JP2021055725A - Valve and flow control device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、半導体製造装置等に使用されるバルブおよび流量制御装置に関する。 The present disclosure relates to valves and flow control devices used in semiconductor manufacturing devices and the like.
積層圧電アクチュエータにより弁体を作動させて流路の開閉を行う質量流量制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 A mass flow rate control device has been proposed in which a valve body is operated by a laminated piezoelectric actuator to open and close a flow path (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1の質量流量制御装置では、積層圧電アクチュエータが故障した場合に、装置が閉状態となり、装置の内部にガスが留まってしまう。そのため、装置を取り外すときにはパージを実施し、内部のガスを置換する必要がある。しかし、積層圧電アクチュエータが故障しているため、作業者が装置まで出向き、機械的に装置を開状態にする必要があった。 In the mass flow rate control device of Patent Document 1, when the laminated piezoelectric actuator fails, the device is closed and gas stays inside the device. Therefore, when removing the device, it is necessary to perform a purge to replace the gas inside. However, since the laminated piezoelectric actuator is out of order, it is necessary for the operator to go to the device and mechanically open the device.
そこで本開示は、圧電素子が故障した場合であっても、内部のガスを容易に排出可能なバルブおよび流量制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a valve and a flow rate control device capable of easily discharging the internal gas even when the piezoelectric element fails.
上記目的を解決するために、本開示の一態様であるバルブは、流体通路が形成されたボディと、前記流体通路を開閉する弁体と、前記弁体に対し近接および前記弁体から離間可能に設けられたケースと、前記ケースを前記弁体に対し近接するように付勢する付勢部材と、前記ケース内に設けられ、伸長することにより、前記ケースを前記弁体から離間する側へ移動させる圧電素子と、加熱または冷却することにより伸長し、前記ケースを前記弁体から離間する側へ移動させる伸長部材と、を備える。 In order to solve the above object, the valve according to one aspect of the present disclosure can have a body in which a fluid passage is formed, a valve body that opens and closes the fluid passage, and a valve body that is close to the valve body and can be separated from the valve body. The case provided in the case, the urging member for urging the case so as to be close to the valve body, and the case provided in the case and extended to move the case away from the valve body. It includes a piezoelectric element to be moved and an extension member which is extended by heating or cooling and moves the case to a side away from the valve body.
前記伸長部材は、正の熱膨張材料により構成される部材、または、負の熱膨張材料により構成される部材、により構成されてもよい。 The extension member may be composed of a member made of a positive thermal expansion material or a member made of a negative thermal expansion material.
前記伸長部材は、前記圧電素子における前記弁体側の端部とは反対側の端部において、前記ケースと前記圧電素子との間に介在してもよい。 The extension member may be interposed between the case and the piezoelectric element at an end portion of the piezoelectric element opposite to the end portion on the valve body side.
本開示の一態様である流量制御装置は、流体通路が形成されたボディと、前記流体通路を開閉する弁体と、前記弁体の下流側の流体通路に設けられたオリフィス部と、前記弁体と前記オリフィス部との間の前記流体通路の圧力を検出する圧力検出器と、前記弁体に対し近接および前記弁体から離間可能に設けられたケースと、前記ケースを前記弁体に対し近接するように付勢する付勢部材と、前記ケース内に設けられ、伸長することにより、前記ケースを前記弁体から離間する側へ移動させる圧電素子と、加熱または冷却することにより伸長し、前記ケースを前記弁体から離間する側へ移動させる伸長部材と、を備える。 The flow rate control device according to one aspect of the present disclosure includes a body in which a fluid passage is formed, a valve body that opens and closes the fluid passage, an orifice portion provided in the fluid passage on the downstream side of the valve body, and the valve. A pressure detector that detects the pressure in the fluid passage between the body and the orifice portion, a case provided close to the valve body and separable from the valve body, and the case with respect to the valve body. An urging member that urges the case close to each other, a piezoelectric element provided in the case and extended to move the case away from the valve body, and an extension by heating or cooling. An extension member for moving the case away from the valve body is provided.
