JP7382054B2 - Valve devices and flow control devices - Google Patents

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本発明は、バルブ装置および流量制御装置に関し、特に、半導体製造設備、薬品製造装置または化学プラント等に用いるガス供給システムにおいて好適に用いられるバルブ装置および流量制御装置に関する。 The present invention relates to a valve device and a flow rate control device, and more particularly to a valve device and a flow rate control device that are suitably used in gas supply systems used in semiconductor manufacturing equipment, drug manufacturing equipment, chemical plants, and the like.

半導体製造設備又は化学プラント等において、プロセスチャンバなどにガスを適切な流量で供給することが要求される。ガス流量の制御装置としては、マスフローコントローラ(熱式質量流量制御器)や圧力式流量制御装置が知られている。 BACKGROUND ART In semiconductor manufacturing equipment, chemical plants, etc., it is required to supply gas to a process chamber or the like at an appropriate flow rate. Mass flow controllers (thermal mass flow controllers) and pressure flow controllers are known as gas flow rate control devices.

圧力式流量制御装置は、コントロール弁と絞り部(例えばオリフィスプレートや臨界ノズル)とを組み合せた比較的簡単な機構によって各種流体の質量流量を高精度に制御することができるので広く利用されている。圧力式流量制御装置は、一次側供給圧が大きく変動しても安定した流量制御が行えるという優れた流量制御特性を有している。 Pressure flow control devices are widely used because they can control the mass flow rate of various fluids with high precision using a relatively simple mechanism that combines a control valve and a restrictor (for example, an orifice plate or critical nozzle). . The pressure-type flow rate control device has excellent flow rate control characteristics that allow stable flow rate control even when the primary side supply pressure fluctuates greatly.

圧力式流量制御装置には、絞り部の上流側の流体圧力(以下、上流圧力PUと呼ぶことがある)を制御することによって流量を調整するものがある。上流圧力PUは、絞り部の上流側に配置されたコントロール弁の開度調整によって制御される。 Some pressure-type flow rate control devices adjust the flow rate by controlling the fluid pressure on the upstream side of the restrictor (hereinafter sometimes referred to as upstream pressure PU ). The upstream pressure P U is controlled by adjusting the opening degree of a control valve disposed upstream of the throttle section.

圧力式流量制御装置に用いられるコントロール弁として、圧電素子駆動装置(以下、ピエゾアクチュエータと呼ぶことがある)によって金属ダイヤフラム弁体を開閉させるように構成された圧電素子駆動式バルブが用いられている。特許文献1には、コントロール弁として用いられる圧電素子駆動式バルブが開示されている。圧電素子駆動式バルブは、高速動作が可能であり、その開度を圧力センサの出力に基づいてフィードバック制御することによって、上流圧力および流量を制御することができる。 A piezoelectric element-driven valve configured to open and close a metal diaphragm valve body using a piezoelectric element driving device (hereinafter sometimes referred to as a piezo actuator) is used as a control valve used in a pressure-type flow rate control device. . Patent Document 1 discloses a piezoelectric element-driven valve used as a control valve. A piezoelectric element-driven valve is capable of high-speed operation, and can control upstream pressure and flow rate by feedback controlling its opening degree based on the output of a pressure sensor.

特開2007-192269号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-192269 特許第6336692号Patent No. 6336692 国際公開第2004/079243号International Publication No. 2004/079243

圧電素子駆動式バルブは、小流量のガスの流量制御を精度よく行うことができるが、その一方で、大流量のガスを流すことが困難な場合がある。これは、圧電素子の伸長によって制御できる弁開閉の範囲には限度があるからである。圧電素子駆動式バルブのリフト量は、例えば35~40μm程度に設定されているが、このような変位量では10slm(standard liter/min)以上のガスを流すことは困難である。 A piezoelectric element-driven valve can accurately control the flow rate of a small flow rate of gas, but on the other hand, it may be difficult to flow a large flow rate of gas. This is because there is a limit to the range of valve opening and closing that can be controlled by expanding the piezoelectric element. The lift amount of the piezoelectric element-driven valve is set, for example, to about 35 to 40 μm, but with such a displacement amount, it is difficult to flow gas of 10 slm (standard liter/min) or more.

このため、大流量が求められる近年の用途においては、従来の圧電素子駆動式バルブでは流量が不足することがあった。なお、1つのラインに対して、コントロール弁を有する並列な2流路を設けて流量不足を補う方法も考えられるが、この場合には、コストの増加や装置の複雑化・肥大化を招くことになる。 For this reason, in recent applications where a large flow rate is required, the flow rate has sometimes been insufficient with conventional piezoelectric element-driven valves. It is also possible to compensate for the lack of flow rate by providing two parallel flow paths with control valves for one line, but in this case, this may result in increased costs and the complexity and enlargement of the equipment. become.

特許文献2には、空気圧を用いて開閉動作を行う主アクチュエータと、開度調整用のピエゾアクチュエータとを組み合わせたバルブ装置が開示されている。このように構成されたバルブ装置は、プロセスチャンバの手前の流路に設けられ、ALD(Atomic Layer Deposition)などのプロセスを行う際に、ガスをパルス的に供給するための開閉弁として好適に利用することができる。 Patent Document 2 discloses a valve device that combines a main actuator that performs opening/closing operations using air pressure and a piezo actuator for adjusting the opening degree. The valve device configured in this manner is installed in the flow path in front of the process chamber, and is suitably used as an on-off valve for supplying gas in pulses when performing a process such as ALD (Atomic Layer Deposition). can do.

しかしながら、特許文献2に記載のバルブ装置では、最大流量の確保はできるものの、基本的には開閉弁としての使用が想定されているため、小流量から大流量までの広い流量範囲にわたって精度よく流量制御を行うことは困難な場合があった。このため、圧力式流量制御装置のコントロール弁として使用することは困難であった。 However, although the valve device described in Patent Document 2 can ensure the maximum flow rate, it is basically intended to be used as an on-off valve, so the flow rate can be accurately controlled over a wide flow range from small flow rates to large flow rates. Control was sometimes difficult. For this reason, it has been difficult to use it as a control valve for a pressure-type flow rate control device.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、小流量から大流量までの流量制御を精度よく行うことができ、圧力式流量制御装置のコントロール弁としても利用し得るバルブ装置およびこれを備えた流量制御装置を提供することをその主たる目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a valve device and a valve device that can accurately control the flow rate from a small flow rate to a large flow rate, and can also be used as a control valve of a pressure-type flow rate control device. The main objective is to provide a flow control device equipped with this.

