JP2769734B2 - 質量流量計の弁構造 - Google Patents
質量流量計の弁構造Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業状の利用分野） 本発明は、流量の増加に対しても弁構造を大型化する
必要のない画期的な質量流量計の弁構造に関する。
必要のない画期的な質量流量計の弁構造に関する。
（従来の技術とその問題点） 質量流量計は、各種のガスの質量流量を極めて精密に
制御しながら設備に送り込む装置である。このような質
量流量計は、色々な用途に用いられているが、半導体製
造装置に使用される場合を例に取って以下説明する。
制御しながら設備に送り込む装置である。このような質
量流量計は、色々な用途に用いられているが、半導体製
造装置に使用される場合を例に取って以下説明する。
半導体産業では、ウェハーの大口径化に伴い反応ガス
の使用量も急激に増大しつつある。更に、ウェハーの大
口径化と同時にウェハー上に描かれるパターンは飛躍的
に微細化しており、反応ガスの供給量も次第に厳密にコ
ントロールされるようになってきた。
の使用量も急激に増大しつつある。更に、ウェハーの大
口径化と同時にウェハー上に描かれるパターンは飛躍的
に微細化しており、反応ガスの供給量も次第に厳密にコ
ントロールされるようになってきた。
このような状況の中で、質量流量計も大口径化に対応
出来る事が要求されている。
出来る事が要求されている。
さて、質量流量計の大容量化を達成しようとするとコ
ントロールバルブ部の弁体の大口径化が避けられない
が、弁体を大口径化すると弁体の受圧面積が大きくな
り、流体圧によって弁体が閉じる方向に押し付けられた
り、逆に開く方向に押し上げられたりする事によって正
確な動作が困難となり、質量流量の正確なコントロール
が出来なくなって要求されている精度を達成し得なくな
る。
ントロールバルブ部の弁体の大口径化が避けられない
が、弁体を大口径化すると弁体の受圧面積が大きくな
り、流体圧によって弁体が閉じる方向に押し付けられた
り、逆に開く方向に押し上げられたりする事によって正
確な動作が困難となり、質量流量の正確なコントロール
が出来なくなって要求されている精度を達成し得なくな
る。
（本発明の目的） 本発明はかかる従来例の欠点に鑑みなされたもので、
その目的とする処は、質量流量のコントロールバルブ精
度を落とす事なく、大容量にも十分対応する事が出来る
質量流量計の弁構造を提供するにある。
その目的とする処は、質量流量のコントロールバルブ精
度を落とす事なく、大容量にも十分対応する事が出来る
質量流量計の弁構造を提供するにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明は前記目的を達成するために、請求項（１）に
おいて； 流体の流量をセンシングする流体センシング部Ｃと、
センシング信号に基づいて流体の流量を制御するコント
ロールバルブ部Ｂ並びに流体センシング部Ｃとコントロ
ールバルブ部Ｂとをマウントする流量計本体１とで構成
された質量流量計Ａにおいて、 コントロールバルブ部Ｃ側に天井面３がダイヤフラム
となったバルブ室４を設け、 バルブ室４内に下面開口の弁体12を配設し、 弁体12を天井面３側に押圧付勢する弾性体５を弁体の
下面開口凹所８内に配設し、 ダイヤフラムである天井面３を介して弁体12を前記弾
性体５の弾発力に抗してバルブ室４の床面27側に押圧
し、弁体12の床面27からの離間量を制御する流量制御体
５をダイヤフラム３側に設け、 バルブ室４の内側面と弁体12の外側面との間にＯリン
グ７を介装してバルブ室４を天井側３空間と床側空間９
とに分割し、 流体センシング部Ｃから流体が流入する１次側バルブ
流路25を弁体12の下面開口凹所８に開設し、 外部に連通する２次側バルブ流路25をバルブ室４の床
側空間９に開口する。
おいて； 流体の流量をセンシングする流体センシング部Ｃと、
センシング信号に基づいて流体の流量を制御するコント
ロールバルブ部Ｂ並びに流体センシング部Ｃとコントロ
ールバルブ部Ｂとをマウントする流量計本体１とで構成
された質量流量計Ａにおいて、 コントロールバルブ部Ｃ側に天井面３がダイヤフラム
となったバルブ室４を設け、 バルブ室４内に下面開口の弁体12を配設し、 弁体12を天井面３側に押圧付勢する弾性体５を弁体の
下面開口凹所８内に配設し、 ダイヤフラムである天井面３を介して弁体12を前記弾
性体５の弾発力に抗してバルブ室４の床面27側に押圧
し、弁体12の床面27からの離間量を制御する流量制御体
５をダイヤフラム３側に設け、 バルブ室４の内側面と弁体12の外側面との間にＯリン
