]

Claims

Strömungsratenregulierungsvorrichtung (100), die Folgendes umfasst: einen Ventilkörperabschnitt, der sich entlang einer Achse bewegt, die sich in einer vertikalen Richtung innerhalb einer Ventilkammer erstreckt, und der eine flache Ventilkörperfläche aufweist, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt; einen Hauptkörperabschnitt, der die Ventilkammer enthält, die den Ventilkörperabschnitt aufnimmt, einen Einströmkanal, der eine darin strömende Flüssigkeit von einem Strömungseinlass zu der Ventilkammer leitet, einen Ausströmkanal, der die Flüssigkeit zu einem Strömungsauslass leitet, und einen Verbindungskanal, der mit der Ventilkammer und dem Abflusskanal in Verbindung steht; einen Ventilsitzabschnitt, der eine flache Ventilsitzfläche aufweist, die um eine Einströmöffnung herum angeordnet ist, die mit einem Verbindungskanal und der Ventilkammer in Verbindung steht, und an einer Position gegenüber der Ventilkörperfläche angeordnet ist und sich in der horizontalen Richtung erstreckt; einen Regulierungsmechanismus, der den Ventilkörperabschnitt entlang der Achse bewegt, um eine Distanz zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche zu regulieren und damit eine Strömungsrate der aus der Ventilkammer in den Verbindungsskanal strömenden Flüssigkeit reguliert; und eine Steuereinheit, die den Regulierungsmechanismus so steuert, dass sich der Ventilkörperabschnitt in einem Bewegungsbereich bewegt, in dem die Ventilkörperfläche und die Ventilsitzfläche in einem berührungslosen Zustand bleiben, wobei die Ventilkörperfläche in einer runden Form um die Achse in der Draufsicht mit einem größeren Radius als die Einströmöffnung ausgebildet ist und an einer der Einströmöffnung und der Ventilsitzfläche gegenüberliegenden Position angeordnet ist, und eine Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals kleiner ist als jeweils eine Kanalquerschnittsfläche des Einströmkanals und eine Kanalquerschnittsfläche des Ausströmkanals.
Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Bewegungsbereich einen Bereich beinhaltet, in dem eine minimale Kanalquerschnittsfläche eines zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche gebildeten Kanals kleiner ist als die Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals.
Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Bewegungsbereich so eingestellt ist, dass eine Kanalquerschnittsfläche der Einströmöffnung im Wesentlichen mit einem Änderungsbetrag einer minimalen Kanalquerschnittsfläche eines zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche gebildeten Kanals übereinstimmt, wenn die Ventilkörperfläche von einer Position, die der Ventilsitzfläche am nächsten ist, zu einer Position bewegt wird, die am weitesten von der Ventilsitzfläche entfernt ist.
Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ventilkörperabschnitt eine Basis, die in einer axialen Form entlang der Achse ausgebildet ist, und einen Membranbereich beinhaltet, der mit einer äußeren Umfangsfläche der Basis gekoppelt ist und in einer ringförmigen Dünnfilmform um die Achse ausgebildet ist, und die Basis so geformt ist, dass ein Außendurchmesser der Basis in einer radialen Richtung, die senkrecht zu der Achse ist, allmählich von der äußeren Umfangsfläche in Richtung der Ventilkörperfläche abnimmt.
Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Regulierungsmechanismus einen Schrittmotor, der eine Antriebswelle um die Achse dreht, und ein bewegliches Element beinhaltet, das sich in Reaktion auf die Drehung der Antriebswelle entlang der Achse bewegt und mit dem Ventilkörperabschnitt gekoppelt ist, und die Steuereinheit den Schrittmotor entsprechend einem Erregungssignal steuert, das sich um eine Mikroschritteinheit ändert, die durch Teilen eines Schritts durch eine vorbestimmte Teilungszahl erhalten wird.
Strömungsratenregulierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einströmöffnung in der Draufsicht in einer runden Form um die Achse ausgebildet ist, und r2 ≥ 3·r1 erfüllt ist, wobei r1 ein Radius der Einströmöffnung ist und r2 ein Radius der Ventilkörperfläche ist.
Steuerungsverfahren einer Strömungsratenregulierungsvorrichtung, wobei die Strömungsratenregulierungsvorrichtung Folgendes umfasst: einen Ventilkörperabschnitt, der sich entlang einer Achse bewegt, die sich in einer vertikalen Richtung innerhalb einer Ventilkammer erstreckt, und eine flache Ventilkörperfläche aufweist, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt; einen Hauptkörperabschnitt, der die Ventilkammer beinhaltet, die den Ventilkörperabschnitt aufnimmt, einen Einströmkanal, der eine darin strömende Flüssigkeit von einem Strömungseinlass zu der Ventilkammer leitet, einen Ausströmkanal, der die Flüssigkeit zu einem Strömungsauslass leitet, und einen Verbindungskanal, der mit der Ventilkammer und dem Ausströmkanal in Verbindung steht, einen Ventilsitzabschnitt mit einer flachen Ventilsitzfläche, die um eine Einströmöffnung herum vorgesehen ist, die mit dem Verbindungskanal und der Ventilkammer in Verbindung steht, und die an einer Position gegenüber der Ventilkörperfläche angeordnet ist und sich in der horizontalen Richtung erstreckt; und einen Regulierungsmechanismus, der den Ventilkörperabschnitt entlang der Achse bewegt, um eine Distanz zwischen der Ventilkörperfläche und der Ventilsitzfläche zu regulieren und dadurch eine Strömungsrate der Flüssigkeit reguliert, die von der Ventilkammer in den Verbindungskanal strömt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst einen Steuerschritt des Steuerns des Regulierungsmechanismus, so dass sich der Ventilkörperabschnitt in einem Bewegungsbereich bewegt, in dem die Ventilkörperfläche und die Ventilsitzfläche in einem berührungslosen Zustand bleiben, wobei die Ventilkörperfläche in einer runden Form um die Achse in Draufsicht mit einem größeren Radius als die Einströmöffnung ausgebildet ist und an einer Position gegenüber der Einströmöffnung und der Ventilsitzfläche angeordnet ist, und eine Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals kleiner ist als jeweils eine Kanalquerschnittsfläche des Einströmkanals und eine Kanalquerschnittsfläche des Ausströmkanals.