本発明の実施形態によるバルブ装置は、弁座に離着座可能な弁体と、前記弁体に接続された操作部材と、前記操作部材を移動させる主アクチュエータであって駆動流体によって動作する主アクチュエータと、前記主アクチュエータに供給される駆動流体の圧力を調整する圧力調整器と、前記主アクチュエータによって前記操作部材とともに移動可能に設けられ、電気的な駆動により伸長可能な副アクチュエータと、前記副アクチュエータを前記弁体の方向に付勢する弾性部材とを備える。 A valve device according to an embodiment of the present invention includes a valve body that can be placed in and out of a valve seat, an operation member connected to the valve body, and a main actuator that moves the operation member and that is operated by a driving fluid. a pressure regulator that adjusts the pressure of the driving fluid supplied to the main actuator; a sub-actuator that is movable together with the operating member by the main actuator and is extendable by electrical drive; and the sub-actuator an elastic member that urges the valve body toward the valve body.

ある実施形態において、上記のバルブ装置は、前記圧力調整器によって圧力が調整された駆動流体によって前記主アクチュエータが前記弾性部材の付勢力に抗して前記操作部材を移動させ、かつ、前記副アクチュエータの伸長によって前記弾性部材の付勢力を増加させて前記操作部材を移動させるように構成されている。 In one embodiment, in the above-mentioned valve device, the main actuator moves the operating member against the urging force of the elastic member by a driving fluid whose pressure is adjusted by the pressure regulator, and the sub-actuator moves the operating member. The elastic member is configured to increase the biasing force of the elastic member and move the operating member as the elastic member expands.

ある実施形態において、上記のバルブ装置は、前記駆動流体の圧力の調整と、前記副アクチュエータの伸長度の調整とによって、閉から最大開度までの間の任意の弁開度に制御できるように構成されている。 In one embodiment, the above-mentioned valve device is capable of controlling the valve opening to any desired degree between close and maximum opening by adjusting the pressure of the driving fluid and adjusting the degree of extension of the auxiliary actuator. It is configured.

ある実施形態において、前記主アクチュエータは、前記操作部材に係合するピストンを有する空気駆動式のアクチュエータを含み、前記副アクチュエータは、ピエゾアクチュエータを含み、前記圧力調整器は、電空レギュレータを含む。 In some embodiments, the primary actuator includes a pneumatic actuator having a piston that engages the operating member, the secondary actuator includes a piezo actuator, and the pressure regulator includes an electropneumatic regulator.

ある実施形態において、上記のバルブ装置は、前記操作部材のフランジ部を前記弁体の方向に付勢する主弾性部材をさらに備える。 In one embodiment, the above valve device further includes a main elastic member that biases the flange portion of the operating member toward the valve body.

本発明の実施形態による流量制御装置は、流路に設けられた絞り部と、前記絞り部の上流側に設けられ、上記のいずれかのバルブ装置によって構成されるコントロール弁と、前記絞り部と前記コントロール弁との間の流体圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサの出力に基づいて前記コントロール弁の開閉動作を制御する制御部とを備える。 A flow rate control device according to an embodiment of the present invention includes a constriction section provided in a flow path, a control valve provided upstream of the constriction section and constituted by any one of the valve devices described above, and the constriction section. The control valve includes a pressure sensor that measures fluid pressure between the control valve and the control valve, and a control unit that controls opening and closing operations of the control valve based on the output of the pressure sensor.

本発明の実施形態のバルブ装置および流量制御装置によれば、小流量から大流量までの流量制御を適切に行うことができる。 According to the valve device and flow rate control device of the embodiment of the present invention, it is possible to appropriately control the flow rate from a small flow rate to a large flow rate.

本発明の実施形態によるバルブ装置を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a valve device according to an embodiment of the present invention. 図1のバルブ装置を含むバルブ駆動系を示す図である。2 is a diagram showing a valve drive system including the valve device of FIG. 1. FIG. 主アクチュエータの操作圧力とCv値との関係とを示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the operating pressure of the main actuator and the Cv value. 本発明の実施形態によるバルブ装置を備えた流量制御装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a flow control device including a valve device according to an embodiment of the present invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.

図1は、本発明の実施形態にかかるバルブ装置100を示す。バルブ装置100は、ダイヤフラム弁体34を開閉動作させるための操作部材30と、操作部材30を比較的大きく移動させるための主アクチュエータ10と、操作部材30を比較的小さく移動させるための副アクチュエータ20とを備えている。 FIG. 1 shows a valve device 100 according to an embodiment of the invention. The valve device 100 includes an operating member 30 for opening and closing a diaphragm valve body 34, a main actuator 10 for moving the operating member 30 relatively large, and a sub actuator 20 for moving the operating member 30 relatively small. It is equipped with

バルブ装置100は、ノーマルクローズ型のバルブであり、主アクチュエータ10および副アクチュエータ20が駆動されていないとき、ダイヤフラム弁体34は、操作部材30を介して主弾性部材42(ここではコイルばね)などから受ける付勢力によって弁座(図示せず)に押し付けられている。弁座は、通常、ダイヤフラム弁体34の中央部に対面する環状の突出面として設けられている。 The valve device 100 is a normally closed type valve, and when the main actuator 10 and the sub actuator 20 are not driven, the diaphragm valve body 34 is connected to the main elastic member 42 (here, a coil spring) etc. via the operating member 30. It is pressed against the valve seat (not shown) by the urging force received from the valve seat. The valve seat is usually provided as an annular protruding surface facing the center of the diaphragm valve body 34.

主アクチュエータ10、副アクチュエータ20、および、操作部材30は、いずれも、バルブ筐体40の内側に配置されている。本実施形態において、バルブ筐体40は、ボンネット40a、中間筐体40b、上部筐体40c、および、上部カバー40dによって構成されており、これらは互いにネジ締め固定されている。このうち、ボンネット40aは、図示しない流路ブロックにネジ締め固定されており、バルブ筐体40の全体が流路ブロックに対して固定された状態にある。 The main actuator 10, the sub actuator 20, and the operating member 30 are all arranged inside the valve housing 40. In this embodiment, the valve housing 40 includes a bonnet 40a, an intermediate housing 40b, an upper housing 40c, and an upper cover 40d, which are fixed to each other with screws. Of these, the bonnet 40a is screwed and fixed to a flow path block (not shown), so that the entire valve housing 40 is fixed to the flow path block.