グ７を介装してバルブ室４を天井側３空間と床側空間９
とに分割し、 流体センシング部Ｃから流体が流入する１次側バルブ
流路25を弁体12の下面開口凹所８に開設し、 外部に連通する２次側バルブ流路25をバルブ室４の床
側空間９に開口する。
と言う技術的手段を採用しており、 請求項（２）では請求項（１）とは逆に； 請求項（１）の質量流量計Ａの弁構造において、 流体センシング部Ｃから流体が流入する１次側バルブ
流路24をバルブ室４の床側空間９に開設し、 外部に連通する２次側バルブ流路25を弁体12の下面開
口凹所８に開設する。
流路24をバルブ室４の床側空間９に開設し、 外部に連通する２次側バルブ流路25を弁体12の下面開
口凹所８に開設する。
と言う技術的手段を採用している。
（作用） 流体センシング部Ｃにて正確に質量流量の測定された
流体は１次側バルブ流路24に入る。この時、流体センシ
ング部Ｃからのセンシング信号によって前記印加電圧に
比例して流量制御体（ピエゾ素子）２が伸縮し、弁体12
の下縁と流量計本体１の当接上面27との間の間隙を厳密
に調整して１次側バルブ流路24から２次側バルブ流路25
に流れる流体の質量流量を厳しく制御する。
流体は１次側バルブ流路24に入る。この時、流体センシ
ング部Ｃからのセンシング信号によって前記印加電圧に
比例して流量制御体（ピエゾ素子）２が伸縮し、弁体12
の下縁と流量計本体１の当接上面27との間の間隙を厳密
に調整して１次側バルブ流路24から２次側バルブ流路25
に流れる流体の質量流量を厳しく制御する。
この間、弁体12の下面開口凹所８内に流入した１次側
の流体の一部は、連通孔10を通って天井側空間23に入
り、天井側空間３の圧力と下面開口凹所８内の圧力とを
等しくし、下面開口凹所内８に流入せる１次側流体の流
入圧を減殺する。これにより、流量制御体１にかかる圧
力を軽減し、弁体12の正確なコントロールを行わせる。
の流体の一部は、連通孔10を通って天井側空間23に入
り、天井側空間３の圧力と下面開口凹所８内の圧力とを
等しくし、下面開口凹所内８に流入せる１次側流体の流
入圧を減殺する。これにより、流量制御体１にかかる圧
力を軽減し、弁体12の正確なコントロールを行わせる。
請求項（２）はその逆で、流体センシング部Ｃから流
体が流入する１次側バルブ流路24をバルブ室４の床側空
間９に開設すると共に外部に連通する２次側バルブ流路
25を弁体12の下面開口凹所８に開設した場合である。
体が流入する１次側バルブ流路24をバルブ室４の床側空
間９に開設すると共に外部に連通する２次側バルブ流路
25を弁体12の下面開口凹所８に開設した場合である。
（実施例） 以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。第１図
は質量流量計Ａの１実施例を示し、流量計本体１と流量
センシング部Ｃ並びにコントロールバルブ部Ｂとで構成
されている。流量計本体１にはバイパス流路14が設けら
れており、バイパス流路14内には層流素子15が内蔵され
ている。流量センシング部Ｃには定量の流体が流れるセ
ンシング流路28が設けられており、その入り口と出口は
層流素子15をまたぐように配置されている。センシング
流路28には前後に１対の感熱コイル16が巻着されてお
り、これにより、正確にセンシング流路28を流れる流体
の流量を計測している。
は質量流量計Ａの１実施例を示し、流量計本体１と流量
センシング部Ｃ並びにコントロールバルブ部Ｂとで構成
されている。流量計本体１にはバイパス流路14が設けら
れており、バイパス流路14内には層流素子15が内蔵され
ている。流量センシング部Ｃには定量の流体が流れるセ
ンシング流路28が設けられており、その入り口と出口は
層流素子15をまたぐように配置されている。センシング
流路28には前後に１対の感熱コイル16が巻着されてお
り、これにより、正確にセンシング流路28を流れる流体
の流量を計測している。
コントロールバルブ部Ｂにおいては、流量計本体Ｃ上
に固着された弁ハウジング11中に天井面３がダイヤフラ
ムとなったバルブ室４が凹設されており、バルブ室４内
に下面開口の弁体12が昇降自在に配設されている。バル
ブ室４の構造は、第４図に示すように上半分より下半分
が段付き状に広くなっており、上半分が弁体12の昇降を
ガイドするガイド穴13となっている。弁体４には前述の
ように下面開口凹所８が凹設されていてこの下面開口凹
所８も上半分が細く、下半分が段状に広径となってお
り、細径部に弾性体５であるスプリングが嵌め込まれて
おり、弁体４を天井面３側に押圧付勢するようになって
いる。又、弁体４の上面には天井面３に当接する弁側突
起20が突設されている。更に、バルブ室４のガイド穴13
