JP2000322129A - Mass flow controller - Google Patents

Mass flow controller

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JP2000322129A
JP2000322129A JP11128042A JP12804299A JP2000322129A JP 2000322129 A JP2000322129 A JP 2000322129A JP 11128042 A JP11128042 A JP 11128042A JP 12804299 A JP12804299 A JP 12804299A JP 2000322129 A JP2000322129 A JP 2000322129A
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JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
flow rate
mass flow
valve seat
flow controller
Prior art date
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Pending
Application number
JP11128042A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Tanaka
田中  誠
Taiichi Tokuhisa
泰一 徳久
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a mass flow controller which completely stops fluid by coating the surface of a diaphragm which abuts against a valve seat with a thin film of tetrafluoroethylene resin. SOLUTION: A flow rate control valve 11 is composed of a valve seat 21 which is arranged in an outflow passage 9, a diaphragm 23, and an actuator 27 which displaces the disphragm 23 by the displacement of a laminate piezoelectric element 19. Then the opening/closing quantity between the diaphragm 23 and valve seat 21 is controlled to control the flow rate. The entire rear surface of the diaphragm 23 is coated with a thin film of tetrafluoroethylene resin. The film thickness is 5 to 30 microns and the coating is carried out by electrodeposition. The flow rate control valve 11 is able to perform accurate flow rate control, and dust is not produced by friction against the valve seat 21; and the conformity with the valve seat 21 is good and the sealing property is good. Consequently, the mass flow controller can be prevented from malfunctioning and the accurate flow rate control can be performed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置な
どに使用される流体の流量を制御するマスフローコント
ローラに関し、特に積層圧電素子に電圧を印加すること
によりダイヤフラムを変位させて流体の流量を制御する
流量制御用マスフローコントローラに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mass flow controller for controlling a flow rate of a fluid used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, and more particularly, to controlling a flow rate of a fluid by displacing a diaphragm by applying a voltage to a laminated piezoelectric element. The present invention relates to a mass flow controller for controlling flow rate.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば特開平4−8974号公報に開示
されたマスフローコントローラは、図3に概略示すよう
に、流入路61から流入されたガスをセンサー部65と
並列したバイパス部63に一定の分流比で流し、センサ
ー部65の流量を検出し、検出した流量に基づいて流量
制御バルブ60の積層圧電素子69に電圧を印加してダ
イヤフラム67と弁体の間の開度を制御し、弁口64を
流れる流量を制御するものである。
2. Description of the Related Art A mass flow controller disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-8974 discloses that a gas introduced from an inflow path 61 is supplied to a bypass section 63 in parallel with a sensor section 65 as shown in FIG. The flow rate is divided by the flow rate, the flow rate of the sensor unit 65 is detected, and a voltage is applied to the laminated piezoelectric element 69 of the flow control valve 60 based on the detected flow rate to control the opening degree between the diaphragm 67 and the valve body. It controls the flow rate flowing through the port 64.