バルブ装置100において、操作部材30はステンレス鋼製の筒体を含み、バルブ筐体40に対して、上下方向(弁体の開閉方向)に移動可能に配置されている。操作部材30の下方先端には、ダイヤフラム弁体34の中央部に接するダイヤフラム押さえ32が固定されており、操作部材30の上下移動によって、ダイヤフラム弁体34を弁座に押しつけたり、ダイヤフラム弁体34を弁座から離間させたりすることができる。なお、操作部材30の材料としては、ステンレス鋼以外にも、インバー材等を用いることも可能であり、特に材質について限定されず、状況等によって使用する材料を選定すればよい。ダイヤフラム押さえ32は、例えば合成樹脂(例えば四フッ化エチレン樹脂)や合成ゴムやアルミニウムやステンレス鋼、インバー材などから形成され得る。 In the valve device 100, the operating member 30 includes a cylinder made of stainless steel, and is arranged to be movable in the vertical direction (the opening/closing direction of the valve body) with respect to the valve housing 40. A diaphragm presser 32 is fixed to the lower tip of the operating member 30 and is in contact with the center of the diaphragm valve element 34. By moving the operating member 30 up and down, the diaphragm valve element 34 is pressed against the valve seat, and the diaphragm valve element 34 is pressed against the valve seat. can be moved away from the valve seat. Note that as the material for the operating member 30, in addition to stainless steel, it is also possible to use an invar material, etc., and the material is not particularly limited, and the material to be used may be selected depending on the situation. The diaphragm retainer 32 may be made of, for example, synthetic resin (eg, tetrafluoroethylene resin), synthetic rubber, aluminum, stainless steel, Invar material, or the like.

また、ダイヤフラム弁体34は、例えば、ステンレス鋼製またはコバルトニッケル合金製の円形薄板(例えば厚さ15~100μm)であり、中央部が上方へ僅かに膨出した逆皿形に形成されていてよい。ダイヤフラム弁体34は、1枚のダイヤフラムから形成されていてもよいし、2~4枚のダイヤフラムの積層体から形成されていてもよい。ダイヤフラム弁体34の周縁部は、ステンレス合金製の押さえアダプタ36を挟んで、ボンネット40aと流路ブロックとの間に固定されている。 The diaphragm valve body 34 is, for example, a circular thin plate (for example, 15 to 100 μm thick) made of stainless steel or cobalt-nickel alloy, and is formed into an inverted dish shape with a slightly bulged upward in the center. good. The diaphragm valve body 34 may be formed from a single diaphragm, or may be formed from a stack of 2 to 4 diaphragms. The peripheral edge of the diaphragm valve body 34 is fixed between the bonnet 40a and the flow path block with a stainless alloy holding adapter 36 in between.

本明細書において、便宜上、ダイヤフラム弁体34の開閉方向(または操作部材30の移動方向)を上下方向D1、D2と規定している。ただし、バルブ装置100の姿勢によって、弁体の開閉方向は水平方向や斜め方向であってもよく、本明細書における上下方向D1、D2は、実際の鉛直方向とは異なるものであってもよい。また、上下は逆であってもよい。 In this specification, for convenience, the opening/closing direction of the diaphragm valve body 34 (or the moving direction of the operating member 30) is defined as the vertical directions D1 and D2. However, depending on the attitude of the valve device 100, the opening/closing direction of the valve body may be horizontal or diagonal, and the vertical directions D1 and D2 in this specification may be different from the actual vertical direction. . Moreover, the top and bottom may be reversed.

本実施形態において、操作部材30を移動させる主アクチュエータ10としては、駆動流体としての圧縮空気を用いて操作部材30を上下動させる空気駆動式のアクチュエータが用いられている。主アクチュエータ10は、環状の第1~第3のピストン12a、12b、12cを含んでいる。第1~第3のピストン12a、12b、12cは、操作部材30の外周面に設けられた段差部に当接するようにして操作部材30の周囲に嵌合されており、操作部材30と共に上下方向D1、D2に沿って移動可能である。 In this embodiment, the main actuator 10 that moves the operating member 30 is an air-driven actuator that moves the operating member 30 up and down using compressed air as a driving fluid. The main actuator 10 includes first to third annular pistons 12a, 12b, and 12c. The first to third pistons 12a, 12b, and 12c are fitted around the operating member 30 so as to come into contact with a stepped portion provided on the outer peripheral surface of the operating member 30. It is movable along D1 and D2.

第1~第3のピストン12a、12b、12cの内周面と操作部材30との間、および、第1~第3のピストン12a、12b、12cの外周面と外側のバルブ筐体40との間には、Oリング16が設けられている。また、第1~第3のピストン12a、12b、12cの下面側には第1~第3のピストン圧力室14a、14b、14cが設けられている。一方で、第1~第3のピストン12a、12b、12cの上面側には、外部と連通する隙間が設けられ、この隙間は典型的には大気圧に維持されている。第1~第3のピストンの下面側の圧力室14a、14b、14cと上記の隙間とは、Oリング16によって隔離されており、圧力室14a、14b、14cはシールされた状態にある。 Between the inner circumferential surfaces of the first to third pistons 12a, 12b, 12c and the operating member 30, and between the outer circumferential surfaces of the first to third pistons 12a, 12b, 12c and the outer valve housing 40. An O-ring 16 is provided between them. Furthermore, first to third piston pressure chambers 14a, 14b, and 14c are provided on the lower surface side of the first to third pistons 12a, 12b, and 12c. On the other hand, gaps communicating with the outside are provided on the upper surfaces of the first to third pistons 12a, 12b, and 12c, and these gaps are typically maintained at atmospheric pressure. The pressure chambers 14a, 14b, 14c on the lower surface side of the first to third pistons and the above-mentioned gap are separated by an O-ring 16, and the pressure chambers 14a, 14b, 14c are in a sealed state.

圧力室14a、14b、14cには、供給管50を介して、空気源からの圧縮空気が送られる。供給管50からの空気は、図1からわかるように、バルブ筐体40に設けられた細穴および操作部材30に設けられた細穴を通り、操作部材30とその内周側に配された筒状壁面部材38との間の隙間に流れ込み、第1および第2圧力室14a、14bへと到達する。 Compressed air from an air source is sent to the pressure chambers 14a, 14b, and 14c via a supply pipe 50. As can be seen from FIG. 1, the air from the supply pipe 50 passes through a small hole provided in the valve housing 40 and a small hole provided in the operating member 30, and is arranged around the operating member 30 and its inner circumference. It flows into the gap between the tubular wall member 38 and reaches the first and second pressure chambers 14a, 14b.

主アクチュエータ10は、第1~第3のピストン12a、12b、12cを空気圧によって上方に押し上げることによって、係合する操作部材30を上方向D1に移動させることができる。また、供給管50および圧力室14a、14b、14cには、電空レギュレータ55(図2参照)を介して、任意の圧力の圧縮空気が供給される。電空レギュレータ55は、主アクチュエータ10の操作圧力を任意の大きさに調整する機能を有している。なお、電空レギュレータ55を備える空気駆動型弁は、特許文献3に開示されている。 The main actuator 10 can move the engaged operating member 30 in the upward direction D1 by pushing up the first to third pistons 12a, 12b, and 12c using air pressure. Further, compressed air at an arbitrary pressure is supplied to the supply pipe 50 and the pressure chambers 14a, 14b, and 14c via an electropneumatic regulator 55 (see FIG. 2). The electropneumatic regulator 55 has a function of adjusting the operating pressure of the main actuator 10 to an arbitrary level. Note that an air-driven valve including an electropneumatic regulator 55 is disclosed in Patent Document 3.