の内側面と弁体４の外側面との間にＯリング７が介装さ
れており、バルブ室４を天井側空間23と床側空間９とに
分割している。更に、弁体４の下面開口凹所８とバルブ
室４の天井側空間23とを連通する連通孔10が弁体４に穿
設されている。
に固着された弁ハウジング11中に天井面３がダイヤフラ
ムとなったバルブ室４が凹設されており、バルブ室４内
に下面開口の弁体12が昇降自在に配設されている。バル
ブ室４の構造は、第４図に示すように上半分より下半分
が段付き状に広くなっており、上半分が弁体12の昇降を
ガイドするガイド穴13となっている。弁体４には前述の
ように下面開口凹所８が凹設されていてこの下面開口凹
所８も上半分が細く、下半分が段状に広径となってお
り、細径部に弾性体５であるスプリングが嵌め込まれて
おり、弁体４を天井面３側に押圧付勢するようになって
いる。又、弁体４の上面には天井面３に当接する弁側突
起20が突設されている。更に、バルブ室４のガイド穴13
の内側面と弁体４の外側面との間にＯリング７が介装さ
れており、バルブ室４を天井側空間23と床側空間９とに
分割している。更に、弁体４の下面開口凹所８とバルブ
室４の天井側空間23とを連通する連通孔10が弁体４に穿
設されている。
弁ハウジング11の上面にはケーシング17が立設固着さ
れており、ケーシング17に穿設されたピエゾ素子収納孔
18内に流量制御体２であるピエゾ素子が収納されてい
る。流量制御体２の上端は調整ネジ19に当接固定されて
おり、下端にはダイヤフラムである天井面３を介して弁
側突起20に当接する制御側突起21が突出している。この
バルブ室23の中央にて弁体12の下面開口凹所８に前述の
バイパス流路14の出口に接続せる１次側バルブ流路24が
開口しており、外部に連通する２次側バルブ流路25がバ
ルブ室４の床側空間９に開口している。
れており、ケーシング17に穿設されたピエゾ素子収納孔
18内に流量制御体２であるピエゾ素子が収納されてい
る。流量制御体２の上端は調整ネジ19に当接固定されて
おり、下端にはダイヤフラムである天井面３を介して弁
側突起20に当接する制御側突起21が突出している。この
バルブ室23の中央にて弁体12の下面開口凹所８に前述の
バイパス流路14の出口に接続せる１次側バルブ流路24が
開口しており、外部に連通する２次側バルブ流路25がバ
ルブ室４の床側空間９に開口している。
しかして、流体が流量計本体１のバイパス流路14に入
るとその極く一部がセンシング流路28に入り、感熱コイ
ル16の熱移動により、流量が正確に測定され、流量制御
体２であるピエゾ素子の印加電圧を変化させる。一方、
バイパス流路14を流れる大部分の流体は層流素子15内を
層流状態で且つセンシング流路28の流量に正確に比例し
て流れる。バイパス流路14を出た流体はセンシング流路
28を通った流体と合流して１次側バルブ流路24に入る。
この時、前記印加電圧に比例してピエゾ素子２が伸縮
し、スプリング５の弾発力と協働して弁体12の下縁と流
量計本体１の当接上面27との間の間隙を厳密に調整して
１次側バルブ流路24から２次側バルブ流路25に流れる流
体の質量流量を激しく制御する。この間、弁体12の下面
開口凹所８内に流入した１次側の流体の一部は、連通孔
10を通って天井側空間23に入り、天井側空間３の圧力と
下面開口凹所８内の圧力とを等しくし、下面開口凹所内
８に流入せる１次側流体の流入圧を減殺する。これによ
り、流量制御体１にかかる圧力を軽減し、弁体12の正確
なコントロールを行わせる。そして、１次側バルブ流路
24からバルブ室23の床側空間９内に出る流体の量が正確
に規制され、然る後、２次側バルブ流路25を通って流量
計本体１の外に出、製造装置に供給される。
るとその極く一部がセンシング流路28に入り、感熱コイ
ル16の熱移動により、流量が正確に測定され、流量制御
体２であるピエゾ素子の印加電圧を変化させる。一方、
バイパス流路14を流れる大部分の流体は層流素子15内を
層流状態で且つセンシング流路28の流量に正確に比例し
て流れる。バイパス流路14を出た流体はセンシング流路
28を通った流体と合流して１次側バルブ流路24に入る。
この時、前記印加電圧に比例してピエゾ素子２が伸縮
し、スプリング５の弾発力と協働して弁体12の下縁と流
量計本体１の当接上面27との間の間隙を厳密に調整して
１次側バルブ流路24から２次側バルブ流路25に流れる流
体の質量流量を激しく制御する。この間、弁体12の下面
開口凹所８内に流入した１次側の流体の一部は、連通孔
10を通って天井側空間23に入り、天井側空間３の圧力と
下面開口凹所８内の圧力とを等しくし、下面開口凹所内