【0003】図4に示す流量制御バルブ60はノーマル
オープン形であって、金属製ダイヤフラム67の上部に
ダイヤフラム押え72,ボール73,保持部材74を介
してスプリング71が設けられ、積層圧電素子69は通
常、スプリング71によって圧縮された状態にある。従
って電圧の印加によって積層圧電素子69が伸張する
と、スプリング71の伸張力に抗して保持部材74を移
動させてダイヤフラム67も変位させ、弁口64を開閉
して弁口64を流れる流体の流量を減少方向に制御する
構成となっている。また逆に、ノーマルクローズ形の場
合は、常時スプリングの伸張力で金属製ダイヤフラムが
弁座面に押し付けられており、積層圧電素子への電圧印
加による伸張力によって、スプリング力に抗してダイヤ
フラムを弁口から離して弁口を開き、弁口を流れる流体
の流量を増大させるように制御する構成となっている。
A flow control valve 60 shown in FIG. 4 is of a normally open type, and a spring 71 is provided above a metal diaphragm 67 via a diaphragm retainer 72, a ball 73, and a holding member 74. Usually, it is in a state compressed by the spring 71. Therefore, when the laminated piezoelectric element 69 is expanded by the application of a voltage, the holding member 74 is moved against the expansion force of the spring 71 to displace the diaphragm 67, and the valve opening 64 is opened and closed, so that the flow rate of the fluid flowing through the valve opening 64 is increased. Is controlled in the decreasing direction. On the other hand, in the case of the normally closed type, the metal diaphragm is always pressed against the valve seat surface by the extension force of the spring, and the diaphragm is pressed against the spring force by the extension force by applying voltage to the laminated piezoelectric element. The valve port is opened apart from the valve port, and the flow rate of the fluid flowing through the valve port is controlled to be increased.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来のマスフロー
コントローラにおいては、流体が流れている状態での流
量制御は積層圧電素子への電圧印加によって正確に制御
される。しかしながら、積層圧電素子への制御指令を流
量ゼロに設定していても、弁座を閉止する金属製ダイヤ
フラムのシール性が完全でないのが一般的で、このため
にマスフローコントローラの前後にバルブを設置してい
る。このバルブによって使用しないときの配管内流体の
遮断を行っている。しかしながらこのバルブを開けた瞬
間にガスがマスフローコントローラに突入し、このガス
をマスフローコントローラの流量センサーが検出してい
まう。このガス流量は通常流れる流量とは異なるため、
マスフローコントローラが誤作動を起こしてしまう。従
って、バルブを開けるタイミングとマスフローコントロ
ーラの制御スタートのタイミングが難しかった。本発明
は上記のような課題を解決し、マスフローコントローラ
の流量制御バルブにおいて、完全な流体の閉止が行える
マスフローコントローラを提供するものである。
In the above-described conventional mass flow controller, the flow rate control in a state where the fluid is flowing is accurately controlled by applying a voltage to the laminated piezoelectric element. However, even if the control command to the multilayer piezoelectric element is set to zero flow rate, the sealing performance of the metal diaphragm that closes the valve seat is generally not perfect, so valves are installed before and after the mass flow controller. are doing. This valve shuts off fluid in the piping when not in use. However, at the moment when this valve is opened, gas enters the mass flow controller, and this gas is detected by the flow sensor of the mass flow controller. Since this gas flow rate is different from the normal flow rate,
Mass flow controller malfunctions. Therefore, the timing of opening the valve and the timing of starting the control of the mass flow controller are difficult. The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a mass flow controller capable of completely closing a fluid in a flow control valve of the mass flow controller.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、積層圧
電素子の変位により弾性体のダイヤフラムを介してダイ
ヤフラムと弁座間の開閉量を制御するマスフローコント
ローラであって、前記ダイヤフラムの弁座との当接側表
面に四弗化エチレン樹脂の薄膜をコーティング処理した
ことを特徴とするマスフローコントローラである。上記
において、前記四弗化エチレン樹脂を電着塗装法により
ダイヤフラムの表面にコーティング処理することが望ま
しい。
The gist of the present invention is to provide a mass flow controller for controlling the amount of opening and closing between a diaphragm and a valve seat via an elastic diaphragm by the displacement of a laminated piezoelectric element. A mass flow controller characterized in that a thin film of an ethylene tetrafluoride resin is coated on the contact side surface of the mass flow controller. In the above, it is preferable to coat the surface of the diaphragm with the above-mentioned ethylene tetrafluoride resin by an electrodeposition coating method.

【0006】[0006]

【作用】本発明は上記の構成であって、ダイヤフラムに
コーティングした四弗化エチレン樹脂は耐食性に富み、
金属製弁座面とのなじみがよい。特に電着塗装法によっ
てコーティングした場合は、金属製ダイヤフラム表面へ
の密着性がよく、また均一な膜圧にコーティングでき
る。このため、積層圧電素子の伸張力やスプリングの力
によるダイヤフラムを押す力で十分なシール性が得ら
れ、マスフローコントローラの流量ゼロ指令の状態で、
流量制御バルブの完全な閉止状態が得られる。また四弗
化エチレン樹脂を電着塗装法でコーティングしたため、
ダイヤフラムと弁座面がこすれ合っても金属粉塵が発生
せず、クリーンな状態に保つことができる。
The present invention has the above constitution, and the ethylene tetrafluoride resin coated on the diaphragm is rich in corrosion resistance,
Good compatibility with metal valve seats. In particular, when coating is performed by an electrodeposition coating method, adhesion to the surface of the metal diaphragm is good, and coating can be performed with a uniform film pressure. For this reason, sufficient sealing properties can be obtained by the force of pushing the diaphragm by the stretching force of the laminated piezoelectric element and the force of the spring, and in the state of the zero flow command of the mass flow controller,
A complete closure of the flow control valve is obtained. In addition, because tetrafluoroethylene resin was coated by electrodeposition coating method,
Even if the diaphragm and the valve seat rub against each other, no metal dust is generated and a clean state can be maintained.