また、操作部材30を移動させる副アクチュエータ20としては、ピエゾアクチュエータが用いられている。副アクチュエータ20は、操作部材30の内側において、操作部材30に対して摺動可能に配置されている。 Furthermore, a piezo actuator is used as the sub actuator 20 that moves the operating member 30. The sub actuator 20 is arranged inside the operating member 30 so as to be slidable with respect to the operating member 30.

副アクチュエータ20では、ピエゾ素子(圧電素子ともいう)への印加電圧を制御することによって自身の伸長度が制御される。副アクチュエータ20としては、圧電素子を積層したものを金属容器内に密封した金属密封型積層ピエゾアクチュエータ(例えば日本特殊陶業社製)や、一本の圧電素子によって構成されたピエゾアクチュエータが用いられる。圧電素子への電圧の印加は、上部から延びる配線24を介して行われる。 In the sub actuator 20, the degree of expansion thereof is controlled by controlling the voltage applied to the piezo element (also referred to as a piezoelectric element). As the sub-actuator 20, a metal-sealed laminated piezo actuator (for example, manufactured by Nippon Tokushu Togyo Co., Ltd.) in which a stack of piezoelectric elements is sealed in a metal container, or a piezo actuator constituted by a single piezoelectric element is used. A voltage is applied to the piezoelectric element via a wiring 24 extending from the top.

副アクチュエータ20の下端部には半球状の突出部22が設けられており、この突出部22は、操作部材30に固定された受け台33によって支持されている。また、副アクチュエータ20の上方には、上部弾性部材(ここでは皿バネ)25が設けられている。 A hemispherical protrusion 22 is provided at the lower end of the sub-actuator 20 , and the protrusion 22 is supported by a pedestal 33 fixed to the operating member 30 . Further, an upper elastic member (here, a disc spring) 25 is provided above the sub-actuator 20.

上部弾性部材25は、副アクチュエータ20の上面を覆う蓋材26と、バルブ筐体40の上部カバー40dの下面との間に配置されており、蓋材26および副アクチュエータ20を下方向に付勢することができる。上部弾性部材25は、バルブ閉状態のときに、例えば100~400Nの力で副アクチュエータ20を下側に押すように設けられる。 The upper elastic member 25 is disposed between a lid member 26 that covers the upper surface of the sub-actuator 20 and the lower surface of the upper cover 40d of the valve housing 40, and urges the lid member 26 and the sub-actuator 20 downward. can do. The upper elastic member 25 is provided to push the sub actuator 20 downward with a force of, for example, 100 to 400 N when the valve is in the closed state.

以上の構成において、主アクチュエータ10および副アクチュエータ20が駆動していない状態において、ダイヤフラム弁体34は、操作部材30のフランジ部35を下側に押し付ける主弾性部材42の付勢力と、副アクチュエータ20を下側に押し付ける上部弾性部材25の付勢力とによって、弁座に押し付けられている。主弾性部材42は、閉状態での弁体の押しつけ力を十分なものにするために、閉状態において比較的大きい力(例えば300~600N)のばね荷重を下方に付与するように設定されている。 In the above configuration, when the main actuator 10 and the sub actuator 20 are not driven, the diaphragm valve body 34 receives the urging force of the main elastic member 42 that presses the flange portion 35 of the operating member 30 downward, and the sub actuator 20 is pressed against the valve seat by the urging force of the upper elastic member 25 that presses the valve downward. The main elastic member 42 is set to apply a relatively large spring load (for example, 300 to 600 N) downward in the closed state in order to provide sufficient pressing force against the valve body in the closed state. There is.

一方、開弁するときには、主アクチュエータ10に開度対応の操作圧力を有する圧縮空気が供給され、主弾性部材42および上部弾性部材25の付勢力に抗して、第1~第3のピストン12a、12b、12cによって操作部材30を上側に持ち上げる。このとき、荷重のバランスがとられているので、操作部材30の移動は比較的滑らかに行われ、操作部材30の変位を操作圧力によって調整しやすい。また、特に上部弾性部材25は、組み立て時等に皿バネの枚数の調整などにより弾性力の調節を行うことが比較的容易であるので、実際の主アクチュエータ10の操作圧力に適合する適切な弾性力に調整しやすいという利点がある。 On the other hand, when opening the valve, compressed air having an operating pressure corresponding to the opening degree is supplied to the main actuator 10, and the first to third pistons 12a are moved against the urging force of the main elastic member 42 and the upper elastic member 25. , 12b, 12c lift the operating member 30 upward. At this time, since the load is balanced, the operation member 30 moves relatively smoothly, and the displacement of the operation member 30 is easily adjusted by the operation pressure. In particular, since it is relatively easy to adjust the elastic force of the upper elastic member 25 by adjusting the number of disc springs during assembly, etc., the upper elastic member 25 has an appropriate elastic force that matches the actual operating pressure of the main actuator 10. It has the advantage of being easy to adjust to the force.

本構成によれば、主アクチュエータ10の操作圧力と弁開度とを概ねリニアな関係とすることができ、また、操作部材30の変位を、上部弾性部材25の最大変位に対応する大きさまで増加させることができる。これにより、ダイヤフラム弁体34の最大開度を大きくすることができ、小流量から大流量までのガスを、駆動流体の操作圧力に応じた流量で流すことが可能になる。 According to this configuration, the operating pressure of the main actuator 10 and the valve opening can be in a generally linear relationship, and the displacement of the operating member 30 can be increased to a magnitude corresponding to the maximum displacement of the upper elastic member 25. can be done. Thereby, the maximum opening degree of the diaphragm valve body 34 can be increased, and it becomes possible to flow gas from a small flow rate to a large flow rate at a flow rate corresponding to the operating pressure of the driving fluid.

また、主アクチュエータ10による操作部材30の移動と共に、操作部材30の内側に配された副アクチュエータ20も、上部弾性部材25によって下側に付勢されながら、上側に移動する。このとき、副アクチュエータ20に電圧を印加して副アクチュエータ20を伸長させれば、上部弾性部材25の変位を増加させながら(すなわち、上部弾性部材25をさらに縮めながら)、下方向への付勢力を増加させることができる。これにより、操作部材30の変位を下方向に微調整することができる。 Further, as the operating member 30 moves by the main actuator 10, the sub actuator 20 disposed inside the operating member 30 also moves upward while being urged downward by the upper elastic member 25. At this time, if a voltage is applied to the sub-actuator 20 to extend the sub-actuator 20, a downward biasing force is generated while increasing the displacement of the upper elastic member 25 (that is, while further contracting the upper elastic member 25). can be increased. Thereby, the displacement of the operating member 30 can be finely adjusted downward.