８に流入せる１次側流体の流入圧を減殺する。これによ
り、流量制御体１にかかる圧力を軽減し、弁体12の正確
なコントロールを行わせる。そして、１次側バルブ流路
24からバルブ室23の床側空間９内に出る流体の量が正確
に規制され、然る後、２次側バルブ流路25を通って流量
計本体１の外に出、製造装置に供給される。
前記実施例は、１次側バルブ流路24が、弁体12の下面
開口凹所８に開口する場合を説明したが、第５図のよう
に逆にし、流体センシング部Ｃから流体が流入する１次
側バルブ流路24をバルブ室４の床側空間９に開設すると
共に外部に連通する２次側バルブ流路25を弁体12の下面
開口凹所８に開設しても良い。
開口凹所８に開口する場合を説明したが、第５図のよう
に逆にし、流体センシング部Ｃから流体が流入する１次
側バルブ流路24をバルブ室４の床側空間９に開設すると
共に外部に連通する２次側バルブ流路25を弁体12の下面
開口凹所８に開設しても良い。
次に、本発明にかかる効果を数値的に説明する。
第2,3図は従来の弁構造であり、第4,5図は本発明にか
かる弁構造である。両者の相違はバルブ室４の内側面と
弁体12の外側面との間に介装されたＯリング７の有無
と、弁体12の下面開口凹所８とバルブ室４の天井側空間
23とを連通する連通孔10の有無にある。
かる弁構造である。両者の相違はバルブ室４の内側面と
弁体12の外側面との間に介装されたＯリング７の有無
と、弁体12の下面開口凹所８とバルブ室４の天井側空間
23とを連通する連通孔10の有無にある。
…従来例１… 第２図において、 P0:流体入口圧（kgf/cm2） P1:流量制御体による弁押し下げ力（kgf） P2:流体圧P0による弁押し上げ力（kgf） ＝（π/4）・D0 2・P0 （D0は弁体の下縁の内径） P3:スプリングによる押し上げ力（kgf） この大きさは、流体出口（２次側バルブ流路25）側が
真空時に流量制御体２側の大気圧によりダイヤフラム３
を介して弁体12を押し下げる力と等しく取る。（これ
は、流体出口側が真空時においても弁としての機能、即
ちリフト量を保持するため。）このスプリングによる押
し上げ力は、大気圧＝1,033kgf/cm2≒1kgf/cm2としてダ
イヤフラム３全体にかかる荷重の2/3がダイヤフラム３
の外周部分にかかり、残りの1/3が制御側突起21にかか
るが、この1/3の荷重と等しい（注の説明を参照） よって、P3＝（π・D2 2/4）・１・（1/3） ＝（π・D2 2/12）（kgf） P4:弁体の下縁と流量計本体間の当接表面との間で流体
をシールするの必要な力（kgf） P5:ダイヤフラムも一種のバネであるため、弁体を前記
当接表面に押し付ける時、ダイヤフラムを撓ませる時の
反力（kgf） 上記各力の間には次の関係が成立する。
真空時に流量制御体２側の大気圧によりダイヤフラム３
を介して弁体12を押し下げる力と等しく取る。（これ
は、流体出口側が真空時においても弁としての機能、即
ちリフト量を保持するため。）このスプリングによる押
し上げ力は、大気圧＝1,033kgf/cm2≒1kgf/cm2としてダ
イヤフラム３全体にかかる荷重の2/3がダイヤフラム３
の外周部分にかかり、残りの1/3が制御側突起21にかか
るが、この1/3の荷重と等しい（注の説明を参照） よって、P3＝（π・D2 2/4）・１・（1/3） ＝（π・D2 2/12）（kgf） P4:弁体の下縁と流量計本体間の当接表面との間で流体
をシールするの必要な力（kgf） P5:ダイヤフラムも一種のバネであるため、弁体を前記
当接表面に押し付ける時、ダイヤフラムを撓ませる時の
反力（kgf） 上記各力の間には次の関係が成立する。
P1＝P2＋P3＋P4＋P5 ＝{(π/4)・D0 2・P0}＋{(π・D2 2/12)}＋P4＋P5 ＝{(π/12)(3D0 2・P0＋D2 2)}＋P4＋P5 …… …従来例２… 第３図の場合（この場合は、第２図の場合とは流体の
流出・入方向が逆である。） P0:流体入口圧（kgf/cm2） P1:流量制御体による弁押し下げ力（kgf） P2:流体圧P0による弁押し上げ力（kgf） ＝（π/4）・D1 2・P0 （D1は弁体の下縁の外径） P3:スプリングによる押し上げ力（kgf） この大きさは、流体出口（２次側バルブ流路25）側が
真空となり、流体流入（１次側バルブ流路24）側の流体
圧が最大となった時に弁体12を押し下げる力P2と等しく
とる。
流出・入方向が逆である。） P0:流体入口圧（kgf/cm2） P1:流量制御体による弁押し下げ力（kgf） P2:流体圧P0による弁押し上げ力（kgf） ＝（π/4）・D1 2・P0 （D1は弁体の下縁の外径） P3:スプリングによる押し上げ力（kgf） この大きさは、流体出口（２次側バルブ流路25）側が