【0007】[0007]

【実施例】以下本発明の実施例を図1ないし図3を参照
して説明する。本発明にかかるマスフローコントローラ
1は、ガスが流入されるガス流入路3と、このガス流入
路3内のガスを並列に分けて流すバイパス部5と、セン
サー部7とバイパス部5及びセンサー部7のガスを合流
する流出路9が設けられており、流出路9の途中にはこ
こを通過するガス流量を制御する流量制御バルブ11が
設けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The mass flow controller 1 according to the present invention includes a gas inflow path 3 into which a gas flows, a bypass section 5 through which the gas in the gas inflow path 3 is divided and flown in parallel, a sensor section 7, a bypass section 5, and a sensor section 7. An outflow passage 9 for merging the above gases is provided, and a flow control valve 11 for controlling the flow rate of the gas passing therethrough is provided in the middle of the outflow passage 9.

【0008】バイパス部5は、流入路3に対して所定の
割合で分流されるもので、センサー部7に流れる流量を
センサーで検出することによって、流入する流量を算出
できる。センサー部7には、それぞれ上流側と下流側に
感熱コイル7a、7bがまかれており、感熱コイル7
a、7bに生じる熱移動による温度差を電気抵抗の変化
とし、この電気抵抗の変化によりブリッジ回路に不平衡
電圧を生じさせて、これを検出することでセンサー回路
を通過するガスの質量流量を検出している。
The bypass section 5 is divided at a predetermined ratio with respect to the inflow path 3, and the flow rate flowing into the sensor section 7 can be detected by a sensor to calculate the flow rate flowing into the sensor section 7. The sensor section 7 is provided with heat-sensitive coils 7a and 7b on the upstream side and the downstream side, respectively.
The temperature difference caused by the heat transfer generated in the a and 7b is regarded as a change in electric resistance, and an unbalanced voltage is generated in the bridge circuit by the change in electric resistance. By detecting this, the mass flow rate of the gas passing through the sensor circuit is reduced. Detected.

【0009】センサー部7は、増幅回路15、比較回路
17を介して制御回路13に連結しており、比較回路1
7で予め設定した流量と比較し、偏差に比例して制御回
路13から流量制御バルブ11に所定の電圧を印加する
ことによって通過するガスの流量を制御するようになっ
ている。
The sensor section 7 is connected to a control circuit 13 via an amplifier circuit 15 and a comparison circuit 17.
The flow rate of the gas passing therethrough is controlled by applying a predetermined voltage to the flow control valve 11 from the control circuit 13 in proportion to the deviation by comparing the flow rate with a preset flow rate in step 7.

【0010】流量制御バルブ11は、流出路9に配置さ
れた弁座21と、ダイヤフラム23と、積層圧電素子2
5の変位によりダイヤフラム23を変位させるアクチュ
エータ27とから構成されており、ダイヤフラム23と
弁座21間の開閉量を制御して流量を制御するものであ
る。弁座21には下方から上方に向けてガスを流す弁口
が形成されており、弁体23が着座するとガス流体が流
れる弁口を閉じるようになっている。ダイヤフラム23
は図2に示すような耐食金属製のダイヤフラム23であ
って、その周囲が台座33に把持されて、ボール29及
びボール受けを介して積層圧電素子19に向けて弾発し
ている。
The flow control valve 11 includes a valve seat 21 disposed in the outflow passage 9, a diaphragm 23, and the multilayer piezoelectric element 2.
And the actuator 27 that displaces the diaphragm 23 by the displacement of the actuator 5, and controls the flow rate by controlling the opening and closing amount between the diaphragm 23 and the valve seat 21. The valve seat 21 is formed with a valve port through which gas flows upward from below. When the valve body 23 is seated, the valve port through which gas fluid flows is closed. Diaphragm 23
Is a corrosion-resistant metal diaphragm 23 as shown in FIG. 2, the periphery of which is gripped by a pedestal 33, and rebounds toward the laminated piezoelectric element 19 via a ball 29 and a ball receiver.