したがって、主アクチュエータ10の操作圧力と、副アクチュエータ20の印加電圧との双方を組み合わせて制御することによって、小流量から大流量までの広い範囲にわたって、精度よく流量制御を行うことが可能になる。 Therefore, by controlling both the operating pressure of the main actuator 10 and the applied voltage of the sub-actuator 20 in combination, it becomes possible to accurately control the flow rate over a wide range from small flow rates to large flow rates.

また、バルブ装置100を圧力式流量制御装置のコントロール弁として用いる場合、弁開度は、絞り部上流側の圧力センサの出力(上流圧力PU)に基づいてフィードバック制御によって調整される。このとき、圧力の揺らぎなどによって弁開度の連続的な微調整が必要になることがある。このときにも、バルブ装置100では、主アクチュエータ10の操作圧力を一定に維持したまま、応答性に優れる副アクチュエータ20の電圧制御によって弁開度を圧力変動に適切に追従させることができる。 Further, when the valve device 100 is used as a control valve of a pressure-type flow rate control device, the valve opening degree is adjusted by feedback control based on the output (upstream pressure P U ) of a pressure sensor on the upstream side of the throttle portion. At this time, continuous fine adjustment of the valve opening may be required due to pressure fluctuations. Even at this time, in the valve device 100, the valve opening can be made to appropriately follow pressure fluctuations by controlling the voltage of the sub actuator 20, which has excellent responsiveness, while maintaining the operating pressure of the main actuator 10 constant.

図2は、バルブ装置100を含むバルブ駆動系150を示す。バルブ駆動系150は、バルブ装置100に圧縮空気を供給するためのガスソースGSと、ガスソースGSとバルブ装置100との間の流路に介在する電空レギュレータ55と、バルブ装置100および電空レギュレータ55の動作を制御するコントローラ60とを備えている。 FIG. 2 shows a valve drive system 150 that includes the valve device 100. The valve drive system 150 includes a gas source GS for supplying compressed air to the valve device 100, an electro-pneumatic regulator 55 interposed in a flow path between the gas source GS and the valve device 100, and a gas source GS for supplying compressed air to the valve device 100. The controller 60 controls the operation of the regulator 55.

電空レギュレータ55は、バルブ装置100の主アクチュエータ10に供給する圧縮空気の圧力を制御するために設けられている。電空レギュレータ55は、一種の比例制御弁であり、設定圧力を示す入力信号と圧力センサ信号との差が解消するように給気弁および排気弁を駆動することによって、ガスソースGSからの圧縮空気G0を圧力調整し、設定圧力に制御された圧縮空気G1を出力するように構成されている。ただし、電空レギュレータ55に限られず、主アクチュエータ10に供給される圧縮空気の圧力(操作圧力)を任意に調整できる限り、他の種々の態様の圧力調整器を用いることもできる。 The electropneumatic regulator 55 is provided to control the pressure of compressed air supplied to the main actuator 10 of the valve device 100. The electro-pneumatic regulator 55 is a type of proportional control valve, and controls the compression from the gas source GS by driving the air supply valve and the exhaust valve so that the difference between the input signal indicating the set pressure and the pressure sensor signal is eliminated. It is configured to adjust the pressure of air G0 and output compressed air G1 controlled to a set pressure. However, the present invention is not limited to the electropneumatic regulator 55, and various other types of pressure regulators may be used as long as the pressure (operating pressure) of the compressed air supplied to the main actuator 10 can be arbitrarily adjusted.

外部からバルブ開度制御信号が入力されると、コントローラ60は、粗調整用操作圧指令A1を電空レギュレータ55に出力するとともに、微調整用ピエゾ指令A2をバルブ装置100の副アクチュエータ20に出力する。これにより、主アクチュエータ10の操作圧力と副アクチュエータ20の駆動電圧とに対応した開度にバルブを調整することができる。コントローラ60は、典型的には、CPU、ROMやRAMなどのメモリ(記憶部)M、A/Dコンバータ等を内蔵しており、バルブ制御を実行するように構成されたコンピュータプログラムを含んでいてよく、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによって実現され得る。 When a valve opening control signal is input from the outside, the controller 60 outputs a rough adjustment operating pressure command A1 to the electropneumatic regulator 55, and outputs a fine adjustment piezo command A2 to the sub actuator 20 of the valve device 100. do. Thereby, the valve can be adjusted to an opening degree corresponding to the operating pressure of the main actuator 10 and the drive voltage of the sub actuator 20. The controller 60 typically has a built-in CPU, a memory (storage unit) M such as ROM or RAM, an A/D converter, etc., and includes a computer program configured to execute valve control. Often, it can be implemented by a combination of hardware and software.

コントローラ60は、バルブ装置100が設けられた流路に備えられた流量計や各種センサの出力を受け取って、指令A1または指令A2を更新して、バルブ装置100の弁開度をフィードバック制御により調整するように構成されていてもよい。また、主アクチュエータ10の操作圧力とバルブ開度との関係がリニアでない場合などには、予めメモリに記憶された操作圧力とバルブ開度(または流量など)との関係を示すテーブルに基づいて粗調整用操作圧指令A1を出力するとともに、必要に応じて微調整用ピエゾ指令A2を出力するようにしてもよい。 The controller 60 receives the outputs of flow meters and various sensors provided in the flow path in which the valve device 100 is installed, updates the command A1 or the command A2, and adjusts the valve opening of the valve device 100 by feedback control. It may be configured to do so. In addition, if the relationship between the operating pressure of the main actuator 10 and the valve opening is not linear, a rough estimate may be made based on a table that shows the relationship between the operating pressure and the valve opening (or flow rate, etc.) stored in memory in advance. In addition to outputting the adjustment operating pressure command A1, the fine adjustment piezo command A2 may also be output as necessary.

図3は、主アクチュエータ10の操作圧力と、Cv値(Coefficient of flow)との関係を示すグラフである。Cv値は、バルブにおける流体の流れやすさを示す指標であり、具体的には、下記の式で与えられる。
Cv=(Q/6900)×(Gg・T/(P1-P2)・P2)1/2
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the operating pressure of the main actuator 10 and the Cv value (Coefficient of flow). The Cv value is an index indicating the ease of fluid flow in the valve, and specifically, it is given by the following formula.
Cv=(Q/6900)×(Gg・T/(P1-P2)・P2) 1/2

上記式において、Qは流量(sccm)、Ggは気体の比重、P1はバルブの一次側圧力(kPa abs)、P2はバルブの二次側圧力(kPa abs)、Tは温度(K)である。Cv値は、バルブの一次側と二次側との圧力差が一定の場合の流量に対応するものであり、比例弁などにおいては概ね弁開度に対応するものである。 In the above formula, Q is the flow rate (sccm), Gg is the specific gravity of the gas, P1 is the valve primary pressure (kPa abs), P2 is the valve secondary pressure (kPa abs), and T is the temperature (K). . The Cv value corresponds to the flow rate when the pressure difference between the primary side and the secondary side of the valve is constant, and in the case of a proportional valve, it generally corresponds to the valve opening degree.