真空となり、流体流入（１次側バルブ流路24）側の流体
圧が最大となった時に弁体12を押し下げる力P2と等しく
とる。
よって、P3＝（π・D1 2/4）・P0max P4:弁体の下縁と流量計本体間の当接表面との間で流体
をシールするの必要な力（kgf）＜前記第２図の従来例
１の場合と等しい。＞ P5:ダイヤフラムの反力＜前記第２図の従来例１の場合
と等しい。＞ P6:流体圧P0によりダイヤフラムを介して流量制御体を
押し上げる力（kgf） これはダイヤフラム３全体にかかる荷重の2/3がダイ
ヤフラム３の外周部分にかかり、1/3が制御側突起21に
かかるが、この1/3の荷重がP6と等しい。（注記参照） よって、P6＝（π・D2 2/4）・P0・（1/3） ＝（π・D2 2/12）・P0（kgf） 上記各力の間には次の関係が成立する。
をシールするの必要な力（kgf）＜前記第２図の従来例
１の場合と等しい。＞ P5:ダイヤフラムの反力＜前記第２図の従来例１の場合
と等しい。＞ P6:流体圧P0によりダイヤフラムを介して流量制御体を
押し上げる力（kgf） これはダイヤフラム３全体にかかる荷重の2/3がダイ
ヤフラム３の外周部分にかかり、1/3が制御側突起21に
かかるが、この1/3の荷重がP6と等しい。（注記参照） よって、P6＝（π・D2 2/4）・P0・（1/3） ＝（π・D2 2/12）・P0（kgf） 上記各力の間には次の関係が成立する。
P1＝−P2＋P3＋P4＋P5＋（π・D2 2/12）・P0 ＝−（π/4）・D1 2・P0＋（π・D2 2/4）・P0max ＋（π・D2 2/12）・P0＋P4＋P5 ＝（π/12）（D2 2・P0＋3D1 2・P0max−3D1 2・P0） ＋P4＋P5 …… …本発明の第１実施例… 本発明の第４図の場合 P0:流体入口圧（kgf/cm2） P1:流量制御体による弁押し下げ力（kgf） P2:流体圧P0による弁押し下げ力（kgf） ＝（π/4）（D1 2−D0 2）・P0 P3:スプリングによる押し上げ力（kgf） 弁体12と弁ハウジング11間のＯリング７による摩擦を
無視すると、流体最大圧P0maxによる弁押し下げ力P2max
に全体値を等しくとる。
無視すると、流体最大圧P0maxによる弁押し下げ力P2max
に全体値を等しくとる。
よって、P3＝P2max P4:弁体12下縁と流量計本体１の当接表面27との間で流
体をシールするの必要な力（kgf） ＜第２図の従来例１の場合と同一＞ P5:ダイヤフラムの反力（kgf） ＜第２図の従来例１の場合と同一＞ P6:流体圧P0によるダイヤフラムを介して流量制御体を
押し上げる力（kgf） ＜第３図の従来例２場合と等しい＞ よって、P6＝（π・D2 2/12）・P0（kgf） 上記各力の間には次の関係が成立する。
体をシールするの必要な力（kgf） ＜第２図の従来例１の場合と同一＞ P5:ダイヤフラムの反力（kgf） ＜第２図の従来例１の場合と同一＞ P6:流体圧P0によるダイヤフラムを介して流量制御体を
押し上げる力（kgf） ＜第３図の従来例２場合と等しい＞ よって、P6＝（π・D2 2/12）・P0（kgf） 上記各力の間には次の関係が成立する。
P1＝−P2＋P3＋P4＋P5＋P6 ＝−（π/4）（D1 2−D0 2）P0 ＋（π/4）（D1 2−D0 2）P0max＋P4＋P5 ＋（π・D2 2/12）・P0 ＝（π/12）（D2 2＋3D0 2−3D1 2）P0＋P4＋P5…… …本考案の第２実施例… 第５図の場合（この場合は、第４の場合とは流体の流
出・入方向が逆である。） P0:流体入口圧（kgf/cm2） P1:流量制御体による弁押し下げ力（kgf） P3:スプリングによる押し上げ力（kgf） 弁体12と弁ハウジング11間のＯリング７による摩擦を
無視すると、流体流出（２次側バルブ流路25）側が真空
時に流量制御体２側の大気圧によりダイヤフラム３を介
して弁体12を押し下げる力と等しくとる。即ち、第４図
の第１実施例のP3と等しい。よって、P3＝（π・D2 2/1
2） P4:弁体12の下縁と流量計本体１間の当接表面27との間
で流体をシールするの必要な力（kgf） ＜第４図の第１実施例の場合と同一＞ P5:ダイヤフラムの反力 ＜第４図の第１実施例の場合と同一＞ 上記各力の間には次の関係が成立する。
出・入方向が逆である。） P0:流体入口圧（kgf/cm2） P1:流量制御体による弁押し下げ力（kgf） P3:スプリングによる押し上げ力（kgf） 弁体12と弁ハウジング11間のＯリング７による摩擦を
無視すると、流体流出（２次側バルブ流路25）側が真空