【0011】ダイヤフラム弁体23の下表面全体は四弗
化エチレン樹脂(商品名テフロン)の薄膜24をコーテ
ィングしてある。この膜圧は5〜30ミクロンで、電着
塗装法によってコーティングされる。電着塗装法による
コーティングは、コーティング膜厚24が均一に得ら
れ、金属製ダイヤフラム23への密着性がよい。従っ
て、流量制御バルブとして正確な流量制御が行えると共
に、弁座21との摩擦による粉塵の発生がなく、また弁
座21とのなじみがよく、シール性がよい。従って、流
量ゼロ指令の状態において、確実に流量制御バルブ11
を閉止する。
The entire lower surface of the diaphragm valve element 23 is coated with a thin film 24 of tetrafluoroethylene resin (trade name: Teflon). The film pressure is 5 to 30 microns and is coated by an electrodeposition coating method. In the coating by the electrodeposition coating method, a coating film thickness 24 is uniformly obtained, and the adhesion to the metal diaphragm 23 is good. Therefore, accurate flow control can be performed as a flow control valve, and no dust is generated due to friction with the valve seat 21, and familiarity with the valve seat 21 is good, and sealing performance is good. Therefore, in the state of the zero flow command, the flow control valve 11
Is closed.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明の通り本発明のマスフローコン
トローラは、流量制御バルブを流れる流量を確実に閉止
することができるもので、このため従来の、マスフロー
コントローラの前後に別の弁を設け、この弁の開閉をマ
スフローコントローラの制御と関連して制御していた
が、この複雑なシステムからも除外でき、またマスフロ
ーコントローラの誤作動を防止でき、確実に正確な流量
制御が行えるものである。
As described above, the mass flow controller of the present invention can reliably close the flow rate flowing through the flow control valve. For this reason, separate valves are provided before and after the conventional mass flow controller. Although the opening / closing of the valve is controlled in connection with the control of the mass flow controller, it can be excluded from this complicated system, the malfunction of the mass flow controller can be prevented, and accurate flow control can be performed reliably.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of the present invention.

【図2】 図1のダイヤフラム弁体23を示す断面図で
ある。
FIG. 2 is a sectional view showing a diaphragm valve element 23 of FIG.

【図3】 従来技術を示すノーマリーオープン形マスフ
ローコントローラの断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a normally open type mass flow controller showing a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マスフローコントローラ 3 流入路 5 バイパス部 7 センサー部 9 流出路 11 流量制御バルブ 13 制御回路 15 増幅回路 17 比較回路 19 積層圧電素子 21 弁座 23 金属製ダイヤフラム 24 四弗化エチレン樹脂の薄膜 27 アクチュエータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mass flow controller 3 Inflow path 5 Bypass section 7 Sensor section 9 Outflow path 11 Flow control valve 13 Control circuit 15 Amplification circuit 17 Comparison circuit 19 Multilayer piezoelectric element 21 Valve seat 23 Metal diaphragm 24 Thin film of tetrafluoroethylene resin 27 Actuator

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 積層圧電素子の変位により弾性体のダ
イヤフラムを介してダイヤフラムと弁座間の開閉量を制
御するマスフローコントローラであって、前記ダイヤフ
ラムの弁座との当接側表面に四弗化エチレン樹脂の薄膜
をコーティング処理したことを特徴とするマスフローコ
ントローラ。
1. A mass flow controller for controlling the amount of opening and closing between a diaphragm and a valve seat via an elastic diaphragm by a displacement of a laminated piezoelectric element, wherein ethylene tetrafluoride is provided on a surface of the diaphragm that is in contact with the valve seat. A mass flow controller characterized by coating a thin resin film.
【請求項2】 前記四弗化エチレン樹脂を電着塗装法
によりダイヤフラムの表面にコーティング処理したこと
を特徴とする請求項1記載のマスフローコントローラ。
2. The mass flow controller according to claim 1, wherein the surface of the diaphragm is coated with the ethylene tetrafluoride resin by an electrodeposition coating method.
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Cited By (3)

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