図3のラインB1に示すように、主アクチュエータ10の操作圧力が開始圧力P0よりも小さく、操作部材30を上方に持ち上げる力が主弾性部材42および上部弾性部材25の付勢力の合計よりも小さいときは、弁は閉じた状態に維持される。一方、操作圧力が開始圧力P0を超えたときは、操作圧力が増加するにつれてCv値もリニアに増加する。なお、本実施形態において、ラインB1は、副アクチュエータ20のリフト分(または上部弾性部材25の変位増加分)と操作圧力との関係にも対応する。 As shown by line B1 in FIG. 3, the operating pressure of the main actuator 10 is smaller than the starting pressure P0, and the force that lifts the operating member 30 upward is smaller than the sum of the biasing forces of the main elastic member 42 and the upper elastic member 25. When the valve is closed, the valve remains closed. On the other hand, when the operating pressure exceeds the starting pressure P0, the Cv value increases linearly as the operating pressure increases. In addition, in this embodiment, the line B1 also corresponds to the relationship between the lift amount of the sub actuator 20 (or the increased displacement amount of the upper elastic member 25) and the operating pressure.

また、図3の矢印B3で示すように、副アクチュエータ20のピエゾ素子に印加する電圧を例えば0~100Vの間で変動させることによって、主アクチュエータ10の操作圧力が一定のときにもCv値を所定幅で変化させることができる。すなわち、主アクチュエータ10と副アクチュエータ20とを組み合わせることによって、ハッチングで示すCv値調整範囲B2の範囲内でCv値を調整することができる。このように、副アクチュエータ20を用いれば、主アクチュエータ10では制御しきれない微妙な弁開度の調整も行うことが可能になる。 Furthermore, as shown by arrow B3 in FIG. 3, by varying the voltage applied to the piezo element of the sub-actuator 20 between, for example, 0 to 100V, the Cv value can be adjusted even when the operating pressure of the main actuator 10 is constant. It can be changed within a predetermined range. That is, by combining the main actuator 10 and the sub actuator 20, the Cv value can be adjusted within the Cv value adjustment range B2 shown by hatching. In this way, by using the sub-actuator 20, it becomes possible to perform delicate valve opening adjustments that cannot be controlled by the main actuator 10.

なお、図3では、副アクチュエータ20の定常状態においてピエゾ素子に電圧を印加しない場合を示しており、この場合には、副アクチュエータ20への電圧印加により操作部材30は押し下げられ、Cv値調整範囲B2はラインB1の下側に設けられる。ただし、これに限らず、副アクチュエータ20の定常状態において所定電圧を印加するようにしてもよい。この場合、Cv値調整範囲B2は、ラインB1の上下を覆うように、あるいは、ラインB1の上側に設けられる。 Note that FIG. 3 shows a case where no voltage is applied to the piezo element in the steady state of the sub-actuator 20. In this case, the application of voltage to the sub-actuator 20 pushes down the operating member 30, and the Cv value adjustment range B2 is provided below line B1. However, the present invention is not limited to this, and a predetermined voltage may be applied when the sub actuator 20 is in a steady state. In this case, the Cv value adjustment range B2 is provided so as to cover the upper and lower sides of the line B1, or above the line B1.

また、上記のように、操作圧力が開始圧力P0未満のときはバルブ装置100は閉状態を維持する。したがって、閉状態においても、開始圧力P0未満の所定圧力を主アクチュエータ10に常時与えておけば、立ち上がりの応答性を向上させ得る。 Further, as described above, when the operating pressure is less than the starting pressure P0, the valve device 100 maintains the closed state. Therefore, even in the closed state, if a predetermined pressure lower than the starting pressure P0 is always applied to the main actuator 10, the response of startup can be improved.

図4は、バルブ装置100を備えた圧力式の流量制御装置200の構成を示す。流量制御装置200は、微細開口(オリフィス)を有する絞り部1と、絞り部1の上流側に設けられたコントロール弁としてのバルブ装置100と、絞り部1とバルブ装置100との間に設けられた圧力センサ2および温度センサ3とを備えている。絞り部1としては、オリフィスプレートなどのオリフィス部材の他に、臨界ノズルまたは音速ノズルを用いることもできる。オリフィスまたはノズルの口径は、例えば10μm~2500μmに設定される。オリフィスは複数個が設けられていてもよい。また、流量制御装置200の下流側は、遮断弁5を介して図示しないプロセスチャンバに接続されている。 FIG. 4 shows the configuration of a pressure-type flow control device 200 that includes the valve device 100. The flow control device 200 is provided between a throttle section 1 having a fine opening (orifice), a valve device 100 serving as a control valve provided upstream of the throttle section 1, and the throttle section 1 and the valve device 100. A pressure sensor 2 and a temperature sensor 3 are provided. In addition to an orifice member such as an orifice plate, a critical nozzle or a sonic nozzle may be used as the constriction part 1. The diameter of the orifice or nozzle is set to, for example, 10 μm to 2500 μm. A plurality of orifices may be provided. Further, the downstream side of the flow rate control device 200 is connected to a process chamber (not shown) via a cutoff valve 5.

制御部4は、ADコンバータを介して圧力センサ2および温度センサ3に接続されるとともに、バルブ装置100の副アクチュエータ20およびバルブ装置100の主アクチュエータ10に任意圧力の圧縮空気を供給する電空レギュレータ(圧力調整器)55にも接続されている。制御部4は、圧力センサ2および温度センサ3の出力などに基づいて制御信号を生成し、バルブ装置100の動作を制御する。 The control unit 4 is connected to the pressure sensor 2 and the temperature sensor 3 via an AD converter, and is an electro-pneumatic regulator that supplies compressed air at an arbitrary pressure to the sub actuator 20 of the valve device 100 and the main actuator 10 of the valve device 100. (Pressure regulator) 55 is also connected. The control unit 4 generates a control signal based on the outputs of the pressure sensor 2 and the temperature sensor 3, and controls the operation of the valve device 100.