時に流量制御体２側の大気圧によりダイヤフラム３を介
して弁体12を押し下げる力と等しくとる。即ち、第４図
の第１実施例のP3と等しい。よって、P3＝（π・D2 2/1
2） P4:弁体12の下縁と流量計本体１間の当接表面27との間
で流体をシールするの必要な力（kgf） ＜第４図の第１実施例の場合と同一＞ P5:ダイヤフラムの反力 ＜第４図の第１実施例の場合と同一＞ 上記各力の間には次の関係が成立する。
P1＝P3＋P4＋P5 ＝（π/12）・D2 2＋P4＋P5 ＝0.083π・D2 2＋P4＋P5 …… 以下、各場合の流体制御体１の押し下げ力P1の大小を
比較する。
比較する。
今、一例として、流体圧を0.5〜3kgf/cm2とすると、P
0max＝3kgf/cm2となる。
0max＝3kgf/cm2となる。
各寸法D0,D1,D2はD0＜D1＜D2であるが、計算を簡便に
するために近似的にD1＝D2とおき、D0に付いては、シー
ル力P4を大きくしないために、 D0＝0.9D1＝0.9D2とおく。
するために近似的にD1＝D2とおき、D0に付いては、シー
ル力P4を大きくしないために、 D0＝0.9D1＝0.9D2とおく。
（Ｉ） P0＝3kgf/cm2の時、式より、 P1＝（π/12）（3D0 2・P0＋D2 2）＋P4＋P5 ＝（π/12）｛３（0.9D2）２×３＋D2 2｝＋P4＋P5 ＝0.691πD2 2＋P4＋P5 ……′ 式より、 P1＝（π/12）（D2 2＋D2 2−3D2 2）×３＋P4＋P5 ＝0.25πD2 2＋P4＋P5 ……′ 式より、 P1＝（π/12）（D2 2＋３（0.9D2）２＋3D2 2）×３ ＋P4＋P5 ＝0.108πD2 2＋P4＋P5 ……′ 式はそのままで、 P1＝0.083π・D2 2＋P4＋P5 …… （II） P0＝0.5kgf/cm2の時、 式より、 P1＝（π/12）｛３（0.9D2）２×0.5＋D2 2｝＋P4＋P5 ＝0.185π＋P4＋P5 ……″ 式より、 P1＝（π/12）（D2 2×0.5＋３×D2 2×３−3D2 2×0.5） ＋P4＋P5 ＝0.667πD2 2＋P4＋P5 ……″ 式より、 P1＝（π/12）（D2 2＋３（0.9D2）２−3D1 2）×0.5 ＋P4＋P5 ＝0.018πD2 2＋P4＋P5 ……″ 式はそのままで、 P1＝0.083π・D2 2＋P4＋P5 …… （Ｉ）（II）の結果、0.5〜3kgf/cm2の流体圧におい
て、流量制御体の負荷が最大になるのは、 従来例１の場合は′式より、 P1＝0.691πD2 2＋P4＋P5 従来例２の場合は″式より、 P1＝0.667πD2 2＋P4＋P5 本発明１の場合は′式より、 P1＝0.108πD2 2＋P4＋P5 本発明２の場合は式より、 P1＝0.083πD2 2＋P4＋P5 以上の結果から本発明にかかるバルブ構造である
′，式の場合が、従来例のバルブ構造である′，
″式の場合に比べて、流量制御体が必要とする力は小
さくて良いことになる。この事は、各場合とも同じ出力
の流量制御体を用い、′，式の場合でシール出来る
弁体の径を定めた時、′，″式の場合は、シール力
P4が小さくなり、リークする事になり、シールを行うた
めには弁体12の径を小さくしなければならず、これは流
量が少なくなる事を意味する。この事を逆に言えば、本
発明の弁構造によれば流量制御体２にかかる負荷が小さ
くなり、同じ大きさの弁構造ではより大きな流量を流す
事が出来る事を意味する。
て、流量制御体の負荷が最大になるのは、 従来例１の場合は′式より、 P1＝0.691πD2 2＋P4＋P5 従来例２の場合は″式より、 P1＝0.667πD2 2＋P4＋P5 本発明１の場合は′式より、 P1＝0.108πD2 2＋P4＋P5 本発明２の場合は式より、 P1＝0.083πD2 2＋P4＋P5 以上の結果から本発明にかかるバルブ構造である
′，式の場合が、従来例のバルブ構造である′，
″式の場合に比べて、流量制御体が必要とする力は小
さくて良いことになる。この事は、各場合とも同じ出力
の流量制御体を用い、′，式の場合でシール出来る
弁体の径を定めた時、′，″式の場合は、シール力
P4が小さくなり、リークする事になり、シールを行うた
めには弁体12の径を小さくしなければならず、これは流
量が少なくなる事を意味する。この事を逆に言えば、本
発明の弁構造によれば流量制御体２にかかる負荷が小さ
くなり、同じ大きさの弁構造ではより大きな流量を流す
事が出来る事を意味する。
（注）スプリングによる押し上げ力P3に関する説明。
第６図のように直径2aのダイヤフラム３に圧力Ｐが作
用する場合、ダイヤフラム３の外周部の圧力Ｐによる荷