前記伸長部材は、正の熱膨張材料により構成される部材、または、負の熱膨張材料により構成される部材、により構成されてもよい。 The extension member may be composed of a member made of a positive thermal expansion material or a member made of a negative thermal expansion material.
前記伸長部材は、前記圧電素子における前記弁体側の端部とは反対側の端部において、前記ケースと前記圧電素子との間に介在してもよい。 The extension member may be interposed between the case and the piezoelectric element at an end portion of the piezoelectric element opposite to the end portion on the valve body side.
本開示によれば、圧電素子が故障した場合であっても、内部のガスを容易に排出可能なバルブおよび流量制御装置を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a valve and a flow rate control device capable of easily discharging the internal gas even when the piezoelectric element fails.
本開示の一実施形態に係るバルブおよび流量制御装置について、図面を参照して説明する。 The valve and the flow rate control device according to the embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係るバルブを備える流量制御装置1の断面図である。
図2は、本実施形態に係る伸長部付近の拡大図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a flow rate control device 1 including a valve according to the present embodiment.
FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the extension portion according to the present embodiment.
本実施形態の流量制御装置1は、高温対応型の圧力式流量制御装置と呼ばれる公知の流量制御装置である。図1に示すように、流量制御装置1は、弁ブロック体2と、筐体3と、開閉部10と、第2圧力検出器4と、を備える。
The flow rate control device 1 of the present embodiment is a known flow rate control device called a high temperature pressure type flow rate control device. As shown in FIG. 1, the flow rate control device 1 includes a
ボディである弁ブロック体2は、例えばステンレス鋼等により構成されている。弁ブロック体2は、入口側ブロック2A、本体ブロック2B、および出口側ブロック2Cをボルトで連結して一体化されている。
The
入口側ブロック2Aには、ガス流路2dが形成されている。本体ブロック2Bには、弁室2eと、弁室2eに連通する流入路2fおよび流出路2gとが形成されている。本体ブロック2Bの流入路2fと弁室2eとが連通する箇所の周縁(流入路2fの開口部)には、開閉部10に向かって突出する円環状の弁座2Hが設けられている。出口側ブロック2Cには、ガス流路2iが形成されている。入口側ブロック2Aのガス流路2dは、本体ブロック2Bの流入路2fに連通している。出口側ブロック2Cのガス流路2iは、本体ブロック2Bの流出路2gに連通している。なお、弁ブロック体2は、図示せぬ加熱装置によって所定の温度に加熱される。
A
筐体3は、略直方体状をなし、本体ブロック2B上に設置されている。筐体3の側面3A、3Bには、上下方向に沿って図示せぬ複数の通気口が形成されている。
The