流量制御装置200は、臨界膨張条件PU/PD≧約2(ただし、PU:絞り部上流側のガス圧力(上流圧力)、PD:絞り部下流側のガス圧力(下流圧力)であり、約2は窒素ガスの場合)を満たすとき、絞り部1を通過するガスの流速は音速に固定され、流量は下流圧力PDによらず上流圧力PUによって決まるという原理を利用して流量制御を行う。臨界膨張条件を満たすとき、絞り部1の下流側の流量Qは、Q=K1・PU(K1は流体の種類と流体温度に依存する定数)によって与えられ、流量Qは、圧力センサ2によって測定される上流圧力PUに比例する。また、他の態様において、絞り部1の下流側に圧力センサ(図示せず)を備える場合、上流圧力PUと下流圧力PDとの差が小さく、臨界膨張条件を満足しない場合であっても流量を算出することができ、測定された上流圧力PUおよび下流圧力PDに基づいて、Q=K2・PD m(PU-PDn(ここでK2は流体の種類と流体温度に依存する定数、m、nは実際の流量を元に導出される指数)から流量Qを算出することができる。また、流量Qは、温度センサ3の出力する温度も加味して演算されてもよい。 The flow rate control device 200 satisfies the critical expansion condition P U /P D ≧ approximately 2 (where P U is the gas pressure on the upstream side of the constriction section (upstream pressure), P D is the gas pressure on the downstream side of the constriction section (downstream pressure). (approximately 2 for nitrogen gas), the flow velocity of the gas passing through the constriction part 1 is fixed at the sonic velocity, and the flow rate is determined by the upstream pressure P U and not by the downstream pressure P D. Performs flow control. When the critical expansion condition is satisfied, the flow rate Q on the downstream side of the throttle section 1 is given by Q = K1 · P U (K1 is a constant that depends on the type of fluid and the fluid temperature), and the flow rate Q is determined by the pressure sensor 2. It is proportional to the measured upstream pressure P U . Further, in another embodiment, when a pressure sensor (not shown) is provided on the downstream side of the throttle part 1, the difference between the upstream pressure P U and the downstream pressure P D is small and the critical expansion condition is not satisfied. can also calculate the flow rate, and based on the measured upstream pressure P U and downstream pressure P D , Q = K2 P D m (P U - P D ) n (where K2 is the fluid type and The flow rate Q can be calculated from temperature-dependent constants (m and n are indices derived based on the actual flow rate). Further, the flow rate Q may be calculated by also taking into account the temperature output from the temperature sensor 3.

流量制御を行うために、目標流量が制御部4に入力される。制御部4は、圧力センサ2の出力(上流圧力PU)などに基づいて流量を演算により求め、この演算流量が入力された目標流量に近づくようにバルブ装置100をフィードバック制御する。より具体的には、目標流量に対応するように、電空レギュレータ55に操作圧力の制御信号を送るとともに、副アクチュエータ20のピエゾ素子に印加する電圧の制御信号を送る。 A target flow rate is input to the control unit 4 in order to perform flow rate control. The control unit 4 calculates the flow rate based on the output of the pressure sensor 2 (upstream pressure PU ), etc., and performs feedback control of the valve device 100 so that the calculated flow rate approaches the input target flow rate. More specifically, a control signal for the operating pressure is sent to the electropneumatic regulator 55 and a control signal for the voltage applied to the piezo element of the sub-actuator 20 is sent to correspond to the target flow rate.

バルブ装置100の実際の動作制御は、種々の態様で行われてよい。一例をあげると、まず、入力された目標流量に基づいて、予め設定された複数の操作圧力値のうちの適切な1つが選択され、電空レギュレータ55は選択された操作圧力に設定される(段階的制御)。そして、操作圧力が設定圧力に達した後は、圧力センサ2の出力に基づいて演算流量が求められ、この演算流量と目標流量とが一致するように副アクチュエータ20のピエゾ素子駆動電圧をフィードバック制御する。これによって、応答性および制御精度に優れた副アクチュエータ20の特長を生かしながら、小流量から大流量まで適切に流量制御を行うことが可能である。なお、演算により求められた流量は、流量出力値として表示されてもよい。 The actual operation control of the valve device 100 may be performed in various ways. To give an example, first, based on the input target flow rate, an appropriate one of a plurality of preset operating pressure values is selected, and the electropneumatic regulator 55 is set to the selected operating pressure ( stepwise control). After the operating pressure reaches the set pressure, the calculated flow rate is calculated based on the output of the pressure sensor 2, and the piezo element drive voltage of the sub-actuator 20 is feedback-controlled so that the calculated flow rate matches the target flow rate. do. As a result, it is possible to appropriately control the flow rate from a small flow rate to a large flow rate while taking advantage of the features of the sub actuator 20 having excellent responsiveness and control accuracy. Note that the calculated flow rate may be displayed as a flow rate output value.

以上、本発明の実施形態を説明したが、種々の改変が可能である。例えば、上記には副アクチュエータとしてピエゾアクチュエータを用いる態様を説明したが、これに限られず、電気駆動型高分子材料または電気活性高分子材料などの電気的な駆動により変形可能な材料を含むアクチュエータを用いることもできる。なお、電気的な駆動とは、素子に電圧を印加することや、素子に電流を流すこと、あるいは、素子の周囲に電界を形成することなどを含む。また、ピエゾアクチュエータの代わりに、磁力を利用するソレノイドを含むアクチュエータを用いることもできる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, various modifications are possible. For example, although the embodiment in which a piezo actuator is used as a sub-actuator is described above, the present invention is not limited to this, and an actuator that includes a material that can be deformed by electrical drive, such as an electrically driven polymer material or an electroactive polymer material, can also be used. It can also be used. Note that electrical driving includes applying a voltage to the element, passing a current through the element, or forming an electric field around the element. Further, instead of the piezo actuator, an actuator including a solenoid that utilizes magnetic force may be used.

また、上記にはノーマルクローズ型のバルブ装置を説明したが、ノーマルオープン型のバルブ装置であってもよい。この場合にも、主アクチュエータの操作圧力と副アクチュエータの駆動電圧との制御によって弁の開度調整を行うことができる。さらに、上記では、バルブ装置の使用温度については特に言及してないが、適正な材質を用いることによって、高温や低温でも使用できる構造とすることができる。また、ピエゾ素子の下端部とダイヤフラム押さえとの間にエクステンション(隔離部材、図示無し)を挿入可能な構造とすることによって、ピエゾ素子に温度(高温または低温)の影響が及ばないようにすることもできる。 Further, although a normally closed type valve device has been described above, a normally open type valve device may be used. In this case as well, the opening degree of the valve can be adjusted by controlling the operating pressure of the main actuator and the driving voltage of the auxiliary actuator. Furthermore, although the above description does not specifically mention the operating temperature of the valve device, by using appropriate materials, it is possible to create a structure that can be used at high or low temperatures. In addition, by creating a structure in which an extension (separation member, not shown) can be inserted between the lower end of the piezo element and the diaphragm holder, it is possible to prevent the piezo element from being affected by temperature (high or low temperature). You can also do it.