重πa2pに等しい反力Ｒが生じて力がつり合う。
用する場合、ダイヤフラム３の外周部の圧力Ｐによる荷
重πa2pに等しい反力Ｒが生じて力がつり合う。
第７図のように第６図の中心に制御側突起21を設けた
場合は、制御側突起21の反力R0と外周部の反力R1との合
力R0＋R1が圧力Ｐによる荷重πa2pとつり合う。
場合は、制御側突起21の反力R0と外周部の反力R1との合
力R0＋R1が圧力Ｐによる荷重πa2pとつり合う。
今、ダイヤフラム３中心を原点として外径方向のReの
処にダイヤフラム３の図心があるとすれば、 R0Re＝R1（ａ−Re） …（２） R0＋R1＝２πa2P …（３） （１）よりRe＝（2/3）ａ …（１′） （１′）と（２）（３）からR0＝（1/3）πa2P, R1＝（2/3）πa2Pとなる。
処にダイヤフラム３の図心があるとすれば、 R0Re＝R1（ａ−Re） …（２） R0＋R1＝２πa2P …（３） （１）よりRe＝（2/3）ａ …（１′） （１′）と（２）（３）からR0＝（1/3）πa2P, R1＝（2/3）πa2Pとなる。
従って、スプリング５の押し上げ力P3はダイヤフラム
３全体にかかる荷重の1/3に等しくなる。
３全体にかかる荷重の1/3に等しくなる。
（効 果） 本発明は叙上のように、バルブ室の内側面と弁体の外
側面との間にＯリングを介装してバルブ室を天井側空間
と床側空間とに分割し、流体センシング部から流体が流
入する１次側バルブ流路を弁体の下面開口凹所に開設す
ると共に外部に連通する２次側バルブ流路をバルブ室の
床側空間に開口し、弁体の下面開口凹所とバルブ室の天
井側空間とを連通する連通孔を全体に穿設してあるの
で、弁体の下面開口凹所内に流入した１次側の流体の一
部は、連通孔を通って天井側空間に入り、天井側空間の
気圧と下面開口凹所内の圧力とを等しくし、下面開口凹
所内に流入せる１次側流体の流入圧を減殺する。これに
より、流体制御体にかかる圧力を軽減し、大口径となっ
た場合でも弁体の正確なコントロールを行わせる事が出
来ると言う利点がある。
側面との間にＯリングを介装してバルブ室を天井側空間
と床側空間とに分割し、流体センシング部から流体が流
入する１次側バルブ流路を弁体の下面開口凹所に開設す
ると共に外部に連通する２次側バルブ流路をバルブ室の
床側空間に開口し、弁体の下面開口凹所とバルブ室の天
井側空間とを連通する連通孔を全体に穿設してあるの
で、弁体の下面開口凹所内に流入した１次側の流体の一
部は、連通孔を通って天井側空間に入り、天井側空間の
気圧と下面開口凹所内の圧力とを等しくし、下面開口凹
所内に流入せる１次側流体の流入圧を減殺する。これに
より、流体制御体にかかる圧力を軽減し、大口径となっ
た場合でも弁体の正確なコントロールを行わせる事が出
来ると言う利点がある。
又、請求項（２）は、請求項（１）の逆であるが同様
の効果を達成する事ができる。
の効果を達成する事ができる。
第１図…本発明の一実施例の断面図 第２図…本発明の第１実施例のバルブ部分の拡大断面図 第３図…本発明の第２実施例のバルブ部分の拡大断面図 第４図…第１従来例のバルブ部分の拡大断面図 第５図…第２従来例のバルブ部分の拡大断面図 第6,7図…スプリングによる押し上げ力P3に関する説明
のためのダイヤフラム部分の断面図。 （Ａ）……質量流量計 （Ｂ）……コントロールバルブ部 （Ｃ）……流体センシング部 （１）……流量計本体、（２）……流量制御体（ピエゾ
素子） （３）……天井面（ダイヤフラム）、（４）……バルブ
室 （５）……弾性体（スプリング） （７）……Ｏリング、（８）……下面開口凹所 （９）……床側空間、（10）……連通孔 （11）……弁ハウジング、（12）……弁体 （13）……ガイド穴、（14）……バイパス流路 （15）……層流素子、（16）……感熱コイル （17）……ケーシング、（18）……ピエゾ素子収納孔 （19）……調整ネジ、（20）……弁側突起 （21）……制御側突起、（24）……１次側バルブ流路 （25）……２次側バルブ流路 （27）……当接上面、（28）……センシング流路
のためのダイヤフラム部分の断面図。 （Ａ）……質量流量計 （Ｂ）……コントロールバルブ部 （Ｃ）……流体センシング部 （１）……流量計本体、（２）……流量制御体（ピエゾ
素子） （３）……天井面（ダイヤフラム）、（４）……バルブ
室 （５）……弾性体（スプリング） （７）……Ｏリング、（８）……下面開口凹所 （９）……床側空間、（10）……連通孔 （11）……弁ハウジング、（12）……弁体 （13）……ガイド穴、（14）……バイパス流路 （15）……層流素子、（16）……感熱コイル （17）……ケーシング、（18）……ピエゾ素子収納孔 （19）……調整ネジ、（20）……弁側突起 （21）……制御側突起、（24）……１次側バルブ流路 （25）……２次側バルブ流路 （27）……当接上面、（28）……センシング流路