図1に示すように、開閉部10は、本体ブロック2Bおよび筐体3内に設けられている。開閉部10は、ガイド部材11と、スペーサケース12と、素子ケース13と、ブリッジ14と、鍔部15と、コイルバネ16と、スペーサ17と、圧電素子18と、伸長部19と、押圧部20と、ダイヤフラム21と、第1圧力検出器22と、オリフィス部23と、を備える。本体ブロック2Bと、ガイド部材11と、スペーサケース12と、素子ケース13と、ブリッジ14と、鍔部15と、コイルバネ16と、スペーサ17と、圧電素子18と、伸長部19と、押圧部20と、ダイヤフラム21とにより、バルブが構成される。当該バルブは、常時閉状態のバルブである。
As shown in FIG. 1, the opening / closing
ガイド部材11は、円筒状をなし、上下方向に沿って延び、本体ブロック2Bに固定されている。ガイド部材11の上端部には、フランジ11Aが設けられている。スペーサケース12は、円筒状をなし、上下方向に沿って延び、上下方向に摺動可能にガイド部材11内に設けられている。素子ケース13は、円筒状をなし、上下方向に沿って延び、その下端部は、スペーサケース12の上端部に固定されている。素子ケース13の上端にはカバー13Aが装着されている。カバー13Aは、袋ナットにより構成され、その上端には開口13bが形成されている。ブリッジ14は、スペーサケース12の下端部に形成されたスリット12aに挿入されている。ブリッジ14は、ガイド部材11により上側から押圧されて、本体ブロック2Bに固定されている。素子ケース13、カバー13A、スペーサケース12は、ケースに相当する。
The
鍔部15は、鍔受け15Aと、鍔体15Bとを備える。鍔受け15Aは、スペーサケース12の外周に設けられ、ガイド部材11に形成された貫通孔11bを貫通している。鍔体15Bは、鍔受け15A上に設けられている。付勢部材であるコイルバネ16は、フランジ11Aと鍔体15Bとの間に圧縮状態で設けられている。コイルバネ16は、鍔部15を介して、スペーサケース12および素子ケース13を常に下側に押圧している。
The
スペーサ17は、金属(例えばインバー材)または樹脂等の材料により構成され、円柱状をなし、スペーサケース12内に設けられている。スペーサ17の下端は、ブリッジ14の上端に当接している。圧電素子18は、積層圧電素子であり、全体として略円柱状をなしている。圧電素子18は、スペーサ17の上側に位置し、素子ケース13内に設けられている。スペーサ17によって、圧電素子18が弁ブロック体2から離間しているので、本体ブロック2Bの流入路2fおよび流出路2gに高温のガスが流れても、圧電素子18が所定の温度以上になるのが抑制される。
The
伸長部19は、圧電素子18におけるダイヤフラム21側の端部とは反対側の端部に位置している。図2に示すように、伸長部19は、円筒状のアルミ部材19Aと、ヒータ19Bとにより構成されている。アルミ部材19Aは、圧電素子18上に位置し、アルミ部材19Aの上端は、カバー13Aに当接している。すなわち、アルミ部材19Aは、上下方向に沿って、素子ケース13のカバー13Aと圧電素子18との間に介在している。アルミ部材19Aは、伸長部材に相当する。ヒータ19Bは、アルミ部材19A内に設けられている。
The
図1に示すように、押圧部20は、スペーサケース12の下側に位置している。スペーサケース12の下端は、押圧部20に当接している。ダイヤフラム21は、例えばニッケル−コバルト合金からなり、弁室2e内に設けられ、本体ブロック2Bに対し外周縁が保持されている。ダイヤフラム21は、略球殻状をなし、上に凸の略球殻状が自然状態となっている。ダイヤフラム21が弁座2Hに対し当接および離間することによって、流入路2fと流出路2gとの間の連通または遮断が行われる。ダイヤフラム21は、弁体に相当する。第1圧力検出器22は、流出路2g内のガスの圧力を検出する。オリフィス部23には、微細孔(オリフィス)が形成され、流出路2gの下流側の端部に位置している。
As shown in FIG. 1, the
圧電素子18の非通電時には、コイルバネ16によりスペーサケース12および素子ケース13が図の下方に押され、ダイヤフラム21が弁座2Hに当接し、流入路2fと流出路2gが遮断されている。圧電素子18に通電することによって、圧電素子18が伸長し、コイルバネ16の弾性力に抗してスペーサケース12および素子ケース13を図1の上方へ持ち上げるとダイヤフラム21が自己弾性力により上に凸の略球殻状に復帰して流入路2fと流出路2gとが連通する。
When the
圧電素子18が故障したときに流量制御装置1(バルブ)を開けたい場合には、ヒータ19Bに通電して、アルミ部材19Aを加熱することにより、アルミ部材19Aを伸長させる。これにより、コイルバネ16の弾性力に抗してスペーサケース12および素子ケース13が図1の上方へ持ち上がり、ダイヤフラム21が自己弾性力により上に凸の略球殻状に復帰して流入路2fと流出路2gとが連通する。この結果、圧電素子18が故障していても、流量制御装置1(バルブ)を開状態にして、流量制御装置1(バルブ)内のガスを外部に容易に排出させることができる。