また、上記には圧力式の流量制御装置を説明したが、他の方式の流量制御装置、例えば、熱式流量センサを備える熱式質量流量制御器のコントロール弁として上記のバルブ装置を用いることも可能である。さらに、ALDプロセスなどにおいて、流量制御装置の下流に設けられる高速開閉弁として上記のバルブ装置を利用することも可能である。 Furthermore, although a pressure-type flow rate control device has been described above, the above-mentioned valve device can also be used as a control valve for other types of flow rate control devices, such as a thermal mass flow controller equipped with a thermal type flow rate sensor. It is possible. Furthermore, in an ALD process or the like, it is also possible to utilize the above-mentioned valve device as a high-speed opening/closing valve provided downstream of a flow rate control device.

本発明の実施形態にかかるバルブ装置は、例えば、圧力式流量制御装置のコントロール弁として好適に利用される。 The valve device according to the embodiment of the present invention is suitably used, for example, as a control valve of a pressure-type flow rate control device.

10 主アクチュエータ
12a、12b、12c ピストン
14a、14b、14c 圧力室
20 副アクチュエータ
22 突出部
24 配線
25 上部弾性部材
26 蓋材
30 操作部材
32 ダイヤフラム押さえ
34 ダイヤフラム弁体
36 押さえアダプタ
38 筒状壁面部材
40 バルブ筐体
40a ボンネット
40b 中部筐体
40c 上部筐体
40d 上部カバー
42 主弾性部材
50 供給管
55 電空レギュレータ(圧力調整器)
60 コントローラ
100 バルブ装置
150 バルブ駆動系
200 流量制御装置
10 Main actuator 12a, 12b, 12c Piston 14a, 14b, 14c Pressure chamber 20 Sub-actuator 22 Projection 24 Wiring 25 Upper elastic member 26 Lid material
30 Operating member 32 Diaphragm presser 34 Diaphragm valve body 36 Holder adapter 38 Cylindrical wall member 40 Valve housing 40a Bonnet 40b Middle housing 40c Upper housing 40d Upper cover 42 Main elastic member 50 Supply pipe 55 Electropneumatic regulator (pressure regulator) )
60 controller 100 valve device 150 valve drive system 200 flow rate control device

Claims (6)

弁座に離着座可能な弁体と、
前記弁体に接続された操作部材と、
前記操作部材を移動させる主アクチュエータであって、駆動流体によって動作する主アクチュエータと、
前記主アクチュエータに供給される駆動流体の圧力を調整する圧力調整器と、
前記主アクチュエータによって前記操作部材とともに移動可能に設けられ、電気的な駆動により伸長可能な副アクチュエータと、
前記副アクチュエータを前記弁体の方向に付勢する弾性部材と
前記弾性部材と前記副アクチュエータとの間に介在する蓋材であって、前記弁体が前記弁座に着座した状態においても、前記弁体の方向への移動が規制されておらず、前記弾性部材の付勢力を前記副アクチュエータへ伝達することができるように配置された蓋材と
を備え
前記駆動流体の圧力の調整と、前記副アクチュエータの伸長度の調整とによって、閉から最大開度までの間の任意の弁開度に連続的に制御できるように構成されている、バルブ装置。
a valve body that can be moved into and out of the valve seat;
an operating member connected to the valve body;
a main actuator for moving the operating member, the main actuator being operated by a driving fluid;
a pressure regulator that adjusts the pressure of the driving fluid supplied to the main actuator;
a sub-actuator that is provided movably together with the operating member by the main actuator and that is extendable by electrical drive;
an elastic member that biases the sub-actuator in the direction of the valve body ;
A lid member interposed between the elastic member and the sub-actuator, which does not restrict movement in the direction of the valve element even when the valve element is seated on the valve seat, and the elastic member a lid member arranged so as to be able to transmit the biasing force of the member to the sub-actuator;
Equipped with
A valve device configured to be able to continuously control the valve opening to any desired valve opening between closed and maximum opening by adjusting the pressure of the driving fluid and adjusting the extension of the sub-actuator.
流路ブロックに対して固定されるバルブ筐体であって、前記副アクチュエータの一部、前記蓋材、および前記弾性部材を収容する上部カバーを含むバルブ筐体をさらに備え、further comprising: a valve housing fixed to the flow path block, the valve housing including an upper cover that accommodates a portion of the sub-actuator, the lid member, and the elastic member;
前記上部カバーの内周面に沿って前記蓋材が摺動可能であり、前記上部カバーの内周面は、前記弁体が前記弁座に着座した状態においても前記蓋材の移動を規制しないように構成されており、 The lid material is slidable along the inner peripheral surface of the upper cover, and the inner peripheral surface of the upper cover does not restrict movement of the lid material even when the valve body is seated on the valve seat. It is configured as follows.
前記上部カバーの位置または前記弾性部材の付勢力を調節することによって、前記弁体が前記弁座に着座した状態における弁体押圧力を調整することが可能なように構成されている、請求項1に記載のバルブ装置。 Claim: The valve body is configured such that the pressing force of the valve body in a state where the valve body is seated on the valve seat can be adjusted by adjusting the position of the upper cover or the biasing force of the elastic member. 1. The valve device according to 1.
前記圧力調整器によって圧力が調整された駆動流体によって前記主アクチュエータが前記弾性部材の付勢力に抗して前記操作部材を移動させ、かつ、前記副アクチュエータの伸長によって前記弾性部材の付勢力を増加させて前記操作部材を移動させるように構成されている、請求項1または2に記載のバルブ装置。 The main actuator moves the operating member against the biasing force of the elastic member by the driving fluid whose pressure is adjusted by the pressure regulator, and the biasing force of the elastic member is increased by elongation of the sub-actuator. The valve device according to claim 1 or 2 , wherein the valve device is configured to move the operating member by moving the operating member. 前記主アクチュエータは、前記操作部材に係合するピストンを有する空気駆動式のアクチュエータを含み、
前記副アクチュエータは、ピエゾアクチュエータを含み、
前記圧力調整器は、電空レギュレータを含む、請求項1から3のいずれかに記載のバルブ装置。
The main actuator includes an air-driven actuator having a piston that engages the operating member,
The sub-actuator includes a piezo actuator,
The valve device according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure regulator includes an electropneumatic regulator.
前記操作部材のフランジ部を前記弁体の方向に付勢する主弾性部材をさらに備える、請求項1から4のいずれかに記載のバルブ装置。 The valve device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a main elastic member that biases the flange portion of the operating member toward the valve body. 流路に設けられた絞り部と、
前記絞り部の上流側に設けられ、請求項1から5のいずれかに記載のバルブ装置によって構成されるコントロール弁と、
前記絞り部と前記コントロール弁との間の流体圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサの出力に基づいて前記コントロール弁の開閉動作を制御する制御部と
を備える、流量制御装置。
A constriction section provided in the flow path;
A control valve provided on the upstream side of the throttle portion and configured by the valve device according to any one of claims 1 to 5;
a pressure sensor that measures fluid pressure between the throttle section and the control valve;
A flow control device comprising: a control section that controls opening and closing operations of the control valve based on the output of the pressure sensor.
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