Claims (2)
- 【請求項１】流体の流量をセンシングする流体センシン
グ部と、センシング信号に基づいて流体の流量を制御す
るコントロールバルブ部並びに流体センシング部とコン
トロールバルブ部とをマウントする流量計本体とで構成
された質量流量計において、コントロールバルブ部側に
天井面がダイヤフラムとなったバルブ室を設け、バルブ
室内に下面開口の弁体を配設し、弁体を天井面側に押圧
付勢する弾性体を弁体の下面開口凹所内に配設すると共
にダイヤフラムである天井面を介して弁体を前記弾性体
の弾発力に抗してバルブ室の床面側に押圧し、弁体の床
面からの離間量を制御する流量制御体をダイヤフラム側
に設け、バルブ室の内側面と弁体の外側面との間にＯリ
ングを介装してバルブ室を天井側空間と床側空間とに分
割し、流体センシング部から流体が流入する１次側バル
ブ流路を弁体の下面開口凹所に開設すると共に外部に連
通する２次側バルブ流路をバルブ室の床側空間に開口
し、弁体の下面開口凹所とバルブ室の天井側空間とを連
通する連通孔を弁体に穿設してなる事を特徴とする質量
流量計の弁構造。 - 【請求項２】請求項（１）の質量流量計の弁構造におい
て、流体センシング部から流体が流入する１次側バルブ
流路をバルブ室の床側空間に開設すると共に外部に連通
する２次側バルブ流路を弁体の下面開口凹所に開設して
成る事を特徴とする質量流量計の弁構造。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP602990A JP2769734B2 (ja) | 1990-01-15 | 1990-01-15 | 質量流量計の弁構造 |
| US07/579,521 US5080131A (en) | 1989-09-26 | 1990-09-10 | Mass flow controller |
| US07/776,026 US5159951A (en) | 1989-09-26 | 1991-10-15 | Mass flow controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP602990A JP2769734B2 (ja) | 1990-01-15 | 1990-01-15 | 質量流量計の弁構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03213779A JPH03213779A (ja) | 1991-09-19 |
| JP2769734B2 true JP2769734B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=11627242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP602990A Expired - Fee Related JP2769734B2 (ja) | 1989-09-26 | 1990-01-15 | 質量流量計の弁構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2769734B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9243325B2 (en) * | 2012-07-18 | 2016-01-26 | Rohm And Haas Electronic Materials Llc | Vapor delivery device, methods of manufacture and methods of use thereof |
| EP3734233B1 (en) * | 2019-04-30 | 2023-12-13 | Fas Medic S.A. | Fluid sensing apparatus |
-
1990
- 1990-01-15 JP JP602990A patent/JP2769734B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03213779A (ja) | 1991-09-19 |
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Legal Events
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