When it is desired to open the flow rate control device 1 (valve) when the
流量制御装置1は、オリフィス部23の少なくとも上流側のガス圧力を第1圧力検出器22によって検出し、検出した圧力信号に基づいて圧電素子18によりダイヤフラム21を動作させてガスの流量を制御する。オリフィス部23より上流側のガスの絶対圧力がオリフィス部23より下流側のガスの絶対圧力の約2倍以上(臨界膨張条件)になるとオリフィス部23の微細孔を通過するガスの速度が音速となり、それ以上の流速にならない。このため、ガスの流量は微細孔の上流側のガスの圧力のみに依存しオリフィス部23の微細孔を通過するガスの流量は、ガスの圧力に比例するという原理を利用している。
The flow rate control device 1 detects the gas pressure at least on the upstream side of the
なお、図示しないが、オリフィス部23の微細孔より下流側のガスの圧力も検出して、微細孔の上流側と下流側のガスの差圧に基づいてガスの流量制御することも可能である。なお、オリフィス部23の孔はオリフィスに限らず流体を絞る構造のものであればよい。
Although not shown, it is also possible to detect the pressure of the gas on the downstream side of the microhole of the
圧力検出器4は、本体ブロック2Bの流入路2fに設けられ、図示しないガス供給装置(例えば原料気化器)から供給されるガスの圧力を測定し、原料供給量の制御に利用することができる。
The
以上のように、本実施形態のバルブは、流入路2fおよび流出路2gが形成された本体ブロック2Bと、流入路2fおよび流出路2gを開閉するダイヤフラム21と、ダイヤフラム21に対し近接および前記弁体から離間可能に設けられたスペーサケース12および素子ケース13と、スペーサケース12および素子ケース13をダイヤフラム21に対し近接するように付勢するコイルバネ16と、素子ケース13内に設けられ、伸長することにより、スペーサケース12および素子ケース13をダイヤフラム21から離間する側へ移動させる圧電素子18と、加熱または冷却することにより伸長し、スペーサケース12および素子ケース13をダイヤフラム21から離間する側へ移動させる伸長部材19Aと、を備える。
As described above, the valve of the present embodiment has the
かかる構成によれば、圧電素子18が故障したときにバルブ(流量制御装置1)を開けたい場合には、ヒータ19Bに通電して、アルミ部材19Aを加熱することにより、アルミ部材19Aを伸長させる。これにより、コイルバネ16の弾性力に抗してスペーサケース12および素子ケース13が図1の上方へ持ち上がり、ダイヤフラム21が自己弾性力により上に凸の略球殻状に復帰して流入路2fと流出路2gとが連通する。この結果、圧電素子18が故障していても、バルブを開状態にして、バルブ内のガスを外部に容易に排出させることができる。
According to this configuration, when it is desired to open the valve (flow control device 1) when the
伸長部材19Aは、圧電素子18におけるダイヤフラム21側の端部とは反対側の端部において、素子ケース13のカバー13Aと圧電素子18との間に介在しているので、スペーサケース12および素子ケース13のみを持ち上げるのみで、バルブを開状態にすることができ、バルブ内のガスを外部に容易に排出させることができる。
Since the
以上で本開示の一実施形態についての説明を終えるが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。 This is the end of the description of one embodiment of the present disclosure, but the present disclosure is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present disclosure.
図3は、変形例に係る伸長部119付近の拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the
本変形例の伸長部119は、負の熱膨張材料からなる円筒状の伸長部材119Aにより構成されている。負の熱膨張材料とは、例えば、タングステン酸ジルコニウム(ZrW2O8)、ビスマス・ランタン・ニッケル酸化物(Bi0.95La0.05NiO3)等が挙げられる。伸長部材119Aの温度を所定温度から冷却することにより、伸長部材119Aが伸長し、流量制御装置1(バルブ)を開状態にすることができる。伸長部材119Aの冷却は、例えば、筐体3の側面3Aにファンを装着し、ファン風を側面3Aの複数の通気口を介して筐体3の内部に送ることにより行われる。
The
このように、伸長部材119Aが負の熱膨張材料からなるため、伸長部材119Aを伸長させるために温度を上昇させる必要がない。このため、圧電素子18に負荷をかけることがなく、圧電素子18が故障していない時でも、伸長部材119Aにより流量制御装置1(バルブ)を開状態にすることができる。よって、圧電素子18の代わりに流量制御装置1(バルブ)を開状態にすることで、圧電素子18の負荷を減少させることができ、流量制御装置1(バルブ)の長寿命化を図ることができる。
As described above, since the
上記の実施形態において、伸長部材は、アルミ部材19Aであったが、正の熱膨張材料により構成されていれば、他の材料であってもよい。流量制御装置1は、第2圧力検出器4を備えていたが、第2圧力検出器4を備えていなくてもよい。押圧部20はスペーサケース12と別体であったが、一体であってもよい。伸長部19、119は、素子ケース13のカバー13Aと圧電素子18との間に介在させたが、スペーサ17と圧電素子18との間に介在させてもよい。上記の実施形態の流量制御装置1は、高温対応型の圧力式流量制御装置であったが、流量制御装置は、高温対応型ではない一般的な公知の流量制御装置であってもよい。
In the above embodiment, the extension member is the
1:流量制御装置
2:弁ブロック体
2B:本体ブロック
12:スペーサケース
13:素子ケース
13A:カバー
16:コイルバネ
18:圧電素子
19、119:伸長部
19A:アルミ部材
119A:伸長部材
21:ダイヤフラム
22:第1圧力検出器
23:オリフィス部
1: Flow control device 2:
Claims (6)
前記流体通路を開閉する弁体と、
前記弁体に対し近接および前記弁体から離間可能に設けられたケースと、
前記ケースを前記弁体に対し近接するように付勢する付勢部材と、
前記ケース内に設けられ、伸長することにより、前記ケースを前記弁体から離間する側へ移動させる圧電素子と、
加熱または冷却することにより伸長し、前記ケースを前記弁体から離間する側へ移動させる伸長部材と、を備えるバルブ。 With the body in which the fluid passage is formed,
A valve body that opens and closes the fluid passage,
A case provided so as to be close to the valve body and separable from the valve body,
An urging member that urges the case so as to be close to the valve body,
A piezoelectric element provided in the case and extended to move the case away from the valve body.
A valve comprising an extension member that extends by heating or cooling and moves the case away from the valve body.
前記流体通路を開閉する弁体と、
前記弁体の下流側の流体通路に設けられたオリフィス部と、
前記弁体と前記オリフィス部との間の前記流体通路の圧力を検出する圧力検出器と、
前記弁体に対し近接および前記弁体から離間可能に設けられたケースと、
前記ケースを前記弁体に対し近接するように付勢する付勢部材と、
前記ケース内に設けられ、伸長することにより、前記ケースを前記弁体から離間する側へ移動させる圧電素子と、
加熱または冷却することにより伸長し、前記ケースを前記弁体から離間する側へ移動させる伸長部材と、を備える流量制御装置。 With the body in which the fluid passage is formed,
A valve body that opens and closes the fluid passage,
An orifice provided in the fluid passage on the downstream side of the valve body and
A pressure detector that detects the pressure in the fluid passage between the valve body and the orifice portion, and
A case provided so as to be close to the valve body and separable from the valve body,
An urging member that urges the case so as to be close to the valve body,
A piezoelectric element provided in the case and extended to move the case away from the valve body.
A flow rate control device including an extension member that extends by heating or cooling and moves the case to a side away from the valve body.
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